JP4433730B2

JP4433730B2 - 光フィルタ保持部材及び光送受信モジュール

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Publication number: JP4433730B2
Application number: JP2003313858A
Authority: JP
Inventors: 学吉村; 美樹工原; 裕美中西
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-09-05
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Description

本発明は、波長選択性を有する光フィルタを保持するための光フィルタ保持部材、およびこの光フィルタ保持部材と光送信器並びに光受信器とを内蔵した光送受信モジュールに関する。

光通信システムは、これまで幹線網の光化が進み、次のターゲットとして光加入者系まで光ファイバで接続し、高速・広帯域の高速デジタルサービスを実現する動きが活発になってきている。このサービスで用いられる伝送システムとして、１本の光ファイバで双方向の光伝送を行う双方向伝送システムが提案されている。

図８は、特開平１０−９３１３３に記載されている双方向伝送システム用光送受信モジュールの構成を示している。光送信器と光受信器を内蔵した光送受信モジュール１００では、光ファイバ１０３と、光送信用の半導体レーザ１０１（以下、ＬＤと言う）、光受信用の半導体光検出器１０４（以下、ＰＤと言う）、波長選択性を有する光フィルタ１０６およびこれらを収容するハウジング１１２を備えている。また、光ファイバ１０３とＬＤ１０１との間には、光結合効率を向上させるために、レンズ１０２が挿入される。同様に、一般的に光ファイバ１０３とＰＤ１０４との間にも、レンズ１０５が挿入される。ここで、ＬＤ１０１とレンズ１０２とは、送信サブアセンブリ１１１として、あらかじめアライメントのとれた状態で組み立てられている。同様に、ＰＤ１０４とレンズ１０５とは、受信サブアセンブリ１１０として、あらかじめアライメントのとれた状態で組み立てられている。

係る構成により、ＬＤからの送信光λ１（例えば波長１．３μｍの光）は、レンズ１０２で集光され、光フィルタ１０６を透過し、光ファイバ１０３に結合される。一方、光ファイバ１０３からの受信光λ２（例えば波長１．５５μｍの光）は、光フィルタ１０６により分波され、レンズ１０５を介してＰＤ１０４に入力する。

特開平１０−９３１３３特開２０００−１８０６７１

しかし、従来の双方向光モジュールでは複雑な構造を有している。例えば、図８の光送受信モジュール１００では、光ファイバ１０３からの光を受信サブアセンブリ１１０に提供するために、光ファイバ１０３、光フィルタ１０６、および受信サブアセンブリ１１０を各部品の光軸が一致し、かつ、信号光がレンズ１０５を介してＰＤ１０４の受光領域１０８に集光するように、各部品を調芯し、位置決めしなけれぱならない。また、送信サブアセンブリ１１１からの光を光ファイバ１０３に提供するためには、光ファイバ１０３，並びに送信サブアセンブリ１１１についても、同様に光軸が一致し、かつＬＤ１０１からの信号光が、レンズ１０２を介して光ファイバ１０３に集光するように各部品を調芯し、位置決めしなければならない。これを実現するために、図８に示すように、送信サブアセンブリ１１１、受信サブアセンブリ１１０、光フィルタ１０６、および光ファイバ１０３を互いに位置合わせし、保持するための複数の固定部品が必要になる。
また、精密な光軸調整が必要なために、この固定部品には比較的高い精度が要求され、部品のコストが高くなる。さらに、光モジュールの組み立てには、複雑な光軸合わせ又は調芯工程が必要であるため、組立ての時間がかかるので、生産性が低くなるという欠点もある。双方向光モジュールにおいて求められていることは、精度の高い固定部品を必要とせず、しかも容易に光軸調整が可能で光ファイバとＬＤ並びにＰＤに対して、同時位置決めできる構造を有する双方向通信が可能な光通信モジュールである。

そこで、本発明の目的は、光送受信モジュールに内臓された光ファイバ、光フィルタ、発光素子及び光検出器に対して、少ない部品点数でかつ調芯工程を少なくし、容易に位置決めできる光フィルタ保持部材及び小型で低コストの光送受信モジュールを提供することとした。

