JP2002107583A - 光モジュールおよび光モジュールにおける光検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光素子、光ファイバ、および光検出器を含
み、簡便でかつ精度の高いＡＰＣ制御を行なうことがで
きる光モジュール、ならびに前記光モジュールにおける
光検出方法を提供する。 【解決手段】 本発明の光モジュール１０００は、面発
光レーザ１０２を含む発光装置１００と、コア２０１お
よびクラッド２０２を含み、面発光レーザ１０２から出
射した光を端面２００ａのコア２０１部分から入射する
光ファイバ２００と、光検出器３００とを含む。光ファ
イバ２００には、コア２０１内を伝播する光の一部を取
り出すための光取出部として切り欠き部２０３が設けら
れている。光検出器３００は、切り欠き部２０３から出
射した光を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光モジュールおよ
び光モジュールにおける光検出方法に関する。特に、発
光装置、光ファイバ、および光検出器を含む光モジュー
ル、ならびに前記光モジュールにおける光検出方法に関
する。

【０００２】

【背景技術】近年、情報通信が高速化・大容量化の傾向
にあり、光通信の開発が進んでいる。光通信では、電気
信号を光信号に変換し、光信号を光ファイバで送信し、
受信した光信号を電気信号に変換する。電気信号と光信
号との変換は光素子によって行われる。

【０００３】電気信号を光信号に変換するためには、半
導体レーザやレーザダイオード等の発光素子が用いられ
る。発光素子から出射した光は光信号として光ファイバ
に導入された後、光ファイバ内を伝播する。

【０００４】かかる光通信においては、発光素子から出
射される光の量を一定に保つことが要求されるため、発
光素子から出射した光を一定に保つ機構、いわゆるＡＰ
Ｃ(automatic power control)制御が必要になる。

【０００５】発光素子として、たとえば端面出射型の半
導体レーザを用いる場合、前方および後方の両方向より
レーザ光が出射されるため、後方からの出射光の変化を
モニタすることで前方からの出射光を一定に保つＡＰＣ
制御が可能になる。しかし、発光素子に面発光型半導体
レーザ（面発光レーザ）を用いる場合、一般に出射面は
片面のみであるため、端面出射型の半導体レーザに用い
られる制御方法をそのまま用いることができない。この
ため、特に面発光レーザを用いた光通信において、簡便
でかつ精度の高いＡＰＣ制御方法の開発が求められてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発光
素子、光ファイバ、および光検出器を含み、簡便でかつ
精度の高いＡＰＣ制御を行なうことができる光モジュー
ル、ならびに前記光モジュールにおける光検出方法を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（光モジュール）本発明
の光モジュールは、発光素子を含む発光装置と、コアお
よびクラッドを含み、前記発光素子から出射した光が一
方の端面のコア部分から入射する光ファイバと、光検出
器と、を含み、前記コア内を伝播する光の一部を取り出
すための光取出部を、前記光ファイバ内に有し、前記光
検出器は、前記光取出部から出射した光を検出する。

【０００８】本発明の光モジュールによれば、前記光取
出部によって前記コアを伝播する光のうち一部の光を取
り出して前記光検出器へと出射させ、前記光検出器で前
記光の検出を行なうことから、前記発光素子のＡＰＣ制
御を容易に行なうことができる。

【０００９】また、前記発光素子から出射した光のう
ち、実際に前記光ファイバのコアに入射して該コア内を
伝播する光の一部を前記光取出部によって検出すること
により、前記コア内を伝播する光の量を正確に検出する
ことができるため、精度の高いＡＰＣ制御が可能とな
り、特に光通信に好適に使用できる。

【００１０】本発明の光モジュールの好ましい態様とし
ては、次の（１）〜（４）が例示できる。

【００１１】（１）前記光取出部は、少なくとも一部が
前記コアに接し、かつ前記クラッドを分断する。この構
成によれば、前記コア内を伝播する光の一部を確実に取
り出すことができる。

【００１２】（２）前記光取出部は、前記光ファイバに
形成された切り欠き部からなり、前記切り欠き部は、前
記コア内を伝播する光のうち一部の光の伝播する方向を
変える機能を有することができる。この構成によれば、
前記切り欠き部から出射した光を前記光検出器に効率良
く入射させることができる。

