JP2004109313A

JP2004109313A - 光送受信装置および情報伝送装置

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Publication number: JP2004109313A
Application number: JP2002269843A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Saito; 齋藤　哲郎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】部品点数の削減とともに組み立てが容易で、小型化・低価格化を図ることができる光送受信装置および情報伝送装置を得る。
【解決手段】複数の波長の送信用光信号を発生する発光手段２と、単一の光伝送路１から送られてくる複数の波長の受信光を受光する受光手段３と、発光手段２からの出射光を偏向する平板状の偏向手段４、とを有してなる光送受信装置であって、偏向手段４は、発光手段２と単一の光伝送路１の端部との間に配置され、発光手段２は、単一の光伝送路１の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、発光手段２からの出射光が偏向手段４により偏向されて単一の光伝送路１の端部に入射する位置に配置されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一の光伝送路を用いて異なる複数の波長の光信号を送受信する光送受信装置および情報伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバによる光通信は、その広帯域性や長距離伝送性から、電話回線網やデータ回線網の幹線通信用として広く実用化されている。また、配線系としても企業などでは、石英系の光ファイバ網がフロアまでは来ており、家庭では、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ　　Ｔｏ　　Ｔｈｅ　　Ｈｏｍｅ）によって、家の軒下までの光ファイバ化が通信会社等によって計画・実用化されている。
今後は更に、フロア内や家庭内のネットワーク、さらには装置間や装置内の接続の光通信化が行われていくのは必至である。この領域では、従来の幹線系やアクセス系に比べ、光送受信装置の小型化や低価格化が、より重要になる。これを実現するために、１本の光ファイバで送信光と受信光の双方向通信を行うことが有効である。１本の光ファイバを用いる１芯方式は、送受信のトランシーバ、コネクタに関して２本以上の光ファイバを用いた２芯方式の光伝送路に比べて、小型になり、価格もシステムコストとしてみると、光ファイバのコストが１本分ほど確実に安くなる。
【０００３】
ところで、この種の光送受信装置としては、図７や図８の構造のものが提案されている。
図７に示す従来の光送受信装置では、送信信号源１００５ａの発光装置１００１は、送信カップリングレンズ１００３ａを介して送信用光ファイバ１００４ａに送信光を入射する。受信用光ファイバ１００４ｂからの受信光は、受信カップリングレンズ１００３ｂを介して受光装置１００２に受光し、受信処理回路１００５ｂがこの受信光を処理する。
図８に示す従来の光送受信装置では、送信信号源５ａ側の発光装置１００１は、実線で示すように、ハーフミラー１００６及びカップリングレンズ１００３ｃを介して光ファイバ１００４ｃに送信光を与える。光ファイバ１００４ｃからの受信光は、破線で示すように、ハーフミラー１００６で反射させて受光装置１００２で受光させ、この受信光を受信処理回路５ｂで処理する。
また、ハーフミラー１００６のかわりに偏向ビームスプリッタを用いて光の利用効率を上げた例もある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
さらに、図９に示すように、装置の小型化のために偏光素子を用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。ここで、符号１ｍは光双方向用モジュール、２ｍは半導体レーザ、３ｍはフォトダイオード、４ｍはレンズ、５ｍは偏光素子である回折格子、６ｍは光ファイバ、を示す。
【０００５】
さらにまた、図１０に示すように、小型化してさらに光の利用効率をあげるために平板状の偏光分離素子を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、符号１ｎは光送受信装置、５ａは送信信号源、５ｂは受信処理回路、１０１は発光装置（発光手段）、１０２は受光装置（受光手段）、７ｎは平板状の偏光分離素子である偏光性ホログラフィック光学素子、３ｃはカップリングレンズ、１１は光ファイバ、１１Ａは端面、Ｓ１は送信光、Ｓ２は受信光を示す。
【０００６】
ところで、近年の情報化の進展に伴い、光送受信装置に要求される情報伝送量も増加してきている。
光通信において伝送量を増加するための手法としては、波長多重伝送が知られている。この波長多重伝送においては、送信側では、波長の異なる光源をそれぞれ異なる情報で変調し、各光源からの光を共通の光ファイバに送出する。一方、受信側では、光ファイバからの光を分光して各波長の光をそれぞれ独立して検出する。双方向で光通信を行うためには、各端部にそれぞれ波長多重伝送に対応した送信器と受信器の対を配置する必要がある。
