(57)【要約】【課題】組み立て誤差が発生したとしても、光ファイバのカット面角を、レーザ光の実際の出射方向に適応的に合わせることを可能とし、光結合効率を向上させる。【解決手段】光デバイス１３に対してレンズ２５に対向する端面を光軸に対して傾斜させた光ファイバ１４を備えるファイバスタブ１５を光学的に結合させて光モジュールを製造する方法であって、光デバイス１３とファイバスタブ１５との間の結合効率が最大となる位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を決定し、結合効率が最大となる位置に基づいて光デバイス１３からの出射方向を求め、光ファイバ１４の端面の傾斜方向と結合効率が最大となる位置で求めた光デバイス１３の出射方向とを合わせる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオード及び前記レーザダイオードから出射する光を集光するレンズを備える光デバイスに対して前記レンズに対向する端面を光軸に対して傾斜させた光ファイバを備えるファイバスタブを光学的に結合させて光モジュールを製造する方法であって、
前記光デバイスと前記ファイバスタブとの間の結合効率が最大となる位置を決定し、
結合効率が最大となる位置に基づいて前記光デバイスからの出射方向を求め、
前記光ファイバの端面の傾斜方向と結合効率が最大となる位置で求めた前記光デバイスの出射方向とを合わせる光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記光デバイスからの出射光を光位置検出素子で受光し、前記光デバイスと前記ファイバスタブとの間の結合効率が最大となる位置を決定する請求項１記載の光モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記光デバイスからの出射方向を求めた後に、さらに前記光デバイスと前記ファイバスタブとの間の結合効率が最大となる位置を決定し、
結合効率が最大となる複数の位置に基づいて前記光デバイスからの出射方向を求める請求項１または２記載の光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオード及び前記レーザダイオードから出射する光を集光するレンズを備える光デバイスに対して前記レンズに対向する端面を光軸に対して傾斜させた光ファイバを備えるファイバスタブを光学的に結合させて光モジュールを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レセプタクル型光モジュールの製造において、結合効率が低いと、光エネルギーの損失が著しく、伝送距離が短くなったり、信号対雑音比が低下するため、結合効率を高くなるように光軸調芯を行う必要がある。結合効率を向上させる技術として、例えば、特許文献１、２、３に記載されている。特許文献１に記載の技術は、レーザダイオード（ＬＤ）とレンズに対し、光ファイバの光軸をオフセットさせて結合効率を高めている。また、特許文献２に記載の技術は、スタブの取り付け角度を傾けて光結合強度を高めている。
【０００３】
特許文献３に記載の技術は、特許文献１、２を先行技術として、光ファイバの先端の傾斜角θに対して最適の入射方向角αを計算し、レンズ・レーザ間の距離をａとしてズレ量ｘ0＝ａｔａｎαを求め、パッケージ中心Ｓから一定方向にｘ0ずれた地点を目標としてレーザチップをパッケージに固定し、レンズをパッケージ中心とレンズ中心が合致するようにパッケージに取り付け、光ファイバを傾斜端面の最下点がレーザのずれの方向に一致する方向に保持し、軸線と直交するＸＹ面内で平行移動し最大の結合効率を得る点を探しその点で光ファイバを固定する。
【０００４】
ピグテイルファイバ付やレセプタクルスリーブ付のLDモジュール（TOSA：Transmitter Optical Sub-Assembly）では、LD光からの反射を抑制するため、片端斜めカット（一般的には６〜８度）されたファイバスタブを内蔵したピグテイルファイバ、あるいはレセプタクルを用いた構造を採用している。一方で、この斜めカット面に効率良く光を結合させるためには、そのカット面に応じてカンパッケージ（レンズ）からの出射光の光軸をスタブの光軸に対して傾ける方法が一般的に用いられ、LDそのものを傾けて実装したり、あるいはLDに対するレンズの水平位置をオフセットする（レンズ中心に対するLD水平位置をずらしても同意）したりすることによって、出射光を傾けることができる。
【０００５】
