JP2017183395A - 波長多重光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】部品数削減、および、光出力低減を抑制した波長多重光通信モジュールを提供する。【解決手段】出射部５ａを有し、出射部５ａから第１の光を出射する光源４ａと、出射部５ｂを有し、出射部５ｂから第１の光と波長が異なる第２の光を出射し、出射部５ａと出射部５ｂが対向するように配置された光源４ｂと、第１の光を反射し、第２の光を通過する特性を有し、第１の光の反射光と第２の光の通過光が合波されて合波光として進行するような位置に配置されたフィルタ１０と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、光通信分野などに用いられる波長多重光通信モジュールに関する。

光通信の分野において、伝送速度・容量を上げるために、波長が異なる信号光を多重化して送信する光通信モジュールが用いられている。その例として特許文献１には、集積半導体光素子を２個搭載し、それらから出射される光を波長多重して外部に送信する波長多重光通信モジュールの構造が開示されている。この従来例では２個の集積半導体光素子は、互いの出射光の光軸同士が平行になるように配置されている。そして信号光の多重化は全反射ミラーとフィルタを用いて行われる。

特開２０１３−２０１３４８号公報

上述した従来例では、信号光を多重化するために全反射ミラーとフィルタが必要であり、部品数が多いという問題があった。また２個の集積半導体光素子のうちの１つから出射される光は、全反射ミラーとフィルタとで都合２回反射される。反射のたびに光出力の損失が起こるため、その出射光の光出力は損失が大きいという問題があった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、部品数の削減、光出力損失の低減を目的とするものである。

この発明の波長多重光通信モジュールは、第１の出射部を有し、第１の出射部から第１の光を出射する第１の光源と、第２の出射部を有し、第２の出射部から第１の光と波長が異なる第２の光を出射し、第１の出射部と第２の出射部が対向するように配置された第２の光源と、第１の光を反射し、第２の光を通過する特性を有し、第１の光の反射光と第２の光の通過光が合波されて合波光として進行するような位置に配置されたフィルタと、を備える。

この発明によれば全反射ミラーが不要になり、部品数削減の効果がある。また第１の光源からの出射光の反射回数はフィルタでの１回のみであり、光出力損失を低減できる。

実施の形態１の波長多重光通信モジュールの概要図である。 光源の上面図である。 従来の波長多重光通信モジュールの概要図である。 実施の形態２の波長多重光通信モジュールの概要図である。 実施の形態３の波長多重光通信モジュールの概要図である。 実施の形態４の波長多重光通信モジュールの概要図である。 実施の形態４の波長多重光通信モジュールの変形例の概要図である。 実施の形態４の波長多重光通信モジュールの変形例の概要図である。 光源を４個持つ波長多重光通信モジュールの光源の配置例を示す図である。

実施の形態１．
実施の形態１の波長多重光通信モジュールは、光通信システムの規格である１００ＧＢＡＳＥ−ＬＲ４に対応したものである。この規格では２５．８Ｇｂｐｓ×４の波長多重光伝送方式が採用されており、４つのレーン（レーン０〜レーン３）の光信号が用いられる。レーン０〜レーン３の光信号の波長はそれぞれλ０〜λ３であり、これらの波長は全て異なるように定められている。

［構成と動作］
実施の形態１の波長多重光通信モジュールの構成と動作について説明する。図１は実施の形態１における波長多重光通信モジュールの概要図である。

この波長多重光通信モジュールのパッケージ１内部に温度制御モジュールであるペルチェ素子２がはんだで固定されており、その上に配置される部品の温度を一定に制御している。

ペルチェ素子２の上には基板３ａと基板３ｂがはんだで固定されている。

基板３ａと基板３ｂの上にはそれぞれ光源４ａと光源４ｂがはんだで固定されており、基板３ａと基板３ｂはそれらの光源の出射部５ａと出射部５ｂが対向するように配置されている。どちらの光源も２つのレーンの光信号を合波して出射するように構成されている。光源４ａがレーン０とレーン１、光源４ｂがレーン２とレーン３の光信号を合波して出射する。ただし光源４ａの光軸と光源４ｂの光軸間の角度を１８０度にすることはできない。そのようにすると光源４ａおよび基板３ｂが合波光と干渉するからである。干渉を避けるためには光軸間の角度を１８０度未満にする必要がある。この角度を小さくしていくと、波長多重光通信モジュールのＸ軸方向が長くなっていくため、それを防ぐためにこの角度は１３５度以上１７５度以下とすることが望ましい。さらに１４０度以上１７０度以下が望ましく、さらに１４５度以上１６５度以下が望ましい。

