JP2009198958A - 波長多重光受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】マルチモードの波長多重光の受信に際し光学的なクロストークを低減した波長多重光受信モジュールを提供する。
【解決手段】マルチモード光からなる複数波長の光を有限径の出射端１１ａから出射する光出射部１１と、その光出射部１１の出射端１１ａから出射した光を収束させる収束レンズ部１２と、収束レンズ部１２を出射した収束光を波長毎に異なる光に分波する波長分離部１３と、分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部１４と、集光レンズ部１４で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子１５を一平面上に配置した受光部１６とを備えた波長多重光受信モジュールにおいて、光出射部１１の出射端１１ａと収束レンズ部１２との距離が収束レンズ部１２の焦点距離ｆよりも長い。
【選択図】図２

Description

本発明は、波長多重された光を受信する波長多重光受信モジュールに係り、特に、マルチモードファイバを用いて波長多重伝送された光のクロストーク及び信号光の損失を低減する波長多重光受信モジュールに関するものである。

マルチモードファイバにより伝送された波長多重光を受信する波長多重光受信モジュールにおいては、シングルモードファイバにより伝送された波長多重光を受信する場合と比較して、クロストーク及び損失が発生しやすい。

クロストークや損失を低減するために、マルチモード伝送からの出射光をレンズでコリメートし、片面に全反射面、対抗面にバンドパスフィルタを並列配置した光学ブロックに導き、両面間を斜めに反射させながら波長分離を行い、分離した光を集光光学系で受光系に結合させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第６４５６７５７号明細書

しかしながら、マルチモード光を伝搬させるマルチモードファイバでは、例えば直径数１０μｍの領域から光を出射するため、出射する全ての光束を完全にコリメートすることは実質的に不可能である。従来の波長多重光受信モジュールは、分離される波長間でビーム径がほぼ等しくならない場合、各受光部が近接するため、他の受光素子に信号光が漏れ込み、クロストークが生じる。このため、光受信の特性が劣化するという問題があった。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、マルチモードの波長多重光の受信に際し、光学的なクロストークを低減した波長多重光受信モジュールを提供することにある。

上記目的を達成すべく本発明に係る波長多重光受信モジュールは、マルチモード光からなる複数波長の光を有限径の出射端から出射する光出射部と、その光出射部の出射端から出射した光を収束させる収束レンズ部と、該収束レンズ部を出射した収束光を波長毎に異なる光に分波する波長分離部と、分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部と、該集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した受光部とを備えた波長多重光受信モジュールにおいて、上記光出射部の出射端と上記収束レンズ部との距離が上記収束レンズ部の焦点距離よりも長いものである。

また、本発明に係る波長多重光受信モジュールは、マルチモード光からなる複数波長の光を有限径の出射端から出射する光出射部と、その光出射部の出射端から出射した光を収束させる収束レンズ部と、該収束レンズ部を出射した収束光を波長毎に異なる光に分波する波長分離部と、分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部と、該集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した受光部とを備えた波長多重光受信モジュールにおいて、上記収束レンズ部を出射した収束光が上記集光レンズ部に到達する前の位置で収束するものである。

波長分離部は、透過波長が互いに異なる複数の波長フィルタを多段に配設してなり、上記収束光の収束点が最終段の波長フィルタより前の位置（つまり上記収束レンズ側）となるようにするのが好ましい。

波長分離部は、透過波長が互いに異なる４つの波長フィルタを備え、これら４つの波長フィルタが、上記波長分離フィルタの入射部から波長多重光が伝搬する順に、最短波長の光を分離する波長フィルタ、最長波長の光を分離する波長フィルタ、２番目に短い波長の光を分離する波長フィルタ、３番目に短い波長の光を分離する波長フィルタの順に配置されるのが好ましい。

さらに、波長分離部とは異なる第２の波長分離部と、その第２の波長分離部から分波した各光をそれぞれ集光する第２の集光レンズ部と、第２の集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した第２の受光部と、上記集光レンズ部と上記光分離部との間に配設され、上記複数波長を２つに分けその２つに分けた一方の光を上記波長分離部に入射させると共に、他方の光を上記第２の波長分離部に入射させる光分波部とを備えてもよい。

波長分離部は、最初の波長を分離する上記波長分離部の箇所と上記集光レンズとの間隔が、最後の波長を分離する上記波長分離部の箇所と上記集光レンズとの間隔より広くなるように、上記集光レンズに対して傾斜して配置されてもよい。

さらにまた本発明は、マルチモード光からなる複数波長の光を有限径の出射端から出射する光出射部と、その光出射部の出射端から出射した光を収束させる収束レンズ部と、該収束レンズ部を出射した収束光を波長毎に異なる光に分波する波長分離部と、分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部と、該集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した受光部とを備えた波長多重光受信モジュールにおいて、上記光出射部の出射端と上記収束レンズ部との距離が上記収束レンズ部の焦点距離よりも長く、上記波長分離部とは異なる第２の波長分離部と、その第２の波長分離部から分波した各光をそれぞれ集光する第２の集光レンズ部と、第２の集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した第２の受光部と、上記集光レンズ部と上記光分離部との間に配設され、上記複数波長を２つに分けその２つに分けた一方の光を上記波長分離部に入射させると共に、他方の光を上記第２の波長分離部に入射させる光分波部とを備え、上記波長分離部の反射面が形成された面側から上記光分波部の出射光が入射されるものである。

