JP3489722B2 - 粗波長分割マルチプレキシング光学的システム - Google Patents

粗波長分割マルチプレキシング光学的システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、概して、双方向の光学的イン
タフェースに関し、特に単独の、コンパクトで安価な装
置において粗波長分割マルチプレキシング(Coarse Wave
lengthDivision Multiplexing：CWDM)の光学的システム
のアレイを構成するための装置に関する。
【０００２】双方向の光ファイバ伝送システムは、遠隔
通信ネットワーク、コンピュータにおけるバックプレー
ン、伝送およびセンサの技術および他の同様なシステム
のための新しく出現している技術であることは理解され
る。双方向のフローを提供するためにいくつかの解決策
が存在する。１つの既知の技術は端点間に一対のファイ
バを使い、各ファイバは一方向におけるトラヒックを搬
送する。デュアルのファイバを使う方法は技術的には単
純であるが、或る種の応用においてはデュアル・ファイ
バを設置して保守するためのコストが極端に大きくな
り、現実的ではない。デュアル・ファイバの解決策に対
する１つの代替案として、二地点間のリンクを提供する
ためのいくつかの単独ファイバ技術が存在する。そのよ
うな技術の１つが粗波長分割マルチプレキシング（ＣＷ
ＤＭ）であり、この場合、データ・ストリームを同じ光
ファイバ上で反対方向に転送するために、異なる波長の
光が使われる。
【０００３】理解されるように、ＣＷＤＭの技術におい
ては、第１の波長の光は光ファイバ・リンクの第１の端
においてレーザによって発生されて、そのリンクの第２
の端においてフォトダイオードによって受信され、第２
の波長の光はその同じリンクの第２の端においてレーザ
によって発生されて、そのリンクの第１の端においてフ
ォトダイオードによって受信される。ここで、その光フ
ァイバ・リンクの端点において、異なる波長の光が組み
合わせられ、そして分割されなければならないという問
題が存在する。端点において光を組み合わせ、そして分
割するＣＷＤＭカプラは臨界半径まで曲げられたファイ
バ、ボール・レンズ、波長選択性の回折格子などの技術
を使用する。これらの技術のすべてにおいて、レーザか
ら発する光の径路とフォトダイオードに入って行く光の
径路とが隣接した径路上になければならないことが要求
される。レーザおよびフォトダイオードは異なる半導体
プロセスおよび材料を必要とするので、それらを同じ基
板上に両方とも集積化することはできない。したがっ
て、レーザおよびフォトダイオードに対して別々の集積
回路チップが必要である。複数の光径路を有するレーザ
・アレイおよび、やはり複数の光径路を有するフォトダ
イオードのアレイが使われるシステムにおいて、標準の
アレイ・レーザ、アレイ・フォトダイオードおよび既存
のＣＷＤＭカプラを使うことはトポロジー的に不可能で
ある。というのは、現在の技術ではカプラによって必要
とされる隣接した交番の光径路を可能にする光学的クロ
スオーバの生成が許されないからである。
【０００４】光ファイバを顧客の構内に対して提供する
ための遠隔通信ネットワーク・アーキテクチャが開発さ
れつつある。通常、光ファイバ・リンクは光ネットワー
ク・ユニット、スイッチング・システムなどのネットワ
ーク要素の中のインタフェース・カードと顧客の構内と
の間に延びている。コスト効率を良くするため、および
代表的なネットワークのトラヒックの必要条件をサポー
トするために、各インタフェース・カードは最小の１２
〜２４チャネルを最適にサポートする必要がある。２本
のファイバを使い、１つはアップストリーム方向におけ
るトラヒックを扱い、そしてもう１つはダウンストリー
ム方向におけるトラヒックを扱うようにすることは、そ
のようなシステムにおいて極めて高価になる。というの
は、そのファイバ・リンクは通常は長さが１０，０００
ｍの程度になるからである。ＣＷＤＭ技術は高密度回線
カードを提供するための現実味のある代替案を提供す
る。しかし、回線カード（約１２×８インチの回線カー
ド）の限定された空間においてレーザ・アレイおよびフ
ォトダイオード・アレイが使われている場合、異なる波
長の光を分割して組み合わせるためのコスト効率の良
い、そしてコンパクトなシステムはまだ開発されていな
い。
【０００５】ＣＷＤＭのデータ・ストリームのアレイを
提供するための努力の中で、２つの方法が知られてい
る。最初の方法は、レーザ、フォトダイオードおよびＣ
ＷＤＭの光スプリッタ・システムを単独装置上に含む単
独のＣＷＤＭ装置を使用する。この装置は比較的頑健で
あり、集積化のレベルが程よいものであるが、比較的大
