(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールをパッケージに固定する光モジュールへのフェルール固定方法であって、
前記フェルールを把持する把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられた水冷式の冷却手段、あるいは低温の不活性ガスを吹き付ける冷却手段を備え、
前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで前記フェルールを前記冷却手段によって冷却しながら前記パッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定することを特徴とする光モジュールへのフェルール固定方法。
【請求項２】
光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールをパッケージに固定する光モジュールへのフェルール固定方法であって、
前記フェルールを把持する把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられたペルチェモジュールからなる冷却手段を備え、
前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで前記フェルールを前記冷却手段によって冷却しながら前記パッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定することを特徴とする光モジュールへのフェルール固定方法。
【請求項３】
前記レーザ溶接はＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェルール固定方法。
【請求項４】
前記半田付け固定はＰｂフリー半田によるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェルール固定方法。
【請求項５】
前記冷却は冷却手段を具備した把持部材によって、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分を冷却することにより行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェルール固定方法。
【請求項６】
前記フェルールの温度を検出し、前記冷却手段の作動を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェルール固定方法。
【請求項７】
半導体レーザと、前記半導体レーザに結合された光ファイバと、前記半導体レーザが設置されるパッケージと、を含む半導体レーザモジュールの製造方法であって、
前記光ファイバは請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフェルール固定方法によって前記パッケージに固定されていることを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフェルール固定方法を用いた光モジュールの製造方法。
【請求項９】
光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールを把持する把持部と、
前記フェルールをパッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する際に前記把持部を介して前記フェルールを、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで冷却する冷却手段と、を有し、
前記冷却手段が前記把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられた水冷式の冷却手段、あるいは低温の不活性ガスを吹き付ける冷却手段であることを特徴とするフェルールの把持部材。
【請求項１０】
光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールを把持する把持部と、
前記フェルールをパッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する際に前記把持部を介して前記フェルールを、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで冷却する冷却手段と、を有し、
前記冷却手段が前記把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられたペルチェモジュールであることを特徴とするフェルールの把持部材。
【請求項１１】
前記把持部の前記フェルールを把持するための把持溝が、前記フェルールの外周形状に合わせて湾曲面に形成されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のフェルールの把持部材。
【請求項１２】
前記ペルチェモジュールにはさらに放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のフェルールの把持部材。
【請求項１３】
前記把持部に熱電対あるいはサーミスタを設け、前記フェルールに近い位置で温度を検出し、前記ペルチェモジュールの作動を制御することを特徴とする請求項１０又は請求項１２に記載のフェルールの把持部材。
【請求項１４】
前記把持部は前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分を覆うように構成されていることを特徴とする請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載のフェルールの把持部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールへのフェルール固定方法及びフェルールの把持部材に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光ファイバを有する光モジュール、例えば、半導体レーザモジュールにおいては、前記光ファイバがパッケージから外部へ延出する部分を半田で封止することで、パッケージを気密に封止している。
ところで、上述のように光モジュールの製造に際して半田でパッケージを封止する場合、半田付け等の熱がフェルールと光ファイバを固定する半田等を溶かし、光ファイバの固定が外れる可能性があった。
