JP2004317630A

JP2004317630A - 光送信モジュール

Info

Publication number: JP2004317630A
Application number: JP2003108891A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Masuko; 幸一郎増子; Makiko Yokoyama; 磨紀子横山; Toshisada Sekiguchi; 利貞関口; Hideyuki Hosoya; 英行細谷
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP4101691B2

Abstract

【課題】組立に高度の精度を必要とせず、モニタ用受光素子への光の結合が簡単な構造で達成でき、かつ温度変化などにより光の結合量が変動することなく、しかも小型化が可能である光送信モジュールを得ることにある。
【解決手段】面発光型発光素子７とモニター用受光素子８と光ファイバ３が固定されたマウント１を具備する光送信モジュール１０であって、面発光型発光素子７からの光が光ファイバ３の端面から入射し、該光ファイバの側面から漏洩する漏洩光がモニター用受光素子８に入射するように、これら面発光型発光素子７とモニター用受光素子８と光ファイバ３とを配置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、面発光型発光素子と、この面発光型発光素子からの出射光を導波する光ファイバと、面発光型発光素子からの出射光をモニタするモニター用受光素子を備え、モニタ用受光素子からの出力信号により面発光型発光素子の光出力を一定に制御するようにした光送信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光送信モジュールに関しては、特開２００２−７２０２５号公報に開示のものがある。この先行発明では、分光基体を用いて、面発光型発光素子からの出射光を光ファイバ方向とモニター用受光素子方向に分割する方法が提案されている。また、特開２００２−１７０９６５号公報には、光ファイバの端面、あるいはその手前に配置したミラーで反射させた光をモニター用受光素子で受光せしめるようにした結合方法が開示されている。
【０００３】
しかしながら、特開２００２−７２０２５号公報で提案されている方法にあっては、くさび型の分光基体を用いて光ファイバ側と、モニター用受光素子側の２方向に面発光型発光素子からの出射光を分割するものであり、面発光型発光素子の発光面が非常に小さいことから、面発光型発光素子を実装する位置の僅かなずれによって、光ファイバ側の分岐光とモニター用受光素子側の分岐光との分岐比が大きく変動することなる。そのため、高い実装精度で組み立てることが必要となるという問題があるほか、温度変化によって変形が生じることで、使用中に前記分岐比の変動が惹起される恐れがあった。
【０００４】
また、特開２００２−１７０９６５号公報に開示されている方法にあっても、比較的長い距離にわたる空間中を伝播させて、面発光型発光素子、光ファイバ、モニター用受光素子の間で光を結合させるため、各々の位置決めに高い精度が要求される。その上、全体の寸法もそれに応じて大きくなってしまうし、更に駆動用半導体素子を別に設ける必要があるという不都合があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−７２０２５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７０９６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、組立に高度の精度を必要とせず、モニター用受光素子への光の結合が簡単な構造で達成でき、かつ温度変化などにより光の結合量が変動することなく、しかも小型化が可能である光送信モジュールを得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、
請求項１に係わる発明として、面発光型発光素子とモニター用受光素子と光ファイバが固定されたマウントを具備する光送信モジュールであって、
面発光型発光素子からの光が光ファイバの端面から入射し、該光ファイバの側面から漏洩する漏洩光がモニター用受光素子に入射するように、これら面発光型発光素子とモニター用受光素子と光ファイバとを配置したことを特徴とする光送信モジュールとしたものである。
【０００８】
請求項２に係わる発明として、マウントに電極が設けられ、この電極によって面発光型発光素子およびモニター用受光素子がマウントに固定されるとともに電気的接続がなされていることを特徴とする請求項１記載の光送信モジュールとしたものである。
【０００９】
