JP2005215219A - Bidirectional optical module - Google Patents

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義之 重岡
Hiromi Yasujima
弘美 安島
Yusuke Takei
裕介 武井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical component for a bidirectional optical communication, in which far-end crosstalks are reduced and which is constituted to be compact and is highly efficient. <P>SOLUTION: The bidirectional module has one optical fiber; a light-receiving element; a light-emitting element; and an optical component condensing and reflecting a light signal, and transmits and receives the signal through the one optical fiber, wherein the optical component forms a pentagonal section of a first face opposite to the end face of the optical fiber, a second face adjacent to the first face and opposite to the light-receiving element, a third face opposite to the second face, adjacent to the first face and opposite to the light-emitting element, a fourth face which reflects received light incident from the first face to the second face, and a fifth face which reflects the transmitted light, made incident from the third face toward the first face, condensing lenses for condensing the received light are formed integrally with the first face and the second face of the optical component, respectively, condensing lenses for condensing the transmitted light are formed integrally with the first face and the third face, respectively, optical isolators are arranged between the second face of the optical component and the light-receiving element, and between the third face of the optical component and the light-emitting element, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一本の光ファイバを介して光の送受信を行う双方向光通信に用いる光学部品に関し、特に光ファイバ端面に対向配置されて、光ファイバから出射された受信光を受光素子に導き、発光素子から出射された送信光を光ファイバ端面に入射させる双方向光モジュールに関するものである。   The present invention relates to an optical component used for bidirectional optical communication in which light is transmitted / received through a single optical fiber, and in particular, is disposed opposite to an end face of the optical fiber to guide received light emitted from the optical fiber to a light receiving element. The present invention relates to a bidirectional optical module that causes transmission light emitted from a light emitting element to enter an end face of an optical fiber.

図5に従来の双方向光モジュール40の例を示す。この例では光学部品であるプリズム11と、その面に一体形状された集光用レンズ12〜15を使用して構成されている。図5中、一点鎖線はこの光部品40に対して配置される光ファイバの軸21aを示している。   FIG. 5 shows an example of a conventional bidirectional optical module 40. In this example, a prism 11 which is an optical component and condensing lenses 12 to 15 integrally formed on the surface are used. In FIG. 5, the alternate long and short dash line indicates the optical fiber axis 21 a disposed with respect to the optical component 40.

図5に示すように、光ファイバ21と、光学部品であるプリズム11と、受光素子22及び発光素子23とによって双方向光モジュール40が構成され、光の送受信が行われる。プリズム11の面11aに位置する集光用レンズ12、14に近接対向されて配置される光ファイバ21の軸21aは、図5に示したように、集光用レンズ12、14の界面ではなく、集光用レンズ12側に少しずれた位置に位置されている。   As shown in FIG. 5, the optical fiber 21, the prism 11 that is an optical component, the light receiving element 22 and the light emitting element 23 constitute a bidirectional optical module 40, and light is transmitted and received. As shown in FIG. 5, the axis 21a of the optical fiber 21 disposed in close proximity to the condensing lenses 12 and 14 located on the surface 11a of the prism 11 is not the interface between the condensing lenses 12 and 14, as shown in FIG. The lens 12 is slightly shifted to the condensing lens 12 side.

また、受信側の反射面をなす面11d及び送信側の反射面をなす面11eがそれぞれ光ファイバ軸21a方向となす傾斜角β、βは、45°より小さい角度で設定されている。 In addition, the inclination angles β 1 and β 2 formed by the surface 11d forming the reception-side reflection surface and the surface 11e forming the transmission-side reflection surface with respect to the optical fiber axis 21a are set at angles smaller than 45 °.

また、受光素子22は集光用レンズ13の正面ではなく、集光用レンズ13の正面に対し、軸21a方向においてプリズム11の面11aから遠ざかる方向にずらして配置されている。同様に、発光素子23も集光用レンズ15の正面ではなく、集光用レンズ15の正面に対し、軸21a方向において面11aから遠さがった方向にずらして配置された。なお、これら受光素子22及び発光素子23の各素子面22a、23aは共に軸21a方向と平行とされている。   Further, the light receiving element 22 is arranged not in the front surface of the condensing lens 13 but in a direction away from the surface 11a of the prism 11 in the direction of the axis 21a with respect to the front surface of the condensing lens 13. Similarly, the light emitting element 23 is also arranged not in front of the condensing lens 15 but in a direction away from the surface 11a in the direction of the axis 21a with respect to the front of the condensing lens 15. The element surfaces 22a and 23a of the light receiving element 22 and the light emitting element 23 are both parallel to the direction of the axis 21a.

