JP2912536B2

JP2912536B2 - 光通信用受発信モジュール

Info

Publication number: JP2912536B2
Application number: JP33179193A
Authority: JP
Inventors: 直太郎中田; 治夫田中; 直史青木; 賢治岡田
Original assignee: Rohm Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Rohm Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JPH07191237A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信用受発信モジュー
ルに関する。さらに詳しくは、光ファイバーを用いた加
入者系通信、センシングヘッドなどに好適な光通信用受
発信モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信用受発信モジュールの基本的構成
は図９に示されるように、送信信号光を発生する半導体
レーザなどの発光素子１と、受信信号光をハーフミラー
８を介して受光するフォトダイオード、フォトトランジ
スタ、光電池などからなる受光素子２と、送信信号光を
光ファイバなどの光伝送路（図示せず）に結合させるカ
ップリングレンズ３と、発光素子１の発光量をモニタす
るモニタ用受光素子６とからなっている。

【０００３】ところで、送信信号光を発生させる発光素
子１からの発光ビームの軸線に沿って発光素子１部から
カップリングレンズ３までの距離Ｌを短くするため、た
とえば特開平５−１２９７１１号公報に示されているよ
うに、発光素子１からの光を垂直方向に反射させる半導
体レーザ装置が考えられている。その構造を図10に示
す。

【０００４】図10において、71は放熱板で、炭素鋼板、
銅板、あるいはアルミニウム板などの熱伝導性のよい金
属板などの表面に金などの金属メッキを施したものから
なり、放熱板71の上面にはサブマウント73が固着され、
このサブマウント73の上面に、半導体レーザチップ74
を、当該半導体レーザチップ74における前方劈開面から
のレーザ光線が前記放熱板の上面とほぼ平行の方向に発
射するように横向きに固着されている。

【０００５】半導体レーザチップ74における後方劈開面
は反射膜にて完全に塞がれ、レーザ光線のすべてが前方
劈開面から発射されるようにする一方、キャップ体72の
枠本体内における反射部装着部76に、モニター用のフォ
トダイオード77を装着し、このフォトダイオード77の表
面で、前記半導体レーザチップ74における前方劈開面か
ら発射されるレーザ光線の大部分をキャップ体72に取り
付けられたガラス板７８に向かって反射させ、残りのレ
ーザ光線をフォトダイオード７７で受光することによ
り、レーザ光の反射部とモニター用受光素子とを兼用し
ている。このフォトダイオード77の出力により、半導体
レーザ装置の駆動電流を制御し、半導体レーザ装置から
出力されるレーザ光線の安定化を図っている。

【０００６】この構成の半導体レーザ装置を用いて光通
信用受発信モジュールを構成するばあいも、図９で示し
たように、光伝送路から送られてくる受信信号光は光フ
ァイバなどの光伝送路と反射部とのあいだ（通常はカッ
プリングレンズと光伝送路とのあいだ）に配置されるハ
ーフミラーにより反射させて別途設けられた受光素子で
受光できるように構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の光通信用受発信
モジュールは前述のように、受光素子部が発光素子部か
らの光路と別の光路を形成するように、光伝送路の前で
ハーフミラーなどにより分離している。そのため、部品
点数が多くなり、組立て工数の増加につながると共に、
装置が大型化するという問題がある。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、発光素子からの送信信号光を反射
させる反射部が設けられると共に、光伝送路からの受信
信号光を受信する受光素子が送受信光ビームの光路に設
けられることにより、ハーフミラーなどの分離光学系を
使用しない簡単な構成の光通信用受発信モジュールを提
供することを目的とする。

【０００９】本発明の他の目的は発光素子からの発光ビ
ームの反射部と受信信号光の受光素子とを兼用するばあ
いに、反射部で反射した受信信号光が再度発光素子およ
び反射部で反射して光伝送路に結合され、受信信号光を
発した発信部に戻ってノイズを発生するのを防止するこ
とにある。

【００１０】本発明のさらに他の目的は、発光素子から
の発光ビームの反射部と受信信号光の受光素子とを兼用
するばあいに、受信信号光が受光素子に対して斜めに入
射することに伴う、偏光依存性をできるだけ小さくする
ことにある。とくに、光ファイバを用いた加入者通信網
では、光ファイバ内で偏波面が回転するため、偏光方向
に依存しない受信特性が必要となる。

【００１１】本発明のさらに他の目的は、発光素子から
の発光ビームの反射部と受信信号光の受光素子とを兼用
するばあいに、受信信号光の偏光依存性をなくすると共
に、発光素子に半導体レーザを用いたばあいに生じやす
い半導体レーザの非点隔差による非点収差をも補正する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光通信用受発信
モジュールは、送信信号光を発生させる発光素子と、該
発光素子からの送信信号光を光伝送路に結合させるカッ
プリングレンズと、前記光伝送路からの受信信号光を受
信する受光素子とからなる光通信用受発信モジュールで
あって、前記受光素子の表面で前記発光素子からの送信
信号光を反射させて前記カップリングレンズを経て光伝
送路に結合せしめるものである。

