JP2015197651A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造によってモニタ光を受光素子に効率良く入射させる。【解決手段】光通信モジュールは、発光素子１０から出射された光の一部を光ファイバ３０に入射させ、他の一部を受光素子１２に入射させる光学ブロック２０を備える。光学ブロック２０は、発光素子１０から出射された光をコリメートする第１レンズ部２７と、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光の一部を反射する第１反射部２４ａと、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光の他の一部を反射する第２反射部２５ａと、第１反射部２４ａによって反射された光を光ファイバ３０に集光させる第２レンズ部２８と、を有する。そして、第１反射部２４ａ及び第２反射部２５ａは平坦面であって、且つ、第１レンズ部２７から出射されるコリメート光の光軸に対して互いに逆向きに傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、光通信モジュールに関する。

光通信においては、光電変換機能を備える光通信モジュールによって光信号と電気信号とが相互に変換される。例えば、接続対象である２つの機器が光ファイバケーブルの両端に光電変換機能を備えるコネクタが予め装着されているコネクタ付きケーブルを介して接続される。或いは、接続対象である２つの機器のそれぞれに光電変換機能を備える光トランシーバが接続され、これら光トランシーバ同士が光ファイバケーブルを介して接続される。

コネクタ付きケーブルに装着されるコネクタや光トランシーバを含む光通信モジュールは、光電変換素子としての発光素子を備えている。さらに、発光素子を備える光通信モジュールの幾つかは、発光素子から出射される光をモニタするための受光素子を備えている。この種の光通信モジュールでは、発光素子から出射された光の一部を受光した受光素子から出力される電流の変化に基づいて発光素子が制御される。すなわち、発光素子がフィードバック制御され、発光素子の発光量が一定に保たれる。特に、発光素子の一例であるレーザは、周囲温度の変化による発光量の変動が大きい。そこで、発光素子に、レーザの一例である垂直共振器面発光レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いる場合には、上記フィードバック制御を行うことが好ましい。

特許文献１には、発光素子と、光ファイバと、発光素子から出射された光の一部を光ファイバに入射させるとともに、発光素子から出射された光の他の一部を受光素子に入射させる光学部材（特許文献１では“光レセプタクル”と呼ばれている。）と、を有する光モジュールが記載されている。この光モジュールが有する光学部材は、発光素子から出射された光が入射する第１レンズ面を備えており、第１レンズ面は、発光素子から出射された光をコリメートする。第１レンズ面の反対側には、光分割面が配置されており、光分割面によって第１レンズ面から出射されたコリメート光が分割される。具体的には、特許文献１に記載されている光学部材が備える光分割面は、互いに連接されているが、互いに曲率が異なる第１の曲面（反射面）と第２の曲面（反射面）から構成されている。そして、光分割面のうち、第１の曲面に入射したコリメート光の一部は光ファイバに導かれ、第２の曲面に入射したコリメート光の他の一部は受光素子に導かれる。より具体的には、第２の曲面に入射したコリメート光の一部は、該第２の曲面によって反射され、その後、第２の曲面とは別のモニタ光反射面によって再び反射されて受光素子に入射する。

特開２０１３−１８２２４１号公報

特許文献１に記載されている光学部材では、発光素子から出射された光の一部をモニタ光として取り出すために複数の曲面を含む光分割面が用いられている。さらに、光分割面に含まれる複数の曲面は、互いに連接されているが、互いに曲率が異なっている。このような複雑な光分割面を精度良く形成することは容易ではなく、コストも掛かる。加えて、複数の曲面の１つによって反射されたモニタ光は、モニタ光反射面によって反射されて受光素子に入射する。すなわち、モニタ光を受光素子に入射させるためには、少なくとも２回の反射が必要になる。従って、モニタ光を効率良く受光素子に入射させるためには、各反射位置において反射面の配置や形状に高い精度が要求される。

本発明の目的は、簡易な構造によってモニタ光を受光素子に効率良く入射させることである。

本発明の光通信モジュールは、発光素子から出射された光の一部を光ファイバに入射させ、他の一部を受光素子に入射させる光学部材を備える光通信モジュールである。前記光学部材は、前記発光素子から出射された光をコリメートする第１レンズ部と、前記第１レンズ部から出射されたコリメート光の一部を反射する第１反射部と、前記第１レンズ部から出射されたコリメート光の他の一部を反射する第２反射部と、前記第１反射部によって反射された光を前記光ファイバに集光させる第２レンズ部と、を有する。そして、前記第１反射部及び前記第２反射部は平坦面であって、且つ、前記第１レンズ部から出射されるコリメート光の光軸に対して互いに逆向きに傾斜している。

