JP2008152194A

JP2008152194A - 光送受信モジュール

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Publication number: JP2008152194A
Application number: JP2006342663A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Koyama; 悦雄小山; Hiroyoshi Matsumura; 宏善松村; Shojiro Hayashi; 昌二郎林
Original assignee: TECDIA Co Ltd
Current assignee: TECDIA Co Ltd
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】従来の結合効率を維持しつつ従来よりも簡易に組み立てることができる光送受信モジュールを提供する。
【解決手段】半導体レーザ１と、半導体レーザ１から出射する送信光が入射し、これを平行光化させる開口数が半導体レーザ１の開口数の１．４倍以上の部分５ａと、遠端側の略ＳＭＦ４の開口数を有しコリメーターとして作用する部分５ｂとを有するレーザ側レンズ５と、送受信光を伝播させるＳＭＦ４と、ＳＭＦ４に融着した結合コリメータレンズ６と、レーザ側レンズ５を出射した送信光を反射し結合コリメータレンズ６を出射した受信光を透過させるＷＤＭフィルタ３と、受信光を受光するフォトダイオード２と、半導体レーザ１、フォトダイオード２、ＳＦＭ４、レーザ側レンズ５、結合コリメータレンズ６等を光軸上に保持する凹溝１０、１１を有する支持基板８と、送受信モジュールパッケージ９と、厚肉キャップ１２と、を備える構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、一芯双方向通信に用いる光送受信モジュールに関する。

近年、ＴＶ番組、映画、その他の光通信路等を介した家庭へのサービスの要望が高まると共に、家庭等からも画像データ、セキュリティのための映像データ等の高速データ伝送を要する大容量のデータが送信されるようになってきている。そのため、支線系及び加入者系等（以下、単に加入者系という。）においても、高速データ伝送の観点から単一モードの光ファイバ（以下、単にＳＭＦ（ＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅＦｉｂｅｒ）という。）が普及し、それと共にＳＭＦを用いた双方向通信が必要とされてきている。ここで、双方向通信方式として、双方向通信設備の敷設工事の容易さ等から、一芯の光ファイバで双方向通信を行う所謂一芯双方向通信方式が注目されている。

図７は、従来の一芯双方向通信に用いる光送受信モジュールの構成の一例を示す図である（例えば、特許文献１参照。）。図７において、光送受信モジュール７０は、送信光を放射する半導体レーザ７１及びマイクロレンズ７３を有する発光サブアセンブリ７５と、光を双方向に伝播させるＳＭＦ７８と、受信光を受光するフォトダイオード７２及びマイクロレンズ７４を有する受光サブアセンブリ７６と、送信光を透過させ受信光を反射させるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）フィルタ７７と、ハウジング７９と、を備えている。

ＷＤＭフィルタ７７は、例えば送受信光の偏光方向を利用して、半導体レーザ７１からの送信光をＳＭＦ７８側に透過させ、ＳＭＦ７８を出射した光をフォトダイオード７２側に向けて反射させるようになっている。ここで、図７に示す光送受信モジュール７０は、部品がキャンケース内に納められているため、キャンケース型の送受信モジュールと称される。

図８は、石英系プレーナ光波回路を用いた従来の光送受信モジュールの構成の一例を示す図である（例えば、特許文献２参照。）。図８において、光送受信モジュール８０は、基板８３と、基板８３上に形成されたガラス導波路８４と、二股に分かれたガラス導波路８４の一端に接続され、１．３μｍのレーザ光を放射する半導体レーザ８１と、二股に分かれたガラス導波路８４の他端に接続され、１．５５μｍのレーザ光を受光する導波路型受光素子８２と、を備えている。

