JP6335240B2 - 光結合構造及び光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は光結合構造及び光通信装置に関し、特に光信号をフィードバックすることができる光結合構造及びそれを用いた光通信装置に関する。

一般の光通信装置は、通常、光信号を出力するための光出力素子と、光信号を受信し伝送するための光ファイバと、光信号を光ファイバに送信する光学ユニットとを備える。更に、光出力素子、例えばレーザが、光信号を光学ユニットに出力した後、光学ユニットにより、レーザから出力される光信号を光ファイバに送信し、光信号を伝達する。

また、光出力素子が操作温度範囲及び正常使用寿命内で出力パワーの安定性を維持するとともに、事前に光出力素子の劣化の度合が分るように、光出力素子の光出力パワーを監視しなければならない。従って、光出力素子から発される一部の光束を光検出チップ（Monitor Photodiode、ＭＰＤ）に導くために、光学ユニットをさらに改良しなければならない。

そのため、本発明は、対応して光出力ユニットの光軸に設けられ、光出力ユニットから出力される光信号をそれぞれ光伝達ユニット及び光検出器に導くための光分岐部を有する光結合構造及びそれを用いた光通信装置を提供する。

本発明に係る一実施例は、光出力ユニットから発信される初期光信号を受信すると共に、初期光信号を平行光束に変換する入光部と、平行光束の光路に設けられ、第１の反射面と第２の反射面とを有し、第１の反射面と第２の反射面の傾きが何れもプラス又はマイナスであり、平行光束が第１の反射面と第２の反射面で反射されることによりそれぞれ第１部分の光束と第２部分の光束が形成される光分岐部と、第１部分の光束の光路に設けられており、第１部分の光束を光伝達ユニットに送信される第１の光信号に変換する第１の光出力部と、第２部分の光束の光路に設けられており、第２部分の光束を光検出器に送信される第２の光信号に変換する第２の光出力部とを備える光結合構造を提供する。

本発明に係る別の実施例は、初期光信号を発信するための光出力ユニットと、光出力ユニットと同じ側に位置する光伝達ユニットと光検出器と、光結合構造とを備える光通信装置を提供する。光結合構造は、光出力ユニットから発信される初期光信号を受信すると共に、初期光信号を平行光束に変換する入光部と、平行光束の光路に設けられ、第１の反射面と第２の反射面とを有し、第１の反射面と第２の反射面の傾きが何れもプラス又はマイナスであり、平行光束が第１の反射面と第２の反射面で反射されることによりそれぞれ第１部分の光束と第２部分の光束が形成される光分岐部と、前記第１部分の光束の光路に設けられており、第１部分の光束を光伝達ユニットに送信される第１の光信号に変換する第１の光出力部と、第２部分の光束の光路に設けられており、第２部分の光束を光検出器に送信される第２の光信号に変換する第２の光出力部とを備える。

以上のように、本発明では、光出力ユニットから出力される初期光信号が光結合構造に入った後、光分岐部の二つの反射面に投射し、異なる反射面により、異なる方向へ出射する第１部分の光束と第２部分の光束に分けられる。第１部分の光束と第２部分の光束は、また、それぞれ光伝達ユニットと光検出器に伝達される。

従って、本発明では、光検出器が光結合構造を介して一部の光信号を受信することで、光出力ユニットの光出力パワーを監視することができる。これにより、光出力ユニットに問題が起こったり劣化したりする場合、即時に光出力ユニットをメンテナンスまたは交換し、光通信の安定性を維持することができる。

本発明に係る実施例の光通信装置の部分断面模式図を示す。 図１の光通信装置の領域Ａにおける部分拡大図を示す。 本発明に係る別の実施例の光結合構造の部分断面模式図を示す。

