JP2018189772A

JP2018189772A - 光モジュール及び光トランシーバ

Info

Publication number: JP2018189772A
Application number: JP2017091176A
Authority: JP
Inventors: 正泰岩間; Masayasu Iwama
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2017-05-01
Filing date: 2017-05-01
Publication date: 2018-11-29
Also published as: US10447403B2; US20180316437A1

Abstract

【課題】光軸のずれに伴うクロストークを容易に低減することができる光モジュール及び光トランシーバを提供する。
【解決手段】送信モジュール１００には、複数の発光素子１１１、１１２が配列した発光素子アレー１１０と、発光素子アレー１１０から放出された光を収斂する第１のレンズ群１２０と、が含まれる。第１のレンズ群１２０に到達する段階で光の偏波面が隣り合う発光素子１１１、１１２間で相違する。受信モジュール２００には、複数の受光素子２１６が配列した受光素子アレー２１０と、受光素子２１６に光を収斂する第２のレンズ群２２０と、受光素子アレー２１０と第２のレンズ群２２０との間に設けられ、受光素子毎に個別の偏波面を有する光を通過させるスリット群２３０と、が含まれる。スリット群２３０が通過させる光の偏波面が隣り合う受光素子２１６間で相違している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュール及び光トランシーバに関する。

近年、装置間の通信容量の増加に伴って光伝送のマルチレーン化及び高密度化が進んできている。光伝送のマルチレーン化及び高密度化は、例えばチャンネルの間隔を狭めることで実現できる。

ところが、チャンネルの間隔が狭まると、クロストークが生じやすくなる。例えば、送信モジュールに含まれる垂直共振器面発光型レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）アレーとレンズブロックとの間で光軸ずれが生じた場合、ＶＣＳＥＬが放出した光が所定のレンズ（正規レンズ）に入射するだけでなく、当該正規レンズとその隣のレンズ（隣接レンズ）との間に漏れたり、隣接レンズに入射したりすることがある。正規レンズに入射した光は所定の光ファイバ（正規光ファイバ）に導引されるが、正規レンズと隣接レンズとの間に漏れた光及び隣接レンズに入射した光は、正規光ファイバの隣の光ファイバ（隣接光ファイバ）に導入されることがある。クロストークの発生は伝送品質の低下につながる。

そこで、クロストークの発生を抑制すべく、光伝送に用いられる部品そのものの製造精度の向上及び部品間の位置合わせ精度の向上が図られている。

しかしながら、製造精度の向上には高価な製造装置が必要とされ、位置合わせ精度の向上には調整時間がかかる。つまり、従来、高効率で優れた伝送品質を得ることが困難である。

特開平１１−２８９３１７号公報特開２００５−２４２３３１号公報

本発明の目的は、光軸のずれに伴うクロストークを容易に低減することができる光モジュール及び光トランシーバを提供することにある。

光モジュールの一態様には、複数の発光素子が配列した発光素子アレーと、前記発光素子アレーから放出された光を収斂するレンズ群と、が含まれる。前記レンズ群に到達する段階で光の偏波面が隣り合う発光素子間で相違している。

光モジュールの他の一態様には、複数の受光素子が配列した受光素子アレーと、前記受光素子に光を収斂するレンズ群と、前記受光素子アレーと前記レンズ群との間に設けられ、前記受光素子毎に個別の偏波面を有する光を通過させるスリット群と、が含まれる。前記スリット群が通過させる光の偏波面が隣り合う受光素子間で相違している。

光トランシーバの一態様には、送信モジュール及び受信モジュールが含まれる。前記送信モジュールには、複数の発光素子が配列した発光素子アレーと、前記発光素子アレーから放出された光を収斂する第１のレンズ群と、が含まれる。前記第１のレンズ群に到達する段階で光の偏波面が隣り合う発光素子間で相違する。前記受信モジュールには、複数の受光素子が配列した受光素子アレーと、前記受光素子に光を収斂する第２のレンズ群と、前記受光素子アレーと前記第２のレンズ群との間に設けられ、前記受光素子毎に個別の偏波面を有する光を通過させるスリット群と、が含まれる。前記スリット群が通過させる光の偏波面が隣り合う受光素子間で相違している。

