JP2004233484A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】量産性に優れ，低コスト化が可能で，光結合効率が高く，高耐熱特性を有する光モジュールを提供すること。
【解決手段】基板１１０上にはＶ溝１１２ａ，１１２ｂとその間に凹溝１１４が形成されている。Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂには光ファイバ１５０と，光ファイバ１５０と同じ半径をもつ適合部を有するレンズ素子１３０ａ，１３０ｂが位置決め載置され，凹溝１１４には波長分波器１４０が配置され，その上面にはＰＤ１６０が配置される。ＬＤ１２０を出射した波長λ１の光はレンズ素子１３０ａにより平行光に変換された後，波長分波器１４０を透過してレンズ素子１３０ｂにより集光されて光ファイバ１５０へ入射する。光ファイバ１５０から出射した波長λ２の光はレンズ素子１３０ｂにより平行光に変換され，波長分波器１４０により９０度進行方向を変えられＰＤ１６０へ入射する。
【選択図】 図１
【解決手段】基板１１０上にはＶ溝１１２ａ，１１２ｂとその間に凹溝１１４が形成されている。Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂには光ファイバ１５０と，光ファイバ１５０と同じ半径をもつ適合部を有するレンズ素子１３０ａ，１３０ｂが位置決め載置され，凹溝１１４には波長分波器１４０が配置され，その上面にはＰＤ１６０が配置される。ＬＤ１２０を出射した波長λ１の光はレンズ素子１３０ａにより平行光に変換された後，波長分波器１４０を透過してレンズ素子１３０ｂにより集光されて光ファイバ１５０へ入射する。光ファイバ１５０から出射した波長λ２の光はレンズ素子１３０ｂにより平行光に変換され，波長分波器１４０により９０度進行方向を変えられＰＤ１６０へ入射する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光モジュールに関し，特に単一の光ファイバを伝搬する２つ以上の異なる波長の光信号の送受信を行うのに好適な光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野，特にファイバトゥザホーム（ＦＴＴＨ）に代表される加入者系光通信の分野において，一本の光ファイバに波長の異なる２種の光信号を双方向に伝搬させてデータなどの通信を行う，一芯双方向通信方式が普及してきている。この方式は，双方向の光通信を行うために２本の光ファイバの一本を一方向，もう一本を逆方向の通信に用いる方式に比べ，光ファイバの利用効率が高い。例えば，一本の光ファイバに異なる２つの波長，代表的なものとして１．３μｍ，１．５５μｍといった２種の波長の光信号を，お互いに相対向する向きに伝搬させることで双方向光通信を行う波長多重方式がある。
【０００３】
そのような一芯双方向通信方式においては，例えば一本の光ファイバの一端のＡ点において送信用の波長λ１の光信号を発信し，光ファイバの他端のＢ点においてλ１と異なる波長λ２の光信号を発信する。そして，Ｂ点ではＡ点から送られた波長λ１の光信号を受信し，同じようにＡ点ではＢ点から送られた波長λ２の光信号を受信することになる。光ファイバ中は波長λ１と波長λ２の光信号がお互いに逆方向に伝搬するため，光ファイバの両端には通常，それぞれの波長を識別分離する機能を有する分波器が設置される。
【０００４】
図８は上記方式を実現するための構成を示す概略図である。図８に示す例では一本の光ファイバ１のＡ点側の一端に分波器２ａが結合され，分波器２ａにはレーザダイオード（以下ＬＤと略す）３ａ，フォトダイオード（以下ＰＤと略す）４ａが結合されている。また，光ファイバ１のＢ点側の一端には分波器２ｂが結合され，分波器２ｂにはＬＤ３ｂ，ＰＤ４ｂが結合されている。ＬＤ３ａから発した波長λ１の光は分波器２ａを通過し分波器２ｂで分波されてＰＤ４ｂに入射する。同様にＬＤ３ｂから発した波長λ２の光は分波器２ｂを通過し分波器２ａで分波されてＰＤ４ａに入射する。
【０００５】
このような分波機能を有し，光信号の送信機能と受信機能とを一体化した送受信モジュールは，例えば各家庭やオフィスにおいて使用される場合があるため，小型で低価格な送受信モジュールを提供することが光通信の普及には重要となる。
【０００６】
図９を用いて第１従来例に係る一芯双方向光通信用の送受信モジュールの説明をする（非特許文献１参照。）。このモジュールでは，直方体のハウジング２０の内部に波長選択性を有する波長フィルタ２１が固定され，ハウジング２０の外壁に光ファイバ２７，ＬＤ２２，ＰＤ２３が固定され，これらに光ファイバ用レンズ２４，ＬＤ用レンズ２５，ＰＤ用レンズ２６がそれぞれ固定されている。
【０００７】
ＬＤ２２から出射された波長λ１の光信号は，レンズ２５により平行ビームに変換され，波長フィルタ２１によって９０度反射され，光ファイバ用レンズ２４により光ファイバ２７へ集光され伝搬される。一方，光ファイバ２７を伝搬してきた波長λ２の光信号は，光ファイバ用レンズ２４により平行ビームに変換され，波長フィルタ２１を透過して，ＰＤ用レンズ２６によってＰＤ２３へ集光される。この様な構成により，一芯双方向光通信用の送受信モジュールとしての機能が発揮される。
【０００８】
図１０を用いて第２従来例に係る一芯双方向光通信用の送受信モジュールの説明をする（特許文献１参照。）。このモジュールは，石英を用いた光ガイド５１を持つＶ溝基板５２上の一端に配置されたＶ溝５３上に光ファイバ５４を固定し，光ガイド５１の途中に幅の狭い斜め溝からなる斜めスリット５５を設け，そこへ波長フィルタ５６を挿入し，波長フィルタ５６の直下の基板部分に光信号が通過できる穴５７を設け，基板裏面側の穴５７が接続する部分にＰＤ５８を，光ガイド５１の終端部にＬＤ５９を配置した構成を持つ。本願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【０００９】
【非特許文献１】
小楠正大，他２名，「レセプタクル形双方向波長多重光モジュールＩ」，１９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，Ｃ−２０８，ｐ．２０８
【特許文献１】
特開平１１−２１８６５１号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２８２０４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記の第１従来例のような構成では，光軸を合わせるために光ファイバ２７，ＬＤ２２，ＰＤ２３，光ファイバ用レンズ２４，ＬＤ用レンズ２５，ＰＤ用レンズ２６の各部品を，精密に位置合わせしなければならず，作製コストの低減や量産化の実現にあたり多大な困難を有するという問題がある。
【００１１】
上記の第２従来例の場合には，斜めスリットを形成して波長フィルタを挿入する作業が困難なため歩留まりが悪く，高コストになるという問題がある。また，ＬＤはレンズ等を介さずに導波路と直接結合しているため，この部分での結合効率が悪く，光量ロスが大きいという問題がある。結合効率を上げるためにスポットサイズ変換機能付きＬＤを使用する方策も考えられるが，このようなＬＤは高価であり，コスト低減の障害になる。さらに，石英を用いた光ガイドは，作製が困難で歩留まりが悪く，高価であるという問題がある。なお一般的に，低コスト化のために，石英からなる光ガイドに代えて，樹脂からなる光ガイドを用いる場合もあるが，樹脂を用いた光ガイドは，熱に弱く，光ガイド作製後の後工程であるＬＤあるいはＰＤの固定工程，あるいは光モジュールをプリント基板等の上に実装した後に通常行われるリフローと呼ばれる熱処理工程で，特性が大きく劣化するという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は，上記問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，量産性に優れ，低コスト化が可能で，光結合効率が高く，高耐熱特性を有する光モジュールを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の観点によれば，光ファイバの一端を載置可能な第１の溝構造，および分波器配置用の第２の溝構造を有する基板と，前記第１の溝構造にその一端が配置された光ファイバと，発光素子と，受光素子と，前記光ファイバと同一の半径を有する形状の適合部を備え，前記第１の溝構造に配置され，前記光ファイバと前記発光素子の間の光路中に位置し，前記光ファイバと前記発光素子を光学的に結合するレンズ素子と，前記第２の溝構造に配置され，前記光ファイバと前記発光素子の間の光路中に位置し，異なる波長の光を分岐する機能を有する波長分波器と，を具備し，前記発光素子から出射された光は前記波長分波器を経由して前記光ファイバへ導かれ，前記光ファイバの一端から出射された光は前記波長分波器を経由して前記受光素子へ導かれるよう構成されていることを特徴とする光モジュールが提供される。
