JP2007219514A - 光タップモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】大きなダイレクティビティを実現するとともに、調芯、組立が容易な光タップモジュールを提供する。
【解決手段】光タップモジュールにおいて、第１のレンズ、集束レンズおよびフォトダイオードを収容する円筒状容器の中心軸がほぼ同一直線状になるように配置する。第２の光ファイバに光を伝搬させ第１のレンズに対向する端面から出射させて光学フィルタに入射させ、光学フィルタを透過させて集束レンズにより集光させたとき、その焦点位置がフォトダイオードおよびそのチップ実装用支持部材の表面から空間的に離れて位置するように、フォトダイオードおよびそのチップ実装支持部材を配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光通信や光計測の分野において光ファイバ伝送路内の光信号の監視に用いられる光タップモジュールに関する。

光通信システムや光計測システムなどにおいて、光ファイバなどの伝送路内を伝搬する信号光に対して、信号光の有無やその強度の検知が、システムの監視の立場から必要である。また増幅や変調など信号光に作用を及ぼす装置を用いる際、信号光を監視してその作用の結果を装置にフィードバックすることが行われる。このような監視機能は、所定の分岐比を有する分岐手段によって伝送路から信号光の一部を分岐し、光検出器によってそれを検知することで基本的には実現されている。

伝搬光の一部を分岐する手段としては、例えば光ファイバを伝搬する光であれば、光ファイバを小さな曲率半径で曲げたり、クラッドに切削溝を設けるなどの手段を用いてコアを伝播する光の一部を漏れ光として取り出す方法が用いられる。また光ファイバを含めた光導波路であれば、導波路を所定の分岐強度比で分岐した分岐導波路を利用する方法もある。

一方、空間を伝搬する光であれば、光学フィルタを使用し伝搬光の一部を透過させて取り出す方法を用いることができる。光学フィルタを使用する場合は、フィルタとして波長依存性を持たないNeutral Density (ND)フィルタを用いると、信号光から一定の比率で光を取り出すことができ、しかもその比率は波長によらず一定となる。このような分岐器は光タップと呼ばれ、これを構成する光学部品を一体化したものを光タップモジュールと呼ぶ。また光タップに用いられる光学フィルタはタップフィルタと呼ばれる。

特許文献１に開示される光モニター（光タップ）は、入射光用光ファイバと出射光用光ファイバの光軸に所定の角度を設けてタップフィルタに対向させ、タップフィルタ後方に光検出器としてフォトダイオードを配置している。入射光用光ファイバから入った光はタップフィルタにより例えば９５〜９９％反射されて出射光用光ファイバに結合する。残りの１〜５％はタップフィルタを透過してフォトダイオードへ到達する。したがって伝搬光の光信号強度を大幅に低下させることなく光強度を監視することができる。

特許文献２には２個の屈折率分布型ロッドレンズを対向させ、その間にタップフィルタを挟持させたタップが開示されている。図１はこのタップの光学系を一般化して示している。レンズ長を１／４ピッチ（蛇行周期）とした屈折率分布型ロッドレンズを使った２芯光ファイバコリメータと、光ビームをフォトダイオードへ集光させるための集束レンズを用いた一般的な光タップの光学系である（特許文献２では集束レンズにも屈折率分布型ロッドレンズを用いている）。

入射光用光ファイバ１０１を伝搬してきた光は光ファイバ端面から発散光として出射され、ロッドレンズ１０２によって平行光に変換されてタップフィルタ１０５に入射する。タップフィルタ１０５は大部分（通常９５〜９９％）の光を反射する。反射光はロッドレンズ１０２によって集光され、出射光用光ファイバ１０３によって結合され、再び伝送路に戻る。タップフィルタ１０５を透過した光は集束レンズ１０４によって集光され、フォトダイオード１０６に入射する（以下、図示する部材が同一であれば同一の符号をつけて示し、説明を省略する場合がある）。

これらの光タップの重要な性能のひとつとして一方向性がある。一方向性とは所定の方向から入射する光だけを検知し他の方向からのノイズ光をどれだけ除去できるかを言う。近年、光増幅器の普及と低価格化にともない光タップの一方向性の重要度が増している。一方向性を示す指標としてダイレクティビティが用いられる。ダイレクティビティは入射光用光ファイバから光を入力した際にフォトダイオードが発生する電流出力Ｉｐｄ１と、出射光用光ファイバへ同じ強度の光を入力した際にフォトダイオードが発生する電流出力Ｉｐｄ２の比で表され、次式で定義される。このダイレクティビティが大きいほど、一方向性に優れているといえる。
ダイレクティビティ（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ（Ｉｐｄ１／Ｉｐｄ２）

