説明

短尺光電デバイス

ハウジング及びハウジングによって収納されるチップを有する光電デバイスが説明される。チップの少なくとも一部は、ハウジングの壁部における開口部を通って突出する。上記光電デバイス及び光電デバイスの作動を制御するように構成される電子制御回路を備える光電モジュールが、さらに提供される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハウジング内に光電チップを備える光電デバイス、特に光電モジュールに一体化された上記光電デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、光電デバイス、例えば送信機及び受信機などは、ハウジング(“パッケージ”)内に光電チップを備える。チップは、ハウジングの壁部を通過する入力及び/または出力光ファイバーと光結合されている。光ファイバーとチップとの間には、大部分の光学的構成要素、例えばレンズ、光学スプリッター及び光アイソレータなどが介在する。チップは、光電変調器、例えばマッハツェンダー変調器チップまたは電気光学吸収変調器チップなどである。あるいは、チップは、別の光電チップ、例えば半導体レーザーチップまたは光検出器チップなどであってもよい。
【0003】
ハウジングは、モジュール、輸送部または光通信ネットワークへの接続部への高水準の組み立て中における機械的損傷から、チップ及び別の構成要素を保護する。さらに、ハウジングは、通常密閉されて、周囲湿度、化学的劣化及び光からの環境的保護をもたらす。多くの場合、ハウジングは密封可能とされ、最高水準の環境的保護をもたらす。特許文献1は、ハウジング内に通る光ファイバーがハウジングの壁部を貫通する開口部の内部に直接密封される装置を開示する。特許文献2は、ハウジングに入る光ファイバーがフェルール内に密封される装置であって、フェルールもハウジング壁部の開口部を通過し、フェルールが保護突端(protective snout)上に密封され、そして突端がハウジングにおける開口部の周囲の外側壁に密封される、装置を開示する。
【0004】
また、ハウジングは、チップと、別の構成要素、例えば大部分の光学的構成要素及び熱電クーラー(チップとハウジングの内側底面との間に接続してもよい)と、の双方が接続される強固な本体を提供する。特に、ハウジングは、光ファイバーが接続される強固な固定部を提供する。
【0005】
しばしば、このような構成要素が配置される装置の適用は、ハウジングの“占有範囲”を最小化させる必要性のために、サイズに過敏である。これは、収納されたデバイスが、例えば収納されたデバイスのために電子制御回路が設けられる送信器、受信器、またはトランスポンダーモジュールといった、より高水準の光電モジュールと一体化される場合、特に重要なこととなる。
【0006】
光電ハウジング内の構成部品のサイズを減少させることへの注意は、ハウジング内の大部分の光学的構成要素のサイズを減少させることに重点を設定しなければならない。特許文献3及び4は、設置面積が減少された大部分の光学的構成要素を開示する。しかしながら、ハウジング内の構成要素のサイズを小さくすることによる効果は、それらを収納するハウジングをその分だけ小さくできるということに限定される。同様に、ハウジング内の他の構成要素のサイズを減少させても、より寸法の長いチップを使用するための空間が多少生まれるだけである。特に、大きな光学的構成要素のサイズをこのように小さくすることは、精々それに対応させてハウジングを小さくできるか、既存の設置面積に適合しているハウジング内に収容する光電チップを幾分長くできるのみである。また、構成要素のいくつかは整列装置によってハウジング内部にアクセスする必要があり、このこともハウジングの幅を小さくできない原因となっている。
【0007】
2つの異なる装置が、光ファイバーを光電チップの光導波路に光結合することに関して公知である。
【0008】
「突き合わせ結合 (butt-coupling) 」として知られる第1の公知な装置では、光ファイバーはハウジングの壁部を貫通し、ファイバーの端部はチップに接続される。ファイバー端部は、チップと隣接してもよく、光学用接着剤、例えば光学用樹脂を用いてチップ上に直接接着してもよい。あるいは、光結合素子が光ファイバーの端部に接着されて設けられてもよく、光結合素子は、光ファイバー及び光結合素子双方がチップに突き合わせ結合されるように、チップに接着される。上記光結合素子は、短く一様なガラス製円筒体であってもよく、また、デバイス組立体の整列段階中におけるファイバー端部の操作を容易にする。特許文献5は、光ファイバーをチップに突き合わせ結合する光結合素子の使用を開示する。
【0009】