本発明の一側面は光フィルタ保持部材に関する。第１の波長の光および第２の波長の光の一方を透過するとともに他方を反射する光学スペクトルを有する光フィルタを保持する光フィルタ保持部材は、該第１の波長の光および該第２の波長の光に対して透明な材料で形成されており、該光フィルタを保持するための溝を備え、光線が入出力する対向する２つの端面に光軸を一致させた凸レンズが一体に形成され、該凸レンズの光軸上に、該光フィルタが斜めに配置されるように該溝が形成されており、前記光フィルタからの前記第１の波長の光および前記第２の波長の光の一方を受光するための受光素子を搭載するための搭載面と、該搭載面上に電気配線用の金属パターンとを備える。

溝に光フィルタが挿入された状態で、凸レンズの光軸上の所定の位置に光フィルタが配置されることにより、凸レンズと光フィルタとの光軸調整が不要である。また凸レンズの凸形状の表面加工には、汎用の半導体プロセスであるドライエッチやケミカルエッチを用いることにより、容易に精度よく加工することができる。

本発明の別の一側面は光フィルタ保持部材に関する。第１の波長の光および第２の波長の光の一方を透過するとともに他方を反射する光学スペクトルを有する光フィルタを保持するための保持部材であって、該第１の波長の光および該第２の波長の光に対して透明な材料で形成されており、該光フィルタを保持するための溝を備え、光線が入出力する対向する２つの端面に光軸を一致させた不等間隔回折格子が一体に形成され、該不等間隔回折格子の光軸上に、該光フィルタが斜めに配置されるように該溝が形成されており、前記光フィルタからの前記第１の波長の光および前記第２の波長の光の一方を受光するための受光素子を搭載するための搭載面と、該搭載面上に電気配線用の金属パターンとを備える。

溝に光フィルタが挿入された状態で、凸レンズの光軸上の所定の位置に光フィルタが配置されることにより、凸レンズと光フィルタとの光軸調整が不要である。また不等間隔回折格子では、凸レンズよりも厚みを薄くできるので、光フィルタ保持部材を小型化できる。

これらの光フィルタ保持部材によれば、光フィルタ保持部材に光結合する少なくとも２つ以上の異なる波長を有する複数の信号光が、光フィルタ保持部材の溝に挿入された光フィルタを介して、透過あるいは反射されることにより光路が分岐される。分岐された信号光の一方は、受光素子によって受光され光検出される。受光素子は、受光した信号光を電気信号に変換する。光フィルタ保持部材では、さらに、受光素子を直接、光フィルタ保持部材の所定の搭載面に実装することができる。さらに受光素子搭載面には、電気信号を外部に取り出すための回路パターンが形成されているので、電気配線のための金属線ワイヤ等を省略することができ、受光素子と外部回路との電気的接続が容易になる。また、光フィルタ保持部材に光結合された受信信号光が、光フィルタを介して受光素子搭載面の至る光軸は、あらかじめ定めることができる。従って、例えば、受光素子搭載面上の回路パターンを利用して、受光素子搭載面上の至る受信信号光の光軸に受光素子の受光面中心が一致するように実装するためのマーカ設けることができる。これにより、受光素子を簡単に無調芯で実装することができるので、信号光と光フィルタ及び受光素子との光軸調整工程も省略できる。

第１の波長の光および第２の波長の光の一方を透過するとともに他方を反射する光学スペクトルを有する光フィルタを保持する光フィルタ保持部材は、さらに、凸レンズが形成されている端面において、一体に形成された凸レンズの頂部が、凸レンズの周囲の表面よりも内側になるように、光フィルタ保持部材に埋め込まれて形成することもできる。光フィルタ保持部材内部に凸レンズが埋め込まれているので、組み立て作業中に光学素子を破損することを防ぐことができる。また、光フィルタ保持部材に一体に形成された凸レンズと結合させて使用する発光素子、光伝送媒体および受光素子等と光フィルタ保持部材との距離を短くできるので、これらの部品を備えたモジュールを小型化できる。さらに、受光素子搭載面にも受光素子と結合する凸レンズを形成した場合でも、受光素子を搭載する面が平坦に形成されるので、光フィルタ保持部材上に直接、受光素子を配置することができる。