上記の光モジュール等によれば、光の偏波面が適切に制御されるため、光軸のずれに伴うクロストークを容易に低減することができる。

第１の実施形態に係る光伝送システムを示すブロック図である。第１の実施形態において位置合わせ精度が低い場合の送信モジュール側の光の経路を示す図である。位置合わせ精度が低い場合の受信モジュール側の光の経路を示す図である。図２及び図３中の特定の位置での偏波を示す模式図である。第２の実施形態に係る光伝送システムを示すブロック図である。第２の実施形態において位置合わせ精度が低い場合の送信モジュール側の光の経路を示す図である。第１の実施形態の変形例を示す図である。第３の実施形態に係る光トランシーバを示すブロック図である。

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、光伝送システムの一例である。図１は、第１の実施形態に係る光伝送システムを示すブロック図である。

第１の実施形態に係る光伝送システムには、光信号を発する送信モジュール１００、光信号を受ける受信モジュール２００、及び光信号を伝送する光ファイバケーブル３００が含まれる。

送信モジュール１００には、発光素子アレー１１０及びレンズブロック１２０が含まれる。発光素子アレー１１０には、一方向に交互に配列した複数の発光素子１１１及び発光素子１１２が含まれる。発光素子１１１及び発光素子１１２は、例えば垂直共振器面発光型レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）、ファブリペロー（Fabry-Perot：ＦＰ）型レーザ又は発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）である。発光素子１１１と発光素子１１２との間では、放出する光の偏波面がずれている。偏波面のずれの角度は、好ましくは９０°である。レンズブロック１２０には、発光素子１１１及び発光素子１１２が放出した光をコリメート光とする複数のレンズ１２１、並びにコリメート光を送信モジュール１００の外部に収斂する複数のレンズ１２２が含まれる。レンズ１２１と発光素子１１１及び発光素子１１２との距離はレンズ１２１の焦点距離に等しい。レンズブロック１２０は第１のレンズ群の一例である。

光ファイバケーブル３００には、レンズ１２２から放出された光を伝送する複数の光ファイバ３１０が含まれる。光ファイバ３１０の送信モジュール１００側の端面とレンズ１２２との距離はレンズ１２２の焦点距離に等しい。

受信モジュール２００には、受光素子アレー２１０、レンズブロック２２０及びスリット群２３０が含まれる。受光素子アレー２１０には、一方向に交互に配列した複数の受光素子２１６が含まれる。受光素子２１６は、例えばフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）である。レンズブロック２２０には、光ファイバ３１０が放出した光をコリメート光とする複数のレンズ２２１、並びにコリメート光を受光素子２１６に収斂する複数のレンズ２２２が含まれる。レンズ２２１と光ファイバ３１０の受信モジュール２００側の端面との距離はレンズ２２１の焦点距離に等しい。レンズ２２２と受光素子２１６との距離はレンズ２２２の焦点距離に等しい。スリット群２３０には、一方向に交互に配列した複数のスリット２３１及びスリット２３２が含まれる。スリット２３１は発光素子１１１が放出した光の経路に配置され、発光素子１１１が放出した光と等しい偏波面を有する光を通過させ、他の光を遮蔽する。スリット２３２は発光素子１１２が放出した光の経路に配置され、発光素子１１２が放出した光と等しい偏波面を有する光を通過させ、他の光を遮蔽する。スリット２３１及びスリット２３２は、例えば液晶である。レンズブロック２２０は第２のレンズ群の一例である。

この光伝送システムでは、製造精度及び位置合わせ精度が十分であれば、次のような動作が行われる。発光素子１１１及び発光素子１１２が放出した光がレンズ１２１に入射する。発光素子１１１及び発光素子１１２がＶＣＳＥＬである場合、光は回折により１０°〜２０°程度の放射角を持って広がる。レンズ１２１は入射した光をコリメート光とする。コリメート光はレンズ１２２により光ファイバ３１０の端面に集光される。光ファイバ３１０により伝送された光はレンズ２２１に入射し、レンズ２２１は入射した光をコリメート光とする。コリメート光はレンズ２２２によりスリット２３１又はスリット２３２を経て受光素子２１６に集光される。

