JP2010072534A - 光送受信モジュール及び光送受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＤ部及びＰＤ部の結合効率を劣化させずに簡易な構成で組立性の向上や小型化を図ることができる光送受信モジュール及びこれを用いた光送受信器を提供する。
【解決手段】光ファイバ８の光軸に沿った筐体２の側面２ａに設けられ、送信信号光を発光するＬＤ部３と、光ファイバ８の光軸に沿ってＬＤ部３と同一側面に並設され、受信信号光を受光するＰＤ部４と、ＬＤ部３で発光された送信信号光の光路線上に設けられ、送信信号光を集光する集光レンズ６ａと、筐体２内の光ファイバ８の光軸上に設けられ、送信信号光を光ファイバ８の端面に入射させる光フィルタ７ａと、筐体２内の光ファイバ８の光軸上に設けられ、受信信号光をＰＤ部４の受光部に入射する光フィルタ７ｂと、光ファイバ８の光軸上の光フィルタ７ａ，７ｂ間に設けられ、受信信号光をＰＤ部４の受光面に集光する集光レンズ６ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＧＥＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）（Ethernetは登録商標；以下記載を省略する）システム等の光信号を、一心の光ファイバで双方向伝送するアクセス系光通信システムに用いる光送受信モジュール及びこれを用いた光送受信器に関するものである。

ＧＥＰＯＮ光通信システムは、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈに準拠したギガビット伝送可能なＰＯＮ方式を採用しており、上り（加入者から局舎へ）及び下り（局舎から加入者へ）の各方向のデータを伝送するためにそれぞれ設定された各１波長を２波長多重することで一心の光ファイバでデジタルデータの双方向通信を実現している。具体的には、ＧＥＰＯＮ光通信システムの光加入者線終端装置（ＯＮＴ;Optical Network Terminal）が、上述した上り及び下りの双方向のデータを送受信する機能を有しており、この機能を実現するための構成として、ＢＯＳＡ（Bi-directional Optical Sub Assembly）モジュールと呼ばれる双方向光送受信モジュールを搭載している。

従来の双方向（Bi-directional）光送受信モジュール（以下、ＢＩＤＩモジュールと称す）としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。図４は、特許文献１に開示される従来のＢＩＤＩモジュールの構成を示す図であり、モジュールの内部（筐体内）構成を記載している。図４に示すように、従来のＢＩＤＩモジュール１００は、発光素子であるＬＤ（Laser Diode）を含むデジタルデータ光送信部１０２（以下、ＬＤ部１０２と称す）と、受光素子であるＰＤ（Photo Diode）を含むデジタルデータ光受信部１０３（以下、ＰＤ部１０３と称す）とを備えている。

ＬＤ部１０２で発光された送信信号光は、集光レンズ１０５ａで集光され、光フィルタ１０６によって光ファイバ１０７が内蔵されたフェルール１０７ａの先端面（光ファイバ１０７の端面）へ入射される。一方、受信信号光は、光フィルタ１０６によって光ファイバ１０７を伝搬して筐体１０１内に入射された信号光から分離され、集光レンズ１０５ｂによってＰＤ部１０３の受光部に集光されて受光される。光フィルタ１０６の機能上、ＬＤ部１０２とＰＤ部１０３とが直交するように配置されるため、ＬＤ部１０２及びＰＤ部１０３にそれぞれ接続するリード線１０４ａ，１０４ｂは、ＬＤ部１０２及びＰＤ部１０３の位置に対応した２方向（筐体１０１の直交する２側面１０１ａ，１０１ｂ）に設けられる。

特開２００７−１２１４９８号公報

従来のＢＩＤＩモジュールでは、ＬＤ部１０２からの送信信号光を所望レベルで光ファイバ１０７に入射するために、集光レンズ１０５ａがＬＤの光路線上に配置され、集光レンズ１０５ａの集光距離によって、ＬＤ部１０２のＬＤの発光端面と筐体１０１内の光ファイバ１０７の端面との位置関係が規定される。また、ＬＤの光路線上には、受信信号光を分離するための光フィルタ１０６を配置する必要があり、集光レンズ１０５ａの集光距離は、光フィルタ１０６を配置可能な距離でなければならない。

