JP2931905B2

JP2931905B2 - 双方向受発光モジュール

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Publication number: JP2931905B2
Application number: JP28636789A
Authority: JP
Inventors: 通孝奥田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH03145606A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、１本の光ファイバーを共有して送受信を行
なう波長多重光通信システムに使用する双方向受発光モ
ジュールに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、１本の光ファイバーを共有して光の波長多重伝
送を行なう場合は、該光ファイバーの両端に、分波器と
受発光モジュールを具備する受発光システムを取り付
け、該両側の受発光システムにそれぞれ取り付けてある
発光モジュールと受光モジュールの間で受発光するよう
に構成されていた。

第６図はこの種の従来の双方向受発光システムを用い
て２波長多重通信を行なう例を示した図である。

同図に示すように２つの双方向受発光システム600a,b
は、光ファイバー607の両端に取り付けられる。

この２つの双方向受発光システム600a,bはそれぞれ、
発光モジュール601a,bと受光モジュール603a,bを光コネ
クタ609a,bと光ファイバー611a,bを用いて合分波器605
a,bに接続して構成されている。

ここで発光モジュール601a,bはレーザダイオードや発
光ダイオード等で構成され、左側の発光モジュール601a
は波長λ_１の光を発射し、右側の発光モジュール601bは
波長λ_２の光を発射する。

また受光モジュール603a,bはそれぞれSi−PIN,Si−AP
D等で構成されている。

また両合分波器605a,bは波長λ_１の光を透過し波長λ
_２の光を反射するように構成されている。

そして発光モジュール601aから発射された波長λ_１の
光は、光ファイバー611aと合分波器605aと光ファイバー
607内を伝送した後に合分波器605bを透過し、光ファイ
バー611b内を伝送して受光モジュール603bに受光され
る。

一方発光モジュール601bから発射された波長λ_２の光
は、光ファイバー611bを通過した後、合分波器605bで反
射され、光ファイバー607内を伝送した後に合分波器605
aで反射され、光ファイバー611a内を伝送して受光モジ
ュール603aに受光される。

このようにして双方向波長多重通信が行なわれるので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記のような双方向受発光システム600
a,bにあっては、各モジュール間を光コネクタ609a,bと
光ファイバー611a,bで接続する必要があるが、この光コ
ネクタ609a,b等は入出力光の損失を大きくするばかり
か、双方向受発光システム600a,bの小型化を阻害すると
いう問題点があった。

なお上記従来例は２波長多重通信を行なう例を示して
いるが、さらに多波長多重通信を行なう場合は、増加し
たモジュールを接続する光コネクタ等がさらに必要とな
るため、さらに双方向受発光システム600a,bが大型化す
るばかりか、入出力光の損失も大きくなり、その弊害は
増大する。

さらに現状において上記各モジュールの価格は高価で
ある為、これら各モジュールを多数個使用すると装置全
体が非常に高価なものとなってしまう。

更に数百Mbit/secという高速伝送の際、発光モジュー
ルにレーザダイオードを使用すると戻り光による共振防
止の為、アイソレータが必要となる。従ってそれを取り
付けた場合、システムは更に大型化し高価なものとな
る。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、小型
一体化が図れその組立て調整が容易で低価格化が図れ
る、双方向受発光システムをモジュール化した、双方向
受発光モジュールを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明は双方向受発光モジ
ュールを、発光素子と該発光素子から発射された出射光
を平行光とする結合レンズと該発光素子と結合レンズと
の間に設置され外部から入射する入射光の一部を回折す
る回折格子と該回折格子によって回折された入射光を受
光しその波長領域ごとに検出する複数の検出素子を備え
た光検出器とを内蔵する受発光モジュールと、所定の光
を透過し他の所定の光を反射するビームスプリッタモジ
ュールと、平行光を光ファイバーに集光する結合レンズ
を具備するレセプタクルモジュールとを少なくとも１つ
ずつ具備し、前記各モジュールをそれぞれ直接接続して
一体化して構成した。