一方向性を持つ光タップモジュールにおいては、入射光用光ファイバから入射された光（信号光）はタップフィルタを通過してフォトダイオードへ結合されるが、逆に出射光用光ファイバから逆流してきた光（ノイズ光）はフォトダイオードへは伝達されない。

これは例えば光ファイバ増幅器の前段で入射光の強度を監視する場合に有用である。エルビウムドープ光ファイバ増幅器は、信号光に対して大きな利得が得られるが、このとき、増幅器からは信号光だけではなく増幅自然放出光（ＡＳＥ）が入射側へ放出される。この光増幅器の前段に通常の光タップを用いると、ＡＳＥが光タップの出射側から入射するため、フォトダイオード出力のバックグラウンドレベルが上昇し、正確な入射光強度の測定が困難になる。

一方向性を改善する方法として一般的に以下のような方法がとられる。図２Ａ、図２Ｂに示すように、２本の平行な光ファイバ１０１、１０３と屈折率分布型ロッドレンズ１０２により構成される２芯光ファイバコリメータ１１０の入射光用光ファイバ１０１と出射光用光ファイバ１０３の配列間隔をｄとする。また、集束レンズ１０４を通過した後の入射光用光ファイバから入射される光ビーム１０７（実線で示す）の焦点位置と出射光用光ファイバに入射光用光ファイバと同じ方向から光を入射した場合の光ビーム１０８（破線で示す。以後この光を「出射光用光ファイバからの光」と略記する）の焦点位置との間隔をＤとする。

Ｄは光ファイバ間隔ｄと集束レンズの焦点距離を適切に選択することにより調節することができる。間隔Ｄをなるべく広くすることで図２Ｂに示すように入射光用光ファイバ１０１からの光ビーム１０７がフォトダイオード１０６の受光領域に集光されるように調芯したとき、出射光用光ファイバ１０３からノイズ光が入射したとしても受光領域外に集光される状態を実現することができる。

表１に、集束レンズとして屈折率分布型ロッドレンズを使用した場合の設計値の例を示す。ただしレンズＡはレンズ長が０．１５ピッチ、焦点距離２．４１ｍｍ、レンズＢはレンズ長が１／４（０．２５）ピッチ、焦点距離１．９５ｍｍである。

以上のように、短いピッチの屈折率分布型ロッドレンズを使用することによりＤをより大きくとることが可能であることがわかる。実際に、Ｄ＞１２０μｍの光学系と受光領域径８０μｍ程度の一般的なｐｉｎフォトダイオードを組み合わせることにより約２０から２５ｄＢ程度のダイレクティビティを得ることができる。
特開２００４−６２１４４号公報 特開昭６２−２６９９０９号公報

しかしながら従来の技術には次のような問題があった。
光ファイバ増幅器に必要とされる光タップモジュールのダイレクティビティは約３０ｄＢ程度であり、したがって従来の技術では十分なダイレクティビティが得られない。

このダイレクティビティが十分大きくならないのは次のような理由による。フォトダイオード１０６は一般に図２Ｂに示すような先端が広がったチップ実装用支持部材であるネイルピン１１２上に実装される（広がった部分の直径は最大０．８６ｍｍである）。
フォトダイオードの光入射面をチップの中心に配置するとすると、フォトダイオード１０６のチップの大きさが上述のように定義した光の焦点位置間の距離Ｄの２倍よりも小さければ、出射光用光ファイバ１０３からの光の焦点位置がフォトダイオードチップ上に位置することはない。しかし、ネイルピン１１２上部が張り出していると、出射光用光ファイバ１０３からの光ビーム１０８がネイルピン１１２に照射される場合があり得る。ネイルピンに照射されて反射し散乱した光は、フォトダイオード１０６のパッケージ１０９内で反射され再びフォトダイオード１０６へ結合しノイズとなる場合があり、ダイレクティビティの低下をもたらす。

入射光用光ファイバ１０１からの入射光１０７がフォトダイオード１０６の受光領域の中心を照射し、更にフォトダイオード１０６のチップの大きさが焦点位置間の距離Ｄの２倍よりも大きい場合、出射光用光ファイバ１０３からの光ビーム１０８は必ずしも受光領域内とは限らないがチップ上を照射することになる。

チップを照射する光は、チップに遮光幕が設けられているときには、遮光幕で反射されて迷光になる。遮光幕がない場合、チップの受光領域の外で光は吸収されるが、その際生じた電荷キャリアの一部が拡散により受光領域に達してノイズとなり、ダイレクティビティ低下の一因となる場合がある。

