JP3120774B2 - 光送受信モジュール及びその製造方法 - Google Patents
光送受信モジュール及びその製造方法Info
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Description
ムを構成する光送受信モジュールに関し、特に小型化を
図り、かつ低損失で受信特性を改善した光送受信モジュ
ールに関する。
要性が高まり、また家庭にまでこのシステムを導入する
ことが望まれている。双方向通信を可能にさせるデバイ
スとしては光の送信器と受信器が必要になるが、これら
を個別に構成していたのでは光送受信装置が大型化し、
システム普及の妨げになる。さらに送信、受信用光ファ
イバも個別にしていたのでは不経済であり、1本の光フ
ァイバで双方向通信を行うことが望ましい。したがっ
て、1本の光ファイバで光送信器と受信器を集積化した
デバイスが望まれる。さらに波長の異なる光を1本の光
ファイバに多重し、この光を分波し取り出すことによ
り、双方向通信用信号とは別にこの波長の異なる光に映
像信号等の別の機能を持った信号をのせることができ
る。
コスト化を目指す構造として光導波路を用いたものが検
討されている。図8はこの種の光送受信モジュールの一
例の平面図である。この光送受信モジュールでは導波路
基板1上に光導波路2が形成され、この光導波路2によ
り光分岐部3が構成されている。一般にこの光分岐部3
は、低損失かつ構造が単純なY分岐を用いて構成され
る。また、光分岐部3の非分岐側の光導波路には、光フ
ァイバ4が光学結合され、分岐側の2本の光導波路には
それぞれ送信用の半導体光源5a、及び受信用の半導体
光検出器6aが光学結合されている。なお、これら半導
体光源5a、及び半導体光検出器6aには、これらを駆
動するための電気回路5b,6bが近接配置される。そ
して、これらの構成部品を一体的に構成することでモジ
ュール7を構成し、これによりモジュール7の小型化、
低コスト化が可能となる。
受信モジュールでは、Y分岐により分岐側光導波路が形
成されているため、これらの分岐側光導波路に光学結合
される半導体光源5aと半導体光検出器6aは導波路基
板の一側に並んで配置されることになるため、両者が近
接されて配置のためのスペースに制限を受け、その組み
立てが困難となる。特に、これらと共に電気回路5b,
6bも近接されるため、電気的なクロストークの劣化が
生じることになる。この問題を解消するために、半導体
光源5aと半導体光検出器6aとの距離を離すと、分岐
側の導波路の間隔がこれに対応する間隔になるまでの距
離長が長くなるため、全体のサイズが大きくなり、送受
信モジュールに要求される小型化、低コスト化を達成す
ることが難しくなる。また、分岐側光導波路の曲げ半径
を小さくして両者の間隔を大きくすると、デバイスサイ
ズの小型化は可能であるが、曲がり半径が小さくなるほ
ど光の閉じ込めが弱くなるため導波光が光導波路の外に
放射され、導波路損失の増大を招くことになる。
開平6−97561号公報では、分岐側の一方の光導波
路を導波路基板の端面において折り返し、この折り返し
た光導波路を導波路基板の反対側の端面にまで延長し、
光をこの導波路基板の端面において反射させる技術が記
載されている。この技術を図8に示した光送受信モジュ
ールに適用すれば図9のようになる。同図のように、分
岐側の光導波路2の端部を導波路基板1の反対側の端部
にまで延設した折り返し光導波路7を形成し、この折り
返し光導波路の端部に半導体光検出器6aを光結合して
いる。この構成では、送信側の半導体光源5aと受信側
の半導体光検出器6aが導波路基板1の反対側の面に配
置されるために、前記したような半導体光源と半導体光
検出器とが近接されることによる問題を解消することは
可能である。
返し側の光導波路7に半導体光検出器6aを配置した構
成とされているため、半導体光検出器側の導波路の長さ
が長くなり、しかもその途中に導波路基板1の端面での
反射による光導波の損失があるため、結果として光導波
損失が他方の光導波路よりも大きくなり、半導体光検出
器で検出しようとする光信号の強度が劣化されてしまう
ことになる。そして、このような受信側の光信号の強度
はモジュール側では制御できないため、結果として半導
体光検出器に入力される光信号強度が劣化され、受信特
性が劣化されてしまうという問題がある。
ルに比べて、特に受信特性の劣化を改善することが可能
な光送受信モジュールを提供することにある。
ールは、光分岐機能を有する光導波路に設けられる分岐
側の2本の光導波路のうち第1の光導波路は導波路基板
の他方の端部において光受信器に光結合され、第2の光
導波路は前記導波路基板の他方の端部において前記導波
路基板の一方の端部に向けて折り返された折り返し光導
波路として構成され、かつこの折り返し光導波路は前記
導波路基板の一方の端部において光送信器と光結合され
る構成とする。
し光導波路とは導波路基板の他方の端部において近接配
置され、かつこの他方の端部の端面に配置された反射膜
によって光結合された方向性結合器として構成されても
よい。この場合、導波路基板の他方の端部における分岐
側の第2の光導波路から出射される光量と、折り返し光
導波路から出射される光量が等しくなるように方向性結