【０００７】
小型の双方向波長多重光送受信装置を提供する試みとして、図１１に示すように、同一基板上に、それぞれ分光手段と組となって第１のスラブ導波路型波長多重マルチプレクサ及び第２のスラブ導波路型波長多重マルチプレクサを構成する断面方向で見て互いに同一構造を有する第１のスラブ導波路２Ｐ及び第２のスラブ導波路３Ｐと、第１のスラブ導波路２Ｐからの出力光を入出力光ファイバ１０Ｐに供給する出力用光導波路９ｆと、入出力光ファイバ１０Ｐからの入力光を第２のスラブ導波路３Ｐに供給する入力用光導波路９ｇと、入出力光ファイバ１０Ｐの光路を出力用光導波路と入力用光導波路とに分岐する光カプラー７Ｐとを形成し、第１のスラブ導波路２Ｐの分光手段側とは反対側の端部にレーザアレイ６Ｐを光学的に結合させ、第２のスラブ導波路３Ｐの分光手段側とは反対側の端部に受光器アレイ５Ｐを光学的に結合させることが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。ここで、ガラス製集積回路基板１Ｐの大きさは、Ｌ１＝５０ｍｍ、Ｌ２＝４０ｍｍである。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−０６６０６７号公報
【特許文献２】
特開平０８−０１５５８２号公報
【特許文献３】
特許第３１９１９９８号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示す従来の構成では、受光部用スラブ導波路と発光部用スラブ導波路が並んで形成されているガラス製集積回路基板を使用しており、これが装置の小型化を阻害する。特に家庭内機器への組み込みなど、装置間や装置内の接続に用いるためには小型化は必須の条件であり、装置を小型にできないことは問題である。
また、大面積のガラス製集積回路基板は価格も高いため、装置の低価格化にも不利である。
さらに、第１のスラブ導波路２Ｐの分光手段側とは反対側の端部にレーザアレイ６Ｐを光学的に結合させ外部共振器構造を取っているが、このためにはレーザアレイ６Ｐの発光部とスラブ導波路の配線用光導波路を正確に接合させなければならず、これには高精度の位置決め技術や接着技術などの半導体実装技術が必要となり、工程の複雑化などを招き、装置価格の低価格化には不利である。
【００１０】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、上記課題を解消し、部品点数の削減とともに組み立てが容易で、小型化・低価格化を図ることができる光送受信装置および情報伝送装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数の波長の送信用光信号を発生する発光手段と、単一の光伝送路から送られてくる複数の波長の受信光を受光する受光手段と、発光手段からの出射光を偏向する平板状の偏向手段、とを有してなる光送受信装置であって、偏向手段は、発光手段と単一の光伝送路の端部との間に配置され、発光手段は、単一の光伝送路の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、発光手段からの出射光が偏向手段により偏向されて単一の光伝送路の端部に入射する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、平板状の偏向手段は、回折格子であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、回折格子は、ホログラフィック光学素子であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、平板状の偏向手段は、集光機能を持つホロレンズを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、ホロレンズは、偏向手段に一体的に形成または貼り付けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、複数の波長の送信用光信号を発生する発光手段と、単一の光伝送路から送られてくる複数の波長の受信光を受光する受光手段と、単一の光伝送路からの出射光を偏向する平板状の偏向手段、とを有してなる光送受信装置であって、偏向手段は、受光手段と単一の光伝送路の端部との間に配置され、受光手段は、単一の光伝送路の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、単一の光伝送路からの出射光が偏向手段により偏向されて受光手段に入射する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、平板状の偏向手段は、回折格子であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、回折格子は、ホログラフィック光学素子であることを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、複数の波長の送信用光信号を発生する発光手段と、単一の光伝送路から送られてくる複数の波長の受信光を受光する受光手段、とを有してなる光送受信装置であって、受光手段の受光面には、複数の波長に対応するバンドパスフィルターが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、発光手段と受光手段とを有してなる光送受信装置と、発光手段を駆動する駆動手段と、受光手段により得られる電気信号を電気的情報に変換する変換手段、とを有してなる情報伝送装置であって、光送受信装置は、請求項１乃至９のいずれかに記載の光送受信装置であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光送受信装置および情報伝送装置の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明にかかる情報伝送装置の実施の形態を示す断面図である。