ここで光源４ａおよび光源４ｂの構成を説明する。まず光源４ｂについて図２を用いて述べる。光源４ｂは集積半導体光素子であり、連続光を発生するＤＦＢ−ＬＤを２個（ＤＦＢ−ＬＤ６ａとＤＦＢ−ＬＤ６ｂ）、変調を行う変調器を２個（変調器７ａと変調器７ｂ）、２つのレーザ光を合波する合波器８を内蔵する。ＤＦＢ−ＬＤ６ａはレーン２に対応する波長λ２の連続発光するレーザ光を発生し、そのレーザ光を変調器７ａが変調する。またＤＦＢ−ＬＤ６ｂはレーン３に対応する波長λ３の連続発光するレーザ光を発生し、そのレーザ光を変調器７ｂが変調する。そして変調器７ａと変調器７ｂの出力が合波器８で合波されて、出射部５ｂから出射される。光源４ａも光源４ｂと同様の構成を持つが、内蔵する２個のＤＦＢ−ＬＤの波長が異なる。それらの波長はそれぞれレーン０（波長λ０）とレーン１（波長λ１）に対応する。

ペルチェ素子２の上にレンズ９ａとレンズ９ｂがそれぞれ光源４ａと光源４ｂの前方に接着剤で固定されている。レンズ９ａとレンズ９ｂはそれぞれ光源４ａと光源４ｂからの光をコリメート光に変換する。

さらにペルチェ素子２の上にフィルタ１０が接着剤で固定されている。フィルタ１０は光源４ａの光軸と光源４ｂの光軸の交点付近に配置されている。このフィルタ１０は、λ０およびλ１の波長の光を反射し、λ２およびλ３の波長の光を通過する特性を持つ。したがってフィルタ１０は光源４ａからの光を反射し、光源４ｂからの光を通過する。フィルタ１０の配置は、上記の反射光と通過光が合波されたあと、パッケージ１に設けられた窓１１に向けて進行するような位置になされている。

窓１１の先には集光レンズと光ファイバが配置され、窓を通過したコリメート光を集光レンズが光ファイバの端面に集光する。集光された光は光ファイバを通じ、レセプタクルから外部へ、波長多重された光信号として送信される。

パッケージ１には給電部１２ａが設けられている。給電部１２ａには電源供給用の導電パターンと高周波電気信号供給用の導電パターンが形成されており、どちらも光源４ａ用である。高周波電気信号供給用の導電パターンとしてレーン０用の導電パターン１２ａ−ａとレーン１用の導電パターン１２ａ−ｂの２つが形成されている。導電パターン１２ａ−ａと基板３ａ、および、導電パターン１２ａ−ｂと基板３ａはワイヤで接続されている。電源供給用の導電パターンは給電部１２ａの表面基板の内層にあるため、図示していない。

さらにパッケージ１には給電部１２ｂが設けられている。給電部１２ｂには電源供給用の導電パターンと高周波電気信号供給用の導電パターンが形成されている。電源供給用の導電パターンは、ペルチェ素子２へ電源を供給するものと、光源４ｂへ電源を供給するものの２つが形成されている。高周波電気信号供給用の導電パターンは光源４ｂ用であり、レーン２用の導電パターン１２ｂ−ａとレーン３用の導電パターン１２ｂ−ｂの２つが形成されている。導電パターン１２ｂ−ａと基板３ｂ、および、導電パターン１２ｂ−ｂと基板３ｂはワイヤで接続されている。電源供給用の導電パターンは給電部１２ｂの表面基板の内層にあるため、図示していない。