上記の問題点を解決するために、出射光用光ファイバ１０３からの光がネイルピン１０２を照射しないように焦点位置間隔Ｄを大きく設定することが考えられる（図３）。しかしそのようにするとフォトダイオード１０６をレンズの中心軸１２０から離れた位置に置かざるを得ない。一般に外周が円形のレンズ類とフォトダイオード１０６をモジュールとして組み立てる場合には、フォトダイオード１０６を円筒状容器（パッケージ）１０９に収容し、モジュール全体を円筒状の筐体に収めるのが望ましいが、フォトダイオード１０６をレンズの中心軸１２０から離れた位置に置く必要がある場合、ネイルピン１１２がパッケージ１０９の中心に設けられているので、パッケージ１０９の中心とレンズの中心軸１２０に、図３に示すようにずれが生じる。このような場合、調芯が困難になるとともに、円筒状の筐体内に全体を収容するのが難しくなる。

また１／４ピッチのロッドレンズを２個用いる構成では、収束用のロッドレンズの出射側端面に焦点が形成される。焦点面からフォトダイオードまでには距離が必要であり、その距離により一度レンズ端面で焦点を結んだ光は再び広がってしまう。このため光検出器の受光領域が大きいフォトダイオードを使用する必要があり、チップ面での反射が生じやすくなるためダイレクティビティを劣化させる原因となる。

また、光通信用光部品においては一般に反射戻り光が少ないことが要求されるが、光タップも例外ではない。光タップでは各部品の表面で入射光用光ファイバから入射した光が反射され光源側に戻るという問題もある。

本発明は、このような従来の技術の問題点に着目してなされたもので、その目的は、大きなダイレクティビティを実現するとともに、戻り光反射率を低減し、かつ調芯、組立が容易な光タップモジュールを提供することにある。

（１）本発明の第１の態様は光タップモジュールを提供するものであり、
前記光タップモジュールは、
平行に所定距離離間して配設された第１の光ファイバと第２の光ファイバと、
第１の端面を有する第１のレンズであって、前記第１のレンズの前記第１の端面が、前記二本の光ファイバの端面に対向するように配置され、前記第１の光ファイバにより出射された光を平行光にする第１のレンズと、
第１の端面を有する第２のレンズであって、前記第２のレンズの前記第１の端面が、前記第１のレンズの第２の端面と対向するように配置される第２のレンズと、
前記第１のレンズの前記第２の端面に対向するように配置された光学フィルタであって、前記第１のレンズによって平行光にされた光の一部を透過させ、かつ、波長依存性を有しない平行光の他の部分を反射するように構成された光学フィルタと、
前記第２のレンズの第２の端面に対向するように配設された受光領域を有するフォトダイオードであって、前記第２のレンズから出射された光が前記受光領域に入射するようになっているフォトダイオードと、を備えており、
前記第１のレンズと前記第２のレンズは、その間に前記光学フィルタを挟んで両レンズの中心軸が一致するように一体固定されている。

（２）本発明によれば、前記フォトダイオードは円筒状のパッケージに収容され、前記パッケージは前記パッケージの中心軸と前記第１のレンズと前記第２のレンズの中心軸とが一致するように配置されている。

本発明の一態様による光タップモジュールにおいて、前記第１のレンズと前記第２のレンズは、その間に前記光学フィルタを挟んで両レンズの中心軸が一致するように一体固定されている。
このようにすることにより、調芯、組立が容易な光タップモジュールを提供することができる。

（３）本発明によれば、前記第２の光ファイバから出射された光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記フォトダイオードの表面から離れて位置するように、前記フォトダイオードが配置される。

（４）本発明によれば、光タップモジュールは前記フォトダイオードを実装するチップ実装用支持部材をさらに備えており、前記第２の光ファイバから出射された光を前記第２の光ファイバから前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記チップ実装用支持部材の表面から離れて位置するように前記チップ実装用支持部材が配置される。
このようにすることにより、第２の光ファイバからノイズ光が入射したとしても、その光がフォトダイオードおよびそのチップ実装支持部材の表面に照射されることがないため、ここからの反射／散乱光が防げ、したがってダイレクティビティを向上させることができる。

（５）本発明によれば、光タップモジュールは前記フォトダイオードを実装するチップ実装用支持部材をさらに備えており、前記第２の光ファイバから出射された光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させ、前記チップ実装用支持部材の表面から離れた位置に焦点を結ぶ焦点位置側に位置する前記フォトダイオードの少なくとも外周辺より、前記チップ実装用支持部材の搭載面が外側に露出しないように前記フォトダイオードが実装される。

このようにすることにより、出射光用光ファイバからノイズ光が入射したとしても、その光がチップ実装用支持部材の表面に照射されることがないため、ここからの反射／散乱光が防げ、したがってダイレクティビティを向上させることができる。

