JP2007232834A - Optical communication module - Google Patents

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Yoshimi Obara
佳巳 小原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single core two-way optical communication module that makes long-distance communication possible by improving coupling efficiency between signal light and an optical fiber. <P>SOLUTION: The optical communication module includes one optical fiber, an LD light source for outputting signal light, a light converging means for converging the signal light on the core center of the optical fiber, and parallel plates arranged with an inclination to the optical axis in the optical path of the signal light. The module is characterized in that aberration generated by the parallel plates is corrected by arranging the light converging means with an inclination to the optical axis. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、一本の光ファイバを用いて情報信号光の送受信を行う一芯双方向型の光通信モジュールに関する。   The present invention relates to a single-core bidirectional optical communication module that transmits and receives information signal light using a single optical fiber.

従来より、信号光の送受信を一本の光ファイバで行う一芯双方向送受信光通信モジュールが知られている。例えば、特許文献1には、信号光を発光するレーザ光源と、レーザ光源からの信号光を光ファイバのコア中心に導くための光偏向手段(集光レンズ)と、光偏向手段によって偏向される信号光の光ファイバへの入射面内における位置がコア中心に向うように光偏向手段に対し負帰還制御を行う第一の制御手段と、信号光の光量が所定の光量となるように前記レーザ光源に対しAPC制御を行う第二の制御手段とを備える光通信装置が記載されている。第一の制御手段は、負帰還制御により信号光の入射位置が光ファイバのコア中心に向うように集光レンズを駆動させる。   Conventionally, a single-core bidirectional transmission / reception optical communication module that performs transmission / reception of signal light using a single optical fiber is known. For example, in Patent Document 1, a laser light source that emits signal light, a light deflecting unit (condensing lens) for guiding the signal light from the laser light source to the core center of the optical fiber, and the light deflecting unit deflect the light. First control means for performing negative feedback control on the light deflecting means so that the position of the signal light on the optical fiber incident surface faces the center of the core, and the laser so that the light quantity of the signal light becomes a predetermined light quantity. An optical communication device including a second control unit that performs APC control on a light source is described. The first control means drives the condenser lens by negative feedback control so that the incident position of the signal light is directed toward the core center of the optical fiber.

また、特許文献2には、光ファイバの所定の端面において、コアとクラッドとの間に回折光が生じるような所定量の段差を形成し、その段差により発生する反射光の1次回折光の強度分布に基づいて光源からの光の該所定の端面における入射位置を検知することができる光通信モジュールが記載されている。   Further, in Patent Document 2, a predetermined amount of step is formed between the core and the clad at a predetermined end face of the optical fiber, and the intensity of the first-order diffracted light of the reflected light generated by the step is disclosed. An optical communication module capable of detecting the incident position of the light from the light source on the predetermined end surface based on the distribution is described.

また、特許文献1の光通信装置に特許文献2に記載の光ファイバを用いることにより、第一の制御手段において、光ファイバの端面から発生する反射光の1次回折光の強度分布に基づいて信号光の入射位置を検出して負帰還制御を行うことができる光通信モジュールも提案されている。   In addition, by using the optical fiber described in Patent Document 2 for the optical communication device of Patent Document 1, the first control means generates a signal based on the intensity distribution of the first-order diffracted light of the reflected light generated from the end face of the optical fiber. An optical communication module that can detect the incident position of light and perform negative feedback control has also been proposed.

また、一般的に、一芯双方向型の光通信モジュールでは、信号光の送受信を一本の光ファイバで行うため、光通信モジュール内に、異なる波長の光を分離するためのWDM(Wavelength Division Multiplex)フィルタや受信光を受信するための素子等が備えられる。また、光源としては、フォトダイオードを内蔵して光量モニタが可能なレーザダイオード(LD)が用いられている(例えば、ファブリペロ型LD)。   In general, in a single-core bidirectional optical communication module, signal light is transmitted and received by a single optical fiber. Therefore, WDM (Wavelength Division) for separating light of different wavelengths is included in the optical communication module. Multiplex) filters and elements for receiving the received light are provided. As the light source, a laser diode (LD) capable of monitoring the amount of light with a built-in photodiode is used (for example, a Fabry-Perot LD).

特開2004−96299号公報JP 2004-96299 A 特開2004−157360号公報JP 2004-157360 A

しかし、一芯双方向型の光通信モジュールでは、上述のように、WDMフィルタ(その形状は平行平面板である)を必要とするが、信号光の集束光中にそのような平行平面板を配置すると信号光中に収差(非点収差やコマ収差)が発生することが知られている。収差が発生すると、光ファイバ端面上に形成されるスポット径が大きくなり、信号光と光ファイバとの結合効率が低下してしまう。信号光と光ファイバとの結合効率が低下すればするほど、光ファイバへ取り込まれる光量は低下し、信号光の長距離伝送が困難となる。   However, as described above, a single-core bidirectional optical communication module requires a WDM filter (its shape is a plane-parallel plate). However, such a plane-parallel plate is not included in the focused light of signal light. It is known that aberrations (astigmatism and coma) occur in the signal light when arranged. When aberration occurs, the spot diameter formed on the end face of the optical fiber increases, and the coupling efficiency between the signal light and the optical fiber decreases. The lower the coupling efficiency between the signal light and the optical fiber, the lower the amount of light taken into the optical fiber, making it difficult to transmit signal light over long distances.

そこで本発明は上記の事情に鑑み、信号光と光ファイバとの結合効率を向上させることにより、長距離通信を可能とする一芯双方向型の光通信モジュールを提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a single-core bidirectional optical communication module that enables long-distance communication by improving the coupling efficiency between signal light and an optical fiber.