本発明の一態様では、前記第１反射部と前記第２反射部とは連接している。

本発明の他の態様では、前記光学部材を挟んで一方の側に前記光ファイバが配置され、他方の側に前記受光素子が配置される。

本発明の他の態様では、前記発光素子及び前記受光素子が同一平面上に配置される。

本発明によれば、簡易な構造によってモニタ光を受光素子に効率良く入射させることができる。

本発明の光通信モジュールの実施形態の一例を示す模式図である。 図１に示される光学ブロックの拡大図である。 光学ブロックの変形例の１つを示す拡大図である。

以下、本発明の光通信モジュールの実施形態の一例について説明する。図１に示されるように、光通信モジュール１は、基板２が収容された筐体３を有する。基板２の一部は筐体３の端面から筐体３の外に突出しており、基板２の突出部２ａには複数の電極（不図示）が形成されている。すなわち、基板２の突出部２ａはエッジコネクタ（“カードエッジ”と呼ばれることもある。）を形成している。基板２の突出部（エッジコネクタ）２ａが不図示のネットワーク機器等が備えるスロット（“ソケット”と呼ばれることもある。）に差し込まれると、光通信モジュール１とネットワーク機器等とが接続される。

基板２の一面には、発光素子１０，発光素子１０を駆動するための駆動ＩＣ１１及び発光素子１０の発光量を検知するモニタ用の受光素子１２が実装されている。すなわち、発光素子１０，駆動ＩＣ１１及び受光素子１２は、同一平面上に配置されている。本実施形態における発光素子１０は垂直共振器面発光レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であるが、発光素子１０はＶＣＳＥＬに限定されない。発光素子１０と駆動ＩＣ１１は、ボンディングワイヤを介して接続されている。また、駆動ＩＣ１１と基板２の突出部２ａに形成されている電極とは、基板２に形成されている配線やスルーホールを介して接続されている。駆動ＩＣ１１は、電極に入力された電気信号に基づいて発光素子１０を駆動し、光信号を出力させる。すなわち、電気信号が光信号に変換される。

本実施形態における受光素子１２はフォトダイオード（PD：Photodiode）であるが、受光素子１２は特定のフォトダイオードに限定されるものではい。受光素子１２には、例えば、ＰＮフォトダイオード，ＰＩＮフォトダイオード，アバランシェ・フォトダイオードその他のフォトダイオードを用いることができる。

発光素子１０の上方には光学部材としての光学ブロック２０が配置され、光学ブロック２０の一方の側には、筐体内に引き入れられた光ファイバ３０の端部に装着されているフェルール３１が配置されている。また、上述の受光素子１２は、光学ブロック２０の他方の側に配置されている。すなわち、光学ブロック２０を挟んで一方の側に光ファイバ３０が配置され、他方の側に受光素子１２が配置されている。

光学ブロック２０の材料は、透明度及び屈折率の高い樹脂材料やガラス材料である。また、光学ブロック２０は、金型を用いた射出成形法によって製造されたものである。透明度が高いとは、発光素子１０から出射される光の透過損失が低いことを意味する。本実施形態における光学ブロック２０の透過損失は０．１ｄＢ／ｃｍ以下であり、屈折率は１．４５８前後である。もっとも、上記数値は一例である。

図２に示されるように、光学ブロック２０は、発光素子１０の発光面１０ａと対向する入射面２１，入射面２１と垂直に交わる第１出射面２２，入射面２１に対して斜めに交わる第２出射面２３を有する。また、光学ブロック２０は、第１出射面２２と第２出射面２３との間に設けられ、少なくとも第１出射面２２に対して傾斜する第１反射面２４及び第２反射面２５を有する。さらに、光学ブロック２０は、入射面２１と平行であって、第２出射面２３と第２反射面２５とを繋ぐ上端面２６を有する。

