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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf ein optisches Sende-
und Empfangsmodul, das für
die optische Kommunikation verwendet wird.
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In
einer in Haushalten verwendeten Endeinrichtung einer als FTTH (Fiber
To The Home) bezeichneten optischen Zugriffsleitung werden optische
Sende- und Empfangsmodule verwendet, die eine bidirektionale Übertragung
mit einer einzigen Faser durchführen.
Als Beispiel für
ein herkömmliches
optisches Sende- und Empfangsmodul ist beispielsweise in 1 der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 7-261054 (mit der Anmeldenummer 6-046712) ein Beispiel (ein
erstes herkömmliches
Beispiel) gezeigt, bei dem ein Modul verwendet wird, das eine Laserdiode
und eine Fotodiode in demselben Gehäuse aufnimmt.
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Bei
dem in der obigen japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-261054
gezeigten Beispiel ist eine Linse zwischen einer Öffnung des
Gehäuses,
in dem eine Laserdiode und eine Fotodiode aufgenommen sind, und
einer optischen Faser angeordnet, und ein Deckglas der Öffnung des
Gehäuses
ist mit einem Beugungsgitter versehen. Bei dem so aufgebauten optischen
Sende- und Empfangsmodul, das in der obigen japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 7-261054 offenbart ist, dringt das von einer Laserdiode ausgegangene Licht
durch das Beugungsgitter und wird dann von der Linse in die optische
Faser gebündelt.
Beim Empfang dagegen erreicht das von der optischen Faser ausgegangene
Licht das Beugungsgitter durch die Linse. Dieses Licht wird dann
an dem Beugungsgitter gebeugt und auf einer fotodetektierenden Oberfläche der
Fotodiode gebündelt.
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Eine
derartige Anordnung ist ebenfalls in dem US-Patent Nr. 5,555,334
beschrieben, das die Priorität der
japanischen Anmeldung Nr. 6-046712 in Anspruch nimmt.
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In
der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-15582 ist ebenfalls
ein herkömmliches
Beispiel (ein zweites herkömmliches
Beispiel) offenbart, das sich von dem ersten herkömmlichen
Beispiel unterscheidet, wobei eine Linse in der unmittelbaren Nachbarschaft
einer Laserdiode angeordnet ist, um aus dem Licht von der Laserdiode
parallele Lichtstrahlen zu machen, und ein Beugungsgitter mit einer
Linsenfunktion ermöglicht es
diesen parallelen Strahlen, in eine optische Faser einzutreten.
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Bei
dem ersten herkömmlichen
Beispiel gibt es jedoch eine Beschränkung dergestalt, dass die
Laserdiode und die Fotodiode unter Berücksichtigung der Größen dieser
Elemente selbst nahe beieinander angeordnet sind, und es ist schwierig,
zu bewirken, dass sie sich einander mit einem Abstand von etwa 0,2
mm nähern.
Um es einem Laserlicht zu ermöglichen,
in eine optische Faser einzutreten, und es einem von der optischen
Faser ausgehenden Licht zu ermöglichen,
in eine Fotodiode einzutreten, indem ein erforderlicher Zwischenraum
zwischen der Laserdiode und der Fotodiode erhalten bleibt, gibt
es ein Verfahren zum Erhöhen
eines Beugungswinkels eines Beugungsgitters (ein erstes Verfahren)
und ein Verfahren des Vergrößerns eines Abstands
zwischen einem Beugungsgitter und einer Laserdiode (ein zweites
Verfahren). Bei dem ersten Verfahren verringert sich jedoch ein
Beugungswirkungsgrad des Beugungsgitters, bei dem der Beugungs winkel erhöht ist,
und es tritt ein Problem auf, dass ein Kopplungswirkungsgrad eines
Laserlichts in eine optische Faser verschlechtert wird oder dass
ein foto-elektrischer Umwandlungswirkungsgrad des von einer optischen
Faser ausgehenden Lichts in einer Fotodiode verschlechtert wird.