【００１３】前記受光素子は、前記発光素子の発光量を
モニタするモニタ用受光素子の機能が兼用されることが
装置の小型化の点から好ましい。

【００１４】前記受光素子は兼用して前記発光素子の発
光量をモニタするモニタ用受光部と前記光伝送路からの
受信信号光を受光する受光部とが同一受光面に形成され
ていれば素子の小形化の点から好ましく、また同一基板
上に隣接して別々に設けられていればモニタ用受光部の
受光感度と受信信号光の受信感度を調整する点から好ま
しい。

【００１５】前記発光素子の発光ビームの前記受光素子
による反射後のビームの中心軸と前記カップリングレン
ズの光軸とが、該カップリングレンズの開口数をＮＡと
してｓｉｎ^-1ＮＡ以上ずれるように前記受光素子の表面
が傾斜されていることが、受信信号光の戻りによるノイ
ズを防止する点から好ましい。

【００１６】前記兼用受光素子の表面で反射させるた
め、前記受光素子の少なくとも受信信号光の受信部表面
に網目状の孔が設けられた反射膜または複数の点状の反
射膜が設けられていることが送信信号光を効率よく反射
させる点から好ましい。

【００１７】さらに偏光依存性を少なくするため、前記
受光素子の少なくとも受信信号光の受光部表面に反射防
止膜が設けられ、該反射防止膜上に前記網目状の孔が設
けられた反射膜または複数の点状の反射膜が設けられる
ことが反射による偏光依存性を減らす点から好ましい。

【００１８】前記受信信号光の受光部表面に設けられた
網目状の孔または点状の反射膜は受信信号の波長の１／
２から５倍の範囲の直径を有することが、ファイバカッ
プリング効率を高くすると共に、フォトダイオードへの
透過率を向上させる点から好ましい。

【００１９】前記網目状の孔が設けられた反射膜の孔ま
たは前記複数の点状の反射膜が不規則に設けられている
ことが回折作用による光伝送路へのカップリング効率の
低下を減らす点から好ましい。

【００２０】前記反射防止膜が送受信信号光の波長λに
対してλ／４より５〜１０％厚く形成されることが、偏
光依存性を減らす点からさらに好ましい。

【００２１】偏光依存性をなくする他の手段として前記
受光素子の表面と光伝送路とのあいだにカバーガラスが
設けられ、該カバーガラスの透過による受信信号光の偏
光と前記受光素子表面での透過による受信信号光の偏光
が打ち消されるように前記カバーガラスが傾けられるこ
とが好ましい。

【００２２】また、前記発光素子と光伝送路とのあいだ
に前記発光素子の非点隔差を打ち消すようにカバーガラ
スが傾けて設けられていることが発光素子の非点隔差に
基づく非点収差を除去するのに好ましい。

【００２３】前記受光素子の表面と光伝送路とのあいだ
にカバーガラスが設けられ、該カバーガラスの透過によ
る受信信号光の偏光と前記受光素子表面での反射による
受信信号光の偏光とが打ち消され、かつ、前記発光素子
の非点隔差と前記カバーガラスの透過による発信信号光
の偏光とが打ち消されるように前記カバーガラスが傾け
られてなることが、斜面の反射、透過による偏光と発光
素子の非点隔差に基づく非点収差を補正できて好まし
い。

【００２４】さらに、前記カバーガラスの一方の表面に
送受信信号光の波長λに対して高屈折率の材料が（送受
信信号光の波長λにおける屈折率をｎとして）該波長λ
の１／（４ｎ）の厚さだけコーティングされ、他方の表
面に反射防止膜がコーティングされていることが、屈折
率の小さいガラスからなるカバーガラスを使用しても大
きな偏光依存性を生じさせることができ、斜面での反射
により生じる偏光を相殺するのに好ましい。

【００２５】

【作用】本発明によれば、発光素子から発した発光ビー
ムを受光素子の表面側で反射させ、該反射光をカップリ
ングレンズを介して光ファイバなどの光伝送路に結合さ
せているため、発光素子載置面と光伝送路との距離を短
くでき、小型の光通信用受発信モジュールがえられると
共に、発光ビームを効率よく光伝送路に結合することが
できる。その結果、受信信号光を受信するための別の受
光素子やハーフミラーを必要とせず、小型で簡素な構成
になる。

【００２６】しかも、光通信においては送信と受信を時
間的に交互に行う時分割方向制御方式が用いられてお
り、前記受光素子で発光素子の発光出力をモニタし、出
力を制御するモニタ用受光素子の機能を兼用することも
でき、一層装置の小型化を達成することができる。

【００２７】前記受光素子のモニタ用受光部と受信用受
光部とが別々に形成されることにより、送信信号光と受
信信号光のパワーが1000倍程度異なっていても、増幅器
の増幅率を変えることなどにより信号処理をすることが
できる。

【００２８】また、受光素子の表面側の反射部を反射後
の発光ビームの軸とカップリングレンズの光軸とが、カ
ップリングレンズの開口数ＮＡに対しｓｉｎ^-1ＮＡ以上
傾くように傾斜させることにより、受信信号光が反射部
で反射し、発光素子でさらに反射して反射部に戻った光
は、カップリングレンズの外側へ向くため、反射光が光
伝送路に戻らず、ノイズを防止することができる。すな
わち、カップリングレンズの一番端部側を通る受信信号
光の反射部による反射、発光素子での反射および再度の
反射部での反射による光が丁度カップリングレンズの外
側を通るようになり、カップリングレンズの反対側の端
部を通る受信信号光は反射部および発光素子での反射光
が大きくそれてカップリングレンズには入射されない。
したがって受信信号光が反射により光伝送路に戻ること
がない。一方反射部の傾きを光軸に沿う角度から１／２
ｓｉｎ^-1ＮＡより余り大きく傾けると発信用の発光ビー
ムとカップリングレンズとの結合が小さくなり好ましく
ないが、発光ビームのビーム角にも依存し、通常発光ビ
ームの40％程度を採り込めればよい。

