(57)【要約】【課題】反射戻り光を抑えつつ、ＳＭＦとＭＭＦそれぞれへの光結合パワーを満たすことができるようにした光送信モジュールを提供する。【解決手段】光送信モジュールは、光ファイバのフェルールをガイドするスリーブ１と、スリーブ１内に設けられ光ファイバと光学的に結合するスタブ２と、ＬＤ９を内蔵する発光素子パッケージ６と、スリーブ１と発光素子パッケージ６とを連結するジョイントスリーブ４とを備え、スタブ２のＬＤ９側の端面がＬＤ９の光軸に対して傾斜して形成され、ＬＤ９の光軸上に、ＬＤ９への反射戻り光を減衰させる減衰部材５を備える。減衰部材５は、ＬＤ９の光軸に対して傾斜した状態でジョイントスリーブ４に取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバのフェルールをガイドするスリーブと、該スリーブ内に設けられ前記光ファイバと光学的に結合するスタブと、発光素子を内蔵する発光素子パッケージと、前記スリーブと前記発光素子パッケージとを連結するジョイントスリーブとを備え、
前記スタブの前記発光素子側の端面が該発光素子の光軸に対して傾斜して形成された光送信モジュールであって、
前記発光素子の光軸上に、該発光素子への反射戻り光を減衰させる減衰部材を備えたことを特徴とする光送信モジュール。
【請求項２】
前記減衰部材は、前記発光素子の光軸に対して傾斜した状態で前記ジョイントスリーブに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項３】
前記ジョイントスリーブは、前記減衰部材の取り付け部が該減衰部材の形状に合わせて加工されていることを特徴とする請求項２に記載の光送信モジュール。
【請求項４】
前記減衰部材は、光反射膜が蒸着されたガラス部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信モジュール。
【請求項５】
前記減衰部材は、光吸収膜が蒸着されたガラス部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信モジュール。
【請求項６】
前記減衰部材は、前記発光素子パッケージに設けられたレンズであり、
前記レンズは、前記発光素子への反射戻り光を減衰させるために減衰機能が付与されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項７】
前記減衰部材は、前記スタブに収納された光ファイバであり、
前記光ファイバは、前記発光素子への反射戻り光を減衰させるための減衰機能が付与されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール
【請求項８】
前記減衰部材は、前記スリーブ内に収納されたスタブであり、
前記スタブの前記発光素子側の端面は、前記発光素子への反射戻り光を減衰させるための減衰膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザと光学部品を備え、光ファイバ通信で利用される光送信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子（ＬＤ:Laser Diode）と、光学部材とを備える光送信モジュールにおいて、ＬＤの出射光が光学部材で集光されて光信号の伝送路である光ファイバに結合する光路上で反射が発生し、反射戻り光となってＬＤへ戻ると、ＬＤのレーザ発振が不安定となる。これを防ぐために、光送信モジュールではＬＤの反射戻り光対策を施しておく必要があり、さらに光結合パワーの仕様も満たす必要がある。
【０００３】
反射戻り光対策の１つとして、従来、光学部材の光入射面を光軸に対して傾けて配置することで、反射光がそのままＬＤへ戻らないようにした構造が知られている。別の手段として、例えば、特許文献１には、光送信モジュールの内部にファラデー回転子を有するアイソレータを内蔵して反射を抑えた構造が記載されている。また、特許文献２には、光ファイバをＬＤ光の集光点から位置をずらして配置することによって光ファイバ端面での反射がＬＤへ戻りにくくする方法が記載されている。また、特許文献３には、反射戻り光対策のために、アイソレータを使用すると共に、さらに光軸から偏心した位置に光ファイバを配置して光軸周りに回転することで集光点から光ファイバをずらして光結合パワーの調整を行うことが記載されている。反射抑制の効果としてはアイソレータが最も大きい。
