JP6201320B2

JP6201320B2 - 光モジュールおよび光モジュールのモニタ方法

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Publication number: JP6201320B2
Application number: JP2013005301A
Authority: JP
Inventors: 孝俊八木澤; 崇白石
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-01-16
Also published as: CN103926661A; US9191122B2; US20140199064A1; JP2014137443A; CN103926661B; EP2757399A1

Description

本件は、光モジュールおよび光モジュールのモニタ方法に関する。

特許文献１は、多チャネル光送信機において、レンズで集光された信号光を分岐し、チャネルごとにモニタ用ＰＤでモニタする構造を開示している。

特開２０１１−１４１４７８号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、発光素子と受光素子とが同一基板に設けられているため、受光素子の出力配線を当該基板に設ける必要がある。この場合、基板の幅が大きくなり、装置が大型化する。

本件は上記課題に鑑みなされたものであり、小型化を実現できる光モジュールおよび光モジュールのモニタ方法を提供することを目的とする。

明細書開示の光モジュールは、第１面に、配線がパターニングされかつ当該配線が接続された発光素子が搭載された第１基板と、前記第１基板の第２面に設けられた光導波路と、前記発光素子の出力光を前記光導波路に対して反射するミラーと、前記発光素子の出力光のうち前記ミラーを透過する漏れ光を受光する受光素子が搭載された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを接続し、前記第１基板の配線を前記第２基板の配線に接続する電気コネクタと、を備え、前記電気コネクタは、前記受光素子の光電変換によって得られる電気信号を前記第１基板に通さない。

明細書開示の光モジュールのモニタ方法は、第１面に、配線がパターニングされかつ当該配線が接続された発光素子が搭載された第１基板と、前記第１基板の第２面に設けられた光導波路と、前記発光素子の出力光を前記光導波路に対して反射するミラーと、前記第１基板の前記第２面側に配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを接続し、前記第１基板の配線を前記第２基板の配線に接続する電気コネクタと、を備え、前記電気コネクタは、前記第２基板に設けられた受光素子の光電変換によって得られる電気信号を前記第１基板に通さない光モジュールにおいて、前記受光素子を用いて、前記発光素子の出力光のうち前記ミラーを透過する漏れ光を受光する。

明細書開示の光モジュールおよび光モジュールのモニタ方法によれば、小型化を実現できる。

実施例１に係る光モジュールの外観斜視図である。（ａ）は光モジュールの上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。電気信号および光信号の流れを表す図である。（ａ）は比較例に係る光モジュールの上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。（ａ）は実施例２に係る光モジュールの上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。電気信号および光信号の流れを表す図である。制御部による光信号のモニタの際に実行されるフローチャートの一例である。制御部による光信号のモニタの際に実行されるフローチャートの一例である。制御部がプログラムを実行する処理装置によって構成される場合のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る光モジュール１００の外観斜視図である。光モジュール１００は光送受信機であるが、以下では、簡略化のため主として送信機の機能について説明する。図１を参照して、光モジュール１００は、光送信機１０、電気コネクタ２０、光モジュール基板３０、伝送路４０などを備える。光送信機１０は、例えば、シート状の送信機（ＦＰＣ−ＯＥ：Flexible Printed Circuit Optical Engine）である。光モジュール基板３０は、電気配線などが設けられた基板であり、外部機器とのインタフェースとして機能する。光送信機１０は、電気コネクタ２０を介して光モジュール基板３０に固定されている。光送信機１０は、電気コネクタ２０を介して光モジュール基板３０に電気信号を送信し、または光モジュール基板３０から電気信号を受信する。また、光送信機１０は、伝送路４０を介して光信号を送信する。

続いて、光モジュール１００の詳細について説明する。図２（ａ）は、光モジュール１００の上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、光モジュール基板３０の主面には、制御部３１、受光素子３２などが設けられている。制御部３１と受光素子３２とは、電気配線によって接続されている。電気コネクタ２０は、光モジュール基板３０の主面に設けられており、電気配線によって制御部３１と接続されている。光送信機１０は、光モジュール基板３０と対向するように、電気コネクタ２０に固定されている。なお、光送信機１０と光モジュール基板３０とは所定の間隔で離間していてもよい。

