JP2003156665A - 光送受信モジュール及びこれを用いた光送受信装置 - Google Patents

光送受信モジュール及びこれを用いた光送受信装置

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JP2003156665A JP2001353717A JP2001353717A JP2003156665A JP 2003156665 A JP2003156665 A JP 2003156665A JP 2001353717 A JP2001353717 A JP 2001353717A JP 2001353717 A JP2001353717 A JP 2001353717A JP 2003156665 A JP2003156665 A JP 2003156665A
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仁麿 東郷
Hiroaki Asano
弘明 浅野
Hiroo Uchiyama
博夫 内山
Masaki Kobayashi
正樹 小林
Hidehiko Negishi
英彦 根岸
Masaya Ito
正弥 伊藤
Masahiro Kuwabara
雅弘 桑原
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    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精密な加工を必要とする光導波路などが不要
であり、高周波特性に優れ、光及び電気クロストークが
小さい低価格な波長多重1芯双方向用光送受信モジュー
ルを提供する。 【解決手段】 ガラス基板3に埋め込まれた光ファイバ
1の途中に斜めに波長選択フィルタ2を挿入した光出射
部を形成する。セラミック基板6にフリップチップ実装
された裏面入射型受光素子4の真上に上記光出射部を固
定することにより、特定の波長の光信号のみを受光す
る。受光部と発光部の間の光ファイバ余長部7を十分長
くとり、上記光ファイバの端部を発光素子と光学結合さ
せる。光導波路を不要とする簡易構造により、光及び電
気クロストークが小さく、高周波特性に優れた、光送受
信モジュールが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信な
どに利用される光送受信モジュール及びこれを用いた光
送受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】メタリックケーブルに代わって高速大容
量の情報を低損失で伝送できる光ファイバ通信が注目さ
れ、光デバイスの低価格化と高速化とともに高機能化
が、近年、益々求められている。一例として、1本の光
ファイバを用いて、上りと下りの光双方向伝送を異なる
波長で実現する光通信方式の開発などが進められている
が、この方式の光モジュールには、発光素子と受光素子
と波長分離と合波機能部品などを集積化する技術が必要
である。
【0003】以下に従来の光双方向モジュールの代表例
について説明する。従来は、受信波長λ1の信号を送信
波長λ2と分離するために、光導波路とWDMフィルタ
を組み合せた構造が一般的であった。図5に特開平11
−68705号公報に記載されている、光導波路を用い
たWDM(波長多重)光双方向モジュールの従来構造を
示す。Si基板103上に形成された光導波路102の
端部に発光素子105とモニターPD104と受光素子
106をそれぞれ光導波路に入出射光を光結合できるよ
うに高精度な2次元調整の後に実装する。発光素子と受
光素子の位置調整はSi基板上にあらかじめ高精度に形
成したアライメントマーカ108を用いて行うパッシブ
アライメント技術を用いている。発光素子の波長λ2の
出力光は、WDMフィルタ107で反射した後、光導波
路を通って光ファイバへと導入される。ここで、光ファ
イバのコアと光導波路は光学的に結合できるように配置
されている。配置方法として、光導波路の位置に対し
て、Si基板103上に高精度にV形状の溝を加工して
おき、V溝に沿って光ファイバを固定するという方法が
一般的である。一方、光ファイバから伝送されてきた、
波長λ1の光信号は、WDMフィルタ107を透過して
受光素子へ受光する。受光素子はチップの側面方向から
光入射することで受光できる構造を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来例は以下の
問題を有していた。上記従来例は、Si基板上のV溝精
度や素子の実装精度はサブミクロンの高精度を要求さ
れ、高額の生産設備が必要な上、精度のばらつきが歩留
りの劣化となる。また、光導波路を高精度に形成するた
