光接続部品及び光接続方法
【課題】光ファイバへの応力を緩和し挿入損失や断線、偏波消光比を改善するとともに、アレイ化が容易な光接続部品を提供する。
【解決手段】光接続部品は、筐体(10)、蓋(12)及び筐体に設けられた透過窓(600)により内部空間を外部と隔てる。透過窓は、内部空間側に光ファイバ(200)または平面光波回路(300)が接続され、外部側に第２の光ファイバ(202)または第２の平面光波回路が接続され、光ファイバまたは平面光波回路を伝搬する光が透過窓を介して第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路に結合され、または第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路を伝搬する光が透過窓を介して光ファイバまたは平面光波回路に結合されるように構成されている。透過窓の厚みは、光の結合損失が０．５ｄＢ以内となる厚さであり、透過窓の熱膨張収縮率は、筐体の熱膨張収縮率よりも小さい。
【解決手段】光接続部品は、筐体(10)、蓋(12)及び筐体に設けられた透過窓(600)により内部空間を外部と隔てる。透過窓は、内部空間側に光ファイバ(200)または平面光波回路(300)が接続され、外部側に第２の光ファイバ(202)または第２の平面光波回路が接続され、光ファイバまたは平面光波回路を伝搬する光が透過窓を介して第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路に結合され、または第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路を伝搬する光が透過窓を介して光ファイバまたは平面光波回路に結合されるように構成されている。透過窓の厚みは、光の結合損失が０．５ｄＢ以内となる厚さであり、透過窓の熱膨張収縮率は、筐体の熱膨張収縮率よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光接続部品及び光接続方法に関し、より詳細には、筐体と蓋と透過窓で囲まれる内部空間に設置された光素子を外部の光ファイバまたは平面光波回路に接続する部品及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデータ通信量の増大に伴い、光ファイバ通信に用いられる光素子には、多チャネル化への対応が求められている。それに伴い、光素子パッケージの小型集積化がより重要となっている。また、レーザダイオードやフォトダイオード、光変調器等の半導体材料を用いた光素子は、水分による特性劣化が懸念される。そのため光素子をパッケージ化する場合、光素子を水分から隔離するために、その光素子は、筐体と蓋で封止された内部空間に搭載される。内部空間に設置された光素子からの入出力光を外部の光ファイバに接続する場合、従来は以下のような光接続部品が利用されていた。
【０００３】
（従来技術１）
筐体の開口部に、光ファイバ保持部の内径部に予め封止されたメタライズファイバを貫通させ、筐体と光ファイバ保持部を封止することにより、内部の光素子からの入出力光を外部の光ファイバに接続する光接続部品が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１に、従来の光接続部品の構成を示す。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間を有するパッケージにおいて、内部と外部の光接続にメタライズファイバ２０が用いられている。メタライズファイバ２０は光ファイバ保持部２２の内径部に保持されている。筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。メタライズファイバ２０は、石英ガラスのシングルモードファイバの素線部の周囲に、ニッケル及び金をメッキ形成することにより作製される。ここで素線の直径は125μｍ、メッキの厚さは約5μｍである。
【０００５】
パッケージ内部空間の封止は、メタライズファイバ２０と光ファイバ保持部２２の内径部を予め封止し、光ファイバ保持部２２を筐体１０の開口部に貫通させ、筐体１０と光ファイバ保持部２２を封止することにより行われる。封止にはロウ材、例えば金-錫合金半田が用いられる。封止時のリフロー温度は２８０度以上である。
【０００６】
（従来技術2）
また図２に示す様な、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間を有するパッケージにおいて、内部と外部の光接続に透過窓６０及びレンズ４０が用いる構成の光接続部品が知られている（例えば、特許文献２参照）。図２に示す光接続部品のレンズ４０は内部空間に設置された光素子３０と外部の光ファイバ２０との間に少なくとも１枚設置される。図２に示す構成例は、光素子３０と光ファイバ２０それぞれの近傍に１枚ずつレンズ４０−１，４０−２を設置したコリメート光学系である。レンズ４０はレンズ保持部４２，４３を用いて筐体１０に固定されている。光素子３０は素子マウント３２を介して筐体１０に固定される。光ファイバ２０は光ファイバ保持部２２であるフェルールに予め固定されている。さらにフェルールは金属スリーブ２４に固定される。
【０００７】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６０と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。従来技術１と異なり、光ファイバや光ファイバ保持部を筐体内外に貫通されるということはない。また筐体１０とレンズ保持部４２，４３の固定、レンズ保持部４２，４３と金属スリーブ２４の固定、及び金属スリーブ２４と光ファイバ保持部２２の固定にはＹＡＧ光による溶接が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０５５４７５号公報（第００１９段落、第１図）
【特許文献２】特開２００５−３３８４３４号公報（第００１８段落、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の光接続部品及び光接続方法には次のような問題があった。まず、図１に示されるメタライズファイバを光ファイバとして用いた光接続部品においては、細径の光ファイバ素線に対してメタライズを行うため、光ファイバに応力やクラックが発生しやすい。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線を起こし易いという問題があった。また光ファイバとして偏波保持ファイバを使用する場合、メッキの厚みムラに起因する光ファイバへの応力に不均一性により、偏波消光比が劣化するという問題があった。さらにメタライズファイバを光ファイバ保持部にロウ付けする際においても、ロウ材により発生する応力による損失増加、断線、偏波消光比の劣化が懸念される。さらには、ロウ付けする際に発生する熱により、光素子が劣化する場合があった。それを回避するため、封止部と光素子を充分な距離を開けて設置しなければならず、パッケージが大型化するという問題があった。
【００１０】
また、図２に示されるレンズ結合を用いた光接続部品においては、パッケージの熱膨張や収縮により、光素子とレンズ間や、光ファイバとレンズ間に位置ずれが発生し、結合損失が増加するという問題があった。また、光素子をアレイ化して多チャネルの光接続を行う際には、レンズの球面収差が発生するため、チャネルにより結合損失がばらつくという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光ファイバへの応力を緩和し挿入損失や断線、偏波消光比を改善するとともに、アレイ化が容易な光接続部品及び光接続方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による光接続部品においては、筐体内部空間の光ファイバまたは平面光波回路等の光素子の光信号入出力端が筐体に設けられた透過窓に直接接続される。
【００１３】
本発明の第１の側面である光接続部品は、筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられた内部空間を有し、前記透過窓は、当該透過窓の前記内部空間側に光ファイバまたは平面光波回路が接続され、前記透過窓の前記外部側に第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路が接続され、前記光ファイバまたは平面光波回路を伝搬する光が前記透過窓を介して前記第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路に結合され、または前記第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路を伝搬する光が前記透過窓を介して前記光ファイバまたは平面光波回路に結合されるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
一実施形態では、前記光ファイバ及び前記第２の光ファイバは、各々光ファイバ保持部に搭載され、前記透過窓に接続された状態が維持される。また、前記光ファイバは、前記内部空間において座屈部を有するように、前記透過窓に接続される。
【００１５】
また一実施形態では、透過窓は、レンズ機能を有する。透過窓の一部を、レンズで構成することができる。
【００１６】
また一実施形態では、前記内部空間は、気密封止されている。
【００１７】
本発明の第２の側面である光接続部品の光接続方法は、筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられる内部空間を有する光接続部品において、（１）前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続した後に、前記内部空間の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記内部空間側に接続する、または（２）前記内部空間の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記内部空間側に接続した後に、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続する、ことを特徴とする。
