JP5104311B2 - 光送信モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムにおいて用いられる光送信モジュールおよびその製造方法に関し、特に半導体レーザと半導体光増幅器などの複数の光デバイスを同一パッケージ内に収容してなる光送信モジュールとその製造方法に関するものである。

近年の光通信需要の拡大に伴い、光通信システムを小型化しつつより安価に提供することが強く求められるようになってきている。光通信システムを信頼性高く安価に構成するためには、中継なしで長距離を伝送できるようにすることが肝要である。そのための手段として、光ファイバ増幅器と光半導体増幅器とが知られている。前者は、Ｅｒドープト光ファイバを励起用ＬＤモジュールにより、励起するものである。しかし、長大なＥｒドープト光ファイバと大規模な励起用ＬＤモジュールが必要となるため、高価であり、また設備の大型化を招く欠点がある。これに対し、後者、すなわち光半導体増幅器は、半導体レーザ素子と同様の構成を有するものであり、小型化に有利であるばかりでなく、前者を用いる場合と比較して、安価にシステムを構成することが可能である。

図２１は、光半導体増幅器を用いた従来の光送信モジュールの構成図である。なお、本願明細書においては、光軸の方向をＺ方向、ベースとなるキャリアの主面に垂直の方向をＹ方向、Ｙ方向およびＺ方向と直交する方向をＸ方向と呼ぶことにする。

図２１に示されるように、光送信モジュール２９０は、光変調器を内蔵したレーザモジュール２８０と、光増幅モジュール２６０とから構成される。

レーザモジュール２８０は、レーザ素子２８１、レンズ２８２、コ字型のレンズホルダー（不図示、図２２参照）、光アイソレータ２８３、素子キャリア２８４、ペルチェ素子２８５、レンズ２８６、フェルール２８７、光ファイバ２８８、パッケージ２８９等から構成されている。

レーザ素子２８１は、光変調器を内蔵しており、変調光信号（信号光）を出力する。レンズ２８２は、ガラス製の透光部が合金製の枠部に嵌め込まれた構造であり、レーザ素子２８１から出力された信号光を光アイソレータ２８３側へ集光する。光アイソレータ２８３は、レーザ素子２８１への戻り光を阻止する。素子キャリア２８４上には、レーザ素子２８１、レンズ２８２および光アイソレータ２８３が、それらの光軸を一致させた状態で固定されている。ペルチェ素子２８５は、光ファイバ２８８から変調光信号を安定して出力するために、レーザ素子２８１の温度を一定に保つ。レンズ２８６は、光アイソレータ２８３を通過した信号光を光ファイバ２８８へ集光する。フェルール２８７は、光ファイバ２８８をレンズ２８６を介してパッケージ２８９に固定する。光ファイバ２８８は、レーザ素子２８１から出力された信号光をパッケージ２８９の外へ導く。

光増幅モジュール２６０は、光ファイバ２６１、フェルール２６２、レンズ２６３、レンズ２６４、半導体光増幅素子２６５、レンズ２６６、レンズ２６７、フェルール２６８、光ファイバ２６９、キャリア２７０、ペルチェ素子２７１、パッケージ２７２等から構成されている。換言すると、光増幅モジュール２６０は、入射した光を増幅して出力する半導体光増幅素子２６５、入出力の光ファイバ２６１、２６９と、半導体光増幅素子２６５と入出力の光ファイバ２６１、２６９とを高効率で結合させるレンズ２６３、２６４、２６６、２６７等から構成されている。

光ファイバ２６１は、先端に光ファイバ２８８とのスプライス部（融着部）２７３が形成されており、レーザモジュール２８０から出力された信号光を光増幅モジュール２６０へ導く。フェルール２６２は、光ファイバ２６１を、レンズ２６３を介してパッケージ２７２に固定する。レンズ２６４は、レンズ２６３を通過した信号光を半導体光増幅素子２６５へ集光する。半導体光増幅素子２６５は、半導体レーザと同じ原理で動作するものであり、電流注入による半導体活性領域の利得機能を利用して、外部からの注入光に対して光増幅作用を起こす。レンズ２６６は、半導体光増幅素子２６５で増幅された信号光をレンズ２６７に集光する。レンズ２６４と半導体光増幅素子２６５との光軸、および、半導体光増幅素子２６５とレンズ２６６との光軸を合わせるためにレンズ２６４とレンズ２６６は、コ字型のレンズホルダー（不図示、図２２参照）を介してキャリア２７０上に固定されている。フェルール２６８は、光ファイバ２６９をパッケージ２７２にレンズ２６７を介して固定している。光ファイバ２６９は、半導体光増幅素子２６５で増幅された信号光をパッケージ２７２の外へ導く。

中継なしで長距離伝送を実現するには、レーザ素子２８１から出力される信号光だけでは不十分である。そのため、光送信モジュール２９０では、レーザ素子２８１からの信号光を、半導体光増幅素子２６５で電流を注入することにより増幅し、高出力光にして光ファイバ２６９から出力している。レーザモジュール２８０と光増幅モジュール２６０とは別々に作製し、レーザモジュール２８０の光ファイバ２８８と光増幅モジュール２６０の入力側の光ファイバ２６１とを融着接続により一体化して使用する。

図２１に示される光送信モジュールにおいて、レンズ２６４、２６６、２８２等は、半導体光増幅素子２６５やレーザ素子２８１と光軸を合わせ、また所定の位置に焦点を結ぶようにするために、コ字型のレンズホルダーを用いて、レーザ溶接によりキャリアに固定（ＹＡＧレーザ溶接固定）している。図２２は、レンズホルダーを用いてレンズ２８２の固定する方法を説明するための分解斜視図である。レンズ２６４、２６６も同様の方法により溶接・固定されるので、ここではレンズ２８２の固定方法についてのみ説明することにする。

レンズホルダー２９１は、板状の台座部２９１ａから垂直に一対の保持片２９１ｂ、２９１ｃを設けたものであり、保持片２９１ｂ、２９１ｃの間隔は、レンズ２８２の幅とほぼ等しく設計されている。したがって、保持片２９１ｂと２９１ｃとの間にレンズ２８２を保持させておくことができる。レンズ２８２の位置調整と固定は次のように行う。レーザ素子２８１がダイボンディングされたキャリア２８４上に、レンズ２８２を嵌め込んだレンズホルダー２９１を配置する。そして、レーザ素子２８１を発光させながらレンズおよびレンズホルダーを３軸方向に移動させてレンズ２８２を最適位置に調整する。

調整後、レンズホルダー２９１とキャリア２８４とを複数点（例えば４点）にてレーザ溶接することで、レンズホルダー２９１を固定する。これにより、レンズ２８２のＸ方向の位置が確定される。続いて、レンズ２８２をレンズホルダー２９１に対し上下方向（Ｙ方向）および前後方向（Ｚ方向）に移動させてレンズ２８２のＹ方向およびＺ方向の最適調整を再度行い、レンズ２８２とレンズホルダー２９１とを複数点（例えば４点）にてレーザ溶接する。このように、レンズホルダー２９１とレンズ２８２とを組み合わせることで、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸についてレーザ素子２８１の出射位置にレンズ２８２を最適に調整および固定することができる。

しかし、この従来の光送信モジュール（以下、別体型光送信モジュール）では、レーザモジュールと光増幅モジュールとが別々のパッケージから構成されていることにより、それぞれのパッケージ、入出力用光ファイバおよび光ファイバのスプライス部を収納する面積および体積が必要となる。そのため、小型化には限界があるので、サイズが大きくなるという欠点があった。

そこで、レーザ素子と半導体光増幅素子とを同一パッケージ内に収容することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。これらの特許文献にて提案された光送信モジュール（以下、集積型光送信モジュール）では、レーザ素子と半導体光増幅素子とをキャリア上にダイボンディングするとともに、複数のレンズをそれぞれ“コ”の字型のレンズホルダーを用いてキャリアに固定する。あるいは、レーザ素子をキャリア上にダイボンディングし、半導体光増幅素子がダイボンドされた小キャリアを“コ”の字型のホルダーを用いてキャリアに固定するとともに、複数のレンズをそれぞれ“コ”の字型のレンズホルダーを用いてキャリアに固定する。
特開２００５−１７８３９号公報 特開２００５−１９８２０号公報

上述したように、従来の光送信モジュールでは、別体型又は集積型のいずれであっても、各素子間の光軸合わせは“コ”の字型のホルダー（レンズホルダーや光増幅素子ホルダー）を用いて、レンズや半導体光増幅素子の位置を調整することによって行っていた。

ところが、ホルダーには、溶接時にレーザビームの照射と冷却の過程において、金属の溶融と凝固が行われるとともに熱膨張と熱収縮が起こり、熱応力が発生する。これに伴い、ホルダーに位置ずれ、角度ずれが発生する。ホルダーと、レンズや半導体光増幅素子がダイボンディングされた小キャリアとを溶接する場合にも、同様の問題が起こり、レンズや半導体光増幅素子が位置ずれ、角度ずれを起こした状態で固定され、調芯状態からずれてしまう。