光送受信モジュール８０は、以下のようにして形成される。先ず、ＳｉＯ_２の膜をＳｉ基板８３上に堆積してガラス化させ、次に、ガラス導波路８４に応じたマスクパターンをガラス化したＳｉＯ_２の膜上に形成する。次に、マスクパターンをマスクとし、反応性イオンエッチング（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法を用いてエッチングしてガラス導波路８４を形成し、Ｓｉテラス状の半導体素子搭載部を有するプレーナ型光波回路を作製する。次に、ガラス化したＳｉＯ_２が除去された半導体素子搭載部に、別個に作製された半導体レーザ８１及び導波路型受光素子８２を、それぞれ、アライメントにより位置決めして搭載し、固定して光送受信モジュール８０を製作している。
特開２００５−００３８１０号公報特開平１１−０１７２８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の光送受信モジュールでは、マイクロレンズ７３、７４を集光用レンズとして用いているため、結合効率が悪く、さらに調芯に多大な時間を要し高コスト化の要因となっていた。また、大きな光クロストークが生ずる場合も有る。さらに、ＷＤＭフィルタ３３は光の偏光方向に依存して光を反射し又は透過するようになっているため、ＷＤＭフィルタ３３の光学軸と信号光の偏光方向とを合わせ込む調節が必要である。ここで、ＷＤＭフィルタ３３の光学軸と信号光の偏光方向との合せ込みの調節が十分でない場合、即ちずれている場合、半導体レーザ７１から出射した光が反射して迷光となって、又は回折してフォトダイオード２に入射し、ノイズ光となる。このノイズ光によって、フォトダイオード２のＳＮ比が劣化するため、発光サブアセンブリ５を回転させ偏光方向を合せ込む作業が必要である。これらの調芯、及び偏光方向と光軸との合せ込みには多大な時間を要し、その結果、コストの上昇を招くこととなっていた。

一方、特許文献２に記載の従来の光送受信モジュールでは、個々の部品をガラス導波路に高い精度で位置及び光軸を合わせして組み立てる必要があるという問題があった。そのため、組み立て工程におけるスループットが低く光送受信モジュールの歩留まりが悪いという問題があった。その結果、特許文献１に記載の光送受信モジュールと同様にコストの上昇を招くこととなっていた。また、組み立て後においても各部品間の光軸の軸ずれが生じ易く、これによって信頼性が低いという問題があった。

以上の現状に鑑み、本発明の目的は、従来の光送受信モジュールに求められる光学的な結合の品質を維持しつつ、従来よりも簡易に組み立てることができる光送受信モジュールを提供する。

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、所定の基板上に設けられ、単一の光ファイバを用いて送信光を送信し受信光を受信する光送受信モジュールにおいて、前記送信光を出射する半導体レーザと、前記光ファイバから出射した受信光を受光するフォトダイオードと、前記半導体レーザから出射した送信光を反射して前記光ファイバ側に出射させ、前記光ファイバから出射した受信光を前記フォトダイオード側に透過させるＷＤＭフィルタと、前記光ファイバと前記ＷＤＭフィルタとの光路上に配置され、前記光ファイバの端面に融着した円柱状レンズであって、前記光ファイバの開口数と同一の開口数を有し、前記送信光を前記光ファイバに結合させ、前記受信光を前記フォトダイオードの入射面で所定のビーム径２ω_０に収束させる結合コリメータレンズと、前記半導体レーザと前記ＷＤＭフィルタとの間の光路上に配置されたレーザ側レンズであって、前記半導体レーザ側に前記半導体レーザの開口数の１．４倍以上の開口数を有し、入射した前記送信光を平行光化する第１のＧＲＩＮレンズ部と、前記ＷＤＭフィルタ側に前記光ファイバと同一の開口数を有し、前記第１のＧＲＩＮレンズ部を透過した光を前記レーザ側レンズの出射端面から前記結合コリメータレンズの入射端面までの光路の１／２の位置で前記ビーム径２ω_０に収束させる第２のＧＲＩＮレンズ部と、を有するレーザ側レンズと、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光送受信モジュールにおいて、前記基板に、光路に沿って、少なくとも前記結合コリメータレンズ、前記光ファイバ及び前記レーザ側レンズが固定される溝が設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、光ファイバとＷＤＭフィルタとの光路上に配置され、光ファイバの端面に融着した円柱状レンズであって、光ファイバの開口数と同一の開口数を有し、送信光を光ファイバに結合させ、受信光をフォトダイオードの入射面で所定のビーム径２ω_０に収束させる結合コリメータレンズと、半導体レーザとＷＤＭフィルタとの間の光路上に配置されたレーザ側レンズであって、半導体レーザ側に半導体レーザの開口数の１．４倍以上の開口数を有し、入射した送信光を平行光化する第１のＧＲＩＮレンズ部と、ＷＤＭフィルタ側に光ファイバと同一の開口数を有し、第１のＧＲＩＮレンズ部を透過した光をレーザ側レンズの出射端面から結合コリメータレンズの入射端面までの光路の１／２の位置でビーム径２ω_０に収束させる第２のＧＲＩＮレンズ部と、を有するレーザ側レンズと、を備えるため、光ファイバ側の調芯が容易になると共に、半導体レーザから出射された送信光と光ファイバとの開口の調整が適切になされており、従来の光送受信モジュールに求められる光学的な結合の品質又はこれ以上の品質を維持しつつ、従来よりも簡易に組み立てることができる光送受信モジュールを実現することができる。

