WO1993020467A1 - Module optique et fabrication - Google Patents

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WO1993020467A1
WO1993020467A1 PCT/JP1992/001213 JP9201213W WO9320467A1 WO 1993020467 A1 WO1993020467 A1 WO 1993020467A1 JP 9201213 W JP9201213 W JP 9201213W WO 9320467 A1 WO9320467 A1 WO 9320467A1
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housing
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ferrule
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Yoichi Oikawa
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Fujitsu Limited
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module and a method for manufacturing the same.
  • FIG. 1A is a cutaway perspective view of a conventional optical module
  • FIG. 1B is a sectional view thereof.
  • the optical module has a housing 4 having an opening 2 penetrating from the outside to the inside, and a housing 4. Ring 6 fixed to ring 4 and ferrules 10 fixed to ring 6 with ring 10 inserted and inserted into central pores of rule 10
  • the optical fin 8 is fixed to the filter 10 with the optical device 8 and the optical device 12 such as a light receiving element provided in the housing 4 and optically coupled to the optical fiber 8. Is provided.
  • this optical module manufacturing method includes, for example, inserting a ferrule 10 in which an optical fiber 8 is inserted and fixed in a central pore into a ring 6, and Adjust the relative positional relationship between the ferrule 10 and the ring 6 and the relative positional relationship between the ring 6 and the housing 4 with the 6 in close contact with the outer surface of the housing 4. It includes a step for fixing the ferrule 10 and the ring 6 and a step for fixing the ring 6 and the housing 4.
  • the height of the package 4 can be reduced, so that the size of the optical module can be reduced.
  • the height of the package 4 is reduced. If the height is reduced, there is a problem that the mechanical strength is reduced due to the thinness of the ring 6.
  • a configuration in which a reinforcing member 14 is provided so as to cover the ring 6 and the ferrule 10 as shown in FIG. 2 has been proposed.
  • An object of the present invention is to provide an optical module capable of increasing mechanical strength and suitable for miniaturization, and a method for manufacturing the same.
  • Another object of the present invention is to provide an optical module that can be hermetically sealed, is suitable for miniaturization, and has excellent manufacturability. Disclosure of the invention
  • an opening penetrating from the outside to the inside is formed, the outer surface around the opening is a flat housing, and an insertion hole is formed at a substantially central portion thereof.
  • the main ring is formed and fixed to the housing so that the end face is in close contact with the outer surface, and the main ring is fixed to the main ring while inserted into the insertion hole
  • a filter, an optical filter fixed to the ferrule while being inserted into a pore in the rule, and the rule alongside the main ring Overturn Thus, it is fixed to the main ring and the funnel, and the fixing point to the main ring is located outside the fixed point of the main ring and the funnel.
  • an optical device including a capturing ring and an optical device provided in the housing and optically coupled to the optical fiber.
  • the reinforcing ring is fixed to the main ring and the ferrule, and the fixing point of the reinforcing ring and the main ring is located outside the fixing point of the main ring and the ferrule. Since they are positioned, the mechanical strength increases according to the principle described later. Also, since the outer diameter of the reinforcing ring can be made almost equal to the outer diameter of the main ring, the use of the reinforcing ring may increase the size of the optical module. Absent.
  • an optical fiber inserts a rule inserted and fixed in its central pore into an insertion hole formed in a substantially central portion of a main ring, and The relative positional relationship between the ferrule and the main ring, and the relative position of the main ring and the main ring in a state where the main ring is in close contact with the outer surface around the opening penetrating the housing from the outside to the inside.
  • a first step of adjusting the relative positional relationship of the housing, and after the first step, fixing the ferrule and the main ring and the main ring A second step for fixing the housing and after the second step And a third step for fixing a reinforcing ring to the phenyl and the main ring so as to cover the phenyl along with the main ring,
  • the fixing point of the reinforcing ring and the main ring in step 3 is located outside the fixing point of the ferrule and the main ring in the second step.
  • a method for manufacturing the located optical module is provided.
  • an opening penetrating from the outside to the inside is formed, an outer surface around the opening is flat, and a substantially central portion thereof is provided.
  • a ring fixed to the housing so that an insertion hole is formed and its end face is in close contact with the outer surface, and a ring fixed to the ring when inserted into the insertion hole A filter attached to the filter, an optical fiber fixed to the filter while being inserted into a central pore of the ruler, and the inside of the housing.
  • an optical device optically coupled to the optical fiber, wherein the playlist has a second diameter slightly larger than the outer diameter of the coating of the optical fiber.
  • the first metal pipe having a pipe insertion hole formed therein and the central pore having a diameter slightly larger than the outer diameter of the optical fiber are formed,
  • An optical module including a ceramic second pipe inserted into the second pipe insertion hole so as to protrude from the end face of the first pipe is provided.
  • 1A and 1B are a cutaway perspective view and a cross-sectional view of a conventional optical module, respectively.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of another conventional optical module
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical module showing an embodiment of the present invention.
  • FIGS 4A and 4B are diagrams for qualitative explanation of the problems of the prior art.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for quantitative explanation of the problems of the prior art.
  • FIG. 6 is a perspective view of a position adjusting device for manufacturing an optical module.
  • 7A and 7B are explanatory views of the laser irradiation direction during laser welding.
  • Fig. 8 is a diagram for explaining the misalignment between the ring and the housing.
  • FIGS. 9A to 9C are diagrams for explaining the misalignment and angle deviation of the ring and the ring.
  • FIG. 10 is a perspective view of a ring-shaped holding jig suitable for manufacturing the optical module of FIG.
  • Fig. 11 is an illustration of how to use the ring-shaped holding jig of Fig. 10.
  • Fig. 12 is an explanatory diagram of the impeachment of using the ring-shaped holding jig for the angular displacement of the ferrule.
  • FIG. 13 shows the notch of the ring holding jig of Fig. 10.
  • FIG. 14 is a view showing another ring-shaped holding jig suitable for manufacturing the optical module of FIG.
  • Figures 15A and 15B are models of the deflection of the clamper and the ring-shaped holding jig, respectively.
  • Figure 16 shows both the ring-shaped holding jig and the reinforcing ring.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of an optical module showing an embodiment used, and FIG. 17 is a cross-sectional view of another optical module showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a longitudinal sectional view of a ferrule suitable for hermetic sealing applicable to the present invention.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the optical module to which the rule of FIG. 18 is applied.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of another optical module to which the ferrule of FIG. 18 is applied.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical module showing an embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 4 denotes a housing whose upper part is open, and an optical noise 12 is accommodated in the housing 4.
  • the optical device 12 is an optical Z-electric conversion element such as a photo diode or an electric Z-optical conversion element such as a light emitting diode (LED), a laser diode (LD) or a waveguide type light. Light guide for modulators, etc. Wave tip.
  • the optical fiber 8 optically coupled to the optical device 12 is introduced into the housing 4 from the outside through the opening 2 formed in the side wall of the housing 4.
  • the optical device 12 is an optical-Z electrical conversion element, and that light emitted from the end 8 A of the optical fiber 8 enters the optical device 12.
  • the end 8A of the optical fiber 8 is formed into a tapered tip. That is, the end 8A is formed such that the fiber diameter at the end 8A continuously decreases toward the tip of the end 8A, and the portion near the tip becomes substantially hemispherical. It is processed by heating.
  • this tapered tip acts as a lens and is emitted from the end of the optical fiber into the air. Since the focusing action on the reflected light occurs, the optical coupling efficiency can be easily increased.
  • the optical fiber 8 is inserted into and fixed to the central hole of the cylindrical filter 10, and a portion (end) outside the filter 10 of the optical fiber 8 is provided. (Part 8 A and the opposite side) are coated (not shown).
  • Reference numeral 16 denotes a main ring directly fixed to the side surface of the housing 4.
  • the main ring 16 has a ferrule at a position overlapping with the opening 2 of the housing 4.
  • An insertion hole 16 A having a diameter slightly larger than the outer diameter of 10 is formed.
  • Ferrule 10 is the inlet 1 It is fixed to the main ring 16 while being inserted in 6 A.
  • Reference numeral 18 denotes a reinforcing ring characteristic of the present invention.
  • the reinforcing ring 18 has an insertion hole having substantially the same diameter as the insertion hole 16 A of the main ring 16.
  • a hole 18 A is formed.
  • the main ring 16 and the reinforcing ring 18 are both cylindrical in this embodiment.
  • the reinforcing ring 18 has a main ring 16 in which the filter 10 is inserted into the insertion hole 18A and its end surface contacts the end surface of the main ring 16.
  • the nodging 4, the rule 10, the main ring 16 and the reinforcing ring 18 are made of a weldable stainless steel or other material. Therefore, each fixing is performed by laser welding. Specifically, the ferrule 10 and the main ring 16 are laser-welded at several points on the opposite side of the contact surface opposite the housing 4 to form the main ring.
  • Ring 16 and housing 4 are laser welded at several points on the outer perimeter of these contact surfaces (on the flat side of housing 4) to reinforce Ring 18 and main ring 16 are laser welded at multiple points on the outer perimeter of these contact surfaces, while reinforced ring 18 and ferrule 10 are Laser welded at multiple points on the edge of the contact surface opposite the housing 4.
  • the laser irradiation positions in each laser welding are equally spaced on the circumference, and in this embodiment, there are four laser irradiation positions. 0-1 Laser welding has been performed. The specific work of this laser welding will be described later.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams for qualitatively explaining the problems of the configuration of the conventional optical module.
  • FIG. 4A when an external force P is applied to the tip of the rule 10 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rule 10, the rule 10 and the ring 6 are removed.
  • the position of the end 8 A of the optical fiber 8 is shifted from the optically optimally adjusted position.
  • This shift in the end of the optical fiber is remarkable in a small optical module.
  • the height of the housing 4 is reduced in order to cope with the miniaturization of the optical module, the thickness of the ring 6 and the diameter of the ferrule 10 are reduced.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the stress distribution when an external force is applied to the tip of the ferrule 10 in the same manner as in FIG. 4A.
  • Arrows 2 OA and 20 B represent the tensile stress and the compressive stress, respectively, and the stress distribution on the cross section of ferrule 10 corresponding to the end face of ring 6 (reference numeral 22).
  • arrows 22A and 22B represent tensile stress and compressive stress, respectively.
  • the tensile stress or the compressive stress increases toward the outer periphery.
  • the bending stress due to such an external force generally, the bending stress If the tensile stress or compressive stress that occurs is called “bending stress”, the maximum allowable stress at the joints due to welding or the like will be exceeded. become.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for quantitatively explaining the problems in the configuration of the conventional optical module.
  • each of the components in the conventional configuration will be described.
  • the fixing of the nozzle 4, the ring 6, and the rule 10 to each other is performed by the fixing of the nozzle 4, the ring 4 in the embodiment of the present invention in FIG. It shall be done by laser welding in the same manner as the fixing of the main ring 16 and the rule 10 to each other.
  • the welding point of housing 4 and ring 6 is referred to as point a
  • the welding point of ring 6 and rule 10 is referred to as point b.
  • the external force P is the most effective position for breaking, that is, the file. Assuming that it is applied to the tip of rule 10, the maximum bending stress generated by this is calculated, and the value is calculated as the material of ring 6, rule 10 and housing 4. If the fracture strength is sufficiently smaller than the fracture strength of the joint and the joint, the fracture by external force will not occur.
  • the maximum bending stress points to be considered are points a and b.
  • the bending stress ff at the point a and the bending stress ⁇ b at the point b are given by Eqs. (1) and (2), respectively.
  • ⁇ a (4Lo- ⁇ ) / ⁇ ⁇ (r, 3- r 0 Vr,) 3 (1)
  • ⁇ b 4 (Lo-Lx) ⁇ / C ⁇ (r 0 3 -r f 4 / ⁇ 0 )]...
  • L o and LI are the lengths of ferrule 10 and ring 6, respectively, and r. , R,, r f each outer diameter of the full et rule 1 0, the outer diameter of the Li in g 6, Ru inner diameter der of full rule 1 0. From equation (1), to reduce the bending stress and a at point a , the length L of rule 10 must be set.
  • Equation (3) d is fixed at the top of housing 4. The thickness of the lid 24 is shown, and w represents the welding margin.
  • the displacement ⁇ y of the end 8A of the optical fiber 8 when the external force P is applied to the tip of the rule 10 will be considered.
  • This displacement can be analyzed by a cantilever model in which the ferrule 10 and the ring 6 are regarded as an integral structure, as shown in FIG. 5B.
