(57)【要約】【課題】光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させるとともに、光導波路に上方から応力が加わらない光モジュールを提供する。【解決手段】光導波路１４を有する光素子１５と、光導波路１４を通過した光を光素子１５の端に形成された出力端面１４ｊから受ける光ファイバ１６と、光導波路１４から放射された放射光１７ａ、１７ｂを透過させ、また光ファイバ１６を光導波路１４と光結合させて光素子１５と固定するビーズ１８と、ビーズ１８によって透過された放射光１７ａ、１７ｂの一部を受光する受光素子２０とを含み、ビーズ１８は内部に光を散乱させる散乱体１８ｄを含んでなり、入射された放射光１７ａ、１７ｂを散乱させ、受光素子２０は当該散乱された放射光１９を受光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を有する光素子と、
前記光導波路を通過した光を前記光素子の端に形成された光導波路端から受ける光ファイバと、
前記光導波路から放射された放射光を透過させ、また前記光ファイバを前記光導波路と光結合させて前記光素子と固定するビーズと、
前記ビーズによって透過された前記放射光の一部を受光する受光素子とを含む光モジュールであって、
前記ビーズは内部に光を散乱させる散乱体を含んでなり、入射された前記放射光を散乱させ、前記受光素子は当該散乱された散乱光を受光することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記散乱光が主に前記受光素子の方向に向かうように、前記散乱体が前記ビーズ内の所定領域のみに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記散乱体が気泡を含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記散乱体が、前記ビーズの本体と屈折率の異なる材料を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記散乱体が金属を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記散乱体が板状の磁性金属であることを特徴とする請求項５に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに係り、特に、光素子と光ファイバの接着強度を高めるためのビーズを有する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速かつ大容量の光通信システムが実用化されており、このような光通信システムに組み込むための発光素子、受光素子、変調素子などの高速かつ小型な光素子の開発が盛んに進められている。
【０００３】
例えば、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型ＬＮ光変調器は、４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、大容量光伝送システムにおけるキーデバイスとして期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は従来のＬＮ光変調器１００の構成を示す平面図である。入力光導波路１０１に入射された光は、分岐光導波路１０２、１０３において２分割される。図示しない進行波電極に電圧が印加されない場合には、光は相互作用光導波路１０４、１０５を同相で伝搬する。その後、光は合波光導波路１０６、１０７により合波されて基本モードとして出力光導波路１０８を伝搬し、ビーズ１０９とともにＬＮ光変調器１００に固定された光ファイバ１１０に出射される。
【０００５】
一方、進行波電極に電圧が印加された場合には、光は相互作用光導波路１０４、１０５を逆位相で伝搬する。その後、光は合波光導波路１０６、１０７により合波されて１次の高次モード光が形成される。出力光導波路１０８はこの１次の高次モード光をカットオフするように設計されているため、この１次の高次モード光は、放射光１１１、１１２として基板１１３内に放射され、基板１１３内を広がりながら伝搬される。
【０００６】