【００１４】
第１の溝構造に光ファイバとレンズ素子の適合部を載置することで，これらの位置合わせが容易に可能になり，従来行われていた各光部品を精密に位置合わせする煩雑な作業が不要となり，低価格で量産することが可能となる。また，レンズ素子を用いて光ファイバと発光素子の結合を行うことで，両者を高効率に結合できる。その際にレンズ素子の材質を石英あるいはシリコンとすれば，低価格の光学系を構成できると共に，部品に樹脂を用いないため，熱工程にも強い。波長分波器を用いた上記構成によれば，双方向光送受信モジュールを構成することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の典型的な光モジュールは双方向光通信用の光送受信モジュールであり，以下のような構成を有する。断面形状がＶ字型のＶ溝構造と，このＶ溝の途中に波長分波器を配する底面が平坦な凹溝構造とを有する基板を用意する。Ｖ溝の終端部に送信用の発光素子として波長λ１のＬＤを配する。ＬＤの前面のＶ溝中に，このＬＤからの光信号を平行ビームに変換する機能を有し，Ｖ溝への実装により位置あわせを行うべく光ファイバと同等の半径をその下部に持つ第１のレンズ素子を配する。Ｖ溝基板のＬＤと対向するＶ溝端部分に，光ファイバを配する。この光ファイバの前面のＶ溝中に，光ファイバからの光信号を平行ビームに変換する機能を有し，Ｖ溝への実装により位置あわせを行うべく光ファイバと同等の半径をその下部に持つ第２のレンズを配する。底面が平坦な凹溝構造部分に，波長分岐機能を有する波長分波器を配し，分波され，伝搬方向を変換された光信号のこの伝搬方向に受信用のＰＤを配する構成を持つ。
【００１６】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００１７】
図１，図２，図３はそれぞれ，本発明の第１の実施の形態にかかる光モジュール１００の構成を示す斜視図，側面図，上面図である。光モジュール１００は一芯双方向光通信用の光送受信モジュールである。光モジュール１００は，基板１１０と，ＬＤ１２０と，２つのレンズ素子１３０ａ，１３０ｂと，波長分波器１４０と，光ファイバ１５０と，ＰＤ１６０とを有する。
【００１８】
基板１１０には，例えばプラットフォームとして加工技術の成熟しているシリコン基板を採用できる。基板１１０の上面には，２つのＶ溝１１２ａ，１１２ｂと，凹溝１１４が形成されている。これらの溝は，凹溝１１４を中心にして，その両側に凹溝１１４と連通するように２つのＶ溝１１２ａ，１１２ｂが同一直線上に位置するよう配置されている。Ｖ溝１１２ａは凹溝１１４から基板１１０の途中である終端部１１８まで形成され，Ｖ溝１１２ｂは凹溝１１４から基板１１０の一端まで形成されている。
【００１９】
Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂは，断面形状がＶ字状で，光ファイバ１５０の一端を載置可能な溝構造を有する。Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂは，光ファイバ１５０の一端が載置されたときに，光ファイバ１５０の光軸の高さが基板１１０の上面部１１６より数ミクロン上側に位置するような寸法で形成されている。
【００２０】
Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂは，シリコンの結晶面である（１１１）面群を斜面に持つような構成で精密に作製されている。Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂのこの種の構造は，シリコン基板表面上に，ホトレジストなどを用いてパターンを形成した後，ＫＯＨ（水酸化カリウム）などの結晶面選択性を有するエッチング液を用い，斜面の（１１１）面群およびその近傍の傾斜面のエッチング速度が，（１００）面などのエッチング速度に比べて非常に遅いことを利用して，容易に構成することができる。
【００２１】
凹溝１１４は，波長分波器１４０を配置するための溝であり，底面に平坦部を持つ溝構造を有する。凹溝１１４の断面形状はここでは略長方形状としているがこれに限定するものではない。凹溝１１４は，ダイシングなどによって形成可能である。
【００２２】
ＬＤ１２０は送信用の波長λ１の光を出射する発光素子である。ＬＤ１２０は，基板１１０上におけるＶ溝１１２ａの終端部１１８と基板１１０の一端の間に配置され，ＬＤ１２０の光出射位置が光ファイバ１５０の光軸と同じ高さになるように精密に配置されている。この種の精密配置は，基板１１０の上面部１１６に平行な水平方向については，ＬＤ１２０の下面側に設けられた金属パターン（不図示）あるいは外形形状と，基板１１０の上面部１１６のＬＤ１２０が配置される部分に設けられた金属パターン（不図示）等を用いて，画像認識技術を利用することにより可能である。また，基板１１０の上面部１１６に対して垂直な方向については，ＬＤ１２０を形成する際の結晶成長によって精密に制御し，結晶成長面を基板１１０の上面部１１６に相対向する向きで配置することにより，容易に実現できる。
【００２３】
光ファイバ１５０は，直径１２５μｍのシングルモードファイバである。光ファイバ１５０はその一端がＶ溝１１２ｂに載置されている。
【００２４】
凹溝１１４を境にして，ＬＤ１２０に近い側のＶ溝１１２ａにはレンズ素子１３０ａが配置され，光ファイバ１５０に近い側のＶ溝１１２ｂにはレンズ素子１３０ｂが配置されている。レンズ素子１３０ａ，１３０ｂは共に石英基板またはシリコン基板等の光学基板からなり，光学基板の片面の表面に形成されたレンズ部１３２ａ，１３２ｂをそれぞれ備えている。レンズ部１３２ａ，１３２ｂは，ＬＤ１２０および光ファイバ１５０を光学的に結合し，ＬＤ１２０および光ファイバ１５０から出射される光のスポット径を変換して効率よい光結合を実現するように設計されている。レンズ素子１３０ａ，１３０ｂの相違点はレンズ部１３２ａ，１３２ｂの光学性能だけであり，その他の形状的な構成等は同じである。以下では，図４を参照しながらレンズ素子１３０ａについて説明するが，レンズ素子１３０ｂも同様に考えることができる。
【００２５】
図４はレンズ素子１３０ａを基板１１０のＶ溝１１２ａに載置した状態を示す要部拡大図である。レンズ素子１３０ａはレンズ部１３２ａと，レンズ部１３２ａより広い幅を有する取扱部１３４と，光ファイバ１５０と同じ外径寸法を有する適合部１３６とを主に有する。
【００２６】
レンズ部１３２ａはここでは光学基板の片面に形成されて，円形形状をしており，回折光学素子からなる。このようなレンズ部１３２ａは例えば半導体製造プロセスで用いられるフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して作製可能である。以下，レンズ素子において，レンズ部が形成されている側の面をレンズ形成面と呼ぶ。
【００２７】
取扱部１３４は，レンズ部１３２ａの外周の上部側でレンズ部１３２ａと接続し，レンズ部１３２ａの表面に略平行な面内でレンズ部１３２ａより広い幅を有し，左右方向に伸長した全体として略直方体形状を有する。取扱部１３４はレンズ素子の取扱を容易にするために設けられており，その上面および側面は平坦に形成されている。
【００２８】
レンズ部１３２ａの下部側にはレンズ部１３２ａの外周の一部としての縁部１３３が位置し，縁部１３３はレンズ部１３２ａの円周形状に沿った円弧形状を有する。この縁部１３３の円弧形状を呈する外形はレンズ部１３２ａのレンズ形成面側からその対向面側まで延びており，縁部１３３を含んで取扱部１３４から下方に張り出すＶ溝１１２ａに適合する形状の略蒲鉾形の適合部１３６を形成している。
【００２９】