【００２９】また、受光素子の表面に反射防止膜が設け
られ、さらにその上に網状に反射膜または複数の点状の
反射膜が設けられることにより、受信信号光が反射膜上
ではほぼ100 ％近くが反射し、反射膜がない部分では10
0 ％近くが透過する。その結果斜面に受信信号光が斜め
に入射しても、Ｓ偏光とＰ偏光の反射率や透過率の差が
小さく、斜面への入射による偏光の影響を殆ど受けな
い。

【００３０】さらに、前記反射膜が不規則に設けられる
ことにより、回折による送信信号光のスポットの分裂を
防ぐことができ、光伝送路へのカップリング効率を向上
させることができる。

【００３１】さらに、受光素子表面に反射防止膜などを
設けなくても、その表面側に設けられるカバーガラスの
角度を調整することにより、カバーガラスに斜めに受信
信号光が入射し、Ｓ偏光とＰ偏光のあいだで透過率が異
なって偏光依存性を生じる。このカバーガラスによるＳ
偏光とＰ偏光のあいだの透過率の変化が、受光素子表面
への斜め入射に伴なうＳ偏光とＰ偏光の透過率の変化を
相殺する向きに傾けることにより、受光素子への受信信
号光の斜め入射に伴う偏光依存性を防止することができ
る。

【００３２】さらに、カバーガラスの傾きは、傾ける方
向をｘｙ平面内で変えることにより、発光素子として使
用する半導体レーザの非点隔差から生じる非点収差を補
正することもできる。

【００３３】前記カバーガラスの一面に送受信信号光の
波長λに対して高屈折率の材料を該波長λにおける屈折
率をｎとして１／（４ｎ）の厚さだけコーティングする
ことにより、低い屈折率のカバーガラスであっても大き
な偏光依存性をもたせることができ、その偏光依存性を
受光素子表面の偏光依存性と相殺させることができる。

【００３４】

【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明について詳
細に説明する。図１は本発明の光通信用受発信モジュー
ルの一実施例を示す概略説明図、図２は受信信号光の反
射光の光路を説明する図、図３は受光素子の一例の平面
図、図４はその断面説明図、図５は受光素子とがカップ
リングレンズのあいだに設けられたカバーガラスの傾き
を説明する図である。

【００３５】図１において、１はたとえばサブマウント
14に固定された半導体レーザチップなどからなる発光素
子で、２はフォトダイオード、フォトトランジスタなど
からなる受光素子、３は発光ビームを収束して光ファイ
バなどの光伝送路に送信信号光を結合させるカップリン
グレンズである。受光素子２の表面側では発光素子１か
ら発した発光ビームを反射させて上方に反射させるよう
にし、カップリングレンズ３により集光された送信信号
光を光ファイバなどの光伝送路（図示せず）に結合させ
ている。また光伝送路を伝わってきた受信信号光はカッ
プリグレンズ３を介して受光素子２により受信され、電
気信号に変換された光信号を電気的に処理したり、さら
に音声などに変換して光通信として利用されている。

【００３６】本発明の光通信用受発信モジュールは、受
信信号光を受信する受光素子２を送信信号光および受信
信号光の光路におき、その表面側に送信信号光を反射さ
せる反射部21が設けられているところに特徴がある。そ
の結果、発光ビームの方向に沿っての発光素子１部とカ
ップリングレンズ３との距離を短くでき、小型化が達成
されると共に、ハーフミラーなどの他の光学素子を使用
しない簡単な構成としたものである。図１を参照しなが
ら具体的な実施例でさらに詳細に説明する。

【００３７】発光素子１として半導体レーザチップを用
い、本実施例では半導体レーザチップの後方劈開面11は
反射膜12で塞がれている。このためレーザ光線はすべて
前方剪開面13から発射されることになる。このレーザ光
線は製造プロセスにもよるが、その発光ビームの中心軸
Ａを中心に周囲20〜45゜の角度（図１のβ）、通常は30
゜程度の角度で放射される。このレーザ光線は送信信号
でパルス変調され断続的なパルスとして発射されたり、
またアナログ変調され発光強度が変化する光線として発
射されたりするが、光通信用では通常パルス変調させて
使用される。

【００３８】本実施例では発光ビームがパルス変調さ
れ、送信と受信を時分割することにより、発光ビームの
強さをモニタするモニタ用受光素子と受信信号光の受信
用受光素子とを兼用している。そのため、レーザ光線は
受光素子２の表面21で反射されてカップリングレンズ３
の方向に進行すると共に、一部は受光素子２の内部へ透
過する。