基板１１３内に放射された２つの放射光１１１、１１２のうち、放射光１１１は、ビーズ１０９の先端に形成された反射面において反射され、筐体１１４の側面に固定された受光素子１１５の受光面に受光される。受光された放射光１１１は受光素子１１５において電気信号に変換され、この電気信号は筐体１１４の外に出力される。
【特許文献１】特開２００１−２８１５０７号公報（［００２７］〜［００２９］、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の光素子においては、光ファイバと光導波路とを光結合させた後に、ビーズと基板とを接着固定する必要があるが、受光素子に放射光が向かうようにビーズの取り付け角度を調整して固定するのに時間を要するという課題があった。
【０００８】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させるとともに、受光素子の配置の自由度が高い光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の光モジュールは、光導波路を有する光素子と、前記光導波路を通過した光を前記光素子の端に形成された光導波路端から受ける光ファイバと、前記光導波路から放射された放射光を透過させ、また前記光ファイバを前記光導波路と光結合させて前記光素子と固定するビーズと、前記ビーズによって透過された前記放射光の一部を受光する受光素子とを含む光モジュールであって、前記ビーズは内部に光を散乱させる散乱体を含んでなり、入射された前記放射光を散乱させ、前記受光素子は当該散乱された散乱光を受光することを特徴とする構成を有している。
この構成により、ビーズの取り付け角度を調整する作業を省略できるので、光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の光モジュールは、前記散乱光が主に前記受光素子の方向に向かうように、前記散乱体が前記ビーズ内の所定領域のみに配置されていることを特徴とする構成を有している。
この構成により、ビーズに入射された放射光を主に受光素子の方向に向かうように散乱させてビーズから出射させることができる。
【００１１】
また、本発明の光モジュールは、前記散乱体が気泡を含むことを特徴とする構成を有している。
この構成により、ビーズに入射された放射光を放射状に散乱させてビーズから出射させることができる。
【００１２】
また、本発明の光モジュールは、前記散乱体が、前記ビーズの本体と屈折率の異なる材料を含むことを特徴とする構成を有していてもよい。
また、本発明の光モジュールは、前記散乱体が金属を含むことを特徴とする構成を有していてもよい。
【００１３】
また、本発明の光モジュールは、前記散乱体が板状の磁性金属であることを特徴とする構成を有している。
この構成により、ビーズに入射された放射光の散乱方向を制御することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させるとともに、受光素子の配置の自由度が高い光モジュールを提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る光モジュールの実施形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
本発明に係る光モジュールの第１の実施形態を図１および図２に示す。図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ光モジュール１の要部の構造を示す上面図、側面図および斜視図である。図２は光モジュール１の構成を示す分解斜視図である。
【００１６】
即ち、図１および図２に示すように、第１の実施形態の光モジュール１は、開口部１１ａを有する筐体１１と、筐体１１の上部に固定される蓋部材１２と、筐体１１内の基準平面１１ｂ上に固定され、電気光学効果を有する基板１３の表面に光導波路１４が形成された光素子１５とを含む。
【００１７】
図１に示した光素子１５は、例えば導波路型ＬＮ光変調器チップである。ＬＮ光変調器チップは、光導波路１４を伝播する光波にマイクロ波による電界を作用させて、電気光学効果によって変調を行う光素子である。ＬＮ光変調器チップの基板１３は、電気光学効果を有する強誘電体であるＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）からなる。
【００１８】