第１反射面２４と第２反射面２５は連接する平坦面であって、且つ、互いに逆向きに傾斜している。また、入射面２１及び上端面２６は、発光素子１０の発光面１０ａと平行である。すなわち、光学ブロック２０の入射面２１と発光素子１０の発光面１０ａは正対している。

光学ブロック２０の入射面２１には、第１レンズ部２７が一体成形されている。第１レンズ部２７は、発光素子１０の発光面１０ａに向けて膨出する凸レンズであり、第１レンズ部２７の光軸は、発光素子１０から出射される光の光軸と一致している。発光素子１０から出射された光は、第１レンズ部２７に入射し、該第１レンズ部２７によってコリメートされる。

光学ブロック２０の第１反射面２４には、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光の一部を反射する第１反射部２４ａが設けられている。また、光学ブロック２０の第２反射面２５には、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光の他の一部を反射する第２反射部２５ａが設けられている。

第１反射部２４ａ及び第２反射部２５ａは、入射面２１から光学ブロック２０の内部に入射し、光学ブロック２０の内部を進行するコリメート光の光路上に位置している。すなわち、第１反射部２４ａは、コリメート光の光束断面の一部と重複しており、第２反射部２５ａは、コリメート光の光束断面の他の一部と重複している。従って、光学ブロック２０の内部を進行するコリメート光の一部は第１反射部２４ａに入射し、他の一部は第２反射部２５ａに入射する。換言すれば、第１反射面２４のうち、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光が入射する領域が第１反射部２４ａである。また、第２反射面２５のうち、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光が入射する領域が第２反射部２５ａである。本実施形態では、第１反射面２４の一部の領域が第１反射部２４ａとされている一方、第２反射面２５の全領域が第２反射部２５ａとされている。しかし、第１反射面２４の全領域を第１反射部２４ａとしてもよく、第２反射面２５の一部の領域を第２反射部２５ａとしてもよい。

何れにしても、第１反射面２４の一部又は全部である第１反射部２４ａは平坦面であり、第２反射面２５の一部又は全部である第２反射部２５ａも平坦面である。また、第１反射部２４ａと第２反射部２５ａは、互いに逆向きに傾斜している。具体的には、第１反射部２４ａは、第１レンズ部２７から出射されるコリメート光の光軸に対して４５度傾斜している。一方、第２反射部２５ａは、第１レンズ部２７から出射されるコリメート光の光軸に対して２２．５度傾斜している。尚、第１反射部２４ａ及び第２反射部２５ａのコリメート光の光軸に対する傾斜角度が、第１反射面２４及び第２反射面２５のコリメート光の光軸に対する傾斜角度と一致することは明かである。

上記のように傾斜している第１反射部２４ａに入射したコリメート光の一部は、第１反射部２４ａによって第１出射面２２へ向けて全反射される。一方、上記のように傾斜している第２反射部２５ａに入射したコリメート光の他の一部は、第２反射部２５ａによって第２出射面２３へ向けて全反射される。もっとも、全反射条件が満たされれば、第１反射部２４ａ及び第２反射部２５ａの傾斜角度は上記角度に限定されない。また、第１反射部２４ａや第２反射部２５ａに金属膜などの反射膜を形成して反射効率を高めてもよい。

光学ブロック２０の第１出射面２２には、第２レンズ部２８が一体成形されている。第２レンズ部２８は、フェルール３１の端面に向けて膨出する凸レンズであり、第２レンズ部２８の光軸は、第１反射部２４ａによって反射される光の光軸と一致している。第１反射部２４ａによって反射された光は、第２レンズ部２８に入射し、該第２レンズ部２８によって光ファイバ３０の端面に集光される。

一方、第２反射部２５ａによって反射された光は、第２出射面２３を透過して光学ブロック２０から出射し、受光素子１２に入射する。ここで、第２出射面２３は、第２反射部２５ａによって反射される光の光軸に対して垂直である。よって、第２反射部２５ａによって反射された光は、第２出射面２３を効率良く透過して受光素子１２に入射する。

第２出射面２３から出射された光を受光した受光素子１２は、受光した光の強度に応じた電流（モニタ電流）を出力する。すなわち、受光素子１２は、発光素子１０から出射される光の強度をモニタする。受光素子１２から出力されるモニタ電流は、図１に示される基板２に設けられている不図示の制御回路に入力される。制御回路は、入力されたモニタ電流に基づいて、発光素子１０から出射される光の強度が一定になるように発光素子１０の駆動電流を制御する。すなわち、発光素子１０がフィードバック制御される。