（６）本発明によれば、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを屈折率分布型ロッドレンズとし、前記第２の光ファイバから出射された光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記第２のレンズのほぼ中心軸上にあるように、前記第２のレンズの前記第２の端面が傾斜している。

さらに、本発明の本態様による光タップモジュールにおいて、第１のレンズと第２のレンズは屈折率分布型ロッドレンズであるのが望ましく、第２のレンズの光出射面をレンズの中心軸に対して垂直な面から傾斜させるのが望ましく、第１の光ファイバから入射し光学フィルタを透過した光が第２のレンズによって集光され焦点を結ぶ位置が、前記第２のレンズのほぼ中心軸上にあるのが望ましい。
このようにすることにより、フォトダイオードをレンズの中心軸上に配置することができるため、調芯、組立を容易にすることができる。

（７） 本発明によれば、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを屈折率分布型ロッドレンズとし、前記第２のレンズの前記第２の端面を前記第２のレンズの中心軸に対して垂直な面とし、前記第１の光ファイバから出射された光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光され焦点を結ぶ位置に前記フォトダイオードが配設されるように、前記フォトダイオードが前記パッケージ内でオフセットしている。
このようにすることによっても、出射光用光ファイバからノイズ光が入射したとしても、その光がチップ実装用支持部材の表面に照射されることがないため、ここからの反射／散乱光が防げ、したがってダイレクティビティを向上させることができる。

（８）本発明によれば、光タップモジュールは前記フォトダイオードを実装するチップ実装用支持部材をさらに備えており、前記第２の光ファイバから出射された光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させ、前記チップ実装用支持部材の表面から離れた位置に焦点を結ぶ焦点位置側に位置する前記フォトダイオードの少なくとも外形より、前記チップ実装用支持部材の搭載面が外側に露出しないように前記フォトダイオードが実装される。

（９）本発明によれば、前記第２の光ファイバから出射された光を前記第２の光ファイバから前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光され焦点を結ぶ第１の焦点位置と、前記第２の光ファイバから出射された光を前記第２の光ファイバから前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光され焦点を結ぶ第２の焦点位置との間の距離をＤ、
前記フォトダイオードの一辺の長さをＬ、
前記フォトダイオードの受光領域の直径をＡとするとき、
前記第１の焦点位置と、前記第１の焦点位置からみて前記第２の焦点位置の方向に位置する前記フォトダイオードのチップ実装用支持部材の側面との間の距離Ｚは次式
Ｌ／２ ＜ Ｚ ＜ Ｄ−Ａ／２
の範囲内にある。

このようにすることによって、第２の光ファイバからノイズ光が入射したとしても、その光がチップ実装用支持部材の表面に照射されることがないため、ここからの反射／散乱光が防げ、したがってダイレクティビティを向上させることができる。

（１０）前記フォトダイオードの光入射面は、前記レンズの中心軸に垂直な面に対して傾斜している。
この構成により、入射光が第１の光ファイバに戻るのを低減することができる。

（１１）本発明の別の一態様は、光タップモジュールを提供するものであり、
前記光タップモジュールは、
平行に所定距離離間して配設された第１の光ファイバと第２の光ファイバと、
第１の端面を有する第１の屈折率分布型レンズであって、前記第１の屈折率分布型レンズの前記第１の端面が、前記二本の光ファイバの端面に対向するように配置され、前記第１の光ファイバにより出射された光を平行光にする第１の屈折率分布型レンズと、
第１の端面を有する第２の屈折率分布型レンズであって、前記第２の屈折率分布型レンズの前記第１の端面が、前記第１の屈折率分布型レンズの第２の端面と対向するように配置される第２のレンズと、
前記第１の屈折率分布型レンズの前記第２の端面に対向するように配置された光学フィルタであって、前記第１のレンズからの平行光の一部を透過させ、かつ、波長依存性を有しない平行光の他の部分を反射するように構成された光学フィルタと、
前記第２の屈折率分布型レンズの第２の端面に対向するように配設された受光領域を有するフォトダイオードであって、前記第２の屈折率分布型レンズから出射された光が前記受光領域に入射するようになっているフォトダイオードと、を備えており、
前記第２の光ファイバから出射された光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記第２の屈折率分布型レンズのほぼ中心軸上にあるように、前記第２の屈折率分布型レンズの前記第２の端面が傾斜している。

本発明の光タップモジュールの構成によれば、第２の光ファイバからノイズ光が入射したとしても、その光がフォトダイオードおよびそのチップ実装用支持部材の表面に照射されることがないため、入射光からの反射／散乱光が防げ、したがってタップモジュールのダイレクティビティを向上させることができる。また本発明は、光ファイバ増幅器用の光タップモジュールとしても適用できる。

