JP2004117793A - Optical transmitting and receiving module, its mounting method and optical transmitter-receiver - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送路に接続して光信号を送受信する光送受信モジュール及びその実装方法並びに光送受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光伝送システムにおいて1本の光ファイバを用いて双方向伝送を行う場合には、発光素子から出射される送信光を光ファイバに結合し、また、その光ファイバから出射される受信光を受光素子へ結合させる必要があるが、その結合方法に関して、さまざまな方法が考案されてきた。
【0003】
下記の特許文献1に記載されたものは、その一例である。この従来例について図17を参照して説明する。図17は前記公報に記載されているもので、従来の光信号伝送系における光送受信モジュールの構成を示す図である。図17に示すように、ファイバ42を内蔵するフェルール41の先端面の光軸上に、第1の波長λ1の送信光を光軸方向に通過させ、かつ第2の波長λ2の受信光を光軸と垂直方向に反射させるプリズム形の波長合分波カプラ43を固定するとともに、光軸方向及び光軸と垂直方向にそれぞれ発光素子22、受光素子31を配置し、これらを単一のケース部材11で固定支持しており、また、波長合分波カプラ43と発光素子22、受光素子31との間の各光軸上にそれぞれレンズ13、33を配置したものである。発光素子22からの送信光λ1 は波長合分波カプラ43をそのまま光軸方向に通過して光ファイバ42に送信され、一方、光ファイバ42からの受信光λ2は波長合分波カプラ43で光軸と垂直方向に反射され、受光素子31に受信される。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−180671号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光送受信モジュールにおいては、発光素子22、受光素子31と光ファイバ42との光結合を精度よく行うためには2つのレンズ13、33やフェルール41を微調整する必要があり、調整箇所が多いことに加えて、発光素子22、受光素子31をそれぞれ円筒型のパッケージに実装して、ケースで固定するため、モジュールの小型化が困難であった。
【0006】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、発光素子、受光素子と光ファイバとの光学結合が、1個の集光レンズを用いた調整(アライメント)のみで実現でき、また小型化が容易な光送受信モジュール及びその実装方法並びに光送受信装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は上記目的を達成するために、
少なくとも2つの光透過性基板が接合されるとともに、平行な上面及び下面を有するプリズム素子と、
前記2つの基板の界面に配置され、前記プリズム素子の下面から入射した送信光を前記プリズム素子の上面の方向に透過するとともに、前記プリズム素子の上面から入射した受信光を前記プリズム素子の斜め上方に反射する光学膜と、
前記プリズム素子の下面と平行な上面及び前記上面と垂直な面を有し、前記上面に前記プリズム素子の下面が固定されるとともに、前記上面と平行な下面がメイン基板上に固定されるか又は前記メイン基板と一体で形成された放熱基板と、前記放熱基板の垂直面に取り付けられ、送信光を前記プリズム素子の下面に向かって出射する発光素子と、
前記プリズム素子の上面において前記プリズム素子の斜め上方に反射された受信光を受光するように取り付けられた受光素子と、
前記プリズム素子の上面と光ファイバの間に設けられた集光レンズとを、
有する構成とした。
上記構成により、いずれも単純な形状の、発光素子を実装した放熱基板と、受光素子を実装する、光学膜を備えたプリズム素子とを、メイン基板上に順に集積化実装することで小型化できるとともに、発光素子、受光素子と光ファイバとの光学的結合が、1つの集光レンズを用いた調整(アライメント)のみで実現できる。また、プリズム素子の光ファイバ側の面すなわち上面において、光学膜の中心点に対する受光素子の位置が一意に決まり、受光素子のパッシブアライメントが可能となる。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記光学膜が、前記発光素子の出射する送信光を、ある一定の割合で透過するとともに、前記光ファイバより出射されて前記集光レンズで集光された受信光を、ある一定の割合で前記受光素子側に反射するハーフミラーであることを特徴とする。
上記構成により、同一波長の時間多重通信用送受信モジュールに適用できる。
【0009】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記光学膜が、前記発光素子の出射する第1の波長の送信光を全透過するとともに、前記光ファイバより出射されて前記集光レンズで集光された前記第1の波長と異なる第2の波長の受信光を全反射する波長フィルタであることを特徴とする。
上記構成により、送信波長と受信波長が異なる波長多重通信用送受信モジュールに適用でき、また波長フィルタを用いることで、発光素子の出射光及び受光素子の入射光の損失を低減できる。
【0010】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記受光素子が、第2の波長である受信波長の受光感度が第1の波長である送信波長の受光感度に対して十分に大きい受光感度波長依存性を有することを特徴とする。
上記構成により、送信光の一部が受光素子に入射することによる光クロストークを改善することができる。
【0011】
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記発光素子が、送信光の出射方向が光ファイバの光軸に対してわずかに傾くように放熱基板上に実装することを特徴とする。
上記構成により、発光素子の出射光や光ファイバからの受信光がプリズム素子の両端面と発光素子の両端面との間で生じる多重反射を抑制することができる。
【0012】
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記プリズム素子の外壁面の送受信光が透過する位置に反射防止膜を被膜することを特徴とする。
上記構成により、送受信光の反射などを抑制することができる。
【0013】
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記受光素子の受光面の反対側の面である上面に遮光膜を備えたことを特徴とした。
上記構成により、受信光の一部が光学膜を介さずに受光素子に直接入射することによる波形の劣化や、送信光の迷光が受光素子の光ファイバ側の面から入射することによる光クロストークを低減させることができる。
【0014】
請求項8に記載の発明は、請求項1から7のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記発光素子の後方出射光を受光可能な前記メイン基板上の位置に出力モニタ用受光素子を実装したことを特徴とする。
上記構成により、出力モニタ用受光素子も含めてさらに集積化できる。
【0015】
請求項9に記載の発明は、請求項1から7のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記発光素子から出射された送信光を前記光学膜が反射した光を受光可能な前記プリズム素子の側面に出力モニタ用受光素子を実装したことを特徴とする。
上記構成により、時間多重通信用送受信モジュールや波長多重通信用送受信モジュールにおいて、メイン基板からプリズム素子上面までの距離を短くすることができ、より小型化できる。
【0016】
請求項10に記載の発明は、請求項2、5から7のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記受光素子が、受信光と送信光の両方を受光して前記発光素子の出力モニタ用受光素子を兼用することを特徴とする。
上記構成により、時間多重双方向通信時において、受光素子が送信時には出力モニタ用として機能し、受信時には受信用として機能するため、部品点数を削減でき、構成の簡略化及び低コスト化することができる。
【0017】
請求項11に記載の発明は、請求項1から10のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記発光素子が、送信光を実装面の垂直方向に出射する構造であって、前記放熱基板の垂直面の代わりに、前記メイン基板上に実装したことを特徴とする。
上記構成により、放熱基板の側面の角度精度が発光素子の出射方向に影響しないため、放熱基板の側面の角度精度を緩和できるとともに、メイン基板からプリズム素子の上面までの距離を短くすることができ、より小型化できる。
【0018】
請求項12に記載の発明は、請求項1から10のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記プリズム素子の上面の前記受光素子の近傍にプリアンプを実装し、前記受光素子の出力電流を増幅して出力することを特徴とする。