Wenn ein Abstand zwischen einer Linse und einer Laserdiode wie in
dem zweiten Verfahren erhöht
wird, wird die Aberration groß,
und es tritt ein Problem auf, dass ein Koppelwirkungsgrad eines
Laserlichts in eine optische Faser verschlechtert wird.
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In
dem zweiten herkömmlichen
Beispiel gibt es weiterhin ein Problem, weil ein Beugungsgitter
eine Linsenfunktion hat, dass es ein Beugungsgitter in der Form
eines Kreisbands mit einer kurzen Periode wird und daher ein Beugungswirkungsgrad
verschlechtert wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches
Sende- und Empfangsmodul bereitzustellen, das einen Koppelwirkungsgrad
zwischen einer Laserdiode und einer optischen Faser erhöhen kann
und das einen foto-elektrischen Umwandlungswirkungsgrad des von
einer optischen Faser ausgehenden Lichts in einer Fotodiode erhöhen kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein optisches Sende- und Empfangsmodul gemäß Anspruch 1. Weiterbildungen
der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Das
optische Sende- und Empfangsmodul ist mit einer optischen Faser
verbunden und sendet ein erstes Licht und empfängt ein zweites Licht über die
optische Faser. Dieses Modul enthält: eine Lichtquelle, die das
erste Licht aussendet; einen Lichtempfangsabschnitt, der das zweite
Licht empfängt;
eine Beugungsvorrichtung, die die Durchgangsrichtung zumindest des
ersten oder des zweiten Lichtes ändert,
eine erste Linse, die das erste Licht, das von der Lichtquelle ausgeht
und durch die Beu gungsvorrichtung hindurch tritt, auf eine Lichtaufnahme/abgabefläche der
optischen Faser bündelt
und das zweite Licht, das von der optischen Faser ausgeht, durch
die Beugungsvorrichtung hindurch auf den Lichtempfangsabschnitt
bündelt;
und eine zweite Linse, die verhindert, dass ein Strahl des von der
Lichtquelle ausgehenden ersten Lichts divergiert, und es ihm ermöglicht,
durch die Beugungsvorrichtung hindurch in die erste Linse einzutreten.
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Das
so aufgebaute Sende- und Empfangsmodul der vorliegenden Erfindung
kann einen Koppelwirkungsgrad zwischen einer Lichtquelle und einer
optischen Faser verbessern, und es kann einen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad
des von einer optischen Faser ausgehenden Lichts in einem Lichtempfangsabschnitt
verbessern.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten
Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines Aufbaus eines optischen Sende- und Empfangsmoduls
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Si-Oberflächenmontagesubstrats, auf dem
eine Laserdiode und eine Kugellinse angebracht sind;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Photodiodenoberflächenmontagetafel, die mit einer
Photodiode und einem Verstärkerchip
versehen ist;
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4 eine
Ansicht eines Zustands, in dem ein Si-Oberflächenmontagesubstrat und eine
Photodiodenoberflächenmontagetafel
auf einem Stutzen angebracht sind;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Aufbaus eines Beugungsgitters gemäß der ersten
Ausführungsform;
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6 ein
Diagramm, das Beugungswirkungsgradkennlinien des Beugungsgitters
gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
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7 eine
Ansicht eines Aufbaus eines optischen Systems des optischen Sende-
und Empfangsmoduls gemäß der ersten
Ausführungsform;
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8A eine
Ansicht eines Pfads eines von einer Laserdiode ausgehenden Laserlichts
in dem optischen Sende- und Empfangsmodul gemäß der ersten Ausführungsform;
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8B eine
Ansicht eines Pfads eines von einer optischen Faser ausgehenden
Lichts in dem optischen Sende- und Empfangsmodul gemäß der ersten
Ausführungsform;
und
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9 eine
Ansicht eines Aufbaus eines optischen Systems eines optischen Sende-
und Empfangsmoduls gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Im
folgenden wird mit Bezug auf die Zeichnungen ein optisches Sende-
und Empfangsmodul gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Ein
optisches Sende- und Empfangsmodul der ersten Ausführungsform ähnelt den
herkömmlichen Beispielen
darin, dass ein von einer Laserdiode 1 ausgehendes Laserlicht über eine
erste Linse 3 und ein Beugungsgitter 5 in eine
optische Faser 6 eintritt und dass von einer optischen
Faser 6 ausgehendes Licht über das Beugungsgitter 5 und
die erste Linse 3 in eine Fotodiode 2 eintritt,
aber es unterscheidet sich von den herkömmlichen Bei spielen darin,
dass eine zweite Linse 4 nahe bei der Laserdiode 1 bereitgestellt
ist (1 u.a.).