以上のように、光学ブロック２０は、第１レンズ部２７によってコリメートされた光の一部を光ファイバ３０に入射させ、他の一部を受光素子１２に入射させる。そこで、以下の説明では、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光の一部であって、光ファイバ３０に入射される光を“信号光”と呼ぶ場合がある。また、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光の他の一部であって、受光素子１２に入射される光を“モニタ光”と呼ぶ場合がある。すなわち、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光（平行光束）は、光学ブロック２０によって２分割され、分割された光の一方は信号光として光ファイバ３０に入射し、分割された光の他方はモニタ光として受光素子１２に入射する。ここで、第１レンズ部２７から出射されたコリメート光の１〜３０％程度をモニタ光として受光素子１２に入射させることが好ましく、本実施形態では、コリメート光の５％がモニタ光として受光素子１２に入射される。

第１レンズ部２７から出射されたコリメート光を信号光とモニタ光とに分割する第１反射部２４ａ及び第２反射部２５ａは平坦面なので、成形や位置決めが容易である。また、第１反射部２４ａと第２反射部２５ａは、第１レンズ部２７から出射されるコリメート光の光軸に対して互いに逆向きに傾斜しているので、信号光とモニタ光が干渉する虞がない。さらに、モニタ光は、第２反射部２５ａによる１回の反射のみで受光素子１２に導かれる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、光学ブロック２０の第２出射面２３の、第２反射部２５ａによって反射される光の光軸に対する角度は９０度でなくともよい。例えば、図２に示される第２出射面２３の角度を変更して第２出射面２３から出射されるモニタ光の角度を変更することができる。さらに、モニタ光の角度を変更することによって、受光素子１２の位置変更が可能となる。例えば、図２に示される受光素子１２を同図に示される発光素子１０に近づけ、発光素子１０に近づいた受光素子１２にモニタ光を入射させることができる。図２に示される受光素子１２を発光素子１０に近づければ、基板２の小型化が可能となり、ひいては光通信モジュール全体の小型化も可能となる。

また、図３に示されるように、第２反射部２５ａによって反射された光を受光素子１２に集光させる第３レンズ部２９を第２出射面２３に設けることもできる。

本発明の光通信モジュールには、モニタ用の受光素子１２の他に、通信用の受光素子が設けられた光通信モジュールも含まれる。例えば、図１に示される基板２に、通信用の受光素子及び該受光素子から出力される電気信号を増幅する増幅アンプを実装してもよい。

１ 光通信モジュール
２ 基板
２ａ 突出部
３ 筐体
１０ 発光素子
１０ａ 発光面
１２ 受光素子
２０ 光学ブロック
２１ 入射面
２２ 第１出射面
２３ 第２出射面
２４ 第１反射面
２４ａ 第１反射部
２５ 第２反射面
２５ａ 第２反射部
２６ 上端面
２７ 第１レンズ部
２８ 第２レンズ部
２９ 第３レンズ部
３０ 光ファイバ
３１ フェルール

Claims (4)

1. 発光素子から出射された光の一部を光ファイバに入射させ、他の一部を受光素子に入射させる光学部材を備える光通信モジュールであって、
   前記光学部材は、
   前記発光素子から出射された光をコリメートする第１レンズ部と、
   前記第１レンズ部から出射されたコリメート光の一部を反射する第１反射部と、
   前記第１レンズ部から出射されたコリメート光の他の一部を反射する第２反射部と、
   前記第１反射部によって反射された光を前記光ファイバに集光させる第２レンズ部と、
   を有し、
   前記第１反射部及び前記第２反射部は平坦面であって、且つ、前記第１レンズ部から出射されるコリメート光の光軸に対して互いに逆向きに傾斜している、
   光通信モジュール。
2. 請求項１に記載の光通信モジュールであって、
   前記第１反射部と前記第２反射部とは連接している、
   光通信モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の光通信モジュールであって、
   前記光学部材を挟んで一方の側に前記光ファイバが配置され、他方の側に前記受光素子が配置されている、
   光通信モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光通信モジュールであって、
   前記発光素子及び前記受光素子が同一平面上に配置されている、
   光通信モジュール。

Images