めの複雑なプロセスが必要な上、光導波路付きSi基板
のサイズが大きいため、Si基板の低価格化が困難であ
った。また、受光素子と発光素子を同一のパッケージ内
に実装しているため、光や電気クロストークが大きくな
るという課題を有していた。特に高速通信においては、
電気クロストークによる劣化の影響が大きくなるため、
受光素子と発光素子の距離を離す工夫が必要で、従来例
では光導波路基板サイズやパッケージサイズが大きくな
ることにより、低価格化が困難となる。
【0005】本発明は、上記従来例の課題を解決するも
ので、光導波路が不要であり、光及び電気クロストーク
が小さく、高額な生産設備が不要で、低価格な光送受信
モジュール及び光伝送装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】次に、上記の課題を解決
するための手段について述べる。請求項1に記載されて
いる発明は、光ファイバの途中に前記光ファイバのコア
を斜めに横切るように切断面を形成し、切断された前記
2本の光ファイバのコアの間に、フィルタ又はハーフミ
ラーを挟むことによって斜め光出射部を形成し、前記斜
め光出射部に受光素子及び発光素子の一方を光結合した
第1光学系と、前記光ファイバの端部を前記受光素子及
び発光素子の他方を光結合した第2光学系で構成され
る。
【0007】この構成により、光導波路を必要とせずに
簡易な光学系を用いて、波長多重用光送受信モジュール
を実現できる。請求項2に記載されている発明は、上記
の構成に加えて、前記第1光学系と前記第2光学系の間
を結ぶ光ファイバ長を十分長くするとともに、ある曲率
を持った状態で固定されていることを特徴とする構成を
有する。
【0008】この構成により、前記光ファイバ固定時に
張力などの影響を受けないとともに、第1光学系と第2
光学系の距離を離すことができるため、光及び電気クロ
ストークを小さくすることができる。また、第1光学系
と第2光学系を結ぶ光ファイバの長さの調整が不要とな
る。
【0009】請求項3に記載されている発明は、上記の
構成に加えて、第1光学系と第2光学系と光ファイバを
ほぼ一直線状に配置した構成を有する。
【0010】この構成により、前記第1光学系と前記第
2光学系の間の光ファイバの余長が占める領域を小さく
することができる。また、前記第1光学系と第2光学系
を結ぶ光ファイバが、ほぼ一直線状に配置された第1及
び第2光学系からなる光送受信モジュールを複数並べる
ことで集積化が容易になる。
【0011】請求項4に記載されている発明は、前記第
1光学系に結合させる素子が受光素子であり、前記第2
光学系に結合させる素子が発光素子である構成を有す
る。
【0012】この構成により、発光素子は第2光学系の
光ファイバ端面へ光結合できるため、光結合効率が高く
できる。一方、発光素子の出射径に比べて受光素子の受
光径は数10ミクロンと大きいので、第1光学系のよう
に斜め出射部のレンズのない光学系でも受光素子の光結
合効率は低くはならない。
【0013】請求項5に記載されている発明は、前記請
求項4記載の構成に加えて、受光素子がPN電極を有す
る電極面と反対側の面から光を入射させる裏面入射型構
造であって、前記受光素子が第1の回路基板上にフリッ
プチップ実装されている構成を有する。
【0014】この構成により、受光素子部の光学系がレ
ンズ不要で簡略化できるとともに、ボンディングワイヤ
が不要になることによって光受信回路の高周波特性が向
上する。また、受光素子が封止樹脂などで覆われている
ため、湿度などの混入がなくパッケージが不要となる。
【0015】請求項6に記載されている発明は、前記請
求項5記載の構成に加えて、第1の回路基板上のグラン
ド線と信号線が、ビアホールを通って前記第1の回路基
板下面のパターンに接続されており、さらに前記セラミ
ック基板を半田を介して第2の回路基板上に実装した構
成を有している。
【0016】この構成により、ボンディングワイヤが不
要で、回路基板との配線ができるため、光受信部の高周
波特性が向上する。
【0017】請求項7に記載されている発明は、前記請
求項6記載の構成に加えて、キャンパッケージ内に実装
された発光素子に光結合させる、前記第2光学系が同軸
型の光学系であり、前記キャンパッケージを前記第2の
回路基板の一部をくり抜いた場所に実装する構成を有し
ている。
【0018】この構成により、第1及び第2の光学系を
結ぶ光ファイバを第2の回路基板の直上に置くことがで
き、前記光ファイバ長を必要以上に長くする必要がなく
小型化できるとともに、第2光学系のキャンパッケージ
のリード線を短くすることができるので、光送信回路の
