JP3959423B2 - 双方向光送受信器 - Google Patents

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Description

本発明は、双方向光送受信器に関し、より詳しくは、光通信素子間の光軸整列構造を有する双方向光送受信器に関する。
一般に、光ファイバーを用いる光通信において、双方向光送受信器は、相異なる波長の光を用いて複数のチャンネルを同時に送信する。また、単一モードの光ファイバーの場合には、減衰が少ない２種類の光波長(例えば、１．３ｍと１．５５ｍ)を用いて光通信が行われる。ＦＴＴＨ(Fiber-To-The-Home)では、波長分割多重方式(Wavelength Division Multiplex；ＷＤＭ)を用いて、通信用チャンネルとＣＡＴＶ用チャンネルとを一本の光ファイバーに統合することができる。従って、送信用と受信用とで別個の光ファイバーのラインを使用する代わりに、単一線による光ファイバーを用いて送受信を同時に行うことができる。これにより、光ファイバーの設備コストを節減でき、光学部品の数も減らすことができるので、一層経済的な光通信システムを実現することができる。
従来の双方向光送受信器は、ＰＬＣ(Planar Lightwave Circuit)基板を使用する送受信器と、ＴＯ−ＣＡＮ（Transister-Outline CAN：トランジスタアウトライン−缶型）基板を使用する送受信器と、に区分される。図１は、２個のＴＯ−ＣＡＮ（２，２）を備えた従来の双方向光送受信器を示す断面図である。この双方向光送受信器１は、レーザダイオード(ＬＤ)３から／に出力／入力される光信号の分配とともに、外部から入力される光信号を分配する波長分配器６と、フォトダイオード(ＰＤ)４と、波長分配器６から分配されたそれぞれの波長を認識して光を入出力する素子である複数の光ファイバー５を備えた送受信器モジュールと、を具備している。
双方向光送受信器１における波長分配機能を遂行する要素は、レーザダイオード(ＬＤ)３から入力される光信号と外部から入力される光信号を分配する波長分配器６と、光信号の送・受信路として機能するＹ分配器(図示せず)と、からなる。波長分配器６は、送受信器モジュールとＹ分配器との間に介在される。この波長分配器６は、入力光信号を波長帯域に従って多重分割を遂行する波長分割多重化フィルターを含むことができる。この場合には、マルチプレクサフィルター、或いはブラッグ回折格子を使用することができる。
Ｙ分配器は、外部から入力される光信号及びレーザダイオード３から出力される光信号の共通の経路としての機能を担う共通導波路管を有する光導波路管である。この送受信器モジュールは、入力信号を光信号に変調させるレーザダイオード３と、光ファイバーを通じて入力される光信号を検出することで、レーザダイオード３の光強度をモニターリングする光検出器(図示せず)と、を具備している。
双方向光送受信器１は、光送信部及び光受信部を有し、これらのそれぞれは、能動整列され、かつ、相互に結合される方式であるＴＯ−ＣＡＮ（２，２）で作られる。各ＴＯ−ＣＡＮ（２，２）自体は一般的な技術を用いて製造されるので、双方向光送受信器は、製造コストが安価であり、高い歩留まりを有する。
しかしながら、従来の双方向光送受信器は、そのサイズが大きく、かさばるものであった。例えば、トリプレクサー(Triplexer)の場合には、３個のＴＯ−ＣＡＮが使用され、共に結合される。このトリプレクサーは、２個のＴＯ−ＣＡＮを使用するダイプレクサ(Diplexer)と比較すると、追加のＴＯ−ＣＡＮを能動整列するための別途の工程時間を必要とする。また、部品数の増加にともなって、欠陥の発生が増加しがちになり、これにより、製造の歩留まりが低下する。
図２は、従来技術によるＰＬＣ基板２０を用いた双方向光送受信器１０を示す。この双方向光送受信器１０は、ＰＬＣ基板２０と、このＰＬＣ基板２０上に形成されたコネクター３０と、フォトダイオード(ＰＤ)４０と、レーザダイオード(ＬＤ)５０と、レーザダイオード５０から出力される光の強度をモニターリングするための光信号監視器(図示せず)と、を含む。ＰＬＣ基板２０の上には、フォトダイオード４０及びレーザダイオード５０のそれぞれの方向に二分岐したＹ-ブランチ(Ｙ-branch)構造の導波路６０が形成される。フォトダイオード４０は、導波路６０を通じて入力される光信号を検出する。レーザダイオード５０は、所定の波長の光を生成し、生成された光は導波路６０を通じてこの光素子の外部へ出力される。導波路６０は、二分岐された経路のそれぞれが、フォトダイオード４０及びレーザダイオード５０のそれぞれに対向するように位置したＹ-ブランチ構造を有する。