チップに突き合わせ結合されると、光ファイバーに必要なことは、チップの接着面の平面に直交する二次元方向に整列することのみである。不利なことに、ハウジング内の光ファイバー端部を整列させるためには、ファイバー端部整列装置がハウジング内のファイバー端部を把持して動かすことができるよう、ハウジング幅を最小限とすることが必要である。図1は、この第1の公知な装置によるデバイスを示しており、光電チップ及び光ファイバーの平面においてデバイスを通る断面図を示す。
【0010】
「空中レンズ整列 (air-lens alignment) 」として知られる第2の公知な装置では、光レンズがハウジングの壁部における開口部内に接着されており、チップ及び光ファイバーは、一方からの光がレンズによって他方へ集中されるように、レンズの両側に整列される。このような構成において、チップは、ハウジングの底面に接続してもよく、ファイバー端部がレンズの他側上の対応する位置に対して三次元に整列されることを伴う。チップとレンズとの間を離すことは、チップと光ファイバーとの間を通過する光を正確に集中させるために必要である。空中レンズ整列構成では、レンズがハウジングの壁部内にある場合、この離隔はハウジング内でもたらされ、このことは所望のハウジングの長さを増大させ、不利である。図2は、この第2の公知な装置によるデバイスを示し、光電チップ及び光ファイバーの平面においてデバイスを通る断面図を示す。明確にするために、外部フィードスルー、変形軽減カラー及び保護管(図1に示される)は、図2から省略されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】米国特許第7066658号明細書
【特許文献2】米国特許第6712528号明細書
【特許文献3】米国特許第7161725号明細書
【特許文献4】米国特許出願公開第2007/0091300号明細書
【特許文献5】米国特許第7228014号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
小型化された光電デバイス、あるいは、既存の大きさを有したハウジングに対しより長い光電チップを容易に使用できるようにするといった要求が依然存在する。特に、小さいハウジング長さ及び/またはハウジング幅を有する光電デバイス、または、既存のハウジング内でより長尺及び/またはより幅広の光電チップを使用することを容易にすることが可能な光電デバイスが依然望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一態様によると、ハウジング及びハウジングによって収納されるチップを有する光電デバイスであって、チップの少なくとも一部がハウジングの壁部における開口部を通って突出する、光電デバイスが提供される。
【0014】
本発明の別の態様によると、ハウジング及びハウジングによって収納されるチップを有する光電デバイスを備える光電モジュールであって、チップの少なくとも一部がハウジングの壁部における開口部を通って突出し、電子制御回路が光電デバイスの作動を制御するように構成される、光電モジュールが提供される。
【0015】
本発明のさらなる一態様によると、光電デバイスを組み立てる方法であって、チップの少なくとも一部がハウジングの壁部における開口部を通って突出するように、ハウジング内に光電チップを挿入する工程を含む、方法が提供される。
【0016】
有利には、本発明は、設置面積が他の可能なものよりも小さいパッケージハウジングが光ファイバーと結合される光電チップに使用されることを可能にする。さらに有利には、本発明は、より長い光電チップが、これまでに可能であったものと比べて特別な設置面積を有するパッケージハウジング内において使用されることを可能にする。有利には、チップがハウジングの壁部における開口部を通って突出することは、デバイスにおける便利な組み立てを容易にする。有利には、チップがレンズによって光ファイバーと光結合される場合、チップとレンズとの間を離すことは、ハウジングの外部でもたらされてもよく、それによってハウジングの長さをさらに減少させる。
【0017】
光ファイバーは、チップと突き合わせ結合してもよい。チップ組立体は、光結合素子を備えてもよく、光結合素子は、ハウジングの壁部における開口部を通って突出するチップの一部と突き合わせ結合してもよい。外部フィードスルーは、ハウジングの壁部に接着してもよく、光ファイバーは、外部フィードスルーに接着される。あるいは、これら工程の順序は逆であってもよい。
【0018】
光ファイバーは、レンズによってチップと光結合してもよい。光結合素子は、光ファイバーと接着してもよく、光結合素子は、レンズによってチップと光結合してもよい。レンズは、外部フィードスルー内において接着してもよく、外部フィードスルーは、ハウジングの壁部と接着してもよい。