図４に示すように，適合部１３６はレンズ素子１３０ａを基板１１０に実装したときにＶ溝１１２ａに当接する部分である。適合部１３６の円弧形状の半径寸法は，光ファイバ１５０のものと同じであり，適合部１３６の外径は，光ファイバ１５０の外径と等しく，φ１２５μｍであるように構成されている。この構成により，基板１１０の上面部１１６に対して垂直な方向に関しては，Ｖ溝１１２ａにレンズ素子１３０ａを載置しただけで，光ファイバ１５０の光軸およびＬＤ１２０の出射点に対するレンズ部１３２ａの光軸１３８の位置合わせが達成できる。
【００３０】
レンズ素子１３０ａは，半導体製造技術で用いられるフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて作製することができる。例えば，シリコン基板にフォトリソグラフィとエッチングを繰り返すことにより回折光学素子からなるレンズ部１３２ａを作製し，レンズ素子１３０ａに対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いてＤｅｅｐ Ｅｔｃｈｉｎｇ等の手法を用いて任意の深さまで掘り下げることによりレンズ素子１３０ａを作製できる。この種のレンズ素子は，特許文献２に開示されている。
【００３１】
レンズ素子１３０ｂもレンズ素子１３０ａと同様の構成を有し，２つのレンズ素子１３０ａ，１３０ｂは，それぞれの適合部がＶ溝に配置されることにより垂直方向の位置合わせが行われ，各レンズ部の中心部分に位置する光軸が，光ファイバ１５０の光軸およびＬＤ１２０の出射点に対して精密に配置される。
【００３２】
ここでは，レンズ素子１３０ａのレンズ部１３２ａはＬＤからの出射光を平行ビームに変換し，レンズ素子１３０ｂのレンズ部１３２ｂは光ファイバ１５０からの出射光を平行ビームに変換するよう構成されている。なおここでは，レンズ素子１３０ａのレンズ形成面がＬＤ１２０に対向し，レンズ素子１３０ｂのレンズ形成面が光ファイバ１５０に対向するように配置されているが，このレンズ形成面の向きは限定的なものではない。
【００３３】
凹溝１１４には，波長分波器１４０が配置されている。波長分波器１４０は波長選択性を有し，異なる波長の光を分岐する機能を有する。例えば，異なる波長λ１，λ２の２種類の光が波長分波器１４０に入射したとき，波長λ１の光を透過させ，波長λ２の光を反射する。波長分波器１４０には例えば多層膜ミラーを用いたものを採用できる。ここでは，波長分波器１４０として図５に示すような，誘電体多層膜１０を２つのガラスブロック１１ａ，１１ｂで挟んだ構成を採用している。誘電体多層膜１０は波長λ１の光は透過し，波長λ２の光を反射する機能をもつものである。
【００３４】
図２に示すように，波長分波器１４０は，誘電体多層膜１０の方向が光ファイバ１５０からの出射光の光軸に対して４５度の角度で交わるように配置されている。これにより，光ファイバ１５０から出射された波長λ２の光は，光ファイバ１５０の光軸に対して９０度上向きに反射される。この反射光を図２では垂直方向の平行ビーム１９０として示している。
【００３５】
また，波長分波器１４０の上面部分には，受光用のＰＤ１６０がその受光部１６２と波長分波器１４０とが対向するようにハンダ１６４により固定され配置されている。ＰＤ１６０は面入射型受光素子からなる。ここではＰＤ１６０は，レンズやスぺーサー等を介さずに波長分波器１４０に直接配置されている。なお，図３では垂直方向の平行ビーム１９０を斜線部で示している。
【００３６】
上記説明におけるそれぞれの部品は，所定位置に配置された後，ハンダなどの金属あるいは耐熱性の接着剤を用いて固定される。
【００３７】
上記構成を有する光モジュール１００の動作について説明する。ＬＤ１２０から出射された波長λ１の信号光は，レンズ素子１３０ａによって平行ビームに変換され，波長分波器１４０を透過し，レンズ素子１３０ｂによって光ファイバ１５０へ向かって集光され，送信される。
【００３８】
また，外部から光モジュール１００の方向に向かって光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ２の光信号は，Ｖ溝１１２ｂに載置された光ファイバ１５０の終端部から出射される。この出射光は，レンズ素子１３０ｂによって平行ビームに変換され，波長分波器１４０に入射し，波長分波器１４０の誘電体多層膜１０によって基板１１０の上面部１１６に対して垂直方向に反射され，垂直方向の平行ビーム１９０として図２に矢印で示すようにＰＤ１６０へ入射する。上述したように光モジュール１００の双方向送受信モジュールとしての機能が実現される。
【００３９】
上記構成を取ることにより，本実施の形態によれば，以下に述べる多数の効果が得られる。第１従来例で問題であった煩雑な部品の光軸合わせ工程が，本実施の形態にかかる光モジュールでは大幅に簡略化できるため，低価格化および量産化を実現することが可能となる。また，レンズ素子を用いて光ファイバとＬＤを光学的に結合することで，両者を高効率に結合できる。上記の２つのレンズ素子として，石英基板あるいはシリコン基板を用い，集積回路の作製技術によって大口径基板上に一括量産することができるレンズ等を採用することで，レンズ素子自身のコストも大幅に下げられることが期待できる。さらに，全ての部品が，耐熱性の高い，ハンダあるいは耐熱樹脂で固定できるため，モジュール作製工程あるいは後工程で必要とされる熱処理工程において，性能劣化することなく，歩留まり高く製造することができ，高耐熱特性を有する光モジュールを実現できる。
【００４０】
なお，上記例では，レンズ素子１３０ａおよび１３０ｂの間は平行ビームとした場合について説明したが，これに限定するものではない。レンズ素子１３０ａおよび１３０ｂの間で，徐々に光ビーム径が拡がる構成等，光ビーム径が変化する構成も採用可能である。
【００４１】
図６は上記実施の形態にかかる光モジュールの変形例の構成を示す側面図である。上記実施の形態の光モジュール１００では２つのレンズ素子を用いて光結合を行っていたのに対し，図６に示す変形例の光モジュールではレンズ素子を１つだけ用いて光結合を行っており，この点が異なる。以下，この点に注目して説明し，上記実施の形態と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００４２】
本変形例では，１つのレンズ素子１３０ｃがＬＤ１２０と波長分波器１４０との間のＶ溝１１２ａに配置され，波長分波器１４０と光ファイバ１５０の間のＶ溝１１２ｂにはレンズ素子は配置されない。レンズ素子１３０ｃは，前述のレンズ素子１３０ａ，１３０ｂと同様の構成を有するが，レンズ部１３２ｃの光学性能がこれらと異なる。ＬＤ１２０から出射された波長λ１の光がレンズ素子１３０ｃによって集束光となるよう変換され，この光が波長分波器１４０を透過した後，光ファイバ１５０に集束して入射するよう，レンズ部１３２ｃが設計され，構成されている。
【００４３】
また，光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ２の光信号は，光ファイバ１５０の終端部から発散光として出射され，波長分波器１４０に入射した後，誘電体多層膜１０によって垂直方向に反射され，ＰＤ１６０へ入射する。このようにして，本変形例においても双方向送受信モジュールとしての機能が実現される。
【００４４】
なお，図６に示す例ではレンズ素子１３０ｃのレンズ部は片面にのみ形成されているが，レンズ素子１３０ｃの両面にレンズ部を形成するようにしてもよい。
【００４５】
上記実施の形態および変形例の説明では，光モジュール１００では２種類の異なる波長の光を送受信する場合について述べたが，３種類以上の波長の光が伝搬する場合においても，それぞれの波長に合わせた波長フィルタを有する波長分波器を必要数配置することで，対応することが容易にできる。
【００４６】
図７は本発明の第２の実施の形態にかかる光モジュール２００の構成を示す側面図である。第１の実施の形態にかかる光モジュール１００と同様に，光モジュール２００は一芯双方向光通信用の光送受信モジュールである。ただし，光モジュール２００は４種類の異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光を送受信するために，波長分波器およびＰＤをそれぞれ３つ有する点が光モジュール１００と異なる。以下，この点に注目して説明し，上記実施の形態と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００４７】