上記の課題を解決するため、本発明は、一本の光ファイバと、信号光を出力するLD光源と、信号光を光ファイバのコア中心に集光するための集光手段と、信号光の光路中においてその光軸に対し傾斜して配置された平行平面板と、を有し、平行平面板により発生する収差を、集光手段を光軸に対して傾斜させて配置させることにより補正したことを特徴とする光通信モジュールを提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a single optical fiber, an LD light source that outputs signal light, a condensing means for condensing the signal light at the core center of the optical fiber, A plane parallel plate disposed at an inclination with respect to the optical axis in the optical path, and the aberration generated by the plane parallel plate is corrected by arranging the light collecting means at an angle with respect to the optical axis. An optical communication module is provided.

このような構成とすることにより、本発明に係る光通信モジュールは、集光手段を傾斜させることにより、信号光中の収差を補正することができる。したがって、信号光中の収差が補正されることにより信号光と光ファイバとの結合効率が向上する。また、集光手段を傾斜させるのみの構成であるため、収差を補正するために新たに部品を加える必要がない。   By setting it as such a structure, the optical communication module which concerns on this invention can correct | amend the aberration in signal light by inclining a condensing means. Therefore, the coupling efficiency between the signal light and the optical fiber is improved by correcting the aberration in the signal light. In addition, since the condensing means is merely tilted, it is not necessary to add a new part to correct the aberration.

また、本発明に係る光通信モジュールにおいて、集光手段は、平行平面板の傾斜方向と同じ方向に傾斜していることを特徴とする。或いは、集光手段は、平行平面板の傾斜方向に対して光軸周りに90度回転した方向に傾斜していることを特徴とする。   In the optical communication module according to the present invention, the light collecting means is inclined in the same direction as the inclination direction of the plane parallel plate. Alternatively, the condensing means is characterized in that it is inclined in a direction rotated by 90 degrees around the optical axis with respect to the inclination direction of the plane parallel plate.

また、具体的には、集光手段が光軸に対して1.9度から2.5度傾斜していることを特徴とする。   More specifically, the light condensing means is inclined from 1.9 degrees to 2.5 degrees with respect to the optical axis.

また、集光手段は、信号光を光ファイバの入射端面上におけるコア中心に導くために移動可能に配置されていることを特徴とする。   Further, the light condensing means is movably arranged to guide the signal light to the core center on the incident end face of the optical fiber.

したがって、本発明によれば、信号光と光ファイバとの結合効率を向上させることにより、長距離通信を可能とする一芯双方向型の光通信モジュールを提供することができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a single-core bidirectional optical communication module that enables long-distance communication by improving the coupling efficiency between the signal light and the optical fiber.

以下、図面を参照して、本発明に係る光通信モジュールについて説明する。   Hereinafter, an optical communication module according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の光通信モジュール100の構成を表す図である。光通信モジュール100は、例えば、加入者宅内に引き込んだ光ファイバとPC等とを接続するためのONU内に組み込まれる。光通信モジュール100は、例えば、一本の光ファイバを用いて、波長1.3μmの送信用の上り信号と波長1.5μmの受信用の下り信号とを波長分割多重方式(WDM)によって双方向に伝送することができるよう構成されている。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical communication module 100 of the present invention. The optical communication module 100 is incorporated, for example, in an ONU for connecting an optical fiber drawn into a subscriber's house and a PC or the like. The optical communication module 100 uses, for example, one optical fiber to bidirectionally transmit an upstream signal for transmission with a wavelength of 1.3 μm and a downstream signal for reception with a wavelength of 1.5 μm by wavelength division multiplexing (WDM). It is comprised so that it can transmit to.

光通信モジュール100は、レーザダイオード(LD)1と、集光レンズ3と、WDMフィルタ7と、光ファイバ9と、位置検出器11と、集光レンズ13と、受信光検出器15と、負帰還制御回路19と、アクチュエータ駆動回路21とを有する。   The optical communication module 100 includes a laser diode (LD) 1, a condensing lens 3, a WDM filter 7, an optical fiber 9, a position detector 11, a condensing lens 13, a reception light detector 15, a negative A feedback control circuit 19 and an actuator drive circuit 21 are included.

LD1は、送信用の情報によって変調された波長1.3μmの信号光(レーザ光)を出力するように構成された光源である。LD1は、例えば、結晶の劈開面を利用するファブリペロ型LDであり、そのハーメチック・シール内部に光量モニタ用の素子(フォトダイオード等)が設けられている。LD1では、内蔵されたフォトダイオード等によりモニタされた光量に基づいてAPC(Automatic Power Control)が行われる。また、LD1は、カバーガラスを有し、出射光はカバーガラスを経て射出される。また、LD1は、負帰還制御回路19に対し光量モニタ信号を出力する機能を有する。   The LD 1 is a light source configured to output signal light (laser light) having a wavelength of 1.3 μm modulated by transmission information. The LD 1 is, for example, a Fabry-Perot type LD that uses a cleaved surface of a crystal, and a light amount monitoring element (photodiode or the like) is provided inside the hermetic seal. In LD1, APC (Automatic Power Control) is performed based on the amount of light monitored by a built-in photodiode or the like. The LD 1 has a cover glass, and the emitted light is emitted through the cover glass. The LD 1 has a function of outputting a light amount monitor signal to the negative feedback control circuit 19.

