JP2004191460A - Optical transmission and reception module - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信などに利用される光送受信モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、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共に高機能化がますます求められている。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、本方式の光モジュールには、発光素子と、受光素子と、波長分離及び合波用の機能部品などを集積化する技術が必要である。
【0003】
以下に従来の光送受信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フィルタを組合せた構造が一般的である。図7に下記の特許文献1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上には光導波路102a、102b、102cが形成されている。光導波路102aの一端には発光素子105の出射光を光結合できるように、また、光導波路102bの一端には受光素子106の入射光を光結合できるように、高精度な2次元調整の後に発光素子105(及びモニタ用受光素子104)と受光素子106を実装する。発光素子105と受光素子106の位置調整は、Si基板103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を用いて行うのが一般的である。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−68705号公報(図1、要約書)
【0005】
発光素子105の波長λ2の出力光は、WDMフィルタ107で反射したのち、光導波路102cを通って光ファイバ101へと導入される。ここで、光ファイバ101のコアと光導波路102cは光学的に結合できるように配置されている。配置方法としては、光導波路102c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101を固定するという方法が一般的である。一方、光ファイバ101から伝送されてきた、波長λ1の光信号は、光導波路102c、WDMフィルタ107、光導波路102bを透過して受光素子106で受光する。受光素子106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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例は以下の問題を有していた。
従来例の光モジュールは、Si基板103上にV溝や位置合わせ用のアライメントマーカ108や光導波路102a、102b、102cを高精度に形成するための複雑な製造プロセスが必要な上、光導波路付きSi基板103のサイズが大きくなり、Si基板103自体の低価格化が困難であるとともに、モジュールの小型化が困難であった。また、受光素子106と発光素子105の実装精度に関してミクロンからサブミクロンの高精度が要求され、実装装置も非常に高価であり、実装時間も長くなり製造工程数がかかっていた。
【0007】
本発明は、上記従来例の課題を解決するもので、複雑な製造プロセスを必要とする光導波路が不要であり、かつ、小型で低価格な光送受信モジュールを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載されている発明は、
光ファイバ及びレンズの光軸に対して所定角度で傾斜した側面を有する溝が形成された基板と、
前記溝の側面に配置された波長選択性フィルタ又はハーフミラーとを備え、
発光素子及び受光素子の一方を前記基板上で前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーの透過光側に配置し、他方を反射光側に配置した構成とした。
この構成により、製造工程が複雑で高価な光導波路が不要であり、小型の波長多重光送受信モジュールが実現できる。また、レンズを用いて光ファイバと光結合するため、基板上に高精度の加工や、受光素子、発光素子の高精度の実装も不要となる。さらに、フィルタの位置や角度を精度よく確実に固定することができる。
【0009】
請求項2に記載されている発明は、表面が平坦な基板と、
前記基板上において光ファイバ及びレンズの光軸に対して所定角度で傾斜して配置された波長選択性フィルタ又はハーフミラーとを備え、
発光素子及び受光素子の一方を前記基板上で前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーの透過光側に配置し、他方を反射光側に配置した構成とした。
この構成により、製造工程が複雑で高価な光導波路が不要であり、小型の波長多重光送受信モジュールが実現できる。また、レンズを用いて光ファイバと光結合するため、基板上に高精度の加工や、受光素子、発光素子の高精度の実装も不要となる。
【0010】
請求項3に記載されている発明は、請求項1又は2に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記基板上にさらに、前記受光素子の出力を増幅する前置増幅器を実装したこと特徴とする。
この構成により、受光素子と前置増幅器を近接して実装できるため、電気クロストークなどの影響が少なく受信特性が向上する。
