JP2011085623A - Optical transmission/reception device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光送受信装置に関し、特に、一心双方向型光通信に用いられる光送受信装置に関する。 The present invention relates to an optical transmission / reception device, and more particularly to an optical transmission / reception device used for single-fiber bidirectional optical communication.
近年、一心双方向型光通信に用いられる光送受信装置の開発が盛んに行われており、例えば、BIDI(bi-directional)型光送受信モジュールが知られている。BIDI型光送受信型モジュールは、送信用TO−CANと、受信用TO−CANと、波長分岐フィルタとが個別に筐体に搭載された構造をしている。このため、BIDI型光送受信モジュールは部品点数が多い。 In recent years, optical transmission / reception devices used for single-fiber bidirectional optical communication have been actively developed. For example, a BIDI (bi-directional) optical transmission / reception module is known. The BIDI type optical transceiver module has a structure in which a TO-CAN for transmission, a TO-CAN for reception, and a wavelength branching filter are individually mounted on a casing. For this reason, the BIDI type optical transceiver module has a large number of parts.
また、レーザダイオードと、フォトダイオードと、波長分岐フィルタとを1つのTO−CANに搭載した光送受信モジュールが知られている(例えば、非特許文献1)。この構造の光送受信モジュールによれば、BIDI型光送受信モジュールでは2個必要としたTO−CANおよびレンズを1個に削減できる。 In addition, an optical transmission / reception module in which a laser diode, a photodiode, and a wavelength branching filter are mounted in one TO-CAN is known (for example, Non-Patent Document 1). According to the optical transceiver module having this structure, the TO-CAN and the lens, which are required in the BIDI type optical transceiver module, can be reduced to one.
しかしながら、非特許文献1に係る光送受信モジュールは、レーザダイオードとフォトダイオードの他に、レーザダイオードが出射する送信光を光ファイバに入射させ、光ファイバから出射される受信光をフォトダイオードに入射させるための波長分岐フィルタを備えている。この波長分岐フィルタが、光送受信モジュールの小型化、低コスト化の障害となっている。 However, in the optical transceiver module according to Non-Patent Document 1, in addition to the laser diode and the photodiode, the transmission light emitted from the laser diode is incident on the optical fiber, and the reception light emitted from the optical fiber is incident on the photodiode. A wavelength branching filter is provided. This wavelength branching filter is an obstacle to miniaturization and cost reduction of the optical transceiver module.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、小型化、低コスト化を実現することが可能な、一心双方向型光通信に用いられる光送受信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical transmission / reception apparatus used for single-fiber bidirectional optical communication, which can be reduced in size and cost.
本発明は、光ファイバに入射される送信光を出射するレーザダイオードと、前記光ファイバから出射される受信光を受光するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの受光面上に設けられ、前記レーザダイオードが出射する前記送信光を前記光ファイバに入射されるように反射し、前記光ファイバから出射される前記受信光を透過する薄膜と、を具備することを特徴とする光送受信装置である。本発明によれば、波長分岐フィルタを用いることなく一心双方向型光通信を行うことが可能となり、光送受信装置の小型化、低コスト化が実現できる。 The present invention provides a laser diode that emits transmission light incident on an optical fiber, a photodiode that receives reception light emitted from the optical fiber, and a light receiving surface of the photodiode, the laser diode comprising: An optical transmission / reception apparatus comprising: a thin film that reflects the transmitted light emitted so as to be incident on the optical fiber and transmits the received light emitted from the optical fiber. According to the present invention, single-fiber bidirectional optical communication can be performed without using a wavelength branching filter, and downsizing and cost reduction of an optical transceiver can be realized.
上記構成において、前記フォトダイオードは、前記光ファイバの光軸上に配置されている構成とすることができる。この構成によれば、光ファイバから出射される受信光をフォトダイオードで効率よく受光することができる。 The said structure WHEREIN: The said photodiode can be set as the structure arrange | positioned on the optical axis of the said optical fiber. According to this configuration, received light emitted from the optical fiber can be efficiently received by the photodiode.