【００１３】この場合、前記切り欠き部は、該切り欠き
部を構成する１の面にて、前記コア内を伝播する光のう
ち一部の光が伝播する方向を変えることができる。

【００１４】また、この場合、前記切り欠き部を構成す
る１の面と前記光ファイバの延びる方向とのなす角が鋭
角であることが望ましい。ここで、前記光ファイバの延
びる方向とは、前記発光素子と面する側を始点として、
前記光ファイバが連続する方向をいう。

【００１５】（３）前記光取出部は、前記コアの屈折率
以上の屈折率を有する材料からなることが望ましい。こ
の構成によれば、前記光取出部から出射する光の出射方
向を、前記光ファイバの延びる方向に対して垂直な方向
により近づけることができる。これにより、前記光取出
部から出射した光を前記光検出器に効率良く入射させる
ことができる。

【００１６】（４）前記光取出部と前記光検出器との間
に、前記光取出部から出射した光を集光するための光学
部材を設置することができる。この構成によれば、前記
光取出部から出射した光は、前記光学部材によって集光
された後、前記光検出器へと出射される。これにより、
前記光取出部から出射した光を効率良く前記光検出器へ
と出射させることができる。

【００１７】（光モジュールにおける光検出方法）本発
明の光モジュールにおける光検出方法は、発光素子を含
む発光装置と、コアおよびクラッドを含み、前記発光素
子から出射した光が一方の端面のコア部分から入射する
光ファイバと、光検出器と、を含む光モジュールにおい
て、前記光ファイバは、前記コア内を伝播する光の一部
を取り出すための光取出部を含み、前記光取出部によっ
て、前記コア内を伝播する光の一部を取り出した後、前
記光取出部から出射した光を前記光検出器によって検出
する方法である。

【００１８】この光検出方法によれば、前述した効果と
同様の効果を奏することができる。

【００１９】この場合、前記光取出部は、前記光ファイ
バに形成された切り欠き部からなり、前記切り欠き部を
構成する１の面にて、前記コア内を伝播する光のうち一
部の光の伝播する方向を変化させた後、該一部の光を前
記光検出器によって検出することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。

【００２１】［第１の実施の形態］ （デバイスの構造）図１は、本発明の第１の実施の形態
にかかる光モジュール１０００を模式的に示す断面図で
ある。図２は、光モジュール１０００を構成する光ファ
イバ２００の切り欠き部２０３の拡大断面図である。

【００２２】本実施の形態にかかる光モジュール１００
０は、発光装置１００、光ファイバ２００、および光検
出器３００を含む。

【００２３】発光装置１００は、発光素子として面発光
レーザ１０２を含み、面発光レーザ１０２と光ファイバ
２００と結合させて、面発光レーザ１０２から出射した
光を光ファイバ２００のコア２０１へと導入する。面発
光レーザ１０２は、基体（半導体基板）１０４上に形成
されている。また、面発光レーザ１０２は出射口１０１
を有し、出射口１０１から基板１０４の面方向（図１の
Ｙ方向）とほぼ垂直な方向（図１のＸ方向）に光を出射
する機能を有する。なお、図１においては、面発光レー
ザ１０２が錐台状の形状を有する場合を示したが、面発
光レーザ１０２の形状はこれに限定されるわけではな
い。

【００２４】面発光レーザ１０２の出射口１０１と光フ
ァイバ２００の端面２００ａとの間の距離は、面発光レ
ーザ１０２と光ファイバ２００との間の結合効率を考慮
して規定される。すなわち、面発光レーザ１０２の出射
口１０１と光ファイバ２００の端面２００ａとの間の距
離は、面発光レーザ１０２の出射口１０１の径等を考慮
したうえで、面発光レーザ１０２から出射した光が光フ
ァイバ２００のコア２０１に効率良く入射するために必
要な距離に設定される。

