JP3806928B2 - 光送受信機及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光信号による情報通信を行う際に用いられる光送受信機（光トランシーバ）及びこの光送受信機の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光をキャリアとして用いて情報通信を行う光通信は、高速、大容量な通信を実現する通信方法の１つであり、この特徴を生かした幹線系ネットワークや、加入者系ネットワークの構築が国内外において活発化している。加入者（家庭等における利用者）と局を結ぶネットワークの規格は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８３．１として国際標準化されており、１本の光ファイバと１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯の２波長で送受信を行う波長分割多重方式（ＷＤＭ方式）を採用する計画が進められている。
【０００３】
波長分割多重方式では、局側から加入者側に対する送信には波長１．５５μｍの光信号が用いられ、加入者側から局側に対する送信には波長１．３μｍの光信号が用いられる。このような光通信を行うための加入者側の端末装置（例えば、パーソナルコンピュータなど）には、光信号を送受するためのインターフェイスとしての光送受信機（光トランシーバ）が備えられる。光送受信機は、局側に送信する送信情報を担う電気信号を光信号に変換する発光部、局側から送られる光信号を電気信号に変換する受光部、局側と接続された光ファイバと発光部及び受光部を含むユニットとを接続する接続部（光コネクタ）、などの要素を含んで構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような光通信のネットワークを広く普及するためには、加入者側で用いられる端末装置に備えられる光送受信機の低コスト化が重要である。しかしながら、従来の光送受信機では、光学素子等の部品や三次元的な光導波路などを実装するシリコン基板の凹凸の加工を行う際に、異方性エッチング等の方法を用いているために、長い加工時間が必要となる。また、シリコン基板上の異なる位置に、３次元での精密な位置合わせを行いながら光学素子等の部品を実装しているため、実装に要する工程数が多くなる。これらの要因により、従来の光送受信機の製造には、多種類の工程を要し、製造コストが多くかかっている。
【０００５】
本発明は、このような点に着目して創作されたものであり、製造工程の簡素化を図ることが可能となる光送受信機を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、製造工程の簡素化を図ることが可能な光送受信機の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光送受信機は、信号光を双方向に伝搬させる光信号路の一端部側に設けられ、該光信号路の一端から出射する信号光の光軸に対して略直交する面内にそれぞれ配置される分光手段、発光器及び受光器を含んでおり、分光手段により、光信号路の一端部から出射される信号光の向きを変えて受光器に導くと共に、発光器から出射された信号光を光信号路の一端部に導いている。
【０００８】
また、他の本発明の光送受信機は、波長の異なる複数の信号光を双方向に伝搬させる光信号路の一端部側に設けられ、該光信号路の一端から出射する信号光の光軸に対して略直交する面内にそれぞれ配置される分光手段、発光器及び受光器を含んでおり、分光手段により、光信号路の一端部から出射される信号光を受信光とし、この光軸の向きを受信光の波長に対応して変えて受光器に導くと共に、発光器から出射される信号光を光信号路の一端部に導いている。
【０００９】
光信号路の一端から出射する信号光の光軸に垂直な面内に分光手段、発光器及び受光器の各要素を配置しているので、構造の簡略化、位置合わせ（アライメント）の容易化を図ることが可能となり、光送受信機の製造工程を簡素化することが可能となる。これにより、製造コストを削減し、光送受信機の低コスト化を図ることが可能となる。
【００１０】
好ましくは、分光手段、発光器及び受光器は、それぞれ異なる直交面上に存在する。
【００１１】
好ましくは、分光手段、発光器及び受光器は、それぞれ透明基板（あるいは光透過性の基板）によって支持される。これにより、分光手段、発光器及び受光器の各々を支持する透明基板を層状に並べて形成することによって光学系を構成することができるので、光送受信機の製造が容易となり、低コスト化を図ることが可能となる。また、複数の透明基板を用意し、各々の透明基板に複数の分光手段、複数の発光器、複数の受光器を設けた後に各透明基板を重ね合わせて形成し、その後、分割するという製造方法を採ることが可能となるので、複数の光送受信機を効率よく製造することが可能となる。特に、このような製造方法を採った場合には、複数の光送受信機についての分光手段、発光器、受光器の相互間の精密な位置合わせを一括して行うことができることから、製造工程の大幅な簡略化が可能となる。
【００１２】
好ましくは、上述した分光手段は、回折格子を含む、入射光の波長に対応して出射光の光軸に角度変化を与える角度分散形光分波回路によって実現する。これにより、分光手段を薄型に形成することが可能となる。
【００１３】
好ましくは、上述した回折格子は、格子深さをｄ、回折格子の材料の屈折率をｎ、送信光と受信光の波長のうちで小さい方の波長をλ１、大きい方の波長をλ２とすると、λ１／（ｎ−１）＜ｄ＜λ２／（ｎ−１）、の関係を満たすように格子深さｄが設定される。これにより、送信光、受信光ともに高い回折効率を得ることが可能となる。
【００１４】
好ましくは、分光手段としての上記回折格子は、集光機能を兼ね備える。これにより、信号光を効率よく光信号路へ入射させることが可能となる。また、分光手段は、プリズムにより実現してもよい。
【００１５】
好ましくは、発光器から出力される信号光の向きを変えて分光手段に導く第１の偏向手段を更に備える。これにより、発光器の配置位置の自由度が増し、配置位置の設計が容易となる。
【００１６】
好ましくは、第１の偏向手段は、回折格子を含む、入射光の波長に対応して出射光の光軸に角度変化を与える角度分散形光分波回路によって実現する。これにより、第１の偏向手段の厚みを薄くすることが可能となる。
【００１７】
好ましくは、第１の偏向手段は、分光手段が配置される面と略平行な面内に配置される。
【００１８】
好ましくは、第１の偏向手段は、透明基板によって支持される。これにより、上述した分光器等を支持する透明基板とともに、第１の偏向手段を支持する透明基板を層状に重ね合わせることによって光学系を構成することができるので、構造の簡素化を図ることが可能となり、第１の偏向手段の追加による製造工程の複雑化を回避することが可能となる。
【００１９】
好ましくは、分光手段から出力される信号光の向きを変えて受光器に導く第２の偏向手段を更に備える。これにより、発光器の配置位置の自由度が増し、配置位置の設計が容易となる。
【００２０】
好ましくは、第２の偏向手段は、回折格子又はレンズを含む、入射光の波長に対応して出射光の光軸に角度変化を与える角度分散形光分波回路によって実現する。これにより、第２の偏向手段の厚みを薄くすることが可能となる。
【００２１】
好ましくは、第２の偏向手段は、集光機能を更に備える。これにより、分光手段から出射する信号光を集光して受光器に入射させることができるので、より確実に情報の受信を行うことが可能となる。
【００２２】
好ましくは、第２の偏向手段は、分光手段が配置される面と略平行な面内に配置される。
【００２３】
好ましくは、第２の偏向手段は、透明基板によって支持される。これにより、上述した分光器等を支持する透明基板とともに、第２の偏向手段を支持する透明基板を層状に並べることによって光学系を構成することができるので、構造の簡素化を図ることが可能となり、第２の偏向手段の追加による製造工程の複雑化を回避することが可能となる。
【００２４】
好ましくは、第１及び第２の偏向手段は、同一面内に配置される。これにより、第１及び第２の偏向手段を透明基板により支持する場合には、同一の透明基板を用いて両者を支持することができるので、部品数の削減による構成の簡略化が可能である。また、この場合には、第１及び第２の偏向手段の組み立てを同時に行うことができるので、製造工程の簡略化によるコスト削減を図ることが可能となる。
【００２５】
好ましくは、第２の偏向手段は、分光手段から出力される信号光を反射して受光器へ導く反射型の回折格子である。これにより、受光器を発光器からより遠ざけて配置することが可能となり、両者の間におけるクロストーク（信号の混信）を抑制する効果を期待することができる。
【００２６】
好ましくは、光信号路の一端から出射する信号光を略平行光線として分光手段に導く集光手段を更に備える。これにより、更に効率よく信号光を光信号路へ入射させることが可能となる。この集光手段は、レンズによって実現することが好ましい。
【００２７】
好ましくは、発光器と受光器の間に配置されて相互間の信号漏れを防止するクロストーク防止手段を更に備える。これにより、受光器と発光器を比較的に近距離に配置した場合であっても、両者の間におけるクロストークを抑制することが可能となる。
【００２８】
好ましくは、分光手段及びクロストーク防止手段は共に、光信号路の一端から出射する光の光軸に対して直交する面内に存在する。
【００２９】