図２１に示した別体型の従来例の場合には、例えば光増幅モジュールのレンズ２６４や２６６がその調芯状態から位置や角度がずれて固定されても、レンズ２６３やレンズ２６７の取着位置を調整することにより、そのずれの影響を消滅ないし減殺することができる。また、この従来例では、多少の調芯ずれがあっても余裕が大きく、重大な欠陥とはならない。

しかし、集積型の光送信モジュールの場合には、レーザ素子の出射光を半導体光増幅素子の活性層に入射させる必要があり、レーザ素子と半導体光増幅素子との調芯に高い精度が要求される上に、別体型の光送信モジュールの場合のように、後付けされるレンズによって、ずれの影響を補償ないし減殺することができない。換言すると、別体型の光送信モジュールでは、レンズが多少の位置ずれ、角度ずれの起こった状態で固定されても、光結合度が大きく劣化することがなく、良品として救済することが可能である。しかし、集積型の光送信モジュールの場合には、僅かな位置ずれ、角度ずれにより光結合度が大きく低下し、不良品となる可能性が高い。そのため、集積型の光送信モジュールの組み立てには、極めて高い精度が要求され、作業性がよくない上に、高い歩留まりを期待することができなかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、作業性よく高い精度で集積型の光送信モジュールを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る光送信モジュールは、出力側に配置される第１の光デバイスと、第１の光デバイスと互いに光軸が合わされて配置される第２の光デバイスと、第１および第２の光デバイスの内いずれか一方が固定されるキャリアと、光軸に平行な第１面と光軸に垂直な第２面とを有する素子支持部材と、前記第１および第２の光デバイス、前記キャリア並びに前記素子支持部材を収容するパッケージと、前記第１の光デバイスが出射する光を前記パッケージ外へ導出する光導出手段と、を備えた光送信モジュールであって、前記素子支持部材は前記第１面において前記キャリア上に固定され、前記第１および第２の光デバイスの内いずれか他方が前記素子支持部材の前記第２面に固定されていることを特徴とするものである。

本発明に係る光送信モジュールの製造方法は、出力側に配置される第１の光デバイスと、第１の光デバイスと互いに光軸が合わされて配置される第２の光デバイスと、第１および第２の光デバイスの内いずれか一方が固定されるキャリアと、光軸に平行な第１面と光軸に垂直な第２面とを有する素子支持部材と、前記第１および第２の光デバイス、前記キャリア並びに前記素子支持部材を収容するパッケージと、前記第１の光デバイスが出射する光を前記パッケージ外へ導出する光導出手段と、を備え、前記素子支持部材は前記第１面において前記キャリア上に固定され、前記第１および第２の光デバイスの内いずれか他方が前記素子支持部材の前記第２面に固定されている光送信モジュールの製造方法であって、
（１）第１および第２の光デバイスの内いずれか一方を前記キャリア上に固定する工程と、
（２）第１および第２の光デバイスの内いずれか他方を前記素子支持部材の前記第２面に密着させつつ前記素子支持部材の位置を調整し、前記素子支持部材を前記キャリア上に固定する工程と、
（３）第１および第２の光デバイスの内いずれか他方を前記素子支持部材の前記第２面に押圧しつつ第１の光デバイスと第２の光デバイスとの光軸を合わせ、第１および第２の光デバイスの内いずれか他方を前記素子支持部材の前記第２面に固定する工程と、
を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、第１、第２の光デバイスのいずれか一方はキャリア上に固定され、その他方は素子支持部材にその第２面（光軸に垂直な面）に密着した状態で固定される。この構成によれば、他方の光デバイスは、Ｘ−Ｙ平面面内において、一方の光デバイスに対する光軸合わせを行った後にその面に固定することができる。そのため、他方の光デバイスの溶接時の金属の熱膨張と熱収縮によるＸ方向およびＹ方向の位置ずれを最小限に抑えることができると共に、他方の光デバイスの角度ずれを低く抑えることができる。また、組み立て工程の作業性が向上する。よって、本発明によれば、小型かつ高品質で安定した特性の光送信モジュールを高歩留まりで製造することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る光送信モジュールを示す断面図である。図２は、実施形態１における光送信ユニットを示す斜視図である。

図１、図２に示すように、光送信モジュール１は、パッケージ１１１と、パッケージ１１１内に設置された、光送信ユニット２の温度制御を行うペルチェ素子１１２と、ペルチェ素子１１２上に設置された光送信ユニット２と、パッケージ１１１の開口部に取り付けられたファイバサポート１１３と、ファイバサポート１１３により支持されたフェルール１１４と、フェルール１１４により保持された光ファイバ１１５と、により構成されている。

光送信ユニット２は、ベースとなるキャリア１１６と、キャリア１１６上に第１サブキャリア１１７を介して取り付けられた第１光デバイス１１８と、キャリア上に第１、第２レンズホルダー１１９、１２１を介して固定された第１、第２レンズ１２０、１２２と、キャリア上に固定された素子支持部材１２３および光アイソレータ１２４と、素子支持部材 １２３に支持された第３レンズホルダー１２５と、第３レンズホルダー１２５にそれぞれ固定された、第３レンズ１２６および小キャリア１２７と、小キャリア１２７上に第２サブキャリア１２８を介して取り付けられた第２光デバイス１２９と、により構成されている。

図１、図２に示された光送信モジュール１において、第２光デバイス１２９から出射された信号光は、第３レンズ１２６を介して光アイソレータ１２４側に集光され、光アイソレータ１２４を通過した信号光は第２レンズ１２２を介して第１光デバイス１１８上に集光される。信号光は、第１光デバイス１１８で増幅されて出射され、第１レンズ１２０を介して光ファイバ１１５に入射される。光アイソレータ１２４は、信号光が第２光デバイス１２９へ戻るのを防ぐ。ペルチェ素子１１２は、第２光デバイス１２９および第１光デバイス１１８を一定温度に保つ。

素子支持部材１２３は、横断面が“□”形状の角筒で、光軸方向に対向する２面に光を透過させるための開口１２３ａが設けられている。素子支持部材１２３は、その底面がキャリア１１６に密着した状態で溶接部４７ａ、４８ａでの溶接によりキャリア１１６に固定されている。また、第３レンズホルダー１２５は図２に示すように、第３レンズを保持する“コ”の字状のレンズ保持部１２５ａと、垂直に立ち上がった、光透過穴（図１の１２５ａ）が開設された板状の直立部１２５ｂとを有している。第３レンズホルダー１２５は、その直立部１２５ｂの素子支持部材１２３側の面が素子支持部材１２３の側面に密着した状態で溶接部４５ａ、４６ａでの溶接により素子支持部材１２３に固定されている。

第２光デバイス１２９は、第２サブキャリア１２８にＡｕSｎはんだなどを用いてダイボンディングされており、第２サブキャリア１２８は、小キャリア１２７にＡｕSｎはんだなどによりはんだ付けされている。第３レンズ１２６は、溶接部４１ａ、４２ａでの溶接により第３レンズホルダー１２５に固定され、第３レンズホルダー１２５は、溶接部４３ａ、４４ａでの溶接により小キャリア１２７に固定されている。したがって、第３レンズホルダー１２５、第３レンズ１２６、小キャリア１２７、第２サブキャリア１２８および第２光デバイス１２９によって構成される第２光デバイスユニット３は、全体として素子支持部材１２３に固定されていることになる。

光アイソレータ１２４は、溶接部４９ａ、５０ａでの溶接によりキャリア１１６に固定され、第２レンズ１２２は、溶接部５１ａ、５２ａでの溶接により第２レンズホルダー１２１に固定され、第２レンズホルダー１２１は、溶接部５３ａ、５４ａでの溶接によりキャリア１１６に固定されている。第１光デバイス１１８は、第１サブキャリア１１７にＡｕSｎはんだなどを用いてダイボンディングされており、第１サブキャリア１１７は、キャリア１１６にＡｕSｎはんだなどによりはんだ付けされている。第１レンズ１２０は、溶接部５５ａ、５６ａでの溶接により第１レンズホルダー１１９に固定され、第１レンズホルダー１１９は、溶接部５７ａ、５８ａでの溶接によりキャリア１１６に固定されている。