【００１８】
一実施形態では、中空を有する光ファイバ保持部を前記透過窓の前記内部空間側に接着し、前記内部空間の光ファイバを前記中空に通すことで前記透過窓の前記内部空間側に接続した後に、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続する。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば筐体の熱膨張及び熱収縮時に生じる光素子の位置ずれによっても光損失の増加や偏波消光比の劣化が抑制される。また、小型な筐体を用いて多アレイ化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の光接続部品の構成図である。
【図２】従来の光接続部品の他の構成図である。
【図３】第１の実施形態における光接続部品を示す図である。
【図４】第１の実施形態における光接続部品を用いたパッケージの全体図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【図５】第１の実施形態におけるパッケージの光接続部についての接続方法を説明するための図であり、（ａ）及び（ｂ）は各工程を説明するための図である。
【図６】第１の実施形態におけるパッケージの光接続部についての接続方法を説明するための図であり、（ａ）及び（ｂ）は各工程を説明するための図である。
【図７】透過窓の厚みと結合損失に関する関係を説明するための図である。
【図８】第２の実施形態における光接続部品及びパッケージの全体図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【図９】第２の実施形態におけるパッケージの、透過窓に平面光波回路を接続した光接続部についての接続方法を説明するための図であり、（ａ）及び（ｂ）は各工程を説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態におけるパッケージの、透過窓における光接続部についての接続方法を接続するための図であり、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は各工程を説明するための図である。
【図１１】第３の実施形態における光接続部品を示す図である。
【図１２】第４の実施形態における光接続部品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る光接続部品は、筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられた内部空間を有する。透過窓は、光ファイバや平面光波回路等の光素子の光入出力端が筐体に設けられた透過窓に対向して接続され、光ファイバまたは平面光波回路を伝搬する光信号が透過窓を介して、別の光ファイバまたは平面光波回路に結合されるように構成される。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似する要素には同一または類似する参照符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図３に、本発明の第１の実施形態に係る光接続部品を示す。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に光素子（図示しない）をパッケージ化する。筐体１０には透過窓６００が設けられている。筐体１０、透過窓６００及び蓋１２により光接続部品の内部と外部とが隔てられ内部空間が形成されている。図３において、光接続部品の内部の光ファイバ２００の光入出力端が透過窓６００に対向して、接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により、接続されている。同様に光接続部品の外部の光ファイバ２０２の光入出力端が透過窓６００に対向して接続されている。これにより光ファイバ２００及び光ファイバ２０２は透過窓６００に対向し、これらを伝搬する光は透過窓６００を介して接続（結合）される。
【００２３】
より詳細には、光ファイバ２００及び２０２はそれぞれ光ファイバ保持部２２０及び２２２に保持された状態で透過窓６００に接続されている。光ファイバ保持部２２０及び２２２は多芯の中空を有するフェルールであり、その中空部に光ファイバ素線が樹脂により接着固定されている。接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定している。
【００２４】
筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。光ファイバ２００及び２０２は、石英ガラスのシングルモードファイバが用いられている。
【００２５】
図４（ａ）及び（ｂ）に、光接続部品を用いたパッケージの全体図を示す。図４（ａ）は、側面方向から見たパッケージの断面図を、（ｂ）は蓋１２が無い状態のパッケージの上面図である。本パッケージには、筐体、透過窓及び蓋で囲まれた内部空間に、光素子として平面光波回路（ＰＬＣ）３００がＰＬＣマウント３２０を介して筐体１０に固定されている。平面光波回路３００は、シリコン基板上に石英を堆積して作製する。屈折率を変えて堆積を行うことにより、コアとクラッドを有する光導波路を基板上に作製する。平面光波回路３００の厚さは１ｍｍ程度である。
【００２６】
図４において、回路図の描画は省略する。平面光波回路３００の光導波路の２つの光入出力端には光ファイバ保持部２２４−１及び２２４−２にそれぞれ保持された光ファイバ２００−１及び２００−２の光入出力端が接続されている。ここで補強のために、平面光波回路３００上に接続部補強板３２２−１及び３２２−２が設置されている。本実施形態では、光ファイバ２００−１及び２００−２として４本のアレイ光ファイバを用いる。図示しないが、平面光波回路上の光導波路もアレイ状に設置されている。
【００２７】
平面光波回路３００に接続された光ファイバ２００−１の他の光入出力端は光ファイバ保持部２２０−１に保持され、透過窓６００−１の筐体内部側に接続されている。同様に、光ファイバ２００−２の他の端部は光ファイバ保持部２２０−２に保持され、透過窓６００−２の筐体内部側に接続されている。
【００２８】
さらに透過窓６００−１の筐体外部側には光ファイバ保持部２２２−１に保持された光ファイバ２０２−１が接続されている。同様に、透過窓６００−２の筐体外部側には光ファイバ保持部２２２−２に保持された光ファイバ２０２−２が接続されている。光ファイバ２００−１及び２００−２にはパッケージの高さ方向に対して緩やかな座屈部を設けてあり、その半径は１５ｍｍである。
【００２９】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６００と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。
【００３０】
次に図５と図６を用いて光接続方法について説明する。図５は、図４に示したパッケージの光接続部についての１つの接続方法を示している。接続の手順は、（１）図５（ａ）に示すように、先ず筐体外の光ファイバ２０２を透過窓６００に接着により接続する。その際の接着位置は例えば±１ｍｍ以内など、緩い精度で接着してよい。（２）次に、図５（ｂ）に示すように、筐体内の光ファイバ２００を透過窓６００に接着する。その際、２つ光ファイバ２００及び２０２のコアの位置が合うよう、光ファイバに光入力を行い調整する。ファイバ２００の接着位置は光ファイバ２０２の接着位置に対して±１μｍ以内など、厳しい精度で接着する必要がある。
【００３１】
また図６は図４に示したパッケージの光接続部についての他の接続方法を示している。接続の手順は、（１）図６（ａ）に示すように、先ず筐体内の光ファイバ２００を透過窓６００に接着により接続する。その際の接着位置は例えば±１ｍｍ以内など、緩い精度で接着してよい。（２）次に、図６（ｂ）に示すように、筐体外の光ファイバ２０２を透過窓６００に接着により接続する。その際、２つの光ファイバ２００及び２０２のコアの位置が合うよう、光ファイバに光入力を行い調整する。光ファイバ２０２の接着位置は光ファイバ２００の接着位置に対して±１μｍ以内など、厳しい精度で接着する必要がある。
【００３２】
ここで、図７を参照して透過窓６００の厚みについて説明する。図７は透過窓６００の厚みと結合損失に関する関係を示す図である。透過窓６００には通常サファイアや石英ガラスが使用され、それらの場合について厚みと結合損失の関係を計算により求めた。なお比較のため、空気層の計算値も図７には加えている。この結果から、サファイア窓や石英ガラスを用いて透過窓６００を構成する場合、透過窓６００の厚みを５０μｍ以下とすることにより、結合損失を０．５ｄＢ以内に抑えることが出来る。
【００３３】
このように本実施形態の光接続部品を用いて内部空間の光素子をパッケージ化すると、熱により筐体１０が膨張または収縮しても光ファイバの接続位置のずれによる損失増加が発生しにくい。すなわち、図３に示すように、筐体１０の内部と外部の光接続は、透過窓６００の内部空間側及び外部側の双方に直接接続された光ファイバ２００及び２０２により行うため、筐体１０の熱膨張収縮に比べ透過窓の熱膨張収縮は小さく、光接続の位置ずれ量が少なくなるという効果を有する。また図４において平面光波回路３００と光ファイバ２００−１及び２００−２との接続は、空間を設けず平面光波回路３００の光導波路と光ファイバ２００−１及び２００−２のコアを接着材等により直接接続しているため、こちらも筐体の熱膨張収縮とは関係なく、位置ずれは無視できる。また、光ファイバにメタライズ処理を行うことが無いため、光ファイバへの応力やクラックを低減できる。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線、及び偏波消光比の劣化が起こりにくいという効果を有する。さらに透過窓６００への光ファイバ２００及び２０２の接着は樹脂を用い６０度程度の低温環境下で可能である。そのためパッケージ内部の光素子３００へのダメージが少なくなると共に、パッケージの寸法を小型化することが可能となる。またレンズを用いないため、例えば４０チャネル程度の多チャネル接続も損失ばらつきが少なく実装可能である。
