JP4466860B2 - 受光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、複数の光ファイバ等からの複数の入力光を複数の受光素子等で受光する受光モジュールに関し、特に小型で組み立てが容易な受光モジュールに関する。
従来の光ファイバ等からの入力光を受光素子等で受光する受光モジュールに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
特開平０６−０２１４８５号公報 特開平０８−１５９８６９号公報 特開平０９−２５８０６１号公報 Jeffrey. H. Sinsky, Andrew Adamiecki, Alan Gnauck, Charles A. Burrus, Jr., Juerg Luerg Leuthold, Oliver Wohlgemuth, S. Chandrasekhar, Andreas Umbach, "RZ-DPSK Transmission Using a 42.7-Gb/s Integrated Balanced Optical Front End With Record Sensitivity", Journal of Lightwave Technology, pp.180-185, Vol.22, No.1, 2004 西澤紘一、「光通信微小光学系システム設計・応用の要点」、エレクトロニクスエッセンシャルズＮｏ．１１、日本工業技術センター、pp.13-36、昭和６０年
複数の光ファイバ等からの複数の入力光を複数の受光素子等に入力するような受光モジュールは、例えば、「非特許文献１」に記載されているように個々の光ファイバ、レンズ並びに受光素子を組み合わせることによって実現できる。
但し、このような構成では構成部品が多くなってしまい、組み立てが煩雑になり、小型化が難しくなってしまうことになる。
図３はこのような問題点を改善する従来の受光モジュールの一例を示す構成断面図である。図３において、１は複数の光ファイバから構成され或いは多芯光ファイバである光ファイバ、２は球面或いは非球面のレンズ、３は複数の受光素子から構成される受光器、４は光ファイバ１を固定しレンズ２や受光器３等を収納するためのパッケージである。
光ファイバ１の一端はパッケージ４に固定され、レンズ２及び受光器３はパッケージ４の内部に固定される。光ファイバ１の一端からの複数の出射光はレンズ２を介して受光器３を構成する複数の受光素子にそれぞれ集光される。
この結果、１枚の球面或いは非球面のレンズを用いて光ファイバ１からの複数の出射光を複数の受光素子に集光する光学系を構成することにより、構成部品点数を削減することが可能になる。
また、図４は従来の受光モジュールの他の一例を示す構成断面図である。図４において、５は複数の光ファイバから構成され或いは多芯光ファイバである光ファイバ、６及び７は球面或いは非球面のレンズ、８は複数の受光素子から構成される受光器、９は光ファイバ５を固定しレンズ６及び７等を収納するためのパッケージ、１０は気密封止され受光器８を収納するためのハーメチックパッケージ、１１はハーメチックパッケージ１０の気密封止を維持し出射光を導入するためのガラス窓である。
光ファイバ５の一端はパッケージ９に固定され、レンズ６及びレンズ７はパッケージ９の内部に固定される。また、ハーメチックパッケージ１０内には受光器８が固定される。
光ファイバ５の一端からの複数の出射光はレンズ６を介して平行光になり、レンズ７により集光された光はガラス窓１１を介して受光器８を構成する複数の受光素子にそれぞれ集光される。
この結果、２枚の球面或いは非球面のレンズを用いて光ファイバ５からの複数の出射光を複数の受光素子に集光する光学系を構成することにより、構成部品点数を削減することが可能になる。
また、受光素子に直接光ファイバを接続する突合せ接ぎ（Butt-joint）等の手法を用いて受光素子と光ファイバを結合させることも可能であり、さらに、複写機、ファクシミリ或いはプリンタ等で用いられているように屈折率分布レンズアレイを用いて複数の出射光を複数の受光素子に集光することが可能である。
しかし、図３に示す従来例では、１枚のレンズ２による光学系であるため、レンズ２から受光器３までの距離が十分長くとれないと言った問題点があった。例えば、その距離は”１ｍｍ”以下となってしまい、レンズ２と受光器３とをパッケージ４内に入れた設計を行い、レンズ位置を合わせた後、構成部品を固定する必要性があると言った問題点があった。
また、図４に示す従来例では２枚のレンズ６及びレンズ７を用いる光学系であるため、図３に示す従来例と比較してレンズ７と受光器８との距離を十分長く取れるものの、２枚のレンズの個々の位置合わせ、複数の光ファイバから構成され或いは多芯光ファイバである光ファイバの調芯、受光器の位置合わせ、並びに、構成部品を固定する等煩雑な組み立てが必要になると言った問題点があった。