高周波特性が向上する。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は、本発明の実施の形態1におけ
る、光送受信モジュールの斜視図である。モジュールの
基板を構成する制御回路樹脂基板9上に、受光素子4と
プリアンプ5が実装されたセラミック基板6を実装す
る。受光素子4の上には光ファイバ1の途中に形成した
波長選択フィルタ2を含むインライン型の光学系を固定
する。発光素子は、受光部のインライン光学系から少し
離れたところの光ファイバ端部と光結合した後、制御回
路樹脂基板9上に実装する。発光素子の光軸調整工程
は、受光素子の光軸調整工程と独立しており、本実施の
形態では、発光素子は発光素子モジュール8を構成する
TOキャンパッケージ内に実装されたものを用いて、ア
クティブアライメントにより光ファイバ1と光結合して
いるが、パッシブアライメントなどを用いた光学系など
であっても構わない。
【0020】波長λ1の受信光は、後述のインライン型
光学系により、全て受光素子4に入射される。一方、波
長λ2の送信光は、インライン光学系を透過し、受信光
と反対方向へと送信される。従来は、光受信部と光送信
部を同一パッケージ内に一体化していたため、電気クロ
ストークを小さくすることが困難であったが、本実施の
形態では、光受信部と光送信部は光ファイバ余長部7で
繋がっているため、距離を自由に設定することができる
ため、受信部と送信部の電気クロストークを非常に小さ
くすることができる。
【0021】また、発光素子からの送信光は、光ファイ
バ1のコアのみを通る構造となるため、従来例に比べて
受光素子へ迷光が入ることがなく、光クロストークを小
さくすることができる。また、光受信部と光送信部の間
に、十分な長さの光ファイバ1の余長部を設けることに
より、光ファイバ余長部7の長さ制御が不要であるとと
もに、光ファイバ1に引っ張り応力が加わることもな
い。ただし、光ファイバ1の曲げ半径は、光損失が起き
ない程度に大きくする必要がある。
【0022】次に受光素子実装方法とインライン型光学
系の構造の詳細について説明する。図2は、実施の形態
1の光受信部近傍の断面図である。裏面入射型の受光素
子4は、セラミック基板6上にフリップチップ実装す
る。同時に、プリアンプ5も同一のセラミック基板6上
にフリップチップ実装することで受光素子との距離を短
くすることができ、良好な高周波特性が得られる。ま
た、受光素子4とプリアンプ5は、それぞれフリップチ
ップ用封止樹脂15で覆われているため、湿度などの影
響を受けにくく、受光素子部全体を覆うパッケージが不
要となる。
【0023】セラミック基板6は、光受信部と光送信部
に共通の制御回路樹脂基板9上に、半田実装する。セラ
ミック基板6上のパターンはビアホール17を通して裏
面パッドに電気的に接続されており、チップサイズパッ
ケージ(CSP)などと同様の半田接合方法で、制御回
路樹脂基板9上に実装が可能である。
【0024】光ファイバ1は、ガラス基板3に形成され
た溝10に埋め込んで固定した後、光ファイバコア11
を斜めに横切るように、ダイシングソーを用いてスリッ
ト12を形成し、波長選択フィルタ2を挿入し固定す
る。この波長選択フィルタ2は光ファイバ伝送された波
長λ1の受信光のみを反射するものである。この反射光
が受光素子の受光部16に到達するように、ガラス基板
3の位置を最適な位置に調整した後、紫外線(UV)硬
化樹脂14を用いて受光素子4の直上に固定する。受光
素子の光電流をモニタしながら、最大になるように調整
すればよい。波長選択フィルタ2と受光部16は近接し
ているので、レンズを用いることなく、高い光結合効率
を得ることができる。また、受光素子4の上面にARコ
ーティングを施すことにより、光反射損失を低減でき
る。以上により、波長λ1の受信光のみを取り出し、受
光素子に光結合できる簡易なインライン型光学系が実現
できる。
【0025】図3は、波長多重の1芯双方向光信号を送
受信機能を有する、本発明の実施の形態1の光送受信モ
ジュールを用いた、光送受信装置の構造図である。光受
信部と発光素子モジュール8が、光伝送装置のメイン樹
脂基板でもある制御回路樹脂基板9の上に実装され、光
伝送装置筐体19内に収容されている。筐体19の前面
パネルには、光入出力ポートの機能を持つ光ファイバコ
ネクタプラグ20が取り付けられる。図1の光モジュー
ルの制御回路機能基板を光伝送装置のメイン樹脂基板と
共有化することによって、部品点数が削減できる。
【0026】(実施の形態2)図4は、本発明の実施の
形態2における、光送受信モジュールの構成図であり、
(a)は、平面図、(b)は側面図である。 受光素
子、インライン光学系、発光素子の基本構成は上記実施
の形態1と同様であるので、異なる点のみについて説明