請求項３に係わる発明として、光ファイバとモニター用受光素子とは、これらの間に光ファイバのクラッドの屈折率と同等またはそれ以上の屈折率の透光性材料を充填して当接せしめて配置してなることを特徴とする請求項１記載の光送信モジュールとしたものである。
【００１０】
請求項４に係わる発明として、面発光型発光素子は、その発光点を光ファイバのコアの中心点とオフセットして配したことを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュールとしたものである。
【００１１】
請求項５に係わる発明として、モニター用受光素子と面発光型発光素子とは、それらを搭載する面が鋭角を形成するよう配された面に搭載されてなることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュールとしたものである。
【００１２】
請求項６に係わる発明として、光ファイバが比屈折率差２．５％以下であるマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュールとしたものである。
【００１３】
請求項７に係わる発明として、光ファイバが比屈折率差０．５％以下であるシングルモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュールとしたものである。
【００１４】
請求項８に係わる発明として、面発光型発光素子と光ファイバとモニター用受光素子とが、それぞれ複数個であって、これらを一組にしてアレイ状に配されてなることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュールとしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の光送信モジュールの一例を図１を参照して説明する。
図１はこの例の光送信モジュールを説明する斜視図である。図１において、この光送信モジュール１０は、略直方体状のマウント１に、光ファイバ３を固定するためＶ溝２、光ファイバ３の被覆部３ｚを保持するための角溝４、および電極５、６が配されている。
【００１６】
そして、このマウント１には、その前方の側面１ａに、光ファイバの端面３ａに臨んで発光点７ａが位置するように面発光型レーザなどの面発光型発光素子７が搭載され、この面発光型発光素子７の長手方向に沿った側面１ｂに、その受光部８ａが位置するように配置してホトダイオードなどのモニター用受光素子８が搭載されている。
【００１７】
前記面発光型発光素子７は、前記電極５に電気的に接続されるとともに機械的に接合されてマウント１に搭載され、またモニター用受光素子８は電極６に電気的に接続されるとともに機械的に接合されてマウント１に搭載されている。そして、これら面発光型発光素子７およびモニター用受光素子８は、通常機能の異なる２種類の電極を持つが、これらが両方とも受光部、発光部と同じ面に形成されている場合は、電極５、６との接続は、バンプボンディングや共晶ハンダ、導電性接着剤等によってなされている。また、片方のみ受光部、発光部と同じ面に形成されている場合は、この電極のみバンプボンディングや共晶ハンダ、導電性接着剤等によって接続し、裏面の電極はワイヤボンディング等により基板上の電極と接続する。
【００１８】
また、上記マウント１の寸法は、用途や搭載する構成素子や器具に応じて定めるものであるが、大きくても数ｃｍ以下とされ、また光ファイバ３を保持するために厚さと幅は０．５ｍｍ以上、長さは１ｍｍ以上必要であり、それらの寸法であることが望ましい。この例では、マウント１を１×１×３ｍｍの直方体状であり、その材料をセラミックとした。この材料としては、この他ガラス、樹脂、あるいはシリコンなどを使用することが出来る。
【００１９】
この例の光送信モジュール１０における光ファイバ３、面発光型発光素子７およびモニター用受光素子８の光結合の状態は、図２に図示するような様態でなされている。以下にこれを説明する。なお、図２において、図１での構成部分と共通する構成部分には同一符号を付している。
【００２０】
面発光型発光素子７の発光点７ａから出射された光は、光ファイバ３のコア３ｃに入射され、クラッド３ｄとの境界で全反射され、光ファイバ３のコア３ｃ中を伝播して行く。しかし、コア３ｃへの入射角度が一定の範囲を超えた光は、コア３ｃとクラッド３ｄとの境界で全反射されずに、クラッド３ｄを通り、条件によってはクラッド３ｄから光ファイバ３の外部まで漏れ出してくる。
【００２１】
また、発光点７ａから直接クラッド３ｄに入射した光は、条件によりクラッド３ｄから光ファイバ３の外部に漏れ出してくる。本発明は、これらの漏れ出してきた漏出光をモニター用光に使用するものである。すなわち、モニター用受光素子８の受光部８ａを光ファイバ３の長手方向に沿った側面３ｂに位置せしめて、前記漏出光をモニター用光としてモニター用受光素子８で受光するものである。
