(57)【要約】  発光素子から光ファイバに至るまでの軸合わせを容易にして発光素子・光ファイバ結合モジュール組み立て作業を簡便化すると共に、発光素子・光ファイバ結合モジュールを小型化する。  内部に発光素子を取り付けた筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔からケーシング内に、光ファイバの先端に第２のＧＲＩＮレンズを融着し更にその先端に前記第２のＧＲＩＮレンズよりも開口数の大きな第１のＧＲＩＮレンズを融着した光ファイバ部品を、その先端がケーシング内の発光素子に対向するように差し込み、固定手段により固定すると共に貫通孔を密封する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発光素子を取り付けた筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記ケーシング内に、光ファイバの先端に第２のＧＲＩＮレンズを融着し更にその先端に前記第２のＧＲＩＮレンズよりも開口数の大きな第１のＧＲＩＮレンズを融着した光ファイバ部品の先端がケーシング内の発光素子に対向するように差し込まれており、固定手段により前記光ファイバ部品が前記貫通孔に固定されると共に前記貫通孔が密封されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール。
【請求項２】
請求項１の発光素子・光ファイバ結合モジュールにおいて、前記光ファイバ部品の先端部外周に金属被覆が形成され、該被覆が形成された部分が前記貫通孔から前記ケーシング内に差し込まれており、前記固定手段がハンダであり、ハンダによって前記被覆が前記ケーシングの前記貫通孔部分に接着されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２の発光素子・光ファイバ結合モジュールにおいて、前記貫通孔が前記端面に複数形成され、それぞれの貫通孔に前記光ファイバ部品が固定されていることを特徴とする光ファイバ発光素子・光ファイバ結合モジュール。
【請求項４】
内部に発光素子を取り付け可能な筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記ケーシング内に、光ファイバの先端に第２のＧＲＩＮレンズを融着し更にその先端に前記第２のＧＲＩＮレンズよりも開口数の大きな第１のＧＲＩＮレンズを融着した光ファイバ部品の先端が差し込まれており、固定手段により前記光ファイバ部品が前記貫通孔に固定されると共に前記貫通孔が密封されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品。
【請求項５】
請求項４の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品において、前記光ファイバ部品の先端部外周に金属被覆が形成され、該被覆が形成された部分が前記貫通孔から前記ケーシング内に差し込まれており、前記固定手段がハンダであり、ハンダによって前記被覆が前記ケーシングの前記貫通孔部分に接着されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品。
【請求項６】
請求項４又は５の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品において、前記貫通孔が前記端面に複数形成され、それぞれの貫通孔に前記光ファイバ部品が固定されていることを特徴とする光ファイバ発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信において使用される半導体レーザ等の発光素子と光ファイバとを高効率で結合した発光素子・光ファイバ結合モジュール、及びこの発光素子・光ファイバ結合モジュールを製造するための発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来例の発光素子・光ファイバ結合モジュール２２の断面説明図である。このモジュールは、半導体レーザＬ及び非球面レンズ２４を内蔵したケーシング２３と、球面レンズ２５及び光ファイバ４の端部を内蔵したフレーム３０からなる。ケーシング２３とフレーム３０とは一体に接合されている。ケーシング２３内には半導体レーザＬが固定機構２６により固定され、その前方に非球面レンズ２４が調整機構２７により軸位置、距離及び角度を調整されて固定されている。前端は窓ガラス３１で密封され、後端は蓋３２で密封されており、ケーシング内部は真空又は不活性ガスが充填されている。球面レンズ２５は調整機構２８により、光ファイバ４は調整機構２９によりそれぞれ軸位置、距離及び角度を調整されてフレーム３０に固定されている。半導体レーザＬから出た光は、図５に破線で示すように、非球面レンズ２４及び球面レンズ２５で集光され、光ファイバ４のコア４ａに入射する。【０００３】
従来の発光素子・光ファイバ結合モジュールは上記の構成であったから、組み立てるに際しては、非球面レンズ２４、球面レンズ２５及び光ファイバ４の３つの部品の軸位置、距離及び角度を調整しなければならなかった。【０００４】