【００３４】
ここでは透過窓６００を等方的な媒質としたが、透過窓６００−１及び６００−２の少なくとも１つをフレネルレンズなど、レンズ形状に加工することにより、結合損失を改善することも可能である。また、筐体内部の光ファイバ２００には座屈が設けられているため、熱による筐体１０の膨張及び収縮によるファイバ２００への応力を回避できる。さらには平面光波回路３００の光導波路に直接ファイバ２００のコアが接続されているため、光素子３００の搭載向きを変えても光ファイバ２００を取り回せば良いため、パッケージ内のレイアウトの自由度が向上する。また光ファイバ保持部２２０及び２２２は多芯の中空を有するフェルールとしたが、他にも、Ｖ溝加工を行ったガラス板に素線ファイバを搭載した部材を用いても良い。フェルールを用いる場合もＶ溝加工部品を用いる場合においても、光ファイバ２００及び２０２のみを透過窓に接続する場合にくらべ、振動や衝撃に対する接続部の耐性が向上する。また光ファイバ保持部２２０及び２２２への光ファイバの搭載方法において樹脂製の接着材を用いることにより、光ファイバへの応力が少ない固定が可能となり、光ファイバの特性劣化を防止することが可能である。
【００３５】
光接続方法として図５と図６を参照して説明した２つの異なる方法を用いたが、いずれか一つの方法で、パッケージにおける２つの透過窓６００に対する光ファイバ２００及び２０２の接続を行っても良く、それぞれ異なる方法で接続を行っても良い。両者の違いは透過窓６００に取り付ける光ファイバ２００及び２０２の順番である。両者を比較すると、図６の方法がより効果的といえる。その理由は、筐体内側の透過窓への接続精度が緩くて良いためである。接続精度が厳しい図５の接続方法の場合、取り付けに要する装置や冶具に高い剛性や精度が要求される。そのため、筐体内部にそのような装置や冶具を挿入する必要があることから筐体の寸法が大きくなる可能性が高い。一方図６の場合は装置や冶具が簡便でよく、筐体を小型化出来る。
【００３６】
（第２の実施形態）
図８（ａ）及び（ｂ）に、本発明の第２の実施形態に係る光接続部品及びパッケージの全体図を示す。図８（ａ）は、側面方向から見たパッケージの断面図を、（ｂ）は蓋が無い状態のパッケージの上面図である。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に、光素子として平面光波回路（ＰＬＣ）３００をパッケージ化する。筐体１０には透過窓６００が設けられている。筐体１０、透過窓６００及び蓋１２により光接続部品の内部と外部とが隔てられ内部空間が形成されている。上記実施形態と同様に、筐体１０の内部と外部の光接続に透過窓６００−１及び６００−２を用いる。一方の透過窓６００−１には光ファイバ２００−１及び２０２−１が対向して接続され、他方の透過窓６００−２には光ファイバ２０２−２及び平面光波回路３００が接続されている。光ファイバ２００及び２０２及び平面光波回路３００は透過窓に対して、光透過性の樹脂を用いた接着により接続されている。光ファイバ２００及び２０２は光ファイバ保持部２２０及び２２２に保持されている。光ファイバ保持部２２２は多芯の中空を有するフェルールであり、その中空部に光ファイバ素線が樹脂により接着固定されている。接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定する。筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。光ファイバ２００及び２０２は、石英ガラスのシングルモードファイバが用いられている。
【００３７】
本パッケージには、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に、光素子として平面光波回路３００を搭載するが、ＰＬＣマウントを介して筐体１０にするのではなく、その主な固定部は透過窓６００−２との接着部である。平面光波回路３００は、シリコン基板上に石英を堆積して作製する。屈折率を変えて堆積を行うことにより、コアとクラッドを有する光導波路を基板上に作製する。平面光波回路３００の厚さは１ｍｍ程度である。図８には、回路図の描画は省略する。平面光波回路３００の光導波路の一端は透過窓６００−２の内部空間側に接続され、他端は光ファイバ保持部２２４−１に保持された光ファイバ２０−１の一端に接続される。図８では４本のアレイ光ファイバを用いる。図示しないが、平面光波回路３００上の光導波路もアレイ状に設置されている。平面光波回路３００の光導波路の補強のために、平面光波回路３００上に接続部補強板３２２−１及び３２２−２が設置されている。平面光波回路３００に接続された光ファイバ２００−１の他端は、それぞれ透過窓６００−１の筐体内部空間側に接続される。さらに透過窓６００−１の筐体外部側にはそれぞれ光ファイバ保持部２２２−１に保持された光ファイバ２０２−１が接続される。なお平面光波回路３００と透過窓６００−１間の光ファイバ２００−１にはパッケージ幅方向に緩やかな座屈部を設けてあり、その半径は１５ｍｍである。
【００３８】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６００と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。
【００３９】
次に図９と図１０を用いて光接続方法について説明する。図９は、図８に示したパッケージにおける、透過窓６００−２に平面光波回路３００を接続した光接続部についての接続方法を示している。接続の手順は、（１）図９（ａ）に示すように、先ず筐体内の平面光波回路３００を透過窓６００−２に接着により接続する。その際の接着位置は例えば±１ｍｍ以内など、緩い精度で接着してよい。（２）次に、図９（ｂ）に示すように、筐体外の光ファイバ２０２−２を透過窓６００−２に接着する。その際、筐体外部側の光ファイバ２０２−２のコアの位置が、平面光波回路３００の光導波路の位置に合うよう、光ファイバに光入力を行い調整する。光ファイバ２０２−２の接着位置は筐体内の平面光波回路３００の光導波路の位置に対して±１μｍ以内など、厳しい精度で接着する必要がある。
【００４０】
また図１０は、図８に示したパッケージの透過窓６００−１における光接続部についての接続方法を示している。接続の手順は、（１）図１０（ａ）に示すように、先ず透過窓６００−２に中空を有する光ファイバ保持部２２０−１を接着する。その際の接着位置は例えば±１ｍｍ以内など、緩い精度で接着してよい。（２）次に、図１０（ｂ）に示すように、筐体内の光ファイバ保持部２２０−１の中空部に、光ファイバ２００−１を通す。（３）さらに、図１０（ｃ）に示すように、筐体外の光ファイバ２０２−１を透過窓６００−１に接着する。その際、光ファイバ２００−１及び２０２−１のコアの位置が合うよう、光ファイバに光入力を行い調整する。光ファイバ２０２−１の接着位置は筐体内の光ファイバ光ファイバ２００−１の接着位置に対して±１μｍ以内など、厳しい精度で接着する必要がある。
【００４１】
このように本実施形態の光接続部品を用いて内部空間の光素子をパッケージ化すると、上記第１の実施形態と同様、熱により筐体に膨張収縮が生じても光接続部の位置ずれによる損失増加が発生しにくい。すなわち、筐体内部と外部の光接続は透過窓６００の内部空間側及び外部側の双方に直接接続された光ファイバ２００及び２０２並びに平面光波回路３００により行うため、筐体１０の熱膨張収縮に比べ透過窓の熱膨脹収縮は小さく、光接続の位置ずれ量が少なくなるという効果を有する。また図８において平面光波回路３００と光ファイバ２００−１との接続は、空間を設けず平面光波回路３００の光導波路と光ファイバ２００−１のコアを接着材等により直接接続しているため、こちらも筐体の熱膨張収縮とは関係なく、位置ずれは無視できる。また、光ファイバにメタライズ処理を行うことが無いため、光ファイバへの応力やクラックを低減できる。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線、及び偏波消光比の劣化が起こりにくいという効果を有する。さらに透過窓６００への光ファイバ２００及び２０２の接着は樹脂を用い６０度程度の低温環境下で可能である。そのためパッケージ内部の光素子３００へのダメージが少なくなると共に、パッケージの寸法を小型化することが可能となる。またレンズを用いないため、例えば４０チャネル程度の多チャネル接続も損失ばらつきが少なく実装可能である。
【００４２】
さらに本実施形態においては、平面光波回路３００を透過窓６００−２に直接接着しているため、上記第１の実施形態に比べ光ファイバ及び光ファイバ保持部の部品点数を削減することができる。また平面光波回路を筐体１０に固定するためのマウントを使用しないため、マウントへの搭載工程を削除することができ、より簡便な実装が可能となる。またここでは筐体外部の光接続方法に光ファイバ２０２を用いたが、平面光波回路を透過窓６００の筐体外部側に直接接続しても良い。すなわち、透過窓に対向して平面光波回路を接続してもよい。それにより、光導波路のアレイ間ピッチを１０μｍにするなど、光ファイバによるアレイ化では不可能な狭ピッチでの光接続が可能であるため、パッケージのさらなる小型化が可能となる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図１１に、本発明の第３の実施形態に係る光接続部品を示す。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に光素子３００をパッケージ化する。筐体１０には透過窓６００が設けられている。筐体１０、透過窓６００及び蓋１２により光接続部品の内部と外部とが隔てられ内部空間が形成されている。図１１において、光接続部品の内部の光ファイバ２０４の光入出力端が透過窓６００に対向して、接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により、接続されている。透過窓６００の筐体外部側にはレンズ４００が接続され、光接続部品の外部の光ファイバ２０２の光入出力端が透過窓６００に接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により接続されている。これにより光ファイバ２００及び光ファイバ２０２は透過窓６００及びレンズ４００に対向し、光ファイバ２００及び光ファイバ２０２を伝搬する光は透過窓６００及びレンズ４００を介して接続（結合）される。光ファイバ２０４及び２０２はそれぞれ光ファイバ保持部２２０及び２２２に保持されている。光ファイバ保持部は多芯の中空を有するフェルールであり、その中空部に光ファイバ素線が樹脂により接着固定されている。接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定している。筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。光ファイバ２００及び２０２は、石英ガラスのシングルモードファイバが用いられている。