好ましくは、分光手段及びクロストーク防止手段は、それぞれ透明基板によって支持される。これにより、上述した分光器等を支持する透明基板とともに、分光手段及びクロストーク防止手段を支持する透明基板を層状に重ね合わせることによって光学系を構成することができるので、構成が簡単であり、製造工程の複雑化を回避することが可能となる。
【００３０】
好ましくは、クロストーク防止手段は、透明基板に形成された導電体膜である。これにより、２つの信号光間の遮光のみならず、電磁シールドをも行って、送受信回路間の電気信号の漏洩をも防止する。また、少ないスペースにクロストーク防止手段を設けることが可能となる。
【００３１】
また、本発明は、発光器及び受光器と、入射光の波長に対応してその出射光の光軸の向きを変える分光手段とを含み、波長の異なる複数の信号光を双方向に伝搬させる光信号路の一端部側に設けられて情報の送受信を行う光送受信装置の製造方法であって、複数の分光手段が形成された第１の透明基板と、複数の受光器が形成された第２の透明基板と、複数の発光器が形成された第３の透明基板とを相互に重ね合わせて組み立てる基板組立工程と、組み立てられた後の第１乃至第３の透明基板を受光器、発光器及び分光手段の各々を１つずつ含む領域毎に切断して複数のサブ基板に分割する基板切断工程とを含んでいる。
【００３２】
このような製造方法によれば、１つの透明基板上に分光手段（例えば、回折格子）を多数個同時に形成することができるので、製造工程の効率化を図ることが可能となる。また、分光手段が多数形成された第１の透明基板と、多数の受光器が形成された第２の透明基板と、多数の発光器が形成された第３の透明基板とを重ね合わせて組み立てた後に分割しているので、各透明基板を重ね合わせる際に精密な位置合わせ（アライメント）を行うことで、１つ１つの光送受信機に対して個別的にアライメントを行うことなく、複数の光送受信機を一挙に製造することができる。これにより、１つ１つの光送受信機を個別的に製造する場合に比べて、アライメントの回数を大幅に削減することが可能となり、製造プロセスの簡素化が可能となる。したがって、製造コストの大幅な削減が可能となる。
【００３３】
好ましくは、第１の透明基板に形成される分光手段は、回折格子により実現する。また、好ましくは、基板組立工程は、各基板を相互に貼り合わせて組み立てる工程である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した光送受信機の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００は、信号光を双方向に伝搬させる光ファイバ２００を介して情報通信を行うものであり、面発光レーザ１０、フォトディテクタ１２、金属膜１４、３つの回折格子１６、１８、２０、スリーブ２２、及びこれらの要素を支持する透明基板１１０、１１１、１１２、１１３を含んで構成されている。透明基板１１０〜１１３の各々は、略透明な樹脂あるいはガラスなどを材料とする平板状の部材を用いて構成されており、図示のように、光ファイバ２００から出射される信号光の光軸ａに対してほぼ直交する面内にそれぞれ配置されている。
【００３６】
面発光レーザ１０は、情報の送信に用いる波長１．３μｍのレーザ光を出力する発光器であり、透明基板１１０の一方面上の所定位置に実装されている。
【００３７】
フォトディテクタ１２は、光信号を電気信号に変換する受光器であり、基板１１１の一方面上の所定位置に設けられている。また、透明基板１１０のフォトディテクタ１２と当接する部分には凹部が形成されており、この透明基板１１０に形成された凹部にフォトディテクタ１２をはめ込むようにして、透明基板１１０と透明基板１１１が貼り合わされている。
【００３８】
金属膜１４は、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２の間に配置されており、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２の間におけるクロストークを防止する。本実施形態では、透明基板１１０の面発光レーザ１０が設けられる側の面上に金属薄膜を成膜することによって金属膜１４を形成している。この金属膜１４は、図示しないが所定の基準電位点に接続されることにより、電磁シールド膜として機能する。また、金属膜１４は、遮光膜としても機能する。このように、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２を別々の基板上に実装し、これらの間に金属膜１４を設けて電磁波等によるノイズを遮断することにより、面発光レーザ１０を含んで構成される送信部と、フォトディテクタ１２を含んで構成される受信部の相互間におけるクロストークを抑制することが可能となる。
【００３９】
回折格子１６は、透明基板１１２の一方面上に形成されており、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光（信号光）をほぼ平行光と見なせるビーム（光線束）に変換し、かつ主光線方向を回折格子１８の方向に向けて変化させる。この回折格子１６は、光ファイバ２００から出射される信号光の光軸ａに対してほぼ直交する面内に配置されている。そして、面発光レーザ１０は、出射したレーザ光の主光線方向が回折格子１６の配置面に対してほぼ直交するように配置されている。これにより、面発光レーザ１０から出射したレーザ光を効率よく回折格子１６に入射させることができるため、信号光の損失を少なくすることが可能となる。
【００４０】
回折格子１８は、透明基板１１３の一方面上に形成されており、回折格子１６から入射されるビームの主光線方向をスリーブ２２の開口部に向けて変化させるとともに集光し、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００にビームを入射させる。
【００４１】
スリーブ２２は、光ファイバ２００の一方端が接続される接続部である。回折格子１８から出射したビームは、このスリーブ２２に接続された光ファイバ２００のコアに入射する。このスリーブ２２は、回折格子１８から入射するビームの主光線方向が光ファイバ２００の端面とほぼ直交するように配置されている。これにより、回折格子１８から出射したビームを効率よく光ファイバ２００に入射させることができるため、信号光の損失を少なくすることが可能となる。
【００４２】
また、回折格子１８は、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００から出射される波長１．５５μｍの信号光をほぼ平行光と見なせるビームに変換し、かつ主光線方向を回折格子２０の方向に向けて変化させる。
【００４３】
回折格子２０は、透明基板１１２の一方面上（回折格子１６の形成面と同じ面上）に形成されており、回折格子１８から出射するビームを集光するとともに、主光線方向をフォトディテクタ１２に向けて変化させ、集光したビームをフォトディテクタ１２に入射させる。
【００４４】
なお、上述した回折格子１８及び透明基板１１２、１１３が分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００４５】
次に、上述した各回折格子１６、１８、２０の詳細について説明する。
【００４６】
図２は、回折格子１６、２０の構造の具体例について説明する図である。上述したように、回折格子１６、２０は、同一の透明基板１１２の一方面上に形成されており、同図ではこれらの回折格子１６、２０の正面図が示されている。
【００４７】
図２に示すように、各回折格子１６、２０は、等位相線が円弧状のパターンとなるような形状に形成されている。また、等位相線のパターンは、図１に示した光学系に基づいて各光線を追跡することにより回折角度を求め、これに基づいて位相分布を計算することによって得られる。また、回折格子１６から出射するビームと、回折格子２０に入射するビームとの間隔は、各ビームの波長（本実施形態では１．３μｍ及び１．５５μｍ）、回折格子１８の格子間隔、及び回折格子１６、２０と回折格子１８の距離により決定される。また、これらのビームの間隔は、光送受信機１００の全体のサイズによる制限を考慮して決定される。
【００４８】
図３は、回折格子１８の構造の具体例について説明する図である。同図では、回折格子１８の正面図が示されている。図３に示すように、回折格子１８は、等位相線が円弧状のパターンとなるような形状に形成されている。この等位相線のパターンは、上述した回折格子１６、２０と同様な方法で求めることができる。
【００４９】
また、回折格子１８の格子深さｄは、回折格子を構成している略透明材料の屈折率をｎ、通信に用いられる２つの信号光の波長のうち、小さい方をλ１（μｍ）、大きい方をλ２（μｍ）とすると、以下の式に示す関係を満たすことが望ましい。
λ１／（ｎ−１）＜ｄ＜λ２／（ｎ−１） …（１）
【００５０】
本実施形態では、送信に波長１．３μｍの光、受信に波長１．５５μｍの光が用いられているため、上述した式（１）は、以下のように表される。
１．３／（ｎ−１）＜ｄ＜１．５５／（ｎ−１） …（２）
【００５１】
このような関係を有するように回折格子１８の格子深さｄを設定することにより、送受信ともに高い回折効率を得ることが可能となる。回折効率は、格子深さに依存するので、格子深さｄの値を適宜調整することにより、送信と受信の光学系で必要な光量を得ることができる。
【００５２】
ここで、上述した回折格子１６、１８、２０の形成方法について説明する。石英ガラスなどの略透明な材料からなる基板を用意し、この基板上にフォトレジストを塗布する。次に、レーザ描画装置又は電子ビーム描画装置などを用いて、フォトレジストに上述した円弧状のパターンを転写する。その後、フォトレジストをマスクとしてエッチングを行うことにより、回折格子が形成される。また、このようにして形成した回折格子を用いて金型を作成し、この金型を基にして、射出成型法、２Ｐ法などの方法により回折格子を形成することも可能である。この方法は、量産性に富むという利点がある。
