JP2011203377A - Optical module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To resolve a shift of an optical axis between an output part of an optical signal processing module and a photoelectric conversion part with a simple structure and at low cost.SOLUTION: The relative displacement direction of a plurality of photoelectric conversion modules to the optical signal processing module due to thermal expansion of the optical signal processing module (PLC), the plurality of photoelectric conversion modules, and a mount substrate is derived beforehand. The derived displacement direction is made to conform to each optical axis direction from the output end of the optical signal processing module to a photodetector.

Description

本発明は光モジュールに関し、光受信装置に適用可能な光モジュールに関する。   The present invention relates to an optical module, and relates to an optical module applicable to an optical receiver.

近年、光ファイバ伝送の普及に伴い、CDMA、OFDM、QPSK等の様々な通信方式の光通信が開発されている(非特許文献1、2、3)。通信容量の大型化を図るべく100Gbit/sec以上の超高速光伝送システムの実現に向けて、様々な光通信装置が開発されつつある。特に、光雑音耐力向上や、光電変換後の電気信号処理による波長分散歪み補償能力の優位性から、DP−QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase-Shift Keying)などのコヒーレント受信方式が注目を集め、伝送システムへの適用に向けた検討が活発化している。   In recent years, with the widespread use of optical fiber transmission, optical communication of various communication systems such as CDMA, OFDM, and QPSK has been developed (Non-Patent Documents 1, 2, and 3). In order to increase the communication capacity, various optical communication devices are being developed toward the realization of an ultrahigh-speed optical transmission system of 100 Gbit / sec or more. In particular, coherent reception methods such as DP-QPSK (Dual Polarization Quadrature Phase-Shift Keying) have attracted attention because of their superior optical noise tolerance and superior chromatic dispersion distortion compensation capability through electrical signal processing after photoelectric conversion. Consideration for application to is increasing.

図1にコヒーレント受信方式に用いられる光受信器の従来の構成を示す。光受信器は、局部発振光発生装置40と、光モジュール100と、復調用LSI200とが接続されて構成されている。光モジュール100は、入力ポートS1およびS2から入力される信号光および局部発振光を信号処理するPLC(Planar Lightwave circuit:平面光導波回路)110と、PLC110からの光信号を光電変換するフォトダイオード(PD)アレイモジュール130と、変換された電気信号を電流から電圧に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプ(TIA)140と、電圧信号を外部出力するRF配線部(図示せず)とを備えている。PLC110は、信号光および局部発振光を、その偏波状態に応じて異なる出力ポートに分離する偏波スプリッタ111a、111bと、信号光と局部発振光を合波する光90度ハイブリッド回路112a、112bとを備えている。光90度ハイブリッド回路112a、112bからの出力光は光配線を経由してPDアレイモジュール130に結合される。復調用LSI200は、AD変換器およびデジタル演算回路(DSP:Digital Signal Processor)を有し、入力された電気信号は、AD変換器によりデジタル信号に変換された後、デジタル演算回路によりデジタル処理される。   FIG. 1 shows a conventional configuration of an optical receiver used for a coherent reception system. The optical receiver is configured by connecting a local oscillation light generator 40, an optical module 100, and a demodulation LSI 200. The optical module 100 includes a PLC (Planar Lightwave Circuit) 110 that performs signal processing on signal light and local oscillation light input from the input ports S1 and S2, and a photodiode that photoelectrically converts the optical signal from the PLC 110 ( PD) array module 130, transimpedance amplifier (TIA) 140 that converts and amplifies the converted electrical signal from current to voltage, and an RF wiring section (not shown) that outputs the voltage signal to the outside. . The PLC 110 includes polarization splitters 111a and 111b that separate signal light and local oscillation light into different output ports according to their polarization states, and optical 90-degree hybrid circuits 112a and 112b that combine the signal light and local oscillation light. And. Output light from the optical 90-degree hybrid circuits 112a and 112b is coupled to the PD array module 130 via an optical wiring. The demodulation LSI 200 includes an AD converter and a digital arithmetic circuit (DSP: Digital Signal Processor). The input electric signal is converted into a digital signal by the AD converter and then digitally processed by the digital arithmetic circuit. .

Hossam M.H.Shalaby, ‘‘Chip-Level Detection in Optical Code Division Multiple Access’’, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.16, No.6, June 1998,,p1077Hossam M.H.Shalaby, ‘‘ Chip-Level Detection in Optical Code Division Multiple Access ’’, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.16, No.6, June 1998 ,, p1077 Yan Tang, et al, ‘‘Optimum Design for RF-to-Optical Up-Converter in Coherent Optical OFDM Systems’’, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.19, No.7, APRIL 1,2007,p483Yan Tang, et al, ‘‘ Optimum Design for RF-to-Optical Up-Converter in Coherent Optical OFDM Systems ’’, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.19, No.7, APRIL 1,2007, p483 Jeremie Renaudier, et al, ‘‘Linear Fiber Impairments Mitigation of 40-Gbit/s Polarization-Multiplexed QPSK by Digital Processing in a Coherent Receiver’’, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.26, No.1, January 1,2008,p36Jeremie Renaudier, et al, `` Linear Fiber Impairments Mitigation of 40-Gbit / s Polarization-Multiplexed QPSK by Digital Processing in a Coherent Receiver '', JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.26, No.1, January 1,2008, p36

このような光受信器において、従来、PLC110とPDアレイモジュール130との光接続は、図2に示すように両者を直接接続するか、図3、図4に示すようにレンズを介して両者を分離接続することが多い。   In such an optical receiver, conventionally, the optical connection between the PLC 110 and the PD array module 130 is either directly connected as shown in FIG. 2 or via a lens as shown in FIGS. Often connected separately.

図2では、PLC110の各導波路113の出力ポートが、PD素子を小型パッケージに収容したPDアレイモジュール130を構成する各PD132の受光面に対向するように、PDアレイ130をPLC110に直接貼り付ける構成としている。   In FIG. 2, the PD array 130 is directly attached to the PLC 110 so that the output port of each waveguide 113 of the PLC 110 faces the light receiving surface of each PD 132 constituting the PD array module 130 in which the PD element is accommodated in a small package. It is configured.

図3、図4では、PLC110とPDアレイモジュール130とを離間配置し、図3(a)では、両者の間に1つのレンズL1を配置し、図3(b)では、両者の間に2つのレンズL2、L3を配置し、図4では、両者の間にマイクロレンズアレイ121,122を配置している。   3 and 4, the PLC 110 and the PD array module 130 are spaced apart from each other. In FIG. 3A, one lens L <b> 1 is disposed between them. In FIG. Two lenses L2 and L3 are arranged, and in FIG. 4, microlens arrays 121 and 122 are arranged between them.

しかしながら、高速でOE変換を行う際には、高周波特性の劣化を防止するためにPDアレイモジュール130とTIA140とを分離することは困難で、両者は近接配置する必要がある。また、PDアレイモジュール130およびTIA140が近接された光電変換部150は、TIA140による発熱、さらに多チャンネル化による発熱を伴うため、十分な放熱性を確保する必要がある。また、光信号を処理するPLC110は熱の影響を受けやすいために、このようなPDアレイモジュール130およびTIA140が近接された光電変換部150からは離間させることが好ましい。したがって、PDアレイモジュール130およびTIA140が近接された光電変換部150が採用される場合、OE変換部のサイズが大きくなるとともに、放熱のためパッケージ筐体等のヒートシンクに固定する必用が生じるため、図2のようにPLC110と光電変換部150を直接接続する構成を採用することはできない。   However, when performing OE conversion at high speed, it is difficult to separate the PD array module 130 and the TIA 140 in order to prevent deterioration of the high frequency characteristics, and it is necessary to dispose them in close proximity. In addition, the photoelectric conversion unit 150 in which the PD array module 130 and the TIA 140 are close to each other is accompanied by heat generation by the TIA 140 and heat generation by multi-channeling. Therefore, it is necessary to ensure sufficient heat dissipation. In addition, since the PLC 110 that processes an optical signal is easily affected by heat, it is preferable to separate the PD array module 130 and the TIA 140 from the photoelectric conversion unit 150 in the vicinity. Therefore, when the photoelectric conversion unit 150 in which the PD array module 130 and the TIA 140 are close to each other is adopted, the size of the OE conversion unit increases, and it is necessary to fix it to a heat sink such as a package housing for heat dissipation. The configuration in which the PLC 110 and the photoelectric conversion unit 150 are directly connected as in 2 cannot be adopted.