上記第１の波長分離部と上記第２の波長分離部、上記第１の集光レンズと上記第２の集光レンズ、および上記第１の受光部と上記第２の受光部を、それぞれ積層してもよい。

第１の受光部と第２の受光部をそれぞれＣＡＮパッケージに収容し、上記光学ベースを他の光学ベース上に実装し、その他の光学ベースの端面に上記ＣＡＮパッケージを接続してもよい。

収束レンズをマルチモードファイバが接続されたレセプタクル内に実装してもよい。

本発明によれば、マルチモード光源から出射された複数の波長のマルチモード信号光を波長分離する際、クロストーク及び損失が低減されるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る波長多重光受信モジュールの好適な実施の形態を示した平面図である。

図１に示すように、波長多重光受信モジュール１０は、マルチモード光からなる複数波長の光を有限径の出射端から出射する光出射部１１と、その光出射部１１の出射端から出射した光を収束させる収束レンズ部１２と、収束レンズ部１２を出射した収束光を波長毎に異なる光に分波する波長分離部（第１の波長分離部）１３と、分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部（第１の集光レンズ部）１４と、集光レンズ部１４で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子１５を一平面上に配置した受光部（第１の集光レンズ部）１６とを備える。また、伝搬する光の光路上、収束レンズ部１２と波長分離部１３との間には、収束レンズ部１２からの光を反射させて波長分離部１３に入射させる光反射部１７が設けられる。

さらに、波長多重光受信モジュール１０は、波長分離部１３とは異なる第２の波長分離部２３と、第２の波長分離部２３から分波した各光をそれぞれ集光する第２の集光レンズ部２４と、第２の集光レンズ部２４で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子１５を一平面上に配置した第２の受光部２６と、収束レンズ部１２と光反射部１７との間に配設され、複数波長を２つに分け、その２つに分けた一方の光を第１の波長分離部１３に入射させると共に、他方の光を第２の波長分離部２３に入射させる光分波部１８と、光分波部１８で反射された光を反射させて第２の波長分離部２３に入射させる第２の光反射部２７とを備える。光出射部１１を除く各部材（収束レンズ部１２、光分波部１８、第１及び第２の光反射部１７、２７、第１及び第２の波長分離部１３、２３、第１及び第２の集光レンズ部１４、２４、第１及び第２の受光部１６、２６）は、例えばシリコン製光学ベンチ等の光学ベース１９上に接着剤などを用いて固定されて実装される。

光出射部１１としては、マルチモードファイバが用いられる。光出射部１１から出射される波長多重光は、波長１３００ｎｍ帯（例えば、ＩＥＥＥ（米国電気電子学会）、ＩＴＵ（国際電気通信連合）グリッド）の波長λ１〜λ４（λ１＜λ２＜λ３＜λ４）、及び波長１５００ｎｍ帯（例えば、ＩＴＵグリッド）の波長λ５〜λ８（λ５＜λ６＜λ７＜λ８）の８波長を多重化したマルチモード光である。

収束レンズ部１２としては、有効径２ｍｍの球体レンズ（ボールレンズ）を用いた。

光分波部１８は、光学プレートに誘電体多層膜が積層されてなる波長分離フィルタである。その波長分離フィルタは、１３００ｎｍ帯の光を透過し、１５００ｎｍ帯の光を反射するものを用いた。収束レンズ部１２から光分波部１８への入射角は、垂直入射±２０°以内、望ましくは±１５°以内にするとよい。これにより、波長多重光光の分波による偏光依存性を低減することができる。

波長分離部１３は、直方体の光学ブロック３１の一面に、透過波長が互いに異なる短冊状の波長フィルタ（バンドパスフィルタ）３２を複数個（本実施形態では４つ）並べて設け、光学ブロック３１の波長フィルタ３２が設けられた面と対向する面に全反射面３３を形成したものである。各波長フィルタ３２の設置角度精度は、最悪値でも５分以内とする。光学ブロック３１は光を透過する材料であれば特に限定されないが、波長分離部１３を光学ベース１９に取り付ける際の位置精度の仕様を鑑み、伝搬する光の特性安定化を図るためには、光学ガラス（石英ガラス）で構成されるのがよい。各波長フィルタ３２は、クロストークを低減するために、その幅が０．４〜０．７ｍｍであることが望ましい。各波長フィルタ３２は、波長分離部１３の入射部から波長多重光が伝搬する順に、最短波長の光を分離（透過）する波長フィルタ３４、最長波長の光を分離する波長フィルタ３５、２番目の短い波長の光を分離する波長フィルタ３６、３番目に短い波長の光を分離する波長フィルタ３７の順に配置した。

集光レンズ部１４は球体レンズからなり、その球体レンズを４つ一列に配置されている。集光レンズ部１４を構成する４つの球体レンズは、個々に別体であってもよく、モールド成型によって一体に形成されたものでもよい。