光フィルタ保持部材の材料は、石英ガラスもしくは透明プラスチック樹脂であることができる。使用する信号光の波長に対して透明な材料である。

また、本発明の別の側面は、光送受信モジュールに係わる。光送受信モジュールは、発光素子と、受光素子と、光伝送媒体と、光フィルタと、光フィルタ保持部材と、これらの部材を収納するハウジングとを備える。発光素子は、第１の波長の光を発生し、受光素子は、第２の波長の光を受光する。光伝送媒体は、第１の波長の光および第２の波長の光を伝搬する。光フィルタは、第１の波長の光および第２の波長の光の一方を透過するとともに他方を反射する光学スペクトルを有している。また、前記光フィルタ保持部材は、発光素子と対向する面に一体に形成された第１の凸レンズと光フィルタ保持部材の光伝送媒体と対向する第２の面に、第２の凸レンズを有する。発光素子から放射される第１の波長の光は、第１の光学素子に結合し、第１の凸レンズにより略平行な光束に整形され、光フィルタを介して、第２の凸レンズに結合した後、光伝送媒体に集光され、また、光伝送媒体から伝送される第２の波長の光は、第２の凸レンズに結合し、第２の凸レンズにより略平行な光束に整形され、光フィルタを介して、半導体受光素子に結合するように形成される。

この光送受信モジュールによれば、発光素子から放射された第１の波長の信号光は、光フィルタ保持部材の第１の凸レンズにより、略平行光に整形され、また、光伝送媒体から伝送される第２の波長の光も、光フィルタ保持部材の第２の凸レンズにより略平行な光束に整形され、光フィルタ保持部材内をほぼ一定のビーム径に保たれながら伝搬するので、光フィルタ保持部材の形状並びに寸法について、その設計の自由度が増す。

さらに、第１の凸レンズと、光フィルタと、第２の凸レンズのと光軸をあらかじめ一致するように光フィルタ保持部材を作成することができるので、これらの光学素子と光フィルタとの光軸調芯工程を省略することが可能となる。発光素子と光伝送媒体の光軸上に第１の凸レンズおよび第２の凸レンズが配置されるように光フィルタ保持部材を配置することにより、簡単に発光素子と光伝送媒体の光結合が得られるので、組み立てが容易になる。さらに、光伝送媒体からの第２の波長を有する信号光は、第２の凸レンズと光フィルタと受光素子との光軸があらかじめ一致するように光フィルタ保持部材を形成することができるので、受光素子は光軸調整無しで組み立てることが可能である。

光送受信モジュールでは、光フィルタ保持部材の受光素子と対向する第３の面に、さらに第３の凸レンズを備えるようにしてもよい。この光送受信モジュールによれば、光伝送媒体からの第２の波長を有する信号光が、第３の凸レンズによって集光され、受光素子に結合されるので、受光素子への結合効率が向上し、第２の波長を有する信号光に対する受光感度が向上する。

さらに、光送受信モジュールは、発光素子として面型発光素子を用いることができる。また、光フィルタ保持部材の面発光素子を搭載する面上には、電気配線用の金属パターンを有し、面型発光素子が、光フィルタ保持部材の金属パターンに接着固定され、電気的に接続されている。本発明に係わる光送受信モジュールでは、光フィルタ保持部材上に、面型発光素子の電極とパッケージの外部電極端子とを接続するための配線パターンが形成されているので、この配線パターンの所定の位置に面発光素子を実装することにより、受光素子と外部回路との電気的接続が容易になる。また、面発光素子と光フィルタ保持部材に形成された第１の凸レンズとが光軸を一致するように配線パターンを形成することができるので、このパターンに合わせて面発光素子を実装することにより、面発光素子の光軸調整を省略することができる。

なお該光送受信モジュールにおいて凸レンズに代えて不等間隔回折格子を用いてもよい。

本発明によれば、光フィルタを保持するための光フィルタ保持部材に光学素子（光レンズ）を一体に設け、光学素子と光フィルタとの光軸があらかじめ一致するように形成されているので、調芯作業が不要である。また、光フィルタ保持部材と、光ファイバ、発光素子及び光検出器とを組み合わせた光送受信モジュールでは、部品点数を削減でき、かつ調芯工程を少なくすることによって、組み立てが容易な小型で低コストの光送受信モジュールを提供することができる。

以下、本発明に係る諸々の実施形態の構成および作用について、図１乃至図７を参照して説明する。なお、図面の説明においては同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