一方、ＰＤ部１０３ではＰＤの受光部の面積が決まっているため、集光レンズ１０５ｂは、光フィルタ１０６で分離された受信信号光がＰＤの受光部に収まる集光距離で配置される。従来では、ＬＤ部１０２、ＰＤ部１０３、集光レンズ１０５ａ，１０５ｂ及び光フィルタ１０６が、このような位置関係で筐体１０１内に配置され、大幅な構造変更は行われていなかった。

また、ＢＩＤＩモジュールの送受信信号はリード線１０４ａ，１０４ｂを伝送するが、例えばリード線が長くなると、送受信間のクロストークによる特性劣化を誘発する可能性が高くなる。この特性劣化を抑えるには、各リード線１０４ａ，１０４ｂを極力短くして基板に接続し、終端することが最も効果的である。このため、従来では、ＢＩＤＩモジュール１００を基板に取り付ける際、ＬＤ部１０２からの信号を処理する回路を実装する基板とＰＤ部１０３からの信号を処理する回路を実装する基板とをそれぞれ分割するか、フレキシブル基板１１０を介して基板に接続する構成を採用していた。しかしながら、これらの構成には、下記のような課題がある。

図５は、図４中のＢＩＤＩモジュールを用いた光送受信器の構成を示す図であり、ＬＤ部１０２からの信号を処理する回路を実装する基板とＰＤ部１０３からの信号を処理する回路を実装する基板とをそれぞれ別個の基板としてＢＩＤＩモジュール１００を取り付けた場合を示している。図５に示すように、ＬＤ部１０２からの信号を処理する回路を実装する基板１０８ａとＰＤ部１０３からの信号を処理する回路を実装する基板１０８ｂとを分割、すなわち複数の基板１０８ａ，１０８ｂを用いる構成では、双方の基板を距離を離さず配置する必要があり、不可避的に複雑な構造となる。このため、組立時にばらつきが生じやすく、モジュール性能が不安定化する可能性がある。また、複数の基板１０８ａ，１０８ｂを用いる構成では、光送受信器の小型化にも制限を与える。

図６は、図４中のＢＩＤＩモジュールを用いた光送受信器の他の構成を示す図であり、フレキシブル基板を用い、ＬＤ部１０２及びＰＤ部１０３の各信号を処理する回路を１つの基板１０９に実装した場合を示している。図６の例では、ＬＤ部１０２からの信号を処理する回路とＬＤ部１０２のリード線１０４ａとを、フレキシブル基板１１０を介して接続している。この構成では、リード線１０４ａ，１０４ｂ間でインピーダンスマッチングされている必要があるため、フレキシブル基板１１０と接続する側と基板１０９上の回路に直接接続する側との組立状態によってはインピーダンスミスマッチが生じやすく、モジュール性能が不安定化する可能性がある。

なお、フレキシブル基板を用いることなく、光フィルタの数を増やすことにより、ＬＤ部及びＰＤ部の信号を処理する回路を１つの基板に実装して、かつ筐体の１つの側面からＬＤ部及びＰＤ部の双方を出力させる構成も考えられる。この構成は、例えば図４において、ＬＤ部１０２とＰＤ部１０３とを筐体１０１の同一側面１０１ａに配置（ＬＤ部１０２とＰＤ部１０３とを並設）し、集光レンズ１０５ａで集光された送信信号光を、光フィルタ１０６の端面へ入射させる新たな光フィルタを設けることで実現できる。