前述したとおり、ペルチェ素子２はその上に配置された部品の温度を一定に制御している。これにより出射光の出力と波長が安定化され、またトラッキングエラーが抑制される。

［製造方法］
実施の形態１の波長多重光通信モジュールの製造方法について説明する。

まずパッケージ１の内部にペルチェ素子２をはんだで固定する。

次に光源４ａがはんだ付けされた基板３ａと、光源４ｂがはんだ付けされた基板３ｂを、ペルチェ素子２の上にはんだで固定する。その際、光源４ａの出射部５ａと光源４ｂの出射部５ｂが対向するように基板３ａと基板３ｂを配置する。

次にレンズ９ａとレンズ９ｂをペルチェ素子２の上に接着剤で固定する。固定位置はそれぞれ光源４ａと光源４ｂの前方である。

次にフィルタ１０をペルチェ素子２の上に接着剤で仮固定する。仮固定位置は光源４ａの光軸と光源４ｂの光軸の交点付近である。

そして仮固定したフィルタ１０の角度を調整して、光源４ａの出射光と光源４ｂの出射光が合波されるようにする。この工程では窓１１の外に受光計を配置し、受光計の測定値を確認しながらフィルタ１０の角度を調整する。所望の合波状態が得られれば、その角度で、フィルタ１０を仮固定している接着剤を硬化させ、フィルタ１０を固定する。

以上の工程のあと、気密封止用のふたをパッケージ１にかぶせて固定する。そして窓１１の外に集光レンズとレセプタクルとを配置して調芯する。その後集光レンズとレセプタクルをＹＡＧレーザにより溶接固定して、波長多重光通信モジュールの製造が完了する。

なお上記の説明で、はんだで固定するとした箇所は、導電性接着剤等を用いて固定してもよい。また接着剤で固定するとした箇所は、フィルタ１０を除き、はんだ等を用いて固定してもよい。

［効果］
実施の形態１の波長多重光通信モジュールに適用した発明の効果について述べる。

まず部品数削減の効果について説明する。比較例として従来の波長多重光通信モジュールの概要を図３に示す。図３で図１と同一の符号を付けたものは図１と同様であるので、説明は省略する。従来の波長多重光通信モジュールでは図３に示したように、全反射ミラー７１が必要である。これに対し実施の形態１の波長多重光通信モジュールでは２個の光源を対向させているため、全反射ミラー７１が不要になる。

次に反射による光出力損失の低減効果について説明する。従来の波長多重光通信モジュールでは光源４ａからの出射光は全反射ミラー７１とフィルタ１０とで都合２回反射される。他方、実施の形態１の波長多重光通信モジュールではフィルタ１０での反射だけである。つまり光出力損失は全反射ミラー７１での反射による分だけ低減できる。

実施の形態２．
実施の形態２の波長多重光通信モジュールは、実施の形態１の波長多重光通信モジュールに対し、光源４ａへの電源供給および高周波電気信号を供給する箇所に違いがある。ここでは主にその違いを説明する。

［構成］
図４に示すように、実施の形態３の波長多重光通信モジュールではペルチェ素子２０２の表面基板に、電源供給用の導電パターンと、高周波電気信号供給用の導電パターン２０２ａ−ａおよび導電パターン２０２ａ−ｂが形成されている。これらの導電パターンは光源４ａ用である。高周波電気信号供給用の導電パターンは、導電パターン２０２ａ−ａがレーン０用、導電パターン２０２ａ−ｂがレーン１用であり、ペルチェ素子２０２の表面基板の表面にマイクロストリップラインとして形成されている。マイクロストリップラインを用いる理由は、余分なグランド層やグランド領域が不要なためと、電気信号が内層に落ちないためビアが不要であり信号品質を保ちやすいためである。電源供給用の導電パターンはペルチェ素子２０２の表面基板の内層にあるため、図示していない。

［効果］
こうすることで、実施の形態１の波長多重光通信モジュールで必要だった給電部１２ａが不要になり、波長多重光通信モジュールのＸ軸方向およびＺ軸方向の長さを短縮できる。

実施の形態３．
実施の形態３の波長多重光通信モジュールは、実施の形態１の波長多重光通信モジュールに対し、光源４ｂへの電源供給および高周波電気信号を供給する箇所に違いがある。ここでは主にその違いを説明する。