情報伝送装置は、発光手段である半導体レーザ（以下、「ＬＤ」という。）２と受光手段であるフォトダイオード（以下、「ＰＤ」という。）アレイ素子３とを有してなる光送受信装置と、ＬＤ２を駆動する駆動手段であるドライバＩＣ５と、ＰＤアレイ素子３により得られる電気信号を電気的情報に変換する（ＰＤアレイ素子３の出力を増幅する）プリアンプＩＣ６とを有してなる。
ドライバＩＣ５と、プリアンプＩＣ６は、ＬＤ２およびＰＤアレイ素子３の直近に配置している。
【００２３】
ＬＤ２、ＰＤアレイ素子３、ドライバＩＣ５、プリアンプＩＣ６は、情報伝送装置の本体ケースの一端部に固定されている。ＬＤ２の出射面とＰＤアレイ素子３の受光面は、互いに隣接し、かつ、互いに平行な平面上にある。
これらの出射面と受光面から適宜の間隔をおいて、かつ、これらの出射面と受光面に平行に、平板状の偏向手段としての回折格子（以下、「グレーティング」という。）４が上記本体ケースに固定されている。
また、カップリングレンズ７が、光ファイバ１とグレーティング４の間に設置されており、これにより光ファイバ１とＬＤ２およびＰＤアレイ素子３との間の結合効率を高めている。
上記本体ケースの他端側には、コネクタ８が固定されている。コネクタ８は、光ファイバ１の端部を外周側から保持し、これによって光ファイバ１の端部が上記本体ケースに固定されている。光ファイバ１の端面は、グレーティング４の一面に密着している。
【００２４】
本実施の形態では、４波長の多重伝送を行い、単一の光伝送路として、コア径５００μｍのプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）１を用いる。
また、ＬＤ２の出射光の波長は、λ１＝６５０ｎｍ、λ２＝７４０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍ、λ４＝８３０ｎｍである。
さらに、ＰＤアレイ素子３には、上記４波長を中心波長にしたバンドパスフィルターを搭載した４ｃｈＰＤアレイ素子を用いる。
さらにまた、ＬＤ２からの出射光を偏向すると共に、光ファイバ１の端部からの出射光を偏向する偏向手段には、ピッチ１μｍのグレーティング４を用いる。
【００２５】
グレーティング４は、図１に示すように、ＬＤ２と光ファイバ１の端部との間に配置されている。
また、ＬＤ２は、光ファイバ１の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、ＬＤ２からの出射光がグレーティング４により偏向されて光ファイバ１の端部に入射する位置に配置されている。
さらに、ＰＤアレイ素子３は、光ファイバ１の光軸上に配置されている。
【００２６】
ここで、グレーティング４について説明する。
θをグレーティング４からの出射角、θ０をグレーティング４への入射角、λをＬＤ２からの出射光の波長、ｄをグレーティング４の溝のピッチ、ｍを次数とすると、一般に出射角θと入射角θ０の関係は、次式で表すことができる。
ｓｉｎθ−ｓｉｎθ０＝ｍλ／ｄ
【００２７】
そこで、ＬＤ２の波長が４波長の場合、各波長のＬＤ光をグレーティング４から光ファイバ１に対して垂直に入射させるには、グレーティング４のピッチが１μｍであれば、各波長のＬＤ２とグレーティング４のなす角を図２のようにすれば良い。その場合、グレーティング４とＬＤ２の距離を５ｍｍとすれば、各ＬＤ間の距離は図２のようになる。
このように各ＬＤを配置すると、各波長のＬＤ光のグレーティング４による１次光は、光ファイバ１に垂直に入射させることができる。なお、０次光については、光ファイバ１の端面から外れたところに投射されるので、光伝送には寄与しない。また、光ファイバ１から投射される入射光については、その０次光がＰＤアレイ素子３に照射される。
【００２８】
図３は、ＰＤアレイ素子３について説明した図であり、（ａ）はバンドパスフィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４がＰＤアレイ素子３の基板８上の受光窓９に形成される前の状態、（ｂ）はバンドパスフィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が受光窓９に形成された後の状態、を示す。
図３（ａ）に示すように、基板８の中央部には、独立に動作するＬＤ２の受光窓９が４つ、縦横２列に整列されて「田」の字形に配置されている。この４つの受光窓９に入力した光により生じた電流は、各受光素子より引き出された電極１０に接続され、隣接して配置されたプリアンプＩＣ６により処理される。