【００２５】光ファイバ２００は、コア２０１と、コア
２０１の周囲を覆うクラッド２０２から構成される。面
発光レーザ１０２の出射口１０１から出射した光は、光
ファイバ２００の端面２００ａのコア２０１部分から入
射し、図１に示すＸ方向へと伝播する。このため、光フ
ァイバ２００と発光装置１００とは、光ファイバ２００
の端面２００ａと面発光レーザ１０２の出射口１０１と
が対向した状態で設置されている。

【００２６】本実施の形態においては、光ファイバ２０
０がマルチモードファイバであり、コア２０１がＳｉＯ
₂からなる場合を示すが、光ファイバ２００の種類は特
に限定されるわけではなく、たとえばシングルモードフ
ァイバ、マルチモードファイバ、プラスチックファイバ
等のいずれであってもよい。また、光ファイバ２００の
材質も特に限定されるわけではなく、たとえばＳｉ
Ｏ₂、樹脂等から形成することができる。

【００２７】また、光ファイバ２００には、光取出部と
して切り欠き部２０３が形成されている。切り欠き部２
０３は、図１に示すように、少なくとも一部がコア２０
１に接しており、さらにクラッド２０２は切り欠き部２
０３によって分断されている。この切り欠き部２０３に
よって、コア２０１内を伝播する光の一部が取り出され
て、光検出器３００（後述する）へと出射される。

【００２８】この切り欠き部２０３は、コア２０１内を
伝播する光のうち一部の光の伝播する方向を変える機能
を有する。切り欠き部２０３の形状や大きさ、ならびに
切り欠き部２０３がコア２０１に接している部分の面積
等を変えることにより、切り欠き部２０３から出射する
光の量を変えることができる。図２を参照すると、切り
欠き部２０３は、切り欠き部２０３を構成する１の面２
０３ａにて、コア２０１内を伝播する光のうち一部の光
の伝播する方向を変化させている。ここで、面２０３ａ
と光ファイバ２００が延びる方向（図１におけるＸ方
向）とのなす角θが所定の値となるように、切り欠き部
２０３を設置する。ここで、光ファイバ２００が延びる
方向とは、面発光レーザ１０２と面する側を始点とし
て、光ファイバ２００が連続する方向をいう。切り欠き
部２０３の形状を変えることにより、角θの値が変える
ことができる。この角θを変えることにより、切り欠き
部２０３からの出射光の量を変えることができる。ここ
で、切り欠き部２０３が図２に示す形状の場合、切り欠
き部２０３から出射する光を効率良く光検出器３００へ
と入射させるために、角θは鋭角であることが望まし
い。

【００２９】光検出器３００は、光ファイバ２００の切
り欠き部２０３から出射した光を検出する。この光検出
器３００は、検出した光の量の変化をモニタして、面発
光レーザ１０２からの出射光の量が一定になるように制
御する。

【００３０】（光検出方法）次に、図１に示す光モジュ
ール１０００における光検出方法を、図１および図２を
参照して説明する。

【００３１】まず、面発光レーザ１０２を駆動させる
と、駆動信号に基づく光が出射口１０１から基板１０４
と垂直な方向（図１のＸ方向）に出射する。この光は所
定の放射角で広がって伝播し、光ファイバ２００の端面
２００ａのコア２０１部分に入射する。コア２０１へと
入射した光は、コア２０１内でＸ方向へと伝播する。こ
こで、コア２０１内を伝播する光の一部が、図２に示す
ように、光ファイバ２００に形成された切り欠き部２０
３から、光検出器３００へと出射する。この出射光を光
検出器３００が検出した後、電気信号へと変換し、ＡＰ
Ｃ回路（図示せず）にてＡＰＣ制御を行なうことによ
り、面発光レーザ１０２からの出射光を一定量に制御す
る。

【００３２】本発明によれば、光ファイバ２００には光
取出部として切り欠き部２０３が形成され、切り欠き部
２０３によってコア２０１内を伝播する光のうち一部の
光を取り出して光検出器３００へと出射させることによ
り、面発光レーザ１０２のＡＰＣ制御を容易に行なうこ
とができる。

【００３３】また、面発光レーザ１０２から出射した光
のうち、実際に光ファイバ２００のコア２０１に入射し
てコア２０１内を伝播する光の一部を切り欠き部２０３
によって検出することにより、コア２０１内を伝播する
光の量を正確に検出することができるため、精度の高い
ＡＰＣ制御が可能となる。これにより、本発明は光通信
等に好適である。

