JP2019070715A - 光受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】波長分別特性が良好で、信号光の波長毎の光結合効率の差を小さくすることが可能で、組み立てにおけるばらつきの許容量が大きい光受信モジュールを提供する。【解決手段】光受信モジュールは、入力した波長多重信号光を収束光として出力する第１のレンズ１２と、収束光を所定の波長を含む透過光と反射光に分離する入力ＷＳＦ２４と、入力ＷＳＦ２４からの透過光と反射光を波長にしたがってそれぞれの信号光に分離する第１、第２の光デマルチプレクサ３１，３２と、分離された信号光をそれぞれ収束する複数の第２のレンズ４１ａと、第１のレンズ１２と第１の光デマルチプレクサ３１の間および第１のレンズ１２と第２の光デマルチプレクサ３２までの間の少なくとも一方に収束光のビーム径を調整するレンズユニット６１，６２を備えている。【選択図】図６

Description

本発明は、光受信モジュールに関し、特に、互いに異なる波長を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光を受光し、それぞれの信号光に対応する電気信号を出力する光受信モジュールに関する。

近年、通信速度の高速化が進んでおり、光トランシーバ等に用いられる光受信モジュールには４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓの伝送速度に対応することが求められる。このような高速伝送では、単一波長の信号光ではなく、互いに異なる波長を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光が用いられることが多い。

波長多重信号光を受信する場合、受光素子を１つのみ実装した光受信モジュールを光トランシーバに複数設ける構成では、光トランシーバが大型化してしまうので、小型の光トランシーバでは複数の受光素子を単一の光受信モジュールに実装して、該光受信モジュールにて波長多重信号光を受信することが行われている。

波長多重信号光を受信する光受信モジュールとしては、例えば、特許文献１に開示のものがある。この光受信モジュールは、複数波長の光を有限径の光ファイバの出射端から出射する光出射部と、その光出射部の出射端から出射した光を収束させる収束レンズ部と、収束レンズ部と光反射部との間に配設され、複数波長を２つに分け、その２つに分けた一方の光を第１の波長分離部に入射させ、他方の光を第２の波長分離部に入射させる光分波部と、第１および第２の波長分離部で分波された各光をそれぞれ集光する集光レンズ部と、集光レンズで集光された光をそれぞれ受光する複数の受光素子を備えている。

特開２００９-１９８９５８号公報

特許文献１に開示された光受信モジュールは、８チャンネルの入力信号光をＷＳＦ（Wavelength Selective Filter：波長選択フィルタ）により短波長側と長波長側の各４チャンネルの信号光に２分し、それぞれ入力ＷＳＦから等距離に置いた４チャンネルの光デマルチプレクサ（Optical De-Multiplexer：O-DeMuxともいう。）によって波長分別している。しかしながら、入力信号光に対する入力ＷＳＦの設置角度が大きな角度に設定されている。すなわち、入力信号光の光軸に対して、反射光の光軸がほぼ９０°となるように、入力ＷＳＦを入力信号光に対してほぼ４５°の入射角度となるように配置している。

ところで、ＷＳFの波長分別特性（フィルタの急峻性）は光の入射角に大きく依存する。ＷＳＦで一般にその波長分別特性が補償されているのは、入射角０°の光信号に対するものである。これは、ＷＳＦが誘電体多層膜から構成されているためであり、入射角が大きくなると波長分別特性が次第に劣化する。また、フィルタの急峻性を向上させるためには、フィルタを構成する誘電体多層膜の膜数を多くする必要があるが、膜数が多くなると、光の透過率が減少し、かつ、ＷＳＦ自体が高価なものとなる。

例えば、波長間隔２０ｎｍを規定するＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing）規格では入射角を２０°以内、好ましくは１５°以内に設定しないと、ＷＳＦで分別された一つの波長帯に隣接波長帯の光も含まれてしまう。例えば、８チャンネルの光信号を短波長側４チャンネル（０〜３チャンネル）と長波長側（４〜７チャンネル）に分別する特許文献１に開示された光受信モジュールでは、短波長側の光信号に長波長側で最も短波長側に存在する第４チャンネルの光信号の一部が、長波長側の光信号に短波長側で最も長波長側に存在する第３チャンネルの光信号の一部が含まれてしまう。

また、光ファイバの光出力端は点光源とみなされず、有限な広がりを有する光源となるため、収束レンズ部の出力光は完全なコリメート光とはならない。そして、各波長の信号光の光路長が異なることから、各収束レンズ部の出力光のビーム径に差が生じるため、各受光素子への集光度が異なり光結合効率の差を生んでしまう。各集光レンズと受光素子をそれぞれアレイ状とすることなく、各チャンネルで別々に調芯することによって、チャンネル間の光結合効率の差を補償することは可能であるが、生産効率の低下を伴うことになる。