上記構成において、前記薄膜で反射された前記送信光の光軸と前記光ファイバの光軸とは一致する構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードが出射する送信光を光ファイバに効率よく入射させることができる。 The said structure WHEREIN: The optical axis of the said transmission light reflected by the said thin film and the optical axis of the said optical fiber can be set as the structure corresponded. According to this configuration, the transmission light emitted from the laser diode can be efficiently incident on the optical fiber.
上記構成において、前記レーザダイオードは、前記光ファイバの光軸に対して垂直な面上に設けられていて、前記フォトダイオードは、前記光ファイバの光軸に対して斜めに傾いた面上に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードおよびフォトダイオードの実装を容易に行うことができる。 In the above configuration, the laser diode is provided on a surface perpendicular to the optical axis of the optical fiber, and the photodiode is provided on a surface inclined obliquely with respect to the optical axis of the optical fiber. It can be set as the structure currently provided. According to this configuration, the laser diode and the photodiode can be easily mounted.
上記構成において、前記レーザダイオードは、出射する前記送信光と前記光ファイバから出射される前記受信光とが鋭角に交わるように設けられている構成とすることができる。この構成によれば、光ファイバから出射される受信光のフォトダイオードによる受光効率を向上させることができる。 The said structure WHEREIN: The said laser diode can be set as the structure provided so that the said transmission light to radiate | emits and the said reception light radiate | emitted from the said optical fiber may cross | intersect at an acute angle. According to this configuration, the light receiving efficiency of the received light emitted from the optical fiber by the photodiode can be improved.
上記構成において、前記レーザダイオードは、量子ドットレーザダイオードである構成とすることができる。この構成によれば、モニタ用フォトダイオードを不要とすることができ、より小型化、低コスト化を実現できる。 In the above configuration, the laser diode may be a quantum dot laser diode. According to this configuration, it is possible to eliminate the need for a monitoring photodiode, and it is possible to achieve further downsizing and cost reduction.
本発明によれば、波長分岐フィルタを用いることなく一心双方向型光通信を行うことが可能となり、光送受信装置の小型化、低コスト化が実現できる。 According to the present invention, single-fiber bidirectional optical communication can be performed without using a wavelength branching filter, and downsizing and cost reduction of an optical transceiver can be realized.
