JP2009128657A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラスファイバが光ファイバ挿入孔の内周面を擦って発塵しないようにし、光結合効率の低下や、耐雑音特性の劣化を防止する。
【解決手段】 電気回路３７の形成された端面３５に複数の光ファイバ挿入孔３３が開口した光フェルール３１と、電気回路３７に接続され光ファイバ挿入孔３３と対応する位置に取り付けられた光素子９と、光ファイバ挿入孔３３に保持され光素子９と光接続する光ファイバ１３とを備えた光モジュール１００であって、光ファイバ１３は、被覆１９の外周が光ファイバ挿入孔３３に摺接する挿入先端部１３ａにおいて、被覆先端１９ａが僅かに除去され表出したガラスファイバ２１と除去されない被覆１９間に段差部４１が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デバイスアレイを一体的に装備した光フェルールの光ファイバ挿入孔に、光ファイバが挿入されてなる光モジュールに関し、特に、光ファイバを光ファイバ挿入孔へ挿入する際の発塵を防止する改良技術に関する。

光ファイバと面発光レーザ等の光素子を直接光結合させた光電変換部品（光モジュール）が提案されている（例えば特許文献１参照）。この種の光モジュールは、図４に示すデバイスアレイ１と、光フェルール３とを備えてなる。デバイスアレイ１は、結合面５が光フェルール３の結合面７に結合される。デバイスアレイ１の結合面５の中央部近傍には複数の光素子９が一列に配置され、光素子９は光素子列と平行に配設された複数のバンプ１１を接続端子としている。光フェルール３の結合面７には光ファイバ１３を位置決め保持する複数の光ファイバ挿入孔１５が光素子９に応じて一列に開口した状態で配置される。また、結合面７にはバンプ１１に接続される複数の電気配線（図示せず）が光ファイバ挿入孔１５の列方向と平行に並べられ、結合面７に隣接する直交面に連続して形成されている。光フェルール３は、ポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂およびエポキシ樹脂のいずれかを含む材料で形成される。

光モジュールは、結合面５と結合面７とを対向させ、光ファイバ挿入孔１５に光素子９を位置合わせするとともに、電気配線にバンプ１１を位置合わせし、バンプ１１を介して電気配線に固定し、光フェルール３とデバイスアレイ１とを予め結合している。その後、被覆１９の先端を除去してガラスファイバ２１の表出した光ファイバ１３が光ファイバ挿入孔１５に挿入され、デバイスアレイ１に対し光ファイバ１３が直接光結合される。
特開２００５−４３６２２号公報

しかしながら、従来の光モジュールは、被覆１９を相当長除去してガラスファイバ２１を表出させ、光ファイバ挿入孔１５の挿入先端側で縮径させた位置規制孔部１５ａの内周面に、ガラスファイバ２１の外周面を接触させて位置保持していた。つまり、ガラスファイバ２１で位置決めしていた。このため、ガラスファイバ２１を光ファイバ挿入孔１５に挿入する際、図４（ｂ）に示すように、ガラスファイバ２１の先端がガラスファイバ２１より軟質な樹脂材料である位置規制孔部１５ａ等の内周面に摺接して内周面を削り発塵させることがあった。また、光ファイバ挿入孔にゴミが存在している場合もあった。そして、これらゴミ等２５がガラスファイバ２１の先端面２１ａに付着すれば、デバイスアレイ１との光結合効率が低下し、耐雑音特性を劣化させることとなった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ガラスファイバが光ファイバ挿入孔の内周面を擦って発塵させることがない光モジュールを提供し、もって、光結合効率の低下や、耐雑音特性の劣化防止を図ることを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 電気回路の形成された端面に光ファイバ挿入孔が開口した光フェルールと、
前記電気回路に接続され前記光ファイバ挿入孔と対応する位置に取り付けられた光素子と、
前記光ファイバ挿入孔に保持され前記光素子と光接続する光ファイバと、
を備えた光モジュールであって、
前記光ファイバは被覆付き光ファイバであることを特徴とする光モジュール。

この光モジュールによれば、光ファイバ挿入孔に保持される光ファイバとして、被覆付き光ファイバが光ファイバ挿入孔に挿入されて、ガラスファイバより柔らかい被覆が光ファイバ挿入孔の内周面を擦っても、内周面を削って発塵がおこり難い。

（２） 前記光ファイバは、先端部において被覆先端が除去され表出したガラスファイバと除去されない被覆間に段差部を有していることを特徴とする（１）記載の光モジュール。