８チャンネルの各信号光を受光する受光素子は、光デマルチプレクサを挟んで光デマルチプレクサの光入射側とは反対側に一列に配置されることが好ましい。８チャンネルのプリアンプを集積化したＩＣ（集積回路）を採用する場合、４チャンネル+４チャンネル構成の２つのプリアンプＩＣを採用する場合、あるいは、各チャンネル個別にプリアンプＩＣを備える構成においても、電気回路部は光学部品搭載部とは別にまとめて搭載されることが望ましい。

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、波長多重信号光を受信する光受信モジュールであって、波長分別特性が良好で、信号光の波長毎の光結合効率の差を小さくすることが可能で、組み立てにおけるばらつきの許容量が大きい光受信モジュールを提供することをその目的とする。

本発明の一態様に係る光受信モジュールは、互いに異なる波長を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光を、光ファイバを介して受信し、各前記信号光に含まれる複数の信号を抽出する光受信モジュールであって、前記波長多重信号光を入力光とし、収束光を出力する第１のレンズと、前記収束光をそれぞれ所定の波長多重信号光を含む透過光と反射光に二分する入力波長選択フィルタと、前記透過光が含む前記信号光が有する波長にしたがって、前記透過光を前記信号光それぞれに分離する第１の光デマルチプレクサと、前記反射光が含む前記信号光が有する波長にしたがって、前記反射光を前記信号光それぞれに分離する第２の光デマルチプレクサと、前記第１、第２の光デマルチプレクサが分離した前記信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズと、前記第１の光デマルチプレクサの入力光の光軸と前記第２の光デマルチプレクサの入力光の光軸とを平行にするミラーと、前記第１のレンズと前記第１の光デマルチプレクサの間および前記第１のレンズと前記第２の光デマルチプレクサまでの間の少なくとも一方に前記収束光のビーム径を調整するレンズユニットと、を備えている。

本発明によれば、波長多重信号光を受信する光受信モジュールであって、波長分別特性が良好で、信号光の波長毎の光結合効率の差を小さくすることが可能で、組み立てにおけるばらつきの許容量が大きい光受信モジュールを提供することができる。

本発明の一態様に係る光受信モジュールの断面を示す図である。 本発明の一態様に係る光受信モジュールにおいて、ビーム径調整用のレンズユニットを設けない場合の光受信モジュールを模式的に示した図である。 レンズの焦点位置にコリメートレンズを置いた場合の、光ビーム径を説明するための図である。 レンズの焦点位置で種々のビーム径が得られるコリメートレンズを用いた場合の、光路長とビーム径の関係を示す図である。 図２に示す光受信モジュールのビーム径とビームウエストの関係を示す図である。 本発明の一態様に係る光受信モジュールを模式的に示した図である。 ビーム径調整用のレンズユニットの例を示す図である。 図６に示す光受信モジュールのビーム径とビームウエストの関係を示す図である。 本発明の他の一態様に係る光受信モジュールを模式的に示した図である。 本発明のさらに他の一態様に係る光受信モジュールを模式的に示した図である。

（本発明の実施形態の説明）
最初に本願発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の一実施形態（１）に係る光受信モジュールは、互いに異なる波長を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光を、光ファイバを介して受信し、各前記信号光に含まれる複数の信号を抽出する光受信モジュールであって、前記波長多重信号光を入力光とし、収束光を出力する第１のレンズと、前記収束光をそれぞれ所定の波長多重信号光を含む透過光と反射光に二分する入力波長選択フィルタと、前記透過光が含む前記信号光が有する波長にしたがって、前記透過光を前記信号光それぞれに分離する第１の光デマルチプレクサと、前記反射光が含む前記信号光が有する波長にしたがって、前記反射光を前記信号光それぞれに分離する第２の光デマルチプレクサと、前記第１、第２の光デマルチプレクサが分離した前記信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズと、前記第１の光デマルチプレクサの入力光の光軸と前記第２の光デマルチプレクサの入力光の光軸とを平行にするミラーと、前記第１のレンズと前記第１の光デマルチプレクサの間および前記第１のレンズと前記第２の光デマルチプレクサまでの間の少なくとも一方に前記収束光のビーム径を調整するレンズユニットと、を備えている。

本実施形態によれば、波長多重信号光を受信する光受信モジュールにおいて、波長分別特性が良好で、信号光の波長毎の光結合効率の差を小さくすることが可能となり、組み立てにおけるばらつきの許容量を大きくできる。