溶接部４１ａ〜５８ａでは、例えばYAGレーザを用いてレーザ溶接が行われる。図１、図２において、隠れて見えない反対側にも溶接部４１ａ〜５８ａと対称的に溶接部４１ｂ〜５８ｂ（不図示）が設けられている。これらの溶接時のレーザビームの照射条件は、十分な溶接強度が得られ、溶接したときの位置ずれが最小となるレーザ出力、レーザ照射時間、レーザ出力分布を予め実験的に調査し、最適化しておくことが望ましい。このことを敷衍するに、溶接時の金属の凝固・冷却段階に発生する熱収縮力を最小に抑える、つまり、溶接による位置ずれを最小に抑えることを考えると、レーザ出力は、溶接できる範囲で最小出力が最も望ましく、レーザ照射時間は、溶接できる範囲で最小時間が最も望ましい。レーザ出力を減少させ、かつ、レーザ照射時間を短縮して溶接を可能ならしめるには、溶接部の肉厚を薄くすることが有効である。さらに、レーザ出力分布は、熱収縮力の急激な変化に起因して、溶接部にクラック等の亀裂が発生したり、残留応力が発生したりするのを抑制するために、徐々に下がるようにすることが望ましい。溶接部のクラック等の亀裂は、溶接強度に大きく影響し、残留応力は、信頼性に大きく影響する。これらのレーザの照射条件は、溶接部の形状、条件によるところが大きいので各々の溶接部の形状でレーザ照射条件を実験的に調査し、位置ずれと溶接強度から最適化するのが望ましい。

［実施形態２］
図３は、本発明の実施形態２に係る光送信ユニットの斜視図である。この光送信ユニット２は、図１に示した実施形態１の場合と同様に、ペルチェ素子やフェルール等が付設されたパッケージ内に実装されるものである。

図３において、図２示される構成と同様の構成には同一の参照記号を付し、重複する説明は適宜省略する。本実施形態においては、第３レンズホルダー１２５は、単純な“コ”の字状の形状のものとなっている。小キャリア１２７は、光軸に平行な縦断面の形状が“Ｌ”字状に形成されている。小キャリア１２７は、素子指示部材１２３に密着され、溶接部５９ａ、６０ａで素子支持部材１２３に溶接されている。すなわち、本実施形態においては、小キャリア１２７は、キャリア１１６に平行な素子搭載部１２７ａと素子搭載部１２７ａから垂直に立ち上がり、光透過孔が開設された直立部１２７ｂとを有している。小キャリア１２７は、その直立部１２７ｂの光アイソレータ１２４側の面が素子支持部材１２３の側面と密着して、素子支持部材１２３に固定されている。小キャリア１２７の素子搭載部１２７ａには、第２光デバイス１２９がダイボンディングされた第２サブキャリア１２８がはんだ付けされており、また第３レンズ１２６が溶接・固定されている第３レンズホルダー１２５が溶接・固定されている。これら第３レンズホルダー１２５、第３レンズ１２６、小キャリア１２７、第２サブキャリア１２８および第２光デバイス１２９により、素子支持部材１２３に搭載される第２光デバイスユニット３が構成されている。

図３に示した実施形態２に係る光送信ユニットは、実施形態１の光送信ユニットと比較して、Ｚ方向の寸法が若干（数ｍｍ以下）大きくなる。その理由を図４に基づいて説明する。

図２及び図３に示される光送信ユニット２を組み立てるのに先立って、第２光デバイスユニット３が組み立てられる。その際、第２光デバイス１２９に対して第３レンズ１２６の位置合わせ（焦点位置合わせ）が行われる。その位置合わせは、実施形態１の場合に図４（ａ）に示されるように、第３レンズ１２６を第３レンズホルダー１２５の垂直部に密着させた状態で行われる。

実施形態２の場合には、第３レンズ１２６と小キャリア１２７との間に位置合わせのための調整代を確保しておく必要があるため、図４（ｂ）に示されるように、第３レンズ１２６と小キャリア１２７との間にａで示される隙間があくことになる。したがって、隙間ａの存在により、実施形態２に係る光送信ユニットは、実施形態１の光送信ユニットと比較して、Ｚ方向の寸法が若干（数ｍｍ以下）大きくなる。

［実施形態３］
図５は、本発明の実施形態３に係る光送信ユニットの斜視図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５のＡ−Ａ線とＢ−Ｂ線での断面図である。

実施形態３の光送信ユニット２は、実施形態１の場合と同様に、ペルチェ素子やフェルール等が付設されたパッケージ内に実装されるものである。図５において、図２に示される構成と同等の構成には同一の参照記号を付し、重複する説明は適宜省略する。

本実施形態においては、素子支持部材１２３は、小キャリア１２７を収容する、光軸に垂直な断面形状が“コ”の字状の小キャリア保持部１２３ａと、光軸に垂直な面を有する突き当て部１２３ｂとを備えている。素子支持部材１２３は、その底面がキャリア１１６の上面と密着しており、溶接部４７ａ、４８ａにおいてキャリア１１６に溶接されている。小キャリア１２７は、素子支持部材１２３の小キャリア保持部１２３ａに収容され、小キャリア１２７は、その側面が素子支持部材１２３の突き当て部１２３ｂの面に密着して素子支持部材１２３に固定されている。素子支持部材１２３と小キャリア１２７とは、溶接部６１ａ、６２ａおいて溶接されている。また、素子支持部材１２３の突き当て部１２３ｂには、溶接用開口６３ａ〜６７ａが開設されており、その開口６３ａ〜６７ａの底部において小キャリア１２７との溶接が行われている。

図６（ｂ）に示す例では、溶接用開口６５ａは座繰り穴であったが、この開口６５ａは図６（ｃ）に示すような段付き穴であってもよい。本実施形態では、素子支持部材１２３の突き当て部１２３ｂが、第２光デバイス１２９の光出射方向と反対側に設けられていたが、これを逆にして突き当て部１２３ｂを第２光デバイス１２９の光出射方向側（すなわち、光アイソレータ１２４側）となるようにしてもよい。実施形態２では、第３レンズ１２６の出射光が収束する位置と小キャリア１２７と素子支持部材１２３を溶接する位置が比較的離れているので、溶接時における角度ずれによる精度が厳しくなる。素子支持部材１２３を１８０度回転させて、突き当て部１２３ｂが光アイソレータ１２４側となるようにすることにより、精度条件を緩和することができる。また、後述する図８（ｂ）に示す変更例によれば、同様に精度条件を緩和することができる。

本発明において用いられる素子支持部材１２３において肝要な点は、キャリアに密着固定される面（第１面）と小キャリアやレンズホルダーが密着固定される、光軸に垂直な面（第２面）とを有していることであって、その形状は特に限定されない。

図７（ａ）、（ｂ）は、実施形態１において用いられた素子支持部材１２３の変更例を示す斜視図である。図７（ａ）に示す例では、素子支持部材１２３は板状形状のものとなっている。また、図７（ｂ）に示す例では、素子支持部材１２３はその横断面が“コ”の字状のものとなっている。図７（ａ）、（ｂ）に示される素子支持部材１２３は実施形態２の光送信モジュールに対して用いることもできる。

図８（ａ）、（ｂ）は、実施形態３の変更例を示す斜視図である。図８（ａ）は、光アイソレータ側から第２光デバイスユニット３を見た斜視図である。図８（ａ）では、素子支持部材１２３は、小キャリア保持部１２３ａの端部に直立部１２３ｃを有しており、また小キャリア１２７は素子搭載部１２７ａの端部に直立部１２７ｂを有している。そして、小キャリア１２７の直立部１２７ｂは素子支持部材１２３の直立部１２３ｃに密着しており、溶接部６１ｂ、６２ｂに加えて、溶接部６８ｂ、６９ｂにおいて溶接が行われて、小キャリア１２７は素子支持部材１２３に固定されている。図８（ｂ）に示す例では、素子支持部材１２３と小キャリア１２７との直立部１２３ｃ、１２７ｂが、光アイソレータ１２４側に設けられている。また、実施形態３および図８において、“コ”の字状となっていた小キャリア保持部１２３ａの形状を単純な板状のものとして、光軸に垂直な断面形状がすべて四角形となるようにしてもよい。

上述した実施形態１〜３では、第２光デバイス側を素子支持部材に固定するようにしていたが、これを逆にして第１光デバイス側を素子支持部材に固定するようにしてもよい。その場合には、第１光デバイスは、第１サブキャリアを介して小キャリア上に搭載し、第２光デバイスは、第２サブキャリアを介してキャリア上に搭載することになる。そして、実施形態１の場合のように、第２レンズホルダーを素子支持部材に溶接・固定するか、或いは、実施形態２，３の場合のように、小キャリアを素子支持部材に溶接・固定することになる。

本発明の光送信モジュールにおいて、レンズやレンズホルダー或いは素子支持部材の固定にＹＡＧレーザ溶接などの溶接手段を使用する場合は、キャリア１６、レンズホルダー、レンズの枠部や素子支持部材２３は、鉄−ニッケル−コバール合金などのレーザ溶接に適した低熱膨張係数の金属材料を用いることが望ましく、それらの部品を表面処理するときは、表面処理は少なくとも溶接する箇所のみ、金メッキを使用しないようにするか、金メッキがどうしても必要な場合にはメッキ厚を極力薄くすることが望ましい。その理由は、金メッキにより溶接した箇所にクラック、亀裂が発生し、溶接品質が劣化し、その結果、信頼性が低くなるという問題があるからである。具体的には、半導体素子をサブキャリアにＡｕＳｎ等のはんだを用いてダイボンディングし、キャリア１６にサブキャリアをＡｕＳｎ等のはんだを用いてダイボンディングすることを考慮すると、信頼性の高いはんだ付けを行うにはキャリア１６の表面に金メッキを施すことが好ましいが、一方で、素子支持部材２３には一般的に無光沢ニッケルメッキを施しているため、溶接する部品の一つの部品に金メッキを施すと金メッキは熱膨張係数が非常に大きいので、金メッキ以外の溶接される部品との熱膨張係数の差により、溶接時に発生する熱収縮応力が大きくなる。そのため、金めっきをする場合には、そのメッキ厚を極力薄くする。