受光部１６は、受光素子１５としてＰＤ（フォトダイオード）或いはＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等が用いられ、複数の受光素子１５をブロック３７の一平面に固定されてなる。受光素子１５を固定するブロック３８としては、電気回路パターンを形成することができるセラミックブロックを用いるのがよい。これにより、光学系と電気回路とのハイブリッド化に優位となる。

第２の光反射部２７、第２の波長分離部２３、第２の集光レンズ部２４、第２の受光部２６は、それぞれ第１の光反射部１７、第１の波長分離部１３、第１の集光レンズ部１４及び第１の受光部１６と基本的には同じ構成とした。ただし、第１の波長分離部１３の各波長フィルタ３２は、波長１３００ｎｍ帯の各波長を分離するものであって、第２の波長分離部２３の各波長フィルタ３９は波長１５００ｎｍ帯の各波長を分離するものである点においては異なる。

さて、本実施形態の波長多重光受信モジュール１０は、収束レンズ部１２を出射した収束光が集光レンズ部１４、２４に到達する前の位置で収束するように、光出射部１１の出射端１１ａと収束レンズ部１２との距離を収束レンズ部１２の焦点距離よりも長くしたものである。

この点について、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて説明する。

図２（ｂ）に示す波長多重光受信モジュール４０は、マルチモード光の伝搬の様子（収束、集光）について説明するための図である。ただし、図２中、４つの波長フィルタ４１〜４４は、図１の波長分離部１３の波長フィルタ３４〜３７にそれぞれ対応するものであるが、説明の便宜上、波長分離部１３の反射面３３については触れていない。また、図２（ａ）は、図２（ｂ）との比較のために、光出射部１１、収束レンズ部１２、４つの波長フィルタ４１〜４４、集光レンズ部１４及び受光素子１５を有する波長多重光受信モジュールを示したものであるが、光出射部１１から出射される波長多重光がシングルモード光とした場合のものである。

図２（ａ）に示すように、多重信号光がシングルモードの場合、光出射部１１の出射端１１ａと収束レンズ部（図２（ｂ）の収束レンズ部と同じ焦点距離を有するレンズ）１２とは収束レンズ部１２の焦点距離ｆだけ離れて配置されている。これにより、光出射部１１を出射した光は、収束レンズ部１２でコリメートされ、平行光を維持したまま波長フィルタ４１〜４４で各波長ごとに分波され、集光レンズ部１４で受光素子１５に集光される。

これに対し、図２（ｂ）に示すように、本実施形態の波長多重光受信モジュール４０では、光出射部１１の出射端１１ａと収束レンズ部１２と距離は、収束レンズ部１２の焦点距離ｆからさらにΔＬだけ離れて（遠く、あるいは遠ざかる方向に）配置されている。したがって、光出射部１１から出射した光は、収束レンズ部１２により所定距離Ｌ１だけ離れた点（収束点ａ）で収束するように伝搬する。収束レンズ部１２で収束される収束光のビーム径は、受光素子１５の配列ピッチなどから４００〜６００μｍであるのが好ましい。その光は、収束点以降は発散（ビーム径が拡径）し、集光レンズ部１４に入射する。この際、光のビーム径は集光レンズ部１４の有効径以内に収まり、集光レンズ部１４に到達する光は、光量を減じることなく、受光素子１５に集光される。

ここで、マルチモード光を使用する場合、収束レンズ部１２から集光レンズ部１４までの距離においてマルチモード光をコリメーション状態に保つことは困難である。これは、光出射部１１からマルチモード光が出射される場合、出射面積が広くなり、幾何光学的に点光源とならなくなるため、収束レンズ１２にてコリメート光とすることが困難となるからである。波長多重光を収束レンズ部１２によって集光レンズ部１４に達する前に一度収束させ、収束点ａから再び発散する光を集光レンズ部１４に入射させるようにしている。これにより、波長分離部１３で波長毎に分離されて受光部１６に入射する各光のビーム径は、コリメート光と比べて小さくなるため、受光率が減少することなく光の損失を小さくすることができる。また、分離された各光のビーム径をコリメート光よりも小さくしているので、各光は、互いに隣接する受光素子に漏れ込むことがなくクロストークを低減することができる。

本実施形態では、３つの収束点（光ファイバ出射端１１ａ、受光素子１５の受光点、収束レンズ部１２と集光レンズ部１４との間の光路中の収束点ａ）を有するが、光路中の収束点ａと集光レンズ部１４（レンズの中心またはレンズの主点）との距離Ｌ２が、収束レンズ部１２（レンズの中心またはレンズの主点）と光路中の収束点ａとの距離Ｌ１よりも小さくするのがよい。Ｌ１＞Ｌ２とすることにより、集光レンズ部１４での入射径はコリメート系としたときよりも小さくなるため、発散的なマルチモード光を効率的に受光素子１５に受光させることができる。