以下、図面を参照して、本発明に係る光送受信装置の実施例としてCANパッケージを採用した光送受信装置について説明する。 Hereinafter, an optical transceiver employing a CAN package as an embodiment of an optical transceiver according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は実施例1に係る光送受信装置100の上面模式図であり、図1(b)は図1(a)のA−A間の断面模式図である。なお、図1(a)は、キャップ24、ガラスボールレンズ22、および封止ガラス46を透視した上面模式図である。図1(a)および図1(b)のように、光送受信装置100は、主として、ステム12と、レーザダイオード(以下、LDと称す)14と、フォトダイオード(以下、PDと称す)16と、PD16の受光面42上に設けられた薄膜18と、LD14が出射する送信光および光ファイバ20から出射される受信光を集光するガラスボールレンズ22と、LD14およびPD16を封止するキャップ24と、から構成される。
FIG. 1A is a schematic top view of the
ステム12は、例えば普通鋼(SPCC)のような鉄系の合金で形成され、円柱形状をした基部26と、基部26の基準面28で垂直方向に突出した突起部30と、を有する。基準面28は、光ファイバ20の光軸に対して垂直な面であり、この面を基準に、LD14、PD16、およびガラスボールレンズ22までの距離などを設定する。突起部30の先端には、基準面28に対して平行な面(以下、第1実装面32と称す)と斜めに傾いた面(以下、第2実装面34と称す)とを有する。第2実装面34は、第1実装面32に対して、例えば45°の傾きを有する。ステム12には、リードピン36が、例えばガラスなどの絶縁物38を介して固定され取り付けられている。リードピン36は、例えば3本設けられていて、その内の1本はワイヤ39によりLD14に接続され、他の1本はPD16に接続され、残りの1本はグランドに接続されている。なお、リードピン36の本数は、3本に限られるわけではなく、4本など、他の本数の場合でもよい。
The
LD14は、例えば窒化アルミニウム(AlN)で形成されたヒートシンク40上にマウントされている。LD14がマウントされたヒートシンク40は、突起部30の先端の第1実装面32に実装されている。PD16は、突起部30の先端の第2実装面34に実装されている。これにより、PD16の受光面42は、LD14の光軸に対して45°傾いて配置される。PD16の受光面42には薄膜18がコーティングされている。PD16および薄膜18の詳細については後述する。
The LD 14 is mounted on a
LD14は、例えば量子ドットレーザである。LD14が出射する送信光は、PD16の受光面42にコーティングされた薄膜18で光ファイバ20側に反射される。薄膜18で反射された送信光は、ガラスボールレンズ22で集光され、光ファイバ20に入射する。一方、光ファイバ20から出射される受信光は、ガラスボールレンズ22で集光され、薄膜18を透過して、PD16の受光面42に入射する。このように、薄膜18は、LD14が出射する送信光に対しては高反射膜として機能し、光ファイバ20から出射される受信光に対しては低反射膜として機能する。
The LD 14 is a quantum dot laser, for example. The transmission light emitted from the
PD16は、光ファイバ20の光軸上に配置されている。薄膜18で反射される送信光の光軸と光ファイバ20の光軸とは一致している。これにより、LD14が出射する送信光を光ファイバ20に効率よく入射させることができる。また、光ファイバ20から出射される受信光を効率よくPD16で受光することができる。なおこの場合、薄膜18で反射される送信光の光軸と光ファイバ20から出射される受信光の光軸とが一致することにもなる。
The
キャップ24は、例えば金属製であり、円筒形状をしている。キャップ24の上面44には、孔部が設けられていて、孔部にガラスボールレンズ22が嵌め込まれている。キャップ24の上面44には、ガラスボールレンズ22の周囲で孔部を覆うように封止ガラス46が設けられており、封止ガラス46とガラスボールレンズ22により孔部がシールされている。これにより、キャップ24の下部48をステム12に溶接固定することで、LD14とPD16をキャップ24で密閉し、封止することができる。キャップ24内部は大気が充満している場合でもよいが、LD14やPD16の劣化を抑制するなどの目的から窒素ガスが充満している場合が好ましい。
The