［構成］
図５に示すように、実施の形態３の波長多重光通信モジュールではペルチェ素子３０２の表面基板に、電源供給用の導電パターンと、高周波電気信号供給用の導電パターン３０２ｂ−ａおよび導電パターン３０２ｂ−ｂが形成されている。これらの導電パターンは光源４ｂ用である。高周波電気信号供給用の導電パターンは、導電パターン３０２ｂ−ａがレーン２用、導電パターン３０２ｂ−ｂがレーン３用であり、ペルチェ素子３０２の表面基板の表面にマイクロストリップラインとして形成されている。マイクロストリップラインを用いる理由は実施の形態２の説明で述べたとおりである。電源供給用の導電パターンはペルチェ素子３０２の表面基板の内層にあるため、図示していない。

実施の形態３の波長多重光通信モジュールでは、導電パターンの長さを調節することによって、光源４ａと光源４ｂの信号間の位相差をなくしている。この位相差φは次のように計算される。外部から高周波電気信号が光源４ａ用にこのモジュールに到達した時点から、その電気信号が光信号に変換され、フィルタ１０で反射されて合波された時点までに進む位相をφ１とする。同様に光源４ｂ用の高周波電気信号が光信号に変換され、フィルタ１０を通過したあとに合波された時点までに進む位相をφ２とする。するとφ＝φ１−φ２と計算される。導電パターン３０２ｂ−ａと導電パターン３０２ｂ−ｂの長さはこのφがほぼゼロになるように決められている。なお図５に示すように、導電パターン３０２ｂ−ａと導電パターン３０２ｂ−ｂの長さの調整は、実施の形態１の波長多重光通信モジュールでは空きスペースであった場所を利用してなされるため、波長多重光通信モジュールが大型化する問題はない。

［効果］
位相差φがゼロになると、実施の形態３の波長多重光通信モジュールを用いた光通信システムが吸収すべき位相差、すなわち信号間のスキューを小さくできる。光通信システムは信号伝送路上で生じたスキューを吸収するロジック回路を備えており、スキューが小さければロジック回路の規模を小さく単純にできるというメリットがある。

実施の形態４．
実施の形態４の波長多重光通信モジュールは、実施の形態１の波長多重光通信モジュールに対し、光源４ａを搭載した基板の形状に違いがある。ここでは主にその違いを説明する。

［構成］
図６に示すように、実施の形態２の波長多重光通信モジュールでは、基板４０３ａの側面のうち合波光に最も近い面４１３ａが合波光とほぼ平行になるような形状を持つ。

［効果］
基板４０３ａがこの形状を持つことにより、波長多重光通信モジュールのＸ軸方向を小型化できる。基板４０３ａの配置は、その上に搭載した光源４ａの出射部５ａと、もう１つの光源である光源４ｂの出射部５ｂが対向するようになされる。しかし実施の形態１の説明の中で述べたとおり、これらの光源の光軸間の角度が１８０度になるように基板４０３ａを配置することはできない。したがって基板４０３ａは、光軸間の角度が１８０度未満になるようにし、光源４ａおよび基板４０３ｂが合波光と干渉しないように配置する。この基板４０３ａは、合波光に最も近い面４１３ａが合波光とほぼ平行になっているため、実施の形態１に比べて、光源４ａをより合波光に近づけることができる。その結果、波長多重光通信モジュールのＸ軸方向の長さを短くできる。

なおこの基板は図７に示した基板４０３ｂのように面４１３ｂが、近接するペルチェ素子４０２の側面４１４ｂとほぼ平行になるような形状を持ってもよい。この場合は面４１３ｂと側面４１４ｂの距離を短くできるため、波長多重光通信モジュールのＸ軸方向を小型化できる。

またこの基板は図８に示した基板４０３ｃのように面４１３ｃが、近接するペルチェ素子４０２の側面４１４ｃとほぼ平行になるような形状を持ってもよい。この場合は面４１３ｂと側面４１４ｃの距離を短くできるため、波長多重光通信モジュールのＺ軸方向を小型化できる。