上記構成により、プリアンプも含めてさらに集積化ができるとともに、高速変調時の送受信信号間の電気クロストークを低減できる。
【0019】
請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記放熱基板の上面側を、前記プリズム素子の側面と下面が嵌合可能に、かつ前記放熱基板の上面と前記プリズム素子の上面が略同一面になるように形成するとともに、前記プリアンプを前記プリズム素子の上面の代わりに、前記放熱基板の上面に実装したことを特徴とする。
上記構成により、プリズム素子を2面で固定するため、プリズム素子の位置調整などの実装工程を簡略化できるとともに、プリアンプを放熱基板に実装するため、プリアンプの放熱も改善させることができる。
【0020】
請求項14に記載の発明は、請求項1から13のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記光学膜を、前記プリズム素子の上面から入射した送信光を前記プリズム素子の斜め上方に反射する代わりに、略水平方向に反射するように配置するとともに、前記受光素子を前記プリズム素子の上面の代わりに前記プリズム素子の、発光素子と同じ方向の側面に配置したことを特徴とする。
上記構成により、発光素子と受光素子の実装面が同じ方向であるため、実装工程を簡略化できる。
【0021】
請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記光学膜の前記メイン基板に対する角度が135度からずれた鋭角であることを特徴とする。
上記構成により、光ファイバから出射される受信光が受光素子の端面により反射光されて光ファイバ側に戻ることを抑制することができる。
【0022】
請求項16に記載の発明は、請求項14又は15に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記光学膜が、前記プリズム素子の下面から入射した送信光の一部を前記受光素子とは反対方向に反射するように構成され、前記プリズム素子の前記受光素子の実装面と反対側の側面に出力モニタ用受光素子を実装することを特徴とする。上記構成により、メイン基板からプリズム素子上面までの距離、すなわちモジュール全体の外形寸法を変えることなく、出力モニタ用受光素子も含めてさらに集積化ができる。
【0023】
請求項17に記載の発明は、請求項14から16のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記放熱基板の上面側を、前記プリズム素子の側面と下面が嵌合可能に、かつ前記放熱基板の側面と前記プリズム素子の側面が略同一面になるように形成するとともに、前記受光素子、前記プリアンプをそれぞれ前記プリズム素子、前記放熱基板の各側面に実装することを特徴とする。
上記構成により、発光素子と受光素子とプリアンプの実装面が同じ方向であるため、実装工程を簡略化できる。
【0024】
請求項18に記載の発明は、請求項1から17のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記プリズム素子の上面に前記集光レンズを一体で形成して、前記プリズム素子から前記光ファイバへ直接光学結合することを特徴とする。
上記構成により、プリズム素子が集光レンズの機能も兼ね備えることができ、構成を簡略化できる。
【0025】
請求項19に記載の発明は、請求項1から17のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記メイン基板上に実装される前記放熱基板及びプリズム素子をキャップで覆うことにより気密封止するとともに、前記キャップの光ファイバ側の開口窓に前記集光レンズを設けた。
上記構成により、封止をするキャップが集光レンズの固定具の機能を兼ね備えることができ、構成を簡略化できる。
【0026】
請求項20に記載の発明は、請求項1から19のいずれか1つに記載の光送受信モジュールの実装方法であって、
前記メイン基板上に位置する前記放熱基板上に前記発光素子を実装するとともに、前記プリズム素子上の前記光学膜の中心点に対して前記受光素子を位置合わせして実装して、前記発光素子及び受光素子の電気的接続を行って給電可能にし、
次に前記プリズム素子を前記放熱基板に対して、前記発光素子の出射点と前記光学膜の中心点を位置合わせして実装し、
次に前記発光素子を発光させ、前記集光レンズとの結合が最大になるように前記集光レンズを前記メイン基板に対して固定し、
最後に前記発光素子の出射光の前記光ファイバへの結合効率が最大になるよう前記光ファイバの位置を微調整して、前記光ファイバを前記メイン基板に対して固定することを特徴とする。
上記方法により、発光素子、受光素子の光ファイバへの結合を1つの集光レンズと光ファイバの光学的調整のみで実現できる。
【0027】
請求項21に記載の発明は、請求項1から18のいずれか1つに記載の1個又は複数個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である。
上記構成により、光送受信装置を小型化でき、また、光送受信モジュールを集積化した多ポート光送受信装置を実現できる。
【0028】
【発明の実施の形態】
<第1の実施の形態>
以下、本発明の第1の実施の形態について図1、図2及び図3を参照して説明する。図1は本発明の光送受信用モジュールを側面から見た図であり、図2は図1を右側面から見た図(光ファイバ107は示されていない)である。図1及び図2において、メイン基板101は熱伝導性の高い基板であり、下面に外部との電気的接続のためのピン101aを備えている。
【0029】
メイン基板101の上面(光ファイバ107側の面)101bには、放熱基板102が実装されるか又はメイン基板101と一体化されており、放熱基板102の上面である基準面(光ファイバ107側の面)102aにはプリズム素子103が実装されている。放熱基板102は熱伝導性が高く、熱膨張率が小さい材料からなるものであり、プリズム素子103はSiO2などの光透過性を持つ2つの基板(図3で後述)に誘電多層膜を蒸着したものを接合した構造で構成されている。
【0030】
放熱基板102とプリズム素子103はいずれも、メイン基板101の上面101bに対して垂直な面、平行な上面及び下面をそれぞれ備えた直方体などの形状である。放熱基板102のメイン基板101に対して垂直である面102bには、発光素子104が出射方向がプリズム素子103の方向(光ファイバ107側の方向)を向くように実装されている。また、プリズム素子103の上面1032(光ファイバ107側の面)には、受光素子105が受光面が下になるように実装されている。さらに、発光素子104と受光素子105の電極は、メイン基板101の出力ピン101aに直接又は間接的に電気的接続されている(図示省略)。
【0031】
ここで、発光素子104の出射方向については、図2に示すようにプリズム素子103の下面1031の垂直線に対して数度傾くように実装すると、発光素子104の出射光や光ファイバ107からの受信光が、プリズム素子103の下面1031、上面1032と発光素子104の出射面との間で起こす多重反射を抑制することができる。
【0032】
図3はプリズム素子103の2つの基板(第1基板103b、第2基板103c)を分解して示す斜視図である。図3に示すようにプリズム素子103は第1基板103b、第2基板103cを接合した構造であり、放熱基板との接合面103aを基準面としたとき、図に向かって第1基板103bの右面と第2基板103cの左面の基準面103aに対する角度θ1は、45度以下の所定の鋭角であり、第1基板103bと第2基板103cの界面にはハーフミラー103dを備えている。したがって、ハーフミラー103dは上方の光ファイバ107からプリズム素子103の上面1032を介して入射した受信光をプリズム素子103の斜め上方に反射する。なお、符号103eで示す光学膜については第2の実施の形態で述べる。
【0033】
また、受光素子105の光ファイバ107側の面(受光面と反対側の面)には遮光膜(不図示)を備えており、それにより、受信光の一部が光学膜(ハーフミラー103d)を介さずに受光素子105に直接入射したり、送信光の迷光が受光素子105の光ファイバ側の面から入射することによる光クロストークやその他雑音を低減させることができる。さらに、受光素子105に、受信波長の受光感度が送信波長の受光感度に対して十分に大きい受光感度波長依存性を持たせることにより、送信光の迷光を受光することによる、光クロストークを低減させることができる。また、上記送受信光の反射などを抑制する目的で、プリズム素子103の外壁の送受信光が透過する位置に反射防止膜(不図示)を被膜している。
【0034】
次に上記構成の光送受信モジュールの実装手順について述べる。メイン基板101に実装された、又は一体化された放熱基板102の側面である垂直面102bに発光素子104を実装し、プリズム素子103の上面1032に受光素子105をハーフミラー103dの中心点に対し、所定の位置に精度良く位置合わせして実装し、その後に受発光素子と、放熱基板102及びプリズム素子103、又はメイン基板101間を電気的に接続して、給電できる状態にする。