【0019】
光結合素子は、チップと光ファイバーとの間で突き合わせ結合してもよい。光ファイバーは、外部フィードスルーと接着してもよく、外部フィードスルーは、ハウジングの壁部と接着してもよい。
【0020】
チップまたは、チップ及び光結合素子を備えるチップ組立体は、ハウジングのさらなる壁部を通って突出してもよい。
【0021】
ハウジングは、サブマウント及びメインパッケージ本体を備えてもよく、サブマウントは、メインパッケージ本体とチップとの間において接続してもよい。
【0022】
チップは、ニオブ酸リチウム製の光電変調器チップであってもよい。
【0023】
本発明をよりよく理解するために、且つどれだけの効果をもたらすかをより明確に示すために、単に一例として参照符号が添付の図面に付与される。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】第1の公知な光電デバイスの断面図を示す。
【図2】第2の公知な光電デバイスの断面図を示す。
【図3A】本発明による光電デバイスの断面図を示す。
【図3B】図3Aの光電デバイスにおける別の断面図を示す。
【図4】本発明による光電デバイスの断面図を示す。
【図5】本発明による光電デバイスの断面図を示す。
【図6】本発明による光電モジュールの平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0025】
図3A及び図3Bは、本発明による光電デバイス300を示す。図3Aは、デバイス300を、光電チップの平面における断面で示したものであり、且つ図3Bは、デバイス300を、前記チップの平面と垂直な、且つハウジングの端壁の厚さ内にある断面で示したものである。
【0026】
デバイス300は、光電パッケージハウジング302、光電チップ304、樹脂305、光結合素子306、外部フィードスルー308、変形軽減カラー310及び保護管312を備える。デバイス300には、光ファイバー314が設けられている。
【0027】
パッケージハウジング302は、チップ304が樹脂305によってサブマウント302Aに接着されてなる複合体である。そして、サブマウント302Aは、該サブマウントを受けるように構成されるメインパッケージ本体302Bに接続されている(例えば接着されている)。特に、ニオブ酸リチウム製チップの場合は、ステンレス鋼製サブマウントと、コバール(登録商標)製メインパッケージを使用してもよい。ニオブ酸リチウムは、コバール(登録商標)よりもステンレス鋼の熱膨張係数により厳密に適合するためである。
【0028】
光結合素子306がチップ304に接着されて、チップ組立体316を形成する。接着は、光結合素子306とチップ304との間の光結合ももたらす。光結合素子306とチップ304との間の接着は、光学用透明樹脂(図示せず)によって形成される。光結合素子306はホウケイ酸ガラスであるが、あるいは別の適切な材料を使用してもよい。
【0029】
ハウジング302の壁部318は開口部320を有し、チップ組立体316は開口部を通ってハウジング内から突出する。特に、チップ304は、ハウジング302内から開口部320を通って突出する。開口部320は、ほぼ円筒状または部分的に円筒状である。
【0030】
有利には、外部フィードスルー308は、金属であり、且つハウジング302の壁部318の整列形体321に嵌合するように構成されている。フィードスルー308は、樹脂によってハウジング302に密閉されている。あるいは有利なことに、フィードスルーは、ハウジングに、密封をもたらすはんだ付けされるか、またはレーザー溶接を使用して固定してもよい。フィードスルー308は、一体に組み立てられ且つハウジングに取り付けられる異なる部品からなってもよい。ある状況において、フィードスルー308は、特に密封を必要としない場合、代わりの材料、例えばプラスチックなどから作ってもよい。
【0031】
外部フィードスルー308は、ハウジング302内から突出するチップ組立体316の一部及び光ファイバー314の端部双方を受けるように構成される。有利なことに、チップ組立体316がハウジング内からフィードスルー内へ突出することにより、チップ組立体全体がハウジング内に含有される場合よりもより長いチップ304(もしくはチップ組立体)を、またはより短いパッケージハウジング302を使用することが可能となる。一般に、光電応用、例えば遠隔通信トランスポンダーモジュールにおいて空間は非常に重要であり、光電デバイスハウジング内により長いチップを収納できる能力は非常に有利である。