ここで、図1において、XYZ座標軸を定義する。LD1がレーザを放射する方向、すなわち、LD1中の半導体基板と垂直な方向(紙面左右方向)をZ軸方向とし、LD1から放射されたレーザが進む方向をZ軸の正方向とする。また、紙面に垂直な方向をX軸方向とし、紙面に対して垂直上向き(手前側)をX軸の正方向とする。また、Z軸、X軸に垂直な方向(紙面上下方向)をY軸方向とし、紙面上側へ向う方向をY軸の正方向とする。   Here, in FIG. 1, XYZ coordinate axes are defined. The direction in which the LD 1 emits laser, that is, the direction perpendicular to the semiconductor substrate in the LD 1 (left and right direction in the drawing) is defined as the Z axis direction, and the direction in which the laser emitted from the LD 1 travels is defined as the positive direction of the Z axis. Also, the direction perpendicular to the paper surface is defined as the X-axis direction, and the upward direction (front side) perpendicular to the paper surface is defined as the positive direction of the X-axis. In addition, a direction perpendicular to the Z axis and the X axis (up and down direction on the paper surface) is a Y axis direction, and a direction toward the upper side of the paper surface is a positive direction of the Y axis.

LD1から射出された送信光(波長1.3μmの信号光)は、集光レンズ3に入射し、集光レンズ3を出射後、次第に収束しながら、WDMフィルタ7を経て、光ファイバ9の端面9aにスポットを形成する。なお、LD1、WDMフィルタ7、光ファイバ9はそれぞれ光通信モジュール100のハウジング(不図示)に固定されて配置されている。それに対して、集光レンズ3は、Z軸と垂直な方向に微動可能に配置されており、アクチュエータ駆動回路21により制御される図示しないアクチュエータにより駆動される。光通信モジュール100を組み付ける際は、LD1上のレーザ放射位置の中心からZ軸正方向に延ばされた直線(なお、この直線を便宜上「光軸」と定義する)上に、おおよそ、集光レンズ3、WDMフィルタ7、光ファイバ9の端面9aそれぞれの中心位置が配置されるように位置合わせされる。   Transmitted light (signal light having a wavelength of 1.3 μm) emitted from the LD 1 enters the condenser lens 3, exits the condenser lens 3, and then gradually converges, passes through the WDM filter 7, and reaches the end face of the optical fiber 9. A spot is formed at 9a. Note that the LD 1, the WDM filter 7, and the optical fiber 9 are respectively fixed to a housing (not shown) of the optical communication module 100. On the other hand, the condenser lens 3 is arranged so as to be finely movable in a direction perpendicular to the Z axis, and is driven by an actuator (not shown) controlled by the actuator drive circuit 21. When the optical communication module 100 is assembled, the light is roughly collected on a straight line extending in the positive direction of the Z-axis from the center of the laser radiation position on the LD 1 (this straight line is defined as “optical axis” for convenience). The lens 3, the WDM filter 7, and the end face 9a of the optical fiber 9 are aligned so that the center positions thereof are arranged.

集光レンズ3は、収差を低減することができる非球面レンズであることが好ましい。また、集光レンズ3は、その主平面が上述の光軸と垂直に配置される場合に、LD1の半導体基板表面(発光面)を含むXY平面と、光ファイバ9の端面9a上のコアの表面から少しだけZ軸正方向側の位置を含むXY平面上とが共役(端面9a上に所定の大きさのスポットを形成させるため)となるように配置される。なお、WDMフィルタ7が集光レンズ3と光ファイバ9との間に配置され、集光レンズ3とLD1との間には何も配置されないため、集光レンズ3は、ファイバ9よりLD1に接近させて配置することが好ましい。   The condensing lens 3 is preferably an aspherical lens that can reduce aberrations. The condensing lens 3 has an XY plane including the semiconductor substrate surface (light emitting surface) of the LD 1 and a core on the end surface 9 a of the optical fiber 9 when the main plane is arranged perpendicular to the optical axis. The XY plane including a position slightly on the Z-axis positive direction side from the surface is arranged so as to be conjugate (to form a spot having a predetermined size on the end face 9a). Since the WDM filter 7 is disposed between the condenser lens 3 and the optical fiber 9 and nothing is disposed between the condenser lens 3 and the LD 1, the condenser lens 3 is closer to the LD 1 than the fiber 9. It is preferable to arrange them.

本発明の実施形態においては、集光レンズ3は、光軸に対して所定の角度を有するように配置される。例えば、図1では、集光レンズ3は、X軸と平行且つ集光レンズ3の中心を通る回転軸3aを中心に所定量回転(チルト)した状態で配置される。また、集光レンズ3は、チルトした状態を維持したまま、アクチュエータ駆動回路21により駆動される図示しないアクチュエータにより光軸に対して垂直方向(XY平面に平行な方向)に移動させられる。   In the embodiment of the present invention, the condenser lens 3 is disposed so as to have a predetermined angle with respect to the optical axis. For example, in FIG. 1, the condenser lens 3 is arranged in a state rotated (tilted) by a predetermined amount around a rotation axis 3 a that is parallel to the X axis and passes through the center of the condenser lens 3. The condenser lens 3 is moved in a direction perpendicular to the optical axis (direction parallel to the XY plane) by an actuator (not shown) driven by the actuator drive circuit 21 while maintaining the tilted state.