例えば、図２（ｂ）に示すように４波長分離を行う場合、収束レンズ部１２及び集光レンズ部１４の光学倍率を考慮し、受光素子１５の位置、受光素子１５と最終段（４段目）の波長フィルタ４４との間、或いは３段目の波長フィルタ４３と最終段の波長フィルタ４４の間に収束点ａを形成するように各部材を配置することで良好な光学特性が得られる。特に、本実施形態のように、３段目の波長フィルタ４３と最終段の波長フィルタ４４との間に収束点ａを形成するように各部材を配置することで、信号光の損失とクロストークをより改善することができる。この理由としては、収束点ａが、集光レンズ部１４から遠く手前に形成される（例えばＬ１＜Ｌ２）と、集光レンズ部１４に入射する収束光の径が集光レンズ部１４のレンズ径よりも大きくなり大きな信号光損失が生じると共に、隣接する集光レンズ部に光が漏れてクロストークが発生してしまう。逆に、収束点ａが、集光レンズ部１４に近すぎる点に形成されると、集光レンズ部１４に入射する収束光の径は集光レンズ部１４のレンズ径内に収まるものの、集光レンズ部１４を出射した後の発散が大きく（ビーム径が拡径）なり、受光素子１５に効率よく集光させることができなくなる。従って、収束点ａは収束レンズ部１２、集光レンズ部１４の光学特性（レンズ径、ＮＡ、焦点距離など）に応じて、適宜決定する。

ここで、上述のような収束点ａを形成するための、光出射部１１と収束レンズ部１２との距離について説明する。

図３は、光出射部１１の出射端１１ａと収束レンズ部１２との距離と、損失との関係を示すグラフである。図中の光ファイバ〜焦点位置間距離ΔＬは、光出射部１１の出射端１１ａと、収束レンズ部１２の前側焦点位置との距離を表す。

図３に示すように、波長多重光がシングルモード光である場合、収束レンズ１２の焦点に光出射部１１の出射端１１ａが位置するとき（ΔＬ＝０）が最も光損失が低く、ΔＬが０．３ｍｍ以内であれば光損失が０．５ｄＢ以下となる。

これに対し、波長多重光がマルチモード光である本実施形態では、光損失をその許容値である０．５ｄＢ以下にするためには、ΔＬを０．１３〜０．３ｍｍにすればよい（図中、許容範囲）。より好ましくは、Δを０．１５〜０．２５ｍｍとするのがよい（図中、設定値）。

本実施形態では、収束レンズ部１２として球レンズφ＝２ｍｍ、焦点距離１．１ｍｍ程度のものを用い、収束レンズ部１２の出射ビームの光ビーム径は４００〜６００μｍである。集光レンズ部１４としては、球レンズφ＝０．５ｍｍ、焦点距離０．３ｍｍ程度のものを用いた。

次に、図１に戻り、本実施形態の波長多重光受信モジュール１０の作用を説明する。

光出射部１１の出射端１１ａから出射した波長λ１〜λ８のマルチモード８波多重化信号光は、発散（拡径）しながら収束レンズ部１２に入射する。収束レンズ部１２を通った光は、図２で説明したように収束しながら伝搬する。その収束光は、光分波部１８で１３００ｎｍ帯の４波波長多重光と１５００ｎｍ帯の４波長多重光とに分けられる。光分波部１８では、一方の１３００ｎｍ帯の光は光分波部１８を透過して第１の反射部１７に向かい、他方の１５００ｎｍ帯の光は光分波部１８で反射して第２の反射部２７に向かう。

反射部１７で反射された収束光は、波長分離部１３に入射し、４つの波長フィルタ３４〜３７から各波長ごとに分離されて波長分離部１３を出射する。

具体的には、波長分離部１３に入射した光（λ１〜λ４を含む）は、反射面３３で反射し、初段の波長フィルタ３４から波長λ１の光が透過して出射し、波長λ２〜λ４を含む光は初段の波長フィルタ３４で反射される。波長λ２〜λ４を含む光は、反射面３３で反射し、２段目の波長フィルタ３５から波長λ４が透過して出射し、波長λ２、λ３を含む光は２段目の波長フィルタ３５で反射される。同様に、３段目の波長フィルタ３６では波長λ２の光が透過して出射し、波長λ３の光が反射される。波長λ３を含む光は反射面３３で反射し最終段の波長フィルタ３７に到達する間、図２で説明したように、一度、一点（収束点ａ、図２参照）で収束し、その後拡径しながら最終段の波長フィルタ３７に到達する。最終段の波長フィルタ３７では、波長λ３の光が透過する。各波長フィルタを透過した波長λ１〜λ４の各光は、それぞれ集光レンズ部１４で受光部１６の各受光素子１５に向けて集光され、受光素子１５で受光される。

他方、光分波部１８で反射された波長λ５〜λ８を含む波長１５００ｎｍ帯の光は、１３００ｎｍ帯の光と同様に、第２の反射部２７、第２の波長分離部２３、第２の集光レンズ部２４を経て第２の受光部２６に分波・受光される。ただし、第２の波長分離部２３では、λ５（最短波長）、λ８（最長波長）、λ６（２番目に短い波長）、λ７（３番目に短い波長）の順に分離される。