【0035】
次に発光素子104の出射点と、プリズム素子103のハーフミラー103dの中心点を合わせるようにプリズム素子103を放熱基板102の基準面102aに実装した後に、発光素子104を発光させ、集光レンズ106との結合が最大になるように集光レンズ106をメイン基板101に対して固定し、最後に発光素子104の出射光の光ファイバ107への結合効率が最大となるように光ファイバ107の位置を微調整し、メイン基板101に対して固定する。
【0036】
ここで、受光素子105はハーフミラー103dの中心点に対してあらかじめ精度良く位置合わせして実装されているため、受光素子105と光ファイバ107との光学的結合も同時に実現できる。以上に述べた実装方法は、以下の実施の形態すべてにおいても、同様な方法で実現できる。
【0037】
次に、この光送受信モジュールの動作について述べる。まず、発光素子104から出射した光はプリズム素子103のハーフミラー103dを、ある一定の割合で光ファイバ107側に透過し、残りの光が反射する。透過した光は集光レンズ106で集光され、光ファイバ107に結合し、送信される。一方、光ファイバ107を介して伝送されてきた受信光は、集光レンズ106で集光され、プリズム素子103のハーフミラー103dによりある一定の割合で反射され、残りの光は発光素子104側に透過する。ハーフミラー103dを反射した受信光は、受光素子105に入射する。なお、本形態での送信信号と受信信号はバースト信号であり、時間で分割されて伝送される(時分割多重)。
【0038】
以上のように、メイン基板101に対し垂直である放熱基板102の垂直面102bに送信用発光素子104を実装するとともに、ハーフミラー103dを備えたプリズム素子103の上面1032に受信用受光素子105を、ハーフミラー103dの中心点に対して位置精度良く位置合わせして実装し、プリズム素子103のハーフミラー103dの中心点と発光素子104の出射点を照合するように、プリズム素子103を放熱基板102上に実装することにより、光送受信モジュールを集積化、小型化でき、また光ファイバ107との結合も、発光素子104、集光レンズ106、光ファイバ107の光学調整を行うだけで、受光素子105と光ファイバ107との結合も同時に実現でき、実装を簡略化することができる。
【0039】
<第2の実施の形態>
以下、本発明の第2の実施の形態についても図1を参照して説明する。主な構成は第1の実施の形態と同じであるが、第1の実施の形態におけるプリズム素子103のハーフミラー103dの実装位置に代わりに波長フィルタ103eが挿入されている。また、発光素子104の発振する送信波長と、受光素子105の受光する受信波長は異なり、波長フィルタ103eは送信波長を全透過し、受信波長は全反射する特性を有している。
【0040】
以下に本実施の形態の動作について述べる。まず、発光素子104から出射した光は波長フィルタ103eを光ファイバ107側に全透過する。透過した光は集光レンズ106で集光され、光ファイバ107に結合し、送信される。一方、光ファイバ107を介して伝送されてきた受信光は集光レンズ106で集光され、波長フィルタ103eを全反射して受光素子105に入射する。以上のようにハーフミラー103dの代わりに波長フィルタ103eを用い、送信波長と受信波長を互いに異なる波長とすることで、発光素子104の出射光及び受光素子105の入射光の損失を削減でき、全2重である波長多重通信用送受信モジュールに適用できる。
【0041】
<第3の実施の形態>
以下、本発明の第3の実施の形態について図4を参照して説明する。図4は第3の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。主な構成は第1及び第2の実施の形態と同じであるが、メイン基板101の上面101bにおいて、発光素子104の後方出射光の一部が受光できる位置に出力モニタ用受光素子108を実装している。本実施の形態の動作について、送信、受信に関しては第1及び第2の実施の形態と同様であるので、ここでは省略し、出力モニタ用受光素子108による発光素子104の出力制御の動作について次に述べる。
【0042】
発光素子104は送信光出射方向に対して後方にも出射するが、この後方出射光の一部を受光した受光素子108の出力電流をモニタしておき、この出力電流が一定になるように、発光素子104のバイアス電流を制御することにより、出力光レベルを一定にする制御を行う。以上のように、メイン基板101上における、送信用発光素子104の後方出射光が受光できる位置に、出力モニタ用受光素子108も実装することにより、光送受信モジュールをさらに集積化でき、実装を簡略化することができる。
【0043】
<第4の実施の形態>
以下、本発明の第4の実施の形態について図5を参照して説明する。図5は第4の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。主な構成は第1の実施の形態と同じであるが、第1の実施の形態において、放熱基板102の発光素子104の実装面と同じ向きである、プリズム素子103の垂直側面に出力モニタ用受光素子108を実装している。なお、符号103fで示す光学膜については第5の実施の形態で述べる。
【0044】
本実施の形態の動作は、第1及び第3の実施の形態とほぼ同じであるが、発光素子104の出射光の出力モニタ用受光素子108への受光経路のみが異なる。発光素子104の出射光のうち、ハーフミラー103dを反射した光の一部が、出力モニタ用受光素子108に入射される。以上のように、放熱基板102の発光素子104の実装面である垂直面102bと同じ向きのプリズム素子103の側面に、出力モニタ用受光素子108を実装することにより、時間多重通信用送受信モジュールにおいて、メイン基板101の上面101bからプリズム素子103の上面1032までの距離を短くすることができ、より小型化できる。
【0045】
<第5の実施の形態>
以下、本発明の第5の実施の形態について第4の実施の形態と同じく図5と図6を参照して説明する。主な構成は第4の実施の形態と同じであるが、第4の実施の形態におけるプリズム素子103のハーフミラー103dの実装位置に代わりに波長フィルタ103fを実装したものである。ここで、波長フィルタ103fの波長特性を図6に示し、受信波長においては全反射し、送信波長においてはある一定の割合で透過し、残りの光を反射する特性を有する。
【0046】
本実施の形態の動作は、第5の実施の形態と同様であり、光ファイバ107からの受信光は波長フィルタ103fで全反射して受光素子105に入射し、一方、発光素子104の出射光は第2の波長フィルタ103fを、ある一定の割合で透過し、残りが反射し、その反射光の一部を出力モニタ用受光素子108で受光する。以上のように、発光素子104の出射光を光ファイバ107側に透過する波長フィルタ103fの透過率を、ある一定の値として一部反射するようにし、その反射光の一部を、放熱基板102の発光素子の実装面と同じ向きのプリズム素子に実装した出力モニタ用受光素子108で受光することにより、波長多重通信用送受信モジュールにおいても第4の実施の形態と同様に、メイン基板101の上面101bからプリズム素子103の上面1032までの距離を短くすることができ、より小型化できる。
【0047】
<第6の実施の形態>
以下、本発明の第6の実施の形態について図7を参照して説明する。図7は第6の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。主な構成は第1及び第2の実施の形態と同様であるが、光学膜103d(又は103e)を透過する送信光の一部と、光学膜103d(又は103e)を反射する受信光とを共に受光できる位置に受光素子105を実装して、受光素子105の動作に関しては、送信時には出力モニタ用受光素子として機能し、受信時には受信光受光素子として機能するようにしたものである。他の動作は第1、第3及び第4の実施の形態と同様である。
【0048】
以上のように、受光素子105をプリズム素子103上における受信光と送信光の一部を受光できる位置に実装することにより、1つの受光素子105が出力モニタ用及び受信用として機能させることができ、構成部品を削減することができる。
【0049】
<第7の実施の形態>
以下、本発明の第7の実施の形態について図8を参照して説明する。図8は第7の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。主な構成は第1から第6の実施の形態と同様であるが、発光素子109が面発光素子であり、メイン基板101の上面101bに面発光素子109を実装するようにしたものである。
【0050】
本実施の形態の動作は、第1から第6の実施の形態と同様であり、面発光素子109は出射光を素子上方向であるプリズム素子103側に出射し、ハーフミラー103d又は波長フィルタ103e又は103fを透過し、集光レンズ106で集光され、光ファイバ107に結合するようにしたものである。
【0051】
