JP2008083279A - 一心双方向送受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】受信用フォトダイオード３に入射するノイズ光を低減し、安定した動作を行うことが可能な、受信感度の高い一心双方向送受信モジュールを提供する。
【解決手段】半導体レーザ２と、受信用フォトダイオード３と、波長選択フィルタ３とを備え、半導体レーザ２、受信用フォトダイオード３及び波長選択フィルタ３が、半導体レーザ２から出射された送信光２０が波長選択フィルタ３を介して光ファイバ端面１５ａに入射し、光ファイバ１５から出射された信号光が波長選択フィルタ３を介して受信用フォトダイオード３に入射するように配置されてなり、波長選択フィルタ３を所定の角度で保持するフィルタ保持ホルダ９が、半導体レーザ２から出射し、波長選択フィルタ３を介してフィルタ保持ホルダ９側へと進行する一部の送信光２０ｂの光路上に貫通部を有する一心双方向送受信モジュールとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、一心双方向送受信モジュールに関する。

送信用と受信用の異なる２つの波長の光信号を一本の光ファイバを用いて伝送する一心双方向光送受信モジュールとしては、例えば図７に示すような構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。図７に示す一心双方向送受信モジュールは、略板状の金属部材であるステム０１上に、半導体レーザ０２、受信用フォトダイオード０３及び波長選択フィルタ０４等が搭載され、透過窓０１７を備えた透過窓付キャップ０１８によって気密されており、さらに透過窓付キャップ０１８の外方にレンズ０５を備えたレンズホルダ０６及び光ファイバ０１５を保持するファイバ保持スリーブ０１６が固定され、一心双方向の送受信を実現するものである。

半導体レーザ０２、受信用フォトダイオード０３、及び波長選択フィルタ０４は、それぞれサブ基板０７，０８、及びフィルタ保持キャップ０９を介してステム０１上に固定され、半導体レーザ０２から出射した送信光が波長選択フィルタ０４によって反射されて光ファイバ０１５へと入射し、光ファイバ０１５から出射した信号光が波長選択フィルタ０４を透過して受信用フォトダイオード０３に入射するように配置されている。

なお、波長選択フィルタ０４は、フィルタ保持キャップ０９のフィルタ固定面０９ａによって、半導体レーザ２から出射する送信光０２０及び光ファイバ０１５から出射する信号光に対して傾斜した状態で固定されている。

特開２００４−１３３４６３号公報

図７（ｂ）に示すように、上述したような一心双方向送受信モジュールにおいては、半導体レーザ０２から出射した送信光０２０のうち、大部分の光０２０ａは波長選択フィルタ０４によって反射され、透過窓０１７を透過して光ファイバ０１５へと進む。

しかし、送信光０２０のうち、一部の光０２０ｂは波長選択フィルタ０４によって反射されず、波長選択フィルタ０４を透過してフィルタ保持キャップ０９の側壁９ｃへ向かい、さらにフィルタ保持キャップ側壁０９ｃで反射されて波長選択フィルタ０４へと戻り、波長選択フィルタ０４によって再度反射されて受信用フォトダイオード０３に入射する。即ち、受信用フォトダイオード０３に、受信波長帯域以外の光が入射することとなり、ノイズが発生するという問題があった。

ノイズとなる送信波長が受信用フォトダイオード０３に入射することを防ぐために、受信用フォトダイオード０３と波長選択フィルタ０４との間に、ノイズとなる送信波長の光を遮断する第３の波長選択フィルタを介在させることも考えられるが、第３の波長選択フィルタを設けると、実装エリアが拡大され、小型化が困難となり、部品点数も多くなるという問題が考えられた。

本発明はこのような問題を解決するものであって、光信号受信素子に入射するノイズ光を低減し、安定した動作を行うことが可能な、受信感度の高い一心双方向送受信モジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項１に係る一心双方向送受信モジュールは、半導体光送信素子と、光信号受信素子と、波長選択フィルタとを備え、前記半導体光送信素子、前記光信号受信素子及び前記波長選択フィルタが、前記半導体光送信素子から出射された送信光が波長選択フィルタを介して光ファイバ端面に入射し、前記光ファイバから出射された信号光が前記波長選択フィルタを介して前記光信号受信素子に入射するように配置されてなる一心双方向送受信モジュールにおいて、前記波長選択フィルタを所定の角度で保持するフィルタ保持体が、前記半導体光送信素子から出射し、前記波長選択フィルタを介して前記フィルタ保持体側へと進行する一部の送信光の光路上に貫通部を有することを特徴とする。