また、双方向光送受信器１０は、Ｌ字形状のハウジング７０を備えており、このハウジング７０にはＰＬＣ基板２０が安着される。そして、ハウジング７０の一側面には光ファイバー８０が位置し、コネクター３０は、光ファイバー８０に対向するように位置する。この双方向光送受信器１０は、光ファイバー８０がＰＬＣ基板２０に実装され、導波路６０の一端に受動（すなわち手作業で）整列される双方向光送受信モジュールとして構成されることができる。
しかしながら、受動整列の構造を有するこのような双方向光送受信器１０は、一般に製造しにくい、という問題がある。すなわち、フォトダイオード(ＰＤ)、レーザダイオード(ＬＤ)、及び光信号監視器は、一般に、１〜２μｍの誤差内で正確に整列されなければならず、また、一つのＰＬＣ基板の上に固定される。また、このような高い精密度の要求に加えて、光素子の製造では、特定の必要条件を満たすようにすることが要求される。例えば、レーザダイオード(ＬＤ)は、出射角度が非常に小さい出射光となるように製造しなければならず、そうでなければ、高い挿入損失を引き起こす。また、このレーザダイオード(ＬＤ)がＤＦＢレーザダイオードである場合には、光アイソレータ(isolator)を含ませる空間がない。さらに、フォトダイオードは、光導波路に適合すように製造する必要がある。要約すれば、光送受信器を製造するための工程コストは、特殊なレーザダイオード(ＬＤ)及びフォトダイオード(ＰＤ)の製造に必要な要件によってさらに増加され、また、歩留まりが低くなる問題点があった。
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、製造工程が簡素であり、コンパクトなサイズで製造することができる双方向光送受信器を提供することにある。
本発明の他の目的は、能動素子(例えば、ＬＤ、ＰＤ)と受動素子(例えば、導波管、光ファイバー)が含まれた単一ハウジングを備えることによって、光送信器の光源の構造及び光軸整列の構造を改善して、低い挿入損失及び簡素な製造が可能な双方向光送受信器を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、能動素子(例えば、ＬＤ、ＰＤ)と受動素子(例えば、導波管、光ファイバー)が含まれた単一ハウジングを備えることによって、部品数を少なくして製造コストを節減させることができる双方向光送受信器を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明の双方向光送受信器は、光信号を入出力し、一側面が所定の角度で傾斜するように研磨された光ファイバーと、前記光ファイバーを位置させるための溝が上部に形成されるとともに、該溝と直交方向に設けられ、かつ、前記溝に位置した前記光ファイバーの傾斜面と実質的に同一方向に傾斜するようにスロットが形成された基板と、前記スロットに挿入される波長分配器フィルターと、該挿入された波長分配器フィルター上に位置するように前記基板上に配置され、前記波長分配器フィルターから光信号を受信するフォトダイオードと、前記光ファイバーに対向するように位置し、光信号を送信するレーザダイオードを有するＴＯ−ＣＡＮと、Ｕ字型の形状を呈し、前記光ファイバー、前記基板、及び前記ＴＯ−ＣＡＮを実装する単一ハウジングと、を具備し、前記波長分配器フィルターは、その上部が前記基板の上面から突出しないように前記スロット内に配置され、前記単一ハウジングには、前記基板を安定して付着させるための安着部が形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の双方向光送受信器の他の側面は、一端が所定の角度に研磨された傾斜面を有する光ファイバーと、上部に形成されたＶ-溝及びスロットを有し、前記Ｖ-溝に前記光ファイバーを位置させる基板と、前記光ファイバーの傾斜面と実質的に同一の方向