また本発明にあっては、上記構造の受発光モジュール
とレセプタクルモジュールを１つずつ備へ、これらを直
接接続して一体化して構成してもよい。

〔作用〕

上記の如く双方向受発光モジュールを構成する各モジ
ュールをそれぞれ直接接続して一体化したので、各モジ
ュール間を接続するコネクタや光ファイバーは不要とな
り、装置の小型化が図れるばかりかコストダウンも図
れ、また各モジュール間の光の損失も少なくなる。

また受発光モジュールから外部に発射される光は平行
光であり、レセプタクルモジュールに入射される光も平
行光である。従ってこれら各モジュールをビームスプリ
ッタモジュールに直接取り付ける際の調整は、各モジュ
ール間の光軸合わせの調整だけでよく、その組立てが容
易となる。

また回折格子を取り付けることにより、発光部と受光
部を一体化した受発光モジュールが構成できるので、装
置の小型化が図れる。

また受発光モジュールに、発光素子と結合レンズとの
間に設置され外部から入射する入射光の一部を回折する
回折格子と該回折格子によって回折された入射光を受光
しその波長領域ごとに検出する複数の検出素子を備えた
光検出器とを内蔵させたので、簡単な構造であるにもか
かわらず、多波長の光信号を容易に送信・受信すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明にかかる双方向受発光モジュール1,3
を示す側断面図である。

同図に示すようにこの実施例にあっては、光ファイバ
ー50の一端に双方向受発光モジュール１を取り付け、光
ファイバー50の他端に双方向受発光モジュール３を取り
付けている。

ここで双方向受発光モジュール１は、２つの受発光モ
ジュール11,13とレセプタクルモジュール17を、ビーム
スプリッタモジュール15に直接接続して構成されてい
る。

一方双方向受発光モジュール３は、受発光モジュール
31とレセプタクルモジュール37を、ビームスプリッタモ
ジュール35に直接接続して構成されている。

以下各モジュールについて詳細に説明する。

第２図は受発光モジュール11の拡大側断面図である。

同図に示すようにこの受発光モジュール11は、発光素
子113と、該発光素子113から発射された出射光を平行光
とする結合レンズ115と、該発光素子113と結合レンズ11
5の間に設置され外部から入射する入射光の一部を回折
する回折格子117と、該回折格子117によって回折された
入射光を受光する光検出器119とをケース111内に内蔵せ
しめて構成されている。

ここで発光素子113は、レーザダイオードによって構
成され、波長λ_１のレーザ光を発射する。尚この発光素
子113は発光ダイオードによって構成してもよい。この
発光素子113はヒートシンクを兼ねた支持台121の側面に
固定され、該支持台121は基板123上に固定されている。

結合レンズ115は例えば球レンズによって構成され、
前記発光素子113から発射されたレーザ光を平行光とす
る位置に設置される。なお本実施例においては結合レン
ズ115に球レンズを使用しているが、この結合レンズ115
は例えばグレーテッドインデックスレンズ等の他のレン
ズであってもよい。

回折格子117はこの実施例にあってはホログラフィッ
ク素子によって構成されている。

第３図はこの回折格子117を示す平面図である。

この回折格子117には干渉縞が形成されているが、こ
の干渉縞を例えば２光束球面波による干渉縞で構成した
場合は、その干渉縞は次式によって表わされる。

ここで（x_o,y_o,z_o），（x_r,y_r,z_r）は記録光源位置、
λ_０は記録光源の波長である。

またこのとき、再生時にホログラムに入射する入射光
の＋１次回折光の回折角度θ_Ｒは、次式で表わされる。

θ_Ｒ＝sin^-1（μsinθ_ｒ），μ＝λ_C/λ_Ｏ……（２）但し、θ_ｒは原点を中心にした２つの記録光源のなす
角度、λ_Ｃは再生波長である。

従って式（２）より、再生時にこの回折格子117に入
射する入射光の波長λ_Ｃが変化すれば、その＋１次回折
光の回折角度θ_Ｒは変化することとなる。

この干渉縞の構成方法としては、基板上にレジスト等
により断面形状をレリーフ状に形成するか、屈折率の変
化により形成するボリューム型のどちらでも構成可能で
ある。要は回折現象を生ずるものであれば、いかなる手
段を用いてもよいのである。