【０００４】
図４は、従来の光送信モジュールの構造を示す図である。図中、１０１はスリーブ、１０２はスタブ、１０３は光通し孔、１０４はジョイントスリーブ、１０５はアイソレータ、１０６は発光素子パッケージ、１０７はレンズ、１０８はホルダ、１０９は発光素子（ＬＤ）、１１０はステム、１１１はリードピンを示す。このように、従来の光送信モジュールの場合、反射戻り光対策として、アイソレータ１０５を使用するか、あるいは、図示しない光ファイバをＬＤ１０９の集光点から図中矢印方向（光軸方向）へ位置をずらすデフォーカスを行っていた。
【特許文献１】特開２００６−１６３３５１号公報
【特許文献２】特開２００６−１５４３２１号公報
【特許文献３】特開２００６−１３９０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術において、アイソレータは、一般に部品が高額であり、金属部品の斜め加工を行うためにコスト増加となる。また、デフォーカスを行う方法では、反射戻り光の低減効果は認められるものの、アイソレータほどの効果は得られない。
【０００６】
このような反射戻り光への配慮の一方で、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）とマルチモードファイバ（ＭＭＦ）の両方あるいはいずれか一方の使用を前提（すなわち、ＳＭＦで用いられる場合の仕様と、ＭＭＦで用いられる場合の仕様との両立を必要）とした光モジュールのニーズがあり、そのための検討が行なわれている。
【０００７】
このとき最大の課題は、ＳＭＦまたはＭＭＦのそれぞれに接続したときの光結合パワーの仕様を満たさなくてはならないことである。光送信モジュールの製造時にＳＭＦへの光結合パワーが所定の範囲内となり、かつ、反射戻り光抑制のために、集光点から少しずれた位置に調整して固定したときに、ＭＭＦと結合した場合の光結合パワーが、ＳＭＦへの結合パワーと相関があればある程度の予測と作り込みが可能となる。
【０００８】
しかしながら、図５に示すように、製造時に集光点からずらした量によってＳＭＦとＭＭＦの差が大きく異なってしまうため、ＳＭＦとＭＭＦの両方の仕様を満たすものを製造することは困難である。すなわち、ＳＭＦへの光結合パワーとＭＭＦへの光結合パワーの差は、集光点からのずれ量に依存して大きく変化し一定ではない。従って、反射戻り光対策として集光点からのずれ量を利用する場合、ＳＭＦとＭＭＦ両方の仕様を満足するものを安定的に製造することが困難となる。
【０００９】
図５は、ＳＭＦとＭＭＦの光結合パワーと光軸方向のずれ量との関係を示す図である。図中、縦軸に結合パワー、横軸に光軸方向のずれ（デフォーカス）量を示し、ＳはＳＭＦの特性、ＭはＭＭＦの特性を示す。このように、ＳＭＦへの光結合パワーとＭＭＦへの光結合パワーの差は、集光点からのずれ量に依存して大きく変化し一定ではない。
【００１０】
これについて具体的に説明すると、一般的な光結合パワーの調整方法として、レンズにて集光された位置から光結合位置をずらすことにより、所望の出力に調整するデフォーカスによる方法が知られている。しかし、使用するアプリケーションの中には、この方法では調整できない場合がある。例えば、ＬＲＭ規格のようにＳＭＦとＭＭＦの両方が光結合される場合、デフォーカスによって光をぼかすと、ずれ量に応じてＳＭＦ結合とＭＭＦ結合とのパワー差が大きくなり、パワーレンジを満たすことが難しくなる。
【００１１】
上述の特許文献３に記載の技術によれば、アイソレータによって反射戻り光を低減させ、光ファイバをＬＤ光の集光点から位置をずらすデフォーカスによって光結合パワーの調整を行っているが、アイソレータが高コストなうえに、デフォーカスを行っているため、特許文献２に記載の技術と同様、ＳＭＦとＭＭＦの両方で規定された光結合パワーを満たすことは困難である。