ここで、実施例1に係る光送受信装置100がFTTH(Fiber To The Home)システムに用いられる場合を想定する。FTTHでは、一般的に上りは1.31μmの波長帯域を、下りは1.49μmの波長帯域を用いることから、光送受信装置100が有するLD14は、1.31μm波長帯の送信光を出射し、PD16は、光ファイバ20から出射される1.49μm波長帯の受信光を受光する。したがって、PD16の受光面42にコーティングされる薄膜18は、1.31μm波長帯の光を反射し、且つ、1.49μm波長帯の光を透過する光学特性を有することが求められる。
Here, it is assumed that the
1.31μm波長帯の送信光を出射するLD14は、例えば、p型AlGaAs層からなる下部クラッド層と、InAs量子ドットを有する量子ドット活性層と、n型AlGaAs層からなる上部クラッド層と、を含む量子ドットレーザを用いることができる。
The
次に、1.49μm波長帯の受信光を受光し、受光面42に薄膜18がコーティングされたPD16を説明する。図2は、薄膜18がコーティングされたPD16の断面模式図である。図2のように、PD16は、例えばn型InP基板50上に、n型InPバッファ層52、n型InGaAs層54と、n型InP窓層56にp型キャリアを導入したp型領域58と、が順次形成されている。n型InGaAs層54とp型領域58との間にはpn接合61が形成される。また、p型領域58の周囲には拡散遮断領域63が形成されている。p型領域58上にはp型InGaAsコンタクト層64が形成され、p型InGaAsコンタクト層64上には、p電極66が形成されている。p電極66とp型領域58とは、p型InGaAsコンタクト層64を介して電気的に接続している。拡散遮断領域63とp電極66との間にはポリイミド層65が介在している。n型InP基板50の裏面にはn電極68が設けられている。受光面42であるp型領域58上面を覆うように、多層膜である薄膜18がコーティングされている。
Next, a
表1は、多層膜である薄膜18の構造の例であり、多層膜それぞれの層の材料、膜厚、および屈折率を示している。表1のように、薄膜18は、例えば酸化アルミニウム層(Al2O3層)上にシリコン層(Si層)と酸化シリコン層(SiO2層)とが繰り返し設けられた構造をしている。具体的には、膜厚58.0nmで屈折率1.58の酸化アルミニウム層上に、膜厚53.5nmで屈折率3.56のシリコン層、膜厚348.0nmで屈折率1.45の酸化シリコン層、膜厚36.9nmで屈折率3.56のシリコン層、膜厚182.3nmで屈折率1.45の酸化シリコン層が順次積層されている。その上にはさらに、膜厚73.7nmで屈折率3.56のシリコン層と膜厚182.3nmで屈折率1.45の酸化シリコン層とが5回繰り返して形成されている。最上層には、膜厚36.9nmで屈折率3.56のシリコン層が形成されている。
図3は、屈折率3.42のGaAs基板上に、表1に示す構造の薄膜18を形成し、薄膜18に対して45°の入射角で光を入射させた場合における薄膜18の反射特性、透過特性、および損失特性を計算したシミュレーション結果である。図3の横軸は薄膜18に入射する光の波長(nm)を、縦軸は薄膜18による光の反射率(%)・透過率(%)・損失率(%)を表している。図3のように、薄膜18の反射特性と透過特性とは波長に依存している。薄膜18は、1300nm波長帯の光に対しては高反射率で反射する高反射膜として機能し、1500nm波長帯の光に対してはほとんど反射せずに高透過率で透過する低反射膜として機能する。損失特性に関しては、1150nmから1650nmの波長帯において0%である。
FIG. 3 shows the reflection characteristics of the
図4は、実施例1に係る光送受信装置100をFTTHシステムに用いた場合の光の送受信について説明する概念図である。なお、図を明瞭にする目的から、送信光の光軸と受信光の光軸とをずらして図示しているが、実際は、送信光の光軸と受信光の光軸とは一致している。実施例1に係る光送受信装置100に、1.31μmの波長の光を出射するLD14と、1.49μmの波長の光を受光するPD16と、表1に示す構造の薄膜18を用いることで、図4のように、LD14から出射される1.31μm波長帯の送信光は、PD16の受光面42にコーティングされた薄膜18で反射され、ガラスボールレンズ22で集光された後、光ファイバ20に入射する。一方、光ファイバ20から出射される1.49μm波長帯の受信光は、ガラスボールレンズ22で集光され、薄膜18を透過してPD16の受光面42に入射する。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating light transmission / reception when the optical transmission /