  • the displacement y of the end 8A of the optical fiber 8 is expressed by the following equation (4) using the deflection d at the point b and the deflection angle d.
  • L f is the length from the end face of the rule 10 to the tip of the optical fiber 8.
  • Equation (5) ( Lf + L,) ⁇ d ⁇ d,... (4)
  • the bending angle d and the bending amount d at the point b are given by Equations (5) and (6), respectively.
  • E Ri Young in g ratio der of the material of the-ring
  • Ru der. d P ⁇ (. teeth ⁇ L, - tooth / 2) Pas E ⁇ I) ...
  • di P - (Lo - L, 2/2-L, 3/6) / (B - 1 "( 6).
  • the welding points of the main ring 16 and the housing 4 are referred to as point a, corresponding to the welding points in FIGS. 5A and 5B, and the main ring 16 and the ferrule are referred to as points a.
  • the welding point of rule 10 is called point b
  • the welding point of reinforcing ring 18 and main ring 16 is called point c
  • the welding point of reinforcing ring 18 and ferrule 10 Is referred to as point d.
  • Parameters for ring 6 in Figure 5A (outside diameter r, and length L!) When applied to the main ring 16 in the embodiment of FIG.
  • 5A and 5B are different from the prior art.
  • the reinforcing ring 18 is welded to the main ring 16 and the file 10 at the points c and d, respectively. Outer diameter r of rule 10. As a result, the bending stress at point a is reduced, and at the same time, the length L, By reducing the distance, the amount of displacement of the end 8A of the optical fiber 8 can be reduced. Further, in the embodiment of FIG. 3, since a reinforcing member having a larger diameter than the ring as in the prior art of FIG. 2 is not required, the housing is limited as far as the expression (3) is limited. The height of the ring 4 can be reduced, and the optical module can be downsized.
  • FIG. 6 is a perspective view of a position adjusting device that can be used in manufacturing an optical module.
  • this apparatus is used for manufacturing the optical module of the present invention. It can also be used for
  • the optical module is temporarily fixed on the stage 26 with the rule 10 and the ring 6 facing upward.
  • Reference numeral 28 denotes a clamper for temporarily holding the ring 6, and this clamp, ° 28, is orthogonal to each other on the horizontal plane by the fine motion 30. It can move in any direction.
  • Reference numeral 3 2 denotes a clamper that temporally holds the ferrule 10, and the clamper 3 2 is moved in two directions orthogonal to each other on a horizontal plane by a fine adjustment table 34 ′. And can move vertically.
  • the system of Fig. 6 is orthogonal to each other on the horizontal plane; Adopt three-dimensional coordinates X-Y-Z with a Z-axis (in the longitudinal direction of the optical fiber).
  • the ring 6 and the ferrule 10 are moved in the X and Y directions by the clampers 28 and 32, respectively, so that the optical noise can be obtained.
  • the position of the end portion of the optical fiber 8 in the Z direction is adjusted by moving the ruler 10 in the Z direction according to 32. Then, when a predetermined positional relationship between the members is obtained, the members are mutually fixed by laser welding.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining the irradiation direction of the laser at this time, and FIG. 7A corresponds to the apparatus of FIG. 6 viewed from above, and FIG. This corresponds to the device shown in Fig. 6 when viewed from the side.
  • the symbol B indicates the irradiation direction of the laser beam in the laser welding of the ring 4 and the ring 6, and the symbol LB 2 indicates the ring 6 and the rule 10 indicates the direction of laser beam irradiation in laser welding.
  • the laser beam is irradiated simultaneously from three directions or four directions (four directions in the figure).
  • the structure and arrangement of the clampers 28 and 32 are determined so as not to block such a laser beam.
  • FIG. 10 is a perspective view of a jig suitable for manufacturing the optical module of FIG.
  • the ring-shaped holding jig 36 is formed by forming a plurality of cuts 40 at the end of a cylindrical member 38.
  • four cuts 40 are formed at regular intervals in the circumferential direction corresponding to the laser irradiation position in laser welding of the rule and the main ring.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining how to use the ring-shaped holding jig 36 shown in FIG. 10. Irradiation of the laser beam in this embodiment corresponds to FIG. 7B. This is shown in FIG.
  • a funirule 10 into which the optical fiber 8 is inserted and fixed is inserted into an insertion hole of the main ring 16.
  • the main ring 16 is inserted and the main ring 16 is brought into close contact with the outer surface of the housing 4 to determine the approximate position of the main ring 16.
  • the determination of the position of the main ring 16 can be made by, for example, determining that the light emitted from the end 8 A of the optical fiber 8 should be optically coupled to the optical fiber 8.
  • the main ring 16 is pressed against the housing 4 by the clamper 28 via the ring-shaped holding jig 36. Once the position of the main ring 16 is determined in this way, the main ring 16 will no longer easily move in the XY plane. Thereafter, the ferrule 10 is moved by Kranno ° 32 within the small movable range in the XY plane limited by the insertion hole of the main ring 16 and in the Z direction. Then, the position of the ferrule 10 is determined so as to obtain the maximum optical coupling efficiency.
  • the order of position adjustment of each component is not limited to this example.
  • the main ring 1 & is obliquely viewed from the side along the arrow indicated by the symbol LB, irradiating the Rezabi over beam, the Doing les over laser welding of the main-ring 1 6 and Nono c di ring 4 and also, re Te ⁇ Tsu the arrow represented by reference numeral LB 2 ring-shaped holding fixture 3
  • the laser beam is irradiated from the side of 6 through the notch 40 of the ring-shaped holding jig 36 and the main ring 16 and the fuller
  • the clamper 28 can be arranged on the end face of the ring-shaped holding jig 36 and the main ring 16 can be pressed against the nozing 4. Therefore, as in the example of FIG. 7B, the sectional shape and the like of the clamper 28 are not limited by the irradiation direction and the irradiation position of the laser beam. Therefore, relatively thick A large pressing force can be applied to the contact surface between the main ring 16 and the housing 4 by using the lamp 28, and the weld is solidified when welding multiple locations at the same time. Then, the main ring 16 can be prevented from being displaced in the XY plane due to the resulting imbalance in stress, so that the ferrule 10 and the main ring 1 can be prevented from shifting.
  • a ring is formed around the ferrule 10 as shown in Fig. 12. Since the holding jig 36 is located, it is greatly reduced as compared with the conventional method. For example, the clearance between the inner diameter of the ring-shaped holding jig 36 and the outer diameter of the filter 10 is equal to the inner diameter of the main ring 16 and the valve 10.
  • the length of the ring-shaped holding jig 36 and the length of the main ring 16 are almost the same as the clearance between the outer diameters of The maximum angular displacement of the ferrule 10 that can occur during laser welding of the ferrule 10 and the main ring 16 does not use the ring-shaped holding jig 36. This is reduced to about 1/2 compared to the case. Further, according to the present embodiment, simultaneous welding of laser welding at a plurality of locations is possible, so that the members can be firmly fixed to each other. In this case, simultaneous welding of multiple places is performed at equally spaced points on the circumference along the outer peripheral surface of the ferrule 10 or the main ring 16.
  • the laser beam irradiating position in laser welding is changed by generating the stress generated at the time of solidification of the welded part evenly and fixing it in a balanced manner on the XY plane.
  • the laser beam is automatically irradiated only by irradiating the laser beam along the notch 4 of the ring-shaped holding jig 36 according to this embodiment. The position is set, eliminating the need for conventional marking.
  • the shape of the cut 40 of the ring-shaped holding jig 36 can be set as shown in FIG.
  • the width (see Fig. 10) and depth of 40 and the inclination angle of the bottom 40a of the cut 40 should be set according to the irradiation angle a of the laser beam and the shape of the laser beam.
  • the inclination angle ⁇ 9 of the bottom 40 a of the cut 40 is approximately equal to the complementary angle of the angle corresponding to the sum of the irradiation angle a of the laser beam and the spread angle of the laser beam. Is set. Also, the width d of the notch 40 and the notch 40 at the inner diameter of the ring-shaped holding jig 36 are set. The length d. Is larger than the diameter of the irradiation beam pattern.
  • the relative positional relationship between the main ring 16 and the ring 4 and the ferrule 4 After adjusting the relative positional relationship between 10 and the main ring 16, without causing any displacement or angle shift, the ring 4, the main ring 16, and the flange It is possible to fix the rules 10 mutually.
  • the main ring 16 and the rule 10 After fixing the paging 4, the main ring 16 and the rule 10 to each other, remove the ring-shaped holding jig 36 and reinforce it as shown in Fig. 3.
  • the optical module shown in FIG. 3 is completed by laser welding the ring 18 to the main ring 16 and the ferrule 10.
  • the ring-shaped holding jig 36 is used as a reinforcement ring as it is, and is used for the main ring 16 and the file 10. It may be fixed.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing another configuration example of the ring-shaped holding jig.
  • This ring-shaped holding jig 36 ′ has the same structure as the ring-shaped holding jig 36 shown in FIG. 10 and the like, and also has an opposite side to the cut 40 of the cylindrical member 38.
  • Means are provided for temporarily fixing rule 10 on the side. Specifically, this means is a screw 42 that is screwed into the cylindrical member 38 from the outer peripheral portion to the inner peripheral portion, and the screw 42 is formed in the circumferential direction.
  • a plurality of (eg, four) screws are provided at equal intervals in the direction, so that when the ferrule 10 and the main ring 16 are laser-welded, the rule 10 is used.
  • the effect of restricting the movement in the longitudinal direction is as follows.
  • Rule 10 is retracted in the Z direction.
  • the clamp 10 holds the ferrule 10.
  • the rule 10 is tightened from the side by the screw 42 of the ring-shaped holding jig 36 ', the rule 10 in the Z direction is used for laser welding. The displacement can be effectively prevented.
  • reference numeral 32M denotes a model for analyzing the deflection when a force is applied to the tip of the clamper 32 in the Z direction.
  • reference numeral 36M denotes a model for analyzing the deflection of the ring-shaped holding jig 36 ′.
  • the displacement of the ferrule in the Z direction during laser welding is equivalent to the bending of the ring-shaped holding jig in the Z direction, and is given by the following equation.
  • P is the resultant stress in the Z direction generated during laser welding
  • H is the length of the ring-shaped holding jig
  • S is the effective cross-sectional area of the ring-shaped holding jig.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing an embodiment in which both a ring-shaped holding jig and a reinforcing ring are used.
  • the ring at the point a of the ring 4 and the main ring 16 is used by using the ring-shaped holding jig 36 'shown in FIG.
  • the ring-shaped holding jig 36 ′ is moved to points c and d (c in FIG. 3). Laser welding to the main ring 16 and ferrule 10 respectively.
  • the effect obtained by the configuration shown in FIG. 3 can be obtained for the manufactured optical module.
  • the screws 42 of the ring-shaped holding jig 36 ' may be removed after the laser welding at the points a to d is completed.
  • FIG. 17 is a sectional view showing another embodiment of the optical module of the present invention.
  • This embodiment differs from the embodiment of FIG. 3 in that the end face 8B of the optical fiber 8 is inclined with respect to a plane perpendicular to the geometric center line of the optical fiber 8, The light propagating through the optical fiber 8 is reflected at the end face 8B and emitted to the side of the optical fiber 8, and an optical device suitable for this configuration is used. It is.
  • the optical device to be optically coupled with the optical fiber 8 the back surface where the lens 122 is provided on the side opposite to the electrode surface 121 of the light receiving section is provided.
  • An incident-type light receiving element 120 is used, and this light receiving element 120 is flip-connected to a printed wiring ⁇ 44 fixed on the bottom surface in the nozzle 4. Implemented by top bonding.
  • this configuration since the mounting height in the nozzle ring 4 can be reduced, the effect of using the main ring 16 and the reinforcing ring 18 is combined with the effect of using the main ring 16 and the reinforcing ring 18. Thus, the size of the optical module can be reduced.
  • the light receiving element 120 has a lens, a high optical coupling efficiency or a wide tolerance to displacement can be secured.
  • the mounting of this light receiving element by flip-chip bonding becomes easier, so that the rear of the electric circuit section is provided. High-speed operation is possible by reducing the distance
  • a light emitting element such as a laser diode or a light emitting diode or an optical module in which an optical waveguide chip is optically coupled to an optical fiber. It is.