合器の長さを設定することが好ましい。また、方向性結
合器における分岐側の第2の光導波路と折り返し光導波
路との間隔を4μm以下に設定することが好ましい。
のうち第2の光導波路は導波路基板の他方の端部におい
て折り返された上で半導体光源と結合するために、半導
体光源と半導体光検出器はそれぞれ導波路基板の両端に
位置される。これによって半導体光源と半導体光検出器
の導波路基板への実装は簡単になり、また両者が導波路
基板を挟んで離れているために、これらを駆動する電気
回路も離れた位置に在り、電気的クロストークの劣化を
生じない。また、光導波路が折り返されることにより光
の損失が増加するが、折り返し光導波路に光結合された
半導体光源の光出力を調整することにより折り返しによ
る損失を補償でき、光ファイバへ所望の光出力を得るこ
とができる。
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態の平
面図である。この光送受信モジュールでは、これまでと
同様に導波路基板1上に、その一方の端面から他方の端
面に向けて光導波路2が形成されており、かつこの光導
波路2には低損失かつ構造が単純なY分岐からなる光分
岐部3が構成されている。また、前記光導波路2の一側
には、これと略平行に前記導波路基板1の一方の端面か
ら他方の端面の間に折り返し光導波路7が形成されてい
る。そして、この折り返し光導波路7の他端部は前記光
分岐部3により分岐された2本の分岐側光導波路のうち
の一方の光導波路2bに近接配置されている。
イバ4が光学結合されている。また、分岐側の光導波路
のうち、前記折り返し光導波路7が近接されていない側
の第1の光導波路2aには受信用の半導体光検出器6a
が光学結合されている。さらに、折り返し光導波路7が
近接されている第2の光導波路2bと折り返し光導波路
7の各他端部が終端されている導波路基板1の他方の端
面には反射ミラー8が装着され、反射効率を高めてい
る。そして、前記折り返し光導波路7の反対側の端部に
送信用の半導体光源5aが光学結合されている。なお、
前記半導体光源5aと半導体光検出器6aにはそれぞれ
の電子回路5b,6bが近接配置された上で電気接続が
行われ、その上で、これらの構成部材は一体化されて光
送受信モジュール9として構成される。ここで、前記反
射ミラー8は、例えば、あらかじめAu,Al,Agや
誘電体多層膜等の反射膜が装荷された物体を導波路端面
に貼り合わせた構造とされる。或いは、導波路基板1の
端面に直接前記反射膜を貼り付けてもよい。
ュールでは、送信用の半導体光源5aと受信用の半導体
光検出器6aは導波路基板1の反対側の端部にそれぞれ
配置されるため、それぞれの配置スペースに制限を受け
ることが少なくなり、組立工程が簡単になる。また、こ
れに伴い半導体光源5aと半導体光検出器6aの各電気
回路5b,6bも相互に離間配置されるため、これら電
気回路同士の電気的クロストークを抑圧することができ
る。さらに、分岐側の2本の光導波路2a,2bの間隔
を離す必要がないことから、各光導波路の長さを長くす
る必要がなく、光送受信モジュール9全体のサイズの小
型化が可能となる。また、分岐側光導波路2a,2bの
曲がり半径を小さくする必要もなくなり、光の導波路へ
の閉じ込めが低下されることによる導波光の導波路損失
を抑制することができる。
分岐側の第2の光導波路2bを反射ミラー8で折り返し
光導波路7に光結合し、この折り返し光導波路7に送信
用の半導体光源5aを光結合しているため、この反射ミ
ラー8での反射による損失や、折り返し光導波路7を設
けることによって生じる光導波路長が長くなることによ
る損失が生じた場合でも、この光送受信モジュール9で
の独自の制御により半導体光源5aの出力を増加させる
ことにより、前記した損失を容易に相殺でき、結果とし
て所望の光出力を光ファイバ4に送信することができ
る。また、受信用の半導体光検出器6aは、分岐側の第
1の光導波路2aに対して最短距離で光結合されている
ため、受信特性が劣化されることはない。
導波路2bと折り返し光導波路7とは導波路基板1の他
方の端部において略平行に近接されており、これにより
両者で方向性結合器10を構成している。この方向性結
合器10における光結合特性を向上するためには、例え
ば、次の方法が採用できる。すなわち、この方向性結合
器10では、分岐側光導波路2bと折り返し光導波路7
とが反射ミラー8での光反射によって光結合されるが、
この場合には方向性結合器10の長さ、間隔、光導波路
幅、光導波路の屈折率差、及び光の波長に対して非常に
敏感であり設定に対してずれが生じると、光の損失が増
加するだけでなく、入射した導波路に戻るため反射戻り
光となり、半導体光源の特性を劣化させる。これらの問
題を解決し、さらに低損失で反射戻り光の少ない方向性
結合器を構成する方法として、図2に示す様に予め方向
性結合器の長さを設定値L1に対してL2に示す分だけ
長く取っておく。
反射ミラー8を装着する前に光の出射を観察すると、出
力側の光導波路7の端面部の方が入力側の光導波路2b
の端面部よりも出射光が強く観察される。その上でこの
端面を研磨しながら方向性結合器10の長さを徐々に短
くし光の出射を観察すると、光導波路7と光導波路2b