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Im
folgenden wird ein Aufbau des optischen Sende- und Empfangsmoduls
dieser ersten Ausführungsform
im Detail beschrieben.
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Bei
dieser ersten Ausführungsform
sind eine Laserdiode 1 und eine als zweite Linse dienende
Kugellinse 4 auf einem Si-Oberflächenmontagesubstrat 10 angebracht,
und das Si-Oberflächenmontagesubstrat 10 ist
vermittels eines LD-Unterträgers 11 auf
einem Stutzen 30 angebracht (1 und 2).
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Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich, sind Elektrodenmuster 12, 13,
die mit der Laserdiode 1 verbunden sind, auf einer Deckfläche des
Si-Oberflächenmontagesubstrats 10 ausgebildet,
und die Laserdiode 1 ist beispielsweise mit einem Elektrodenmuster 12 unter
Verwendung von Lot in Kontinuität
zu der einen Elektrode chipgebondet. Ein Draht 14 ist zwischen
dem anderen Elektrodenmuster 13 und der anderen Elektrode der
Laserdiode 1 angeschlossen. Weiterhin ist die Laserdiode
mit unten liegendem Übergang
oberflächenmontiert,
so dass ein Lichtabstrahlpunkt auf der Oberflächenseite des Si-Oberflächenmontagesubstrats
liegt. Ein modulierter Strom von einer (nicht dargestellten) Treiberschaltung
wird der so oberflächenmontierten
Laserdiode 1 über
die Elektrodenmuster 12, 13 zugeführt, und
Laserlicht wird durch eine Kugellinse 4 mit einem kleinen
Durchmesser abgestrahlt.
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Wie
in 2 dargestellt, ist auf der Vorderseite des Lichtabstrahlpunkts
der Laserdiode 1 in der Deckfläche des Si-Oberflächenmontagesubstrats 10 ein
Graben 10a beispielsweise durch Ätzen ausgebildet, und eine
aus einer lichtdurchlässigen
Kugel gebildete Kugellinse 4 ist in dem Graben 10a so
bereitgestellt, dass die Mitte der Linse mit einer Achse des Laserstrahls
von der Laserdiode 1 fluchtet. Diese Kugellinse 4 ist
in dem Graben 10a mit Lot oder einem Kleber befestigt.
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Wenn
der Graben 10a in der Deckfläche des Si-Oberflächenmontagesubstrats 10 durch Ätzen gebildet
wird und die Kugellinse 4 wie in dieser ersten Ausführungsform
in dem Graben 10a positioniert und fixiert wird, ist die
Oberflächenmontage
mit einer hohen Genauigkeit innerhalb von ± 5 μm möglich. Dadurch ist es möglich, eine
Relativstellung zwischen Laserdiode 1 und Kugellinse 4 unter
Beibehaltung einer guten Genauigkeit anzuordnen.
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Ein
Si-Untermontagesubstrat 10, an dem die Laserdiode 1 und
die Kugellinse 4 so befestigt sind, wird mit einer Fläche des
LD-Unterträgers 11 verbunden,
und der LD-Unterträger 11 wird
an einer bestimmten Stelle des Stutzens so angebracht, dass das
Si-Untermontagesubstrat 10 vertikal zu einer Deckfläche des
Stutzen 30 ist.
