JP2011044635A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発散光を受光素子に入射させる場合において、光を所定の波長帯域毎に確実に分離することのできる光通信モジュールを提供する。
【解決手段】受光素子３は光軸が光ファイバー２の光軸と交わるように配置され、光ファイバー２に対向するように光フィルター６が配置され、光フィルター６は光ファイバー２からの光を反射させて受光素子３に対して入射させ、光フィルター６と受光素子３の間には所定波長帯域の光を透過させる波長分離素子１１が配置され、光ファイバー２と受光素子３の間の光路上に、光ファイバー２からの発散光のうち中心領域の光のみを透過させる開口制限部１５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバーとの間で光の受発光をなす光通信モジュールに関し、特に光ファイバーからの光を発散光のまま受光素子に入射させる光通信モジュールに関する。

従来、光ファイバーとの間で光の受発光をなし、信号の送受信を行うように構成された光通信モジュールが知られている。光通信モジュールは、光ファイバーの取付部を備えると共に、光ファイバーからの光を受光して光電変換する受光素子と、光を発光して光ファイバーに入射させる発光素子とを備えている。

光ファイバーの光軸に対し、受光素子と発光素子を両方同位置に配置することはできないため、通常、発光素子を光ファイバーの光軸上に配置し、受光素子は光軸が光ファイバーの光軸と直交するように配置して、光ファイバーの光軸上にほぼ４５°の角度をなして配置される光フィルターによって、光ファイバーからの光を受光素子に受光させるようにしている。

光ファイバーからの光は発散光であり、光通信モジュールの一般的な構成としては、光ファイバーからの光を受光部に入射させるために、光ファイバーに対向するようにコリメートレンズを設けて、発散光を平行光としていた。

これに対し、コリメートレンズを設けることなく、光ファイバーからの発散光をそのまま受光素子に入射させるものも知られている。この場合には、受光素子にボールレンズなどが設けられており、そのボールレンズを介して受光素子の受光面に光が集光される。このように発散光のまま受光素子に光を入射させることで、コリメートレンズが不要となるので部品点数を削減することができ、またその分小型化も図ることができる。このような光通信モジュールとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開２００５−２０２１５６号公報

光ファイバーからの光が複数波長を有するものであって、受光素子を光通信モジュール内に複数配置する場合、光ファイバーと受光素子の間には、受光素子で受光する所定波長帯域の光のみを透過させる波長分離素子としてのバンドパスフィルターが設けられる。このバンドパスフィルターにおいて所定の波長帯域の光のみを透過させることで、受光素子毎に所定の信号を受信することができる。特に複数の波長が近接している場合、バンドパスフィルターによって光を高精度に分離する必要がある。

しかし、バンドパスフィルターは、光の入射角度に対する依存性を有している。すなわち、光の入射角度が変化することにより、透過させる波長帯域がずれる現象が発生する。光ファイバーからの発散光がバンドパスフィルターに入射した場合、光軸中心と光の周囲部分とでは、入射角度が異なることとなる。

