JP3898375B2 - 双方向光モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、双方向光通信に用いる、送信用及び受信用の光素子が一体となった光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
双方向光通信において、特に光ファイバ１本で送受同時通信を行う双方向光通信に用いられる双方向光モジュールがある。双方向光モジュールとは、送信光を発生するレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子と、受信光を受信するフォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子を有し、光信号の送信機能と受信機能を併せ持つ構造のものである。
【０００３】
従来の双方向光モジュールは、例えば図５に示すように、波長λ１の送信光を放射するＬＤ等の発光素子１１と、ＰＤ等の受光素子６１とを筐体８に固定し、また光信号を導出、導入する光ファイバ４の一端をフェルール４１を用いて筐体８に固定し、筐体３内には分波フィルタ３と送信側集光レンズ２、受光側集光レンズ５を備えてなるものである。
【０００４】
この双方向光モジュールでは、発光素子１１から出射された波長λ１の光信号は送信側集光レンズ２を介して分波フィルタ３を通過し、光ファイバ４から導出される。一方、光ファイバ４を通過してきた波長λ２の受信光に対しては、反射する成分を持つ分波フィルタ３で反射され、受光側集光レンズ５により波長λ２に対して感度のある受光素子６１に導かれるという構成を持っている。
【０００５】
駆動の方式は、伝送方式により様々な方式が取られるが、送信信号と受信信号を時間で区切って交互に行う場合と、送信信号と受信信号で異なった光の波長を用いて、同時に送受信を行う場合がある。送信信号と受信信号を交互に行う場合送信時には発光素子１１を駆動させる間、受光素子６１を停止させておき、逆に受信時には受信機能を有する受光素子６１を駆動させている間は、発光素子１１を停止させておく。また、送受信を同時に行う場合には、発光素子１１と受光素子６１を常時、同時に駆動させておく必要がある。
【０００６】
上記発光素子１１、受光素子６１はそれぞれ金属製のステム１２、６２に固定され、このステム１２、６２と筐体８の間に、金属製のリング状スペーサ７、９を介在させ、ＹＡＧ溶接や半田付け等の手段によって固定されている。組立固定作業をＹＡＧ溶接や半田付けによって実施する都合上、これらの筐体８やスペーサ７、９は、通常金属材により構成されている。
【０００７】
また、上記発光素子１１と受光素子６１の接地端子は、それぞれステム１２、６２を介して筐体８に接続され、筐体８部分で共通に接地する構造となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光通信の分野にて高速、高密度通信が求められており、このような双方向光モジュールに求められる特性も厳しくなっている。これに伴い、上記双方向光モジュールにおいて、特に駆動方式として送受信素子の両方とも駆動させる場合に、送信側の発光素子１１に与えられる電気信号が、スペーサ７、９や筐体８を伝わり、受信側の受光素子６１に雑音として悪影響を与えてしまうという問題点が見いだされた。その結果、特に受信側の最小受光感度が劣化してしまい、十分な受信特性が得られないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述した双方向光モジュールの問題点を解決し、容易かつ現実的な手段で、特性に優れた双方向光モジュールを提供する事を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記従来の問題点を解決するため、本発明は、光信号の分離体を介して後端側が２つに分岐された光通信経路が内部に設けられ、該光通信経路の前端側に光信号の送受信同時通信を行う光ファイバが保持される筐体と、上記筐体の外面で上記光通信経路の一方の後端部に固定され、上記光ファイバからの光を受光する受光素子と、上記筐体の外面で上記光通信経路の他方の後端部に固定され、上記光ファイバに入射される光を発する発光素子と、上記受光素子または上記発光素子の少なくとも一方と上記筐体との間に介在される絶縁スペーサと、を含んでなるものとしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明による双方向光モジュールの１実施形態を示す。金属製の筐体８に、発光素子１１としてレーザダイオード（ＬＤ）と、受光素子６１としてフォトダイオード（ＰＤ）を、互いの光軸が直交するように配置し、送受信の光信号の分離体として分波フィルタ３を、互いの光軸に対して４５度傾けた状態で備え、発光素子１１の光軸方向に光ファイバ４を保持したフェルール４１を配置してある。
【００１３】
