JP2004177905A

JP2004177905A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2004177905A
Application number: JP2002363504A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujita; 豪藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-06-24
Also published as: US6920158B2; US20030123500A1

Abstract

【課題】従来の光モジュールは、温度変化等による光軸ずれにより、ファイバ端の光出力が変化しても、モニタ用フォトダイオードでは背面側の発散光のみをモニタしていたため、トラッキングエラーの補正が行えず、結果として、トラッキングエラーが大きくなるという課題があった。
【解決手段】本発明は、上記のようなトラッキングエラーを抑圧するためになされるものであり、光軸ずれ等によるファイバ端光出力低下をファイバグレーティング等で検出することで、トラッキングエラーが少ない光モジュールを提供することを目的とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光ファイバと、レーザダイオードとが光学的に結合され、さらに、レーザダイオードが背面側に放出する光を受光するモニタ用フォトダイオードを備えた光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを介して光信号を伝達する光通信分野では、伝達される光信号を増幅するためのＥＤＦ（Er添加光ファイバ）等を用いた光ファイバ増幅器が利用される。この光ファイバ増幅器は、信号光を増幅する光源として、光モジュールを用いている。図７に、従来の光モジュールの構成を示す。１は前面及び背面に光を放出するレーザダイオード（ＬＤ）、２は前記ＬＤ１が前面側へ放出する光を集光するレンズ、３は前記レンズ２で集光された光を伝送する光ファイバ、４はＬＤ１が背面側へ放出する光を受光するモニタ用フォトダイオード（ＰＤ）、５０は前記ＰＤ４のモニタ出力電流を出力する出力端子、１００は前記ＬＤ１、レンズ２、ＰＤ４等を備えた光モジュール、５は前記出力端子５０からのモニタ出力電流に応じてＬＤ１の出力を制御するＡＰＣ（光出力制御）回路である。
【０００３】
以下に動作について説明する。ＬＤ１からの光は、ＬＤ１の前面側及び背面側に放出される。ＬＤ１が前面側へ放出する光は、レンズ２により集光される。集光された光は、光ファイバ３により伝送される。ＬＤ１が背面側へ放出する光は、ＬＤ１の光出力をモニタするためのＰＤ４に入射される。ＰＤ４はＬＤ１の背面側から放出された光出力に応じたモニタ出力電流を出力する。モニタ出力電流は、出力端子５０を経由して、光モジュール１００の外部に設けられたＡＰＣ回路５へ入力される。ＡＰＣ回路５では、ＰＤ４からのモニタ出力電流に応じてＬＤ１の光出力を制御する。なお、ＡＰＣ回路５は、光モジュール１００の外部に設けられており、光送信器の構成の一部をなす。
【０００４】
トラッキングエラーの要因の一つである、光軸ずれに関して以下に示す。なお、光軸ずれとは、レンズ２の焦点位置と、光ファイバ３端面の光入力部分とのずれを示す。ＬＤ１が前面側へ放出する光は、レンズ２により集光される。集光された光は、光ファイバ３の端面の光入力部分へ入射される。一般的に、ＬＤ１が前面側に放出する光を効率よく光ファイバ３に入射させるため、レンズ２の焦点部分が光ファイバ３の端面の光入力部分に来るように、レンズ２と光ファイバ３とを配置する。このため、温度変化等により光軸ずれが発生した場合、レンズによる集光位置と光ファイバ３の端面の光入力部分とがずれる現象が発生する。これにより、光ファイバへ入射される光量が低下し、結果として、ファイバ端での光出力が低下する。これが、トラッキングエラーの要因となる。トラッキングエラーは、光ファイバ増幅器の利得変動につながるため、光通信において重要な問題となる。
【０００５】
図８は、ＰＤ４のモニタ出力電流と、光ファイバ３の中を伝送される光出力（ファイバ端光出力）との関係を測定した結果を示す。なお、ファイバ端光出力とは、ＬＤ１の前面側光出力をレンズ２で集光し、光ファイバ内に入射され、光ファイバ３の中を伝送される光出力を示す。図８において、モニタ出力電流０．１５５ｍＡ時に５℃と４５℃で発生するトラッキングエラーは、ファイバ端出力が５℃で１０９．５ｍＷ、４５℃で９６．５ｍＷであることから−０．５５ｄＢとなる（＝１０×ＬＯＧ（９６．５／１０９．５））。
【０００６】
図９は、従来の構成における光軸ずれ量に対する、ファイバ端光出力とモニタ出力電流の変動を測定した結果である。この図に示すように、光軸ずれが発生した場合、ファイバ端光出力はその軸ずれ量に応じて顕著に低下しているが、モニタ出力電流はほとんど変わらない。これは、ＰＤ４が受光する背面側から放出される光は、前面側から放出される光の様にレンズ等による集光を行わず、発散光となっているためである。これに対して、ＬＤ１が前面側へ放出する光は、レンズ２により集光されており、マイクロメータオーダで光軸ずれが発生しても、光ファイバ３の端面の光入力部分に焦点が合わなくなるため、ファイバ端での光出力の低下を招く。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の光モジュールは、温度変化等による光軸ずれにより、ファイバ端の光出力が変化しても、モニタ用フォトダイオードでは背面側の発散光のみをモニタするため、ＡＰＣ回路による光出力制御を行った場合、トラッキングエラーが大きくなってしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記のようなトラッキングエラーを抑圧するためになされるものであり、光軸ずれ等によるファイバ端の光出力低下を検出することで、トラッキングエラーが少ない光モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光モジュールは、前面及び背面に光を放出するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードが前面側へ放出する光を集光するレンズと、前記レンズで集光された光の一部を反射、残りの光を透過または、吸収する光出力外部帰還部と、前記光出力外部帰還部を透過した光を伝送する光ファイバと、前記レーザダイオードが背面側へ放出する光を受光するモニタ用フォトダイオードとを備えるものである。
【００１０】
また、前記光ファイバが、前記光出力外部帰還部を有していてもよい。
【００１１】
また、前記光出力外部帰還部が、光ファイバ端面に施されたコーティングであってもよい。
【００１２】
また、前記光出力外部帰還部が、光ファイバ内部に用意されたファイバグレーティングであってもよい。