本実施形態の波長多重光受信モジュールによれば、収束レンズ１２を出射した収束光が集光レンズ部１４に到達する前の位置（収束点ａ）で収束するように、光出射部１１の出射端１１ａと収束レンズ部１２（レンズ中心またはレンズの主点）との距離を収束レンズ部１２の焦点距離ｆよりも長くしたことにより、収束レンズ部１２を出射する収束光は、従来のようにコリメート光として伝搬させた場合に比べてそのビーム径が小さくなり、集光レンズ部１４の径より広がることなく伝搬し、隣接する受光素子１５に漏れ込むことなく対応する受光素子１５に集光されるので、クロストークと光損失を低減することができる。

一方、光分波器１８で反射された波長λ５〜λ８を含む波長１５００ｎｍ帯の光も、集光レンズ２４に到達する前の位置で収束するため、波長１３００ｎｍ帯の光と同様にクロストークと光損失を低減することができる。

本実施形態では、８波長多重化光信号を２つの４波多重化光信号に分け、それぞれ４波多重化光信号を各波長に分波するべく、光分波部１８と２つの分波・受光光学系（波長分離部１３（２３）、集光レンズ部１４（２４）及び受光部１６（２６））を備える構成としたことにより、光分波部１８を用いずに８波長分離用の波長分離部を用いて８波長多重化光信号を各波長の光に分波するための構成に比べて、光分波部１８に対する作製精度、配置精度に対する仕様を緩和することができる（作製誤差の許容範囲を大きくすることができる）。

また、本発明は、分波する波長数に関して、８波長多重化光信号を２つの４波多重化光信号に分ける構成に限定されない。例えば、光分波部１８と第２の分波・受光光学系を省略し、４波長多重光受信モジュールとしてもよい。また、第１の分波・受光光学系（１３００ｎｍ帯）に５波長多重化光信号、第２の分波・受光光学系（１５００ｎｍ帯）に３波長多重化光信号を分波してもよい。

収束レンズ部１２及び集光レンズ部１４としては、球体レンズの他に、球体レンズの一部を欠いたドラムレンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズを用いてもよい。これらレンズの適用に関して、一つのビームを収束させるには、非球面レンズがよいが、波長及び光路長が互いに異なる複数の光に対応するには、球面レンズを用いるのがよい。

本実施形態の波長分離部１３と集光レンズ部１４との位置関係において、分波された各光信号が収束・発散される区間（疑似ビームウェスト区間）を短くするため、波長分離部１３の波長フィルタ３２が設けられた面と集光レンズ部１４とは平行配置ではなく、波長分離部１３内の光路長が長い波長の光（最終段の波長フィルタ３７で分波される光）程、波長分離部１３と集光レンズ部１４間の光路長が短くなくように、斜めに配置される。そして、短い波長ほど焦点距離が短くなることから、波長分離部１３においては、短波長の光から順に分離することにより、光学系全体で波長間の光路長差を小さくし、光効率（受光率）を向上させるのがよい。

以上より、本実施の形態では、各波長間の間隔が非常に近接した光同士を互いに隣接させないようにして最短波長（λ１）、最長波長（λ４）、２番目に短い波長（λ２）、３番目に短い波長（λ３）の順で分離することにより、クロストークの影響を低減することができる。

波長分離部１３、２３と光分波部１８との位置関係において、光が収束する区間（疑似ビームウェスト区間）を短くするため、光分波部１８から第１の波長分離部１３までの光路長と、光分波部１８から第２の波長分離部２３までの光路長とを同程度にしている。そして、波長分離部１３、２３を光分波部１８に近づけて配置し、波長多重光受信モジュール内全体の光路長を短くすることにより光損失を低減することができる。

また、本実施形態では、各部材（収束レンズ部１２、光分波部１８、光反射部、１７、２７、波長分離部１３、２３、集光レンズ部１４、２４及び受光部１６、２６）を光学ベース１９としてシリコン製光学ベンチに実装しているので、高精度な位置決めが可能である。各部材の実装方法としては、アクティブアライメントに対して実装コストが安価なパッシブアライメントを用いて実装することができる。

具体的には、シリコン製光学ベンチに、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）形成技術を用いて高精度位置決め用の溝、穴等を形成することで、パッシブアライメントによる実装を可能にする。パッシブアライメント実装を行うことにより、光軸の調整工程を短縮することができる。また、シリコンは方位性を有するため、集光レンズ部１４及び受光部１６を位置決めするために使用する溝は、部品面（例えば、受光素子が整列する面）に対して平行又は垂直に形成されるのが望ましい。なお、波長分離部１３は、単独で高精度を確保できるため、シリコン製光学ベンチの形成精度が低い場合でも、光学設計上は大きな問題を生じない。

また、波長多重光受信モジュール１０全体のレイアウトとして、受光部１６を外部の電気回路と容易に接続するべく、受光部１６の電気出力側が、光学ベース１９の側面側に位置するのが好ましい。