この光モジュールによれば、光ファイバが光フェルールの光ファイバ挿入孔に挿入されると、先ず、被覆の外周が光ファイバ挿入孔の内周面に摺接し、光ファイバ挿入孔内において光ファイバの半径方向の移動が規制される。先端のガラスファイバは、光ファイバ挿入孔内で、除去されない被覆と同軸に位置決め支持される。つまり、光ファイバは光ファイバ挿入孔と被覆が接することで位置決めされる。したがって、ガラスファイバは、光ファイバ挿入孔の内周面から環状空間を有して離間され、挿入時に内周面に摺接することがない。また、万が一摺接による発塵や予め光ファイバ挿入孔内にゴミがあっても、環状空間がこれらゴミ等の収容空間となり、これらゴミ等がファイバ先端面に付着し難くなる。

（３） 前記光ファイバ端面までの前記段差部の距離が、５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする（２）記載の光モジュール。

この光モジュールによれば、段差部の距離が５μｍ以下に設定された場合の環状空間容積の不足によるゴミ等の環状空間からの溢れによって、ゴミ等のガラスファイバの先端面への付着や、段差部の距離が１００μｍ以上に設定された場合のガラスファイバの同軸支持強度不足により、ガラスファイバ先端が撓んで内周面へ摺接することを確実に防止できる。

（４） 前記段差部が、前記光ファイバ挿入孔の内部に位置することを特徴とする（２）又は（３）に記載の光モジュール。

この光モジュールによれば、光ファイバの挿入時、光ファイバによってかき集められたゴミ等が段差部に溜まったとしても、段差部を形成する光ファイバの被覆先端が光ファイバ挿入孔の内部に位置するので、ゴミ等が光ファイバ挿入孔から溢れ出して受発光素子の端面に付着し、光結合を阻害する虞がない。

（５） 前記光ファイバの先端部は、被覆上からレーザを照射して被覆材とガラスファイバとが一括して切断されていることを特徴とする（２）〜（４）のいずれか一つに記載の光モジュール。

この光モジュールによれば、被覆がレーザの照射によって燃え易い（溶け易い）ので、容易に段差を形成できる。また、光ファイバは周囲が僅かに溶けて丸みを帯びるので、光ファイバ挿入孔への挿入時に内周面に当たっても欠け難く、また樹脂を削って発塵させる虞も低くなる。

本発明に係る光モジュールによれば、光ファイバの先端部において光ファイバが被覆付きの状態であるため、挿入時に光ファイバ挿入孔の内周面を擦っても発塵がおこり難い。また、光ファイバの先端部において被覆を除去し、表出したガラスファイバと除去していない被覆間に段差部を設けた場合には、被覆外周で光ファイバ挿入孔に保持された光ファイバは、先端で突出するガラスファイバが、光ファイバ挿入孔の内部で環状空間を有して離間され、挿入時に先端が内周面に摺接することがない。これにより、ガラスファイバが光ファイバ挿入孔の内周面を擦って発塵することを防止できる。また、発塵があっても、ゴミがガラスファイバ外周の環状空間に溜まり、端面に付着することがなく、デバイスアレイに対して光結合効率の低下や、耐雑音特性の劣化を防止することができる。

以下、本発明に係る光モジュールの好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１（ａ）は本発明に係る光モジュールの断面図、図１（ｂ）は光ファイバ先端部の拡大側面図、図２は光ファイバ挿入時の断面図、図３は光結合の完了した要部拡大断面図、図４（ａ）は従来の光モジュールの光ファイバ挿入直前の断面図、図４（ｂ）はガラスファイバ挿入時の断面図である。なお、図４に示した部材と同一の部材には同一の部号を付し、重複する説明は省略するものとする。
本実施の形態に係る光モジュール１００は、デバイスアレイ１と、光ファイバ１３と、光フェルール３１とを備えてなる。

デバイスアレイ１は、結合面５に複数の光電変換素子（光素子）９を一列に配置したアレイ状に形成される。光電変換素子９は、光源部として用いる場合は面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、受光部として用いる場合はフォトディテクタ（ＰＤ）が代表的である。配列ピッチは例えば２５０μｍとすることができるが、これより大きくても小さくても良い。

光電変換素子９には受発光部９ａが設けられ、受発光部９ａは光ファイバ挿入孔３３と対応して配置される。また、デバイスアレイ１の結合面５には光電変換素子９に電源供給や光電変換素子９からの信号を伝送するための電極端子となる複数のバンプ１１が設けられている。バンプ１１は、光電変換素子９と平行に複数配設される。