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In
dieser ersten Ausführungsform
ist die Fotodiode 2 auf einer Deckfläche einer Fotodiodenoberflächemontagetafel
(PD-Oberflächenmontagetafel) 20 so
angebracht, dass ihr Lichtempfangsbereich 2a nach oben zeigt
(3). Wie ebenfalls in 3 dargestellt
ist, ist ein Verstärkerchip
(Verstärker-IC) 25 zum
Verstärken der
von der Fotodiode 2 erfassten Signale an der Deckfläche der
PD-Oberflächenmontagetafel 20 bereitgestellt,
und ein Draht 24a ist zwischen einer Elektrode 25e des
Chips und einer PD-Elektrode 2e der Fotodiode 2 angeschlossen,
und ein Draht 24b ist zwischen der anderen Elektrode 25e des
Verstärkerchips 25 und
einem Elektrodenmuster 22 angeschlossen, das auf einer
Deckfläche
der PD-Oberflächenmontagetafel
ausgebildet ist. Diese PD-Oberflächenmontagetafel 20 kann
aus Keramik wie z.B. Aluminiumoxid hergestellt sein.
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Die
PD-Oberflächenmontagetafel 20,
auf der die Fotodiode 2 und der Verstärkerchip 25 so oberflächenmontiert
sind, wird an der bestimmten Stelle auf einer Deckfläche des
Stutzens 30 befestigt. Somit sind das Si-Untermontagesubstrat 10 und
die PD-Oberflächenmontagetafel 20 so
bereitgestellt, dass sie senkrecht zueinander liegen, aber in dieser
ersten Ausführungsform
ist eine Stufe 10b entlang einer Seite in der Deckfläche des
Si-Untermontagesubstrats 10 ausgebildet, und die PD-Oberflächenmontagetafel 20 ist
so angeordnet, dass eine ihrer Seiten gegen eine Grundfläche der
Stufe 10b stößt (4).
Durch diese Stufe 10b ist es möglich, die Genauigkeit einer
Relativposition zwischen der Laserdiode 1 und der Fotodiode 2 sicherzustellen. Somit
können
ein Abstand in der Richtung einer optischen Achse und ein lateraler
Abstand zwischen der Laserdiode 1 und der Fotodiode 2 stabil
sichergestellt sein.
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Eine
Haube 40, die das Si-Untermontagesubstrat 10 und
die PD-Oberflächenmontagetafel 20 bedeckt,
ist auf einer Deckfläche
des Stutzens 30 bereitgestellt. Ein Fenster 40a,
das durch Anbringen einer Glasplatte 41 an einer Öffnung an
einer Deckfläche
gebildet wird, ist in dieser Haube 40 ausgebildet, und
das Modul ist daran angepasst, Licht durch das Fenster 40a aufzunehmen
und abzugeben.
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In
dieser ersten Ausführungsform
ist eine Linse 3, deren eine Oberfläche eine Linsenoberfläche 3a ist und
deren andere Oberfläche
mit einem Beugungsgitter 5 versehen ist, auf der Glasplatte 41 der
Haube 40 so bereitgestellt, dass eine Beugungsgitteroberfläche S5,
auf der ein Beugungsgitter 5 ausgebildet ist, einer Deckfläche der
Glasplatte 41 gegenüberliegt.
Die Linse 3, in die das Beugungsgitter 5 integriert
ist, kann übrigens
beispielsweise durch Ätzen
von Si hergestellt werden.
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Weiterhin
ist eine optische Faser 6 in einem vorbestimmten Abstand
von der Linsenoberfläche 3a so angeordnet,
dass das La serlicht der Laserdiode durch die Linse 3 auf
eine Einfallfläche
der optischen Faser 6 gebündelt wird. Dabei ist der Stutzen 30 beispielsweise
von einem zylindrischen Adapter 50 gekrönt, und die in eine Hülse 7 eingesetzte
optische Faser 6 wird unter Verwendung der Hülse 7 und
eines Hülsenhalters 51 befestigt.