（第１の実施形態）
図１は、本実施の形態における光フィルタ保持部材１を説明する図である。図１において、光フィルタ保持部材１は、光フィルタを挿入保持するための溝１５を備える。さらに、この光フィルタ保持部材１の表面１６には、凸形状に球面加工された第１レンズ部１７を有する。同様に、この第１レンズ部１７と対向する光フィルタ保持部材１の表面１８にも、第１レンズ部１７と光軸を一致させて凸形状に球面加工された第２レンズ部１９を有する。さらに、この光フィルタ保持部材１において、第１レンズ部１７と第２レンズ部１９とを結ぶ光軸と垂直方向の表面２１には、電気配線パターン２０が形成され、光フィルタ保持部材１の第２レンズ部１９に結合された信号光が光フィルタを介して半導体受光素子の受光面に結合するように、電気配線パターン２０上の所定の位置に、直接、半導体受光素子が半田により固定実装される。

光フィルタ保持部材１の材料としては、屈折率が１．４６の石英ガラスが用いられる。石英ガラス以外には、使用する信号光の波長に対して透明な材料であればよく、例えば透明プラスチック樹脂、またはシリコン半導体を用いてもよい。透明プラスチック樹脂を用いる場合、金型による成形が可能であるので作製が容易であり、しかも安価である。さらに、光フィルタ保持部材の材料としては、シリコン半導体が用いられる。シリコン半導体を用いる場合は、以下の特徴を有する。つまり、シリコン半導体の屈折率は３．４２であり、石英ガラスに比べて大きい。従って、レンズの焦点距離を短くできるため小型化が可能である。また、レンズ形状の加工には、化学エッチングのほかにイオンミリング等の半導体微細加工技術を利用できるので、一層加工精度を向上することができる。またシリコン半導体にモノリシックに受光信号の半導体増幅回路や半導体レーザの駆動回路などの電子回路を集積化することもできるので好適である。

（第２の実施形態）
図２は、本実施の形態における別の光フィルタ保持部材１ｃを説明する図である。光フィルタ保持部材１ｃの第１レンズ部および第２レンズ部は、図２に示されるように不等間隔回折格子（フレネルレンズ）で形成され、第１のフレネルレンズ１７ｃ、および第２のフレネルレンズ１９ｃを有する。さらに、半導体受光素子が搭載される表面２１にも、半導体受光素子に信号光を集光するための第３のフレネルレンズ５１ｃを有する。
さらに、光フィルタ保持部材１ｃは、光フィルタを挿入保持するための溝１５を備える。また、半導体受光素子が搭載される表面２１には、電気配線パターン２０が形成され、光フィルタ保持部材１ｃの第２レンズ部１９ｃに結合された信号光が光フィルタを介して半導体受光素子の受光面に結合するように、電気配線パターン２０上の所定の位置に、直接、半導体受光素子が半田により固定実装される。

光フィルタ保持部材１ｃの材料は、信号光の波長に対して透明な材料であればよく、例えば石英ガラス、透明プラスチック樹脂などが用いられるが、シリコン半導体を用いるのが好適である。その理由は、フレネルレンズを形成する際に、屈折率が石英ガラス等に比べて大きいので、石英ガラスを用いた場合よりも回折溝の深さを浅くすることができ、回折格子の加工が容易になるからである。

（第３の実施形態）
図３（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態にける別の光フィルタ保持部材を説明する図である。図３（ａ）の光フィルタ保持部材１ａでは、受光信号に対する半導体受光素子の結合効率をさらに向上させるために、光フィルタ保持部材１ａの半導体受光素子を配置する側の表面２１に、凸形状に球面加工された第３レンズ部５１を有する。図３（ａ）の光フィルタ保持部材１ａでは、レンズ部を破損せずに半導体受光素子を保持するための、レンズ部の厚み以上の厚みを有する受光素子保持部材５２を光フィルタ保持部材１ａと半導体受光素子４の間に有する。
図３（ｂ）において、光フィルタ保持部材１ｂは凸形状に球面加工された第１レンズ部１７ｂと、第２レンズ部１９ｂと、第３レンズ部５１ｂの３つのレンズ部を備え、凸形状レンズ部の頂部が、光フィルタ保持部材１ｂの表面よりも内部に形成されている。この光フィルタ保持部材１ｂを用いることにより、光フィルタ保持部材に結合する半導体発光素子と、光伝送媒体と、半導体受光素子と光フィルタ保持部材との距離を縮小できるので、さらに小型の装置を実現することができる。さらに、半導体受光素子４を直接、光フィルタ保持部材１ｂ上に実装できるので、図３（ａ）の受光素子保持部材５２を省略できる。また、光フィルタ保持部材を扱うときもレンズ部が保護されるので、破損することなく取り扱いが容易である。