光導波路１４は、基板１３にＴｉ等を熱拡散させることによって基板表面に形成され、基板１３に対して高屈折率を有するものであり、光を入射させる入力光導波路１４ａと、入力光導波路１４ａに入射された光を二つに分岐して導波する二つの分岐光導波路１４ｂ、１４ｃと、分岐光導波路１４ｂ、１４ｃにおいて分岐された二つの光の位相を変調するための二つの相互作用光導波路１４ｄ、１４ｅと、二つの相互作用光導波路１４ｄ、１４ｅにおいて変調された光を合波点１４ｆにおいて合波する合波光導波路１４ｇ、１４ｈと、合波点１４ｆを介して合波光導波路１４ｇ、１４ｈに接続されている出力光導波路１４ｉとを含む。
【００１９】
さらに、光モジュール１は、出力光導波路１４ｉの出力端面１４ｊと光結合する端部１６ａを有する光ファイバ１６と、合波点１４ｆから放射され、出力光導波路１４ｉの外部を通って伝搬する放射光１７ａ、１７ｂを透過させるとともに、出力端面１４ｊに光ファイバ１６の端部１６ａを光結合させるビーズ１８と、ビーズ１８によって透過された放射光１９の一部を受光する受光素子２０と、受光素子２０から電気信号を出力するためのコネクタ２２とを含む。
【００２０】
そして、光素子１５の光導波路が形成された面１５ａ上には、やとい２１が接着固定されており、光素子１５とビーズ１８が先端に固定された光ファイバ１６との接着強度を高めている。やとい２１の材質としては、例えば、ガラス、金属、セラミックス、プラスチックを用いるとよく、あるいは、これらの複合体であってもよい。
【００２１】
さらに、光素子１５は、図示しないバッファ層と、光波にマイクロ波による電界を作用させるための図示しないマイクロ波伝播導波路（例えばコプレーナ線路）とを基板１３の光導波路１４が形成された層上に有している。
【００２２】
図３にビーズ１８の形状の一例を示す。図３（ａ）はビーズ１８の斜視図、図３（ｂ）は正面図である。ビーズ１８は、光ファイバ１６を挿通させる挿通孔１８ａ、および、出力光導波路１４ｉの出力端面１４ｊと接合される平坦面（以下、出力端面接合面と記す）１８ｂを有する本体部１８ｃと、本体部１８ｃ内部の所定領域に配置され、放射光１７ａ、１７ｂを散乱させる散乱体１８ｄとを備える。なお、図３には散乱体１８ｄが本体部１８ｃ内全体に均質に内包される例を示している。
【００２３】
ビーズ１８の本体部１８ｃの材質としては、例えば、ガラスなどを用いるとよい。散乱体１８ｄの材質としては、例えば、気泡、金属、本体部１８ｃと屈折率の異なるガラス材料を用いるとよい。
【００２４】
ビーズ１８に気泡を混入させる方法としては、例えば、天然の珪石原料や水晶粉末に、窒化珪素や炭素前駆体等を発泡剤として添加し、加熱発泡させる方法や、結晶質石英粉末をアンモニア雰囲気中で加熱してアンモニア化させた後、不活性ガス雰囲気下で加熱溶融する方法などを用いるとよい。
【００２５】
また、金属や本体部１８ｃと屈折率の異なるガラス材料を散乱体とする場合には、予め金属やガラス材料を混入させたガラス母材を２０００℃程度の高温で加熱しながら線引きする方法を用いるとよい。
【００２６】
ここで、金属は、粒子状、板状あるいは繊維状であってもよい。金属が磁性金属である場合には、線引き時に磁場を印加することにより、所望の方向に磁性金属の向きを揃えてもよい。
【００２７】
また、ビーズ１８の形状は、図３に示した例に限定されるものではなく、平坦な出力端面接合面１８ｂを備えるものであればよい。例えば、図４に示すように、平坦な下面を有する円柱形状（図４（ａ））であっても、あるいは、角柱形状（図４（ｂ））であってもよい。また、光素子１５の出力端面１４ｊを含む端面１５ｂが斜め端面である場合には、ビーズ１８の出力端面接合面１８ｂも斜め端面（図４（ｃ））とすればよい。
【００２８】
なお、光ファイバ１６として偏波保持光ファイバを用いた場合には、応力付与部をビーズ１８の平坦な下面に対して平行あるいは垂直とすれば、偏波方向の認識が容易となる。
【００２９】
受光素子２０は、フォトダイオードなどからなる。ビーズ１８によって散乱された放射光１９が到達する範囲であれば、受光素子２０の設置位置は筐体内の任意の位置でよい。
【００３０】
以下、本発明に係る光モジュールの動作について図面を用いて説明する。