以上のように発光素子として、面発光素子109を用いてメイン基板101の上面101bに実装することで、放熱基板102の垂直面102bの角度精度が発光素子109の出射方向に影響しないため、放熱基板102の垂直面102bの角度精度を緩和できるとともに、メイン基板101からプリズム素子103の上面1032までの距離を短くすることができ、より小型化できる。
【0052】
<第8の実施の形態>
以下、本発明の第8の実施の形態について図9を参照して説明する。図9は第8の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。主な構成は第1又は第2の実施の形態と同じであるが、プリズム素子103の上面1032において受光素子105の近傍にプリアンプ110を実装し、受光素子105とプリアンプ110の入力端子、プリアンプ110の出力端子とメイン基板101の出力ピン101aをそれぞれ電気的接続(図示省略)した構成である。
【0053】
本実施の形態の動作は、第1又は第2の実施の形態とほぼ同じであるが、受光素子105の出力電流をプリアンプ110で増幅して、メイン基板101の出力ピン101aに出力するようにしたものである。以上のように、プリアンプ110を受光素子105の近傍に実装することで、電気クロストークを低減することができる。
【0054】
<第9の実施の形態>
以下、本発明の第9の実施の形態について図10を参照して説明する。図10は第9の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。主な構成は第1又は第2の実施の形態と同じであるが、放熱基板111の形状が異なり、放熱基板111の光ファイバ107側の上面において、発光素子104の実装面から離れた位置に直方体の突起部111aを設けた段状をなしている。また、この突起部111aの高さはプリズム素子103と略同じ高さであり、プリズム素子103は、放熱基板111の突起部111aにより形成された下の段の上面1111と突起部111aの側面1112に固定されている。また、突起部111aにより形成された上の段の上面1113にプリアンプ110を実装している。
【0055】
本実施の形態の動作は、第8の実施の形態と同じであるので、ここでは省略する。以上のように、プリズム素子103を放熱基板102における光ファイバ107側の突起部111a以外の平面1111と、直方体の突起部111aの側面1112との2面で固定するため、プリズム素子103の位置調整などの実装工程を簡略化できるとともに、プリアンプ110を放熱基板102に実装するため、プリアンプ110の放熱も改善することができる。
【0056】
<第10の実施の形態>
以下、本発明の第10の実施の形態について図11を参照して説明する。図11は第10の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。主な構成は第1又は第2の実施の形態と同じであるが、プリズム素子112内の光学膜112aの反射角度が略180度異なっている。すなわち、光学膜112aのメイン基板101に対する角度θ2が第1及び第2の実施の形態における光学膜の45度以下の鋭角というのに対し、鈍角であるという点が異なり、また、受光素子105が放熱基板102の発光素子104の実装面と同じ向きである、プリズム素子112の側面に実装された構成となっている。
【0057】
なお、光学膜112aのメイン基板に対する角度θ2は135度に対して10度程度ずらした角度とすることにより、光ファイバ107から出射される受信光の受光素子端面での反射光が光ファイバ107側に戻ることを抑制することができる。
【0058】
本実施の形態の動作は、第1及び第2の実施の形態とほぼ同じであるが、受信光の受光素子105への入射経路のみが異なる。光ファイバ107より出射された受信光は集光レンズ106で集光され、光学膜112aで受光素子105側、つまり図面に向かって右手方向に反射され、受光素子105で受光される。以上のように、プリズム素子112のメイン基板101に対する角度を所定の鈍角とし、受光素子105を放熱基板102の発光素子の実装面と同じ方向のプリズム素子側面に実装することで、発光素子104と受光素子105の実装面が同じ方向であるため、実装工程を簡略化できる。
【0059】
<第11の実施の形態>
以下、本発明の第11の実施の形態について図12を参照して説明する。図12は第11の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。主な構成は第10の実施の形態と同じであり、第10の実施の形態において、プリズム素子112の受光素子105の実装面と反対側の側面に出力モニタ用受光素子108を実装している。また、本実施の形態の動作は、第10の実施の形態とほぼ同じであるが、発光素子104の出射光の出力が、光学膜112aで受光素子105の実装方向と逆側に反射された光の一部をモニタ用受光素子108が受光する。なお、光学膜112aは前述のハーフミラー103dか又は図6に示す特性を有する波長フィルタ103fである。
【0060】
以上のように、プリズム素子112の受光素子105の実装面と反対側の側面に出力モニタ用受光素子108を実装することにより、メイン基板101からプリズム素子112上面までの距離、すなわちモジュール全体の外形寸法を変えることなく、出力モニタ用受光素子108も含めてさらに集積化ができる。
【0061】
<第12の実施の形態>
以下、本発明の第12の実施の形態について図13を参照して説明する。図13は第12の実施の形態の光送受信モジュールを発光素子104及び受光素子105の実装面側からみた図である。主な構成は図10に示す第9の実施の形態と同じであるが、放熱基板113の形状が異なり、放熱基板113の光ファイバ107側の上面に、プリズム素子112の受光素子105の垂直な実装面に対して水平回り方向に直角である側面である隣接面112bに沿うように、直方体の突起部113aを設けた形状をなしている。
【0062】
この突起部113aの高さはプリズム素子112と略同じ高さであり、プリズム素子112は、放熱基板113の突起部113aにより形成された下の段の上面1131と突起部113aの側面1132で固定されている。また、プリズム素子112において、突起部113aの側面である発光素子104の実装面と同一面でかつ、受光素子105のできるだけ近傍にプリアンプ110を実装している。
【0063】
本実施の形態の動作は、第8の実施の形態と同じであるので、ここでは省略する。以上のように、放熱基板113をプリズム素子112の側面に沿って設けた直方体の突起113aを備えた形状とし、突起113aの側面でかつ、発光素子の実装面と同一面にプリズム素子112を実装することにより、発光素子104と受光素子105とプリアンプ110の実装面が同一方向となり、実装工程を簡略化できる。
【0064】
<第13の実施の形態>
以下、本発明の第13の実施の形態について図14を参照して説明する。図14は第13の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。放熱基板102、111、113、プリズム素子103、112の形状と実装位置、及び発光素子104、受光素子105、出力モニタ用受光素子108、面発光素子109、プリアンプ110の実装位置は第1から12の実施の形態のいずれかである。図14はこの中で第10の実施の形態の場合の構成を示している。
【0065】
第1から第12の実施の形態と異なる点は、第10の実施の形態におけるプリズム素子112において光ファイバ107側の上面1032にレンズ部112cを一体で形成したという点である。つまり集光レンズ106を別に設ける必要がなく、プリズム素子112が集光レンズ106の機能も兼ね備えた構成になっている。以上のように、プリズム素子112の光ファイバ107側の上面1032にレンズ部112cを一体で形成することにより、構成部品を削減することができる。
【0066】
<第14の実施の形態>
以下、本発明の第14の実施の形態について図15を参照して説明する。図15は第14の実施の形態の光送受信モジュールの構成を示している。放熱基板102、111、113、プリズム素子103、112の形状と実装位置、及び発光素子104、受光素子105、出力モニタ用受光素子108、109、プリアンプ110の実装位置は第1から12の実施の形態のいずれかである。図15はこの中で第10の実施の形態の場合の構成を示している。
【0067】
第10の実施の形態における集光レンズ106を固定する方法について以下に述べる。図15において、すべての構成部品を実装したメイン基板101は、耐湿性を高めるために、封止用キャップ114により気密封止を行うが、プリズム素子112と、光ファイバ107間に位置する、封止用キャップ114の開口窓に集光レンズ106を設置する。ただし、集光レンズ106の位置はそれぞれの実施の形態と同様になるように、キャップの高さをあらかじめ決めておく必要がある。以上のように、メイン基板101上に実装する封止用キャップ114の、プリズム素子112と光ファイバ107間に位置する開口窓に集光レンズ106を設置することにより、気密を保つための封止用キャップ114を集光レンズ106の保持具としても機能させることができ、構成を簡略化することができる。
【0068】
<第15の実施の形態>
