JP2001223642A - 光通信装置 - Google Patents

光通信装置

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JP2001223642A
JP2001223642A JP2000031891A JP2000031891A JP2001223642A JP 2001223642 A JP2001223642 A JP 2001223642A JP 2000031891 A JP2000031891 A JP 2000031891A JP 2000031891 A JP2000031891 A JP 2000031891A JP 2001223642 A JP2001223642 A JP 2001223642A
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optical
optical fiber
light
substrate
optical waveguide
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JP2000031891A
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Miki Kuhara
美樹 工原
Naoyuki Yamabayashi
直之 山林
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/071Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using a reflected signal, e.g. using optical time domain reflectometers [OTDR]

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバや光コネクタの故障を検出するた
めの監視光反射器を低コストで製作すること。 【解決手段】 基板の上に光導波機構と光素子を設けた
表面実装型光通信装置の光導波機構に監視光のみを選択
反射するグレーティングを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いる光
送信器、光受信器およびこれらを一体化した光送受信器
(以下では、「光送信・受信器」、或いは「光通信器」
と総称する)に関する。つまり本発明は、 1.光送信器 2.光受信器 3.光送受信器 の3つの態様がある。いずれの形式にも適用できるもの
である。
【0002】これらの光通信器において監視光を反射す
るための機構の改良に関する。特に加入者系のような小
型低コストの光送信・光受信器を提供する。監視光反射
機構は光ファイバ断線を検出するために設けられるが、
これがコストを押し上げないようにした改良を与える。
【0003】
【従来の技術】従来の光送受信器は、図1のLDや、図
2のPDを組み合わせて、光送信器或いは光受信器或い
は光送受信器を構成していた。図1のLDモジュールは
金属カンに素子を密封したもので三次元的な構成を持っ
ている。円盤形状の金属ステム1、金属円筒形状のレン
ズホルダ−2、金属円錐形状のフェルールホルダ−3に
よって外殻部が構成される。それぞれは溶接によって接
合され堅固な構造物となっている。内部には円筒形のキ
ャップ4がありステム1の上に固定される。
【0004】ステム1の上面垂直に延びるマウント5の
側壁にLDチップ6が取り付けられる。直下にはモニタ
用PD7がステム1中央に固定される。レンズホルダ−
2の上方開口部には集光レンズ8が固定される。その上
のフェルールホルダ−3の開口には光ファイバ9の先端
を把持するフェルール10が固定される。先端を斜めに
研磨してファイバ端面反射光がLD6に戻らないように
なっている。ステム1は下面にピン11を持つ。送信信
号、モニタ信号などの入出力端子となる。
【0005】LD6から出た信号光(送信光)はレンズ
8によって集光されファイバ9に入りその中を伝搬す
る。金属パッケージで密封され信頼性も高い。ステム
1、レンズホルダ−2、フェルールホルダ−3、フェル
ール10をXYZの三方向に動かして、LD6、レンズ
8、ファイバ9の最適関係位置を決める。このような調
芯が必要である。三次元構成で調芯が不可欠で高コスト
という欠点があった。
【0006】図2の受光素子モジュールも同様の三次元
構成を持つ。円形の金属ステム12、円筒形金属レンズ
ホルダ−13、円錐形金属フェルールホルダ−14が金
属製パッケージを構成する。内部にはさらに円筒形のキ
ャップ15がステム上に取り付けられる。ステム12の
中央にはPD16が固定される。PDの直上においてレ
ンズホルダ−13の開口部にレンズ17が設けられてい
る。光ファイバ18の端部を保持するフェルール19が
フェルールホルダ−14の頂部開口に差し込まれて固定
される。これもステム12、レンズホルダ−13、フェ
ルールホルダ−14の間の2次元調芯と、フェルール1
9の1次元調芯を合わせて3次元の調芯が不可欠であ
る。現在はこのような三次元的構成を持つLD、PDモ
ジュールが使用されている。
【0007】図3はLDとPDを対向させて送信と受信
それぞれに光ファイバを1本ずつ使用する例である。基
地局のLD1からの信号が、光ファイバ21を通って加
入者のPD2にいたる。これは下り信号と呼ぶ。加入者
側のLD2から出た信号は光ファイバ22を伝わり基地
局側のPD1によって受信される。このように光ファイ
バが2本あるシステムは送信受信を同時に行う場合波長
が同一であっても差し支えない。
【0008】このような2本光ファイバタイプの光通信
装置はたとえば、 高橋龍太、村上和也、須永義則、所武彦、小林雅彦、