  • a parallel light beam system is configured in the optical module ⁇ 's nozzle, a ferrule with a built-in lens is used. It is good to insert and fix the optical fiber up to the middle part.
  • Fig. 18 is a longitudinal sectional view of a ferrule suitable for hermetic sealing of the optical module.
  • the optical fiber code 46 consists of an optical fiber (core wire) 8 and a coating 48 surrounding the optical fiber.
  • the coating 48 includes, for example, a primary coating made of silicone rubber and the like and a secondary coating made of nickel ⁇ and the like.
  • the rule 10 ′ has a second diameter slightly larger than the outer diameter of the coating 48.
  • the first pipe 50 made of metal in which the pipe insertion hole 50A is formed, and the portion corresponding to the length of about 1Z2 is projected from the end face of the first pipe 50.
  • a second pipe 52 made of ceramic is inserted into the second pipe input hole 50A of the first pipe 50. In the second pipe 52, a central pore 52 A having a diameter slightly larger than the outer diameter of the optical fiber 8 is formed.
  • Step 52 is No. 1. Fixed to Eve 50. When a material containing silver as a main component is used, its melting point is about 610 :.
  • the optical fiber 8 is inserted into the central pore 52A from the first end of the second pipe 52, and its excitation end (for example, the end 8A which is formed into a tapered spherical shape) is the second end.
  • the pipe 52 is fixed to the second pipe 52 with a relatively low melting point solder so as to project from the second end of the pipe 52.
  • the gap between the optical fiber 8 and the second pipe 52 is sealed with the solder material used for fixing.
  • a eutectic alloy of gold and tin can be used as the solder material, in which case the melting point is about 280.
  • the central pore 52A on the first end side of the second pipe 52 is tapered at a shallow angle, as shown by the reference numeral 52B, so that light When the fiber 8 is introduced into the central pore 52 A of the second pipe 52, the fiber 8 The excitation end is not easily scratched.
  • the central pore 52A on the second end side of the second pipe 52 is formed in a taper shape at a deep angle as shown by reference numeral 52C. As a result, the second, The contact area of Eve 52 with the solder material is increased.
  • the corresponding portions of the second pipe 52 and the optical fiber 8 should be made of gold or the like. It is preferable to form a metal film by vapor deposition or the like.
  • Optical fiber, '8 coating 4 8 is the first. It is fixed to the eve 50 by, for example, an adhesive. This full We rule Nitsu had result of airtightness tests alone are, 1 X 1 0 "9 atm - cm 3 / sec or less sufficient this air density that have been obtained TogaAkira et al Or it becomes.
  • the first node is applied according to the method of FIG. 7B. After fixing the lobe 50 to the main ring 6 by laser welding at a plurality of locations, the laser is superposed and irradiated all around, and the gap between the first pipe 50 and the main ring 6 is Seal by welding. Similarly, the gap between the main ring 6 and the housing 4 is also sealed by laser welding.
  • the rule 10 ' is applied to the optical module shown in Fig. 3, it has high mechanical strength, is suitable for miniaturization, and can be hermetically sealed.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing an example of an optical module provided with the rule 10 ′ of FIG. An inlet 6A is formed at the approximate center!
  • the housing 6 is fixed to the housing 4 such that its end face is in close contact with the outer surface of the side of the housing 4.
  • the rule 10 ′ is fixed to the ring 6 while being inserted into the insertion hole 6 A of the ring 6.
  • the gap between the housing 4 and the ring 6 and the gap between the ring 6 and the first pipe 50 are sealed by laser welding.
  • the diameter of the opening 2 of the nozzle 4 needs to be slightly larger than the diameter of the second pipe 52, so that a ferrule having a uniform diameter is used.
  • the optical module can be made thinner and a hermetically sealed structure can be realized.
  • the thickness reduction for example, it is assumed that the second pipe 52 has a diameter of 0.8 mm, and the second pipe 52 has a diameter of 0.8 mm.
  • the thickness of the ring 6 is 1 mm
  • Laser melting required to fix housing 4 Assuming that the contact margin is 1 mm for each of the top and bottom, and the thickness of the package lid (not shown) is 0.7 mm, the thickness of this optical module is minimum. Is 6.5 mm.
  • the free end of the optical fiber 8 in this embodiment has a much higher rigidity.
  • the length corresponding to the sum of the length of the protruding portion of the second pipe 52 and the free end of the optical fiber 8 According to the present embodiment, it is possible to increase the lowest-order vibration resonance frequency as compared with the case where the optical fins of the first optical module directly protrude from the first pipe 50. . Further, since the rule 10 ′ has a composite structure of the first pipe 50 made of metal and the second pipe 52 made of ceramic, it has excellent heat insulating properties. During laser welding of the first pipe 50 and the ring 6, the heat generated by the laser welding causes the soldered portion of the optical fiber 8 and the second pipe 52 to re-melt. There is no fear of doing.
  • the optical fiber 8 is Compared to the case of directly soldering and fixing to the opening 2 of the soldering, the solder material is less likely to be cleaved. Therefore, the optical fiber, '8 and the optical As shown in Figure 20, the optical coupling efficiency between is 1.2 is stable over a long period of time.