以下、本発明の第15の実施の形態について図16を参照して説明する。図16は本発明の光送受信装置の構成を示している。光送受信モジュール115内部の構成は第1から第14の実施の形態のいずれかである。図16はこの中で第14の実施の形態の場合の構成を示している。光送受信モジュール115は光伝送装置のメイン樹脂基板116の上に1個又は複数個実装され、光送受信装置筐体117内に収容されている。筐体117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118が取り付けられている。以上のように、メイン基板、放熱基板、プリズム素子からなる光送受信モジュールを光送受信装置筐体に収容することで、光送受信装置を小型化することができ、また複数個実装することにより、多ポート光送受信装置を実現できる。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に記載の発明によれば、いずれも単純な形状の、発光素子を実装した放熱基板と、受光素子を実装する、光学膜を備えたプリズム素子とを、メイン基板上に順に集積化実装することで小型化できるとともに、発光素子、受光素子と光ファイバとの光学的結合が、1つの集光レンズを用いた調整(アライメント)のみで実現できる。また、プリズム素子の光ファイバ側の上面において、光学膜の中心点に対する受光素子の位置が一意に決まり、受光素子のパッシブアライメントが可能となる。
請求項2に記載の発明によれば、同一波長の時間多重通信用送受信モジュールに適用できる。
請求項3に記載の発明によれば、送信波長と受信波長が異なる波長多重通信用送受信モジュールに適用でき、また波長フィルタを用いることで、発光素子の出射光及び受光素子の入射光の損失を低減できる。
請求項4に記載の発明によれば、送信光の一部が受光素子に入射することによる光クロストークを改善することができる。
請求項5に記載の発明によれば、発光素子の出射光や光ファイバからの受信光がプリズム素子の両端面と発光素子の両端面との間で生じる多重反射を抑制することができる。
請求項6に記載の発明によれば、送受信光の反射などを抑制することができる。
請求項7に記載の発明によれば、受信光の一部が光学膜を介さずに受光素子に直接入射することによる波形の劣化や、送信光の迷光が受光素子の光ファイバ側の面から入射することによる光クロストークを低減させることができる。
請求項8に記載の発明によれば、出力モニタ用受光素子も含めてさらに集積化できる。
請求項9に記載の発明によれば、時間多重通信用送受信モジュールや波長多重通信用送受信モジュールにおいて、メイン基板からプリズム素子上面までの距離を短くすることができ、より小型化できる。
請求項10に記載の発明によれば、時間多重双方向通信時において、受光素子が送信時には出力モニタ用として機能し、受信時には受信用として機能するため、部品点数を削減でき、構成の簡略化及び低コスト化することができる。
請求項11に記載の発明によれば、放熱基板の側面の角度精度が発光素子の出射方向に影響しないため、放熱基板の側面の角度精度を緩和できるとともに、メイン基板からプリズム素子の上面までの距離を短くすることができ、より小型化できる。
請求項12に記載の発明によれば、プリアンプも含めてさらに集積化ができるとともに、高速変調時の送受信信号間の電気クロストークを低減できる。
請求項13に記載の発明によれば、プリズム素子を2面で固定するため、プリズム素子の位置調整などの実装工程を簡略化できるとともに、プリアンプを放熱基板に実装するため、プリアンプの放熱も改善させることができる。
請求項14に記載の発明によれば、発光素子と受光素子の実装面が同じ方向であるため、実装工程を簡略化できる。
請求項15に記載の発明によれば、光ファイバから出射される受信光が受光素子の端面により反射光されて光ファイバ側に戻ることを抑制することができる。請求項16に記載の発明によれば、メイン基板からプリズム素子上面までの距離、すなわちモジュール全体の外形寸法を変えることなく、出力モニタ用受光素子も含めてさらに集積化ができる。
請求項17に記載の発明によれば、発光素子と受光素子とプリアンプの実装面が同じ方向であるため、実装工程を簡略化できる。
請求項18に記載の発明によれば、プリズム素子が集光レンズの機能も兼ね備えることができ、構成を簡略化できる。
請求項19に記載の発明によれば、封止をするキャップが集光レンズの固定具の機能を兼ね備えることができ、構成を簡略化できる。
請求項20に記載の発明によれば、発光素子、受光素子の光ファイバへの結合を1つの集光レンズと光ファイバの光学的調整のみで実現できる。
請求項21に記載の発明によれば、光送受信装置を小型化でき、また、光送受信モジュールを集積化した多ポート光送受信装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1及び第2の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図2】図1の光送受信モジュールを右側面から見た構成を示す図
【図3】本発明の第1及び第2の実施の形態におけるプリズム素子の2つの基板を分解して示す斜視図
【図4】本発明の第3の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図5】本発明の第4及び第5の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図6】本発明の第5の実施の形態における第2の波長フィルタの透過率特性を示す図
【図7】本発明の第6の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図8】本発明の第7の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図9】本発明の第8の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図10】本発明の第9の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図11】本発明の第10の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図12】本発明の第11の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図13】本発明の第12の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図14】本発明の第13の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図15】本発明の第14の実施の形態における光送受信モジュールを側面から見た構成を示す図
【図16】本発明の第15の実施の形態における光送受信装置の構成を示す図
【図17】従来の光送受信モジュールの構成を示す図
【符号の説明】
101 メイン基板
101a ピン
101b メイン基板の上面
102、111、113 放熱基板
102a 放熱基板の基準面
102b メイン基板の垂直面
103、112 プリズム素子
103a プリズム素子の基準面
103b プリズム素子の第1基板
103c プリズム素子の第2基板
103d プリズム素子内のハーフミラー(光学膜)
103e、103f プリズム素子内の波長フィルタ(光学膜)
104 発光素子
105 受光素子
106 集光レンズ
107 光ファイバ
108 出力モニタ用受光素子
109 面発光素子
110 プリアンプ
112a プリズム素子の光学膜
112b プリズム素子における放熱基板突起部113aの隣接面
112c プリズム素子のレンズ部
114 封止用キャップ
115 光送受信モジュール
116 メイン樹脂基板
117 光送受信装置筐体
118 光ファイバコネクタプラグ
1031 プリズム素子の下面
1032 プリズム素子の上面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transceiver module connected to an optical fiber transmission line for transmitting and receiving an optical signal, a mounting method thereof, and an optical transceiver.
[0002]
[Prior art]
When bidirectional transmission is performed using one optical fiber in an optical transmission system, transmission light emitted from a light emitting element is coupled to an optical fiber, and reception light emitted from the optical fiber is received by a light receiving element. However, various methods have been devised for the method of bonding.