【0032】
パッケージデバイス300が光結合素子306を備えている場合、都合のよいことに、光結合素子は、光ファイバー314の端部上にあらかじめ接着されて設けられる。光結合素子306は、整列装置によって、光ファイバー314の端部よりもより都合よく操作される。光結合素子306は、光ファイバーがチップの光導波路(図示せず)と光結合されるように、光学用樹脂によってチップ304に接着される。
【0033】
有利なことに、チップ組立体316がパッケージハウジング302内から開口部320を貫通するので、デバイス300の組み立てを容易にする。特に、ハウジング302と離れてチップ組立体316が突出しているため、光結合素子306(または光ファイバー314の端部)をチップ304に整列及び接着している間に、光結合素子(またはファイバーの端部)を、ハウジング302の外部にある整列装置によって操作することが可能であり、これにより、整列装置によってファイバー端部または結合素子を保持して動かすためのアクセスが便利になる。対して、既存のデバイスでは、整列装置がファイバーの端部またはパッケージハウジング内の光結合素子を操作する必要があり、整列装置がハウジング内にアクセスできるように整列装置及びハウジングの寸法に制限がある。
【0034】
本発明の別の一実施形態では、パッケージデバイスは、光結合素子の設置を省略してもよい。従って、図3と対照的に、このようなデバイスでは、光ファイバーはチップに直接接着されており、ファイバーはチップの光導波路と光結合するために一直線にされる。
【0035】
光ファイバー314は、フィードスルー308を貫通する。光ファイバー314は、樹脂によってフィードスルー308内に密閉される。あるいは有利には、光ファイバーは、密封をもたらすためにはんだによってフィードスルーに密閉されてもよい。フィードスルー内にある一部の光ファイバーが金属化される場合、金属はんだは、光ファイバーとフィードスルーとの間の密封を形成するために使用してもよい。あるいは、はんだガラスが光ファイバーとフィードスルーとの間の密封を形成するために使用してもよい。
【0036】
変形軽減カラー310は、フィードスルー308を覆って嵌合し、有利にはハウジング302の壁部318と隣接する。カラーは、フィードスルーとの摩擦密着によって所定位置に保持される。あるいは、またはさらに、カラーは、フィードスルーの保持形体及び/またはハウジングの壁部の壁との係合によって、フィードスルー上に機械的に保持される。変形軽減カラーは、弾性変形可能な材料、例えば天然または合成ゴムなどから製造される。
【0037】
光ファイバー314は、変形軽減カラー310内を通り、保護管312の端部を受けるように構成される開口部を貫通する。フィードスルー308には、保護管312を受ける支持形体が設けられる。支持形体は、保護管がフィードスルーとの摩擦密着によって所定位置に保持される凹部である。あるいは、またはさらに、保護管312は、フィードスルーの保持形体と機械的に係合してもよい。保護管は、弾性変形可能な材料から製造される。
【0038】
変形軽減カラー310及び保護管312は、光ファイバー314に対する保護をもたらす。特に、カラー310は、衝撃に対して特に弱い、ファイバーにおけるフィードスルー308に入る位置における保護をもたらす。
【0039】
別の一実施形態では、チップ304は、サブマウントを必要とすることなくハウジング302に直接接着される。特に、ニオブ酸リチウム製光電チップは、ステンレス鋼製ハウジングに直接接着してもよい。
【0040】
チップをパッケージハウジングまたはサブマウントに直接接着する代わりに、チップは、温度制御デバイス(例えば熱電(ペルチェ)クーラー)に接着してもよく、そしてこの温度制御デバイスは、パッケージハウジングまたはサブマウントに接着される。
【0041】
図4は、本発明によるさらなる光電デバイス400を示す。便宜上、実質的に図3に示されるデバイスの対応部品に相当する光電デバイス400の構成部品は、100ずつ増えた同一の参照符号によって示す。従って、図4に示される光電チップは、図3におけるチップ304と比較すると参照符号404で示される。
【0042】
ハウジング402の端壁418は開口部420を有し、チップ組立体416はハウジング内から開口部を通って突出する。特に、光結合素子406に含まれるチップ組立体416のこの一部は、ハウジング402内から開口部420を通って突出する。図3において示される本発明の実施形態と対照的に、チップ404に含まれるチップ組立体416のこの一部は、開口部420を通って突出しない。
【0043】