【００４４】
さらに筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に、光素子としてレーザダイオード３００が素子マウント３２０を介して搭載されている。筐体内側の透過窓６００に接着された光ファイバ２０４の他端は先球加工されており、レーザダイオード３００との光結合を行う。
【００４５】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６００と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。
【００４６】
このように本実施形態の光接続部品を用いて内部空間の光素子（レーザダイオード）３００をパッケージ化すると、上記第１及び第２の実施形態と同様、光ファイバにメタライズ処理を行うことが無いため、光ファイバへの応力やクラックを低減できる。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線、及び偏波消光比の劣化が起こりにくいという効果を有する。また透過窓６００の筐体外側に取り付けられたレンズ４００により、レンズを使用しない場合に比べ結合損失が低減出来る。また上記第１及び第２の実施形態と同様、熱により筐体１０に膨張収縮が生じても光接続部の位置ずれによる損失増加が発生しにくいため、レーザダイオード３００との良好な光結合を保持することが出来る。特にレンズ４００は透過窓６００と光ファイバ２０２の双方に対して直接接続されているため、従来に比べてより位置ずれが生じにくい。
【００４７】
ここでは光素子としてレーザダイオードを用いたが、フォトダイオードや光変調器などの、他の半導体光素子を適用することも同様に可能である。また本実施形態では筐体外側にレンズを取り付けたが、透過窓６００内部空間側に直接取り付けても良いし、透過窓６００内部空間側及び外部側の双方に直接取り付けても良い。
【００４８】
（第４の実施形態）
図１２に、本発明の第４の実施形態に係る光接続部品を示す。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に光素子（図示しない）パッケージ化する。筐体１０には透過窓６００が設けられている。筐体１０、透過窓６００及び蓋１２により光接続部品の内部と外部とが隔てられ内部空間が形成されている。図１２において、光接続部品の内部の光ファイバ２００の光入出力端が透過窓６００に対向して、接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により、接続されている。透過窓６００の筐体外部側には、筐体１０に固定されたレンズ保持部４３により保持されたレンズ４００が配置され、光接続部品の外部の光ファイバ２０２の光入出力端が透過窓６００にレンズ４０２を介して接続されている。これにより光ファイバ２００及び光ファイバ２０２は透過窓６００及びレンズ４０２に対向し、光ファイバ２００及び光ファイバ２０２を伝搬する光は透過窓６００及びレンズ４０２を介して接続（結合）される。光素子は素子マウント（図示しない）を介して筐体１０に固定される。光ファイバ２０２は光ファイバ保持部であるフェルール２２に予め固定されている。さらにフェルール２２は金属スリーブ２４に固定される。筐体１０とレンズ保持部４３の固定、レンズ保持部４３と金属スリーブ２４の固定、及び金属スリーブ２４と光ファイバ保持部２２の固定及びにはＹＡＧ光による溶接が用いられる。
【００４９】
筐体内側の光ファイバ２００の光入出力端は透過窓６００に対して、接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により、接続されている。また光ファイバ２００は光ファイバ保持部２２０に保持されている。接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定している。筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。光ファイバ２００及び２０２は、石英ガラスのシングルモードファイバが用いられている。
【００５０】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６００と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。
【００５１】
このように本実施形態の光接続部品を用いて内部空間の光素子をパッケージ化すると、上記第１乃至第３の実施形態同様、光ファイバや光ファイバ保持部２を筐体内外に貫通するということはない。光ファイバにメタライズ処理を行うことが無いため、光ファイバへの応力やクラックを低減できる。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線、及び偏波消光比の劣化が起こりにくいという効果を有する。また透過窓６００の筐体外側に取り付けられたレンズ４０２により、レンズを使用しない場合に比べ結合損失が低減出来る。また上記第１乃至第３の実施形態と同様、熱により筐体１０に膨張収縮が生じても光接続部の位置ずれによる損失増加が発生しにくいため、内部空間の光素子との良好な光結合を保持することが出来る。
【００５２】
以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００５３】
例えば、斜めに研磨した端面の光ファイバを透過窓に接続してもよい。それにより、接続部における反射戻り光を低減することが可能となる。また、透過窓に接続する光ファイバ及び平面光波回路のコア径を拡大あるいは縮小してスポットサイズを変えることにより、光接続における接続損失をさらに改善することも可能である。また本発明において筐体及び蓋で囲まれた内部空間は気密性を有する。その値はＨｅガスのリーク量として１×１０6Ｐａ・ｍ3／ｓ以下が望ましい。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 筐体
１２ 蓋
２０ メタライズファイバ
２２ 光ファイバ保持部
２４ 金属スリーブ
２００，２０２ 光ファイバ
２２０，２２２，２２４ 光ファイバ保持部
３０ 光素子
３２ 素子マウント
３００ 平面光回路（ＰＬＣ）
３２０ ＰＬＣマウント
３２２ 接続部補強板
４０ レンズ
４２，４３ レンズ保持部
４００，４０２ レンズ
５０ 封止剤
５００ 接着剤
６０ 透過窓
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光接続部品及び光接続方法に関し、より詳細には、筐体と蓋と透過窓で囲まれる内部空間に設置された光素子を外部の光ファイバまたは平面光波回路に接続する部品及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデータ通信量の増大に伴い、光ファイバ通信に用いられる光素子には、多チャネル化への対応が求められている。それに伴い、光素子パッケージの小型集積化がより重要となっている。また、レーザダイオードやフォトダイオード、光変調器等の半導体材料を用いた光素子は、水分による特性劣化が懸念される。そのため光素子をパッケージ化する場合、光素子を水分から隔離するために、その光素子は、筐体と蓋で封止された内部空間に搭載される。内部空間に設置された光素子からの入出力光を外部の光ファイバに接続する場合、従来は以下のような光接続部品が利用されていた。
【０００３】
（従来技術１）
筐体の開口部に、光ファイバ保持部の内径部に予め封止されたメタライズファイバを貫通させ、筐体と光ファイバ保持部を封止することにより、内部の光素子からの入出力光を外部の光ファイバに接続する光接続部品が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１に、従来の光接続部品の構成を示す。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間を有するパッケージにおいて、内部と外部の光接続にメタライズファイバ２０が用いられている。メタライズファイバ２０は光ファイバ保持部２２の内径部に保持されている。筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。メタライズファイバ２０は、石英ガラスのシングルモードファイバの素線部の周囲に、ニッケル及び金をメッキ形成することにより作製される。ここで素線の直径は125μｍ、メッキの厚さは約5μｍである。
【０００５】
パッケージ内部空間の封止は、メタライズファイバ２０と光ファイバ保持部２２の内径部を予め封止し、光ファイバ保持部２２を筐体１０の開口部に貫通させ、筐体１０と光ファイバ保持部２２を封止することにより行われる。封止にはロウ材、例えば金-錫合金半田が用いられる。封止時のリフロー温度は２８０度以上である。
【０００６】
（従来技術2）
また図２に示す様な、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間を有するパッケージにおいて、内部と外部の光接続に透過窓６０及びレンズ４０が用いる構成の光接続部品が知られている（例えば、特許文献２参照）。図２に示す光接続部品のレンズ４０は内部空間に設置された光素子３０と外部の光ファイバ２０との間に少なくとも１枚設置される。図２に示す構成例は、光素子３０と光ファイバ２０それぞれの近傍に１枚ずつレンズ４０−１，４０−２を設置したコリメート光学系である。レンズ４０はレンズ保持部４２，４３を用いて筐体１０に固定されている。光素子３０は素子マウント３２を介して筐体１０に固定される。光ファイバ２０は光ファイバ保持部２２であるフェルールに予め固定されている。さらにフェルールは金属スリーブ２４に固定される。