（第４の実施形態）
図４（ａ）および図４（ｂ）は、本実施の形態に係る光送受信モジュールを説明する図を示している。
この光送受信モジュール５０は、半導体発光素子３と、半導体受光素子４と、光伝送媒体５と、光フィルタ６と、光フィルタ保持部材１と、これらの部材を収納するハウジング８とを備える。また、半導体レーザ３の光出力をモニタするためのモニタ用受光素子９を備える。半導体発光素子としては、例えば半導体レーザが用いられる。本実施の形態では、以下、半導体発光素子として半導体レーザを用いた場合について説明する。半導体レーザ３は、第１の波長λ１として波長１．３μｍの信号光を出射する。半導体受光素子４は、光伝送媒体５から第２の波長λ２として１．５５μｍの信号光を受光し、電気信号に変換する機能を有する。

光フィルタ保持部材１は、屈折率が１．４６の石英ガラスから形成されている。第１レンズ部１７の曲率半径Ｒ１は０．０６２５ｍｍ、第２レンズ部１９の曲率半径は０．７５ｍｍである。図３において、半導体レーザ２は、第１レンズ部１７の焦点距離である約０．１ｍｍ程度の位置に配置されており、また、光伝送媒体４は、第２レンズ部１９の焦点距離である約１ｍｍ程度の位置に配置されている。光フィルタ６は、第１の波長である１．３μｍの信号光を透過し、第２の波長である１．５５μｍの信号光を反射するような光学スペクトルを有する。光フィルタとしては、ガラスの表面に誘電体多層膜を蒸着して形成されるＷＤＭフィルタが例示される。

光伝送媒体５は、光ファイバ５ａと光ファイバ５ａを内臓するフェルール５ｂを備える。光ファイバ５ａの光フィルタ保持部材１に面する出射側は、半導体レーザ３への戻り光を低減するために光軸に対して約８゜の傾斜を有し、光ファイバ５ａの入射側は、外部から挿入される光ファイバとフィジカルコンタクト（ＰＣ）するように球面加工が施されている。光伝送媒体５は、光レセプタクルを介して、ハウジング８に固定される。
光レセプタクルは、スリーブホルダ１２と、光伝送媒体５を把持し、外部から挿入される光ファイバ（または光ファイバを内臓するフェルール）を勘合保持し光伝送媒体と光学的に結合するためのスリーブ１３と、光軸方向の位置調節のためのジョイントスリーブ１１とを備える。

図７（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る半導体受光素子を説明するための断面図である。半導体受光素子３０は、ｎ側電極３１と、ｎ型ＩｎＰ半導体基板３２と、その上にｎ型ＩｎＰ半導体層３３と、光信号光４１をフォトキャリアに変換するＩｎＧａＡｓ活性層３４と、ｐ型ＩｎＰ半導体層３５と、ｐ側電極３６とを備える。また、信号光の受光面に反射防止膜３８を備える。図７（ａ）の半導体受光素子３０は、信号光４１を半導体基板３１と反対側のｐ型電極３６側から入射させる構造を有する。一方、図７（ｂ）の半導体受光素子４０では、信号光４１を半導体基板３１側から入射させる構造を有する。半導体受光素子４０では、光フィルタ保持部材１の電気配線パターン２０に、受光素子のｎ側電極３１を直接、半田で固定できるので、その実装が一層容易である。

この光送受信モジュールでは、半導体レーザ３から発光された１．３μｍ波長の信号光は、光フィルタ保持部材１の第１レンズ部１７に光学的に結合し、ほぼ平行光に変換されて、光フィルタ６を通過し、光フィルタ保持部材１の第２レンズ部１９によって、光伝送媒体５に集光される。一方、光伝送媒体５からの波長１．５５μｍの信号光は、光フィルタ保持部材１の第２レンズ部１９に光学的に結合し、ほぼ平行光に変換されて、光フィルタ６の表面で反射され、半導体受光素子４の受光面に結合する。