光ファイバ21の端面から出射された受信光31は集光用レンズ12で集光されてプリズム11内に入射、面11dで反射されて面11bに向い、集光用レンズ13で集光されている。この際、この従来例では受信光31は受光素子22の素子面22aに対して斜めに入射されている。一方、発光素子23から出射された送信光32は集光用レンズ15によって集光されてプリズム11内に入射し、面11aに向い、集光用レンズ14で集光されて光ファイバ21の端面に入射されている。
特開2003−337264号公報
Received light 31 emitted from the end face of the optical fiber 21 is condensed by the condensing lens 12 and incident on the prism 11, reflected by the surface 11 d, directed to the surface 11 b, and condensed by the condensing lens 13. Yes. At this time, in this conventional example, the received light 31 is incident obliquely with respect to the element surface 22 a of the light receiving element 22. On the other hand, the transmission light 32 emitted from the light emitting element 23 is condensed by the condensing lens 15 and enters the prism 11, faces the surface 11 a, is condensed by the condensing lens 14, and is an end face of the optical fiber 21. Is incident.
JP 2003-337264 A

このような双方向光モジュールにおいては、クロストークと結合効率は性能上、大きな問題であり、クロストークと結合効率の低減は重要な課題となっている。   In such a bi-directional optical module, crosstalk and coupling efficiency are major problems in performance, and reduction of crosstalk and coupling efficiency is an important issue.

クロストークは、この種の光学部品においては送信光が自局の受信側へ漏れ、自局の受光素子に入射することであり、このうち自局の受信経路と送信経路の分岐部の各光学的界面や光ファイバ近端面における反射に起因するものを近端クロストークと呼んでいる。これに対し、相手局の分岐部の各光学的界面や光ファイバ遠端面、さらには相手局の受光素子面や発光素子面の反射に起因するものを遠端クロストークと呼んでいる。   Crosstalk means that in this type of optical component, the transmitted light leaks to the receiving side of the local station and enters the light receiving element of the local station. What is caused by reflection at the optical interface or near the end face of the optical fiber is called near end crosstalk. On the other hand, each optical interface at the branching part of the counterpart station, the far end face of the optical fiber, and further the reflection caused by the light receiving element face and the light emitting element face of the counterpart station are called far end crosstalk.

そして、図5に示した双方向光モジュールでは、特にこの遠端クロストークが大幅に低減できなかった。   In the bidirectional optical module shown in FIG. 5, this far-end crosstalk cannot be significantly reduced.

即ち、図5に示したようにプリズム11の面(反射面)11d、11eの傾斜角がなだらであるため、図5に示したように受信光31及び送信光33がこれら面11d及び面11eによって反射された光は後方(面11aから遠ざかる方向)に進行し、その方向に配置されている受光素子22及び発光素子23の各素子面22a、23aに斜めに入射及び出射することになる。そのため、これら素子面22aで反射された光は、さらに後方に進行するものとなり、素子面23aで出射された光の一部が光ファイバ21の端面に入射している。   That is, as shown in FIG. 5, since the inclination angles of the surfaces (reflective surfaces) 11d and 11e of the prism 11 are gentle, the received light 31 and the transmitted light 33 are shown in FIG. The light reflected by 11e travels backward (in a direction away from the surface 11a), and enters and exits the element surfaces 22a and 23a of the light receiving element 22 and the light emitting element 23 arranged in that direction obliquely. . Therefore, the light reflected by these element surfaces 22 a travels further rearward, and a part of the light emitted by the element surface 23 a is incident on the end face of the optical fiber 21.

従って、図5(a)に各素子面22a、23aで反射された光の経路は入射してきた経路と異なって近接せず、つまり反射光が入射してきた経路を遡って再び光ファイバ21に入射し、相手局の遠端クロストークとなるといったことは発生しないものとなっており、かつ、この点で遠端クロストークを大幅に低減することができなかった。   Accordingly, in FIG. 5A, the path of the light reflected by the element surfaces 22a and 23a is not close to the path where the light is incident. That is, the path where the reflected light is incident is traced back to the optical fiber 21 again. However, the far-end crosstalk of the partner station does not occur, and the far-end crosstalk cannot be significantly reduced in this respect.

また、受光素子22は集光用レンズ13の正面ではなく、集光用レンズ13の正面に対し、軸21a方向においてプリズム11の面11aから遠ざかる方向にずらして配置されていた。同様に、発光素子23も集光用レンズ15の正面ではなく、集光用レンズ15の正面に対し、軸21a方向において面11aから遠さがった方向にずらして配置されていた。結合効率は光源から光ファイバへ光を入射するとき、光源とファイバとの結合と呼んでいる。光源から出射された全光パワーと、ファイバに入射された光のパワーとの比較を結合効率と呼んでおり、上記のような配置構成では結合効率にも問題があった。   Further, the light receiving element 22 is arranged not in front of the condensing lens 13 but in a direction away from the surface 11a of the prism 11 in the direction of the axis 21a with respect to the front surface of the condensing lens 13. Similarly, the light emitting element 23 is also arranged not in front of the condensing lens 15 but in a direction away from the surface 11a in the axis 21a direction with respect to the front of the condensing lens 15. The coupling efficiency is called coupling between the light source and the fiber when light enters the optical fiber from the light source. A comparison between the total light power emitted from the light source and the power of the light incident on the fiber is called coupling efficiency, and the above arrangement has a problem in coupling efficiency.

さらに、図5(b)のように、発光素子23も集光用レンズ15の正面ではなく、集光用レンズ15の正面に対し、軸21a方向において面11aから遠さがった方向にずらして配置されたことによって、光の結合効率を上げることができず、よって高い信頼性を有する双方向光通信用光学部品を得ることができなかった。   Further, as shown in FIG. 5B, the light emitting element 23 is also arranged not in front of the condensing lens 15 but in a direction away from the surface 11a in the axis 21a direction with respect to the front surface of the condensing lens 15. As a result, the coupling efficiency of light cannot be increased, and thus an optical component for bidirectional optical communication having high reliability cannot be obtained.