【００３９】本実施例では発光ビームの中心軸Ａとカッ
プリングレンズ３の光軸とがほぼ垂直方向になるよう
に、配置されているが、受光素子の反射面21を発光ビー
ムの反射後のビーム軸（中心軸）Ｃに対してカップリン
グレンズ３の光軸Ｂが重ならないようにしている。すな
わち、カップリングレンズ３の開口数をＮＡとして反射
後の発光ビームの軸Ｃとカップリングレンズの光軸Ｂと
のなす角がｓｉｎ^-1ＮＡ以上の角度をなすように、反射
面21の傾斜角度が設定されている。すなわち、反射面21
の発光ビームの中心軸Ａに対する角度βは45゜−１／２
ｓｉｎ^-1ＮＡ以下になるように傾ける。その理由は後述
するように、受信信号光が反射面21およびさらに発光素
子１の正面劈開面13で反射して再度光伝送路に戻りノイ
ズが発生するのを防止するためである。

【００４０】たとえばカップリングレンズ３の開口数Ｎ
Ａが0.25のレンズを採用すると１／２ｓｉｎ^-10.25＝7.
25゜となり、反射面21の水平面に対する傾斜角度θを45
゜−7.3 ゜＝37.7゜程度になるように設定されている。
その結果、発光ビームの中心軸の光線Ｃは丁度カップリ
ングレンズ３の一端部31を透過し、ビーム角29゜の光線
がカップリングレンズ３の他端部32を透過し、ビームの
中心軸から下側のこの範囲の光ビームがカップリングレ
ンズ３を介して光伝送路に結合される。そのため、発光
ビームの中心軸Ａより上部に発射された光線および29゜
のビーム角より下側に放射された光はカップリングレン
ズ３に入射されず、送信信号光として寄与しないことに
なるが、実際には発光素子のパワーの１／６〜１／10程
度を光ファイバに結合できれば支障はなく、送信信号光
としては発光ビームの１／３〜１／５程度をカップリン
グレンズ３にとり入れられればよい。

【００４１】受光素子２の反射面とする表面は、たとえ
ば図３に示すようにＡｕまたはＡｌなどの金属膜などか
らなる反射膜22の部分と、反射防止膜23が露出した部分
とに分けられ、反射膜の割合は適宜調整できるが通常は
50％程度の割合が反射部分とされる。このように反射率
の高い反射膜22と反射が殆ど生じない反射防止膜に分離
する理由はあとで詳述するが、受信信号光が受光素子２
に斜め入射しても偏光依存が生じないようにするためで
ある。受光素子２の表面がこのように処理されているた
め、発光素子１の発光ビームは反射膜22部に当った部分
が反射して前述のように発光ビームの１／４程度の光が
カップリングレンズ３に結合し、光伝送路に進む。一
方、発光素子１から反射防止膜23に入射された光は受光
素子内部に進み電流に変換されて発光素子１の発光の強
さをモニタすることができ、駆動電流の調整などにより
発光出力を一定に制御することができる。

【００４２】一方、光伝送路からの受信信号光はカップ
リングレンズ３により集光される。受信信号光の中心軸
とカップリングレンズ３の光軸とは一致させてあるの
で、受信信号光はカップリングレンズ３の焦点に集光さ
れる。カップリングレンズ３により集光された受信信号
光は受光素子２により受信されるが、受光素子２の表面
は前述のように、表面積の半分程度が反射膜22になって
いるため、受信信号光の半分程度は発光素子１の方に反
射し、発光素子１の発光面で再度反射して受光素子表面
に戻る。しかし受光素子１の表面の斜面は前述のよう
に、発光ビームの反射後のビームの中心軸Ｃとカップリ
ングレンズ３の光軸Ｂとがｓｉｎ^-1ＮＡだけずれるよう
に傾けられているため、発光素子１により反射した受信
信号が再度受光素子２の表面で反射すると図２に示すよ
うに、すべての反射光がカップリングレンズ３の外側に
反射し、光伝送路に戻ることがない。また、受光素子２
の内部へ透過した受信信号光は受光素子２で電気信号に
変換され、信号処理されて出力される。

【００４３】ところで受信信号光は受光素子２の表面に
斜め入射により受光される。たとえば半導体レーザチッ
プから発せられる光は常に図１の紙面に垂直な電気ベク
トルをもつ直線偏光のみであるため、斜面で反射しても
反射率は一定であるが、受信信号光は光ファイバなどの
光伝送路内を伝播する際に偏波面が回転しているため、
受信光学系に偏光依存性が生じると偏波面の回転により
受信信号が変動する。そのため、正確な受信をするため
には、偏光依存性が生じないようにする必要がある。そ
こで、本発明の実施例では図４に受光素子２の断面説明
図を示すように、受光素子２の表面にはチッ化ケイ素な
どからなる反射防止膜23が設けられ、その表面に網目状
の開口部25がもうけられた反射膜22が設けられ、反射膜
22は送信信号光を反射すると共に受光素子２であるフォ
トダイオードのｐ電極24と連結されている。すなわち、
フォトダイオードはたとえばｎ型ＩｎＰ基板26上にｎ型
ＩｎＰバッファ層27が設けられ、その上に厚さが３μｍ
程度のｎ^-型ＩｎＧａＡｓ層28、厚さが0.7 μｍ程度の
ｎ^-型Ｉｎ_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ_1-y（０≦ｘ≦0.25、０
≦ｙ≦0.55）ウィンドウ層29からなり、ｐ⁺型拡散層41
が設けられ、ｐｎ接合42が形成されている。また基板26
の裏面側にはｎ電極43が形成されている。