【００５３】
次に、本実施形態の光送受信機１００の製造方法の具体的な例について説明する。図４は、本実施形態の光送受信機１００の製造方法について説明する説明図である。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、透明基板１１０は、一方面上の所定位置に複数の面発光レーザ１０が実装されている。また、透明基板１１０の他方面には、後に透明基板１１０と透明基板１１１を貼り合わせる際に、透明基板１１１上のフォトディテクタ１２と当接すべき位置に凹部１２０が形成されている。同様に、透明基板１１１は、一方面上の所定位置に複数のフォトディテクタ１２が実装されている。透明基板１１２は、一方面に複数の回折格子１６、２０が形成されている。また、透明基板１１３は、一方面に複数の回折格子１８が形成されている。
【００５５】
図４（ａ）に示すように、これらの透明基板１１０〜１１３を貼り合わせる。このとき、透明基板１１０と透明基板１１１は、凹部１２０にフォトディテクタ１２をはめ込むようにして貼り合わされる。なお、各透明基板１１０〜１１３の貼り合わせ（取り付け）は、接着、融着、圧着、嵌着、両側からの挟持など各種の方法によることができ、特定の手段に限定されるものではない。
【００５６】
次に、図４（ｂ）に示すように、貼り合わせた後の透明基板１１０〜１１３を所定位置で切断して複数のサブ基板に分割し、その後にスリーブ２２（図示を省略する）の取り付けなどを行うことにより、複数の光送受信機１００が構成される。
【００５７】
このような製造方法によれば、１つの透明基板上に回折格子のパターン形成を多数個同時に（バッチ処理的に）形成することができるので、製造工程の効率化を図ることが可能となる。また、回折格子が多数形成された透明基板と、多数の面発光レーザやフォトディテクタが実装された透明基板とを貼り合わせた後に分割しているので、透明基板の貼り合わせ時に精密な位置合わせ（アライメント）を行うだけで複数の光送受信機を一度に製造することができる。これにより、１つ１つの光送受信機を個別的に組み立てる場合に比べて、アライメントの回数を大幅に削減することが可能となり、製造プロセスの簡略化が可能となる。
【００５８】
なお、後述する第２〜第６の実施形態において説明する光送受信機についても、上述した製造方法と同様にして製造することが可能である。
【００５９】
［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ａは、基本的に第１の実施形態で説明した光送受信機１００と同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。両者の相違点は、回折格子１８が回折格子１８ａに変更された点と、レンズ１９が追加された点である。以下、主に両者の相違点に着目して、第２の実施形態の光送受信機１００ａについて説明する。
【００６０】
回折格子１８ａは、透明基板１１３ａの一方面上に形成されており、回折格子１６から入射されるビームの主光線方向をスリーブ２２の開口部の略中心に向けて変化させる。
【００６１】
レンズ１９は、透明基板１１３ａの一部に溝を形成し、この溝にはめ込むように配置されており、回折格子１８ａから入射されるビームを集光し、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００に入射させる。別言すれば、光ファイバ２００からの出射光をレンズ１９によって略平行光線として回折格子１８ａに入射している。
【００６２】
なお、上述した回折格子１８ａ、レンズ１９及び透明基板１１２、１１３ａが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００６３】
このように、第２の実施形態では、回折格子１８ａとスリーブ２２の間にレンズ１９を配置しているので、回折格子１８ａに集光機能を持たせる必要がない。これにより、回折格子１８ａの格子パターンを１次元のパターンとし、格子間隔を大きく設定することが可能となるので、回折格子１８ａの作製が容易となるという利点がある。
【００６４】
ところで、図５に示した構成では、透明基板１１３ａに溝を形成し、そこにレンズ１９をはめ込むようにしていたが、代わりに、レンズを内蔵したスリーブを用いるようにしてもよい。図６は、レンズ内蔵型のスリーブを用いる場合の光送受信機の構成例を示す図である。同図に示す光送受信機１００ａ’は、基本的には図５に示す光送受信機１００ａと同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。
【００６５】
図６に示すように、スリーブ２２ａは、光ファイバ２００の一方端が接続される接続部であり、レンズ１９ａを内蔵している。レンズ１９ａは、透明基板１１３ａ’に設けられた回折格子１８ａから入射されるビームを集光し、スリーブ２２ａに接続された光ファイバ２００に入射させる。別言すれば、光ファイバ２００からの出射光をレンズ１９ａによって略平行光線として回折格子１８ａに入射している。このように、レンズ１９ａを内蔵したスリーブ２２ａを用いることにより、図５に示す光送受信機１００ａと同様な機能を有する光送受信機１００ａ’を実現することができる。
【００６６】
［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ｂは、基本的に第１の実施形態で説明した光送受信機１００と同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。両者の相違点は、回折格子１８が回折格子１８ｂに変更された点と、回折格子２０が省略された点である。以下、主に両者の相違点に着目して、第３の実施形態の光送受信機１００ｂについて説明する。
【００６７】
回折格子１８ｂは、透明基板１１３ｂの一方面上に形成されており、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００から出射される波長１．５５μｍの信号光を集光し、かつ主光線方向をフォトディテクタ１２の方向に向けて変化させる。
【００６８】
なお、上述した回折格子１８ｂ及び透明基板１１２ａ、１１３ｂが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００６９】
第３の実施形態では、図７に示すように、透明基板１１３ｂと透明基板１１１の間には、第１の実施形態等において説明した回折格子２０を省略して形成された透明基板１１２ａが配置されている。そして、回折格子１８ｂから出射したビームは、直接的にフォトディテクタ１２に入射されるようにしている。
【００７０】
このように、第３の実施形態では、回折格子１８ｂとフォトディテクタ１２の間に他の回折格子を配置せず、回折格子１８ｂからのビームが直接的にフォトディテクタ１２に入射するようにしているので、光量の損失を低減してフォトディテクタ１２へ入射するビームの光量を大きくすることが可能となる。これにより、受信信号の品質向上を図ることが可能となる利点がある。
【００７１】
［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ｃは、基本的には第１の実施形態で説明した光送受信機１００と同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。以下、主に両者の相違点に着目して、第４の実施形態の光送受信機１００ｃについて説明する。
【００７２】
第４の実施形態の光送受信機１００ｃは、面発光レーザ１０及び金属膜１４が形成された透明基板１１０ａと、回折格子１６及び反射型の回折格子２０ａが形成された透明基板１１２ｂと、回折格子１８ｃが形成された透明基板１１３ｃを層状に貼り合わせた構成を有している。
【００７３】
面発光レーザ１０は、透明基板１１０ａの一方面に実装されている。また、金属膜１４は、透明基板１１０ａの他方面（透明基板１１２ｂと当接する側の面）に形成されている。この金属膜１４は、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２の間に配置されて両者間におけるクロストークを防止する機能を担うものであり、上述した第１の実施形態等の場合と同様に、透明基板１１０ａの他方面上に金属薄膜を成膜することによって形成されている。
【００７４】
回折格子１８ｃは、透明基板１１３ｃの一方面に形成されており、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００から出射される波長１．５５μｍの信号光を平行ビームに変換し、主光線方向を回折格子２０ａの方向に向けて変化させる。また、回折格子１８ｃは、回折格子１６から入射されるビームの主光線方向をスリーブ２２に向けて変化させるとともに集光し、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００にビームを入射させる。また、透明基板１１３ｃの他方面には、フォトディテクタ１２が実装されている。
【００７５】
なお、上述した回折格子１８ｃ及び透明基板１１２ｂ、１１３ｃが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００７６】