本発明の目的は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、遠端クロストークを大幅に低減できるようにしたことと結合効率を上げることができるようにした双方向光モジュールを提供することにある。   The object of the present invention has been made in view of such problems, and the technical problem is that both the far-end crosstalk can be greatly reduced and the coupling efficiency can be increased. The object is to provide a dioptric module.

上記課題を解決するために、本発明は、一本の光ファイバと、受光素子及び発光素子と、光信号を集光及び反射させる光学部品とを有し、上記一本の光ファイバを通じて送受信を行う双方向モジュールにおいて、上記光学部品は、上記光ファイバの端面と対向される第1の面と、該第1の面と隣接し受光素子と対向される第2の面と、該第2の面と対向しかつ上記第1の面と隣接して発光素子と対向される第3の面と、上記第1の面から入射される受信光を上記第2の面に向って反射する第4の面と、上記第3の面から入射される送信光を上記第1の面に向って反射する第5の面とによって断面五角形を成し、上記光学部品の第1の面及び第2の面にそれぞれ上記受信光を集光する集光用レンズを一体形成し、上記第1の面及び第3の面にそれぞれ上記送信光を集光する集光用レンズを一体形成し、上記光学部品の第2の面と上記受光素子との間、及び上記光学部品の第3の面と上記発光素子との間に、それぞれ光アイソレータを配置したことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention includes a single optical fiber, a light receiving element and a light emitting element, and an optical component that collects and reflects an optical signal, and transmits and receives through the single optical fiber. In the bidirectional module to perform, the optical component includes a first surface facing the end surface of the optical fiber, a second surface adjacent to the first surface and facing the light receiving element, and the second surface. A third surface facing the surface and adjacent to the first surface and facing the light emitting element; and a fourth surface that reflects received light incident from the first surface toward the second surface. And a fifth surface that reflects the transmission light incident from the third surface toward the first surface, form a pentagonal cross section, and the first surface and the second surface of the optical component. A condensing lens for condensing the received light is integrally formed on each of the surfaces, and is formed on the first surface and the third surface. A condensing lens for condensing the transmission light is integrally formed, and between the second surface of the optical component and the light receiving element, and between the third surface of the optical component and the light emitting element. In addition, an optical isolator is arranged respectively.

また、上記光学部品の第4の面及び第5の面は、それぞれ上記光ファイバの軸方向となす角度が45°以下であることを特徴とする。   The fourth surface and the fifth surface of the optical component each have an angle of 45 ° or less with respect to the axial direction of the optical fiber.

更に、上記光学部品の第1の面に、上記送信光を集光するレンズと上記受信光を集光するレンズがそれぞれ形成されていることを特徴とする。   Furthermore, a lens for condensing the transmission light and a lens for condensing the reception light are respectively formed on the first surface of the optical component.

また、上記送信光を集光するレンズと上記受信光を集光するレンズの半径が異なることを特徴とする。   Further, the radius of the lens for condensing the transmission light and the lens for condensing the reception light are different.

更に、上記光学部品の第4の面と第5の面にAl、Au、SiO、MgF、TiO、SiOの1種以上からなる全反射誘電体薄膜を備えたことを特徴とする。 Further, the fourth and fifth surfaces of the optical component are provided with a total reflection dielectric thin film made of one or more of Al, Au, SiO, MgF 2 , TiO 2 , and SiO 2 .

また、前記全反射誘電体薄膜の厚みが1nm以上100nm以下であることを特徴とする。   The total reflection dielectric thin film has a thickness of 1 nm to 100 nm.

更に、上記光学部品の第1の面及び第5の面が、それぞれ球面形状又は非球面形状とされていることを特徴とする。   Furthermore, the first surface and the fifth surface of the optical component are each made spherical or aspherical.

以上に述べた通り、本発明によればプリズムの第2の面と受光素子との間に光アイソレータを配置した構成からによって、受光素子面からの反射を遮断することによって受信側にクロストークを大幅に低減することができ、また、前記プリズムの第3の面と発光素子との間に光アイソレータを配置した構成により、第1の面から入射される受信光の一部が第3の面に向って反射する受信光を遮断することにより発光素子に悪影響を与えることなしとその点で高結合効率、高性能の向上を有する双方向光モジュールを得ることができる。   As described above, according to the present invention, the configuration in which the optical isolator is disposed between the second surface of the prism and the light receiving element prevents crosstalk on the receiving side by blocking reflection from the light receiving element surface. In addition, the optical isolator is arranged between the third surface of the prism and the light emitting element, so that a part of the received light incident from the first surface is the third surface. It is possible to obtain a bidirectional optical module having a high coupling efficiency and high performance without adversely affecting the light emitting element by blocking the received light reflected toward the.