図5は、PDアレイモジュール130とTIA140とが一体化された光電変換部150と、PLC110とを分離配置した構成を示すものである。光電変換部150は、2つのモジュール150a、150bに分離配置されている。図5では、PLC110と光電変換部150a、150bとの間には、マイクロレンズアレイ121、122を配置している。図5において、大きな発熱を伴う光電変換部150は、放熱を促進するために熱伝導性の高い筐体に固定する必要がある。また、上述の光モジュール100を構成するためには、光学的な位置関係を保持するため、光電変換部150とPLC110とは、図5に示すように、同一の筐体160上など、共通の保持部材に固定する必要がある。   FIG. 5 shows a configuration in which the photoelectric conversion unit 150 in which the PD array module 130 and the TIA 140 are integrated and the PLC 110 are separately arranged. The photoelectric conversion unit 150 is separately arranged in two modules 150a and 150b. In FIG. 5, microlens arrays 121 and 122 are disposed between the PLC 110 and the photoelectric conversion units 150a and 150b. In FIG. 5, the photoelectric conversion unit 150 that generates a large amount of heat needs to be fixed to a housing having high thermal conductivity in order to promote heat dissipation. Further, in order to configure the optical module 100 described above, in order to maintain an optical positional relationship, the photoelectric conversion unit 150 and the PLC 110 are common on the same housing 160 as shown in FIG. It is necessary to fix to the holding member.

しかしながら、一般に熱伝導性の高い部材は熱膨張係数の高い部材であるので、光電変換部150およびPLC110が搭載される筐体160として熱伝導性の高い部材を採用した場合は、比較的低い熱膨張係数を有する材料が採用されるPLC110とは、熱膨張係数が大きく異なることとなり、温度変動時に、PLC110の出力部と、PDアレイモジュール130との間の光軸ずれが問題となる。   However, since a member having high thermal conductivity is generally a member having a high thermal expansion coefficient, when a member having high thermal conductivity is adopted as the casing 160 on which the photoelectric conversion unit 150 and the PLC 110 are mounted, a relatively low heat The PLC 110 using a material having an expansion coefficient is greatly different in thermal expansion coefficient, and the optical axis shift between the output unit of the PLC 110 and the PD array module 130 becomes a problem at the time of temperature fluctuation.

このような問題に対して、熱膨張係数が小さい材料を上記筐体160に用いる等して、光軸ずれを極力生じない構造とすることが考えられる。しかし熱膨張係数が小さい材料は、熱伝導率が小さいため放熱には適さない。これを回避するために放熱が必要な部分と熱膨張係数の小さい部分とを別々に構成することも考えられるが、筐体構造が複雑で高価になる。   In order to deal with such a problem, it is conceivable to use a material having a small thermal expansion coefficient for the housing 160 so that the optical axis shift is not generated as much as possible. However, a material having a small coefficient of thermal expansion is not suitable for heat dissipation because of its low thermal conductivity. In order to avoid this, it is conceivable to separately configure a portion that requires heat dissipation and a portion having a small coefficient of thermal expansion, but the housing structure is complicated and expensive.

また、図5に示すように、光電変換部150を2つのモジュールに分割した場合、光電変換部150a、150bを筐体160のy方向(光軸に垂直な方向)の中央位置に配置して固定することは不可能である。一方、PLC110は1つのモジュールで構成されいるので、筐体160のy方向(光軸に垂直な方向)の中央位置に配置して固定可能である。このような配置において、筐体160として熱伝導性が高く、熱膨張係数が高い材料を採用した場合、筐体160の熱膨張、熱収縮によって、PLC110の位置の変動はほとんどないが、光電変換部150a、150bは、矢印kに示すように、大きく変位してしまう。符号にダッシュ(’)を付けたものが、変位後の位置を示している。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、本発明の課題は、PLCおよび光電変換部を搭載する共通の保持部材として、複雑、高価な材料や構造を要せず、簡単な構成で、広い温度範囲においてPLCの出力部と光電変換部との光軸ずれによる損失変動が発生しない光モジュールを提供することにある。
Further, as shown in FIG. 5, when the photoelectric conversion unit 150 is divided into two modules, the photoelectric conversion units 150a and 150b are arranged at the center position in the y direction (direction perpendicular to the optical axis) of the housing 160. It is impossible to fix. On the other hand, since the PLC 110 is composed of one module, the PLC 110 can be arranged and fixed at the center position in the y direction (direction perpendicular to the optical axis) of the housing 160. In such an arrangement, when a material having a high thermal conductivity and a high thermal expansion coefficient is used as the housing 160, the position of the PLC 110 hardly changes due to the thermal expansion and contraction of the housing 160. The parts 150a and 150b are greatly displaced as indicated by the arrow k. A symbol with a dash (') indicates a position after displacement.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a simple configuration without requiring a complicated and expensive material or structure as a common holding member for mounting a PLC and a photoelectric conversion unit. Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical module in which loss variation due to an optical axis shift between an output unit of a PLC and a photoelectric conversion unit does not occur in a wide temperature range.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載された発明は、入力された光信号を光信号処理し、分離して複数の光導波路に出力する光信号処理モジュールと、前記光信号処理部から出力された各光信号を光電変換して出力する複数の受光素子を有する受光アレイと、前記受光アレイの各受光素子から出力される電気信号を増幅する複数の増幅器とをそれぞれ有し、別個のキャリアに搭載された複数の光電変換モジュールと、前記光信号処理モジュールと前記複数の光電変換モジュールとが分離されて搭載される共通のマウント基体と、前記光信号処理部の各出力ポートから出力される光を前記複数の光電変換モジュールの各受光素子に光結合するレンズ光学系とを備え、前記光信号処理モジュール、前記複数の光電変換モジュールおよび前記マウント基体の熱膨張による光信号処理モジュールに対する複数の光電変換モジュールの相対的な変位方向を予め導出し、該導出した変位方向と前記光信号処理モジュールの出力端部から前記受光素子までの各光軸方向とが一致するようにしたことを特徴とする光モジュールである。   In order to solve the above-described problems, the invention described in claim 1 is an optical signal processing module that performs optical signal processing on an input optical signal, separates the optical signal to output to a plurality of optical waveguides, and the optical signal processing. A light receiving array having a plurality of light receiving elements that photoelectrically convert and output each optical signal output from the unit, and a plurality of amplifiers that amplify electrical signals output from each light receiving element of the light receiving array, From a plurality of photoelectric conversion modules mounted on separate carriers, a common mount base on which the optical signal processing module and the plurality of photoelectric conversion modules are separately mounted, and each output port of the optical signal processing unit A lens optical system that optically couples output light to each light receiving element of the plurality of photoelectric conversion modules, and the optical signal processing module, the plurality of photoelectric conversion modules, and the front Relative displacement directions of the plurality of photoelectric conversion modules with respect to the optical signal processing module due to thermal expansion of the mount base are derived in advance, and the derived displacement directions and each light from the output end of the optical signal processing module to the light receiving element An optical module characterized in that the axial direction coincides with the optical module.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光モジュールにおいて、前記光信号処理モジュールの光導波路の出力端部分に、該光導波路に対して前記変位方向に対応する所定角度だけ折り曲げられた折り曲げ部を設け、この折り曲げ方向上に、前記レンズ光学系のレンズ中心および受光素子の受光部中心を配置したことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the optical module according to the first aspect, the output end portion of the optical waveguide of the optical signal processing module is bent at a predetermined angle corresponding to the displacement direction with respect to the optical waveguide. A bent portion is provided, and the center of the lens of the lens optical system and the center of the light receiving portion of the light receiving element are arranged in the bending direction.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の光モジュールにおいて、前記レンズ光学系は、前記光信号処理部の出射光をコリメート光として出射する、前記光信号処理モジュールに固定される第1のレンズアレイと、前記第1のレンズアレイからの光を受光して前記受光アレイの各受光素子に光結合させる、前記各光電変換モジュールに固定される複数の第2のレンズアレイとを有し、光信号処理モジュールの光導波路の各出力端と前記受光アレイの各受光素子の受光面中心を結ぶ線分の方向が前記変位方向に一致し、かつ前記線分上に第1および第2レンズアレイの主面上のレンズ中心点が位置するように前記第1および第2レンズアレイを偏芯させることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the optical module according to the first aspect, the lens optical system is fixed to the optical signal processing module that emits light emitted from the optical signal processing unit as collimated light. 1 lens array, and a plurality of second lens arrays fixed to the photoelectric conversion modules that receive light from the first lens array and optically couple the light to the light receiving elements of the light receiving array. The direction of the line segment connecting each output end of the optical waveguide of the optical signal processing module and the center of the light receiving surface of each light receiving element of the light receiving array coincides with the displacement direction, and the first and second lines are on the line segment. The first and second lens arrays are decentered so that the lens center point on the main surface of the lens array is located.