反射型の回折格子２０ａは、透明基板１１２ｂの一方面（回折格子１６の形成面と同じ面上）に形成されており、回折格子１８ｃから出射するビームを反射するとともに集光し、集光したビームをフォトディテクタ１２に入射させる。図８に示すように、第４の実施形態の光送受信機１００ｃでは、透明基板１１３ｃの他方面（透明基板１１２ｂと当接する側の面）にフォトディテクタ１２が実装されており、回折格子２０ａによって反射され、集光されたビームがフォトディテクタ１２に入射されるようになっている。なお、金属膜１４を反射型の回折格子２０ａの反射膜として利用することも可能である。
【００７７】
このように、第４の実施形態では、光ファイバ２００から出射され、回折格子１８ｃによって回折格子２０ａに導かれる信号光を回折格子２０ａによって反対側の方向へ反射しながら集光し、フォトディテクタ１２によって受光するようにしているので、フォトディテクタ１２を面発光レーザ１０と大きく離間させて配置することができる。これにより、面発光レーザ１０を含んで構成される送信部と、フォトディテクタ１２を含んで構成される受信部の相互間におけるクロストークを抑制することが可能となる。
【００７８】
［第５の実施形態］
図９は、第５の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ｄは、基本的には第１の実施形態で説明した光送受信機１００と同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。以下、主に両者の相違点に着目して、第５の実施形態の光送受信機１００ｄについて説明する。
【００７９】
第５の実施形態の光送受信機１００ｄは、面発光レーザ１０及び金属膜１４が形成された透明基板１１０ｂと、回折格子１６及び回折格子２０ｂが形成されるとともにフォトディテクタ１２が実装された透明基板１１１ａと、回折格子１８ｄが形成された透明基板１１３ｄを層状に貼り合わせた構成を有している。本実施形態では、透明基板１１０ｂと透明基板１１１ａの間、及び透明基板１１１ａと透明基板１１３ｄの間は、それぞれ図示しないスペーサ等を挟んで貼り合わせることにより、所定の間隔を確保するように構成されている。このように各透明基板の間に所定間隔を確保する理由については後述する。
【００８０】
面発光レーザ１０は、透明基板１１０ｂの一方面に実装されている。また、金属膜１４は、透明基板１１０ｂの他方面に形成されている。この金属膜１４は、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２の間に配置されて両者間におけるクロストークを防止する機能を担うものであり、上述した第１の実施形態等の場合と同様に、透明基板１１０ｂの他方面上に金属薄膜を成膜することによって形成されている。
【００８１】
回折格子１８ｄは、第１の実施形態の光送受信機１００に含まれる回折格子１８と同様の機能を担うものであり、透明基板１１３ｄの一方面に形成されている。本実施形態では、回折格子１８ｄとして、回折格子１８ｄを構成する材料と、回折格子１８ｄと接する空気との屈折率の差を利用して光の回折を生じさせるレリーフ型の回折格子を採用している。このため、本実施形態の光送受信機１００ｄは、上述したように透明基板１１１ｂと透明基板１１３ｄの間に所定間隔を確保し、これらの透明基板間に空気層を形成している。
【００８２】
回折格子２０ｂは、第１の実施形態の光送受信機１００に含まれる回折格子２０と同様の機能を担うものであり、透明基板１１１ａの一方面上（回折格子１６の形成面と同じ面上）に形成されている。本実施形態では、回折格子２０ｂについても、回折格子１８ｄと同様にレリーフ型の回折格子を採用している。このため、本実施形態の光送受信機１００ｄは、上述したように透明基板１１０ｂと透明基板１１１ａの間に所定間隔を確保し、これらの透明基板間に空気層を形成している。
【００８３】
なお、上述した回折格子１８ｄ及び透明基板１１３ｄが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００８４】
このように、レリーフ型の回折格子１８ｄ、２０ｂを用いた場合にも、図１に示す光送受信機１００と同様な機能を有する光送受信機１００ｄを実現することができる。
【００８５】
［第６の実施形態］
図１０は、第６の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ｅは、基本的には図８に示した第４の実施形態で説明した光送受信機１００ｃと同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。以下、主に両者の相違点に着目して、第６の実施形態の光送受信機１００ｅについて説明する。
【００８６】
第６の実施形態の光送受信機１００ｅは、面発光レーザ１０、金属膜１４、回折格子１６ａ及び反射型の回折格子２０ｃが形成された透明基板１１０ｃと、フォトディテクタ１２及び回折格子１８ｃが形成された透明基板１１３ｅを層状に貼り合わせた構成を有している。
【００８７】
回折格子１６ａは、第４の実施形態の光送受信機１００ｃに含まれる回折格子１６と同様の機能を担うものである。同様に、回折格子２０ｃは、第４の実施形態の光送受信機１００ｃに含まれる回折格子２０ａと同様の機能を担うものである。本実施形態では、回折格子１６ａ及び回折格子２０ｃとして、レリーフ型の回折格子を採用している。このため、透明基板１１０ｃと透明基板１１３ｅの間は、図示しないスペーサ等を挟むことにより、所定の間隔を確保しながら貼り合わせて両透明基板の間に空気層を形成するようになっている。
【００８８】
なお、上述した回折格子１８ｃ及び透明基板１１３ｅが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００８９】
このように、レリーフ型の回折格子１６ａ、２０ｃを用いた場合にも、図８に示す第４の実施形態の光送受信機１００ｃと同様な機能を有する光送受信機１００ｅを実現することができる。
【００９０】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した各実施形態では、分光手段として回折格子を用いていたが、プリズム等の他の角度分散素子を用いるようにしてもよい。また、上述した各実施形態では、第１の偏向手段や第２の偏向手段として回折格子を用いていたが、レンズ等の屈折素子を用いるようにしてもよい。
また、上述した各実施形態では、光ファイバ２００から出射した光線を各透明基板に対して略直角に入射しているが、光線の向きをミラー等によって適宜変えたものを積層した透明基板に入射させることとしてもよい。また、上述した各実施形態では、信号光の波長として１．３μｍ及び１．５５μｍを用いることとして説明していたが、信号光の波長はこれらに限定されるものではない。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光信号路の一端から出射する信号光の光軸に垂直な面内に分光手段、発光器及び受光器の各要素を配置することにより、構造の簡略化、位置合わせ（アライメント）の容易化を図ることが可能となり、光送受信機の製造工程を簡素化することが可能となる。これにより、製造コストを削減し、低コストに光送受信機を提供することが可能となる。
【００９２】
また、本発明の製造方法によれば、分光手段などの各要素が多数形成された透明基板を層状に形成し、その後に分割することによって光送受信機が製造されるので、各透明基板の形成時に精密な位置合わせを行うことで、１つ１つの光送受信機に対して個別的にアライメントを行うことなく、複数の光送受信機を一挙に製造することができる。これにより、アライメントの回数を大幅に削減することが可能となり、製造工程の簡素化による製造コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図２】回折格子の構造の具体例について説明する図である。
【図３】回折格子の構造の具体例について説明する図である。
【図４】光送受信機の製造方法について説明する説明図である。
【図５】第２の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図６】レンズ内蔵型のスリーブを用いる場合の光送受信機の構成例を示す図である。
【図７】第３の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図８】第４の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図９】第５の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図１０】第６の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 面発光レーザ
１２ フォトディテクタ
１４ 金属膜
１６、１８、２０ 回折格子
１９ レンズ
２２ スリーブ
１００ 光送受信機
１１０ 透明基板
１２０ 凹部
【産業上の利用分野】
本発明は、光信号による情報通信を行う際に用いられる光送受信機（光トランシーバ）及びこの光送受信機の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光をキャリアとして用いて情報通信を行う光通信は、高速、大容量な通信を実現する通信方法の１つであり、この特徴を生かした幹線系ネットワークや、加入者系ネットワークの構築が国内外において活発化している。加入者（家庭等における利用者）と局を結ぶネットワークの規格は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８３．１として国際標準化されており、１本の光ファイバと１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯の２波長で送受信を行う波長分割多重方式（ＷＤＭ方式）を採用する計画が進められている。