【０００７】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６０と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。従来技術１と異なり、光ファイバや光ファイバ保持部を筐体内外に貫通されるということはない。また筐体１０とレンズ保持部４２，４３の固定、レンズ保持部４２，４３と金属スリーブ２４の固定、及び金属スリーブ２４と光ファイバ保持部２２の固定にはＹＡＧ光による溶接が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０５５４７５号公報（第００１９段落、第１図）
【特許文献２】特開２００５−３３８４３４号公報（第００１８段落、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の光接続部品及び光接続方法には次のような問題があった。まず、図１に示されるメタライズファイバを光ファイバとして用いた光接続部品においては、細径の光ファイバ素線に対してメタライズを行うため、光ファイバに応力やクラックが発生しやすい。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線を起こし易いという問題があった。また光ファイバとして偏波保持ファイバを使用する場合、メッキの厚みムラに起因する光ファイバへの応力に不均一性により、偏波消光比が劣化するという問題があった。さらにメタライズファイバを光ファイバ保持部にロウ付けする際においても、ロウ材により発生する応力による損失増加、断線、偏波消光比の劣化が懸念される。さらには、ロウ付けする際に発生する熱により、光素子が劣化する場合があった。それを回避するため、封止部と光素子を充分な距離を開けて設置しなければならず、パッケージが大型化するという問題があった。
【００１０】
また、図２に示されるレンズ結合を用いた光接続部品においては、パッケージの熱膨張や収縮により、光素子とレンズ間や、光ファイバとレンズ間に位置ずれが発生し、結合損失が増加するという問題があった。また、光素子をアレイ化して多チャネルの光接続を行う際には、レンズの球面収差が発生するため、チャネルにより結合損失がばらつくという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光ファイバへの応力を緩和し挿入損失や断線、偏波消光比を改善するとともに、アレイ化が容易な光接続部品及び光接続方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による光接続部品においては、筐体内部空間の光ファイバまたは平面光波回路等の光素子の光信号入出力端が筐体に設けられた透過窓に直接接続される。
【００１３】
本発明の第１の側面である光接続部品は、筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられた内部空間を有し、前記透過窓は、当該透過窓の前記内部空間側に光ファイバまたは平面光波回路が接続され、前記透過窓の前記外部側に第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路が接続され、前記光ファイバまたは平面光波回路を伝搬する光が前記透過窓を介して前記第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路に結合され、または前記第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路を伝搬する光が前記透過窓を介して前記光ファイバまたは平面光波回路に結合されるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
一実施形態では、前記光ファイバ及び前記第２の光ファイバは、各々光ファイバ保持部に搭載され、前記透過窓に接続された状態が維持される。また、前記光ファイバは、前記内部空間において座屈部を有するように、前記透過窓に接続される。
【００１５】
また一実施形態では、透過窓は、レンズ機能を有する。透過窓の一部を、レンズで構成することができる。
【００１６】
また一実施形態では、前記内部空間は、気密封止されている。
【００１７】
本発明の第２の側面である光接続部品の光接続方法は、筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられる内部空間を有する光接続部品において、（１）前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続した後に、前記内部空間の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記内部空間側に接続する、または（２）前記内部空間の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記内部空間側に接続した後に、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続する、ことを特徴とする。
【００１８】
一実施形態では、中空を有する光ファイバ保持部を前記透過窓の前記内部空間側に接着し、前記内部空間の光ファイバを前記中空に通すことで前記透過窓の前記内部空間側に接続した後に、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続する。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば筐体の熱膨張及び熱収縮時に生じる光素子の位置ずれによっても光損失の増加や偏波消光比の劣化が抑制される。また、小型な筐体を用いて多アレイ化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の光接続部品の構成図である。
【図２】従来の光接続部品の他の構成図である。
【図３】第１の実施形態における光接続部品を示す図である。
【図４】第１の実施形態における光接続部品を用いたパッケージの全体図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【図５】第１の実施形態におけるパッケージの光接続部についての接続方法を説明するための図であり、（ａ）及び（ｂ）は各工程を説明するための図である。
【図６】第１の実施形態におけるパッケージの光接続部についての接続方法を説明するための図であり、（ａ）及び（ｂ）は各工程を説明するための図である。
【図７】透過窓の厚みと結合損失に関する関係を説明するための図である。
【図８】第２の実施形態における光接続部品及びパッケージの全体図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【図９】第２の実施形態におけるパッケージの、透過窓に平面光波回路を接続した光接続部についての接続方法を説明するための図であり、（ａ）及び（ｂ）は各工程を説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態におけるパッケージの、透過窓における光接続部についての接続方法を接続するための図であり、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は各工程を説明するための図である。
【図１１】第３の実施形態における光接続部品を示す図である。
【図１２】第４の実施形態における光接続部品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る光接続部品は、筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられた内部空間を有する。透過窓は、光ファイバや平面光波回路等の光素子の光入出力端が筐体に設けられた透過窓に対向して接続され、光ファイバまたは平面光波回路を伝搬する光信号が透過窓を介して、別の光ファイバまたは平面光波回路に結合されるように構成される。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似する要素には同一または類似する参照符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図３に、本発明の第１の実施形態に係る光接続部品を示す。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に光素子（図示しない）をパッケージ化する。筐体１０には透過窓６００が設けられている。筐体１０、透過窓６００及び蓋１２により光接続部品の内部と外部とが隔てられ内部空間が形成されている。図３において、光接続部品の内部の光ファイバ２００の光入出力端が透過窓６００に対向して、接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により、接続されている。同様に光接続部品の外部の光ファイバ２０２の光入出力端が透過窓６００に対向して接続されている。これにより光ファイバ２００及び光ファイバ２０２は透過窓６００に対向し、これらを伝搬する光は透過窓６００を介して接続（結合）される。
【００２３】
より詳細には、光ファイバ２００及び２０２はそれぞれ光ファイバ保持部２２０及び２２２に保持された状態で透過窓６００に接続されている。光ファイバ保持部２２０及び２２２は多芯の中空を有するフェルールであり、その中空部に光ファイバ素線が樹脂により接着固定されている。接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定している。
【００２４】
筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。光ファイバ２００及び２０２は、石英ガラスのシングルモードファイバが用いられている。