なお、上記「一部の送信光」とは、波長選択フィルタによって反射されて光ファイバ端面に入射する大部分の送信光とは別に、波長選択フィルタを介してフィルタ保持体側へ進行する僅かな送信光のことをいうものとする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項２に係る一心双方向送受信モジュールは、請求項１記載の一心双方向送受信モジュールにおいて、前記半導体光送信素子、前記光信号受信素子及び前記波長選択フィルタを、円盤状の金属部材に集光レンズから構成された光透過部を有するレンズキャップを固着してなる一つの収納体の内部に配置し、前記光ファイバを前記収納体の外部であって前記光透過部に対向する位置に固定したことを特徴とする。

上述した本発明に係る一心双方向送受信モジュールによれば、波長選択フィルタを保持するフィルタ保持体が、半導体光送信素子から出射し、波長選択フィルタを介してフィルタ保持体側へ進行する一部の送信光の光路上に貫通部を備えたことにより、一部の送信光は貫通部を通ることでフィルタ保持体によって反射されない。従って、光信号受光素子にノイズとして入射される送信光を低減し、光信号受信素子が安定した動作を行うことができ、受信感度の高い一心双方向送受信モジュールを提供することが可能となった。

以下に本発明の実施形態を説明する。本実施形態に係る一心双方向送受信モジュールはモジュール内部の反射対策を行い、光信号受信素子が安定した動作を行うことを可能としたものである。

詳しくは、半導体光送信素子と、光信号受信素子と、波長選択フィルタとを搭載し、例えば、半導体光送信素子から出射された送信光が波長選択フィルタによって反射されて光ファイバ端面に入射し、光ファイバから出射した信号光が波長選択フィルタを透過して光信号受信素子に入射する一心双方向送受信モジュールにおいて、波長選択フィルタを保持するフィルタ保持体が、半導体光送信素子から出射し、波長選択フィルタを透過してフィルタ保持体側へと進行する一部の送信光の光路上に貫通部を備えるものである。

即ち、半導体光送信素子から出射した送信光のうち大部分の光は波長選択フィルタによって反射され、光ファイバへと入射するが、僅かな一部の送信光は波長選択フィルタを透過し、フィルタ保持体側へと進行する。

フィルタ保持体に向かって進行する一部の送信光がフィルタ保持体によって反射されると、再度波長選択フィルタに入射し反射されて光信号受信素子に入射する虞があるが、フィルタ保持体の上記一部の送信光の光路上に貫通部を設けることで、一部の送信光はフィルタ保持体を貫通し、フィルタ保持体によって反射されない構成となっている。

本実施形態によれば、フィルタ保持体に向かって進行する一部の送信光は貫通部を通過するため、フィルタ保持体によって反射されない。従って、送信光がフィルタ保持体によって反射され、光信号受信素子にノイズ光として入射することを防止することが可能となった。これにより、受光素子に入射されるノイズ光を低減し、安定した動作を行う、受信感度の高い一心双方向送受信モジュールを提供可能となる。

さらに、光信号受信素子と波長選択フィルタとの間に第３の波長選択フィルタを介在させる必要がないため、実装エリア、モジュール等が大型化する虞がない。

図１〜４に基づいて本発明の第１の実施例を詳細に説明する。図１は本実施例に係る一心双方向送受信モジュールを模式的に示す部分断面図、図２は本実施例のフィルタ保持ホルダを示す斜視図、図３は半導体レーザから出射した送信光の一例を示す光路追跡図、図４は本実施例における受信用フォトダイオードの受光面積と光クロストークとの関係を示す図である。

図１及び図２に示すように、本実施例における一心双方向送受信モジュールは、略板状のステム１に搭載された半導体光送信素子としての半導体レーザ２、光信号受信素子としての受信用フォトダイオード３、及び波長選択フィルタ４等を、集光レンズ５から構成された光透過部を有するレンズキャップ６によって封止して構成されている。更に、レンズ５に対向してフィルタ保持キャップ１４に保持された第２の波長選択フィルタ１３、スリーブ１６に保持された光ファイバ１５が設けられている。

半導体レーザ２、受信用フォトダイオード３、及び波長選択フィルタ４は、それぞれサブ基板７，８、及びフィルタ保持体としてのフィルタ保持ホルダ９を介してステム１に固定され、半導体レーザ２は送信光２０が波長選択フィルタ４によって反射されて光ファイバ１５へと入射するように配置され、受信用フォトダイオード３は光ファイバ１５から出射して波長選択フィルタ４を透過した信号光を受信するように配置されている。