光モジュール２００は，基板２１０と，ＬＤ１２０と，２つのレンズ素子１３０ａ，１３０ｂと，３つの波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃと，光ファイバ１５０と，３つのＰＤ２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃとを有する。
【００４８】
基板２１０の上面には，第１の実施の形態にかかる基板１１０と同様に，凹溝２１４と，その両側に位置するＶ溝２１２ａ，２１２ｂが形成されている。Ｖ溝２１２ａ，２１２ｂは第１の実施の形態にかかるＶ溝１１２ａ，１１２ｂと同様に，同一直線上に配置され，断面形状がＶ字状で，光ファイバ１５０の一端を載置可能な溝構造を有する。
【００４９】
凹溝２１４は，３つの波長分波器を配置するための溝であり，底面に平坦部を持つ溝構造を有し，ここではその断面形状は略長方形状である。凹溝２１４は，３つの波長分波器をその中に配置できるように，第１の実施の形態にかかる凹溝１１４よりも光軸方向の長さが長いように構成されている。
【００５０】
３つの波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃは図７に示すように凹溝２１４内に，光ファイバ１５０からＬＤ１２０に向かう方向に，この順に並んで配置されている。波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃは図５に示す波長分波器１４０同様に波長選択性を有する誘電体多層膜を２つのガラスブロックで挟んだ構成を有しており，所定の波長の光を反射し，その他の波長の光を透過させる分波機能を有する。波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃは互いに異なる波長選択性を有する分波器である。例えば，互いに異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光に対し，波長分波器２４０ａは波長λ２の光を反射してその他の光を透過させ，波長分波器２４０ｂは波長λ３の光を反射してその他の光を透過させ，波長分波器２４０ｃは波長λ４の光を反射してその他の光を透過させる。
【００５１】
波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃの上面部分には，それぞれ受光用のＰＤ２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃがその受光部が波長分波器と対向するように直接配置されている。
【００５２】
上記構成を有する光モジュール２００の動作について説明する。ＬＤ１２０から出射された波長λ１の信号光は，レンズ素子１３０ａによって平行ビームに変換され，波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃを透過し，レンズ素子１３０ｂによって光ファイバ１５０へ向かって集光され，送信される。
【００５３】
また，外部から光モジュール２００の方向に向かって光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ２の光信号は，Ｖ溝１１２ｂに載置された光ファイバ１５０の終端部から出射され，レンズ素子１３０ｂによって平行ビームに変換され，波長分波器２４０ａにより垂直方向に反射されてＰＤ２６０ａへ入射する。同様に光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ３の光信号は，光ファイバ１５０の終端部から出射され，レンズ素子１３０ｂによって平行ビームに変換され，波長分波器２４０ａを透過した後，波長分波器２４０ｂにより垂直方向に反射されてＰＤ２６０ｂへ入射する。
【００５４】
光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ４の光信号は，光ファイバ１５０の終端部から出射され，レンズ素子１３０ｂによって平行ビームに変換され，波長分波器２４０ａおよび波長分波器２４０ｂを透過した後，波長分波器２４０ｃにより垂直方向に反射されてＰＤ２６０ｃへ入射する。このように，モジュール２００では，光ファイバ１５０から出射された３種類の異なる波長の光はそれぞれの波長ごとに分波されて受信可能である。
【００５５】
よって，本実施の形態では，上述の第１の実施の形態の効果に加え，４種類の異なる波長の光に対して双方向送受信が可能であるという効果が得られる。なお，波長の種類の数は上記例に限定されず，波長分波器およびＰＤを必要数配置し，これに合わせて凹溝の寸法を設定することにより，任意の数に対応可能である。
【００５６】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５７】
上記例では異なる波長を持つ光信号が逆方向に進行する光送受信モジュールについて述べたが，部材を交換することにより，異なる波長を持つ光信号が同方向に進行するモジュールを構成することができる。例えば送信機能のみを有する光送信モジュールの場合は，上記例のＰＤの部分を所定の波長を有するＬＤとレンズ素子に置き換えることで実現可能である。受信機能のみを有する光受信モジュールの場合は，上記例のＬＤの部分をＰＤに置き換えることで実現可能である。
【００５８】
上記例では，ＰＤを波長分波器上に直接配置した例について説明したが，両者の間に集光用のレンズや間隔調整用のスぺーサー等を配置してもよい。また，上記例では，波長分波器で反射された信号光がＶ溝基板上面に対して垂直方向に反射される構成を例にとり説明したが，これに限定するものではなく，Ｖ溝基板上面に略平行な方向や，Ｖ溝基板上面と所定の角度で交わる方向に反射する構成をとってもよい。
【００５９】
レンズ素子，レンズ部，取扱部，適合部，Ｖ溝，凹溝等の形状は上記例に限定されず，様々な形状が考えられる。レンズ部は屈折型のレンズにより構成してもよい。Ｖ溝はレンズ素子および光ファイバが位置決め載置できればよく，上記例で述べたＶ溝の代わりに，断面形状が略台形形状，略半円形状，略長方形形状，略正方形形状のいずれかである溝を用いてもよい。凹溝は波長分波器を配置できる構成であればよく，その断面形状は長方形に限定されない。
【００６０】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，従来行われていた煩雑な部品の光軸合わせ工程が大幅に簡略化でき，量産性に優れ，低価格化が可能な光モジュールを提供できる。また，本発明によれば，発光素子と光ファイバを高効率に結合でき，高い耐熱特性を有する光モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光モジュールの側面図である。
【図３】図１に示す光モジュールの上面図である。
【図４】レンズ素子をＶ溝に載置した状態を示す要部拡大図である。
【図５】波長分波器の機能および構成を説明する図である。
【図６】本発明の変形例に係る光モジュールの構成を示す側面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す側面図である。
【図８】多波長双方向通信方式を実現する一般例の概略構成図である。
【図９】従来の光モジュールの構成を示す断面図である。
【図１０】従来の光モジュールの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ
２ａ，２ｂ 分波器
３ａ，３ｂ ＬＤ
４ａ，４ｂ ＰＤ
１０ 誘電体多層膜
１１ａ，１１ｂ ガラスブロック
２０ ハウジング
２１ 波長フィルタ
２２ ＬＤ
２３ ＰＤ
２４ 光ファイバ用レンズ
２５ ＬＤ用レンズ
２６ ＰＤ用レンズ
２７ 光ファイバ
５１ 光導波路
５２ Ｖ溝基板
５３ Ｖ溝構造
５４ 光ファイバ
５５ 斜めスリット
５６ 波長フィルタ
５７ 穴
５８ ＰＤ
５９ ＬＤ
１００ 光モジュール
１１０ 基板
１１２ａ，１１２ｂ Ｖ溝
１１４ 凹溝
１１６ 上面部
１１８ 終端部
１２０ ＬＤ
１３０ａ，１３０ｂ レンズ素子
１３２ａ，１３２ｂ レンズ部
１３３ 縁部
１３４ 取扱部
１３６ 適合部
１３８ 光軸
１４０ 波長分波器
１５０ 光ファイバ
１６０ ＰＤ
１６２ 受光部
１６４ ハンダ