発光素子１１から出射された波長λ１の送信光は送信側集光レンズ２及び分波フィルタ３を通過し光ファイバ４により導出される。また、光ファイバ４から導入された波長λ２の受信光は分波フィルタ３によって反射し、この反射した受信光が受光素子６１に入射する事になり、これによって双方向の光通信が可能となる。
【００１４】
発光素子１１、受光素子６１は、それぞれ半田付けによってステム１２、６２に固定され、各ステム１２、６２はリング状のスペーサ７、９を介して筐体８に固定されている。ここで、発光素子１１側のスペーサ７は金属製であるが、受光素子６１側のスペーサ９は絶縁材で形成してある。
【００１５】
そして、受光素子６１側のステム６２に接地端子６３を備え、一方の発光素子１１側の接地端子はステム１２、スペーサ７を介して筐体８に接地端子８１を備えている。
【００１６】
このような構造を取ることにより、絶縁材からなるスペーサ９によって受光素子６１は発光素子１１を含む送信光の発信部と電気的に完全に絶縁させることが可能となる。このため、発光素子１１が駆動しλ１の信号光を送信している最中に、受信光λ２が受光素子６１に入射された場合、送信側の発光素子１１に与えられる電気信号が、固定される筐体８を伝わっても、絶縁材のスペーサ９で遮断されるため、受信側の受光素子６１に雑音としてとして影響を及ぼすことを防止できる。その結果、受信側の受光素子６１は雑音の影響を受けずに良好な受光感度を持って受信特性を得ることが出来る。
【００１７】
上記の作用を成すためには、スペーサ９を成す絶縁材として体積固有抵抗が１０12Ω・ｃｍ以上のセラミックス、ガラス、樹脂あるいはこれらの複合材を用いることが好ましい。
【００１８】
また、このスペーサ９は、受光素子６１とレンズ５間の距離を一定に保って筐体８に固定するためのものであることから、スペーサ９を成す絶縁材としては、高剛性であり熱膨張係数が小さいものが好ましく、これらの点からセラミックスが最適である。具体的には、剛性（ヤング率）が２００ＧＰａ以上、熱膨張係数（４０〜４００℃）が１１×１０-6／℃以下のセラミックスが好ましい。
【００１９】
このようなセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム等を主成分とし、それぞれ所定の焼結助剤を添加し焼成したものを用いる。これらの中でも、特に、ジルコニアを主成分とし、イットリア、カルシア、マグネシア、セリアなどの一種以上を安定化剤として含有させることによって正方晶の結晶を主体とした部分安定化ジルコニアセラミックスを用いれば、強度が高く最適である。
【００２０】
上記セラミックスを用いてスペーサ９を構成すれば、確実に絶縁作用を成すとともに、剛性が高いことから変形しにくく、熱膨張係数が小さいことから熱変形もしにくい。その結果、受光素子６１と受光側集光レンズ５との距離を常に一定に保つことができ、高精度の光モジュールとすることができる。
【００２１】
また、セラミックス等の絶縁材からなるスペーサ９とステム６２、筐体８との間の接合はエポキシ系等の接着剤て固定する。
【００２２】
次に他の実施形態を示す。
【００２３】
図２は、発光素子１１を搭載するステム１２と筐体８間に絶縁材からなるリング状のスペーサ７を介在させ、受光素子６１側のスペーサ９は金属材で形成したものであり、この場合も、受光素子６１への送信部からの電気的雑音の侵入を遮断することが出来る。
【００２４】
さらに図３に示すように、受光素子６１側と発光素子１１側の両方に絶縁材かなるスペーサ７、９を介在させれば電気的雑音を遮断する効果をより高くすることができる。
【００２５】
また、図４に示すように、筐体８そのものを絶縁材料で構成することによっても、受光素子６１への送信部からの電気的雑音の侵入を遮断することができる。
【００２６】
以上の図２〜４に示す実施形態において用いる絶縁材としては、図１に示す実施形態と同様である。また、これらの実施形態においても、発光素子１１側と受光素子６１側とのそれぞれの接地端子を異ならせてある。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発光素子と受光素子を筐体に固定し、光ファイバを通じて光信号の送受信同時通信を行う双方向光モジュールにおいて、上記発光素子と受光素子の間に絶縁スペーサを介在させたことによって、受光素子側への電気的雑音の伝達を防止し、送受信特性に優れた双方向通信用光モジュールを提供することが出来る。特に、受信特性に優れ最小受光感度に優れた送受信同時駆動に適した双方向光モジュールを作製することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の双方向光モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の双方向光モジュールの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の双方向光モジュールの他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の双方向光モジュールの他の実施形態を示す断面図である。