【０００３】
波長分割多重方式では、局側から加入者側に対する送信には波長１．５５μｍの光信号が用いられ、加入者側から局側に対する送信には波長１．３μｍの光信号が用いられる。このような光通信を行うための加入者側の端末装置（例えば、パーソナルコンピュータなど）には、光信号を送受するためのインターフェイスとしての光送受信機（光トランシーバ）が備えられる。光送受信機は、局側に送信する送信情報を担う電気信号を光信号に変換する発光部、局側から送られる光信号を電気信号に変換する受光部、局側と接続された光ファイバと発光部及び受光部を含むユニットとを接続する接続部（光コネクタ）、などの要素を含んで構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような光通信のネットワークを広く普及するためには、加入者側で用いられる端末装置に備えられる光送受信機の低コスト化が重要である。しかしながら、従来の光送受信機では、光学素子等の部品や三次元的な光導波路などを実装するシリコン基板の凹凸の加工を行う際に、異方性エッチング等の方法を用いているために、長い加工時間が必要となる。また、シリコン基板上の異なる位置に、３次元での精密な位置合わせを行いながら光学素子等の部品を実装しているため、実装に要する工程数が多くなる。これらの要因により、従来の光送受信機の製造には、多種類の工程を要し、製造コストが多くかかっている。
【０００５】
本発明は、このような点に着目して創作されたものであり、製造工程の簡素化を図ることが可能となる光送受信機を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、製造工程の簡素化を図ることが可能な光送受信機の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光送受信機は、信号光を双方向に伝搬させる光信号路の一端部側に設けられ、該光信号路の一端から出射する信号光の光軸に対して略直交する面内にそれぞれ配置される分光手段、発光器及び受光器を含んでおり、分光手段により、光信号路の一端部から出射される信号光の向きを変えて受光器に導くと共に、発光器から出射された信号光を光信号路の一端部に導いている。
【０００８】
また、他の本発明の光送受信機は、波長の異なる複数の信号光を双方向に伝搬させる光信号路の一端部側に設けられ、該光信号路の一端から出射する信号光の光軸に対して略直交する面内にそれぞれ配置される分光手段、発光器及び受光器を含んでおり、分光手段により、光信号路の一端部から出射される信号光を受信光とし、この光軸の向きを受信光の波長に対応して変えて受光器に導くと共に、発光器から出射される信号光を光信号路の一端部に導いている。
【０００９】
光信号路の一端から出射する信号光の光軸に垂直な面内に分光手段、発光器及び受光器の各要素を配置しているので、構造の簡略化、位置合わせ（アライメント）の容易化を図ることが可能となり、光送受信機の製造工程を簡素化することが可能となる。これにより、製造コストを削減し、光送受信機の低コスト化を図ることが可能となる。
【００１０】
好ましくは、分光手段、発光器及び受光器は、それぞれ異なる直交面上に存在する。
【００１１】
好ましくは、分光手段、発光器及び受光器は、それぞれ透明基板（あるいは光透過性の基板）によって支持される。これにより、分光手段、発光器及び受光器の各々を支持する透明基板を層状に並べて形成することによって光学系を構成することができるので、光送受信機の製造が容易となり、低コスト化を図ることが可能となる。また、複数の透明基板を用意し、各々の透明基板に複数の分光手段、複数の発光器、複数の受光器を設けた後に各透明基板を重ね合わせて形成し、その後、分割するという製造方法を採ることが可能となるので、複数の光送受信機を効率よく製造することが可能となる。特に、このような製造方法を採った場合には、複数の光送受信機についての分光手段、発光器、受光器の相互間の精密な位置合わせを一括して行うことができることから、製造工程の大幅な簡略化が可能となる。
【００１２】
好ましくは、上述した分光手段は、回折格子を含む、入射光の波長に対応して出射光の光軸に角度変化を与える角度分散形光分波回路によって実現する。これにより、分光手段を薄型に形成することが可能となる。
【００１３】
好ましくは、上述した回折格子は、格子深さをｄ、回折格子の材料の屈折率をｎ、送信光と受信光の波長のうちで小さい方の波長をλ１、大きい方の波長をλ２とすると、λ１／（ｎ−１）＜ｄ＜λ２／（ｎ−１）、の関係を満たすように格子深さｄが設定される。これにより、送信光、受信光ともに高い回折効率を得ることが可能となる。
【００１４】
好ましくは、分光手段としての上記回折格子は、集光機能を兼ね備える。これにより、信号光を効率よく光信号路へ入射させることが可能となる。また、分光手段は、プリズムにより実現してもよい。
【００１５】
好ましくは、発光器から出力される信号光の向きを変えて分光手段に導く第１の偏向手段を更に備える。これにより、発光器の配置位置の自由度が増し、配置位置の設計が容易となる。
【００１６】
好ましくは、第１の偏向手段は、回折格子を含む、入射光の波長に対応して出射光の光軸に角度変化を与える角度分散形光分波回路によって実現する。これにより、第１の偏向手段の厚みを薄くすることが可能となる。
【００１７】
好ましくは、第１の偏向手段は、分光手段が配置される面と略平行な面内に配置される。
【００１８】
好ましくは、第１の偏向手段は、透明基板によって支持される。これにより、上述した分光器等を支持する透明基板とともに、第１の偏向手段を支持する透明基板を層状に重ね合わせることによって光学系を構成することができるので、構造の簡素化を図ることが可能となり、第１の偏向手段の追加による製造工程の複雑化を回避することが可能となる。
【００１９】
好ましくは、分光手段から出力される信号光の向きを変えて受光器に導く第２の偏向手段を更に備える。これにより、発光器の配置位置の自由度が増し、配置位置の設計が容易となる。
【００２０】
好ましくは、第２の偏向手段は、回折格子又はレンズを含む、入射光の波長に対応して出射光の光軸に角度変化を与える角度分散形光分波回路によって実現する。これにより、第２の偏向手段の厚みを薄くすることが可能となる。
【００２１】
好ましくは、第２の偏向手段は、集光機能を更に備える。これにより、分光手段から出射する信号光を集光して受光器に入射させることができるので、より確実に情報の受信を行うことが可能となる。
【００２２】
好ましくは、第２の偏向手段は、分光手段が配置される面と略平行な面内に配置される。
【００２３】
好ましくは、第２の偏向手段は、透明基板によって支持される。これにより、上述した分光器等を支持する透明基板とともに、第２の偏向手段を支持する透明基板を層状に並べることによって光学系を構成することができるので、構造の簡素化を図ることが可能となり、第２の偏向手段の追加による製造工程の複雑化を回避することが可能となる。
【００２４】
好ましくは、第１及び第２の偏向手段は、同一面内に配置される。これにより、第１及び第２の偏向手段を透明基板により支持する場合には、同一の透明基板を用いて両者を支持することができるので、部品数の削減による構成の簡略化が可能である。また、この場合には、第１及び第２の偏向手段の組み立てを同時に行うことができるので、製造工程の簡略化によるコスト削減を図ることが可能となる。
【００２５】
好ましくは、第２の偏向手段は、分光手段から出力される信号光を反射して受光器へ導く反射型の回折格子である。これにより、受光器を発光器からより遠ざけて配置することが可能となり、両者の間におけるクロストーク（信号の混信）を抑制する効果を期待することができる。
【００２６】
好ましくは、光信号路の一端から出射する信号光を略平行光線として分光手段に導く集光手段を更に備える。これにより、更に効率よく信号光を光信号路へ入射させることが可能となる。この集光手段は、レンズによって実現することが好ましい。
【００２７】
好ましくは、発光器と受光器の間に配置されて相互間の信号漏れを防止するクロストーク防止手段を更に備える。これにより、受光器と発光器を比較的に近距離に配置した場合であっても、両者の間におけるクロストークを抑制することが可能となる。
【００２８】
好ましくは、分光手段及びクロストーク防止手段は共に、光信号路の一端から出射する光の光軸に対して直交する面内に存在する。
【００２９】
好ましくは、分光手段及びクロストーク防止手段は、それぞれ透明基板によって支持される。これにより、上述した分光器等を支持する透明基板とともに、分光手段及びクロストーク防止手段を支持する透明基板を層状に重ね合わせることによって光学系を構成することができるので、構成が簡単であり、製造工程の複雑化を回避することが可能となる。
【００３０】
好ましくは、クロストーク防止手段は、透明基板に形成された導電体膜である。これにより、２つの信号光間の遮光のみならず、電磁シールドをも行って、送受信回路間の電気信号の漏洩をも防止する。また、少ないスペースにクロストーク防止手段を設けることが可能となる。
【００３１】