  • the optical fiber 8 whose end face 8B is polished obliquely can be optically coupled to the back-illuminated light receiving element 120 shown in FIG. 1 for example. In this case, the rotation direction of the optical fiber 8 needs to be further adjusted. However, a flat notch 54 as shown in the first pipe 50 is formed, and this cutout is formed.
  • the positional relationship between the notch 54 and the normal direction of the end face 8B of the optical fiber 8 is determined in advance, so that the position of the optical fiber 8 in the rotation direction can be adjusted. # May be unnecessary. Instead of the back-illuminated light-receiving element 120, optical coupling between the surface-emitting light-emitting element and the optical fin 8 can be performed. Industrial applicability
  • the optical module of the present invention provides an optical transmitter, an optical receiver, an optical switch, an optical modulator, and other optical devices that use an optical fiber as a signal interface. Useful as a module.

Description

明 細 書 光モ ジ ュ ー ル及びその製造方法 技 術 分 野
本発明は光モ ジ ュ ー ル及びその製造方法に関す る
近年 、 通 IS Sff 要の増加に伴 つ て、 光通信 シ ス テ ム に は 、 マ レチギガビ ッ ト 級の伝送速度が要求さ れる よ う にな つ てきた。 一方、 装置の小型化に対 応するために実装密度の向上も要求さ れてい る。 こ れ らの要求を実現する ために は、 光モ ジ ュ 一ル において、 高速 ¾ ¾ Ία号の波形を低歪、 低雑音で 伝達する こ とを可能にする電気的実装技術や、 パ ッ ケ ー ジの小型化に適 し且つ高い光結合効率を維 持する こ とが可能な光学的実装技術等の要素技術 の開発が不可欠であ る ο 、 シ ス テ ム の長期信 頼性を確保するために 、 気密封止構造の採用が望 ま しい 背 景 技 術
図 1 Α は従来の光モ ジ ュ ー ルの破断斜視図、 図 1 B はその断面図であ る。
こ の光モ ジ ュ ー ルは、 外部か ら内部に貫通する 開口 2 が形成されたハ ウ ジ ング 4 と、 ハウ ジ ン グ 4 に固定された リ ング 6 と、 リ ング 6 に挿入さ れ た状態で リ ング 6 に固定されたフ エ ルー ル 1 0 と フ ヱ ルー ル 1 0 の中心細孔に揷入された状態でフ ヱ ル ー ル 1 0 に固定された光フ ァ イ ノ 8 と、 ハ ウ ジ ング 4 内に設け られ光フ ァ イ バ 8 に光結合され る受光素子等の光デバイ ス 1 2 とを備えてい る。 また、 こ の光モ ジ ュ ー ルの製造方法は、 例えば、 光フ ア イ パ 8 が中心細孔に挿入及び固定されたフ エ ルール 1 0 を リ ング 6 に挿入 し、 且つ、 リ ング 6 をハ ウ ジ ング 4 の外表面に密着させた状態で、 フ ユ ルール 1 0 と リ ング 6 の相対的位置関係及び リ ング 6 とハ ウ ジ ング 4 の相対的位置闋係を調整 する ステ ッ プと、 フ エ ルール 1 0 と リ ング 6 の固 定及び リ ング 6 とハ ウ ジ ング 4 の固定を行う ス テ ッ プとを含んでい る。
こ の従来技術によ る場合、 パッ ケー ジ 4 の高さ を低 く する こ とがでぎるので光モ ジ ュ ー ルの小型 化が可能であ るが、 パッ ケー ジ 4 の高さを低 く し た場合、 リ ン グ 6 の肉厚が薄い こ と に起因 して機 械的強度が低 く なる とい う 問題があ った。 このよ う な機械的強度の低下を防止するために、 図 2 に 示すよ う に、 リ ング 6 及びフ エ ルー ル 1 0 を覆う よ う に補強部材 1 4 を設けた構成が提案されてい る (Daniel S. Bar gar： An Automated Fiber Al ignment, f ixing, and Hermetic Sealing System", SPI E Vol.994, Optoelectronic
Materials, Devices, Packaging, and
Interconnects I I (1988), P.11-17) 。 こ の構成 によ る と、 外力によ り 発生する曲げ応力が補強部 材 1 4 で吸収さ れて直接 リ ング 6 に加わ らな く な るが、 有効な強度を得るためには補強部材 1 4 の 肉厚を厚 く する必要があ るので、 こ の構造は光モ ジ ュ 一 ルの小型化に必ず し も適 していない。
本発明の目的は、 機械的強度を高め る こ とがで き且つ小型化に適 した光モ ジ ュ ー ル及びその製造 方法を提供する こ とであ る。
本発明の他の目的は、 気密封止が可能で小型化 に適 し且つ製造性に優れた光モ ジ ュ ー ルを提供す る ^め る。 発 明 の 開 示
本発明のあ る側面によ る と、 外部か ら内部に貫 通する開口が形成さ れ該開口の周囲の外表面は平 坦なハ ウ ジ ングと、 その概略中央部には挿入孔が 形成さ れその端面が上記外表面に密着する よ う に 上記ハ ウ ジ ングに固定された主 リ ングと、 上記挿 入孔に挿入さ れた状態で上記主 リ ン グに固定さ れ た フ ヱ ルー ルと 、 該フ ヱ ルー ルの中 、細孔に挿入 された状態で該フ エ ルールに固定さ れた光 フ ア イ パと、 上記主 リ ングと並んで上記フ ユ ルー ルを覆 う よ う に上記主 リ ン グ及び上記フ ニ ルー ルに固定 され、 '上記主 リ ン グとの固定点は上記主 リ ングと 上記フ 二 ルー ルの固定点よ り も外側に位置する捕 強 リ ングと、 上記ハウ ジ ング内に設けられ上記光 フ ァ イ バに光結合される光デバイ ス とを備えた光 デバイ スが提供される。
この構成によ る と、 補強 リ ングを主 リ ング及び フ エ ルー ルに固定 し、 補強 リ ングと主 リ ングの固 定点が主 リ ングと フ ユ ルー ルの固定点よ り も外側 に位置する よ う に しているので、 後述する原理に 従って機械的強度が高ま る。 また、 補強 リ ングの 外径は主 リ ングの外径と ほぼ等し く する こ とがで き るので、 補強 リ ングの使用によ り 光モ ジ ュ ー ル が大型化する こ とがない。
本発明の他の側面によ る と、 光フ ァ イ バがその 中心細孔に挿入及び固定されたフ ルー ルを主 リ ングの概略中央部に形成された挿入孔に揷入し、 且つ、 該主 リ ングをハ ウ ジ ングの外部から内部に 貫通する開口の周囲の外表面に密着させた状態で 上記フ エ ルール と上記主 リ ングの相对的位置関係 及び上記主 リ ングと上記ハ ウ ジ ングの相対的位置 関係の調整を行う第 1 のステ ッ プと、 該第 1 のス テ ツ プの後に、 上記フ エ ルー ル と上記主 リ ングの 固定及び上記主 リ ングと上記ハウ ジ ングの固定を 行う第 2 のス テ ッ プと、 該第 2 のス テ ッ プの後に 上記主 リ ングと並んで上記フ ニ ル ー ルを覆 う よ う に補強 リ ングを上記フ ニ ル ー ル及び上記主 リ ング に固定する第 3 のス テ ッ プとを含み、 該第 3 のス テ ッ プにおける上記補強 リ ン グと上記主 リ ン グの 固定点は上記第 2 のス テ ッ プにおける上記フ ェ ル ー ル と上記主 リ ングの固定点よ り も外側に位置す る光モ ジ ユ ー ルの製造方法が提供さ れる。
本発明のさ ら に他の側面によ る と、 外部か ら 内 部に貫通する開口が形成さ れ該開口の周囲の外表 面は平坦なハ ウ ジ ン グと、 その概略中央部には挿 入孔が形成さ れその端面が上記外表面に密着する よ う に上記ハ ゥ ジ ングに固定さ れた リ ン グと 、 上 記挿入孔に挿入された状態で上記 リ ン グに固定さ れた フ ヱ ルー ル と 、 該フ ユ ルー ルの中心細孔に挿 入さ れた状態で該フ ヱ ルー ルに固定さ れた光フ ァ ィ バと、 上記ハ ウ ジ ング内に設け られ上記光フ ァ ィ バに光結合さ れる光デバイ ス とを備え、 上記フ ヱ レ ー レは、 上記光フ ア イ バの被覆の外径よ り わ ずかに大径の第 2 パイ プ挿入孔が形成さ れた金属 製の第 1 パイ プと、 上記光フ ァ イ バの外径よ り も わずかに大径の上記中心細孔が形成され、 上記第 1 パイ プの端面から突出する よ う に上記第 2 パイ プ挿入孔に揷入さ れたセ ラ ミ ッ ク 製の第 2 パイ プ とを含む光モ ジ ュ ールが提供さ れる。 図面の簡単な説明
図 1 A及び 1 B はそれぞれ従来の光モ ジ ュ ール の破断斜視図及び断面図であ り、
図 2 は従来の他の光モ ジ ュ ールの断面図であ り 図 3 は本発明の実施例を示す光モ ジ ュ ールの断 面図であ り 、
図 4 A及び 4 B は従来技術の問題点の定性的な 説明のための図であ り、
図 5 A及び 5 B は従来技術の問題点の定量的な 説明のための図であ り 、
図 6 は光モ ジ ュ ール製造用の位置調整装置の斜 視図であ り 、
図 7 A及び 7 B は レーザ溶接に際 しての レーザ の照射方向の説明図であ り、
図 8 は リ ングとハ ウ ジ ン グの位置ずれを説明す るための図であ り、
図 9 A乃至 9 C はァエ ルールと リ ングの位置ず れ及び角度ずれを説明するための図であ り 、
図 1 0 は図 3 の光モ ジ ュ ールの製造に適した リ ング状押さえ治具の斜視図であ り、
図 1 1 は図 1 0 の リ ング状押さえ治具の使用方 法の説明図であ り、
図 1 2 はフ エ ルールの角度ずれに対する リ ング 状押さえ治具の使用の劾果の説明図であ り 、
図 1 3 は図 1 0 の リ ング状押さえ治具の切り 込 みの形状の説明図であ 、
図 1 4 は図 3 の光モ ジ ュ ールの製造に適 した他 の リ ング状押さ え治具を示す図であ り 、
図 1 5 A及び 1 5 B はそれぞれク ラ ンパ及び リ ング状押さ え治具の撓みをモデル化 した図であ り 図 1 6 は リ ン グ状押さ え治具と補強 リ ン グを兼 用 した実施例を示す光モ ジ ュ ールの断面図であ り 図 1 7 は本発明の実施例を示す他の光モ ジ ュ一 ルの断面図であ り 、
図 1 8 は本発明に適用可能な気密封止に適 した フ ェ ルー ルの縦断面図であ り 、
図 1 9 は図 1 8 の フ ヱ ルー ルを適用 した光モ ジ ユ ー ルの断面図であ り
図 2 0 は図 1 8 の フ エ ルー ルを適用 した他の光 モ ジ ユ ー ルの断面図であ る。 発明を実施するための最良の形態
以下本発明の実施例を詳細に説明する。
図 3 は本発明の実施例を示す光モ ジ ュ ー ルの断 面図であ る。 符号 4 は上方が開放 したハ ウ ジ ン グ を表 し、 このハ ウ ジ ン グ 4 内には光デノ イ ス 1 2 が収容さ れてい る。 光デバイ ス 1 2 はフ ォ ト ダイ ォ ー ド等の光 Z電気変換素子或いは発光ダイ ォ ー ド （ L E D ) 、 レーザダイ オ ー ド （ L D ) 等の電 気 Z光変換素子或いは導波路型光変調器等の光導 波路チ ッ プであ る。 光デバイ ス 1 2 と光結合さ れ る光フ ァ イ バ 8 は、 ハウ ジ ング 4 の側壁に形成さ れた開口 2 を介 してハウ ジ ング 4 の外部から内部 に導入される。 以下の説明では、 光デバイ ス 1 2 は光 Z電気変換素子である と し、 光フ ァ イ バ 8 の 端部 8 Aか ら出射 した光が光デバイ ス 1 2 に入射 する ものとする。 光フ ァ イ バ 8 の端部 8 A はテー パ先球状に加工されている。 即ち、 端部 8 Aは、 端部 8 Aにおける フ ァ ィ バ直径が端部 8 Aの先端 に向かう に従って連続的に減少し且つこ の先端の 近傍の部分が概略半球状になる よ う に加熱等によ り加工されている。 光フ ァ イ バの端部をテ一パ先 球状に加工した場合、 こ のテーパ先球部はレ ン ズ と して機能 し、 光フ ァ イ バの端部から空気中に放 射された光に対 しての集束作用が生 じるので、 光 結合効率を容易に高め る こ とができ る。 光フ ア イ バ 8 は円筒形状のフ 二-ルー ル 1 0 の中心細孔に挿 入固定されてお り 、 光フ ァ イ バ 8 の フ ヱ ルー ル 1 0 よ り 外側の部分 （端部 8 A と反对側の部分） に は図示は しないが被覆が施されてい る。
