JP3881456B2

JP3881456B2 - 光通信用モジュール

Info

Publication number: JP3881456B2
Application number: JP19556198A
Authority: JP
Inventors: 久義北嶋; 淳市原; 直太郎中田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: JP2000028850A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバなどを用いた光通信などに用いられる双方向光通信用モジュールに関する。さらに詳しくは、少なくとも２種類の波長帯の信号光を同一の光伝送路により送受信する多重光通信システムにおいて、特定の波長帯を精度よく分離して受信することができる光通信用モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバが通信用に使用されるようになってきているが、たとえば電話やファクシミリに使用する１.３μｍ帯と、映像信号であるＣＡＴＶ用の１.５μｍ帯の２つの波長帯の信号が同時に送信される場合がある。このシステムで、光通信用モジュールを介して受信するときは相互に影響し合わないように、たとえば１.３μｍ帯のモジュールには１.５μｍ帯の信号が入り込まないように光通信用モジュールの入出力側の光ファイバにＷＤＭフィルタ（波長λ₁帯の信号を反射して波長λ₂帯の信号を透過させるフィルタ）を挿入する構成になっている。このような双方向光通信用モジュールの構成の一例を図５に示す。
【０００３】
図５において、送信信号光を発生する半導体レーザなどの発光素子２１、受信信号光をハーフミラー２３を介して受光するフォトダイオード、フォトトランジスタなどからなる受光素子２２と、ハーフミラー２３で反射した送信信号光を光ファイバなどの光伝送路２５に結合する集光レンズ２４と、集光した光を伝送する光伝送路２５と、光を所望の波長帯の受信信号光のみにして、不要な波長帯の光を反射させる分波器（ＷＤＭフィルタ）２６とからなっている。この分波器（ＷＤＭフィルタ）２６は、干渉フィルタや多層膜からなり、たとえば１.５μｍ帯の光を反射し、１.３μｍ帯の光を透過するフィルタからなっており、端末器である光通信用モジュール内には１.３μｍ帯の光のみが入射し、電話やファクシミリの信号を送受信することができる構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、光多重通信では、異なる波長帯の信号が混合しているため、それらを分離すべくＷＤＭフィルタが光伝送路に挿入されているが、ＷＤＭフィルタが１枚だけでは完全に分離することができず、電話などに用いる光通信用モジュールにＣＡＴＶ用信号が混入することがある。このような他の波長帯の信号が混入すると、ノイズとなり正確な受信信号が得られないため、多重光通信において、アイソレーションの問題は重要な問題になる。しかし、前述のように、ＷＤＭフィルタを光ファイバ側に入れるだけでは充分な分離をすることができないという問題がある。また、光伝送路側にＷＤＭフィルタを挿入するには、挿入の安定化を図ることができず、しかもさらにＷＤＭフィルタを追加しようとすると組立工数が増加したり、部品が増加し、大幅にコストアップになるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、モジュール内にＷＤＭフィルタを、簡単な構成で組み込むことにより、多重光通信の所望の波長帯の信号を精度よく分離して受信することができる光通信用モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による光通信用モジュールは、送信信号を発生させる発光素子と、該発光素子からの送信信号光を光伝送路に結合させる集光レンズと、前記光伝送路からの受信信号光を受信する受光素子と、ハーフミラーの反射面および所望の周波数帯の信号を反射させそれ以外の周波数帯を透過させるＷＤＭフィルタの反射面をそれぞれ前記集光レンズの光軸に垂直な面に対して傾斜させると共に、一定の間隔を設けて透明体により保持するビームスプリッタとからなり、該ビームスプリッタの前記ハーフミラーが前記発光素子と集光レンズとの間の光路に位置し、前記光伝送路からの所望の波長帯の受信信号光が前記ハーフミラーで反射し、さらに前記ＷＤＭフィルタで反射して前記受光素子に入射するように前記ビームスプリッタが設けられている。
【０００７】
ここにＷＤＭフィルタとは、第１の波長帯の光を反射させ、第２の波長帯の光を透過させるフィルタを意味する。
【０００８】
前記ハーフミラーの反射面が、前記集光レンズの光軸と垂直な面に対して４５°の傾斜角で設けられ、前記ＷＤＭフィルタの反射面が、前記垂直な面に対して、４５゜にならないような傾斜角にされていることにより、受光素子の受光面を入射光に対して斜めにしなくても、受光素子による反射光が光伝送路に戻ることがないため好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の双方向光通信用モジュールについて説明をする。