また、本発明は、発光器及び受光器と、入射光の波長に対応してその出射光の光軸の向きを変える分光手段とを含み、波長の異なる複数の信号光を双方向に伝搬させる光信号路の一端部側に設けられて情報の送受信を行う光送受信装置の製造方法であって、複数の分光手段が形成された第１の透明基板と、複数の受光器が形成された第２の透明基板と、複数の発光器が形成された第３の透明基板とを相互に重ね合わせて組み立てる基板組立工程と、組み立てられた後の第１乃至第３の透明基板を受光器、発光器及び分光手段の各々を１つずつ含む領域毎に切断して複数のサブ基板に分割する基板切断工程とを含んでいる。
【００３２】
このような製造方法によれば、１つの透明基板上に分光手段（例えば、回折格子）を多数個同時に形成することができるので、製造工程の効率化を図ることが可能となる。また、分光手段が多数形成された第１の透明基板と、多数の受光器が形成された第２の透明基板と、多数の発光器が形成された第３の透明基板とを重ね合わせて組み立てた後に分割しているので、各透明基板を重ね合わせる際に精密な位置合わせ（アライメント）を行うことで、１つ１つの光送受信機に対して個別的にアライメントを行うことなく、複数の光送受信機を一挙に製造することができる。これにより、１つ１つの光送受信機を個別的に製造する場合に比べて、アライメントの回数を大幅に削減することが可能となり、製造プロセスの簡素化が可能となる。したがって、製造コストの大幅な削減が可能となる。
【００３３】
好ましくは、第１の透明基板に形成される分光手段は、回折格子により実現する。また、好ましくは、基板組立工程は、各基板を相互に貼り合わせて組み立てる工程である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した光送受信機の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００は、信号光を双方向に伝搬させる光ファイバ２００を介して情報通信を行うものであり、面発光レーザ１０、フォトディテクタ１２、金属膜１４、３つの回折格子１６、１８、２０、スリーブ２２、及びこれらの要素を支持する透明基板１１０、１１１、１１２、１１３を含んで構成されている。透明基板１１０〜１１３の各々は、略透明な樹脂あるいはガラスなどを材料とする平板状の部材を用いて構成されており、図示のように、光ファイバ２００から出射される信号光の光軸ａに対してほぼ直交する面内にそれぞれ配置されている。
【００３６】
面発光レーザ１０は、情報の送信に用いる波長１．３μｍのレーザ光を出力する発光器であり、透明基板１１０の一方面上の所定位置に実装されている。
【００３７】
フォトディテクタ１２は、光信号を電気信号に変換する受光器であり、基板１１１の一方面上の所定位置に設けられている。また、透明基板１１０のフォトディテクタ１２と当接する部分には凹部が形成されており、この透明基板１１０に形成された凹部にフォトディテクタ１２をはめ込むようにして、透明基板１１０と透明基板１１１が貼り合わされている。
【００３８】
金属膜１４は、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２の間に配置されており、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２の間におけるクロストークを防止する。本実施形態では、透明基板１１０の面発光レーザ１０が設けられる側の面上に金属薄膜を成膜することによって金属膜１４を形成している。この金属膜１４は、図示しないが所定の基準電位点に接続されることにより、電磁シールド膜として機能する。また、金属膜１４は、遮光膜としても機能する。このように、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２を別々の基板上に実装し、これらの間に金属膜１４を設けて電磁波等によるノイズを遮断することにより、面発光レーザ１０を含んで構成される送信部と、フォトディテクタ１２を含んで構成される受信部の相互間におけるクロストークを抑制することが可能となる。
【００３９】
回折格子１６は、透明基板１１２の一方面上に形成されており、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光（信号光）をほぼ平行光と見なせるビーム（光線束）に変換し、かつ主光線方向を回折格子１８の方向に向けて変化させる。この回折格子１６は、光ファイバ２００から出射される信号光の光軸ａに対してほぼ直交する面内に配置されている。そして、面発光レーザ１０は、出射したレーザ光の主光線方向が回折格子１６の配置面に対してほぼ直交するように配置されている。これにより、面発光レーザ１０から出射したレーザ光を効率よく回折格子１６に入射させることができるため、信号光の損失を少なくすることが可能となる。
【００４０】
回折格子１８は、透明基板１１３の一方面上に形成されており、回折格子１６から入射されるビームの主光線方向をスリーブ２２の開口部に向けて変化させるとともに集光し、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００にビームを入射させる。
【００４１】
スリーブ２２は、光ファイバ２００の一方端が接続される接続部である。回折格子１８から出射したビームは、このスリーブ２２に接続された光ファイバ２００のコアに入射する。このスリーブ２２は、回折格子１８から入射するビームの主光線方向が光ファイバ２００の端面とほぼ直交するように配置されている。これにより、回折格子１８から出射したビームを効率よく光ファイバ２００に入射させることができるため、信号光の損失を少なくすることが可能となる。
【００４２】
また、回折格子１８は、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００から出射される波長１．５５μｍの信号光をほぼ平行光と見なせるビームに変換し、かつ主光線方向を回折格子２０の方向に向けて変化させる。
【００４３】
回折格子２０は、透明基板１１２の一方面上（回折格子１６の形成面と同じ面上）に形成されており、回折格子１８から出射するビームを集光するとともに、主光線方向をフォトディテクタ１２に向けて変化させ、集光したビームをフォトディテクタ１２に入射させる。
【００４４】
なお、上述した回折格子１８及び透明基板１１２、１１３が分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００４５】
次に、上述した各回折格子１６、１８、２０の詳細について説明する。
【００４６】
図２は、回折格子１６、２０の構造の具体例について説明する図である。上述したように、回折格子１６、２０は、同一の透明基板１１２の一方面上に形成されており、同図ではこれらの回折格子１６、２０の正面図が示されている。
【００４７】
図２に示すように、各回折格子１６、２０は、等位相線が円弧状のパターンとなるような形状に形成されている。また、等位相線のパターンは、図１に示した光学系に基づいて各光線を追跡することにより回折角度を求め、これに基づいて位相分布を計算することによって得られる。また、回折格子１６から出射するビームと、回折格子２０に入射するビームとの間隔は、各ビームの波長（本実施形態では１．３μｍ及び１．５５μｍ）、回折格子１８の格子間隔、及び回折格子１６、２０と回折格子１８の距離により決定される。また、これらのビームの間隔は、光送受信機１００の全体のサイズによる制限を考慮して決定される。
【００４８】
図３は、回折格子１８の構造の具体例について説明する図である。同図では、回折格子１８の正面図が示されている。図３に示すように、回折格子１８は、等位相線が円弧状のパターンとなるような形状に形成されている。この等位相線のパターンは、上述した回折格子１６、２０と同様な方法で求めることができる。
【００４９】
また、回折格子１８の格子深さｄは、回折格子を構成している略透明材料の屈折率をｎ、通信に用いられる２つの信号光の波長のうち、小さい方をλ１（μｍ）、大きい方をλ２（μｍ）とすると、以下の式に示す関係を満たすことが望ましい。
λ１／（ｎ−１）＜ｄ＜λ２／（ｎ−１） …（１）
【００５０】
本実施形態では、送信に波長１．３μｍの光、受信に波長１．５５μｍの光が用いられているため、上述した式（１）は、以下のように表される。
１．３／（ｎ−１）＜ｄ＜１．５５／（ｎ−１） …（２）
【００５１】
このような関係を有するように回折格子１８の格子深さｄを設定することにより、送受信ともに高い回折効率を得ることが可能となる。回折効率は、格子深さに依存するので、格子深さｄの値を適宜調整することにより、送信と受信の光学系で必要な光量を得ることができる。
【００５２】
ここで、上述した回折格子１６、１８、２０の形成方法について説明する。石英ガラスなどの略透明な材料からなる基板を用意し、この基板上にフォトレジストを塗布する。次に、レーザ描画装置又は電子ビーム描画装置などを用いて、フォトレジストに上述した円弧状のパターンを転写する。その後、フォトレジストをマスクとしてエッチングを行うことにより、回折格子が形成される。また、このようにして形成した回折格子を用いて金型を作成し、この金型を基にして、射出成型法、２Ｐ法などの方法により回折格子を形成することも可能である。この方法は、量産性に富むという利点がある。
【００５３】
次に、本実施形態の光送受信機１００の製造方法の具体的な例について説明する。図４は、本実施形態の光送受信機１００の製造方法について説明する説明図である。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、透明基板１１０は、一方面上の所定位置に複数の面発光レーザ１０が実装されている。また、透明基板１１０の他方面には、後に透明基板１１０と透明基板１１１を貼り合わせる際に、透明基板１１１上のフォトディテクタ１２と当接すべき位置に凹部１２０が形成されている。同様に、透明基板１１１は、一方面上の所定位置に複数のフォトディテクタ１２が実装されている。透明基板１１２は、一方面に複数の回折格子１６、２０が形成されている。また、透明基板１１３は、一方面に複数の回折格子１８が形成されている。