WDMフィルタ7は、送信光を光ファイバ9に向けて通過させる(送信光がWDMフィルタ7を通過する際、送信光には収差が発生する)。一方で、WDMフィルタ7は、光ファイバ9側の反射面7aにおいて光ファイバ9から射出された1.5μmの受信光を全て反射し、集光レンズ13の方向へ偏向させる。集光レンズ13は、該受信光を、受信光検出器15の受光面へと集光させる。受信光検出器15は、受光面にPDを備えており、PDが受光した受信光を電気信号に変換するとともに、該電気信号を情報として復調する処理を行う。   The WDM filter 7 passes the transmission light toward the optical fiber 9 (when the transmission light passes through the WDM filter 7, an aberration occurs in the transmission light). On the other hand, the WDM filter 7 reflects all the 1.5 μm received light emitted from the optical fiber 9 at the reflecting surface 7 a on the optical fiber 9 side and deflects it in the direction of the condenser lens 13. The condensing lens 13 condenses the received light onto the light receiving surface of the received light detector 15. The received light detector 15 includes a PD on the light receiving surface, converts the received light received by the PD into an electrical signal, and demodulates the electrical signal as information.

光ファイバ9の端面9aは、クラッド面とクラッド面から所定量突出したコア面とからなる。クラッド面はX軸に平行且つZ軸に対して所定の角度(例えば45度)を有するように形成されている。また、端面9aは、入射した送信光の一部が反射するよう構成されている。位置検出器11は、端面9aにより反射された送信光(回折光)を受光することができる位置に配置される。例えば、端面9aがZ軸に対して45度傾斜するように形成されていれば、位置検出器11は、端面9aに対してY軸正方向の位置に配置される。なお、位置検出器11を配置させる際は、端面9aの中心(コア面の中心)に対向する位置に、位置検出器11の受光面の中心が配置されるようにする。   The end face 9a of the optical fiber 9 is composed of a clad surface and a core surface protruding a predetermined amount from the clad surface. The clad surface is formed to be parallel to the X axis and have a predetermined angle (for example, 45 degrees) with respect to the Z axis. The end face 9a is configured to reflect a part of the incident transmission light. The position detector 11 is disposed at a position where the transmission light (diffracted light) reflected by the end face 9a can be received. For example, if the end surface 9a is formed so as to be inclined by 45 degrees with respect to the Z axis, the position detector 11 is disposed at a position in the positive direction of the Y axis with respect to the end surface 9a. When the position detector 11 is arranged, the center of the light receiving surface of the position detector 11 is arranged at a position facing the center of the end face 9a (the center of the core surface).

位置検出器11は、受光面がその中心で互いに直交して延出する2本の境界線によって4つのエリアに分割された4分割のPDを有する。位置検出器11は、受光する送信光の光量変化をエリアごとに検出する。負帰還制御回路19は位置検出器11により検出される光量変化をモニタする。   The position detector 11 has a four-divided PD that is divided into four areas by two boundary lines whose light receiving surfaces extend perpendicularly to each other at the center thereof. The position detector 11 detects a change in the amount of transmitted light received for each area. The negative feedback control circuit 19 monitors the change in the amount of light detected by the position detector 11.

負帰還制御回路19は、位置検出器11による検出結果に基づいて、送信光が光ファイバ9の端面9aの中心(コア面)へ入射するように集光レンズ3の位置を制御するための信号をアクチュエータ駆動回路21へ送信する。   The negative feedback control circuit 19 is a signal for controlling the position of the condenser lens 3 so that the transmission light is incident on the center (core surface) of the end face 9a of the optical fiber 9 based on the detection result by the position detector 11. Is transmitted to the actuator drive circuit 21.

アクチュエータ駆動回路21は、集光レンズ3の位置を微調整する(負帰還制御により制御する)ための図示しないアクチュエータを駆動するための回路である。   The actuator drive circuit 21 is a circuit for driving an actuator (not shown) for finely adjusting the position of the condenser lens 3 (controlled by negative feedback control).

光通信モジュール100では、アクチュエータ駆動回路21により集光レンズ3に対して負帰還制御を行う前に、まず、LD1から射出される送信光の光量が所定の値となるようにLD1に電流を印加する。その後、LD1内の光量モニタ用の素子により検出される光量が所定の値以上となると、負帰還制御回路19は、アクチュエータ駆動回路21に信号を送信し、集光レンズ3の制御を開始する。さらに、負帰還制御が行われた後は、LD1はAPCによりその出力が調整される。   In the optical communication module 100, before negative feedback control is performed on the condenser lens 3 by the actuator drive circuit 21, first, an electric current is applied to the LD 1 so that the amount of transmission light emitted from the LD 1 becomes a predetermined value. To do. Thereafter, when the amount of light detected by the light amount monitoring element in the LD 1 exceeds a predetermined value, the negative feedback control circuit 19 transmits a signal to the actuator drive circuit 21 and starts control of the condenser lens 3. Further, after negative feedback control is performed, the output of LD1 is adjusted by APC.

また、光通信モジュール100では、WDMフィルタ7により発生する非点収差を、集光レンズ3をチルトさせることにより補正することができる。すなわち、光通信モジュール100では、集光レンズ3をチルトさせると非点収差が発生することを利用して、集光レンズ3においてWDMフィルタ7により発生する非点収差とおおよそ相反する量の非点収差を発生させることにより、結果として光学系全体の非点収差を補正する。一般的に、光ファイバ9に入射する送信光中の非点収差量が少なければ少ないほど、光ファイバ9と送信光との結合効率は高くなる。なお、結合効率とは、光ファイバ端面に集光された光のうち、光ファイバ内に取り込まれる光の割合である。   Further, in the optical communication module 100, astigmatism generated by the WDM filter 7 can be corrected by tilting the condenser lens 3. That is, in the optical communication module 100, astigmatism is generated when the condenser lens 3 is tilted, and an amount of astigmatism approximately opposite to the astigmatism generated by the WDM filter 7 in the condenser lens 3 is obtained. As a result, the astigmatism of the entire optical system is corrected by generating the aberration. In general, the smaller the amount of astigmatism in the transmission light incident on the optical fiber 9, the higher the coupling efficiency between the optical fiber 9 and the transmission light. The coupling efficiency is a ratio of light taken into the optical fiber out of the light collected on the end face of the optical fiber.