次に、発光素子アレー１１０が発光素子１１１及び発光素子１１２の配列方向にレンズブロック２２０からずれている場合の動作の例について説明する。図２及び図３は、位置合わせ精度が低い場合の光の経路を示す図であり、図２は、送信モジュール１００側の光の経路を示し、図３は、受信モジュール２００側の光の経路を示す。図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図２及び図３中のＩ−Ｉ´線、ＩＩ−ＩＩ´線、ＩＩＩ−ＩＩＩ´線、ＩＶ−ＩＶ´線で示す位置での偏波を示す模式図である。

発光素子１１１と発光素子１１２との間では、放出する光の偏波面が直交している（図４（ａ））。発光素子アレー１１０が発光素子１１１及び発光素子１１２の配列方向にレンズブロック２２０からずれている場合、図２に示すように、発光素子１１１及び発光素子１１２が放出した光はレンズ１２１にずれて入射する。このため、レンズ１２１からのコリメート光は、所定のレンズ１２２（正規レンズ）のみならず、その隣のレンズ１２２（隣接レンズ）との間に漏れたり、隣接レンズに入射したりする。正規レンズに入射した光は所定の光ファイバ３１０（正規光ファイバ）に導引されるが、正規レンズと隣接レンズとの間に漏れた光及び隣接レンズに入射した光は、正規光ファイバの隣の光ファイバ３１０（隣接光ファイバ）に導入されることがある。当該隣接光ファイバには、これを正規光ファイバとする光も導入される。すなわち、一部の光ファイバ３１０には、発光素子１１１が放出した光及び発光素子１１２が放出した光の両方が入射される。この一部の光ファイバ３１０では、偏波面が直交する２種類の光が伝送される（図４（ｂ））。

図３に示すように、光ファイバ３１０により伝送された光はレンズ２２１に入射し、レンズ２２１は入射した光をコリメート光とする。コリメート光はレンズ２２２によりスリット２３１又はスリット２３２を経て受光素子２１６に集光される。本実施形態では、スリット２３１は発光素子１１１が放出した光の経路に配置され、発光素子１１１が放出した光と等しい偏波面を有する光を通過させ、他の光を遮蔽する。スリット２３２は発光素子１１２が放出した光の経路に配置され、発光素子１１２が放出した光と等しい偏波面を有する光を通過させ、他の光を遮蔽する。従って、スリット２３１又は２３２に到達する前の段階では、一部の光に偏波面が直交する２種類の光が含まれるが（図４（ｃ））、スリット２３１を通過した光の偏波面は発光素子１１１が放出した光の偏波面と一致し、スリット２３２を通過した光の偏波面は発光素子１１２が放出した光の偏波面と一致する（図４（ｄ））。

従って、第１の実施形態によれば、伝送途中でクロストークが発生したとしても、受光素子２１６の各々に到達する光からはクロストークが排除されている。このため、製造精度及び位置合わせ精度が比較的低い場合であっても、優れた伝送品質を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、送信モジュールの構成の点で第１の実施形態と相違している。図５は、第２の実施形態に係る光伝送システムを示すブロック図である。

第２の実施形態に係る光伝送システムには、光信号を発する送信モジュール４００、光信号を受ける受信モジュール２００、及び光信号を伝送する光ファイバケーブル３００が含まれる。

送信モジュール４００には、発光素子アレー４１０及びレンズブロック１２０が含まれる。発光素子アレー４１０には、一方向に交互に配列した複数の発光素子１１３が含まれる。発光素子１１３は、例えばＶＣＳＥＬ、ＦＰ型レーザ又はＬＥＤである。発光素子１１３上にファラデー回転子１１４が設けられている。第１の実施形態とは異なり、発光素子１１３の偏波面は不規則である。ファラデー回転子１１４は、発光素子１１３が放出した光の偏波面を、隣り合う発光素子１１３間で相違するように回転させる。偏波面のずれの角度は、好ましくは９０°である。レンズブロック１２０には、発光素子１１３が放出し、ファラデー回転子１１４を通過した光をコリメート光とする複数のレンズ１２１、並びにコリメート光を送信モジュール１００の外部に収斂する複数のレンズ１２２が含まれる。レンズ１２１と発光素子１１３との距離はレンズ１２１の焦点距離に等しい。受信モジュール２００及び光信号を伝送する光ファイバケーブル３００の構成は第１の実施形態と同様である。