例えば、カット角θ1、垂直軸に対する出射角θ、カット面の法線に対する出射角、θ0とすると、フレネルの関係式から、n1 * sinθ1 = n0 * sinθ0となる。よって、θ0= sin-1{(n1 * sinθ1) / n0}であり、θ=θ0 -θ1となる。n0 = 1.00 (Air)、n1 =1.46(Fiber Core)とすると、θ1 = 6°ではθ= 2.8°となり、θ1=8°ではθ= 3.7°となる。
【０００６】
調芯を行う際にはスタブのカット面の方向を光の出射方向に合わせ、スタブへの最適入射角に近づけて調芯固定を行うことによって最適な結合状態を作り出す（高結合効率、ウイグル変動の抑制）。
【特許文献１】特開平０１−２９２８７７号公報
【特許文献２】特開昭６１−１３８２１７号公報
【特許文献３】特開平１０−０９６８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、ＬＤとレンズ中心との相対的位置の設計値（理論値）を基準に、カンパッケージの出射方向を捉えている。しかし、光モジュールの組み立て時には、製造ばらつき（あるいは各部品の寸法ばらつき）が存在するため、組み立て後の光モジュールの特性は、理論値どおりにならならず、ばらつきが生じる。したがって、実際の調芯精度は理論値よりも低下せざるを得ない。カンパッケージ（レンズ）からの光の出射方向及びその角度はLDの位置に対するレンズの相対位置に大きく依存し、逆にそれをコントロールすることで出射方向及び角度を調整することも理論上は可能である。しかし、実際には、LDに対するレンズの（水平）相対位置はズレ（ばらつき）を生じ、その結果光の出射方向も９０〜１２０度の範囲内にしか収まらず、出射方向を正確に規定することができない。そのため、ファイバへの結合効率を高めようとスタブのカット面方向を合わせようとしてスタブ（実際にはスリーブアセンブリ）をその軸を中心に回転させても大まかにしか合わせることができないのが実情である。方向・角度が合わない場合、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）のコアからクラッド部分の伝搬量が増加し、結合状態が劣化するというデメリットも生じる。
【０００８】
レンズを通過したLD光の出射方向はLD発光位置とレンズ中心の相対位置でほぼ決定され、LD実装位置は近年の技術進歩・自動化により精度良く行われるようになり、またレンズキャップの調芯もほぼ同様に改善されているが、レンズキャップを調芯して最終的にこれをステムに溶接する際には、数十μｍ程度のズレを生じるため、LDとレンズ中心とは所望の相対位置からズレを生じる。また、この他にもLDの実装方向・傾き、LDあるいはサブマウントの実装傾き等、ズレの原因となる要素があり、レンズからの光の角度はある範囲にしか収まらない。
【０００９】
例えば、ある光学系ではLDに対するレンズ中心位置を60μｍオフセットすることで、スタブ端面角6度に対して最適な2.8度という出射角度が得られると計算される。しかし、実際には半径40um程度の固定ズレを生じてしまい、このため、レンズからの光の出射角度は個々の製品、部品によってばらつきを持ってしまう。
【００１０】
したがって、スタブ端面を最適な方向に合わせたくても、ある程度の誤差は仕方がないものとし、設計値に基づいた位置決めにより光モジュールを組み立てているのが現状である。
【００１１】
本発明は組み立て誤差が発生したとしても、光ファイバの傾斜面をレーザ光の実際の出射方向に適応的に合わせることを可能とし、結合効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、レーザダイオード及び前記レーザダイオードから出射する光を集光するレンズを備える光デバイスと、前記レンズに対向する端面を光軸に対して傾斜させた光ファイバを備えるファイバスタブとを光学的に結合させた光モジュールを製造する方法であって、前記光デバイスと前記ファイバスタブとの間の結合効率が最大となる位置を決定し、結合効率が最大となる位置に基づいて前記光デバイスからの出射方向を求め、前記光ファイバの端面の傾斜方向と結合効率が最大となる位置で求めた前記光デバイスの出射方向とを合わせるものである。この構成によれば、光デバイスとファイバスタブとの間の結合効率が最大となる位置において求めた光デバイスの出射方向に光ファイバの傾斜方向を合わせることで結合効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明において、前記光デバイスからの出射光を光位置検出素子で受光し、前記光デバイスと前記ファイバスタブとの間の結合効率が最大となる位置を決定する。この構成によれば、光デバイスからの出射光を光位置検出素子で受光することで、出射光の強度が最大となる位置を測定することができ、測定した位置における出射方向に光ファイバの端面の傾斜方向を合わせることで結合効率を向上させることができる。