に傾斜する方向で、かつ、前記基板の前記Ｖ-溝と直角方向をなすように、前記基板の前記スロットに挿入される波長分配器フィルターと、該挿入された波長分配器フィルター上に位置するように前記基板上に配置され、前記波長分配器フィルターから光信号を受信するフォトダイオードと、前記光ファイバーに対向するように位置し、前記Ｖ-溝を貫通して光信号を伝送するレーザダイオードと、Ｕ字型の形状を呈し、前記光ファイバー、前記基板、及び前記レーザーダイオードを実装する単一ハウジングと、前記光ファイバーが固定される支持ホルダーを貫通させて結合するために、前記単一ハウジングの一側面に形成された第１の結合孔部と、前記レーザーが固定される固定ホルダーを貫通させて結合するために、前記単一ハウジングの他の一側面に形成された第２の結合孔部と、を具備し、前記波長分配器フィルターは、その上部が前記基板の上面から突出しないように前記スロット内に配置され、前記単一ハウジングの前記各側面の間には、前記基板を安定して付着させるための安着部が形成されたことを特徴とする。
本発明による双方向光送受信器は、能動素子及び受動素子が含まれたＵ字型の形状を呈する単一ハウジングを備え、また、基板を安定して付着させるための安着部が単一ハウジングに形成されることによって、光送信器の光源の構造及び光軸整列の構造を改善し、その結果、低い挿入損失及び簡素な製造工程が実現可能となる。また、部品数を少なくして製造コストを節減することができるとともに、小型化が可能となる。
以下、本発明の好適な一実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
図３乃至図７は、本発明を適用した一実施形態の双方向光送受信器１００の構成を示す。
図３を参照すると、双方向光送受信器１００は、光ファイバー２００と、基板３００と、波長分配器フィルター４００と、フォトダイオード５００と、ＴＯ−ＣＡＮ６００と、単一ハウジング７００と、を含む。光ファイバー２００は、光信号８００、９００(図７参照)をこの双方向光送受信器に／から入力／出力させるように動作する。光ファイバー２００は、一側面が傾斜して研磨された傾斜面（または傾斜角）を有している。この光ファイバー２００の一端の傾斜角度は、波長、ファイバーの種類、ファイバーの構成、反射率、及び挿入損失に基づいてて決定される。
基板３００には、波長分配器フィルター４００及びフォトダイオード５００が備えられる。基板３００の上部（上面）には、光ファイバー２００を位置させることができるように溝３０１が形成される。波長分配器フィルター４００は、溝３０１と本質的に直交方向に、かつ、光ファイバー２００の傾斜面と同一の傾斜方向に傾斜するように、基板３００に挿入される(図４参照)。本実施形態では、溝３０１の好ましい構成として、Ｖ字形状の溝としている。なお、本発明の他の実施形態としては、他の形状の溝又はチャンネルとすることもできるが、ここでは説明の便宜上、Ｖ字形状の溝３０１とした場合について説明する。
フォトダイオード５００は、波長分配器フィルター４００を通過する光信号９００を受信することができるように、波長分配器フィルター４００の上部に配置される。ＴＯ−ＣＡＮ６００は、光信号８００を伝送するレーザダイオード(図示せず)を有している。このレーザダイオードは、光ファイバー２００と対向する位置に配置される。具体的な構成例として、さらに、ＴＯ−ＣＡＮ６００と光ファイバー２００との間にアイソレータ１０００（図５参照）を介在させることもできる。単一ハウジング７００は、受動素子(例えば、光ファイバー２００)と能動素子(例えば、ＰＤ５００、ＬＤ)を備える基板３００及びＴＯ−ＣＡＮ６００を実装することができるようになっている。
図４を参照すると、基板３００は、シリコン光学ベンチ(Silicon Optical Bench；ＳｉＯＢ)で作ることが出来、この場合はシリコン基板と称される。或いは、基板３００は、光導波路を有するＰＬＣ(Planar Lightwave Circuit)基板で作ることが出来る。波長分配器フィルター４００は、光ファイバー２００の傾斜面と同一の方向に傾斜するように基板３００のスロット３０２内に配置される。ここで、スロット３０２は、Ｖ溝３０１に対して平面視で本質的に直交する方向に刻設されており、また、Ｖ溝に位置した光ファイバー２００の傾斜面と実質的に同一方向に傾斜する角度にて形成されている。波長分配器フィルター４００としては、例えばブラッグ回折格子を用いることができる。