また、受光素子に直接光ファイバを接続する突合せ接ぎ（Butt-joint）等の手法を用いた場合には、光ファイバの出射光モードパターンと受光素子の光入射側光モードパターンが必ずしも一致しないので、光モードパターンが不一致の場合には光結合損失が大きくなってしまうと言った問題点があった。
さらに、屈折率分布レンズアレイを用いて複数の出射光を複数の受光素子に集光する場合、屈折率分布レンズアレイ自体が大きいため受光モジュールの小型化が困難になってしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、小型で組み立てが容易な受光モジュールを実現することにある。
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数の入力光を受光する受光モジュールにおいて、
複数の光出射部を有する光学素子と、複数の光入射部を有する光学素子と、前記２つの光学素子の間に設けられ前記複数の光出射部からの複数の出射光を前記複数の光入射部に集光する１つの屈折率分布レンズとを備え、前記複数の光出射部を有する光学素子と、前記複数の光入射部を有する光学素子と、前記屈折率分布レンズは、互いに接触しないように独立して配置されているとともに、前記複数の光出射部を有する光学素子の一端がパッケージに固定され、前記パッケージの内部に前記屈折率分布レンズ及び前記複数の光入射部を有する光学素子が固定されることにより、構成部品が少なく組み立てが容易になり、小型化が可能になる。
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である受光モジュールにおいて、
前記複数の光入射部を有する光学素子が、ハーメチックパッケージ内部に固定されることにより、構成部品が少なく組み立てが容易になり、小型化が可能になる。
請求項３記載の発明は、
請求項１または２に記載の発明である受光モジュールにおいて、
前記複数の光出射部を有する光学素子が、複数の本数の光ファイバ、或いは、複数の芯数の多芯光ファイバであることにより、構成部品が少なく組み立てが容易になり、小型化が可能になる。
請求項４記載の発明は、
請求項請求項１または２に記載の発明である受光モジュールにおいて、
前記複数の光入射部を有する光学素子が、複数の受光素子から構成される受光器であることにより、構成部品が少なく組み立てが容易になり、小型化が可能になる。
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３及び請求項４の発明によれば、複数の光ファイバからの複数の入力光を１個の屈折率分布レンズによって受光器を構成する複数の受光素子に集光することにより、構成部品が少なく組み立てが容易になり、小型化が可能になる。
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る受光モジュールの一実施例を示す構成断面図である。
図１において、１２及び１３は２本の光ファイバ（或いは、１本の２芯光ファイバ）、１４は１個の屈折率分布レンズ、１５は２つの受光素子から構成される受光器、１６は光ファイバ１２及び１３を固定し屈折率分布レンズ１４を収納するためのパッケージ、１７は気密封止され受光器１５を収納するためのハーメチックパッケージ、１８はハーメチックパッケージ１７の気密封止を維持し屈折率分布レンズ１４からの出射光を導入するためのガラス窓である。
光ファイバ１２及び光ファイバ１３の一端はパッケージ１６に固定され、屈折率分布レンズ１４はパッケージ１６の内部に固定される。また、ハーメチックパッケージ１７内には受光器１５が固定される。
光ファイバ１２及び光ファイバ１３の一端からのそれぞれの出射光は屈折率分布レンズ１４に入射され、屈折率分布レンズ１４によって集光された光はガラス窓１８を介して受光器１５を構成する２つの受光素子にそれぞれ集光される。
ここで、屈折率分布レンズ１４とは、「非特許文献２」に記載されているように、（１）入射端も出射端も平坦な開口部を有し開口部で光を屈折させる必要がなく、（２）低い収差、（３）光ファイバに適した焦点距離とＮ．Ａ．値を有し、さらに、（４）形状が円柱形状なので、レンズホルダを使用しなくても、Ｖ溝やパイプ等の治具への直接取り付けが可能であり、取り付けと調整が容易であると言った特徴を有する。
例えば、光ファイバ１２及び光ファイバ１３が１本の２芯光ファイバであり、受光器１５が２つの受光素子から構成されるものと想定し、
ガラス窓１８の屈折率：１．４８
ガラス窓１８の厚さ：０．２５０ｍｍ
屈折率分布レンズ１４の中心軸上の屈折率：１．５９０（波長１５５０ｎｍ）
屈折率分布レンズ１４の屈折率分布定数：０．１０６３
屈折率分布レンズ１４のレンズピッチ：０．１８
