JP4470799B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、ファイバスタブを用いた光モジュールに関するものである。

発光素子や受光素子といった光学素子とファイバスタブとを有する光モジュールが知られている。ファイバスタブは、管状のフェルールと当該フェルールの貫通孔に挿入された光ファイバとを有する。ファイバスタブは、外部から取り付けられる伝送用光ファイバと光学素子とを光学的に結合する（例えば、特許文献１及び２を参照）。
特開２００２−２５０８４４号公報 特開２００３−１０７２８９号公報

しかしながら、従来の光モジュールでは、伝送特性の劣化が生じることがある。

そこで、本発明は、伝送特性の劣化を低減することができるファイバスタブを用いた光モジュールを提供することを目的としている。

本願発明者は、光モジュールの伝送特性の劣化が、ファイバスタブのクラッド又はフェルールを伝搬する迷光によるものであることを見出した。例えば、発光素子が出射する光のモードフィールド径が、ファイバスタブの光ファイバのモードフィールド径と異なる場合に、この光の一部は、光ファイバのコアの他にクラッド又はフェルールに入射する。

クラッドに入射した光の一部は、クラッドとフェルールの界面で反射して、クラッド内を伝播する迷光となる。クラッドに入射した光の他の一部は、クラッドとフェルールの界面を通過して、フェルールの外側の界面で反射し、更にその一部が、クラッドとフェルールの界面を通過して、クラッド内を伝播する迷光となる。また、フェルールに入射した光は、フェルールの外側の界面で反射して、更にその一部が、クラッドとフェルールの界面を通過して、クラッド内を伝播する迷光となる。

これら迷光は、光モジュールに接続される伝送用光ファイバのクラッドに入射して、伝送用光ファイバのコアへと入射し、信号光と結合することとなる。このような信号光と迷光との結合が、光モジュールの伝送特性の劣化をもたらす。

このような迷光を防止するため、本発明に係る第１の光モジュールは、ファイバスタブと、ファイバスタブの一端に光学的に結合された光学素子とを備え、ファイバスタブは、管状のフェルールと、コアと当該コアの周囲を覆うクラッドとを含みフェルールの貫通孔に挿入された光ファイバと、クラッドの一端面、クラッドの他端面、フェルールの一端面、及び、フェルールの他端面のうち少なくともいずれかに設けられた光反射膜とを有する。

この第１の光モジュールによれば、光反射膜が迷光になりうる光をクラッド又はフェルールの端面で反射するので、信号光に結合する迷光が低減される。したがって、光モジュールの伝送特性の劣化が低減される。

光反射膜の光反射率は、９０パーセント以上であることが好ましい。

本発明に係る第２の光モジュールは、ファイバスタブと、ファイバスタブの一端に光学的に結合された光学素子とを備え、ファイバスタブは、管状のフェルールと、コアと当該コアの周囲を覆うクラッドとを含みフェルールの貫通孔に挿入された光ファイバと、クラッドの一端面、クラッドの他端面、フェルールの一端面、及び、フェルールの他端面のうち少なくともいずれかに設けられた光吸収膜とを有する。

この第２の光モジュールによれば、光吸収膜が迷光になりうる光の強度をクラッド又はフェルールの端面で減衰するので、信号光に結合する迷光が低減される。したがって、光モジュールの伝送特性の劣化が低減される。

本発明に係る第３の光モジュールは、ファイバスタブと、ファイバスタブの一端に光学的に結合された光学素子とを備え、ファイバスタブは、管状のフェルールと、コアと当該コアの周囲を覆うクラッドとを含みフェルールの貫通孔に挿入された光ファイバと、フェルールの内周面及び外周面の少なくとも一方に設けられた光吸収膜とを有する。

この第３の光モジュールによれば、光吸収膜が迷光になりうる光の強度をフェルールの内周面又は外周面で減衰するので、信号光に結合する迷光が低減される。したがって、光モジュールの伝送特性の劣化が低減される。

第２及び第３の光モジュールの光吸収膜は、入射する光の強度を１０パーセント以下に減衰することが好ましい。

本発明に係る第４の光モジュールは、ファイバスタブと、ファイバスタブの一端に光学的に結合された光学素子とを備え、ファイバスタブは、管状のフェルールと、コアと当該コアの周囲を覆うクラッドとを含みフェルールの貫通孔に挿入された光ファイバとを有し、光ファイバのクラッド径が５００μｍ以上である。

第４の光モジュールでは、クラッド径が５００μｍ以上と大きいので、クラッドにおける単位断面積あたりの迷光の強度が小さくなる。したがって、信号光に結合する迷光が低減される。故に、光モジュールの伝送特性の劣化が低減される。