この光伝送システムでは、製造精度及び位置合わせ精度が十分であれば、第１の実施形態と同様の動作が行われる。

次に、発光素子アレー４１０が発光素子１１３の配列方向にレンズブロック２２０からずれている場合の動作の例について説明する。図６は、位置合わせ精度が低い場合の送信モジュール４００側の光の経路を示す図である。

複数の発光素子１１３の間では、放出する光の偏波面が不規則である。しかし、本実施形態では、ファラデー回転子１１４が各発光素子１１３の偏波面を制御し、ファラデー回転子１１４を通過した光の偏波面は、隣り合う発光素子１１３の間で直交している。従って、発光素子アレー４１０が発光素子１１３の配列方向にレンズブロック２２０からずれている場合、図５に示すように、レンズ１２１に入射する光の偏波面は第１の実施形態と同様であり、一部の光ファイバ３１０では、偏波面が直交する２種類の光が伝送される。そして、光ファイバ３１０により伝送された光は受信モジュール２００により、第１の実施形態と同様に処理される。

従って、第２の実施形態によっても、伝送途中でクロストークが発生したとしても、受光素子２１６の各々に到達する光からはクロストークが排除されている。このため、製造精度及び位置合わせ精度が比較的低い場合であっても、優れた伝送品質を得ることができる。

更に、第１の実施形態では、発光素子１１１及び発光素子１１２の偏波面が規則的であるが、第２の実施形態では、発光素子１１３の偏波面が不規則であってもよい。従って、発光素子アレー４１０は発光素子アレー１１０よりも容易に製造することができる。

第１の実施形態及び第２の実施形態では発光素子が一方向に配列しているが、いずれの実施形態でも、発光素子が縦横の二方向に配列していてもよい。図７は、第１の実施形態の変形例を示す図である。この変形例では、発光素子１１１及び発光素子１１２が縦横の二方向に交互に配列している。

第１の実施形態では、発光素子１１１と発光素子１１２との間で、偏波面が９０°ずれているが、ずれの角度は９０°でなくてもよい。同様に、第２の実施形態において、ファラデー回転子１１４を通過した光の偏波面のずれの角度は９０°でなくてもよい。隣り合う光の経路間で偏波面だけでなく光の波長が相違していてもよい。波長の相違により、より確実にクロストークを低減することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、光トランシーバの一例である。図８は、第３の実施形態に係る光トランシーバを示すブロック図である。

図８に示すように、第３の実施形態に係る光トランシーバ８００には、制御回路８０１、受信モジュール８０２及び送信モジュール８０３が含まれる。例えば、受信モジュール８０２に受信モジュール２００が用いられ、送信モジュール８０３に送信モジュール１００又は４００が用いられる。受信モジュール８０２及び送信モジュール８０３が制御回路８０１により制御される。

光伝送システムには光トランシーバ８００が二つ用いられ、光ファイバケーブル３００を介して、一方の送信モジュール８０３が他方の受信モジュール８０２に繋げられ、当該他方の送信モジュール８０３が当該一方の受信モジュール８０２に繋げられる。これにより、双方向の光伝送が実現される。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
複数の発光素子が配列した発光素子アレーと、
前記発光素子アレーから放出された光を収斂するレンズ群と、
を有し、
前記レンズ群に到達する段階で光の偏波面が隣り合う発光素子間で相違していることを特徴とする光モジュール。

（付記２）
前記隣り合う発光素子間で、前記レンズ群に到達する段階での光の偏波面が９０°ずれていることを特徴とする付記１に記載の光モジュール。

（付記３）
前記複数の発光素子は、隣り合う発光素子間で放出する光の偏波面が相違するように配列していることを特徴とする付記１又は２に記載の光モジュール。

（付記４）
前記発光素子が放出した光の偏波面を、隣り合う発光素子間で相違するように回転させるファラデー回転子を有することを特徴とする付記１又は２に記載の光モジュール。

（付記５）
前記発光素子は、垂直共振器面発光型レーザであることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の光モジュール。

（付記６）
複数の受光素子が配列した受光素子アレーと、
前記受光素子に光を収斂するレンズ群と、
前記受光素子アレーと前記レンズ群との間に設けられ、前記受光素子毎に個別の偏波面を有する光を通過させるスリット群と、
を有し、
前記スリット群が通過させる光の偏波面が隣り合う受光素子間で相違していることを特徴とする光モジュール。