光ファイバーからの発散光強度は、発散角度に対してガウシアン分布を有しており、発散光強度がほぼ０に近くなる角度は、１０°程度である。すなわち、バンドパスフィルターに入射する光の中において最大で±１０°程度の角度差を生じることとなる。これだけ入射角度が異なると、バンドパスフィルターで透過される波長帯域も大きく異なってしまって、光を適切に分離できず、透過した光に広い範囲の波長の光が含まれることとなるため、通信性能を低下させるという問題があった。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、発散光を受光素子に入射させる場合において、光を所定の波長帯域毎に確実に分離することのできる光通信モジュールを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る光通信モジュールは、光ファイバーからの光を受光する受光素子と、前記光ファイバーに向かって光を発光する発光素子とを備え、前記光ファイバーからの発散光を前記受光素子に入射させる光通信モジュールにおいて、
前記受光素子は光軸が前記光ファイバーの光軸と交わるように配置され、前記光ファイバーに対向するように光フィルターが配置され、該光フィルターは前記光ファイバーからの光を反射させて前記受光素子に対して入射させ、前記光フィルターと受光素子の間には所定波長帯域の光を透過させる波長分離素子が配置され、
前記光ファイバーと受光素子の間の光路上に、前記光ファイバーからの発散光のうち中心領域の光のみを透過させる開口制限部を有することを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光通信モジュールは、前記開口制限部は開口を有する素子からなることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光通信モジュールは、前記開口制限部に設けられる開口の内周面は、前記光ファイバー側から受光素子側に向かって広がるテーパー状に形成されることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光通信モジュールは、前記開口制限部は前記波長分離素子の受光素子側に配置されることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係る光通信モジュールは、前記波長分離素子は基板上にフィルター部を形成してなり、該フィルター部を前記光フィルター側に面するように配置することを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光通信モジュールは、前記光ファイバーの光軸上に発光素子が配置され、該発光素子からの光は前記光フィルターを透過して前記光ファイバーに入射することを特徴として構成されている。

本発明に係る光通信モジュールによれば、光フィルターと受光素子の間には所定波長帯域の光を透過させる波長分離素子が配置され、光ファイバーと受光素子の間の光路上に、光ファイバーからの発散光のうち中心領域の光のみを透過させる開口制限部を有することにより、波長分離素子に対する入射角度の小さい光のみが、開口制限素子を透過して受光素子に到達することとなるため、波長分離素子に入射角度依存性があっても、受光素子に入射する光を狭い範囲の波長帯域の光とすることができ、通信精度の低下を防止することができる。

また、本発明に係る光通信モジュールによれば、開口制限部は開口を有する素子からなることにより、ステンレス等の材料を用いて容易に開口制限部を形成することができる。

さらに、本発明に係る光通信モジュールによれば、開口制限部に設けられる開口の内周面は、光ファイバー側から受光素子側に向かって広がるテーパー状に形成されることにより、開口の内周面で光が反射して通信精度に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

さらにまた、本発明に係る光通信モジュールによれば、開口制限部は波長分離素子の受光素子側に配置されることにより、光に余分な成分が含まれない状態で開口制限部を透過することとなり、波長の分離精度をより高くすることができる。

そして、本発明に係る光通信モジュールによれば、波長分離素子は基板上にフィルター部を形成してなり、フィルター部を光フィルター側に面するように配置することにより、波長分離素子の基板側面における反射光の影響を小さくすることができ、波長の分離精度をさらに高くすることができる。

また、本発明に係る光通信モジュールによれば、光ファイバーの光軸上に発光素子が配置され、発光素子からの光は光フィルターを透過して光ファイバーに入射することにより、簡易な構成で送信機能を有することができる。

第１の実施形態における光通信モジュールの概要図である。 図１のうち光ファイバー及び第１の受光素子付近の部分拡大図である。 第１の波長分離素子の波長に対する透過率の概要図である。 第１の受光素子に入射する光の波長に対する強度分布の概要図である。 第２の実施形態における光通信モジュールの光ファイバー及び第１の受光素子付近の拡大図である。 第３の実施形態における光通信モジュールの光ファイバー及び第１の受光素子付近の拡大図である。 第４の実施形態における光通信モジュールの光ファイバー及び第１の受光素子付近の拡大図である。 第５の実施形態における光通信モジュールの光ファイバー及び第１の受光素子付近の拡大図である。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、第１の実施形態における光通信モジュールの概要図を示している。第１の実施形態における光通信モジュールは、光ファイバー２との間で光の送受信を行うものであって、光ファイバー２からの光を受光して光電変換する第１の受光素子３及び第２の受光素子４と、光ファイバー２に対して光を入射させる発光素子５とが本体部１内に配置される。受光素子３、４は、フォトダイオードからなり、また発光素子５はレーザーダイオードからなる。

