JP2005326787A - 双方向光モジュール並びに光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学素子を極力減らすことによりモジュール全体の小型化や組立工程の簡略化を図りつつ、クロストークの影響を軽減させる。
【解決手段】 出力光を発光する発光素子１２並びに入力光を受光する受光素子１３を光ファイバ１７の端面１８に略平行な基板１１上に並べて固定し、固定された発光素子１２のみを第１の光学ブロック１５で被覆するとともに、当該第１の光学ブロック１５より低屈折率の材料で構成される第２の光学ブロック１６のみにより受光素子１３を被覆し、第１の光学ブロック１５と第２の光学ブロック１６とを互いに接触させることにより形成される境界３３を含むように光ファイバ１７の端面１８に露出する光導波部１９を突き当てて固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバを介して双方向に光信号を伝送する一芯双方向光通信に適用される光学部品、双方向光モジュールに関する。

近年における情報通信機器の高機能化や高速化に伴い、かかる機器間の伝送速度は、約数Ｇｂｐｓ〜数十Ｇｂｐｓにまで及んでいる。また、インターネット等に代表される通信網の普及やその高速化、さらには家電製品のデジタル化も相俟って、この伝送速度は今後ともさらに高くなるものと予測される。特に、この高速なデータ通信を実現する際には、メタルケーブルと比較して通信帯域が広範に亘り、かつ柔軟な敷設が可能な光ファイバケーブルが重要な役割を担うと考えられる。

しかし、この光ファイバケーブルを実際に利用する場合には、メタルケーブルを利用する場合と比較して、コネクタやケーブル本体に起因する部品や、光通信モジュールの組み立てに多くのコストがかかる。このため、特に近年において、組み立てが容易でコストを軽減できる一芯双方向光通信システムの導入が進んできている。

この一芯双方向光通信システムは、１本の光ファイバを用いて双方向に光信号を伝送するシステムであり、これに適用されるモジュールとして、ディスクリート部品により構成される光送受信モジュール（例えば、特許文献１参照。）や、光導波回路を用いた光送受信モジュール（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。

特開２００２−２９６４５６号公報 特開２０００−７７４７０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示す開示技術では、やはり複雑な組み立て工程が必要となり、また、特許文献２に示す開示技術では、複雑なプロセスを経て成型される石英導波路が必要となる。このため、一芯双方向光通信システムに適用される従来のモジュールでは、作製に伴うコストを軽減させることができないという問題点があった。

また従来の開示技術では、モジュール全体の部品点数が増えることになり、モジュール全体が大型化してしまう結果、屋内における近距離光通信を前提とした一芯双方向光通信システムを構築する上で大きな障害となるという問題点もあった。

更には、双方向光モジュールは、レーザダイオード等のような発光素子から発光させた出力光を、双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光する構成とされている。このため、モジュール全体の小型化を進めていくにつれ、発光素子と受光素子の間隔が接近することになり、いわゆるクロストークが生じてしまう。

ここでいうクロストークとは、発光素子から発光された出力光の一部が、光ファイバの端面やモジュール内の各部品を反射してこれが受光素子に入射することをいい、かかるクロストークが増加することによりノイズが生じ、光ファイバから供給される入力光のみを精度よく光電変換させることができなくなる。

このため、特にこのクロストークを除去することを念頭におきつつ、モジュール全体の小型化を進める必要性もあった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、光学素子を極力減らすことによりモジュール全体の小型化や組立工程の簡略化を図りつつ、クロストークの影響を軽減させることができる双方向光モジュール並びに光学部品を提供することにある。

本発明を適用した双方向光モジュールは、上述した課題を解決するために、発光させた出力光を双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光するための双方向光モジュールにおいて、出力光を発光する発光素子と、入力光を受光する受光素子と、発光素子並びに受光素子を光ファイバの端面に略平行な平面上に並べて固定する素子固定手段と、素子固定手段により固定された発光素子のみを被覆する第１の媒質と、第１の媒質より低屈折率の材料で構成され、第１の媒質の側面に接触させつつ素子固定手段により固定された受光素子のみを被覆する第２の媒質と、第１の媒質と第２の媒質とを互いに接触させることにより形成される媒質間の境界を含むように光ファイバの端面に露出する光導波部を突き当てて固定する光ファイバ固定手段とを備える。