この光送受信モジュールによれば、光フィルタ６を備える光フィルタ保持部材１に第１レンズ部および第２レンズ部が一体に形成され、光フィルタを光フィルタ保持部材１の平行溝１５に挿入した状態で、光フィルタ６と第１レンズ部１７および第２レンズ部１９の光軸が一致するように形成されている。同時に、光伝送媒体５からの信号光も、光フィルタ６を介して、半導体受光素子４と光学的に結合される。光送受信モジュールを組み立てる場合、半導体レーザ３、光伝送媒体５および半導体受光素子４の各光部品と、光フィルタ保持部材１とが、それぞれ光軸が一致するようにアライメント調節される。特に、半導体受光素子４は、光フィルタ保持部材１の半導体受光素子の搭載面に形成された配線パターン２０を利用して、無調芯で実装することができる。従って、従来の送受信モジュールで必要であった受信アセンブリと、光フィルタと、光伝送媒体の３つの部品の光軸が同時に一致するようにアライメント調整する工程を省略できるため、組み立て時間が大幅に短縮できる。また、従来の送受信モジュールにおける送信アセンブリおよび受信アセンブリのレンズ保持部材を省略できるので、モジュールのサイズの小型化が可能である。さらに、従来の送受信モジュールでは、光伝送媒体と光フィルタの間にレンズを配置することが困難であったが、本願の発明に係る光送受信モジュールでは、光フィルタ保持部材１に第２レンズ部１９を備えることにより、半導体レーザ３と光伝送媒体５、および半導体受光素子４と光伝送媒体５との光結合効率を向上できる。

なお、本実施形態では、光フィルタ保持部材１の表面２１に、光フィルタ６と光結合するように半導体受光素子４を実装しているので、半導体受光素子４と光フィルタ６の間にはレンズを配置しなくとも、十分信号光を受光できるが、図３（ａ）または図３（ｂ）に示したように、さらに結合効率を向上させるために、光フィルタ保持部材１ａの半導体受光素子を配置する側の表面２１に、凸形状に球面加工された第３レンズ部５１または第３レンズ部５１ｂを有するようにしてもよい。図３（ａ）の光フィルタ保持部材１ａでは、レンズ部を破損せずに半導体受光素子を保持するための、レンズ部の厚み以上の厚みを有する受光素子保持部材５２を光フィルタ保持部材１ａと半導体受光素子４の間に有する。

（第５の実施形態）
図５は、本実施の形態に係る光送受信モジュールを示す図面である。
光送受信モジュール６０では、半導体発光素子（例えば半導体レーザ）と、半導体受光素子４と、光伝送媒体５と、光フィルタ保持部材１ｃと、これらの部材を収納するハウジング８とを備える。半導体レーザ３は、第１の波長λ１として波長１．３μｍの信号光を出射する。半導体受光素子４は、光伝送媒体５から第２の波長λ２として１．５５μｍの信号光を受光する。

光送受信モジュール６０によれば、光フィルタ保持部材１ｃの第１レンズ部および第２レンズ部は、図２に示されるように不等間隔回折格子（フレネルレンズ）で形成され、第１のフレネルレンズ１７ｃ、および第２のフレネルレンズ１９ｃを有する。さらに、半導体受光素子４が搭載される表面２１にも、半導体受光素子４に波長λ２の信号光を集光するための第３のフレネルレンズ５１ｃを有する。
さらに、光フィルタ保持部材１ｃは、光フィルタ６を挿入保持するための溝１５を備える。また、半導体受光素子４が搭載される表面２１には、電気配線パターン２０が形成され、光伝送媒体５からの波長１．５５μｍの信号光が光フィルタを介して半導体受光素子の受光面２２に結合するように、電気配線パターン２０上の所定の位置に、直接、半導体受光素子４が半田により固定実装される。

（第６の実施形態）
図６は、本実施の形態に係る光送受信モジュールを示す図面である。
光送受信モジュール７０では、半導体発光素子３と、半導体受光素子４と、光伝送媒体５と、光フィルタ保持部材１ｄと、これらの部材を収納するハウジング８とを備える。半導体発光素子３は、第１の波長λ１として波長１．３μｍの信号光を出射する。半導体受光素子４は、光伝送媒体から第２の波長λ２として１．５５μｍの信号光を受光する。光フィルタ保持部材１ｄは、光フィルタ６を挿入保持するための溝１５を備える。

第４および第５の実施の形態の光送受信モジュールでは、半導体発光素子と光伝送媒体とは、同じ光軸上に配置され、半導体受光素子は半導体発光素子と光伝送媒体の光軸と垂直の方向に配置されている。一方、第６の実施の形態の光送受信モジュール７０によれば、半導体発光素子３は、光伝送媒体５の光軸と垂直の方向に配置され、半導体発光素子３から放射される１．３μｍの波長の信号光は、第３のフレネルレンズ５１ｄを介して光フィルタ６に結合される。光伝送媒体５からの波長１．５５μｍの信号光は、第２のフレネルレンズ１９ｄを介して光フィルタ６に結合し、光フィルタを透過した後、第１のフレネルレンズ１７ｄにより半導体受光素子４に集光される。この場合、光フィルタ６は、第１の波長である１．３μｍの信号光を反射し、第２の波長である１．５５μｍの信号光を透過するような光学スペクトルを有する。