請求項２に係る発明によれば、上記請求項１の効果に加えて、基板に、光路に沿って、少なくとも結合コリメータレンズ、光ファイバ及レーザ側レンズが固定される溝が設けられているため、さらに簡易に組み立てることができる。

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による光送受信モジュールの一実施例を模式的に示す、断面図（ａ）、Ａ−Ａ’断面の形状を示す図（ｂ）、及びＢ−Ｂ’断面の形状を示す図（ｃ）である。光送受信モジュール１００は、図１に示すように、例えば１．５５μｍ帯等の所定の送信波長帯の光を送信光として出射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１からの出射光が入射するレーザ側レンズ５と、送信光を伝播させ受信光を出射する光ファイバ４と、光ファイバ４に融着した結合コリメータレンズ６と、レーザ側レンズ５を透過して入射した光を反射し結合コリメータレンズ６を介しＳＭＦ４から入射した光を透過させるＷＤＭフィルタ３と、光ファイバ４から出射しＷＤＭフィルタ３を透過した光を受光するフォトダイオード２と、半導体レーザ１、フォトダイオード２、ＳＦＭ４、レーザ側レンズ５、結合コリメータレンズ６等を光軸上に保持するための凹溝１０、１１を有する支持基板８と、送受信モジュールパッケージ９と、気密封止する厚肉キャップ１２と、を備えるように構成される。

半導体レーザ１は、０．２８〜０．３４等の所定の開口数を有し、出射光がレーザ側レンズ５に入射するように支持基板８の凹溝１０内に配置される。半導体レーザ１は、熱伝導率の高い冷却部材に搭載され、冷却部材がペルチェ素子等からなる電子冷却素子と半田固定等され、電子冷却素子と熱的に接触し冷却されるようになっているのでもよい。

フォトダイオード２は、例えば１．３μｍ等の所定の通信波長帯に受光感度を有する、アバランシェフォトダイオード等からなる。フォトダイオード２は、ＷＤＭフィルタ３を透過した受信光が通過する光路上に位置するように、支持基板８の凹溝１１内に配置され半田固定等されている。支持基板８は、送受信モジュールパッケージ９の内部の底面に半田固定等されている。

光ファイバ４は、通常、中心部の相対的に屈折率が高いコア７と、その周囲の相対的に屈折率が低いクラッドとからなり、コアの直径は１０μｍ程度、クラッドの直径（ファイバの径）は１２５μｍ程度である。以下、光ファイバとしてＳＭＦを用いるものとして説明する。ここで、ＳＭＦ４には、結合コリメータレンズ６が融着すると共に、ＳＭＦ４は図示しない光ファイバホルダにＹＡＧ溶接等によって固定され、さらに光ファイバホルダが送受信モジュールパッケージ９にＹＡＧ溶接等によって固定されている。

レーザ側レンズ５は、図１に示すように、半導体レーザ１とＷＤＭフィルタ３との間の光路上に配置され、出射した送信光がＷＤＭフィルタ３で反射されＳＭＦ４に光学的に結合するように構成され配置される。図２は、本発明によるレーザ側レンズの屈折率分布を模式的に示す説明図である。レーザ側レンズ５は、図２に示すように、光軸に対して軸対称の屈折率分布を有すると共に、円柱状の形状を有する。ここで、レーザ側レンズ５の半径方向の屈折率分布ｎ（ｒ）は、例えば以下の式（１）で表される、光軸で最大値をとる略２次関数をなす。
ｎ（ｒ）＝ｎｏ｛１−（ｇｒ）^２／２｝（１）
ここで、ｎｏは屈折率分布の最大値、ｒは半径方向の距離、ｇはレンズの集光能力を表す定数である。