本発明を適用した双方向光モジュールは、上述した課題を解決するために、発光させた出力光を双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光するための双方向光モジュールにおいて、出力光を発光する発光素子と、入力光を受光する受光素子と、発光素子並びに受光素子を光ファイバの端面に略平行な平面上に並べて固定する素子固定手段と、素子固定手段により固定された受光素子のみを被覆する媒質と、媒質を一部に含むように上記光ファイバの端面に露出する光導波部を突き当てて固定する光ファイバ固定手段とを備える。

本発明を適用した双方向光モジュールは、上述した課題を解決するために、発光させた出力光を双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光するための双方向光モジュールにおいて、出力光を発光する発光素子と、入力光を受光する受光素子と、発光素子並びに受光素子を光ファイバの端面に略平行な平面上に並べて固定する素子固定手段と、素子固定手段により固定された発光素子のみを被覆する第１の媒質と、出力光を全反射させる反射膜を介して第１の媒質の側面に接触させつつ素子固定手段により固定された受光素子のみを被覆する第２の媒質と、第１の媒質と第２の媒質とを互いに接触させることにより形成される媒質間の境界を含むように光ファイバの端面に露出する光導波部を突き当てて固定する光ファイバ固定手段とを備える。

本発明を適用した光学部品は、上述した課題を解決するために、発光素子により発光された出力光を双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光素子に受光させるための光学部品において、発光素子並びに受光素子を光ファイバの端面に略平行な平面上に並べて固定する素子固定手段と、素子固定手段により固定された発光素子のみを被覆する第１の媒質と、第１の媒質より低屈折率の材料で構成され、第１の媒質の側面に接触させつつ素子固定手段により固定された受光素子のみを被覆する第２の媒質とを備え、第１の媒質並びに第２の媒質は、互いに接触させることにより形成される媒質間の境界を含むように光ファイバの端面に露出する光導波部を突き当てるための突き当て面が形成されてなる。

本発明を適用した双方向光モジュール並びに光学部品では、いわゆるクロストークを軽減させることができ、また光学素子を極力減らすことによりモジュール全体の小型化や組立工程の簡略化を図ることができ、ひいてはコストの大幅な削減を図ることも可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、１本の光ファイバを用いて双方向に光信号を伝送する一芯双方向光通信システムに適用される双方向光モジュール１につき図面を参照しながら詳細に説明する。

双方向光モジュール１は、図１に示すように、各素子を配設するためのＧａＡｓ等からなる基板１１と、基板１１における面３１上に固定される発光素子１２並びに受光素子１３と、基板１１における面３１上に固定された発光素子１２のみを被覆する屈折率ｎ１からなる第１の光学ブロック１５と、上記第１の光学ブロック１５より低い屈折率ｎ２の材料で構成され、第１の光学ブロック１５の側面３２に接触させつつ面３１上に固定された受光素子１３のみを被覆する第２の光学ブロック１６と、第１の光学ブロック１５と第２の光学ブロック１６とを互いに接触させることにより形成される媒質間の境界３３を含むように光ファイバ１７の端面１８に露出された光導波部１９を突き当てて固定する光ファイバ固定部２０とを備えている。

光ファイバ１７は、コアの周囲にグラッド層を被覆することにより形成される光導波部１９につき、さらに複数層にも亘る被覆材を被覆することにより構成される。この光ファイバ１７は、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等の透明性の樹脂材やガラス等で構成される。このとき光ファイバ１７の端面１８には、ＡＲコート等の反射防止膜を形成するようにしてもよい。