本体部１には、光ファイバー２を固定する取付部１４が設けられる。発光素子５は、本体部１内において光ファイバー２の端部と対向する位置に発光部５ａが配置されるように固定されており、発光部５ａにおいて発光された光は、直進して第２の光フィルター７及び第１の光フィルター６を介して光ファイバー２の端面に入射される。

第１の受光素子３と第２の受光素子４は、本体部１の取付部１４が設けられる面と直交する面に設けられる。すなわち、第１の受光素子３と第２の受光素子４は、光軸がそれぞれ図中Ｘ軸に沿うと共に、第１の受光素子３が光ファイバー２側で、第２の受光素子４が発光素子５側で、それぞれ光軸が光ファイバー２の光軸と交わるように配置される。

光ファイバー２からの光は、３波長の光を含んでおり、第１の波長と第２の波長は１０ｎｍ以下の差しかなく近接していて、第３の波長は第１の波長に対して約７０ｎｍ程度の差があって大きく離れている。具体的には、第１の波長は１５６０ｎｍ、第２の波長は１５５０ｎｍ、第３の波長は１４９０ｎｍとされる。このうち、実際に通信に用いられるのは第１の波長の光と第３の波長の光であり、第１の受光素子３において第１の波長の光を受光し、第２の受光素子４において第３の波長の光を受光する。また、発光素子５からは、第４の波長の光が発光されて光ファイバー２に入射される。

これら複数の波長の光を分岐するため、本体部１内には光フィルター６、７と波長分離素子１１、１２が配置される。第１の光フィルター６は、光ファイバー２の光軸及び第１の受光素子３の光軸に対し、いずれもほぼ４５°の角度をなすように傾斜状に配置され、第１の波長の光及び第２の波長の光の波長帯域を反射させて第３の波長の光及び第４の波長の光は透過させる特性を有している。第１の波長分離素子１１は、第１の波長の光の波長帯域のみを透過させるバンドパスフィルターであって、第２の波長の光の波長帯域は透過させない特性を有している。また、第１の波長分離素子１１と第１の受光素子３の間には、開口制限部としての開口制限素子１５が配置されている。その詳細は後述する。

第２の光フィルター７は、光ファイバー２の光軸及び第２の受光素子４の光軸に対して、いずれもほぼ４５°の角度をなすように傾斜状に配置され、第３の波長の光を反射させて第４の波長の光は透過させる特性を有している。第２の波長分離素子１２は、第３の波長の光の波長帯域のみを透過させるバンドパスフィルターとして構成されている。

発光素子５と第２の光フィルター７の間には、レンズ１０が配置されており、発光素子５からの発散光は、レンズ１０によって収束光とされ、第２の光フィルター７及び第１の光フィルター６を透過して光ファイバー２の端面に集光される。

第１の受光素子３に入射される光の光路上の構成についてより詳細に説明する。図２には、図１のうち光ファイバー２及び第１の受光素子３付近の部分拡大図を示している。この図に示すように、光ファイバー２から出射された発散光は、一部が第１の光フィルター６で反射して直交する方向に向かう。この光が入射する第１の波長分離素子１１は、基板１１ａ上に多層膜フィルター部１１ｂを形成してなり、多層膜フィルター部１１ｂが第１の光フィルター６側に面するように配置されている。

第１の波長分離素子１１の第１の受光素子３側に配置される開口制限素子１５は、ステンレス板からなる部材に開口１５ａを設けてなるアパーチャーとして構成されている。開口制限素子１５の開口１５ａは、この位置を通る光の直径よりも小さく、したがって、第１の波長分離素子１１を透過した光は、開口制限素子１５によって中心領域のみが第１の受光素子３側に向かうこととなる。