光送信機１０は、回路基板１１、駆動回路１２、発光素子１３、光導波路１４などを備える。本実施例においては、光送信機１０は、一例として４チャネルに対応している。それにより、光送信機１０には、発光素子１３が４つ設けられている。駆動回路１２および各発光素子１３は、回路基板１１の第１面に設けられている。回路基板１１の第１面は、光モジュール基板３０と反対側の面である。光導波路１４は、回路基板１１の第２面に設けられている。回路基板１１の第２面は、光モジュール基板３０側の面である。

回路基板１１は、例えば、可撓性を有するフレキシブル電気回路基板（ＦＰＣ）であり、第１面に配線用の導体がパターニングされている。回路基板１１として、薄く、高周波で電気信号の損失が少なく、かつ透明な材料が用いられる。例えば、回路基板１１としてポリイミドなどを用いることができる。回路基板１１の第１面には、チャネルごとに２本の電気信号線１５が設けられている。本実施例においては、４チャネル用に、８本の電気信号線１５が設けられている。これらの電気信号線１５の一端は、電気コネクタ２０を介して制御部３１および外部機器に接続され、他端は、駆動回路１２を介して各発光素子１３に接続されている。駆動回路１２は、外部機器から送られてくるチャネル１〜４の主信号および制御部３１から送られてくる制御信号に従って、各発光素子１３を駆動する。

発光素子１３は、半導体レーザなどの光源である。発光素子１３として、例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Semiconductor Emission Laser）を用いることができる。発光素子１３の出力光は、回路基板１１を厚さ方向に透過し、光導波路１４に入射される。なお、回路基板１１において、発光素子１３の出力光が通過する光路に孔が形成されていてもよい。また、発光素子１３の出力光の透過箇所には、レンズなどが設けられていてもよい。

光導波路１４は、一例として、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂等のポリマー導波路である。例えば、光導波路１４は、中心部のコア１４ａと、コア１４ａよりも低い屈折率を有し、コア１４ａの周囲に配置されるクラッド１４ｂとを含む。この構成により、コア１４ａ内の信号光は、コア１４ａとクラッド１４ｂとの界面において全反射しつつ伝送される。コア１４ａは、光送信機１０のチャネルに対応して４本設けられている。

各発光素子１３の出力光が光導波路１４に入射される箇所には、ミラー１４ｃが設けられている。ミラー１４ｃは、各発光素子１３の出力光をコア１４ａへと光結合させるための光軸変更手段である。ミラー１４ｃは、例えば、ダイシング、レーザ加工などによって光導波路１４を削ることによって形成される。ミラー１４ｃの傾斜角度は、たとえば、４５度である。これにより、ミラー１４ｃは、各発光素子１３の出力光を各コア１４ａに向かって反射する。

受光素子３２は、光送信機１０のチャネルに対応して４つ設けられている。各受光素子３２は、回路基板１１および光導波路１４を介して各発光素子１３と対向するように配置されている。それにより、各受光素子３２は、ミラー１４ｃの漏れ光を受光することができる。各受光素子３２は、光電変換によって得られた電気信号を制御部３１に送信する。

図３は、電気信号および光信号の流れを表す図である。図３を参照して、駆動回路１２は、外部機器から送られてくるチャネル１〜４の主信号に従って、各発光素子１３に駆動信号を送信する。各発光素子１３は、駆動回路１２からの駆動信号に従って、光信号を出力する。各発光素子１３が出力する光信号は、ミラー１４ｃで反射されて光導波路１４に入射される。ミラー１４ｃの漏れ光は、各受光素子３２で受光される。各受光素子３２は、光電変換によって得られる電気信号を制御部３１に送信する。以上の過程を経て、チャネルごとに光信号（例えば光出力パワー）をモニタすることができる。