「SFF光トランシーバ用光素子実装方法の検討」19
99年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ
大会、C−3−28、p133(1999) などに提案されている。これは光クロストークを問題に
している。故障検出については言及していない。
【0009】図4は光ファイバ1本で送受信を行う例で
ある。基地局はLD1、PD1を有し、加入者はLD
2、PD2を有する。両者が光ファイバ24によって結
ばれる。時刻を違える場合(ピンポン伝送)は一つの波
長の信号光を用いることもできる。しかし同時双方向通
信する場合は、上り信号λと下り信号λに二つの異
なる波長の光を利用する必要がある。光ファイバ24の
両端に分波器23、25を設ける。分波器23、25で
波長の異なる上り信号λと、下り信号λを区別す
る。
【0010】具体的には、図5のようなWDMフィルタ
と一体化した送受信器が用いられる。これは加入者側で
ある。別個のLDモジュール26とPDモジュール27
がある。それぞれは図1、図2のように独立したモジュ
ールである。LD26の出力は光ファイバ28、光コネ
クタ29、光ファイバ30を経てWDM31に入る。こ
れは波長選択性のある結合器であり、送信光λは光フ
ァイバ30をそのまま通り光コネクタ34から外部の光
ファイバ35に送り出される。光ファイバ35は基地局
につながる。局側からの受信光λは光ファイバ35、
光コネクタ34、WDM31に入り、ここの結合部33
で選択的に第2の光ファイバ32へ入る。WDM31で
送信光λと受信光λが分離され同時双方向通信が可
能である。
【0011】公知の光通信システムを概観した。以上の
光通信システムにおいて伝送路の異常検出機構が設けら
れる。伝送路である光ファイバが正常に光送受信器まで
到達しているか否かを確認するために、局側から上り光
とも下り光とも異なる波長の光λを局側から加入者側
に送り、その反射戻り光を観測して伝送路の異常の有無
を検知する方式が採られている。
【0012】例えば図6は、1:N(N=16,32
等)の多分岐の光加入者系を模式的に表したものであ
る。局40からλ(例えば1.55μm)の下り信号
が光ファイバ41によって送られ1:N分岐42、例え
ば16(N=16)の加入者に分割され、複数の加入者
へ光ファイバ43、46を通して送られる。家屋44の
内部に加入者光送受信器47があって、これによりλ
の光信号を感受する。光送受信器47は図5のようなL
D、PDモジュールを備えた装置である。
【0013】一方各加入者はλ(例えば1.3μm)
の光で、加入者固有の送信信号を局40の側へ送信す
る。局側40は16の加入者の信号を受信する。さらに
本発明に関わる機能として、伝送路が正常であるか否か
の監視機能を設ける。そのため家屋44の内外の境界に
監視光反射器45を設置する。
【0014】例えば、1.65μmのような上り信号λ
、下り信号λのいずれとも異なる波長の光λを局
40から加入者家屋44側に送信し、各加入者の光送受
信器47の手前の内外境界にある監視光反射器45によ
って反射されてきた戻り光を検知するようになってい
る。戻り光がなければ光ファイバ断線ということであ
る。戻り光があっても微弱であれば何らかの故障がある
ということである。こうして、光ファイバの断線や、減
衰量の増大、光コネクタの脱落などがないかを定期的に
チェックする。この機能は、公衆通信という意味で非常
に重要な機能である。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図6の構成
では、監視光反射器45を屋外と屋内の境目に付けるよ
うになっている。そのために、反射器として自立した機
能を持つ製品を独立の装置として製造し、取り付ける必
要がある。そのために光ファイバを切断して反射器を挿
入するという加工をしなければならない。独立した装置
だから反射器箱などの容器が必要である。取付金具など
も入用である。
【0016】経済的な観点から見ると光ファイバ系の断
線、減衰の監視のために新たなコストが発生するという
ことになる。それは望ましくないことである。光通信が
広く公衆一般に普及するには安価だということが何より
も重要である。
【0017】さらに技術的な観点からも問題がある。境
目の監視光反射器45までたとえ異常がないとしても屋
内の光送受信器47の近くでの光ファイバ46の断線、
光コネクタの不調などの可能性もある。図6の従来装置
では監視反射器45より屋内側の故障は検出することが
できない。不完全な監視であると言わねばならない。図
6のものは完全な伝送路監視装置になっていない。モジ
ュールの内部に監視光を反射する誘電体多層膜フィルタ
を入れて監視光反射機能を与えることを提案したものが
ある。 森中彰、井上靖之、榎本圭高、加藤邦治、鳥羽弘、高
戸範夫「1.65μm試験光反射/遮断フィルタ内蔵P
LC−WDM回路」1998年電子情報通信学会総合大
会、C−3−158、p324(1998) これはY分岐を持つ光導波路の先端にPDとLDを設け
同時双方向通信できるような装置で光導波路に誘電体W
DMを入れたものである。WDMの角度を増やすと監視
光の反射減衰量が増える。3度〜5度で1.65μmに
対し10dB〜20dBの反射減衰量が得られるとあ
る。1.65μmの挿入損失は50dB以上であって、
PDには殆ど入らないと主張している。
【0018】以上のように図6のような家屋の内外境界
に独立反射器を設けたものは経済的にも、技術的にも問
題がありなお不十分である。WDMフィルタを挿入した
ものは、1.65μmに対する挿入損失を得るためには
高性能のWDMフィルタが必要であるが、このようなフ
ィルタは歩留まり低く高コストになる。WDMフィルタ