本発明の一実施形態（２）として、上記（１）の光受信モジュールにおいて、前記第１のレンズから前記第２のレンズまでの最も短い光路長と最も長い光路長との間の距離に前記第１レンズが出力する前記収束光のビームウエストが配置されている。
本実施形態によれば、第１の光でマルチプレクサと第２の光デマルチプレクサで分離される複数の信号光のビーム径の大きさの違いを小さくすることができる。

本発明の一実施形態（３）として、上記（１）または（２）の光受信モジュールにおいて、（３）前記第１のレンズから前記第１の光デマルチプレクサの光入射端までの光路長と前記第１のレンズから前記第２の光デマルチプレクサの光入射端までの光路長が等しくすることが望ましい。
本実施形態によれば、第１の光でマルチプレクサと第２の光デマルチプレクサで分離される複数の信号光のビーム径の大きさの違いをさらに小さくすることができる。

本発明の一実施形態（４）あるいは（５）として、上記（１）から（３）のいずれか１の光受信モジュールにおいて、前記第１の光デマルチプレクサと前記第２の光デマルチプレクサとがハの字状、あるいは、並列に配置されていることが望ましい。
本実施形態によれば、第１、第２の光デマルチプレクサが分離した信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズを一列に配置することが可能となる。

本発明の一実施形態（６）として、上記（１）から（５）のいずれか１の光受信モジュールにおいて、前記第１の光デマルチプレクサと前記第２の光デマルチプレクサによってそれぞれ分離された前記信号光の光軸を９０°変更するミラーを備えていることが望ましい。
本実施形態によれば、光受信モジュール内の構成部材の配置の自由度を増すことができ、光受信モジュールを小型化することが可能となる。

本発明の一実施形態（７）として、上記（１）から（６）のいずれか１の光受信モジュールにおいて、前記波長多重信号光は８チャンネルの信号光を含み、前記第１の光デマルチプレクサは前記８チャンネルの信号光の長波長側もしくは短波長側の４チャンネルを分別する波長選択フィルタを含み、前記第２の光デマルチプレクサは残余の４チャンネルを分別する波長選択フィルタを含むように構成してもよい。
本実施形態によれば、波長分別特性が良好で、信号光の波長毎の光結合効率の差を小さくした８チャンネル用の光受信モジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態（８）として、上記（１）から（７）のいずれか１の光受信モジュールにおいて、前記第２のレンズの下流側に、前記第２のレンズが集光した前記信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子を備えることが望ましい。
本実施形態によれば、受光素子は、第２のレンズで集光した信号光を受光することができるので、光結合効率を良好にすることができる。

（本発明の実施形態の詳細）
以下、図面を参照しながら、本発明の光受信モジュールに係る好適な実施形態について説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内ですべての変更が含まれることを意図する。また、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の一態様に係る光受信モジュールの断面を示す図である。光受信モジュール１は、互いに異なる波長（λ₁〜λ₈）を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光を受光し、それぞれの信号光に対応する電気信号を出力するものである。この光受信モジュール１は、シングルモードの外部光ファイバを係合するレセプタクル部１００と、受光素子や光学部品等が収容されるパッケージ部２００と、外部回路との電気接続のための端子部５００とを備えている。
以下では、光受信モジュール１のレセプタクル部１００側を前側、パッケージ部２００側を後側として説明する。

レセプタクル部１００は、光コネクタのフェルールが挿入されるスリーブ１０１と、レセプタクル部１００をパッケージ部２００に接合させるためのホルダ１０３と、スリーブ１０１とホルダ１０３とを連結するジョイントスリーブ１０２を有する。

パッケージ部２００は、略直方体形状であり、例えば、角筒状のパッケージフレーム２０１と、底壁を形成するパッケージ底壁２０２と、上部開口を塞ぐパッケージ蓋体２０３とを有する。パッケージフレーム２０１の前壁には、円筒状のブッシュ２０４が設けられている。ブッシュ２０４の前面は平坦面とされている。パッケージ底壁２０２は、銅モリブデンや銅タングステン等の熱伝導性のよい材料を用いることにより放熱性を高めることができる。パッケージ蓋体２０３は、素子や部品の収容と配線後に、これらを密封するようにパッケージフレーム２０１に対して固定される。

端子部５００は、例えば、複数のセラミック基板を積層して形成され、パッケージフレーム２０１の後壁に嵌め込むような形態で組み付けられ、さらに、パッケージ部２００内の素子と外部系とを電気的に接続する、高周波ライン、電源ラインが形成されている。

レセプタクル部１００のホルダ１０３は、パッケージフレーム２０１の前面側に設けたブッシュ２０４を介してパッケージ部２００に固定される。ホルダ１０３には、ジョイントスリーブ１０２を介してスリーブ１０１が結合され、ジョイントスリーブ１０２により軸方向と径方向に対する調芯が行われる。