本発明によれば、伝送特性の劣化を低減することができる光モジュールが提供される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、本発明の実施形態にかかる光モジュールを示す縦断面図である。図１に示す光モジュール１０は、いわゆる同軸型の発光モジュールである。光モジュール１０は、支持部材１２、複数のリード端子１４、搭載部材１６、発光素子（光学素子）１８、キャップ部材２０、レンズ２２、第１のスリーブ２４、ファイバスタブ２６、管状部材２８、及び、第２のスリーブ３０を備える。

支持部材１２は、軸線Ｘ方向に延びる複数の貫通孔を有している。それぞれの貫通孔には、リード端子１４が挿入されている。貫通孔を画する内周面１２ｂとリード端子１４との間には、封止材１３が充填されている。この封止材１３には、例えば、低融点ガラスを用いることができる。また、支持部材１２は、軸線Ｘに交差する支持面１２ａを有している。支持面１２ａには、搭載部材１６が搭載されている。

搭載部材１６は、軸線Ｘ方向に延びる搭載面１６ａを有している。搭載面１６ａには、発光素子１８が搭載されている。発光素子１８は、信号光を出射するための光出射面１８ａを有している。発光素子１８は、この光出射面１８ａが軸線Ｘと交差するように、搭載部材１６の搭載面１６ａに搭載されている。発光素子１８は、リード端子１４と電気的に接続されており、キャップ部材２０に覆われている。

キャップ部材２０は、軸線Ｘ方向に延びる略管状の部材である。キャップ部材２０の一端は、支持部材１２の支持面１２ａに固定されている。キャップ部材２０は、その内側に、他の部分より小径のレンズ保持部２０ａを有している。このレンズ保持部２０ａは、レンズ２２を保持している。レンズ保持部２０ａとレンズ２２との間には、封止材１３が設けられている。

レンズ２２は、発光素子１８側の第１の面２２ａと、その反対側の第２の面２２ｂとを有している。第１の面２２ａは発光素子１８と光学的に結合されている。第２の面２２ｂはファイバスタブ２６の一端面２６ｆと光学的に結合されている。レンズ２２は、光出射面１８ａからの光を第１の面２２ａで受けて、第２の面２２ｂからファイバスタブ２６の一端面２６ｆへ出力する。なお、ファイバスタブ２６については後述する。

第１のスリーブ２４は、軸線Ｘ方向に延びる略管状の部材である。第１のスリーブ２４は、ファイバスタブ２６内の光ファイバと、伝送用ファイバスタブ１００内の伝送用光ファイバ１００ａとを光学的に結合する。そのため、第１のスリーブ２４は、軸線Ｘに沿って、順に、第１の部分２４ａと第２の部分２４ｂとを有している。第１の部分２４ａの内孔には、ファイバスタブ２６が保持されている。第２の部分２４ｂの内孔には、伝送用ファイバスタブ１００が保持される。第１の部分２４ａの外周には、管状部材２８が設けられている。

管状部材２８は、軸線Ｘ方向に延びる管状の部材である。管状部材２８の内孔には、第１のスリーブ２４の第１の部分２４ａが保持されている。この管状部材２８及び第１のスリーブ２４は、第２のスリーブ３０に覆われている。

第２のスリーブ３０は、軸線Ｘ方向に延びる略管状の部材である。第２のスリーブ３０は、管状部材２８を保持している。第２のスリーブ３０の一端は、キャップ部材２０の支持面２０ｂに固定されている。

以下、ファイバスタブ２６として用いることができるファイバスタブ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、及び、２６Ｄについて説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態にかかるファイバスタブを示す断面図である。図２に示すファイバスタブ２６Ａは、フェルール２６ａ、光ファイバ２６ｂ、及び、光反射膜３２を有する。

フェルール２６ａは、軸線Ｘ方向に延びる管状の部材である。フェルール２６ａの材料には、例えば、ジルコニアを用いることができる。フェルール２６ａの貫通孔には、光ファイバ２６ｂが挿入されている。

光ファイバ２６ｂは、コア２６ｃと、このコア２６ｃの周囲を覆うように設けられた管状のクラッド２６ｄとを有している。光ファイバ２６ｂは、一端に入射する光を、他端から伝送用光ファイバ１００ａへ出射する。