下記特許文献１には、光ファイバの先端に第２のＧＲＩＮレンズを融着し更にその先端に第１のＧＲＩＮレンズを融着した光ファイバ部品が開示されている。これは、開口数ＮＡｆの光ファイバの一端に開口数ＮＡ2の第２のＧＲＩＮレンズを融着接続し、さらに前記第２のＧＲＩＮレンズの他端にＮＡ2よりも大きな開口数ＮＡ1の第１のＧＲＩＮレンズを融着接続したものである。ＧＲＩＮレンズ（Graded Indexレンズ）とは、中心から半径方向にかけて屈折率分布を有することでレンズとして作用する光ファイバであり、屈折率分布は二乗分布又は二乗分布に近い分布が望ましい。光ファイバ又はＧＲＩＮレンズの開口数とは、臨界角（光が光ファイバやＧＲＩＮレンズにその軸線に対して傾いて入射する場合、光が光ファイバやＧＲＩＮレンズ内に進入可能な軸線に対する最大角度）の正弦関数である。発光源から放射された光は順次第１のＧＲＩＮレンズ、第２のＧＲＩＮレンズを経て光ファイバに進入していくが、第１のＧＲＩＮレンズの開口数ＮＡ1は第２のＧＲＩＮレンズの開口数ＮＡ2よりも大きいので、第１のＧＲＩＮレンズとして開口数の大きな（望ましくは、発光源の開口数ＮＡｓよりも大きな）ものを採用し、発光源から放射された光を効率よく第１のＧＲＩＮレンズ内に進入させることができる。また、第２のＧＲＩＮレンズの開口数ＮＡ2がＮＡ1よりも小さいので、開口数の十分小さなものを選択でき、これにより第２のＧＲＩＮレンズから光ファイバに至る光の臨界角を小さくできる（開口数が小さいとＧＲＩＮレンズ内を蛇行して進む光の蛇行周期が長くなり、第２のＧＲＩＮレンズから出ていく光の軸線に対する角度も小さくなる）ので、第２のＧＲＩＮレンズから光ファイバへ光が効率よく進入する。【０００５】
この光ファイバ部品は、光ファイバの開口数（ＮＡｆ）、第１のＧＲＩＮレンズの開口数（ＮＡ1）、第２のＧＲＩＮレンズの開口数（ＮＡ2）及び発光源の開口数（ＮＡｓ）が、
ＮＡｆ  ≦  ＮＡ2  ＜  ＮＡｓ  ≦  ＮＡ1
を満足するように構成されていることが望ましい。発光源の開口数とは、放射半値全角θの正弦関数である。ＮＡｓ≦ＮＡ1であるので、発光源から放射された光が全て第１のＧＲＩＮレンズ内に進入し、光の損失がなくなる。また、ＮＡｆ≦ＮＡ2＜ＮＡｓであるので、第２のＧＲＩＮレンズから光ファイバに至る光の臨界角が小さくなり、第２のＧＲＩＮレンズから光ファイバへ光が効率よく進入する。したがって、全体として発光源から放射された光が効率よく光ファイバへ進入する。なお、通常はＮＡｆ＝０．１５、ＮＡｓ＝０．４３である。【０００６】
第１のＧＲＩＮレンズの長さＺ1は、中心部のガラスの屈折率をｎ０、レンズ１の半径をｄ１、発光源との距離をＬとしたときに、
Ｚ1＝（ｎ０*ｄ１／ＮＡ1）arctan（ｄ１／（ＮＡ1*Ｌ））
であることが望ましい。これにより、第１のＧＲＩＮレンズに進入した光が、その終端において平行光線となり、効率よく第２のＧＲＩＮレンズに入射する。また、第１のＧＲＩＮレンズレンズの開口数が大きいことと相俟って、発光源との距離を長くし、組み立て性を良くすることができる。【０００７】
第２のＧＲＩＮレンズの長さＺ2は、伝播する光線の蛇行周期の略１／４の長さあるいはその奇数倍の長さであることが望ましい。第１のＧＲＩＮレンズの長さを上記のようにすると、第２のＧＲＩＮレンズに入射した平行光線は終端において、光ファイバ４の中心軸に集光する。このとき、第２のＧＲＩＮレンズの集光性は第１のＧＲＩＮレンズに比べ小さい（開口数が小さい）ので、緩やかな角度で集光することとなり、光が効率よく光ファイバに進入する。【０００８】
この光ファイバ部品に使用する所望の開口数を有するＧＲＩＮレンズは、下記特許文献１に開示されているように、ゾルゲル法により製造することができる。また、光ファイバ、第２のＧＲＩＮレンズ及び第一のＧＲＩＮレンズを融着により接続すると、自己配列効果（溶けたガラスの表面張力によりにより光ファイバ又はＧＲＩＮレンズの双方の中心軸が自然に一致する効果）により、それぞれの中心軸が自動的に一致するので、精密な軸合わせ作業を行う必要がないという特徴を有する。
【特許文献１】特開２００５−１１５０９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、発光素子から光ファイバに至るまでの軸合わせを容易にして発光素子・光ファイバ結合モジュール組み立て作業を簡便化すると共に、発光素子・光ファイバ結合モジュールを小型化することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
〔請求項１〕
本願発明は、内部に発光素子を取り付けた筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記ケーシング内に、光ファイバの先端に第２のＧＲＩＮレンズを融着し更にその先端に前記第２のＧＲＩＮレンズよりも開口数の大きな第１のＧＲＩＮレンズを融着した光ファイバ部品の先端がケーシング内の発光素子に対向するように差し込まれており、固定手段により前記光ファイバ部品が前記貫通孔に固定されると共に前記貫通孔が密封されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュールである。【００１１】
本発明は上記の構成であるので、光ファイバ部品に対して発光素子の位置調整を行えばよいので、従来３つの部品の位置調整が必要であったものが１つの部品の位置調整をすればよく、組み立て作業がきわめて簡単となる。また、非球面レンズ、球面レンズを使用しなくて良いので全体を１／１０程度に細くでき、発光素子から光ファイバ先端までの距離も１／１０程度に短くできる。【００１２】
