JP5918930B2 - アレイ型フォトモジュール - Google Patents

Description

本発明は、各チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールを容易にかつ安価に製造する技術に関する。

光ファイバ通信の多重方式として、波長分割多重方式が存在する。ここで、波長分割多重信号の各波長チャンネルの信号強度が不揃いであれば、波長分割多重信号の各波長チャンネルのＳ／Ｎが不揃いとなって、十分なシステムマージンを確保できなくなる。そこで、アレイ型フォトモジュールを用いて、波長分割多重信号の各波長チャンネルの信号強度を計測する。そして、この計測結果に基づいて、エルビウムドープ光ファイバアンプを用いて、波長分割多重信号の各波長チャンネルの信号強度を調節する。

単一の波長チャンネルの信号強度を計測するフォトモジュールが、特許文献１−４に開示されており、複数の波長チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールは、これらのフォトモジュールをアレイ化して製造することができる。

特許文献１に開示されたラインモニタは、入射光ファイバ、出射光ファイバ、ロッドレンズ、透光部を含む反射膜及び受光検出素子から構成される。単一の波長チャンネルの光信号は、入射光ファイバ及びロッドレンズを経て、反射膜に到達する。反射膜のうち透光部に到達した光信号は、受光検出素子で検出される。反射膜のうち反射部に到達した光信号は、ロッドレンズ及び出射光ファイバを経て、伝送経路に出力される。

特許文献２に開示された光送受信モジュールは、発光素子、受光素子、波長選択フィルタ、光ファイバ及び錐穴を含む壁面から構成される。送信光信号は、発光素子で生成され、波長選択フィルタで単色化され、光ファイバへと送信される。受信光信号は、光ファイバから受信され、波長選択フィルタで反射され、受光素子で検出される。ここで、送信光信号は、波長選択フィルタで反射されたときに、受光素子に入力されかねない。そこで、発光素子及び波長選択フィルタの間の壁面に錐穴を配置することにより、波長選択フィルタで反射された送信光信号を壁面の錐穴で反射させて受光素子に入力させない。

特許文献３に開示された一方向性光パワーモニターは、入射光ファイバ、出射光ファイバ、ＧＲＩＮレンズ、タップ膜、光ダイオード、並びにＧＲＩＮレンズ及び光ダイオードを挿入装着する円孔の中心軸がずれたスリーブから構成される。単一の波長チャンネルの光信号は、入射光ファイバ及びＧＲＩＮレンズを経て、タップ膜に到達する。タップ膜で透過された光信号は、光ダイオードで検出される。タップ膜で反射された光信号は、ＧＲＩＮレンズ及び出射光ファイバを経て、伝送経路に出力される。ここで、入射光ファイバからの光信号を光ダイオードで検出すべきであるが、出射光ファイバからの戻り光を光ダイオードで検出することがありうる。そこで、ＧＲＩＮレンズ及び光ダイオードを挿入装着する円孔の接続位置で中間壁を配置することにより、出射光ファイバからの戻り光を中間壁で反射させて光ダイオードに入力させない。

特許文献４に開示された光モニタモジュールは、入射光ファイバ、出射光ファイバ、入射用レンズ部、出射用レンズ部、ビームスプリッタ及びフォトダイオードから構成される。単一の波長チャンネルの光信号は、入射光ファイバ及び入射用レンズ部を経て、ビームスプリッタに到達する。ビームスプリッタで透過された光信号は、フォトダイオードで検出される。ビームスプリッタで反射された光信号は、出射用レンズ部及び出射光ファイバを経て、伝送経路に出力される。ここで、入射用レンズ部から出射された光信号をビームスプリッタの方向に導光するため、入射用レンズ部の出射端における入射用レンズ部の中心軸に対する傾斜角度を調節している。そして、ビームスプリッタで反射された光信号を出射光ファイバの方向に導光するため、出射用レンズ部の入射端における出射用レンズ部の中心軸に対する傾斜角度を調節している。

特開平２−１４１７０９号公報 特開２００７−０５７８５９号公報 特開２００７−２０６５８４号公報 特許第３７９８４０８号明細書

複数の波長チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールは、特許文献１−４に開示された単一の波長チャンネルの信号強度を計測するフォトモジュールをアレイ化して製造することができる。しかし、多くの工程が必要であり、容易にかつ安価に製造することができず、小型化することもできなかった。