【００５５】
図４（ａ）に示すように、これらの透明基板１１０〜１１３を貼り合わせる。このとき、透明基板１１０と透明基板１１１は、凹部１２０にフォトディテクタ１２をはめ込むようにして貼り合わされる。なお、各透明基板１１０〜１１３の貼り合わせ（取り付け）は、接着、融着、圧着、嵌着、両側からの挟持など各種の方法によることができ、特定の手段に限定されるものではない。
【００５６】
次に、図４（ｂ）に示すように、貼り合わせた後の透明基板１１０〜１１３を所定位置で切断して複数のサブ基板に分割し、その後にスリーブ２２（図示を省略する）の取り付けなどを行うことにより、複数の光送受信機１００が構成される。
【００５７】
このような製造方法によれば、１つの透明基板上に回折格子のパターン形成を多数個同時に（バッチ処理的に）形成することができるので、製造工程の効率化を図ることが可能となる。また、回折格子が多数形成された透明基板と、多数の面発光レーザやフォトディテクタが実装された透明基板とを貼り合わせた後に分割しているので、透明基板の貼り合わせ時に精密な位置合わせ（アライメント）を行うだけで複数の光送受信機を一度に製造することができる。これにより、１つ１つの光送受信機を個別的に組み立てる場合に比べて、アライメントの回数を大幅に削減することが可能となり、製造プロセスの簡略化が可能となる。
【００５８】
なお、後述する第２〜第６の実施形態において説明する光送受信機についても、上述した製造方法と同様にして製造することが可能である。
【００５９】
［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ａは、基本的に第１の実施形態で説明した光送受信機１００と同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。両者の相違点は、回折格子１８が回折格子１８ａに変更された点と、レンズ１９が追加された点である。以下、主に両者の相違点に着目して、第２の実施形態の光送受信機１００ａについて説明する。
【００６０】
回折格子１８ａは、透明基板１１３ａの一方面上に形成されており、回折格子１６から入射されるビームの主光線方向をスリーブ２２の開口部の略中心に向けて変化させる。
【００６１】
レンズ１９は、透明基板１１３ａの一部に溝を形成し、この溝にはめ込むように配置されており、回折格子１８ａから入射されるビームを集光し、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００に入射させる。別言すれば、光ファイバ２００からの出射光をレンズ１９によって略平行光線として回折格子１８ａに入射している。
【００６２】
なお、上述した回折格子１８ａ、レンズ１９及び透明基板１１２、１１３ａが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００６３】
このように、第２の実施形態では、回折格子１８ａとスリーブ２２の間にレンズ１９を配置しているので、回折格子１８ａに集光機能を持たせる必要がない。これにより、回折格子１８ａの格子パターンを１次元のパターンとし、格子間隔を大きく設定することが可能となるので、回折格子１８ａの作製が容易となるという利点がある。
【００６４】
ところで、図５に示した構成では、透明基板１１３ａに溝を形成し、そこにレンズ１９をはめ込むようにしていたが、代わりに、レンズを内蔵したスリーブを用いるようにしてもよい。図６は、レンズ内蔵型のスリーブを用いる場合の光送受信機の構成例を示す図である。同図に示す光送受信機１００ａ’は、基本的には図５に示す光送受信機１００ａと同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。
【００６５】
図６に示すように、スリーブ２２ａは、光ファイバ２００の一方端が接続される接続部であり、レンズ１９ａを内蔵している。レンズ１９ａは、透明基板１１３ａ’に設けられた回折格子１８ａから入射されるビームを集光し、スリーブ２２ａに接続された光ファイバ２００に入射させる。別言すれば、光ファイバ２００からの出射光をレンズ１９ａによって略平行光線として回折格子１８ａに入射している。このように、レンズ１９ａを内蔵したスリーブ２２ａを用いることにより、図５に示す光送受信機１００ａと同様な機能を有する光送受信機１００ａ’を実現することができる。
【００６６】
［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ｂは、基本的に第１の実施形態で説明した光送受信機１００と同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。両者の相違点は、回折格子１８が回折格子１８ｂに変更された点と、回折格子２０が省略された点である。以下、主に両者の相違点に着目して、第３の実施形態の光送受信機１００ｂについて説明する。
【００６７】
回折格子１８ｂは、透明基板１１３ｂの一方面上に形成されており、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００から出射される波長１．５５μｍの信号光を集光し、かつ主光線方向をフォトディテクタ１２の方向に向けて変化させる。
【００６８】
なお、上述した回折格子１８ｂ及び透明基板１１２ａ、１１３ｂが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００６９】
第３の実施形態では、図７に示すように、透明基板１１３ｂと透明基板１１１の間には、第１の実施形態等において説明した回折格子２０を省略して形成された透明基板１１２ａが配置されている。そして、回折格子１８ｂから出射したビームは、直接的にフォトディテクタ１２に入射されるようにしている。
【００７０】
このように、第３の実施形態では、回折格子１８ｂとフォトディテクタ１２の間に他の回折格子を配置せず、回折格子１８ｂからのビームが直接的にフォトディテクタ１２に入射するようにしているので、光量の損失を低減してフォトディテクタ１２へ入射するビームの光量を大きくすることが可能となる。これにより、受信信号の品質向上を図ることが可能となる利点がある。
【００７１】
［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ｃは、基本的には第１の実施形態で説明した光送受信機１００と同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。以下、主に両者の相違点に着目して、第４の実施形態の光送受信機１００ｃについて説明する。
【００７２】
第４の実施形態の光送受信機１００ｃは、面発光レーザ１０及び金属膜１４が形成された透明基板１１０ａと、回折格子１６及び反射型の回折格子２０ａが形成された透明基板１１２ｂと、回折格子１８ｃが形成された透明基板１１３ｃを層状に貼り合わせた構成を有している。
【００７３】
面発光レーザ１０は、透明基板１１０ａの一方面に実装されている。また、金属膜１４は、透明基板１１０ａの他方面（透明基板１１２ｂと当接する側の面）に形成されている。この金属膜１４は、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２の間に配置されて両者間におけるクロストークを防止する機能を担うものであり、上述した第１の実施形態等の場合と同様に、透明基板１１０ａの他方面上に金属薄膜を成膜することによって形成されている。
【００７４】
回折格子１８ｃは、透明基板１１３ｃの一方面に形成されており、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００から出射される波長１．５５μｍの信号光を平行ビームに変換し、主光線方向を回折格子２０ａの方向に向けて変化させる。また、回折格子１８ｃは、回折格子１６から入射されるビームの主光線方向をスリーブ２２に向けて変化させるとともに集光し、スリーブ２２に接続された光ファイバ２００にビームを入射させる。また、透明基板１１３ｃの他方面には、フォトディテクタ１２が実装されている。
【００７５】
なお、上述した回折格子１８ｃ及び透明基板１１２ｂ、１１３ｃが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００７６】
反射型の回折格子２０ａは、透明基板１１２ｂの一方面（回折格子１６の形成面と同じ面上）に形成されており、回折格子１８ｃから出射するビームを反射するとともに集光し、集光したビームをフォトディテクタ１２に入射させる。図８に示すように、第４の実施形態の光送受信機１００ｃでは、透明基板１１３ｃの他方面（透明基板１１２ｂと当接する側の面）にフォトディテクタ１２が実装されており、回折格子２０ａによって反射され、集光されたビームがフォトディテクタ１２に入射されるようになっている。なお、金属膜１４を反射型の回折格子２０ａの反射膜として利用することも可能である。
【００７７】
このように、第４の実施形態では、光ファイバ２００から出射され、回折格子１８ｃによって回折格子２０ａに導かれる信号光を回折格子２０ａによって反対側の方向へ反射しながら集光し、フォトディテクタ１２によって受光するようにしているので、フォトディテクタ１２を面発光レーザ１０と大きく離間させて配置することができる。これにより、面発光レーザ１０を含んで構成される送信部と、フォトディテクタ１２を含んで構成される受信部の相互間におけるクロストークを抑制することが可能となる。
