JP3405289B2 - 光送受信モジュール - Google Patents

光送受信モジュール

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JP3405289B2 JP31212099A JP31212099A JP3405289B2 JP 3405289 B2 JP3405289 B2 JP 3405289B2 JP 31212099 A JP31212099 A JP 31212099A JP 31212099 A JP31212099 A JP 31212099A JP 3405289 B2 JP3405289 B2 JP 3405289B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光信号の送受信を行
うための光送受信モジュールに係わり、特にピンポン伝
送あるいは波長多重による同時送受信動作に好適で構成
部品の簡素化を図った光送受信モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】モデム等の通信機器ならびにパーソナル
コンピュータの技術進歩によって、伝送路を使用した各
種通信が活発に行われるようになっている。特にインタ
ーネットの普及は爆発的なものとなっており、伝送路に
対する情報伝送容量の拡大の要求が急速に高まってい
る。このような要求に応えるために、基幹系では高密度
波長多重伝送方式等の各種伝送技術の開発および実用化
が急速に進んでいる。
【0003】インターネットを通して画像、音声、映像
といった各種情報へのアクセスの機会が増大すると共
に、情報伝送容量の拡大の要求は一般ユーザにまで広が
っている。これと共に、アクセス系を光化して光信号で
情報の伝送を行うことが強く望まれるようになってきて
いる。光加入者システムに使用される光モジュールは、
小型化と経済化を図るために光導波路を使用するように
なってきており、更に送信機能と受信機能を一体化した
光送受信モジュールが主流となってきている。
【0004】光送受信モジュールは、送信用のLD(レ
ーザダイオード)と受信用のPD(フォトダイオード)
が1つの光モジュールの中に集積化されたものである。
従来から送信用のLDの近傍には、LDから出力される
レーザ光をモニタするためのモニタ用のPDが使用され
ている。このため、1つの光モジュールの中には、受信
用のPDとモニタ用のPDの2つのPDが存在すること
になった。
【0005】図3は、このような従来の光送受信モジュ
ールの構成の一例を表わしたものである。この光送受信
モジュール201は、導波路基板202上にほぼV字状
に折り返した第1の光導波路203と、この折り返し点
に配置されたフィルタ204と、このフィルタと一端を
接触させて光導波路203の一方の導波路部分が延長す
る方向に形成された第2の光導波路205の2つの導波
路を配置している。第2の光導波路205の他端部には
この光送受信モジュール201に光ファイバ206によ
って送られてきた光信号を受信するPD207が配置さ
れている。光ファイバ206はV型溝208に実装され
ている。
【0006】フィルタ204は、光ファイバ206から
送られてきた光信号の波長成分を透過するようになって
おり、第1の光導波路203の図で上側の端部に配置さ
れた送信部209内のLD211から出力されるレーザ
光は反射するようになっている。したがって、LD21
1から第1の光導波路203に送り込まれた所定の波長
のレーザ光はフィルタ204で反射されて光ファイバ2
06の端部に到達して外部に送出されることになる。送
信部209内にはLD211の出力を制御するためのモ
ニタ用のPD212が配置されている。
【0007】図3に示したような光送受信モジュール
は、たとえば特開平11−68705号公報に開示され
ている。このような光送受信モジュール201では、モ
ジュール内部に2つのPD207、212を配置してい
るので、装置の経済性や小型化の点で問題がある。そこ
で、光送受信モジュール内の部品の点数を削減する提案
が行われている。
【0008】図4は、この提案の光送受信モジュールの
構成を表わしたものである。特開平11−218629
号公報に開示されたこの光送受信モジュール221は、
導波路基板222の一方の側部にV型溝223を形成し
ており、ここに光ファイバ224の端部を実装してい
る。V型溝223には光導波路225の一端が接続され
ている。この光導波路225は途中で2つに分岐して入
る。分岐した一方の端部側にはLD226が配置されて