【００１４】
本発明において、前記光デバイスからの出射方向を求めた後に、さらに前記光デバイスと前記ファイバスタブとの間の結合効率が最大となる位置を決定し、結合効率が最大となる複数の位置に基づいて前記光デバイスからの出射方向を求める。この構成によれば、結合効率が最大となる複数の位置で出射方向を求めることで精度を上げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光デバイスとファイバスタブとの間の結合効率が最大となる位置において求めた光デバイスの出射方向に光ファイバの傾斜方向を合わせることで結合効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係る光モジュールを示す断面図である。光モジュール１１は、光デバイス１３と、光レセプタクル３１と、それらを互いに接続するモジュールホルダ１７とを備える。光デバイス１３は、サブマウント２７上に固定されたレーザダイオード１９と、レンズホルダ２３によって保持された球形レンズ（以下、単にレンズという）２５と、光出力検出用のフォトダイオード３９とを備えており、レンズホルダ２３はステム２１上に溶接により固定されている。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は発光デバイス１３の端子である。Ｂ１はレーザダイオード１９から出射されるレーザ光であり、Ｂ２はレンズ２５を通過したレーザ光である。
【００１７】
光レセプタクル３１は、光ファイバ（シングルモードファイバ（ＳＭＦ）とする）１４を保持するファイバスタブ（以下、単にスタブという）１５と、ハウジング３３と、スリーブ３５と、ブッシュ３７とを備える。ブッシュ３７は、モジュールホルダ１７の上面に溶接にて固定されている。Ｂ３は光ファイバ１４の光出力端から出射されるレーザ出力光である。スタブ１５（ならびに光ファイバ１４）の受光端面１６は斜めにカットされており、端面での反射光がレーザダイオード２７に帰還しないようになっている。
【００１８】
図６は図１に示した光モジュールの主な光学系（レーザダイオード、レンズ、スタブ（光ファイバ））の位置関係を説明するための図であり、１９ａはレーザダイオード１９の活性層であり、１９ｂはサブマウント２７のレーザダイオード取り付け面である。レーザダイオードの取り付け位置Ｒ１と、レンズ２５の中心位置Ｒ３と、光ファイバ１４の中心位置Ｒ３は、互いにオフセットしている。スタブ１５（光ファイバ１４）の受光端面１６は、水平方向に対してθだけ傾斜している。
【００１９】
光モジュールの部品精度において、レーザダイオードの取り付け位置精度、レンズ２５の調芯精度は高いといえるが（ただし、その傾きや大きさ等にばらつきがある）、レンズホルダ２３をステム２１に溶接する際に、数十μm程度の水平方向の取り付け誤差が生じる。そのため、レーザ光Ｂ２の出射方向は水平方向に対して９０度〜１２０度の範囲でしか定めることができない。
【００２０】
従来、組み立て時のばらつき等を考慮せず、設計値に基づいてスタブ１５の位置と端面１６の傾斜方向の位置決め（調芯）を行っていたため、光結合強度、ウイグル特性（光ファイバの垂直方向に加重をかけた場合の光出力の安定性）が低下してしまう。本実施形態では、光デバイス１３の組み立てが完了した後（つまり、レンズホルダ２３をステム２１に溶接した後）、レーザダイオード１９を実際に発光させ、レンズ２５からの出射光（Ｂ２）の方向を実測し、実測結果に基づいてスタブ１５（光ファイバ１４）を調芯する。
【００２１】
図２はレーザ光の出射方向の測定を説明するための図である。光デバイス１３と光レセプタクル３１に共通に適用する座標軸（座標系）をレンズ２５の中心点を基準点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）として設定する。レーザダイオード１９を駆動しレーザ光（Ｂ２）をレンズ２５から出射させた状態で、光レセプタクル３１をＺ軸方向に所定距離だけ離れた測定ポイントにおいて、Ｘ，Ｙ平面上を水平に移動させ、レンズ２５からのレーザ出射光（Ｂ２）を光ファイバ１４の受光端１６で受光し、受光端の反対側の端部で光強度を測定し、光強度が最大の位置として、光ファイバ１４の中心点（スタブ１５の中心点）の座標位置、（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を検出する。