【００１３】
さらに、前記モニタ用フォトダイオードのモニタ出力電流を出力する出力端子を備えていてもよい。
【００１４】
さらに、前記モニタ用フォトダイオードのモニタ出力電流に基づいて、前記レーザダイオードの光出力を制御するＡＰＣ回路を備えていてもよい。
【００１５】
また、前記光ファイバ端面に施されたコーティングの反射率が２％から１０％であってもよい。
【００１６】
また、前記ファイバグレーティングの反射率が２％から１０％であってもよい。
【００１７】
さらに、前記光ファイバが、コア拡大ファイバであってもよい。
【００１８】
さらに、前記光ファイバが、楔型ファイバであってもよい。
【００１９】
この発明に係る光モジュールは、レンズの焦点位置と光ファイバ端面の光入力部分とのずれ量に対するモニタ用フォトダイオードのモニタ出力電流の変化が、前記ずれ量に対するレーザダイオードの前面側光出力の変化（減少）の方向と同じであり、かつ前記ずれ量に対する変動量（相対値）が、前面側光出力の変動量（相対値）の１／６以上であるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態を示す図である。図１において、１から５、５０及び１００は従来技術と同じである。６は光ファイバ３の中に備えられた、光の一部を反射し、残りの光を透過または吸収する光出力外部帰還部として用いられる回折格子を有したファイバグレーティングである。
【００２１】
以下動作について説明する。従来技術と同様に、ＬＤ１が前面側へ放出する光は、レンズ２により集光される。集光された光は、光ファイバ３により伝送される。光ファイバ３の中に備えられたファイバグレーティング６では、光ファイバに入射された光の一部が反射され、残りの光が透過される。反射された光の一部は、レンズ２、ＬＤ１を透過して、ＬＤ１の背面側に放出する光と共に、ＰＤ４に到達する。ここで、光軸がずれることによりファイバ端光出力が変化した場合、ファイバグレーティング６で反射された光量が変化するため、結果としてＰＤ４に到達する光量も変化する。なお、光軸ずれとは、レンズ２の焦点位置と、光ファイバ３の端面の光入力部分とのずれを示す。
【００２２】
図２は、本発明の構成における光軸ずれ量に対する、ファイバ端光出力とモニタ出力電流の変動を測定した結果である。反射率約３％のファイバーグレーティングを使用している。この図に示すように、光軸ずれが発生した場合、ファイバ端光出力が低下すると共に、モニタ出力電流も低下している。光軸ずれに対するファイバ端光出力の低下は、ＬＤ出射光の集光パターンと光ファイバのモードフィールド径の関係により、２次曲線的に変化する。また、モニタ出力電流が光軸ずれにより低下するのは、主としてファイバグレーティングによる反射光の割合が減少するためであり、その変化の仕方はファイバグレーティングの反射率やモニタ用フォトダイオードの搭載位置などに依存する。この様に、光軸ずれが発生した時には、ファイバ端光出力の低下に伴い、モニタ出力電流も減少するため、ＡＰＣ回路５による光出力制御を行った場合、モニタ出力電流が一定になるようにＬＤ１の動作電流を増加させるため、結果としてＬＤ１の出力を大きくしてトラッキングエラーを改善し、ファイバ端光出力を安定化させる。
【００２３】
図３に、反射率約３％のファイバグレーティングを使用したときの、ＰＤ４のモニタ出力電流と、光ファイバ３の中を伝送される光出力（ファイバ端光出力）との関係を測定した結果を示す。図３において、モニタ出力電流０．１５５ｍＡ時に５℃と４５℃で発生するトラッキングエラーは、ファイバ端光出力が５℃で１０３．６ｍＷ、４５℃で９５．６ｍＷであることから−０．３５ｄＢとなる（＝１０×ＬＯＧ（９５．６／１０３．６））。この様に、従来技術と比べて、本実施の形態の様に、ファイバグレーティング（反射率：約３％）を使用したときの方が、約０．２ｄＢトラッキングエラーを改善できる。
【００２４】
なお、ファイバグレーティングの反射率は、２％から１０％が好ましい。反射率が大きいほど、光軸ずれに対するモニタ出力電流の低下の割合が大きくなり、トラッキングエラーの改善効果がより多く得られると考えられるが、その分ファイバ端光出力の低下を招いてしまうためである。
【００２５】
更に、ファイバグレーティングの主として反射する波長域を任意に選択することで、所望の波長の光のみを出力できる。
【００２６】
図４は、光出力外部帰還７を光ファイバ３の端面に設けた一例である。図４において、１から５は従来技術と同じである。７は光ファイバ３の端面に設けられ、光の一部を反射し、残りの光を透過または吸収する光出力外部帰還である。例えば、光の一部を反射し、残りの光を透過または吸収する特性を持つ、コーティングを光ファイバ端面に施すことにより実現できる。
【００２７】
この実施の形態の他の態様として、本発明に係る光モジュールは、上記した構成以外に、図５に示すようなコア拡大ファイバ８を使用するものであってもよい。コア拡大ファイバを使用することにより光軸ずれによるトレランスを緩和でき、温度変化による光軸ずれの発生にも有利であり、さらに製造上の歩留まり向上も図ることができる。
【００２８】
また、この実施の形態の他の態様として、図６に示すような先端を楔型に加工した楔型ファイバ９を使用するものであってもよい。楕円形状出射光を有するＬＤの場合に結合効率を改善することができるとともに、レンズ２を省略できるため部品点数削減により低価格化が期待できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明による光モジュールは、光軸ずれ等によるファイバ端光出力低下を光出力外部帰還部により検出する事により、光軸ずれ等によるトラッキングエラーを抑圧できる光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る光モジュールの構成を示す図である。
【図２】実施の形態の構成における、光軸ずれ量に対する、ファイバ端光出力とモニタ出力電流の変動を測定した結果である。
【図３】実施の形態の構成における、ＰＤのモニタ出力電流と、ファイバ端光出力との関係を測定した結果である。
【図４】実施の形態のうち、光出力外部帰還を光ファイバ端面に設けた構成を示す図である。
【図５】実施の形態の他の態様における、コア拡大ファイバを使用する光モジュールの構成を示す図である。
【図６】実施の形態の他の態様における、楔型ファイバを使用する光モジュールの構成を示す図である。
【図７】従来の光モジュールの構成を示す図である。
【図８】従来の構成における、ＰＤのモニタ出力電流と、ファイバ端光出力との関係を測定した結果である。
【図９】従来の構成における、光軸ずれ量に対する、ファイバ端光出力とモニタ出力電流の変動を測定した結果である。
【符号の説明】
１ＬＤ
２レンズ
３光ファイバ
４モニタ用フォトダイオード
５ＡＰＣ回路
６ファイバグレーティング
７光出力外部帰還
８コア拡大ファイバ
９楔型ファイバ
５０出力端子
１００光モジュール