フィルタ保持ホルダ９には、波長選択フィルタ４が固定される傾斜面９ａ（図２中に斜線を施した部分）とともに、貫通部としてのＵ溝９ｂが形成されている。傾斜面９ａは、半導体レーザ２に対向して設けられ、半導体レーザ２から出射した送信光が波長選択フィルタ４によって反射されて光ファイバ１５へと入射し、光ファイバ１５から出射した信号光が波長選択フィルタ４を透過して受信用フォトダイオード３に入射するように傾斜角度及び傾斜方向が設定されている。

Ｕ溝９ｂは、傾斜面９ａ側から半導体レーザ２の出射方向に向かって、フィルタ保持ホルダ９を貫通して設けられている。即ち、図７に示し上述したフィルタ保持キャップ０９の側壁０９ｃを無くしたと同様の状態となっている。フィルタ保持ホルダ９は、受信用フォトダイオード３を跨ぐように配置され、波長選択フィルタ４を半導体レーザ２の側方且つ受信用フォトダイオード３の上方に固定している。

なお、半導体レーザ２の背面には半導体レーザ出力モニタ用フォトダイオード１０がサブ基板１１を介してステム１に固定され、受信用フォトダイオード３の側方には、受信ＩＣ１２が固定されている。

図１に示すように、半導体レーザ２から出射された送信光２０のうちの大部分の光２０ａは波長選択フィルタ４によって反射されてレンズ５及び通信帯域以外の波長を遮断する第２の波長選択フィルタ１３を透過して光ファイバ端面１５ａで結像する。一方、送信光２０のうちの僅かな一部の光（以下、一部の送信光という）２０ｂは波長選択フィルタ４を透過してフィルタ保持ホルダ９側へと進む。

本実施例によれば、フィルタ保持ホルダ９にはＵ溝９ｂが設けられているため、波長選択フィルタ４を透過した一部の送信光２０ｂはＵ溝９ｂを貫通し、フィルタ保持ホルダ９によって反射されることがない。従って、一部の送信光２０ｂが受信用フォトダイオード３に入射することを抑制し、ノイズ光を低減することができる。

以下、図３及び図４に基づいて、本実施例の作用効果を説明する。図３（ａ）はフィルタ保持体として、図１及び図２に示した本実施例のフィルタ保持ホルダ９を用いた場合の送信光の光線追跡図、図３（ｂ）はフィルタ保持体として、例えば、図７に示した従来のフィルタ保持ホルダ０９を用いた場合の送信光の光線追跡図、図４はフィルタ保持体として本実施例におけるフィルタ保持ホルダ９を用いた場合、及び従来例におけるフィルタ保持ホルダ０９を用いた場合の光クロストークを表すグラフである。

図３（ａ）に示すＵ溝９ｂを備えた本実施例におけるフィルタ保持ホルダ９を用いた場合と、図３（ｂ）に示す側壁０９ａを備えた従来のフィルタ保持ホルダ０９を用いた場合とについて半導体レーザから出射した送信光の一部が受信用フォトダイオードに入射する量を比較すると、図４に示すように、例えば受信用フォトダイオードの受光面の直径が０．１ｍｍの場合、本実施例では光クロストークが約６０ｄＢであるのに対し、フィルタ保持ホルダがＵ溝を備えない場合の光クロストークは約３０ｄＢとなっている。

つまり、図４から、本実施例に係る一心双方向送受信モジュールによれば、フィルタ保持ホルダにＵ溝を設けない場合と比較して光クロストークが約３０ｄＢ改善され、受信用フォトダイオード３に入射するノイズ光が低減されたことがわかる。なお、図３（ａ）、（ｂ）に示す構成における光クロストークの値は波長選択フィルタ４の多層膜コーティング条件に依存するものであり、図４に示した値はあくまでも一例であってこれに限定されるものではない。

なお、図４において受信用フォトダイオードの受光面積約０．６ｍｍ以上で光クロストークの値が飽和状態となっているのは、該受光面積を０．６ｍｍ程度以上とした場合、波長選択フィルタ４を介して受信用フォトダイオードへと進行する略全てのノイズ光が受信用フォトダイオードの受光面に入射されるためである。

図４に示す光クロストークの値（ＯＲＴ）は、以下に示す（１）式によって算出したものである。
ＯＲＴ＝−１０・ｌｏｇ（Ｐｌ／Ｐｏ） （１）
Ｐｏ：半導体レーザの光出力パワー
Ｐｌ：受信用フォトダイオードへの入射光パワー