【００４４】受光素子２の構成はこの例に限らず、他の
材料からなるフォトダイオードでもよく、またｎ型とｐ
型は逆でもよく、さらにはフォトトランジスタなどでも
よい。本発明の受光素子はその表面に反射防止膜23が設
けられ、その表面にさらに網目状の開口部（パターン）
25が設けられた反射膜22が設けられていることにある。
反射膜22は、反射防止膜23上に蒸着やスパッタリングな
どにより設けられ、パターニングにより開口部25が設け
られてもよいし、網目状のパターンが設けられた反射膜
22を反射防止膜23の表面に重ねる形状で設けられてもよ
い。また、反射膜が点状に設けられる構造でもよい。反
射膜22としては、反射率の高いＡｕ（98％）やＡｌ（92
％）などの金属が好ましく、反射防止膜23は殆ど反射が
生じないように１／４波長の厚さの誘導体膜や屈折率の
異なる２層の誘電体の積層体などからなることが望まし
い。すなわち、反射防止膜を完全な反射膜とすることに
より、斜め入射に対しても偏光の影響を殆ど防止できる
ものである。

【００４５】絶縁膜11の光学的厚さｎｄ＝327.5 ｎｍ
（ｎは屈折率、ｄは機械的厚さ）にすると、この光学的
厚さは1310ｎｍの波長のレーザ光線に対して１／４波長
に相当する。したがって、入射角30゜に対するフォトダ
イオード表面での反射率および透過率は波長1310ｎｍの
レーザ光線に対してＳ偏光反射率＝1.6 ％透過率（Ｔｓ）＝9
8.4％Ｐ偏光反射率＝0.2 ％透過率（Ｔｐ）＝9
9.8％となる。

【００４６】無偏光度は２×Ｔｐ／（Ｔｓ＋Ｔｐ）で計
算できるので、この実施例の無偏光度は２×Ｔｐ／（Ｔ
ｓ＋Ｔｐ）＝２×0.998 ／（0.984 ＋0.997 ）＝1.0076
すなわち0.03dBとなる。

【００４７】一方、反射防止膜が設けられていないばあ
いは、上記と同様に入射角30゜に対するフォトダイオー
ド表面での反射率および透過率は波長1310ｎｍのレーザ
光線に対してＳ偏光反射率＝31％透過率（Ｔｓ）＝69％Ｐ偏光反射率＝21％透過率（Ｔｐ）＝79％となる。

【００４８】無偏光度は、２×Ｔｐ／（Ｔｓ＋Ｔｐ）＝
２×0.79／（0.69＋0.79）＝1.07すなわち0.3dB とな
る。したがって、反射防止膜を設けたばあいの受信信号
光の無偏光度は反射防止膜を設けないばあいに対して11
％となり、充分低い値となる。

【００４９】なお、本発明者らが鋭意検討を重ねた結
果、光の入射方向に対し斜めに傾いたフォトダイオード
では、入射光は反射防止膜中を斜めに進み、さらに透明
なウィンドウ層29の影響もあり、反射防止膜の光学的厚
さはレーザ光線の波長λの１／４ではなく、その波長λ
の１／４の厚さの５〜10％増程度の厚さが最も偏光度が
小さくなることを見出した。

【００５０】すなわち、１／４波長の厚さの反射防止膜
を設けたときの反射率は1.4 ％であるのに対し、1.04倍
の厚さにしたときの反射率は1.1 ％、1.08倍の厚さにし
たときの反射率は1.0 ％、1.12倍の厚さにしたときの反
射率は1.3 ％で８％増の厚さで設けたときが一番反射率
が低くなり、その前後の５〜10％程度厚くする方が好ま
しいことを見出した。

【００５１】一方、受光素子２の受光面21の表面に網目
状の開口部25を有する反射膜22は網目状開口部の有孔率
を変化させることによって、受光素子２の表面の反射率
をあらかじめ任意に設定することができる。金属膜22と
してたとえばＡｕを用い、有孔率が50％の網目状パター
ンの反射率Ｒは、60゜の入射角に対するレーザビームの
Ａｕによる反射率が98％、反射防止膜付きの受光素子２
の表面でのＳ偏光に対する反射率が12％なので、反射率
ＲはＲ＝（98＋12）／２＝55％となり、充分高い反射率
となる。

【００５２】図５に受光素子２の他の実施例の説明図を
示す。本実施例では受信信号光の受光部44と送信信号光
の強さをモニタするモニタ受光部45とを同一基板上では
あるが別々に形成することにより、受信信号光とモニタ
光の受光を兼用すると共に、送信信号光の光の強さと受
信信号光の強さの差に基づく受光感度の違いをキャンセ
ルできるようにしたものである。

【００５３】受信信号光の受光部44の表面はカップリン
グレンズ３の開口絞り内にあるため、発光素子１からの
発光ビームを反射させてカップリングレンズ３と結合さ
せる必要があり、前述のようにＳｉＮｘなどからなる反
射防止膜46と開口部が設けられたＡｕやＡｌなどからな
る反射膜47が設けられ、送信信号光の半分程度はカップ
リングレンズ３の方向に反射されると共に、受信信号光
については偏光依存性がなくなるように構成されてい
る。一方モニタ用受光部45は発光素子１からの発光ビー
ムの反射光が、カップリングレンズ３の開口絞りの外側
になる部分に設けられているため、とくに反射膜が設け
られる必要はなく、また受信信号光も入射しないため、
偏光に関係がなく無反射防止膜も必要ではないが、図５
には無反射防止膜46が設けられた例が示されている。ま
た各々のｐ側電極48、49は別々に形成されている。