スリーブ１０１には、光結合を形成するスタブ１０４が配され、図示しない外部光ファイバの先端に付属するフェルールを受納する。外部光ファイバは、スリーブ１０１内に配設したスタブ１０４の結合ファイバ（シングルモードファイバ）１１と光結合する。ホルダ１０３には、結合ファイバ１１の出力端が出射する光信号を準コリメート光に変換する第１のレンズ１２を内蔵している。第１のレンズ１２からの信号光は、ブッシュ２０４内に密封形態で設けられた光学窓を経て、パッケージ部２００内に出射される。

第１のレンズ１２は、結合ファイバ１１の光出力端から第１のレンズ１２までの距離と、第１のレンズ１２の焦点距離とを一致させたときにコリメート光を出力するコリメートレンズである。ただし、第１のレンズ１２は、後述するように、結合ファイバ１１の光出力端と第１のレンズ１２までの距離と、第１のレンズ１２の焦点距離とを一致させた状態では用いられず、結合ファイバ１１の出力端から第１のレンズ１２までの距離が第１のレンズ１２の焦点距離より長く配置されている。その結果、第１のレンズ１２の出力光は収束光となる。

パッケージ部２００内には、第１のレンズ１２から出射され波長多重信号光を異なる波長の複数の信号光に分波するための光学モジュール３００が設けられている。光学モジュール３００は、その支持基板３０１上に後述する光学部品を実装している。支持基板３０１は支持部材２０５によってパッケージ底壁２０２から平行に離間して配置され、支持基板３０１上に実装された光学部品がパッケージ底壁２０２に向き合うように収容される。

光学モジュール３００によって分波された複数の信号光（以下、「分波信号光」ともいう。）は、ミラー７１（７２）によって、光軸が９０°変更されて、パッケージ底壁２０２に向けて出射される。パッケージ部２００内には、分波信号光をそれぞれ集光する複数のレンズが形成された第２のレンズであるレンズアレイ４１（４２）と、このレンズアレイ４１（４２）を介して分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子として複数のフォトダイオード（ＰＤ）が形成されたＰＤアレイ５１（５２）とが収容される。これらレンズアレイ４１（４２）およびＰＤアレイ５１（５２）は、第１の実装基板４００及び第２の実装基板４０１を介してパッケージ底壁２０２上に実装されている。

上記のような部品から構成される光受信モジュール１では、光学モジュール３００の光学部品は、パッケージ底壁２０２の平面から高さ方向に平行に離間した支持基板３０１の実装面に実装される。そして、レンズアレイ４１（４２）とＰＤアレイ５１（５２）は、パッケージ底壁２０２の平面から高さ方向に離間した空間を利用して、上下方向に重なって実装されるため、平面方向の配列スペースが軽減される。これにより空いたスペースに、ＰＤアレイ５１（５２）の信号を増幅するプリアンプ回路であるＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）４０２が実装される。

次に、パッケージ部２００内に搭載される光学モジュール３００について説明する。図２は、本発明の一態様に係る光受信モジュールにおいて、ビーム径調整用のレンズユニットを設けない場合の光受信モジュールを模式的に示した図である。光学モジュール３００の支持基板３０１には、第１段目の光分波器２０’と第２段目の光分波器である第１、第２の光デマルチプレクサ（以下、「Ｏ−ＤｅＭｕｘ」という。）３１，３２が搭載されている。

結合ファイバ１１の光出力端からは、互いに異なる波長（λ₁〜λ₈）を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光が出力され、波長多重信号光は第１のレンズ１２を通って第１段目の光分波器２０’に入射される。第１段目の光分波器２０’は、それぞれ所定の波長の信号光からなる波長多重信号光を含む透過光と反射光に二分する入力波長選択フィルタ（以下、「入力ＷＳＦ」という。）２１と、２つのミラー２２，２３から構成されており、入力ＷＳＦ２１は短波長側４チャンネルの部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）を透過し、長波長側４チャンネルの部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ₈）を反射する。

入力ＷＳＦ２１を透過した部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）は、そのまま第２段目の光分波器である第１の光デマルチプレクサ３１の入力ポート３１ａに入射する。また、入力ＷＳＦ２１を反射した部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ₈）は、ミラー２２およびミラー２３によって、その光軸が部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）の光軸と平行に変換された後、第２段目の光分波器である第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａに入射する。なお、入力ポートは本発明の光入射端に相当する。