図5は、本発明によるさらなる光電デバイス500を示す。目的を明確にするために、外部フィードスルー、変形軽減カラー及び保護管は、図5から省略される。利便性のために、実質的に図3に示されるデバイスの対応部品に相当する光電デバイス500の構成部品は、200ずつ増えた同一の参照符号によって示される。従って、図5に示される光電チップは、図3におけるチップ304と比較すると参照符号504で示される。
【0044】
ハウジング502の壁部518は、開口部520を有し、チップ組立体516は、ハウジング内から開口部を通って突出する。特に、チップ組立体516はチップ504を備え、チップ504は、ハウジング502の壁部518における開口部520を通って突出するチップである。
【0045】
光結合素子506は、光ファイバー514と接着されて、光結合される。チップ504は、レンズ522を用いて空中レンズ整列構成によって光結合素子506及び光ファイバー514双方と光結合される。レンズ522は、外部フィードスルー内に接着される。あるいは、チップは、複数のレンズ及び/または別の光学的構成要素を備える光学システムを用いて空中レンズ整列構成によって光結合素子及び光ファイバー双方と光結合される。
【0046】
光電デバイス500の組み立てでは、チップ504はパッケージハウジング502に接続されており、フィードスルーは(その一体型レンズとともに)ハウジングの壁部518に接着される。光結合素子506は、チップ504の光電作動中に“能動的に整列され”、これは、チップ504と光ファイバー514との間で結合される光信号が最大化されるような位置において光結合素子506が外部フィードスルーに接着されるように行われる。例として、チップ504がマッハツェンダー変調器を備える光導波路(図示せず)を有する場合、レーザーから伝達された光がチップ504を通過すると同時に、光結合素子506がチップに対して整列され且つ外部フィードスルー内に接着される。
【0047】
また、本発明による光電デバイスのチップ組立体は、パッケージハウジングの第2壁部を通って突出してもよい。従って、光電チップ組立体がチップの両端部において光ファイバーと光結合される場合、チップ組立体のこれら両端部はハウジングの両端部において壁部を通ってともに突出してもよい。有利には、このような構成は、上記光電チップに対するハウジングの長さをさらに減少することを可能にする。
【0048】
図6は、本発明による光電モジュール624を示す。モジュール624は、サブマウント626上に取り付けられた光電デバイス600を備えている。光電デバイス600は、図3、図4及び図5の光電デバイス300、400及び500のうちのいずれか1つである。サブシステム626には、光電デバイス600を作動させるための電子制御回路が設けられている。特に、電子制御回路は、光電チップの光導波路における光電素子へ電気的作動信号を付与する。例として、光電チップがニオブ酸リチウム製マッハツェンダー変調器である場合、電気的作動信号は、光導波路と関連する電極の電気的バイアスを制御する。
【符号の説明】
【0049】
300,600 光電デバイス、302 ハウジング、302A サブマウント、302B メインパッケージ本体、304 光電チップ、306 光結合素子、308 外部フィードスルー、314 光ファイバー、318 壁部、320 開口部、522 レンズ、624 光電モジュール

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジング及び該ハウジングによって収納される光電チップを有する光電デバイスであって、
前記チップの少なくとも一部が前記ハウジングの壁部における開口部を通って突出することを特徴とするデバイス。
【請求項2】
光ファイバーが、前記チップに突き合わせ結合されていることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
【請求項3】
光結合素子が、前記ハウジングの前記壁部における前記開口部を通って突出する前記チップの一部に突き合わせ結合されていることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
【請求項4】
前記光結合素子は、前記チップと光ファイバーとの間に突き合わせ結合されていることを特徴とする請求項3に記載のデバイス。
【請求項5】
光ファイバーは、外部フィードスルーに接着され、前記外部フィードスルーは、前記ハウジングの前記壁部に接着されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項6】
光ファイバーは、レンズによって前記チップに光結合されていることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