また、本発明の光タップモジュールにおいては、第１のレンズと第２のレンズの中心軸が一致するように両レンズが一体固定されるため、調芯および組立がきわめて容易になる。この際、フォトダイオードの光入射面をレンズの中心軸に垂直な面に対して傾斜させることにより、戻り光反射率も併せて低減することができる。

上記の問題点を解決するために、本発明においては第2の光ファイバからの光がフォトダイオード実装用支持部材（ピン）を照射しないような配置をとり、支持部材からの反射／散乱光を防ぐようにした。

具体的には、図４に示すように、フォトダイオード１０５が実装されているピン１２２を細くする手段をとることができる。フォトダイオード１０６を実装するピン１２２の直径を細くすれば、出射光用光ファイバ１０３（本発明の第２のファイバ）からの光が照射される範囲外にピンを置きやすくなり、これによって反射／散乱光の発生が防げる。

同時にフォトダイオード１０６もできるだけ小さくし、出射光用光ファイバ１０３からの光ビーム１０８が入射しないようにするのが望ましい。

なお、図４の光学系では２本の光ファイバ１０１、１０３の端面の位置はコリメータレンズ１０２（本発明の第１のレンズ）の中心軸１２０からオフセットするため、第２のレンズから出射する際、光ビーム位置がレンズの中心軸１２０からずれるとともに出射方向も中心軸に対して傾斜する。そこで、収束用屈折率分布型ロッドレンズ１１４の出射側端面に角度研摩を施すことにより、レンズから出射する光ビームを屈折させ、入射光用光ファイバ１０１（本発明の第１の光ファイバ）からの光ビーム１０７の焦点位置をほぼレンズの中心軸に近い位置に補正することができる。これによりフォトダイオードをレンズの中心軸上に配置することができる。ただし出射光用光ファイバ１０３からの光ビーム１０８は大きくオフセットする。

また図５に示すように、フォトダイオード１０６をネイルピン１１２の中心（レンズの中心軸１２０に一致している）からオフセットした位置に実装する手段をとることもできる。フォトダイオードをピンの中心からオフセットさせれば、出射光用光ファイバ１０３からの光ビーム１０８はピン１１２に照射されない。このため、ここからの反射／散乱光が防げる。

図５の場合も収束用屈折率分布型ロッドレンズ１１４に角度研摩を施し、これを利用して入射光用光ファイバ１０１からのビームオフセットを補正し、ピン１１２をレンズの中心軸１２０上に配置している。

さらに図６に示すように、ピン１３２自体をフォトダイオード１０６の円筒状外形を有するパッケージ１１９の中心軸（レンズの中心軸１２０に一致している）に対してオフセットさせてもよい。この場合は収束用レンズ１２４（本発明の第２のレンズ）の端面を角度研摩する必要がない。ピン１３２の位置をフォトダイオードのパッケージ１１９の中心軸からずらして入射光用光ファイバ１０１からの光ビーム１１７が入射するように調芯する際には、出射用光ファイバからの光ビーム１１８はピン１３２を照射しない。光ビーム１１７がフォトダイオード１０６に入射するように調芯する際には、フォトダイオードのパッケージ１１９は中心軸１２０から大きくずれることがなく、調芯、組立は容易である。

もちろんフォトダイオード１０６を実装するピン１３２を細くすることが必要である。またチップ自体もできるだけ小さくすることで光ビームがフォトダイオードチップにあたらないようにするのが望ましい。

また図７に示すように、ネイルピン１４２をフォトダイオード１０６のパッケージ１２９の中心からずらした位置に配置し、さらにフォトダイオード１０６をネイルピン１４２の中心からオフセットした位置に実装してもよい。

上記方法のいずれかを用いて、フォトダイオードを実装する方法あるいはピンの位置、形状を工夫することにより、出射光用光ファイバからの光ビームがピンに照射され反射、散乱することを防ぐことができ、その結果ダイレクティビティを向上させることができる。またレンズとフォトダイオードの調芯時に発生していた大きなオフセットを解消し、組立を容易にすることができる。

上記の位置関係をさらに詳細に説明する。
図８に示すように、フォトダイオード２０６を実装するピン２１２の側面２１２ａが、入射光用光ファイバからの光ビーム２１７がフォトダイオード２０６に入射する中心位置から距離Ｚの位置にあるとする。ビームスポットの焦点位置間隔をＤ、ビームスポットの直径をＳとすると、Ｚが少なくともＤ−Ｓ／２より小さければ、出射光用光ファイバからの光ビーム２１８はピン２１２の側面２１２ａに入射しない。