特許文献１に開示されたラインモニタでは、小面積の反射膜において透光部の配置位置を精密に設定する必要がある。特許文献２に開示された光送受信モジュールでは、小面積の壁面において錐穴の配置位置を精密に設定する必要がある。特許文献３に開示された一方向性光パワーモニターでは、ＧＲＩＮレンズ及び光ダイオードを挿入装着する円孔の中心軸をずらす必要があり、構造が複雑であり加工が困難である。特許文献４に開示された光モニタモジュールでは、入射用レンズ部の出射端における入射用レンズ部の中心軸に対する傾斜角度を精密に調節する必要があり、出射用レンズ部の入射端における出射用レンズ部の中心軸に対する傾斜角度を精密に調節する必要がある。

複数の波長チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールは、特許文献１に開示されたラインモニタを応用して、光ファイバアレイ及び受光素子アレイを配置して製造することもできる。ここで、波長分割多重信号の各波長チャンネル間のクロストークを防止するために、受光素子アレイにおいてピンホールの配置位置を精密に設定する必要がある。しかし、受光素子のパッケージングにおいて、受光素子の気密封止加工及びピンホールの精密配置を同時に行う必要がある。よって、容易にかつ安価に製造することができず、高密度アレイ化及び低クロストークを共存させることもできなかった。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、各チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールにおいて、容易にかつ安価に製造するうえに、高密度アレイ化及び低クロストークを共存させることを目的とする。

上記目的を達成するために、フィルタ及び受光素子アレイの間に単数又は複数の遮光部材を備え、各チャンネルについて、フィルタにおける透過位置及び受光素子を結ぶ一直線上に、単数又は複数の遮光部材に開口部を備える。

具体的には、本発明は、各チャンネルについて、入射光を導波する入射光ファイバ及び出射光を導波する出射光ファイバのペアを有する光ファイバアレイと、各チャンネルについて、前記入射光ファイバの出射端及び前記出射光ファイバの入射端に接合され、前記入射光ファイバからの出射光の光軸及び前記出射光ファイバへの入射光の光軸の対称軸を中心軸に有する略x／４周期長（ｘは奇数）の屈折率分布型レンズを有する屈折率分布型レンズアレイと、前記屈折率分布型レンズアレイの前記光ファイバアレイと反対側の端部に接合され、各チャンネルについて、前記入射光ファイバからの出射光の一部を前記屈折率分布型レンズアレイと反対側に透過させ、前記入射光ファイバからの出射光の他の一部を前記屈折率分布型レンズアレイに向けて反射させるフィルタと、前記フィルタの前記屈折率分布型レンズアレイと反対側に配置され、各チャンネルについて、前記フィルタからの透過光を前記フィルタと反対側に通過させる開口部を有する遮光部材と、を備えることを特徴とするアレイ型フォトモジュールである。

また、本発明は、各チャンネルについて、前記遮光部材の前記フィルタと反対側に配置され、かつ、前記フィルタにおける透過位置及び前記遮光部材の前記開口部を結ぶ延長線上に配置され、前記遮光部材からの通過光の強度を計測する受光素子を有する受光素子アレイ、をさらに備えることを特徴とするアレイ型フォトモジュールである。

この構成によれば、各チャンネルについて、遮光部材の開口部の配置位置を調節することのみにより、各チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールにおいて、容易にかつ安価に製造することができるうえに、高密度アレイ化及び低クロストークを共存させることができる。

また、本発明は、前記遮光部材は、相互に間隔を置いて配置される複数の遮光部材であり、各チャンネルについて、前記複数の遮光部材の前記開口部及び前記フィルタにおける透過位置は一直線上に配置されることを特徴とするアレイ型フォトモジュールである。

この構成によれば、各チャンネルについて、遮光部材の枚数を複数とすることのみにより、各チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールにおいて、容易にかつ安価に製造することができるうえに、高密度アレイ化及び低クロストークをさらに共存させることができる。

また、本発明は、前記光ファイバアレイの前記入射光ファイバ及び前記出射光ファイバ、前記屈折率分布型レンズアレイの前記屈折率分布型レンズ、並びに前記遮光部材の前記開口部について、配置の方向及び配置の間隔は同一であることを特徴とするアレイ型フォトモジュールである。

この構成によれば、各チャンネルについて、導光方向を平行に並列させることのみにより、各チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールにおいて、さらに容易にかつさらに安価に製造することができるうえに、高密度アレイ化及び低クロストークを共存させることができる。

また、本発明は、前記遮光部材は、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＴｉ膜の積層構造を有することを特徴とするアレイ型フォトモジュールである。