このような屈折率分布は、例えば、屈折率が徐々に変化する所謂ＧＲＩＮ（ＧＲａｄｅｄＩＮｄｅｘ)レンズ等の製造技術（例えば、特開２００５−１１５０９７号公報を参照。）を用いて実現される。具体的には、ゾルゲル法を用いて屈折率勾配を有するドライゲルを生成し、得られたドライゲルを焼成し紡糸することによって実現される。また、レーザ側レンズ５は、半導体レーザ１側から見て近端側の部分（以下、第１のＧＲＩＮレンズ部という。）５ａと残りの部分（以下、第２のＧＲＩＮレンズ部という。）５ｂとの２つの円柱状の部分に分かれるのでもよい。以下、レーザ側レンズ５は、ＳＭＦ４と略同じ直径を有し、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａと、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａよりも開口数の小さい第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとからなるものとして説明する。また、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａと第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとは、対向する面が融着することによって、接続されている。

ここで、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａは、半導体レーザ１から出射した光が結合するために、半導体レーザ１の開口数ＮＡｌよりも大きい開口数ＮＡ１を有する。また、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂは、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１より小さく、かつＳＭＦ４の開口数と例えば１０％以内の誤差等で一致する開口数ＡＮ２を有する。第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１は、上記の定数を用いて以下の式（２）で表される。
ＮＡ１＝ｎｏ・ｇ・ｄ（２）
ここで、ｄは第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの半径を表す。

図３は、半導体レーザとレーザ側レンズとの位置関係を説明するための概念図である。半導体レーザ１は、図３に示すように、出射側の端面と、対向する第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの端面とが所定の距離（以下、レーザレンズ間距離という。）Ｌ１離れるように配置される。これは、半導体レーザ１とレーザ側レンズ５が接触することによる破損等を防止するためである。ここで、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａは光軸方向の長さがｚ１であり、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂは光軸方向の長さがｚ２である。

ここで、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａは、半導体レーザ１から入射した送信光２１が第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとの界面で略平行光になるように、長さｚ１が設定されている。本発明によるレーザ側レンズ５は、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１が半導体レーザ１の開口数ＮＡｌの１．４倍以上となるように設定されている。また、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂは、開口数がＳＭＦ４の開口数の略１±０．１倍に等しく、内部を伝播する光の蛇行周期の２／４を少し超える長さｚ２に設定されている。

第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂの長さｚ２は、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂから出射する送信光２３を所定のビーム径２ω_０に収束させる光路長Ｌ２に応じて設定される。ここで、上記の光路長Ｌ２は、結合コリメータレンズ６の端面からフォトダイオード２の受光面までの光路長である。また、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂの端面から結合コリメータレンズ６の端面までの光路長は、上記の光路長Ｌ２の２倍程度となっている。なお、レーザ側レンズ５の直径は、ＳＭＦ４の直径と同程度であることが、光軸合せ等の観点から好ましい。

レーザ側レンズ５は、上記のように半導体レーザ１から引き離して配置されるため、単に第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数を半導体レーザ１の開口数より大きくするだけでは、半導体レーザ１と効果的に光学的に結合できない場合があると共に、意図しない迷光を生じさせる原因ともなる。ここで、レーザレンズ間距離Ｌ１は、通常の光送受信モジュールの組み立てにおいて、５０〜１２０μｍに設定される。また、光送受信モジュールには、通常、開口数ＮＡｌが０．２８、０．３０、０．３４等の半導体レーザが採用される。

図４は、レーザレンズ間距離に対する第１のＧＲＩＮレンズ部に求められる開口数の関係を示す図である。ここで、図４に示すグラフの縦軸には、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１を半導体レーザ１の開口数ＮＡｌで割った値をとっている。ここで、図４に示す第１のＧＲＩＮレンズ部５ａに求められる開口数ＮＡ１は、レーザレンズ間距離Ｌ１を考慮して、以下の式（３）に基づいて決定される。
ＮＡ１≧｛（１／ＮＡｌ）^２−（Ｌ１／ｄ）^２｝^{（−１／２）} （３）
また、図４に示すグラフでは、０．２８、０．３０及び０．３４が半導体レーザ１の開口数ＮＡｌを表すパラメータの値として設定されている。

式（３）に基づいて、レーザレンズ間距離Ｌ１が０であれば、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１は、半導体レーザ１の開口数ＮＡｌより大きければよいということがわかる。しかしながら、レーザレンズ間距離が０でない場合には、この条件だけでは効果的に光学的な結合が得られない。第１のＧＲＩＮレンズ部５ａの開口数ＮＡ１が半導体レーザ１の開口数ＮＡｌの１．４倍以上であれば、図４から明らかなように、通常用いられる開口数の半導体レーザを使用し通常のレーザレンズ間距離で組み立てられることなる。そして、この倍率１．４は、余裕を設けて設定されているため、現実的な位置合わせ誤差等を考慮しても、適切に組み立てできる値になっている。