【００５４】このような構成にすることにより、発光素
子１からの送信信号光のパワーはｍＷ台と強いのに対
し、光伝送路から受信する受信信号光はμＷ台と非常に
弱い光量で1000倍程度の差があるが、別々に設けられる
増幅器の増幅率を変えることにより、モニタ光と受信信
号光を同様に信号処理することができる。

【００５５】さらに図５に示した反射膜47の開口部は図
３に示したような規則的には形成されていないで、その
間隔を不規則に形成された例を示している。開口部を不
規則に形成することにより、回折作用の影響をなくして
光伝送路へのカップリング効率の向上を図ったものであ
る。

【００５６】すなわち、開口部のパターンが周期的に形
成されていると回折作用が働き、送信信号光の光伝送路
でのスポットが多くの点に分裂する。たとえば20μｍの
幅の縞がピッチ40μｍで設けられたパターンのばあいに
は図６（ａ）に示すように、光伝送路でのスポットが39
μｍづつ離れた３個のスポットに分裂し、ファイバなど
の光伝送路にカップリングするのはこの３個のスポット
のうち、真中のスポットのみとなる。その結果、レンズ
入射光を100 ％としたばあい、光伝送路へカップリング
する効率は24％に下がる。また、縞の幅を細くしたばあ
いは３個のスポットの間隔が広がり中心のスポット光が
強くなるが、それでも光伝送路へのカップリング効率は
30％である。なお、図６において80％、50％、‥‥‥は
ピークの光の強度を100 としたときの光強度を示す。

【００５７】一方図５に示したような反射膜47に不規則
な開口部のパターンを施したものはたとえば、反射膜の
開口部の口径が３μｍで5000個（0.24mm×0.3mm の受光
面）のパターンの例を図６（ｂ）に示すように、スポッ
トの分裂を防ぐことができ、単一で強度が大きいスポッ
トがえられる。不規則なパターンを施すには、開口部の
径を変えることもできるが、たとえば開口部の径を一定
にし、開口部の位置をランダムに決めることによりえら
れる。開口部の位置をランダムに決めるには、たとえば
コンピュータを使用し、開口部の位置を乱数で求めるソ
フトを使用することにより簡単に決められる。

【００５８】この方法で0.24mm×0.3mm の受光面に直径
21.4μｍの開口部を100 個設けたばあい、光伝送路への
カップリング効率は35％、フォトダイオードへの透過率
は50％になった。また、開口部の直径13μｍで270 個の
開口部を設けたばあいは光伝送路へのカップリング効率
は40％、フォトダイオードへの透過率は50％になった。
開口部の直径３μｍで5000個の開口部をランダムに設け
たばあいはカップリング効率が50％まで向上し、フォト
ダイオードへの透過率は50％になった。開口部の直径が
0.7μｍで94000 個のばあいはカップリング効率が52％
になり、完全に平坦な面からのカップリング効率55％に
近づいた。しかし、フォトダイオードへの透過率が30％
になった。この結果を図７に示す。なお、図７で一点鎖
線はフォトダイオードへの透過率を示す。

【００５９】すなわち、開口部の直径を小さくし、開口
部の個数を増やす程カップリング効率が向上する。しか
し、開口部の直径を受信信号光の波長以下に小さくする
と、フォトダイオードへの透過率が減少する。ファイバ
カップリング効率は45％以上あることが好ましく、孔径
は約７μｍ以下、すなわち受信信号光の波長の５倍以下
であることが好ましく、一方フォトダイオードへの透過
率は30％以上であることが好ましく、孔径は0.75μｍ以
上、すなわち受信信号光の波長の１／２以上であること
が好ましい。したがって開口部の直径は受信信号光の波
長の１／２〜５倍であることが好ましい。また、この開
口部は円形状の反射膜が設けられた間隙部を利用したも
のでもよく、反射と透過の割合は50％程度にすることが
好ましく、このばあいも同じ理由から反射膜の直径が受
信信号光の波長の１／２〜５倍であることが好ましい。
なお開口部を孔でなく、縞状にしたときの縞の幅を変え
てカップリング効率を調べた結果を図７に同様に破線で
示した。

【００６０】つぎに、受信信号光の偏光依存性をなくす
る他の実施例について説明する。図８はその説明図で、
１は発光素子、２は受光素子、３はカップリングレン
ズ、５は受発光素子１、２の前面に配置されるカバーガ
ラスである。本実施例ではカバーガラス５を受信信号光
に対して斜めになるように配置し、受光素子２への斜め
入射に伴う偏光依存性をカバーガラス５に斜め入射させ
ることによる偏光依存性により相殺するようにしたもの
である。すなわち、図８に示すように、受光素子２の表
面がｘｙ平面でｙ軸に対して30゜傾いているばあい、カ
バーガラス５をｘｙ表面でｘ軸に対して30゜傾けること
により偏光依存性が相殺される。傾ける方向は受光素子
２のｙ軸に対する傾きに対して、カバーガラス５をｘ軸
に対して傾けることによりｘ方向の偏光に対してはカバ
ーガラスに対しＰ偏光であり、透過率が高く、受光素子
に対してはＳ偏光であり、透過率が低い。他方ｙ方向の
偏光に対してはカバーガラスに対しＳ偏光であり透過率
が低く、受光素子に対してはＰ偏光であり透過率が高
い。このような理由で偏光依存性が相殺される。