請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れかに記載の光モジュールにおいて、前記光信号処理モジュールは、マウント基体における前記複数の受光素子が並ぶ方向のほぼ中央位置に設けられ、2つの光電変換モジュールが、マウント基体の前記中央位置からオフセットされた位置に設けられたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the optical module according to any one of the first to third aspects, the optical signal processing module is provided at a substantially central position in a direction in which the plurality of light receiving elements are arranged on the mount base. Two photoelectric conversion modules are provided at positions offset from the central position of the mount base.

本発明は、筐体の構造や材料を複雑、高価にすることなく、熱膨張係数差によるPLCと光電変換部との間の光軸ずれを防止し、低コストで広い温度範囲で光軸ずれのない高性能の光モジュールを提供できるという効果を奏する。   The present invention prevents the optical axis deviation between the PLC and the photoelectric conversion unit due to the difference in thermal expansion coefficient without complicating and expensive the structure and material of the housing, and the optical axis deviation at a low temperature and in a wide temperature range. It is possible to provide a high-performance optical module without any problems.

コヒーレント受信方式に用いられる光受信器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical receiver used for a coherent receiving system. 従来のPLCとPDアレイモジュールの接続を示す図である。It is a figure which shows the connection of the conventional PLC and PD array module. レンズ系を用いたPLCとPDアレイモジュールの接続を示す図である。It is a figure which shows the connection of PLC using a lens system, and PD array module. マイクロレンズアレイを用いたPLCとPDアレイモジュールの接続を示す図である。It is a figure which shows the connection of PLC and PD array module using a micro lens array. 筐体上に配置されたPLCおよび2つの光電変換部の膨張変位の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of expansion displacement of PLC arrange | positioned on a housing | casing and two photoelectric conversion parts. 本発明に用いられる光受信器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical receiver used for this invention. PLCの回路構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit structure of PLC. 本発明の第1の実施形態の光受信モジュールの構造を示す斜視図、断面図である。It is the perspective view and sectional drawing which show the structure of the optical receiver module of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の光受信モジュールの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the optical receiver module of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の光受信モジュールの主要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the optical receiver module of the 1st Embodiment of this invention. 光軸角度の決め方を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally how to determine an optical axis angle. PLCおよび2つの光電変換部の膨張変位の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of expansion displacement of PLC and two photoelectric conversion parts. 本発明の第2の実施形態の光受信モジュールの主要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the optical receiver module of the 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。まず、本発明の光モジュールを適用可能な光受信器5の構成について説明する。図6は、本発明の光モジュールを搭載した光受信器5の構成を模式的に示す図である。本実施形態では、光受信器5として受信する変調信号が偏波多重4位相多重通信(DP−QPSK=Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying)であるコヒーレント受信器を用いて説明をしているが、本発明はDP−QPSKのコヒーレント受信器に限るものではない。また、PLCの出力部と光電変換部とが対向している構成で説明を行っているが、対向していない場合でも本発明の趣旨に反しない限りは応用可能である。本発明は、PLCの出力部と光電変換部(例えばPDアレイモジュール)とが離れており、その間をレンズ光学系で光結合させるものであれば広く適用可能なものであることは言うまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. First, the configuration of the optical receiver 5 to which the optical module of the present invention can be applied will be described. FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the optical receiver 5 on which the optical module of the present invention is mounted. In the present embodiment, the modulation signal received as the optical receiver 5 is described using a coherent receiver whose polarization multiplexed quadrature phase shift keying (DP-QPSK) is used. The invention is not limited to DP-QPSK coherent receivers. Further, although the description has been made with the configuration in which the output unit of the PLC and the photoelectric conversion unit are opposed to each other, the present invention can be applied even when the PLC is not opposed as long as it is not contrary to the gist of the present invention. Needless to say, the present invention can be widely applied as long as the output unit of the PLC and the photoelectric conversion unit (for example, the PD array module) are separated and optically coupled between them by a lens optical system.

図6において、光受信器5は、局部発振光発生装置400と、光モジュール500と、復調用LSI600とを備えて構成される。光モジュール500は、信号光を入力する入力ポートS1と、局発光を入力する入力ポートS2とを備えている。入力ポートS1に入力される信号光は、光受信器5が外部から受信した光信号であり、入力ポートS2に入力される局発光は、局部発振光発生装置400で発生させた光信号である。光モジュール500は、2つの入力ポートから入力された光信号に対して光信号処理を行う光信号処理モジュールとしてのPLC510と、PLC510で処理された光信号をOE変換部535a、535bに光結合するためのレンズアレイ520と、光信号を電気信号に変換するOE変換部535a、535bと、変換された電気信号を復調用LSI600へ出力するRF配線部(図示せず)とを備えて構成される。   In FIG. 6, the optical receiver 5 includes a local oscillation light generation device 400, an optical module 500, and a demodulation LSI 600. The optical module 500 includes an input port S1 for inputting signal light and an input port S2 for inputting local light. The signal light input to the input port S1 is an optical signal received by the optical receiver 5 from the outside, and the local light input to the input port S2 is an optical signal generated by the local oscillation light generator 400. . The optical module 500 optically couples the PLC 510 as an optical signal processing module that performs optical signal processing on optical signals input from two input ports, and the optical signals processed by the PLC 510 to the OE converters 535a and 535b. Lens array 520, OE converters 535 a and 535 b for converting an optical signal into an electrical signal, and an RF wiring unit (not shown) for outputting the converted electrical signal to demodulation LSI 600. .