きく（すなわち、３×４インチ）、そして高価な光スプ
リッタ・システムに依存している。したがって、そのよ
うな集積化されたシステムを回線カードの制限された領
域に２４個配置することは、物理的な設計の問題が生じ
る。第２の方法は１２個のフォトダイオードのパッケー
ジ化されたアレイ、別にパッケージ化された１２個のレ
ーザのアレイ、および別にパッケージ化された１２個の
ＣＷＤＭ光スプリッタ・システムのアレイを使用する。
このシステムは集積化された装置の設計に関してコンポ
ーネントの数が減少するが、レーザ、ダイオードおよび
スプリッタの間にファイバ・リボンが必要であり、扱い
難く、そしてやはり物理的な設計の問題が生じる。
【０００６】したがって、ファイバ・ベースの遠隔通信
ネットワークにおける回線カード上で特に使われる単独
の、コンパクトで安価な装置上のＣＷＤＭ光システムの
アレイが望まれている。
【０００７】
【発明の概要】パッケージ化されたレーザ・アレイ・チ
ップを支持する基板が提供され、それは、そのレーザ・
アレイから発せられる光のストリームがその基板の表面
に対して平行であって、実質的に同一平面上にあるよう
に配置されている。フォトダイオードのアレイ・チップ
を受け取るための複数の開口が基板の中に、レーザから
発せられている光ストリームの間に形成されている。パ
ッケージ化されたフォトダイオード・アレイ・チップが
櫛型の構造として形成され、その櫛の「歯」は、フォト
ダイオード・アレイ・チップが基板に対して垂直に支持
されるように、基板の中に形成された開口に位置合わせ
され、それに適合されている。フォトダイオード・アレ
イ・チップの各歯ごとにフォトダイオードが配置されて
いる。そのフォトダイオードはフォトダイオード・アレ
イ・チップが基板の中に挿入されるときに、フォトダイ
オードが基板の表面と実質的に同一平面上にあるように
配置されている。そのような構造を使ってレーザ・アレ
イ・チップ上のレーザから発せられる光ストリームはフ
ォトダイオードと互いに噛み合っており、そして同一平
面上にある。基板上に置かれたファイバまたは基板の中
に配置された導波路が、レーザおよびフォトダイオード
に対して接続され、互いに平行に、そして同一平面上に
あるように延び、隣接しているファイバまたは導波路が
単純にＣＷＤＭカプラの入力に対して接続されるように
なっている。このＣＷＤＭ光学的モジュールのユニーク
な構成によって、レーザとフォトダイオードとを同一平
面上において互いに噛み合うようにすることができるの
で、安価で比較的小型の標準のＣＷＤＭカプラを使うこ
とができる。その結果のＣＷＤＭ光学的モジュールは既
存の技術に対して比較されるとき、安価で比較的小型で
ある。結果として、本発明の光学的モジュールはファイ
バ・ベースの遠隔通信ネットワークの中で必要な２４個
のチャネルを提供するためのインタフェース・カードの
中に簡単に取り付け、あるいは統合化することができ
る。
【０００８】
【発明の詳細な記述】特に図１を参照すると、本発明の
光学的モジュール１は半導体のセラミックまたはプラス
チック製の基板２から構成されている。その基板にはパ
ッケージ化されたレーザ・アレイ・チップ４が取り付け
られている。レーザ・アレイ・チップ４は１３１０ｎｍ
などの所定の波長で動作する複数の表面発光またはエッ
ジ発光のレーザ５から構成されている。レーザ・アレイ
４は、レーザ５から発せられる光のストリームが基板２
の表面に対して実質的に平行に配置されるように、基板
２の中に位置決めされている。レーザを基板２の表面に
並べるために、レーザ・アレイ４を受け取るための孔を
基板２の中に光化学的に、あるいは機械的に開ける必要
があり得る。レーザ・アレイ４の構成および寸法に依存
して、孔が基板２を貫通する必要は必ずしもない。その
場合は、孔は基板２の表面における刻まれた窪みから構
成することができる。レーザ・アレイ４が適切に位置合
わせされると、それは基板２に対してボンドされる。基
板２の内部に配置された光導波路、または基板２の上に
置かれたファイバから構成されている伝送エレメント８
が、各レーザ５をＣＷＤＭスプリッタ１０の入力に対し
て接続する。電気的な導体１２がレーザ・アレイ４のレ
ーザ５をレーザ・ドライバ・チップ１６、フレーマなど
の電気的制御エレメントに対して接続する。これらの電
気的エレメントは導体２１によってそのモジュールの電
気的コネクタ１９に対して接続されている。電気的エレ
メントは基板２の上に集積化されているように示されて
いるが、必要な場合、それらを基板２から外して回線カ
ード回路ボードなどの関連付けられている装置の上に置
くことができる。
【０００９】図２を参照すると、フォトダイオード・ア