【0011】
請求項4に記載されている発明は、請求項1から3のいずれか1つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記基板がキャンパッケージ用ステムに実装されるとともに、キャンパッケージ用レンズを用いて前記光ファイバへの光結合を行うことを特徴とする。
この構成により、従来技術と汎用部品を流用することができ、高精度な光結合が可能であると同時に、低価格な光送受信モジュールが実現できる。
【0012】
請求項5に記載されている発明は、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、
前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーが多面体のガラスブロックであり、前記ガラスブロックの少なくとも1面にフィルタ膜又はハーフミラーが形成されていることを特徴とする。
この構成により、フィルタ又はハーフミラーの製造とその実装を容易にすることができる。
【0013】
請求項6に記載されている発明は、請求項5に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記ガラスブロックが直方体であり、側面に前記フィルタ膜又は前記ハーフミラーが形成されていることを特徴とする。
この構成により、フィルタ又はハーフミラーの製造とその実装を、より容易にすることができ、光送受信モジュールがより安価に実現できる。
【0014】
請求項7に記載されている発明は、請求項5又は6に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記ガラスブロックを前記基板上のマーカを用いて位置調整を行ったのち固定することを特徴とする。
この構成により、基板上のフィルタ位置決め用の高精度の溝加工が不要となる。
【0015】
請求項8に記載されている発明は、請求項2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、
前記発光素子の発光部が前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーに対向するように、前記基板の実装面から離れた位置に配置されていることを特徴とする。
この構成により、基板上の溝などの複雑な加工を必要とせずに、発光素子の光を効率よくフィルタ又はハーフミラーへ入射させることができる。
【0016】
【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。
<第1の実施の形態>
図1〜図3は、本発明の第1の実施の形態における光送受信モジュールの構成図である。シリコン(Si)基板6上には、光ファイバ8及びレンズ7の光軸に対して側面が45°傾斜したフィルタ固定用の凹溝(以下、フィルタ固定用溝)9が形成され、また、受信用受光素子(PD)1、発光素子(LD)2、モニタ用受光素子(M−PD)3、プリアンプ5がアライメントマーカ10を用いて位置決めされて実装されている。
【0017】
フィルタ固定用溝9には、フィルタ膜4aがSi基板6の面(フィルタ固定用溝9の水平な底面)に対して垂直になるようにWDMフィルタ4を固定する。この場合、WDMフィルタ4はフィルタ膜4aと反対側の面4bがフィルタ固定用溝9の垂直な側面に沿うように、また、フィルタ膜4aがSi基板6の上面より上に突出するように固定することにより、WDMフィルタ4への光の入射角を正確に規定することができる。ここで、WDMフィルタ4は、直方体のガラス基板の1つの面上に多層膜フィルタが形成されたもので、大量生産しやすい構造のものを使用する。
【0018】
PD1とLD2はWDMフィルタ4を挟んで、互いに反対側に配置する。図1に示すように、PD1は光ファイバ8からの光がWDMフィルタ4を透過した後の光軸線上に配置し、LD2は、その出射光がWDMフィルタ4で反射した後に光ファイバ8へ入射できるように配置する。LD2及びPD1と光ファイバ8の間にはレンズ7を配置することによって光結合する。従来例のような光ファイバ8との直接結合ではないので、高精度のV溝加工や、LD2,PD1のサブミクロンの高精度実装精度は不要である。本実施の形態ではSi基板6を利用しているが、高精度の加工などが不要なので、アルミナやAlNなどのセラミック基板などを用いることも可能である。
【0019】
図2は光ファイバ8側の左側の方向Aから見たSi基板6の図であり、図3は正面の斜め右側の方向Bから見たSi基板6の図である。図2、図3に示すように、直方体のLD2の下面の発光部、PD1とM−PD3の下面の入射部がSi基板6側になるように実装し、また、LD2の出射光がSi基板6により遮られないようにLD2の出射光側にSi基板6上に溝6aを設ける。
【0020】
図4は上記のように構成したアセンブリ15をモジュール化した構成を示し、Si基板6をキャンパッケージ用ステム13上に実装した後、レンズ7を有するレンズ付きキャップ12で気密封止する。また、レンズ7を光ファイバ8に光結合する。このようにパッケージの汎用部品であるレンズ付きキャップ12とキャンパッケージ用ステム13を利用することで、低価格が実現できる。なお、本発明は、WDMフィルタ4を用いた波長分割方式のみならず、WDMフィルタ4の代わりにハーフミラーを用いた時分割方式にも適用することができ、また、LD2(及びM−PD3)とPD1の配置位置は逆でもよい。
【0021】
<第2の実施の形態>