おり、その背後には一体型受光素子227が配置されて
いる。
【0009】図5は一体型受光素子の構成を表わしたも
のである。一体型受光素子227は2つの端面入射型受
光素子231、232を2つ連結したような構成の一体
型素子であり、図で上側の端面入射型受光素子231は
LD226の発するレーザ光をモニタするために比較的
広い受光部233を備えている。他方の端面入射型受光
素子232の受光部234は図4に示した光導波路22
5の分岐した図で下側の導波路端部と対向しており、光
ファイバ224から送られてきた光信号を受信するよう
になっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図4および図5に示し
た光送受信モジュールは、光導波路の配置を工夫するこ
とによって2つのPDが近接して配置できるようにし、
これら2つのPDを一体化することによって部品点数を
削減している。しかしながら、この提案の光送受信モジ
ュール221では、部品点数が減少しているものの、2
つのPD231、232を合体させたものであり、合体
させる工程が新たに必要になって十分なコストダウンを
図りにくいという問題がある。
【0011】そこで本発明の目的は、2つのPDを1つ
のチップ上に集積化することのできる光送受信モジュー
ルを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、(イ)導波路基板と、(ロ)この導波路基板上に形
成され光ファイバの一端とその一端を光学的に接続した
第1の光導波路と、(ハ)導波路基板上に配置され第1
の波長のレーザ光を出力するためのレーザ光出力手段
と、(ニ)導波路基板上に形成されレーザ光出力手段と
光学的に所定の損失を伴った状態でその一端を接続さ
れ、他端を第1の光導波路と合流した第2の光導波路
と、(ホ)第1の光導波路および第2の光導波路の合流
箇所に配置され第1の波長のレーザ光を反射する一方、
この波長と異なる受信用の第2の波長のレーザ光を透過
するフィルタと、(へ)レーザ光出力手段の反対側でこ
のフィルタと対向しかつ第1の光導波路を伝播された第
2の波長のレーザ光を受光する位置に配置された受信用
フォトダイオードと、(ト)受信用フォトダイオードに
隣接して配置され、レーザ光出力手段から出力され第2
の光導波路に結合しなかった散乱光あるいは迷光を受光
することで第1の波長のレーザ光をモニタするモニタ用
フォトダイオードとを光送受信モジュールに具備させ
る。
【0013】すなわち請求項1記載の発明では、導波路
基板に第1および第2の光導波路を形成してその合流箇
所にフィルタを配置して、フィルタにはレーザ光出力手
段から第2の光導波路を経て到来した光成分を透過させ
ず反射させる特性を持たせて第1の光導波路に導き光フ
ァイバから外部へ送出させる。また、光ファイバから第
1の光導波路を経てフィルタまで到来した波長の光成分
は、透過させてフィルタの反対側に配置された受信用フ
ォトダイオードで受信するようにしている。受光素子の
モニタ用フォトダイオードは、レーザ光出力手段から出
力され第2の光導波路に結合しなかった光成分を受光す
ることになる。これにより、受信用フォトダイオードと
これに隣接して配置されたモニタ用フォトダイオードで
受信とレーザ光出力手段のモニタの双方が可能になる。
しかも、レーザ光出力手段から出力され第2の光導波路
に結合しなかった散乱光あるいは迷光を受光するので、
モニタ用フォトダイオードをレーザ光出力手段から離れ
た箇所に配置することを可能にしている。
【0014】請求項2記載の発明では、光ファイバの一
端およびレーザ光出力手段は導波路基板の一方の端部側
に配置され、その他端部にはフィルタが取り付けられて
おり、受信用フォトダイオードおよびモニタ用フォトダ
イオードは、導波路基板のフィルタが取り付けられてい
る側の端部とその受光面が対向配置されていることを特
徴としている。
【0015】すなわち請求項2記載の発明では、導波路
基板の一側端に設けたフィルタに対向する形で受信用フ
ォトダイオードおよびモニタ用フォトダイオードを配置
し、フィルタを直接透過した光成分を受信用フォトダイ
オードに導くと共に、散乱あるいは迷光によってフィル
タ以外の箇所から受光素子へ到来した光成分をモニタ用
フォトダイオードで受光するようにしている。
【0016】請求項3記載の発明では、受信用フォトダ
イオードおよびモニタ用フォトダイオードは、同一平面
のチップ上に形成したものであるものであることを特徴
としている。
【0017】すなわち請求項3記載の発明では、同一平
面のチップ上に受信用フォトダイオードおよびモニタ用