また、本発明ではプリズムの反射面側は集光レンズ形状によって構成されるものとなっているため、光の結合効率と光電気変換効率の向上を図ることができ、小型に構成でき、かつ安価な双方向光モジュールを得ることができる。   Further, in the present invention, since the reflecting surface side of the prism is configured by the shape of the condensing lens, it is possible to improve the light coupling efficiency and the photoelectric conversion efficiency, to be small in size, and to be inexpensive. A bidirectional optical module can be obtained.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、従来例と同じものについては同じ符号を用いるものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. In addition, the same code | symbol shall be used about the same thing as a prior art example.

図1は、本発明の双方向光モジュールに用いる光学部品60の実施の形態を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図を示す。この例では受信光経路(受光素子側)と送信光経路(送光素子側)は同一材料を使用して一体成形となっていることによって製造コストを低減することができる。   FIG. 1 is a view showing an embodiment of an optical component 60 used in the bidirectional optical module of the present invention, where (a) shows a front view and (b) shows a side view. In this example, the receiving light path (light receiving element side) and the transmitting light path (light transmitting element side) are integrally formed using the same material, so that the manufacturing cost can be reduced.

図1は、この受信光経路と送信光経路とを同一材料で一体成形する構造の光学部品において、発光素子と受光素子とを対向配置できるようにした構成を示したものであり、この実施の形態では光学部品60は断面形状が五角形をなすプリズム62を使用して構成される。   FIG. 1 shows a configuration in which a light emitting element and a light receiving element can be arranged to face each other in an optical component having a structure in which the reception light path and the transmission light path are integrally formed of the same material. In an embodiment, the optical component 60 is configured using a prism 62 having a pentagonal cross-sectional shape.

図1(a)に示すように、プリズム62の第1の面62aとそれぞれ隣接する第2の面62b及び第3の面62cと、前記第1の面62aには受信用及び送信用の二つの集光用レンズ63、64がそれぞれ一体形成されており、さらに前記第2の面62b及び前記第3の面62cにも集光用レンズ65、66がそれぞれ一体形成されている。   As shown in FIG. 1A, the second surface 62b and the third surface 62c adjacent to the first surface 62a of the prism 62, respectively, and the first surface 62a are provided for receiving and transmitting. Two condensing lenses 63 and 64 are integrally formed, and condensing lenses 65 and 66 are also integrally formed on the second surface 62b and the third surface 62c, respectively.

図1(b)に側面図を示すように、第2の面62b及び第3の面62cは第1の面62aとそれぞれ直角をなすものとされ、五角形の残る第4の面62d及び第5の面62eは内側にへこんだ面とされて、これら第4の面62dと第5の面62eとがなす角部62fは図1(b)に示したように第1の面62aに近接した位置に位置される。   As shown in the side view of FIG. 1B, the second surface 62b and the third surface 62c are perpendicular to the first surface 62a, respectively, and the remaining pentagonal fourth surface 62d and fifth The surface 62e is an indented surface, and the corner 62f formed by the fourth surface 62d and the fifth surface 62e is close to the first surface 62a as shown in FIG. Located in position.

このプリズム62は図1(b)において角部62fより上方に位置する部分が受光部を構成し、角部62fより下方に位置する部分が送光部を構成するものとされる。上記のような形状を有するプリズム62の、光ファイバ端面と対向される第1の面62aには受信用及び送信用の二つの集光用レンズ63、64がそれぞれ一体形成されており、これら集光用レンズ63、64は共に一部が切り欠かれ、それら切り欠かれた部分が連結合体された構造となっている。また、第2の面62b及び第3の面62cにも集光用レンズ65、66がそれぞれ一体形成されており、さらに反射面として機能する第4の面62d及び第5の面62eは球面形状をなすものとされている。   In this prism 62, a portion located above the corner portion 62f in FIG. 1B constitutes a light receiving portion, and a portion located below the corner portion 62f constitutes a light transmitting portion. Two condensing lenses 63 and 64 for reception and transmission are integrally formed on the first surface 62a of the prism 62 having the shape as described above, which faces the end face of the optical fiber. Each of the optical lenses 63 and 64 has a structure in which a part thereof is cut out and the cut out parts are continuously coupled. Further, condensing lenses 65 and 66 are integrally formed on the second surface 62b and the third surface 62c, respectively, and the fourth surface 62d and the fifth surface 62e functioning as reflecting surfaces are spherical. It is supposed to make.

なお、この実施の形態では光学部品60はプリズム62に上述したように集光用レンズ63〜66が一体形成され、さらに面62d、62eが球面形状又は非球面形状とした構成をなすものとされている。さらに、透明度(透過率)の高い安価な樹脂(例えばアクリル、ポリカーボネート、非晶性ポリオプレンフィン等)を使用して作製され、その際、例えば集光用レンズ63〜66と面62d、62eとプリズム62とを二色成形により一体形成することもできる。なお、一般的な光学系ガラスのよって集光用レンズ63〜66と面62d、62eとプリズム62とを製作してもよい。   In this embodiment, the optical component 60 is configured such that the condensing lenses 63 to 66 are integrally formed on the prism 62 as described above, and the surfaces 62d and 62e are spherical or aspherical. ing. Furthermore, it is manufactured using an inexpensive resin (for example, acrylic, polycarbonate, amorphous polyoprene fin, etc.) with high transparency (transmittance). At this time, for example, the condensing lenses 63 to 66 and the surfaces 62d and 62e The prism 62 can be integrally formed by two-color molding. In addition, you may manufacture the condensing lenses 63-66, the surfaces 62d and 62e, and the prism 62 with general optical system glass.