第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１の入力ポート３１ａに入射した部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）は、それぞれ一の波長の信号光（λ₁、λ₂、λ₃、λ₄）に分離されて各出力ポート３１ｃから出射される。出射された各信号光は、第２のレンズを構成するレンズアレイ４１の各レンズを経て、ＰＤ（Photo Diode）アレイ５１の各ＰＤで受光される。同様に、第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａに入射した部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ８）は、それぞれ一の波長の信号光（λ₅、λ₆、λ₇、λ₈）に分離され各出力ポート３２ｃから出射される。出射された各信号光は、レンズアレイ４２の各レンズを経て、ＰＤ（Photo Diode）アレイ５２の各ＰＤで受光される。

以上のように、入力ＷＳＦ２１を透過した信号光および反射した信号光は、それぞれ第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１および第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２によって、チャンネルごとの信号光に物理的に分離される。しかし、図２に示した光学系から明らかな様に、第１のレンズ１２から第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１および第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２までの光路長は、第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２についての光路長が第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１についての光路長よりも、その光軸の平行移動に要する距離だけ長い。また、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１および第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２のそれぞれの入力ポート３１ａ、３２ａから、出力ポートまでの光路長についてもそれぞれのレーン（チャンネル）で異なる。図２で示した光学系では、第１のレンズ１２から第２のレンズまでの光路長をＬ１〜Ｌ８で示しており、波長λ₁が進むレーンの光路長Ｌ１が最も短く、波長λ₈が進むレーンの光路長Ｌ８が最も長い。

このようにレーン間で光路長が異なるため、従来の光モジュールでは、第１のレンズ１２の焦点と結合ファイバ１１の光出力端を一致させ、第１のレンズ１２をいわゆるコリメートレンズとして機能させ、同時に第２のレンズを集光レンズとすることで、第１のレンズ１２〜第２のレンズ間でのレーン間の距離の相違を補償していた。

しかし、第１のレンズ１２の焦点と結合ファイバ１１の光出力端とを一致させて第１のレンズ１２からの出力光が完全なコリメート光となるのは、結合ファイバ１１の光出力端が理想的な点光源とみなせる場合のみである。実際は、結合ファイバ１１の光出力端は有限な広がりを有する。

図３は、従来の光モジュールにおいて実際の結合ファイバ１１の光出力端から出力される光の様子を示す図である。上述の通り、実際の結合ファイバ１１の光出力端は有限な広がりを有する光源とみなされ、このような光出力端から第１のレンズ１２までの距離Ｌと、第１のレンズ１２の焦点距離Ｌｆとを一致させて配置すると、図示するように、第１のレンズ１２からの出力光は第１のレンズ１２の近傍ではコリメート光に近いフィールドパターンが得られる。しかし、第１のレンズ１２から離れるに従い、拡散するフィールドパターンしか得られない。つまり、光路長が短い場合はコリメート光に近いフィールドパターンが得られるが、光路長が長くなると拡散するフィールドパターンしか得られないことになる。

図４は、レンズの焦点位置で種々のビーム径が得られるコリメートレンズを用いた場合の、光路長とビーム径の関係を示す図であり、第１のレンズ１２の焦点距離の位置で２００〜５００μｍのビーム径が得られるコリメートレンズを採用した場合、その焦点距離から横軸に相当する距離だけ離れた点におけるビーム径を、光源についてガウシアンビームと仮定して見積もったものである。例えば、ビーム径２００μｍの場合は、横軸０ｍｍの位置が焦点であり、そこで２００μｍのビーム径が得られるものの、伝搬距離が離れるに従いその径は大きくなってしまう。ビーム径５００μｍの場合は、横軸０ｍｍが焦点であり、そこで５００μｍのビーム径が得られ、伝搬距離を長くしてもビームの拡がりは抑えられている。この挙動から、ビーム径を大きくすればその拡がりは抑えられる。しかしながら、ビーム径の大きな光を得るためには、レンズの焦点距離を大きくし、レンズ径を大きくする必要がある。さらに、Ｏ−ＤｅＭｕｘや集光レンズについても、ビーム径の大きな光に対応するために大型化する必要があり、光受信モジュール全体の大型化とコスト高を招くことになる。

そして、実際の光学系、特に、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１および第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２では、それぞれ４つの波長選択フィルタ−（ＷＳＦ）が近接配置されており、隣接するＷＳＦとの干渉を避けるには、入射光のビーム径を３００μｍ以下に設定することが必要である。図４に示すように、例えば、初期ビーム径３００μｍの条件では、ビーム径は距離に対して単調に増加するため、いずれのレーンの経路長において３００μｍの規定を満足できない。

そこで、結合ファイバ１１の光出力端と第１のレンズ１２の配置を調整し、第１のレンズ１２から第２のレンズまでの最も短い光路長Ｌ１の距離と最も長い光路長Ｌ８の距離との間の距離にビームウエストを位置させることによって、各光路長の差によるビームスポット系の差を小さくすることが考えられる。