【００２５】
図４（ａ）及び（ｂ）に、光接続部品を用いたパッケージの全体図を示す。図４（ａ）は、側面方向から見たパッケージの断面図を、（ｂ）は蓋１２が無い状態のパッケージの上面図である。本パッケージには、筐体、透過窓及び蓋で囲まれた内部空間に、光素子として平面光波回路（ＰＬＣ）３００がＰＬＣマウント３２０を介して筐体１０に固定されている。平面光波回路３００は、シリコン基板上に石英を堆積して作製する。屈折率を変えて堆積を行うことにより、コアとクラッドを有する光導波路を基板上に作製する。平面光波回路３００の厚さは１ｍｍ程度である。
【００２６】
図４において、回路図の描画は省略する。平面光波回路３００の光導波路の２つの光入出力端には光ファイバ保持部２２４−１及び２２４−２にそれぞれ保持された光ファイバ２００−１及び２００−２の光入出力端が接続されている。ここで補強のために、平面光波回路３００上に接続部補強板３２２−１及び３２２−２が設置されている。本実施形態では、光ファイバ２００−１及び２００−２として４本のアレイ光ファイバを用いる。図示しないが、平面光波回路上の光導波路もアレイ状に設置されている。
【００２７】
平面光波回路３００に接続された光ファイバ２００−１の他の光入出力端は光ファイバ保持部２２０−１に保持され、透過窓６００−１の筐体内部側に接続されている。同様に、光ファイバ２００−２の他の端部は光ファイバ保持部２２０−２に保持され、透過窓６００−２の筐体内部側に接続されている。
【００２８】
さらに透過窓６００−１の筐体外部側には光ファイバ保持部２２２−１に保持された光ファイバ２０２−１が接続されている。同様に、透過窓６００−２の筐体外部側には光ファイバ保持部２２２−２に保持された光ファイバ２０２−２が接続されている。光ファイバ２００−１及び２００−２にはパッケージの高さ方向に対して緩やかな座屈部を設けてあり、その半径は１５ｍｍである。
【００２９】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６００と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。
【００３０】
次に図５と図６を用いて光接続方法について説明する。図５は、図４に示したパッケージの光接続部についての１つの接続方法を示している。接続の手順は、（１）図５（ａ）に示すように、先ず筐体外の光ファイバ２０２を透過窓６００に接着により接続する。その際の接着位置は例えば±１ｍｍ以内など、緩い精度で接着してよい。（２）次に、図５（ｂ）に示すように、筐体内の光ファイバ２００を透過窓６００に接着する。その際、２つ光ファイバ２００及び２０２のコアの位置が合うよう、光ファイバに光入力を行い調整する。ファイバ２００の接着位置は光ファイバ２０２の接着位置に対して±１μｍ以内など、厳しい精度で接着する必要がある。
【００３１】
また図６は図４に示したパッケージの光接続部についての他の接続方法を示している。接続の手順は、（１）図６（ａ）に示すように、先ず筐体内の光ファイバ２００を透過窓６００に接着により接続する。その際の接着位置は例えば±１ｍｍ以内など、緩い精度で接着してよい。（２）次に、図６（ｂ）に示すように、筐体外の光ファイバ２０２を透過窓６００に接着により接続する。その際、２つの光ファイバ２００及び２０２のコアの位置が合うよう、光ファイバに光入力を行い調整する。光ファイバ２０２の接着位置は光ファイバ２００の接着位置に対して±１μｍ以内など、厳しい精度で接着する必要がある。
【００３２】
ここで、図７を参照して透過窓６００の厚みについて説明する。図７は透過窓６００の厚みと結合損失に関する関係を示す図である。透過窓６００には通常サファイアや石英ガラスが使用され、それらの場合について厚みと結合損失の関係を計算により求めた。なお比較のため、空気層の計算値も図７には加えている。この結果から、サファイア窓や石英ガラスを用いて透過窓６００を構成する場合、透過窓６００の厚みを５０μｍ以下とすることにより、結合損失を０．５ｄＢ以内に抑えることが出来る。
【００３３】
このように本実施形態の光接続部品を用いて内部空間の光素子をパッケージ化すると、熱により筐体１０が膨張または収縮しても光ファイバの接続位置のずれによる損失増加が発生しにくい。すなわち、図３に示すように、筐体１０の内部と外部の光接続は、透過窓６００の内部空間側及び外部側の双方に直接接続された光ファイバ２００及び２０２により行うため、筐体１０の熱膨張収縮に比べ透過窓の熱膨張収縮は小さく、光接続の位置ずれ量が少なくなるという効果を有する。また図４において平面光波回路３００と光ファイバ２００−１及び２００−２との接続は、空間を設けず平面光波回路３００の光導波路と光ファイバ２００−１及び２００−２のコアを接着材等により直接接続しているため、こちらも筐体の熱膨張収縮とは関係なく、位置ずれは無視できる。また、光ファイバにメタライズ処理を行うことが無いため、光ファイバへの応力やクラックを低減できる。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線、及び偏波消光比の劣化が起こりにくいという効果を有する。さらに透過窓６００への光ファイバ２００及び２０２の接着は樹脂を用い６０度程度の低温環境下で可能である。そのためパッケージ内部の光素子３００へのダメージが少なくなると共に、パッケージの寸法を小型化することが可能となる。またレンズを用いないため、例えば４０チャネル程度の多チャネル接続も損失ばらつきが少なく実装可能である。
【００３４】
ここでは透過窓６００を等方的な媒質としたが、透過窓６００−１及び６００−２の少なくとも１つをフレネルレンズなど、レンズ形状に加工することにより、結合損失を改善することも可能である。また、筐体内部の光ファイバ２００には座屈が設けられているため、熱による筐体１０の膨張及び収縮によるファイバ２００への応力を回避できる。さらには平面光波回路３００の光導波路に直接ファイバ２００のコアが接続されているため、光素子３００の搭載向きを変えても光ファイバ２００を取り回せば良いため、パッケージ内のレイアウトの自由度が向上する。また光ファイバ保持部２２０及び２２２は多芯の中空を有するフェルールとしたが、他にも、Ｖ溝加工を行ったガラス板に素線ファイバを搭載した部材を用いても良い。フェルールを用いる場合もＶ溝加工部品を用いる場合においても、光ファイバ２００及び２０２のみを透過窓に接続する場合にくらべ、振動や衝撃に対する接続部の耐性が向上する。また光ファイバ保持部２２０及び２２２への光ファイバの搭載方法において樹脂製の接着材を用いることにより、光ファイバへの応力が少ない固定が可能となり、光ファイバの特性劣化を防止することが可能である。
【００３５】
光接続方法として図５と図６を参照して説明した２つの異なる方法を用いたが、いずれか一つの方法で、パッケージにおける２つの透過窓６００に対する光ファイバ２００及び２０２の接続を行っても良く、それぞれ異なる方法で接続を行っても良い。両者の違いは透過窓６００に取り付ける光ファイバ２００及び２０２の順番である。両者を比較すると、図６の方法がより効果的といえる。その理由は、筐体内側の透過窓への接続精度が緩くて良いためである。接続精度が厳しい図５の接続方法の場合、取り付けに要する装置や冶具に高い剛性や精度が要求される。そのため、筐体内部にそのような装置や冶具を挿入する必要があることから筐体の寸法が大きくなる可能性が高い。一方図６の場合は装置や冶具が簡便でよく、筐体を小型化出来る。
【００３６】
（第２の実施形態）
図８（ａ）及び（ｂ）に、本発明の第２の実施形態に係る光接続部品及びパッケージの全体図を示す。図８（ａ）は、側面方向から見たパッケージの断面図を、（ｂ）は蓋が無い状態のパッケージの上面図である。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に、光素子として平面光波回路（ＰＬＣ）３００をパッケージ化する。筐体１０には透過窓６００が設けられている。筐体１０、透過窓６００及び蓋１２により光接続部品の内部と外部とが隔てられ内部空間が形成されている。上記実施形態と同様に、筐体１０の内部と外部の光接続に透過窓６００−１及び６００−２を用いる。一方の透過窓６００−１には光ファイバ２００−１及び２０２−１が対向して接続され、他方の透過窓６００−２には光ファイバ２０２−２及び平面光波回路３００が接続されている。光ファイバ２００及び２０２及び平面光波回路３００は透過窓に対して、光透過性の樹脂を用いた接着により接続されている。光ファイバ２００及び２０２は光ファイバ保持部２２０及び２２２に保持されている。光ファイバ保持部２２２は多芯の中空を有するフェルールであり、その中空部に光ファイバ素線が樹脂により接着固定されている。接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定する。筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。光ファイバ２００及び２０２は、石英ガラスのシングルモードファイバが用いられている。
【００３７】
本パッケージには、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に、光素子として平面光波回路３００を搭載するが、ＰＬＣマウントを介して筐体１０にするのではなく、その主な固定部は透過窓６００−２との接着部である。平面光波回路３００は、シリコン基板上に石英を堆積して作製する。屈折率を変えて堆積を行うことにより、コアとクラッドを有する光導波路を基板上に作製する。平面光波回路３００の厚さは１ｍｍ程度である。図８には、回路図の描画は省略する。平面光波回路３００の光導波路の一端は透過窓６００−２の内部空間側に接続され、他端は光ファイバ保持部２２４−１に保持された光ファイバ２０−１の一端に接続される。図８では４本のアレイ光ファイバを用いる。図示しないが、平面光波回路３００上の光導波路もアレイ状に設置されている。平面光波回路３００の光導波路の補強のために、平面光波回路３００上に接続部補強板３２２−１及び３２２−２が設置されている。平面光波回路３００に接続された光ファイバ２００−１の他端は、それぞれ透過窓６００−１の筐体内部空間側に接続される。さらに透過窓６００−１の筐体外部側にはそれぞれ光ファイバ保持部２２２−１に保持された光ファイバ２０２−１が接続される。なお平面光波回路３００と透過窓６００−１間の光ファイバ２００−１にはパッケージ幅方向に緩やかな座屈部を設けてあり、その半径は１５ｍｍである。