発光素子１２は、半導体の再結合発光を利用して光を発光する発光ダイオードやレーザダイオード等で構成され、一芯双方向光通信に用いられる帯域の出力光を、注入された電流に基づき発光させる。この発光素子１２から出射された拡散光束の出力光は、第１の光学ブロック１５へ入射されることになる。この発光素子１２は、光ファイバ１７の端面１８に略平行な面３１上に受光素子１３と並べて固定され、この面３１上に形成された電極３５に接続される。ちなみに、この電極３５は、上述した注入すべき電流を送り込むためのいわゆるレーザ駆動回路を構成する。

受光素子１３は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等のように、印加されたバイアス電圧に基づき、受光面に対して照射された光を、その光量に応じた電気的な変換信号に変換する光電変換素子である。この受光素子１３は、被覆された第２の光学ブロック１６から供給される入力光につき受光面を介して受光し、その光量に応じた電気信号を生成する。この受光素子１３には、光電変換により生成された電気信号を取り出すためのドライバ回路で構成される電極３５が接続されていてもよい。

第１の光学ブロック１５並びに第２の光学ブロック１６は、互いに屈折率が調整された樹脂やガラス等で構成されている。この第１の光学ブロック１５並びに第２の光学ブロック１６は、それぞれ発光素子１２、受光素子１３を被覆する場合に、電極３５を覆わない配置となるようにしてもよい。また、第１の光学ブロック１５並びに第２の光学ブロック１６は、側面３２を介して互いに接触させる場合において、接着剤で両者を貼り合わせるようにしてもよい。また、第１の光学ブロック１５並びに第２の光学ブロック１６は、それぞれ発光素子１２、受光素子１３上に、透明樹脂等を介して接着することによりこれを被覆するようにしてもよい。

この第１の光学ブロック１５並びに第２の光学ブロック１６は、互いに接触させることにより形成される境界３３を含むように光ファイバ１７の光導波部１９を突き当てるための突き当て面３７が形成されている。この突き当て面３７に光導波部１９を突き当てることにより、光導波部１９を互いに屈折率が異なる２つの光学ブロック１６,１７を跨ぐように配置することが可能となり、この光導波部１９を露出させる光ファイバ１７を上述した光ファイバ固定部２０により固定することで、位置ズレに強く信頼性の高い系の構築が可能となる。

上述の構成からなる双方向光モジュール１において、発光素子１２から発光された出力光は、そのまま第１の光学ブロック１５内部を伝播して光導波部１９へ光結合されることになる。この光導波部１９へ光結合された出力光は、光ファイバ１７を介して相手側のモジュールへと光伝送されることになる。また、この相手側のモジュールから光伝送された入力光は、光導波部１９を介してそれぞれ第１の光学ブロック１５並びに第２の光学ブロック１６へと入射されることになる。このとき第２の光学ブロック１６に入射された入力光は、第２の光学ブロック１６内部を伝播し、これにより被覆される受光素子１３の受光面に光結合されることになる。

即ち、本発明を適用した双方向光モジュール１では、第２の光学ブロック１６の屈折率ｎ２を第１の光学ブロック１５の屈折率ｎ１よりも低く設定してあることから、第１の光学ブロック１５内部を伝播する出力光は、第２の光学ブロック１６内へ屈折することなく、全反射しながら光導波部１９内へ光結合することになる。このため、発光素子１２から発光された出力光の一部が、第２の光学ブロック１６内へ入り込み、これが受光素子１３に入射するいわゆるクロストークが生じることがなくなることから、ノイズのない理想的な信号のみを光電変換して生成することが可能となる。

また、本発明を適用した双方向光モジュール１は、屈折率の異なる２枚の光学ブロック１５,１６を基板１１上に配設するのみで上述した効果を得ることができ、光学素子を極力減らすことによりモジュール全体の小型化や組立工程の簡略化を図ることができ、ひいてはコストの大幅な削減を図ることも可能となる。

ちなみに、この双方向光モジュール１では、光導波部１９における境界３３の相対的な位置関係を調整することにより、発光素子１２から出射される出力光の光導波部１９への光結合効率、並びに光導波部１９から出射される入力光の受光素子１３への光結合効率をともに最適化させることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図２に示すような双方向光モジュール２に適用してもよい。この双方向光モジュール２において、上述した双方向光モジュール１と同一の構成要素、部材については、同一の番号を付すことにより、ここでの説明を省略する。