符号 1 6 はハウ ジ ング 4 の側面に直接固定され た主 リ ングを表してお り 、 こ の主 リ ング 1 6 には ハウ ジ ング 4 の開口 2 と重なる位置に、 フ ェ ル ー ル 1 0 の外径よ りわずかに大きい径の挿入孔 1 6 Aが形成されてい る。 フ エ ルー ル 1 0 は揷入孔 1 6 A に挿入さ れた状態で主 リ ン グ 1 6 に固定さ れ る。 符号 1 8 は本発明において特徴的な補強 リ ン グを表 してお り 、 この補強 リ ン グ 1 8 には、 主 リ ン グ 1 6 の挿入孔 1 6 A と ほぽ同径な挿入孔 1 8 Aが形成さ れてい る。 主 リ ン グ 1 6 及び補強 リ ン グ 1 8 は この実施例では共に円筒形状であ る。 補 強 リ ング 1 8 は、 その挿入孔 1 8 A に フ ヱ ル ー ル 1 0 が挿入さ れ、 且つ、 その端面が主 リ ン グ 1 6 の端面に接触 した状態で、 主 リ ン グ 1 6 及びフ ユ ル ー ル 1 0 に固定さ れる。 こ の実施例では、 ノヽ ゥ ジ ン グ 4 、 フ ヱ ル ー ル 1 0 、 主 リ ン グ 1 6 及び補 強 リ ン グ 1 8 は溶接可能なス テ ン レ ス等の材料か らな り 、 各固定は レーザ溶接によ り な さ れる。 具 体的にはフ エ ル ー ル 1 0 と主 リ ング 1 6 は、 これ らの接触面のハ ウ ジ ング 4 と反対の側の緣部上の 複数の点で レーザ溶接さ れ、 主 リ ング 1 6 とハ ウ ジ ン グ 4 は、 これ らの接触面 （ハ ウ ジ ング 4 の平 坦な側面上にある） の外周縁部上の複数の点で レ 一ザ溶接され、 補強 リ ン グ 1 8 と主 リ ン グ 1 6 は これらの接触面の外周縁部上の複数の点で レーザ 溶接さ れ、 補強 リ ン グ 1 8 と フ エ ル ー ル 1 0 は、 これ らの接触面のハ ウ ジ ン グ 4 と反対の側の縁部 上の複数の点で レーザ溶接さ れる。 各レーザ溶接 における レーザの照射位置は、 円周上にそれぞれ 等間隔にあ り 、 こ の実施例ではそれぞれ 4 箇所で 0 一 レーザ溶接がなされてい る。 こ の レーザ溶接の具 体的な作業については後述する。
図 3 によ り 説明 した本発明の光モ ジ ュ ー ルの構 成によ り 生じる作用を説明するのに先立ち、 従来 の構成における問題点を定性的及び定量的に説明 する。
図 4 A及び 4 B は従来の光モ ジ ュ ールの構成の 問題点の定性的な説明をするための図である。 図 4 Aに示される よ う に、 フ ヱ ルー ル 1 0 の先端に フ エ ルー ル 1 0 の長手方向と垂直な方向に外力 P が加え られる と、 フ ユ ルー ル 1 0 及び リ ング 6 が 撓み、 これに伴い、 光フ ァ イ バ 8 の端部 8 Aの位 置が、 光学的に最適に調整された位置からずれて しま う。 こ の光フ ァ イ バの端部のずれは、 小型な 光モ ジ ュ ー ルにおいて顕著であ る。 即ち、 光モ ジ ュ 一ルの小型化に対応するためにハゥ ジ ング 4 の 高さを低 く する場合には、 リ ング 6 の肉厚やフ エ ルー ル 1 0 の径を小さ く しなければな らないので これに伴う リ ング 6 及びフ エ ルー ル 1 0 の断面積 の減少によ り これらの剛性が低下し、 単位外力に 対する光フ ア イ バの変位量が大き く なるのであ る 図 4 B は、 図 4 Aにおけるのと同 じよ う にフ ェ ル ー ル 1 0 の先端に外力が加わったと きの応力分布 を説明するための図である。 ハウ ジ ング 4 と リ ン グ 6 の接合面での応力分布 （符号 2 0 ) において 矢印 2 O A及び 2 0 B はそれぞれ引 っ張 り 応力及 び圧縮応力を表 し、 リ ン グ 6 の端面に対応する フ エ ル ー ル 1 0 の撗断面での応力分布 （符号 2 2 ) において、 矢印 2 2 A及び 2 2 B はそれぞれ引 つ 張り 応力及び圧縮応力を表 してい る。 いずれの応 力分布において も、 外周 に向か う に従 っ て引 っ張 り 応力又は圧縮応力が増大 してい る こ と がわかる このよ う な外力によ る 曲げ応力 （一般に、 曲げに よ り 生 じ る引 っ張り 応力又は圧縮応力を 「曲げ応 力」 と称する。 ） が、 溶接等によ る接合部分での 最大許容応力を超え る と、 接合部分における破壊 が生 じ る こ と にな る。
図 5 A及び 5 B は従来の光モ ジ ュ ー ルの構成に おける問題点を定量的に説明するための図であ り これらの図を参照 しなが ら、 従来の構成におけ る 各部分の機械的強度について考察する。 尚、 こ の 従来の構成においては、 ノヽ ウ ジ ン グ 4 、 リ ング 6 及びフ ユ ル ー ル 1 0 の相互の固定は、 図 3 の本発 明の実施例におけるノヽ ゥ ジ ング 4 、 主 リ ング 1 6 及びフ ユ ル ー ル 1 0 の相互の固定と 同 じよ う に レ 一ザ溶接によ り な さ れる ものとする。 説明の便宜 上、 ハ ウ ジ ン グ 4 と リ ング 6 の溶接点を a 点と称 し、 リ ング 6 と フ ヱ ル ー ル 1 0 の溶接点を b 点と 称する。 いま、 図 5 A に示される よ う に、 外力 P が、 破壊に対 して最も効果的な位置、 即ち フ ユ ル ー ル 1 0 の先端部に加わった場合を想定する と、 それによ り生 じる最大曲げ応力を求め、 その値が . リ ング 6 、 フ ヱ ルー ル 1 0 及びハウ ジ ング 4 の材 質の破壊強度並びに接合部の破壊強度よ り も十分 に小さ ければ、 外力による破壊は生じない こ と に なる。 考慮すべき最大曲げ応力点は、 a 点及び b 点であ る。 a点における曲げ応力 ff a 及び b点に おける曲げ応力 σ b はそれぞれ （1) 式及び （2) 式 によ り 与え られる。
σ a =(4 · Lo - Ρ) / ί π · (r , 3-r 0 Vr , ) 3 ··· (1) σ b =4 · (Lo-Lx) · Ρ/ C π · (r 0 3 - r f 4/Γ 0)〕 …（2) こ こ で、 L o ， L I は各々 フ エ ルー ル 1 0 及び リ ング 6 の長さであ り、 r 。 ， r , , r f は各々 フ エ ルー ル 1 0 の外径、 リ ン グ 6 の外径、 フ ヱ ルー ル 1 0 の内径であ る。 （1) 式か ら、 a 点における 曲げ応力 び a を小さ く するためには、 フ ヱ ルー ル 1 0 の長さ L 。 を短 ぐするか、 リ ング 6 の外径 を大き く するか、 或いは、 フ ヱ ルー ル 1 0 の外径 r 0 を小さ く すればよい こ とがわかる。 フ ェ ルー ルの長さ L n については、 フ ェ ルー ルが光フ ア イ パを保持するためにある程度の長さが必要になる。 —方、 光モ ジ ュ ー ルの小型化の要請から予めハウ ジ ング 4 の高さ Hが規定されている場合には、 （3) 式によ り リ ン グの外径 r , の上限値も制限される。
(3) 式において、 d はハウ ジ ング 4 の上部に固定 さ れた蓋 2 4 の厚みを表 し、 wは溶接 しろを表 し てい る。
r , = ( H - d ) / w … （3) 以上の考察か らする と、 a 点における曲げ応力 び a を低減する には、 可能な限り フ ユ ルー ルの外径 Γ ο を小さ く すればよい こ と にな る。 これに加えて b 点における曲げ応力 び b を低減させるためには、 (2) 式か ら、 リ ングの長さ L , を大き く すればよ い こ とがわかる。
次に、 フ ヱ ルール 1 0 の先端に外力 P が加わ つ た と きの光フ ァ イ バ 8 の端部 8 Aの位置ずれ量△ y について考察する。 この位置ずれは、 図 5 B に 示さ れる よ う に、 フ エ ルー ル 1 0 及び リ ング 6 を 一体構造物と見な した片持は り モデルで解析する こ とができ る。 光フ ァ イ バ 8 の端部 8 Aの位置ず れ量厶 y は、 b 点における撓み量 d , と撓み角度 d を用いて （4) 式で表さ れる。 こ こ で、 L f は フ ヱ ルー ル 1 0 の端面か ら光フ ァ イ バ 8 の先端ま での長さであ る。
△ y = ( L f + L ,) · d ー d , … （4) b 点における撓み角度 d 及び撓み量 d , はそれ ぞれ （5) 式及び （6) 式によ り 与え られる。 こ こ で、 E は リ ングの材質のヤ ン グ率であ り 、 I は リ ング の断面 2 次モ ー メ ン ト 〔 = ( r ー r 。4) - π / 4 〕 であ る。 d =P · (し。 ♦ L, -し /2)パ E · I) … (5) d i =P - (Lo - L,2/2-L,3/6)/(B - 1 " （6) . (5) 式及び（6) 式を （4) 式に代入 してま とめ る と (7) 式が得られる。
△ y =P · い * [6 · · Lr-2 - L,2
-3 · L, ♦ (Lf -Lo)] /(6 · B · 1 " （7) 以上の解析から、 光フ ァ イ バ 8 の端部 8 Aの位 置ずれ量 Δ y を低減する には、 リ ング 6 の長さ L ！ を小さ く する こ とが効果的である こ とがわかる。 —方、 b点における曲げ応力 σ b を低減する には、 前述 したよ う に、 リ ング 6 の長さ を大き く す る必要があ る。 従っ て、 従来の光モ ジ ュ ールの構 成においては、 単位外力を加えたと きに、 光フ ァ ィ バの端部の位置ずれ量を小さ く する こ と と、 b 点における曲げ応力を低減する こ との双方を同時 に満足させる こ とができない。
次に、 図 3 によ り説明 した実施例の構成につい ての考察を行う 。 こ こでは、 図 5 A及び 5 Bにお ける各溶接点に对応させて、 主 リ ング 1 6 とハ ウ ジ ング 4の溶接点を a点と称し、 主 リ ング 1 6 と フ エ ルール 1 0 の溶接点を b点と称し、 さ らに、 補強 リ ング 1 8 と主 リ ング 1 6 の溶接点を c点と 称し、 補強 リ ング 1 8 と フ エ ルール 1 0 の溶接点 を d点と称する こ とにする。 図 5 Aにおける リ ン グ 6 についてのパラ メ ータ （外径 r , 及び長さ L ！ ) を図 3 の実施例における主 リ ン グ 1 6 に適用する と、 （1 ) 式〜 （7 ) 式の解析結果の大部分をそのま . ま図 3 の実施例に適用する こ とができ る。 しか し、 図 3 の実施例においては、 補強 リ ン グ 1 8 を c 点 及び d 点においてそれぞそれ主 リ ン グ 1 6 及びフ ヱ ル ー ル 1 0 に溶接 してい るので、 以下の点が図
5 A及び 5 Bの従来技術と異な る。
図 3 の実施例においては、 b 点は常に c 点よ り も 内側にあ るので、 b 点での応力は c 点での応力 よ り も小さ い こ とが明 らかであ る。 ま た、 補強 リ ング 1 8 の外径と主 リ ング 1 6 の外径はほぽ等 し い。 従っ て、 b 点における曲げ応力 び b について は無視する こ とができ、 a 点における曲げ応力 び a のみを考慮すればよい こ と にな る。 その結果、 従 来技術において、 強度と位置ずれ量の間の ト レ ー ドオ フ の関係を生 じさせていた リ ン グ （主 リ ング） の長さ L , は、 （7 ) 式のみによ っ て制限さ れる こ と にな り 、 単位外力を与えたと き に、 曲げ応力の 低減と光フ ァ ィ バの端部の位置ずれの低減とを同 時に満足させる こ とができ る。 即ち、 図 3 の実施 例によ る と、 補強 リ ング 1 8 を c 点及び d 点にお いてそれぞれ主 リ ング 1 6 及びフ ユ ル ー ル 1 0 に 溶接 してい るので、 フ ヱ ル ー ル 1 0 の外径 r 。 を 小さ く する こ と によ っ て a 点における曲げ応力が 低減されるのと同時に、 主 リ ン グ 1 6 の長さ L , を小さ く する こ と によ っ て光フ ア イ ノ 8 の端部 8 Aの位置ずれ量を小さ く する こ とができ るのであ る。 また、 図 3 の実施例においては、 図 2 の従来 技術におけるよ う な リ ングよ り も大径な補強部材 が不要であ るので、 （3 ) 式で制限される限り にお いてハウ ジ ング 4 の高さを小さ く する こ と ができ 光モ ジ ュ ールの小型化が可能になる。