なおこの基板は、面４１３ａ、面４１３ｂ、面４１３ｃのうちの任意の２つだけを備えてもよいし、３つ全てを備えてもよい。

［実施の形態１〜実施の形態４に関して］
実施の形態１〜実施の形態４の説明では光源の数が２個としたが、光源の数が３以上であってもかまわない。例えば図９は光源の数が４個の場合である。また実施の形態１〜実施の形態４では１つの光源に２個のＤＦＢ−ＬＤを集積したとして説明したが、１つの光源に搭載するＤＦＢ−ＬＤの数は１個でもよいし、３個以上でもかまわない。

また光源を受光素子で置き換えてもよい。例えば図１に示した実施の形態１の波長多重光通信モジュールにおいて、光源４ａを受光素子で置き換え、一芯双方向光通信モジュールとしてもよい。この場合、この光通信モジュールは光源４ｂからの出射光を外部へ送信し、光源４ｂの出射光とは異なる波長の光信号を外部から受信する。受信した光信号は窓１１を通してフィルタ１０に到達する。フィルタ１０は光源４bの出射光の波長を通過し、外部からの受信光の波長は反射する特性を持つとする。すると受信光はフィルタ１０で反射され、受光素子まで到達する。そして受光素子がその光を電気信号に変換し、その電気信号は導電パターンを通じて光通信モジュールの外部へ伝達される。このように光源を受光素子に置き換えた場合でも全反射ミラーが不要になる効果、および、受光量の低減を抑制する効果を有する。さらに実施の形態２〜実施の形態４の発明を適用しても、それらの発明の効果を得られる。受光素子への置き換えについては、光源４ａの代わりに光源４ｂを置き換えてもよいし、光源４ａと光源４ｂの両方を置き換えてもよい。

１ パッケージ、２ ペルチェ素子、３ａ，３ｂ 基板、４ａ，４ｂ 光源、６ａ，６ｂ ＤＦＢ−ＬＤ、７ａ，７ｂ 変調器、８ 合波器、９ａ，９ｂ レンズ、１０ フィルタ、１２ａ，１２ｂ 給電部、１２ａ−ａ，１２ａ−ｂ，１２ｂ−ａ，１２ｂ−ｂ 導電パターン、４１３ａ，４１３ｂ，４１３ｃ 面、４１４ｂ，４１４ｃ 側面、７１ 全反射ミラー

Claims (6)

1. 第１の出射部を有し、前記第１の出射部から第１の光を出射する第１の光源と、
   第２の出射部を有し、前記第２の出射部から前記第１の光と波長が異なる第２の光を出射し、前記第１の出射部と前記第２の出射部が対向するように配置された第２の光源と、
   前記第１の光を反射し、前記第２の光を通過する特性を有し、前記第１の光の反射光と前記第２の光の通過光が合波されて合波光として進行するような位置に配置されたフィルタと、
   を備えた波長多重光通信モジュール。
2. 導電パターンが設けられた温度制御モジュールを有し、
   前記第１の光源への電気信号供給は前記導電パターンを通じてなされることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光通信モジュール。
3. 導電パターンが設けられた温度制御モジュールを有し、
   前記第２の光源への電気信号供給は前記導電パターンを通じてなされ、
   前記第１の光源への電気信号が外部から供給されてから、前記第１の光に変換されて前記フィルタで合波されるまでに生じる信号の位相差を第１の位相差とし、
   前記第２の光源への電気信号が外部から供給されてから、前記第２の光に変換されて前記フィルタで合波されるまでに生じる信号の位相差を第２の位相差とし、
   前記第１の位相差と前記第２の位相差が等しくなるように、前記導電パターンの長さが調整されていることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光通信モジュール。
4. 前記第１の光源は基板に搭載され、
   前記基板を構成する面のうち、前記合波光に最も近い面が前記合波光と平行であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の波長多重光通信モジュール。
5. 前記第１の光源は基板に搭載され、
   前記基板を構成する面のうち、前記合波光から最も遠い面が前記合波光と平行であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の波長多重光通信モジュール。
6. 前記第１の光源は基板に搭載され、
   前記基板を構成する面のうち、前記第２の光が進行する方向において前記第２の出射部から見て最も遠い面が前記合波光と垂直であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の波長多重光通信モジュール。

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