図５は、図２に示す光受信モジュールのビーム径とビームウエストの関係を示す図である。図５では、結合ファイバ１１の光出力端から第１のレンズ１２までの距離Ｌを第１のレンズ１２の焦点距離Ｌｆより大きくし、第１のレンズ１２の出力光をコリメート光ではなく準コリメート光に変換している。ここで、結合ファイバ１１の光出力端から第１のレンズ１２までの距離Ｌが第１のレンズ１２の焦点距離Ｌｆより大きいため、第１のレンズ１２からの出力光は収束光となる。なお、図２で示す光路長の差Ｌａは、第１段目の光分波器２０’によって生じる光路差であり、光路長の差Ｌｂは第２段目の光分波器である第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１および第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の内部で生じる光路差である。また、最も短い光路長Ｌ１と最も長い光路長Ｌ８の差Ｌｃは、光路長の差Ｌａに光路長の差Ｌｂを加えたものになる。そして、図５に示す最も短い光路長Ｌ１の距離と最も長い光路長Ｌ８の距離との間の距離にビームウエストを位置させることで、第２のレンズに投影されるビーム径Ｓのレーン間の差を小さくできる。

（第１の実施形態）
図６は、本発明の一態様に係る光受信モジュールを模式的に示した図であり、図２に示した光受信モジュールに対して、第２のレンズに投影されるビーム径のレーン間の差をさらに小さくしたものである。具体的には、図６に示す光受信モジュールでは、第１段目の光分波器２０と第２段目の光分波器である第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１および第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２とのそれぞれの間に、部分波長多重信号光のビーム径を調整するレンズユニット６１、６２を設けている。これによって、光受信モジュールの組み立てのばらつきの許容量が大きくなる。

結合ファイバ１１の光出力端からは、互いに異なる波長（λ₁〜λ₈）を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光が出力され、波長多重信号光は第１のレンズ１２を通って第１段目の光分波器２０に入射される。第１段目の光分波器２０は、入力ＷＳＦ２４と、２つのミラー２５，２６から構成されており、入力ＷＳＦ２４は、図２で示した入力ＷＳＦ２１と同様のものであり、入力ＷＳＦ２４は短波長側４チャンネルの部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）を透過し、長波長側４チャンネルの部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ₈）を反射する。なお、図６に示した第１段目の光分波器２０と図２に示した第１段目の光分波器２０’は、機能的に同じものであり、置換可能である。

入力ＷＳＦ２４を透過した部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）は、レンズユニット６１に入射する。また、入力ＷＳＦ２４を反射した部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ₈）は、ミラー２５およびミラー２６によって、その光軸が部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）の光軸と平行に変換された後、レンズユニット６２に入射する。

図７は、ビーム径調整用のレンズユニットを示す図である。図７（Ａ）に示すレンズユニット６２は、２つのレンズ面６２ａと６２ｂとを備えたレンズユニットである。光分波器２０で分波された部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ₈）がレンズユニット６２に入射すると、入射側のレンズ面６２ａで略平行光は集光され、一度結像し発散光となる。発散した信号光は出射側のレンズ面６２ｂで所望のビーム径で出射する。入射側のレンズ面６２ａと出射側のレンズ面６２ｂの焦点距離を適宜調整すれば、レンズユニット６２に入射する波長多重信号光のビーム径にばらつきがあっても、レンズユニット６２から出射されるビーム径を揃えることができる。なお、レンズユニット６２は、図７（Ｂ）に示すように、２個のレンズ６２−１、６２−２から構成してもよい。また、レンズユニット６１の構成はレンズユニット６２と同様であるので、その説明は省略する。

レンズユニット６１でビーム径を調整された部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）は、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１の入力ポート３１ａに入力すると、１番目の波長選択フィルタ３１ｂが、第１の波長λ₁の信号光のみを出力ポート３１ｃへ透過し、その他の波長の信号光（λ₂、λ₃、λ₄）を反射する。反射した信号光（λ₂、λ₃、λ₄）は、波長選択フィルタ３１ｂを備える面に対向する面（入力ポート３１ａが形成されている面）に設けた反射膜３１ｄにより全反射し、２番目の波長選択フィルタ３１ｂに入射する。２番目の波長選択フィルタ３１ｂに入射した信号光は、２番目の波長選択フィルタ３１ｂが、第２の波長λ₂の信号光のみを透過し、この第２の波長λ₂の信号光は出力ポート３１ｃに向かう。その他の波長の信号光（λ₃、λ₄）は反射され再び反射膜３１ｄに向かう。以下、同様に透過と反射を繰り返して、出力ポート３１ｃそれぞれから一の波長の信号光のみが出力される。出力ポート３１ｃが出力した信号光は、レンズアレイ４１のそれぞれの第２のレンズ４１ａを経て、ＰＤ（Photo Diode）アレイ５１のＰＤ５１ａで受光される。