ここで、光モジュール１００の効果を説明するために、比較例について説明する。図４（ａ）は、比較例に係る光モジュール２００の上面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、光モジュール２００においては、光導波路１４の途中に、光信号の一部を回路基板１１側に反射するためのミラー１４ｄが設けられている。ミラー１４ｄによって反射された光は、回路基板１１を厚さ方向に透過する。各受光素子３２は、回路基板１１の第１面上に、ミラー１４ｄの反射光を受光するように配置されている。このように、各発光素子１３および各受光素子３２の両方が、回路基板１１の第１面上に設けられている。

光モジュール２００においては、各受光素子３２が回路基板１１の第１面上に設けられていることから、各受光素子３２が出力する電気信号が通る出力配線１６も、回路基板１１の第１面上を通り、電気コネクタ２０を介して光モジュール基板３０に接続される。このような構成においては、電気信号線１５および出力配線１６の両方が回路基板１１の第１面に設けられることから、電気コネクタ２０のピン数が大きくなる。それにより、回路基板１１の幅が大きくなる。また、ミラー１４ｃで漏れ光が発生するとともに、ミラー１４ｄで光信号の一部をさらに分岐していることから、光送信機１０から送信される光信号のパワーが小さくなる。

これに対して、実施例１においては、各受光素子３２が光モジュール基板３０に設けられていることから、発光素子１３の出力光を電気信号に変換せずに光モジュール基板３０に伝達することができる。この場合、回路基板１１に受光素子３２用の出力配線を設ける必要がなく、電気コネクタ２０のピン数を抑制することができる。それにより、回路基板１１の幅を小さくすることができる。その結果、光モジュール１００の小型化が可能となる。また、実施例１においては、ミラー１４ｃにおける漏れ光をモニタ用に利用できることから、比較例のようなモニタ用の分岐が不要となる。それにより、光送信機１０から送信される光信号のパワーの低下を抑制することができる。なお、本実施例においては、回路基板１１が、第１面に発光素子１３が搭載され第２面に光導波路１４が設けられた第１基板として機能する。また、光モジュール基板３０が、ミラー１４ｃの漏れ光を受光する受光素子３２が搭載された第２基板として機能する。

実施例１においてはチャネルごとに受光素子が設けられていたが、それに限られない。例えば、複数チャネルに対して１つの受光素子が共通に設けられていてもよい。図５（ａ）は、実施例２に係る光モジュール１００ａの上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して、光モジュール１００ａにおいては、複数のチャネルに対して１つの受光素子３３が設けられている。図５（ａ）および図５（ｂ）の例では、４チャネルに対して１つの受光素子３３が設けられている。受光素子３３は、複数のチャネルの光信号を受光できる程度に、実施例１の受光素子３２よりも大きい受光径を有する。

制御部３１は、周波数検出器３４を備えている。周波数検出器３４は、特定の周波数成分を検出する検出器である。例えば、周波数検出器３４として、透過可能な周波数成分を変更可能な周波数フィルタである。周波数検出器３４は、制御部３１の指示に従って、受光素子３３が出力する電気信号から特定の周波数成分を検出し、制御部３１に送信する。制御部３１は、当該周波数成分に基づいて、各チャネルの発光素子１３が出力する光信号（例えば光出力パワー）をモニタする。

図６は、電気信号および光信号の流れを表す図である。図６を参照して、駆動回路１２は、外部機器から送られてくるチャネル１〜４の主信号（電圧信号など）および制御部３１から送られてくる制御信号（電流信号、駆動振幅など）に従って、各発光素子１３に駆動信号（電圧信号など）を送信する。制御信号は、各発光素子１３の出力光に低周波成分を重畳させるための信号である。各発光素子１３は、駆動回路１２からの駆動信号に従って、チャネルごとに異なる周波数（ｆ１〜ｆ４）の低周波を重畳させた光信号を出力する。