[0003]
What is described in the following Patent Document 1 is one example. This conventional example will be described with reference to FIG. FIG. 17 is described in the above publication and is a view showing a configuration of an optical transmitting and receiving module in a conventional optical signal transmission system. As shown in FIG. 17, a first wavelength λ is placed on the optical axis of the tip surface of the
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-180671 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional optical transmitting and receiving module, it is necessary to finely adjust the two
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems. Optical coupling between a light emitting element, a light receiving element, and an optical fiber can be realized only by adjustment (alignment) using a single condenser lens, and miniaturization can be achieved. An object of the present invention is to provide an easy optical transmitting / receiving module, a mounting method thereof, and an optical transmitting / receiving device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 achieves the above object,
A prism element having at least two light-transmissive substrates bonded thereto and having parallel upper and lower surfaces;
Arranged at an interface between the two substrates, transmitting light incident from the lower surface of the prism element in the direction of the upper surface of the prism element, and receiving light incident from the upper surface of the prism element obliquely above the prism element. An optical film that reflects light to
It has an upper surface parallel to the lower surface of the prism element and a surface perpendicular to the upper surface, and the lower surface of the prism element is fixed to the upper surface, or the lower surface parallel to the upper surface is fixed on the main substrate or A radiating substrate integrally formed with the main substrate, and a light emitting element attached to a vertical surface of the radiating substrate and emitting transmission light toward a lower surface of the prism element;
A light receiving element attached to receive the received light reflected obliquely above the prism element on the upper surface of the prism element,
A condenser lens provided between the upper surface of the prism element and the optical fiber,
Configuration.
With the above-described configuration, the heat dissipation substrate on which the light emitting element is mounted, and the prism element having the optical film, on which the light receiving element is mounted, each having a simple shape, can be miniaturized by sequentially integrating and mounting on the main substrate. In addition, the optical coupling between the light emitting element, the light receiving element and the optical fiber can be realized only by adjustment (alignment) using one condensing lens. In addition, on the optical fiber side surface of the prism element, that is, on the upper surface, the position of the light receiving element with respect to the center point of the optical film is uniquely determined, and passive alignment of the light receiving element becomes possible.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to the first aspect,
The optical film transmits transmission light emitted from the light emitting element at a certain rate, and receives light emitted from the optical fiber and collected by the condenser lens at a certain rate. It is a half mirror that reflects light to the light receiving element side.
With the above configuration, the present invention can be applied to a transmission / reception module for time multiplex communication having the same wavelength.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to the first aspect,
The optical film transmits the transmission light of the first wavelength emitted from the light-emitting element completely, and the second wavelength is different from the first wavelength emitted from the optical fiber and collected by the condenser lens. It is a wavelength filter that totally reflects received light of a wavelength.
According to the above configuration, the present invention can be applied to a transmission / reception module for wavelength division multiplexing communication in which a transmission wavelength and a reception wavelength are different, and by using a wavelength filter, loss of light emitted from a light emitting element and light incident to a light receiving element can be reduced.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to the third aspect,
The light receiving element is characterized in that the light receiving sensitivity of the receiving wavelength as the second wavelength has a sufficiently large light receiving sensitivity wavelength dependency with respect to the light receiving sensitivity of the transmitting wavelength as the first wavelength.
According to the above configuration, it is possible to improve optical crosstalk caused by a part of the transmission light entering the light receiving element.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical transmission / reception module according to any one of the first to fourth aspects,
The light emitting element is mounted on a heat radiating substrate such that an emission direction of transmission light is slightly inclined with respect to an optical axis of an optical fiber.
According to the above configuration, it is possible to suppress multiple reflection of light emitted from the light emitting element and received light from the optical fiber between the both end faces of the prism element and both end faces of the light emitting element.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the first to fifth aspects,
An anti-reflection film is coated on the outer wall surface of the prism element at a position where transmission and reception light is transmitted.
With the above configuration, reflection of transmission / reception light and the like can be suppressed.
[0013]
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the first to sixth aspects,
A light-shielding film is provided on an upper surface which is a surface opposite to a light-receiving surface of the light-receiving element.
With the above configuration, waveform deterioration due to a part of the received light directly entering the light receiving element without passing through the optical film, and optical crosstalk due to stray light of the transmitted light entering from the optical fiber side of the light receiving element. Can be reduced.
[0014]
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the first to seventh aspects,
An output monitoring light-receiving element is mounted at a position on the main substrate at which the rear emission light of the light-emitting element can be received.
With the above configuration, further integration including the output monitoring light receiving element is possible.
[0015]
According to a ninth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the first to seventh aspects,
An output monitoring light receiving element is mounted on a side surface of the prism element capable of receiving the light reflected by the optical film on the transmission light emitted from the light emitting element.
According to the above configuration, in the transmission / reception module for time multiplex communication or the transmission / reception module for wavelength multiplex communication, the distance from the main substrate to the upper surface of the prism element can be reduced, and the size can be further reduced.
[0016]
According to a tenth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the second to fifth aspects,
The light receiving element receives both the reception light and the transmission light, and also serves as an output monitoring light reception element of the light emitting element.
With the above configuration, in time-multiplexed bidirectional communication, the light receiving element functions as an output monitor during transmission and functions as a reception during reception, so that the number of components can be reduced, and the configuration can be simplified and cost can be reduced. it can.
[0017]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the first to tenth aspects,
The light emitting element is configured to emit transmission light in a direction perpendicular to a mounting surface, and is mounted on the main substrate instead of the vertical surface of the heat dissipation substrate.
According to the above configuration, since the angular accuracy of the side surface of the heat radiating substrate does not affect the emission direction of the light emitting element, the angular accuracy of the side surface of the heat radiating substrate can be reduced, and the distance from the main substrate to the upper surface of the prism element can be shortened. , More compact.
[0018]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the first to tenth aspects,
A preamplifier is mounted near the light receiving element on the upper surface of the prism element, and an output current of the light receiving element is amplified and output.
According to the above configuration, further integration including a preamplifier can be performed, and electric crosstalk between transmission and reception signals during high-speed modulation can be reduced.
[0019]
According to a thirteenth aspect, in the optical transceiver module according to the twelfth aspect,
The upper surface side of the heat dissipation substrate is formed so that the side surface and the lower surface of the prism element can be fitted together, and the upper surface of the heat dissipation substrate and the upper surface of the prism element are substantially flush with each other. It is characterized in that it is mounted on the upper surface of the heat dissipation substrate instead of the upper surface of the element.
According to the above configuration, since the prism element is fixed on two surfaces, the mounting process such as the position adjustment of the prism element can be simplified, and the heat radiation of the preamplifier can be improved because the preamplifier is mounted on the heat dissipation board.
[0020]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the first to thirteenth aspects,
The optical film, instead of reflecting the transmission light incident from the upper surface of the prism element obliquely upward of the prism element, and arranged to reflect in a substantially horizontal direction, and the light receiving element of the upper surface of the prism element Instead, the prism element is arranged on the side surface in the same direction as the light emitting element.
According to the above configuration, since the mounting surfaces of the light emitting element and the light receiving element are in the same direction, the mounting process can be simplified.
[0021]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to the fourteenth aspect,
The angle of the optical film with respect to the main substrate is an acute angle shifted from 135 degrees.
With the above configuration, it is possible to suppress the reception light emitted from the optical fiber from being reflected by the end face of the light receiving element and returning to the optical fiber side.
[0022]
The invention according to claim 16 is the optical transceiver module according to claim 14 or 15,
The optical film is configured to reflect a part of the transmission light incident from the lower surface of the prism element in a direction opposite to the light receiving element, and on a side surface of the prism element opposite to the light receiving element mounting surface. A light receiving element for output monitoring is mounted. With the above configuration, further integration including the output monitoring light receiving element can be performed without changing the distance from the main substrate to the upper surface of the prism element, that is, the external dimensions of the entire module.
[0023]
The invention according to claim 17 is the optical transmission / reception module according to any one of claims 14 to 16, wherein
The upper surface side of the heat radiating substrate is formed so that the side surface and the lower surface of the prism element can be fitted together, and the side surface of the heat radiating substrate and the side surface of the prism element are substantially the same, and the light receiving element, A preamplifier is mounted on each of the side surfaces of the prism element and the heat dissipation board.
According to the above configuration, since the mounting surfaces of the light emitting element, the light receiving element, and the preamplifier are in the same direction, the mounting process can be simplified.