本発明の光送信モジュールの製造工程において、素子支持部材をキャリアに固定する手段として、或いは、小キャリアやレンズホルダーを素子支持部材に固定する手段としてＹＡＧレーザ溶接が有利に用いられる。しかし、ＹＡＧレーザ以外の手段を用いて溶接を行ってもよい。さらに、溶接に代え、ろう付けやはんだ付け或いは接着により固定することもできる。接着剤によって固定する場合は、キャリア、レンズホルダー、レンズの枠体、素子支持部材２３、サブキャリアや小キャリアの材質は特に問わないが、、長期的な信頼性を考慮すると、やはり、熱膨張係数の低い金属材料を使用するのが望ましい。そして、接着剤は被接着部品の熱膨張係数にできる限り近い接着剤を使用するのが望ましい。

上述した実施形態１〜３では、その具体例として、第１光デバイスとしては光増幅素子が、第２光デバイスとしてはレーザ素子が想定されるが、本発明はこのような例に限定されない。例えば、第２光デバイスとして受動的な光回路素子を用いてもよい。この場合、光増幅素子である第１光デバイスを出射した光を第２光デバイスにおいて受光し、第２光デバイスで信号処理を行った後、第１光デバイスに送り返す。第１光デバイスは、第２光デバイスから送り返された光を増幅した後、光ファイバを介して信号光を外部へ出力することになる。また、上述した実施形態１〜３では、第１、第２の二つの光デバイスをパッケージ内に実装していたが、実装される光デバイスは二つに限定されず、３個以上の光デバイスを実装するものであってもよい。例えば、半導体レーザ素子から出射された信号光を多段に設置された半導体光増幅素子により増幅するもの、半導体レーザ素子と半導体光増幅素子との間、或いは、光増幅素子の後段に、受動的な光処理回路を構成する光回路素子を設置したものであってもよい。第１、第２光デバイスに加えて、第３光デバイスを設置する場合、第３光デバイスは、小キャリアを介して或いは第３光デバイスに隣接して設置されるレンズホルダーを介して素子支持部材に固定されることになる。
［実施例１］

図９は、本発明の実施例１を示す断面図である。図１０は、実施例１に係る光送信ユニットを示す斜視図である。図９、図１０に示されるように、光送信モジュール１は、パッケージ１１と、パッケージ１１内に設置された、光送信ユニット２の温度制御を行うペルチェ素子１２と、ペルチェ素子１２上に設置された光送信ユニット２と、パッケージ１１の開口部に取り付けられたファイバサポート１３と、ファイバサポート１３により支持されたフェルール１４と、フェルール１４により保持された光ファイバ１５と、により構成されている。

光送信ユニット２は、ベースとなるキャリア１６と、キャリア１６上に第１サブキャリア１７を介して取り付けられた半導体光増幅素子１８と、キャリア１６上に第１、第２レンズホルダー１９、２１を介して固定された第１、第２レンズ２０、２２と、キャリア１６上に固定された素子支持部材２３および光アイソレータ２４と、素子支持部材２３に支持された第３レンズホルダー２５と、第３レンズホルダー２５にそれぞれ固定された第３レンズ２６および小キャリア２７と、小キャリア２７上に第２サブキャリア２８を介して取り付けられた半導体レーザ素子２９と、により構成されている。

図１、図２に示された光送信モジュール１において、半導体レーザ素子２９から出射された信号光は、第３レンズ２６を介して光アイソレータ２４側に集光され、光アイソレータ２４を通過した信号 光は、第２レンズ２２を介して半導体光増幅素子１８上に集光される。信号光は、半導体光増幅素子１８で増幅されて出射され、第１レンズ２０を介して光ファイバ１５に入射される。光アイソレータ２４は、信号光が半導体レーザ素子２９へ戻るのを防ぐ。ペルチェ素子１２は、半導体 レーザ素子２９および半導体光増幅素子１８を一定温度に保つ。

素子支持部材２３は、横断面が“□”形状の角筒で、光軸方向に対向する２面に光を透過させるための開口２３ａが設けられている。素子支持部材２３は、その底面がキャリア１６に密着した状態で溶接部４７ａ、４８ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。第３レンズホルダー２５は、第３レンズ２６を保持する“コ”の字状のレンズ保持部２５ａと、垂直に立ち上がった、光透過穴が開設された板状の直立部２５ｂとを有している。第３レンズホルダー２５は、その直立部２５ｂの素子支持部材２３側の面が素子支持部材２３の側面に密着した状態で溶接部４５ａ、４６ａでの溶接により素子支持部材２３に固定されている。

半導体レーザ素子２９は、第２サブキャリア２８にＡｕSｎはんだなどを用いてダイボンディングされており、第２サブキャリア２８は小キャリア２７にＡｕSｎはんだなどによりはんだ付けされている。第３レンズ２６は溶接部４１ａ、４２ａでの溶接により第３レンズホルダー２５に固定され、第３レンズホルダー２５は溶接部４３ａ、４４ａでの溶接により小キャリア２７に固定されている。したがって、第３レンズホルダー２５、第３レンズ２６、小キャリア２７、第２サブキャリア２８および半導体レーザ素子２９によって構成される第２光デバイスユニット３は、全体として素子支持部材２３に固定されていることになる。光アイソレータ２４は、溶接部４９ａ、５０ａでの溶接によりキャリア１６に固定され、第２レンズ２２は、溶接部５１ａ、５２ａでの溶接により第２レンズホルダー２１に固定され、第２レンズホルダー２１は、溶接部５３ａ、５４ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。半導体光増幅素子１８は、第１サブキャリア１７にＡｕSｎはんだなどを用いてダイボンディングされており、第１サブキャリア１７はキャリア１６にＡｕSｎはんだなどによりはんだ付けされている。第１レンズ２０は、溶接部５５ａ、５６ａでの溶接により第１レンズホルダー１９に固定され、第１レンズホルダー１９は、溶接部５７ａ、５８ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。溶接部４１ａ〜５８ａにおいては、例えばYAGレーザを用いたレーザ溶接が行われる。図１、図２において、隠れて見えない反対側にも溶接部４１ａ〜５８ａと対称的に溶接部４１ｂ〜５８ｂ（不図示）が設けられている。

各溶接部の内、最も高い精度の要求される個所は、素子支持部材２３と第３レンズホルダー２５との溶接である。図示の都合上、両者は片側２個所で溶接されたように示されているが、実際は片側３個所、合計６個所で溶接されている。ここでの溶接時の金属の凝固・冷却段階に発生する熱収縮力を最小に抑えるために、溶接部での肉厚を薄くすることが望ましい。そこで、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、第３レンズホルダー２５の溶接部にテーパ部２５ｃを有する開口を形成した。これにより、投入レーザ出力を低くしても、溶接が可能になり、溶接に伴う位置ずれ、角度ずれを低く抑えることができる。薄肉部を形成するのに開口を形成したのは、Ｘ方向の寸法増加を抑えるためである。溶接部の開口の形状は、図１１（ｂ）に示すものに限定されず、図１１（ｃ）に示すような肉薄部２５を有する開口であってもよい。開口形状を決定するにあたっては、実験により位置ずれが最小となるものを求めることが望ましい。

［実施例１の組立方法］
次に、実施例１に係る光送信モジュールを組み立てる（製造する）方法について説明する。まず、半導体レーザ素子２９を有する第２光デバイスユニット３を組み立てる。半導体レーザ素子２９がダイボンディングされている第２サブキャリア２８を小キャリア２７上にＡｕSｎはんだなどを用いてはんだ付けする。

次に、小キャリア２７において第３レンズ２６の位置を調整する。すなわち、半導体レーザ素子２９を発光させ、第３レンズ２６からの光が焦点を結ぶべきところに光ファイバを設置し、光ファイバ２４を光パワーメータに接続して、光出力が最大になるように第３レンズ２６の位置を調整し、第３レンズホルダー２５を小キャリア２７と第３レンズ２６との間に挿入する。次に、小キャリア２７と第３レンズホルダー２５をYAGレーザ溶接によって固定し、第３レンズホルダー２５と第３レンズ２６をＹＡＧレーザ溶接によって固定する。この種の溶接の際には、光軸を通る垂直線に対して対称に存在している溶接部〔例えば、溶接部４１ａと４１ｂ（不図示）〕は同時に溶接することが好ましい。以上の工程を経て、半導体レーザ素子２９を有する第２光デバイスユニット３が完成する。