【００３４】［第２の実施の形態］ （デバイスの構造）図３は、本発明の第２の実施の形態
にかかる光モジュール２０００を模式的に示す断面図で
ある。図４は、光モジュール２０００を構成する光ファ
イバ２１０の光取出部２０４の拡大断面図である。図５
は、光モジュール２０００を構成する光ファイバ２１０
を模式的に示す図である。

【００３５】本実施の形態にかかる光モジュール２００
０は、面発光レーザ１０２を含む発光装置１００、光フ
ァイバ２１０、および光検出器３００を含む。光モジュ
ール２０００は、光取出部２０４を含む光ファイバ２１
０から構成されている点で、第１の実施の形態にかかる
光モジュール１０００と異なる。その他の部分は、第１
の実施の形態にかかる光モジュール１０００と同様であ
る。以下、第１の実施の形態の光モジュール１０００と
同様の符号を有する部分は、同様の構成、作用、および
効果を有する部分であるため、説明を省略する。

【００３６】図３および図５に示すように、光ファイバ
２１０は、第１の実施の形態にかかる光ファイバ２００
と同様に、コア２１１と、コア２１１の周囲を覆うクラ
ッド２１２とから構成される。光ファイバ２１０は、面
発光レーザ１０２から出射された光を、一方の端面２１
０ａのコア２１１部分から入射させる。光ファイバ２１
０は、第１の実施の形態にかかる光ファイバ２００と同
様の材料で形成することができる。

【００３７】光ファイバ２１０は光取出部２０４を含
む。光取出部２０４は、図１に示す切り欠き部２０３と
同様に、コア２１１内を伝播する光の一部を取り出し
て、光検出器３００へと出射する機能を有する。光取出
部２０４はコア２１１の少なくとも一部に接し、クラッ
ド２１２を分断するように形成されている。光取出部２
０４の形状や大きさ、ならびに光取出部２０４がコア２
１１に接している部分の面積等を変えることにより、光
取出部２０４から出射する光の量を変えることができ
る。

【００３８】この光取出部２０４は、コア２１１の屈折
率以上の屈折率を有する材料からなる。この構成によれ
ば、光取出部２０４から出射する光が、光ファイバ２１
０が延びる方向（図３のＸ方向）と垂直に近い方向へと
出射することができるため、光検出器３００へと効率良
く入射させることができる。本実施の形態においては、
光取出部２０４の屈折率がコア２１１の屈折率とほぼ等
しい場合を示す。

【００３９】さらに、光検出器３００は、光ファイバ２
１０の光取出部２０４から出射した光を検出し、検出し
た光の量の変化をモニタして、面発光レーザ１０２から
の出射光の量が一定になるように制御する。

【００４０】次に、図３および図５に示す光ファイバ２
１０の製造方法の一例を、図６および図７を参照して説
明する。ここでは、光ファイバ２１０が、コア２１１お
よびクラッド２１２がともにＳｉＯ₂からなる石英光フ
ァイバである場合について説明する。

【００４１】まず、図６に示すように、光ファイバ２１
０のクラッド２１２のうち光取出部２０４を作成する部
分に、図６の矢印方向にゲルマニウムイオンを注入す
る。つづいて、図７に示すように、ゲルマニウムイオン
を注入した部分２０４ａにアルゴンレーザを照射する。
一般に、クラッドはコアより屈折率が小さい材料からな
るが、このアルゴンレーザの照射によって光誘起反応が
起こり、ゲルマニウムイオンを添加した部分の屈折率が
増加し、コア２１１の屈折率とほぼ等しくなる。この部
分が光取出部２０４となる。以上の工程により、図５に
示すように、光取出部２０４を含む光ファイバ２１０が
得られる。