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Als
nächstes
wird ein Aufbau eines optischen Systems in dem optischen Sende-
und Empfangsmodul dieser ersten Ausführungsform beschrieben. Bei
diesem optischen Sende- und Empfangsmodul ist das Beugungsgitter 5 gebildet
aus dem mit der Linse 3 wie oben beschrieben integrierten
Beugungsgitter, und es wird ausgeformt durch Bilden eines Beugungsgittermusters
auf der der Seite der Linse gegenüberliegenden Oberfläche. Somit
sind in dieser ersten Ausführungsform
das Beugungsgitter 5 und die Linse 3 zu einem
Teil zusammengefasst, und daher kann das Modul leicht und mit geringen
Kosten hergestellt werden.
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Ein
Beispiel eines Aufbaus des Beugungsgitters 5 ist in 5 dargestellt.
Wie in 5 dargestellt, besteht dieses Beugungsgitter aus
einer Mehrzahl von keilförmigen
Gräben
(im Querschnitt V-förmig)
mit Zwischenräumen,
die so ausgebildet sind, dass sie gerade und parallel zueinander
verlaufen. Jeder Graben ist aus zwei Flächen 5a, 5b gebildet,
die einen vorbestimmten Winkel bilden. Die eine 5a dieser
zwei Flächen
ist im wesentlichen vertikal (parallel zu der Durchgangsrichtung
des Laserlichts), und die andere 5b ist eine schräge Fläche (eine
Fläche,
die die Durchgangsrichtung des Laserlichts schräg schneidet). Diese schräge Fläche 5b ist
weiter in der Form von Stufen ausgebildet. Bei dieser ersten Ausführungsform
werden im Hinblick auf die Beugungseigenschaften des Beugungsgitters 5 eine
Tiefe des keilförmigen
Grabens und eine Anzahl von Stufen so festgelegt, dass das Beugungsgitter
die erste Wellenlänge
des von der Laserdiode 1 abgestrahlten Laserlichts ohne
Beugung durchlässt
(Beugung 0. Ordnung) und die zweite Wellenlänge des aus der optischen Faser
austretenden Lichts beugt.
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Als
Beispiel sind in 6 Beugungswirkungsgradkennlinien
(Beugungswirkungsgrad mit Bezug auf die Tiefe des Grabens) für Licht
mit den Wellenlängen
1,3 μm und
1,55 μm
in dem Fall dargestellt, in dem die Anzahl der Stufen 7 beträgt. Wenn
eine Tiefe des keilförmigen
Grabens auf 2,6 μm
eingestellt ist, ist aus 6 ersichtlich, dass fast das
gesamte Licht mit der Wellenlänge
von 1,3 μm
in nullter Ordnung gebeugt wird, d.h. durchgeht. Andererseits wird
etwa 90% des Lichts mit der Wellenlänge 1,55 μm in erster Ordnung gebeugt.
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Daher
wird eine optische Achse des Lichtes mit einer Wellenlänge von
1,55 μm,
das von der optischen Faser 6 ausgeht, von einer optischen
Achse des Laserlichts getrennt, das von der Laserdiode ausgeht und über die
Kugellinse 4 und durch das oben genannte Beugungsgitter 5 hindurch
in die Linse 3 eindringt. Wenn das so aufgebaute Beugungsgitter 5 vorhanden
ist, tritt das von der Laserdiode 1 ausgehende Laserlicht
mit einer Wellenlänge
von 1,3 μm
ohne Beugung durch das Beugungsgitter 5 hindurch, nachdem
es die Kugellinse 4 durchlaufen hat, und es wird von der
Linse 3 gebündelt,
um in die optische Faser einzutreten (7, 8A).
Das von der optischen Faser 6 ausgehende Licht mit einer
Wellenlänge
von 1,55 μm
wird beim Hindurchtreten durch das Beugungsgitter 5 gebeugt
und tritt in die Fotodiode 2 ein, ohne in die Kugellinse 4 einzutreten
(7, 8B).