次に光検出器119は受発光モジュール11の外部から入
射してきた入射光の一部が前記回折格子117によって＋
１次方向に回折された位置に配置されている。

ここで第４図はこの光検出器119の平面図である。

同図に示すように、この光検出器119上には、３つの
光検出素子119a,b,cが取り付けられている。

ここで光検出素子119aは、この受発光モジュール11へ
の入射光の波長がλ_１のときにその入射光の＋１次回折
光が受光する位置に配置されている。

これと同様に、光検出素子119bは波長λ_３の入射光の
＋１次回折光、光検出素子119cは波長λ_２の入射光の＋
１次回折光が受光する位置にそれぞれ配置されている。

なお第２図に示す125はモニター用の光検出器であ
る。

次に第１図に示す受発光モジュール13も上述の受発光
モジュール11と同様の構成を有している。

但しこの受発光モジュール13に取り付けられた発光素
子133は、波長λ_２のレーザ光を発射するように構成さ
れている。

次にビームスプリッタモジュール15は、第１図に示す
ように、ケース151内に偏光ビームスプリッタ（P.B.
S.）153と２つのファラデー回転子155,157を取り付けて
構成されている。

ここでケース151は、その内部に穴が形成され、該穴
は３方向（同図にあっては左右下方向）に開口してい
る。

また偏光ビームスプリッタ153はこのケース151の略中
央部に配置されている。

またファラデー回転子155,157は、それぞれケース151
の受発光モジュール11,13を取り付ける側の開口部に取
り付けられている。なおこのファラデー回転子155,157
は、それぞれリング状の磁石155b.157bの内部にガーネ
ット基板等からなる磁器光学結晶155a,157bを取り付け
て構成されている。

次にレセプタクルモジュール17はケース171とストッ
パー173と結合レンズ175によって構成されている。

ここでこのケース171の中央部には、光ファイバーを
その中心軸上に保持したフェルール（図示せず）を挿入
する挿入穴177が形成されている。

またストッパー173は円筒状に形成され、結合レンズ1
75は球レンズで構成されている。

そしてこのストッパー173と結合レンズ175は挿入穴17
7内に挿入され、固定されている。

ここで、フェルールは前記ストッパー173の右側面に
当接する位置まで挿入されて取り付けられるが、前記結
合レンズ175は左方向から入射してくる平行光をこのフ
ェルールの中心軸上に保持した光ファイバーの端面に集
光させる位置に配置される。

次にこの双方向受発光モジュール１を組み立てるに
は、ビームスプリッタモジュール15のファラデー回転子
155を取り付けた側の面に受発光モジュール11の結合レ
ンズ115を取り付けた側の面を直接固定し、またビーム
スプリッタモジュール15のファラデー回転子157を取り
付けた側の面に受発光モジュール13の結合レンズ135を
取り付けた側の面を直接固定し、さらにビームスプリッ
タモジュール15の右側の面にレセプタクルモジュール17
の結合レンズ175を取り付けた側の面を直接固定する。
なおこれら各モジュール間を固定するためには、レーザ
ー溶接を用いたり、圧入，スクリュー等による固定治具
を用いたりする。

次に双方向受発光モジュール３を構成する受発光モジ
ュール31は、前記受発光モジュール11と同様に構成され
ている。但し、発光素子313は波長λ_３のレーザ光を発
射するように構成されている。

またビームスプリッタモジュール35は、前記ビームス
プリッタモジュール15と同様に、ケース351内に偏光ビ
ームスプリッタ353とファラデー回転子355を挿入して構
成されている。但しこの実施例においては、このケース
351の下方の開口部分にはファラデー回転子は取り付け
られておらず、蓋359が取り付けられている。