受光部１６は、高速伝送においては、受光部１６の受光素子１５の受光面積を寄生容量低減のために小さくする。例えば、伝送速度が３．１２５Ｇｂｉｔ／ｓに使用される受光素子の直径は６０〜７０μｍであるのに対し、１０Ｇｂｉｔ／ｓでは３０〜４０μｍ、２０Ｇｂｉｔ／ｓでは１０〜２０μｍにする必要がある。受光素子１５を小型化すると、図４（ｂ）に示すように、受光素子１５の受光面１５ａに対して斜めに入射する光は、集光レンズ部１４により発生する収差の関係で有効に光を取り込めない。

そこで、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、受光素子１５の受光面１５ａに対して光（の光軸）が垂直に入射するように配置している。これにより、集光レンズ部１４と受光部１６とを平行に配置すると共に、波長分離部１３を出射した各光（の光軸）が集光レンズ部１４と受光部１６に垂直に入射するように配置することで、受光部１６に入射する光量を最大にすることができる。

図５は、光出射部１１をアクティブ調芯した後の集光スポット形状を示したものである。図中、チャネル１（ｃｈ１、波長λ１）は、波長分離部１３で初段の波長フィルタ３４で波長分離される光のスポットであり、チャネル２（ｃｈ２、波長λ４）は２番目の波長フィルタ３５、チャネル３は（ｃｈ３、波長λ２）は３番目の波長フィルタ３６、チャネル４（ｃｈ４、波長λ３）は最終段の波長フィルタ３７で波長分離される光のスポットである。

最も光路長が長い光路のチャネルであるチャネル４を基にアクティブ調芯する（最適化）するため、そのトレードオフとして他のチャネル（ｃｈ１〜３）の特性は劣化している。ただし、チャネル１のビーム径広がり感度は小さく、収差は像面湾曲収差が中心となるため、特性の劣化を小さく抑えることができる。チャネル３では、像面湾曲収差に加えて、非点収差及びコマ収差の発生が現れているものの、実用上問題ない。

図６は、収束レンズ部１２により光信号が収束・発散される区間（擬似ビームウェスト区間）と光路長との関係、及び疑似ビームウェストと光学系のサイズとの関係を示すグラフである。

図６に示すように、擬似ビーム区間と光路長との関係を示すグラフ６１によれば、疑似ビームウェスト区間が短すぎると、波長多重化光信号を分波する光学系を構成することは不可能である（図中、ＭＭＦからの光の集光が難しい領域）。また、擬似ビーム区間と光学系のサイズとの関係を示すグラフ６２によれば、疑似ビームウェスト区間を十分に確保しようとすると、光学系のサイズが大きくなり、実装・コスト面で実現性が低くなることを示している。よって、擬似ビームウェスト区間は、図中のグラフ６１とグラフ６２とが交差する点付近とするのがよい（図中、使用予定領域）。ただし、擬似ビームウェスト区間を、図中の使用予定領域の範囲内に定める場合、１つの分波・受光系で５波長以上の分波を行うのは困難であり、波長分波数は４波長以下とするのがよい。

次に、本発明の他の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

（第２の実施形態）
図７に示すように、本実施形態の波長多重光受信モジュール７０の基本的な構成部分は、上述した図１の波長多重光受信モジュールとほぼ同様であり、同一構成部分には、図１に場合と同一の符号を付してあるが、図１の第１の反射部１７を省略し、波長分離部１３の反射面３３が形成された面側から収束光を入射させる構成にした点において異なる。

本実施形態では、第１の反射部を省略しているので、第１の実施形態に比べて、作製工程が簡易化する。また、波長分離部１３、２３において、反射面３３が形成された面に入射部７１、７２をそれぞれ形成し、第１の分波・受光光学系（波長分離部１３、集光レンズ部１４及び受光部１６）と第２の分波・受光光学系（波長分離部２３、集光レンズ部２４及び受光部２６）とを対称配置している。これにより、同一の分波・受光光学系を２組形成するので、これらを一体成型しやすくなるといった効果も有する。

（第３の実施形態）
図８に示すように、本実施形態の波長多重光受信モジュール８０は、図１の波長多重光受信モジュール１０に対し、第１の反射部１７を省略する共に、波長分離部１３、２３の反射面３３が形成された面側から収束光を入射させる構成にした点において異なる。

本実施形態では、第１の反射部１７を省略しているので、第１の実施形態に比べて、作製工程が簡易化する。

（第４の実施形態）
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、本実施形態の波長多重光受信モジュール９０は、図１の波長多重光受信モジュールに対し、第１の光反射部１７を省略すると共に、第１の波長分離部１３と第２の波長分離部２３とを、第１の集光レンズ部１４と第２の集光レンズ部２４とを、及び第１の受光部１６と第２の受光部２６とを、それぞれ積層した点において異なる。

より詳細に言えば、図９（ａ）及び図９（ｂ）の例では、第１の波長分離部１３上に第２の波長分離部２３を積層して一体形成した一体型波長分離部９３とし、第１の集光レンズ部１４の上方に第２の集光レンズ部２４を積層して一体形成した一体型集光レンズ部９４とし、第１の受光部１８上に第２の受光部２６を積層して一体形成した一体型受光部９６とし、さらに、光分波部１８と光反射部２７を光学ブロック９７を介して積層して一体形成した一体型光分波・反射部９８とした。光学ブロック９７の上下には、光反射部搭載面と光分波部搭載面がそれぞれ形成される。