Claims

前面及び背面に光を放出するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードが前面側へ放出する光を集光するレンズと、
前記レンズで集光された光の一部を反射、残りの光を透過または、吸収する光出力外部帰還部と、
前記光出力外部帰還部を透過した光を伝送する光ファイバと、
前記レーザダイオードが背面側へ放出する光を受光するモニタ用フォトダイオードとを備えたことを特徴とする光モジュール。
前記光ファイバが、前記光出力外部帰還部を有していることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
前記光出力外部帰還部が、光ファイバ端面に施されたコーティングであることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
前記光出力外部帰還部が、光ファイバ内部に用意されたファイバグレーティングであることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
前記モニタ用フォトダイオードのモニタ出力電流を出力する出力端子を備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の光モジュール。
前記モニタ用フォトダイオードのモニタ出力電流に基づいて、前記レーザダイオードの光出力を制御するＡＰＣ回路を備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の光モジュール。
前記光ファイバ端面に施されたコーティングの反射率が２％から１０％であることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
前記ファイバグレーティングの反射率が２％から１０％であることを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
前記光ファイバが、コア拡大ファイバであることを特徴とする請求項３または４記載の光モジュール。
前記光ファイバが、楔型ファイバであることを特徴とする請求項３または４記載の光モジュール。
レンズの焦点位置と光ファイバ端面の光入力部分とのずれ量に対するモニタ用フォトダイオードのモニタ出力電流の変化が、前記ずれ量に対するレーザダイオードの前面側光出力の変化（減少）の方向と同じであり、かつ前記ずれ量に対する変動量（相対値）が、前面側光出力の変動量（相対値）の１／６以上であることを特徴とする光モジュール。