【０００３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、フェルールに対する光ファイバの固定が外れることを防止できる光モジュールへのフェルール固定方法並びに封止作業において用い、熱的影響を低減できるフェルールの把持部材を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明の光モジュールへのフェルール固定方法においては、光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールをパッケージに固定する光モジュールへのフェルール固定方法であって、前記フェルールを把持する把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられた水冷式の冷却手段、あるいは低温の不活性ガスを吹き付ける冷却手段を備え、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで前記フェルールを前記冷却手段によって冷却しながら前記パッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する構成としたのである。
また、上記目的を達成するため請求項２に記載の発明の光モジュールへのフェルール固定方法においては、光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールをパッケージに固定する光モジュールへのフェルール固定方法であって、前記フェルールを把持する把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられたペルチェモジュールからなる冷却手段を備え、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで前記フェルールを前記冷却手段によって冷却しながら前記パッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する構成としたのである。
上記請求項１又は請求項２に記載の発明の光モジュールへのフェルール固定方法において、前記レーザ溶接はＹＡＧレーザであることが好ましく、前記半田付け固定はＰｂフリー半田によるものであることが好ましい。また、上記発明の光モジュールへのフェルール固定方法において、前記冷却は冷却手段を具備した把持部材によって、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分を冷却することにより行われることが好ましい。さらに、上記発明の光モジュールへのフェルール固定方法において、前記フェルールの温度を検出し、前記冷却手段の作動を制御することが好ましい。
上記目的を達成するため本発明の半導体レーザモジュールの製造方法においては、半導体レーザと、前記半導体レーザに結合された光ファイバと、前記半導体レーザが設置されるパッケージと、を含む半導体レーザモジュールの製造方法であって、前記光ファイバは請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフェルール固定方法によって前記パッケージに固定されている構成としたのである。
上記目的を達成するため本発明の光モジュールの製造方法においては、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフェルール固定方法を用いた構成としたのである。
【０００５】
更に、上記目的を達成するため請求項９に記載の発明のフェルールの把持部材においては、光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールを把持する把持部と、前記フェルールをパッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する際に前記把持部を介して前記フェルールを、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで冷却する冷却手段と、を有し、前記冷却手段が前記把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられた水冷式の冷却手段、あるいは低温の不活性ガスを吹き付ける冷却手段である構成としたのである。
また、上記目的を達成するため請求項１０に記載の発明のフェルールの把持部材においては、光ファイバが挿通され、前記光ファイバが半田で固定されたフェルールを把持する把持部と、前記フェルールをパッケージに直接もしくは間接にレーザ溶接もしくは半田付け固定する際に前記把持部を介して前記フェルールを、前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分の半田の溶融温度より低い温度まで冷却する冷却手段と、を有し、前記冷却手段が前記把持部に連続し、かつ熱伝導性に優れた素材からなるアーム部に設けられたペルチェモジュールである構成としたのである。
上記請求項９又は請求項１０に記載の発明のフェルールの把持部材において、前記把持部の前記フェルールを把持するための把持溝が、前記フェルールの外周形状に合わせて湾曲面に形成されていることが好ましい。
上記請求項１０に記載の発明のフェルールの把持部材において、前記ペルチェモジュールにはさらに放熱フィンが設けられていることが好ましく、さらに、前記把持部に熱電対あるいはサーミスタを設け、前記フェルールに近い位置で温度を検出し、前記ペルチェモジュールの作動を制御することが好ましい。
上記請求項９又は請求項１０に記載の発明のフェルールの把持部材において、前記把持部は前記光ファイバを前記フェルールに固定した部分を覆うように構成されていることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光モジュール、その封止方法及びフェルールの把持部材に係る一実施形態を図１乃至図４に基づいて詳細に説明する。
半導体レーザモジュール１は、図１に示すように、金属製のパッケージ２内にペルチェモジュール３が配置され、ペルチェモジュール３の上にベース４が設置されている。
【０００７】
パッケージ２は、本体２ａと蓋２ｂを有し、本体２ａにはネック部２ｃが形成されている。
ベース４上には、略中央上面にヒートシンク５を介して半導体レーザ素子６が設けられ、ヒートシンク５を挟んで一方にキャリア付けされたモニタフォトダイオード７が、他方にフェルール保持具８，９を介して第１フェルール１１が、それぞれ設けられている。
【０００８】
第１フェルール１１は、先端を突出させたレンズドファイバ１２が挿通固定されている。レンズドファイバ１２は、先端にレンズ部１２ａが形成され、先端側表面にＡｕ等からなる金属メッキ１２ｂが施されている。レンズドファイバ１２は、先端のレンズ部１２ａが半導体レーザ素子６と調心して対向配置され、パッケージ２に形成されたネック部２ｃから外部へ導出されている。レンズドファイバ１２は、ネック部２ｃに対応する部分に金属製の第２フェルール１３が取り付けられている。レンズドファイバ１２と第１フェルール１１，第２フェルール１３とは、第２フェルール１３の先端部においてＡｕ−Ｓｎからなる半田１５で固定されている。
【０００９】