第１の波長分離素子１１に入射する光は、光ファイバー２から出射する発散光であるため、光の中心部と周縁部では入射角度が異なる。図３には第１の波長分離素子１１の波長に対する透過率の概要図を、図４には第１の受光素子３に入射する光の波長に対する強度分布の概要図を、それぞれ示している。図３に示すように、第１の波長分離素子１１は、入射角度が０°の場合には、所定の波長帯域の光を透過させる特性を示す。一方で、入射角度が大きくなると、透過させる波長帯域がずれてしまう。

図４に示すように、開口制限素子１５を設けなかった場合には、光の中心からの距離によって異なる角度で第１の波長分離素子１１に入射し、それがそのまま第１の受光素子３に入射することとなるので、第１の受光素子３に入射する光には、第１の波長の光に加えて第２の波長の光もある程度の強度で含まれる。これに対し、開口制限素子１５を設けることにより、第１の波長分離素子１１に対する入射角度の小さい光のみが、開口制限素子１５を透過して第１の受光素子３に到達することとなるため、第１の波長分離素子１１に入射角度依存性があっても、第１の受光素子３に入射する光を、狭い範囲の波長帯域の光とすることができる。すなわち、第１の波長の光が含まれる一方、第２の波長の光はごく小さい強度でしか含まれず、これにより第１の受光素子３において第１の波長の光を確実に受光し、通信精度の低下を防止することができる。

開口制限素子１５の開口１５ａの大きさについては、開口１５ａが大きければ、光の透過率は大きくなるが、より多くの波長成分を含むこととなり、開口１５ａが小さければ、余分な波長成分をカットする性能は高くなるが、光の透過率は小さくなるので、図４に示す特性が所定のものとなるように適宜設定する。

なお、第１の受光素子３に入射する光は、前述の通り、近接した波長帯域が複数含まれているので、光路上に開口制限素子１５を配置して確実に第１の波長帯域の光が第１の受光素子３に入射するようにしたが、第２の受光素子４で受光する光は、第１の波長及び第２の波長から大きく離れた第３の波長の光であるため、高精度な分離を行う必要がなく、したがって第２の受光素子４側には開口制限素子１５は配置されていない。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図５には第２の実施形態における光通信モジュールの光ファイバー２及び第１の受光素子３付近の拡大図を示している。この図における光通信モジュールの構成は、開口制限素子１５の位置以外は第１の実施形態と同じであり、共通点についての説明は省略する。なお、以下の実施形態でも同様である。図５に示すように、本形態において開口制限素子１５は、光ファイバー２と第１の受光素子３の間の光路上であって、第１の波長分離素子１１の第１の光フィルター６側に配置されている。また、第１の波長分離素子１１は、基板１１ａが第１の受光素子３側を向いており、多層膜フィルター部１１ｂが第１の光フィルター６側を向くように配置されている。

図６には第３の実施形態における光通信モジュールの光ファイバー２及び第１の受光素子３付近の拡大図を示している。この図に示すように、本形態において開口制限素子１５は、第１の実施形態と同様に光ファイバー２と第１の受光素子３の間の光路上であって、第１の波長分離素子１１の第１の受光素子３側に配置されている。一方、第１の波長分離素子１１は、基板１１ａが第１の光フィルター６側を向いており、多層膜フィルター部１１ｂが第１の波長分離素子１１側を向くように配置されている。すなわち、第１の波長分離素子１１が第１の実施形態とは反対向きに配置されている。

図７には第４の実施形態における光通信モジュールの光ファイバー２及び第１の受光素子３付近の拡大図を示している。この図に示すように、本形態において開口制限素子１５は、光ファイバー２と第１の受光素子３の間の光路上であって、第１の波長分離素子１１の第１の光フィルター６側に配置されている。また、第１の波長分離素子１１は、基板１１ａが第１の光フィルター６側を向いており、多層膜フィルター部１１ｂが第１の受光素子３側を向くように配置されている。すなわち、第１の波長分離素子１１が第２の実施形態とは反対向きに配置されている。