以下、光通信モジュール100における、集光レンズ3のチルト量、WDMフィルタ7(平行平面板)の厚み及びチルト量に対する、非点収差量と結合効率との関係を光学系モデルを用いて説明する。なお、以下、比較例1〜3、実施例1,2についてそれぞれ説明するが、光通信モジュール500に対応する光学系モデルは実施例1および実施例2である。実施例1に対し比較例1,2、実施例2に対し比較例1,3をそれぞれ対比させて説明する。   Hereinafter, the relationship between the astigmatism amount and the coupling efficiency with respect to the tilt amount of the condensing lens 3, the thickness of the WDM filter 7 (parallel plane plate), and the tilt amount in the optical communication module 100 will be described using an optical system model. . Hereinafter, Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 and 2 will be described. The optical system models corresponding to the optical communication module 500 are Examples 1 and 2, respectively. Description will be made by comparing Comparative Examples 1 and 2 with Example 1 and Comparative Examples 1 and 3 with Example 2.

<比較例1>
図2は、WDMフィルタ7を含まない場合の光学系モデルである。つまり、WDMフィルタ7による非点収差が生じない系である。光学系には、カバーガラス1a(厚み0.25mm)と、集光レンズ3(チルト無し)とがそれぞれ配置されている。送信光の使用波長は1310nmである。また、カバーガラス1aは平行平面板でありその硝材はBK7相当で、d線の屈折率nd=1.51633、アッベ数ν=64.1のものである。また、集光レンズ3による結像倍率は−1.144であり、d線の屈折率nd=1.58913、アッベ数ν=61.2のものを使用している。また、入射瞳直径は7mm、瞳アポダイゼーションは0.402とする。比較例1は平行平面板により非点収差が生じない場合の結合効率を確認するためのものである。
<Comparative Example 1>
FIG. 2 shows an optical system model when the WDM filter 7 is not included. That is, the system does not cause astigmatism due to the WDM filter 7. In the optical system, a cover glass 1a (thickness: 0.25 mm) and a condenser lens 3 (no tilt) are arranged. The wavelength used for the transmitted light is 1310 nm. The cover glass 1a is a plane parallel plate, and its glass material is equivalent to BK7, and has a d-line refractive index nd = 1.51633 and an Abbe number ν = 64.1. Further, the imaging magnification by the condenser lens 3 is −1.144, and the one having the d-line refractive index nd = 1.58913 and the Abbe number ν = 61.2 is used. The entrance pupil diameter is 7 mm and the pupil apodization is 0.402. Comparative Example 1 is for confirming the coupling efficiency when no astigmatism occurs due to the plane parallel plate.

瞳アポダイゼーションとは、光量分布をガウス分布で表現したときに、ピークの1/2の光量が規格化された瞳座標のどこに位置するかを示す値である。規格化された瞳座標に対しアポダイゼーションの値をaとすると、光量分布I(x)は以下のように表せる。

Figure 2007232834
The pupil apodization is a value indicating where in the normalized pupil coordinates a light amount that is ½ of the peak is located when the light amount distribution is expressed by a Gaussian distribution. Assuming that the apodization value is a with respect to the normalized pupil coordinates, the light quantity distribution I (x) can be expressed as follows.
Figure 2007232834

表1は比較例1の光学系のレンズデータである。rは曲率半径、dはレンズ厚またはレンズ間隔、nは使用波長1310nmにおける屈折率である。なお、第0面は光源面である。またrの欄がブランクである面は「平面(r=無限大)」であることを表す。

Figure 2007232834
Table 1 shows lens data of the optical system of Comparative Example 1. r is a radius of curvature, d is a lens thickness or a lens interval, and n is a refractive index at a working wavelength of 1310 nm. The 0th surface is a light source surface. In addition, a surface in which the r column is blank represents a “plane (r = infinity)”.
Figure 2007232834

<比較例2>
図3は、カバーガラス1aと、集光レンズ3(チルト無し)と、WDMフィルタ7とを含む光学系モデルである。また、カバーガラス1aとWDMフィルタ7とは平行平面板でありその硝材はBK7相当で、d線の屈折率nd=1.51633、アッベ数ν=64.1のものである。WDMフィルタ7の厚みは0.5mmである。また、送信光の波長、集光レンズの倍率、集光レンズの硝材、入射瞳直径、瞳アポダイゼーションは比較例1の光学系と同様とする。WDMフィルタ7は30度チルトされている(すなわち、送信光の光軸に対して30度傾斜している)。比較例2は、WDMフィルタ7により発生する非点収差によりどれくらい結合効率が低下するかを確認するためのものである。
<Comparative example 2>
FIG. 3 shows an optical system model including a cover glass 1 a, a condenser lens 3 (no tilt), and a WDM filter 7. The cover glass 1a and the WDM filter 7 are parallel flat plates, and the glass material is equivalent to BK7, and has a d-line refractive index nd = 1.51633 and an Abbe number ν = 64.1. The thickness of the WDM filter 7 is 0.5 mm. The wavelength of the transmission light, the magnification of the condenser lens, the glass material of the condenser lens, the entrance pupil diameter, and the pupil apodization are the same as those in the optical system of Comparative Example 1. The WDM filter 7 is tilted 30 degrees (that is, tilted 30 degrees with respect to the optical axis of the transmission light). Comparative Example 2 is for confirming how much the coupling efficiency is reduced by astigmatism generated by the WDM filter 7.