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Im
folgenden wird in Tabelle 1 ein spezifischeres Beispiel gezeigt,
das den optischen Entwurf des optischen Sende- und Empfangsmoduls
gemäß der ersten
Ausführungsform
betrifft.
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Dabei
stellen die in Tabelle 1 und 7 dargestellten
Symbole die folgenden Größen dar:
- L3:
- Abstand zwischen der
optischen Faser 6 und der Linse 3
- R2:
- Radius der Krümmung einer
Linsenoberfläche
der Linse 3
- D2:
- Dicke der Linse 3
- L2:
- Abstand zwischen der
Linse 4 und der Linse 3
- D1:
- Dicke der Linse 4 (=
2 mal der Krümmungsradius
einer Kugellinse, wenn eine Linse eine Kugellinse ist)
- L1:
- Abstand zwischen der
Linse 4 und einem Lichtabstrahlpunkt 1a der Laserdiode 1
- L4:
- Abstand zwischen der
Linse 3 und einem Lichtaufnahmepunkt der Fotodiode 2
- P:
- lateraler Abstand
zwischen dem Lichtabstrahlpunkt der Laserdiode 1 und dem
Lichtempfangspunkt der Fotodiode 2
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In
diesem Beispiel wird als Material für die Linse 3 Silizium
(Si, Brechungsindex 3,45) gewählt,
und als Linse 4 wird eine Kugellinse aus Glas mit einem
Brechungsindex von 1,5 verwendet. Ein Rastermaß des Beugungsgitters 5 beträgt 20 μm, und in
diesem Beugungsgitter 5 beträgt ein Beugungswinkel für Licht
mit einer Wellenlänge
von 1,5 μm
4,3°.
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Weiterhin
sind Darstellungen von Lichtstrahlen dabei in 8A und 8B gezeigt. 8A zeigt
ein Diagramm von Licht von der Laserdiode zu der optischen Faser,
und 8B zeigt ein Diagramm von Lichtstrahlen von der
optischen Faser zu dem PD-Lichtempfangsbereich.
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Wenn
in dem obigen Beispiel eine Spotgröße der Laserdiode 1 zu
1 μm angenommen
wird und eine Spotgröße der optischen
Faser 6 zu 4,5 μm,
kann als Koppelwirkungsgrad in dem Fall, in dem Laserlicht von der
Laserdiode in die optische Faser 6 eintritt, ein hoher
Koppelwirkungsgrad von etwa 60% erreicht werden.
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Der
Grund für
das Erreichen eines so hohen Koppelwirkungsgrads besteht darin,
dass es möglich
ist, es dem von der Laserdiode 1 ausgehenden Laserlicht
zu ermöglichen,
in die Linse 3 einzutreten, wobei das Laserlicht von der
Kugellinse 4 am Divergieren gehindert wird, und es dem
Laserlicht zu ermöglichen,
in die optische Faser 6 einzutreten, indem es durch die
Linse 3 gebündelt
wird, und zusätzlich
dazu ist es möglich, die
Aberration der Bildformung unter Verwendung von zwei Linsen zu verringern.
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Wenn
die jeweiligen Parameter wie in Tabelle 1 gezeigt eingestellt sind,
hat eine Vergrößerung β1 (= fl/(fl – D1/2 – L1)) der
Spotgröße des Laserlichts
durch die Linse 4 auf einer Oberfläche des Beugungsgitters den
Wert 5, da eine Brennweite f1 der Kugellinse 4 den Wert
0,225 mm hat, und andererseits hat eine Vergrößerung β2 (= f2/(L4 – f2)) durch die Linse 3 auf
einer Eintrittsfläche
der optischen Faser 6 den Wert 0,58, da eine Brennweite
f2 der Linse 3 1,76 mm beträgt,
und somit wird eine Gesamtvergrößerung 2,9
(= 5 × 0,58)
und kann an die optimale Vergrößerung von
4,5 angenähert
werden.