受信側の反射面をなす面62d及び送信側の反射面をなす面62eがそれぞれ光ファイバ軸21a方向となす傾斜角α、αは45°以下の角度に設定され、かつ、35°以上45°以下程度の角度とすることが好ましい。 The inclination angles α 1 and α 2 formed by the surface 62d forming the reception-side reflection surface and the surface 62e forming the transmission-side reflection surface with respect to the optical fiber axis 21a are set to 45 ° or less, and 35 ° or more. An angle of about 45 ° or less is preferable.

プリズム62の第1の面62aから入射される受信光を第2の面62bに向って反射する第4の面62d及び第3の面から入射される送信光を第1の面62aに向って反射する第5の面62eの反射面に全反射膜67が形成されている。前記全反射膜67はアルミニウム、金等の金属膜と非金属膜の誘電体多層膜で形成したり、あるいは前記全反射膜67がAl、Au、SiO、MgF、TiO、SiOから選択する1種以上を用いることが好ましい。 The fourth surface 62d that reflects the reception light incident from the first surface 62a of the prism 62 toward the second surface 62b and the transmission light that is incident from the third surface toward the first surface 62a. A total reflection film 67 is formed on the reflection surface of the fifth surface 62e to be reflected. The total reflection film 67 is formed of a dielectric multilayer film of a metal film such as aluminum or gold and a non-metal film, or the total reflection film 67 is selected from Al, Au, SiO, MgF 2 , TiO 2 , and SiO 2. It is preferable to use one or more of these.

全反射膜67は、紫外、可視そして赤外領域の広い範囲で高い反射率を持ち、信頼性の高い膜を用いている。また、前記全反射膜67の反射率を高めるために、多層膜の誘電体膜しており、該全反射膜67の厚みが1nm以上100nm以下の範囲が好ましく、波長範囲が500nm以上850nm以下で全反射率が99.5%以上とすることが好ましい。この範囲にすることにより、全反射膜67の膜面の強度が強く、クリーニングが耐えられることと、送信側及び受信側から強い出射光を出射することができる。   The total reflection film 67 is a highly reliable film having a high reflectance in a wide range of ultraviolet, visible, and infrared regions. In order to increase the reflectance of the total reflection film 67, a multilayer dielectric film is used, and the total reflection film 67 preferably has a thickness in the range of 1 nm to 100 nm, and the wavelength range of 500 nm to 850 nm. The total reflectance is preferably 99.5% or more. By setting it within this range, the strength of the film surface of the total reflection film 67 is strong, the cleaning can be endured, and strong outgoing light can be emitted from the transmission side and the reception side.

第4の面62d及び第5の面62eに全反射膜67を形成することによって、送信側及び受信側から出射光が無駄なくファイバへ結合する事ができることで歩留まりが向上することができる。   By forming the total reflection film 67 on the fourth surface 62d and the fifth surface 62e, the emitted light can be coupled to the fiber from the transmission side and the reception side without waste, so that the yield can be improved.

図2は図1に示した光学部品60を使用した本発明の双方向光モジュールを示す。発光素子23はプリズム62の面62cの集光用レンズ66と対向配置され、一方受光素子22はプリズム62の面62bの集光用レンズ65と対向配置され、これにより発光素子23と受光素子22とが平行対向されて配置されている。光ファイバ21の光ファイバ軸21aはプリズム62の面62aにおける受信側の集光用レンズ63の光ファイバ軸21aと一致される。   FIG. 2 shows a bidirectional optical module of the present invention using the optical component 60 shown in FIG. The light emitting element 23 is disposed opposite to the condensing lens 66 on the surface 62c of the prism 62, while the light receiving element 22 is disposed opposite to the condensing lens 65 on the surface 62b of the prism 62, whereby the light emitting element 23 and the light receiving element 22 are arranged. Are arranged in parallel with each other. The optical fiber axis 21 a of the optical fiber 21 coincides with the optical fiber axis 21 a of the condensing lens 63 on the receiving side on the surface 62 a of the prism 62.

光ファイバ21の端面21bから出射する受信光15aは図2に示したように受信光15aが集光用レンズ63で集光されてプリズム62内に入射し、球面又は非球面の曲面形状とされた面62dの全反射膜67で全反射し、面62bに至り、集光用レンズ65で集光されて光アイソレータ55を透過することによって受光素子22に入射する。該受光素子22に入射した前記受信光15aの一部が該受光素子22aの表面で反射光15aaが反射すると、図3に示すように再び該光アイソレータ55へ入射することによって、反射光15aaが該光アイソレータ55で遮断される。   As shown in FIG. 2, the received light 15a emitted from the end face 21b of the optical fiber 21 is collected by the condensing lens 63 and is incident on the prism 62 to be a spherical or aspheric curved surface. The light is totally reflected by the total reflection film 67 on the surface 62 d, reaches the surface 62 b, is condensed by the condensing lens 65, passes through the optical isolator 55, and enters the light receiving element 22. When a part of the received light 15a incident on the light receiving element 22 is reflected by the surface of the light receiving element 22a, the reflected light 15aa is again incident on the optical isolator 55 as shown in FIG. It is blocked by the optical isolator 55.