一方、レンズユニット６２でビーム径を調整された部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ₈）は、第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａに入力し、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１と同様に、第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２により分離され、出力ポート３２ｃのそれぞれから一の波長の信号光のみが出力する。出力ポート３２ｃが出力した複数の信号光は、レンズアレイ４２のそれぞれの第２のレンズ４２ａを経て、ＰＤアレイ５２の各ＰＤ５２ａで受光される。なお、第２のレンズ４１ａおよび第２のレンズ４２ａは集光レンズであり、ＰＤ５１ａ、ＰＤ５２ａは本発明の受光素子の一例である。第２のレンズ４１ａ，４２ａおよびＰＤ５１ａ，５２ａは、それぞれ第１および第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３１，３２ごとに集積化されていてもよく、集積化によって、光受信モジュールを小型化することが可能となる。

図８は、図６に示す光受信モジュールのビーム径とビームウエストの関係を示す図である。結合ファイバ１１の光出力端から出射された波長多重信号光は、第１のレンズ１２によって収束気味に出射させる。さらに、２つの部分波長多重信号光に分けられて、一方の部分波長多重信号光はレンズユニット６１に入射されて、そのビーム径が調整される。同じく、他方の部分波長多重信号光はレンズユニット６２に入射されて、そのビーム径が調整される。レンズユニット６１，６２はそれぞれの部分波長多重信号光に対応するように２つ設けてもよく、一方の部分波長多重信号光のみに対して設けるようにしてもよい。なお、一方の部分波長多重信号光のみに対してレンズユニット設ける場合は、図８に示すように、光路長の長いレーンの信号光のビーム径が大きくなるため、レンズユニット６２の方を設けることが望ましい。

なお、第１のレンズ１２から第２のレンズまでの最も短い光路長Ｌ１の距離と最も長い光路長Ｌ８の距離との間の距離にビームウエストを位置させることが望ましいが、本実施形態では、レンズユニット６１，６２によってビーム径の調整ができるため、必ずしも第１のレンズ１２から第２のレンズまでの最も短い光路長Ｌ１の距離と最も長い光路長Ｌ８の距離との間の距離にビームウエストを位置させる必要はない。

また、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１と第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２とは、第１のレンズ１２の方向を上方として見た場合に、ハの字状に配置している。これにより、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１の入力ポート３１ａと第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａとを近接配置することが可能となり、第１段目の光分波器２０による光路長の差Ｌａを小さくできる。

（第２の実施形態）
図９は、本発明の他の一態様に係る光受信モジュールを模式的に示した図である。本実施形態では、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１と第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２とを並列に配置している点で、第１の実施形態と異なる。第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１の入力ポート３１ａと第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａとが、同じ側（図９の紙面左側）に配置されるため、第１段目の光分波器２０’による光路長の差Ｌａは第１の実施形態よりも大きくなる。また、本実施形態では、分波された光信号は波長λ₁〜λ₈の順に並べることができ、ＰＤからの信号をこの順番で取り出すことができる。なお、第１段目の光分波器２０’は、図６に示した第１の実施形態における第１段目の光分波器２０と同じ機能を有するものであり、置換可能である。その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明のさらに他の一態様に係る光受信モジュールを模式的に示した図である。本実施形態は、第１のレンズ１２から第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１の入力ポート３１ａまでの光路長と第１のレンズ１２から第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａまでの光路長とを等しくした例を示すものである。このため、本実施形態では、第１段目の光分波器２０”を、プリズムミラー２７、入力ＷＳＦ２８、および、ミラー２９から構成しており、その他の構成については、第１の実施形態と同様である。

プリズムミラー２７は、断面の頂角θが９０°より大きい二等辺三角形状をしており、第１のレンズ１２からの収束光を一方の等辺で反射させて光軸を変更後、入力ＷＳＦ２８に入射させる。入力ＷＳＦ２８は短波長側４チャンネルの信号光（波長λ₁〜λ₄）を透過し、長波長側４チャンネルの信号光（波長λ₅〜λ₈）を反射する。プリズムミラー２７の底辺と入力ＷＳＦ２８の入射面は、第１のレンズ１２の光軸と平行となるように配置され、プリズムミラー２７の頂角θは、入力ＷＳＦ２８の収束光の入射角が、２０°以内、好ましくは、１５°以内の角度となるように設定される。