【図５】従来の双方向光モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
１１：発光素子
１２、６２：ステム
２、５：レンズ
３：分波フィルタ
４：光ファイバ
４１：フェルール
６１：受光素子
７、９：スペーサ
８：筐体
λ１：送信光
λ２：受信光
【発明の属する技術分野】
本発明は、双方向光通信に用いる、送信用及び受信用の光素子が一体となった光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
双方向光通信において、特に光ファイバ１本で送受同時通信を行う双方向光通信に用いられる双方向光モジュールがある。双方向光モジュールとは、送信光を発生するレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子と、受信光を受信するフォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子を有し、光信号の送信機能と受信機能を併せ持つ構造のものである。
【０００３】
従来の双方向光モジュールは、例えば図５に示すように、波長λ１の送信光を放射するＬＤ等の発光素子１１と、ＰＤ等の受光素子６１とを筐体８に固定し、また光信号を導出、導入する光ファイバ４の一端をフェルール４１を用いて筐体８に固定し、筐体３内には分波フィルタ３と送信側集光レンズ２、受光側集光レンズ５を備えてなるものである。
【０００４】
この双方向光モジュールでは、発光素子１１から出射された波長λ１の光信号は送信側集光レンズ２を介して分波フィルタ３を通過し、光ファイバ４から導出される。一方、光ファイバ４を通過してきた波長λ２の受信光に対しては、反射する成分を持つ分波フィルタ３で反射され、受光側集光レンズ５により波長λ２に対して感度のある受光素子６１に導かれるという構成を持っている。
【０００５】
駆動の方式は、伝送方式により様々な方式が取られるが、送信信号と受信信号を時間で区切って交互に行う場合と、送信信号と受信信号で異なった光の波長を用いて、同時に送受信を行う場合がある。送信信号と受信信号を交互に行う場合送信時には発光素子１１を駆動させる間、受光素子６１を停止させておき、逆に受信時には受信機能を有する受光素子６１を駆動させている間は、発光素子１１を停止させておく。また、送受信を同時に行う場合には、発光素子１１と受光素子６１を常時、同時に駆動させておく必要がある。
【０００６】
上記発光素子１１、受光素子６１はそれぞれ金属製のステム１２、６２に固定され、このステム１２、６２と筐体８の間に、金属製のリング状スペーサ７、９を介在させ、ＹＡＧ溶接や半田付け等の手段によって固定されている。組立固定作業をＹＡＧ溶接や半田付けによって実施する都合上、これらの筐体８やスペーサ７、９は、通常金属材により構成されている。
【０００７】
また、上記発光素子１１と受光素子６１の接地端子は、それぞれステム１２、６２を介して筐体８に接続され、筐体８部分で共通に接地する構造となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光通信の分野にて高速、高密度通信が求められており、このような双方向光モジュールに求められる特性も厳しくなっている。これに伴い、上記双方向光モジュールにおいて、特に駆動方式として送受信素子の両方とも駆動させる場合に、送信側の発光素子１１に与えられる電気信号が、スペーサ７、９や筐体８を伝わり、受信側の受光素子６１に雑音として悪影響を与えてしまうという問題点が見いだされた。その結果、特に受信側の最小受光感度が劣化してしまい、十分な受信特性が得られないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述した双方向光モジュールの問題点を解決し、容易かつ現実的な手段で、特性に優れた双方向光モジュールを提供する事を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記従来の問題点を解決するため、本発明は、光信号の分離体を介して後端側が２つに分岐された光通信経路が内部に設けられ、該光通信経路の前端側に光信号の送受信同時通信を行う光ファイバが保持される筐体と、上記筐体の外面で上記光通信経路の一方の後端部に固定され、上記光ファイバからの光を受光する受光素子と、上記筐体の外面で上記光通信経路の他方の後端部に固定され、上記光ファイバに入射される光を発する発光素子と、上記受光素子または上記発光素子の少なくとも一方と上記筐体との間に介在される絶縁スペーサと、を含んでなるものとしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明による双方向光モジュールの１実施形態を示す。金属製の筐体８に、発光素子１１としてレーザダイオード（ＬＤ）と、受光素子６１としてフォトダイオード（ＰＤ）を、互いの光軸が直交するように配置し、送受信の光信号の分離体として分波フィルタ３を、互いの光軸に対して４５度傾けた状態で備え、発光素子１１の光軸方向に光ファイバ４を保持したフェルール４１を配置してある。