光反射膜３２は、クラッド２６ｄの一端面２６ｐ、クラッド２６ｄの他端面２６ｑ、フェルール２６ａの一端面２６ｒ、及び、フェルール２６ａの他端面２６ｓに設けられている。光反射膜３２は、入射する光を９０パーセント以上反射することが好ましい。そのため、光反射膜３２の材料には、例えば、Ａｕ又はＡｌといった金属を用いることができる。これらの金属を蒸着することによって、光反射膜３２を形成することができる。また、光反射膜３２は、上述のように形成されたＡｌ膜上に、例えばＭｇＦ_２を用いた保護コーティングを施した膜であってもよい。Ａｕ膜、Ａｌ膜、及び、ＡｌとＭｇＦ２との膜の光反射率は、それぞれ、約９８パーセント、約９３パーセント、及び、約９５パーセントである。

なお、光反射膜３２は、クラッド２６ｄの一端面２６ｐ、クラッド２６ｄの他端面２６ｑ、フェルール２６ａの一端面２６ｒ、及び、フェルール２６ａの他端面２６ｓのうち少なくともいずれかにのみ設けられていてもよい。

ファイバスタブ２６Ａでは、光反射膜３２が、クラッド２６ｄの一端面２６ｐ、クラッド２６ｄの他端面２６ｑ、フェルール２６ａの一端面２６ｒ、及び、フェルール２６ａの他端面２６ｓのうち少なくともいずれかにおいて、光の９０パーセント以上を反射する。したがって、光モジュール１０では、伝送用光ファイバ１００ａまで伝搬して信号光に結合する迷光の強度が１０分の１以下に低減される。故に、光モジュール１０の伝送特性の劣化が低減される。

図３は、本発明の第２の実施形態にかかるファイバスタブを示す断面図である。図３に示すファイバスタブ２６Ｂは、光反射膜３２に代えて光吸収膜３４を有する点においてファイバスタブ２６Ａと相異する。

光吸収膜３４は、クラッド２６ｄの一端面２６ｐ、クラッド２６ｄの他端面２６ｑ、フェルール２６ａの一端面２６ｒ、及び、フェルール２６ａの他端面２６ｓに設けられている。光吸収膜３４は、入射する光の強度を１０パーセント以下に減衰することが好ましい。そのため、光吸収膜３４の材料には、例えば、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、又は、ＩｎＳｂといった半導体材料を用いることができる。ＧａＳｂ膜、ＩｎＡｓ膜、及び、ＩｎＳｂ膜は、半導体の基礎吸収によって、１．３μｍ及び１．５５μｍの光を吸収する。この基礎吸収とは、半導体に光を入射した際、価電子帯の電子がこの光のエネルギーを吸収して伝導帯に励起する過程における光の吸収のことである。

なお、光吸収膜３４は、クラッド２６ｄの一端面２６ｐ、クラッド２６ｄの他端面２６ｑ、フェルール２６ａの一端面２６ｒ、及び、フェルール２６ａの他端面２６ｓのうち少なくともいずれかにのみ設けられていてもよい。

ファイバスタブ２６Ｂでは、光吸収膜３４が、クラッド２６ｄの一端面２６ｐ、クラッド２６ｄの他端面２６ｑ、フェルール２６ａの一端面２６ｒ、及び、フェルール２６ａの他端面２６ｓのうち少なくともいずれかにおいて、光の強度を１０パーセント以下に減衰する。したがって、光モジュール１０では、伝送用光ファイバ１００ａまで伝搬して信号光に結合する迷光の強度が１０分の１以下に低減される。故に、光モジュール１０の伝送特性の劣化が低減される。

図４は、本発明の第３の実施形態にかかるファイバスタブを示す断面図である。図４に示すファイバスタブ２６Ｃは、フェルール２６ａ、光ファイバ２６ｂ、及び、光吸収膜３６を有する。

光吸収膜３６は、フェルール２６ａの内周面２６ｈ及び外周面２６ｉに設けられている。光吸収膜３６は、入射する光の強度を１０パーセント以下に減衰することが好ましい。そのため、光吸収膜３６の材料には、光吸収膜３４と同様の材料を用いることができる。

なお、光吸収膜３６は、内周面２６ｈ及び外周面２６ｉのいずれか一方にのみ設けられていてもよい。

ファイバスタブ２６Ｃでは、光吸収膜３６が、フェルール２６ａの内周面２６ｈ及び外周面２６ｉの少なくとも一方において、光の強度を１０パーセント以下に減衰する。

すなわち、フェルール２６ａの内周面２６ｈに設けられた光吸収膜３６は、クラッド２６ｄを伝播してクラッド２６ｄと光吸収膜３６との界面２６ｊで反射する光の強度を１０パーセント以下に減衰し、フェルール２６ａを伝搬してフェルール２６ａの内周面２６ｈを透過する光の強度を１０パーセント以下に減衰する。一方、フェルール２６ａの外周面２６ｉに設けられた光吸収膜３６は、フェルール２６ａを伝搬してフェルール２６ａの外周面２６ｉで反射する光の強度を１０パーセント以下に減衰する。