以上説明してきたように、実施例1に係る光送受信装置100によれば、図1のように、光ファイバ20に入射される送信光を出射するLD14と、光ファイバ20から出射される受信光を受光するPD16と、PD16の受光面42上に、LD14が出射する送信光が光ファイバ20に入射されるように反射し、光ファイバ20から出射される受信光を透過する薄膜18と、が設けられている。これにより、波長分岐フィルタを別途個別に搭載することなく、一心双方向型光通信が可能となり、光送受信装置の小型化、低コスト化を実現することができる。
As described above, according to the
図1のように、PD16は、光ファイバ20の光軸上に配置されている場合が好ましい。これにより、光ファイバ20から出射される受信光をPD16で効率よく受光することができる。また、薄膜18で反射された送信光の光軸と光ファイバ20の光軸とは一致している場合が好ましい。これにより、LD14が出射する送信光を光ファイバ20に効率よく入射させることができる。
As shown in FIG. 1, the
図1のように、LD14は、光ファイバ20の光軸に対して垂直な面である第1実装面32上に設けられていて、PD16は、光ファイバ20の光軸に対して斜めに傾いた面である第2実装面34上に設けられている。LD14を光ファイバ20の光軸に垂直な第1実装面32上に実装し、PD16を光ファイバ20の光軸に対して斜めに傾いた第2実装面34上に実装することは、後述する実施例2のようにLD14とPD16とを共に光ファイバ20の光軸に対して斜めに傾いた面に実装する場合に比べて容易に実装できる。また、基準面28と第1実装面32とは互いに平行であり、第2実装面34だけが斜めに傾いている構造のステム12は、後述する実施例2の場合に比べて容易に製造することができる。
As shown in FIG. 1, the
実施例1において、PD16の受光面42上に設けられた薄膜18は、表1に示すような構造の酸化アルミニウム層とシリコン層と酸化シリコン層との多層膜である場合を例に示したが、これに限られるわけではない。PD14が出射する送信光を反射し、光ファイバ20から出射される受信光を透過する性質を有する薄膜であれば、その他の膜構造や材料からなる場合でもよい。特に、実施例1に係る光送受信装置100をFTTHシステムに用いる場合、薄膜18は、LD14が出射する1.31μmの波長帯の送信光を反射し、光ファイバ20から出射される1.49μmの波長帯の受信光を透過する光学特性を有する場合が好ましい。また、FTTHシステムでは、上りに1.31μmの波長帯を、下りに1.55μmの波長帯を用いる場合や、上りに1.49μmまたは1.55μmの波長帯を、下りに1.31μmの波長帯を用いる場合もある。したがって、薄膜18は、1.31μmの波長帯の送信光を反射し、1.55μmの波長帯の受信光を透過する光学特性を有する場合や、1.49μmまたは1.55μmの波長帯の送信光を反射し、1.31μmの波長帯の受信光を透過する光学特性を有する場合でもよい。
In the first embodiment, the
実施例1において、LD14は量子ドットレーザである場合を例に示したが、例えば量子井戸レーザなどの他の半導体レーザである場合でもよい。また、DFB(Distributed Feedback)型レーザであってもファブリペロ型レーザであってもよい。しかしながら、量子ドットレーザは、出射光の光出力の温度依存性が小さいため、APC(Auto Power Control)回路を用いて出射光の光出力をフィードバックしなくても、一定の光出力を得ることができる。したがって、LD14に量子ドットレーザを用いた場合は、モニタ用フォトダイオードなどを設けなくて済むため、光送受信装置100の小型化、低コスト化をより一層実現することができる。
In the first embodiment, the
実施例1において、第2実装面34が第1実装面32に対して45°傾いていることで、PD16の受光面42がLD14の光軸に対して45°傾いている場合を例に示した。この場合は、受光面42にコーティングされた薄膜18で反射される送信光の光軸と光ファイバ20の光軸とを一致させることができ、LD14が出射する送信光を光ファイバ20に効率よく入射させることができる。しかしながら、傾きは45°の場合に限られず、LD14が出射する送信光が薄膜18で反射して光ファイバ20に入射される範囲内でその他の傾きを有する場合でもよい。例えば30°から60°の範囲内の傾きを有する場合でもよい。
In the first embodiment, the second mounting
図5(a)は実施例2に係る光送受信装置200の上面模式図であり、図5(b)は図5(a)のA−A間の断面模式図である。なお、図5(a)は、キャップ24、ガラスボールレンズ22、および封止ガラス46を透視した上面模式図である。図5(a)および図5(b)のように、ステム12が有する突起部30の先端は、くの字型になっており、基準面28に対して斜めに傾いた面である第3実装面60と第4実装面62とを有する。つまり、第3実装面60と第4実装面62とは、光ファイバ20の光軸に対して斜めに傾いた面である。第3実装面60と第4実装面62とは共に、基準面28に対して、例えば、30°の傾きを有する。