図１に、本発明に係る一実施例の光通信装置の部分断面模式図を示す。本発明に係る実施例の光通信装置１は、光出力ユニット１１と、光検出器１２と、光伝達ユニット１３と、光結合構造１４とを備える。本発明に係る実施例の光通信装置１の光結合構造１４は、光出力ユニット１１から発信される初期光信号Ｌを第１の光信号Ｌ１と第２の光信号Ｌ２に変換し、それぞれ光伝達ユニット１３と光検出器１２に送信することができる。詳しくは以下のように説明する。

光出力ユニット１１は電気信号を対応する初期光信号Ｌに変換し、初期光信号Ｌを光結合構造１４に発信するためのものである。光出力ユニット１１は、レーザ光源もしくは他の光源であってもよい。本実施例では、光出力ユニット１１は垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser、ＶＣＳＥＬ）である。また、光出力ユニット１１から発信される初期光信号Ｌの波長は、８５０ｎｍ又は９８０ｎｍであってもよい。

光伝達ユニット１３は光結合構造１４の一方側に位置し、光結合構造１４から伝達される第１の光信号Ｌ１を受信するためのものであり、第１の光信号Ｌ１が光伝達ユニット１３により光受信器（図示せず）に送信される。本発明に係る実施例において、光伝達ユニット１３は光ファイバである。

光検出器１２は光結合構造１４の他方側に位置し、光結合構造１４により光結合構造１４から伝達される第２の光信号Ｌ２を受信し、初期光信号Ｌの強度と安定性を検出することができる。一実施例において、光検出器１２はフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）であり、光出力ユニット１１と光検出器１２とが共同で回路基板（図示せず）に設けられる。即ち、光検出器１２は、受信される第２の光信号Ｌ２を電流信号に変換し、光出力ユニット１１に電気的に接続される制御ユニット（図示せず）にフィードバックすることができる。制御ユニットは、光検出器１２から送信される電流信号により、光出力ユニット１１の光出力パワーを監視及び調整することができる。本実施例では、光伝達ユニット１３と光検出器１２は、光出力ユニット１１の同じ側に位置するものである。

本発明に係る実施例において、光結合構造１４は、入光部１４１と、光分岐部１４２と、第１の光出力部１４３と、第２の光出力部１４４とを有する。

続いて、図１Ａを参照する。図１Ａに、図１の光通信装置の領域Ａにおける部分拡大図を示す。本実施例では、入光部１４１は、その位置が光出力ユニット１１の位置に対応して、初期光信号Ｌを受信し、初期光信号Ｌを平行光束Ｌ'に変換するためのものである。本実施例では、光結合構造１４の入光部１４１は、光出力ユニット１１から発される初期光信号Ｌを平行光束Ｌ'に変換するためのコリメートレンズ１４１ａを有する。コリメートレンズ１４１ａは、例えば、発散光を平行光に変換するためのマイクロレンズユニットである。

光分岐部１４２は、平行光束Ｌ'の光路に設けられ、互いに接続される第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂとを有し、平行光束Ｌ'を異なる方向へ出射する第１部分の光束Ｌ１'と第２部分の光束Ｌ２'に分ける。更に、平行光束Ｌ'は第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂの境界部に投射され、一部の第１の反射面１４２ａに照射する平行光束Ｌ'が、第１の光出力部１４３において出射する第１部分の光束Ｌ１'を形成する。別の一部の第２の反射面１４２ｂに照射する平行光束Ｌ'が、第２の光出力部１４４において出射する第２部分の光束Ｌ２'を形成する。

第１の反射面１４２ａとコリメートレンズ１４１ａの光軸との間に第１の鋭角θ１が形成され、第２の反射面１４２ｂとコリメートレンズ１４１ａの光軸との間に第２の鋭角θ２が形成され、なかでも、第１の鋭角θ１が第２の鋭角θ２以下となる。

第１の光出力部１４３は、第１の反射面１４２ａから反射される第１部分の光束Ｌ１'を受光し、第１部分の光束Ｌ１'を前記第１の光信号Ｌ１に変換し光伝達ユニット１３まで出力する。第２の光出力部１４４は、第２の反射面１４２ｂから反射される第２部分の光束Ｌ２'を受光し、第２部分の光束Ｌ２'を第２の光信号Ｌ２に変換し光検出器１２まで出力する。