図5、図6は本発明の第2の実施の形態における光送受信モジュールの構成図である。Si基板6にフィルタ固定用溝9がないこと以外は、第1の実施の形態の構成と同様であり、Si基板6の上面にPD1、LD2、M−PD3、プリアンプ5、WDMフィルタ4を実装する。全ての部品1〜5はアライメントマーカ10を基準に実装する。それにより、部品実装工程が簡略化できると同時に、Si基板6に溝加工が不要となり部品価格を低減させることができる。第1の実施の形態と同様に、Si基板6の代わりにアルミナやAlNなどのセラミック基板などを用いることも可能である。
【0022】
図6は、図5のSi基板6などを左斜め上方からの方向CからSi基板6を見たときの斜視図を示す。第2の実施の形態では、WDMフィルタ4がLD2と同一面上に固定されていることから、直方体のLD2の上部のLD発光部2aがフィルタ膜4aの形成面14に対向するように実装することにより、Si基板6でLD出射光の一部が遮られないようにすることができる。
【0023】
【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、製造工程が複雑で高価な光導波路が不要であり、小型の波長多重光送受信モジュールが実現できる。また、レンズを用いて光ファイバと光結合するため、基板上に高精度の加工や、受光素子、発光素子の高精度の実装も不要となる。さらに、フィルタの位置や角度を精度よく確実に固定することができる。
請求項2に記載の発明によれば、製造工程が複雑で高価な光導波路が不要であり、小型の波長多重光送受信モジュールが実現できる。また、レンズを用いて光ファイバと光結合するため、基板上に高精度の加工や、受光素子、発光素子の高精度の実装も不要となる。
【0024】
請求項3に記載の発明によれば、受光素子と前置増幅器を近接して実装できるため、電気クロストークなどの影響が少なく受信特性が向上する。
請求項4に記載の発明によれば、従来技術と汎用部品を流用することができ、高精度な光結合が可能であると同時に、低価格な光送受信モジュールが実現できる。
請求項5に記載の発明によれば、フィルタ又はハーフミラーの製造とその実装を容易にすることができる。
請求項6に記載の発明によれば、フィルタ又はハーフミラーの製造とその実装を、より容易にすることができ、光送受信モジュールがより安価に実現できる。
請求項7に記載の発明によれば、基板上のフィルタ位置決め用の高精度の溝加工が不要となる。
請求項8に記載の発明によれば、基板上の溝などの複雑な加工を必要とせずに、発光素子の光を効率よくフィルタ又はハーフミラーへ入射させることができる。
【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図
【図2】図1において光ファイバ側の左側の方向Aから見たSi基板の側面図
【図3】図1において正面の斜め右側の方向Bから見たSi基板の側面図
【図4】本発明の第1の実施の形態のパッケージの概略図
【図5】本発明の光送受信モジュールの第2の実施の形態のSi基板の概略構成図
【図6】本発明の光送受信モジュールの第2の実施の形態のSi基板などの方向Cから見た斜視図
【図7】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 受信用受光素子(PD)
2 発光素子(LD)
3 モニタ用受光素子(M−PD)
4 WDMフィルタ
4a フィルタ膜
4b フィルタ膜反対側面
5 プリアンプ
6 シリコン(Si)基板
6a 溝
7 レンズ
8 光ファイバ
9 フィルタ固定用溝
10 アライメントマーカ
11 LD発光部
12 レンズ付きキャップ
13 キャンパッケージ用ステム
14 フィルタ膜形成面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transceiver module used for optical fiber communication and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, attention has been paid to optical fiber communication that can transmit high-speed, large-capacity information with low loss in place of a metallic cable, and there is an increasing demand for higher functionality as well as lower cost and higher speed of optical devices. As an example, the development of an optical communication system that realizes upstream and downstream optical bidirectional transmission at different wavelengths using one optical fiber has been promoted, and the optical module of this system includes a light emitting element, A technology for integrating a light receiving element with functional components for wavelength separation and multiplexing is required.