する。実施の形態1と異なる点は、受光部と発光部の間
の光ファイバがほぼ直線であることと、発光部を実装す
る部分の樹脂基板に切り欠き又は、穴が空いていること
である。
【0027】実施の形態1のように、光ファイバ余長部
7を十分長くとると、受信部と送信部の距離を自由に設
定できるが、光ファイバ余長部7の収容スペースが大き
くなる。そこで本実施の形態では、光ファイバ余長部を
ある曲率を持った直線状になるようにした。これによ
り、樹脂基板と光ファイバの熱膨張率差に起因する、光
ファイバにかかる引っ張り応力の影響をなくすことがで
きるとともに、光ファイバ余長処理スペースが不要で、
樹脂基板が細長い形状となるため、光送受信部の多ポー
ト化が容易となる。
【0028】発光素子として、TOキャンパッケージ2
2を用いた場合は、図に示すように、樹脂基板の一部に
穴をあけることにより、TOキャンパッケージのリード
線23が短くなり高周波特性が向上するとともに、光受
信部と光送信部の光ファイバの高さをそろえることがで
きるため、光ファイバ長を短くすることができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光ファ
イバの途中に光ファイバのコアを斜めに横切るように切
断面を形成し、切断された前記2本の光ファイバのコア
の間に、フィルタ又はハーフミラーを挟むことによって
斜め光出射部を形成し、前記光出射部に受光素子及び発
光素子の一方を光結合した第1光学系と、前記光ファイ
バの端部を前記受光素子及び発光素子の他方を光結合し
た第2光学系で構成することにより、高価な光導波路を
必要とせずに簡易な光学系を用いて、波長多重用光送受
信モジュールを実現できる。
【0030】また、本発明は、前記第1光学系と前記第
2光学系の間を結ぶ前記光ファイバが固定時の張力の影
響を受けないように曲がった状態で固定することによ
り、前記光ファイバ固定時に張力の影響を受けないとと
もに、第1光学系と第2光学系の距離を離すことができ
るため、光及び電気の低クロストークが実現できる。ま
た、本発明は、第1光学系と第2光学系と光ファイバを
ほぼ一直線状に配置することにより、前記第1光学系と
前記第2光学系の間の光ファイバの余長部が占める領域
を小さくすることができる。また、前記第1及び第2光
学系からなる光送受信モジュールを複数並べることで集
積化が容易になる。
【0031】また、本発明は、第1光学系に結合させる
素子を受光素子、前記第2光学系に結合させる素子を発
光素子にすることにより、発光素子は第2光学系の光フ
ァイバ端面へ光結合できるため、光結合効率が高くな
る。
【0032】また、本発明は、さらに受光素子がPN電
極を有する電極面と反対側の面から光を入射させる裏面
入射型構造であって、前記受光素子が第1の回路基板上
にフリップチップ実装されている構成にすることによ
り、受光素子部の光学系がレンズ不要で簡略化できると
ともに、ボンディングワイヤが不要になることによって
光受信回路の高周波特性が向上する。
【0033】また、本発明は、上記の構成に加えて、第
1の回路基板上のグランド線と信号線が、ビアホールを
通って前記第1の回路基板下面のパターンに接続されて
おり、さらに前記セラミック基板を半田を介して第2の
回路基板上に実装した構成にすることにより、ボンディ
ングワイヤが不要で、回路基板との配線ができるため、
光受信部の高周波特性が向上する。
【0034】また、本発明は、上記の構成に加えて、T
Oキャンパッケージ内に実装された発光素子に光結合さ
せる、前記第2光学系が同軸型の光学系とし、前記TO
キャンパッケージを前記第2の回路基板の一部をくり抜
いた場所に実装する構成により、第1及び第2の光学系
を結ぶ光ファイバを第2の回路基板の直上に置くことが
でき、前記光ファイバ長を必要以上に長くする必要がな
く小型化できるとともに、第2光学系のTOキャンパッ
ケージのリード線を短くすることができ、送信回路の高
周波特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光送受信モジュールの第1の実施の形
態の概略構成を示す斜視図
【図2】本発明の第1の実施の形態の光受信部近傍の断
面図
【図3】本発明の第1の実施の形態を用いた光伝送装置
を示す斜視図
【図4】本発明の光送受信モジュールの第2の実施の形
態の構成図であり、(a)は、平面図、(b)は側面図
【図5】従来の光送受信モジュールの概略構成を示す斜
視図
【符号の説明】