表2は比較例2のレンズデータである。

Figure 2007232834
Table 2 shows lens data of Comparative Example 2.
Figure 2007232834

図4は比較例2の光学系の横収差図であり、図5は比較例2の光学系の縦収差図である。図4の横収差図を見ると、メリジオナル平面(Y−FAN)およびサジタル平面(X−FAN)において収差が存在することがわかる。   4 is a lateral aberration diagram of the optical system of Comparative Example 2, and FIG. 5 is a longitudinal aberration diagram of the optical system of Comparative Example 2. From the lateral aberration diagram of FIG. 4, it can be seen that there is aberration in the meridional plane (Y-FAN) and the sagittal plane (X-FAN).

<実施例1>
図6は、実施例1の光学系モデルであり、比較例2の光学系の集光レンズ3をチルトさせたものである。そのチルト量(光軸に対する傾斜角度)は、この光学系において、結合効率が最も高くなるような値に設定されている(この場合は、WDMフィルタ7のチルト方向と同方向に1.9度)。
<Example 1>
FIG. 6 shows an optical system model of Example 1, in which the condenser lens 3 of the optical system of Comparative Example 2 is tilted. The tilt amount (tilt angle with respect to the optical axis) is set to a value that provides the highest coupling efficiency in this optical system (in this case, 1.9 degrees in the same direction as the tilt direction of the WDM filter 7). ).

表3は実施例1のレンズデータである。

Figure 2007232834
Table 3 shows lens data of Example 1.
Figure 2007232834

図7は実施例1の光学系の横収差図であり、図8は実施例1の光学系の縦収差図である。図7の横収差図を見ると、比較例2(図4)と比べてメリジオナル平面(Y−FAN)およびサジタル平面(X−FAN)において収差が補正されていることがわかる。   FIG. 7 is a lateral aberration diagram of the optical system of Example 1, and FIG. 8 is a longitudinal aberration diagram of the optical system of Example 1. As can be seen from the lateral aberration diagram of FIG. 7, the aberration is corrected in the meridional plane (Y-FAN) and the sagittal plane (X-FAN) as compared with Comparative Example 2 (FIG. 4).

表4は、比較例1、比較例2、実施例1の収差および結合効率の計算結果である。比較例1では、RMS波面収差およびP−V波面収差は生じず、結合効率は0.972となっている。   Table 4 shows the calculation results of aberration and coupling efficiency of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Example 1. In Comparative Example 1, RMS wavefront aberration and PV wavefront aberration do not occur, and the coupling efficiency is 0.972.

比較例2はRMS波面収差が0.082λ、P−V波面収差が0.449λであり、結合効率は0.910となった。WDMフィルタ7を配置した影響により、比較例1の光学系よりも結合効率が0.062低下していることがわかる。   In Comparative Example 2, the RMS wavefront aberration was 0.082λ, the PV wavefront aberration was 0.449λ, and the coupling efficiency was 0.910. It can be seen that the coupling efficiency is 0.062 lower than that of the optical system of Comparative Example 1 due to the influence of the WDM filter 7.

実施例1はRMS波面収差が0.011λ、P−V波面収差が0.054λであり、結合効率は0.970となった。比較例2の光学系よりも収差量が低減している(RMS、P−V共に約13%程度に低減)。また、集光レンズ3のチルトがない比較例2の光学系よりも結合効率が0.060高く、WDMフィルタ7のない(無収差の)比較例1の結合効率よりも0.002低いだけであった。したがって、実施例1の光学系では、WDMフィルタ7で非点収差が発生しているにもかかわらず、集光レンズ3のチルトにより非点収差が補正され、結果として結合効率の低下が抑制されていることがわかる。

Figure 2007232834
In Example 1, the RMS wavefront aberration was 0.011λ, the PV wavefront aberration was 0.054λ, and the coupling efficiency was 0.970. The amount of aberration is reduced as compared with the optical system of Comparative Example 2 (both RMS and PV are reduced to about 13%). Further, the coupling efficiency is 0.060 higher than that of the optical system of Comparative Example 2 where the condenser lens 3 is not tilted, and is only 0.002 lower than the coupling efficiency of Comparative Example 1 where there is no WDM filter 7 (no aberration). there were. Therefore, in the optical system of Example 1, astigmatism is corrected by the tilt of the condensing lens 3 in spite of the occurrence of astigmatism in the WDM filter 7, and as a result, a decrease in coupling efficiency is suppressed. You can see that
Figure 2007232834

<比較例3>
図9は、比較例3の光学系モデルであり、比較例2の光学系のWDMフィルタ7のチルトを45度(すなわち、光軸に対して45度傾斜)としたものである。
<Comparative Example 3>
FIG. 9 shows an optical system model of Comparative Example 3, in which the tilt of the WDM filter 7 of the optical system of Comparative Example 2 is 45 degrees (that is, 45 degrees with respect to the optical axis).

表5は比較例3のレンズデータである。

Figure 2007232834
Table 5 shows lens data of Comparative Example 3.
Figure 2007232834

図10は比較例3の光学系の横収差図であり、図11は比較例3の光学系の縦収差図である。図10の横収差図を見ると、メリジオナル平面(Y−FAN)およびサジタル平面(X−FAN)において収差が存在することがわかる。   10 is a lateral aberration diagram of the optical system of Comparative Example 3, and FIG. 11 is a longitudinal aberration diagram of the optical system of Comparative Example 3. From the lateral aberration diagram of FIG. 10, it can be seen that aberration exists in the meridional plane (Y-FAN) and the sagittal plane (X-FAN).