の出射光強度は徐々に等しくなる。完全に出射光強度が
等しくなった時点で研磨を停止し、研磨された端面に反
射ミラー8を装着する。これにより、入力側の光導波路
7より入力した光は完全に出力側の光導波路2bへ折り
返され、低損失かつ反射戻り光の少ない折り返しが得ら
れる。この方法では端面での出射光強度をモニタしなが
ら最適な方向性結合器長を決めるため、前述したような
設定に対するずれを吸収することができる。
いた折り返し構造は、光導波路の屈折率差、及び光の波
長に対しても非常に敏感であり、特に、使用する光の波
長は用いる半導体光源の特性によって決定される。通
常、この種の光送受信モジュールには1.3μm近辺の
波長が用いられるが、±0.05μm程度のバラツキが
存在している。つまり、使用する半導体光源の特性によ
り折り返し光導波路の特性も変化することになるため、
光の波長に対して安定した折り返し光導波路を構成する
必要がある。図3は方向性結合器の波長特性の光導波路
間隔依存性を示す計算結果である。中心波長が1.31
μmになる様に方向性結合器長、屈折率差を設定した。
同図より、光導波路間隔が狭くなるに従って1.31μ
m付近の波長依存性が小さくなることがわかる。また、
光導波路間隔を4μm以下にすることにより±0.05
μmの変動に対してクロストークを15dB以上とるこ
とができるため、波長変動に対して安定な折り返し導波
路を構成することができる。
路を形成した際の波長特性を図4に示す。このときの光
導波路間隔は2.5μmと設定した。この折り返し光導
波路はプロセス工程上の変動によって中心波長が長波長
側にシフトしているが、1.31μmにおいて10dB
以上のクロストークが得られている。このような技術思
想に基づいて方向性結合器を構成すると、波長変動だけ
でなくプロセスにおける変動に対しても非常に安定な導
波路を形成することができる。
導波路基板に形成された光導波路に対して光ファイバ、
半導体光源、半導体光検出器を接続する際に、1μm以
下の光軸合わせ精度を確保するために、導波路基板の一
部にV溝を形成し、このV溝に光ファイバ等を載置して
位置決めを行う技術が提案されている。この場合、半導
体光検出器と光導波路の光結合に関しては、半導体光検
出器の受光面積が比較的大きいため、高精度の軸調整の
要求は少ない。一方、半導体光源5aと光導波路2の結
合については、直接結合すると損失が非常に大きくな
り、かつ許容できる軸ずれ量が非常に小さく光結合が困
難であることが知られており、一般には光ファイバに近
い形状をしたレンズを介して結合が行われている。
ールでは、図5に示すように、導波路基板1の一方の端
部において、光結合する光ファイバ4と半導体光源5a
の配設位置に相当する基板の表面箇所にV溝11を形成
している。そして、このV溝11を利用して非分岐側の
光導波路2に対する光ファイバ4の位置決めをおこな
い、かつ前記したような半導体光源5aに光結合される
先球ファイバ12の折り返し光導波路7に対する位置決
めを行っている。このため、光ファイバ4と先球ファイ
バ12の各光軸を各光導波路2,7に高精度に位置決め
することができ、光結合の低損失化が図れ、かつ無調整
での実装が可能となり低コスト化も図れる。特に、この
実施形態では、光ファイバ4と半導体光源5aとが導波
路基板1の同じ側の端部に配置されるため、前記したV
溝12を導波路基板1の一方の端部側の領域に並んで形
成すればよく、製造の簡易化と小型化を促進することが
でき、しかも光ファイバと半導体光源の組み立ての容易
化が実現できる。
導波路の一部、すなわち非分岐側の光導波路2に沿って
別の光導波路13を形成することで、この光導波路13
との間に光合分波器14を形成してもよい。この光合分
波器14は、一般に方向性結合器やマッハツエンダー光
干渉計型等により構成される。この光合分波器14によ
り分波された一方の光は光ファイバ15と光学的に結合
し外部に出力され、映像信号モニタ等、様々な用途に用
いられる。このように、光合分波器を設けた光送受信モ
ジュールは、図1に示した光送受信モジュールに比べ
て、導波路構造が複雑になっているためにそのサイズが
大きくなることは否定できないが、前記した折り返し光
導波路を用いた構成を採用することにより、この大型化
を抑制することが可能になる。
とを光結合する構造としては、図7に示すように、各光
導波路7,2bを導波路基板1の他方の端部において平
面配置がV字型となるように配置し、かつ端部に反射膜
或いは反射ミラー8を配置することで、この反射膜によ
る光反射のみを利用して各光導波路間での光結合を行う
ようにしてもよい。その他の構成及び動作は前記実施形
態のものと全く同じである。
板に形成された分岐側の2本の光導波路のうち第2の光
導波路は導波路基板の他方の端部において折り返された
上で半導体光源と光結合されているので、半導体光源と
半導体光検出器はそれぞれ導波路基板の両端に位置され
ることになり、半導体光源と半導体光検出器の導波路基
板への実装は簡単になり、また両者が導波路基板を挟ん
で離れているために、これらを駆動する電気回路も離れ
た位置に在り、電気的クロストークの劣化を生じない。
また、光導波路が折り返されることにより光の損失が増
