JP2006146092A - Single core bidirectional optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一本の光ファイバを通じて2以上の波長により双方向通信する際に用いる一心双方向光モジュールに関するものである。 The present invention relates to a single-fiber bidirectional optical module used for bidirectional communication using two or more wavelengths through a single optical fiber.
図4は、従来の一心双方向光モジュールを示す断面図である。図示のように、レーザダイオード41から出射され回折格子42により回折された0次回折光はレンズ43により収束されて光ファイバ44に光学的に結合される。そして、光ファイバ44から出射され回折格子42により回折された±1次又はそれ以上の高次回折光はレンズ43により収束されてフォトダイオード45に光学的に結合される。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional single-fiber bidirectional optical module. As shown in the figure, the 0th-order diffracted light emitted from the
即ち、従来の一心双方向モジュールでは、送信光として0次回折光を用い、受信光として高次回折光を用いていた(例えば、特許文献1参照)。 That is, in the conventional single-core bidirectional module, 0th-order diffracted light is used as transmitted light, and high-order diffracted light is used as received light (see, for example, Patent Document 1).
ここで、0次回折光の回折角度は波長に依存せず0度であるため、レーザダイオードの波長が温度に依存して変化しても安定して高い結合効率を得ることができる。一方、高次回折光の回折角度は波長に依存して変化するが、光径の大きなフォトダイオードを用いれば結合効率の低下を防ぐことができる。しかし、受信光が1次又はそれ以上の高次の回折を受けて回折効率が低下するため、十分な受信感度が得られないという問題があった。 Here, since the diffraction angle of the 0th-order diffracted light is 0 degrees irrespective of the wavelength, high coupling efficiency can be stably obtained even if the wavelength of the laser diode changes depending on the temperature. On the other hand, although the diffraction angle of the higher-order diffracted light changes depending on the wavelength, the use of a photodiode having a large light diameter can prevent a decrease in coupling efficiency. However, the received light is subjected to first-order or higher-order diffraction and the diffraction efficiency is lowered, so that there is a problem that sufficient reception sensitivity cannot be obtained.
そこで、受信光として0次回折光を用い、送信光として高次回析光を用いた一心双方向光モジュールが提案されている(例えば、特許文献2参照)。回折効率の高い0次回折光を受信光として用いることによって、送受信間のダイナミックレンジを広げることができ、信号をより遠距離に送信し、光学的に分配することができる。 Thus, a single-fiber bidirectional optical module has been proposed that uses 0th-order diffracted light as received light and high-order diffracted light as transmitted light (see, for example, Patent Document 2). By using 0th-order diffracted light with high diffraction efficiency as received light, the dynamic range between transmission and reception can be expanded, and signals can be transmitted to a longer distance and optically distributed.
しかし、温度上昇によりレーザダイオードの出射光は長波長側に変化するため、出射光の回折角は大きくなる。従って、送信光として高次回析光を用いた場合、温度上昇によりレーザダイオードの出射光の集光位置が、0次回折光の光軸から離れる方向にずれ、光ファイバとレーザダイオードの結合効率が低下するという問題があった。 However, since the emitted light of the laser diode changes to the longer wavelength side due to the temperature rise, the diffraction angle of the emitted light increases. Therefore, when high-order analysis light is used as the transmitted light, the condensing position of the emitted light of the laser diode is shifted in the direction away from the optical axis of the 0th-order diffracted light due to the temperature rise, and the coupling efficiency between the optical fiber and the laser diode is lowered. There was a problem to do.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、温度上昇による光ファイバとレーザダイオードの結合効率の低下を防ぐことができる一心双方向光モジュールを得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a single-fiber bidirectional optical module that can prevent a reduction in coupling efficiency between an optical fiber and a laser diode due to a temperature rise.
本発明に係る一心双方向光モジュールは、フォトダイオードとレーザダイオードが搭載された支持台と、光ファイバと支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第1のレンズ及び回折格子と、支持台上に設けられ、レーザダイオードを保持する保持部材とを有し、光ファイバから出射され回折格子により回折された0次回折光が第1のレンズにより収束されてフォトダイオードに光学的に結合され、レーザダイオードから出射され回折格子により回折された±1次又はそれ以上の高次回折光が第1のレンズにより収束されて光ファイバに光学的に結合され、保持部材は、温度上昇に伴って0次回折光の光軸から離れる方向にレーザダイオードを変位させる。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。 A single-fiber bidirectional optical module according to the present invention includes a support base on which a photodiode and a laser diode are mounted, a first lens and a diffraction grating fixed to the module housing so as to be positioned between the optical fiber and the support base. And a holding member for holding the laser diode, and the zero-order diffracted light emitted from the optical fiber and diffracted by the diffraction grating is converged by the first lens and optically applied to the photodiode. The first-order or higher-order diffracted light that is coupled, emitted from the laser diode, and diffracted by the diffraction grating is converged by the first lens and optically coupled to the optical fiber. Then, the laser diode is displaced in a direction away from the optical axis of the 0th order diffracted light. Other features of the present invention will become apparent below.