またレセプタクルモジュール37は上記レセプタクルモ
ジュール17と同様に構成されており、ケース371内に形
成した挿入穴377中にストッパー373と結合レンズ375を
挿入して構成されている。

次にこの双方向受発光モジュール３を組み立てるに
は、ビームスプリッタモジュール35のファラデー回転子
355を取り付けた側の面に受発光モジュール31の結合レ
ンズ315を取り付けた側の面を直接固定し、またビーム
スプリッタモジュール35の右側の面にレセプタクルモジ
ュール37の結合レンズ375を取り付けた側の面を直接固
定する。

そして光ファイバー50の両端を、それぞれレセプタク
ルモジュール17の挿入穴177とレセプタクルモジュール3
7の挿入穴377に挿入して固定する。

次にこの双方向受発光モジュール1,3間の光の送受波
について説明する。

まず第２図に示すように、受発光モジュール11の発光
素子113から発射された波長λ_１の光は、回折格子117を
その零次光成分が通過して結合レンズ115によって平行
光となる。

この平行光は、第１図に示すようにビームスプリッタ
モジュール15内に入射されて、ファラデー回転子155で
その偏光面を45゜回転されてから偏光ビームスプリッタ
153に入射する。

この入射した平行光は、その偏光成分がこの偏光ビー
ムスプリッタ153を完全に透過し、結合レンズ175によっ
て光ファイバー50内に集光される。

なお上記ファラデー回転子155と偏光ビームスプリッ
タ153によって光アイソレータが構成される。即ち、発
光素子113から発射された光の内、光ファイバー50の端
面等で反射された戻り光は、該ファラデー回転子155と
偏光ビームスプリッタ153によってその偏波面が90゜回
転された状態で発光素子113側に戻ってくるので、発光
素子113の発振光の偏波方向とは直交する。従ってこの
戻り光は発振光とは共振せず、干渉ノイズは発生しない
のである。

次に光ファイバー50内に集光された光は、光ファイバ
ー50内を伝送して双方向受発光モジュール３に至る。

双方向受発光モジュール３に至った波長λ_１の光は、
結合レンズ375によって平行光とされて偏光ビームスプ
リッタ353に入射される。そしてこの入射光は偏光ビー
ムスプリッタ353によって例えばそのＰ波成分が透過
し、ファラデー回転子355を透過した後に、結合レンズ3
15によって収束光とされる。

そしてこの光は回折格子317によってその一部が＋１
次方向に回折される。

この＋１次回折光は、光検出器319上に設けた３つの
光検出素子の内の１つ（第４図の光検出素子119aに相当
するもの）に受光され、その光の有する情報が検出され
る。

一方受発光モジュール13の発光素子133から発射され
た波長λ_２の光は、回折格子137をその零次光成分が通
過して結合レンズ135によって平行光となる。

この平行光はビームスプリッタモジュール15内に入射
されて、ファラデー回転子157でその偏光面を45゜回転
されてから偏光ビームスプリッタ153に入射する。

この入射した平行光は、その偏光成分がこの偏光ビー
ムスプリッタ153で右方向に完全に反射されるように設
定してあり、反射後、結合レンズ175によって光ファイ
バー50内に集光される。

なお上記ファラデー回転子157と偏光ビームスプリッ
タ153によって光アイソレータが構成されている。

次にこの光は光ファイバー50内を伝送して双方向受発
光モジュール３に至る。

次に双方向受発光モジュール３に至った波長λ_２の光
は、レセプタクルモジュール37内の結合レンズ375によ
って平行光とされて偏光ビームスプリッタ353に入射さ
れる。そしてこの入射光は偏光ビームスプリッタ353に
よって例えばそのＰ波成分が透過し、ファラデー回転子
355を透過した後に、結合レンズ315によって収束光とさ
れる。

この＋１次回折光は、光検出器319上に設けた３つの
光検出素子の内の１つ（第４図の光検出素子119cに相当
するもの）に受光され、その光の有する情報が検出され
る。

又、一部、即ち零次光成分はそのまま透過して発光素
子313に入射するが、λ₁,λ_２共に発光素子313の波長ス
ペクトルと充分に離れている為、発光素子313において
共振による干渉ノイズは発生しない。