このように受光素子22aの表面で反射光15aaが反射し、光アイソレータ55で遮断されることによってクロストークを大幅に低減することができる。   As described above, the reflected light 15aa is reflected by the surface of the light receiving element 22a and is blocked by the optical isolator 55, so that crosstalk can be greatly reduced.

図2に示すように、光ファイバ21の端面21bから出射する受信光15aの一部が集光用レンズ64で集光されてプリズム62内に入射し、球面形状又は非球面形状とされた面62eの全反射膜67で全反射し、全反射した出射光は受信光15a1で、該受信光15a1が、面62cに至り、集光用レンズ66で集光されて光アイソレータ55へ入射することによって、受信光15a1が該光アイソレータ55で遮断される。   As shown in FIG. 2, a part of the received light 15a emitted from the end face 21b of the optical fiber 21 is condensed by the condensing lens 64 and enters the prism 62, and has a spherical or aspherical shape. The outgoing light totally reflected by the total reflection film 67e of 62e and totally reflected is received light 15a1, and the received light 15a1 reaches the surface 62c, is condensed by the condensing lens 66, and enters the optical isolator 55. As a result, the received light 15a1 is blocked by the optical isolator 55.

このように受信光15a1が該光アイソレータ55で遮断されることによって発光素子23の性能劣化を避けることと安定した発光と結合効率の向上が得られることができる。   As described above, the received light 15a1 is blocked by the optical isolator 55, so that it is possible to avoid performance degradation of the light emitting element 23 and to improve stable light emission and coupling efficiency.

図4は図1に示した光学部品60を使用して光の送信側が行われる様子を示したものであり、発光素子23はプリズム62の面62cの集光用レンズ66と対向配置され、これにより発光素子23が平行対向されて配置されている。光ファイバ21の光軸はプリズム62の面62aにおける送信側の集光用レンズ64の光ファイバ軸と一致される。   FIG. 4 shows how the light transmitting side is performed using the optical component 60 shown in FIG. 1, and the light emitting element 23 is disposed opposite to the condensing lens 66 on the surface 62c of the prism 62. Thus, the light emitting elements 23 are arranged in parallel to face each other. The optical axis of the optical fiber 21 coincides with the optical fiber axis of the condensing lens 64 on the transmission side on the surface 62 a of the prism 62.

発光素子23から出射された送信光16aは光アイソレータ55を透過し、集用レンズ66によって集光されてプリズム62内に入射し、球面形状又は非球面形状とされた面62eの全反射膜67で全反射し、面62aに至り、集光用レンズ64で集光されて光ファイバ21の端面21bに入射される。   The transmission light 16a emitted from the light emitting element 23 passes through the optical isolator 55, is collected by the collecting lens 66, enters the prism 62, and is a total reflection film 67 on the surface 62e having a spherical or aspherical shape. Is totally reflected, reaches the surface 62a, is condensed by the condensing lens 64, and is incident on the end surface 21b of the optical fiber 21.

このように、図に示したような形状を有するプリズム62を用いることにより、送信光経路と受信光経路とを分離できると共に、発光素子23と受光素子22とを対向配置できるものとなる。また、受光素子22又は発光素子23は集光用レンズ65又は集光用レンズ66の正面に対して、軸21a方向においてプリズム62の面62aがずらしなしで配置されたものとされる。   Thus, by using the prism 62 having the shape as shown in the figure, the transmission light path and the reception light path can be separated, and the light emitting element 23 and the light receiving element 22 can be arranged to face each other. The light receiving element 22 or the light emitting element 23 is arranged such that the surface 62a of the prism 62 is not shifted in the direction of the axis 21a with respect to the front surface of the condensing lens 65 or the condensing lens 66.

本発明の双方向光モジュールの実施例として図2に示すものを作成した。光ファイバ、断面形状が五角形をなすプリズム、2個の光アイソレータ、受光素子と発光素子を互いに接合した。   As an example of the bidirectional optical module of the present invention, the one shown in FIG. 2 was prepared. An optical fiber, a prism having a pentagonal cross section, two optical isolators, a light receiving element, and a light emitting element were bonded to each other.

プリズム及び集光用レンズの材料は一般的な光学系ガラスであるBK7で、プリズム62と、反射角度α+αが90°であり、集光用レンズ63の半径が2.5mmと集光用レンズ64の半径が1.5mmであり、集光用レンズ65、66の曲率半径が1.0mmであり、受光素子22の開口形が0.12mmの寸法と発光素子23が0.5mm×0.5mm×t0.1mmである。 The material of the prism and the condensing lens is BK7 which is a general optical system glass, the prism 62 and the reflection angle α 1 + α 2 are 90 °, and the condensing lens 63 has a radius of 2.5 mm. The lens 64 has a radius of 1.5 mm, the condensing lenses 65 and 66 have a radius of curvature of 1.0 mm, the light receiving element 22 has an opening shape of 0.12 mm, and the light emitting element 23 has a size of 0.5 mm. 0.5 mm × t 0.1 mm.