【００３８】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６００と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。
【００３９】
次に図９と図１０を用いて光接続方法について説明する。図９は、図８に示したパッケージにおける、透過窓６００−２に平面光波回路３００を接続した光接続部についての接続方法を示している。接続の手順は、（１）図９（ａ）に示すように、先ず筐体内の平面光波回路３００を透過窓６００−２に接着により接続する。その際の接着位置は例えば±１ｍｍ以内など、緩い精度で接着してよい。（２）次に、図９（ｂ）に示すように、筐体外の光ファイバ２０２−２を透過窓６００−２に接着する。その際、筐体外部側の光ファイバ２０２−２のコアの位置が、平面光波回路３００の光導波路の位置に合うよう、光ファイバに光入力を行い調整する。光ファイバ２０２−２の接着位置は筐体内の平面光波回路３００の光導波路の位置に対して±１μｍ以内など、厳しい精度で接着する必要がある。
【００４０】
また図１０は、図８に示したパッケージの透過窓６００−１における光接続部についての接続方法を示している。接続の手順は、（１）図１０（ａ）に示すように、先ず透過窓６００−２に中空を有する光ファイバ保持部２２０−１を接着する。その際の接着位置は例えば±１ｍｍ以内など、緩い精度で接着してよい。（２）次に、図１０（ｂ）に示すように、筐体内の光ファイバ保持部２２０−１の中空部に、光ファイバ２００−１を通す。（３）さらに、図１０（ｃ）に示すように、筐体外の光ファイバ２０２−１を透過窓６００−１に接着する。その際、光ファイバ２００−１及び２０２−１のコアの位置が合うよう、光ファイバに光入力を行い調整する。光ファイバ２０２−１の接着位置は筐体内の光ファイバ光ファイバ２００−１の接着位置に対して±１μｍ以内など、厳しい精度で接着する必要がある。
【００４１】
このように本実施形態の光接続部品を用いて内部空間の光素子をパッケージ化すると、上記第１の実施形態と同様、熱により筐体に膨張収縮が生じても光接続部の位置ずれによる損失増加が発生しにくい。すなわち、筐体内部と外部の光接続は透過窓６００の内部空間側及び外部側の双方に直接接続された光ファイバ２００及び２０２並びに平面光波回路３００により行うため、筐体１０の熱膨張収縮に比べ透過窓の熱膨脹収縮は小さく、光接続の位置ずれ量が少なくなるという効果を有する。また図８において平面光波回路３００と光ファイバ２００−１との接続は、空間を設けず平面光波回路３００の光導波路と光ファイバ２００−１のコアを接着材等により直接接続しているため、こちらも筐体の熱膨張収縮とは関係なく、位置ずれは無視できる。また、光ファイバにメタライズ処理を行うことが無いため、光ファイバへの応力やクラックを低減できる。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線、及び偏波消光比の劣化が起こりにくいという効果を有する。さらに透過窓６００への光ファイバ２００及び２０２の接着は樹脂を用い６０度程度の低温環境下で可能である。そのためパッケージ内部の光素子３００へのダメージが少なくなると共に、パッケージの寸法を小型化することが可能となる。またレンズを用いないため、例えば４０チャネル程度の多チャネル接続も損失ばらつきが少なく実装可能である。
【００４２】
さらに本実施形態においては、平面光波回路３００を透過窓６００−２に直接接着しているため、上記第１の実施形態に比べ光ファイバ及び光ファイバ保持部の部品点数を削減することができる。また平面光波回路を筐体１０に固定するためのマウントを使用しないため、マウントへの搭載工程を削除することができ、より簡便な実装が可能となる。またここでは筐体外部の光接続方法に光ファイバ２０２を用いたが、平面光波回路を透過窓６００の筐体外部側に直接接続しても良い。すなわち、透過窓に対向して平面光波回路を接続してもよい。それにより、光導波路のアレイ間ピッチを１０μｍにするなど、光ファイバによるアレイ化では不可能な狭ピッチでの光接続が可能であるため、パッケージのさらなる小型化が可能となる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図１１に、本発明の第３の実施形態に係る光接続部品を示す。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に光素子３００をパッケージ化する。筐体１０には透過窓６００が設けられている。筐体１０、透過窓６００及び蓋１２により光接続部品の内部と外部とが隔てられ内部空間が形成されている。図１１において、光接続部品の内部の光ファイバ２０４の光入出力端が透過窓６００に対向して、接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により、接続されている。透過窓６００の筐体外部側にはレンズ４００が接続され、光接続部品の外部の光ファイバ２０２の光入出力端が透過窓６００に接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により接続されている。これにより光ファイバ２００及び光ファイバ２０２は透過窓６００及びレンズ４００に対向し、光ファイバ２００及び光ファイバ２０２を伝搬する光は透過窓６００及びレンズ４００を介して接続（結合）される。光ファイバ２０４及び２０２はそれぞれ光ファイバ保持部２２０及び２２２に保持されている。光ファイバ保持部は多芯の中空を有するフェルールであり、その中空部に光ファイバ素線が樹脂により接着固定されている。接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定している。筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。光ファイバ２００及び２０２は、石英ガラスのシングルモードファイバが用いられている。
【００４４】
さらに筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に、光素子としてレーザダイオード３００が素子マウント３２０を介して搭載されている。筐体内側の透過窓６００に接着された光ファイバ２０４の他端は先球加工されており、レーザダイオード３００との光結合を行う。
【００４５】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６００と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。
【００４６】
このように本実施形態の光接続部品を用いて内部空間の光素子（レーザダイオード）３００をパッケージ化すると、上記第１及び第２の実施形態と同様、光ファイバにメタライズ処理を行うことが無いため、光ファイバへの応力やクラックを低減できる。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線、及び偏波消光比の劣化が起こりにくいという効果を有する。また透過窓６００の筐体外側に取り付けられたレンズ４００により、レンズを使用しない場合に比べ結合損失が低減出来る。また上記第１及び第２の実施形態と同様、熱により筐体１０に膨張収縮が生じても光接続部の位置ずれによる損失増加が発生しにくいため、レーザダイオード３００との良好な光結合を保持することが出来る。特にレンズ４００は透過窓６００と光ファイバ２０２の双方に対して直接接続されているため、従来に比べてより位置ずれが生じにくい。
【００４７】
ここでは光素子としてレーザダイオードを用いたが、フォトダイオードや光変調器などの、他の半導体光素子を適用することも同様に可能である。また本実施形態では筐体外側にレンズを取り付けたが、透過窓６００内部空間側に直接取り付けても良いし、透過窓６００内部空間側及び外部側の双方に直接取り付けても良い。
【００４８】
（第４の実施形態）
図１２に、本発明の第４の実施形態に係る光接続部品を示す。この光接続部品は、筐体１０及び蓋１２で囲まれた内部空間に光素子（図示しない）パッケージ化する。筐体１０には透過窓６００が設けられている。筐体１０、透過窓６００及び蓋１２により光接続部品の内部と外部とが隔てられ内部空間が形成されている。図１２において、光接続部品の内部の光ファイバ２００の光入出力端が透過窓６００に対向して、接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により、接続されている。透過窓６００の筐体外部側には、筐体１０に固定されたレンズ保持部４３により保持されたレンズ４００が配置され、光接続部品の外部の光ファイバ２０２の光入出力端が透過窓６００にレンズ４０２を介して接続されている。これにより光ファイバ２００及び光ファイバ２０２は透過窓６００及びレンズ４０２に対向し、光ファイバ２００及び光ファイバ２０２を伝搬する光は透過窓６００及びレンズ４０２を介して接続（結合）される。光素子は素子マウント（図示しない）を介して筐体１０に固定される。光ファイバ２０２は光ファイバ保持部であるフェルール２２に予め固定されている。さらにフェルール２２は金属スリーブ２４に固定される。筐体１０とレンズ保持部４３の固定、レンズ保持部４３と金属スリーブ２４の固定、及び金属スリーブ２４と光ファイバ保持部２２の固定及びにはＹＡＧ光による溶接が用いられる。
【００４９】
筐体内側の光ファイバ２００の光入出力端は透過窓６００に対して、接着剤（光透過性の樹脂）５００を用いた接着により、接続されている。また光ファイバ２００は光ファイバ保持部２２０に保持されている。接着は、樹脂を紫外線照射により仮固定した後、６０度前後のアニールを行い本固定している。筐体１０及び蓋１２は鉄ニッケル系の合金が用いられる。光ファイバ２００及び２０２は、石英ガラスのシングルモードファイバが用いられている。
【００５０】
パッケージ内部空間の封止は、透過窓６００と筐体１０を予め封止し、蓋１２を取り付けることにより行う。