次に、キャリア１６上のレンズ等の光部品を組み立てる。まず、半導体光増幅素子１８をＡｕＳｎ等のはんだによって第１サブキャリア１７上にダイボンディングし、その第１サブキャリア１７をＡｕＳｎ等のはんだによってキャリア１６に固定する。第３レンズ２６の組み立てと同様に、半導体光増幅素子１８を発光させ、第１レンズ２０からの光が焦点を結ぶべきところに光ファイバを設置し、光ファイバ２４を光パワーメータに接続する。光出力が最大になるように半導体光増幅素子１８から出射された光軸に対して第１レンズ２０の位置を調整する。調整後、第１レンズホルダー１９をキャリア１６にＹＡＧレーザ溶接によって固定し、第１レンズホルダー１９に第１レンズ２０をＹＡＧレーザ溶接によって固定する。

第２レンズホルダー２１、第２レンズ２２、キャリア１６も同様に半導体光増幅素子１８を発光させ、第２レンズ１７を経由した光が焦点を結ぶべきところに光ファイバを設置し、光ファイバを光パワーメータに接続して、光出力が最大になるようにキャリア１６に第２レンズホルダー２１を、第２レンズホルダー２１に第２レンズ２２をそれぞれＹＡＧレーザ溶接によって固定する。

次に、光アイソレータ２４に光が通るように光アイソレータ２４の中心とほぼ第２レンズ２２の中心と一致させるように位置を調整して光アイソレータ２４とキャリア１６をＹＡＧレーザ溶接によって固定する。

次に、図１２（ａ）〜（ｄ）を参照して、素子支持部材２３と第２光デバイスユニット３のキャリア１６への固定方法について説明する。

図１２（ａ）に示すように、素子支持部材２３と第３レンズホルダーとをクリップ３１で挟んで両者の対向する面同士を密着させ、また第２光デバイスユニット３を把持具３２にて把持し、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて調芯を行う。すなわち、半導体レーザ素子２９と半導体光増幅素子１８を発光させ、その光出力を光パワーメータ３３で観測しながら半導体光増幅素子１８からの光出力が最大となるように最適な位置に調整する。

調整後、図１２（ｂ）に示すように、押圧具３４にて素子支持部材２３を押え込んで素子支持部材２３とキャリア１６とを密着させ、その状態で溶接部４７ａと４７ｂ、４８ａと４８ｂをＹＡＧレーザ溶接して素子支持部材２３を固定する。この溶接は、光 軸を通りキャリア１６主面に垂直な面に対し対称となる点どうしを少なくとも２点ずつ、少なくとも合計４点を同時に同一パワーにて行う。これにより、溶接時の金属の凝固・冷却段階に発生する熱収縮力のバランスを取ることができ、溶接に伴う位置ずれ、角度ずれを最小限に抑えることができるからである。この溶接により、半導体レーザ素子２９のZ軸方向（光軸方向）の位置が確定される。

図１２（ｃ）に示すように、もう一度、第２光デバイスユニット３を可動可能なX、Y方向に移動させ、最適な位置に調整する。その調整の際に、プッシャ３５による第３レンズホルダー２５への押圧力を徐々に高めていく。プッシャ３５による第３レンズホルダー２５の押え込みは、図１３（ａ）に示されるように、３個所の押え領域３５ａにて行う。その際、押えの重心が光軸とできる限り一致するようにする（理想は一致することである。）。第３レンズホルダー２５への押圧力を徐々に高めていく際には、その３箇所を各々力のバランスをとりながら、光軸がずれないように制御しながら行う。プッシャ３５によって第３レンズホルダー２５を押え込んだ状態で把持具３２による第２光デバイスユニット３の把持を解除し、溶接を行う〔図１２（ｄ）〕。

前記溶接は、図１３（ｂ）に示す、光軸を対称的に挟む溶接部４５ａと４５ｂにてまず行う。この２点を同時に同一パワーにて溶接することにより、溶接時の金属の凝固・冷却段階に発生する熱収縮力のバランスを取り、第３レンズホルダー２５の光軸の位置ずれを最小限に抑えることができる。続いて、光軸を通る垂直線に線対称にある溶接部４６−１ａ、４６−１ｂと４６−２ａ、４６−２ｂをそれぞれ同時に同一パワーにて溶接する。これらの容量接部の光軸を通る垂直線および水平線からの距離を図示するようにａ、ｂ、ｃ、ｄとすると、ａ＝ｂ、ｃ＝ｄの関係が成立するようにする。また、２番目以降の溶接については、光軸を通る垂直線に線対称にある溶接部４６−１ａ、４６−１ｂと４６−２ａ、４６−２ｂをそれぞれ同時に溶接するのに代えて、光軸に対して対称となる溶接部４６−１ａと４６−２ｂとを同時に、そして溶接部４６−２ａと４６−１ｂとを同時に溶接するようにしてもよい。なお、これらの溶接部は、図１１（ａ）、（ｂ）に示された開口のテーパ部に形成されるものである。溶接部４５aと４５b、４６−１ａと４６−１ｂ、４６−２ａと４６−２ｂは、光軸から同一距離にお互いに対称に配置してもよい。すなわち、光軸を中心とする同一円周上に互いに光軸に対称な位置に配置してもよい。

キャリア１６上に固定すべき部品をすべて固定した後、図９に示すように、キャリア１６をパッケージ１１内のペルチェ素子１２上に固着し、光ファイバ１５に光パワーメータ（不図示）を接続して光出力を確認しながら、光出力が最大になるように位置調整を行う。まず、ファイバサポート１３をＸ、Ｙ方向に移動させて位置調整を行った後ファイバサポート１３をＹＡＧレーザ溶接によりパッケージに固定し、続いてフェルール１４をＺ方向に移動させて位置調整を行った後フェルール１４をＹＡＧレーザ溶接によりファイバサポートに固定する。

上記の各溶接部に対するYAGレーザビームの照射条件は、十分な溶接強度が得られ、溶接したときの位置ずれが最小となるように、レーザ出力、レーザ照射時間、レーザ出力分布を予め実験的に調査し、最適化してある。
［実施例２］

図１４は、本発明の実施例２に係る光送信ユニットを示す斜視図である。この光送信ユニット２は、図９に示されるようにパッケージ１１内に実装される。この点は実施例1の場合と同様であるので、その図示と説明は省略する（実施例３以降の各実施例についても同様である）。

光送信ユニット２は、キャリア１６と、キャリア１６上に第１サブキャリア１７を介して取り付けらた半導体光増幅素子（不図示）と、キャリア上に第１、第２レンズホルダー１９、２１を介して固定された第１、第２レンズ２０、２２と、キャリア上に固定された素子支持部材２３および光アイソレータ２４と、素子支持部材２３に保持された第２光デバイスユニット３と、により構成されている。第２光デバイスユニット３は、小キャリア２７と、小キャリア２７上に第２サブキャリア２８を介して取り付けられた半導体レーザ素子２９と、小キャリア２７上に第３レンズホルダー２５を介して固定された第３レンズ２６と、により構成されている。

図１４に示された光送信ユニット２において、半導体レーザ素子２９から出射された信号光は、第３レンズ２６を介して光アイソレータ２４側に集光され、光アイソレータ２４を通過した信号 光は、第２レンズ２２を介して半導体光増幅素子１８上に集光される。信号光は、半導体光増幅素子１８で増幅されて出射され、第１レンズ２０を介して光ファイバ（不図示）に入射される。光アイソレータ２４は、半導体レーザ素子２９への戻り光を防ぐ。

素子支持部材２３は、小キャリア２７を収容する、光軸に垂直な断面形状が“コ”の字状の小キャリア保持部２３ａと、光軸に垂直な面を有する角柱状の突き当て部２３ｂとを有する。素子支持部材２３は、その底面がキャリア１６の上面と密着しており、溶接部４７ａ、４８ａにおいてキャリア１６に溶接されている。小キャリア２７は、素子支持部材２３の小キャリア保持部２３ａに収容され、小キャリア２７は、その光軸に垂直な側面が素子支持部材２３の突き当て部２３ｂの面に密着して、素子支持部材２３に固定されている。素子支持部材２３と小キャリア２７とは、溶接部６１ａ、６２ａにおいて溶接されている。素子支持部材２３の突き当て部２３ｂには、溶接用開口６３ａ〜６７ａが開設されており、その開口の底部において小キャリア２７との溶接が行われている。

