JPH04152308A - 光ファイバ装置及び光ファイバ固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機械的に破損し易い光ファイバを光装置内で
固定するための装置及び固定するための方法に係り、特
に光素子と光ファイバの光学結合モジュールを製造する
上で重要な光ファイバ装置及び光ファイバ固定方法に関
する。

〔従来の技術〕

近年、光通信技術の実用化に伴い、高結合効率で光ファ
イバから光出力を得るようにした高性能光半導体モジュ
ール（以下、「光モジュール」という。）の開発が要求
されている。

第４図に従来から用いられてきたファイバ直接結合型の
光モジュールを示す。

この光モジュールは、光素子１からの出射ビームを光フ
ァイバ２のコア部で直接受光するため構造が単純で部品
点数が少なくて済むので、安価に実装することができる
。

この光モジュールの組立は、光ファイバ芯線表面に金属
固定用のメタライズ処理を施し、光素子ｌと光ファイバ
２とが最適結合する位置関係に精密微動装置で光ファイ
バ２を移動させて光軸合わせを行い、第１の固定部３に
おいて光ファイバ２のメタライズ処理部分にはんだ材を
供給し、ＹＡＧレーザ等の加熱手段によって溶融固定せ
しめたのちに、第２の固定部４で筐体（「基体」ともい
う。）５の光ファイバ貫通部をはんだ材で隙間なく固定
する。

なお、第１の固定部３での固定方法には前記したＹＡＧ
レーザの加熱する手段のほか、自己発熱素子によるはん
だ熔融により行うこともできる。

さらに、光素子ｌの性能劣化を防ぎ長期安定性を得るた
めに窒素等の不活性ガス１０雰囲気中で、筐体５上部の
開口部にコバール等の材質のＭ９をシーム溶接機等の手
段によって溶接することにより不活性ガス１０を閉し込
めて気密封止を行う。

光モジユール全体が、外界温度の変化を受けると、構成
部材の線膨張係数の差によってはんだ固定部や光ファイ
バに応力が生し、はんだ材のクリープや応力緩和による
光軸ずれに伴う結合損失の増加や、光ファイバの破断等
の問題が起こる。例えば、光ファイバの線膨張係数は、
筐体の線膨張係数よりも小さいため、筐体の温度が上昇
した場合に第１図（ａ）、（ｂ）の光モジユール概略図
に示す光ファイバ固定部間（第１の固定部３と第２の固
定部４間）に引張応力が生ずる。ここで、（ａ）は上面
図、（ｂ）は（ａ）における線Ｘ−Ｙでの断面図を示す
。

第１図（ａ）、（ｂ）において光ファイバ２が室温でビ
ンと張っているとする。筺体５は外界温度の上昇によっ
て線膨張係数の範囲で伸びる。

一般に筺体５と光ファイバ２とは線膨張係数に差があり
、線膨張係数差をαとすると、α筺体）α光ファイバ なる関係となっている。

よって、第１図〜）の断面図に示すように光ファイバ２
に引張力が作用し、そのために光ファイバ２が第１及び
第２の固定部３，４間で折れるという現象があり、この
問題に多くの人が悩まされていた（例は、Ｊａｍｅｓ、
　Ｌ、５ｐｅｎｃｅｒ＋　ＩＥＥＥＬＣ５＋　（１９９
０）　。

２０、に記載されている）。

そのため従来は、筺体５と光ファイバ２との固定を行う
際に第１及び第２の固定部３，４間の光ファイバ２に対
し軸方向に圧縮外力をあらかじめ作用させ、該光ファイ
バ２の中央部をたわませて固定し、外界温度上昇時に光
ファイバに加わる引張応力を低減していた（例えば、特
開昭６３−３１６０１０号「光電子装置および光ファイ
バ」）。

〔発明が解決しようとする課題〕

光ファイバの中央部をたわませる際に、その変形が適当
となるように外力を加える作業について考えてみると、
再現性のあるコントロールを行うには、光ファイバの精
密送り込み機構を有する治具を用いなければならない、
そのほかにも作業者の細心の注意力と経験を必要とする
熟練作業であり、そのために作業性が悪く、さらに光フ
ァイバを必要最小限に再現性良（たわませることが困難
であった。このほか、たわませる作業の際に不必要な応
力を光ファイバに加えてしまうことがしばしばあった。