【００４２】ここでは、前述したように、光ファイバ２
１０が、クラッド２１２がＳｉＯ₂からなる石英光ファ
イバである場合について示したが、この方法のかわり
に、クラッド２１２の一部分に穴（図示せず）を開け、
この穴にコアの屈折率と等しいかそれ以上の屈折率を有
する材料を埋め込むことにより、光取出部２０４を形成
することができる。この方法は、光ファイバ２１０がプ
ラスチックファイバからなる場合にも用いることができ
る。

【００４３】（光検出方法）次に、図３に示す光モジュ
ール２０００における光検出方法を、図３および図４を
参照して説明する。

【００４４】光モジュール２０００における光検出方法
は、第１の実施の形態にかかる光モジュール１０００と
同様である。すなわち、面発光レーザ１０２を駆動させ
ると、駆動信号に基づく光が出射口１０１から基板１０
４と垂直な方向（図３のＸ方向）に出射する。この光は
所定の放射角で広がって伝播し、光ファイバ２１０の端
面２１０ａのコア２１１部分に入射する。コア２１１へ
と入射した光は、コア２１１内でＸ方向へと伝播する。
コア２１１内を伝播する光の一部が、図４に示すよう
に、光ファイバ２１０内の光取出部２０４から、光検出
器３００へと出射する。この出射光を光検出器３００が
検出した後、電気信号へと変換し、ＡＰＣ回路（図示せ
ず）にてＡＰＣ制御を行なうことにより、面発光レーザ
１０２からの出射光を一定量に制御する。

【００４５】本実施の形態にかかる光モジュール２００
０によれば、第１の実施の形態にかかる光モジュール１
０００と同様の作用および効果を有する。すなわち、光
取出部２０４によってコア２１１内を伝播する光のうち
一部の光を取り出して光検出器３００へと出射させるこ
とにより、面発光レーザ１０２のＡＰＣ制御を容易に行
なうことができる。

【００４６】また、面発光レーザ１０２から出射した光
のうち、実際に光ファイバ２１０のコア２１１に入射し
てコア２１１内を伝播する光の一部を光取出部２０４に
よって取り出して検出することにより、コア２１１内を
伝播する光の量を正確に検出することができるため、光
通信に好適である。

【００４７】［第３の実施の形態］ （デバイスの構造）図８は、本発明の第３の実施の形態
にかかる光モジュール３０００を模式的に示す断面図で
ある。

【００４８】光モジュール３０００においては、光取出
部２０４と光検出器３００との間に、光学部材２０５が
設置されている点で、第２の実施の形態にかかる光モジ
ュール２０００と異なる。その他の構成は、第２の実施
の形態にかかる光モジュール２０００と同様であるた
め、説明は省略する。

【００４９】光学部材２０５は、光取出部２０４から出
射した光を集光して、光検出器３００へと出射する機能
を有する。光学部材２０５としては、レンズを用いるこ
とができる。

【００５０】光モジュール３０００によれば、第２の実
施の形態の光モジュール２０００と同様の作用および効
果を有するのに加えて、光取出部２０４と光検出器３０
０との間に、光学部材２０５が設置されていることによ
り、光取出部２０４から出射した光は光学部材２０５に
よって集光された後、光検出器３００へと出射される。
このため、光取出部２０４から出射した光を効率良く光
検出器３００へと出射させることができる。

【００５１】また、第１の実施の形態にかかる光モジュ
ール１０００において、光モジュール３０００と同様
に、光取出部である切り欠き部２０３と光検出器３００
との間に光学部材２０５を設置することもできる。この
場合においても、光モジュール３０００と同様の作用お
よび効果を奏することができる。

【００５２】なお、第１〜第３の実施の形態では、光フ
ァイバがマルチモードファイバである場合を示したが、
光ファイバはこれに限定されるわけではなく、光ファイ
バがプラスチックファイバであっても、同様の作用およ
び効果を奏する。また、面発光レーザ１０２の配置方法
および配置数はこれに限定されるわけではなく、種々の
態様をとることができる。たとえば、複数の面発光レー
ザから出射した光が同じ光ファイバに入射するようにす
ることもできる。

【００５３】さらに、第１〜第３の実施の形態では、発
光素子として面発光レーザを用いた。しかしながら、本
発明においては、発光素子は面発光レーザに限定される
わけではなく、端面発光レーザ、ＬＥＤ、有機または無
機のＥＬ素子（electroluminescent device）等を発光
素子として適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる光モジュー
ルを模式的に示す断面図である。