【００１２】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、反射戻り光を抑えつつ、ＳＭＦとＭＭＦそれぞれへの光結合パワーを満たすことができるようにした光送信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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の光送信モジュールは、光ファイバのフェルールをガイドするスリーブと、スリーブ内に設けられ光ファイバと光学的に結合するスタブと、発光素子を内蔵する発光素子パッケージと、スリーブと発光素子パッケージとを連結するジョイントスリーブとを備え、スタブの発光素子側の端面が発光素子の光軸に対して傾斜して形成され、発光素子の光軸上に、発光素子への反射戻り光を減衰させる減衰部材を備える。減衰部材は、発光素子の光軸に対して傾斜した状態でジョイントスリーブに取り付けられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アイソレータと同等の反射耐性を持ち、且つ、低コストで実現可能な減衰部材を配置することにより、ＬＤへの反射戻り光を抑えると共に、減衰部品の減衰率を調整することで、デフォーカスすることなく、ＳＭＦでもＭＭＦでも所定の光結合パワーを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の光送信モジュールに係る好適な実施例について説明する。
【００１６】
図１は、本発明による光送信モジュールの要部構成例を示す図である。図中、１はスリーブ、２はスタブ、３は光通し孔、４はジョイントスリーブ、５は減衰部材、６は発光素子パッケージ、７はレンズ、８はホルダ、９は発光素子（ＬＤ）、１０はステム、１１はリードピンを示す。
【００１７】
図１（Ａ）において、スリーブ１は、外部から挿入される光ファイバのフェルール（図示せず）をガイドし、外部光伝送路と光接続を形成する。スタブ２は、スリーブ１と一体的に設けられ、中心部に短尺の光ファイバｆを挿着したフェルール形状で形成される。スタブ２は、スリーブ１に挿入される光ファイバのフェルール端と突き合わされることにより、スタブ２内の光ファイバｆと外部の光ファイバ（図示せず）と光接続が形成される。また、スタブ２のＬＤ９側の端面２ａがＬＤ９の光軸に対して傾斜して形成されている。
【００１８】
ジョイントスリーブ４は、スリーブ１と発光素子パッケージ６を連結するためのジョイント部材であり、中央部にレンズ７で集光された信号光を通すための光通し孔３が形成されている。また、ジョイントスリーブ４の光通し孔３の下部には、ＬＤ９への反射戻り光を減衰させるための減衰部材５が光軸に対して傾斜した状態で取り付けられている。
【００１９】
発光素子パッケージ６は、例えば、ＣＡＮ型（同軸型）で形成され、上部中央に信号光を集光するレンズ７と、レンズ７を保持するホルダ８と、信号光を送信する発光素子であるＬＤ９と、ＬＤ９を保持するステム１０とを備え、ステム１０にはリードピン１１が取り付けられている。
【００２０】
図１（Ｂ）は、ジョイントスリーブ４と減衰部材５を部分的に拡大した図である。この減衰部材５は、ＬＤ９の光軸上に設けられ、ＬＤ９への反射戻り光を減衰させるための部材であり、例えば、光反射膜あるいは光吸収膜を蒸着させたガラス部材である。この減衰部材５に蒸着された膜は、一般的な光学膜であり、アイソレータに比べて安価であるため、従来構成に比べてコスト低減を図ることが可能となる。
【００２１】
光学膜としては、例えば金属膜や金属酸化物膜、ＮＤフイルタとして良く使われる数種類の金属混合膜等から構成される材料を、真空蒸着法やスパッタリング法等でガラス板にコーティングしたものが想定される。このように光反射膜をコーティングしたガラス板を適当な大きさ（例えば、１．１ｍｍ角）に切り出した部材をジョイントスリーブ４に接着固定する。
【００２２】
また、光吸収膜としては、発光素子であるＬＤ９の発光波長（例えば、１．３１μｍ）を吸収できる吸収係数を持つ材料、すなわち、ＬＤ９の発光波長以上の光吸収端を有する材料で形成される。例えば、Ｇｅ（光吸収端が１．５５μｍ）、ＩｎＧａＡｓ（光吸収端が１．６５μｍ）、ＩｎＧａＡｓＰ（光吸収端が１．３０〜１．５５μｍ）等も想定される。
【００２３】