を追加することになるからその分だけ部品が増えコスト
を押し上げるし、狭いフィルタ溝に挿入するため加工工
数も増加する。より低コストであってより完全に故障検
出できる監視装置を提供することが本発明の目的であ
る。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
を根本的に解決できる方法を発明した。本発明の思想
は、光導波機構(光ファイバや光導波路)と光素子(発
光素子や受光素子)を基板に搭載した光通信装置(光送
信器、光受信器、光送受信器)の、同じ基板上の光導波
機構に、監視光のみを選択的に反射する回折格子を一体
化形成することによって、監視光反射機能を付与する、
ということである。
【0020】表面実装型の光通信装置は、基板の上に平
面的に配置された光素子と光導波機構(光ファイバ或い
は光導波路)を必ず持つ。外部の光ファイバと光素子を
仲立ちする光導波機構に監視光を反射するグレーティン
グを形成して内部に監視光反射機能を与えるのである。
図6のように光通信装置の外にあるのではなく光通信装
置の内部に監視光反射機能がある。監視光反射機能を内
蔵したとも言えよう。さらに重要なことは光導波機構に
グレーティングを形成することによって監視光を選択反
射するようにしたということである。
【0021】つまり本発明の特徴は2つに要約すること
ができ、 1.光通信装置内部に監視光反射機能を内蔵させた。 2.光導波機構に監視光選択反射性を持つ回折格子を形
成した。 ということである。簡単な構成である。しかしそのもた
らす利益は大きい。
【0022】こうすると個別の筐体に収容された監視光
反射器というものは不要になる。また家屋の内外境界に
取り付けるという手間も不要である。さらにグレーティ
ングを作るだけだから表面実装装置の内部に構成要素が
増えるわけでない。素子の数は、監視光反射機能がない
ものとまったく変わらない。
【0023】それに光ファイバの場合は多数の光ファイ
バを並べてグレーティングを製作でき一つ当たりのコス
トは極わずかである。光導波路の場合も同様で、Siウ
エハ−の段階で光導波路上にグレーティングを作製でき
るから多数のグレーティングを一挙に形成できる。製造
コスト、据え付けコストを削減できる。据え付け工事が
不要でコスト削減の効果は大きくて光通信の普及をさら
に加速することができる。
【0024】さらに監視光は家屋の内部にある光受信器
などまで届くからLD、PDの極近傍までの故障を監視
することができる。つまり図6の光ファイバ46の部分
の故障まで広く検出できるわけである。このようにP
D、LDと同じ素子内に監視光反射器を設けることによ
って前記の問題点の全てを解決する事ができる。まこと
に優れた発明である。
【0025】
【発明の実施の形態】従来の図1〜図5の形態の装置
に、特定波長の反射機能を有する新たな部品を追加した
だけではコストメリットはない。送信・受信器の部品の
点数が一つ増えるだけである。コストアップ、構造の複
雑化、サイズの大型化という欠点が生ずるだけである。
それではいけないのである。
【0026】そこで本発明者は、光導波機構(光ファイ
バ、石英系光導波路、高分子系光導波路を含む)と光素
子(PD、APD、LD、LED)を組み合わせてなる
光通信装置(光送信器、受信器、光送受信器)におい
て、光導波機構に送信、受信の波長と異なる波長の光λ
(監視光)のみを反射する回折格子による監視光反射
機能を設けたものを提案する。
【0027】既に存在する光導波機構の一部に反射機構
(回折格子)を設けるのだからコスト増は僅かである。
送信・受信器が表面実装技術などで小型、低コスト化さ
れるとともに、同時に監視光反射機能をも合わせ持つと
いう優れた送信・受信器となる。
【0028】ここで光導波機構と呼んでいるものは、光
ファイバと光導波路の二つがある。いずれも基板の上に
設けられて外部の光ファイバと内部の光素子を繋ぐもの
である。本発明はその途中にグレーティングを設けるか
ら重要な素子なのである。予め光導波路、光ファイバ、
グレーティングを説明する。
【0029】[光ファイバ] 光ファイバというのはシ
ングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバの別
がある。石英系の光ファイバ、プラスチックのファイバ
などがある。シングルモード石英光ファイバの場合は1
0μm径のコアを125μm径のクラッドが囲むような
形状でさらに被覆によって覆われる。コアはクラッドよ
り屈折率が高く光はコアを伝搬する。その他の光ファイ
バでもコア、クラッド、被覆の構造を持つ。本発明は何
れにも適用できる。
【0030】[光導波路] 光導波路というのは表面実
装基板の上に作り付けにするものである。図7に断面図
を示す。基板50の上にアンダークラッド層51を一様
に設け、その上に線上のコア52をフォトリソグラフィ
によって形成する。コアというのはクラッド層よりも屈
折率が高い部分で光を導く作用がある。コア52を囲む
ようにオーバークラッド層53が設けられる。基板はS
i基板のこともありプラスチック基板のこともある。基
板によってクラッド、コアの材質も変わる。ここではS
i基板の場合を説明する。Si基板の場合は、クラッド
層はSiO層である。スパッタリングやCVD法で作
製できる。コアはSiOにGeをドープすることによ
って作製できる。GeはSiOの屈折率を上げること
ができる。
【0031】[グレーティング] 図8は光ファイバに
グレーティング(回折格子)を形成した状態の平面図を
示す。クラッド110とコア111とからなる光ファイ
バ112は被覆を剥離した状態(125μm径)であ
る。光ファイバコアに等間隔の屈折率の摂動を与えてい
る。もちろんクラッドにも同じ間隔で屈折率の周期的な
変化を与えている。屈折率がある周期Pで僅かな変動を