加するが、折り返し光導波路に光結合された半導体光源
の光出力を調整することにより折り返しによる損失を補
償でき、光ファイバへ所望の光出力を得ることができ
る。これにより、双方向光通信システムを構築する際の
重要課題である光送受信モジュールの小型化、低損失
化、量産化、低コスト化が実現可能である。
ための平面図である。
である。
示す図である。
を説明するための分解斜視図である。
る。
である。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】光分岐機能を有する光導波路が導波路基板
の一方の端部から他方の端部に向けて延設され、その一
方の端部において前記光分岐導波路の非分岐側の光導波
路に光ファイバが光結合され、前記光分岐導波路の分岐
側の2本の光導波路にそれぞれ光送信器と光受信器が光
結合された光送受信モジュールにおいて、前記分岐側の
2本の光導波路のうち第1の光導波路は前記導波路基板
の他方の端部において光受信器に光結合され、第2の光
導波路は前記導波路基板の他方の端部において一方の端
部に向けて折り返された折り返し光導波路として構成さ
れ、かつこの折り返し光導波路は前記一方の端部におい
て光送信器と光結合されることを特徴とする光送受信モ
ジュール。 - 【請求項2】分岐側の第2の光導波路と折り返し光導波
路とは導波路基板の他方の端部において近接配置され、
かつこの他方の端部の端面に配置された反射膜によって
光結合された方向性結合器として構成される請求項1の
光送受信モジュール。 - 【請求項3】導波路基板の他方の端部における分岐側の
第2の光導波路から出射される光量と、折り返し光導波
路から出射される光量が等しくなるように方向性結合器
の長さを設定してなる請求項2の光送受信モジュール。 - 【請求項4】方向性結合器における分岐側の第2の光導
波路と折り返し光導波路との間隔を4μm以下に設定し
てなる請求項2または3の光送受信モジュール。 - 【請求項5】非分岐側の光導波路と光合分波器を構成す
る分波用光導波路が形成され、この分波用光導波路に第
2の光ファイバが光結合されてなる請求項1ないし4の
いずれかの光送受信モジュール。 - 【請求項6】請求項2から4のいずれかに記載の光送受
信モジュールの製造方法であって、前記方向性結合器の
長さを設定値より長く形成し、前記方向性結合器の端面
を研磨しながら出力側及び入力側の光導波路からの出射
光強度を観察し、両光導波路からの出射光強度が等しく
なった時点で研磨を停止し、研磨された端面に前記反射
膜を装着することを特徴とする光送受信モジュールの製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9704998A JP3120774B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 光送受信モジュール及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9704998A JP3120774B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 光送受信モジュール及びその製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7353483A Division JP2919329B2 (ja) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 光送受信モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10307238A JPH10307238A (ja) | 1998-11-17 |
JP3120774B2 true JP3120774B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=14181816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9704998A Expired - Lifetime JP3120774B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 光送受信モジュール及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3120774B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
US7352924B2 (en) | 2005-10-11 | 2008-04-01 | Rohm And Haas Electronic Materials Llc | Micro-optical device |
-
1998
- 1998-04-09 JP JP9704998A patent/JP3120774B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10307238A (ja) | 1998-11-17 |
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