PLC510は、入力光をX偏波、Y偏波に分離して、その偏波状態に応じて異なる出力ポートに分離して出力する偏波スプリッタ(PBS)511a、511bと、同じ偏向状態の信号光と局発光を90度ハイブリッドして4つの光信号として出力する光90度ハイブリッド回路512a、512bを備えている。図示の例では、偏波スプリッタ511aが信号光をX偏波、Y偏波に分離し、偏波スプリッタ511bが局発光をX偏波、Y偏波に分離する。さらに、光90度ハイブリッド回路512aが、X偏向された信号光および局発光を90度ハイブリッドして光導波路515の図示上側の4つのポートに出力し、光90度ハイブリッド回路512bが、Y偏向された信号光および局発光を90度ハイブリッドして光導波路515の図示下側の4つのポートに出力している。PLC510のPBS511、光90度ハイブリッド回路512は、例えば図7に示すように複数の光導波路515の形態で構成されている。なお、図7に示すPLC510では、光90度ハイブリッド回路512は、2つのモジュールに分割配置されたOE変換部535a、535bとレンズアレイ520で光結合し易いように、各光導波路515が展開されるように引き回されている。   The PLC 510 separates the input light into X polarization and Y polarization, and outputs the signals in the same deflection state as the polarization splitters (PBS) 511a and 511b that output the separated light to different output ports according to the polarization state. Optical 90 degree hybrid circuits 512a and 512b are provided which hybridize light and local light by 90 degrees and output them as four optical signals. In the illustrated example, the polarization splitter 511a separates signal light into X polarization and Y polarization, and the polarization splitter 511b separates local light into X polarization and Y polarization. Furthermore, the optical 90-degree hybrid circuit 512a hybridizes the X-polarized signal light and the local light by 90 degrees and outputs them to the four ports on the upper side of the optical waveguide 515. The optical 90-degree hybrid circuit 512b is Y-polarized. The signal light and the local light are hybridized 90 degrees and output to the four ports on the lower side of the optical waveguide 515 in the figure. The PBS 511 and the optical 90-degree hybrid circuit 512 of the PLC 510 are configured in the form of a plurality of optical waveguides 515 as shown in FIG. 7, for example. In the PLC 510 shown in FIG. 7, the optical waveguide 515 is developed so that the optical 90-degree hybrid circuit 512 is easily optically coupled by the lens array 520 and the OE converters 535a and 535b divided and arranged in two modules. Have been routed to

PLC510から出力される光信号は、レンズアレイ520(マイクロレンズアレイ513a、513b、514a、514b)を介して2つのモジュールに分割されたOE変換部535a、535bに結合される。OE変換部535a、535bは、PLC510からの光信号を光電変換する受光素子としての複数のフォトダイオード(PD)を有するPDアレイモジュール530a、530bと、光電変換された電気信号を電流から電圧に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプ(TIA)540a、540bとを有する。OE変換部535a、535bで変換された電気信号は、RF配線部を介して復調用LSI600に出力され、復調用LSI600のAD変換器によりデジタル信号に変換された後、復調用LSI600のDSPによりデジタル処理される。   The optical signal output from the PLC 510 is coupled to the OE converters 535a and 535b divided into two modules via the lens array 520 (microlens arrays 513a, 513b, 514a, and 514b). The OE conversion units 535a and 535b convert PD signals from a current into a voltage by PD array modules 530a and 530b having a plurality of photodiodes (PD) as light receiving elements that photoelectrically convert an optical signal from the PLC 510. And transimpedance amplifiers (TIAs) 540a and 540b for amplification. The electrical signals converted by the OE conversion units 535a and 535b are output to the demodulation LSI 600 via the RF wiring unit, converted into digital signals by the AD converter of the demodulation LSI 600, and then digitally output by the DSP of the demodulation LSI 600. It is processed.

ここで本発明の光受信モジュール500は、高速で動作可能な2つのモジュールに分割されたOE変換部535a、535bを用いており、OE変換部535a、535bからの発熱を促進するように、PLC510およびOE変換部535a、535bを固定するモジュール筐体を、高熱伝導率の材料(高い熱膨張係数を有する材料)で構成し、後述する各実施形態で示されるように、PLC510とOE変換部535a、535bとをモジュール筐体上で分離配置するとともに、モジュール筐体とPLC510とOE変換部535a、535bとの熱膨張によるPLC510に対するOE変換部535a、535bの相対的なずれ方向(変位方向)を予め求め、該求めた相対的なずれ方向と、PLC510の出力端からPDアレイモジュール530a、530bまでの各光軸方向とを一致させるようにしている。   Here, the optical receiving module 500 of the present invention uses the OE converters 535a and 535b divided into two modules operable at high speed, and the PLC 510 is configured to promote heat generation from the OE converters 535a and 535b. The module housing for fixing the OE conversion units 535a and 535b is made of a material having high thermal conductivity (a material having a high thermal expansion coefficient), and as shown in each embodiment described later, the PLC 510 and the OE conversion unit 535a. 535b are arranged separately on the module housing, and the relative displacement direction (displacement direction) of the OE converters 535a and 535b with respect to the PLC 510 due to thermal expansion between the module housing and the PLC 510 and the OE converters 535a and 535b is determined. The PD array module is calculated in advance from the calculated relative displacement direction and the output end of the PLC 510. Le 530a, so that to match the respective optical axis direction to 530b.

(第1の実施形態)
第1の実施形態の光モジュールについて詳細に説明する。図8(a)は光モジュールの斜視図であり、図8(b)は光モジュールのA−A断面図である。図9は、光モジュールの平面図である。
(First embodiment)
The optical module of the first embodiment will be described in detail. FIG. 8A is a perspective view of the optical module, and FIG. 8B is an AA cross-sectional view of the optical module. FIG. 9 is a plan view of the optical module.

本実施形態の光モジュール500は、図9に示すように、PLC510の光導波路515の出射端部分に光導波路515に対して所定角度だけ折り曲げられた折り曲げ部515’を設けることにより、PLC510からの出射光の光軸方向を調整している。   As shown in FIG. 9, the optical module 500 of the present embodiment is provided with a bent portion 515 ′ bent at a predetermined angle with respect to the optical waveguide 515 at the exit end portion of the optical waveguide 515 of the PLC 510. The direction of the optical axis of the emitted light is adjusted.

図8に示すように、光モジュール500は、光信号が伝搬する光ファイバF1、F2を受け入れてPLC510の入力ポートに固定する複数のパイレックスガラスなどで構成された固定具D1、D2、D3を備えている。PLC510はシリコン基板上に形成した石英系ガラス薄膜に光導波路を設けた構造であり、PLCのシリコン基板516を介してパッケージ基板(マウント基体)としてのモジュール筐体570に銀ペーストなどを用いて固定されている。モジュール筐体570は、高周波で動作するOE変換部535から発生する熱の放熱を促進するように、熱伝導性の高いアルミニウム(Al)で構成する。一般に、このような光モジュールを構成するためには、光学部品の位置ずれを小さくするため、熱膨張係数が小さいコバール(Fe−Ni−Co)が多用されるが、熱伝導性が比較的小さいため、本実施形態のような数W程度の発熱がある用途には適さない。そのような場合、熱伝導性が高く、熱膨張係数が比較的小さい数少ない材料であるCuW(銅タングステン)等が用いられるが、それでも本実施形態のように高速信号を扱う光モジュールではPDの受光径が小さくなるため、光軸ずれトレランスが極めて小さく、所望の動作温度範囲で光軸ずれをなくすことが困難である。また、そのような材料は比較的高価であり、加工も困難であることが多い問題もある。これに対して、本実施形態では、熱膨張係数が大きい材料を用いても温度変動時に光軸ずれを生じない本発明の構成を適用することによって、熱伝導性が高く、かつ安価なアルミニウムのような材料を用いることができる。またPLC510の光信号出力側には、光出力されるポートに対応する位置にレンズを備えたマイクロレンズアレイ513a、513bが固定されている。マイクロレンズアレイ513a、513bはUV硬化接着剤などを用いてPLCの端面に直接貼り付けられている。なお、図8ではマイクロレンズアレイの固定補助部材としてパイレックスガラスD4をPLC上にあらかじめ貼り付け、マイクロレンズアレイの接着面積を大きくすることによって、信頼性の高い貼り付けを実現している。   As shown in FIG. 8, the optical module 500 includes fixtures D1, D2, and D3 made of a plurality of Pyrex glasses that receive optical fibers F1 and F2 through which optical signals propagate and fix them to the input port of the PLC 510. ing. The PLC 510 has a structure in which an optical waveguide is provided on a silica-based glass thin film formed on a silicon substrate. The PLC 510 is fixed to a module housing 570 as a package substrate (mount base) using a silver paste or the like via a PLC silicon substrate 516. Has been. The module housing 570 is made of aluminum (Al) having a high thermal conductivity so as to promote the heat dissipation of the heat generated from the OE converter 535 operating at a high frequency. In general, in order to configure such an optical module, Kovar (Fe—Ni—Co) having a small thermal expansion coefficient is frequently used in order to reduce the displacement of optical components, but the thermal conductivity is relatively small. Therefore, it is not suitable for an application having a heat of about several W as in this embodiment. In such a case, CuW (copper tungsten), which is a few materials having a high thermal conductivity and a relatively small coefficient of thermal expansion, is used. However, an optical module that handles high-speed signals as in this embodiment still receives light from a PD. Since the diameter is small, the optical axis deviation tolerance is extremely small, and it is difficult to eliminate the optical axis deviation within a desired operating temperature range. In addition, such materials are relatively expensive and difficult to process. On the other hand, in the present embodiment, by applying the configuration of the present invention that does not cause an optical axis shift even when a material having a large thermal expansion coefficient is used, the thermal conductivity is high and inexpensive aluminum. Such materials can be used. On the optical signal output side of the PLC 510, microlens arrays 513a and 513b each having a lens at a position corresponding to the light output port are fixed. The microlens arrays 513a and 513b are directly attached to the end face of the PLC using a UV curing adhesive or the like. In FIG. 8, Pyrex glass D4 is attached in advance on the PLC as a fixing auxiliary member for the microlens array, and the bonding area of the microlens array is increased, thereby realizing highly reliable attachment.