図５は光素子１５の光導波路１４の構成を示す平面図である。入力光導波路１４ａに入射した光は、分岐光導波路１４ｂ、１４ｃにおいて２分割される。図示しない進行波電極に電圧が印加されない場合には、光は相互作用光導波路１４ｄ、１４ｅを同相で伝搬する。その後、光は合波光導波路１４ｇ、１４ｈにより合波されて基本モードとして出力光導波路１４ｉを伝搬し、光ファイバ１６に出射される（図５（ａ））。
【００３１】
一方、進行波電極に電圧が印加された場合には、光は相互作用光導波路１４ｄ、１４ｅを逆位相で伝搬する。その後、光は合波光導波路１４ｇ、１４ｈにより合波されて１次の高次モード光が形成される。出力光導波路１４ｉはこの１次の高次モード光をカットオフするように設計されているため、この１次の高次モード光は、放射光１７ａ、１７ｂとして基板１３内に放射され、基板１３内を広がりながら伝搬される（図５（ｂ））。
【００３２】
基板１３内に放射された２つの放射光１７ａ、１７ｂは、ビーズ１８内に入射、散乱された後に放射状にビーズ１８から出射され、その一部が筐体１１の側面に固定された受光素子２０の受光面に受光される。受光された放射光１９は受光素子２０において電気信号に変換され、この電気信号はコネクタ２２を介して筐体１１の外に出力される。
【００３３】
以下、本発明に係る光モジュールの製造方法について説明する。
本発明に係る光モジュールの製造方法は、（１）光素子１５および受光素子２０を筐体１１の内部に接着固定する素子接着工程と、（２）光ファイバ１６をビーズ１８の挿通孔１８ａに挿通し、接着固定するビーズ取り付け工程と、（３）ビーズ１８が取り付けられた光ファイバ１６を筐体１１の開口部１１ａに挿通させ、光ファイバ１６と筐体１１に固定された光素子１５とを図示しない接着剤によって接着する光ファイバ接着工程とを含む。
【００３４】
即ち、上記の光素子接着工程（１）においては、開口部１１ａが予め溶接等によって固定された筐体１１の内部に光素子１５および受光素子２０を接着固定する。
【００３５】
ビーズ取り付け工程（２）においては、光素子１５の出力端面１４ｊを含む端面１５ｂと光ファイバ１６との接続面積を増やすために、光ファイバ１６の先端にビーズ１８を取り付け、図示しない接着剤によって接着固定する。
【００３６】
このとき、ビーズ１８の挿通孔１８ａ全体に接着剤を完全に浸透させて、ビーズ１８と光ファイバ１６とを強固に固定することが重要である。このようにすることにより、製品チェックの段階で行われるヒートサイクル試験中に光ファイバ１６の固定位置がずれることを防止できる。
【００３７】
なお、光ファイバ１６の端部１６ａがビーズ１８の出力端面接合面１８ｂとほぼ同一平面上となるように、予め光ファイバ１６の端部１６ａを形成しておくことが好ましい。または、ビーズ１８の挿通孔１８ａに予め光ファイバ１６を挿通してから出力端面接合面１８ｂおよび端部１６ａを同時に研磨することにより出力端面接合面１８ｂと端部１６ａとをほぼ同一平面上となるように形成してもよい。
【００３８】
光ファイバ接着工程（３）においては、ビーズ１８の出力端面接合面１８ｂと光ファイバ１６の端部１６ａに図示しない接着剤を塗布する。光素子１５および受光素子２０が接着固定された筐体１１を光ファイバ調芯装置に固定し、ビーズ１８が取り付けられた光ファイバ１６を開口部１１ａに挿通させて筐体１１内に引き込んで光素子１５の出力端面１４ｊに近接させる。光軸調芯を行い光ファイバ１６の端部１６ａと出力端面１４ｊとを十分な光結合が得られる位置に調整する。この状態でビーズ１８が取り付けられた光ファイバ１６を光素子１５の出力端面１４ｊを含む端面１５ｂに接着固定する。
【００３９】
この後、光ファイバ接着工程（３）を経た光モジュール１に対して、光ファイバ１６と開口部１１ａとの間で筐体１１を半田や樹脂等によって気密封止する。最後に、蓋部材１２をシーム溶接等により筐体１１に固定して、光モジュール１が完成する。
【００４０】
以上説明したように、第１の実施形態の光モジュールは、ビーズに入射された放射光を放射状に散乱させてビーズから出射させることができるため、筐体内の受光素子配置の自由度を向上させることができる。さらに、ビーズの取り付け角度を調整する必要がないため、光ファイバと光素子との接着作業の作業性を向上させることができる。
【００４１】
また、ビーズに入射された放射光は放射状に散乱されるので、例えば放射光１７ｂがビーズの側面で反射して放射光１７ａと干渉してしまうということはなく、放射光１７ａと１７ｂとの干渉を効果的に防ぐことが可能である。