【００２２】
しかし、実際には、面発光型発光素子７と光ファイバ３を効率よく結合せしめようとした場合には、光ファイバ３のクラッド３ｄと外気との屈折率の差が大きいことから、クラッド３ｄと外気との境界域で全反射が起こり、殆どの場合、コア３ｃに入射した光は光ファイバ３の外に漏れ出して来ない。
【００２３】
そこで、この光送信モジュールでのモニター用に使用する上記漏出光の受光にあたって、漏出光の発生を確固たるものにするため、本発明は以下に示すように、意図的に光ファイバ３の外へ漏出する光を増量せしめる工夫を行うことが好ましい。
【００２４】
その具体的方法として、図２に図示した例において、
▲１▼光ファイバ３とその長手方向の側面３ｂに配置したモニター用受光素子８との間に生じる隙間部分９に屈折率が光ファイバ３のクラッド３ｄと同等あるいはそれ以上の大きさを有するシリコーンオイルや透明接着剤などの透光性材料１１を充填して配設したり、
▲２▼面発光型発光素子７の発光点７ａの配置位置を、光ファイバ３のコア３ｃの中心と一致させずに、モニター用受光素子８側にオフセットさせたり、
▲３▼マウント１の端面または光ファイバ３の端部を鋭角の角度を持たせるようにして、面発光型発光素子７の出射方向がモニター用受光素子８側に傾くようにする、等の方法を行うものである。
【００２５】
さらに、▲４▼図３に図示するように、モニター用受光素子８への入射角を直角に近づけるために、モニター用受光素子８を搭載する面１ｅに角度θをつける、あるいはサブマウント（図示せず）を利用してモニター用受光素子８が斜めになるように搭載するのも有効である。
【００２６】
これらの方法は、単独で行っても良いし、より好ましくはこれらの方法を適宜組み合わせることにより、さらにモニター用受光素子８への光結合割合を向上せしめることが出来る。
なお、面発光型発光素子７、モニター用受光素子８をマウント１に搭載した部位を合成樹脂等で被覆して保護することもできる。
【００２７】
なお、この例の光送信モジュール１０にあっては、一般に、コア径が大きく、コアとクラッドとの比屈折率差が大きいマルチモード光ファイバを使用する場合には、面発光型発光素子７からの光がコアに入る割合も高く、コアに入った光は、比較的大きな角度でないとコアの外には漏れ出ないので、コアの径が小さく、比屈折率差も小さいシングルモード光ファイバに比べて、より光を光ファイバ外に漏れ出さしめるような構成が必要となる。
【００２８】
このようなことより、この光送信モジュール１０にあっては、使用する光ファイバ３としては、マルチモード光ファイバの場合は比屈折率差が２．５％以下のものが好ましく、またシングルモード光ファイバの場合は比屈折率差が０．５％以下のものが好ましい。
【００２９】
このようにして、面発光型発光素子７、モニター用受光素子８および光ファイバ３を実装し、これらを必要により樹脂等で被覆して保護したマウント１は、そのまま、または面発光型発光素子の駆動用半導体素子をマウント１のいずれかの面に形成した電極上に直接実装した後、または駆動用半導体素子と共に基板に実装した後、これらのいずれかの状態でパッケージングされて光送信モジュール１０となる。この際、マウント１の側面１ｃや上面１ｄを基板への実装に使用したり、半導体素子の実装に使用したりすることもできるので、モジュールとしての構成の自由度が高く、小型化もしやすい。
【００３０】
上述の例は、本発明の光送信モジュール１０の典型的なものであるが、さらにその変形応用例について図４、図５および図６を参照して説明する。すなわち、例えば、モニター用受光素子８を取り付ける位置は、面発光型発光素子７と光ファイバ３の特性などから、最も多くの光入力が得られる位置を算出して決めるこが好ましい。そして、このモニター用受光素子８を取り付ける位置が光ファイバ３の端面３ａから、ある程度遠い場合には、図４に図示するように、モニター用受光素子８の実装位置を凹部１５にするとよい。
【００３１】
そして、この場合、光ファイバ３の固定部分はＶ溝２に代えてキャピラリ状の通孔１２にしてもよく、その際は図５に図示するように、通孔１２に到達するような貫通する溝１３を形成して、その溝１３を差し渡してモニター用受光素子８を実装するようにすると良い。これにより通孔１２に保持される光ファイバ３から漏出する光を、溝１３を通過せしめてモニター用受光素子８で効率的に受光することができる。
【００３２】
上述の例の光送信モジュール１０は、以上のように、光ファイバ３、面発光型発光素子７およびモニター用受光素子８は単一体で構成したものであるが、これを図６に図示するように、光ファイバ３、面発光型発光素子７およびモニター用受光素子８の組み合わせを複数組アレイ状にしてマウント３１に搭載せしめたアレイ型光送信モジュール３０とすることも出来る。