PLC510からの光信号を受光するOE変換部535a、535bは、PLC510とは離間させてモジュール筐体570上にサブキャリア536を介して銀ペーストなどを用いて固定されている。OE変換部535a、535bは、熱伝導性の高い導体であるCuW等で構成されたサブキャリア536上に、PDアレイモジュール530と、TIA540と、チップコンデンサやチップ抵抗などの高周波チップ541と、RF配線部としての高周波配線回路550とを銀ペーストを用いて貼り付けて構成されている。PDアレイモジュール530は、筐体533で囲まれた内部にPD531を銀ペーストなどで固定し、PD531の受光面をサファイヤガラス532で覆って封止して構成されている。PDアレイモジュール530のサファイヤガラス532にはマイクロレンズアレイ514がUV硬化接着剤などを用いて貼り付けられている。マイクロレンズとしては非球面レンズが用いられ、マイクロレンズアレイ513、514が、いわゆるコリメート光学系を形成している。他、マイクロレンズアレイとしては、例えばGRINレンズも用いることができる。   The OE converters 535a and 535b that receive the optical signal from the PLC 510 are fixed to the module housing 570 by using silver paste or the like via the subcarrier 536 so as to be separated from the PLC 510. The OE converters 535a and 535b include a PD array module 530, a TIA 540, a high-frequency chip 541 such as a chip capacitor and a chip resistor, and a RF carrier on a subcarrier 536 made of CuW or the like having a high thermal conductivity. A high-frequency wiring circuit 550 as a wiring portion is attached using a silver paste. The PD array module 530 is configured such that the PD 531 is fixed with silver paste or the like inside the enclosure 533 and the light receiving surface of the PD 531 is covered with sapphire glass 532 and sealed. A microlens array 514 is attached to the sapphire glass 532 of the PD array module 530 using a UV curable adhesive or the like. An aspherical lens is used as the microlens, and the microlens arrays 513 and 514 form a so-called collimating optical system. In addition, for example, a GRIN lens can be used as the microlens array.

また、PDアレイモジュール530の側面には内部のPD531と電気的に接続された複数の電極パッド534が設けられており、この電極パッド534がTIA540とワイヤW1でボンディングされている。さらにTIA540は、ワイヤW2により高周波配線回路550とボンディングされており、高周波配線回路550の出力側には外部出力端子としてのFPC560が接続されている。   A plurality of electrode pads 534 electrically connected to the internal PD 531 are provided on the side surface of the PD array module 530, and the electrode pads 534 are bonded to the TIA 540 with wires W1. Further, the TIA 540 is bonded to the high frequency wiring circuit 550 by a wire W2, and an FPC 560 as an external output terminal is connected to the output side of the high frequency wiring circuit 550.

ここで、高周波配線回路550は、図8、図9に示すように、TIA540の出力端からFPC560の入力端までの配線パターン551が、展開される(広がる)ように引き回されている。これは、外部機器としての復調用LSI600で使用される端子間ピッチにその端子間ピッチを合わせたFPC560に対応させるためである。また、高周波配線回路550での高周波特性を向上させるために、高周波配線回路550での各配線551をできるだけ迂回させることなく最短距離でOE変換部535のTIA540の出力とFPC560の入力端子とを等配線長で接続できるように、OE変換部535のPDアレイモジュール530およびTIA540を2つに離間させて配置するようにしている。このため、この実施の形態では、OE変換部535は、PDアレイモジュール530およびTIA540の他に、高周波配線回路550部分も含めて、2つのモジュール535a、535bに分離している。なお、図示はされていないが、PLC510にも光導波路515が展開されるように引き回される展開部を設けるようにしており、これにより高周波配線回路550a、550bでの配線パターンの経路長を短くすることを可能としている。このような理由などから、OE変換部535は、2つのモジュール535a、535bに分割されている。   Here, as shown in FIGS. 8 and 9, the high-frequency wiring circuit 550 is routed so that the wiring pattern 551 from the output end of the TIA 540 to the input end of the FPC 560 is expanded (expanded). This is to correspond to the FPC 560 in which the inter-terminal pitch is matched with the inter-terminal pitch used in the demodulation LSI 600 as an external device. Further, in order to improve the high-frequency characteristics in the high-frequency wiring circuit 550, the output of the TIA 540 of the OE conversion unit 535 and the input terminal of the FPC 560 are made as short as possible without diverting each wiring 551 in the high-frequency wiring circuit 550 as much as possible. The PD array module 530 and the TIA 540 of the OE conversion unit 535 are arranged so as to be separated from each other so that they can be connected with the wiring length. For this reason, in this embodiment, the OE conversion unit 535 is separated into two modules 535a and 535b including the high-frequency wiring circuit 550 portion in addition to the PD array module 530 and the TIA 540. Although not shown, the PLC 510 is also provided with a development portion that is routed so that the optical waveguide 515 is developed, thereby reducing the wiring pattern path length in the high-frequency wiring circuits 550a and 550b. It can be shortened. For these reasons, the OE conversion unit 535 is divided into two modules 535a and 535b.

つぎに、図9および図10にしたがって、本実施形態の主要部を説明する。図10はPLC510の光導波路515とマイクロレンズアレイ513a、514aと、PDアレイモジュール530との位置関係を説明する図である。   Next, main parts of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 10 is a diagram for explaining the positional relationship among the optical waveguide 515 of the PLC 510, the microlens arrays 513a and 514a, and the PD array module 530.

図9、図10に示すように、本実施形態の光モジュール500は、PLC510の光導波路515の出射端部分に光導波路515に対して所定角度αだけ折り曲げられた折り曲げ部515’を設けている。さらに、PLC510に固定されるマイクロレンズアレイ513aの各レンズm1のレンズ主面上のレンズ中心に光導波路515’からの出射光の光軸が入射して通過するようにマイクロレンズアレイ513aを位置調整する。すなわち、図10に示すように、レンズ主面上のレンズ中心を通る光線の方向は、レンズ入射側とレンズ出射側とで同じである。したがって、レンズ主面上のレンズ中心点を折り曲げ部515’から出射される主光線が通るようにマイクロレンズアレイ513a、513bのアライメントを調整する。これら折り曲げ部515’およびマイクロレンズアレイ513aのアライメントによりPLC510からの光の出射方向を調整している。   As shown in FIGS. 9 and 10, the optical module 500 of this embodiment is provided with a bent portion 515 ′ bent at a predetermined angle α with respect to the optical waveguide 515 at the exit end portion of the optical waveguide 515 of the PLC 510. . Further, the position of the microlens array 513a is adjusted so that the optical axis of the light emitted from the optical waveguide 515 ′ enters and passes through the center of the lens main surface of each lens m1 of the microlens array 513a fixed to the PLC 510. To do. That is, as shown in FIG. 10, the direction of the light beam passing through the lens center on the lens main surface is the same on the lens entrance side and the lens exit side. Therefore, the alignment of the microlens arrays 513a and 513b is adjusted so that the principal ray emitted from the bent portion 515 'passes through the lens center point on the lens principal surface. The light emission direction from the PLC 510 is adjusted by the alignment of the bent portion 515 'and the microlens array 513a.