本発明により、温度上昇による光ファイバとレーザダイオードの結合効率の低下を防ぐことができる。 According to the present invention, it is possible to prevent a decrease in the coupling efficiency between the optical fiber and the laser diode due to temperature rise.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。図示のように、光ファイバ11と支持台(ステム)12の間に位置するように、第1のレンズ13及び回折格子14が、モジュール筐体15に固定されている。そして、支持台12には、光ファイバ11から放射された光の0次回折光の集光位置にフォトダイオード16が搭載され、保持部材17に保持されてレーザダイオード18が搭載されている。また、レーザダイオード18のレーザ光出射方向に第2のレンズ19が一体的に設けられている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a single-fiber bidirectional optical module according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in the figure, the
光ファイバ11は、シングルモードの光ファイバであり、波長1.3μm、1.5μmの2波長の光を伝送する。そして、光ファイバ11から出射され回折格子14により回折された0次回折光が、第1のレンズ13により収束されてフォトダイオード16に光学的に結合される。これにより、光ファイバ11から出射される1.5μmの受信光は、フォトダイオード16で電気信号に変換される。一方、レーザダイオード18から出射され回折格子14により回折された±1次又はそれ以上の高次回折光が、第1のレンズ13により収束されて光ファイバ11に光学的に結合される。これにより、レーザダイオード18から出射される1.3μmの送信光は、光ファイバ11へ入射されて、遠方へと送信される。
The
また、光ファイバ11から出射される光の波長をλ、回折格子14を構成する部材の屈折率をn、Nを1以上の任意の整数、回折格子14の格子溝探さをdとして、d=N・λ/(n−1)の関係の有するように構成されている。これにより、回折格子14は、受信用の0次回折光をほぼ100%透過させることができる。
Further, assuming that the wavelength of light emitted from the
また、保持部材17は、銅板(第1の金属板)17aと、銅板17aよりも熱膨張係数が低いコバール板(第2の金属板)17bとを冷間圧延又は熱間圧延により張り合わせたバイメタルである。そして、この保持部材17は、銅板17aがコバール板17bよりも0次回折光の光軸に近くなるように支持台12上に銀ロウ付けにより固定されている。レーザダイオード18は、保持部材17の側面に半田付けにより保持されている。
The
この保持部材17は、温度上昇に伴って0次回折光の光軸から離れる方向にレーザダイオード18を変位させる。これにより、温度上昇に伴ってレーザダイオード18が最適な結合位置に変位するため、温度上昇による光ファイバ11とレーザダイオード18の結合効率の低下を防ぐことができる。また、保持部材17としてバイメタルを用いることで、安価な構成でかかる効果を生じさせることができる。
The
具体的には、レーザダイオード18の発振波長は温度に依存して変化し、その変化率は0.4nm/℃程度である。従って、レーザダイオード18の温度が100℃変わると発振波長は40nm程度変化し、これに伴って一次回折角は0.01°程度変化する。一方、保持部材17を構成するバイメタルは、この100℃の温度変化でレーザダイオード18及び第2のレンズを10μm程度光軸垂直方向に変位させる。これにより、上述の発振波長変化による一次回折角の変化とこの保持部材17による変位が相殺して、一定の結合効率を保つことができる。
Specifically, the oscillation wavelength of the
また、バイメタルとレーザは近接して接合されているため、両者間の温度差はほとんど生じず、発振波長変化とバイメタルによる変位がほぼ同時におきるため、温度変化の過渡状態においても常に一定の結合効率を保つことができる。そして、銅板は熱伝導度も大きいため、レーザダイオード18で発生する熱を効率的に周辺に放熱するという効果もある。
In addition, since the bimetal and the laser are joined close together, there is almost no temperature difference between them, and the oscillation wavelength change and the displacement due to the bimetal occur almost simultaneously, so that the coupling efficiency is always constant even in the transient state of the temperature change. Can keep. Since the copper plate has a high thermal conductivity, the heat generated by the
また、レーザダイオード18と第2のレンズ19を一体的に設けていることより、レーザダイオード18と第2のレンズを一体化して動かすことができるため、より確実に温度上昇による光ファイバ11とレーザダイオード18の結合効率の低下を防ぐことができる。
In addition, since the
実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。図1と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a single-fiber bidirectional optical module according to Embodiment 2 of the present invention. Constituent elements similar to those in FIG.