【００６１】さらにカバーガラス５を傾けることにより
発光素子１として半導体レーザを用いたばあいに生じや
すい非点隔差に伴う非点収差を補正することができる。
前述のように半導体レーザから発せられるビームは直線
偏光のみであるため、受光素子２の表面に斜めに入射し
ても反射率は一定である。半導体レーザーに非点隔差が
生じていれば収束スポットに非点収差が生じるように進
行する。この送信信号光がカバーガラス５に対して斜め
に入射する。

【００６２】たとえば、カバーガラス５をレーザ光線の
直線偏光方向に対し垂直な方向を軸として傾けることに
より、発散光のレーザビームは斜めのカバーガラス５を
透過する際にｘ方向およびｙ方向に非対称に屈折する。
その結果、ｘ軸断面内の光線はｙ軸断面内の光線よりも
前方で発光したかのように進む。しかし、非点隔差が生
じている半導体レーザチップから発するレーザ光線は、
ｙ軸断面内の光線がｘ軸断面内の光線よりも前方で発光
しているような非点収差をもっている。これにより、カ
バーガラス５を傾けることにより半導体レーザチップに
生じる非点隔差が補正されることになる。

【００６３】さらに詳述すると、カバーガラスの屈折率
をｎ₂、カバーガラスの厚さをｄ₂、カバーガラスの傾
きをδとすると、補正できる非点隔差はΔｚは Δｚ＝−ｄ₂×［（ｎ₂ ²−１）ｓｉｎ²δ］ ÷（ｎ₂ ²−ｓｉｎ²δ）^3/2 (1) で表わされる。たとえば、カバーガラスの屈折率ｎ₂＝
1.5 、カバーガラスの厚さｄ₂＝0.2mm 、カバーガラス
の傾きδ＝30゜としてこの値を式(1) に代入すると、補
正できるΔｚはΔｚ＝22μｍとなる。

【００６４】したがって、カバーガラスの屈折率ｎ₂、
カバーガラスの厚さｄ₂、カバーガラスの傾きδを半導
体レーザダイオードの非点隔差に応じて変化させること
によって、その有する非点隔差を補正することができ
る。なお、カバーガラスの表面の反射率を高め偏光依存
性を高めるためには前述のように、カバーガラス５の片
面に高屈折率材料をコーティングすることにより調整で
き、高屈折率材料としてはたとえば、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂
Ｏ₅、ＺｒＯ₂（ｎ＝1.9 〜2.2 ）などを使用すること
ができる。このばあい多重反射を防ぐため、カバーガラ
スの反対面は反射防止膜がコーティングされることが望
ましい。

【００６５】半導体レーザの非点隔差を補正するには、
前述のようにカバーガラスをレーザー光線の直線偏光方
向に対し、垂直な方向を軸として傾くようにすればよ
く、この条件を満たすと共に、前述の受信信号光の偏光
依存性を補正するように傾けることができる。たとえば
図８に示すように、受光素子２がｘｙ平面のｙ軸に対し
て30゜傾けられ、カバーガラス５がｘｙ平面のｘ軸に対
し30゜傾けられることにより、送信信号光の非点収差を
生じさせなくすると共に、受信信号光の偏光依存性をも
防止することができる。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、発光素子からの発光ビ
ームの光路に発光ビームを反射させるように受信信号光
を受信する受光素子を配設しているため、ハーフミラー
などの分光装置を設ける必要がなく部品点数が減り、安
価な受発信モジュールがえられる。しかも受光素子の表
面側で反射させているため、発光素子部とカップリング
レンズとの距離も短くすることができ、小型の受発信モ
ジュールがえられる。

【００６７】また受信信号光用の受光部と発光出力モニ
タ用の受光部とを兼用することができ、素子の簡素化を
図れる。このばあい、受信用受光部とモニタ用受光部と
を同一基板上に別々に形成することにより、送信信号光
と受信信号光のパワーに差があっても、増幅器などで調
整できる。

【００６８】また受光素子の反射面の角度を調整し、反
射後の発光ビームの中心軸とカップリングレンズの光軸
とをｓｉｎ^-1ＮＡ以上ずらせることにより受信信号光が
反射して再度光伝送路に戻るのを防止することができ
る。

【００６９】また受光素子の表面に反射防止膜を設け、
その上に網目状に開口部が設けられた反射膜を設けるこ
とにより、またはカバーガラスの傾斜角を適当に設定す
ることにより、受信信号光が受光素子に斜めに入射して
も偏光依存性が生じなく、受光素子を受信信号光に対し
て斜めに配置しても偏光角の回転により受信信号光の変
動ノイズを防げ、正確に受信することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光通信用受発信モジュールの一実施例
の概略説明図である。