半導体発光素子３としては、例えば面発光型半導体レーザが用いられる。半導体発光素子３は、第３のフレネルレンズ５１ｄと、パターン配線２０ｄとが形成された光フィルタ保持部材１ｄの第３の面２１ｄ上に直接、半田等により電気的に接続され実装される。また、半導体受光素子４も同様に、第１のフレネルレンズ１７ｄと、パターン配線２０ｅとが形成された光フィルタ保持部材１ｄの第１の面１６ｄ上に直接、半田等により電気的に接続され実装される。
この光送受信モジュールでは、半導体発光素子３として面発光型半導体レーザが直接、光フィルタ保持部材１ｄ上に実装されるので、半導体発光素子用の保持部材が省略でき、かつ、さらに小型の装置を実現することが可能である。また、光フィルタ保持部材１ｄの第１の面１６ｄおよび第３の面２１ｄに形成された配線パターンを利用して、面発光型半導体レーザ３および半導体受光素子４を無調芯で組み立てることも可能である。
なお、本実施例では、光フィルタ保持部材１ｄがフレネルレンズを備える場合について説明したが、球面加工された凸レンズを有するようにしてもよいし、或いはフレネルレンズと凸レンズを組み合わせて備えるようにしてもよい。

以上、本発明に係わる光フィルタ保持部材並びに光モジュールの好適な実施形態について幾つか説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、光フィルタ保持部材１は、一体に形成された第１の光学素子１７を備え、半導体発光素子３からの信号光が、第１の光学素子１７に結合し、光フィルタ６を透過して光伝送媒体５に集光するように構成してもよい。この場合、光フィルタ保持部材の第２の光学素子は省略できる。
また、上記実施形態では、半導体発光素子３と光伝送媒体５とが、同じ光軸上に配置され、半導体受光素子４は半導体発光素子３と光伝送媒体５の光軸と垂直の方向に配置する構成としたが、半導体受光素子４と光伝送媒体５とが、同じ光軸上に配置し、半導体発光素子３をこの光軸と垂直の方向に配置するようにしてもよい。
また、光伝送媒体５は、光レセプタクル１０を介して、ハウジング８に固定される構成としたが、光レセプタクル８の代わりに、光ファイバコードの片側に光コネクタが設けられたピグテールを使用し、このピグテールの光コネクタをハウジング８に固定しても良い。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る光保持部材を説明するための斜視図である。図２は、本発明の第２の実施形態に係る光保持部材を説明するための斜視図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明に係る別の光保持部材の構造を示す断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ本発明の第４の実施形態に係る光送受信モジュールの側面断面図および上面断面図を示す図である。図５は、本発明の第５の実施形態に係る光送受信モジュールの構造を示す図である。図６は、本発明の第６の実施形態に係る光送受信モジュールの構造を示す図である。図７（ａ）および図７（ｂ）は、本発明に係る半導体受光素子の構造を示す断面図である。図８は、従来の光送受信モジュールの構造を示す断面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…光フィルタ保持部材
５０、６０、７０…光送受信モジュール
３…半導体レーザ
４…半導体受光素子
５…光伝送媒体
６…光フィルタ
８…ハウジング
９…モニタＰＤ
１１…ジョイントスリーブ
１２…スリーブホルダ
１３…スリーブ
１７、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…第１レンズ部
１９、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ…第２レンズ部
５１、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ…第３レンズ部