【００３３】
この図６に示した例にあっては、一般的に用いられている２５０μｍピッチのテープ型光ファイバに合わせた構造としたもので、マウント３１として、Ｖ溝２が設けられている側の面に面発光型発光素子７に向け上昇する傾斜を有する台３２となる部分を形成し、この台３２にモニター用受光素子８のアレイを搭載したサブマウント３３を接続しているものである。
【００３４】
このようにして構成された光送信モジュール１０または３０は、これらに搭載された光ファイバ３の反対側端部に光受信モジュールを接続することによって、一方向光送信モジュールとして構成して使用される。更に、光送信モジュール１０または３０を、光受信モジュールと併設することによって双方向光伝送モジュールとして使用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光送信モジュールにあっては、以下の効果を奏する。
（ｉ）モニター用受光素子を、面発光型発光素子から光ファイバに入射される光を光ファイバの側面よりの漏出光を受光するように配置したので、光出力が一方向のみに出射する安価な面発光型発光素子を有効に活用でき、小型で安価な光送信モジュールを得ることが出来る。
（ｉｉ）面発光型発光素子からの光を分岐するための分岐手段が不要であり、構造が簡単で、高精度の組付けを必要としない。
【００３６】
（ｉｉｉ）面発光型発光素子、光ファイバおよびモニター用受光素子を位置決めした上でマウントに実装するので、光強度を測定しながら調芯作業を行うことなく、パッシブアライメント実装技術で製造でき、製造コストを大幅に削減出来る。
（ｉｖ）さらに、駆動用半導体素子も面発光型発光素子、光ファイバおよびモニター用受光素子と一緒にマウントに搭載することで、配線長を短く出来て、高周波特性を改善出来るとともに、光送信モジュール全体として小型化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光送信モジュールの一例を示す概略斜視図。
【図２】本発明の光送信モジュールの光結合状態を示す概略断面図。
【図３】モニター用受光素子を搭載するマウントの一態様を説明する説明図。
【図４】モニター用受光素子を搭載する場所の形態を説明する斜視図。
【図５】モニター用受光素子を搭載する場所の別の形態を説明する斜視図。
【図６】本発明の光送信モジュールの応用例のアレイ型光送信モジュールを示す概略斜視図。
【符号の説明】
１０…光送信モジュール、３０…アレイ型光送信モジュール、１、３１…マウント、１ｅ…モニター用受光素子を搭載する面、２…Ｖ溝、３…光ファイバ、５、６…電極、７…面発光型発光素子、７ａ…面発光型発光素子の発光点、８…モニター用受光素子、８ａ…モニター用受光素子の受光部、１１…透光性材料。

Claims

面発光型発光素子とモニター用受光素子と光ファイバが固定されたマウントを具備する光送信モジュールであって、
面発光型発光素子からの光が光ファイバの端面から入射し、該光ファイバの側面から漏洩する漏洩光がモニター用受光素子に入射するように、これら面発光型発光素子とモニター用受光素子と光ファイバを配置したことを特徴とする光送信モジュール。
マウントに電極が設けられ、この電極によって面発光型発光素子およびモニター用受光素子がマウントに固定されるとともに電気的接続がなされていることを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
光ファイバとモニター用受光素子とは、これらの間に光ファイバのクラッドの屈折率と同等またはそれ以上の屈折率の透光性材料を充填して当接せしめて配置してなることを特徴とする請求項１記載の光送信モジュール。
面発光型発光素子は、その発光点を光ファイバのコアの中心点とオフセットして配されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
モニター用受光素子と面発光型発光素子とは、それらを搭載する面が鋭角を形成するよう配された面に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
光ファイバが比屈折率差２．５％以下であるマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
光ファイバが比屈折率差０．５％以下であるシングルモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
面発光型発光素子と光ファイバとモニター用受光素子が、それぞれ複数個であって、これらを一組にしてアレイ状に配されてなることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。