波長分離部１３、２３、集光レンズ部１４、２４及び受光部１６、２６、さらには光分波部１８と光反射部２７をそれぞれ積層することにより、光学ベース１９上への実装面積を縮小し、モジュールの小型化を図ることができる。また、一体型波長分離部９３、一体型集光レンズ部９４及び一体型受光部９６がそれぞれ構成されることで、部品点数を削減する効果に加え、位置合わせ作業量を低減する効果もある。

（第５の実施形態）
図１０に示すように、本実施形態の波長多重光受信モジュール１００は、図１の波長多重光受信モジュール１０に対し、第１の受光部１６と第２の受光部２６とをそれぞれ光学ベース１９上には実装せずに、ＣＡＮパッケージ１０２、１０３内に実装したものである。更に、光学ベース１９を他の光学ベース１０１上に固定し、下側の光学ベース１０１の端面にＣＡＮパッケージ１０２、１０３をそれぞれを接続したものである。

本実施形態では、受光部１６、２６のアクティブアライメントが容易になり、光学ベース１９上に実装される各部材の作製精度や配置を緩和でき、量産時の歩留りを向上させることができる。

（第６の実施形態）
図１１に示すように、本実施形態の波長多重光受信モジュール１１０は、図１０の波長多重光受信モジュール１００に対し、収束レンズ部１２を光学ベース１９上には実装せずに、下側の光学ベース１０１の光分波部側の端面にピグテール部１１１を接続し、そのピグテール部１１１内にマルチモードファイバ１１３が接続されたレセクタプル１１２を形成し、そのレセプタクル１１２内に実装した点において異なる。

本実施形態では、高精度の位置合わせが要求される光出射部１１と収束レンズ部１２との光軸合わせを、ピグテール部１１１内でのパッシブアライメントにより行うことができる。また、ピグテール部１１１を光学ベース１９上の他の部材とアクティブアライメントすることにより、波長多重光受信モジュール１１０全体の光学系の設計精度を緩和することができる。

（第７の実施形態）
図１２に示すように、本実施形態の波長多重光受信モジュール１２０は、図１１の波長多重光受信モジュール１１０に対し、第１及び第２の集光レンズ部１４、２４をそれぞれ、光学ベース１９から分離し、下側の光学ベース１０１上に設けた点において異なる。詳細には、第１及び第２の集光レンズ部１４、２４は、それぞれ波長分離部１３、２３とＣＡＮパッケージ１０２、１０３との間の、下側光学ベース１０１上に設けられる。

本実施形態では、集光レンズ部１４、２４のアクティブアライメントを行うことができ、波長多重光受信モジュール１２０全体の光学系の設計精度を緩和することができる。

（第８の実施形態）
図１３（ａ）に示すように、本実施形態の波長多重光受信モジュール１３０は、図１の波長多重光受信モジュール１０に対し、受光部１６を光学ベース１９とは分離し、その光学ベース１９をマウントする他の光学ベース１３１上に、受光素子１５の受光面が光学ベース１９の面と平行になるように配置し、集光レンズ部１４を出射した光をほぼ９０°に反射させて受光素子１５に垂直に入射させる反射ブロック１３２を設けた点において異なる。

反射ブロック１３２は、ガラス、樹脂或いは金属等で形成される。反射ブロック１３２の反射面１３３は、光学材料を使用して全反射面に形成されるか、或いは金属膜等をコーティングして形成される。下側の光学ベース１３１は、光学系と電気回路とのハイブリッドに優位なセラミック、コスト的に優位な回路基板、パッシブアライメント可能なシリコンベンチを用いることができる。

なお、図１３（ｂ）は、第１〜第４の実施形態の受光部１６を示す拡大側面図であり、上述したように、受光素子１５を配設するブロック３８としてセラミックベンチを設けることにより、受光素子１５へ光を垂直入射させることができる。また、セラミックベンチを用いた受光部１６は、製造及び調整が容易である効果を有する。

以上、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。

本発明に係る好適な第１の実施形態の波長多重光受信モジュールを示す上面図である。 図１の波長多重光受信モジュールを説明するための光学系の側面図であり、（ａ）は波長多重光がシングルモード光の場合、（ｂ）は波長多重光がマルチモード光の場合のものである。 光出射部の出射端から収束レンズ部の焦点位置まで距離と、光損失との関係を示すグラフである。 受光部へ入射する光を示す斜視図であり、（ａ）は垂直入射時、図５（ｂ）は斜め入射時のものをぞれぞれ示す図である。 光出射部をアクティブ調芯した後の集光スポット形状を示した図である。 擬似ビームウェストと光路長の関係、及び擬似ビームウェストと光学系のサイズの関係を示すグラフである。 本発明に係る好適な第２の実施形態の波長多重光受信モジュールを示す上面図である。 本発明に係る好適な第３の実施形態の波長多重光受信モジュールを示す上面図である。 図９（ａ）は本発明に係る好適な第４の実施形態の波長多重光受信モジュールを示す上面図、図９（ｂ）はその９Ｂ−９Ｂ線断面図である。 本発明に係る好適な第５の実施形態の波長多重光受信モジュールを示す上面図である。 本発明に係る好適な第６の実施形態の波長多重光受信モジュールを示す上面図である。 本発明に係る好適な第７の実施形態の波長多重光受信モジュールを示す上面図である。 図１３（ａ）は、本発明に係る好適な第８の実施形態の波長多重光受信モジュールを示す側面図であり、図１３（ｂ）は、図１の受光部を示す拡大側面図である。