この構成によれば、遮光部材における透過及び界面反射を抑制することができるため、低クロストークをさらに実現することができる。

また、本発明は、前記フィルタは、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＳｉ膜の積層構造、或いは、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＡｕ膜の積層構造を有することを特徴とするアレイ型フォトモジュールである。

この構成によれば、光ビームがフィルタに対して斜入射するときであっても、フィルタの透過特性及び反射特性について、簡単な膜構成により安価に偏波依存を抑制することができる。

本発明は、各チャンネルの信号強度を計測するアレイ型フォトモジュールにおいて、容易にかつ安価に製造することができるうえに、高密度アレイ化及び低クロストークを共存させることができる。

アレイ型フォトモジュールの構成を示す図である。 遮光部材の枚数を１枚とするときの光信号の経路の例を示す図である。 遮光部材の枚数を２枚とするときの光信号の経路の例を示す図である。 遮光部材の開口部の相互間のオフセットを示す図である。 遮光部材の第１の製法を示す図である。 遮光部材の第２の製法を示す図である。 遮光部材の第１の構成を示す図である。 遮光部材の第２の構成を示す図である。 遮光部材の第３の構成を示す図である。 遮光部材の第４の構成を示す図である。 遮光部材の透過成分及び反射成分の定義を示す図である。 遮光部材の透過成分及び反射成分の数値を示す図である。 フィルタの反射成分、透過成分及び偏波特性の数値を示す図である。 アレイ型フォトモジュールの光損失量の数値を示す図である。 アレイ型フォトモジュールの偏波特性の数値を示す図である。 遮光部材が２枚配置された場合の隣接クロストークの数値を示す図である。 遮光部材が１枚配置された場合の隣接クロストークの数値を示す図である。 遮光部材が配置されていない場合の隣接クロストークの数値を示す図である。 遮光部材の配置枚数に対する隣接クロストークの数値を示す図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（アレイ型フォトモジュールの構成）
アレイ型フォトモジュールの構成を図１に示す。アレイ型フォトモジュールＭは、光ファイバアレイ１、屈折率分布型レンズアレイ２、遮光部材パッケージ３及び受光素子パッケージ４から構成され、波長分割多重信号の８波長チャンネルに対処する。破線の矢印は、波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、光信号の導光方向を示す。

光ファイバアレイ１は、波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、入射光を導波する入射光ファイバ１１及び出射光を導波する出射光ファイバ１２のペアを有する。屈折率分布型レンズアレイ２は、波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、入射光ファイバ１１の出射端及び出射光ファイバ１２の入射端に接合され、入射光ファイバ１１からの出射光の光軸及び出射光ファイバ１２への入射光の光軸の対称軸を中心軸に有する略x／４周期長（ｘは奇数）の屈折率分布型レンズ２１を有する。ここで、略ｘ／４周期長とは、ｘ／４周期長に対して公差を含む概念である。

遮光部材パッケージ３は、フィルタ３１及び遮光部材３２、３３から構成される。図１では遮光部材は２枚配置されているが、遮光部材の枚数は単数でも複数でもよい。

フィルタ３１は、屈折率分布型レンズアレイ２の光ファイバアレイ１と反対側の端部に接合され、波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、入射光ファイバ１１からの出射光の一部を屈折率分布型レンズアレイ２と反対側に透過させ、入射光ファイバ１１からの出射光の他の一部を屈折率分布型レンズアレイ２に向けて反射させる。

遮光部材３２（３３）は、フィルタ３１の屈折率分布型レンズアレイ２と反対側にフィルタ３１から間隔を置いて配置され、開口部３４（３５）を有する。開口部３４、３５は、波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、フィルタ３１からの透過光をフィルタ３１と反対側に通過させる。

受光素子パッケージ４は、受光素子アレイ４１から構成される。受光素子アレイ４１は、波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、遮光部材３２、３３のフィルタ３１と反対側に遮光部材３２、３３から間隔を置いて配置され、かつ、フィルタ３１における透過位置及び遮光部材３２、３３の開口部３４、３５を結ぶ延長線上に配置され、遮光部材３２、３３からの通過光の強度を計測する受光素子４２を有する。

複数の遮光部材３２、３３は、相互に間隔を置いて配置される。波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、遮光部材３２、３３の開口部３４、３５及びフィルタ３１における透過位置は一直線上に配置される。