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Ein
Zwischenraum zwischen der Laserdiode 1 und der Fotodiode 2 in
der Richtung einer optischen Achse (L4 – L2) kann 1,18 mm betragen,
und ein lateraler Abstand P kann 0,33 mm betragen. Das sind hinreichende
Abstände
für eine
leichte Oberflächenmontage,
auch wenn eine Gesamtgröße des optischen
Sende- und Empfangsmoduls berücksichtigt
wird. Ein Strahlenbündel,
das von der optischen Faser 6 ausgeht und den Lichtempfangsabschnitt 2a erreicht,
tritt nicht durch die Linse 4. Der Grund dafür besteht
darin, dass es möglich
ist, L4 größer als
L3 zu machen, indem eine Vergrößerung der
Linse 4 verwendet wird, die größer als die erforderliche Gesamtvergrößerung ist,
und eine Vergrößerung der
Linse 3, die kleiner als 1 ist, und ein Abstand
zwischen dem Beugungsgitter 5 und dem Lichtempfangsabschnitt 2a größer wird,
und daher kann das Strahlenbündel
größtenteils
mit einem relativ schmalen Beugungswinkel abgetrennt werden.
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Wenn
andererseits die Vergrößerung der
Linse 3 den Wert 0,1 oder weniger hat, hat ein Abstand
L4 zwischen der Linse 3 und einem Lichtempfangspunkt der
Fotodiode 2 den Wert 27 mm, die Gesamtgröße des Moduls
wird groß,
und daher ist die Vergrößerung der
Linse 3 vorzugsweise auf ≥ 0,1
und ≤ 1,0
eingestellt. Durch Verwenden einer Vergrößerung der Linse 3 von
1 oder weniger ist es möglich,
einen Abstand zwischen der Linse 3 und dem Lichtempfangsabschnitt 2a zu
vergrößern und
die Trennung der optischen Achsen durch Beugung zu erhöhen.
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Die
Gesamtvergrößerung beträgt wünschenswerterweise
2 oder mehr, und daher wird die Vergrößerung der Linse 3 auf
wünschenswerterweise ≥ 0,4 eingestellt.
Wenn ein lateraler Abstand P zwischen dem Lichtabstrahlpunkt 1a der
Laserdiode 1 und dem Lichtempfangspunkt 2a der
Fotodiode 2 kleiner gleich 0,25 mm ist, wird es schwierig,
den Lichtabstrahlpunkt der Laserdiode 1 und die Fotodiode 2 oberflächenzumontieren,
und daher ist L4 vorzugsweise auf 3,4 mm oder weniger eingestellt,
und dafür
ist die Vergrößerung der Linse 3 vorzugsweise
auf ≥ 0,8
eingestellt. Die Verstärkung
der Linse ist in weiter bevorzugter Weise also auf ≥ 0,4 und ≤ 0,8 eingestellt.
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In
diesem Beispiel wurde eine Kugellinse mit einem Durchmesser von
0,3 mm und einen Brechungsindex von 1,5 als Kugellinse 4 verwendet,
aber im wesentlichen dieselbe Wirkung kann auch erzielt werden, wenn
beispielsweise eine Kugellinse mit einem Durchmesser von 0,5 mm
und einem Brechungsindex von 1,8 (Brennweite f1 = 0,28 mm) oder
eine Kugellinse mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einem Brechungsindex
von 2,0 (Brennweite f1 = 0,2 mm) verwendet werden.