【請求項7】
光結合素子は、光ファイバーに接着され、前記光結合素子は、前記レンズによって前記チップに光結合されていることを特徴とする請求項6に記載のデバイス。
【請求項8】
前記レンズは、外部フィードスルー内に接着され、前記外部フィードスルーは、前記ハウジングの前記壁部に接着されていることを特徴とする請求項7に記載のデバイス。
【請求項9】
前記チップは、前記ハウジングにおけるさらなる壁部を通って突出していることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項10】
前記ハウジングは、サブマウント及びメインパッケージ本体を備え、前記サブマウントは、前記メインパッケージ本体と前記チップとの間に接続されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項11】
前記チップは、ニオブ酸リチウム製変調器であることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項12】
請求項1から11のいずれか一項に記載の光電デバイスと、該光電デバイスの作動を制御するように構成される電子制御回路と、を備えることを特徴とする光電モジュール。
【請求項13】
光電デバイスを組み立てる方法であって、
チップの少なくとも一部がハウジングの壁部における開口部を通って突出するように、光電チップをハウジング内に挿入する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項14】
前記ハウジングの前記壁部における前記開口部を通って突出する前記チップの一部に光ファイバーを結合させる工程をさらに設けることを特徴とする請求項13に記載の方法。
【請求項15】
前記光ファイバーをチップの一部に結合させる工程は、前記光ファイバーを前記チップに突き合わせ結合させる工程を含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記ハウジングの前記壁部における前記開口部を通って突出する前記チップの一部に光結合素子を突き合わせ結合させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記チップと前記光ファイバーとの間に前記光結合素子を突き合わせ結合させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項18】
外部フィードスルーを前記ハウジングの前記壁部に接着させる工程と、光ファイバーを前記外部フィードスルーに接着させる工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項14から17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項19】
光ファイバーを前記チップの一部分に結合させる工程は、レンズによって前記光ファイバーを前記チップに光結合させる工程を含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項20】
光結合素子を前記光ファイバーに接着させる工程と、前記レンズによって前記光結合素子を前記チップに光結合させる工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
【請求項21】
前記レンズは、外部フィードスルー内に接着されており、
前記外部フィードスルーを前記ハウジングの前記壁部に接着させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項19または20に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3A】
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【図3B】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公表番号】特表2013−519911(P2013−519911A)
【公表日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−552465(P2012−552465)
【出願日】平成23年2月7日(2011.2.7)
【国際出願番号】PCT/GB2011/050205
【国際公開番号】WO2011/098787
【国際公開日】平成23年8月18日(2011.8.18)
【出願人】(505318606)オクラロ テクノロジー リミテッド (17)
【Fターム(参考)】