光ファイバアレイ１の入射光ファイバ１１及び出射光ファイバ１２、屈折率分布型レンズアレイ２の屈折率分布型レンズ２１、遮光部材３２、３３の開口部３４、３５並びに受光素子アレイ４１の受光素子４２について、配置の方向及び配置の間隔は同一である。

このように、フィルタ３１及び受光素子アレイ４１の間に単数又は複数の遮光部材を備え、波長分割多重信号の各波長チャンネルについて、フィルタ３１における透過位置及び受光素子４２を結ぶ一直線上に、単数又は複数の遮光部材に開口部を備える。

波長分割多重信号の各波長チャンネルについて、遮光部材の開口部の配置位置を調節することのみにより、第１の波長チャンネルの光信号が第１の波長チャンネルに対応する受光素子に入射する経路は存在するが、第２の波長チャンネルの光信号が第１の波長チャンネルに対応する受光素子に入射する経路は存在しないようにすることができる。よって、アレイ型フォトモジュールＭにおいて、容易にかつ安価に製造することができるうえに、高密度アレイ化及び低クロストークを共存させることができる。

さらに、波長分割多重信号の各波長チャンネルについて、遮光部材の枚数を複数とすることにより、遮光部材の枚数を１枚とするときと比較して、クロストークを低減できる。

遮光部材の枚数を１枚とするときの光信号の経路の例を図２に示す。受光素子４２−１の受光面に入射した実線で示した光信号の一部は、受光素子４２−１の受光面で反射する。そして、受光素子４２−１の受光面で反射した光信号は、破線で示したように、一の開口部３５を通過し、フィルタ３１で多重反射され、他の開口部３５を通過し、受光素子４２−４の受光面に入射することがある。つまり、受光素子４２−４に入射した実線及び破線で示した光信号が、クロストークを発生させることがある。

遮光部材の枚数を２枚とするときの光信号の経路の例を図３に示す。受光素子４２−１の受光面に入射した実線で示した光信号の一部は、受光素子４２−１の受光面で反射する。しかし、受光素子４２−１の受光面で反射した光信号は、破線で示したように、遮光部材３３で遮蔽されず開口部３５を通過したとしても、開口部３４を通過せず遮光部材３２で遮蔽されるようにできる。つまり、受光素子４２−１、４２−４に入射した実線で示した光信号が、クロストークを発生させないようにできる。

このように、アレイ型フォトモジュールＭにおいて、容易にかつ安価に製造することができるうえに、高密度アレイ化及び低クロストークをさらに共存させることができる。

さらに、入射光ファイバ、出射光ファイバ、屈折率分布型レンズ、遮光部材の開口部及び受光素子について、配置の方向及び配置の間隔を同一にして、波長分割多重信号の各波長チャンネルについて、導光方向を平行に並列させることのみにより、アレイ型フォトモジュールＭにおいて、さらに容易にかつさらに安価に製造することができるうえに、高密度アレイ化及び低クロストークを共存させることができる。

（遮光部材の構成）
遮光部材３２、３３の開口部３４、３５の相互間のオフセットを図４に示す。波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、遮光部材３２、３３の開口部３４、３５は、フィルタ３１における透過位置及び受光素子４２を結ぶ一直線上に配置される。遮光部材３２、３３の相互間の間隔をｄとし、波長分割多重信号の８波長チャンネルのそれぞれについて、導光方向及び遮光部材３２、３３のなす角度をφとし、遮光部材３２、３３の開口部３４、３５の相互間のオフセットをｘとすると、ｘ＝ｄ・ｔａｎφとなる。

遮光部材３２、３３の第１の製法を図５に示す。まず、ガラス基板３６の一面において、遮光部材３２のパターンに対応するフォトレジストのパターンを形成し、後述の材料などを真空蒸着し、フォトレジストを溶解しフォトレジスト上に形成された材料を除去する。次に、ガラス基板３６の他面において、上述のオフセットｘに基づいて、遮光部材３３のパターンに対応するフォトレジストのパターンを形成し、後述の材料などを真空蒸着し、フォトレジストを溶解しフォトレジスト上に形成された材料を除去する。

遮光部材３２、３３の第２の製法を図６に示す。まず、２枚のガラス基板３６のそれぞれの一面において、遮光部材３２、３３のパターンに対応するフォトレジストのパターンを形成し、後述の材料などを真空蒸着し、フォトレジストを溶解しフォトレジスト上に形成された材料を除去する。次に、２枚のガラス基板３６のそれぞれの他面において、上述のオフセットｘに基づいて、接着剤３７を用いて２枚のガラス基板３６を接合する。