【００１３】
発光素子１１から出射された波長λ１の送信光は送信側集光レンズ２及び分波フィルタ３を通過し光ファイバ４により導出される。また、光ファイバ４から導入された波長λ２の受信光は分波フィルタ３によって反射し、この反射した受信光が受光素子６１に入射する事になり、これによって双方向の光通信が可能となる。
【００１４】
発光素子１１、受光素子６１は、それぞれ半田付けによってステム１２、６２に固定され、各ステム１２、６２はリング状のスペーサ７、９を介して筐体８に固定されている。ここで、発光素子１１側のスペーサ７は金属製であるが、受光素子６１側のスペーサ９は絶縁材で形成してある。
【００１５】
そして、受光素子６１側のステム６２に接地端子６３を備え、一方の発光素子１１側の接地端子はステム１２、スペーサ７を介して筐体８に接地端子８１を備えている。
【００１６】
このような構造を取ることにより、絶縁材からなるスペーサ９によって受光素子６１は発光素子１１を含む送信光の発信部と電気的に完全に絶縁させることが可能となる。このため、発光素子１１が駆動しλ１の信号光を送信している最中に、受信光λ２が受光素子６１に入射された場合、送信側の発光素子１１に与えられる電気信号が、固定される筐体８を伝わっても、絶縁材のスペーサ９で遮断されるため、受信側の受光素子６１に雑音としてとして影響を及ぼすことを防止できる。その結果、受信側の受光素子６１は雑音の影響を受けずに良好な受光感度を持って受信特性を得ることが出来る。
【００１７】
上記の作用を成すためには、スペーサ９を成す絶縁材として体積固有抵抗が１０12Ω・ｃｍ以上のセラミックス、ガラス、樹脂あるいはこれらの複合材を用いることが好ましい。
【００１８】
また、このスペーサ９は、受光素子６１とレンズ５間の距離を一定に保って筐体８に固定するためのものであることから、スペーサ９を成す絶縁材としては、高剛性であり熱膨張係数が小さいものが好ましく、これらの点からセラミックスが最適である。具体的には、剛性（ヤング率）が２００ＧＰａ以上、熱膨張係数（４０〜４００℃）が１１×１０-6／℃以下のセラミックスが好ましい。
【００１９】
このようなセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム等を主成分とし、それぞれ所定の焼結助剤を添加し焼成したものを用いる。これらの中でも、特に、ジルコニアを主成分とし、イットリア、カルシア、マグネシア、セリアなどの一種以上を安定化剤として含有させることによって正方晶の結晶を主体とした部分安定化ジルコニアセラミックスを用いれば、強度が高く最適である。
【００２０】
上記セラミックスを用いてスペーサ９を構成すれば、確実に絶縁作用を成すとともに、剛性が高いことから変形しにくく、熱膨張係数が小さいことから熱変形もしにくい。その結果、受光素子６１と受光側集光レンズ５との距離を常に一定に保つことができ、高精度の光モジュールとすることができる。
【００２１】
また、セラミックス等の絶縁材からなるスペーサ９とステム６２、筐体８との間の接合はエポキシ系等の接着剤て固定する。
【００２２】
次に他の実施形態を示す。
【００２３】
図２は、発光素子１１を搭載するステム１２と筐体８間に絶縁材からなるリング状のスペーサ７を介在させ、受光素子６１側のスペーサ９は金属材で形成したものであり、この場合も、受光素子６１への送信部からの電気的雑音の侵入を遮断することが出来る。
【００２４】
さらに図３に示すように、受光素子６１側と発光素子１１側の両方に絶縁材かなるスペーサ７、９を介在させれば電気的雑音を遮断する効果をより高くすることができる。
【００２５】
また、図４に示すように、筐体８そのものを絶縁材料で構成することによっても、受光素子６１への送信部からの電気的雑音の侵入を遮断することができる。
【００２６】
以上の図２〜４に示す実施形態において用いる絶縁材としては、図１に示す実施形態と同様である。また、これらの実施形態においても、発光素子１１側と受光素子６１側とのそれぞれの接地端子を異ならせてある。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発光素子と受光素子を筐体に固定し、光ファイバを通じて光信号の送受信同時通信を行う双方向光モジュールにおいて、上記発光素子と受光素子の間に絶縁スペーサを介在させたことによって、受光素子側への電気的雑音の伝達を防止し、送受信特性に優れた双方向通信用光モジュールを提供することが出来る。特に、受信特性に優れ最小受光感度に優れた送受信同時駆動に適した双方向光モジュールを作製することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の双方向光モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の双方向光モジュールの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の双方向光モジュールの他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の双方向光モジュールの他の実施形態を示す断面図である。