フォトダイオードを形成することで、これらを物理的に
一体化させることに比べて、小型化とコストダウンを実
現している。
【0018】請求項4記載の発明では、受信用フォトダ
イオードおよびモニタ用フォトダイオードは、同一チッ
プに形成され、第1の波長の光成分を選択的に吸収する
第1の吸収層と、第1の波長とは異なる第2の波長の光
成分を選択的に吸収する第2の吸収層とを積層した構造
を有することを特徴としている。
【0019】すなわち、請求項4記載の発明では、それ
ぞれ波長の異なった光成分を吸収する吸収層を配置する
ことで、第1および第2の波長の光をそれぞれ別個の電
気信号に変換するようにしている。
【0020】請求項5記載の発明では、受信用フォトダ
イオードは、これを支持するためのフォトダイオードキ
ャリアにその光受光面以外のダイオード部分を埋設して
いることを特徴としている。
【0021】すなわち請求項5記載の発明では、レーザ
光出力手段から出力された散乱光あるいは迷光がモニタ
用フォトダイオード以外に受信用フォトダイオードにも
到達する可能性があるので、これを軽減するために受信
用フォトダイオードの光受光面以外のダイオード部分を
フォトダイオードキャリア内に埋設することにしてい
る。
【0022】請求項6記載の発明では、請求項3記載の
光送受信モジュールで、受信用フォトダイオードおよび
モニタ用フォトダイオードは、デュアルPIN−PDか
らなることを特徴としている。
【0023】また、請求項7記載の発明では、請求項4
記載の光送受信モジュールで第1の吸収層は、第2の波
長の光成分を透過し、第2の吸収層は、第1の波長の光
成分を透過することを特徴としている。
【0024】
【発明の実施の形態】
【0025】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【0026】図1は本発明の一実施例における光送受信
モジュールの構成を表わしたものである。この光送受信
モジュール111は、導波路基板112とその一端部に
これに対向して配置されたPD(フォトダイオード)キ
ャリア113とを備えている。導波路基板112の前記
したPDキャリア113に対向した側には、1.55μ
mの波長光を透過するフィルタ115が張り付けられて
いる。導波路基板112には、ほぼV字状に折り返され
た形状をした光導波路116が形成されている。すなわ
ち本実施例の光導波路116は、幅7mm程度でその一
端がフィルタ115に対して約20度の角度でその端面
に接触している。光導波路116は、このフィルタ11
5の端面でほぼ対称な形状となるように折り返されてい
る。
【0027】V字状の光導波路116におけるフィルタ
115と接しいていない側の一方の一端には、ファイバ
実装用V溝117が形成されている。このファイバ実装
用V溝117には、コモンポート光ファイバ118が実
装されている。光導波路116の他方の一端にはLD
(レーザダイオード)素子搭載部121が形成されてお
り、ここには送信用LD122が実装されている。本実
施例のLD素子搭載部121には、従来のものと異な
り、送信用LD122の出力をモニタするモニタ用のP
Dが設けられていない。
【0028】PDキャリア113における導波路基板1
12と対向する部位には、デュアルPIN−PD123
が実装されている。このデュアルPIN−PD123
は、PDとして同一平面に2つの受光面を備えたもので
あり、レーザ光を受信する受信ポート124およびレー
ザ光のモニタを行うためのモニタポート125が形成さ
れている。ここで受信ポート124は光導波路116と
フィルタ115との接続された箇所とほぼ対向する位置
に配置されている。これは、フィルタ115を透過した
光を受信するためである。これに対して、モニタポート
125の配置されるべき位置は特に限定されない。後に
説明するように、モニタポート125は光導波路116
を送られてきた光を受信するのではなく、周囲に散乱し
た光を受信するのでその位置は特定する必要がない。
【0029】このような本実施例の光送受信モジュール
111は、ATM−PON(asynchronous transfer mo
de−passive optical network:非同期転送モード−パ
ッシブ光ネットワーク)システムに使用するのが好適で
ある。本実施例の光送受信モジュール111は安価に製
造できるので、ATM−PONシステムに使用すること
で、システムの構築を経済的に行うことができるからで
ある。実施例のシステムで、コモンポート光ファイバ1
18から光送受信モジュール111に入射した波長1.