遮光部材の第１から第４までの構成をそれぞれ図７から図１０までに示す。図７から図１０まででは、導光方向は紙面の奥行方向である。遮光部材３２、３３の開口部３４、３５の開口幅は、遮光部材３２、３３の開口部３４、３５を通過する光ビームのビーム径に近いことが望ましい。開口幅がビーム径より小さければ、受光光量が減少するためであり、開口幅がビーム径より大きければ、クロストークが増加するためである。

クロストークが発生する原因として、受光素子４２の間隔と比較して、光ビームの直径及び拡がり幅が大きいことが考えられるが、フィルタ３１及び受光素子４２の間において、光ビームの多重反射が起こることも考えられる。そこで、遮光部材３２、３３における透過及び界面反射を抑制する。

遮光部材３２、３３は、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＴｉ膜の積層構造を有する。つまり、遮光部材３２、３３は、ＳｉＯ_２膜及びＴｉ膜の積層構造を有するか、Ｔａ_２Ｏ_５膜及びＴｉ膜の積層構造を有するか、ＳｉＯ_２膜、Ｔａ_２Ｏ_５膜及び及びＴｉ膜の積層構造を有する。ここで、遮光部材３２、３３は、透過及び界面反射を抑制するならば、上述の膜の積層厚さ及び積層順序を問わず、膜の材料も上述の膜の材料に限らない。本実施形態では、ＳｉＯ_２膜、Ｔａ_２Ｏ_５膜及び及びＴｉ膜の積層構造を用いる。

遮光部材の透過成分及び反射成分の定義を図１１に示す。図１１では、図５の遮光部材３２、３３を、図１の他の構成要素と、接着剤３７を用いて接合している。Ｔ１は、入射媒質及び出射媒質がそれぞれ接着剤３７及びガラス基板３６である場合の、遮光部材３２における透過成分である。Ｔ２は、入射媒質及び出射媒質がそれぞれガラス基板３６及び接着剤３７である場合の、遮光部材３３における透過成分である。Ｒ１１は、入出射媒質が接着剤３７である場合の、遮光部材３２における反射成分である。Ｒ１２は、入出射媒質がガラス基板３６である場合の、遮光部材３２における反射成分である。Ｒ２１は、入出射媒質がガラス基板３６である場合の、遮光部材３３における反射成分である。Ｒ２２は、入出射媒質が接着剤３７である場合の、遮光部材３３における反射成分である。

遮光部材の透過成分及び反射成分は、以下のように数値計算した。まず、遮光部材が形成されているガラス基板３６及び遮光部材が形成されていないガラス基板３６を接着剤３７を用いて接合したもの、遮光部材が形成されていないガラス基板３６同士を接着剤３７を用いて接合したもの、並びにガラス基板３６単体について、空気媒質中で透過成分及び反射成分を測定した。次に、これらの透過成分及び反射成分を用いて、多重反射理論に基づいて、遮光部材の透過成分Ｔ１、Ｔ２及び反射成分Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２を数値計算した。

遮光部材の透過成分及び反射成分の数値を図１２に示す。波長分割多重方式のいずれの波長チャンネルにおいても、遮光部材の透過成分Ｔ１、Ｔ２はほぼ０であり、遮光部材の反射成分Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２は０．５５％以下に抑制されている。

（フィルタの構成）
受光信号を抽出するフィルタ３１の重要な特性として、フィルタ３１の透過特性及び反射特性が挙げられるが、フィルタ３１の透過特性及び反射特性についての偏光特性も挙げられる。そこで、光ビームがフィルタ３１に対して斜入射するときであっても、フィルタ３１の透過特性及び反射特性について、簡単な膜構成により安価に偏波依存を抑制する。

フィルタ３１は、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＳｉ膜の積層構造、或いは、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＡｕ膜の積層構造を有する。つまり、フィルタ３１は、Ｓｉ膜及びＳｉＯ_２膜の積層構造を有するか、Ｓｉ膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の積層構造を有するか、Ｓｉ膜、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の積層構造を有するか、Ａｕ膜及びＳｉＯ_２膜の積層構造を有するか、Ａｕ膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の積層構造を有するか、Ａｕ膜、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の積層構造を有する。ここで、フィルタ３１は、フィルタ３１の透過特性及び反射特性について偏波依存を抑制するならば、上述の膜の積層厚さ及び積層順序を問わず、膜の材料も上述の膜の材料に限らない。