第１の光出力部１４３と第２の光出力部１４４との位置は、それぞれ、光伝達ユニット１３と光検出器１２との位置に対応する。本発明に係る実施例において、光出力ユニット１１と光検出器１２が同じ回路基板に設けられるので、光結合構造１４の入光部１４１と第２の光出力部１４４が、光結合構造１４の同じ側に位置することとなる。また、第１の光出力部１４３と入光部１４１が、それぞれ、光結合構造１４の隣接側に位置する。

本実施例では、第１の光出力部１４３は第１部分の光束Ｌ１'を受光する第１の光学レンズ１４３ａを有し、第２の光出力部１４４は第２部分の光束Ｌ２'を受光する第２の光学レンズ１４４ａを有する。第１の光学レンズ１４３ａと第２の光学レンズ１４４ａは、凸レンズ又はフレネルレンズであってもよい。第１の光学レンズ１４３ａは第１部分の光束Ｌ１'を受光、収束し、第１の光信号Ｌ１を出力するためのものであり、第２の光学レンズ１４４ａは第２部分の光束Ｌ２'を受光、収束し、第２の光信号Ｌ２を出力するためのものでる。第１部分の光束Ｌ１'は第１の光学レンズ１４３ａの収束により、前記第１の光信号Ｌ１として集光されて出力され、第２部分の光束Ｌ２'は前記第２の光学レンズ１４４ａの収束により、前記第２の光信号Ｌ２として集光されて出力される。

本発明に係る実施例において、コリメートレンズ１４１ａ、第１の光学レンズ１４３ａと第２の光学レンズ１４４ａの数は光出力ユニット１１、光伝達ユニット１３と光検出器１２の数に合わせて設置でき、一つあるいは複数であってもよい。

図１Ａを参照する。本実施例の光分岐部１４２は、第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂとの間に接続される接合面１４２ｃをさらに備える。これにより、第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂとの間に段差が形成される。即ち、光分岐部１４２は階段状構造を有する。

更に、接合面１４２ｃがコリメートレンズ１４１ａの光軸と略平行である。平行光束Ｌ'が接合面１４２ｃにアライメントし光分岐部１４２に投射され、第１部分の光束Ｌ１'と第２部分の光束Ｌ２'に分けられる。この実施例において、第１の鋭角θ１が第２の鋭角θ２に等しくてもよい。即ち、第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂとは互いに平行となってもよい。

また、第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂの傾きが何れもプラスでもよく、または何れもマイナスでもよい。本発明に係る実施例において、光伝達ユニット１３と光検出器１２の位置は、何れも光出力ユニット１１の右側に位置するので、第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂの傾きがすべてプラスである。

図１を再び参照されたい。本実施例では、光結合構造１４は入光部１４１に対応する凹溝部１４０を有し、第１の反射面１４２ａと、第２の反射面１４２ｂと、接合面１４２ｃとがいずれも凹溝部１４０の内壁に設けられる。即ち、第１の反射面１４２ａと、第２の反射面１４２ｂと、接合面１４２ｃは、実質的に異なる媒体（光結合構造１４と空気）間の界面である。一実施例において、第１の反射面１４２ａ及び第２の反射面１４２ｂは全反射面又は部分反射面である。他の実施例において、第１の反射面１４２ａ及び第２の反射面１４２ｂに全反射膜層又は部分反射膜層が形成されるが、本発明は限定されるものではない。前記の第１の鋭角θ１と第２の鋭角θ２は、光結合構造１４の全反射角もしくは他の角度でもよく、第１の反射面１４２ａ及び第２の反射面１４２ｂの材料、もしくは第１の反射面１４２ａ及び第２の反射面１４２ｂに位置する反射膜層の材質によるものである。