このようにレーザ側レンズ５を構成することによって、第１のＧＲＩＮレンズ部５ａに入射した送信光は、図３に示すように、まず、上記の開口数ＮＡ１を有し長さｚ１の第１のＧＲＩＮレンズ部５ａによって、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂとの界面に向けて平行光化される。次に、この界面に入射した送信光は、ＳＭＦ４の開口数と実質的に同一の開口数を有し伝播する光の蛇行周期の１／４の長さの第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂによって、ＳＭＦ４に集光させられ、実質的に一定の開口数でＳＭＦ４と結合して伝播していく。

結合コリメータレンズ６は、レーザ側レンズ５と同様に軸対象であるが、ＳＭＦ４と同程度の開口数を有しＳＭＦ４に融着した単一のＧＲＩＮレンズ部を有するように構成される。図５は、ＳＭＦとフォトダイオードと結合コリメータレンズとの位置関係を説明するための概念図である。結合コリメータレンズ６は、長さｚ３を有し、ＳＭＦ４を出射した受信光２４が結合コリメータレンズ６の端面で平行光化され、フォトダイオード２の受光面でビーム径２ω_０の受信光２５に収束するように構成される。

長さｚ３は、結合コリメータレンズ６を出射した光が光路長Ｌ２離れたフォトダイオード２の受光面でビーム径２ωｏの光に収束するように決定される。具体的には、長さｚ３は、光線方程式等に基づいて決定され、結合コリメータレンズ６内を伝播する光の蛇行周期の１／４より僅かに長い値になる。結合コリメータレンズ６は、また、レーザ側レンズ５を出射してＷＤＭフィルタ３で反射されＳＭＦ４に向かう送信光２１〜２３を結合させる結合レンズとしても機能する。

各ＧＲＩＮレンズ部は、熱膨張係数が１５×１０^−７Ｋ^−１以下のＳｉ系ガラスで形成されているため、酸水素バーナ等を用いてＳＭＦと融着させて接続させることができる。その結果、ＳＭＦと結合レンズとの界面から反射されて半導体レーザに戻る光が軽減される。また、接着剤を用いた従来の接続では、強度の強い光が入射して接着剤に吸収され温度上昇を引き起こし、その結果、接着剤が変質して光学特性が劣化するという問題があったが、この問題も本発明により解消される。また、ほぼ同じ断面形状を有するＳＭＦとＧＲＩＮレンズとを酸水素バーナ等を用いて融着する場合、融着の際の融けた成分に生ずる表面張力がＳＭＦとＧＲＩＮレンズの双方の中心軸を一致させるように作用する（以下、自己配列効果という。）。この自己配列効果によって、従来、組み立て上の大きな負担となっていた精密な軸合わせ（調芯）を行うことなく、ＳＭＦと結合レンズの中心軸を簡易に一致させることができるため、光学的な結合に要する組立ての負担が大幅に軽減されるという大きな利点がある。異なるＧＲＩＮレンズ部相互の接続についても、同様である。

図６は、本発明による光送受信モジュール内を伝播する送信光及び受信光について説明するための図である。レーザ側レンズ５及び結合コリメータレンズ６を上記のように構成することによって、レーザ側レンズ５から出射する送信光は、以下のようにＳＭＦ４内を伝播していく。まず、レーザ側レンズ５から出射した送信光は、まず第１のＧＲＩＮレンズ部５ａによって平行光２１にされ、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂによってＳＭＦ４と等しい開口数の媒体を伝播する送信光２２にされ、第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂの端面から光路長Ｌ２の位置でビーム径２ω_０の送信光２３になり、ＷＤＭフィルタ３に向かう。ＷＤＭフィルタ３に入射した送信光２３は、ＷＤＭフィルタ３で反射されて、光の相反性によって、実質的に第２のＧＲＩＮレンズ部５ｂの端面を出射する受信光と同様のビームで逆方向に進む光２５として結合コリメータレンズ６に入射し、集光されてＳＭＦ４と光学的に結合しＳＭＦ４内を伝播していく。