一方同様に、発光素子313から発射された波長λ_３の
光は、回折格子317と結合レンズ315とファラデー回転子
355と偏光ビームスプリッタ353を通過した後に、結合レ
ンズ375によって光ファイバー50内に集光され、双方向
受発光モジュール１のレセプタクルモジュール17に導入
される。

そしてこの波長λ_３の光は、結合レンズ175で平行光
とされた後に、例えばそのＰ波成分が偏光ビームスプリ
ッタ153とファラデー回転子155を透過し、結合レンズ11
5によって収束光とされる。

そして第２図に示すように、この光は回折格子117に
よってその一部が＋１次方向に回折される。

この＋１次回折光は、光検出器119上に設けた３つの
光検出素子の内の１つ（第４図の光検出素子119b）に受
光され、その光の有する情報が検出されるのである。

以上のようにして、光の双方向多重通信が行なわれ
る。

ところで、受発光モジュール11から外部に発射される
光と受発光モジュール13から外部に発射される光は平行
光であり、レセプタクルモジュール17に入射される光も
平行光である。従ってこれら各モジュールをビームスプ
リッタモジュール15に直接取り付ける際の調整は、各モ
ジュール間の光軸合わせの調整だけでよく、その組立て
は容易である。これは双方向受発光モジュール３におい
ても同様である。

また上記双方向受発光モジュール1,3においては、回
折格子を受発光モジュールに取り付けたので、発光部と
受光部を容易に一体化することができた。

第５図は本発明にかかる双方向受発光モジュールの他
の実施例を示す図である。

この実施例にあっては、双方向受発光モジュール７と
双方向受発光モジュール９を光ファイバー50で接続して
構成されている。

この実施例は、上記第１図に示す実施例と相違し、光
アイソレータを取り付けない構造のものを示している。
以下各構成部品を説明する。

受発光モジュール71は上記第１図に示す受発光モジュ
ール11と同様に構成され、その発光素子713からは波長
λ_１の光が発射される。

受発光モジュール73は上記第１図に示す受発光モジュ
ール13と同様に構成され、その発光素子733からは波長
λ_２の光が発射される。

ビームスプリッタモジュール75は、３方向に開口を有
するケース751内に、波長λ_１とλ_３の光は透過する
が、波長λ_２の光は反射する波長選択機能を有するビー
ムスプリッタ753を取り付けて構成されている。

レセプタクルモジュール77とレセプタクルモジュール
97は上記第１図に示すレセプタクルモジュール17と同様
に構成されている。

受発光モジュール91は上記第１図に示す受発光モジュ
ール31と同様に構成され、その発光素子913からは波長
λ_３の光が発射される。

そして受発光モジュール71の発光素子713から発射さ
れた波長λ_１の光は、結合レンズ715で平行光とされた
後に、ビームスプリッタ753を透過し、結合レンズ773で
光ファイバー50内に導入される。そして光ファイバー50
内を伝送された光は、結合レンズ973によって平行光と
され、結合レンズ915を通過した後に、回折格子917でそ
の一部が＋１次方向に回折される。この＋１次回折光
は、光検出器919上に設けた３つの光検出素子の内の１
つ（第４図の光検出素子119aに相当するもの）に受光さ
れ、その光の有する情報が検出される。

同様に受発光モジュール73の発光素子733から発射さ
れたレーザ光は、ビームスプリッタ753で反射されて、
同様に受発光モジュール91の光検出器919上に設けた３
つの光検出素子の内の１つ（第４図の光検出素子119cに
相当するもの）に受光され、その光の有する情報が検出
される。

一方受発光モジュール91の発光素子913から発射され
たレーザ光は、結合レンズ915と結合レンズ973によって
光ファイバー50内に導入され、レセプタクルモジュール
77の結合レンズ773で平行光とされた後、ビームスプリ
ッタ753を透過して、受発光モジュール71内の光検出器7
19上に設けた３つの光検出素子の内の１つ（第４図の光
検出素子119bに相当するもの）に受光され、その光の有
する情報が検出されるのである。