したがって、光モジユール作製時に光ファイバを破損す
ることがなく、光モジユール作製後も使用環境下で光フ
ァイバと筐体とに繰り返し変化が加えられた場合でも、
長期にわたり安定した光結合を保つためには、何らかの
有効な固定方法が必要とされていた。

本発明は、光モジュールに加わる任意の使用環境温度の
変化に伴う光ファイバへの外的作用力による結合損失の
増加や破断などの問題を解決するだめの技術に関するも
ので、特殊な装置を用いずに、容易で再現性のある解決
方法として下記の技術的課題を提供することを目的とす
る。

技術的課題を要約すれば、 （１）作業時に光ファイバに不要な応力を加えないよう
に工夫すること、 （２）使用環境温度では、適当量のたわみが光ファイバ
に備わるように工夫すること、 などである。

〔課題を解決するための手段〕

」二記した技術的課題を解決するために、本発明では、
光ファイバと筐体との線膨張係数差を利用する。

すなわち、まず、筐体の線膨張係数を光ファイバのそれ
よりも大きく選ぶ。つぎに、光ファイバを筺体内部の固
定すべき所定位置に固定する。この作業時には、筐体の
温度を使用環境温度よりやや高め゛に設定し、その状態
で光ファイバを直線状に保って固定する。具体的には、
第２の固定部で光ファイバと筐体とを接続固定するとき
に筐体をヒータもしくはホットブレートなどの発熱体に
乗せて、光モジユール全体を最高使用温度よりやや高め
の温度（例えば、８０°Ｃ＋１０ｄｅｇ、）に加熱し、
光ファイバを直線状にしたままで固定する作業を行う。

これにより、光モジュールの温度が室温になったときに
、光ファイバをごく自然にたわませることが容易にでき
、かつ、たわみ量の最適設計が行える（後に第３図を用
いて説明する）。

〔作用］ 本発明は、筺体内にて光ファイバを第１及び第２の固定
部に架設する際に該筐体全体を最高使用温度以上に加熱
した状態で第２の固定部を固定することによって、筐体
温度が光モジュールの使用温度範囲において、筐体より
も小さい線膨張係数を持つ光ファイバに対し自然で再現
性があり、必要最小限のたわみを住じさせることができ
る。すなわち、本発明は、光モジュールの長期にわたり
安定した光結合を維持するとともに光ファイバの破損等
を容易な固定方法により解決できる。

〔実施例〕

第２図（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る光ファイバ装置
を応用した受光モジュールの２例を示したものである。

第２図（ａ）に示す受光モジュールは、受光器６のそば
に第１の固定部３があり、それと少しく隔たった位置に
第２の固定部４があって、第１及び第２の固定部３，４
間に光ファイバ２が架設され、該光ファイバ２はそれぞ
れの固定部３，４ではんだ付けにより固定されており、
全体が筺体５に収容されている。この場合、受光器６を
レーザダイオード（ＬＤ）とすれば受光モジュールから
ＬＤモジュールに変る。

第２図（ｂ）は、光学結晶材料７（例えばＬｉＮｂ０：
＋）でできている光スイフチもしくは光変調器の作用を
するＬＮモジュールであり、導波路７ａに補強材８を介
して第１の固定部３があり、この第１の固定部３と少し
く隔たった位置に第２の固定部４があって、第１の固定
部３及び第２の固定部４に光ファイバ２が架設され、光
ファイバ２はそれぞれの固定部３．固定部４で接着剤に
よって固定されており、全体が筺体５に収容されている
。

第２図（ａ）、（ｂ）の実施例に見られるように２つの
固定部３．４（第１及び第２の固定部）にまたがって光
ファイバ２を架設固定する本発明に係る光ファイバ固定
方法について、第３　図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）（
ｄ）に示す作業工程の説明図により説明する。

第３図（ａ）では、筺体５もしくはその中に収容される
基体５の上に光ファイバ２を固定するための第１の固定
部３と第２の固定部（図示せず）４がある。光ファイバ
２の先端は、レーザダイオード６ａと正しく光軸合わせ
がされている。まず、第１の固定部３に光ファイバ２を
固定する。光ファイバ２にメタライズ処理を施しておけ
ば、はんだ付けによって固定することができる。この作
業は室温ですることができる。