半導体レーザ素子２９は、第２サブキャリア２８にダイボンディングされており、第２サブキャリア２８は小キャリア２７にＡｕSｎはんだなどによりはんだ付けされている。第３レンズ２６は、溶接部４１ａ、４２ａでの溶接により第３レンズホルダー２５に固定され、第３レンズホルダー２５は、溶接部４３ａ、４４ａでの溶接により小キャリア２７に固定されている。光アイソレータ２４は、溶接部４９ａ、５０ａでの溶接によりキャリア１６に固定され、第２レンズ２２は、溶接部５１ａ、５２ａでの溶接により第２レンズホルダー２１に固定され、第２レンズホルダー２１は、溶接部５３ａ、５４ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。陰に隠れて見えない半導体光増幅素子は、第１サブキャリア１７にＡｕＳｎはんだなどのはんだを用いてダイボンディングされており、第１サブキャリア１７はキャリア１６にＡｕＳｎはんだなどではんだ付けされている。第１レンズ２０は、溶接部５５ａ、５６ａでの溶接により第１レンズホルダー１９に固定され、第１レンズホルダー１９は、溶接部５７ａ、５８ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。溶接部４１ａ〜５８ａにおいては、例えばYAGレーザを用いたレーザ溶接が行われる。なお、図１４において、隠れて見えない反対側にも溶接部 ４１ａ〜４４ａ、４７ａ〜５８ａと対称的に溶接部４１ｂ〜４４ｂ、４７ｂ〜５８ｂ（いずれも不図示）が設けられている。

［実施例２の組立方法］
次に、実施例２の組立方法について説明する。第２光デバイスユニット３の組立方法と、キャリア１６への光アイソレータ２４、半導体光増幅素子およびレン ズ等の固定方法は、実施例１の場合と同様であるの。以下、光アイソレータ２４、半導体光増幅素子およびレンズ等が固定されているキャリア１６への素子支持部材２３と第２光デバイスユニット３の固定方法について説明する。

第２光デバイスユニット３を把持具にて把持するとともに、第２光デバイスユニット３を押圧して、小キャリア２７の光軸と垂直な側面を素子支持部材２３の突き当て部２３ｂの面とを密着させる。この状態で両者をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて調芯を行う。

調整後、押圧具にて素子支持部材２３をキャリア１６に押し付けて素子支持部材２３とキャリア１６とを密着させ、その状態で溶接部４７ａと４７ｂ、４８ａと４８ｂ（４７ｂ、４８ｂは不図示）をＹＡＧレーザ溶接して素子支持部材２３を固定する。この溶接は、光軸を通りキャリア１６主面に垂直な面に対し対称となる点どうしを少なくとも２点ずつ、合計で４点を同時に同一溶接条件にて行う。この溶接により、半導体レーザ素子２９のZ軸方向（光軸方向）およびＸ軸方向（左右方向）の位置が固定される。

その後、もう一度、第２光デバイスユニット３を可動可能なY方向（上下方向）に移動させ最適な位置に調整する。調整後、押圧具にて素子支持部材２３をキャリア１６に押し付けた状態で溶接を行う。すなわち、溶接用開口６３ａ〜６７ａを介して素子支持部材２３と小キャリア２７との溶接を行い、続いて溶接部６１ａ、６２ａと、これらと対称的に存在する溶接部６１ｂ、６２ｂ（不図示）の溶接を行なう。

本実施例２が実施例１と異なる点は、要するに、実施例１の素子支持部材２３の固定位置を変えて、小キャリア２７の下にしたことである。本実施例では、素子支持部材２３をキャリア１６に固定した後は、半導体レーザ素子２９の位置調整は１方向のみしか行えないので、２方向での調整が可能な実施例１より素子支持部材２３の溶接・固定工程での精度条件は厳しくなる。また、本実施例では、第３レンズ２６の出射光が収束する位置と小キャリア２７と素子支持部材２３を溶接する位置が比較的離れているので、溶接時における角度ずれによる精度が厳しくなる。
［実施例３］

図１５は、本発明の実施例３に係る光送信ユニット２を示す斜視図である。概略的に説明すると、本実施例は、実施例１に対し半導体レーザ素子と半導体光増幅素子とを入れ替えたものである。

図１５に示すように、光送信ユニット２は、キャリア１６と、キャリア１６上に第２サブキャリア２８を介して取り付けられた半導体レー ザ素子２９と、キャリア１６上に固定された素子支持部材２３および光アイソレータ２４と、素子支持部材２３に支持された第１光デバイスユニット４と、により構成されている。ここで、第１光デバイスユニット４は、小キャリア２７と、小キャリア２７上に第１サブキャリア１７を介して取り付けられた半導体光増幅素子 （不図示）と、第１、第２レンズホルダー１９、２１を介して固定された第１、第２レンズ２０、２２と、により構成されている。

図１５に示された光送信ユニット２において、半導体レーザ素子２９から出射された信号光は、第３レンズ２６を介して光アイソレータ２４側に集光され、光アイソレータ ２４を通過した信号光は第２レンズ２２を介して半導体光増幅素子上に集光される。信号光は、半導体光増幅素子で増幅されて出射され、第１レンズ２０を介して光ファイバに入射される。光アイソレータ２４は、信号光が半導体レーザ素子２９へ戻るのを防ぐ。

素子支持部材２３は、横断面が“□”形状の角筒で、光軸方向に対向する２面に光を透過させるための開口が設けられている。素子支持部材２３は、その底面がキャリア１６に密着した状態で溶接部４７ｂ、４８ｂにて溶接されて、固定されている。第２レンズホルダー２１は、第２レンズ２２を保持する、“コ”の字状のレンズ保持部２１ａと、垂直に立ち上がった、光透過穴が開設された板状の直立部２１ｂとを有している。

第２レンズホルダー２１は、その直立部２１ｂの素子支持部材２３側の面が素子支持部材２３の側面に密着した状態で溶接部６９ｂ、７０ｂでの溶接により、素子支持部材２３に固定されている。半導体光増幅素子（不図示）は、第１サブキャリア１７にダイボンディングされており、第１サブキャリア１７は小キャリア２７にはんだ付けされている。第１レンズ２０は溶接部５５ｂ、５６ｂでの溶接により第１レンズホルダー１９に固定され、第１レンズホルダー１９は溶接部５７ｂ、５８ｂでの溶 接により小キャリア２７に固定されている。第２レンズ２２は、溶接部５１ｂ、５２ｂでの溶接により第２レンズホルダー２１に固定され、第２レンズホルダー２１は溶接部５３ｂ、５４ｂでの溶接により小キャリア２７に固定されている。したがって、第１光デバイスユニット４は、第２レンズホルダー２1を介して素子支持部材２３に固定されていることになる。

光アイソレータ２４は、図示されない溶接部（４９ｂ、５０ｂ）での溶接によりキャリア１６にＡｕＳｎはんだなどを用いて固定され、第３レンズ２６は、溶接部４１ｂ、４２ｂでの溶接により第３レンズホルダー２５に固定され、第３レンズホルダー２５は、溶接部４３ｂ、４４ｂでの 溶接によりキャリア１６に固定されている。また、半導体レーザ素子２９は、第２サブキャリア２８にダイボンディングされており、第２サブキャリア２８は キャリア１６にはんだ付けされている。なお、図１５において、隠れて見えない反対側にも溶接部４１ｂ〜４４ｂ、４７ｂ〜５８ｂ、６９ｂ、７０ｂと対称的に溶接部４１ａ〜４４ａ、４７ａ〜５８ａ、６９ａ、７０ａ（いずれも不図示）が設けられている。

本実施例の組立方法は、実施例１の場合と同様であるので、その詳細な説明は省略するが、第１光デバイスユニット４と素子支持部材２３とをＸ、Ｙ、Ｚ方向 に移動させて調芯を行った後、素子支持部材２３をキャリア１６に押圧しながら素子支持部材２３をキャリア１６に溶接・固定する。続いて、再度調芯を行い、第１光デバイスユニット４を素子支持部材２３に押圧しながら第２レンズホルダー２１を素子支持部材２３に溶接・固定する。
［実施例４］

図１６は、本発明の実施例４に係る光送信ユニットを示す斜視図である。本実施例４が実施例３と異なる点は、実施例３の素子支持部材の位置を変えて、小キャリア２７の下に設置したことである。本実施例で用いられる素子支持部材は実施例２のそれと同じであり、したがって、本実施例と実施例３の関係は実施例２と実施例１の関係と同じである。

図１６に示すように、光送信ユニット２は、ベースとなるキャリア１６と、キャリア１６上に第２サブキャリア２８を介して取り付けられた半導体レーザ素子２９と、キャリア１６上に固定された素子支持部材２３および光アイソレータ２４と、素子支持部材２３に支持された第１光デバイスユニット４と、により構成されている。第１光デバイスユニット４は、小キャリア２７と、小キャリア２７上に第１サブキャリア１７を介して取り付けられた半導体光増幅素子（不図示）と、第１、第２レンズホルダー１９、２１を介して固定された第１、第２レンズ２０、２２と、により構成されている。

素子支持部材２３は、小キャリア２７を収容する、光軸に垂直な断面形状が“コ”の字状の小キャリア保持部２３ａと、光軸に垂直な面を有する角柱状の突き 当て部２３ｂと、を有する。素子支持部材２３は、その底面がキャリア１６の上面と密着しており、溶接部４７ｂ、４８ｂにおいてキャリア１６に溶接されている。小キャリア２７は、素子支持部材２３の小キャリア保持部２３ａに収容され、小キャリア２７は、その光軸に垂直な側面が素子支持部材２３の突き当て部２３ｂの面に密着して、素子支持部材２３に固定されている。素子支持部材２３と小キャリア２７とは、溶接部６１ｂ、６２ｂおいて溶接されている。また、素子支持部材２３の突き当て部２３ｂには、溶接用開口６３ａ〜６７ａが開設されており、その開口の底部において小キャリア２７との溶接が行われている。