なお、本実施例においては、波長選択フィルタ４に対してレンズ５側を上方、受信用フォトダイオード３側を下方として説明した。

以上に示したように、本実施例によれば、波長選択フィルタ４によって反射されず、波長選択フィルタ４を透過した一部の送信光２０ｂがフィルタ保持ホルダ９に当たらないようなＵ溝９ｂを設けたことにより、一部の送信光２０ｂのフィルタ保持ホルダ９からの反射光を低減することが可能となった。これにより、受信用フォトダイオード３に入射するノイズが減少し、安定した動作を行うことが可能となり、受信感度の高い一心双方向送受信モジュールを提供することが可能となった。

また、受信用フォトダイオード３と波長選択フィルタ４との間に送信波長を遮断する波長選択フィルタを設ける必要がないために、実装エリア及びモジュールを大型化することなく受信感度を向上させることが可能となった。

さらに、上述した本実施例に係る一心双方向送受信モジュールにおいては、レンズキャップ６の内壁に送信波長の光を吸収する光吸収材を施す等により、受信用フォトダイオード３に入射するノイズをより低減することができる。

また、フィルタ保持ホルダに設ける貫通部としては、上述したＵ溝９ｂに限らず、例えば、図５に示すフィルタ保持ホルダ１０９のように凹溝１０９ｂを設けても良く、図６に示すようにフィルタ保持ホルダ２０９を二つの板体２９１，２９２から構成し、板体２９１，２９２間の空間２９３を貫通部としても良い。なお、図５及び図６において、斜線を施した部分１０９ａ，２９１ａ，２９２ａは、波長選択フィルタ４が固定される傾斜面である。

本発明は、モジュール内部の反射対策を行い、送受信素子が安定した動作を行うことができる一心双方向送受信モジュールに利用可能である。

本発明の実施例１に係る一心双方向送受信モジュールを模式的に示す部分断面図である。 本発明の実施例１におけるフィルタ保持ホルダを示す斜視図である。 図３（ａ）は本発明の実施例１に係る一心双方向送受信モジュールを用いた場合の送信光の光路の一例を示す光路追跡図、図３（ｂ）は従来の一心双方向送受信モジュールを用いた場合の送信光の光路の一例を示す光路追跡図である。 受信用フォトダイオードの受光面の直径と、光クロストークとの関係を表すグラフである。 本発明の実施例１に係るフィルタ保持ホルダの他の例を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係るフィルタ保持ホルダの他の例を示す斜視図である。 図７（ａ）は従来の一心双方向モジュールの断面図、図７（ｂ）は従来の一心双方向モジュールの波長選択フィルタによる半導体レーザから出射した光の反射及び透過を示した断面図である。

符号の説明

１ ステム
２ 半導体レーザ
３ 受信用フォトダイオード
４，１３ 波長選択フィルタ
５ レンズ
６ レンズキャップ
７，８，１１ サブ基板
９，１０９，２０９ フィルタ保持ホルダ
９ａ，１０９ａ，２９１ａ，２９２ａ 傾斜部
９ｂ Ｕ溝
１０ 半導体レーザ出力モニタ用フォトダイオード
１２ 受信ＩＣ
１４ フィルタ保持キャップ
１５ 光ファイバ
１５ａ 光ファイバ端面
１６ スリーブ
２０ 送信光
２０ａ 大部分の送信光
２０ｂ 一部の送信光
１０９ｂ 凹溝
２９１，２９２ 板体
２９３ 空間

Claims (2)

1. 半導体光送信素子と、光信号受信素子と、波長選択フィルタとを備え、前記半導体光送信素子、前記光信号受信素子及び前記波長選択フィルタが、前記半導体光送信素子から出射された送信光が波長選択フィルタを介して光ファイバ端面に入射し、前記光ファイバから出射された信号光が前記波長選択フィルタを介して前記光信号受信素子に入射するように配置されてなる一心双方向送受信モジュールにおいて、前記波長選択フィルタを所定の角度で保持するフィルタ保持体が、前記半導体光送信素子から出射し、前記波長選択フィルタを介して前記フィルタ保持体側へと進行する一部の送信光の光路上に貫通部を有することを特徴とする一心双方向送受信モジュール。
2. 前記半導体光送信素子、前記光信号受信素子及び前記波長選択フィルタを、円盤状の金属部材に集光レンズから構成された光透過部を有するレンズキャップを固着してなる一つの収納体の内部に配置し、前記光ファイバを前記収納体の外部であって前記光透過部に対向する位置に固定したことを特徴とする請求項１記載の一心双方向送受信モジュール。

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