[0003]
Hereinafter, a typical example of a conventional optical transmitting / receiving module will be described. Conventionally, a structure in which an optical waveguide and a WDM filter are combined to separate a signal having a reception wavelength λ1 from a transmission wavelength λ2 is generally used. FIG. 7 shows a conventional structure of a WDM (wavelength multiplexing) optical bidirectional module using an optical waveguide described in
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-68705 (FIG. 1, abstract)
[0005]
The output light of the wavelength λ2 of the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above conventional example has the following problems.
The conventional optical module requires a complicated manufacturing process for forming the V-groove and the
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a small and inexpensive optical transceiver module which does not require an optical waveguide requiring a complicated manufacturing process.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in
A substrate formed with a groove having a side surface inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the optical fiber and the lens,
With a wavelength selective filter or a half mirror arranged on the side surface of the groove,
One of the light emitting element and the light receiving element is arranged on the transmitted light side of the wavelength selective filter or the half mirror on the substrate, and the other is arranged on the reflected light side.
With this configuration, the manufacturing process is complicated, and an expensive optical waveguide is not required, and a small-sized WDM optical transceiver module can be realized. In addition, since the optical coupling with the optical fiber is performed using the lens, it is not necessary to perform high-precision processing on the substrate and to mount the light-receiving element and the light-emitting element with high precision. Further, the position and the angle of the filter can be fixed accurately and reliably.
[0009]
The invention according to
A wavelength-selective filter or a half mirror disposed at a predetermined angle to the optical axis of the optical fiber and the lens on the substrate,
One of the light emitting element and the light receiving element is arranged on the transmitted light side of the wavelength selective filter or the half mirror on the substrate, and the other is arranged on the reflected light side.
With this configuration, the manufacturing process is complicated, and an expensive optical waveguide is not required, and a small-sized WDM optical transceiver module can be realized. In addition, since the optical coupling with the optical fiber is performed using the lens, it is not necessary to perform high-precision processing on the substrate and to mount the light-receiving element and the light-emitting element with high precision.
[0010]
The invention described in
A preamplifier for amplifying an output of the light receiving element is mounted on the substrate.
With this configuration, since the light receiving element and the preamplifier can be mounted close to each other, the influence of electric crosstalk or the like is small and the receiving characteristics are improved.
[0011]
The invention described in
The substrate is mounted on a can package stem, and optical coupling to the optical fiber is performed using a can package lens.
With this configuration, the conventional technology and general-purpose components can be used, and highly accurate optical coupling is possible, and at the same time, an inexpensive optical transceiver module can be realized.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical transmitting / receiving module according to any one of the first to fourth aspects,
The wavelength-selective filter or the half mirror is a polyhedral glass block, and a filter film or a half mirror is formed on at least one surface of the glass block.
With this configuration, it is possible to easily manufacture and mount the filter or the half mirror.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to the fifth aspect,
The glass block is a rectangular parallelepiped, and the filter film or the half mirror is formed on a side surface.
With this configuration, manufacture and mounting of the filter or the half mirror can be made easier, and the optical transceiver module can be realized at lower cost.
[0014]
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical transceiver module according to the fifth or sixth aspect,
The position of the glass block is adjusted using a marker on the substrate, and then the glass block is fixed.
With this configuration, it is not necessary to form a high-precision groove for positioning the filter on the substrate.
[0015]
The invention described in claim 8 is the optical transmission / reception module according to any one of
The light-emitting element of the light-emitting element is disposed at a position distant from a mounting surface of the substrate so as to face the wavelength-selective filter or the half mirror.