1 光ファイバ 2 波長選択フィルタ 3 ファイバ埋め込みガラス基板 4 受光素子 5 プリアンプ 6 セラミック基板 7 光ファイバ余長部 8 発光素子モジュール 9 制御回路樹脂基板(メイン樹脂基板兼用) 10 ファイバ埋め込み溝 11 光ファイバコア 12 スリット 13 半田バンプ 14 紫外線硬化樹脂 15 フリップチップ用封止樹脂 16 受光部 17 ビアホール 18 半田 19 光伝送装置筐体 20 光受信部 21 光ファイバコネクタプラグ 22 TOキャンパッケージ 23 リード線 101 光ファイバ 102 光導波路 103 Si基板 104 モニタ用受光素子 105 発光素子 106 受光素子 107 波長選択フィルタ 108 アライメントマーカ
───────────────────────────────────────────────────── 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 10/13 10/135 10/14 (72)発明者 内山 博夫 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 小林 正樹 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 根岸 英彦 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 伊藤 正弥 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 桑原 雅弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H037 AA01 BA02 BA11 CA37 DA03 DA04 DA12 DA17 2H047 KA03 KA12 LA18 MA05 MA07 QA04 RA08 TA01 TA11 5F041 AA14 AA21 AA42 EE06 EE22 EE25 FF14 5F088 BA03 BA15 BB01 JA09 JA13 JA14 5K002 AA05 BA01 BA05 BA21 BA31 CA21 DA02 DA04 DA42 FA01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバと受光素子及び発光素子が結
    合された光送受信モジュールにおいて、前記光ファイバ
    の途中に前記光ファイバのコアを斜めに横切るように切
    断面が形成され、切断されて得られた切断面の両側の2
    本の光ファイバのコアの間に、フィルタ又はハーフミラ
    ーを挟むことによって斜め光出射部が形成され、前記光
    出射部に受光素子及び発光素子の一方を光結合した第1
    光学系と、前記光ファイバの端部を前記受光素子及び発
    光素子の他方を光結合した第2光学系で構成されたこと
    を特徴とする光送受信モジュール。
  2. 【請求項2】 前記第1光学系と前記第2光学系の間を
    結ぶ前記光ファイバが光ファイバの特性が劣化しない程
    度に曲率を持った状態で固定されていることを特徴とす
    る請求項1に記載の光送受信モジュール。
  3. 【請求項3】 前記第1光学系と前記第2光学系と前記
    光ファイバがほぼ一直線状に配置されていることを特徴
    とする請求項2に記載の光送受信モジュール。
  4. 【請求項4】 前記第1光学系に結合させる素子が受光
    素子であり、前記第2光学系に結合させる素子が発光素
    子であることを特徴とする請求項2又は3に記載の光送
    受信モジュール。
  5. 【請求項5】 前記受光素子がPN電極を有する電極面
    と反対側の面から光を入射させる裏面入射型構造であっ
    て、前記受光素子が第1の回路基板上にフリップチップ
    実装されていることを特徴とする請求項4に記載の光送
    受信モジュール。
  6. 【請求項6】 前記第1の回路基板上のグランド線と信
    号線が、ビアホールを通って前記第1の回路基板下面の
    パターンに接続されており、さらに前記セラミック基板
    を半田を介して第2の回路基板上に実装した請求項5に
    記載の光送受信モジュール。
  7. 【請求項7】 キャンパッケージ内に実装された発光素
    子に光結合させる、前記第2光学系が同軸型の光学系で
    あり、前記キャンパッケージを前記第2の回路基板の一
    部をくり抜いた場所に実装されていることを特徴とする
    請求項6に記載の光送受信モジュール。
  8. 【請求項8】 請求項1から請求項7のいずれか1つに
    記載の光送受信モジュールを有することを特徴とする光
    送受信装置。
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