さらに、図9に示すように、OE変換部535a、535bは、PLC510から出射された光の光軸上にマイクロレンズアレイ514aの各レンズm2のレンズ主面上のレンズ中心およびPD531の受光面中心が位置するように、OE変換部535a、535bがそれぞれ搭載されるサブキャリア536a、536bがモジュール筐体570上に位置決めされる。   Further, as shown in FIG. 9, the OE converters 535a and 535b are arranged on the optical axis of the light emitted from the PLC 510 on the lens main surface of each lens m2 of the microlens array 514a and the light receiving surface center of the PD 531. The subcarriers 536a and 536b on which the OE converters 535a and 535b are mounted are positioned on the module housing 570 so that the OE converters 535a and 535b are mounted.

つぎに、PLC510の光導波路515の折り曲げ部515’の角度α、マイクロレンズアレイ513の配設位置、マイクロレンズアレイ514の配設位置、PD531の配設位置をどのようにして決定するかについてまず図11を用いて説明する。   Next, how to determine the angle α of the bent portion 515 ′ of the optical waveguide 515 of the PLC 510, the arrangement position of the microlens array 513, the arrangement position of the microlens array 514, and the arrangement position of the PD 531 will be described first. This will be described with reference to FIG.

マイクロレンズは短焦点であり、PLC出射端とマイクロレンズアレイ513aは近接して配置されているので、温度変動時のマイクロレンズアレイ513aのPLC510に対する位置ずれは無視できる。また、PD531およびマイクロレンズアレイ514aも同様の理由でサブキャリア536に対する位置ずれが無視できる。   Since the microlens has a short focal point and the PLC emission end and the microlens array 513a are arranged close to each other, the positional deviation of the microlens array 513a with respect to the PLC 510 at the time of temperature fluctuation can be ignored. Further, the positional deviation of the PD 531 and the microlens array 514a with respect to the subcarrier 536 can be ignored for the same reason.

ここで、熱膨張収縮を考える際、PLCモジュール510の熱膨張係数kpとは、シリコン基板とその表面に形成された石英系ガラス薄膜からなるPLC510の実効的な熱膨張係数とする。PLCモジュール510Mは、PLC510、および本実施形態では用いていないがPLCと位置関係を固定して設けたサブマウント材を含めた構成をいう。OE変換モジュール535a、535bの熱膨張係数koeとは、サブキャリア536a,536bを含めた各構成要素から構成されるOE変換モジュール535a、535bの実効的な熱膨張係数とする。モジュール筐体570の熱膨張係数kbとは、PLCモジュール510およびOE変換モジュール535a、535bが共に固定されるマウント材としてのモジュール筐体570の熱膨張係数のことをいう。なお、共通のマウント材が複合的な材料、構造を有する場合は、トータルとしての実効的な熱膨張係数を考えれば良い。また、通常は、kb>koe>kpの関係にあり、kbはkpに対し一桁大きい。koeとkpとは、koe>kpに限らず、koe≦kpでもよい。   Here, when considering thermal expansion and contraction, the thermal expansion coefficient kp of the PLC module 510 is an effective thermal expansion coefficient of the PLC 510 made of a silicon substrate and a silica-based glass thin film formed on the surface thereof. The PLC module 510M includes a configuration including the PLC 510 and a submount material that is not used in the present embodiment but is provided in a fixed positional relationship with the PLC. The thermal expansion coefficients koe of the OE conversion modules 535a and 535b are effective thermal expansion coefficients of the OE conversion modules 535a and 535b including the respective components including the subcarriers 536a and 536b. The coefficient of thermal expansion kb of the module casing 570 refers to the coefficient of thermal expansion of the module casing 570 as a mount material to which the PLC module 510 and the OE conversion modules 535a and 535b are fixed. When the common mounting material has a composite material and structure, the effective thermal expansion coefficient as a whole may be considered. Usually, kb> koe> kp, and kb is one digit larger than kp. koe and kp are not limited to koe> kp, and may satisfy koe ≦ kp.

図11において、PLCモジュール510M、OE変換モジュール535aM、535bM、モジュール筐体570の熱膨張収縮によって、マイクロレンズアレイ513aの出射端と、マイクロレンズアレイ514aの出射端との相対位置が第1の相対位置(x0、y0)から第2の相対位置(x0’、y0’)に変位する場合、y0/x0=y0’/x0’となるように光線角度αを決めればよい。(x0、y0)は、熱膨張前の定常状態にある温度T1における上記相対位置、(x0’、y0’)は熱膨張後としてのある温度T2における上記相対位置である。例えば、シミュレーションあるいは実験によって、想定される温度範囲内での熱膨張収縮による多数の温度での相対位置を求め、これら複数の相対位置を用いて代表的な光軸角度αの方向を決定する。   In FIG. 11, due to the thermal expansion and contraction of the PLC module 510M, the OE conversion modules 535aM, 535bM, and the module housing 570, the relative position between the emission end of the microlens array 513a and the emission end of the microlens array 514a is the first relative. In the case of displacement from the position (x0, y0) to the second relative position (x0 ′, y0 ′), the ray angle α may be determined so that y0 / x0 = y0 ′ / x0 ′. (X0, y0) is the relative position at a temperature T1 in a steady state before thermal expansion, and (x0 ', y0') is the relative position at a temperature T2 after thermal expansion. For example, relative positions at a large number of temperatures due to thermal expansion and contraction within an assumed temperature range are obtained by simulation or experiment, and the direction of a typical optical axis angle α is determined using the plurality of relative positions.

つぎに、図9を用いて、より具体的な光線角度αの決定方法について説明する。A点をモジュール筐体570に対するPLCモジュール510Mの実効的な固定点とし、B点をモジュール筐体570に対するOE変換モジュール535aMの実効的な固定点であるとする。PLCの裏面をモジュール筐体に一様に接着固定している場合には、PLCとモジュール筐体の熱膨張によって生じる接着面の面方向の応力はPLCの中央部でつりあい、この点は温度変動時にもモジュール筐体とPLCとの位置ずれが発生しない。したがって、A点は、モジュール筐体570のy方向のほぼ中央位置にあり、A点はモジュール筐体570の熱膨張による変位はないと考える。同様に、B点はOE変換モジュールとモジュール筐体との間で実効的に位置ずれが発生しない点である。B点は、モジュール筐体570のy方向の中央位置からy方向にオフセットされているので、B点はモジュール筐体570の熱膨張による変位があると考える。A点およびB点のx方向の間隔をxとし、y方向の間隔をyとする。また、aは、マイクロレンズアレイ513aのレンズ主面からA点までのx方向の間隔であり、bは、マイクロレンズアレイ513aのある一つのレンズ(この場合は最も外側)のレンズ中心からA点までのy方向の間隔である。また、cは、マイクロレンズアレイ514aのレンズ主面からB点までのx方向の間隔であり、dは、マイクロレンズアレイ514aのある一つのレンズ(寸法bを規定するレンズに対応するレンズであり、この場合は最も外側)のレンズ中心からB点までのy方向の間隔である。   Next, a more specific method for determining the ray angle α will be described with reference to FIG. It is assumed that the point A is an effective fixing point of the PLC module 510M with respect to the module housing 570 and the point B is an effective fixing point of the OE conversion module 535aM with respect to the module housing 570. When the back surface of the PLC is uniformly bonded and fixed to the module housing, the stress in the surface direction of the bonding surface caused by the thermal expansion of the PLC and the module housing is balanced at the central portion of the PLC, and this is a temperature fluctuation. Even in some cases, there is no misalignment between the module housing and the PLC. Accordingly, it is considered that the point A is substantially at the center position in the y direction of the module housing 570, and the point A is not displaced by the thermal expansion of the module housing 570. Similarly, point B is a point where no positional deviation occurs effectively between the OE conversion module and the module housing. Since the point B is offset in the y direction from the center position of the module housing 570 in the y direction, the point B is considered to be displaced due to thermal expansion of the module housing 570. Let x be the distance in the x direction between points A and B, and let y be the distance in the y direction. Further, a is the distance in the x direction from the lens main surface of the microlens array 513a to the point A, and b is the point A from the lens center of one lens (in this case, the outermost side) of the microlens array 513a. Is the interval in the y direction. Further, c is the distance in the x direction from the lens main surface of the microlens array 514a to the point B, and d is one lens of the microlens array 514a (a lens corresponding to a lens that defines the dimension b). In this case, the distance in the y direction from the lens center on the outermost side to the point B.