【００７８】
［第５の実施形態］
図９は、第５の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ｄは、基本的には第１の実施形態で説明した光送受信機１００と同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。以下、主に両者の相違点に着目して、第５の実施形態の光送受信機１００ｄについて説明する。
【００７９】
第５の実施形態の光送受信機１００ｄは、面発光レーザ１０及び金属膜１４が形成された透明基板１１０ｂと、回折格子１６及び回折格子２０ｂが形成されるとともにフォトディテクタ１２が実装された透明基板１１１ａと、回折格子１８ｄが形成された透明基板１１３ｄを層状に貼り合わせた構成を有している。本実施形態では、透明基板１１０ｂと透明基板１１１ａの間、及び透明基板１１１ａと透明基板１１３ｄの間は、それぞれ図示しないスペーサ等を挟んで貼り合わせることにより、所定の間隔を確保するように構成されている。このように各透明基板の間に所定間隔を確保する理由については後述する。
【００８０】
面発光レーザ１０は、透明基板１１０ｂの一方面に実装されている。また、金属膜１４は、透明基板１１０ｂの他方面に形成されている。この金属膜１４は、面発光レーザ１０とフォトディテクタ１２の間に配置されて両者間におけるクロストークを防止する機能を担うものであり、上述した第１の実施形態等の場合と同様に、透明基板１１０ｂの他方面上に金属薄膜を成膜することによって形成されている。
【００８１】
回折格子１８ｄは、第１の実施形態の光送受信機１００に含まれる回折格子１８と同様の機能を担うものであり、透明基板１１３ｄの一方面に形成されている。本実施形態では、回折格子１８ｄとして、回折格子１８ｄを構成する材料と、回折格子１８ｄと接する空気との屈折率の差を利用して光の回折を生じさせるレリーフ型の回折格子を採用している。このため、本実施形態の光送受信機１００ｄは、上述したように透明基板１１１ｂと透明基板１１３ｄの間に所定間隔を確保し、これらの透明基板間に空気層を形成している。
【００８２】
回折格子２０ｂは、第１の実施形態の光送受信機１００に含まれる回折格子２０と同様の機能を担うものであり、透明基板１１１ａの一方面上（回折格子１６の形成面と同じ面上）に形成されている。本実施形態では、回折格子２０ｂについても、回折格子１８ｄと同様にレリーフ型の回折格子を採用している。このため、本実施形態の光送受信機１００ｄは、上述したように透明基板１１０ｂと透明基板１１１ａの間に所定間隔を確保し、これらの透明基板間に空気層を形成している。
【００８３】
なお、上述した回折格子１８ｄ及び透明基板１１３ｄが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００８４】
このように、レリーフ型の回折格子１８ｄ、２０ｂを用いた場合にも、図１に示す光送受信機１００と同様な機能を有する光送受信機１００ｄを実現することができる。
【００８５】
［第６の実施形態］
図１０は、第６の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。同図に示す光送受信機１００ｅは、基本的には図８に示した第４の実施形態で説明した光送受信機１００ｃと同様の構成を有しており、同一の構成要素については同符号が付されている。以下、主に両者の相違点に着目して、第６の実施形態の光送受信機１００ｅについて説明する。
【００８６】
第６の実施形態の光送受信機１００ｅは、面発光レーザ１０、金属膜１４、回折格子１６ａ及び反射型の回折格子２０ｃが形成された透明基板１１０ｃと、フォトディテクタ１２及び回折格子１８ｃが形成された透明基板１１３ｅを層状に貼り合わせた構成を有している。
【００８７】
回折格子１６ａは、第４の実施形態の光送受信機１００ｃに含まれる回折格子１６と同様の機能を担うものである。同様に、回折格子２０ｃは、第４の実施形態の光送受信機１００ｃに含まれる回折格子２０ａと同様の機能を担うものである。本実施形態では、回折格子１６ａ及び回折格子２０ｃとして、レリーフ型の回折格子を採用している。このため、透明基板１１０ｃと透明基板１１３ｅの間は、図示しないスペーサ等を挟むことにより、所定の間隔を確保しながら貼り合わせて両透明基板の間に空気層を形成するようになっている。
【００８８】
なお、上述した回折格子１８ｃ及び透明基板１１３ｅが分光手段としての角度分散形光分波回路に対応している。
【００８９】
このように、レリーフ型の回折格子１６ａ、２０ｃを用いた場合にも、図８に示す第４の実施形態の光送受信機１００ｃと同様な機能を有する光送受信機１００ｅを実現することができる。
【００９０】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した各実施形態では、分光手段として回折格子を用いていたが、プリズム等の他の角度分散素子を用いるようにしてもよい。また、上述した各実施形態では、第１の偏向手段や第２の偏向手段として回折格子を用いていたが、レンズ等の屈折素子を用いるようにしてもよい。
また、上述した各実施形態では、光ファイバ２００から出射した光線を各透明基板に対して略直角に入射しているが、光線の向きをミラー等によって適宜変えたものを積層した透明基板に入射させることとしてもよい。また、上述した各実施形態では、信号光の波長として１．３μｍ及び１．５５μｍを用いることとして説明していたが、信号光の波長はこれらに限定されるものではない。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光信号路の一端から出射する信号光の光軸に垂直な面内に分光手段、発光器及び受光器の各要素を配置することにより、構造の簡略化、位置合わせ（アライメント）の容易化を図ることが可能となり、光送受信機の製造工程を簡素化することが可能となる。これにより、製造コストを削減し、低コストに光送受信機を提供することが可能となる。
【００９２】
また、本発明の製造方法によれば、分光手段などの各要素が多数形成された透明基板を層状に形成し、その後に分割することによって光送受信機が製造されるので、各透明基板の形成時に精密な位置合わせを行うことで、１つ１つの光送受信機に対して個別的にアライメントを行うことなく、複数の光送受信機を一挙に製造することができる。これにより、アライメントの回数を大幅に削減することが可能となり、製造工程の簡素化による製造コストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図２】回折格子の構造の具体例について説明する図である。
【図３】回折格子の構造の具体例について説明する図である。
【図４】光送受信機の製造方法について説明する説明図である。
【図５】第２の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図６】レンズ内蔵型のスリーブを用いる場合の光送受信機の構成例を示す図である。
【図７】第３の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図８】第４の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図９】第５の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【図１０】第６の実施形態の光送受信機の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 面発光レーザ
１２ フォトディテクタ
１４ 金属膜
１６、１８、２０ 回折格子
１９ レンズ
２２ スリーブ
１００ 光送受信機
１１０ 透明基板
１２０ 凹部
Claims (4)
- 波長の異なる複数の信号光を双方向に伝搬させる光信号路の一端部側に設けられ、該光信号路の一端から出射する信号光の光軸に対して略直交する面内にそれぞれ配置される分光手段、発光器及び受光器と、
前記発光器から出力される信号光の向きを変えて前記分光手段に導く第１の偏向手段と、
前記発光器と前記受光器の間に配置されて相互間の信号漏れを防止するクロストーク防止手段と、
を備え、
前記分光手段、発光器及び受光器は、前記分光手段が第１透明基板上に支持され、前記発光器が第２透明基板に支持され、前記受光器が第３透明基板に支持され、当該第１乃至第３透明基板が相互に貼り合わされることにより、それぞれ異なる直交面上に存在し、
前記分光手段は、前記光信号路の一端部から出射される前記信号光を集光し、かつ向きを変えて前記受光器に導くと共に、前記発光器から出射され、前記第１の偏向手段によって向きが変えられた信号光を集光して前記光信号路の一端部に導く、光送受信機。 - 前記分光手段は、回折格子又はプリズムを含む、入射光の波長に対応して出射光の光軸に角度変化を与える角度分散形光分波回路である、請求項１に記載の光送受信機。
- 前記クロストーク防止手段は金属膜からなり、所定の基準電位点に接続されて電磁シールド膜として機能すると共に、遮光膜としても機能する、請求項１に記載の光送受信機。
- 前記金属膜は、発光器が設けられる側の面上に設けられる、請求項３に記載の光送受信機。
Priority Applications (3)
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