すると先述のように、λ=nP/mの波長の光は反射さ
れる。それ以外の光は透過する。
【0032】例えば紫外レ−ザによる2光束干渉露光法
により回折格子を作製する。これはかなり強いレ−ザパ
ワーが必要である。光ファイバでなくて、光導波路に作
製した場合も同様の平面図になる。光導波路の場合も2
光束干渉露光法(後述)を適用できるがそれ以外の方法
でも回折格子を作製できる。
【0033】光導波路のコアに屈折率変動を一定周期P
で与えることによって反射機能を付与できる。もちろん
機械的な手段によって等間隔の屈折率変動を与えること
もできる。グレーティングを作製した押圧子を光導波路
に押し付けてコアを歪ませることにより回折格子を作製
することができる。あるいは一定間隔の縞模様を持った
マスクで光導波路や光ファイバを覆ってクラッドを部分
的にエッチングすることによりコアに屈折率の周期的変
動を与えるということも可能である。
【0034】[二光束干渉露光法] ここではGe添加
石英光ファイバを水素添加処理した後、244nm付近
の波長のレ−ザ光を2つのビームに分け対称になるよう
ある角度方向から干渉縞ができる条件で光ファイバに照
射し、光ファイバ内に屈折率の周期的な変化を起こすよ
うにした。水素添加は屈折率変化をおこし易くするため
である。光ファイバにはある周期で屈折率の変化が起こ
っている。屈折率変化は10−5程度の小さなものであ
る。屈折率変化はわずかであるが、ある程度の長さがあ
れば、その周期Pの2倍の整数分の1の波長の光λ(λ
=2nP/s;sは整数、nは屈折率)を完全に反射す
ることができる。空間格子と異なり方向によって反射波
長が変動するというような事はない。光ファイバは一次
元の材料でグレーティングに対して斜め入射というよう
なことはなく必ず垂直入射ということになる。
【0035】図8において、光ファイバ112の中心に
はコア111があり、これをクラッド110が取り囲ん
でいる。シングルモードファイバの場合、コア径は10
μm、クラッド径は125μmである。紫外線レ−ザを
使い二光束干渉法によって、コア内部に屈折率が周期的
に変化する部分を形成する。
【0036】[選択反射の原理] グレーティング部の
屈折率縞の周期Pをλ=2nP/s(sは整数)とな
るように決める。ここにλ、λ、λの光を入れる
と、λ 、λは透過し、λは反射する。そのような
波長選択性がある。どうしてそうなのか?グレーティン
グを初めから1、2、…、mと番号を付ける。その間隔
はPである。光路長は長さに屈折率を掛けたものを意味
する。つまり0番目からみるとj番目格子までの光路長
はjnPである。往復の光路長は2jnPである。波数
がk(=2π/λ)の光があるとする。波動関数はex
p(−kx)である。
【0037】この波数の光がj番目の格子でεの反射を
受けて戻ってくるとする。屈折率が増えることによって
反射する場合は位相がπだけ増え、屈折率が減少するこ
とによって反射される場合は位相は変わらない。そのよ
うな違いがあるがどの格子点でも同じ屈折率変化がおこ
るのであるから位相変化も同じである。すると0番目で
の振幅Aはこれらj番目格子点からの反射振幅の和にな
るから、
【0038】
【数1】
【0039】となる。ここでΣというのはjが1からm
までを加えるということを意味している。光のパワーW
はこれの二乗(複素共役との積)である。
【0040】
【数2】
【0041】となる。これは反射光パワーを意味する
が、それだけでない。透過光のパワーをも表しているの
である。つまり(1−W)が透過光の強度である。εは
小さい値であるから、分母のsinの中の(knP)が
πの整数倍でない場合にはWは極めて小さい値にすぎな
い。もしもknPがπの整数倍ならば分母は0に近く同
時に分子も0に近くなる。
【0042】knP→sπ(s;整数)の極限でどうな
るのか?knP−sπ=ηとして、sinのわり算の部
分は、sinmη/sinηと書けるから、そのη
→0の極限はmである。つまりknP=sπのとき
は、反射光パワーは(εm)ということになる。k=
2π/λであるから、それはλ=2nP/sだというこ
とである。
【0043】 λ=2nP/sのとき W=(εm) (3) λ≠2nP/sのとき W= 0 (4)
【0044】εが小さい値であるが格子の数mが1/ε
程度あれば(3)の右辺は1とすることができる。λ
が(3)の条件を満足するようにPやsを決めるのであ
るが、監視光は完全に反射されなければならないという
ものではない。これが受信系に入らなければよい、入っ
てもPDによって感受されなければ良いのである。
【0045】受信光が1.55μm、監視光が1.65
μmであって、分離が難しいというのであれば、mを1
/εよりかなり大きい値(mε>>1)として、監視光
λ(ここでは1.65μm)の完全反射を狙うのがよ
い。
【0046】(4)式は何を意味するのか?それは
λ、λのように、2nP/sでないものは実質的に
反射されないという事である。これも重要なことであ
る。例えば、λ(送信光)=1.3μm、λ(受信
光)=1.55μm、λ(監視光)=1.65μmと
すると、送信光、受信光は格子によって散乱されずその
まま透過するということを意味する。監視光だけが格子
によって反射される。
【0047】sの意味であるが、これはグレーティング
の波長Pの選び方に自由度を与える。たとえばsがない
と、光ファイバ屈折率nを1.4程度、λ=1.65
μmとすると、Pは0.6μm程度となる。かなり波長
の短いレ−ザを使って二光束干渉法を実行しなければな
らない。二光束干渉法はレ−ザ光を二つに分けて、面対
称の方向から角度Φ、−Φで対称に照射して干渉縞を作
るものである。干渉縞のピッチPはΛ/sinΦによっ
て与えられる。Λはレ−ザの発振波長である。Φを大き