【００２９】
ＰＤアレイ素子３の受光面には、各波長に対応するバンドパスフィルターが設けられている。すなわち、受光窓９には、ＬＤ２の波長６５０ｎｍ、７４０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍに対応して、中心波長６５０ｎｍ、７４０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍのバンドパスフィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が形成されている。これにより各ＰＤは、各々６５０ｎｍ、７４０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍ近傍の波長の光にだけ感度を持つことになる。
また、各波長は６５０ｎｍ、７４０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍと、各波長間の波長差が大きいので、形成するバンドパスフィルターは中心波長±２０ｎｍ程度の広い幅のフィルターでよく、製作が容易である。
【００３０】
図４は、ＬＤとＰＤアレイ素子の設置の状態を示した図である。
本実施の形態では、図４（ａ）に示すように、端面型ＬＤ（ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４）を用いる。
ＰＤアレイ素子３は、光ファイバ１の光軸上に設置してあり、そこから所定の距離だけ離れたところに上記４つのＬＤを順次配置している。
ただし、本発明においては、端面型ＬＤに代えて、面発光型ＬＤ（ＶＣＳＥＬ）を用いることができることは明らかである。ＶＣＳＥＬは、しきい電流を小さくすることができるので、小型の光通信装置に適している。図４（ｂ）は、４つのＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬ１，ＶＣＳＥＬ２，ＶＣＳＥＬ３，ＶＣＳＥＬ４）を用いた場合の構成図である。
【００３１】
以上説明した光送受信装置の実施の形態によれば、図１１に示した従来例のようにガラス製集積回路基板を必要としないため、ＬＤ２やＰＤアレイ素子３と光ファイバ１の端面との間隔を小さくすることができ、光送受信装置の小型化・低価格化を図ることができる。
【００３２】
なお、ＬＤとしては、多波長ＬＤアレイ素子を用いることも可能であることは明らかである。
また、図１に示した本実施の形態では、カップリングレンズ７は、光ファイバ１とグレーティング４の間に設置しているが、これに代えて、グレーティング４とＬＤ２やＰＤアレイ素子３との間に設置することも可能である。
【００３３】
さらに、平板状の偏向手段としての回折格子は、ホログラフィック光学素子としてもよい。
さらにまた、グレーティング４とカップリングレンズ７を用いる代わりに、グレーティングに対して集光機能を持つホロレンズを金型により一体的に形成した、または接着剤により貼り付けたものを用いてもよい。
このようにすれば、独立したカップリングレンズを使用しないで済むため、部品点数を少なくすることができ、ＬＤ２やＰＤアレイ素子３と光ファイバ１の端面との間隔をさらに小さくすることができるので、光送受信装置のさらなる小型化を図ることができる。
【００３４】
なお、図１に示した実施の形態では、発光手段であるＬＤ２は、ＰＤアレイ素子３の片側に配置するものであったが、本発明にかかる光送受信装置としては、図５に示すように、ＰＤアレイ素子３を中心としてその両側にＬＤ２ｘを配置するようにしてもよい。両側のＬＤ２ｘは、いずれも単一の光伝送路である光ファイバ１の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、ＬＤ２ｘからの出射光がグレーティング４により偏向されて光ファイバ１の端部に入射する位置に配置されている。また、ＰＤアレイ素子３は、光ファイバ１の光軸上に配置されている。
また、カップリングレンズ７が、光ファイバ１とグレーティング４の間に設置されており、これにより光ファイバ１とＬＤ２およびＰＤアレイ素子３との間の結合効率を高めている。
このようにすれば、各ＬＤ間の距離を長く取ることができるので、組み立てがより容易となる。
【００３５】
また、本発明にかかる光送受信装置として、図６に示すように、受光用ＰＤアレイ素子の分波にもグレーティングを使用するようにしてもよい。ここでは、第１のグレーティング４の０次光を第２のグレーティング４ａに導き、グレーティング４ａの１次光をＰＤアレイ素子３ｙに入力させている。
ここで、ＰＤアレイ素子３ｙは、光ファイバ１の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、光ファイバ１からの出射光がグレーティング４により偏向されてＰＤアレイ素子３に入射する位置に配置されている。
ＬＤ２ｙは、単一の光伝送路である光ファイバ１の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、ＬＤ２ｙからの出射光がグレーティング４により偏向されて光ファイバ１の端部に入射する位置に配置されている。
グレーティング４ａを透過した１次光は、光の波長によって偏向角度が異なるので、光の波長ごとに分離される。分離された波長は、それぞれ複数のＰＤアレイ素子３ｙで受光する。