次に、 図 3 の実施例における光モ ジ ュ ールの製 造方法を説明する。 図 6 は光モ ジ ュ ールの製造に 際して使用する こ とができ る位置調整装置の斜視 図であ る。 こ こでは、 後の説明の便宜上、 従来構 成の光モ ジ ュ ールについての位置調整を行っ てい る状態が図示ざれているが、 この装置は本発明の 光モ ジ ュ ールの製造に も使用可能であ る。 光モジ ユ ールは、 フ ヱ ルール 1 0 及び リ ング 6 を上側に してス テ ー ジ 2 6 上に一時的に固定されてい る。 符号 2 8 は リ ング 6 を一時的に保持するためのク ラ ンパを表してお り 、 こ の ク ラ ンノ、° 2 8 は、 微動 合 3 0 によ って水平面上の互いに直交する 2方向 に移動可能であ る。 符号 3 2 はフエ ルール 1 0 を —時的に保持する ク ラ ンパを表してお り、 このク ラ ンパ 3 2 は、 微動台 3 4 'によ つて水平面上の互 いに直交する 2 方向及び鉛直方向に移動可能であ .る。 以下の説明では、 図 6 の系において水平面上 で互いに直交する ； 軸及び Y軸を有し鉛直方向 (光フ ア イ バの長手方向） に Z 軸を有する 3 次元 座標 X — Y 一 Z を採用する。 位置調整に際 しては ク ラ ンパ 2 8 及び 3 2 によ り それぞれ リ ング 6 及 びフ ェ ル 一 ル 1 0 を X ， Y方向に移動させる こ と によ っ て光フ ア イ ノ 8 の端部の X , Y方向につい ての位置調整を行い、 ク ラ ン ノ、。 3 2 によ り フ ヱ ル ー ル 1 0 を Z 方向に移動させる こ と によ っ て光フ ア イ ノ 8 の端部の Z 方向の位置調整を行う 。 そ し て、 各部材の所定の位置関係が得 られた時点で各 部材を レ ーザ溶接によ り 相互固定する。
図 7 A及び 7 B は このと きの レ一ザの照射方向 を説明するための図であ り 、 図 7 A は図 6 の装置 を上方か ら見た ものに相当 し、 図 7 B は図 6 の装 置を側方か ら見た と きの ものに相当する。 符号し B , はノ、 ゥ ジ ン グ 4 と リ ン グ 6 の レーザ溶接にお ける レーザビ ー ム の照射方向を表 してお り 、 符号 L B 2 は リ ン グ 6 と フ ヱ ル ー ル 1 0 の レーザ溶接 における レ—ザビ ー ム の照射方向を表 してい る。 それぞれの レーザ溶接に際 しては、 3 方向或いは 4 方向 （図では 4 方向） か ら同時に レーザビ 一 厶 を照射する。 ク ラ ンパ 2 8 及び 3 2 の構造及び配 置は、 こ のよ う な レーザビ ー ムを遮断 しないよ う に決定さ れる。 複数箇所を レーザ溶接によ り 同時 に固定する場合に解決すべき課題と して、 溶接部 が固化する際に生 じ る応力の不均衡によ る リ ン グ 6 の X Y平面内における位置ずれを防止する こ と があげられる。 最悪な 合数十 mの位置ずれが 生じる こ とがあ る。 この リ ン グの位置ずれを防止 するためには、 ク ラ ンパ 2 8 で リ ン グ 6 を把持し た状態で リ ング 6 をハ ジ ング 4 に押 し付ける方 法が一般に行われる。 の場合における押 し付け 加重は例えば数 k gである。 このよ う な比較的大き な加重をク ラ ンパ 2 8 よ り 印加 しょ う とする と 図 8 に示されるよ う に 加重の印加及びこれに伴 ぅ ク ラ ンパ 2 8 の変形 起因 して リ ング 6 が X Y 平面内で位置ずれする い う 問題があ る。 一方、 リ ング 6 と フ ェ ル一ル 0 の レーザ溶接に際 して も これらの相対的な位 関係がずれる。
この現象を図 9 A乃 9 C によ り説明する。 ま ず、 図 9 Aに示される よ う に、 複数箇所を同時に レーザ溶接する に際 して溶接部が固化する と き に 生じる応力の不均衡によ り、 フ ヱ ル ー ル 1 0 が X Y平面内で位置ずれする こ とが確認された。 また 図 9 B に示される よ う 、 溶接部が固化する と き に生じる応力の Z方向の成分が合成される こ と に 起因して、 フ エ ル ー ル 1 0 が Z方向に位置ずれす る こ とが確認された。 さ らに、 図 9 C に示すよ う に、 図 9 Aにおけるのと同様の応力の不均衡に起 因してフ ヱ ル ー ル 1 0 が Z方向に対 して傾斜する こ とが確認された。 そ して、 図 9 A ， 9 B及び 9 C に示さ れたよ う な位置ずれ及び角度ずれの う ち 図 9 Aの位置ずれは比較的軽微であ り 、 図 9 B及 び 9 C の位置ずれ及び角度ずれが支配的であ る こ とが明 らかにな つ た。
図 1 0 は図 3 の光モ ジ ュ ー ルの製造に適 した治 具の斜視図であ る。 こ の リ ング状押さ え治具 3 6 は、 円筒状部材 3 8 の端部に複数の切 り 込み 4 0 を形成 して構成さ れる。 こ の例では、 フ ヱ ルー ル と主 リ ン グの レーザ溶接におけ る レーザの照射位 置に対応 して 4 つの切り 込み 4 0 が円周方向に等 間隔に形成さ れてい る。
図 1 1 は図 1 0 に示さ れた リ ン グ状押さ え治具 3 6 の使用方法を説明するための図であ り 、 本実 施例における レーザビー ムの照射を図 7 B に対応 させて図示 した ものであ る。 光モ ジ ュ ールの製造 に際 して、 本実施例では、 まず、 光フ ァ イ バ 8 が 挿入及び固定さ れた フ ニ ルール 1 0 を主 リ ン グ 1 6 の挿入孔に揷入 し、 且つ、 主 、) ング 1 6 をハ ウ ジ ング 4 の外表面に密着させた状態で、 主 リ ン グ 1 6 の大体の位置を確定させる。 この場合におけ る主 リ ン グ 1 6 の位置の確定の判断は、 例えば、 光フ ァ イ バ 8 の端部 8 Aか ら出射 した光を、 光フ ア イ バ 8 と光結合すべき光デバイ ス （光 Z電気変 換素子） の受光部に入射させ、 そのと きの光結合 効率を測定する こ と によ り 行う こ とができ る。 次 いで、 ク ラ ンパ 2 8 によ り リ ング状押さえ治具 3 6 を介して主 リ ング 1 6 をハウ ジ ング 4 に押 し付 ける。 このよ う に主 リ ング 1 6 の位置の確定をな すと、 も はや主 リ ング 1 6 は容易には X Y平面内 で移動 しない。 しかる後、 ク ラ ンノ、° 3 2 によ り フ ェ レ ー レ 1 0 を主 リ ング 1 6 の挿入孔によ り 制限 される X Y平面内のわずかな可動範囲内で及び Z 方向に移動させて、 最大光結合効率が得られる よ う にフ ェ ル ー ル 1 0 の位置を確定させる。 各部品 の位置調整の順序はこの例に限定されない。 そ し て、 主 リ ング 1 6 及びフ ニ ル ー ル 1 0 の位置の確 定がなされたな らば、 符号 L B , で表される矢印 に沿っ て主 リ ング 1 & の斜め側方から レーザビ ー ムを照射 し、 主 リ ング 1 6 と ノヽ ウ ジ ング 4 の レ ー ザ溶接を行う と と も に、 符号 L B 2 で表される矢 印に沿つ て リ ング状押さえ治具 3 6 の側方から リ ング状押さえ治具 3 6 ·の切り 込み 4 0 を介してレ 一ザビ ー ムを照射 し、 主 リ ング 1 6 と フ ル ー ル
1 0 の レ ーザ溶接を行う 。
本実施例によ る と、 ク ラ ン パ 2 8 を リ ング状押 さえ治具 3 6 の端面上に配置 して主 リ ング 1 6 を ノヽゥ ジ ング 4 に押 し付ける こ とができ るので、 図 7 Bの例における よ う にク ラ ンパ 2 8 の断面形状 等がレ ーザビ ー ム の照射方向及び照射位置によ つ て制限される こ とがない。 従って、 比較的太いク ラ ンパ 2 8 を用い て主 リ ン グ 1 6 と ハ ウ ジ ン グ 4 の接触面に大き な押圧力を印加する こ と ができ、 複数箇所を同時溶接する に際 して溶接部が固化す る と さ に生 じ る応力の不均衡によ る主 リ ン グ 1 6 の X Y平面内における位置ずれを防止する こ と が でき る よ , フ ェ ル 一 ル 1 0 と主 リ ング 1 6 の レーザ溶接に際 してのフ ヱ ルー ル 1 0 の角度ずれ (図 9 c 参照） については、 図 1 2 に示さ れる よ う に、 フ ェ ル 一 ル 1 0 の周囲に リ ング状押さ え治 具 3 6 が位置 してい る こ とか ら従来方法によ る場 合に比較 して大き く 低減さ れる。 例えば、 リ ング 状押さ え治具 3 6 の内径と フ ヱ ル ー ル 1 0 の外径 の間のク リ ア ラ ン ス が主 リ ン グ 1 6 の内径と フ エ ル一ル 1 0 の外径の間のク リ ァ ラ ン ス と ほぽ等 し く 、 且つ、 リ ング状押さ え治具 3 6 の長さ と主 リ ン グ 1 6 の長さ がほぼ等 しい場合には、 フ ユ ル ー ル 1 0 と主 リ ング 1 6 の レーザ溶接に際 して生 じ 得る フ エ ル ー ル 1 0 の最大の角度ずれは、 リ ング 状押さ え治具 3 6 を使用 しない場合に比べて約 1 / 2 に低減さ れる こ と にな る。 さ ら に、 本実施例 によ る とヽ レ —ザ溶接について複数箇所の同時溶 接が可能にな るので、 各部材の強固な相互固定が 可能にな る。 この場合、 複数箇所の同時溶接をフ エ ル ー ル 1 0 又は主 リ ン グ 1 6 の外周面に沿つ た 円周上の等間隔の点について行う こ と によ っ て、 溶接部の凝固時に生じる応力を均等に生 じ させて X Y平-面上でバラ ンスのとれた固定が可能にな る と こ ろで、 レーザ溶接における レ ーザビ一ムの照 射位置を円周上に等間隔に設定 しよ う とす 場合 従来は リ ン グ等に予めマ ーキ ン グを施 しておき こ のマーキ ングを目標と してレーザビ— ム を照射す る必要があ り 、 製造作業性が悪かつ †z o 本実施例 によ る と、 リ ング状押さえ治具 3 6 の切り 込み 4 ひ に沿って レーザビ ー ムを照射するだけで、 自動 的に レーザビ ー ム の照射位置が設定され、 従来の よ う なマーキ ングが不要になる。
リ ング状押さえ治具 3 6 の切り 込み 4 0 の形状 は図 1 3 に示されるよ う に設定してお く こ とがで き る。 例えば、 フ エ ルー ル 1 0 と主 ij ング 1 6 の レーザ溶接に際して、 リ ング状押さえ治具 3 6 が レーザビー ムを遮断 しないよ う に、 リ ング状押さ え治具 3 6 の切り 込み · 4 0 の幅 (図 1 0 参照） 及び深さ並びに切り込み 4 0 の底部 4 0 a の傾斜 角度 をレーザビ ー ムの照射角度 a 及びレーザ ビ ー ムの形状に応じて設定してお く 。 具体的には、 切り 込み 4 0 の底部 4 0 a の傾斜角度 <9 は、 レ ー ザビ ー ム の照射角度 a と レーザビ ー厶 の拡がり 角度 の和に相当する角の余角 と ほぼ等し く 設 定される。 また、 切り 込み 4 0 の幅 d , 及び リ ン グ状押え治具 3 6 の内径部における切り 込み 4 0 の長さ d 。 は、 照射ビ ー ムパタ ー ンの直径よ り も 大き ぐして
本実施例の方法によ る場合 、 リ ング状押さ え治 具 3 6 を用いてい る ので、 主 リ ン グ 1 6 とノ、 ゥ ジ ン グ 4 の相対的位置関係及びフ ェ ル ー ル 1 0 と主 リ ン グ 1 6 の相対的位置関係を調整 した後に、 位 置ずれ又は角度ずれを生 じ させる こ と な しにノ、 ゥ ジ ン グ 4 、 主 リ ン グ 1 6 及びフ ェ ル ー ル 1 0 の相 互固定を行 う こ とができ る。 ハ ゥ ジ ン グ 4 、 主 リ ン グ 1 6 及び フ ヱ ル ー ル 1 0 の相互固定を行つ た 後、 リ ング状押さ え治具 3 6 を取 り 外 して、 図 3 の補強 リ ン グ 1 8 を主 リ ン グ 1 6 及ぴフ ユ レ一 レ 1 0 に レ —ザ溶接する こ と によ っ て、 図 3 の光モ ジ ユ ー ルが完成する。 尚、 後述す る よ う に、 リ ン グ状押さ え治具 3 6 をそのま ま補強 リ ン グと して 用 いて こ れを主 リ ン グ 1 6 及びフ エ ル一ル 1 0 に 固定する よ う に して も よい。