入力ＷＳＦ２８を透過した部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）は、ミラー２９によって、その光軸が第１のレンズ１２の光軸と平行になるよう変換された後、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１の入力ポート３１ａに入射する。また、入力ＷＳＦ２８を反射した部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ₈）は、再度プリズムミラー２７の他方の等辺で反射し、その光軸が第１のレンズ１２の光軸と平行になるよう変換された後、第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａに入射する。このように、第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１に入射する短波長側の部分波長多重信号光（波長λ₁〜λ₄）の光軸と第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２に入射する長波長側の部分波長多重信号光（波長λ₅〜λ₈）の光軸とが平行になるようにしている。

そして、例えば、プリズムミラー２７あるいは入力ＷＳＦ２８を図１０の紙面左右方向に移動することによって、第１のレンズ１２から第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａまでの光路長を変更することが可能である。これにより、第１のレンズ１２から第１のＯ−ＤｅＭｕｘ３１の入力ポート３１ａまでの光路長と第１のレンズ１２から第２のＯ−ＤｅＭｕｘ３２の入力ポート３２ａまでの光路長とを等しくすることができる。

１…光受信モジュール、１１…結合ファイバ、１２…第１のレンズ、２０，２０’，２０”…光分波器、２２，２３，２５，２６，２９…ミラー、２１，２４，２８…入力ＷＳＦ、２７…プリズムミラー、３１…第１のＯ−ＤｅＭｕｘ、３２…第１のＯ−ＤｅＭｕｘ、３１ａ，３２ａ…入力ポート、３１ｂ，３２ｂ…波長選択フィルタ、３１ｃ，３２ｃ…出力ポート、３１ｄ，３２ｄ…反射膜、４１，４２…レンズアレイ、４１ａ，４２ａ…第２のレンズ、５１，５２…ＰＤアレイ、５１ａ，５２ａ…ＰＤ、６１，６２…レンズユニット、６２−１，６２−２…レンズ、６２ａ，６２ｂ…レンズ面、７１…ミラー、１００…レセプタクル部、１０１…スリーブ、１０２…ジョイントスリーブ、１０３…ホルダ、１０４…スタブ、２００…パッケージ部、２０１…パッケージフレーム、２０２…パッケージ底壁、２０３…パッケージ蓋体、２０４…ブッシュ、２０５…支持部材、３００…光学モジュール、３０１…支持基板、４００…第１の実装基板、４０１…第２の実装基板、５００…端子部。

Claims (8)

1. 互いに異なる波長を有する複数の信号光が多重化された波長多重信号光を、光ファイバを介して受信し、各前記信号光に含まれる複数の信号を抽出する光受信モジュールであって、
   前記波長多重信号光を入力光とし、収束光を出力する第１のレンズと、
   前記収束光をそれぞれ所定の波長多重信号光を含む透過光と反射光に二分する入力波長選択フィルタと、
   前記透過光が含む前記信号光が有する波長にしたがって、前記透過光を前記信号光それぞれに分離する第１の光デマルチプレクサと、
   前記反射光が含む前記信号光が有する波長にしたがって、前記反射光を前記信号光それぞれに分離する第２の光デマルチプレクサと、
   前記第１、第２の光デマルチプレクサが分離した前記信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズと、
   前記第１の光デマルチプレクサの入力光の光軸と前記第２の光デマルチプレクサの入力光の光軸とを平行にするミラーと、
   前記第１のレンズと前記第１の光デマルチプレクサの間および前記第１のレンズと前記第２の光デマルチプレクサまでの間の少なくとも一方に前記収束光のビーム径を調整するレンズユニットと、
   を備えた光受信モジュール。
2. 前記第１のレンズから前記第２のレンズまでの最も短い光路長と最も長い光路長との間の距離に前記第１レンズが出力する前記収束光のビームウエストが配置されている請求項１に記載の光受信モジュール。
3. 前記第１のレンズから前記第１の光デマルチプレクサの光入射端までの光路長と前記第１のレンズから前記第２の光デマルチプレクサの光入射端までの光路長が等しい請求項１または２に記載の光受信モジュール。
4. 前記第１の光デマルチプレクサと前記第２の光デマルチプレクサとがハの字状に配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
5. 前記１の光デマルチプレクサと前記第２の光デマルチプレクサとが並列に配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
6. 前記第１の光デマルチプレクサと前記第２の光デマルチプレクサによってそれぞれ分離された前記信号光の光軸を９０°変更するミラーを備えた請求項１から５のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
7. 前記波長多重信号光は８チャンネルの信号光を含み、前記第１の光デマルチプレクサは前記８チャンネルの信号光の長波長側もしくは短波長側の４チャンネルを分別する波長選択フィルタを含み、前記第２の光デマルチプレクサは残余の４チャンネルを分別する波長選択フィルタを含む請求項１から６のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
8. 前記第２のレンズの下流側に、前記第２のレンズが集光した前記信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子を備える請求項１から７のいずれか１項に記載の光受信モジュール。

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