光フェルール３１には、光ファイバ１３を挿通して先端部１３ａを突出させるための光ファイバ挿入孔３３が１列に設けられている。光ファイバ挿入孔３３は、デバイスアレイ１の結合面５が対面する端面（結合面）３５で開口する。光ファイバ１３は例えば２５０μｍのピッチで配置されるように保持されており、その保持部分は、光ファイバ挿入孔３３内に充填される例えば熱硬化性の接着剤で光ファイバ１３を固着する。光ファイバ１３の先端部１３ａはガラスファイバ２１の端面２１ａがちょうど光電変換素子９の受発光部９ａの近傍に一致するように、予め突出長さが設定される。

光ファイバ１３は、複数本が並列され、例えば不図示のテープ被覆により被覆されてテープ心線を形成している。なお、光ファイバ１３としてはマルチモードの光ファイバを用いるのが望ましい。例えば、コア径はφ５０μｍ、クラッド径φ８０μｍ、被覆外径φ１２５μｍのものを使用することができる。マルチモードの光ファイバを用いることにより、軸線方向あるいは調心方向に多少のずれを許容して取り付けることができる。

光フェルール３１の結合面３５には、上記バンプ１１が接続される電気回路３７が設けられている。電気回路３７は、結合面３５に隣接する直交面（下面）３９に連続して形成される。これにより光電変換素子９に対して容易に電気を供給したり光電変換素子９から信号を取り出したりすることができるようになっている。

上記したデバイスアレイ１と光フェルール３１を結合することで光モジュール１００が構成される。デバイスアレイ１は、光フェルール３１の電気回路３７に、バンプ１１を位置合わせし、バンプ１１を介して電気回路３７に固定される。光フェルール３１には予めデバイスアレイ１が結合される。光ファイバ１３は、光フェルール３１とデバイスアレイ１の結合後に挿入される。

デバイスアレイ１と光フェルール３１とを結合すると、光電変換素子９の電極であるバンプ１１に導通した電気回路３７は光フェルール３１の下面３９に露出配置されることになる。光モジュール１００は、光フェルール３１を、電気回路３７が接触するように下面３９を基板等に実装することにより、電気回路３７を介して光電変換素子９に対し容易に電気を供給したり光電変換素子９から信号を取り出したりすることができるようになっている。

光ファイバ１３は、被覆１９の外周が光ファイバ挿入孔３３に摺接する挿入先端部１３ａにおいて、被覆先端１９ａが除去され表出したガラスファイバ２１と除去されない被覆１９間に段差部４１を有している。光ファイバ１３は、被覆先端１９ａが除去されることで、光ファイバ挿入孔３３に収容された状態で、ガラスファイバ２１の外周に環状空間４３が形成されることとなる。言い換えれば、段差部４１を形成する光ファイバ１３の被覆先端１９ａが光ファイバ挿入孔３３の内部に位置して環状空間４３が確保されている。

光ファイバ１３は、光ファイバ端面（先端面２１ａ）までの段差部４１の距離Ｌが、５μｍ以上１００μｍ以下に設定される。これにより、段差部４１の距離Ｌが５μｍ以下に設定された場合に起こり得る、環状空間容積の不足によるゴミ等２５（図２参照）の環状空間４３からの溢れ出しが生じ難くなる。また、段差部４１の距離Ｌが１００μｍ以上に設定された場合のガラスファイバ２１の同軸支持強度不足により、ガラスファイバ先端が撓んで内周面へ摺接することを確実に防止できる。

光ファイバ１３は、被覆先端１９ａが上記のとおり僅かに除去されているものの、光ファイバ挿入孔３３には実質的に被覆付き光ファイバが挿通されることになる。これにより、光ファイバ１３の挿通時、ガラスファイバ２１より柔らかい被覆１９が光ファイバ挿入孔３３の内周面を擦っても、内周面を削って発塵がおこり難い。

光ファイバ挿入孔３３は、挿入作業性を良好にするため、挿入基端側に拡径部４５が形成され、光ファイバ挿入孔３３との間に、徐々に縮径されるテーパ部４７が形成されてもよい。この場合、段差部４１の距離Ｌは、被覆１９の周縁５１がテーパ部４７に当接した状態で、ガラスファイバ２１の先端面２１ａにおける周縁５３がテーパ部４７に接触しない長さであることが好ましい。また、光ファイバ１３は先端がレーザで溶断されると、光ファイバ１９の周囲が僅かに溶けて先端のエッジ部が丸まるため、光ファイバ挿入孔３３の内周面に接触しても欠け難く、また樹脂を削って発塵させる虞が無い。