フィルタの透過成分及び反射成分は、以下のように数値計算した。まず、フィルタが形成されているガラス基板及びフィルタが形成されていないガラス基板を接着剤を用いて接合したもの、フィルタが形成されていないガラス基板同士を接着剤を用いて接合したもの、並びにガラス基板単体について、空気媒質中で透過成分及び反射成分を測定した。次に、これらの透過成分及び反射成分を用いて、多重反射理論に基づいて、入射媒質及び出射媒質がそれぞれ接着剤及びガラス基板である場合の、フィルタの透過成分及び反射成分を数値計算した。なお、フィルタ３１に対する光ビームの斜入射角は８度とした。

フィルタの反射成分、透過成分及び偏波特性の数値を図１３に示す。本実施形態としての第１のフィルタは、Ｓｉ膜及びＳｉＯ_２膜の積層構造を有し、本実施形態としての第２のフィルタは、Ａｕ膜、ＳｉＯ_２膜、及びＴａ_２Ｏ_５膜の積層構造を有し、比較例としての第３のフィルタは、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の積層構造を有する。比較例としての第３のフィルタにおいては、波長分割多重方式のいずれの波長チャンネルにおいても、フィルタの透過特性及び反射特性の偏波依存性が残存している。本実施形態としての第１及び第２のフィルタにおいては、波長分割多重方式のいずれの波長チャンネルにおいても、フィルタの透過特性及び反射特性の偏波依存性が抑制されている。

（アレイ型フォトモジュールの製法）
光ファイバアレイ１について説明する。入射光ファイバ１１及び出射光ファイバ１２は、シングルモード光ファイバであり、芯数はそれぞれ８であり、クラッド外径は１２５μｍである。光ファイバアレイ１は、テープ光ファイバなどである。

屈折率分布型レンズアレイ２について説明する。屈折率分布型レンズ２１及び受光素子４２について、配列の方向及び配列の間隔を同一にするため、屈折率分布型レンズ２１の外径は、受光素子４２の配列の間隔により制限される。屈折率分布型レンズ２１の外径が制限された範囲内で、屈折率分布型レンズ２１の最大受光角度（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）が以下のように選定される。

ＮＡが外径との対比で小さ過ぎると、光ビームの屈折率分布型レンズ２１内への閉じ込め効果が低下して、光損失の増加につながる。ＮＡが外径との対比で大き過ぎると、フィルタ３１を透過する光ビームのビーム径が小さくなり、受光素子４２に到達する間に光ビームが発散してしまい、受光感度及びクロストークの悪化につながるうえに、ｘ／４周期長が短くなるために、加工精度の要求が厳しくなり製造時の難易度が上がる。従って、性能の高さ及び製造の容易さを考慮すると、外径は受光素子４２の配列の間隔以下で十分に大きくすることが望ましく、このように制限された外径に対して、ＮＡは受光素子４２の受光面積内に光ビームが収まる範囲で小さくすることが望ましい。

受光素子４２において、配列間隔は２５０μｍであり、受光面積は８０μｍφである。屈折率分布型レンズ２１において、個数は８であり、周期長はｘ／４＝１／４であり、レンズ外径は２４５μｍであり、レンズ有効径は２０５μｍであり、中心屈折率は波長１５５０ｎｍの光ビームに対して１．４７であり、ＮＡは０．２９である。

光ファイバアレイ１及び屈折率分布型レンズアレイ２の接合について説明する。光ファイバアレイ１及び屈折率分布型レンズアレイ２の端部を、同一の斜角度だけ逆方向に研磨し、接着剤を用いて接合する。これにより、光ファイバアレイ１及び接着剤の屈折率差並びに屈折率分布型レンズアレイ２及び接着剤の屈折率差に起因する反射光を抑制する。

屈折率分布型レンズアレイ２及びフィルタ３１の接合について説明する。フィルタ３１は、Ｓｉ膜及びＳｉＯ_２膜の積層構造を有し、このときのＴＡＰ率は７％とする。フィルタ３１を形成したガラス基板を、屈折率分布型レンズアレイ２と同一の面積で切り出し、洗浄及び乾燥を施した。屈折率分布型レンズアレイ２の端部に、洗浄を施した。このガラス基板のフィルタ３１側の端部を、屈折率分布型レンズアレイ２の端部と、接着剤を用いて接合する。ここで、フィルタ３１を形成したガラス基板の板厚は０．５ｍｍである。つまり、フィルタ３１及び遮光部材３２の間隔は０．５ｍｍである。