以上のように、第２〜４実施形態のような配置関係であっても、第１の波長の光のみを高精度に分離して第１の受光素子３に受光させることができる。ただし、第１の波長分離素子１１を構成する基板１１ａ側面における反射や、開口制限素子１５の開口１５ａ内周面における反射の影響などを考慮すれば、予め多層膜フィルター部１１ｂによって光の余分な成分をカットした上で、開口制限素子１５により中心領域のみの光を取り出すことのできる第１の実施形態が、最も分離の性能を良好にすることができる。

図８には第５の実施形態における光通信モジュールの光ファイバー２及び第１の受光素子３付近の拡大図を示している。本実施形態における波長分離素子１１及び開口制限素子１５の配置関係は、第１の実施形態と同様である。本実施形態では、第１の実施形態に対して開口制限素子１５の構成のみが相違している。開口制限素子１５の開口１５ａは、内周面が第１の波長分離素子１１側から第１の受光素子３側に向かって広がるテーパー状となるように形成されている。このテーパー角度は、開口制限素子１５の開口１５ａに入射する光の外周における最大傾斜角度よりも大きくなるようにする。これによって、開口制限素子１５に入射した光が、開口１５ａの内周面で反射し、通信精度に悪影響を及ぼすことを防止することができる。また、第２〜４の実施形態についても、開口制限素子１５の開口１５ａを、第１の受光素子３側に向かって広がるテーパー状とすることで、同様に開口制限素子１５に入射した光が、開口１５ａの内周面で反射して通信精度に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用はこれらの実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、これまで説明した実施形態において、開口制限素子１５は、開口１５ａを有するアパーチャーとし、第１の波長分離素子１１とは別部品として構成したが、第１の波長分離素子１１に開口制限部を一体的に形成することもできる。この場合、第１の波長分離素子１１の表面に開口をレジスト形成することによって開口制限部を構成することができる。

また、開口制限部の構成としては、開口を有するアパーチャー等には限られず、光の中心領域のみを第１の受光素子３に受光させるものであればよく、例えば回折格子や部分透過フィルターなどによっても構成することができる。

１ 本体部
２ 光ファイバー
３ 第１の受光素子
４ 第２の受光素子
５ 発光素子
６ 第１の光フィルター
７ 第２の光フィルター
１０ レンズ
１１ 第１の波長分離素子
１１ａ 基板
１１ｂ 多層膜フィルター部
１２ 第２の波長分離素子
１４ 取付部
１５ 開口制限素子
１５ａ 開口

Claims (6)

1. 光ファイバーからの光を受光する受光素子と、前記光ファイバーに向かって光を発光する発光素子とを備え、前記光ファイバーからの発散光を前記受光素子に入射させる光通信モジュールにおいて、
   前記受光素子は光軸が前記光ファイバーの光軸と交わるように配置され、前記光ファイバーに対向するように光フィルターが配置され、該光フィルターは前記光ファイバーからの光を反射させて前記受光素子に対して入射させ、前記光フィルターと受光素子の間には所定波長帯域の光を透過させる波長分離素子が配置され、
   前記光ファイバーと受光素子の間の光路上に、前記光ファイバーからの発散光のうち中心領域の光のみを透過させる開口制限部を有することを特徴とする光通信モジュール。
2. 前記開口制限部は開口を有する素子からなることを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
3. 前記開口制限部に設けられる開口の内周面は、前記光ファイバー側から受光素子側に向かって広がるテーパー状に形成されることを特徴とする請求項２記載の光通信モジュール。
4. 前記開口制限部は前記波長分離素子の受光素子側に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
5. 前記波長分離素子は基板上にフィルター部を形成してなり、該フィルター部を前記光フィルター側に面するように配置することを特徴とする請求項４記載の光通信モジュール。
6. 前記光ファイバーの光軸上に発光素子が配置され、該発光素子からの光は前記光フィルターを透過して前記光ファイバーに入射することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光通信モジュール。

Images