符号の説明

１０ 波長多重光受信モジュール
１１ 光出射部
１２ 収束レンズ部
１３ 波長分離部
１４ 集光レンズ部
１５ 受光素子
１６ 受光部
１８ 光分波部
１９ 光学ベース
ａ 収束点
ｆ 焦点距離

Claims (10)

1. マルチモード光からなる複数波長の光を有限径の出射端から出射する光出射部と、その光出射部の出射端から出射した光を収束させる収束レンズ部と、該収束レンズ部を出射した収束光を波長毎に異なる光に分波する波長分離部と、分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部と、該集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した受光部とを備えた波長多重光受信モジュールにおいて、
   上記光出射部の出射端と上記収束レンズ部との距離が上記収束レンズ部の焦点距離よりも長いことを特徴とする波長多重光受信モジュール。
2. マルチモード光からなる複数波長の光を有限径の出射端から出射する光出射部と、その光出射部の出射端から出射した光を収束させる収束レンズ部と、該収束レンズ部を出射した収束光を波長毎に異なる光に分波する波長分離部と、分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部と、該集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した受光部とを備えた波長多重光受信モジュールにおいて、
   上記収束レンズ部を出射した収束光が上記集光レンズ部に到達する前の位置で収束することを特徴とする波長多重光受信モジュール。
3. 上記波長分離部は、透過波長が互いに異なる複数の波長フィルタを多段に配設してなり、上記収束光の収束点が最終段の波長フィルタより前の位置となるようにした請求項１または２記載の波長多重光受信モジュール。
4. 上記波長分離部は、透過波長が互いに異なる４つの波長フィルタを備え、これら４つの波長フィルタが、上記波長分離フィルタの入射部から波長多重光が伝搬する順に、最短波長の光を分離する波長フィルタ、最長波長の光を分離する波長フィルタ、２番目に短い波長の光を分離する波長フィルタ、３番目に短い波長の光を分離する波長フィルタの順に配置された請求項３記載の波長多重光受信モジュール。
5. 上記波長分離部とは異なる第２の波長分離部と、その第２の波長分離部から分波した各光をそれぞれ集光する第２の集光レンズ部と、第２の集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した第２の受光部と、上記集光レンズ部と上記光分離部との間に配設され、上記複数波長を２つに分けその２つに分けた一方の光を上記波長分離部に入射させると共に、他方の光を上記第２の波長分離部に入射させる光分波部とを備えた請求項１または２記載の波長多重光受信モジュール。
6. 上記波長分離部は、最初の波長を分離する上記波長分離部の箇所と上記集光レンズとの間隔が、最後の波長を分離する上記波長分離部の箇所と上記集光レンズとの間隔より広くなるように、上記集光レンズに対して傾斜して配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の波長多重光受信モジュール。
7. マルチモード光からなる複数波長の光を有限径の出射端から出射する光出射部と、その光出射部の出射端から出射した光を収束させる収束レンズ部と、該収束レンズ部を出射した収束光を波長毎に異なる光に分波する波長分離部と、分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部と、該集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した受光部とを備えた波長多重光受信モジュールにおいて、
   上記光出射部の出射端と上記収束レンズ部との距離が上記収束レンズ部の焦点距離よりも長く、
   上記波長分離部とは異なる第２の波長分離部と、その第２の波長分離部から分波した各光をそれぞれ集光する第２の集光レンズ部と、第２の集光レンズ部で集光される光をそれぞれ受光する複数の受光素子を一平面上に配置した第２の受光部と、上記集光レンズ部と上記光分離部との間に配設され、上記複数波長を２つに分けその２つに分けた一方の光を上記波長分離部に入射させると共に、他方の光を上記第２の波長分離部に入射させる光分波部とを備え、
   上記波長分離部の反射面が形成された面側から上記光分波部の出射光が入射されることを特徴とする波長多重光受信モジュール。
8. 上記第１の波長分離部と上記第２の波長分離部、上記第１の集光レンズと上記第２の集光レンズ、および上記第１の受光部と上記第２の受光部を、それぞれ積層したことを特徴とする請求項７記載の波長多重光受信モジュール。
9. 上記第１の受光部と上記第２の受光部をそれぞれＣＡＮパッケージに収容し、上記光学ベースを他の光学ベース上に実装し、その他の光学ベースの端面に上記ＣＡＮパッケージを接続したことを特徴とする請求項７記載の波長多重光受信モジュール。
10. 上記収束レンズをマルチモードファイバが接続されたレセプタクル内に実装したことを特徴とする請求項９記載の波長多重光受信モジュール。

Images