くすればかなり波長の長いレ−ザでも小さいPの干渉縞
を作ることができる。Φ(0≦Φ<90゜)は斜め入射
角だから大きくするといっても限界がある。
【0048】しかしsを2以上の整数にすると干渉縞の
作製はもっと楽になる。s倍の波長のレ−ザによって光
ファイバ加工が可能になるからである。sにはそういう
意味がある。しかし反面sが1より大きいと同じ長さに
形成できる格子の数が1/sになるから、格子数mが小
さくなるという問題がある。先述のように格子の数mは
反射パワーを決めるパラメータであり、(3)式のよう
にmの大きい方が監視光をより完全に反射できるという
利点がある。使用できる加工用レ−ザの波長と光ファイ
バに格子を形成できる長さの余裕を考えてsを適当に選
ぶべきである。つまり、ここでは必ずしもs=1とは限
らないということを主張しているのである。
【0049】ここでは光ファイバは、GeOを6%含
む石英シングルモードファイバである。これを水素添加
処理し、さらにアルゴンレ−ザの2次高調波(SHG:
second harmonic generation;λ=244nm)を二光
束干渉法によって光ファイバに照射した。水素添加する
のは、レ−ザ光照射によって屈折率変化をより容易に引
き起こす為である。グレーティング部の長さは約4mm
である。ここでは、監視光としてのλ=1.65μm
を選択反射するようにグレーティングの周期Pを決め
る。これによって1.65μmに対して99%以上の反
射率を得た。
【0050】さらに1.65μmの反射率を高めたい場
合には、グレーティングの長さをより長くすれば良い。
例えば格子長を8mm以上にすると99.9%以上の反
射率が実現される。
【0051】以上に説明した回折格子は光ファイバに設
けたものであるが、同様に光導波路にも設ける事ができ
る。例えばSiOにGeをドープして屈折率を局所的
に上げて導波路としたものは表面実装に頻用される。回
折格子を光導波路に作製した場合も同じような波長選択
反射性が得られる。原理は同様なので説明を繰り返さな
い。
【0052】本発明においてグレーティングを監視光の
反射機構として使用する理由は、導波路にスリットのよ
うな機械的な加工をしなくても良いことと、フィルタ挿
入というような一個一個の個別の加工作業が不要だから
である。
【0053】また光ファイバの場合は、何十個の光ファ
イバを平行に平面上に並べて、紫外線を露光することに
より、一度に多くの回折格子の加工ができる。極めて能
率がよい。
【0054】Siベンチ(Si基板)の上の導波路に回
折格子を形成する場合は、すでに大型Siウエハ−の上
に(多数のチップごとに)多数の導波路が規則正しく形
成されている上から、(例えば二光束干渉法で)紫外線
を照射することによって回折格子を形成できる。従来の
Si半導体製造方法と全く同じ手法によって多数の回折
格子が同時的あるいは継時的に作製することができる。
汚染の恐れはないし短時間で多数同等のものが形成でき
る。低コスト化にメリットがある。
【0055】
【実施例】[実施例1(光ファイバ、V溝、単一光素
子)]本発明は既存の様々の光通信装置に適用できる。
まずもっとも単純な応用を述べよう。本発明を1本の光
ファイバを光導波機構として一つの光素子(LD、LE
D、PD、APDのうち一つ)を有する単一光通信装置
に適用する。最も単純な実施例である。図9に平面図、
図10に中央縦断面図を示す。より具体的に言えば、光
導波機構が石英系光ファイバであり、その一部に例えば
監視光波長1.65μmを反射し、1.3μm光や1.
55μm光などの信号光を透過する作用のあるグレーテ
ィングを形成した実施例である。
【0056】単純といっても基板については凝った構造
になっている。小さい第1基板55が大きい第2基板5
6の凹部57に埋め込まれた二重構造となっている。第
1基板はSi基板のようにフォトリソグラフィによって
精度高く製造できる基板である。第1基板はプラスチッ
クなどであって安価で造形性に富むものがよい。全体を
Si基板とするよりも基板コストを低減する事ができ
る。第1基板55には小V溝58が、第2基板56には
大V溝59が、連続して表面軸方向に穿たれている。第
1基板55の軸上中心部に光素子60をマウントする。
光素子というのはLD、PD、LED、APDなど発光
素子、受光素子である。
【0057】光導波機構はフェルール61によって一部
を把持された光ファイバ62である。大V溝59にはフ
ェルール61が小V溝58には光ファイバ(クラッドま
で)62が挿入固定される。光ファイバ62の途中には
一定間隔のグレーティング63が形成される。グレーテ
ィング63が監視光(例えば1.65μm)反射機能を
有する。
【0058】光ファイバのコア径は10μm、クラッド
径は125μmである。グレーティング長は約5mmで
ある。1.65μm光に対する反射率は99%以上であ
り、1.3μm、1.55μmに対する透過率は90%
以上であった。
【0059】これにより、光ファイバと光素子(LD又
はPD)をSiベンチ上に実装するという表面実装の小
型、低コスト化というメリットを生かしたまま、さらに
監視光波長を反射する機能も兼ね備えた光送信器または
光受信器が作製できるようになる。ここでは基板は2重
構造となっているが、全体をSiベンチとしてもよい
し、全体をポリイミドなどのプラスチック基板としても
良い。
【0060】[実施例2(複数光素子、複数光ファイ
バ)]実施例1は1本の光ファイバと一つの光素子を組
み合わせたものであった。それを複数個並列に配列して
さまざまの多重通信器を構成することができる。たとえ
ば複数の送信器を並べて同時複数送信器とすることがで
きる。複数の受信器を並べて同時複数受信器とすること
もできる。さらにm個の送信器とk個の受信器を並列に