支持基板８は、例えば石英基板等からなり、光路に沿って、少なくとも結合コリメータレンズ６、光ファイバ４及びレーザ側レンズ５が固定される溝が、エッチング等により形成されている。

以下、本発明によるレーザ側レンズ５及び結合コリメータレンズ６の更なる具体的な形成例を説明する。
「形成例１」
まず、７５．５ｍｌのシリコンテトラメトキシドと１８３．４ｍｌのイソプロパノールとの混合液に２規定、９．２ｍｌの塩酸を添加し、３０分間攪拌した後、９．８ｍｌのチタンテトラｎブトキシドを加える。次に、得られた混合液に０．０１規定のアンモニア水を添加して攪拌し、５０℃で２日間熟成させてウェットゲルを得る。次に、このウェットゲルを６規定の塩酸中に２時間浸漬し、外周部のチタンを溶出させてゲル中にチタンの濃度分布を付与する。浸漬後、７０℃で乾燥させて直径約１０ｍｍのドライゲルを得る。得られたドライゲルを、室温から８００℃まで酸素雰囲気中で１５０℃／ｈｒで昇温し、その後１２５０℃までヘリウム雰囲気中で５０℃/ｈｒで昇温して２時間焼成し円柱状のガラス体にする。これにより、中心から周辺に向かってほぼ２乗カーブで減少するＮＡ２＝０．１１の第２のＧＲＩＮレンズ部の母体が得られる。

次に、７５．５ｍｌのシリコンテトラメトキシドと１８３．４ｍｌのイソプロパノールとの混合液に２規定、９．２ｍｌの塩酸を添加し、３０分間攪拌した後、３０．８ｍｌのチタンテトラｎブトキシドを加える。次に、得られた混合液に０．０１規定のアンモニア水を添加して攪拌し、５０℃で２日間熟成させてウェットゲルを得る。次に、チタン濃度分布を付与する１回目の処理として、このウェットゲルを６規定の塩酸中に２時間浸漬し、得られたウェットゲルをメタノール中に浸漬してゲル中の塩酸分を洗浄する。次に、チタン濃度分布を付与する２回目の処理として、このウェットゲルを６規定の塩酸中に２０分間浸漬すると共に、メタノール中に浸漬してゲル中の塩酸分を洗浄する。次に、チタン濃度分布を付与する３回目の処理として、このウェットゲルを６規定の塩酸中に８分間浸漬すると共に、メタノール中に浸漬してゲル中の塩酸分を洗浄する。次に、７０℃で乾燥させて直径約１０ｍｍのドライゲルを得る。得られたドライゲルを、室温から３５０℃までは１０℃／ｈｒで昇温し、その後１２００℃まで昇温して２時間焼成し円柱状のガラス体にする。これにより、中心から周辺に向かってほぼ２乗カーブで減少するＮＡ１＝０．５の第１のＧＲＩＮレンズ部の母体が得られる。このように、ウェットゲルに対して複数回、チタン濃度分布の付与を行うことで、ＧＲＩＮレンズの開口数を大きくすることができる。

これらの各母材をカーボンヒータの電気炉に一端から０．０４ｍｍ／ｓの速度で挿入し、他端から紡糸して外径１２５μｍの第１のＧＲＩＮレンズ部及び第２のＧＲＩＮレンズ部の形成に用いるファイバを作製する。次に、ファイバカッタを用いて、作成した開口数０．５の第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバと開口数０．１１の第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバとを切断し、さらに放電融着接続器を用いて各切断面を融着させて接続する。次に、ファイバカッタを用いて、第１のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバと第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバとを、それぞれ、長さが１６８μｍ、２８３７μｍになるように切断研磨し、外径約１２５μｍのレーザ側レンズ５を得る。次に、ファイバカッタを用いて、第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバと開口数０．１１のＳＭＦとを切断し、放電融着接続器を用いて各切断面を融着させて接続する。次に、ファイバカッタを用いて、第２のＧＲＩＮレンズ部形成用のファイバを、それぞれ、長さが１４９８μｍになるように切断研磨し、外径約１２５μｍの結合コリメータレンズ６を得る。最後に、得られたレーザ側レンズ５と結合コリメータレンズ６が融着したＳＭＦ４とを、石英基板からなる支持基板８上に形成された幅１２６μｍ、深さ７０μｍの、相互に直交する凹溝内に、３ｍｍ離れるように直交配置しＹＡＧ溶接して固定した。次に、ＷＤＭフィルタ３を、この凹溝が直交する部分に各溝に４５°をなすように配置し、ＹＡＧ溶接して固定した。