スタブ２の端面２ａは、例えば、光軸に直交する面に対して、例えば６°あるいは８°に傾斜しており、これにより近端反射戻り光をある程度抑制することができるが、これだけでは反射戻り光を完全に抑えられているわけではない。より効果的に反射戻り光を抑えるためには端面２ａの傾斜角を大きくする必要があるが、大きくしすぎると結合効率の劣化や光軸の角度バラツキによる結合効率の劣化が顕著になるなどの不具合があり、近端反射戻り抑制のための端面２ａの傾斜角には制限がある。なお、反射戻り光の中には、光ファイバの近い方の端面（近端）からの近端反射戻り光、光ファイバの遠い方の端面（遠端）からの遠端反射戻り光などがある。
【００２４】
図２（Ａ）はジョイントスリーブ４に減衰部材５を取り付けた状態の一例を示す図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示すＸ部を拡大した図であり、図２（Ｃ）はジョイントスリーブ４に形成された取り付け部を下面から見たときの図である。図中、４ａは減衰部材５を取り付けるための取り付け部で、４ｂは溢れた接着剤を吸収するためのスペースである。
【００２５】
図２（Ｂ）において、ジョイントスリーブ４に形成された取り付け部４ａは、光軸に対して直交する面に対して、例えば８°あるいは１２°に傾斜させて切削加工されており、ＬＤ９への反射戻り光を抑制している。この取り付け部４ａは、減衰部材５の形状に合わせて、減衰部材５を囲うように断面凸形状に切削加工されているため、取り付け時の位置決めが容易となる。なお、取り付け部４ａの加工方法は、切削加工に限らず、成型加工、プレス加工などを用いてもよい。
【００２６】
また、ジョイントスリーブ４に減衰部材５を接着剤で固定する際に、接着剤の光学有効領域Ｒへの流れ込みを抑制するため、溢れた接着剤を吸収するためのスペース４ｂを設けている。このスペース４ｂにより、溢れた接着剤を吸収すると同時に接着強度を向上させることができる。なお、このスペース４ｂは、取り付け部４ａの断面形状の長さを、減衰部材５の断面形状の長さよりも所定長だけ長くすることで形成される。このスペース４ｂの長さは、減衰部材５の大きさによって適宜決定すればよいが、例えば、減衰部材５の上部円柱側の直径をＬ、下部四角柱側の対角線長をＭとすると、Ｍ−Ｌを超えない範囲で決定すればよい。
【００２７】
本実施例によれば、ジョイントスリーブ４に減衰部材５を傾斜させて取り付けており、光結合には直接関わらない部分であるため、近端反射を抑制するための角度を制限なく設定することが可能となる。すなわち、スタブ２の端面２ａの傾斜（６°，８°）に加えて、減衰部材５を傾斜（８°，１２°）させて配置することで、近端での反射戻り光をより効果的に抑制することが可能となる。
【００２８】
反射特性の指標の１つとして、ＲＩＮ（Relative Intensity of Noise）２００ＭＡという測定方法（ＩＥＥＥ８０２．３ａｑ）が知られているが、この測定結果では、アイソレータの−１３７ｄＢ／Ｈｚに対して、減衰部材５は−１３７ｄＢ／Ｈｚと同等の反射特性を有することがわかっている。これは、遠端反射光のＬＤ９に結合する成分を減衰部材５にて減衰するからである。よって、減衰量は大きければ大きいほど、反射特性は向上する。本実施例では７５％減衰させている。
【００２９】
これは、光結合パワーの調整として、ＬＤチップの出力、光学系の結合効率などを考慮し、ファイバ結合パワーを狙い値にするためには、減衰部材５にて７５％損失させることが最適であることを導出したためである。減衰部材５としては、予めＬＤチップの光出力を把握しておき、規格の仕様範囲を満たせる減衰率を持つ部品を用意しておく。このため、ＬＤチップの出力次第では、減衰部材５の減衰率を最適化することで出力を変更することができる。ただし、遠端反射抑制には減衰率を大きくとったほうが好ましい。また、近端反射抑制には減衰部材５の貼付け角度を大きくとった方が好ましい。
【００３０】
ここで、反射戻り光の抑制効果は、減衰部材５の減衰率に依存するが、上記のように７５％損失させる場合の減衰部材５の構成としては、例えば、材質を一般的な誘電体多層膜（Ｔａ２０５／ＳｉＯ２）とし、層数を３〜１０層、傾斜角度を１２°、石英ガラスの全体に蒸着したものが想定される。
【００３１】
このように、従来技術では、ＬＤチップへの反射戻り光対策のため、アイソレータを使用したり、光軸方向のデフォーカスを行なっていたが、本実施例の光送信モジュールは、ＬＤ側端面が光軸と垂直な面から例えば６°あるいは８°傾斜したスタブと、同じく光軸に対して所定の角度の傾きをもって取り付けられた減衰部材とを備え、これにより、ＬＤへの反射戻り光を抑制することができる。