並べることもできる(m≧1、k≧1)。図11にその
ような複数光ファイバ、複数光素子の実施例を示す。同
等のユニットであるから実施例1と同じ番号を付した。
【0061】これは3つの単機能ユニット64、65、
66を示すが、2以上幾つであってもよい。何れも光フ
ァイバの送信だけあるいは受信だけに使われる。信号の
流れが一定であるから波長は同一であっても良い。同時
に通信することができる。光ファイバが別なので構成は
単純でクロストークの恐れも少ない。光ファイバにグレ
ーティングがあって監視光反射機能を有する点は前例と
同じである。
【0062】[実施例3(2本光ファイバ、光送受信
器)]実施例3は、光送信器と光受信器を同一装置内に
有し2本の平行光ファイバによって相手側と通信を行う
ような装置に本発明を適用したものである。図12にそ
れを示す。平面実装用基板67の上に平行に光ファイバ
68、69が固定される。V溝を彫ってここに埋め込む
が、ここではV溝の図示を略している。これら光ファイ
バにもグレーティング70、71が設けられ監視光反射
機能を付与している。基板の後半部には、メタライズ7
2、73、74、75が印刷してある。メタライズ7
3、75の上にLD76、PD77がマウントしてあ
る。LD76が光ファイバ68へ送信光を出力する。光
ファイバ69からの受信光をPD77が受信する。2本
の光ファイバがあるから送信光、受信光は独立である。
波長が異なっていても同じであっても良い。
【0063】このような場合も同様に、光ファイバに回
折格子(グレーティング)70、71を形成して監視光
反射機能を付加することができる。これは内部の光導波
機構が光ファイバであるが、それを光導波路としても差
し支えない。外部光ファイバ80、81と、基板の端面
82、83において、内部光導波路68、69と接合す
るのである。境目に集光レンズのようなものは不要で直
付けとすればよい。そうすれば2本光導波路の実施例と
いうことになる。
【0064】[実施例4(波長多重、光送受信器)]図
13は、光送信器と光受信器が一体化され、波長多重に
より同時に双方向通信をする装置に本発明を適用した実
施例を示す。平坦な基板85の中心軸方向にV溝86が
切ってある。その中へ光ファイバ87を埋め込んで固定
してある。途中で光ファイバ、V溝を斜めに切り込む斜
め溝88がある。ここへ波長分離機能を有するWDMフ
ィルタ89が差し込んである。基板85の後端には一段
低い段部90があり、この上であって光ファイバの軸線
上にLD91がマウントされている。基板表面の上でW
DMフィルタ89の反射光のいたる位置にPD92が固
定される。これは裏面入射型PDを上向きに、あるいは
表面入射型PDを裏返しに付けたものである。光ファイ
バ87を伝わってきた受信光λはWDM89によって
斜め反射されてPD92に入る。LD91の発する送信
光は端面から光ファイバ87に入って直進する。光ファ
イバ87の途中にはグレーティング93が形成されてい
る。
【0065】この例では、1.3μmが送信光λで、
1.55μmが受信光λである。このような場合も同
様な構成で、グレーティング93によって、監視光(例
えば1.65μm)反射機能を付与することができる。
この例は、図6で示した加入者系で多用される構成であ
る。光送信器と光受信器が同一装置内にある。波長多重
同時双方向通信が可能である。
【0066】[実施例5(1本光導波路、1光素子)]
図14は、Siもしくは石英系ガラスの上に形成された
導波路により1本の光ファイバと一つの光素子(PD又
はLD)を光学的に結合するものである。図9、図10
の実施例1と違うのは内部の光導波機構が光ファイバで
なく光導波路であることである。光導波路は図7で説明
した。平坦な基板94の中心軸上に光導波路95が形成
してある。光導波路95の終端は段部になっており軸線
上に光素子96が固定される。光素子はPD、LD、L
ED、APDなどである。外部の光ファイバ97は基板
94の端面98において光導波路95に接合している。
光導波路95の途中にグレーティング99が形成してあ
る。監視光はグレーティングによって反射され局側へ戻
される。
【0067】この場合も実施例1〜4と同じように、グ
レーティング99による、監視光反射機能を構成するこ
とができる。特にこの構成は導波路に様様な機能を付加
することができるという長所がある。反射機能の他に例
えば、PDの前に、特定の波長のみ選択的に透過するグ
レーティングフィルタを形成し、不要な波長に対しては
全く感度をなくしたり、LDの前にグレーティングを形
成してこれをLDの共振器の一部として、発光波長を安
定化させるなどが可能である。
【0068】[実施例6(分岐導波路、光送受信器)]
図15は、基板上に形成された分岐導波路により、光送
信と受信器が一体化され波長多重により同時双方向送受
信を行う実施例を示す。Si基板もしくは石英系ガラス
基板100の上に第1光導波路101と第2光導波路1
02が形成される。両者は接近した結合部103でエネ
ルギーを交換できるようになっている。光ファイバ10
5が基板の端面で光導波路101に接合している。光導
波路101の途中にグレーティング104が形成され
る。これは監視光だけを選択反射する回折格子である。
第1光導波路101の終端にLD106が設けられる。
第2光導波路102の終端にはPD107が固定され
る。その側方にはPD信号を前置増幅するためのAMP
108が設けられる。実際には図12のようにメタライ
ズパターンがあってチップの電極間を電気的に接続する
が、ここでは図示を略している。
【0069】受信光λは第2光導波路102へ、送信
光は第1光導波路101へ分配される。LD106から
出た送信光λは光導波路101から光ファイバ105