第１の鋭角θ１と第２の鋭角θ２が全反射角であり、且つ平行光束Ｌ'が第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂに投射する場合、空気中に屈折しない。第１の鋭角θ１と第２の鋭角θ２が他の角度である場合、部分的に第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂに投射する平行光束Ｌ'は、一部が空気中に屈折する可能性がある。

また、図１Ａを再び参照されたい。本実施例の光結合構造１４は、反射斜面１４５をさらに備える。反射斜面１４５と光分岐部１４２はいずれも凹溝部１４０の内壁に位置し、反射斜面１４５が第２の光出力部１４４の位置に対応して設けられる。更に、反射斜面１４５が第２部分の光束Ｌ２'の光路に設けられ、第２の反射面１４２ｂと対向している。第２部分の光束Ｌ２'が反射斜面１４５の反射により、第２の光学レンズ１４４ａに導かれる。

第２の反射面１４２ｂの傾きがプラスである場合、反射斜面１４５の傾きがマイナスである。これに対して、第２の反射面１４２ｂの傾きがマイナスである場合、反射斜面１４５の傾きがプラスである。なお、反射斜面１４５と第１部分の光束Ｌ１'の光路が互いに分離される。従って、反射斜面１４５の下端のある平面が少なくとも第１の反射面１４２ａの上端よりも高くなる。好ましくは、第２部分の光束Ｌ２'が反射される場合、第１部分の光束Ｌ１'の光路が遮断されないことを確保するように、反射斜面１４５の下端のある平面が接合面１４２ｃを通過する。

一実施例において、反射斜面１４５と光分岐部１４２は共同で凹溝部１４０の底部に位置し、反射斜面１４２も全反射面である。別の実施例では、第１の反射面１４２ａ、第２の反射面１４２ｂ及び反射斜面１４５に直接鏡面層又は反射パッチが形成されてもよい。第１部分の光束Ｌ１'と第２部分の光束Ｌ２'をそれぞれ第１の光出力部１４３と第２の光出力部１４４の方向に導くことができれば、本発明は、第１の反射面１４２ａ、第２の反射面１４２ｂ及び反射斜面１４５に形成される反射材料を限定するものではない。

全体から言えば、本実施例の光通信装置１において、光出力ユニット１１が光結合構造１４に初期光信号Ｌを発信し、初期光信号Ｌがコリメートレンズ１４１ａを介して平行光束Ｌ'に変換される。平行光束Ｌ'が接合面１４２ｃの位置にアライメントし第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂに投射され、第１部分の光束Ｌ１'と第２部分の光束Ｌ２'に分けられる。第１部分の光束Ｌ１'が第１の光出力部１４３の第１の光学レンズ１４３ａを介して集光され、第１の光信号Ｌ１が形成され、光伝達ユニット１３に送信される。また、第２部分の光束Ｌ２'が反射斜面１４５を介して第２の光出力部１４４に投射され、第２の光学レンズ１４４ａを介して集光され、光検出器１２に入射される第２の光信号Ｌ２が形成される。これにより、光検出器１２は、受信される第２の光信号Ｌ２を電流信号に変換し、制御ユニットにフィードバックすることができる。制御ユニットはさらに、受信される電流信号により光出力ユニット１１の光出力パワーを監視及び調整する。光検出器１２は、受信される第２の光信号Ｌ２により、初期光信号Ｌの強度及び安定性を検出することができる。

図２を参照する。図２に、本発明に係る別の実施例の光結合構造の部分断面模式図を示す。本実施例の光結合構造１４'と図１Ａの実施例について、同じ素子は同様の番号を有し、且つ同じ部分は省略する。

本実施例の光結合構造１４'は、図１Ａに示される反射斜面１４５を有していない。また、第１の反射面１４２ａと第２の反射面１４２ｂとは異なる傾きを有する。即ち、第２の反射面１４２ｂとコリメートレンズ１４１ａの光軸との間に形成される第２の鋭角θ２は、第１の反射面１４２ａとコリメートレンズ１４１ａの光軸との間に形成される第１の鋭角θ１よりも大きくなるものである。