【００３２】
一般に、反射戻り光は、減衰部材の光軸と垂直な面に対する傾斜角度を大きくすればするほど抑制されるが、その一方で、結合効率の劣化やトレランスの幅狭につながるため適切な値に設定しなければならない。半導体素子とスタブの間に設けられた減衰部材は、任意に傾斜角度を設定することができるため、近端反射戻り光を適切に抑制することができる。
【００３３】
また、前述したように、一般的な光結合パワーの調整方法として、デフォーカスを用いると、ＳＭＦとＭＭＦの両方で規定された光結合パワーを満たすことが困難となる場合がある。本実施例の場合、減衰部材の減衰量を所定の光結合パワーが得られるように調整することによって集光点からずらすことなく、光結合パワーの調整が可能となる。したがって、ＳＭＦとＭＭＦとの差が大きくばらつくことなく安定した値となるため、両者の仕様を両立する光送信モジュールを安定的に製造することができる。
【００３４】
上記のように、本実施例によれば、高価なアイソレータを用いずに低コストで反射戻り光対策を施すと共に、ＳＭＦとＭＭＦの仕様を両立することができ、安定的な製造（製造コスト低減）が可能な光送信モジュールを提供することができる。
また、減衰部材により減衰量を任意に調整することができるため、ＳＭＦ、ＭＭＦの双方の光結合において結合差を最小限にして、所望の光結合パワーを得ることができる。
また、減衰部材を用いることにより、スタブでは制限があった傾斜角を大きく調整することができるため、より効果的に反射戻り光を抑制することができる。
【００３５】
図３は、本発明による光送信モジュールの他の要部構成例を示す図である。なお、上記実施例と同じ部材には同じ符号を付与し、その説明は省略するものとする。以下の実施例では、減衰部材５を外部部品として構成せず、発光素子パッケージ６に設けられたレンズ７、あるいは、スタブ２に収納された光ファイバｆ、あるいは、スリーブ１内に収納されたスタブ２を減衰部材として構成する。なお、本実施例でも、上記実施例と同様に、スタブ２の端面２ａは光軸と垂直な面に対して傾斜しているものとする。
【００３６】
レンズ７を減衰部材として構成する場合、レンズ７に金属等の不純物をドーピングする、または、レンズ７に減衰膜を蒸着することで、レンズ７に減衰機能を持たせる。この減衰機能付きレンズ７′によって遠端・近端の反射戻り光を抑制することができる。
【００３７】
また、光ファイバｆを減衰部材として構成する場合、スタブ２内の光ファイバｆ（ＳＭＦ）に金属等の不純物をドーピングすることで、光ファイバｆに減衰機能を持たせる。この減衰機能付き光ファイバｆ′によって遠端の反射戻り光を抑制することができる。
【００３８】
また、スタブ２を減衰部材として構成する場合、スタブ２の端面２ａに減衰膜２ｂを蒸着させることで、スタブ２に減衰機能を持たせる。この場合、外部部品である減衰部材５の接着工程が必要なくなるため、より低コスト化が可能となる。この減衰機能付きスタブ２ａ′によって遠端の反射戻り光を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による光送信モジュールの要部構成例を示す図である。
【図２】ジョイントスリーブに減衰部材を取り付けた状態の一例を示す図である。
【図３】本発明による光送信モジュールの他の要部構成例を示す図である。
【図４】従来の光送信モジュールの構造を示す図である。
【図５】ＳＭＦとＭＭＦの光結合パワーと光軸方向のずれ量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１０１…スリーブ、２，１０２…スタブ、２ａ…端面、２ｂ…減衰膜、３，１０３…光通し孔、４，１０４…ジョイントスリーブ、４ａ…取り付け部、４ｂ…スペース、５…減衰部材、６，１０６…発光素子パッケージ、７，１０７…レンズ、８，１０８…ホルダ、９，１０９…発光素子（ＬＤ）、１０，１１０…ステム、１１，１１１…リードピン、１０５…アイソレータ。
【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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