<実施例2>
図12は、実施例2の光学系モデルであり、比較例3の光学系(図9)の集光レンズ3をチルトさせたものである。そのチルト量(光軸に対する傾斜角度)は、この光学系において、結合効率が最も高くなるような値に設定されている(この場合は、WDMフィルタ7のチルト方向と同方向に2.5度)。
<Example 2>
FIG. 12 is an optical system model of Example 2, in which the condenser lens 3 of the optical system of Comparative Example 3 (FIG. 9) is tilted. The tilt amount (tilt angle with respect to the optical axis) is set to a value that provides the highest coupling efficiency in this optical system (in this case, 2.5 degrees in the same direction as the tilt direction of the WDM filter 7). ).

表6は実施例2のレンズデータである。

Figure 2007232834
Table 6 shows lens data of Example 2.
Figure 2007232834

図13は実施例2の光学系の横収差図であり、図14は実施例2の光学系の縦収差図である。図13の横収差図を見ると、比較例3(図10)と比べてメリジオナル平面(Y−FAN)およびサジタル平面(X−FAN)において収差が補正されていることがわかる。   FIG. 13 is a lateral aberration diagram of the optical system of Example 2, and FIG. 14 is a longitudinal aberration diagram of the optical system of Example 2. From the lateral aberration diagram of FIG. 13, it can be seen that the aberration is corrected in the meridional plane (Y-FAN) and the sagittal plane (X-FAN) as compared with Comparative Example 3 (FIG. 10).

表7は、比較例1、比較例3、実施例2の収差および結合効率の計算結果である。比較例3はRMS波面収差が0.323λ、P−V波面収差が1.735λであった。WDMフィルタ7のチルトを30度としている比較例2の光学系よりも収差の発生量が大きいことがわかる(表4参照)。また、結合効率は0.748であるため、収差の増加と共に結合効率が低下していることがわかる。WDMフィルタ7のない比較例1の光学系と比較すると結合効率が0.224も低下し、WDMフィルタ7のチルト量が異なる比較例2と比較すると結合効率が0.162低下している。   Table 7 shows the calculation results of aberration and coupling efficiency of Comparative Example 1, Comparative Example 3, and Example 2. In Comparative Example 3, the RMS wavefront aberration was 0.323λ, and the PV wavefront aberration was 1.735λ. It can be seen that the amount of aberration generated is larger than that of the optical system of Comparative Example 2 in which the tilt of the WDM filter 7 is 30 degrees (see Table 4). In addition, since the coupling efficiency is 0.748, it can be seen that the coupling efficiency decreases as the aberration increases. Compared with the optical system of Comparative Example 1 without the WDM filter 7, the coupling efficiency is reduced by 0.224, and compared with Comparative Example 2 in which the tilt amount of the WDM filter 7 is different, the coupling efficiency is reduced by 0.162.

実施例2はRMS波面収差が0.022λ、P−V波面収差が0.124λであり、結合効率は0.950となった。比較例3の光学系よりも収差量が低減している(RMS、P−V共に約7%程度に低減)。また、集光レンズ3のチルトがない比較例2の光学系よりも結合効率が0.202高く、WDMフィルタ7のない(無収差の)比較例1の結合効率よりも0.022低いだけであった。したがって、実施例2の光学系では、WDMフィルタ7で非点収差が大幅に発生しているにもかかわらず、集光レンズ3のチルトにより非点収差を補正し、結果として結合効率の低下を抑制していることがわかる。なお、非点収差補正後の結合効率は、実施例1の光学系の方が高いが、補正率は実施例2の光学系の方が高い。   In Example 2, the RMS wavefront aberration was 0.022λ, the PV wavefront aberration was 0.124λ, and the coupling efficiency was 0.950. The amount of aberration is reduced as compared with the optical system of Comparative Example 3 (both RMS and PV are reduced to about 7%). Further, the coupling efficiency is 0.202 higher than that of the optical system of Comparative Example 2 in which the condenser lens 3 is not tilted, and only 0.022 lower than the coupling efficiency of Comparative Example 1 in which the WDM filter 7 is not provided (no aberration). there were. Accordingly, in the optical system of Example 2, astigmatism is corrected by the tilt of the condenser lens 3 even though the astigmatism is greatly generated in the WDM filter 7, and as a result, the coupling efficiency is reduced. It turns out that it is suppressing. The coupling efficiency after correction of astigmatism is higher in the optical system of Example 1, but the correction rate is higher in the optical system of Example 2.

つまり、WDMフィルタ7のチルト量が30度程度であれば結合効率はおおよそ最大値となる。しかし、装置内の配置上、WDMフィルタ7をさらにチルトさせたい場合も生じうる。その場合、WDMフィルタ7による非点収差は増大するが、集光レンズ3のチルトにより十分補正可能である。

Figure 2007232834
That is, when the tilt amount of the WDM filter 7 is about 30 degrees, the coupling efficiency is approximately the maximum value. However, there may be a case where it is desired to further tilt the WDM filter 7 due to the arrangement in the apparatus. In this case, astigmatism due to the WDM filter 7 increases, but it can be sufficiently corrected by the tilt of the condenser lens 3.
Figure 2007232834

実施例1および実施例2においては、集光レンズ3をWDMフィルタ7のチルトと同じ方向にチルトさせる構成とした。しかし、集光レンズ3のチルトの方向を、WDMフィルタ7のチルトの方向を光軸周りに90度回転させた方向としても(すなわち、図1の集光レンズ3を、Y軸と平行且つ集光レンズ3の中心を通る回転軸を中心に所定量回転(チルト)させた状態)、光学系全体での収差を低減させることができる。したがって、集光レンズ3のチルトの方向は実施例1および実施例2の方向に限定されるものではない。   In the first and second embodiments, the condenser lens 3 is tilted in the same direction as the tilt of the WDM filter 7. However, the tilting direction of the condensing lens 3 is also a direction obtained by rotating the tilting direction of the WDM filter 7 by 90 degrees around the optical axis (that is, the condensing lens 3 in FIG. It is possible to reduce aberrations in the entire optical system by rotating (tilting) a predetermined amount around the rotation axis passing through the center of the optical lens 3. Therefore, the direction of tilt of the condenser lens 3 is not limited to the direction of the first and second embodiments.