図 1 4 は リ ング状押さ え治具の他の構成例を示 す断面図であ る。 こ の リ ン グ状押さ え治具 3 6 ' は、 図 1 0 等に示された リ ング状押さえ治具 3 6 の構成に加えて、 円筒状部材 3 8 の切り 込み 4 0 と反対の側に フ ヱ ルー ル 1 0 を一時的に固定する 手段を備えてい る 。 こ の手段は、 具体的には、 円 筒状部材 3 8 にその外周部か ら内周部に向かっ て 螺合する ネ ジ 4 2 であ り 、 こ のネ ジ 4 2 は円周方 向に等間隔に複数 （例えば 4 つ） 設け られてい る こ のネ ジ 4 2 によ り フ ェ ルー ル 1 0 と主 リ ング 1 6 のレーザ溶接に際 してフ ヱ ルー ル 1 0 の長手方 向の移動を制限する こ と によ る効果は次の通り で あ る。 フ エ ルー ル 1 0 と主 リ ング 1 6 を レ一ザ溶 接する に際して、 溶接部が固化する と き に生じる 応力の Z方向成分の合成によ り 、 図 9 Bで説明 し たよ う に、 フ ヱ ルー ル 1 0 が Z方向に引き込まれ る。 本実施例によ る と、 フ ヱ ルー ル 1 0 と主 リ ン グ 1 6 を レーザ溶接する に際 して、 ク ラ ンパ 3 2 によ り フ ェ ル一 ル 1 0 を把持する こ と に加えて、 リ ング状押さえ治具 3 6 ' のネ ジ 4 2 によ り フ ヱ ルール 1 0 を側方から締め付けているので、 レー ザ溶接に際してのフ ヱ ルー ル 1 0 の Z方向の位置 ずれを劲果的に防止する こ とができ る。 ク ラ ンノヾ 3 2 のみによ り フ エ ル ー ル 1 0 の Z方向の位置ず れを制限する場合と、 リ ング状押さえ治具 3 6 ' のネ ジ 4 2 によ り フ ェ ル— ル 1 0 の Z方向の位置 ずれを制限する場合の差異について、 図 1 5 A及 び 1 5 Bを用いて説明する。
図 1 5 A において、 符号 3 2 Mは 、 ク ラ ンパ 3 2 の先端に Z方向に力が加わっ たと きの撓みを解 析するためのモデルを表している。 Z方向の最大 位置ずれ厶 Z は、 ク ラ ンパのアームの撓みと等価 にな り 、 次の式で与え られる。 Δ Z = 4 • P ♦ LV (B · b · h3) … (8)
こ こ で、 P は レーザ溶接に際 しての Z 方向の合成 応力、 L はァ ー ムの長さ、 E はア ー ム の材質のャ ング率、 b はア ー ムの幅、 h はア ー ムの厚みであ る。 図 1 5 B において、 符号 3 6 Mは、 リ ン グ状 押さ え治具 3 6 ' の撓みを解析するためのモデル を表 してい る。 この場合、 レーザ溶接に際 しての フ ェ レ一 レの Z方向の位置ずれは、 リ ン グ状押さ え治具の Z 方向の撓みと等価にな り 、 次の式で与 え られる。
Δ Z = P H/(E · S) - • (9)
こ こ で、 P は レーザ溶接に際 して生 じ る Z 方向の 合成応力、 H は リ ング状押さ え治具の長さ、 S は リ ング状押さ え治具の有効断面積であ る。 例えば、 (8) 式において、 P = 1 0 kg, L = 2 0 mm, h = 5 mm, b = 4 mm, E = 2 0 X 1 0 3 k / mm 2 とす る と、 、 △ Z は 3 2 mと な る。 一方、 同 じ P 及 び Eの値を用いて、 （9) 式で Hを 6 mm, S ¾r 9 mm ^ とする と、 △ Z は 0 . 3 mと な り 、 レーザ溶接 に際 してのフ エ ルー ルの Z 方向の位置ずれが治具 の使用によ り 大幅に低減さ れている こ と力 ね力、る。
図 1 6 は リ ング状押さ え治具と補強 リ ングを兼 用 した実施例を示す断面図であ る。 こ の実施例で は、 図 1 4 の リ ング状押さ え治具 3 6 ' を用いて ノ、 ゥ ジ ング 4 と主 リ ング 1 6 の a 点における レ ー ザ溶接及び主 リ ン グ 1 6 と フ エ ルー ル 1 0 の b点 における レ ーザ溶接を行った後に、 リ ング状押さ え治具 3 6 ' を c 点及び d点 （図 3 の c 点及び d 点に対応） にてそれぞれ主 リ ング 1 6 及びフ ェ ル ール 1 0 に レーザ溶接する。 この方法によ る と、 リ ング状押さえ治具 3 6 ' を用いた方法によ る効 果に加えて、 製造された光モ ジ ュ ールについて図 3 の構成によ る効果が得られる。 尚、 本実施例に おいては、 a点〜 d点における レーザ溶接が終了 した後に、 リ ング状押さえ治具 3 6 ' のネ ジ 4 2 を取り 外しても構わない。
図 1 7 は本発明の光モ ジ ュ 一ルの他の実施例を 示す断面図であ る。 こ の実施例が図 3 の実施例と 異なる点は、 光フ ァ イ ク 8 の端面 8 Bを光フ ア イ バ 8 の幾何学的中心線と垂直な面に対 して傾斜さ せ、 光フ ァ イ バ 8 を伝搬 してきた光が端面 8 Bで 反射 して光フ ァ イ ノ 8 の側方に出射するよ う に し 加えてこ の構成に適した光デバィ スを用いている , である。 光フ ア イ バ 8 と光結合すべき光デバイ ス と しては、 この例では、 受光部の電極面 1 2 1 と反対の側に レ ンズ 1 2 2 がー体に設けられた裏 面入射型の受光素子 1 2 0 が用い られてお り 、 こ の受光素子 1 2 0 は、 ノヽ ウ ジ ング 4 内の底面上に 固定されたプ リ ン ト 配線扳 4 4 に フ リ ッ プチ ッ プ ボ ンディ ングによ り実装されてい る。 こ の構成に よ る と、 ノヽ ゥ ジ ング 4 内における実装高さ を小さ く する こ とができ るので、 主 リ ン グ 1 6 及び補強 リ ング 1 8 を用いた こ と によ る効果と相ま つ て光 モ ジ ユ ー ルの小型化が可能にな る。 ま た、 受光素 子 1 2 0 身が レ ンズを有 してい る ので、 1¾い光 結合効率 いは位置ずれに対する広い ト レ ラ ン ス が確保さ れる。 さ ら に、 裏面入射型の受光 ナ ¾· 用いた場 、 こ の受光素子をフ リ ツ プチ ッ プボ ン ディ ング よ り 実装する こ とが容易にな るので、 電気回路部の リ ア ク タ ンスを低減 して高速動作が 可能にな る
以上の実施例は、 レーザダイ ォ ー ドや発光ダイ オ ー ド等の発光素子或いは光導波路チ ッ プと光フ ア イ バを光結合する よ う に した光モ ジ ュ — ルに も 適用可能であ る。 尚、 光モ ジ ュ ー ^ のノヽ ゥ ジ ング 内に平行光ビ ー ム系を構成する場合には、 レ ン ズ を内蔵 した フ エ ル ー ルを用い、 こ のフ エ リレ ー ルの 途中部分 ま で光フ ア イ バを挿入固定する と よい 図 1 8 は光モ ジ ュ ー ルの気密封止に適 した フ ユ レ ー レの縦断面図であ る。 この例では、 光フ ア イ ノヾ コ ー ド 4 6 は、 光フ ァ ィ バ （心線） 8 とその周 囲を覆う 被覆 4 8 とか らな る。 被覆 4 8 は、 例え ば、 シ リ コ ― ン ゴ 厶等か らな る 1 次被覆と ナ イ σ ン等か らな る 2 次被覆と力、 らな る。 フ ヱ ル ー ル 1 0 ' は、 被覆 4 8 の外径よ り わずかに大径の第 2 パイ プ挿入孔 5 0 Aが形成された金属製の第 1 パ ィ プ 5 0 と、 その約 1 Z 2 の長さ に相当する部分 が第 1 パイ プ 5 0 の端面から突出するよ う に第 1 パイ プ 5 0 の第 2 パイ プ揷入孔 5 0 Aに挿入され たセ ラ ミ ッ ク製の第 2 パイ プ 5 2 とからなる。 第 2 パイ プ 5 2 には光フ ァ イ バ 8 の外径よ り もわず かに大径の中心細孔 5 2 Aが形成されてい る。 第 1 パイ プ 5 0 と第 2 パイ プ 5 2 の間の隙間は、 予 め比較的高融点のろ う材によ り 全周を封止されて お り 、 これによ り 、 第 2 パイ プ 5 2 は第 1 ノ、。イ ブ 5 0 に固定される。 銀が主成分である ろ う材を用 いる場合、 その融点は約 6 1 0 :である。 光フ ァ ィ バ 8 は、 第 2 パイ プ 5 2 の第 1 端から中心細孔 5 2 Aに揷入され、 その励振端 （例えばテーパ先 球状に加工された端部 8 A ) が第 2 パイ プ 5 2 の 第 2 端から突出するよ う に、 比較的低融点の半田 材によ り 第 2 パイ プ 5 2 に固定される。 光フ ア イ バ 8 及び第 2 パイ プ 5 2 間の隙間は固定に供され た半田材によ り封止される。 半田材と しては金及 び錫の共晶合金を用いる こ とができ、 この場合融 点は約 2 8 0 でである。 第 2 パイ プ 5 2 の第 1 端 側の中心細孔 5 2 A は、 符号 5 2 Bで示される よ う に、 浅い角度でテーパ状に形成されてお り 、 こ れによ り 、 光フ ァ イ バ 8 を第 2 パイ プ 5 2 の中心 細孔 5 2 Aに揷入する に際して、 光フ ァ イ バ 8 の 励振端に傷が付き に く い。 ま た、 第 2 パイ プ 5 2 の第 2 端側の中心細孔 5 2 A は、 符号 5 2 C で示 さ れる よ う に、 深い角度でテ 一パ状に形成さ れて お り 、 これによ り 、 第 2 ノ、。イ ブ 5 2 の半田材に対 する接触面積を増大させてい る。 半田材の第 2 パ イ ブ 5 2 及び光フ ァ イ バ 8 に対する濡れ性を良好 にするためには、 第 2 パイ プ 5 2 及び光フ ァ イ バ 8 の該当部分に金等か らな る金属被膜を蒸着等に よ り 形成 してお く と よい。 光フ ァ イ ノ、' 8 の被覆 4 8 は、 第 1 ノ、。イ ブ 5 0 に例えば接着剤によ り 固定 さ れる。 こ の フ ヱ ル ー ル につ い て単体での気密度 試験を行っ た結果、 1 X 1 0 " 9 a t m - c m 3 / s e c 以下の十分な気密度が得 られてい る こ とが明 らか にな っ た。
図 1 8 の フ ヱ ル ー ル 1 0 ' を図 3 の光モ ジ ユ ー ル に適用する場合には、 図 7 Bの方法に準 じて第 1 ノヽ。イ ブ 5 0 を主 リ ング 6 に複数箇所の レーザ溶 接によ り 固定 した後、 レーザを重ねて全周に照射 して、 第 1 パイ プ 5 0 及び主 リ ング 6 間の隙間を レーザ溶接によ り封止する。 ま た、 これと 同 じよ う に、 主 リ ング 6 及びハ ウ ジ ン グ 4 間の隙間につ いて も レーザ溶接によ り 封止する。 このよ う な方 法によ り フ ヱ ル ー ル 1 0 ' を図 3 の光モ ジ ュ ー ル に適用 した場合、 機械的強度が高 く 小型化に適 し 加えて気密封止が可能な光モ ジ ュ — ルの提供が可 能になる。 こ の光モ ジ ュ ー ルについて気密度試験 を行っ た と こ ろ、 1 X 1 0 —3 a t m ' cra 3 s e c 以 下の十分な気密度が得られている こ とが明 らかに な つた。
図 1 8 の フ エ ルー ル 1 0 ' は、 補強 リ ン グを備 えていない光モ ジ ュ ー ルに も適用可能である。 図 1 9 は図 1 8 の フ ヱ ルー ル 1 0 ' を備えた光モジ ユ ー ルの一例を示す断面図であ る。 概略中央部に 揷入孔 6 Aが形成された ！； ング 6 は、 その端面が ハ ウ ジ ング 4 の側部の外表面に密着する よ う にハ ウ ジ ング 4 に固定される。 フ ヱ ルー ル 1 0 ' は、 リ ング 6 の揷入孔 6 Aに挿入された状態で リ ング 6 に固定される。 そ して、 ハウ ジ ング 4 及び リ ン グ 6 間の隙間並びに リ ング 6 及び第 1 パイ プ 5 0 間の隙間は レーザ溶接によ り封止される。 こ の実 施例では、 ノヽウ ジ ング 4 の開口 2 の径は、 第 2 パ イ ブ 5 2 の径よ り もわずかに大き ければ足り るの で、 均一直径のフ エ ルー ルがハ ウ ジ ン グ 4 の開口 2 を貫通している場合と比較して、 光モ ジ ュ ー ル の薄型化及び気密封止構造の実現が可能になる。 薄型化に関 しては、 例えば、 第 2 パイ プ 5 2 の直 径が 0 . 8 mmである と し、 第 2 ノ、。イ ブ 5 2 と開口 2 の間のク リ ア ラ ン ス が上下でそれぞれ 0 . 5 mm であ る と し、 リ ング 6 の肉厚が 1 mmであ る と し、 リ ン グ 6 とハ ウ ジ ン グ 4 の固定に必要な レーザ溶 接の しろが上下それぞれ 1 m mであ る と し、 図示 し ないパ ッ ケ ー ジの蓋の厚みが 0 . 7 m mであ る とす る と、 この光モ ジ ュ ー ルの厚みは最小で 6 . 5 m m と な る。 一方、 この光モ ジ ュ ー ルの最低次の振動 共振周波数について考察 してみる と、 本実施例で は、 光フ ァ イ バ 8 の 自 由端は、 それよ り も剛性が はるかに大き い第 2 パイ プ 5 2 によ り 支持さ れて い るので、 第 2 パイ プ 5 2 の突出部の長さ と光フ ァ ィ バ 8 の自 由端の長さ の和に相当する長さ の光 フ ア イ ノ が直接第 1 パイ プ 5 0 か ら突出 してい る 場合と比較 して、 本実施例によ る と、 最低次の振 動共振周波数を高め る こ とができ る。 ま た、 フ ユ ル ー ル 1 0 ' は金属製の第 1 パイ プ 5 0 と セ ラ ミ ッ ク 製の第 2 パイ プ 5 2 の複合構造を有 してい る ので、 断熱性に優れ、 第 1 パイ プ 5 0 と リ ング 6 の レーザ溶接に際 して、 レーザ溶接によ り 発生 し た熱によ り 光フ ァ イ バ 8 と第 2 パイ プ 5 2 の半田 付部分が再溶融する恐れがない。 さ ら に、 光フ ァ ィ バ 8 と第 2 パイ プ 5 2 の間の隙間を封止 してい る半田材の量はわずかであ るから、 光フ ァ イ バ 8 をハ ウ ジ ング 4 の開口 2 に直接半田付固定 して封 止を行 う 場合と比較 して、 半田材に ク リ ーブが生 じに く く 、 従っ て、 光フ ァ イ ノ、' 8 と光デ ノ イ ス 1 .2 の間の光結合効率が長期間にわた っ て安定する , 図 2 0 に示さ れる よ う に、 図 1 8 のフ ヱ ルー ル を用いて、 端面 8 Bが斜めに研磨された光フ ア イ バ 8 を'例えば図 1 Ί の裏面入射型の受光素子 1 2 0 に光結合する こ と もでき る。 この場合、 光フ ァ ィ バ 8 の回転方向の調整がさ ら に必要になるが、 第 1 パイ プ 5 0 に図示されたよ う な平坦な切り欠 き 5 4 を形成しておき、 この切り 欠き 5 4 と光フ ァ イ ノ 8 の端面 8 Bの法線方向との位置関係を予 め確定させてお く こ とによ って、 光フ ア イ パ' 8 の 回転方向の位置調整を不要にする こ とがで # る。 裏面入射型の受光素子 1 2 0 に代えて、 面発光型 の発光素子と光フ ァ イ ノ 8 の光結合を行う こ と あ でき る。 産業上の利用可能性