第4の面62d及び第5の面62eの反射面に全反射膜67の金属膜をAu、SiO、MgF、TiO、SiOにて形成した。また、全反射膜67の多層積層膜厚みが75nmで形成し、波長範囲が500nm以上850nm以下で全反射率が99.5%以上とである。 A metal film of the total reflection film 67 was formed of Au, SiO, MgF 2 , TiO 2 , and SiO 2 on the reflection surfaces of the fourth surface 62d and the fifth surface 62e. The total reflection film 67 is formed to have a multilayer laminated film thickness of 75 nm, a wavelength range of 500 nm to 850 nm, and a total reflectance of 99.5% or more.

一方、比較例として図5に示すものを作製した。比較例が本発明実施例と異なる点は、反射角度β+βが80°で、受光素子22又は発光素子23は集光用レンズ13又は集光用レンズ15の正面に対して、軸21a方向においてプリズム11の面11aがずらした位置で配置したものである。 On the other hand, what was shown in FIG. 5 as a comparative example was produced. The comparative example is different from the embodiment of the present invention in that the reflection angle β 1 + β 2 is 80 °, and the light receiving element 22 or the light emitting element 23 has an axis 21a with respect to the front surface of the condensing lens 13 or the condensing lens 15. The surface 11a of the prism 11 is arranged at a position shifted in the direction.

本発明実施例と比較例の双方向光モジュールのサンプルをそれぞれ11個作製し、それらについて光学特性(結合効率、クロストーク)を測定した。光学特性の測定条件は、光波長λoを670nm、発光ダイオードの光出力強度を0dBmまたは1mWで行った。測定系には、Agilent社のAgilent86142B Optical Spectrum Analizerとして、固定レーザ光源モジュール(LED)として光パワー・センサ・モジュール(光波長λoを670nm)を使用して測定を行った。   Eleven samples of the bidirectional optical module of the inventive example and the comparative example were prepared, and the optical characteristics (coupling efficiency, crosstalk) were measured. The optical characteristics were measured under the conditions that the light wavelength λo was 670 nm and the light output intensity of the light emitting diode was 0 dBm or 1 mW. For the measurement system, Agilent 86142B Optical Spectrum Analyzer manufactured by Agilent was used, and an optical power sensor module (light wavelength λo of 670 nm) was used as a fixed laser light source module (LED).

以上の測定条件で本発明の実施例、比較例の光学デバイスの光学特性評価結果を表1に示す。

Figure 2005215219
Table 1 shows the optical property evaluation results of the optical devices of Examples and Comparative Examples of the present invention under the above measurement conditions.
Figure 2005215219

これにより、本発明の実施例の11個の結合効率の平均は、0.10dBであり、クロストークの平均は−65dBであった。また、比較例の11個の結合効率の平均は、0.3dBであり、遠端クロストークの平均は−60dBであった。したがって、本発明実施例は、比較例よりも十分に良好な光学特性を有し、それらの値も安定していることが確認できた。   As a result, the average of 11 coupling efficiencies in the example of the present invention was 0.10 dB, and the average of crosstalk was −65 dB. The average of the 11 coupling efficiencies of the comparative example was 0.3 dB, and the average of far-end crosstalk was −60 dB. Therefore, it was confirmed that the examples of the present invention had sufficiently better optical characteristics than those of the comparative examples, and those values were also stable.

以上の結果から明らかな様に、比較例では、特に受光素子と発光素子が集光用レンズの正面ではなく、集光用レンズの正面に対し、軸方向においてプリズムの面から遠ざかる方向にずらして配置されており、クロストークと結合効率の値は、実施例の結果よりもかなり悪くなっている。また発光素子からの出射光はファイバの結合効率の値が非常に悪いのは発光素子が集光用レンズの正面ではなく配置されている。   As is clear from the above results, in the comparative example, the light receiving element and the light emitting element are not shifted from the prism surface in the axial direction with respect to the front surface of the condensing lens, not the front surface of the condensing lens. The crosstalk and coupling efficiency values are much worse than the results of the example. The light emitted from the light emitting element has a very poor fiber coupling efficiency because the light emitting element is not disposed in front of the condensing lens.

これに対し、本発明実施例によれば、図に示したような形状を有するプリズムの反射側に集光用レンズ効果を用いることにより光の拡がりを抑制して送信光、受信光共に光の結合効率を向上させたものとなっており、また光アイソレータを使用することによって遠端クロストークの発生を大幅に低減するができた。また、受光素子又は発光素子は集光用レンズの正面に対して、軸方向においてプリズムの面をずらすことなしで配置し、よって高い信頼性を有する双方向光モジュールが実現した。   On the other hand, according to the embodiment of the present invention, by using the condensing lens effect on the reflection side of the prism having the shape as shown in the figure, it is possible to suppress the spread of light and transmit and receive light. The coupling efficiency has been improved, and the occurrence of far-end crosstalk has been significantly reduced by using an optical isolator. In addition, the light receiving element or the light emitting element is arranged without shifting the prism surface in the axial direction with respect to the front surface of the condensing lens, thereby realizing a bidirectional optical module having high reliability.