したがって、本発明の光通信モジュール100では、集光レンズをチルトさせて非点収差を発生させることにより、WDMフィルタによる非点収差を打ち消し、光学系全系の非点収差を補正することができる。非点収差が補正されることにより、光ファイバと送信光との結合効率が向上し、結果として、光通信モジュール100は、送信光の長距離通信を可能とさせる。非点収差を発生させる手段としてレンズのチルトを用いるため、別の部材を使用して非点収差を補正するよりも低コストで収差を補正することができる。また、レンズにシリンダ成分を乗せて回転非対称な形状にして非点収差を補正する方法よりも、通常の回転対称なレンズを用いることができる点で、モジュールの作成が容易となる。   Therefore, in the optical communication module 100 of the present invention, the astigmatism caused by the WDM filter can be canceled and the astigmatism of the entire optical system can be corrected by tilting the condenser lens to generate astigmatism. . By correcting the astigmatism, the coupling efficiency between the optical fiber and the transmission light is improved, and as a result, the optical communication module 100 enables the long-distance communication of the transmission light. Since the tilt of the lens is used as a means for generating astigmatism, the aberration can be corrected at a lower cost than when astigmatism is corrected using another member. In addition, a module can be easily created in that an ordinary rotationally symmetric lens can be used rather than a method of correcting astigmatism by placing a cylindrical component on the lens to make a rotationally asymmetric shape.

本発明の光通信モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical communication module of this invention. 比較例1の光学系モデルを示す図である。6 is a diagram illustrating an optical system model of Comparative Example 1. FIG. 比較例2の光学系モデルを示す図である。10 is a diagram illustrating an optical system model of Comparative Example 2. FIG. 比較例2の横収差図である。6 is a lateral aberration diagram of Comparative Example 2. FIG. 比較例2の縦収差図である。6 is a longitudinal aberration diagram of Comparative Example 2. FIG. 実施例1の光学系モデルを示す図である。2 is a diagram illustrating an optical system model of Example 1. FIG. 実施例1の横収差図である。FIG. 3 is a lateral aberration diagram of Example 1. 実施例1の縦収差図である。2 is a longitudinal aberration diagram of Example 1. FIG. 比較例3の光学系モデルを示す図である。10 is a diagram illustrating an optical system model of Comparative Example 3. FIG. 比較例3の横収差図である。10 is a lateral aberration diagram of Comparative Example 3. FIG. 比較例3の縦収差図である。10 is a longitudinal aberration diagram of Comparative Example 3. FIG. 実施例2の光学系モデルを示す図である。6 is a diagram illustrating an optical system model of Example 2. FIG. 実施例2の横収差図である。FIG. 6 is a lateral aberration diagram of Example 2. 実施例2の縦収差図である。FIG. 6 is a longitudinal aberration diagram of Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 LD
3 集光レンズ
7 WDMフィルタ
9 光ファイバ
11 位置検出器
13 集光レンズ
15 受信光検出器
17 光量検出器
19 負帰還制御回路
21 アクチュエータ駆動回路
1 LD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Condensing lens 7 WDM filter 9 Optical fiber 11 Position detector 13 Condensing lens 15 Reception light detector 17 Light quantity detector 19 Negative feedback control circuit 21 Actuator drive circuit

Claims (5)

一本の光ファイバと、
信号光を出力するLD光源と、
前記信号光を前記光ファイバのコア中心に集光するための集光手段と、
前記信号光の光路中においてその光軸に対し傾斜して配置された平行平面板と、を有し、
前記平行平面板により発生する収差を、前記集光手段を光軸に対して傾斜させて配置させることにより補正したことを特徴とする光通信モジュール。
A single optical fiber,
An LD light source that outputs signal light;
Condensing means for condensing the signal light at the core center of the optical fiber;
A plane parallel plate disposed in the optical path of the signal light and inclined with respect to the optical axis thereof,
An optical communication module, wherein the aberration generated by the plane-parallel plate is corrected by arranging the condensing means to be inclined with respect to the optical axis.
前記集光手段は、前記平行平面板の傾斜方向と同じ方向に傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の光通信モジュール。   The optical communication module according to claim 1, wherein the condensing unit is inclined in the same direction as an inclination direction of the parallel flat plate. 前記集光手段は、前記平行平面板の傾斜方向に対して光軸周りに90度回転した方向に傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の光通信モジュール。   2. The optical communication module according to claim 1, wherein the condensing unit is inclined in a direction rotated 90 degrees around an optical axis with respect to an inclination direction of the parallel flat plate. 前記集光手段が光軸に対して1.9度から2.5度傾斜していることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光通信モジュール。   The optical communication module according to any one of claims 1 to 3, wherein the condensing means is inclined at 1.9 to 2.5 degrees with respect to the optical axis. 前記集光手段は、前記信号光を前記光ファイバの入射端面上におけるコア中心に導くために移動可能に配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光通信モジュール。   5. The optical communication module according to claim 1, wherein the condensing unit is arranged to be movable so as to guide the signal light to a core center on an incident end face of the optical fiber. .
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