[0024]
The invention according to claim 18 is the optical transceiver module according to any one of claims 1 to 17,
The condensing lens is integrally formed on the upper surface of the prism element, and optically coupled directly from the prism element to the optical fiber.
With the above configuration, the prism element can also have the function of a condenser lens, and the configuration can be simplified.
[0025]
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to any one of the first to seventeenth aspects,
The heat dissipation substrate and the prism element mounted on the main substrate are hermetically sealed by covering with a cap, and the condenser lens is provided in an opening window on the optical fiber side of the cap.
According to the above configuration, the cap for sealing can also have the function of the fixture for the condenser lens, and the configuration can be simplified.
[0026]
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided a method for mounting the optical transceiver module according to any one of the first to nineteenth aspects,
The light-emitting element is mounted on the heat-dissipating substrate located on the main substrate, and the light-receiving element is mounted in alignment with a center point of the optical film on the prism element, and the light-emitting element and Electrical connection of the light receiving element to enable power supply,
Next, the prism element is mounted on the heat dissipation substrate with the emission point of the light emitting element and the center point of the optical film being aligned with each other,
Next, the light emitting element emits light, and the condenser lens is fixed to the main substrate so that coupling with the condenser lens is maximized,
Finally, the position of the optical fiber is finely adjusted so that the coupling efficiency of the light emitted from the light emitting element to the optical fiber is maximized, and the optical fiber is fixed to the main substrate.
According to the above method, the coupling of the light emitting element and the light receiving element to the optical fiber can be realized by only one condensing lens and optical adjustment of the optical fiber.
[0027]
According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided an optical transceiver including one or more optical transceiver modules according to any one of the first to eighteenth aspects.
With the above configuration, the size of the optical transceiver can be reduced, and a multi-port optical transceiver having integrated optical transceiver modules can be realized.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. FIG. FIG. 1 is a diagram of the optical transceiver module of the present invention viewed from the side, and FIG. 2 is a diagram of FIG. 1 viewed from the right side (the
[0029]
On the upper surface (surface on the
[0030]
Each of the
[0031]
Here, with respect to the emission direction of the
[0032]
FIG. 3 is an exploded perspective view showing two substrates (a
[0033]
In addition, a light-shielding film (not shown) is provided on the surface of the
[0034]
Next, a description will be given of a procedure for mounting the optical transceiver module having the above configuration. The
[0035]
Next, after mounting the
[0036]
Here, since the
[0037]
Next, the operation of the optical transceiver module will be described. First, light emitted from the
[0038]
As described above, the
[0039]
<Second embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The main configuration is the same as that of the first embodiment, but a wavelength filter 103e is inserted instead of the mounting position of the
[0040]
The operation of the present embodiment will be described below. First, the light emitted from the
[0041]
<Third embodiment>
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the configuration of the optical transceiver module according to the third embodiment. The main configuration is the same as in the first and second embodiments, except that the output monitoring light-receiving
[0042]
The
[0043]
<Fourth embodiment>
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the configuration of the optical transceiver module according to the fourth embodiment. The main configuration is the same as that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the output monitor is provided on the vertical side surface of the
[0044]
The operation of this embodiment is almost the same as the first and third embodiments, except for the light receiving path of the light emitted from the
[0045]
<Fifth embodiment>
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6, similarly to the fourth embodiment. The main configuration is the same as that of the fourth embodiment, except that a wavelength filter 103f is mounted instead of the mounting position of the
[0046]
The operation of the present embodiment is the same as that of the fifth embodiment. The light received from the
[0047]
<Sixth Embodiment>
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the configuration of the optical transceiver module according to the sixth embodiment. The main configuration is the same as in the first and second embodiments, except that a part of the transmission light transmitted through the
[0048]
As described above, by mounting the
[0049]
<Seventh embodiment>
Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the configuration of the optical transceiver module according to the seventh embodiment. The main configuration is the same as in the first to sixth embodiments, except that the
[0050]
The operation of this embodiment is the same as that of the first to sixth embodiments, and the
[0051]
As described above, by mounting the surface
[0052]
<Eighth Embodiment>
Hereinafter, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the configuration of the optical transceiver module according to the eighth embodiment. The main configuration is the same as that of the first or second embodiment except that a
[0053]
The operation of this embodiment is almost the same as that of the first or second embodiment, except that the output current of the
[0054]
<Ninth embodiment>
Hereinafter, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the configuration of the optical transceiver module according to the ninth embodiment. The main configuration is the same as that of the first or second embodiment, except that the shape of the heat dissipation board 111 is different, and the heat dissipation board 111 is located on the upper surface of the heat dissipation board 111 on the
[0055]
The operation of the present embodiment is the same as that of the eighth embodiment, and will not be described here. As described above, since the
[0056]
<Tenth embodiment>
Hereinafter, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows the configuration of the optical transceiver module according to the tenth embodiment. The main configuration is the same as that of the first or second embodiment, but the reflection angle of the
[0057]
Note that the angle θ of the
[0058]
The operation of the present embodiment is almost the same as that of the first and second embodiments, except that only the incident path of the received light to the
[0059]
<Eleventh embodiment>
Hereinafter, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows the configuration of the optical transceiver module according to the eleventh embodiment. The main configuration is the same as that of the tenth embodiment. In the tenth embodiment, the output monitoring
[0060]
As described above, by mounting the output monitoring
[0061]
<Twelfth embodiment>
Hereinafter, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram of the optical transceiver module according to the twelfth embodiment viewed from the mounting surface side of the
[0062]
The height of the
[0063]
The operation of the present embodiment is the same as that of the eighth embodiment, and will not be described here. As described above, the
[0064]
<Thirteenth embodiment>
Hereinafter, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows the configuration of the optical transceiver module according to the thirteenth embodiment. The shapes and mounting positions of the
[0065]
The difference from the first to twelfth embodiments is that a
[0066]
<Fourteenth embodiment>
Hereinafter, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows the configuration of the optical transceiver module according to the fourteenth embodiment. The shapes and mounting positions of the
[0067]
A method for fixing the
[0068]
<Fifteenth embodiment>
Hereinafter, a fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 shows the configuration of the optical transceiver of the present invention. The configuration inside the
[0069]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, as described above, the main substrate includes a heat dissipation substrate on which a light emitting element is mounted and a prism element having an optical film on which a light receiving element is mounted, each having a simple shape. The size can be reduced by being integrated and mounted in the above order, and the optical coupling between the light emitting element, the light receiving element and the optical fiber can be realized only by adjustment (alignment) using one condensing lens. In addition, on the upper surface of the prism element on the optical fiber side, the position of the light receiving element with respect to the center point of the optical film is uniquely determined, and passive alignment of the light receiving element becomes possible.
According to the second aspect of the present invention, the present invention can be applied to a transmission / reception module for time multiplex communication of the same wavelength.
According to the third aspect of the present invention, the present invention can be applied to a transmission / reception module for wavelength division multiplexing communication in which a transmission wavelength and a reception wavelength are different from each other. Can be reduced.
According to the fourth aspect of the invention, it is possible to improve optical crosstalk caused by a part of the transmission light entering the light receiving element.
According to the fifth aspect of the invention, it is possible to suppress multiple reflections of light emitted from the light emitting element and received light from the optical fiber between both end faces of the prism element and both end faces of the light emitting element.
According to the invention described in claim 6, reflection of transmission / reception light and the like can be suppressed.
According to the invention as set forth in claim 7, deterioration of the waveform due to part of the received light directly entering the light receiving element without passing through the optical film, and stray light of the transmitted light from the optical fiber side surface of the light receiving element Optical crosstalk due to incidence can be reduced.
According to the eighth aspect of the present invention, further integration including the output monitoring light receiving element is possible.