１９０ 平行ビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は，光モジュールに関し，特に単一の光ファイバを伝搬する２つ以上の異なる波長の光信号の送受信を行うのに好適な光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野，特にファイバトゥザホーム（ＦＴＴＨ）に代表される加入者系光通信の分野において，一本の光ファイバに波長の異なる２種の光信号を双方向に伝搬させてデータなどの通信を行う，一芯双方向通信方式が普及してきている。この方式は，双方向の光通信を行うために２本の光ファイバの一本を一方向，もう一本を逆方向の通信に用いる方式に比べ，光ファイバの利用効率が高い。例えば，一本の光ファイバに異なる２つの波長，代表的なものとして１．３μｍ，１．５５μｍといった２種の波長の光信号を，お互いに相対向する向きに伝搬させることで双方向光通信を行う波長多重方式がある。
【０００３】
そのような一芯双方向通信方式においては，例えば一本の光ファイバの一端のＡ点において送信用の波長λ１の光信号を発信し，光ファイバの他端のＢ点においてλ１と異なる波長λ２の光信号を発信する。そして，Ｂ点ではＡ点から送られた波長λ１の光信号を受信し，同じようにＡ点ではＢ点から送られた波長λ２の光信号を受信することになる。光ファイバ中は波長λ１と波長λ２の光信号がお互いに逆方向に伝搬するため，光ファイバの両端には通常，それぞれの波長を識別分離する機能を有する分波器が設置される。
【０００４】
図８は上記方式を実現するための構成を示す概略図である。図８に示す例では一本の光ファイバ１のＡ点側の一端に分波器２ａが結合され，分波器２ａにはレーザダイオード（以下ＬＤと略す）３ａ，フォトダイオード（以下ＰＤと略す）４ａが結合されている。また，光ファイバ１のＢ点側の一端には分波器２ｂが結合され，分波器２ｂにはＬＤ３ｂ，ＰＤ４ｂが結合されている。ＬＤ３ａから発した波長λ１の光は分波器２ａを通過し分波器２ｂで分波されてＰＤ４ｂに入射する。同様にＬＤ３ｂから発した波長λ２の光は分波器２ｂを通過し分波器２ａで分波されてＰＤ４ａに入射する。
【０００５】
このような分波機能を有し，光信号の送信機能と受信機能とを一体化した送受信モジュールは，例えば各家庭やオフィスにおいて使用される場合があるため，小型で低価格な送受信モジュールを提供することが光通信の普及には重要となる。
【０００６】
図９を用いて第１従来例に係る一芯双方向光通信用の送受信モジュールの説明をする（非特許文献１参照。）。このモジュールでは，直方体のハウジング２０の内部に波長選択性を有する波長フィルタ２１が固定され，ハウジング２０の外壁に光ファイバ２７，ＬＤ２２，ＰＤ２３が固定され，これらに光ファイバ用レンズ２４，ＬＤ用レンズ２５，ＰＤ用レンズ２６がそれぞれ固定されている。
【０００７】
ＬＤ２２から出射された波長λ１の光信号は，レンズ２５により平行ビームに変換され，波長フィルタ２１によって９０度反射され，光ファイバ用レンズ２４により光ファイバ２７へ集光され伝搬される。一方，光ファイバ２７を伝搬してきた波長λ２の光信号は，光ファイバ用レンズ２４により平行ビームに変換され，波長フィルタ２１を透過して，ＰＤ用レンズ２６によってＰＤ２３へ集光される。この様な構成により，一芯双方向光通信用の送受信モジュールとしての機能が発揮される。
【０００８】
図１０を用いて第２従来例に係る一芯双方向光通信用の送受信モジュールの説明をする（特許文献１参照。）。このモジュールは，石英を用いた光ガイド５１を持つＶ溝基板５２上の一端に配置されたＶ溝５３上に光ファイバ５４を固定し，光ガイド５１の途中に幅の狭い斜め溝からなる斜めスリット５５を設け，そこへ波長フィルタ５６を挿入し，波長フィルタ５６の直下の基板部分に光信号が通過できる穴５７を設け，基板裏面側の穴５７が接続する部分にＰＤ５８を，光ガイド５１の終端部にＬＤ５９を配置した構成を持つ。本願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【０００９】
【非特許文献１】
小楠正大，他２名，「レセプタクル形双方向波長多重光モジュールＩ」，１９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，Ｃ−２０８，ｐ．２０８
【特許文献１】
特開平１１−２１８６５１号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２８２０４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記の第１従来例のような構成では，光軸を合わせるために光ファイバ２７，ＬＤ２２，ＰＤ２３，光ファイバ用レンズ２４，ＬＤ用レンズ２５，ＰＤ用レンズ２６の各部品を，精密に位置合わせしなければならず，作製コストの低減や量産化の実現にあたり多大な困難を有するという問題がある。
【００１１】
上記の第２従来例の場合には，斜めスリットを形成して波長フィルタを挿入する作業が困難なため歩留まりが悪く，高コストになるという問題がある。また，ＬＤはレンズ等を介さずに導波路と直接結合しているため，この部分での結合効率が悪く，光量ロスが大きいという問題がある。結合効率を上げるためにスポットサイズ変換機能付きＬＤを使用する方策も考えられるが，このようなＬＤは高価であり，コスト低減の障害になる。さらに，石英を用いた光ガイドは，作製が困難で歩留まりが悪く，高価であるという問題がある。なお一般的に，低コスト化のために，石英からなる光ガイドに代えて，樹脂からなる光ガイドを用いる場合もあるが，樹脂を用いた光ガイドは，熱に弱く，光ガイド作製後の後工程であるＬＤあるいはＰＤの固定工程，あるいは光モジュールをプリント基板等の上に実装した後に通常行われるリフローと呼ばれる熱処理工程で，特性が大きく劣化するという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は，上記問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，量産性に優れ，低コスト化が可能で，光結合効率が高く，高耐熱特性を有する光モジュールを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の観点によれば，光ファイバの一端を載置可能な第１の溝構造，および分波器配置用の第２の溝構造を有する基板と，前記第１の溝構造にその一端が配置された光ファイバと，発光素子と，受光素子と，前記光ファイバと同一の半径を有する形状の適合部を備え，前記第１の溝構造に配置され，前記光ファイバと前記発光素子の間の光路中に位置し，前記光ファイバと前記発光素子を光学的に結合するレンズ素子と，前記第２の溝構造に配置され，前記光ファイバと前記発光素子の間の光路中に位置し，異なる波長の光を分岐する機能を有する波長分波器と，を具備し，前記発光素子から出射された光は前記波長分波器を経由して前記光ファイバへ導かれ，前記光ファイバの一端から出射された光は前記波長分波器を経由して前記受光素子へ導かれるよう構成されていることを特徴とする光モジュールが提供される。
【００１４】
第１の溝構造に光ファイバとレンズ素子の適合部を載置することで，これらの位置合わせが容易に可能になり，従来行われていた各光部品を精密に位置合わせする煩雑な作業が不要となり，低価格で量産することが可能となる。また，レンズ素子を用いて光ファイバと発光素子の結合を行うことで，両者を高効率に結合できる。その際にレンズ素子の材質を石英あるいはシリコンとすれば，低価格の光学系を構成できると共に，部品に樹脂を用いないため，熱工程にも強い。波長分波器を用いた上記構成によれば，双方向光送受信モジュールを構成することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の典型的な光モジュールは双方向光通信用の光送受信モジュールであり，以下のような構成を有する。断面形状がＶ字型のＶ溝構造と，このＶ溝の途中に波長分波器を配する底面が平坦な凹溝構造とを有する基板を用意する。Ｖ溝の終端部に送信用の発光素子として波長λ１のＬＤを配する。ＬＤの前面のＶ溝中に，このＬＤからの光信号を平行ビームに変換する機能を有し，Ｖ溝への実装により位置あわせを行うべく光ファイバと同等の半径をその下部に持つ第１のレンズ素子を配する。Ｖ溝基板のＬＤと対向するＶ溝端部分に，光ファイバを配する。この光ファイバの前面のＶ溝中に，光ファイバからの光信号を平行ビームに変換する機能を有し，Ｖ溝への実装により位置あわせを行うべく光ファイバと同等の半径をその下部に持つ第２のレンズを配する。底面が平坦な凹溝構造部分に，波長分岐機能を有する波長分波器を配し，分波され，伝搬方向を変換された光信号のこの伝搬方向に受信用のＰＤを配する構成を持つ。