各発光素子１３が出力する光信号は、ミラー１４ｃで反射されて光導波路１４に入射される。ミラー１４ｃの漏れ光は、受光素子３３で受光される。受光素子３３は、光電変換によって得られる電気信号を周波数検出器３４に送信する。周波数検出器３４は、特定の周波数成分（ｆ１〜ｆ４）を検出し、制御部３１に送信する。制御部３１は、周波数検出器３４から受け取った周波数成分に基づいて、各チャネルの発光素子１３が出力する光信号（例えば光出力パワー）をモニタする。以上の過程を経て、チャネルごとに光信号をモニタすることができる。また、制御部３１は、モニタの結果を外部システムに送信する。

図７は、制御部３１による光信号のモニタの際に実行されるフローチャートの一例である。なお、図７では、説明の簡略化のため、チャネル数を２としている。まず、駆動回路１２は、各発光素子１３に駆動信号を送信することによって、各チャネルの光出力をオンする（ステップＳ１）。次に、制御部３１は、各チャネルの光信号に低周波成分を重畳させる（ステップＳ２）。具体的には、制御部３１は、チャネル１の光信号に周波数ｆ１の低周波成分を重畳させ、チャネル２の光信号に周波数ｆ２の低周波成分を重畳させる。

次に、制御部３１は、周波数検出器３４に周波数ｆ１の周波数成分を検出させ、当該周波数成分が受光素子３３で受光されているか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部３１は、チャネル１のいずれかの機器（駆動回路１２、発光素子１３など）に不具合が生じている旨のアラームを外部システムに発出する（ステップＳ４）。ステップＳ３において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部３１は、周波数検出器３４に周波数ｆ２の周波数成分を検出させ、当該周波数成分が受光素子３３で受光されているか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部３１は、チャネル２のいずれかの機器（駆動回路１２、発光素子１３など）に不具合が生じている旨のアラームを外部システムに発出する（ステップＳ６）。ステップＳ４，Ｓ６の実行後またはステップＳ５において「Ｙｅｓ」と判定された場合、フローチャートの実行が終了する。

このようにチャネル１およびチャネル２の周波数成分（ｆ１，ｆ２）を順に検出することによって、各チャネルの機器に不具合が生じていないか判定することができる。なお、チャネル数が３以上の場合には、各チャネルの周波数成分を検出することによって、各チャネルの機器に不具合が生じていないか判定することができる。また、複数チャネルの光信号を１つの受光素子で共通に受光するため、電気コネクタ２０の公差、発光素子１３の位置ずれ、発光素子１３の出力光の広がりなどに起因するチャネル間の光信号の干渉を考慮しなくてもよい。また、光信号の伝送に影響がない程度の低周波を用いれば、光信号の伝送中に各チャネルの光信号をモニタすることができる。

本実施例においては、制御部３１が、複数の発光素子１３の出力光にそれぞれ異なる周波数成分を重畳させる処理を行う処理部として機能する。また、周波数検出器３４が、受光素子３３による光電変換により得られる電気信号から周波数成分を検出する検出部として機能する。

（変形例）
上記例では、各チャネルの光信号をモニタするために各光信号に異なる周波数の低周波成分を重畳したが、それに限られない。例えば、光モジュール１００の起動前などにおいて、時分割処理などによって重複しないタイミングで各チャネルの光信号を順番に出力することによって、各チャネルの光信号をモニタすることができる。

図８は、制御部３１による光信号のモニタの際に実行されるフローチャートの一例である。なお、図８では、説明の簡略化のため、チャネル数を２としている。まず、駆動回路１２は、チャネル２の発光素子１３に光信号の出力させずに、チャネル１の発光素子１３に光信号を出力させる（ステップＳ１１）。次に、制御部３１は、受光素子３３で光信号が検出されているか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部３１は、チャネル１のいずれかの機器（駆動回路１２、発光素子１３など）に不具合が生じている旨のアラームを外部システムに発出する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１２において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部３１は、チャネル１の発光素子１３に光信号の出力を停止させる（ステップＳ１４）。次に、駆動回路１２は、チャネル２の発光素子１３に光信号を出力させる（ステップＳ１５）。次に、制御部３１は、受光素子３３で光信号が検出されているか否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において「Ｎｏ」と判定された場合、チャネル２のいずれかの機器（駆動回路１２、発光素子１３など）に不具合が生じている旨のアラームを外部システムに発出する（ステップＳ１７）。ステップＳ１３，Ｓ１７の実行後またはステップＳ１６において「Ｙｅｓ」と判定された場合、フローチャートの実行が終了する。