（付記７）
前記隣り合う受光素子間で、前記スリット群が通過させる光の偏波面が９０°ずれていることを特徴とする付記６に記載の光モジュール。

（付記８）
前記受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする付記６又は７に記載の光モジュール。

（付記９）
送信モジュール及び受信モジュールを有し、
前記送信モジュールは、
複数の発光素子が配列した発光素子アレーと
前記発光素子アレーから放出された光を収斂する第１のレンズ群と、
を有し、
前記第１のレンズ群に到達する段階で光の偏波面が隣り合う発光素子間で相違し、
前記受信モジュールは、
複数の受光素子が配列した受光素子アレーと、
前記受光素子に光を収斂する第２のレンズ群と、
前記受光素子アレーと前記第２のレンズ群との間に設けられ、前記受光素子毎に個別の偏波面を有する光を通過させるスリット群と、
を有し、
前記スリット群が通過させる光の偏波面が隣り合う受光素子間で相違していることを特徴とする光トランシーバ。

（付記１０）
前記隣り合う発光素子間で、前記レンズ群に到達する段階での光の偏波面が９０°ずれており、
前記隣り合う受光素子間で、前記スリット群が通過させる光の偏波面が９０°ずれていることを特徴とする付記９に記載の光トランシーバ。

（付記１１）
前記複数の発光素子は、隣り合う発光素子間で放出する光の偏波面が相違するように配列していることを特徴とする付記９又は１０に記載の光トランシーバ。

（付記１２）
前記発光素子が放出した光の偏波面を、隣り合う発光素子間で相違するように回転させるファラデー回転子を有することを特徴とする付記９又は１０に記載の光トランシーバ。

（付記１３）
前記発光素子は、垂直共振器面発光型レーザであることを特徴とする付記９乃至１２のいずれか１項に記載の光トランシーバ。

（付記１４）
前記受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする付記９乃至１３のいずれか１項に記載の光トランシーバ。

１００、４００：送信モジュール
１１０、４１０：発光素子アレー
１１１、１１２、１１３：発光素子
１１４：ファラデー回転子
１２０：レンズブロック
２００：受信モジュール
２１０：受光素子アレー
２１６：受光素子
２２０：レンズブロック
２３０：スリット群
２３１、２３２：スリット
８００：光トランシーバ
８０２：受信モジュール
８０３：送信モジュール

Claims

複数の発光素子が配列した発光素子アレーと、
前記発光素子アレーから放出された光を収斂するレンズ群と、
を有し、
前記レンズ群に到達する段階で光の偏波面が隣り合う発光素子間で相違していることを特徴とする光モジュール。
前記隣り合う発光素子間で、前記レンズ群に到達する段階での光の偏波面が９０°ずれていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
前記複数の発光素子は、隣り合う発光素子間で放出する光の偏波面が相違するように配列していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
前記発光素子が放出した光の偏波面を、隣り合う発光素子間で相違するように回転させるファラデー回転子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
前記発光素子は、垂直共振器面発光型レーザであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光モジュール。
複数の受光素子が配列した受光素子アレーと、
前記受光素子に光を収斂するレンズ群と、
前記受光素子アレーと前記レンズ群との間に設けられ、前記受光素子毎に個別の偏波面を有する光を通過させるスリット群と、
を有し、
前記スリット群が通過させる光の偏波面が隣り合う受光素子間で相違していることを特徴とする光モジュール。
前記隣り合う受光素子間で、前記スリット群が通過させる光の偏波面が９０°ずれていることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
前記受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする請求項６又は７に記載の光モジュール。
送信モジュール及び受信モジュールを有し、
前記送信モジュールは、
複数の発光素子が配列した発光素子アレーと、
前記発光素子アレーから放出された光を収斂する第１のレンズ群と、
を有し、
前記第１のレンズ群に到達する段階で光の偏波面が隣り合う発光素子間で相違し、
前記受信モジュールは、
複数の受光素子が配列した受光素子アレーと、
前記受光素子に光を収斂する第２のレンズ群と、
前記受光素子アレーと前記第２のレンズ群との間に設けられ、前記受光素子毎に個別の偏波面を有する光を通過させるスリット群と、
を有し、
前記スリット群が通過させる光の偏波面が隣り合う受光素子間で相違していることを特徴とする光トランシーバ。