【００１０】
本発明の光通信用モジュールは、図１にその一実施形態の原理説明図が示されるように、送信信号を発生させる発光素子１と、発光素子１からの送信信号光を図示しない光伝送路に結合させる集光レンズ４と、前記光伝送路からの受信信号光を受信する受光素子２と、ハーフミラー３１の反射面および所望の周波数帯の信号を反射させそれ以外の周波数帯を透過させるＷＤＭフィルタ３２の反射面をそれぞれ傾斜させると共に、一定の間隔を設けてたとえばガラスなどの透明体３３により保持するビームスプリッタ３とからなっている。そして、そのビームスプリッタ３のハーフミラー３１が発光素子１と集光レンズ４との間の光路に位置し、前記光伝送路からの所望の波長帯の受信信号光がハーフミラー３１で反射し、さらにＷＤＭフィルタ３２で反射して受光素子２に入射するように前記ビームスプリッタ３が設けられている。なお、５はガラスなどからなる透過窓を示す。
【００１１】
ビームスプリッタ３は、図２（ａ）にその一例の説明図が示されるように、第１のガラス板３３ａ上に、ＳｉＯ_x、ＳｉＮ_x、Ａｌ₂Ｏ₃などの多層膜を形成することにより、第１の波長帯λ₁、たとえば１.３μｍ帯の光の反射率が５０％になるように形成されたハーフミラー３１が設けられ、その上に第２のガラス板３３ｂが、透明でガラス板３３ａ、３３ｂと同じ屈折率を有する紫外線硬化接着剤などにより貼着され、その上に、ハーフミラーと同様にＳｉＯ_x、ＳｉＮ_x、Ａｌ₂Ｏ₃などの多層膜を形成することにより、第１の波長帯λ₁が１００％近く反射し、第２の波長帯λ₂、たとえば１.５μｍ帯の光が１００％近く透過するように形成されたＷＤＭフィルタ３２が設けられ、その上にさらに第３のガラス板３３ｃが同様に貼着された積層体を、図２（ａ）に実線で示されるように切断することにより形成されている。すなわち、ハーフミラー３１を介して半分に減衰されるが、送信信号光が発光素子１から光伝送路に結合されると共に、光伝送路から送られてきた受信信号光の半分がハーフミラー３１で反射し、さらに受信すべき１.３μｍ帯の受信信号光はＷＤＭフィルタ３２により全反射されて受光素子２に到達すると共に、第２の波長帯である１.５μｍ帯の光はＷＤＭフィルタ３２を透過して直進する。その結果、光通信用モジュールの前段に設けられるＷＤＭフィルタによっても反射されないで、モジュール内に入り込んできた１.５μｍ帯の光は、モジュール内のＷＤＭフィルタ３２を透過して受光素子２には入り込まない。すなわち、１.３μｍ帯のモジュール内に１.５μｍ帯の光が混信しない構成になっている。
【００１２】
図２（ｂ）は、ビームスプリッタ３の他の構成例であり、図２（ａ）と同様にハーフミラー３１が形成されたガラス板３３ａとガラス板３３ｂとを透明でガラス板３３ａ、３３ｂと同じ屈折率を有する紫外線硬化性の接着剤により貼着し、ガラス板３３ｂの上面が露出するように切り出し、さらにその露出した上面が傾斜するように研磨してからＷＤＭフィルタ３２を設けることにより形成されている。この例では、ＷＤＭフィルタ３２が傾斜するように研磨されたガラス板３３ｂ上に形成されている。その結果、ＷＤＭフィルタ３２がビームスプリッタ３として切り出された水平面Ｈ（光伝送路からのビームがハーフミラー３１により反射するビームの方向）に対してなす角度θが４５゜にならないで、４５゜より小さくなるか大きくなっている。すなわち、ハーフミラー３１と平行にはならないように形成されている。このようにすることにより、具体例を後述するように、受光素子を傾けてボンディングしなくても、戻り光が光伝送路に戻ってノイズを発生させる危険性がなくなる。
【００１３】
図３に具体的な構造例を示す。図３（ａ）はキャップ９を被せる前の斜視図を示し、図３（ｂ）はキャップを取り外した状態の平面図を示す。この例は、リード７が図示しないガラスなどにより固着されたステム６に鉄などからなるヘッダ８が取り付けられ、ヘッダ８の上部に突起部８ａが設けられ、その突起部８ａ上に前述のビームスプリッタ３が取り付けられている。そして、ビームスプリッタ３のハーフミラー３１の下側に位置するヘッダ８の側壁に発光素子１が接着されている。また、ビームスプリッタ３のＷＤＭフィルタ３２の下側に位置するヘッダ８上に受光素子２がボンディングされている。このステム６にキャップ９を被せることにより、キャップ９に取り付けられた集光レンズ（ロッドレンズ）４の軸と、ハーフミラー３１を透過するビームの光軸とが一致するように集光レンズ（ロッドレンズ）４がキャップ９に固着されている。
【００１４】
発光素子１は、たとえばその端面である発光面からレーザビームを出射する半導体レーザチップ１ａがシリコン基板などからなるサブマウント１ｂに固着されることにより形成されている。また、受光素子２は、たとえばフォトダイオードやフォトトランジスタ、光電池などからなっている。そして、発光素子１が上面に対して斜めになるように取り付けられている。これは、光伝送路からモジュール内に入射してきた光が発光素子１で反射して再度光伝送路内に戻ると、その信号の発信元にノイズとして戻るので、発光素子１により反射した光が光伝送路に戻らないように傾けているものである。同様に受光素子２で反射した光が光伝送路に戻らないように受光素子２もビームの方向に垂直にならないように傾けて取り付けられている。