しかしながら、この構成では、新たに設けた光フィルタの分だけ光路線が延びるため、送信信号光を所望レベルで光ファイバ１０７の端面に入射可能な集光距離で集光レンズ１０５ａを配置することができない。このため、ＬＤ部１０２で所望の集光特性を得ることができず、送信に必要なＬＤの結合効率が得られない。反対に、ＰＤ部１０３を光ファイバ１０７側に配置したとしても、新たに設けた光フィルタの分だけ光路線が延びるので、集光レンズ１０５ｂを適切な集光距離で配置することができず、受信信号光が拡がって、受信に必要なＰＤの結合効率が得られない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＬＤ部及びＰＤ部の結合効率を劣化させずに簡易な構成で組立性の向上や小型化を図ることができる光送受信モジュール及びこれを用いた光送受信器を得ることを目的とする。

この発明に係る光送受信モジュールは、一心の光ファイバで光信号を双方向に伝送する光送受信モジュールにおいて、前記光ファイバの光軸に沿った筐体の側面に設けられ、送信信号光を発光する発光素子部と、前記光ファイバの光軸に沿って前記発光素子部と同一側面に並設され、受信信号光を受光する受光素子部と、前記発光素子部で発光された送信信号光の光路線上に設けられ、前記送信信号光を集光する第１の集光レンズと、前記筐体内の前記光ファイバの光軸上に設けられ、前記光ファイバを伝搬して入射された受信信号光を透過し、前記第１の集光レンズで集光された送信信号光を前記光ファイバの端面に入射させる第１の光フィルタと、前記筐体内の前記光ファイバの光軸上に設けられ、前記第１の光フィルタを透過した受信信号光を前記受光素子部の受光部に入射する第２の光フィルタと、前記光ファイバの光軸上の前記第１及び前記第２の光フィルタ間に設けられ、前記第２の光フィルタにより入射された受信信号光を前記受光素子部の受光面に集光する第２の集光レンズとを備えたことを特徴とするものである。

この発明によれば、モジュール筐体内の光ファイバの光軸に沿った同一側面に発光素子部と受光素子部を配置し、光ファイバを伝搬して入射された受信信号光を透過するとともに、第１の集光レンズで集光された送信信号光を光ファイバの端面に入射させる第１の光フィルタを、モジュール筐体内の光ファイバの光軸上に設け、さらに、第１の光フィルタを透過した受信信号光を受光素子部の受光部に入射する第２の光フィルタを、モジュール筐体内の光ファイバの光軸上に第１の光フィルタと併設し、光ファイバの光軸上の第１及び第２の光フィルタ間に、第２の光フィルタにより入射された受信信号光を受光素子部の受光面に集光する第２の集光レンズを設ける。
このように、モジュール筐体内の同一側面において、光ファイバの端面から近い順に、発光素子部（ＬＤ部）、受光素子部（ＰＤ部）を配置することで、ＬＤ部の結合効率を向上させることができる。また、光ファイバの端面から遠いＰＤ部については、光ファイバの光軸上の第１及び第２の光フィルタ間に第２の集光レンズを設けることで、ＰＤ部の結合効率を維持若しくは向上させることができ、これに応じて受信感度性能も向上する。
また、モジュール筐体の同一側面にＬＤ部とＰＤ部を配置することにより、この位置関係に応じて設けられた第１及び第２の電気接続部を介して回路基板に取り付けることができる。これにより、従来のように送信及び受信の各信号を処理する回路を実装する基板を別個に設ける必要がなくなり、組立性の改善、小型化を実現することができるという効果がある。また、組立時のばらつきの低減を図ることができるので、モジュール性能の安定化を実現できる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光送受信モジュールの構成を示す図であり、モジュールの内部（筐体内）構成を記載している。図１に示すように、この実施の形態１によるＢＩＤＩモジュール１は、発光素子であるＬＤを含むデジタルデータ光送信部３（以下、ＬＤ部３と称す）（発光素子部）と、受光素子であるＰＤを含むデジタルデータ光受信部４（以下、ＰＤ部４と称す）（受光素子部）とを備えており、一心の光ファイバ８を介して光信号を上り及び下りの双方向で伝送する。従来と異なる構成としては、ＬＤ部３及びＰＤ部４の双方が、光ファイバ８の光軸に沿った筐体２の同一側面２ａに配置されている。