屈折率分布レンズ１４のレンズ長：３．４６８ｍｍ
２芯光ファイバのコア径：１０μｍ
２芯光ファイバのコア中心間隔：２５０μｍ
とした場合、受光器１５における光の集光スポット径は”約８μｍ”、集光スポットの間隔は”約２００μｍ”となる。
また、このような条件下で、屈折率分布レンズ１４の出射端面からガラス窓１８までの間隔を”０．６ｍｍ”、ガラス窓１８の厚さを”０．２５０ｍｍ”とすれば、ガラス窓１８から受光器１５までの距離は”１．８ｍｍ〜１．９ｍｍ”となり、２芯光ファイバ（光ファイバ１２及び１３）の出射端と屈折率分布レンズ１４の入射端面との距離は”３．６４ｍｍ”となる。
これらの、距離、或いは、間隔等は小型パッケージに各構成部品を容易に実装するのに十分適した値となっている。
また、受光器１５の有効感度受光径が”１０μｍ”程度とすると、遮断周波数”４０ＧＨｚ”以上が可能になり、複数の受光素子から構成される受光器を実装して、多光入力の超高速受光モジュールを実現することができる。
さらに、多光入力の光信号を複数の受光素子で光電変換した後に信号処理を行うことにより、光信号処理モジュールに適用することも可能になる。
この結果、複数の光ファイバからの複数の入力光を１個の屈折率分布レンズ１４によって受光器１５を構成する複数の受光素子に集光することにより、構成部品が少なく組み立てが容易になり、小型化が可能になる。
また、図２は本発明に係る受光モジュールの他の実施例を示す構成断面図であり、屈折率分布レンズをパッケージ内に配置した場合の実施例である。
図２において、１９及び２０は２本の光ファイバ（或いは、１本の２芯光ファイバ）、２１は１個の屈折率分布レンズ、２２は２つの受光素子から構成される受光器、２３は光ファイバ１９及び光ファイバ２０を固定し屈折率分布レンズ２１及び受光器２２を収納するためのパッケージである。
光ファイバ１９及び光ファイバ２０の一端はパッケージ２３に固定され、屈折率分布レンズ２１及び受光器２２はパッケージ２３の内部に固定される。
光ファイバ１９及び光ファイバ２０の一端からのそれぞれの出射光は屈折率分布レンズ２１に入射され、屈折率分布レンズ２１によって集光された光は受光器２２を構成する２つの受光素子にそれぞれ集光される。
この結果、図２に示す実施例では小型のパッケージに全ての構成部品を収納することができるので、より小型化が可能になる。
なお、図１及び図２に示す実施例では２本の光ファイバ（或いは、１本の２芯光ファイバ）及び２つの受光素子から構成される受光器を具体的に例示しているが、何らこれに限定されるものではなく、任意の本数の光ファイバ（或いは、任意の芯数の多芯光ファイバ）及び任意の数の受光素子から構成される受光器に適用することが可能である。
また、光ファイバ及び受光器に限定されることなく、複数の光出射部を有する光学素子や、複数の光入射部を有する光学素子に適用することが可能である。
本発明に係る受光モジュールの一実施例を示す構成断面図である。 本発明に係る受光モジュールの他の実施例を示す構成断面図である。 従来の受光モジュールの一例を示す構成断面図である。 従来の受光モジュールの他の一例を示す構成断面図である。
符号の説明
１，５，１２，１３，１９，２０ 光ファイバ
２，６，７ レンズ
３，８，１５，２２ 受光器
４，９，１６，２３ パッケージ
１０，１７ ハーメチックパッケージ
１１，１８ ガラス窓
１４，２１ 屈折率分布レンズ

Claims (4)

  1. 複数の入力光を受光する受光モジュールにおいて、
    複数の光出射部を有する光学素子と、
    複数の光入射部を有する光学素子と、
    前記２つの光学素子の間に設けられ前記複数の光出射部からの複数の出射光を前記複数の光入射部に集光する１つの屈折率分布レンズと
    を備え、
    前記複数の光出射部を有する光学素子と、前記複数の光入射部を有する光学素子と、前記屈折率分布レンズは、互いに接触しないように独立して配置されているとともに、
    前記複数の光出射部を有する光学素子の一端がパッケージに固定され、前記パッケージの内部に前記屈折率分布レンズ及び前記複数の光入射部を有する光学素子が固定されることを特徴とする受光モジュール。
  2. 前記複数の光入射部を有する光学素子が、
    ハーメチックパッケージ内部に固定されることを特徴とする請求項１記載の受光モジュール。
  3. 前記複数の光出射部を有する光学素子が、
    複数の本数の光ファイバ、或いは、複数の芯数の多芯光ファイバであることを特徴とする請求項１または２に記載の受光モジュール。
  4. 前記複数の光入射部を有する光学素子が、
    複数の受光素子から構成される受光器であることを特徴とする請求項１または２に記載の受光モジュール。
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