【００４２】
また、図７に示した特許文献１の構造のようにビーズを複雑な構造に加工したり、反射膜を形成したりする必要がないため、ビーズの製作の作業性を向上させることができるとともに、生産コストを低減することができる。
さらに、散乱体が磁性金属である場合には、ビーズに入射された放射光の散乱方向を所望の方向に制御することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明に係る光モジュールの第２の実施形態を図６を用いて説明する。図６（ａ）は光モジュール２の要部の構造を示す上面図、図６（ｂ）はビーズ２８の形状の一例を示す斜視図、図６（ｃ）はビーズ２８の正面図である。第１の実施形態と同様の構成および製造方法については説明を省略する。
【００４４】
図６に示すように、本実施形態のビーズ２８の内部には散乱体２８ｄが正面から見て左側に偏倚して配置されている。これは、例えば、予め散乱体２８ｄを混入させたガラス母材と混入させていない母材を準備し、これらを同時に加熱しながら線引きすることで形成される。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、進行波電極に電圧が印加された場合には、光は相互作用光導波路１４ｄ、１４ｅを逆位相で伝搬する。その後、光は合波光導波路１４ｇ、１４ｈにより合波されて１次の高次モード光が形成される。出力光導波路１４ｉはこの１次の高次モード光をカットオフするように設計されているため、この１次の高次モード光は、放射光１７ａ、１７ｂとして基板内に放射され、基板１３内を広がりながら伝搬される。
【００４６】
基板１３内に放射された２つの放射光のうち放射光１７ａは、ビーズ２８内に入射、散乱された後に放射状にビーズ２８から出射され、その一部が筐体１１の側面に固定された受光素子２０の受光面に受光される。受光された放射光１９は受光素子２０において電気信号に変換され、この電気信号は、例えばコネクタ２２を介して筐体１１の外に出力される。
【００４７】
基板１３内に放射された２つの放射光のうち放射光１７ｂは、ビーズ２８内の散乱体２８ｄが配置されていない領域を透過し、筐体１１内の空間に放射される。このようにビーズ２８内の散乱体２８ｄの配置を偏倚させることにより、放射光１７ａと位相がπだけ異なる放射光１７ｂとの干渉を防ぐことができる。
【００４８】
また、第１の実施形態と同様に、ビーズ２８の形状は図６に示した例に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４９】
以上説明したように、第２の実施形態の光モジュールは、放射光１７ｂを透過させる構成であるので、第１の実施形態の効果に対し、位相が異なる２つの放射光の干渉をさらに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態の光モジュールの要部の構造を示す上面図、側面図および斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態の光モジュールの構成を示す分解斜視図
【図３】ビーズの形状の一例を示す斜視図および正面図
【図４】ビーズの形状の他の例を示す斜視図
【図５】光素子の光導波路の構成を示す平面図
【図６】本発明の第２の実施形態の光モジュールの要部の構造を示す上面図、および、ビーズの形状の一例を示す斜視図および正面図
【図７】従来のＬＮ光変調器の構成を示す平面図
【符号の説明】
【００５１】
１  光モジュール
１３  基板
１４  光導波路
１４ａ  入力光導波路
１４ｂ、１４ｃ  分岐光導波路
１４ｄ、１４ｅ  相互作用光導波路
１４ｆ  合波点
１４ｇ、１４ｈ  合波光導波路
１４ｉ  出力光導波路
１４ｊ  出力端面
１５  光素子
１６  光ファイバ
１６ａ  端部
１７ａ、１７ｂ、１９  放射光
１８、２８  ビーズ
１８ａ  挿通孔
１８ｂ  出力端面接合面（平坦面）
１８ｃ  本体部
１８ｄ、２８ｄ  散乱体
【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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【図７】
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