この構成において、ＬＤ部３は筐体２内の光ファイバ８側に配置され、ＬＤ部３のＬＤの光路線上に、集光レンズ（第１の集光レンズ）６ａが、ＬＤ部３からの送信信号光が所望レベルで光ファイバ８の端面（光ファイバ８を内蔵したフェルール８ａの先端面）へ入射される集光距離で配置される。なお、光フィルタ（第１の光フィルタ）７ａは、光ファイバ８の光軸上に設けられ、ＬＤ部３のＬＤから出力される送信用波長の光を光ファイバ８の端面側へ反射し、光ファイバ８を伝搬してきた受信用波長の受信信号光を透過する。また、光フィルタ（第２の光フィルタ）７ｂは、光フィルタ７ａと光ファイバ８の光軸上に並設され、受信用波長の光をＰＤ部４のＰＤの受光部側へ反射する。

光フィルタ７ａ，７ｂ間には、ＰＤ部４の受光部に受信信号光を集光するための集光レンズ（第２の集光レンズ）６ｂが設けられる。この集光レンズ６ｂは、光ファイバ８を伝搬してきた無限遠光線に相当する受信信号光を集光するため、図１に示すような半球レンズが好適であるが、光フィルタ７ａを透過した後に拡がった受信信号光をＰＤ部４のＰＤの受光部に収まるように集光できる集光距離を有するものであればよい。

ＬＤ部３で発光された送信信号光は、集光レンズ６ａによって集光された後、光フィルタ７ａによって光ファイバ８の端面へ入射される。一方、受信信号光は、光フィルタ７ａを透過して集光レンズ６ｂで集光され、光フィルタ７ｂによってＰＤ部４の受光部へ入射され、受信される。また、リード線（第１の電気接続部、第２の電気接続部）５ａ，５ｂは、双方とも筐体２の同一側面２ａに設けられ、ＬＤ部３及びＰＤ部４にそれぞれ接続してＬＤ部３及びＰＤ部４と外部との間の信号が伝搬される。

なお、図１に示す実施の形態１によるモジュール構成では、ＬＤ部３と集光レンズ６ａとの位置関係を、従来と同様に集光レンズ６ａの集光距離によって規定することができるので、ＬＤ部３において所望の集光特性が得られ、送信に必要なＬＤの結合効率を得ることができる。一方、ＰＤ部４では、集光レンズ６ｂが、ＰＤ部４のＰＤの受光部に収まるように受信信号光を集光できる集光距離を有し、この集光レンズ６ｂを光フィルタ７ａ，７ｂ間に配置するので、ＬＤ部３と同様に、ＰＤ部４において所望の集光特性を得ることができ、受信に必要なＰＤの結合効率を得ることができる。

図２は、図１中のＢＩＤＩモジュールを用いた光送受信器の構成を示す図であり、ＬＤ部３及びＰＤ部４の各信号を処理する回路を１つの基板９に実装した場合を示している。上述したように、実施の形態１による光送受信モジュール１では、光ファイバ８の光軸に沿ってＬＤ部３とＰＤ部４とが並設されるため、ＬＤ部３及びＰＤ部４にそれぞれ接続するリード線５ａ，５ｂが筐体２の同一側面２ａから延びている。このため、リード線５ａ，５ｂの双方を同じ最短の長さで基板（回路基板）９上の実装穴に直接挿入して基板９の上記回路に接続することができる。これにより、リード線５ａ，５ｂ部分における信号のインピーダンスミスマッチが発生しにくく、電気特性劣化が発生しにくい。また、各信号を処理する回路を同一基板９上で配線できるため、構造が簡単になり、光送受信モジュール１を利用した光送受信器の小型化や低コスト化が可能であり、組立性が改善されるために性能の安定化も期待できる。