フィルタ３１及び遮光部材３２、３３の接合について説明する。遮光部材３２、３３は、ＳｉＯ_２膜、Ｔａ_２Ｏ_５膜及び及びＴｉ膜の積層構造を有する。遮光部材３２、３３を形成したガラス基板を、屈折率分布型レンズアレイ２と同一の面積で切り出し、洗浄及び乾燥を施した。このガラス基板の遮光部材３２側の端部を、フィルタ３１が形成されたガラス基板のフィルタ３１と反対側の端部と、接着剤を用いて接合する。このときに、入射光ファイバ１１にレーザー光を入射させ、遮光部材３３の開口部３５からレーザー光を出射させ、出射強度が各波長チャンネルについて高くなるようにする。ここで、遮光部材３２、３３を形成したガラス基板の板厚は０．５ｍｍである。つまり、遮光部材３２、３３の間隔は０．５ｍｍである。また、遮光部材３２、３３の開口部３４、３５の開口幅は７０μｍである。

光ファイバアレイ１、屈折率分布型レンズアレイ２及び遮光部材パッケージ３を接合したものを、受光素子パッケージ４の前面の透明窓材と、接着剤を用いて接合する。このときに、入射光ファイバ１１にレーザー光を入射させ、受光素子４２でレーザー光を受光させ、受光強度が各波長チャンネルについて高くなるようにする。

（アレイ型フォトモジュールの特性）
受光素子パッケージ４の接合前において、アレイ型フォトモジュールＭの特性の計測結果を示す。アレイ型フォトモジュールの光損失量の数値を図１４に示す。入射光ファイバ１１に入射される波長１５５０ｎｍのレーザー光の強度をＰｉｎ、出射光ファイバ１２から出射される波長１５５０ｎｍのレーザー光の強度をＰｏｕｔとして、光損失量ＩＬは、ＩＬ（ｄＢ）＝−１０×ｌｏｇ（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）と表される。全波長チャンネルについて、フィルタ３１のＴＡＰ率による光損失を含めても、０．５５ｄＢ以下の良好な光損失量を得ることができた。

アレイ型フォトモジュールの偏波特性の数値を図１５に示す。第１の直線偏光を有する波長１５５０ｎｍのレーザー光が入射された場合の、遮光部材３３の開口部３５から出射されるレーザー光の強度をＰ１、第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光を有する波長１５５０ｎｍのレーザー光が入射された場合の、遮光部材３３の開口部３５から出射されるレーザー光の強度をＰ２として、偏波依存性ＰＤＲは、ＰＤＲ（ｄＢ）＝−１０×ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ２）と表される。全波長チャンネルについて、０．０３ｄＢ以下の良好な偏波依存性を得ることができ、フィルタ３１の有効性が確認された。

受光素子パッケージ４の接合後において、アレイ型フォトモジュールＭの特性の計測結果を示す。遮光部材が２枚配置された場合の隣接クロストークの数値を図１６に示す。遮光部材が１枚配置された場合の隣接クロストークの数値を図１７に示す。遮光部材が配置されていない場合の隣接クロストークの数値を図１８に示す。遮光部材の配置枚数に対する隣接クロストークの数値を図１９に示す。

ある波長チャンネルについての入射光ファイバ１１に、波長１５５０ｎｍのレーザー光が入射された場合の、当該波長チャンネルについての受光素子４２での受光強度をＰ（当該）、当該波長チャンネルに隣接する隣接波長チャンネルについての受光素子４２での受光強度をＰ（隣接）として、隣接クロストーク量ＡＸＴ（隣接）は、ＡＸＴ（隣接）（ｄＢ）＝−１０×ｌｏｇ｛Ｐ（隣接）／Ｐ（当該）｝と表される。

図１９では、図１６から図１８までの各場合について、全波長チャンネルについての隣接クロストーク量の平均値を示している。図１６に示した遮光部材が２枚配置された場合には、全波長チャンネルについて、４０ｄＢ以上の良好な隣接クロストーク量を得ることができた。図１７に示した遮光部材が１枚配置された場合と比較すれば、５ｄＢ程度の隣接クロストーク量の改善が見られ、図１８に示した遮光部材が配置されていない場合と比較すれば、２０ｄＢ程度の隣接クロストーク量の改善が見られた。よって、遮光部材の有効性が確認され、遮光部材の枚数が多いほどクロストークが低減することが確認された。