レイ２０が示されている。これは１５５０ｍｍなどの所
定の波長で動作する複数のフォトダイオード２２から構
成されており、それらはチップ２４の１つのエッジに沿
って一列に並べられている。この好適な実施形態におい
ては、フォトダイオードの個数はレーザ・アレイ４上の
レーザの個数に等しい。フォトダイオード２２は導体３
０を経由してボンディング・パッド２８に対して接続さ
れている。スロット３２がフォトダイオード２２の間の
チップ２４のエッジにおいて刻み込まれ、歯、すなわ
ち、延びている部材３４を生成し、フォトダイオード・
アレイ２０が櫛型の構造となり、フォトダイオードが
「櫛」の歯３４の中に配置される。
【００１０】再び図１を参照すると、基板２はフォトダ
イオード・アレイ２０の歯３４を受け取るための、機械
的に、あるいは化学的に刻まれた複数の開口３８を含
む。フォトダイオード・アレイ２０は歯３４が開口３８
の中に延びるように基板２の中に挿入され、そしてフォ
トダイオード２２が導波路またはファイバ４０と位置合
わせされた基板２のレベルに配置されるように位置決め
されている。導波路またはファイバ４０はＣＷＤＭカプ
ラ１０の別の入力まで延びている。フォトダイオード２
０のスロット３２はレーザ５から発している導波路また
はファイバ８の上に延びているブリッジを形成してい
る。フォトダイオード・アレイ２０が基板２の中で適切
に位置合わせされると、それは基板に対してボンドされ
る。ボンディング・パッド２８は導体４２に対して接続
されており、導体４２はフォトダイオードの前置増幅器
判定回路４４、クロック復元回路、フレーマなどの電気
的エレメントに接続されている。電気的エレメント４４
は導体２３によってモジュールの電気的コネクタ１９に
接続されている。電気的エレメントは基板２の上に集積
化されているように示されているが、必要であればそれ
らを基板２の外部の回線カード回路ボードなどの関連付
けられた装置の上に置くこともできる。
【００１１】ＣＷＤＭカプラ１０は、レーザ５およびフ
ォトダイオード２２に対して導いている別々のファイバ
と、本発明の光学的モジュールからファイバ・リンクの
反対の端まで組み合わせられたトラヒックを搬送してい
る単独のファイバ４１との間で、光が伝送されるとき
に、光を組み合わせてスプリットするように動作する。
光ファイバまたは導波路４１は、組み合わせられたアッ
プストリームおよびダウンストリームのトラヒックをリ
ンクの端点間で送信するための光ファイバ・リボン４３
に接続されている。
【００１２】１つの好適な実施形態においては、光学的
モジュール１はファイバを顧客に対して提供するため
に、遠隔通信ネットワークの中のスイッチング・システ
ムのようなネットワーク要素の中で使うための回線カー
ドに対して接続されている。特に図３を参照すると、代
表的なサブラックまたはシェルフ５０およびスイッチン
グ・システムのための回線カード５２などのインタフェ
ース・ユニットまたは他のネットワーク要素が示されて
いる。回線カード５２が特に参照されるが、本発明の光
学的モジュールは、幹線カード、他のインタフェース・
カードまたは他のエレメント上でも使うことができるこ
とを理解されたい。サブラック５０は側板５４および５
６および、電気的コネクタ６２を含んでいるバックプレ
ーン６０から構成されており、コネクタ６２のうちの１
つが各回線カード５２に対して用意されている。コネク
タ６２は回線カード５２上のコネクタ６４と脱着可能で
あり、回線カードとスイッチング・システムまたは他の
ネットワーク要素との間の通信を可能にしている。回線
カード５２は、その回線カードによってホストされる回
線を制御するための回路を備えている回路パック６５か
ら構成されている。前板６６が回路パックのコネクタ６
４と反対側に結合されている。前板６６はケーブル・ア
センブリ７４のプラグ７２が回線カード上の光コネクタ
６９にアクセスできる開口６８を備えている。動作にお
いて、回線カード５２はコネクタ６４がバックプレーン
・コネクタ６２と噛み合い、そしてラッチ６９がサポー
ト５８と噛み合うようにサブラック５０の中に挿入され
る。プラグ７２が開口６８を通してピン・コネクタに噛
み合うように挿入されて、回線カードの物理的設置が完
了する。ケーブル・アセンブリ７４は、顧客の構内また
は他のネットワーク要素に対して延びている光ファイバ
に対する接続を提供する。したがって、回線カード５２
はこの分野の技術において一般的に知られているよう
に、顧客の構内に対するファイバ伝送エレメントと、回
線カードをホストしているスイッチング・システムまた
は他のネットワーク要素との間のインタフェースを提供
する。
【００１３】本発明の光学的モジュール１は、ＣＷＤＭ