へと送出される。光ファイバ105を伝搬してきた受信
光λは分岐結合部103で第2光導波路102に入り
PD107によって受信される。
【0070】この例では1.3μmが送信光λで、
1.55μmが受信光λである。この図では1.3μ
mと1.55μmは導波路間の光結合(103)により
光路を分離しているが、これは導波路途中に、1.3μ
m透過、1.55μm反射という波長選択性を持つフィ
ルタ(WDMフィルタ)によって置き換えることができ
る。
【0071】このような場合も、実施例5と同様に、グ
レーティングによって、監視光反射機能を付与すること
ができる。この構成は実施例5と同じく、導波路に様様
な機能を付加することができるという利点がある。
【0072】反射機能の他に例えばPDの前に特定の波
長の光のみ選択的に透過するグレーティングを形成し、
不要な波長に対しては全く感度がないようにすることも
できる。あるいはLDの前にLD発振波長に対応するグ
レーティングを形成し、これをLDの共振器の一部とし
て利用し発振波長をより一層安定化させるようにするこ
ともできる。
【0073】この構成例も図6で示した加入者系で最も
多用される構成である。送受信機能が一体化されてお
り、特に多機能を集積化できることの利益が大きい。
【0074】Siベンチの大きさは、20mmL×7m
mW×1.5mmdである。この上に火炎堆積法で、S
iOアンダークラッド層、SiO+Ge導波層、S
iO オーバークラッド層を形成した。導波路のコアサ
イズは、6μm×6μmの断面で、コア・クラッドの屈
折率差は0.4%である。その構成は図7に示すものと
同じである。
【0075】光源としてのLDは、InGaAsPの
1.3μm−MQW−LDである。ここでMQWはmult
iquantumwellということである。
【0076】受光素子であるPDはInGaAsを受光
層とする導波路型PIN−PDである。つまり端面から
の入射光を感受するような構造のPDである。
【0077】1.3μm(送信光)と1.55μm(受
信光)の分離は、マッハツエンダー型の光カプラ(10
3の部分)によった。
【0078】受信側には156Mbps用前置増幅器を
PDに近接して配置し高感度化した。グレーティングの
長さは4mmである。グレーティングによる1.65μ
m(監視光)の反射率は99%以上であった。
【0079】ファイバと導波路の接合部に屈折率整合樹
脂を充填した。その結果156Mbpsの1.3μm/
1.55μm送受信機能を確認するとともに、1.65
μmの監視光も充分に局側へ反射されていることを確認
した。
【0080】
【発明の効果】本発明は、光導波機構を有する表面実装
光通信装置において、光導波機構にグレーティングを設
けて監視光反射機能を与えている。表面実装という低コ
スト小型化の技術に、さらに加入者系必須の監視光反射
機能を殆どコストの増加なく形成することができる。光
通信の加入者系への応用を一層加速するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】金属パッケージに収容され三次元的な構造を持
つ従来例にかかるLDモジュールの断面図。
【図2】金属パッケージに収容され三次元的な構造を持
つ従来例にかかるPDモジュールの断面図。
【図3】基地局(中央局)側と加入者側を2本の光ファ
イバで結び、下り信号と上り信号が別異の光ファイバを
通るようにした2本光ファイバ同時双方向光通信装置の
概略構成図。
【図4】基地局(中央局)側と加入者側を1本の光ファ
イバで結び、波長選択性を有する分波器を設け波長の異
なる下り信号と上り信号が同一の光ファイバを通るよう
にした波長多重同時双方向光通信装置の全体の概略構成
図。
【図5】基地局(中央局)側と加入者側を1本の光ファ
イバで結び、波長の異なる下り信号と上り信号が同一の
光ファイバを通るようにした波長多重同時双方向光通信
装置の加入者側の概略構成図。
【図6】基地局(中央局)側と加入者側を1本の光ファ
イバで結び、波長の異なる下り信号と上り信号が同一の
光ファイバを通るようにした波長多重同時双方向光通信
装置の加入者側において家屋の内外境界に監視光反射器
を設けた従来例にかかる故障検出装置の概略構成図。
【図7】Si基板の上に形成したSiO系の光導波路
の断面図。
【図8】光ファイバの内部に周期的な屈折率変動を与え
ることによって選択反射性を有する回折格子を形成した
ものの断面図。
【図9】1本の光ファイバの先端に一つの光素子(P
D、LD、LEDなど)を設けた単一機能光通信装置に
本発明を適用した第1の実施例の平面図。
【図10】1本の光ファイバの先端に一つの光素子(P
D、LD、LEDなど)を設けた単一機能光通信装置に
本発明を適用した第1の実施例の縦断面図。
【図11】複数の単一機能光通信装置に本発明を適用し
た第2の実施例の平面図。
【図12】2本の光ファイバの先に受光素子と発光素子
を設けた同時双方向光通信装置に本発明を適用した第3
の実施例の平面図。
【図13】同一基板の上に受光素子と発光素子を搭載
し、1本の光ファイバで波長の異なる送信光、受信光を
伝送した同時双方向光通信装置に本発明を適用した第4
の実施例の縦断面図。
【図14】基板上に設けた1本の光導波路と一つの光素
子からなり1本の光ファイバと接続される単一機能光通
信装置に本発明を適用した第5の実施例を示す平面図。
【図15】基板上に設けた互いに選択的に結合する2本
の光導波路と2つの光素子からなり、1本の光ファイバ
と接続される波長多重双方向通信装置に本発明を適用し
た第6の実施例を示す平面図。
【符号の説明】