前述したy0/x0=y0’/x0’は、図9のモジュール実装構造を考えると、つぎのように表される。   The aforementioned y0 / x0 = y0 '/ x0' is expressed as follows when the module mounting structure of FIG. 9 is considered.

(y-b+d)/(x-a-c)= (y’-b’+d’)/(x’-a’-c’) (1)
であるので、熱膨張係数の影響を考慮すると、x、yは主にモジュール筐体570の熱膨張収縮によって変化し、a、bは、主にPLCモジュール510Mの熱膨張収縮によって変化し、c、dは、主にOE変換モジュール535aMの熱膨張収縮によって変化するので、
(y-b+d)/(x-a-c)=
((y-b+d)+(y*kb-b*kp+d*koe)*dT)/((x-a-c)+(x*kb-a*kp-c*koe)*dT) (2)
である。したがって(2)を変形して、
(x*kb-a*kp-c*koe)/(x-a-c)=(y*kb-b*kp+d*koe)/(y-b+d) (3)
が成立する。dTは、温度差である。
(y-b + d) / (xac) = (y'-b '+ d') / (x'-a'-c ') (1)
Therefore, considering the influence of the thermal expansion coefficient, x and y change mainly due to the thermal expansion and contraction of the module housing 570, a and b change mainly due to the thermal expansion and contraction of the PLC module 510M, and c , D changes mainly due to the thermal expansion and contraction of the OE conversion module 535aM.
(y-b + d) / (xac) =
((y-b + d) + (y * kb-b * kp + d * koe) * dT) / ((xac) + (x * kb-a * kp-c * koe) * dT) (2)
It is. Therefore, transform (2)
(x * kb-a * kp-c * koe) / (xac) = (y * kb-b * kp + d * koe) / (y-b + d) (3)
Is established. dT is a temperature difference.

したがって、熱膨張係数kp、koe、kbが決まれば、上記(3)式を満たすように、各パラメータ(a,b,c,d,x,y)の値を決めればよい。なお、c,d,yはOE変換モジュールの構造や実現できる光学系によって制約されるので、自由度が大きいのは、b、x、aである。また、各パラメータ(a,b,c,d,x,y)の値が決まれば、光軸角度αも決まる。   Therefore, once the thermal expansion coefficients kp, koe, kb are determined, the values of the parameters (a, b, c, d, x, y) may be determined so as to satisfy the above equation (3). Since c, d, and y are restricted by the structure of the OE conversion module and the optical system that can be realized, b, x, and a have a large degree of freedom. Further, if the values of the parameters (a, b, c, d, x, y) are determined, the optical axis angle α is also determined.

1つの具体的例として、PLCモジュール510Mのx方向の長さが18mmとし、OE変換モジュール535aMのx方向の長さが9mmとし、マイクロレンズアレイ513a、513b、514a、514bのレンズ厚を1mmとし、マイクロレンズアレイ513a(513b)とマイクロレンズアレイ514a(514b)とのレンズ間距離を2.5mmとし、c=6mm、y=5mm、d=0mmとし、kp=3×10^−6(10のマイナス6乗)、koe=7×10^−6、kb=23×10^−6としたとき、aを10mm、b=4.277mm、x=18.5mmとすることができる。なお、本実施形態では250μmピッチの4ポートを2組、分離して配置しているが、この4ポートの間の距離は小さいので、実際のPLC側の出射光位置bは、b=4.277を中心として、±0.125mm、±0.375mmの位置に配置すればよい。また、OE変換モジュール側もd=0mmを中心に、0.125mm、±0.375mmに4ポートを配置することができる。   As one specific example, the length of the PLC module 510M in the x direction is 18 mm, the length of the OE conversion module 535aM in the x direction is 9 mm, and the lens thickness of the microlens arrays 513a, 513b, 514a, and 514b is 1 mm. The lens-to-lens distance between the microlens array 513a (513b) and the microlens array 514a (514b) is 2.5 mm, c = 6 mm, y = 5 mm, d = 0 mm, and kp = 3 × 10 ^ −6 (10 (Minus the sixth power), koe = 7 × 10 ^ -6, and kb = 23 × 10 ^ -6, a can be 10 mm, b = 4.277 mm, and x = 18.5 mm. In this embodiment, two sets of four ports having a pitch of 250 μm are arranged separately. However, since the distance between the four ports is small, the actual emitted light position b on the PLC side is b = 4. It may be arranged at a position of ± 0.125 mm and ± 0.375 mm around 277. The OE conversion module side can also be arranged with 4 ports at 0.125 mm and ± 0.375 mm with d = 0 mm as the center.

この構成によれば、例えば安価なアルミ筐体をモジュール筐体570として用いたとしても、図12に示すように、OE変換モジュール535aM、535bMは斜めに設定された光軸に沿って変位することとなるので、光軸ずれが発生しない。ちなみに、上記スケールの装置において従来のように光軸を傾けない場合、100度の温度差で約10μmの光軸ずれが発生する。PD受光径は直径15μm程度なので、大幅なロスが生じることとなる。   According to this configuration, even if an inexpensive aluminum casing is used as the module casing 570, for example, as shown in FIG. 12, the OE conversion modules 535aM and 535bM are displaced along the optical axis set obliquely. Therefore, the optical axis shift does not occur. Incidentally, when the optical axis is not tilted as in the conventional apparatus of the scale, an optical axis shift of about 10 μm occurs at a temperature difference of 100 degrees. Since the PD light receiving diameter is about 15 μm, a significant loss occurs.

この実施の形態によれば、PLCモジュール510M、OE変換モジュール535aM、535bM、モジュール筐体570の熱膨張収縮によるPLCモジュール510Mに対するOE変換モジュール535aM、535bMの相対的な変位方向を予め導出し、該導出した変位方向と、PLC510の光導波路515の出射端部分に設けた折り曲げ部515’の角度αをほぼ一致させ、この折り曲げ部515’の折り曲げ方向上に、マイクロレンズアレイ513、514のレンズ中心およびPD531の受光面中心を配置しているので、筐体の構造や材料を複雑、高価にすることなく、PLCモジュール510M、OE変換モジュール535aM、535bM、モジュール筐体570の熱膨張係数差によるPLCモジュール510MとOE変換モジュール535aM、535bMとの間の光軸ずれを防止し、低コストで広い温度範囲で光軸ずれのない高性能の光モジュールを提供できる。   According to this embodiment, the relative displacement direction of the OE conversion modules 535aM and 535bM with respect to the PLC module 510M due to the thermal expansion and contraction of the PLC module 510M, the OE conversion modules 535aM and 535bM, and the module housing 570 is derived in advance, The derived displacement direction and the angle α of the bent portion 515 ′ provided at the exit end portion of the optical waveguide 515 of the PLC 510 are substantially matched, and the center of the lens of the microlens array 513, 514 is located on the bent direction of the bent portion 515 ′. Since the center of the light receiving surface of the PD 531 is arranged, the PLC due to the difference in thermal expansion coefficient between the PLC module 510M, the OE conversion modules 535aM and 535bM, and the module casing 570 is obtained without making the structure and materials of the casing complicated and expensive. Module 510M and OE change Module 535AM, to prevent the optical axis misalignment between the 535BM, can provide a high-performance optical module without light axis deviation in a wide temperature range at a low cost.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。図13は第2の実施形態の光モジュールの主要部の構成の配置関係を説明するための図である。本実施形態の光モジュールは、PLC510の光導波路515の出射端部分に折り曲げ部515’を設けず、熱膨張方向と光軸を合わせるように、レンズを偏芯してPLCモジュール510Mに貼り付けている。また、OE変換モジュール535aM、535bMは、光軸上にPD531の受光面中心が位置するようにモジュール筐体570に固定する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 13 is a diagram for explaining the arrangement relationship of the configuration of the main part of the optical module according to the second embodiment. In the optical module of this embodiment, the bent portion 515 ′ is not provided at the exit end portion of the optical waveguide 515 of the PLC 510, and the lens is eccentric and attached to the PLC module 510M so that the thermal expansion direction matches the optical axis. Yes. The OE conversion modules 535aM and 535bM are fixed to the module housing 570 so that the center of the light receiving surface of the PD 531 is positioned on the optical axis.