55μmの下り連続信号は、光導波路116を通ってフ
ィルタ115に到達する。フィルタ115は1.3μm
の波長成分を反射して1.55μmの波長光を透過す
る。したがって、波長1.55μmの下り連続信号はそ
のままフィルタ115を通過して、デュアルPIN−P
D123の受信ポート124で受信される。
【0030】一方、送信用LD122から出射された波
長1.3μmの送信光は、光導波路116を通ってフィ
ルタ115に到達し、ここで反射されてコモンポート光
ファイバ118に入力される。
【0031】ところで、送信用LD122から出射され
る波長1.3μmの送信光は、その全部が光導波路11
6に結合して伝送されるわけではない。たとえば、本実
施例で使用する送信用LD122は幅2μm、厚さ0.
1μmで屈折率が3.2程度であり、光導波路116の
方は幅および厚さが共に7μm程度で屈折率が1.45
程度である。この例のような場合には、光のモードフィ
ールドの不一致により、送信用LD122から出射され
る約50パーセントの送信光が光導波路116に結合し
ない。結合しなかった波長1.3μmの光成分は、光導
波路116の導波路基板112を透過して外部に漏れた
り、あるいは光導波路116の上面や側面から外部にラ
ンダムに散乱する。これら光導波路116に結合しなか
った光は図1に示した光送受信モジュール111を収容
した図示しないケース等の部品に反射して、それらの一
部がモニタポート125を構成するPDの上部、下部あ
るいは側部に到達する。
【0032】したがって、これら光導波路116と結合
せずに散乱光あるいは迷光となった光のうちモニタポー
ト125に到達したものの信号レベルを検出すれば、送
信用LD122から出射される送信光の強度をモニタす
ることができることになる。モニタポート125はデュ
アルPIN−PD123の一部として構成しているの
で、従来のようにLD素子搭載部121側に独立したモ
ニタ用のPDを送信用LD122と別に設ける場合と比
べると、PDキャリア1個分の部材費が不要になるだけ
でなく、キャリアをケースに実装する工程やワイヤボン
ディングを行う工程が不要になり、コストダウンを図る
ことができる。
【0033】なお、この実施例ではATM−PONに光
送受信モジュールを適用している。ATM−PONシス
テムでは、送信と受信を同時に行うことがあるので、送
信用LD122から出射した迷光成分が受信ポート12
4に受信される可能性もある。このような弊害を防止す
るためには、受信ポート124を構成するPDをPDキ
ャリアに埋め込むようにすればよい。これにより、PD
の側面から入射する散乱光を防ぐことができる。
【0034】変形例
【0035】図2は本発明の変形例としてのPD素子の
構成を表わしたものである。この変形例のPD素子13
1は、InP(インジウムリン)基板132の上にバッ
ファ層133を介して1.55μmの光を吸収する1.