【００１６】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００１７】
図１，図２，図３はそれぞれ，本発明の第１の実施の形態にかかる光モジュール１００の構成を示す斜視図，側面図，上面図である。光モジュール１００は一芯双方向光通信用の光送受信モジュールである。光モジュール１００は，基板１１０と，ＬＤ１２０と，２つのレンズ素子１３０ａ，１３０ｂと，波長分波器１４０と，光ファイバ１５０と，ＰＤ１６０とを有する。
【００１８】
基板１１０には，例えばプラットフォームとして加工技術の成熟しているシリコン基板を採用できる。基板１１０の上面には，２つのＶ溝１１２ａ，１１２ｂと，凹溝１１４が形成されている。これらの溝は，凹溝１１４を中心にして，その両側に凹溝１１４と連通するように２つのＶ溝１１２ａ，１１２ｂが同一直線上に位置するよう配置されている。Ｖ溝１１２ａは凹溝１１４から基板１１０の途中である終端部１１８まで形成され，Ｖ溝１１２ｂは凹溝１１４から基板１１０の一端まで形成されている。
【００１９】
Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂは，断面形状がＶ字状で，光ファイバ１５０の一端を載置可能な溝構造を有する。Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂは，光ファイバ１５０の一端が載置されたときに，光ファイバ１５０の光軸の高さが基板１１０の上面部１１６より数ミクロン上側に位置するような寸法で形成されている。
【００２０】
Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂは，シリコンの結晶面である（１１１）面群を斜面に持つような構成で精密に作製されている。Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂのこの種の構造は，シリコン基板表面上に，ホトレジストなどを用いてパターンを形成した後，ＫＯＨ（水酸化カリウム）などの結晶面選択性を有するエッチング液を用い，斜面の（１１１）面群およびその近傍の傾斜面のエッチング速度が，（１００）面などのエッチング速度に比べて非常に遅いことを利用して，容易に構成することができる。
【００２１】
凹溝１１４は，波長分波器１４０を配置するための溝であり，底面に平坦部を持つ溝構造を有する。凹溝１１４の断面形状はここでは略長方形状としているがこれに限定するものではない。凹溝１１４は，ダイシングなどによって形成可能である。
【００２２】
ＬＤ１２０は送信用の波長λ１の光を出射する発光素子である。ＬＤ１２０は，基板１１０上におけるＶ溝１１２ａの終端部１１８と基板１１０の一端の間に配置され，ＬＤ１２０の光出射位置が光ファイバ１５０の光軸と同じ高さになるように精密に配置されている。この種の精密配置は，基板１１０の上面部１１６に平行な水平方向については，ＬＤ１２０の下面側に設けられた金属パターン（不図示）あるいは外形形状と，基板１１０の上面部１１６のＬＤ１２０が配置される部分に設けられた金属パターン（不図示）等を用いて，画像認識技術を利用することにより可能である。また，基板１１０の上面部１１６に対して垂直な方向については，ＬＤ１２０を形成する際の結晶成長によって精密に制御し，結晶成長面を基板１１０の上面部１１６に相対向する向きで配置することにより，容易に実現できる。
【００２３】
光ファイバ１５０は，直径１２５μｍのシングルモードファイバである。光ファイバ１５０はその一端がＶ溝１１２ｂに載置されている。
【００２４】
凹溝１１４を境にして，ＬＤ１２０に近い側のＶ溝１１２ａにはレンズ素子１３０ａが配置され，光ファイバ１５０に近い側のＶ溝１１２ｂにはレンズ素子１３０ｂが配置されている。レンズ素子１３０ａ，１３０ｂは共に石英基板またはシリコン基板等の光学基板からなり，光学基板の片面の表面に形成されたレンズ部１３２ａ，１３２ｂをそれぞれ備えている。レンズ部１３２ａ，１３２ｂは，ＬＤ１２０および光ファイバ１５０を光学的に結合し，ＬＤ１２０および光ファイバ１５０から出射される光のスポット径を変換して効率よい光結合を実現するように設計されている。レンズ素子１３０ａ，１３０ｂの相違点はレンズ部１３２ａ，１３２ｂの光学性能だけであり，その他の形状的な構成等は同じである。以下では，図４を参照しながらレンズ素子１３０ａについて説明するが，レンズ素子１３０ｂも同様に考えることができる。
【００２５】
図４はレンズ素子１３０ａを基板１１０のＶ溝１１２ａに載置した状態を示す要部拡大図である。レンズ素子１３０ａはレンズ部１３２ａと，レンズ部１３２ａより広い幅を有する取扱部１３４と，光ファイバ１５０と同じ外径寸法を有する適合部１３６とを主に有する。
【００２６】
レンズ部１３２ａはここでは光学基板の片面に形成されて，円形形状をしており，回折光学素子からなる。このようなレンズ部１３２ａは例えば半導体製造プロセスで用いられるフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して作製可能である。以下，レンズ素子において，レンズ部が形成されている側の面をレンズ形成面と呼ぶ。
【００２７】
取扱部１３４は，レンズ部１３２ａの外周の上部側でレンズ部１３２ａと接続し，レンズ部１３２ａの表面に略平行な面内でレンズ部１３２ａより広い幅を有し，左右方向に伸長した全体として略直方体形状を有する。取扱部１３４はレンズ素子の取扱を容易にするために設けられており，その上面および側面は平坦に形成されている。
【００２８】
レンズ部１３２ａの下部側にはレンズ部１３２ａの外周の一部としての縁部１３３が位置し，縁部１３３はレンズ部１３２ａの円周形状に沿った円弧形状を有する。この縁部１３３の円弧形状を呈する外形はレンズ部１３２ａのレンズ形成面側からその対向面側まで延びており，縁部１３３を含んで取扱部１３４から下方に張り出すＶ溝１１２ａに適合する形状の略蒲鉾形の適合部１３６を形成している。
【００２９】
図４に示すように，適合部１３６はレンズ素子１３０ａを基板１１０に実装したときにＶ溝１１２ａに当接する部分である。適合部１３６の円弧形状の半径寸法は，光ファイバ１５０のものと同じであり，適合部１３６の外径は，光ファイバ１５０の外径と等しく，φ１２５μｍであるように構成されている。この構成により，基板１１０の上面部１１６に対して垂直な方向に関しては，Ｖ溝１１２ａにレンズ素子１３０ａを載置しただけで，光ファイバ１５０の光軸およびＬＤ１２０の出射点に対するレンズ部１３２ａの光軸１３８の位置合わせが達成できる。
【００３０】
レンズ素子１３０ａは，半導体製造技術で用いられるフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて作製することができる。例えば，シリコン基板にフォトリソグラフィとエッチングを繰り返すことにより回折光学素子からなるレンズ部１３２ａを作製し，レンズ素子１３０ａに対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いてＤｅｅｐ Ｅｔｃｈｉｎｇ等の手法を用いて任意の深さまで掘り下げることによりレンズ素子１３０ａを作製できる。この種のレンズ素子は，特許文献２に開示されている。
【００３１】
レンズ素子１３０ｂもレンズ素子１３０ａと同様の構成を有し，２つのレンズ素子１３０ａ，１３０ｂは，それぞれの適合部がＶ溝に配置されることにより垂直方向の位置合わせが行われ，各レンズ部の中心部分に位置する光軸が，光ファイバ１５０の光軸およびＬＤ１２０の出射点に対して精密に配置される。
【００３２】
ここでは，レンズ素子１３０ａのレンズ部１３２ａはＬＤからの出射光を平行ビームに変換し，レンズ素子１３０ｂのレンズ部１３２ｂは光ファイバ１５０からの出射光を平行ビームに変換するよう構成されている。なおここでは，レンズ素子１３０ａのレンズ形成面がＬＤ１２０に対向し，レンズ素子１３０ｂのレンズ形成面が光ファイバ１５０に対向するように配置されているが，このレンズ形成面の向きは限定的なものではない。