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Somit
können
in der vorliegenden Erfindung Kugellinsen verschiedener Größen als
zweite Linse verwendet werden, aber unter Berücksichtigung dessen, dass es
schwierig wird, eine Kugellinse mit einem Durchmesser von ≤ 0,1 mm oberflächenzumontieren,
hat eine Kugellinse vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens
0,1 mm und höchstens
0,8 mm, und wenn weiter ein leicht verfügbares Materials als Linsenmaterial verwendet
wird, hat die Kugellinse unter Berücksichtigung des Brechungsindex
des Materials in weiter bevorzugter Weise einen Durchmesser von
mindestens 0,3 mm und höchstens
0,5 mm. Wenn eine Kugellinse 4 mit einem Durchmesser von
höchstens
0,8 mm verwendet wird, kann das Modul leicht so entworfen werden,
dass die erste Linse ein Strahlenbündel, das von der optischen
Faser ausgeht und den Lichtempfangsabschnitt erreicht, nicht unterbricht.
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In
dem optischen Sende- und Empfangsmodul gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Beugungsgitter 5 so
angepasst, dass es das von der optischen Faser ausgehende Licht durch
einen Beugungseffekt beugt und an dem Laserlicht eine Beugung nullter
Ordnung und somit keine Beugung durchführt.
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Da
es das Licht mit der einen Wellenlänge bündeln und beugen kann, ohne
eine Wirkung auf das Licht mit der anderen Wellenlänge auszuüben, steigt
eine Flexibilität
eines optischen Entwurfs, und der Koppelwirkungsgrad für die optische
Faser kann verbessert werden.
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Ein
optisches Sende- und Empfangsmodul einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist so angepasst, dass verhindert wird,
dass reflektiertes Licht, das durch Reflexion des von einer optischen Faser 6 ausgehenden
Lichtes an einer Endfläche
der Laserdiode erzeugt wird, in dem optischen Sende- und Empfangsmodul
der ersten Ausführungsform
zu der optischen Faser 6 zurückkehrt. In 9 ist
ein Aufbau eines Linsensystems dieser zweiten Ausführungsform
dargestellt.
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In
dieser zweiten Ausführungsform
ist eine Mitte der Linse 3 auf einer optischen Achse eines
optischen Systems angeordnet, die durch eine Mitte einer Lichtaufnahme/abgabefläche 6a der
optischen Faser und einen Lichtabstrahlpunkt der Laserdiode 1 geht,
und eine Kugellinse 4 ist im Hinblick auf die optische
Achse des optischen Systems dezentriert.
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Anders
ausgedrückt
ist die Linse 3 dezentriert im Hinblick auf eine gerade
Linie, die durch eine Mitte der Kugellinse 4 und den Lichtabstrahlpunkt 1a der
Laserdiode 1 geht (eine gerade Linie, die den Lichtabstrahlpunkt
enthält
und senkrecht zu einer Lichtabstrahlfläche der Laserdiode ist).
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In
dieser zweiten Ausführungsform
ist die Lichtaufnahme/abgabefläche 6a der
Spitze der optischen Faser 6 nicht senkrecht zu der optischen
Achse des optischen Systems, und sie ist um einen Winkel von 8° im Hinblick
auf eine zu der optischen Achse des optischen Systems senkrechten
Ebene gekippt.
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Da
bei diesem optischen Sende- und Empfangsmodul der so aufgebauten
zweiten Ausführungsform die
Lichtaufnahme/abgabefläche 6a der
optischen Faser 6 nicht senkrecht zu der optischen Achse
des optischen Systems ist, tritt das von der Laserdiode 1 ausgehende
Licht auch dann nicht wieder in den Laser 1 ein, wenn es
an der Lichtaufnahme/abgabefläche 6a reflektiert
wird, und da eine Lichtabstrahlfläche 1a der Laserdiode 1 nicht
senkrecht zu der optischen Achse des optischen Systems ist, tritt
das von der optischen Faser 6 ausgehende Licht auch dann
nicht wieder in die optische Faser 6 ein, wenn es an der
Lichtabstrahlfläche 1a des
Lasers reflektiert wird.
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Außerdem kann
in der zweiten Ausführungsform
die Größe der Dezentrierung
einer Kugellinse 4 im Hinblick auf die optische Achse des
optischen Systems leicht sichergestellt werden durch Einstellen
einer Breite eines Grabens oder dergleichen in dem Si-Oberflächenmontagesubstrat.