隠れて見えない半導体光増幅素子は、第１サブキャリア１７にダイボンディングされており、第１サブキャリア１７は小キャリア２７にＡｕＳｎはんだなどを用いてはんだ付けされている。そして第１レンズ２０は溶接部５５ｂ、５６ｂでの溶接により第１レンズホルダー１９に固定され、第１レンズホルダー１９は溶接部５７ｂ、５８ｂでの溶接により小キャリア２７に固定されている。また、第２レンズ２２は溶接部５１ｂ、５２ｂでの溶接により第２レンズホルダー２１に固定され、第２レンズホルダー２１は溶接部５３ｂ、５４ｂでの溶接により小キャリア２７に固定されている。

光アイソレータ２４は、溶接部４９ｂ、５０ｂでの溶接によりキャリア１６に固定され、第３レンズ２６は、溶接部４１ｂ、４２ｂでの溶接により第３レンズ ホルダー２５に固定され、第３レンズホルダー２５は、溶接部４３ｂ、４４ｂでの溶接によりキャリア１６に固定されている。半導体レーザ素子２９は、第２サブキャリア２８にダイボンディングされており、第２サブキャリア２８はキャリア１６にＡｕＳｎはんだなどを用いてはんだ付けされている。なお、図１６において、隠れて見えない反対側にも溶接部 ４１ｂ〜４４ｂ、４７ｂ〜５８ｂと対称的に溶接部４１ａ〜４４ａ、４７ａ〜５８ａ（いずれも不図示）が設けられている。
［実施例５］

図１７は、本発明の実施例５に係る光送信ユニットを示す斜視図である。本実施例の光送信モジュールでは、半導体レーザ素子に代え、受動的なプレーナ光波回路が搭載される。

本実施例の光送信ユニット２は、図１７に示されるように、キャリア１６と、キャリア１６上に第１サブキャリア１７を介して取り付けられた半導体光増幅素子 （不図示）と、キャリア上に第１、第２レンズホルダー１９、２１を介して固定された第１、第２レンズ２０、２２と、キャリア上に固定された素子支持部材 ２３と、素子支持部材２３に保持された第２光デバイスユニット３と、により構成されている。第２光デバイスユニット３は、小キャリア２７と、小 キャリア２７上に取り付けられたプレーナ光波回路３０と、により構成されている。

図１７に示された光送信ユニット２において、半導体光増幅素子の第２レンズ２２側の端面から出射された信号光は、第２レンズ２２および素子支持部材 ２３、小キャリア２７の光透過孔を介してプレーナ光波回路３０に集光され、この回路で処理された後に半導体光増幅素子に向けて送り返される。信号光は、半導体光増幅素子で増幅されたて出射され、第１レンズ２０を介して光ファイバ（不図示）に入射される。

本実施例の素子支持部材２３は、光透過用の開口を有する板状の構造物であって、その底面がキャリア１６の上面と密着しており、溶接部４７ａ、４８ａにお いてキャリア１６と溶接されている。また、本実施例の小キャリア２７は、キャリア１６に平行な素子搭載部２７ａと素子搭載部２７ａから垂直に立ち上がり、光透過孔が開設された直立部２７ｂとを有しており、そして小キャリア２７はその直立部２７ｂの半導体光増幅器側の面が素子支持部材２３の主面と密着して素 子支持部材２３と、溶接部５９ａ、６０ａにおいて溶接され固定されている。

第２レンズ２２は、溶接部５１ａ（不図示）、５２ａでの溶接により第２レンズホルダー２１に固定され、第２レンズホルダー２１は、溶接部５３ａ（不図示）、５４ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。半導体光増幅素子（不図示）は、第１サブキャリア１７にダイボンディングされており、第１サブキャリア１７はキャリア１６にはんだ付けされている。第１レンズ２０は、溶接部５５ａ、５６ａでの溶接により第１レンズホルダー１９に固定され、第１レンズホルダー１９は、溶接部５７ａ、５８ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。図１７において、隠れて見えない反対側にも溶接部４７ａ、４８ａ、５１ａ〜６０ａと対称的に溶接部４７ｂ、４８ｂ、５１ｂ〜６０ｂ（いずれも不図示）が設けられている。
［実施例５の組立方法］

次に、実施例５の組立方法について説明する。小キャリア２７の素子搭載部２７ａにプレーナ光波回路３０を搭載して第２光デバイスユニット３を作製し、実施例１と同様の方法により、キャリア１６への半導体光増幅素子、第１、第２レンズおよび第１、第２レンズホルダーを搭載する。

半導体光増幅素子を発光させながら、小キャリア２７と素子支持部材２３との対向する面を密着させた状態で第２光デバイスユニット３を把持具にて把持し、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて、光出力が最大となるように調芯を行う。調整後、押圧具にて素子支持部材２３をキャリア１６に押し付けて素子支持部材２３とキャリア１６とを密着させ、その状態で溶接部４７ａと４７ｂ、４８ａと４８ｂ（４７ｂ、４８ｂは不図示）をＹＡＧレーザ溶接して素子支持部材２３を固定する。

その後、もう一度、第２光デバイスユニット３を可動可能なＸ、Y方向に移動させ最適な位置に調整する。調整後、押圧具にて小キャリア２７を素子 支持部材２３に押し付けた状態で素子支持部材２３と小キャリア２７との溶接を溶接部５９ａ、６０ａにて行なう。

本実施例では、素子支持部材２３が第２レンズ２２とプレーナ光波回路３０の間に配置されているため、溶接時に発生する角度ずれによる出射光の入射位置ずれを小さくすることができる。
［実施例６］

図１８は、本発明の実施例６に係る光送信ユニット２の斜視図である。本実施例６が実施例５と異なる点は、実施例５の素子支持部材の位置を変えて、小キャリア２７の下に設置したことである。本実施例で用いられる素子支持部材は実施例２のそれと同じであり、したがって、本実施例６と実施例５の関係は、実施例２と実施例１の関係と同じである。

本実施例の光送信ユニット２は、図１８に示されるように、キャリア１６と、キャリア１６上に第１サブキャリア１７を介して取り付けられた半導体光増幅素子 （不図示）と、キャリア上に第１、第２レンズホルダー１９、２１を介して固定された第１、第２レンズ２０、２２と、キャリア１６上に固定された素子支持部材２３と、素子支持部材２３に保持された第２光デバイスユニット３と、により構成されている。第２光デバイスユニット３は、小キャリア２７と、小 キャリア２７上に取り付けられたプレーナ光波回路３０と、により構成されている。

素子支持部材２３は、その底面がキャリア１６の上面と密着しており、溶接部４７ａ、４８ａにおいてキャリア１６と溶接されている。素子支持部材２３の小 キャリア保持部２３ａに収容された小キャリア２７は、その光軸に垂直な側面が素子支持部材２３の突き当て部２３ｂの面に密着して素子支持部材２３に固定されている。素子支持部材２３と小キャリア２７とは、溶接部６１ａ、６２ａおいて溶接されている。また、素子支持部材２３の突き当て部２３ｂには、溶接用開 口６３ａ〜６７ａが開設されており、その開口の底部において小キャリア２７との溶接が行われている。

第２レンズ２２は、溶接部５１ａ、５２ａでの溶接により第２レンズホルダー２１に固定され、第２レンズホルダー２１は、溶接部５３ａ、５４ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。半導体光増幅素子は、第１サブキャリア１７にダイボンディングされており、第１サブキャリア１７はキャリア１６にはんだ付けされている。第１レンズ２０は、溶接部５５ａ、５６ａにおいて溶接されて第１レンズホルダー１９に固定され、第１レンズホルダー１９は、溶接部５７ａ、５８ａでの溶接によりキャリア１６に固定されている。図１８において、隠れて見えない反対側にも溶接部４７ａ、４８ａ、５１ａ〜５８ａと対称的に溶接部４７ｂ、４８ｂ、 ５１ｂ〜５８（いずれも不図示）が設けられている。
［実施例７］

図１９は、本発明の実施例７に係る光送信ユニット２を示す斜視図である。概略的に説明すると、本実施例は、実施例５に対しプレーナ光波回路と半導体光増幅素子とを入れ替えたものである。図１９に示すように、光送信ユニット２は、キャリア１６と、キャリア１６上に取り付けられたプレーナ光波回路３０と、キャリア１６上 に固定された素子支持部材２３と、素子支持部材２３に支持された第１光デバイスユニット４と、により構成されている。第１光デバイスユニット４は、小キャリア２７と、小キャリア２７上に第１サブキャリア１７を介して取り付けられた半導体光増幅素子（不図示）と、第１、第２レンズホルダー１９、２１を介して固定された第１、第２レンズ２０、２２と、により構成されている。