以上のように、例えば送受信間距離の短い場合、高速
伝送（300MHz以下）を必要としない場合は、光アイソレ
ータを用いない双方向受発光モジュールで光の双方向多
重通信を行なってもよいのである。

なお受発光モジュールとビームスプリッタモジュール
とレセプタクルモジュールの組合わせは種々の変更が可
能であり、例えば、ビームスプリッタモジュールを複数
個直列に接続すれば、さらに多くの受発光モジュールを
これに取り付けることができ、さらに多種類の光の双方
向多重送受信が可能となる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明に係る双方向受発
光モジュールによれば、各モジュールをそれぞれ直接接
続して一体化できるので、従来のように各モジュール間
を接続するコネクタや光ファイバーは不要となり、装置
の小型化が図れるばかりかコストダウンも図れ、また各
モジュール間の光の損失も少ない。

また受発光モジュールから外部に発射される光は平行
光であり、レセプタクルモジュールに入射される光も平
行光である。従ってこれら各モジュールをビームスプリ
ッタモジュールに直接取り付ける際の調整は、各モジュ
ール間の光軸合わせの調整だけでよく、その組立てが容
易である。

また回折格子を取り付けたので、別途合分波器を必要
とせず、更に発光部と受光部を一体化した１つの受発光
モジュールが構成でき、装置の小型化が図れる。

また光アイソレータはビームスプリッタモジュール内
に容易に取り付けることができるので、光アイソレータ
を取り付けても装置が大型化することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる双方向受発光モジュール1,3を
示す側断面図、第２図は受発光モジュール11の拡大側断
面図、第３図は回折格子117を示す平面図、第４図は光
検出器119の平面図、第５図は本発明にかかる双方向受
発光モジュールの他の実施例を示す図、第６図は従来の
双方向受発光モジュールを示す図である。図中、1,3,7,9……双方向受発光モジュール、11,13,31,
71,73,91……受発光モジュール、113,133,313,713,733,
913……発光素子、115,135,175,315,375,715,735,773,9
15,973……結合レンズ、117,137,317,717,917……回折
格子、119,319,719,919……光検出器、15,35,75……ビ
ームスプリッタモジュール、153,353……偏光ビームス
プリッタ、753……ビームスプリッタ、155,157,355……
ファラデー回転子、17,37,77,97……レセプタクルモジ
ュール、50……光ファイバー、である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１本の光ファイバーの端部に取り付けら
れ、所定の波長の光を発射するとともに他の波長の光を
受光する双方向受発光モジュールにおいて、発光素子と該発光素子から発射された出射光を平行光と
する結合レンズと、該発光素子と結合レンズとの間に設
置され外部から入射する入射光の一部を回折する回折格
子と、該回折格子によって回折された入射光を受光しそ
の波長領域ごとに検出する複数の検出素子を備えた光検
出器とを内蔵する受発光モジュールと、所定の光を透過し他の所定の光を反射するビームスプリ
ッタモジュールと、平行光を光ファイバーに集光する結合レンズを具備する
レセプタクルモジュールとを少なくとも１つずつ具備
し、前記各モジュールをそれぞれ直接接続して一体化したこ
とを特徴とする双方向受発光モジュール。
【請求項２】１本の光ファイバーの端部に取り付けら
れ、所定の波長の光を発射するとともに他の波長の光を
受光する双方向受発光モジュールにおいて、発光素子と該発光素子から発射された出射光を平行光と
する結合レンズと、該発光素子と結合レンズとの間に設
置され外部から入射する入射光の一部を回折する回折格
子と、該回折格子によって回折された入射光を受光しそ
の波長領域ごとに検出する複数の検出素子を備えた光検
出器とを内蔵する受発光モジュールと、平行光を光ファイバーに集光する結合レンズを具備する
レセプタクルモジュールとを具備し、前記両モジュールを直接接続して一体化したことを特徴
とする双方向受発光モジュール。