一方、フォトダイオード２０６のチップ２１６の大きさがＬ×Ｌの矩形で、受光感度を有する部分２２６の中心がこの矩形の中心位置にあるとすると、Ｚは少なくともＬ／２より大きくなければならない。ただしＬ／２＜Ｄでなければならない。

以上から、Ｚの範囲は、
Ｌ／２ ＜ Ｚ ＜ Ｄ−Ｓ／２
となる。なお、フォトダイオード２０６の光検出部の受光領域２２６の直径をＡとし、Ｓ＜Ａであって、入射するビーム位置はこの受光領域内にあればよいとすると、上式のＳ／２はＡ／２で置き換えるほうが好ましい。すなわち
Ｌ／２ ＜ Ｚ ＜ Ｄ−Ａ／２
の条件が満たされていることが望ましい。

（実施例１）
本発明の第１の実施例である一方向性タップモジュールを図９に示す。入射光用光ファイバ１から出射した光は屈折率分布型ロッドレンズ２に入射する。この屈折率分布型ロッドレンズ２は、使用波長帯域に対して０．２５ピッチ（蛇行周期）になるように加工されており、光ファイバからの入射光が平行光として出射されるように設計されている。ロッドレンズ２から出射された平行光は、薄層光機能素子としてロッドレンズ端面に直接形成された光学フィルタ（タップフィルタ）５に入射する。このフィルタ５は反射率が９５％、透過率が５％となるように設計されている。

フィルタ５で反射された光はロッドレンズ２で再び集光され出射光用光ファイバ３に入射する。一方、フィルタ５を透過した光は０．１２ピッチの第２の屈折率分布型ロッドレンズ（集束レンズ）４で集光され、フォトダイオード６に入射する。また、ロッドレンズ４の出射面は角度研摩を施し、入射光用光ファイバ１からの光の集光位置がロッドレンズ４の中心軸上になるように補正する。フォトダイオード６はパッケージ９の中心に位置するネイルピン１２にフォトダイオード６の受光部の中心がネイルピンの中心から出射光用光ファイバ３からの光が集光される位置の方向に２００μｍ程度オフセットするように実装した。

ここで光ファイバ１、３はクラッド径１２５μｍの通常の単一モード光ファイバを使用した。２芯キャピラリ７はガラス製で、光ファイバ１、３の中心間距離がほぼ２５０μｍになるように光ファイバ１、３を保持する。この場合、２つの焦点位置間距離Ｄは約３７０μｍとなる。フォトダイオード６はＩｎＧａＡｓを光吸収層とするｐｉｎ型で、光検出部の受光領域の直径が８０μｍ、チップの大きさが２４０μｍ角のものを使用した。

組立の際には、入射光用光ファイバ１から光を入射したときフォトダイオード６からの出力が最大となり、出射光用光ファイバ３から光を入射したときに最も小さくなるように、ロッドレンズ４に対してパッケージ９の位置を調芯し固定した。従来技術では、２芯コリメータと集束レンズからなる光学系とフォトダイオードの調芯時に発生するオフセットは通常３００〜５００μｍであり、これに比べて本発明の構成によれば２００μｍ程度と、格段に小さく抑えることができた。

なお、フォトダイオードの光入射面をレンズの中心軸に垂直な面から傾斜させ、フォトダイオード表面で反射された入射光が入射光用光ファイバへ戻るのを防止した。本実施例では図９に示すように、チップ実装面が傾斜したネイルピン１２を用い、チップを８°傾斜させて固定した。あるいはパッケージ９全体を傾斜させて組立ててもよい。

作成したモジュールについて、そのダイレクティビティを測定した。入射光用光ファイバから入射した光に対してのフォトダイオードからの電流出力と、同じ強度の光を出射光光ファイバ側から入射したときの電流出力の比をダイレクティビティとして定義し、その波長依存性を測定した。その結果を図１０に示す。フィルタとフォトダイオードの波長依存性のためにダイレクティビティにも波長依存性が見られるが、測定した波長範囲で３１ｄＢ以上のダイレクティビティを得ることができ、従来の一方向性タップモジュールに比べて５ｄＢ以上の改善を得ることができた。

また戻り光反射率は−５５ｄＢであり、フォトダイオードの光入射面がレンズの中心に対して垂直な場合に比べて１０ｄＢ以上改善した。

（実施例２）
本発明の第２の実施例である一方向性タップモジュールを図１１に示す。光ファイバ１、３とこれらを支持する２芯キャピラリ７、およびロッドレンズ２、４からなる構成は実施例１と同様である。ただしタップフィルタ１５は反射率が９９％、透過率が１％となるように設計されている。パッケージ１９のチップを実装するピン２２は通常のネイルピンではなく、ストレートピンを用いた。このピン２２の直径は０．４５ｍｍである。フォトダイオード６のチップは実施例１同様、大きさが２４０μｍ角である。