このようにチャネル１およびチャネル２の光信号を重複しないタイミングで順番に出力することによって、各チャネルの機器に不具合が生じていないか判定することができる。なお、チャネル数が３以上の場合には、各チャネルの光信号を順番に出力することによって、各チャネルの機器に不具合が生じていないか判定することができる。

本変形例においては、制御部３１が、複数の発光素子１３に、重複しないタイミングで順番に光を出力させる処理部として機能するとともに、受光素子３３による光電変換により得られる電気信号を検出する検出部として機能する。

上記各実施例の制御部３１は、専用の回路などによって構成されていてもよいが、プログラムを実行する処理装置によって実現されてもよい。図９は、制御部３１がプログラムを実行する処理装置によって構成される場合のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図９を参照して、制御部３１は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。ＣＰＵ１０１が所定のプログラムを実行することによって、光モジュール１００，１００ａ内に制御部３１が実現される。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０光送信機
１１回路基板
１２駆動回路
１３発光素子
１４光導波路
１４ｃミラー
１５電気信号線
１６出力配線
２０電気コネクタ
３０光モジュール基板
３１制御部
３２，３３受光素子
３４周波数検出器
４０伝送路
１００光モジュール

Claims

第１面に、配線がパターニングされかつ当該配線が接続された発光素子が搭載された第１基板と、
前記第１基板の第２面に設けられた光導波路と、
前記発光素子の出力光を前記光導波路に対して反射するミラーと、
前記発光素子の出力光のうち前記ミラーを透過する漏れ光を受光する受光素子が搭載された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板とを接続し、前記第１基板の配線を前記第２基板の配線に接続する電気コネクタと、を備え、
前記電気コネクタは、前記受光素子の光電変換によって得られる電気信号を前記第１基板に通さないことを特徴とする光モジュール。
前記発光素子は、複数設けられ、
前記受光素子は、前記複数の発光素子の出力光のうち前記ミラーを透過する漏れ光を受光する受光径を有することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
前記複数の発光素子の出力光にそれぞれ異なる周波数成分を重畳させる処理を行う処理部と、
前記受光素子による光電変換により得られる電気信号から前記周波数成分を検出する検出部と、を備えることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
前記複数の発光素子に、重複しないタイミングで順番に光を出力させる処理部と、
前記受光素子による光電変換により得られる電気信号を検出する検出部と、を備えることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
第１面に、配線がパターニングされかつ当該配線が接続された発光素子が搭載された第１基板と、前記第１基板の第２面に設けられた光導波路と、前記発光素子の出力光を前記光導波路に対して反射するミラーと、前記第１基板の前記第２面側に配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを接続し、前記第１基板の配線を前記第２基板の配線に接続する電気コネクタと、を備え、前記電気コネクタは、前記第２基板に設けられた受光素子の光電変換によって得られる電気信号を前記第１基板に通さない光モジュールにおいて、
前記受光素子を用いて、前記発光素子の出力光のうち前記ミラーを透過する漏れ光を受光することを特徴とする光モジュールのモニタ方法。
前記発光素子は、複数設けられ、
前記受光素子は、前記複数の発光素子の出力光のうち前記ミラーを透過する漏れ光を受光する受光径を有し、
前記複数の発光素子の出力光にそれぞれ異なる周波数成分を重畳させ、
前記受光素子による光電変換により得られる電気信号から前記周波数成分を検出する、ことを特徴とする請求項５記載の光モジュールのモニタ方法。
前記発光素子は、複数設けられ、
前記受光素子は、前記複数の発光素子の出力光のうち前記ミラーを透過する漏れ光を受光する受光径を有し、
前記複数の発光素子に、重複しないタイミングで順番に光を出力させ、
前記受光素子による光電変換により得られる電気信号を検出する、ことを特徴とする請求項５記載の光モジュールのモニタ方法。