図３を参照すると、単一ハウジング７００は、「Ｕ」字型の形状を呈しており、単一ハウジング７００の一側面には、光ファイバー２００を固定させることができるように支持ホルダー２０１が備えられる。また、単一ハウジング７００の他の一側面には、ＴＯ−ＣＡＮ６００を固定させることができるように固定ホルダー６０１が備えられる。そして、単一ハウジング７００の両側面には、該側面部材を略円形に開口する形状の結合孔部７０１が形成されている。各結合孔部７０１は、単一ハウジング７００の両側面の相互に対向する位置に設けられ、支持ホルダー２０１と固定ホルダー６０１のそれぞれが貫通して結合できるサイズの開口形状をなしている。単一ハウジング７００は、基板３００を安着させると同時に固定させることができるように、基板の安着部７０２が形成されている。また、Ｖ溝３０１は、様々な形態の光ファイバー２００が位置するように構成される。また、波長分配器フィルター４００は、各種の代替物質と置き換えられることができる。
本発明の一の実施形態に従う双方向光送受信器の動作を、図３乃至図７を参照してより詳細に説明する。
図３及び図４に示すように、双方向光送受信器１００は、単一ハウジング７００に、光ファイバー２００、基板３００、及びＴＯ−ＣＡＮ６００が実装される。
このような状態で、ＴＯ−ＣＡＮ６００内に設けられたレーザ(図示せず)は、光信号８００を変調する。この光信号８００は、基板３００に挿入された波長分配器フィルター４００を透過する。一例として、ＴＯ−ＣＡＮ６００内には、端面発生光源(edge-emitting source)であるレーザダイオード(図示せず)が設けられる。このレーザダイオードに順方向バイアスを加えると、注入された電子が再結合するにつれて、光子の自然放出が起こり、光利得が増加する。
図６及び図７を参照すると、波長分配器フィルター４００を通過した光信号８００は、光ファイバー２００を通じてハウジング７００の外部に出力される。
図７に示すように、光ファイバー２００を通して光信号９００が入力される場合には、この光信号９００は、波長分配器フィルター４００によって垂直方向に反射し、分配器フィルター４００の上方に位置したフォトダイオード５００に伝送される。
この入力される光信号９００はフォトダイオード５００によって検出され、また、上記のレーザダイオードからの既設定の光が生成されると、該生成された光は波長分配器フィルター４００を通して外部へ出力される。
図５に戻ると、単一ハウジング７００は、その一側面に光ファイバー２００を備え、光ファイバー２００に対向する位置には、レーザダイオードを実装したＴＯ−ＣＡＮ６００を備える。このレーザダイオードから出力された光信号８００(図７参照)は、Ｖ溝に沿って光ファイバー２００を直進透過して送信され、一方、外部から入力される光信号９００は、波長分配器フィルター４００によってフォトダイオード５００に入力される。
図６及び図７に示すように、ＴＯ−ＣＡＮ６００と光ファイバー２００との間にアイソレータ１０００を設けて光信号８００を伝送するときには、いずれか一方向には減衰がほとんど発生せず、光信号８００への干渉を防止するために、その反対方向には減衰が発生する。
以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかであり、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で定められるべきである。
従来技術によるＴＯ−ＣＡＮを有する双方向光送受信器を示す断面図である。 従来技術によるＰＬＣ基板を有する双方向光送受器を示す斜視図である。 本発明による双方向光送受信器の構成を示す分解斜視図である。 図３のＡ部を拡大した分解斜視図である。 本発明の一実施形態による双方向光送受信器の組立状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による双方向光送受信器を示す側断面図である。 図６のＢ部を拡大した断面図である。
符号の説明
１００ 双方向光送受信器
２００ 光ファイバー
３００ 基板
３０１ 溝
３０２ スロット