実施の形態2では、モジュール筐体の構成材料の熱膨張係数が0次回折光の光軸を中心として非対称となっている。レーザダイオード18側のモジュール筐体15aがコバール材で構成され、他方の側のモジュール筐体15bが鋼材で構成されている。即ち、レーザダイオード18側の構成材料が他方の側の構成材料よりも熱膨張率が低くなっている。また、レーザダイオード18を保持する保持部材17は、バイメタルではなく単純な銅板で構成されている。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
In the second embodiment, the thermal expansion coefficient of the constituent material of the module housing is asymmetric about the optical axis of the 0th-order diffracted light. The module housing 15a on the
そして、温度上昇に伴ってモジュール筐体15a,15b全体が反ることによって、第1のレンズ13が0次回折光の光軸に対して垂直方向に変位する。これにより、温度上昇に伴って第1のレンズが最適な結合位置に変位するため、実施の形態1と同様に、温度上昇による光ファイバとレーザダイオードの結合効率の低下を防ぐことができる。また、モジュール筐体の構成材料の熱膨張係数を非対称とすることで、安価な構成でかかる効果を生じさせることができる。
Then, as the temperature rises, the
なお、フォトダイオード16へ入射する0次回折光も温度変化に伴ってわずかに変位するが、フォトダイオード16の受光径は20μm程度あるため、結合効率は低下しない。
Although the 0th-order diffracted light incident on the
実施の形態3.
図3は、本発明の実施の形態3に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。図1と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a single-fiber bidirectional optical module according to Embodiment 3 of the present invention. Constituent elements similar to those in FIG.
実施の形態3では、光ファイバ11を保持部材20により保持している。また、レーザダイオード18を保持する保持部材17は、バイメタルではなく単純な銅板で構成されている。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
In the third embodiment, the
そして、保持部材20は、銅板(第1の金属板)20aと、銅板20aよりも熱膨張係数が低いコバール板(第2の金属板)20bとを冷間圧延又は熱間圧延により張り合わせたバイメタルである。そして、この保持部材17は、銅板20aがコバール板20bよりも0次回折光の光軸に近くなるように支持台12上に銀ロウ付けにより固定されている。光ファイバ11は、保持部材17の側面に半田付けにより保持されている。
The holding
この保持部材20は、温度上昇に伴って0次回折光の光軸から離れる方向に光ファイバ11を変位させる。これにより、温度上昇に伴って光ファイバ11が最適な結合位置に変位するため、温度上昇による光ファイバ11とレーザダイオード18の結合効率の低下を防ぐことができる。また、保持部材20としてバイメタルを用いることで、安価な構成でかかる効果を生じさせることができる。
The holding
なお、フォトダイオード16の受光径は20μm程度あるため、光ファイバ11を変位させても、結合効率は低下しない。
Since the light receiving diameter of the
11 光ファイバ
12 支持台
13 第1のレンズ
14 回折格子
15,15a,15b モジュール筐体
16 フォトダイオード
17 保持部材
18 レーザダイオード
19 第2のレンズ
20 保持部材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
光ファイバと前記支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第1のレンズ及び回折格子と、
前記支持台上に設けられ、前記レーザダイオードを保持する保持部材とを有し、
前記光ファイバから出射され前記回折格子により回折された0次回折光が前記第1のレンズにより収束されて前記フォトダイオードに光学的に結合され、
前記レーザダイオードから出射され前記回折格子により回折された±1次又はそれ以上の高次回折光が前記第1のレンズにより収束されて前記光ファイバに光学的に結合され、
前記保持部材は、温度上昇に伴って前記0次回折光の光軸から離れる方向に前記レーザダイオードを変位させることを特徴とする一心双方向光モジュール。 A support base on which a photodiode and a laser diode are mounted;
A first lens and a diffraction grating fixed to the module housing so as to be positioned between the optical fiber and the support;
A holding member provided on the support base and holding the laser diode;
The zero-order diffracted light emitted from the optical fiber and diffracted by the diffraction grating is converged by the first lens and optically coupled to the photodiode,
± 1st or higher order diffracted light emitted from the laser diode and diffracted by the diffraction grating is converged by the first lens and optically coupled to the optical fiber;
The single-fiber bidirectional optical module, wherein the holding member displaces the laser diode in a direction away from the optical axis of the 0th-order diffracted light as the temperature rises.