〔請求項２〕
また本願発明は、前記請求項１の発光素子・光ファイバ結合モジュールにおいて、前記光ファイバ部品の先端部外周に金属被覆が形成され、該被覆が形成された部分が前記貫通孔から前記ケーシング内に差し込まれており、前記固定手段がハンダであり、ハンダによって前記被覆が前記ケーシングの前記貫通孔部分に接着されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュールである。【００１３】
光ファイバ部品の先端部外周に金属被覆を形成することで、ハンダにより、光ファイバ部品を確実にケーシングの貫通孔に固定し、貫通孔を密封することができる。ケーシング内部に不活性ガスを充填する場合は、固定手段として樹脂接着剤を用いることができるが、ケーシング内部を真空にする場合は、樹脂接着剤を用いると樹脂接着剤が揮発してケーシング内部に侵入するおそれがあるので、ハンダを用いるのが好ましい。【００１４】
〔請求項３〕
また本発明は、前記請求項１又は２の発光素子・光ファイバ結合モジュールにおいて、前記貫通孔が前記端面に複数形成され、それぞれの貫通孔に前記光ファイバ部品が固定されていることを特徴とする光ファイバ発光素子・光ファイバ結合モジュールである。【００１５】
ケーシング端面の貫通孔を複数設け、それぞれの貫通孔について発光素子・光ファイバ結合系を形成することで、アレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュールとすることができる。従来は非球面レンズ、球面レンズ、光ファイバなど部品点数が多く、また位置調整をそれぞれの発光素子・光ファイバ結合系について３回ずつ行わなければならないので、アレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュールを製造することは事実上不可能であった。【００１６】
〔請求項４〕
また本発明は、内部に発光素子を取り付け可能な筒状のケーシングの端面に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記ケーシング内に、光ファイバの先端に第２のＧＲＩＮレンズを融着し更にその先端に前記第２のＧＲＩＮレンズよりも開口数の大きな第１のＧＲＩＮレンズを融着した光ファイバ部品の先端が差し込まれており、固定手段により前記光ファイバ部品が前記貫通孔に固定されると共に前記貫通孔が密封されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。【００１７】
この発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品のケーシング内部に発光素子を装着し、ケーシング背面に蓋をして内部を真空又は不活性ガス雰囲気とすることで、容易に前記請求項１の発光素子・光ファイバ結合モジュールを製造することができる。【００１８】
〔請求項５〕
また本発明は、前記請求項４の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品において、前記光ファイバ部品の先端部外周に金属被覆が形成され、該被覆が形成された部分が前記貫通孔から前記ケーシング内に差し込まれており、前記固定手段がハンダであり、ハンダによって前記被覆が前記ケーシングの前記貫通孔部分に接着されていることを特徴とする発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。【００１９】
この発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品のケーシング内部に発光素子を装着し、ケーシング背面に蓋をして内部を真空又は不活性ガス雰囲気とすることで、容易に前記請求項２の発光素子・光ファイバ結合モジュールを製造することができる。【００２０】
〔請求項６〕
また本発明は、前記請求項４又は５の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品において、前記貫通孔が前記端面に複数形成され、それぞれの貫通孔に前記光ファイバ部品が固定されていることを特徴とする光ファイバ発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品である。【００２１】
この発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品のケーシング内部に、それぞれの光ファイバ部品先端に対向させて発光素子を装着し、ケーシング背面に蓋をして内部を真空又は不活性ガス雰囲気とすることで、容易に前記請求項３のアレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュールを製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュールは、部品点数が少なく、部品の位置調整も少ないので、容易に組み立て製造することができる。また、従来品に比べて著しく小型化され、アレイ状の発光素子・光ファイバ結合モジュールとすることも可能である。【００２３】
本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品は、ケーシング内部に発光素子を装着して容易に本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品１の断面説明図である。