【図５】従来の双方向光モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
１１：発光素子
１２、６２：ステム
２、５：レンズ
３：分波フィルタ
４：光ファイバ
４１：フェルール
６１：受光素子
７、９：スペーサ
８：筐体
λ１：送信光
λ２：受信光
Claims (5)
- 光信号の分離体を介して後端側が２つに分岐された光通信経路が内部に設けられ、該光通信経路の前端側に光信号の送受信同時通信を行う光ファイバが保持される筐体と、
上記筐体の外面で上記光通信経路の一方の後端部に固定され、上記光ファイバからの光を受光する受光素子と、
上記筐体の外面で上記光通信経路の他方の後端部に固定され、上記光ファイバに入射される光を発する発光素子と、
上記受光素子または上記発光素子の少なくとも一方と上記筐体との間に介在される絶縁スペーサと、を含んでなる双方向光モジュール。 - 上記絶縁スペーサがリング状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の双方向光モジュール。
- 上記絶縁スペーサがセラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の双方向光モジュール。
- セラミック材料から成り、内部に光信号の分離体を介して後端側が２つに分岐された光通信経路が設けられ、該光通信経路の前端側に光信号の送受信同時通信を行う光ファイバが保持される筐体と、
上記筐体の外面で上記光通信経路の一方の後端部に固定され、上記光ファイバからの光を受光する受光素子と、
上記筐体の外面で上記光通信経路の他方の後端部に固定され、上記光ファイバに入射される光を発する発光素子と、を含んでなる双方向光モジュール。 - 上記発光素子および上記受光素子が異なる接地端子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の双方向光モジュール。
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|---|---|---|---|
| JP11388599A JP3898375B2 (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 双方向光モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11388599A JP3898375B2 (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 双方向光モジュール |
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|---|---|
| JP2000304985A JP2000304985A (ja) | 2000-11-02 |
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ID=14623576
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| JP11388599A Expired - Fee Related JP3898375B2 (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 双方向光モジュール |
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| WO2020010581A1 (zh) * | 2018-07-12 | 2020-01-16 | 华为技术有限公司 | 基座、光收发器件、光模块及通讯设备 |
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1999
- 1999-04-21 JP JP11388599A patent/JP3898375B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000304985A (ja) | 2000-11-02 |
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