【００５１】
このように本実施形態の光接続部品を用いて内部空間の光素子をパッケージ化すると、上記第１乃至第３の実施形態同様、光ファイバや光ファイバ保持部２を筐体内外に貫通するということはない。光ファイバにメタライズ処理を行うことが無いため、光ファイバへの応力やクラックを低減できる。そのため、光ファイバの挿入損失増加や断線、及び偏波消光比の劣化が起こりにくいという効果を有する。また透過窓６００の筐体外側に取り付けられたレンズ４０２により、レンズを使用しない場合に比べ結合損失が低減出来る。また上記第１乃至第３の実施形態と同様、熱により筐体１０に膨張収縮が生じても光接続部の位置ずれによる損失増加が発生しにくいため、内部空間の光素子との良好な光結合を保持することが出来る。
【００５２】
以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００５３】
例えば、斜めに研磨した端面の光ファイバを透過窓に接続してもよい。それにより、接続部における反射戻り光を低減することが可能となる。また、透過窓に接続する光ファイバ及び平面光波回路のコア径を拡大あるいは縮小してスポットサイズを変えることにより、光接続における接続損失をさらに改善することも可能である。また本発明において筐体及び蓋で囲まれた内部空間は気密性を有する。その値はＨｅガスのリーク量として１×１０6Ｐａ・ｍ3／ｓ以下が望ましい。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 筐体
１２ 蓋
２０ メタライズファイバ
２２ 光ファイバ保持部
２４ 金属スリーブ
２００，２０２ 光ファイバ
２２０，２２２，２２４ 光ファイバ保持部
３０ 光素子
３２ 素子マウント
３００ 平面光回路（ＰＬＣ）
３２０ ＰＬＣマウント
３２２ 接続部補強板
４０ レンズ
４２，４３ レンズ保持部
４００，４０２ レンズ
５０ 封止剤
５００ 接着剤
６０ 透過窓
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられた内部空間を有する光接続部品であって、
前記透過窓は、当該透過窓の前記内部空間側に光ファイバまたは平面光波回路が接続され、前記透過窓の前記外部側に第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路が接続され、前記光ファイバまたは平面光波回路を伝搬する光が前記透過窓を介して前記第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路に結合され、または前記第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路を伝搬する光が前記透過窓を介して前記光ファイバまたは平面光波回路に結合されるように構成されていることを特徴とする光接続部品。
【請求項２】
前記透過窓の厚みは、前記光の結合損失が０．５ｄＢ以内となる厚さであることを特徴とする請求項１に記載の光接続部品。
【請求項３】
前記透過窓の熱膨張収縮率は、前記筐体の熱膨張収縮率よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の光接続部品。
【請求項４】
前記光ファイバまたは前記第２の光ファイバを搭載し、前記光ファイバまたは前記第２の光ファイバが前記透過窓に接続された状態を維持するように、前記透過窓に接続されるように構成された光ファイバ保持部を含むことを特徴とする請求項１、２または３に記載の光接続部品。
【請求項５】
前記光ファイバは、前記内部空間において座屈部を有するように、前記透過窓に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光接続部品。
【請求項６】
前記透過窓は、レンズ機能を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光接続部品。
【請求項７】
前記透過窓の一部が、レンズで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光接続部品。
【請求項８】
前記内部空間は、気密封止されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光接続部品。
【請求項９】
筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられる内部空間を有する光接続部品の光接続方法であって、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続した後に、前記内部空間の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記内部空間側に接続することを特徴とする光接続部品の光接続方法。
【請求項１０】
筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられる内部空間を有する光接続部品の光接続方法であって、前記内部空間の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記内部空間側に接続した後に、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続することを特徴とする光接続部品の光接続方法。
【請求項１１】
筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられる内部空間を有する光接続部品の光接続方法であって、中空を有する光ファイバ保持部を前記透過窓の前記内部空間側に接着し、前記内部空間の光ファイバを前記中空に通すことで前記透過窓の前記内部空間側に接続した後に、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続することを特徴とする光接続部品の光接続方法。
【請求項１】
筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられた内部空間を有する光接続部品であって、
前記透過窓は、当該透過窓の前記内部空間側に光ファイバまたは平面光波回路が接続され、前記透過窓の前記外部側に第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路が接続され、前記光ファイバまたは平面光波回路を伝搬する光が前記透過窓を介して前記第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路に結合され、または前記第２の光ファイバまたは第２の平面光波回路を伝搬する光が前記透過窓を介して前記光ファイバまたは平面光波回路に結合されるように構成されていることを特徴とする光接続部品。
【請求項２】
前記透過窓の厚みは、前記光の結合損失が０．５ｄＢ以内となる厚さであることを特徴とする請求項１に記載の光接続部品。
【請求項３】
前記透過窓の熱膨張収縮率は、前記筐体の熱膨張収縮率よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の光接続部品。
【請求項４】
前記光ファイバまたは前記第２の光ファイバを搭載し、前記光ファイバまたは前記第２の光ファイバが前記透過窓に接続された状態を維持するように、前記透過窓に接続されるように構成された光ファイバ保持部を含むことを特徴とする請求項１、２または３に記載の光接続部品。
【請求項５】
前記光ファイバは、前記内部空間において座屈部を有するように、前記透過窓に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光接続部品。
【請求項６】
前記透過窓は、レンズ機能を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光接続部品。
【請求項７】
前記透過窓の一部が、レンズで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光接続部品。
【請求項８】
前記内部空間は、気密封止されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光接続部品。
【請求項９】
筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられる内部空間を有する光接続部品の光接続方法であって、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続した後に、前記内部空間の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記内部空間側に接続することを特徴とする光接続部品の光接続方法。
【請求項１０】
筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられる内部空間を有する光接続部品の光接続方法であって、前記内部空間の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記内部空間側に接続した後に、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続することを特徴とする光接続部品の光接続方法。
【請求項１１】
筐体と蓋と前記筐体に設けられた透過窓とにより外部と隔てられる内部空間を有する光接続部品の光接続方法であって、中空を有する光ファイバ保持部を前記透過窓の前記内部空間側に接着し、前記内部空間の光ファイバを前記中空に通すことで前記透過窓の前記内部空間側に接続した後に、前記外部の光ファイバまたは平面光波回路を前記透過窓の前記外部側に接続することを特徴とする光接続部品の光接続方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−６９９６６（Ｐ２０１１−６９９６６Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２０６０１（Ｐ２００９−２２０６０１）
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]