この双方向光モジュール２では、発光素子１２並びに受光素子１３を、上記光ファイバ１７の端面１８に略平行であって、かつ互いに離間した基板１１ａ,１１ｂに並べて固定する。この双方向光モジュール２によっても、上述した双方向光モジュール１と同等の効果を得ることができ、さらには、別々の基板１１ａ,１１ｂにおいて別々のプロセスで作製した各素子１２,１３上に光学ブロック１５,１６を被覆することができる点においても有用となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図３に示すような双方向光モジュール３に適用してもよい。この双方向光モジュール３において、上述した双方向光モジュール１と同一の構成要素、部材については、同一の番号を付すことにより、ここでの説明を省略する。

この双方向光モジュール３では、図１に示す第１の光学ブロック１５を省略した構成としている。この双方向光モジュール３によれば、受光素子１２上を何ら媒体で覆わない中空とすることにより、受光素子１２から発光された出力光を第２の光学ブロック１６の側面で全反射させつつ、空気中を伝搬させてこれを光導波部１９へと導くことが可能となる。これにより、双方向光モジュール３では、上述した双方向光モジュール１と同様の効果が得られ、さらには、屈折率の異なる複数の光学ブロックを貼り合わせる労力を省略することができ、部材の数も低減できることから、コスト的にも有利となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図４に示すような双方向光モジュール４に適用してもよい。この双方向光モジュール４において、上述した双方向光モジュール１と同一の構成要素、部材については、同一の番号を付すことにより、ここでの説明を省略する。

この双方向光モジュール４では、第１の光学ブロック１５と第２の光学ブロック１６との接触面において、出力光を全反射可能な反射膜４１を形成させる。また、双方向光モジュール４では、第１の光学ブロック１５と第２の光学ブロック１６における屈折率が同一となるように構成している。この双方向モジュール４において用いられる第１の光学ブロック１５並びに第２の光学ブロック１６は、例えば屈折率が等しい２枚のガラス或いは樹脂を接着剤で貼り合わせて作製され、更に何れかの光学ブロック１５,１６の側面には反射膜４１が予め蒸着されて形成されている。

このような構成からなる双方向光モジュール４においても、上述した双方向光モジュール１と同様の効果が得られ、さらには、屈折率の異なる複数の光学ブロックを貼り合わせる労力を省略することができ、さらに、互いに屈折率の異なる２枚の光学ブロックを使用する必要性もなくなることから、コスト的にも有利となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図５に示すような双方向光モジュール５に適用してもよい。この双方向光モジュール５において、上述した双方向光モジュール１と同一の構成要素、部材については、同一の番号を付すことにより、ここでの説明を省略する。

この双方向光モジュール５では、第１の光学ブロック１５と第２の光学ブロック１６の屈折率は互いに異なるように構成されているが、互いに接触させることにより形成される光学ブロック間の境界に切り欠き４２が形成されている。またこの双方向光モジュール５に突き当てるべき光ファイバ１７の端面１８においても、上述した切り欠き４２に対応した形状からなる切り欠き４３が形成されている。これら互いの切り欠き４２,４３を勘合させることにより光学ブロック１５,１６に対する光ファイバ１７の相対的な位置関係を決めることができ、位置合わせを精度よく行うことが可能となる。

即ち、この双方向光モジュール５では、上述した双方向光モジュール１と同様の効果が得られることに加え、さらに位置ズレに非常に強い構成とすることができるため、特に機械的な位置関係において高い信頼性が求められる系において有用となる。

一芯双方向光通信システムに適用される本発明に係る双方向光モジュールの構成図である。 互いに離間した基板上に素子を配列可能な双方向光モジュールの構成図である。 第１の光学ブロックを省略した双方向光モジュールの構成図である。 第１の光学ブロックと第２の光学ブロックの接触面において反射膜を被覆した双方向光モジュールの構成図である。 第１の光学ブロックと第２の光学ブロックの境界に切り欠きを設けた双方向光モジュールの構成図である。