本発明の双方向光モジュールに用いる光学部品を示しており、(a)は正面図、(b)は側面図である。The optical component used for the bidirectional | two-way optical module of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is a side view. 本発明の双方向光モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the bidirectional | two-way optical module of this invention. 本発明の双方向光モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the bidirectional | two-way optical module of this invention. 本発明の双方向光モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the bidirectional | two-way optical module of this invention. 従来の双方向光モジュールを示しており、(a)は受信側、(b)は送信側を示す断面図である。The conventional bidirectional optical module is shown, (a) is sectional drawing which shows a receiving side, (b) is a transmission side.

符号の説明Explanation of symbols

11、62 プリズム
11a、11b、11c、11d、11e、62a、62b、62c、62d、62e 面
12、13、14、15、63、64、65、66 集光用レンズ
15a、15a1、31 受信光
15aa 反射光
16a、32、33 送信光
21 ファイバ
21a 光ファイバ軸
21b 光ファイバの端面
22 受光素子
22a、23a 素子面
23 発光素子
40、60 光部品
55 光アイソレータ
62f 角部
α、α、β、β 傾斜角
11, 62 Prism 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 62a, 62b, 62c, 62d, 62e Surfaces 12, 13, 14, 15, 63, 64, 65, 66 Condensing lenses 15a, 15a1, 31 Received light 15aa Reflected light 16a, 32, 33 Transmitted light 21 Fiber 21a Optical fiber shaft 21b End face 22 of optical fiber Light receiving element 22a, 23a Element surface 23 Light emitting element 40, 60 Optical component 55 Optical isolator 62f Corner portion α 1 , α 2 , β 1 , β 2 tilt angle

Claims (7)

一本の光ファイバと、受光素子及び発光素子と、光信号を集光及び反射させる光学部品とを有し、上記一本の光ファイバを通じて送受信を行う双方向モジュールにおいて、
上記光学部品は、上記光ファイバの端面と対向される第1の面と、該第1の面と隣接し受光素子と対向される第2の面と、該第2の面と対向しかつ上記第1の面と隣接して発光素子と対向される第3の面と、上記第1の面から入射される受信光を上記第2の面に向って反射する第4の面と、上記第3の面から入射される送信光を上記第1の面に向って反射する第5の面とによって断面五角形を成し、
上記光学部品の第1の面及び第2の面にそれぞれ上記受信光を集光する集光用レンズを一体形成し、上記第1の面及び第3の面にそれぞれ上記送信光を集光する集光用レンズを一体形成し、
上記光学部品の第2の面と上記受光素子との間、及び上記光学部品の第3の面と上記発光素子との間に、それぞれ光アイソレータを配置したことを特徴とする双方向光モジュール。
In a bidirectional module that has one optical fiber, a light receiving element and a light emitting element, and an optical component that collects and reflects an optical signal, and performs transmission and reception through the one optical fiber,
The optical component includes a first surface facing the end surface of the optical fiber, a second surface adjacent to the first surface and facing the light receiving element, facing the second surface, and A third surface adjacent to the first surface and facing the light emitting element; a fourth surface that reflects the incoming light incident from the first surface toward the second surface; And a fifth surface that reflects the transmission light incident from the third surface toward the first surface, and forms a pentagonal cross section.
A condensing lens for condensing the received light is integrally formed on the first surface and the second surface of the optical component, respectively, and the transmission light is condensed on the first surface and the third surface, respectively. A condensing lens is integrally formed,
A bidirectional optical module, wherein an optical isolator is disposed between the second surface of the optical component and the light receiving element, and between the third surface of the optical component and the light emitting element.
上記光学部品の第4の面及び第5の面は、それぞれ上記光ファイバの軸方向となす角度が45°以下であることを特徴とする請求項1に記載の双方向光モジュール。 2. The bidirectional optical module according to claim 1, wherein the fourth surface and the fifth surface of the optical component each have an angle of 45 ° or less with respect to the axial direction of the optical fiber. 上記光学部品の第1の面に、上記送信光を集光するレンズと上記受信光を集光するレンズがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の双方向光モジュール。 3. The bidirectional optical module according to claim 1, wherein a lens for condensing the transmission light and a lens for condensing the reception light are formed on the first surface of the optical component. . 上記送信光を集光するレンズと上記受信光を集光するレンズの半径が異なることを特徴とする請求項3記載の双方向光モジュール。 4. The bidirectional optical module according to claim 3, wherein a radius of the lens for condensing the transmission light is different from that of the lens for condensing the reception light. 上記光学部品の第4の面と第5の面にAl、Au、SiO、MgF、TiO、SiOの1種以上からなる全反射誘電体薄膜を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の双方向光モジュール。 The total reflection dielectric thin film made of at least one of Al, Au, SiO, MgF 2 , TiO 2 , and SiO 2 is provided on the fourth surface and the fifth surface of the optical component. The bidirectional optical module according to any one of? 前記全反射誘電体薄膜の厚みが1nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項5に記載の双方向光モジュール。 6. The bidirectional optical module according to claim 5, wherein the total reflection dielectric thin film has a thickness of 1 nm to 100 nm. 上記光学部品の第4の面及び第5の面が、それぞれ球面又は非球面の曲面形状とされていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の双方向光モジュール。 The bidirectional optical module according to any one of claims 1 to 6, wherein the fourth surface and the fifth surface of the optical component have spherical or aspheric curved surfaces, respectively.
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