According to the ninth aspect of the present invention, in the transmission / reception module for time multiplex communication or the transmission / reception module for wavelength multiplex communication, the distance from the main substrate to the upper surface of the prism element can be reduced, and the size can be further reduced.
According to the tenth aspect of the present invention, in time multiplex bidirectional communication, the light receiving element functions as an output monitor during transmission and functions as a reception during reception, so that the number of components can be reduced and the configuration can be simplified. And cost can be reduced.
According to the eleventh aspect of the present invention, since the angular accuracy of the side surface of the heat radiating substrate does not affect the emission direction of the light emitting element, the angular accuracy of the side surface of the heat radiating substrate can be reduced, and the angle accuracy of the main substrate to the upper surface of the prism element can be reduced. The distance can be shortened, and the size can be further reduced.
According to the twelfth aspect of the present invention, the integration including the preamplifier can be further performed, and the electric crosstalk between the transmission and reception signals during high-speed modulation can be reduced.
According to the thirteenth aspect of the present invention, since the prism element is fixed on two surfaces, mounting steps such as position adjustment of the prism element can be simplified, and heat radiation of the preamplifier is also improved because the preamplifier is mounted on the heat dissipation substrate. Can be done.
According to the fourteenth aspect, the mounting surfaces of the light emitting element and the light receiving element are in the same direction, so that the mounting process can be simplified.
According to the fifteenth aspect, it is possible to suppress the reception light emitted from the optical fiber from being reflected by the end face of the light receiving element and returning to the optical fiber side. According to the sixteenth aspect, further integration including the output monitoring light receiving element can be performed without changing the distance from the main substrate to the upper surface of the prism element, that is, the external dimensions of the entire module.
According to the seventeenth aspect, since the mounting surfaces of the light emitting element, the light receiving element, and the preamplifier are in the same direction, the mounting process can be simplified.
According to the eighteenth aspect, the prism element can also have the function of the condenser lens, and the configuration can be simplified.
According to the nineteenth aspect, the cap for sealing can also have the function of the fixture for the condenser lens, and the configuration can be simplified.
According to the twentieth aspect, the coupling of the light emitting element and the light receiving element to the optical fiber can be realized only by the optical adjustment of one condenser lens and the optical fiber.
According to the twenty-first aspect of the present invention, it is possible to reduce the size of the optical transmission / reception device and to realize a multi-port optical transmission / reception device in which the optical transmission / reception module is integrated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical transceiver module according to first and second embodiments of the present invention as viewed from a side.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the optical transceiver module of FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing two substrates of a prism element according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to a third embodiment of the present invention as viewed from a side.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical transmitting and receiving module according to fourth and fifth embodiments of the present invention as viewed from the side.
FIG. 6 is a diagram illustrating transmittance characteristics of a second wavelength filter according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to a sixth embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to a seventh embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to an eighth embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to a ninth embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to a tenth embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to an eleventh embodiment of the present invention viewed from the side.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to a twelfth embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to a thirteenth embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver module according to a fourteenth embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of an optical transceiver according to a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a conventional optical transceiver module.
[Explanation of symbols]
101 Main board
101a pin
101b Top surface of main board
102, 111, 113 heat dissipation board
102a Reference surface of heat dissipation board
102b Vertical plane of main board
103, 112 Prism element
103a Reference plane of prism element
103b First substrate of prism element
103c Second substrate of prism element
103d Half mirror (optical film) in prism element
103e, 103f Wavelength filter (optical film) in prism element
104 light emitting element
105 light receiving element
106 condenser lens
107 Optical fiber
108 Output monitor photo detector
109 surface emitting element
110 preamplifier
112a Optical film of prism element
112b Adjacent surface of heat
112c Lens part of prism element
114 Cap for sealing
115 Optical transceiver module
116 Main resin board
117 Optical transmission / reception device housing
118 Optical fiber connector plug
1031 Lower surface of prism element
1032 Top surface of prism element
Claims (21)
前記2つの基板の界面に配置され、前記プリズム素子の下面から入射した送信光を前記プリズム素子の上面の方向に透過するとともに、前記プリズム素子の上面から入射した受信光を前記プリズム素子の斜め上方に反射する光学膜と、
前記プリズム素子の下面と平行な上面及び前記上面と垂直な面を有し、前記上面に前記プリズム素子の下面が固定されるとともに、前記上面と平行な下面がメイン基板上に固定されるか又は前記メイン基板と一体で形成された放熱基板と、前記放熱基板の垂直面に取り付けられ、送信光を前記プリズム素子の下面に向かって出射する発光素子と、
前記プリズム素子の上面において前記プリズム素子の斜め上方に反射された受信光を受光するように取り付けられた受光素子と、
前記プリズム素子の上面と光ファイバの間に設けられた集光レンズとを、
有する光送受信モジュール。A prism element having at least two light-transmissive substrates bonded thereto and having parallel upper and lower surfaces;
Arranged at an interface between the two substrates, transmitting light incident from the lower surface of the prism element in the direction of the upper surface of the prism element, and receiving light incident from the upper surface of the prism element obliquely above the prism element. An optical film that reflects light to
It has an upper surface parallel to the lower surface of the prism element and a surface perpendicular to the upper surface, and the lower surface of the prism element is fixed to the upper surface, or the lower surface parallel to the upper surface is fixed on the main substrate or A radiating substrate integrally formed with the main substrate, and a light emitting element attached to a vertical surface of the radiating substrate and emitting transmission light toward a lower surface of the prism element;
A light receiving element attached to receive the received light reflected obliquely above the prism element on the upper surface of the prism element,
A condenser lens provided between the upper surface of the prism element and the optical fiber,
Optical transmitting and receiving module having.
次に前記プリズム素子を前記放熱基板に対して、前記発光素子の出射点と前記光学膜の中心点を位置合わせして実装し、
次に前記発光素子を発光させ、前記集光レンズとの結合が最大になるように前記集光レンズを前記メイン基板に対して固定し、
最後に前記発光素子の出射光の前記光ファイバへの結合効率が最大になるよう前記光ファイバの位置を微調整して、前記光ファイバを前記メイン基板に対して固定することを特徴とする請求項1から19のいずれか1つに記載の光送受信モジュールの実装方法。The light-emitting element is mounted on the heat-dissipating substrate located on the main substrate, and the light-receiving element is mounted in alignment with a center point of the optical film on the prism element, and the light-emitting element and Electrical connection of the light receiving element to enable power supply,
Next, the prism element is mounted on the heat dissipation substrate with the emission point of the light emitting element and the center point of the optical film being aligned with each other,
Next, the light emitting element emits light, and the condenser lens is fixed to the main substrate so that coupling with the condenser lens is maximized,
Finally, the position of the optical fiber is finely adjusted so that the coupling efficiency of the light emitted from the light emitting element to the optical fiber is maximized, and the optical fiber is fixed to the main substrate. Item 20. A method for mounting the optical transceiver module according to any one of Items 1 to 19.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002280651A JP2004117793A (en) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | Optical transmitting and receiving module, its mounting method and optical transmitter-receiver |
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Cited By (2)
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KR20140109423A (en) * | 2011-12-14 | 2014-09-15 | 피니사 코포레이숀 | Chip on flex optical subassembly |
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-
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US9337932B2 (en) | 2011-12-14 | 2016-05-10 | Finisar Corporation | Chip on flex optical subassembly |
KR101690237B1 (en) * | 2011-12-14 | 2016-12-27 | 피니사 코포레이숀 | Chip on flex optical subassembly |
CN115561867A (en) * | 2022-10-20 | 2023-01-03 | 广东瑞谷光网通信股份有限公司 | Single-lens optical transceiver module and communication optical cable |
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