【図２】本発明の光通信用受発信モジュールの一実施例
の受信信号光の反射の様子を説明する図である。

【図３】本発明の光通信用受発信モジュールの一実施例
に用いる受光素子の平面説明図である。

【図４】図３に示す受光素子の断面説明図である。

【図５】本発明の光通信用受発信モジュールの他の実施
例で受光素子部を変えた説明図である。

【図６】反射膜のパターンによる回析作用により生じる
スポットの説明図である。

【図７】反射膜に設けられた開口部の大きさと光伝送路
へのカップリングの関係を示す図である。

【図８】本発明の光通信用受発信モジュールの他の実施
例の説明図である。

【図９】従来の光通信用受発信モジュールの概略説明図
である。

【図１０】従来の光通信用受発信モジュールの発光素子
部の一例の説明図である。

【符号の説明】

１発光素子２受光素子３カップリングレンズＡ、Ｃ発光ビームの中心軸Ｂカップリングレンズの光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木直史京都市右京区西院溝崎町21番地ローム株式会社内 (72)発明者岡田賢治東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平７−168038（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/42 H01S 3/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信信号光を発生させる発光素子と、該
発光素子からの送信信号光を光伝送路に結合させるカッ
プリングレンズと、前記光伝送路からの受信信号光を受
信する受光素子とからなる光通信用受発信モジュールで
あって、前記受光素子の表面で前記発光素子からの送信信号光を
反射させて前記カップリングレンズを経て光伝送路に結
合せしめると共に該受光素子により光伝送路からの受信
信号光が受信せしめられてなる光通信用受発信モジュー
ル。
【請求項２】前記受光素子は、前記発光素子の発光量
をモニタするモニタ用受光素子の機能が兼用されてなる
請求項１記載の光通信用受発信モジュール。
【請求項３】前記受光素子は、前記発光素子の発光量
をモニタするモニタ用受光部と、前記光伝送路からの受
信信号光を受光する受光部とが同一受光面に兼用して形
成されてなる請求項２記載の光通信用受発信モジュー
ル。
【請求項４】前記受光素子は同一基板上に前記発光素
子の発光量をモニタするモニタ用受光部と前記光伝送路
からの受信信号光を受光する受光部とが隣接して別々に
設けられてなる請求項２記載の光通信用受発信モジュー
ル。
【請求項５】前記発光素子の発光ビームの前記受光素
子による反射後のビームの中心軸と前記カップリングレ
ンズの光軸とが、該カップリングレンズの開口数をＮＡ
としてｓｉｎ^-1ＮＡ以上ずれるように前記受光素子の表
面が傾斜されてなる請求項１記載の光通信用受発信モジ
ュール。
【請求項６】前記受光素子の少なくとも受信信号光の
受光部表面に網目状の孔が設けられた反射膜または複数
の点状の反射膜が設けられてなる請求項１記載の光通信
用受発信モジュール。
【請求項７】前記受光素子の少なくとも受信信号光の
受光部表面に反射防止膜が設けられ、該反射防止膜上に
前記網目状の孔が設けられた反射膜または複数の点状の
反射膜が設けられてなる請求項１、３、４または６記載
の光通信用受発信モジュール。
【請求項８】前記受光素子の少なくとも受信信号光の
受光部表面に設けられた前記網目状の孔は受信信号光の
波長の１／２から５倍の範囲の孔径を有してなる請求項
６または７記載の光通信用受発信モジュール。
【請求項９】前記受光素子の少なくとも受信信号光の
受光部表面に設けられた前記点状の反射膜は受信信号光
の波長の１／２から５倍の範囲の直径を有してなる請求
項６または７記載の受発信モジュール。
【請求項１０】前記網目状の孔が設けられた反射膜の
孔または前記複数の点状の反射膜が不規則に設けられて
なる請求項６または７記載の光通信用受発信モジュー
ル。
【請求項１１】前記反射防止膜が送受信信号光の波長
λに対してλ／４より５〜10％厚く形成されてなる請求
項７記載の光通信用受発信モジュール。
【請求項１２】前記受光素子の表面と光伝送路とのあ
いだにカバーガラスが設けられ、該カバーガラスの透過
による受信信号光の偏光依存性と前記受光素子表面での
透過による受信信号光の偏光依存性が打ち消されるよう
に前記カバーガラスが傾けられてなる請求項１記載の光
通信用受発信モジュール。
【請求項１３】前記発光素子と光伝送路とのあいだに
前記発光素子の非点隔差を打ち消すようにカバーガラス
が傾けて設けられてなる請求項１記載の光通信用受発信
モジュール。
【請求項１４】前記受光素子の表面と光伝送路とのあ
いだにカバーガラスが設けられ、該カバーガラスの透過
による受信信号光の偏光依存性と前記受光素子表面での
反射による受信信号光の偏光依存性とが打ち消され、か
つ、前記発光素子の非点隔差と前記カバーガラスの屈折
による発信信号光の偏光とが打ち消されるように前記カ
バーガラスが傾けられてなる請求項１記載の光通信用受
発信モジュール。
【請求項１５】前記カバーガラスの一方の表面に送受
信信号光の波長λに対して高屈折率の材料（送受信信号
光の波長λにおける屈折率ｎ）が該波長λの１／（４
ｎ）の厚さだけコーティングされ、他方の表面に反射防
止膜がコーティングされてなる請求項１２、１３または
１４記載の光通信用受発信モジュール。