【００３３】
凹溝１１４には，波長分波器１４０が配置されている。波長分波器１４０は波長選択性を有し，異なる波長の光を分岐する機能を有する。例えば，異なる波長λ１，λ２の２種類の光が波長分波器１４０に入射したとき，波長λ１の光を透過させ，波長λ２の光を反射する。波長分波器１４０には例えば多層膜ミラーを用いたものを採用できる。ここでは，波長分波器１４０として図５に示すような，誘電体多層膜１０を２つのガラスブロック１１ａ，１１ｂで挟んだ構成を採用している。誘電体多層膜１０は波長λ１の光は透過し，波長λ２の光を反射する機能をもつものである。
【００３４】
図２に示すように，波長分波器１４０は，誘電体多層膜１０の方向が光ファイバ１５０からの出射光の光軸に対して４５度の角度で交わるように配置されている。これにより，光ファイバ１５０から出射された波長λ２の光は，光ファイバ１５０の光軸に対して９０度上向きに反射される。この反射光を図２では垂直方向の平行ビーム１９０として示している。
【００３５】
また，波長分波器１４０の上面部分には，受光用のＰＤ１６０がその受光部１６２と波長分波器１４０とが対向するようにハンダ１６４により固定され配置されている。ＰＤ１６０は面入射型受光素子からなる。ここではＰＤ１６０は，レンズやスぺーサー等を介さずに波長分波器１４０に直接配置されている。なお，図３では垂直方向の平行ビーム１９０を斜線部で示している。
【００３６】
上記説明におけるそれぞれの部品は，所定位置に配置された後，ハンダなどの金属あるいは耐熱性の接着剤を用いて固定される。
【００３７】
上記構成を有する光モジュール１００の動作について説明する。ＬＤ１２０から出射された波長λ１の信号光は，レンズ素子１３０ａによって平行ビームに変換され，波長分波器１４０を透過し，レンズ素子１３０ｂによって光ファイバ１５０へ向かって集光され，送信される。
【００３８】
また，外部から光モジュール１００の方向に向かって光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ２の光信号は，Ｖ溝１１２ｂに載置された光ファイバ１５０の終端部から出射される。この出射光は，レンズ素子１３０ｂによって平行ビームに変換され，波長分波器１４０に入射し，波長分波器１４０の誘電体多層膜１０によって基板１１０の上面部１１６に対して垂直方向に反射され，垂直方向の平行ビーム１９０として図２に矢印で示すようにＰＤ１６０へ入射する。上述したように光モジュール１００の双方向送受信モジュールとしての機能が実現される。
【００３９】
上記構成を取ることにより，本実施の形態によれば，以下に述べる多数の効果が得られる。第１従来例で問題であった煩雑な部品の光軸合わせ工程が，本実施の形態にかかる光モジュールでは大幅に簡略化できるため，低価格化および量産化を実現することが可能となる。また，レンズ素子を用いて光ファイバとＬＤを光学的に結合することで，両者を高効率に結合できる。上記の２つのレンズ素子として，石英基板あるいはシリコン基板を用い，集積回路の作製技術によって大口径基板上に一括量産することができるレンズ等を採用することで，レンズ素子自身のコストも大幅に下げられることが期待できる。さらに，全ての部品が，耐熱性の高い，ハンダあるいは耐熱樹脂で固定できるため，モジュール作製工程あるいは後工程で必要とされる熱処理工程において，性能劣化することなく，歩留まり高く製造することができ，高耐熱特性を有する光モジュールを実現できる。
【００４０】
なお，上記例では，レンズ素子１３０ａおよび１３０ｂの間は平行ビームとした場合について説明したが，これに限定するものではない。レンズ素子１３０ａおよび１３０ｂの間で，徐々に光ビーム径が拡がる構成等，光ビーム径が変化する構成も採用可能である。
【００４１】
図６は上記実施の形態にかかる光モジュールの変形例の構成を示す側面図である。上記実施の形態の光モジュール１００では２つのレンズ素子を用いて光結合を行っていたのに対し，図６に示す変形例の光モジュールではレンズ素子を１つだけ用いて光結合を行っており，この点が異なる。以下，この点に注目して説明し，上記実施の形態と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００４２】
本変形例では，１つのレンズ素子１３０ｃがＬＤ１２０と波長分波器１４０との間のＶ溝１１２ａに配置され，波長分波器１４０と光ファイバ１５０の間のＶ溝１１２ｂにはレンズ素子は配置されない。レンズ素子１３０ｃは，前述のレンズ素子１３０ａ，１３０ｂと同様の構成を有するが，レンズ部１３２ｃの光学性能がこれらと異なる。ＬＤ１２０から出射された波長λ１の光がレンズ素子１３０ｃによって集束光となるよう変換され，この光が波長分波器１４０を透過した後，光ファイバ１５０に集束して入射するよう，レンズ部１３２ｃが設計され，構成されている。
【００４３】
また，光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ２の光信号は，光ファイバ１５０の終端部から発散光として出射され，波長分波器１４０に入射した後，誘電体多層膜１０によって垂直方向に反射され，ＰＤ１６０へ入射する。このようにして，本変形例においても双方向送受信モジュールとしての機能が実現される。
【００４４】
なお，図６に示す例ではレンズ素子１３０ｃのレンズ部は片面にのみ形成されているが，レンズ素子１３０ｃの両面にレンズ部を形成するようにしてもよい。
【００４５】
上記実施の形態および変形例の説明では，光モジュール１００では２種類の異なる波長の光を送受信する場合について述べたが，３種類以上の波長の光が伝搬する場合においても，それぞれの波長に合わせた波長フィルタを有する波長分波器を必要数配置することで，対応することが容易にできる。
【００４６】
図７は本発明の第２の実施の形態にかかる光モジュール２００の構成を示す側面図である。第１の実施の形態にかかる光モジュール１００と同様に，光モジュール２００は一芯双方向光通信用の光送受信モジュールである。ただし，光モジュール２００は４種類の異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光を送受信するために，波長分波器およびＰＤをそれぞれ３つ有する点が光モジュール１００と異なる。以下，この点に注目して説明し，上記実施の形態と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００４７】
光モジュール２００は，基板２１０と，ＬＤ１２０と，２つのレンズ素子１３０ａ，１３０ｂと，３つの波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃと，光ファイバ１５０と，３つのＰＤ２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃとを有する。
【００４８】
基板２１０の上面には，第１の実施の形態にかかる基板１１０と同様に，凹溝２１４と，その両側に位置するＶ溝２１２ａ，２１２ｂが形成されている。Ｖ溝２１２ａ，２１２ｂは第１の実施の形態にかかるＶ溝１１２ａ，１１２ｂと同様に，同一直線上に配置され，断面形状がＶ字状で，光ファイバ１５０の一端を載置可能な溝構造を有する。
【００４９】
凹溝２１４は，３つの波長分波器を配置するための溝であり，底面に平坦部を持つ溝構造を有し，ここではその断面形状は略長方形状である。凹溝２１４は，３つの波長分波器をその中に配置できるように，第１の実施の形態にかかる凹溝１１４よりも光軸方向の長さが長いように構成されている。
【００５０】
３つの波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃは図７に示すように凹溝２１４内に，光ファイバ１５０からＬＤ１２０に向かう方向に，この順に並んで配置されている。波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃは図５に示す波長分波器１４０同様に波長選択性を有する誘電体多層膜を２つのガラスブロックで挟んだ構成を有しており，所定の波長の光を反射し，その他の波長の光を透過させる分波機能を有する。波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃは互いに異なる波長選択性を有する分波器である。例えば，互いに異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４の光に対し，波長分波器２４０ａは波長λ２の光を反射してその他の光を透過させ，波長分波器２４０ｂは波長λ３の光を反射してその他の光を透過させ，波長分波器２４０ｃは波長λ４の光を反射してその他の光を透過させる。