このチップをピン２２端部面に実装した。本実施例では図１１に示すように、フォトダイオードのパッケージ９全体を８°傾斜させて固定し、反射戻り光の低減を図っている。ピン端部面を斜めに加工し、チップを実装するようにすれば、パッケージを傾斜させなくてもよい。
このモジュールのダイレクティビティを測定したところ、実施例１とほぼ同様の結果を得た。また戻り光反射率も同等であった。

光学フィルタを用いた従来のタップの光学系を示す図である。 従来のタップの問題点を説明する図である。 従来のタップの問題点を説明する図である。 従来のタップの組立における問題点を説明する図である。 本発明のタップモジュールの構成を示す図である。 本発明のタップモジュールの他の構成を示す図である。 本発明のタップモジュールの他の構成を示す図である。 本発明のタップモジュールの他の構成を示す図である。 本発明のタップモジュールのフォトダイオード周辺の位置関係を説明する図である。 本発明のタップモジュールの第１の実施例の構成を示す図である。 第１の実施例の特性を示す図である。 本発明のタップモジュールの第２の実施例の構成を示す図である。

符号の説明

１、１０１ 入射光用光ファイバ
２、１０２ コリメータレンズ
３、１０３ 出射光用光ファイバ
４、１１４、１２４ 集光用屈折率分布型ロッドレンズ
５、１０５ タップフィルタ
６、１０６、２０６ フォトダイオード
７、 ２芯キャピラリ
９、１０９、１１９、１２９ パッケージ
１２、１１２、１４２ ネイルピン
１７、１８、１０７、１０８、１１７、１１８、２１７、２１８ 光ビーム
２２、１２２、１３２、２１２ ピン
１０４ 集光用レンズ
１１０ ２芯光ファイバコリメータ

Claims (17)