本実施例の素子支持部材２３は、光透過用の開口を有する板状の構造物であって、その底面がキャリア１６の上面と密着しており、溶接部４７ｂ、４８ｂにおいてキャリア１６と溶接されている。また、第２レンズホルダー２１は、第２レンズ２２を保持する“コ”の字状のレンズ保持部２１ａと垂直に立ち上がった、光透過穴が開設された板状の直立部２１ｂとを有し、その直立部２１ｂの素子支持部材２３側の面が素子支持部材２３の主面に密着した状態で溶接部６９ｂ、７０ｂでの溶接により素子支持部材２３に固定されている。半導体光増幅素子（不図示）は、第１サブキャリア１７にダイボンディングされており、第１サブキャリア１７は小キャリア２７にＡｕＳｎはんだなどを用いてはんだ付けされている。

第１レンズ２０は溶接部５５ｂ、５６ｂでの溶接により第１レンズホルダー１９に固定され、第１レンズホルダー１９は溶接部５７ｂ、５８ｂでの溶接により小キャリア２７に固定されている。第２レンズ２２は溶接部５１ｂ、５２ｂでの溶接により第２レンズホルダー２１に固定され、第２レンズホルダー２１は溶接部５３ｂ、５４ｂでの溶接により小キャリア２７に固定されている。したがって、第１光デバイスユニット４は、第２レンズホルダー２1を介して素子支持部材２３に固定されていることになる。

本実施例の組立方法は、実施例３の場合と同様である。図１９において、隠れて見えない反対側にも溶接部４７ｂ、４８ｂ、５１ｂ〜５８ｂ、６９ｂ、７０ｂと対称的に溶接部４７ａ、４８ａ、５１ａ〜５８ａ、６９ａ、７０ａ（いずれも不図示）が設けられている。
［実施例８］

図２０は、本発明の実施例８に係る光送信ユニット２を示す斜視図である。本実施例８が実施例７と異なる点は、実施例７の素子支持部材の位置を変えて小キャリア２７の下に設置したことである。本実施例で用いられる素子支持部材は実施例６のそれと同じであり、したがって、本実施例と実施例７の関係は実施例６と実施例５の関係と同じである。

図２０に示すように、本実施例の光送信ユニット２は、キャリア１６と、キャリア１６上に取り付けられたプレーナ光波回路３０と、キャリア１６上に固定された素子支持部材２３と、素子支持部材２３に支持された第１光デバイスユニット４と、により構成されている。第１光デバイスユニット４は、小キャリア２７と、小キャリア２７上に第１サブキャリア１７を介して取り付けられた半導体光増幅素子（不図示）と、第１、第２レンズホルダー１９、２１を介して固定された第１、第２レンズ２０、２２と、により構成されている。

素子支持部材２３は、その底面がキャリア１６の上面と密着しており、溶接部４７ｂ、４８ｂにおいてキャリア１６と溶接されている。小キャリア２７は、素子支持部材２３の小キャリア保持部２３ａに収容され、小キャリア２７は、その光軸に垂直な側面が素子支持部材２３の突き当て部２３ｂの面に密着して素子支持部材２３に固定されている。素子支持部材２３と小キャリア２７とは、溶接部６１ｂ、６２ｂおいて溶接されている。素子支持部材２３の突き当て部２３ｂには、溶接用開口６３ａ〜６７ａが開設されており、その開口の底部において小キャリア２７との溶接が行われている。

半導体光増幅素子（不図示）は、第１サブキャリア１７にダイボンディングされており、第１サブキャリア１７は小キャリア２７にＡｕＳｎはんだなどを用いてはんだ付けされている。第１レンズ２０は溶接部５５ｂ、５６ｂでの溶接により第１レンズホルダー１９に固定され、第１レンズホルダー１９は溶接部５７ｂ、５８ｂでの溶接により小キャリア２７に固定されている。第２レンズ２２は溶接部５１ｂ、５２ｂでの溶接により第２レンズホルダー２１に固定され、第２レンズ ホルダー２１は溶接部５３ｂ、５４ｂでの溶接により小キャリア２７に固定されている。

本実施例の組立方法は、実施例４の場合と同様である。図２０において、隠れて見えない反対側にも溶接部４７ｂ、４８ｂ、５１ｂ〜５８ｂと対称的に溶接部４７ａ、４８ａ、５１ａ〜５８（いずれも不図示）が設けられている。

本発明によれば、第１、第２の光デバイスのいずれか一方はキャリア上に固定され、その他方は素子支持部材にその第２面（光軸に垂直な面）に密着した状態で固定されるため、他方の光デバイスは、Ｘ−Ｙ平面面内において、一方の光デバイスに対する光軸合わせを行った後にその面に固定することができる。

本発明の実施形態１に係る光送信モジュールを示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 実施形態１と実施形態２との違いを説明するための断面図である。 本発明の実施形態３に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 （ａ）は図５のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 実施形態１の変更例を示す斜視図である。 実施形態３の変更例を示す斜視図である。 実施例１に係る光送信モジュールを示す断面図である。 実施例１に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 （ａ）は、実施例１における素子支持部材と第３レンズホルダーとの溶接部を説明するための斜視図、（ｂ），（ｃ）は同断面図である。 実施例１の組立方法を工程順に示す断面図である。 実施例１における素子支持部材と第３レンズホルダーとの溶接の工程を説明する正面図である。 実施例２に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 実施例３に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 実施例４に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 実施例５に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 実施例６に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 実施例７に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 実施例８に係る光送信ユニットを示す斜視図である。 従来例を示す断面図である。 従来例で用いられていたレンズとレンズホルダーを示す斜視図である。

符号の説明

１ 光送信モジュール
２ 光送信ユニット
３ 第２光デバイスユニット
４ 第１光デバイスユニット
１１、１１１ パッケージ
１２、１１２ ペルチェ素子
１３、１１３ ファイバサポート
１４、１１４ フェルール
１５、１１５ 光ファイバ
１６、１１６ キャリア
１７、１１７ 第１サブキャリア
１８ 半導体光増幅素子
１１８ 第１光デバイス
１９、１１９ 第１レンズホルダー
２０、１２０ 第１レンズ
２１、１２１ 第２レンズホルダー
２１ａ レンズ保持部
２１ｂ 直立部
２２、１２２ 第２レンズ
２３、１２３ 素子支持部材
２３ａ、１２３ａ 小キャリア保持部
２３ｂ、１２３ｂ 突き当て部
１２３ｃ 直立部
２４、１２４ 光アイソレータ
２５、１２５ 第３レンズホルダー
２５ａ、１２５ａ レンズ保持部
２５ｂ、１２５ｂ 直立部
２５ｃ テーパ部
２５ｄ 肉薄部
２６、１２６ 第３レンズ
２７、１２７ 小キャリア
２７ａ、１２７ａ 素子搭載部
２７ｂ、１２７ｂ 直立部
２８、１２８ 第２サブキャリア
２９ 半導体レーザ素子
１２９ 第２光デバイス
３０ プレーナ光波回路
３１ クリップ
３２ 把持具
３３ 光パワーメータ
３４ 押圧具
３５ プッシャ
３５ａ 押え領域
４１ａ〜６２ａ、６８ａ、６９ａ 溶接部
６３ａ〜６７ａ 溶接用開口

Claims (5)

1. 出力側に配置される第１の光デバイスと、第１の光デバイスと互いに光軸が合わされて配置される第２の光デバイスと、第１又は第２の光デバイスの一方が固定されるキャリアと、光軸に平行な第１面と光軸に垂直な第２面とを有する素子支持部材と、前記第１および第２の光デバイス、前記キャリア並びに前記素子支持部材を収容するパッケージと、前記第１の光デバイスが出射する光を前記パッケージ外へ導出する光導出手段と、を備えた光送信モジュールであって、
   前記素子支持部材は、前記第１面において前記キャリア上に固定され、
   前記第２の光デバイスは半導体レーザ素子であって、該半導体レーザ素子は、サブキャリア、小キャリアおよび第３レンズを固定する第３レンズホルダーを介して前記素子支持部材に固定されていることを特徴とする光送信モジュール。
2. 前記第３レンズホルダーは、前記第３レンズを収容する“コ”の字状のレンズ収容部と、レンズ収容部の光出射側の側面に固定された板状の直立部とを有しており、
   前記第３レンズホルダーは、そのレンズ収容部において前記小キャリアに固定され、その直立部において前記素子支持部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
3. 前記第１の光デバイスが、入射された信号光を増幅する半導体光増幅素子であることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
4. 前記第１の光デバイスが、サブキャリア介して前記キャリアに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
5. 前記第１の光デバイスの前記光導出手段側には第１レンズが、その前記第２の光デバイス側には第２レンズがそれぞれ配置され、
   前記第１レンズと第２レンズは、それぞれ第１レンズホルダー、第２レンズホルダーを介して前記キャリア上に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。

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