本実施例では、第２部分の光束Ｌ２'は第２の反射面１４２ｂを介してそのまま第２の光出力部１４４に反射され、さらに反射斜面１４５により反射されていない。従って、第２の光出力部１４４における第２の光学レンズ１４４ａの光軸がコリメートレンズ１４１ａの光軸に対して一つの角度を傾け、第２部分の光束Ｌ２'が第２の光学レンズ１４４ａを介して光検出器１２に集光され得るようにする。

以上のように、本発明に係る実施例が提供する光結合構造及び光通信装置は、光検出器で光出力ユニットの光出力パワーを監視することができる。本発明では、光結合構造の光分岐部は二つの反射面を有し、且つこの二つの反射面が互いに段差を形成し、または異なる傾きを有する。光出力ユニットから出力される初期光信号が光結合構造に入った後、光分岐部の二つの反射面に投射し、異なる反射面により、異なる方向へ出射する第１部分の光束と第２部分の光束に分けられる。第１部分の光束と第２部分の光束は、また、それぞれ光伝達ユニット及び光検出器に伝達される。

光検出器が受信する第２の光信号により、光?入ユニットの光出力パワーが監視されることができ、光出力ユニットに問題が起こる場合、即時に光出力ユニットをメンテナンスまたは交換し、光通信の安定性を維持するようにする。また、本発明に係る実施例が提供する光結合構造は光分岐部を介して、分光を行うので、さらにビームスプリッタを追加使用する必要がなく、素子のコストダウンを図ることができる。

本発明の実施例は以上のように開示されているが、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。所属する技術分野で通常の知識を有する者が、本発明に開示される範囲を逸脱することなく、若干の変更と調整を行うことができるので、本発明の保護の範囲は添付の特許請求の範囲によるものに準ずるべきである。

１ 光通信裝置
１１ 光出力ユニット
１２ 光検出器
１３ 光伝達ユニット
１４、１４' 光結合構造
１４０、１４０' 凹溝部
Ｌ 初期光信号
Ｌ１ 第１の光信号
Ｌ２ 第２の光信号
１４１ 入光部
Ｌ' 平行光束
１４１ａ コリメートレンズ
１４２ 光分岐部
１４２ａ 第１の反射面
１４２ｂ 第２の反射面
１４２ｃ 接合面
１４５ 反射斜面
Ｌ１' 第１部分の光束
Ｌ２' 第２部分の光束
θ１ 第１の鋭角
θ２ 第２の鋭角
１４３ 第１の光出力部
１４３ａ 第１の光学レンズ
１４４ 第２の光出力部
１４４ａ 第２の光学レンズ

Claims (14)