そして、パッケージ２は、ネック部２ｃの端部に金属、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の合金からなるリング状の封止板１４をＹＡＧレーザで溶接すると共に、第２フェルール１３と封止板１４との間を全周に亘ってＹＡＧレーザで溶接し、第２フェルール１３が図１に示すようにパッケージ２に封止板１４を介して間接的に封止固定されている。このとき、パッケージ２は、ネック部２ｃの端部を封止板１４で封止することができれば、ＹＡＧレーザに限定されるものでないことは言うまでもなく、例えば、ＣＯ2（炭酸ガス）レーザー等のレーザ溶接で封止することができる。
【００１０】
上記のように構成される半導体レーザモジュール１を製造するには、パッケージ２の本体２ａ内にペルチェモジュール３を配置し、予めヒートシンク５乃至フェルール保持具８，９を設けたベース４を設置すると共に、第２フェルール１３を取り付けたレンズドファイバ１２をネック部２ｃからパッケージ２内へ導入し、先端のレンズ部１２ａを半導体レーザ素子６と調心して第１フェルール１１をフェルール保持具８，９に固定する。そして、ネック部２ｃを前記のように封止板１４で封止すると共に、本体２ａに蓋２ｂを抵抗シーム溶接で取り付けることにより、パッケージ２が気密に封止された半導体レーザモジュール１が組み立てられる。
【００１１】
ここで、ネック部２ｃを封止板１４で封止するときに、図２に示すように、第２フェルール１３を把持部材２０で把持してＹＡＧレーザ溶接を行う。
把持部材２０は、図３及び図４に示すように、２本のアーム２１とペルチェモジュール２２とを有している。
アーム２１は、銅等の熱伝導性に優れた素材から成形され、一端に第２フェルール１３を把持する把持部２１ａが、他端に取付部２１ｂが、それぞれ設けられている。把持部２１ａは、内側に第２フェルール１３の外周形状に合わせて湾曲面に形成した把持溝２１ｃが設けられている。取付部２１ｂは、外側にペルチェモジュール２２が取り付けられ、把持部材２０を駆動させる駆動機構（図示せず）に取り付けるねじ孔２１ｄが形成されている。
【００１２】
ペルチェモジュール２２は、アーム２１の把持部２１ａを介して第２フェルール１３を冷却する冷却手段で、取付部２１ｂの外側に取り付けられ、本体２２ａに複数の放熱フィン２２ｂが設けられている。ペルチェモジュール２２は、第２フェルール１３がレンズドファイバ１２と第２フェルール１３とを固定するＡｕ−Ｓｎの半田１５の融点（１８３℃）よりも低い温度（例えば、１５０℃以下）となるように制御される。
【００１３】
従って、第２フェルール１３の半田１５形成部分の近傍を把持部材２０で把持してＹＡＧレーザ溶接した場合、溶接に伴う熱が第２フェルール１３を伝わってきても、この熱がペルチェモジュール２２によって冷却されているアーム２１に伝わって第２フェルール１３の半田１５形成部分が温度上昇することが抑制される。従って、レンズドファイバ１２と第２フェルール１３とを固定するＡｕ−Ｓｎの半田１５が溶けることが防止される。このように、半導体レーザモジュール１は、パッケージ２の封止に際して第２フェルール１３が過剰な熱的影響を受けることが防止され、製造上の歩留まりが向上する。
【００１４】
特に、アーム２１は、把持溝２１ｃが第２フェルール１３の外周形状に合わせて湾曲面に形成されているため、Ｖ溝とした場合には線接触であるのに対し、第２フェルール１３と面接触となって接触面積が多くなる。このため、アーム２１は、把持溝２１ｃをＶ溝とした場合に比べると第２フェルール１３から多量の熱を奪い、高い冷却効果を発揮することができる。
【００１５】
しかも、半導体レーザモジュール１は、ネック部２ｃを封止するときに、ＹＡＧレーザで溶接し、半田を使用しないので、溶接作業を機械を用いて自動化することができるうえ、機械化することにより封止性能が一定で、高い信頼性を有するものとなる。
ここで、把持部材２０は、ファン（図示せず）を設けて複数の放熱フィン２２ｂに冷却風を送ると、ペルチェモジュール２２によるアーム２１の冷却効果が更に向上する。また、把持部材２０は、ペルチェモジュール２２に代えて冷却水を循環させる水冷式の冷却手段を用いてもよいし、第２フェルール１３や把持部２１ａに向けて低温の不活性ガス、例えばアルゴン，ヘリウム或いはチッ素等を吹き付ける冷却手段を用いてもよい。
【００１６】
また、各アーム２１は、把持部２１ａに熱電対やサーミスタを設けると、第２フェルール１３に近い位置で温度を検出し、これによりアーム２１を冷却するペルチェモジュール２２の作動を制御することができるようになる。
尚、上記実施形態は、光モジュールとして半導体レーザモジュールの場合について説明したが、光ファイバが挿通固定されたフェルールがパッケージに固定される光モジュールであれば半導体レーザモジュールに限定されるものでないことは言うまでもない。
【００１７】
また、本発明は、パッケージとフェルールを半田付けする場合も有効である。特に、近年Ｐｂフリー半田（Ａｕ−Ｓｎ等）の使用可能性が高まっており、その場合、融点が高いため、本発明により光ファイバ固定外れを防止することが好ましい。
更に、第２フェルール１３は、パッケージ２に直接レーザ溶接固定してもよい。一方、把持部材２０は、把持部２１ａにペルチェモジュール等の冷却手段が直接取り付けられていてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１及び２に記載の発明によれば、フェルールに対する光ファイバの固定が外れることを防止できる光モジュールへのフェルール固定方法並びに封止作業において用い、熱的影響を低減できるフェルールの把持部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光モジュールへのフェルール固定方法に係る一実施形態を示す光モジュールの断面図である。
【図２】図１の光モジュールの要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明のフェルールの把持部材の一実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３の把持部材の一方を示す側面図である。
【符号の説明】
１              半導体レーザモジュール
２              パッケージ
３              ペルチェモジュール
４              ベース
５              ヒートシンク
６              半導体レーザ素子
７              モニタフォトダイオード
８，９          フェルール保持具
１１            第１フェルール
１２            レンズドファイバ
１３            第２フェルール
１４            封止板
２０            把持部材
２１            アーム
２２            ペルチェモジュール（冷却手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004413448.tif 000004
【図４】
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