FIG. 5A is a schematic top view of the
LD14がマウントされたヒートシンク40は、突起部30の先端の第3実装面60に実装されている。これにより、LD14が出射する送信光と光ファイバ20から出射された受信光とが交わる角θは60°と鋭角になる。PD16は、突起部30の第4実装面62に実装されている。これにより、PD16の受光面42は、LD14の光軸に対して斜めに配置されている。PD16は、光ファイバ20の光軸上に配置されていて、薄膜18で反射された送信光の光軸と光ファイバ20の光軸とは一致している。その他の構成については、実施例1と同じであり、図1に示しているので、ここでは説明を省略する。
The
このように、実施例2に係る光送受信装置200によれば、図5のように、LD14は、光ファイバ20の光軸に対して斜めに傾いた面である第3実装面60上に設けられていて、LD14が出射する送信光と光ファイバ20から出射される受信光とは鋭角に交わっている。これにより、実施例1に比べて、PD16の受光面42は光ファイバ20の光軸に対して垂直に近づくことになる。よって、光ファイバ20から出射される受信光は、PD16の受光面42上に設けられた薄膜18を透過しやすくなり、受光面42に入射される受信光の強度が大きくなる。つまり、PD16による受信光の受光効率が向上する。
As described above, according to the
実施例2において、第3実装面60と第4実装面62とが、基準面28に対して30°傾いている場合を例に示したが、この場合に限られるわけではない。LD14が出射する送信光が薄膜18で反射して光ファイバ20に入射される範囲内でその他の傾きを有する場合でもよい。特に、薄膜18で反射される送信光の光軸と光ファイバ20の光軸とを一致させる場合、基準面28に対する第3実装面60の角度が大きくなり、LD14が出射する送信光と光ファイバ20から出射される受信光とのなす角θが小さくなる程、基準面28に対する第4実装面62の角度を小さくし、PD16の受光面42を光ファイバ20の光軸に対して垂直に近づける必要がある。この場合、PD16による受信光の受光効率は向上する。したがって、基準面28に対する第3実装面60の傾きは大きく、第4実装面62の傾きは小さい場合が好ましい。
In the second embodiment, the case where the third mounting
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.・ Change is possible.
12 ステム
14 レーザダイオード
16 フォトダイオード
18 薄膜
20 光ファイバ
22 ガラスボールレンズ
24 キャップ
26 基部
30 突起部
32 第1実装面
34 第2実装面
36 リードピン
38 絶縁物
39 ワイヤ
40 ヒートシンク
42 受光面
46 封止ガラス
50 n型InP基板
52 n型InPバッファ層
54 n型InGaAs層
56 n型InP窓層
58 p型領域
60 第3実装面
62 第4実装面
63 拡散遮断領域
64 p型InGaAsコンタクト層
65 ポリイミド層
66 p電極
68 n電極
100 光送受信装置
200 光送受信装置
12
Claims (6)
前記光ファイバから出射される受信光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの受光面上に設けられ、前記レーザダイオードが出射する前記送信光を前記光ファイバに入射されるように反射し、前記光ファイバから出射される前記受信光を透過する薄膜と、
を具備することを特徴とする光送受信装置。 A laser diode that emits transmission light incident on an optical fiber;
A photodiode that receives received light emitted from the optical fiber;
A thin film that is provided on a light receiving surface of the photodiode, reflects the transmission light emitted by the laser diode so as to be incident on the optical fiber, and transmits the reception light emitted from the optical fiber;
An optical transmitting / receiving apparatus comprising:
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