前記保持部材は、前記第1の金属板が前記第2の金属板よりも前記0次回折光の光軸に近くなるように前記支持台上に固定され、
前記レーザダイオードは、前記保持部材の側面に保持されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の一心双方向光モジュール。 The holding member is a bimetal obtained by bonding a first metal plate and a second metal plate having a lower thermal expansion coefficient than the first metal plate,
The holding member is fixed on the support base so that the first metal plate is closer to the optical axis of the 0th-order diffracted light than the second metal plate,
The single-fiber bidirectional optical module according to claim 1, wherein the laser diode is held on a side surface of the holding member.
光ファイバと前記支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第1のレンズ及び回折格子とを有し、
前記光ファイバから出射され前記回折格子により回折された0次回折光が前記第1のレンズにより収束されて前記フォトダイオードに光学的に結合され、
前記レーザダイオードから出射され前記回折格子により回折された±1次又はそれ以上の高次回折光が前記第1のレンズにより収束されて前記光ファイバに光学的に結合され、
温度上昇に伴って前記モジュール筐体全体が反ることによって、前記第1のレンズが0次回折光の光軸に対して垂直方向に変位することを特徴とする一心双方向光モジュール。 A support base on which a photodiode and a laser diode are mounted;
A first lens and a diffraction grating fixed to the module housing so as to be positioned between the optical fiber and the support;
The zero-order diffracted light emitted from the optical fiber and diffracted by the diffraction grating is converged by the first lens and optically coupled to the photodiode,
± 1st or higher order diffracted light emitted from the laser diode and diffracted by the diffraction grating is converged by the first lens and optically coupled to the optical fiber;
A single-fiber bidirectional optical module, wherein the first lens is displaced in a direction perpendicular to the optical axis of the 0th-order diffracted light by warping the entire module housing as the temperature rises.
光ファイバと前記支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第1のレンズ及び回折格子と、
前記光ファイバを保持する保持部材とを有し、
前記光ファイバから出射され前記回折格子により回折された0次回折光が前記第1のレンズにより収束されて前記フォトダイオードに光学的に結合され、
前記レーザダイオードから出射され前記回折格子により回折された±1次又はそれ以上の高次回折光が前記第1のレンズにより収束されて前記光ファイバに光学的に結合され、
前記保持部材は、温度上昇に伴って前記0次回折光の光軸から離れる方向に前記光ファイバを変位させることを特徴とする一心双方向光モジュール。 A support base on which a photodiode and a laser diode are mounted;
A first lens and a diffraction grating fixed to the module housing so as to be positioned between the optical fiber and the support;
A holding member for holding the optical fiber,
The zero-order diffracted light emitted from the optical fiber and diffracted by the diffraction grating is converged by the first lens and optically coupled to the photodiode,
± 1st or higher order diffracted light emitted from the laser diode and diffracted by the diffraction grating is converged by the first lens and optically coupled to the optical fiber;
The single-fiber bidirectional optical module, wherein the holding member displaces the optical fiber in a direction away from the optical axis of the 0th-order diffracted light as the temperature rises.
前記保持部材は、前記第1の金属板が前記第2の金属板よりも前記0次回折光の光軸に近くなるように前記モジュール筐体に固定され、
前記光ファイバは、前記保持部材の側面に保持されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の一心双方向光モジュール。 The holding member is a bimetal obtained by bonding a first metal plate and a second metal plate having a lower thermal expansion coefficient than the first metal plate,
The holding member is fixed to the module housing such that the first metal plate is closer to the optical axis of the 0th-order diffracted light than the second metal plate,
The single-fiber bidirectional optical module according to claim 1 or 2, wherein the optical fiber is held on a side surface of the holding member.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104880780A (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-02 | 三菱电机株式会社 | Optical Module And Light Transmission Method |
CN112946833A (en) * | 2019-11-26 | 2021-06-11 | 恩普乐股份有限公司 | Optical receptacle and optical module |
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2004
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