【図２】実施例の発光素子・光ファイバ結合モジュール１３の断面説明図である。
【図３】実施例の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品１６の断面説明図である。
【図４】実施例の発光素子・光ファイバ結合モジュール２０の断面説明図である。
【図５】従来の発光素子・光ファイバ結合モジュール２２の断面説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  レーザ・光ファイバ結合系用部品
２  ケーシング
３  光ファイバ部品
４  光ファイバ
５  第１のＧＲＩＮレンズ
６  第２のＧＲＩＮレンズ
７  金属被覆
８  ハンダ
９  端面
１０  貫通孔
１１  光ファイバ被覆
１２  保護シール
１３  レーザ・光ファイバ結合系
１４  調整機構
１５  蓋
１６  レーザ・光ファイバ結合系用部品
１７  ケーシング
１８  端面
１９  貫通孔
２０  レーザ・光ファイバ結合系
２１  蓋
２２  レーザ・光ファイバ結合系
２３  ケーシング
２４  非球面レンズ
２５  球面レンズ
２６  固定機構
２７  調整機構
２８  調整機構
２９  調整機構
３０  フレーム
３１  窓ガラス
３２  蓋
Ｌ  レーザ
【実施例】
【００２６】
図１は実施例の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品１の断面図である。筒状のケーシング２はステンレスなどの金属製で、前端が端面９で閉塞され、内部に半導体レーザＬを収納できるものである。端面９には貫通孔１０が形成されている。光ファイバ部品３は、単一モード光ファイバ４の先端に第２のＧＲＩＮレンズ６を融着し更にその先端に第２のＧＲＩＮレンズ６よりも開口数の大きな第１のＧＲＩＮレンズ５を融着したものである。第２のＧＲＩＮレンズ６の長さは、伝播する光線の蛇行周期の略１／４の長さあるいはその奇数倍の長さとなっている。光ファイバ４の先端部を除く部分は光ファイバ被覆１１で覆われ、保護されている。光ファイバ部品３の先端部外周には金属被覆７が形成されている。金属被覆は銅、ステンレスなどの金属を光ファイバ部品３の先端部外周に蒸着して形成することができる。また、これらの金属のパイプに光ファイバ部品３の先端部を挿入して形成することもできる。貫通孔１０からケーシング２の内部に向かって光ファイバ部品３が差し込まれ、ハンダ８で貫通孔部分に固定されている。溶けたハンダは毛細管現象で貫通孔と光ファイバ部品先端の間の隙間に充填され、金属被覆７は貫通孔部分に接着されると共に、貫通孔は完全に密封される。光ファイバ部品３の先端部でケーシング２の外側にある部分は、補強及び保護のため、保護シール１２で被覆されている。保護シールは、例えば樹脂コーティングなどである。【００２７】
図２は実施例の発光素子・光ファイバ結合モジュール１３の断面図である。これは、前記の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品１のケーシング２の内部に半導体レーザＬを取り付け、背面を蓋１５で閉塞すると共に、ケーシング内部を真空にしたものである。半導体レーザＬは、調整機構１４によって、光ファイバ部品３の軸と同軸になるように、また、半導体レーザＬと第１のＧＲＩＮレンズ５との距離Ｚｌが次の関係式を満足するように調整され、固定される。
Ｚ1＝（ｎ０*ｄ１／ＮＡ1）arctan（ｄ１／（ＮＡ1*Ｌ））
調整機構は、従来の発光素子・光ファイバ結合モジュールに用いられているものと同じ機構を用いることができる。【００２８】
図２に破線で示すように、半導体レーザＬから出た光は効率よく第１のＧＲＩＮレンズ５に進入し、その終端において平行光線となり、効率よく第２のＧＲＩＮレンズ６に進入し、その終端において光ファイバ４の軸に集光し、効率よくコア４ａに進入する。【００２９】
図３は実施例の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品１６の横断面図である。これが前記図１の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品１と異なるのは、ケーシング１７の端面１８に貫通孔１９が３個形成されている点である。各貫通孔１９には、図１の場合と同様に、光ファイバ部品３がハンダ８で固定され、貫通孔が密封されている。【００３０】
図４は実施例の発光素子・光ファイバ結合モジュールの断面図である。これは、前記の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品１６のケーシング１７の内部に、３個の半導体レーザＬを、各光ファイバ部品３に対向して取り付け、背面を蓋２１で閉塞すると共に、ケーシング内部を真空にしたものである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュールは、光通信における汎用性のあるモジュールとして使用できる。本発明の発光素子・光ファイバ結合モジュール用部品は、任意の発光素子を取り付け、光通信に使用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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