レンズ２５の中心点の座標点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と、光強度が最大の位置である光ファイバ１４の中心（スタブ１５の中心）の座標点（ｘ１，ｘ１，ｘ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）に基づいて、実際のレーザ出射光（Ｂ２）の方向（ならびに角度）を検出する。測定点はZ軸方向１ポイントでも可能であるが、測定点を増やすことで精度が上がる。レーザ出射光の実際の方向にスタブ１５（光ファイバ１４）のカット面方向を合わせることで、光レセプタクル３１を光デバイス１３に対して最適に調芯することができる。
【００２２】
図３は光レセプタクルの調芯を説明するための図である。スタブ１５（光ファイバ１４）の傾斜カット面１６を、図２の座標位置から求められたレーザ出射光（Ｂ２）の実際の出射方向によって定まる最適な方向（図中矢印Ｑ方向）に向け、この状態でブッシュ３７を光デバイス１３上のレンズホルダ１７の上面に溶接によって固定する。これにより、光レセプタクル３１を光デバイス１３に対して最適に調芯することができる。
【００２３】
上記実施形態では、光レセプタクル自体をスキャンしてレーザ光の出射方向を検出するため、精度を上げるためにZ軸方向の複数のポイントで測定を行うと、各ポイントでＸＹ平面における調芯が必要となり調芯時間が増大する。そこで、光レセプタクルをスキャンする代わりにレーザ光に受光感度を持つ光位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensing Device）（例えば、1.31μｍ〜1.55μｍ帯ならばGaInAs/InP系のＰＳＤを採用することが可能）を用いて受光点の位置をセンシングし、レーザ光の出射方向（および角度）を測定する。ＰＳＤは各電極に生じる光電流（Ipd）の差分から受光面上にある光入射位置を求めることができるため、そこから求めた座標から、光デバイス１３からの出射方向・角度を求めることができる。
【００２４】
図４はPSDを用いたレーザ出射光の方向の測定を説明するための図である。光レセプタクル３１の調芯を行う前に、ＰＳＤ５０をＺ軸方向に複数ポイント移動させ（Ｚ軸方向に連続的にスキャンさせてもよい）、それぞれの位置でＰＳＤの各電極に流れる光電流比から受光点の位置を検出する。その後、光レセプタクル３１を最適位置に調芯し、モジュールホルダ１７の上面に溶接により固定する。
【００２５】
図５に示すようにＰＳＤは２次元の受光面をもつ光センシングデバイスであり、四隅に電極５１ａ〜５１ｄが設けられている。各電極の電流を、Ｉｘ１，Ｉｘ２，Ｉｙ１，Ｉｙ２とすると、受光点のＸＹ平面における座標位置（ｘ，ｙ）は、ｘ＝Ａ（Ｉｘ１−Ｉｘ２）／（Ｉｘ１＋Ｉｘ２）、ｙ＝Ｂ（Ｉｙ１−Ｉｙ２）／（Ｉｙ１＋Ｉｙ２）、Ａ，Ｂを各軸に対する補正係数として求められる。ＰＳＤを用いた測定ではXY方向の調芯が不要であるため、Z軸方向の測定ポイントを増やしても測定時間が大幅に増加することはない。また、ＰＳＤはフォトダイオードであるため、光デバイス１３からのレーザ光の分布ならびに光パワーを同時に評価することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の光モジュールの実施形態を示す断面図
【図２】レーザ光の出射方向の測定を説明するための図
【図３】光レセプタクルの調芯を説明するための図
【図４】レーザ光の出射方向を説明するための図
【図５】ＰＳＤの構成を示す図
【図６】光モジュールの主な光学系の位置関係を説明するための図
【符号の説明】
【００２７】
１１  光モジュール
１３  光デバイス
１４  光ファイバ
１５  スタブ（ファイバスタブ）
１６  スタブの傾斜カット面（受光端面）
１７  モジュールホルダ
１９  レーザダイオード
２１  ステム
２３  レンズホルダ
２５  レンズ
２７  サブマウント
３１  光レセプタクル
３３  ハウジング
３５  スリーブ
３７  ブッシュ
３９  フォトダイオード
５０  光位置検出素子（ＰＳＤ）
【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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【図６】
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