のスプリッタから延びている光導波路またはファイバが
光コネクタ６９において終端するように回路パック６５
の上に取り付けられている。図示されている実施形態の
中にはファイバ・リボンが示されているが、導波路また
は配置されたファイバをコネクタ６９に対して直接接続
するか、あるいは他の伝送技法を使うことができること
も考えられる。ケーブル・アセンブリ７４がコネクタ６
９に接続されると、光学的モジュール１は顧客の構内装
置などのダウンストリーム・ネットワーク要素と通信す
る。光学的モジュールの電気的コネクタ１９は、回路パ
ック６５がネットワーク要素の中に挿入されるとき、光
学的モジュール１がそのネットワーク要素と通信状態に
あるように回路パック６５の上の電子回路に対して電気
的に接続される。レーザ・チップ・ドライバおよびフォ
トダイオードのインタフェース・チップなどの電子回路
を、光学的モジュール１上ではなく回路パック６５上に
配置することができることに注意する必要がある。本発
明の光学的モジュールは比較的小型、コンパクト、そし
て安価なので、それを使って高密度のインタフェース・
カードを生成することができる。たとえば、２４個のチ
ャネルを提供するには、図１および図２を参照して説明
されている１２チャネルのモジュールが２個使われる。
提供されるチャネルの数、およびそれらのチャネルを提
供するために使われるモジュールの数は、エンジニアリ
ング的な設計選択の問題である。さらに、設計が単純で
あるので、従来の技術の物理的設計の問題がなくなる。
「櫛型」構造のフォトダイオード・アレイによって、フ
ォトダイオードとレーザの組合せが可能であり、それに
よってＣＷＤＭカプラの構造が大幅に単純化され、複雑
な伝送構成は不要となる。本発明は「櫛型」構造による
フォトダイオードについて記述されてきたが、レーザと
フォトダイオードとの相対的な位置がこの図示されてい
る例とは逆になるように、すなわち、フォトダイオード
・アレイをレーザ・アレイの場所において基板に対して
マウントし、レーザを「櫛型」のアレイ上にマウントす
ることができることを理解されたい。
【００１４】上記の説明は本発明の好適な１つの実施形
態を示しているだけであることを理解されたい。本発明
の適用範囲から逸脱することなしに、他の多くの構成が
この分野の技術に熟達した人によって考えられる可能性
がある。したがって、本発明は付属の特許請求の範囲内
に定義されていることによってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学的モジュールの平面図を示す。
【図２】本発明のフォトダイオード・アレイ・チップの
正面図を示す。
【図３】本発明の光学的モジュールを組み込んでいる回
線カードを含んでいる遠隔通信エレメントの略図を示
す。
【符号の説明】 １ 光学的モジュール ２ 基板 ４ レーザ・アレイ・チップ ５ レーザ ８ 伝送エレメント １０ ＣＷＤＭスプリッタ １２ 電気的導体 １６ レーザ・ドライバ・チップ １９ 電気的コネクタ ２１ 導体 ２２ フォトダイオード ２３ 導体 ２４ チップ ２８ ボンディング・パッド ３０ 導体 ３２ スロット ３４ 歯 ３８ 開口 ４２ 導体 ４３ 光ファイバ・リボン ４４ 前置増幅器判定回路 ５０ シェルフ ５２ 回線カード ５４ 側板 ５６ 側板 ５８ サポート ６０ バックプレーン ６２ コネクタ ６４ コネクタ ６６ 前板 ６８ 開口 ６９ ラッチ ７２ プラグ ７４ ケーブル・アセンブリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/135 10/14 (56)参考文献 特開 平５−157944（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/12 G02B 6/42 H04B 10/12 H04B 10/13 H04B 10/135 H04B 10/14

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学的インタフェース装置であって、 複数の発光手段を支持する第１の基板と、 該発光手段を複数の光カプラに接続する第１の伝送手段
    と、 複数の受光手段を支持する第２の基板とからなり、該複
    数の発光手段が該複数の受光手段と互いに噛み合うよう
    に、該第２の基板が該第１の基板にマウントされてお
    り、該装置は更に、 該受光手段を該複数の光カプラに接続する第２の伝送手
    段とからなることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、該発光
    手段はレーザからなり、該受光手段はフォトダイオード
    からなることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、該第１
    の伝送手段および該第２の伝送手段は、複数のファイバ
    と該第１の基板に形成されている複数の光導波路とのう
    ちのいずれか一方からなることを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置において、該第２
    の基板はその一方の側面に沿って形成された複数のノッ
    チを含んで、複数の延びている部材を生成しており、該
    複数の受光手段のうちの１つが該延びている各部材の中
    に配置されており、該第２の基板が該第１の基板に対し
    てマウントされて、該延びている部材が該発光手段の間
    に配置されていることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の装置において、該第１
    の基板は複数の開口を形成する部分を含み、該開口が該
    発光手段の間に配置されて、該延びている部材を受け入
    れていることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の装置においてさらに、
    該発光手段からの光と該受光手段への光とを組み合わせ
    て搬送する該光カプラに接続された第３の伝送手段を含
    むことを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の装置において、該第２
    の基板が該第１の基板上に実質的に同一平面でマウント
    されており、該複数の発光手段と該複数の受光手段とが
    実質的に同一平面にあることを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 光学的インタフェース装置であって、 複数の発光手段を支持する第１の基板と、 該受光手段を複数の光カプラに接続する第１の伝送手段
    と、 複数の発光手段を支持する第２の基板とからなり、該複
    数の受光手段が該複数の発光手段と相互に噛み合うよう
    に、該第２の基板が該第１の基板にマウントされてお
    り、該装置が更に、 該発光手段を該複数の光カプラに接続する第２の伝送手
    段とからなることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の装置において、該第２
    の基板が該第１の基板上に実質的に同一平面でマウント
    されており、該複数の発光手段と該複数の受光手段とが
    実質的に同一平面にあることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 遠隔通信ネットワーク要素で使用する
    インタフェース・カードであって、 回路パックと、 該回路パックにマウントされている光学的インタフェー
    ス・モジュールとからなり、該光学的インタフェース・
    モジュールが、複数の発光手段と複数の受光手段とのうちのいずれか一
    方 を支持する第１の基板と、該一方を 複数の光カプラに接続する第１の伝送手段と、該複数の発光手段および該複数の受光手段の他方 を支持
    する第２の基板とからなり、該一方が該他方と互いに噛
    み合うように、該第２の基板が該第１の基板にマウント
    されており、さらに、該他方を 該複数の光カプラに接続する第２の伝送手段と
    からなることを特徴とするインタフェース・カード。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のインタフェース・
    カードであって、該第２の基板が該第１の基板上に実質
    的に同一平面でマウントされており、該複数の発光手段
    と該複数の受光手段とが実質的に同一平面にあることを
    特徴とするインタフェース・カード。
JP23339798A 1997-08-20 1998-08-20 粗波長分割マルチプレキシング光学的システム Expired - Fee Related JP3489722B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/915244 1997-08-20
US08/915,244 US5943456A (en) 1997-08-20 1997-08-20 Coarse wavelength division multiplexing optical system

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