第３図（ｂｌでは、基体５をヒータもしくはホットプレ
ート上に置いて加熱する。基体温度は、最終製品である
受光素子、ＬＤモジュール、ＬＮモジュール等の使用温
度の最高値をやや上回る温度とする。例えば、最終製品
の使用環境塩度は規格上−１０〜８０°Ｃとされている
ので、８０°Ｃを越えはんだ付は温度（はんだの難、ｐ
、１８３°Ｃ）以下に選ぶことができる。実際の作業で
は、例えば、最高使用温度十β（１０ｃｌｅｇ、）程度
とするのがよい。

この温度状態、すなわち光ファイバが架設温度状態で第
３図（Ｃ）に示したように、光ファイバ２を第１の固定
部３と第２の固定部４間に架設し、実質的に直線状に張
り、第２の固定部４ではんだ付けをして光ファイバ２を
固定する。

このようにして固定された光ファイバ２は、ヒータもし
くはホントプレートから取り外した使用環境温度では第
３図同に示したように自然なたわみを生じ、無理な応力
が光ファイバ２に加わることがない。一実施例について
数値をあげると、第１及び第２の固定部３，４間の距離
をｌ０ＩＩ１１とすると、光ファイバ架設温度９０°Ｃ
で作業したものには常温で約０．５μｍのたわみを生じ
ている。前に述べた実施例では第１の固定部３への固定
を室温で行ったが、第１及び第２の固定部３，４への固
定を架設温度でしても差し支えない。

〔発明の効果） 本発明では、基体を光ファイバ装置の最高使用温度以上
まで加熱した状態で光ファイバを固定したから使用時に
光ファイバは自然にたわみ、安定した光ファイバの固定
ができるようになった。

本発明によれば、 （１）光ファイバを直線状に架設するという易しい作業
で光ファイバ装置を製作できた。

（２）光ファイバのたわみ調整を再現性良く、かつ定量
的に行えるため光モジュールの製造歩留りと温度サイク
ル等の対環境性能の信頼性向上が図れた。

（３）組立治具や作業工程を簡略化できる上、安価な設
備で生産性向上が望めた。

（４）こうして、従来技術で悩まされてきた光ファイバ
破断事故を減少させることができ、これを数字で表せば
９００ＦＩＴが１００ＦＩＴ以下になった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａＬ（ｂ）は光モジユール概略説明図で、θ）
はその上面図、（ｂ）は（ａ）における線Ｘ−Ｙでの断
面図を示す。 第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の光ファイバ装置を用い
た受光モジュールの一実施例を示し、（ａ）は受光モジ
ュールを、０））はＬＮモジュールを示す。 第３図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）、　（均は本発明に
係る光ファイバ固定方法の作業工程の説明図を示す。 第４図（ａ）、（ｂ）は従来技術における光ファイバ直
接結合型の光モジュールを、（ａ）はその平面図を、ら
）は（ａ）における線ｘ−Ｙでの断面図を示す。 図において、　　１は光素子、２は光ファイバ、３は第
１の固定部、４は第２の固定部、５は筐体（基体）、６
は受光器、７は光学結晶材、８は補強材、９は蓋、１０
は不活性ガスをそれぞれ示す。 特許出願人　　　　アンリッ株式会社 代理人　　弁理士　　小　池　龍太部 ４：第２の固定部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）固定すべき光ファイバの線膨張係数よりも大きな線
   膨張係数を有する基体（５）と、該基体上に設けられ、
   光ファイバを固定するための第１の固定部（３）と、第
   ２の固定部（４）とを備えた光ファイバ装置であって、 最高使用温度より高い所定温度において前記第１の固定
   部及び第２の固定部が光ファイバを直線に保持するよう
   にされていることを特徴とする光ファイバ装置。 ２）固定すべき光ファイバの線膨張係数よりも大きな線
   膨張係数を有する基体（５）上に設けられた第１の固定
   部（３）と第２の固定部（４）との間に前記光ファイバ
   を固定する光ファイバ固定方法において、 前記光ファイバを前記第１の固定部に固定する第１の工
   程と、 前記光ファイバを前記第２の固定部に固定するとともに
   、前記第２の固定部に固定するときは前記基体を加熱し
   、かつ、所定温度に保持する第２の工程とを含む光ファ
   イバ固定方法。