図13において、PLC510の光導波路515の出射端部分には折り曲げ部515’は設けられていない。この実施形態では、光導波路515の出射端515kとPD531の受光面の中心とを結ぶ線分J1の光導波路515に対する角度が、前述のようにして導出した光軸角度αに一致し、かつ線分J1上に、PLC510側のマイクロレンズアレイ513aのレンズ主面上のレンズ中心点E1と、OE変換部535a側のマイクロレンズアレイ514aのレンズ主面上のレンズ中心点E2とが位置するように、マイクロレンズアレイ513a、514aを偏芯させる。E1およびE2を通過する光線は、主光線ではなく近軸光線である。   In FIG. 13, the bent portion 515 ′ is not provided at the exit end portion of the optical waveguide 515 of the PLC 510. In this embodiment, the angle of the line segment J1 connecting the emission end 515k of the optical waveguide 515 and the center of the light receiving surface of the PD 531 matches the optical axis angle α derived as described above, and the line The lens center point E1 on the lens principal surface of the microlens array 513a on the PLC 510 side and the lens center point E2 on the lens principal surface of the microlens array 514a on the OE converter 535a side are positioned on the minute J1. The microlens arrays 513a and 514a are decentered. Rays passing through E1 and E2 are paraxial rays, not principal rays.

このようなマイクロレンズアレイ513a、514aの偏芯により、光導波路515から出射された最大強度分布を持つ主光線J2は、マイクロレンズアレイ513a、514aによって偏向されてPD531の受光面の中心に入射される。   Due to the eccentricity of the microlens arrays 513a and 514a, the principal ray J2 having the maximum intensity distribution emitted from the optical waveguide 515 is deflected by the microlens arrays 513a and 514a and is incident on the center of the light receiving surface of the PD531. The

この実施形態によれば、第1の実施形態に比べて調整範囲は少ないが、簡単に光軸角度を調整することが可能となる。   According to this embodiment, the adjustment range is smaller than that of the first embodiment, but the optical axis angle can be easily adjusted.

5 光受信器
500 光受信モジュール
511 偏波スプリッタ
512 90度ハイブリッド回路
513、514 マイクロレンズアレイ
515 光導波路
515’ 折り曲げ部
516 シリコン基板
520 レンズアレイ
530 PDアレイモジュール
535 OE変換部
536 サブキャリア
550 高周波配線回路
570 モジュール筐体
600 復調用LSI
M ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Optical receiver 500 Optical receiver module 511 Polarization splitter 512 90 degree hybrid circuit 513, 514 Micro lens array 515 Optical waveguide 515 'Bending part 516 Silicon substrate 520 Lens array 530 PD array module 535 OE conversion part 536 Subcarrier 550 High frequency wiring Circuit 570 Module housing 600 Demodulation LSI
M mirror

Claims (4)

入力された光信号を光信号処理し、分離して複数の光導波路に出力する光信号処理モジュールと、
前記光信号処理部から出力された各光信号を光電変換して出力する複数の受光素子を有する受光アレイと、前記受光アレイの各受光素子から出力される電気信号を増幅する複数の増幅器とをそれぞれ有し、別個のキャリアに搭載された複数の光電変換モジュールと、
前記光信号処理モジュールと前記複数の光電変換モジュールとが分離されて搭載される共通のマウント基体と、
前記光信号処理部の各出力ポートから出力される光を前記複数の光電変換モジュールの各受光素子に光結合するレンズ光学系と、
を備え、
前記光信号処理モジュール、前記複数の光電変換モジュールおよび前記マウント基体の熱膨張による光信号処理モジュールに対する複数の光電変換モジュールの相対的な変位方向を予め導出し、該導出した変位方向と前記光信号処理モジュールの出力端部から前記受光素子までの各光軸方向とが一致するようにしたことを特徴とする光モジュール。
An optical signal processing module that performs optical signal processing on the input optical signal, separates it and outputs it to a plurality of optical waveguides;
A light receiving array having a plurality of light receiving elements that photoelectrically convert and output each optical signal output from the optical signal processing unit; and a plurality of amplifiers that amplify the electrical signals output from each light receiving element of the light receiving array. A plurality of photoelectric conversion modules each mounted on a separate carrier;
A common mount base on which the optical signal processing module and the plurality of photoelectric conversion modules are mounted separately;
A lens optical system for optically coupling light output from each output port of the optical signal processing unit to each light receiving element of the plurality of photoelectric conversion modules;
With
Relative displacement directions of the plurality of photoelectric conversion modules with respect to the optical signal processing module due to thermal expansion of the optical signal processing module, the plurality of photoelectric conversion modules, and the mount base are derived in advance, and the derived displacement direction and the optical signal An optical module characterized in that the optical axis directions from the output end of the processing module to the light receiving element coincide with each other.
前記光信号処理モジュールの光導波路の出力端部分に、該光導波路に対して前記変位方向に対応する所定角度だけ折り曲げられた折り曲げ部を設け、この折り曲げ方向上に、前記レンズ光学系のレンズ中心および受光素子の受光部中心を配置したことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。   A bent portion that is bent at a predetermined angle corresponding to the displacement direction with respect to the optical waveguide is provided at an output end portion of the optical waveguide of the optical signal processing module, and the lens center of the lens optical system is provided on the bending direction. The optical module according to claim 1, wherein a center of a light receiving portion of the light receiving element is disposed. 前記レンズ光学系は、
前記光信号処理部の出射光をコリメート光として出射する、前記光信号処理モジュールに固定される第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイからの光を受光して前記受光アレイの各受光素子に光結合させる、前記各光電変換モジュールに固定される複数の第2のレンズアレイと、
を有し、
光信号処理モジュールの光導波路の各出力端と前記受光アレイの各受光素子の受光面中心を結ぶ線分の方向が前記変位方向に一致し、かつ前記線分上に第1および第2レンズアレイの主面上のレンズ中心点が位置するように前記第1および第2レンズアレイを偏芯させることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
The lens optical system is
A first lens array fixed to the optical signal processing module that emits the output light of the optical signal processing unit as collimated light;
A plurality of second lens arrays fixed to the respective photoelectric conversion modules for receiving light from the first lens array and optically coupling the light to the respective light receiving elements of the light receiving array;
Have
The direction of the line segment connecting each output end of the optical waveguide of the optical signal processing module and the center of the light receiving surface of each light receiving element of the light receiving array coincides with the displacement direction, and the first and second lens arrays are on the line segment. 2. The optical module according to claim 1, wherein the first and second lens arrays are decentered so that a lens center point on the main surface is located.
前記光信号処理モジュールは、マウント基体における前記複数の受光素子が並ぶ方向のほぼ中央位置に設けられ、
2つの光電変換モジュールが、マウント基体の前記中央位置からオフセットされた位置に設けられたことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の光モジュール。
The optical signal processing module is provided at a substantially central position in a direction in which the plurality of light receiving elements are arranged on the mount base,
4. The optical module according to claim 1, wherein the two photoelectric conversion modules are provided at a position offset from the central position of the mount base.
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