図３は、図１中のＢＩＤＩモジュールを用いた光送受信器の他の構成を示す図であり、フレキシブル基板１０を介してＢＩＤＩモジュール１を基板９上の回路に接続した場合を示している。図３において、フレキシブル基板１０には、ＢＩＤＩモジュール１の送信用と受信用の信号線が配線されており、このフレキシブル基板１０を介して、基板９上に実装された送信信号を処理する回路に接続する信号線とリード線５ａとが接続されており、受信信号を処理する回路に接続する信号線とリード線５ｂとが接続されている。この構成においても、リード線５ａ，５ｂの双方を同じ最短の長さでフレキシブル基板１０上の実装穴に直接挿入し、基板９の上記回路に接続することができる。このため、フレキシブル基板１０を用いない場合と同様に、リード線５ａ，５ｂ部分での信号のインピーダンスミスマッチが発生しにくく、電気特性劣化が発生しにくい。

以上のように、この実施の形態１によれば、光ファイバ８の光軸に沿った筐体２の側面２ａに設けられ、送信信号光を発光するＬＤ部３と、光ファイバ８の光軸に沿ってＬＤ部３と同一側面２ａに並設され、受信信号光を受光するＰＤ部４と、ＬＤ部３で発光された送信信号光の光路線上に設けられ、送信信号光を集光する集光レンズ６ａと、筐体２内の光ファイバ８の光軸上に設けられ、光ファイバ８を伝搬して入射された受信信号光を透過し、集光レンズ６ａで集光された送信信号光を光ファイバ８の端面に入射させる光フィルタ７ａと、筐体２内の光ファイバ８の光軸上に設けられ、光フィルタ７ａを透過した受信信号光をＰＤ部４の受光部に入射する光フィルタ７ｂと、光ファイバ８の光軸上の光フィルタ７ａ，７ｂ間に設けられ、光フィルタ７ｂにより入射された受信信号光をＰＤ部４の受光面に集光する集光レンズ６ｂとを備える。このように、モジュール筐体２内の同一側面２ａにおいて、光ファイバ８の端面から近い順に、ＬＤ部３、ＰＤ部４を配置することで、ＬＤ部３の結合効率を向上させることができる。また、光ファイバ８の端面から遠いＰＤ部４については、光ファイバ８の光軸上の光フィルタ７ａ，７ｂ間に集光レンズ６ｂを設けることで、ＰＤ部４の結合効率を維持若しくは向上させることができ、これに応じて受信感度性能も向上する。

また、この実施の形態１によれば、ＬＤ部３の設置面に対応する筐体２の外面に設けられ、外部とＬＤ部３との間の信号が伝搬するリード線５ａと、リード線５ａと同一外面に設けられ、外部とＰＤ部４との間の信号が伝搬するリード線５ｂとを備えたので、従来のように、送信及び受信の各信号を処理する回路を実装する基板を別個に設ける必要がなくなり、組立性の改善、小型化を実現することができる。また、組立時のばらつきの低減を図ることができるので、モジュール性能の安定化を実現できる。

さらに、この実施の形態１によれば、集光レンズ６ｂが半球レンズであるので、ＰＤ部４の結合効率を向上させることができる。

さらに、この実施の形態１による光送受信器は、光送受信モジュール１と、光送受信モジュール１が取り付けられ、ＬＤ部３との間で伝搬される信号を処理する回路及びＰＤ部４との間で伝搬される信号を処理する回路が実装された基板９とを備えるので、送信及び受信の各信号を処理する回路を実装する基板を別個に設ける必要がなく、組立性の改善、小型化を図ることが可能な光送受信器を実現することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ＬＤ部３と基板９のＬＤ部３との間で伝搬される信号を処理する回路とを接続するとともに、ＰＤ部４と基板９のＰＤ部４との間で伝搬される信号を処理する回路とを接続するフレキシブル基板１０を備えたので、組立性の改善を実現することができる。また、組立時のばらつきの低減を図ることができるので、モジュール性能の安定化を実現できる。