したがって、光モジュール１０では、伝送用光ファイバ１００ａまで伝搬して信号光に結合する迷光の強度が１０分の１以下に低減される。故に、光モジュール１０の伝送特性の劣化が低減される。

図５は、本発明の第４の実施形態にかかるファイバスタブを示す断面図である。図５に示すファイバスタブ２６Ｄは、フェルール２６ｍ、光ファイバ２６ｎを有する。

フェルール２６ｍは、軸線Ｘ方向に延びる管状の部材である。フェルール２６ｍの材料には、例えば、ジルコニアを用いることができる。フェルール２６ｍの貫通孔には、光ファイバ２６ｎが挿入されている。

光ファイバ２６ｎは、コア２６ｃと、このコア２６ｃの周囲を覆うように設けられた管状のクラッド２６ｏとを有している。クラッド２６ｏの径は５００μｍ以上である。光ファイバ２６ｎは、一端に入射する光を、他端から伝送用光ファイバ１００ａへ出射する。

図６は、ファイバスタブのクラッドを伝搬する迷光の強度の計算結果を示す図である。横軸はクラッドの径であり、縦軸はクラッドを伝搬する単位断面積あたりの迷光の強度の相対比率を示している。なお、相対比率とは、クラッドの径が１２５μｍの時の迷光の強度を１としたときの相対比率である。

図６に示すように、クラッドに入射する光はクラッド全体に広がるので、クラッドの径が大きいほど、クラッドを伝搬する単位断面積あたりの迷光の強度が小さくなる。光ファイバのクラッド径は、一般的に、１２５μｍ程度であるが、ファイバスタブ２６Ｄでは、クラッド２６ｏの径が５００μｍ以上であるので、クラッド２６ｏを伝搬する単位断面積あたりの迷光の強度が１０分の１以下に低減される。

ここで、伝送用光ファイバ１００ａのクラッド径は、一般的に、１２５μｍ程度である。したがって、クラッド２６ｏから伝送用光ファイバ１００ａのクラッドに入射して信号光に結合する迷光の強度が１０分の１以下に低減される。故に、光モジュール１０の伝送特性の劣化が低減される。

なお、伝送用フェルール１００ｂの屈折率は、一般的に、伝送用光ファイバ１００ａのクラッドの屈折率より高いので、クラッド２６ｏから伝送用フェルール１００ｂに入射する光の多くは、伝送用フェルール１００ｂと伝送用光ファイバ１００ａとの界面で反射する。したがって、クラッド２６ｏから伝送用フェルール１００ｂに入射して信号光に結合する迷光の強度は無視できる。

以上、説明したように、本発明によれば、伝送特性の劣化を低減することができる光モジュールが提供される。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本発明は、発光モジュール（光学素子）１８に限らず、受光素子を有する受光モジュールにも適用可能である。

本発明の実施形態にかかる光モジュールを示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態にかかるファイバスタブを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかるファイバスタブを示す断面図である。 本発明の第３の実施形態にかかるファイバスタブを示す断面図である。 本発明の第４の実施形態にかかるファイバスタブを示す断面図である。 ファイバスタブのクラッドを伝搬する迷光の強度の計算結果を示す図である。

符号の説明

１０…光モジュール、１２…支持部材、１３…封止材、１４…リード端子、１６…搭載部材、１８…発光素子、２０…キャップ部材、２２…レンズ、２４…第１のスリーブ、２６…ファイバスタブ、２６Ａ〜２６Ｄ…ファイバスタブ、２６ａ…フェルール、２６ｂ…光ファイバ、２６ｃ…コア、２６ｄ…クラッド、２８…管状部材、３０…第２のスリーブ、３２…光反射膜、３４…光吸収膜、３６…光吸収膜、１００…伝送用ファイバスタブ、１００ａ…伝送用光ファイバ、１００ｂ…伝送用フェルール。

Claims (1)

1. ファイバスタブと、
   前記ファイバスタブの一端に光学的に結合された光学素子と、
   を備え、
   前記ファイバスタブは、
   管状のフェルールと、
   コアと当該コアの周囲を覆うクラッドとを含み、前記フェルールの貫通孔に挿入された光ファイバと、
   を有し、
   前記ファイバスタブの他端には、クラッド径が１２５μｍである伝送用光ファイバが光学的に結合され、
   前記光ファイバのクラッド径が、５００μｍ以上である、
   光モジュール。

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