1. 光出力ユニットから発信される初期光信号を受信すると共に、前記初期光信号を平行光束に変換する入光部と、
   前記平行光束の光路に設けられ、第１の反射面と、第２の反射面と、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に接続される接合面とを有し、前記第１の反射面と前記第２の反射面の傾きが何れもプラス又はマイナスであり、前記接合面により前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に段差が形成され、前記平行光束が前記第１の反射面と前記第２の反射面で反射されることによりそれぞれ第１部分の光束と第２部分の光束が形成される光分岐部と、
   前記第１部分の光束の光路に設けられており、前記第１部分の光束を光伝達ユニットに送信される第１の光信号に変換する第１の光出力部と、
   前記第２部分の光束の光路に設けられており、前記第２部分の光束を光検出器に送信される第２の光信号に変換する第２の光出力部と
   を備え、
   前記第１の反射面は前記第２の反射面と略平行であることを特徴とする、光結合構造。
2. 前記入光部はコリメートレンズを有し、前記初期光信号を前記平行光束に変換し、
   前記接合面は前記コリメートレンズの光軸と略平行であることを特徴とする、請求項１に記載の光結合構造。
3. 前記入光部と対向して設けられる凹溝部をさらに備え、前記第１の反射面と、前記第２の反射面と、前記接合面とがすべて前記凹溝部の内壁に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の光結合構造。
4. 前記第１の反射面と前記第２の反射面は、すべて全反射面であることを特徴とする、請求項２に記載の光結合構造。
5. 前記第１の光出力部は前記第１部分の光束を受光するための第１の光学レンズを有し、
   前記第２の光出力部は前記第２部分の光束を受光するための第２の光学レンズを有し、
   前記第１部分の光束は前記第１の光学レンズの収束により、前記第１の光信号として集光されて出力され、
   前記第２部分の光束は前記第２の光学レンズの収束により、前記第２の光信号として集光されて出力されることを特徴とする、請求項１に記載の光結合構造。
6. 前記第２部分の光束は、前記第２の光学レンズの光軸に設けられる反射斜面で反射されることにより、前記第２の光学レンズに送信されることを特徴とする、請求項５に記載の光結合構造。
7. 前記第２の反射面の傾きはプラスであり、
   前記反射斜面の傾きはマイナスであり、
   前記反射斜面と前記第１部分の光束の光路とは互いに分離されることを特徴とする、請求項６に記載の光結合構造。
8. 初期光信号を発信するための光出力ユニットと、
   光伝達ユニットと、
   前記光伝達ユニット及び前記光出力ユニットと同じ側に位置する光検出器と、
   光結合構造と、
   を含み、
   前記光結合構造は、
   前記初期光信号を受信すると共に、前記初期光信号を平行光束に変換する入光部と、
   前記平行光束の光路に設けられ、第１の反射面と、第２の反射面と、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に接続される接合面とを有し、前記第１の反射面と前記第２の反射面の傾きが何れもプラス又はマイナスであり、前記接合面により前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に段差が形成され、前記平行光束が前記第１の反射面と前記第２の反射面で反射されることによりそれぞれ第１部分の光束と第２部分の光束が形成される光分岐部と、
   前記第１部分の光束の光路に設けられており、前記第１部分の光束を前記光伝達ユニットに送信される第１の光信号に変換する第１の光出力部と、
   前記第２部分の光束の光路に設けられており、前記第２部分の光束を前記光検出器に送信される第２の光信号に変換する第２の光出力部とを備え、
   前記第１の反射面は前記第２の反射面と略平行であることを特徴とする、光通信装置。
9. 前記入光部はコリメートレンズを有し、前記初期光信号を前記平行光束に変換し、
   前記接合面は前記コリメートレンズの光軸と略平行であることを特徴とする、請求項８に記載の光通信装置。
10. 前記光結合構造は、前記入光部と対向して設けられる凹溝部をさらに備え、前記第１の反射面と、前記第２の反射面と、前記接合面とがすべて前記凹溝部の内壁に設けられることを特徴とする、請求項９に記載の光通信装置。
11. 前記第１の反射面と前記第２の反射面は、すべて全反射面であることを特徴とする、請求項９に記載の光通信装置。
12. 前記第１の光出力部は前記第１部分の光束を受光するための第１の光学レンズを有し、
    前記第２の光出力部は前記第２部分の光束を受光するための第２の光学レンズを有し、
    前記第１部分の光束は前記第１の光学レンズの収束により、前記第１の光信号として集光されて出力され、
    前記第２部分の光束は前記第２の光学レンズの収束により、前記第２の光信号として集光されて出力されることを特徴とする、請求項８に記載の光通信装置。
13. 前記第２部分の光束は、前記第２の光学レンズの光軸に設けられる反射斜面で反射されることにより、前記第２の光学レンズに送信されることを特徴とする、請求項１２に記載の光通信装置。
14. 前記第２の反射面の傾きはプラスであり、
    前記反射斜面の傾きはマイナスであり、
    前記反射斜面と前記第１部分の光束の光路とは互いに分離されることを特徴とする、請求項１３に記載の光通信装置。

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