55μm光吸収層134を積層しており、その上にクラ
ッド層135を積層している。このクラッド層135の
上には一回りサイズが小さく1.3μmの光を吸収する
1.3μm光吸収層136が積層され、一番上にクラッ
ド層137が積層されている。
【0036】この変形例のPD素子131は、図で最上
部としてのクラッド層137を図1に示した実施例にお
けるフィルタ115と対向するように配置する。これに
より、図1に示した送信用LD122から出射された波
長1.3μmの送信光のうちの光導波路116に結合し
なかった光は、迷光あるいは散乱光となって1.3μm
光吸収層136でモニタされる。
【0037】また、図1のコモンポート光ファイバ11
8から光送受信モジュール111に入射した波長1.5
5μmの下り連続信号は、光導波路116およびフィル
タ115を通過してクラッド層137に入射し、1.3
μm光吸収層136を通過して、その下にある1.55
μm光吸収層134で受信される。
【0038】この変形例では、2種類の光吸収層13
4、136を用いて光送受信モジュール111に入射し
た波長1.55μmの下り連続信号の受信と、送信用L
D122から出力された迷光あるいは散乱光を検出して
いるが、このような検出動作は半導体のエネルギバンド
構造として説明することができる。たとえば、1.3μ
m光吸収層136は1.3μm発光組成のInGaAs
P半導体で構成されており、エネルギバンドギャップは
1.24/1.3すなわち0.95eV(エレクトロン
・ボルト)であり、これよりもエネルギの低い(波長の
長い)光は吸収しない。これに対して、1.55μm光
吸収層134は通常用いられるInGaAsP半導体で
構成されている。この通常のInGaAsP半導体は、
1.67μm(=0.75eV)の発光組成となってお
り、これよりもエネルギの高い(波長の短い)光を吸収
する。
【0039】なお、この変形例では2つの光吸収層13
4、136のサイズが異なっているが、これは大きなサ
イズ(この例では1.55μm光吸収層134)の吸収
層で発生した電気キャリア(電子またはホール)を有効
に取り出すために、これに近い領域に図示しない引き出
し電極を形成しているためである。したがって、このよ
うな制約がなければ、面積の異なる2種類の層でPDキ
ャリアを構成する必要はない。
【0040】したがって、変形例ではクラッド層137
側を図1に示したフィルタ115と対向するように配置
したが、これに限るものではなく、配置を逆にしても同
様にそれぞれの波長の光を検出することができる。
【0041】なお、この変形例のPD素子は図1に示し
た実施例のPDキャリア113およびデュアルPIN−
PD123からなるPD素子に比べて、PDを2階建て
構造としているので、その設置スペースを実施例のもの
よりも小さくすることができるという利点がある。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、レーザ光出力手段から出力されたレーザ光で
第2の光導波路と光学的に結合しなかった光を使用して
レーザ光出力手段のモニタを行うことにしたので、受信
用フォトダイオードとモニタ用フォトダイオードとを隣
接して配置した状態で2種類の受光を行うことができ、
光送受信モジュールの小型化とコストダウンを図ること
ができる。しかも、レーザ光出力手段から出力され第2
の光導波路に結合しなかった散乱光あるいは迷光を受光
するので、モニタ用フォトダイオードをレーザ光出力手
段から離れた箇所に配置することを可能にしている。
【0043】また請求項2記載の発明によれば、光ファ
イバの一端およびレーザ光出力手段は導波路基板の一方
の端部側に配置され、その他端部にはフィルタが取り付
けられており、受信用フォトダイオードおよびモニタ用
フォトダイオードは、導波路基板のフィルタが取り付け
られている側の端部とそれらの受光面が対向配置されて
いる。このように受信用フォトダイオードおよびモニタ
用フォトダイオードが導波路基板に配置されていないの
で、導波路基板と受信用フォトダイオードおよびモニタ
用フォトダイオードの位置関係を調整することが可能で
ある。
【0044】更に請求項4記載の発明では、受信用フォ
トダイオードおよびモニタ用フォトダイオードは、同一
チップに形成され第1の波長の光成分を選択的に吸収す
る第1の吸収層と、第1の波長とは異なる第2の波長の
光成分を選択的に吸収する第2の吸収層とを積層した構
造を有しているので、そのサイズを請求項3記載の発明
と比べて更に小型化することができる。
【0045】また請求項5記載の発明では、受信用フォ
トダイオードは、支持するためのフォトダイオードキャ
リアにその光受光面以外のダイオード部分を埋設してい