また、カップリングレンズ７が、光ファイバ１とグレーティング４の間に設置されており、これにより光ファイバ１とＬＤ２およびＰＤアレイ素子３との間の結合効率を高めている。
【００３６】
このようにすれば、ＰＤアレイ素子３ｙの受光部にバンドパスフィルターを設けることなく分波受光ができるので、ＰＤアレイ素子の作成コストを下げることができる。
なお、図６では、２枚のグレーティングを使用しているが、１枚のグレーティングで発光、受光の両方を処理することも可能であり、部品点数をさらに削減することができる。
また、図６では、ＬＤ２ｙとグレーティング４ａとは、ＬＤ２ｙの出射面と、光ファイバ１のからの出射光を受光するグレーティング４ａの受光面とが、互いに隣接する位置に配置されているが、ＬＤ２ｙとグレーティング４ａとは、必ずしも、ＬＤ２ｙの出射面とグレーティング４ａの受光面とが隣接する位置に配置する必要はない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、光送受信装置の小型化、および部品点数の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる情報伝送装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】上記情報伝送装置を構成する光送受信装置における、半導体レーザの出射光の波長と、各半導体レーザとグレーティングのなす角度、および各半導体レーザ間の距離との関係を示す図表である。
【図３】上記光送受信装置内のＰＤアレイ素子を示す、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。
【図４】本発明に使用することができるＬＤの例を示すもので、（ａ）は端面型ＬＤ、（ｂ）は面発光型ＬＤ、の斜視図である。
【図５】本発明にかかる光送受信装置の別の実施の形態を示す断面図である。
【図６】本発明にかかる光送受信装置のさらに別の実施の形態を示す断面図である。
【図７】従来の光送受信装置の実施の形態を示す光学配置図である。
【図８】従来の光送受信装置の別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図９】従来の光送受信装置のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図１０】従来の光送受信装置のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図１１】従来の光送受信装置のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【符号の説明】
１　光ファイバ
２　半導体レーザ
３　ＰＤアレイ素子
４　グレーティング
５　ドライバＩＣ
６　プリアンプ
７　カップリングレンズ
８　コネクタ

Claims

複数の波長の送信用光信号を発生する発光手段と、単一の光伝送路から送られてくる複数の波長の受信光を受光する受光手段と、上記発光手段からの出射光を偏向する平板状の偏向手段、とを有してなる光送受信装置であって、
上記偏向手段は、上記発光手段と上記単一の光伝送路の端部との間に配置され、
上記発光手段は、上記単一の光伝送路の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、この発光手段からの出射光が上記偏向手段により偏向されてこの単一の光伝送路の端部に入射する位置に配置されていることを特徴とする光送受信装置。
平板状の偏向手段は、回折格子である請求項１記載の光送受信装置。
回折格子は、ホログラフィック光学素子である請求項２記載の光送受信装置。
平板状の偏向手段は、集光機能を持つホロレンズを有する請求項１記載の光送受信装置。
ホロレンズは、偏向手段に一体的に形成または貼り付けられている請求項４記載の光送受信装置。
複数の波長の送信用光信号を発生する発光手段と、単一の光伝送路から送られてくる複数の波長の受信光を受光する受光手段と、上記単一の光伝送路からの出射光を偏向する平板状の偏向手段、とを有してなる光送受信装置であって、
上記偏向手段は、上記受光手段と上記単一の光伝送路の端部との間に配置され、
上記受光手段は、上記単一の光伝送路の端部における光軸上を避けた位置で、かつ、この単一の光伝送路からの出射光が上記偏向手段により偏向されてこの受光手段に入射する位置に配置されていることを特徴とする光送受信装置。
平板状の偏向手段は、回折格子である請求項６記載の光送受信装置。
回折格子は、ホログラフィック光学素子である請求項７記載の光送受信装置。
複数の波長の送信用光信号を発生する発光手段と、単一の光伝送路から送られてくる複数の波長の受信光を受光する受光手段、とを有してなる光送受信装置であって、
上記受光手段の受光面には、上記複数の波長に対応するバンドパスフィルターが設けられていることを特徴とする光送受信装置。
発光手段と受光手段とを有してなる光送受信装置と、上記発光手段を駆動する駆動手段と、上記受光手段により得られる電気信号を電気的情報に変換する変換手段、とを有してなる情報伝送装置であって、
上記光送受信装置は、請求項１乃至９のいずれかに記載の光送受信装置であることを特徴とする情報伝送装置。