また、光モジュール１００は、図３に示すように、光フェルール３１の結合面３５において、ガラスファイバ２１の外周が透明樹脂からなる接着剤５５で覆われることが好ましい。結合面３５では、光ファイバ１３の先端部１３ａ（図１参照）で、ガラスファイバ２１が僅かに突出しているので、被覆１９が先端まで覆っている場合と比較して接着剤５５と強固に接着でき、温度変化などの外的要因を受けても受発光部９ａとの位置決め精度に狂いを生じ難くすることができる。また、接着剤５５は、光ファイバ１３の固定と同時に、光ファイバ１３の挿入先端部で表出したガラスファイバ２１の光素子９に対する接続強度の向上を図ることができる補強手段を兼ねる。また、接着剤の屈折率はガラスファイバの屈折率に略一致していることが望ましい。屈折率差による反射を抑制することで、光学特性を良好にすることができる。また、接着剤はＵＶ／熱併用硬化樹脂が望ましい。ＵＶ光で仮固定した後にジグから取り出し、加熱してＵＶ光が届かず未硬化の部分を硬化させることで生産性を向上させることができる。

この光モジュール１００では、光ファイバ１３が光フェルール３１の光ファイバ挿入孔３３に挿入されると、先ず、被覆１９の外周が光ファイバ挿入孔３３の内周面に摺接し、光ファイバ挿入孔３３内において光ファイバ１３の半径方向の移動が規制される。つまり、先端のガラスファイバ２１は、光ファイバ挿入孔３３内で、除去されない被覆１９と同軸に位置決め支持される。したがって、ガラスファイバ２１は、光ファイバ挿入孔３３の内周面から環状空間４３を有して離間され、挿入時に内周面に摺接することがない。また、被覆１９は、軟質材料よりなるので、光ファイバ挿入孔３３の内周面に摺接しても擦れによる発塵の虞はない。さらに、万が一被覆１９の摺接による発塵があっても、環状空間４３がこれらゴミ等２５の収容空間となり、これらゴミ等２５がファイバ先端面２１ａに付着し難くなる。更に、段差部４１を形成する光ファイバ１３の被覆先端１９ａが光ファイバ挿入孔３３内に位置して環状空間４３が確保されているため、収納されたゴミ等２５が孔から溢れ出して受発光部９ａに付着し難くなる。

したがって、上記の構成を有する光モジュール１００によれば、ゴミ等２５がファイバ先端面２１ａおよび光素子に付着しなくなるので、デバイスアレイとの光結合効率の低下や、耐雑音特性の劣化を防止することができる。

（ａ）は本発明に係る光モジュールの断面図、（ｂ）は光ファイバ先端部の拡大側面図である。 光ファイバ挿入時の断面図である。 光結合の完了した要部拡大断面図である。 （ａ）は従来の光モジュールの光ファイバ挿入直前の断面図、（ｂ）はガラスファイバ挿入時の断面図である。

符号の説明

１ デバイスアレイ
９ 光電変換素子（光素子）
１３ 光ファイバ
１３ａ 挿入先端部
１９ 被覆
１９ａ 被覆先端
２１ ガラスファイバ
２１ａ 光ファイバ端面
３１ 光フェルール
３３ 光ファイバ挿入孔
３５ 結合面（端面）
３７ 電気回路
４１ 段差部
１００ 光モジュール
Ｌ 段差部の距離

Claims (5)

1. 電気回路の形成された端面に光ファイバ挿入孔が開口した光フェルールと、
   前記電気回路に接続され前記光ファイバ挿入孔と対応する位置に取り付けられた光素子と、
   前記光ファイバ挿入孔に保持され前記光素子と光接続する光ファイバと、
   を備えた光モジュールであって、
   前記光ファイバは被覆付き光ファイバであることを特徴とする光モジュール。
2. 前記光ファイバは、先端部において被覆先端が除去され表出したガラスファイバと除去されない被覆間に段差部を有していることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
3. 前記光ファイバ端面までの前記段差部の距離が、５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
4. 前記段差部が、前記光ファイバ挿入孔の内部に位置することを特徴とする請求項２又は３に記載の光モジュール。
5. 前記光ファイバの先端部は、被覆上からレーザを照射することで被覆材とガラスファイバとが一括して切断されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光モジュール。

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