With this configuration, light from the light emitting element can be efficiently incident on the filter or the half mirror without requiring complicated processing such as a groove on the substrate.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First embodiment>
1 to 3 are configuration diagrams of an optical transceiver module according to the first embodiment of the present invention. On the silicon (Si)
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
FIG. 2 is a diagram of the
[0020]
FIG. 4 shows a modularized configuration of the assembly 15 configured as described above. After the
[0021]
<Second embodiment>
FIGS. 5 and 6 are configuration diagrams of an optical transceiver module according to the second embodiment of the present invention. The configuration is the same as that of the first embodiment except that the filter fixing groove 9 is not provided in the
[0022]
FIG. 6 is a perspective view of the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a compact wavelength multiplexing optical transmission / reception module can be realized without a complicated manufacturing process and an expensive optical waveguide. In addition, since the optical coupling with the optical fiber is performed using the lens, it is not necessary to perform high-precision processing on the substrate and to mount the light-receiving element and the light-emitting element with high precision. Further, the position and the angle of the filter can be fixed accurately and reliably.
According to the second aspect of the present invention, a compact wavelength multiplexing optical transmission / reception module can be realized without an expensive optical waveguide having a complicated manufacturing process. In addition, since the optical coupling with the optical fiber is performed using the lens, it is not necessary to perform high-precision processing on the substrate and to mount the light-receiving element and the light-emitting element with high precision.
[0024]
According to the third aspect of the present invention, since the light receiving element and the preamplifier can be mounted close to each other, the influence of electric crosstalk or the like is small and the receiving characteristics are improved.
According to the fourth aspect of the present invention, the conventional technology and general-purpose components can be used, and high-precision optical coupling can be performed, and at the same time, an inexpensive optical transceiver module can be realized.
According to the invention described in claim 5, it is possible to easily manufacture and mount the filter or the half mirror.
According to the invention described in
According to the seventh aspect of the present invention, it is not necessary to form a high-precision groove for positioning the filter on the substrate.
According to the eighth aspect of the present invention, the light of the light emitting element can be efficiently incident on the filter or the half mirror without requiring complicated processing such as a groove on the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of an optical transceiver module according to the present invention; FIG. 2 is a side view of a Si substrate viewed from a left direction A on the optical fiber side in FIG. 1 FIG. FIG. 4 is a side view of the Si substrate viewed from the oblique right direction B of the front in FIG. 4. FIG. 4 is a schematic view of a package according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a second embodiment of the optical transceiver module of the present invention. FIG. 6 is a perspective view of an optical transceiver module according to a second embodiment of the present invention viewed from a direction C of a Si substrate and the like according to a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic configuration of a conventional optical transceiver module. Perspective view showing [Description of reference numerals]
1 Light receiving element for reception (PD)
2 Light emitting element (LD)
3 Monitor light receiving element (M-PD)
Claims (8)
前記溝の側面に配置された波長選択性フィルタ又はハーフミラーとを備え、
発光素子及び受光素子の一方を前記基板上で前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーの透過光側に配置し、他方を反射光側に配置した光送受信モジュール。A substrate formed with a groove having a side surface inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the optical fiber and the lens,
With a wavelength selective filter or a half mirror arranged on the side surface of the groove,
An optical transmitting and receiving module in which one of a light emitting element and a light receiving element is arranged on the transmitted light side of the wavelength selective filter or the half mirror on the substrate, and the other is arranged on the reflected light side.
前記基板上において光ファイバ及びレンズの光軸に対して所定角度で傾斜して配置された波長選択性フィルタ又はハーフミラーとを備え、
発光素子及び受光素子の一方を前記基板上で前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーの透過光側に配置し、他方を反射光側に配置した光送受信モジュール。A substrate with a flat surface,
A wavelength-selective filter or a half mirror disposed at a predetermined angle to the optical axis of the optical fiber and the lens on the substrate,
An optical transmitting and receiving module in which one of a light emitting element and a light receiving element is arranged on the transmitted light side of the wavelength selective filter or the half mirror on the substrate, and the other is arranged on the reflected light side.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060307 |