1ステム 2レンズホルダ− 3フェルールホルダ− 4キャップ 5マウント 6LD 7モニタPD 8レンズ 9光ファイバ 10フェルール 11ピン 12ステム 13レンズホルダ− 14フェルールホルダ− 15キャップ 16PD 17レンズ 18光ファイバ 19フェルール 20ピン 21光ファイバ 22光ファイバ 23分波器 24光ファイバ 25分波器 26LDモジュール 27PDモジュール 28光ファイバ 29光コネクタ 30光ファイバ 31WDM 32光ファイバ 33結合部 34光コネクタ 35光ファイバ 36光ファイバ 37光コネクタ 40局 41光ファイバ 42分岐 43光ファイバ 44家屋 45監視光反射器 46光ファイバ 47加入者光送受信器 50基板 51アンダークラッド層 52コア 53オーバークラッド層 55第1基板 56第2基板 57凹部 58小V溝 59大V溝 60光素子 61フェルール 62光ファイバ 63グレーティング 64単機能ユニット 65単機能ユニット 66単機能ユニット 67基板 68光ファイバ 69光ファイバ 70グレーティング 71グレーティング 72メタライズ 73メタライズ 74メタライズ 75メタライズ 76LD 77PD 78ワイヤ 79ワイヤ 80光ファイバ 81光ファイバ 82基板端面 83基板端面 85基板 86V溝 87光ファイバ 88斜め溝 89WDMフィルタ 90段部 91LD 92PD 93グレーティング 94基板 95光導波路 96光素子 97光ファイバ 98端面 99グレーティング 100基板 101第1光導波路 102第2光導波路 103分岐部(結合部) 104グレーティング 105光ファイバ 106LD 107PD 108AMP 110クラッド 111コア 112光ファイバ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成13年1月30日(2001.1.3
0)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正内容】
【0036】[選択反射の原理] グレーティング部の
屈折率縞の周期Pをλ=2nP/s(sは整数)とな
るように決める。ここにλ、λ、λの光を入れる
と、λ 、λは透過し、λは反射する。そのような
波長選択性がある。どうしてそうなのか?グレーティン
グを初めから1、2、…、mと番号を付ける。その間隔
はPである。光路長は長さに屈折率を掛けたものを意味
する。つまり0番目からみるとj番目格子までの光路長
はjnPである。往復の光路長は2jnPである。波数
がk(=2π/λ)の光があるとする。波動関数はex
p(−ikx)である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0038
【補正方法】変更
【補正内容】
【0038】
【数1】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0040
【補正方法】変更
【補正内容】
【0040】
【数2】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0056
【補正方法】変更
【補正内容】
【0056】単純といっても基板については凝った構造
になっている。小さい第1基板55が大きい第2基板5
6の凹部57に埋め込まれた二重構造となっている。第
1基板はSi基板のようにフォトリソグラフィによって
精度高く製造できる基板である。第2基板はプラスチッ
クなどであって安価で造形性に富むものがよい。全体を
Si基板とするよりも基板コストを低減する事ができ
る。第1基板55には小V溝58が、第2基板56には
大V溝59が、連続して表面軸方向に穿たれている。第
1基板55の軸上中心部に光素子60をマウントする。
光素子というのはLD、PD、LED、APDなど発光
素子、受光素子である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 10/135 10/13 10/12 Fターム(参考) 2H037 AA01 BA04 BA13 BA24 BA25 CA05 CA33 2H047 KA11 LA01 LA19 MA05 MA07 QA04 QA05 QA07 RA01 2H050 AB03Z AC81 5K002 BA07 BA21 BA31 EA06 FA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の上に光素子と光導波機構とを組み
    合わせてなる光通信装置において、信号光波長とは異な
    る監視光波長のみを反射する監視光反射用グレーティン
    グを基板上の光導波機構に形成したことを特徴とする光
    通信装置。
  2. 【請求項2】 光導波機構が石英系光ファイバであり、
    光ファイバの上に監視光反射用グレーティングを形成し
    たことを特徴とする請求項1に記載の光通信装置。
  3. 【請求項3】 光導波機構がSi基板もしくは石英系ガ
    ラス基板上に形成されたSiO系光導波路であり、S
    iO系光導波路に監視光反射用グレーティングを形成
    したことを特徴とする請求項1に記載の光通信装置。
  4. 【請求項4】 光導波機構が高分子材料基板の上に設け
    られた高分子材料よりなる光導波路であり、光導波路に
    監視光反射用グレーティングを形成したことを特徴とす
    る請求項1に記載の光通信装置。
  5. 【請求項5】 複数本の光ファイバによって信号を伝送
    するために、基板の上に複数本の光導波機構を設け、光
    導波機構に監視光反射用グレーティングを形成し、それ
    ぞれの光導波機構の終端に受光素子または発光素子を一
    つずつ設けたことを特徴とする請求項1に記載の光通信
    装置。
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