【００５１】
波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃの上面部分には，それぞれ受光用のＰＤ２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃがその受光部が波長分波器と対向するように直接配置されている。
【００５２】
上記構成を有する光モジュール２００の動作について説明する。ＬＤ１２０から出射された波長λ１の信号光は，レンズ素子１３０ａによって平行ビームに変換され，波長分波器２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃを透過し，レンズ素子１３０ｂによって光ファイバ１５０へ向かって集光され，送信される。
【００５３】
また，外部から光モジュール２００の方向に向かって光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ２の光信号は，Ｖ溝１１２ｂに載置された光ファイバ１５０の終端部から出射され，レンズ素子１３０ｂによって平行ビームに変換され，波長分波器２４０ａにより垂直方向に反射されてＰＤ２６０ａへ入射する。同様に光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ３の光信号は，光ファイバ１５０の終端部から出射され，レンズ素子１３０ｂによって平行ビームに変換され，波長分波器２４０ａを透過した後，波長分波器２４０ｂにより垂直方向に反射されてＰＤ２６０ｂへ入射する。
【００５４】
光ファイバ１５０を伝搬してきた波長λ４の光信号は，光ファイバ１５０の終端部から出射され，レンズ素子１３０ｂによって平行ビームに変換され，波長分波器２４０ａおよび波長分波器２４０ｂを透過した後，波長分波器２４０ｃにより垂直方向に反射されてＰＤ２６０ｃへ入射する。このように，モジュール２００では，光ファイバ１５０から出射された３種類の異なる波長の光はそれぞれの波長ごとに分波されて受信可能である。
【００５５】
よって，本実施の形態では，上述の第１の実施の形態の効果に加え，４種類の異なる波長の光に対して双方向送受信が可能であるという効果が得られる。なお，波長の種類の数は上記例に限定されず，波長分波器およびＰＤを必要数配置し，これに合わせて凹溝の寸法を設定することにより，任意の数に対応可能である。
【００５６】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５７】
上記例では異なる波長を持つ光信号が逆方向に進行する光送受信モジュールについて述べたが，部材を交換することにより，異なる波長を持つ光信号が同方向に進行するモジュールを構成することができる。例えば送信機能のみを有する光送信モジュールの場合は，上記例のＰＤの部分を所定の波長を有するＬＤとレンズ素子に置き換えることで実現可能である。受信機能のみを有する光受信モジュールの場合は，上記例のＬＤの部分をＰＤに置き換えることで実現可能である。
【００５８】
上記例では，ＰＤを波長分波器上に直接配置した例について説明したが，両者の間に集光用のレンズや間隔調整用のスぺーサー等を配置してもよい。また，上記例では，波長分波器で反射された信号光がＶ溝基板上面に対して垂直方向に反射される構成を例にとり説明したが，これに限定するものではなく，Ｖ溝基板上面に略平行な方向や，Ｖ溝基板上面と所定の角度で交わる方向に反射する構成をとってもよい。
【００５９】
レンズ素子，レンズ部，取扱部，適合部，Ｖ溝，凹溝等の形状は上記例に限定されず，様々な形状が考えられる。レンズ部は屈折型のレンズにより構成してもよい。Ｖ溝はレンズ素子および光ファイバが位置決め載置できればよく，上記例で述べたＶ溝の代わりに，断面形状が略台形形状，略半円形状，略長方形形状，略正方形形状のいずれかである溝を用いてもよい。凹溝は波長分波器を配置できる構成であればよく，その断面形状は長方形に限定されない。
【００６０】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，従来行われていた煩雑な部品の光軸合わせ工程が大幅に簡略化でき，量産性に優れ，低価格化が可能な光モジュールを提供できる。また，本発明によれば，発光素子と光ファイバを高効率に結合でき，高い耐熱特性を有する光モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光モジュールの側面図である。
【図３】図１に示す光モジュールの上面図である。
【図４】レンズ素子をＶ溝に載置した状態を示す要部拡大図である。
【図５】波長分波器の機能および構成を説明する図である。
【図６】本発明の変形例に係る光モジュールの構成を示す側面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す側面図である。
【図８】多波長双方向通信方式を実現する一般例の概略構成図である。
【図９】従来の光モジュールの構成を示す断面図である。
【図１０】従来の光モジュールの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ
２ａ，２ｂ 分波器
３ａ，３ｂ ＬＤ
４ａ，４ｂ ＰＤ
１０ 誘電体多層膜
１１ａ，１１ｂ ガラスブロック
２０ ハウジング
２１ 波長フィルタ
２２ ＬＤ
２３ ＰＤ
２４ 光ファイバ用レンズ
２５ ＬＤ用レンズ
２６ ＰＤ用レンズ
２７ 光ファイバ
５１ 光導波路
５２ Ｖ溝基板
５３ Ｖ溝構造
５４ 光ファイバ
５５ 斜めスリット
５６ 波長フィルタ
５７ 穴
５８ ＰＤ
５９ ＬＤ
１００ 光モジュール
１１０ 基板
１１２ａ，１１２ｂ Ｖ溝
１１４ 凹溝
１１６ 上面部
１１８ 終端部
１２０ ＬＤ
１３０ａ，１３０ｂ レンズ素子
１３２ａ，１３２ｂ レンズ部
１３３ 縁部
１３４ 取扱部
１３６ 適合部
１３８ 光軸
１４０ 波長分波器
１５０ 光ファイバ
１６０ ＰＤ
１６２ 受光部
１６４ ハンダ
１９０ 平行ビーム
Claims (6)
- 光ファイバの一端を載置可能な第１の溝構造，および分波器配置用の第２の溝構造を有する基板と，
前記第１の溝構造にその一端が配置された光ファイバと，
発光素子と，
受光素子と，
前記光ファイバと同一の半径を有する形状の適合部を備え，前記第１の溝構造に配置され，前記光ファイバと前記発光素子の間の光路中に位置し，前記光ファイバと前記発光素子を光学的に結合するレンズ素子と，
前記第２の溝構造に配置され，前記光ファイバと前記発光素子の間の光路中に位置し，異なる波長の光を分岐する機能を有する波長分波器と，を具備し，
前記発光素子から出射された光は前記波長分波器を経由して前記光ファイバへ導かれ，前記光ファイバの一端から出射された光は前記波長分波器を経由して前記受光素子へ導かれるよう構成されていることを特徴とする光モジュール。 - 前記レンズ素子は２つあり，前記分波器は前記２つのレンズ素子の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
- 前記受光素子は，面入射型受光素子からなることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
- 前記受光素子は，前記分波器に直接配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光モジュール。
- 前記レンズ素子は，石英またはシリコンよりなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光モジュール。
- 前記レンズ素子のレンズ部に回折光学素子を用いることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光モジュール。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070807 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080108 |