るので、ピンポン伝送あるいは時分割多重による同時送
受信動作を行う環境にこの光送受信モジュールを使用し
ても、レーザ光出力手段から出力された散乱光あるいは
迷光が受信用フォトダイオードに到達する割合が減少
し、良好な受信特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における光送受信モジュール
の構成を表わした平面図である。
【図2】本発明の変形例におけるPD素子の側面図であ
る。
【図3】送られてきた光信号の受信用とモニタ用の2つ
のPDを距離的に離れた場所に配置した従来の光送受信
モジュールの概略構成図である。
【図4】送られてきた光信号の受信用とモニタ用の2つ
のPDを一体化した従来の光送受信モジュールの概略構
成図である。
【図5】図4に示したモジュールの一体型受光素子の構
造を示す断面図である。
【符号の説明】
111 光送受信モジュール 112 導波路基板 113 PD(フォトダイオード)キャリア 115 フィルタ 116 光導波路 117 ファイバ実装用V溝 118 コモンポート光ファイバ 121 LD(レーザダイオード)素子搭載部 122 送信用LD 123 デュアルPIN−PD 124 受信ポート 125 モニタポート 131 PD素子 134 1.55μm光吸収層 136 1.3μm光吸収層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/122 G02B 6/42

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導波路基板と、 この導波路基板上に形成され光ファイバの一端とその一
    端を光学的に接続した第1の光導波路と、 前記導波路基板上に配置され第1の波長のレーザ光を出
    力するためのレーザ光出力手段と、 前記導波路基板上に形成されレーザ光出力手段と光学的
    に所定の損失を伴った状態でその一端を接続され、他端
    を前記第1の光導波路と合流した第2の光導波路と、 前記第1の光導波路および第2の光導波路の合流箇所に
    配置され前記第1の波長のレーザ光を反射する一方、こ
    の波長と異なる受信用の第2の波長のレーザ光を透過す
    るフィルタと、 前記レーザ光出力手段の反対側でこのフィルタと対向し
    かつ前記第1の光導波路を伝播された第2の波長のレー
    ザ光を受光する位置に配置された受信用フォトダイオー
    ドと、 前記受信用フォトダイオードに隣接して配置され、前記
    レーザ光出力手段から出力され前記第2の光導波路に結
    合しなかった散乱光あるいは迷光を受光することで前記
    第1の波長のレーザ光をモニタするモニタ用フォトダイ
    オードとを具備することを特徴とする光送受信モジュー
    ル。
  2. 【請求項2】 前記光ファイバの一端およびレーザ光出
    力手段は前記導波路基板の一方の端部側に配置され、そ
    の他端部には前記フィルタが取り付けられており、前記
    受信用フォトダイオードおよび前記モニタ用フォトダイ
    オードは、前記導波路基板の前記フィルタが取り付けら
    れている側の端部とその受光面が対向配置されているこ
    とを特徴とする請求項1記載の光送受信モジュール。
  3. 【請求項3】 前記受信用フォトダイオードおよび前記
    モニタ用フォトダイオードは、同一平面のチップ上に形
    成したものであることを特徴とする請求項1記載の光送
    受信モジュール。
  4. 【請求項4】 前記受信用フォトダイオードおよび前記
    モニタ用フォトダイオードは、同一チップに形成され、
    第1の波長の光成分を選択的に吸収する第1の吸収層
    と、第1の波長とは異なる第2の波長の光成分を選択的
    に吸収する第2の吸収層とを積層した構造を有すること
    を特徴とする請求項1記載の光送受信モジュール。
  5. 【請求項5】 前記受信用フォトダイオードは、支持す
    るためのフォトダイオードキャリアにその光受光面以外
    のダイオード部分を埋設していることを特徴とする請求
    項1記載の光送受信モジュール。
  6. 【請求項6】 前記受信用フォトダイオードおよび前記
    モニタ用フォトダイオードは、デュアルPIN−PDか
    らなることを特徴とする請求項3記載の光送受信モジュ
    ール。
  7. 【請求項7】 前記第1の吸収層は、第2の波長の光成
    分を透過し、前記第2の吸収層は、第1の波長の光成分
    を透過することを特徴とする請求項4記載の光送受信モ
    ジュール。
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