1. 平行に所定距離離間して配設された第１の光ファイバと第２の光ファイバと、
   第１の端面を有する第１のレンズであって、前記第１のレンズの前記第１の端面が、前記二本の光ファイバの端面に対向するように配置され、前記第１の光ファイバにより出射させた光を平行光にする第１のレンズと、
   第１の端面を有する第２のレンズであって、前記第２のレンズの前記第１の端面が、前記第１のレンズの第２の端面と対向するように配置される第２のレンズと、
   前記第１のレンズの前記第２の端面に対向するように配置された光学フィルタであって、前記第１のレンズによって平行光にされた光の一部を透過させ、かつ、波長依存性を有しない平行光の他の部分を反射するように構成された光学フィルタと、
   前記第２のレンズの第２の端面に対向するように配設された受光領域を有するフォトダイオードであって、前記第２のレンズから出射させた光が前記受光領域に入射するようになっているフォトダイオードと、を備えた光タップモジュールにおいて、
   前記第１のレンズと前記第２のレンズとを、その間に前記光学フィルタを挟んで両レンズの中心軸が一致するように一体固定した光タップモジュール。
2. 前記フォトダイオードが円筒状のパッケージに収容され、前記パッケージは前記パッケージの中心軸と前記第１のレンズと前記第２のレンズの中心軸とが一致するように配置されている請求項１に記載の光タップモジュール。
3. 前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記フォトダイオードの表面から離れて位置するように前記フォトダイオードが配置される請求項１に記載の光タップモジュール。
4. 前記光タップモジュールが前記フォトダイオードを実装するチップ実装用支持部材をさらに備えており、前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第２の光ファイバから前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記チップ実装用支持部材の表面から離れて位置するように前記チップ実装用支持部材が配置される請求項１に記載の光タップモジュール。
5. 前記光タップモジュールが前記フォトダイオードを実装するチップ実装用支持部材をさらに備えており、前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させ、前記チップ実装用支持部材の表面から離れた位置に焦点を結ぶ焦点位置側に位置する前記フォトダイオードの少なくとも外周辺より、前記チップ実装用支持部材の搭載面が外側に露出しないように前記フォトダイオードが実装されている請求項１に記載の光タップモジュール。
6. 前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを屈折率分布型ロッドレンズとし、前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記第２のレンズのほぼ中心軸上にあるように、前記第２のレンズの前記第２の端面が傾斜している請求項１に記載の光タップモジュール。
7. 前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを屈折率分布型ロッドレンズとし、前記第２のレンズの前記第２の端面を前記第２のレンズの中心軸に対して垂直な面とし、前記第１の光ファイバから出射させた光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させて焦点を結ぶ位置に前記フォトダイオードが配設されるように、前記フォトダイオードが前記パッケージ内でオフセットしている請求項２に記載の光タップモジュール。
8. 前記光タップモジュールが前記フォトダイオードを実装するチップ実装用支持部材をさらに備えており、前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させ、前記チップ実装用支持部材の表面から離れた位置に焦点を結ぶ焦点位置側に位置する前記フォトダイオードの少なくとも外形より、前記チップ実装用支持部材の搭載面が外側に露出しないように前記フォトダイオードが実装されている請求項７に記載の光タップモジュール。
9. 前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第２の光ファイバから前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき焦点を結ぶ第１の焦点位置と、前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第２の光ファイバから前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき焦点を結ぶ第２の焦点位置との間の距離をＤ、
   前記フォトダイオードの一辺の長さをＬ、
   前記フォトダイオードの受光領域の直径をＡとするとき、
   前記第１の焦点位置と、前記第１の焦点位置からみて前記第２の焦点位置の方向に位置する前記フォトダイオードのチップ実装用支持部材の側面との間の距離Ｚが次式
   Ｌ／２ ＜ Ｚ ＜ Ｄ−Ａ／２
   の範囲内にある請求項１に記載の光タップモジュール。
10. 前記フォトダイオードの光入射面が前記レンズの中心軸に垂直な面に対して傾斜している請求項１に記載の光タップモジュール。
11. 平行に所定距離離間して配設された第１の光ファイバと第２の光ファイバと、
    第１の端面を有する第１の屈折率分布型レンズであって、前記第１の屈折率分布型レンズの前記第１の端面が、前記二本の光ファイバの端面に対向するように配置され、前記第１の光ファイバにより出射させた光を平行光にする第１の屈折率分布型レンズと、
    第１の端面を有する第２の屈折率分布型レンズであって、前記第２の屈折率分布型レンズの前記第１の端面が、前記第１の屈折率分布型レンズの第２の端面と対向するように配置される第２のレンズと、
    前記第１の屈折率分布型レンズの前記第２の端面に対向するように配置された光学フィルタであって、前記第１のレンズからの平行光の一部を透過させ、かつ、波長依存性を有しない平行光の他の部分を反射するように構成された光学フィルタと、
    前記第２の屈折率分布型レンズの第２の端面に対向するように配設された受光領域を有するフォトダイオードであって、前記第２の屈折率分布型レンズから出射させた光が前記受光領域に入射するようになっているフォトダイオードと、を備えた光タップモジュールにおいて、
    前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記第２のレンズのほぼ中心軸上にあるように、前記第２のレンズの前記第２の端面が傾斜している光タップモジュール。
12. 前記フォトダイオードが円筒状のパッケージに収容され、前記パッケージは前記パッケージの中心軸と前記第１の屈折率分布型レンズと前記第２の屈折率分布型レンズの中心軸とが一致するように配置されている請求項１１に記載の光タップモジュール。
13. 前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２のレンズにより集光させたとき、前記フォトダイオードの表面から離れた位置で焦点を結ぶ請求項１１に記載の光タップモジュール。
14. 前記光タップモジュールが前記フォトダイオードを実装するチップ実装用支持部材をさらに備えており、前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第２の光ファイバから前記第１の屈折率分布型レンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２の屈折率分布型レンズにより集光させたとき、その焦点位置が前記チップ実装用支持部材の表面から離れて位置するように前記チップ実装用支持部材が配置される請求項１１に記載の光タップモジュール。
15. 前記光タップモジュールが前記フォトダイオードを実装するチップ実装用支持部材をさらに備えており、前記フォトダイオードが、前記チップ実装用支持部材の搭載面が前記フォトダイオードの外面より外側に露出しないように実装されている請求項１１に記載の光タップモジュール。
16. 前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第２の光ファイバから前記第１の屈折率分布型レンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２の屈折率分布型レンズにより集光させたとき焦点を結ぶ第１の焦点位置と、前記第２の光ファイバから出射させた光を前記第２の光ファイバから前記第１のレンズに入射させ、前記光学フィルタを透過させて前記第２の屈折率分布型レンズにより集光させたとき焦点を結ぶ第２の焦点位置との間の距離をＤ、
    前記フォトダイオードの一辺の長さをＬ、
    前記フォトダイオードの受光領域の直径をＡとするとき、
    前記第１の焦点位置と、前記第１の焦点位置からみて前記第２の焦点位置の方向に位置する前記フォトダイオードのチップ実装用支持部材の側面との間の距離Ｚが次式
    Ｌ／２ ＜ Ｚ ＜ Ｄ−Ａ／２
    の範囲内にある請求項１１に記載の光タップモジュール。
17. 前記フォトダイオードの光入射面がレンズの中心軸に垂直な面に対して傾斜している請求項１１に記載の光タップモジュール。

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