このようにして得られたレーザ側レンズ５と結合コリメータレンズ６とが配置された光学系に、ピーク発振波長が１３３０ｎｍ、水平方向放射半値角度が２０°、垂直方向放射半値角度が２５°のレーザ光を出射する半導体レーザ１を、レーザレンズ間距離Ｌ１として１００μｍ離して配置し、レーザ光を入射させて結合効率を評価したところ、ロスが０.７ｄＢ以下の高い結合効率が得られた。ただし、この評価では結合コリメータレンズ６の端面に反射防止膜を設けなかったため、反射防止膜を設けた場合に換算して結合損失を算定した。この評価の半導体レーザ１の動作条件は、動作電流が１６ｍＡ、動作電圧が1.０Ｖである。また、ＳＭＦ４から出射する１．３３０ｎｍの波長の光は、殆ど損失無くフォトダイオード２に光学的に結合した。

本発明による光送受信モジュールの一実施例を模式的に示す、断面図（ａ）、Ａ−Ａ’断面の形状を示す図（ｂ）、及びＢ−Ｂ’断面の形状を示す図（ｃ）である。本発明によるレーザ側レンズの屈折率分布を模式的に示す説明図である。半導体レーザとレーザ側レンズとの位置関係を説明するための概念図である。レーザレンズ間距離に対する第１のＧＲＩＮレンズ部に求められる開口数の関係を示す図である。ＳＭＦとフォトダイオードと結合コリメータレンズとの位置関係を説明するための概念図である。本発明による光送受信モジュール内を伝播する送信光及び受信光について説明するための図である。従来の一芯双方向通信に用いる光送受信モジュールの構成の一例を示す図である。石英系プレーナ光波回路を用いた従来の光送受信モジュールの構成の一例を示す図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２フォトダイオード
３ＷＤＭフィルタ
４光ファイバ（ＳＭＦ）
５レーザ側レンズ
５ａ、５ｂＧＲＩＮレンズ部
６結合コリメータレンズ
７コア
８支持基板
９送受信モジュールパッケージ
１０、１１凹溝
１２厚肉キャップ
２１〜２５送受信光
７０、８０、１００光送受信モジュール
７１、８１半導体レーザ
７２、８２フォトダイオード
７３、７４マイクロレンズ
７５発光サブアセンブリ
７６受光サブアセンブリ
７７ＷＤＭフィルタ
７８ＳＭＦ
７９ハウジング
８３Ｓｉ基板
８４ガラス導波路

Claims

所定の基板上に設けられ、単一の光ファイバを用いて送信光を送信し受信光を受信する光送受信モジュールにおいて、
前記送信光を出射する半導体レーザと、
前記光ファイバから出射した受信光を受光するフォトダイオードと、
前記半導体レーザから出射した送信光を反射して前記光ファイバ側に出射させ、前記光ファイバから出射した受信光を前記フォトダイオード側に透過させるＷＤＭフィルタと、
前記光ファイバと前記ＷＤＭフィルタとの光路上に配置され、前記光ファイバの端面に融着した円柱状レンズであって、前記光ファイバの開口数と同一の開口数を有し、前記送信光を前記光ファイバに結合させ、前記受信光を前記フォトダイオードの入射面で所定のビーム径２ω_０に収束させる結合コリメータレンズと、
前記半導体レーザと前記ＷＤＭフィルタとの間の光路上に配置されたレーザ側レンズであって、前記半導体レーザ側に前記半導体レーザの開口数の１．４倍以上の開口数を有し、入射した前記送信光を平行光化する第１のＧＲＩＮレンズ部と、前記ＷＤＭフィルタ側に前記光ファイバと同一の開口数を有し、前記第１のＧＲＩＮレンズ部を透過した光を前記レーザ側レンズの出射端面から前記結合コリメータレンズの入射端面までの光路の１／２の位置で前記ビーム径２ω_０に収束させる第２のＧＲＩＮレンズ部と、を有するレーザ側レンズと、を備えることを特徴とする光送受信モジュール。
前記基板に、光路に沿って、少なくとも前記結合コリメータレンズ、前記光ファイバ及び前記レーザ側レンズが固定される溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光送受信モジュール。