符号の説明

１〜５ 双方向光モジュール、１１ 基板、１２ 発光素子、１３ 受光素子、１５ 第１の光学ブロック、１６ 第２の光学ブロック、１７ 光ファイバ、１８ 端面、１９ 光導波部

Claims (6)

1. 発光させた出力光を双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光するための双方向光モジュールにおいて、
   上記出力光を発光する発光素子と、
   上記入力光を受光する受光素子と、
   上記発光素子並びに上記受光素子を上記光ファイバの端面に略平行な平面上に並べて固定する素子固定手段と、
   上記素子固定手段により固定された発光素子のみを被覆する第１の媒質と、
   上記第１の媒質より低屈折率の材料で構成され、上記第１の媒質の側面に接触させつつ上記素子固定手段により固定された受光素子のみを被覆する第２の媒質と、
   上記第１の媒質と上記第２の媒質とを互いに接触させることにより形成される媒質間の境界を含むように上記光ファイバの端面に露出する光導波部を突き当てて固定する光ファイバ固定手段とを備えること
   を特徴とする双方向光モジュール。
2. 上記素子固定手段は、上記発光素子並びに上記受光素子を、上記光ファイバの端面に略平行であって、かつ互いに離間した平面上に並べて固定すること
   を特徴とする請求項１記載の双方向光モジュール。
3. 上記第１の媒質並びに上記第２の媒質は、互いに接触させることにより形成される媒質間の境界に切り欠きが形成され、
   上記光ファイバ固定手段は、上記第１の媒質と上記第２の媒質に形成された切り欠きに、これに応じて予め加工された光ファイバの端面を突き当てて固定すること
   を特徴とする請求項１記載の双方向光モジュール。
4. 発光させた出力光を双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光するための双方向光モジュールにおいて、
   上記出力光を発光する発光素子と、
   上記入力光を受光する受光素子と、
   上記発光素子並びに上記受光素子を上記光ファイバの端面に略平行な平面上に並べて固定する素子固定手段と、
   上記素子固定手段により固定された受光素子のみを被覆する媒質と、
   上記媒質を一部に含むように上記光ファイバの端面に露出する光導波部を突き当てて固定する光ファイバ固定手段とを備えること
   を特徴とする双方向光モジュール。
5. 発光させた出力光を双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光するための双方向光モジュールにおいて、
   上記出力光を発光する発光素子と、
   上記入力光を受光する受光素子と、
   上記発光素子並びに上記受光素子を上記光ファイバの端面に略平行な平面上に並べて固定する素子固定手段と、
   上記素子固定手段により固定された発光素子のみを被覆する第１の媒質と、
   上記出力光を全反射させる反射膜を介して上記第１の媒質の側面に接触させつつ上記素子固定手段により固定された受光素子のみを被覆する第２の媒質と、
   上記第１の媒質と上記第２の媒質とを互いに接触させることにより形成される媒質間の境界を含むように上記光ファイバの端面に露出する光導波部を突き当てて固定する光ファイバ固定手段とを備えること
   を特徴とする双方向光モジュール。
6. 発光素子により発光された出力光を双方向の光伝送が可能な光ファイバへ供給するとともに、当該光ファイバから供給される入力光を受光素子に受光させるための光学部品において、
   上記発光素子並びに上記受光素子を上記光ファイバの端面に略平行な平面上に並べて固定する素子固定手段と、
   上記素子固定手段により固定された発光素子のみを被覆する第１の媒質と、
   上記第１の媒質より低屈折率の材料で構成され、上記第１の媒質の側面に接触させつつ上記素子固定手段により固定された受光素子のみを被覆する第２の媒質とを備え、
   上記第１の媒質並びに上記第２の媒質は、互いに接触させることにより形成される媒質間の境界を含むように上記光ファイバの端面に露出する光導波部を突き当てるための突き当て面が形成されてなること
   を特徴とする光学部品。

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