以上のよ う に、 本発明の光モ ジ ュ ールは、 信号 のィ ンタ フ ヱ ース に光フ ァ イ バを用いた光送信機 光受信機、 光交換機、 光変調器その他の光モ ジュ ールと して有用である。

Claims

1 . 外部か ら内部に貫通する開口 （2) が形成 さ れ該開口 （2) の周囲の外表面は平坦なハ ゥ ジ ン グ U) と、
その概略中央部には揷入孔 (16A) が形成さ れそ 求
の端面が上記外表面に密着する よ う に上記ハ ゥ ジ ング （4) に固定さ れた主の リ ング (16)と、
上記挿入孔 （16A) に挿入された状態で上記主 リ 範
ン グ （16)に固定されたフ ェ ル ー ル と
該フ ヱ ル ー ルの中心細孔に挿囲入さ れた状態で該 フ ヱ ル ー ル に固定された光フ ァ ィ バ (8) と 、
上記主 リ ング （16)と並んで上記フ ェ ル ルを覆 う よ う に上記主 リ ング (16)及び上記フ ェ ル ルに 固定され、 上記主 リ ング (16)との固定点は上 nL·土 リ ング （16)と上記フ エ jレ一 レの固定点よ り も外側 に位置する補強 リ ング (18)と
上記ハ ウ ジ ング （4) 内に設け られ上記光フ ア イ バ （8) に光結合さ れる光デバイ ス とを備えた光モ ジ ュ ー ル。
2 . 上記フ ユ ル ー ルの形状は円筒形であ り 、 上記主 リ ン グ （16)及び上記補強 リ ング （18)の内径 は上記フ ユ ルー ルの外径と ほぼ等 しい請求項 1 に 記載の光モ ジ ュ ー ル。
3 . 上記光デバイ ス は光 Z電気変換素子、 電 気 /光'変換素子及び光導波路チ ッ プか ら選択され る請求項 1 に記載の光モ ジ ュ ール。
4 . 上記光フ ァ イ バ （8 ) はその端部が上記ハ ゥ ジ ング ) の開口 （2) を介 して該ハ ウ ジ ング ) 内に突出する よ う に上記フ エ ルールに固定され、 上記光フ ァ イ バ （8) の端部は、 該端部における フ ア イ バ直径が該端部の先端に向かう に従って連 続的に減少し且つ該先端の近傍の部分が概略半球 状になるよ う に加工されてお り 、
上記光デバイ スは上記光フ ァ イ バ（8 ) の幾何学 的中心線上に位置する請求項 1 に記載の光モ ジ ュ 一ル。
5 . 上記光フ ァ イ バ（8 ) はその端部が上記ハ ゥ ジ ング（4) の開口 （2) を介 して該ハウ ジ ング（4) 内に突出する よ う に上記フ ェ ルールに固定され、 上記光フ ァ イ バ（8 ) の端面は該光フ ァ イ バ（8) の幾何学的中心線と垂直な面に対して傾斜してお 、
上記光デバイ ス は上記光フ ア イ バ （8)· の端面に よる反射光路上に位置する請求項 1 に記載の光モ .ジユ ール。
6 . 上記光デバ イ ス は、 受光部の電極面と反 対の側に レ ン ズがー体に設け られた裏面入射型の 受光素子 （120) であ り 、
該受光素子 （120) は上記ハ ウ ジ ン グ （4) 内に収 容さ れたプ リ ン ト 配線板 （44)上の導体パタ ー ン に フ リ ッ プチ ッ プボ ンディ ングさ れる請求項 5 に記 載の光モ ジ ュ ー ル。
7 . 上記光フ ァ イ バ （8) はその端部が上記フ ヱ ル ー ルの内部に位置する よ う に該フ ヱ ル ー ル に 固定さ れ、
該フ ユ ル ー ルの内部で上記光フ ァ イ バ （8) の端 部に対向する レ ン ズをさ ら に備えた請求項 1 に記 載の光モ ジ ュ ー ル。
8 . 光フ ァ イ バ （8) がその中心細孔に挿入及 び固定さ れた フ エ ルー ルを主 リ ング （16)の概略中 央部に形成さ れた挿入孔 （16A) に挿入 し、 且つ、 該主 リ ング (16)をハ ウ ジ ン グ （4) の外部か ら内部 に貫通する開口 （2) の周囲の外表面に密着させた 状態で、 上記フ ユ ルー ル と上記主 リ ング （16)の相 対的位置関係及び上記主 リ ング （16)と上記ハ ウ ジ ング （4) の相対的位置関係の調整を行 う 第 1 の ス テ ツ プと、
該第 1 のス テ ッ プの後に、 上記フ ヱ ル ー ル と上 記主 リ ング（16)の固定及び上記主 リ ング （16 )と上 記ハ ゥ ジ ング（4) の固定を行う 第 2 のス テ ッ プと 該第 2 のス テ ッ プの後に、 上記主 リ ング（16)と 並んで上言 5 フ エ Jレ ー Jレを覆う よう に補強 リ ング（1 8)を上記フ エ ル ー ル及び上記主 リ ング（16 )に固定 する第 3 のス テ ッ プとを含み、
該第 3 のス テ ッ プにおける上記補強 リ ング（18) と上記主 リ ング（16)の固定点は上記第 2 のステ ツ プにおける上記フ エ ルールと上記主 リ ング（16 )の 固 点よ り も外側に位置する光モ ジ ュ ールの製造 方法。
9 . 上記第 1 のステ ッ プにおける上記相对的 位置関係の調整は、 上記光フ ァ イ バ （8) と上記ハ ウ ジ ング（4) 内に設けられた光デバイ ス との光結 合効率を測定 し、 その測定値が最も高 く なるよ う になされる請求項 8 に記載の方法。
1 0 . 上記第 2 のス テ ッ プにおける上記フ ェ ル ールと上記主 リ ング（16)との固定及び上記主 リ ン グ（16)と上記ハゥ ジ ング （4) との固定並びに上記 第 3 のステ ッ プにおける上記補強 リ ング （18)と上 記フ ユ ルール及び上記主 リ ング （16)との固定は レ 一ザ溶接によ り なされる請求項 8 に記載の方法。
1 1 . 上記フ エ ル 一 ル と上記主 リ ング （16)の レ 一ザ溶接における レ ーザの照射位置は、 上記フ ル ー ル と上記主 リ ング (16).の接触面の上記ハ ゥ ジ ング （4) と反対の側の縁部上の複数の点であ り 、 上記主 リ ング （16)と上記ハ ウ ジ ング （4) の レ ー ザ溶接における レーザの照射位置は、 上着己主 リ ン グ (16)と上記ハウ ジ ング （4) の接触面の外周縁部 上の複数の点であ り 、
上記補強 リ ング （18)と上記主 リ ング （16)の レ一 ザ溶接における レーザの照射位置は、 上記補強 リ ング （18)と上記主 リ ング （16)の接触面の外周縁部 上の複数の点であ り 、
上記補強 リ ング （18)と上記フ ヱ ル ー ルの レーザ 溶接における レーザの照射位置は、 上記補強 リ ン グ (18)と上言己フ ェ ル ー ルの接触面の上記ハ ウ ジ ン グ （4) と反対の側の縁部上の複数の点であ る請求 項 1 0 に記載の方法。
1 2 . 上記各レーザ溶接における レーザの照射 位置はそれぞれ円周上に等間隔にあ る請求項 1 1 に記載の方法。
1 3 . 上記第 2 の ス テ ッ プにおける上記主 リ ン グ （16)と上記ハ ウ ジ ン グ （4) の レーザ溶接は、 上 記フ ェ ルー ルと上記主 リ ング （16)の レーザ溶接に おける レーザの照射位置に対応して複数の切り込 み （40)'が端部に形成された リ ン グ状押さえ治具 （3 6， 36 ' ) によ り 上記主 リ ング（16)を上記ハ ゥ ジ ン グ（4) に押さえ付けた状態でなされ、
上記フ エ ルー ル と上記主 リ ン グ （16 )の レーザ溶 接に際しては、 レーザビ ー ムが上記切り 込み （40 ) 内を通過する請求項 1 1 に記載の方法。
1 4 . 上記切り 込み （40 )の幅及び深さ並びに上 記切り込み（40 )の底部 （40 a) の傾斜角度は、 上記 フ エ ルー ル と上記主 リ ン グ （16)の レ ーザ溶接に際 して上記 リ ング状押さえ治具 （36， 36 ) が上記 レ 一ザビ ー ムを遮断 しないよ う に、 上記レーザビ ー ムの形状及び照射角度に応じて設定される請求項 1 3 に記載の方法。
1 5 . 上記 リ ン グ状押さえ治具 （36 ' ) の上記 主 リ ン グ （16)と反対の側には上記フ ルー ルを一 時的に上記 リ ング状押さえ治具 （36 ' ) に固定す る手段が設けられてお り 、
上記フ ユ ルー ル と上記主 リ ン グ （16)の レーザ溶 接に際しては該手段によ り上記フ エ ルー ルの長手 方向の移動が制限される請求項 1 3 に記載の方法
6 . 上記第 2 のステ ッ プにおいて用い られた 上記 リ ン グ状押さ え治具 （36， 36' ) は上記第 3 の ス テ ッ プにおいてそのま ま上記補強 リ ング （18)と して用い られる請求項 1 3 に記載の方法。
1 7 . 上記フ ヱ ル ー ルは、 上記光フ ァ イ ノ (8) の被覆 （48)の外径よ り わずかに大径の第 2 パイ プ 揷入孔 （50A) が形成さ れた金属製の第 1 パイ プ （5 0)と、 上記光フ ァ イ バ （8) の外径よ り もわずかに 大径の上記中心細孔 （52A) が形成さ れ、 上記第 1 パィ プ （50)の端面か ら突出する よ う に上記第 2 パ イ ブ挿入孔 （50A) に挿入されたセ ラ ミ ッ ク 製の第 2 パィ プ （52)とを含み、
上記第 2 パイ プ （52)を上記第 2 パイ プ挿入孔 （5 OA) に挿入 して上記第 1 及び第 2 パイ プ （50, 52) 間の隙間を比較的高融点のろ う 材によ り 封止する ス テ ッ プ と 、
上記光フ ァ ィ バ （8) 及び上記被覆 （48)をそれぞ れ上記中心細孔 （52A) 及び上記第 2 パイ プ揷入孔 (50A) にそれぞれ挿入 して上記光フ ァ イ バ （8) 及 び上記第 2 パイ プ （52)間の隙間を比較的低融点の 半田材によ り 封止する ス テ ッ プ と 、
上記第 1 パイ プ （50)及び上記主 リ ング （16)間の 隙間並びに上記主 リ ン グ （16)及び上記ハ ウ ジ ング (4) 間の隙間をそれぞれレーザ溶接によ り 封止す る ス テ ッ プと をさ ら に含む請求項 8 に記載の方法 ,
1 8 . 上記ろ う材の主成分は銀であ り 、 上記半 田材は'金及び錫の共晶合金であ る請求項 1 7 に記 - 載の方法。
1 9 . 外部から内部に貫通する開口 （2) が形成 され該開口 （2) の周囲の外表面は平坦なハウ ジ ン グ（4) と、
その概略中央部には揷入孔 （6A)が形成されその 端面が上記外表面に密着する よ う に上記ハ ウ ジ ン グ（4) に固定された リ ング （6) と、
上記揷入孔 （6 A)に挿入された状態で上記 リ ング (6 ) に固定されたフ エ ルー ル （10 ' ) と、
該フ エ ルー ル （10 ' ) の中心細孔に挿入された 状態で該フ ユ ルー ル （1 (Γ ) に固定された光フ ァ ィ (8 ) と、
上記ハ ウ ジ ング（4) 内に設けられ上記光フ ア イ バ（8 ) に光結合される光デバイ ス とを備え、
上記フ エ ルール （10 ' ) は、 上記光フ ァ イ バ（8) の被覆（48)の外径よ り わずかに大径の第 2 パイ プ 揷入孔 （50Α) が形成された金属製の第 1 パイ プ（5 0)と、 上記光フ ァ イ バ（8 ) の外径よ り もわずかに 大径の上記中心細孔が形成され、 上記第 1 パイ プ (50)の端面から突出する よ う に上記第 2 パイ プ揷 入孔 （50ΑΓに揷入されたセ ラ ミ ッ ク製の第 2 パ イ プ（52)とを含む光モ ジ ュ ー ル。
2 0 . 上記第 1 及び第 2 パイ プ （50, 52) 間の隙 間は比較的高融点のろ ぅ 材によ り 封止さ れ、
上記光フ ァ イ バ （8) 及び上記第 2 パイ プ （52)間 の隙間は比較的低融点の半田材によ り 封止さ れ、 上記第 1 パイ プ （50)及び上記 リ ング （6) 間の隙 間並びに上記 リ ン グ （6) 及び上記ハ ウ ジ ン グ （4) 間の隙間はそれぞれレーザ溶接によ り 封止さ れる 請求項 1 9 に記載の光モ ジ ュ ー ル。
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