【００１５】
図３に示される例では、発光素子１の下側のステム６上にモニター用受光素子１２が設けられている。発光素子１の後ろ側から出射される光を検出することにより、発光素子１の出力をモニターし常に一定の出力になるようにするためである。
【００１６】
この構成で、受信時は光伝送路からロッドレンズ（集光レンズ４）に入射してきた信号光（波長１.３μｍ帯の光と、波長１.５μｍ帯の弱い光）は透過窓５を透過し、ビームスプリッタ３に埋め込まれているハーフミラー３１によって全光量の半分がＷＤＭフィルタ３２の方に反射し、残りの半分は発光素子１の方に透過する。透過した光は発光素子１により反射するが、発光素子１の端面がロッドレンズの中心軸に対して傾いているため、反射光はロッドレンズの方には戻らない。一方、ＷＤＭフィルタの方に向かった光は、１.５μｍ帯の光は透過して真っ直ぐ進み、ビームスプリッタ３の外に出る。１.３μｍ帯の光は、ＷＤＭフィルタ３２により反射して受光素子２の方に向う。そして、受光素子２で光の信号が電気信号に変換される。１.３μｍ帯の光の一部は受光素子２の表面で反射するが、受光素子が入射するビームに対して直角ではなく傾けてボンディングされているため、ロッドレンズ側には戻らない。さらに、送信時は、発光素子１からでた光が、ハーフミラー３１、透過窓５を透過してロッドレンズ（集光レンズ４）に入射する。この送受信時のビームＢのシミュレーションにより求めた様子を図１に示す。
【００１７】
本発明によれば、発光素子と受光素子とを具備する光通信用モジュール内にＷＤＭフィルタを内蔵しているため、多重の光通信システムにおいても、その分離を確実にすることができる。その結果、ノイズの少ない光通信用モジュールを得ることができる。また、ハーフミラーとＷＤＭフィルタとが一体に形成されて、ビームスプリッタになっているため、モジュール内への組立ても非常に容易で、安価に製造することができる。
【００１８】
図４は、具体的構造例の他の例を示すキャップを取り除いた状態の斜視図および平面図である。この例は、前述の図２（ｂ）に示される構造のビームスプリッタ３を用いた例である。すなわち、ビームスプリッタ３のＷＤＭフィルタ３２が、ハーフミラー３１により反射したビームの方向に対して４５゜と異なる角度になるように形成されている。そのため、前述のように、受光素子２を傾ける必要がなく、ヘッダ８上にボンディングされている。なお、発光素子１は、ハーフミラー３１を介して光伝送路と直結しているため、発光素子１による反射光が戻らないように傾けてヘッダ８の側壁に固着されていることは前述の例と同じである。その他は図３に示される例と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
前述の各例は、ステムのヘッダにビームスプリッタを固定したが、キャップの透過窓上にビームスプリッタを設けることもできる。ガラスなどからなる透過窓上にビームスプリッタを設けることにより、平面度を得やすく、ビームの軸を正確に合せやすいというメリットがある。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多重光通信システムを採用しても、光通信用モジュール内に所望の波長帯とそれ以外の波長帯とを分別するＷＤＭフィルタが設けられているため、簡単な構成で所望の波長帯のみの信号を精度よく受信することができる。その結果、多重光通信システムを採用することによりコストが下がり光通信の普及に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光通信用モジュールの一実施形態の原理を説明する図である。
【図２】図１のビームスプリッタの例の説明図である。
【図３】図２（ａ）のビームスプリッタを使用したモジュールの具体的構造例の説明図である。
【図４】図２（ｂ）のビームスプリッタを使用したモジュールの具体的構造例の説明図である。
【図５】従来の光モジュールの構成例の説明図である。
【符号の説明】
１発光素子
２受光素子
３ビームスプリッタ
４集光レンズ
３１ハーフミラー
３２ＷＤＭフィルタ

Claims

送信信号を発生させる発光素子と、該発光素子からの送信信号光を光伝送路に結合させる集光レンズと、前記光伝送路からの受信信号光を受信する受光素子と、ハーフミラーの反射面および所望の周波数帯の信号を反射させ他の周波数帯を透過させるＷＤＭフィルタの反射面をそれぞれ前記集光レンズの光軸に垂直な面に対して傾斜させると共に、一定の間隔を設けて透明体により保持するビームスプリッタとからなり、該ビームスプリッタの前記ハーフミラーが前記発光素子と集光レンズとの間の光路に位置し、前記光伝送路からの所望の波長帯の受信信号光が前記ハーフミラーで反射し、さらに前記ＷＤＭフィルタで反射して前記受光素子に入射するように前記ビームスプリッタが設けられてなる光通信用モジュール。
前記ハーフミラーの反射面が、前記集光レンズの光軸と垂直な面に対して４５°の傾斜角で設けられ、前記ＷＤＭフィルタの反射面が、前記垂直な面に対して、４５゜にならないような傾斜角にされてなる請求項１記載の光通信用モジュール。