４００ 波長分配器フィルター
５００ フォトダイオード
６００ ＴＯ−ＣＡＮ
７００ 単一ハウジング

Claims (11)

  1. 光信号を入出力し、一側面が所定の角度で傾斜するように研磨された光ファイバーと、
    前記光ファイバーを位置させるための溝が上部に形成されるとともに、該溝と直交方向に設けられ、かつ、前記溝に位置した前記光ファイバーの傾斜面と実質的に同一方向に傾斜するようにスロットが形成された基板と、
    前記スロットに挿入される波長分配器フィルターと、
    該挿入された波長分配器フィルター上に位置するように前記基板上に配置され、前記波長分配器フィルターから光信号を受信するフォトダイオードと、
    前記光ファイバーに対向するように位置し、光信号を送信するレーザダイオードを有するＴＯ−ＣＡＮと、
    Ｕ字型の形状を呈し、前記光ファイバー、前記基板、及び前記ＴＯ−ＣＡＮを実装する単一ハウジングと、
    を具備し、
    前記波長分配器フィルターは、その上部が前記基板の上面から突出しないように前記スロット内に配置され、
    前記単一ハウジングには、前記基板を安定して付着させるための安着部が形成された
    ことを特徴とする双方向光送受信器。
  2. 前記基板は、シリコン光学ベンチからなること
    を特徴とする請求項１記載の双方向光送受信器。
  3. 前記基板は、光導波路を有するＰＬＣ基板からなること
    を特徴とする請求項１の記載の双方向光送受信器。
  4. 前記光ファイバーは、前記単一ハウジングの一側面に支持ホルダーによって固定され、ＴＯ−ＣＡＮは、前記単一ハウジングの他側面に固定ホルダーによって固定されること
    を特徴とする請求項１記載の双方向光送受信器。
  5. 前記単一ハウジングの両側面には、前記支持ホルダーと固定ホルダーを貫通して結合するための少なくとも一つ以上の結合孔部が形成されること
    を特徴とする請求項１記載の双方向光送受信器。
  6. 前記ＴＯ−ＣＡＮと前記光ファイバーとの間には、アイソレータが配置されていること
    を特徴とする請求項１記載の双方向光送受信器。
  7. 前記波長分配器フィルターは、ブラッグ格子を含むこと
    を特徴とする請求項１記載の双方向光送受信器。
  8. 一端が所定の角度に研磨された傾斜面を有する光ファイバーと、
    上部に形成されたＶ-溝及びスロットを有し、前記Ｖ-溝に前記光ファイバーを位置させる基板と、
    前記光ファイバーの傾斜面と実質的に同一の方向に傾斜する方向で、かつ、前記基板の前記Ｖ-溝と直角方向をなすように、前記基板の前記スロットに挿入される波長分配器フィルターと、
    該挿入された波長分配器フィルター上に位置するように前記基板上に配置され、前記波長分配器フィルターから光信号を受信するフォトダイオードと、
    前記光ファイバーに対向するように位置し、前記Ｖ-溝を貫通して光信号を伝送するレーザダイオードと、
    Ｕ字型の形状を呈し、前記光ファイバー、前記基板、及び前記レーザーダイオードを実装する単一ハウジングと、
    前記光ファイバーが固定される支持ホルダーを貫通させて結合するために、前記単一ハウジングの一側面に形成された第１の結合孔部と、
    前記レーザーが固定される固定ホルダーを貫通させて結合するために、前記単一ハウジングの他の一側面に形成された第２の結合孔部と、
    を具備し、
    前記波長分配器フィルターは、その上部が前記基板の上面から突出しないように前記スロット内に配置され、
    前記単一ハウジングの前記各側面の間には、前記基板を安定して付着させるための安着部が形成された
    ことを特徴とする双方向光送受信器。
  9. 前記レーザーダイオードと前記基板との間に配置されたアイソレータをさらに含むこと
    を特徴とする請求項８記載の双方向光送受信器。
  10. 前記波長分配器フィルターは、ブラッグ格子を含むこと
    を特徴とする請求項８記載の双方向光送受信器。
  11. 前記レーザーダイオードは、前記ＴＯ−ＣＡＮに実装されていること
    を特徴とする請求項８記載の双方向光送受信器。
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