この発明の実施の形態１による光送受信モジュールの構成を示す図である。 図１中のＢＩＤＩモジュールを用いた光送受信器の構成を示す図である。 図１中のＢＩＤＩモジュールを用いた光送受信器の他の構成を示す図である。 従来のＢＩＤＩモジュールの構成を示す図である。 図４中のＢＩＤＩモジュールを用いた光送受信器の構成を示す図である。 図４中のＢＩＤＩモジュールを用いた光送受信器の他の構成を示す図である。

符号の説明

１ 光送受信モジュール、２ 筐体、２ａ 側面、３ ＬＤ部（発光素子部）、４ ＰＤ部（受光素子部）、５ａ リード線（第１の電気接続部）、５ｂ リード線（第２の電気接続部）、６ａ 集光レンズ（第１の集光レンズ）、６ｂ 集光レンズ（第２の集光レンズ）、７ａ 光フィルタ（第１の光フィルタ）、７ｂ 光フィルタ（第２の光フィルタ）、８ 光ファイバ、９ 基板（回路基板）、１０ フレキシブル基板、１００ 光送受信モジュール、１０１ 筐体、１０１ａ，１０１ｂ 側面、１０２ ＬＤ部、１０３ ＰＤ部、１０４ａ，１０４ｂ リード線、１０５ａ，１０５ｂ 集光レンズ、１０６ 光フィルタ、１０７ 光ファイバ、１０８ａ，１０８ｂ，１０９ 基板、１１０ フレキシブル基板。

Claims (5)

1. 一心の光ファイバで光信号を双方向に伝送する光送受信モジュールにおいて、
   前記光ファイバの光軸に沿った筐体の側面に設けられ、送信信号光を発光する発光素子部と、
   前記光ファイバの光軸に沿って前記発光素子部と同一側面に並設され、受信信号光を受光する受光素子部と、
   前記発光素子部で発光された送信信号光の光路線上に設けられ、前記送信信号光を集光する第１の集光レンズと、
   前記筐体内の前記光ファイバの光軸上に設けられ、前記光ファイバを伝搬して入射された受信信号光を透過し、前記第１の集光レンズで集光された送信信号光を前記光ファイバの端面に入射させる第１の光フィルタと、
   前記筐体内の前記光ファイバの光軸上に設けられ、前記第１の光フィルタを透過した受信信号光を前記受光素子部の受光部に入射する第２の光フィルタと、
   前記光ファイバの光軸上の前記第１及び前記第２の光フィルタ間に設けられ、前記第２の光フィルタにより入射された受信信号光を前記受光素子部の受光面に集光する第２の集光レンズとを備えたことを特徴とする光送受信モジュール。
2. 発光素子部の設置面に対応する筐体の外面に設けられ、外部と前記発光素子部との間の信号が伝搬する第１の電気接続部と、前記第１の電気接続部と同一外面に設けられ、外部と前記受光素子部との間の信号が伝搬する第２の電気接続部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の光送受信モジュール。
3. 第２の集光レンズは、半球レンズであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光送受信モジュール。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光送受信モジュールと、
   前記光送受信モジュールが取り付けられ、発光素子部との間で伝搬される信号を処理する第１の回路及び受光素子部との間で伝搬される信号を処理する第２の回路が実装された回路基板とを備えた光送受信器。
5. 第１及び第２の回路とそれぞれ接続する信号線が配線されており、前記信号線を介して、発光素子部と前記第１の回路とを接続するとともに、受光素子部と前記第２の回路とを接続するフレキシブル基板を備えたことを特徴とする請求項４記載の光送受信器。

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