本実施形態では、波長分割多重信号の各波長チャンネルについて、遮光部材からの通過光の強度を計測したが、変形例として、波長分割多重信号の各波長チャンネルに限定されない各チャンネルについて、例えば空間的に分離された各チャンネルについて、遮光部材からの通過光の強度を計測してもよい。

本実施形態では、遮光部材３２は、フィルタ３１から間隔を置いて配置され、受光素子アレイ４１は、遮光部材３３から間隔を置いて配置されるが、変形例として、遮光部材３２は、フィルタ３１に接触するように配置されてもよく、受光素子アレイ４１は、遮光部材３３に接触するように配置されてもよい。本実施形態及び変形例のいずれにおいても、波長分割多重信号の各波長チャンネルについて、フィルタ３１における透過位置及び受光素子４２を結ぶ一直線上に、遮光部材３２、３３に開口部３４、３５を備えればよい。

本発明に係るアレイ型フォトモジュールは、波長分割多重方式の実装コストを大幅に下げることができ、長距離・大容量伝送や次世代アクセス系の経済化に大きく貢献することができる。波長チャンネルが多いほど、波長チャンネル当たりの製造コストが下がる。

Ｍ：アレイ型フォトモジュール
１：光ファイバアレイ
２：屈折率分布型レンズアレイ
３：遮光部材パッケージ
４：受光素子パッケージ
１１：入射光ファイバ
１２：出射光ファイバ
２１：屈折率分布型レンズ
３１：フィルタ
３２、３３：遮光部材
３４、３５：開口部
３６：ガラス基板
３７：接着剤
４１：受光素子アレイ
４２：受光素子

Claims (7)

1. 各チャンネルについて、入射光を導波する入射光ファイバ及び出射光を導波する出射光ファイバのペアを有する光ファイバアレイと、
   各チャンネルについて、前記入射光ファイバの出射端及び前記出射光ファイバの入射端に接合され、前記入射光ファイバからの出射光の光軸及び前記出射光ファイバへの入射光の光軸の対称軸を中心軸に有する略ｘ／４周期長（ｘは奇数）の屈折率分布型レンズを有する屈折率分布型レンズアレイと、
   前記屈折率分布型レンズアレイの前記光ファイバアレイと反対側の端部に接合され、各チャンネルについて、前記入射光ファイバからの出射光の一部を前記屈折率分布型レンズアレイと反対側に透過させ、前記入射光ファイバからの出射光の他の一部を前記屈折率分布型レンズアレイに向けて反射させるフィルタと、
   前記フィルタの前記屈折率分布型レンズアレイと反対側に相互に間隔を置いて配置され、ガラス基板の対向面に形成され、各チャンネルについて、前記フィルタからの透過光を前記フィルタと反対側に通過させる開口部を有する複数の遮光部材と、
   を備えることを特徴とするアレイ型フォトモジュール。
2. 各チャンネルについて、前記複数の遮光部材の前記フィルタと反対側に配置され、かつ、前記フィルタにおける透過位置及び前記複数の遮光部材の前記開口部を結ぶ延長線上に配置され、前記複数の遮光部材からの通過光の強度を計測する受光素子を有する受光素子アレイ、をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のアレイ型フォトモジュール。
3. 一の受光素子の受光面に入射し一の受光素子の受光面で反射し前記フィルタで反射し他の受光素子の受光面に入射する光信号の経路上に、前記複数の遮光部材のうち少なくとも一つの遮光部材の遮光位置が配置されることを特徴とする、請求項２に記載のアレイ型フォトモジュール。
4. 前記複数の遮光部材の相互間の間隔ｄと、各チャンネルについての導光方向及び前記複数の遮光部材のなす角度φと、各チャンネルについての前記複数の遮光部材の前記開口部の相互間のオフセットｘと、の間に、ｘ＝ｄ・ｔａｎφの関係が成立することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のアレイ型フォトモジュール。
5. 前記光ファイバアレイの前記入射光ファイバ及び前記出射光ファイバ、前記屈折率分布型レンズアレイの前記屈折率分布型レンズ、並びに前記遮光部材の前記開口部について、配置の方向及び配置の間隔は同一であることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載のアレイ型フォトモジュール。
6. 前記遮光部材は、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＴｉ膜の積層構造を有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載のアレイ型フォトモジュール。
7. 前記フィルタは、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＳｉ膜の積層構造、或いは、ＳｉＯ_２膜及びＴａ_２Ｏ_５膜の少なくともいずれかの膜並びにＡｕ膜の積層構造を有することを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載のアレイ型フォトモジュール。

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