【図２】図１に示す光モジュールを構成する光ファイバ
の光取出部を模式的に示す拡大断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる光モジュー
ルを模式的に示す断面図である。

【図４】図３に示す光モジュールを構成する光ファイバ
の光取出部を模式的に示す拡大断面図である。

【図５】図３に示す光モジュールを構成する光ファイバ
を模式的に示す図である。

【図６】図５に示す光ファイバの一製造工程を模式的に
示す図である。

【図７】図５に示す光ファイバの一製造工程を模式的に
示す図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態にかかる光モジュー
ルを模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１００ 発光装置 １０１ 出射口 １０２ 面発光レーザ（面発光型半導体レーザ） １０４ 基体（半導体基板） ２００，２１０ 光ファイバ ２００ａ 光ファイバ２００の一方の端面 ２１０ａ 光ファイバ２１０の一方の端面 ２０１，２１１ コア ２０２，２１２ クラッド ２０３ 切り欠き部 ２０３ａ 切り欠き部を構成する１の面 ２０４ 光取出部 ２０４ａ ゲルマニウムイオン注入部分 ２０５ 光学部材 ３００ 光検出器 １０００，２０００，３０００ 光モジュール

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子を含む発光装置と、 コアおよびクラッドを含み、前記発光素子から出射した
   光が一方の端面のコア部分から入射する光ファイバと、 光検出器と、を含み、 前記コア内を伝播する光の一部を取り出すための光取出
   部を、前記光ファイバ内に有し、 前記光検出器は、前記光取出部から出射した光を検出す
   る、光モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記光取出部は、少なくとも一部が前記コアに接し、か
   つ前記クラッドを分断する、光モジュール。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記光取出部は、前記光ファイバに形成された切り欠き
   部からなり、 前記切り欠き部は、前記コア内を伝播する光のうち一部
   の光の伝播する方向を変える機能を有する、光モジュー
   ル。
4. 【請求項４】 発光素子を含む発光装置と、 コアおよびクラッドを含み、前記発光素子から出射した
   光が一方の端面のコア部分から入射する光ファイバと、 光検出器と、を含み、 前記光ファイバは切り欠き部を有し、 前記切り欠き部は、少なくとも一部が前記コアに接し、
   前記クラッドを分断し、かつ前記コア内を伝播する光の
   うち一部の光が伝播する機能を有し、 前記光検出器は、前記切り欠き部から出射した光を検出
   する、光モジュール。
5. 【請求項５】 請求項３または４において、 前記切り欠き部は、該切り欠き部を構成する１の面に
   て、前記コア内を伝播する光のうち一部の光が伝播する
   方向を変える、光モジュール。
6. 【請求項６】 請求項３〜５のいずれかにおいて、 前記切り欠き部を構成する１の面と前記光ファイバの延
   びる方向とのなす角が鋭角である、光モジュール。
7. 【請求項７】 請求項１または２において、 前記光取出部は、前記コアの屈折率以上の屈折率を有す
   る材料からなる、光モジュール。
8. 【請求項８】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記光取出部と前記光検出器との間に、前記光取出部か
   ら出射した光を集光するための光学部材が設置されてい
   る、光モジュール。
9. 【請求項９】 発光素子を含む発光装置と、 コアおよびクラッドを含み、前記発光素子から出射した
   光が一方の端面のコア部分から入射する光ファイバと、 光検出器と、を含む光モジュールにおいて、 前記光ファイバは、前記コア内を伝播する光の一部を取
   り出すための光取出部を含み、 前記光取出部によって、前記コア内を伝播する光の一部
   を取り出した後、前記光取出部から出射した光を前記光
   検出器によって検出する、光モジュールにおける光検出
   方法。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記光取出部は、前記光ファイバに形成された切り欠き
    部からなり、 前記切り欠き部を構成する１の面にて、前記コア内を伝
    播する光のうち一部の光の伝播する方向を変化させた
    後、該一部の光を前記光検出器によって検出する、光モ
    ジュールにおける光検出方法。