Claims

第１の波長の光および第２の波長の光の一方を透過するとともに他方を反射する光学スペクトルを有する光フィルタを保持するための保持部材であって、該第１の波長の光および該第２の波長の光に対して透明な材料で形成されており、該光フィルタを保持するための溝を備え、光線が入出力する対向する２つの端面に光軸を一致させた凸レンズが一体に形成され、該凸レンズの光軸上に、該光フィルタが斜めに配置されるように該溝が形成されており、前記光フィルタからの前記第１の波長の光および前記第２の波長の光の一方を受光するための受光素子を搭載するための搭載面と、該搭載面上に電気配線用の金属パターンとを備えることを特徴とする光フィルタ保持部材。
第１の波長の光および第２の波長の光の一方を透過するとともに他方を反射する光学スペクトルを有する光フィルタを保持するための保持部材であって、該第１の波長の光および該第２の波長の光に対して透明な材料で形成されており、該光フィルタを保持するための溝を備え、光線が入出力する対向する２つの端面に光軸を一致させた不等間隔回折格子が一体に形成され、該不等間隔回折格子の光軸上に、該光フィルタが斜めに配置されるように該溝が形成されており、前記光フィルタからの前記第１の波長の光および前記第２の波長の光の一方を受光するための受光素子を搭載するための搭載面と、該搭載面上に電気配線用の金属パターンとを備えることを特徴とする光フィルタ保持部材。
凸レンズが一体に形成された前記端面において、凸レンズの頂部が、該端面よりも内側になるように、該光フィルタ保持部材に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の光フィルタ保持部材。
不等間隔回折格子が一体に形成された前記端面において、不等間隔回折格子の頂部が、該端面よりも内側になるように、該光フィルタ保持部材に埋め込まれていることを特徴とする、請求項２に記載の光フィルタ保持部材。
前記光フィルタ保持部材の材料は石英ガラスもしくは透明プラスチック樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかひとつに記載の光フィルタ保持部材。
前記請求項１および３のいずれかに記載された光フィルタ保持部材と、
第１の波長の光を発生する発光素子と、
第２の波長の光を受光する受光素子と、
前記第１の波長の光および前記第２の波長の光が伝搬する光伝送媒体と、
前記第１の波長の光および前記第２の波長の光の一方を透過するとともに他方を反射する光学スペクトルを有する光フィルタと、
これらの部材を収納するハウジングとを備え、
前記光フィルタ保持部材は、前記溝に該光フィルタを保持するとともに、少なくとも該発光素子と対向する面に一体に形成された第１の凸レンズと前記光伝送媒体と対向する第２の凸レンズを備え、該発光素子から放射される第１の波長の光が、前記第１の凸レンズに結合し、前記第１の凸レンズにより略平行な光束に整形され、前記光フィルタを介して、前記第２の凸レンズに結合した後、前記光伝送媒体に集光され、
前記光伝送媒体から伝送される第２の波長の光は、該第２の凸レンズに結合し、前記第２の凸レンズにより略平行な光束に整形され、前記光フィルタを介して、前記受光素子に結合することを特徴とする、光送受信モジュール。
前記光フィルタ保持部材において、さらに、前記受光素子と対向する第３の面に、第３の凸レンズが一体に形成された光フィルタ保持部材を備えることをすることを特徴とする、請求項６に記載の光送受信モジュール。
前記請求項２および４のいずれかに記載された光フィルタ保持部材と、
第１の波長の光を発生する発光素子と、
第２の波長の光を受光する受光素子と、
前記第１の波長の光および前記第２の波長の光が伝搬する光伝送媒体と、
前記第１の波長の光および前記第２の波長の光の一方を透過するとともに他方を反射する光学スペクトルを有する光フィルタと、
これらの部材を収納するハウジングとを備え、
前記光フィルタ保持部材は、前記溝に該光フィルタを保持するとともに、少なくとも該発光素子と対向する面に一体に形成された第１の不等間隔回折格子と前記光伝送媒体と対向する第２の不等間隔回折格子を備え、該発光素子から放射される第１の波長の光が、前記第１の不等間隔回折格子に結合し、
前記第１の不等間隔回折格子により略平行な光束に整形され、前記光フィルタを介して、前記第２の不等間隔回折格子に結合した後、前記光伝送媒体に集光され、前記光伝送媒体から伝送される第２の波長の光は、該第２の不等間隔回折格子に結合し、前記第２の不等間隔回折格子により略平行な光束に整形され、前記光フィルタを介して、前記受光素子に結合することを特徴とする、光送受信モジュール。
前記光フィルタ保持部材において、さらに、前記受光素子と対向する第３の面に、第３の不等間隔回折格子が一体に形成された光フィルタ保持部材を備えることをすることを特徴とする、請求項８に記載の光送受信モジュール。
前記発光素子が面型発光素子であり、前記光フィルタ保持部材は、該面型発光素子を搭載する面上に電気配線用の金属パターンを有し、該面型発光素子が、前記光フィルタ保持部材の前記金属パターンに接着固定され、電気的に接続されていることを特徴とする、請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の光送受信モジュール。