JP6393968B2 - ファイバアレイ、光受信モジュール及び調整方法 - Google Patents

Description

本発明はファイバアレイ、光受信モジュール及び調整方法に関し、特に高精度に角度調整がなされたファイバアレイ、光受信モジュール及び調整方法に関する。

近年、通信トラフィックの急激な増加により、伝送容量の拡大が必要となっている。光通信モジュールは光ネットワークシステムのキーデバイスであり、システムの高速・大容量化に伴い、光通信モジュールの小型化・高速化が求められている。

最近では高速化のため、１０Ｇｂｐｓ×４で４０Ｇｂｐｓ、２５Ｇｂｐｓ×４で１００Ｇｂｐｓを実現するなどモジュール内部を多チャンネル化して光通信モジュールの高速化を行う技術が増えている。

多くの光通信用受信モジュールは、光信号を伝送する光ファイバ、外部伝送路から送られてきた光信号を光-電流変換するＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、その電流信号をインピーダンス変換、増幅し、電圧信号として出力するＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を有し、これらはセラミックパッケージに搭載される。

また、高速化に伴い、光入力を多芯とする受光モジュールが一般的となっており、かつ、接続先である入力光学部に、光アイソレータや波長板、偏光子、検光子、可変光減衰器（VOA）、プリズムなどの機能デバイスを挿入することが多い。これらの機能デバイスは一般的に入射角度依存性が強いためコリメート光学系に挿入されることが多い。ここで、コリメート光学系は結合効率の角度トレランスが厳しいため、入射側のコリメート光と、受光側のコリメート光の角度は、高い精度で調整されている必要がある。

伝送路である光ファイバを通常のファイバアレイを用いて受信モジュールに搭載する場合、画像解析によるエッジ検出により、ファイバアレイと受信モジュール側の平行度を測定・調節した上で搭載する方法がある。

特開２０１０−２８６６５２号公報

しかしながら、通常のファイバアレイを用いる場合、光ファイバが円筒形状であり、図８（ａ）の上面図に示すように露出している光ファイバ４０３を用いたエッジ検出が難しい。そのため、例えば導波路など、設置する受信モジュール側の角度調整の基準に対し光ファイバ４０３の角度を高精度に調整して搭載することが難しい。

また、ファイバ押さえ４０２越しに溝４０４の角を確認し利用する場合、ファイバ押さえ４０２の平面度や屈折率などの理由により歪みを生じることがあるため、高精度な角度調整を行うことが困難である。

本発明の目的は、上述の課題を解決するファイバアレイ及び光受信デバイスを提供することである。

本発明のファイバアレイは、断面に少なくとも１つの角を持つn本の溝を長さ方向に有する基板と、前記基板が前記溝を備える面とある一面で対向する配置であるファイバ押さえと、前記溝に沿って配置され、前記溝と前記ファイバ押さえとの間で固定されている光ファイバと、を有し、前記ファイバ押さえは、前記溝のうち、少なくとも前記基板の幅方向のいずれか一端側の一本を露出させる幅を有し、かつ前記光ファイバは、前記幅方向のいずれか一端側の一本以外の前記溝と前記ファイバ押さえの間に２本以上配置されている。

本発明によれば、ファイバアレイを、搭載する受信モジュールに対し高い精度で角度を調整することができる。

本発明の実施形態１におけるファイバアレイの（ａ）上面図及び（ｂ）断面図である。 本発明の実施形態１におけるファイバアレイの、溝の断面が略Ｖ字であるときの角を示す図である。 本発明の実施形態２における光受信モジュールを示す図である。 本発明の実施形態２におけるサブキャリアのブロック図である。 本発明の実施例における光受信モジュールの（ａ）上面図及び（ｂ）側面図（セラミックパッケージの一部を除く）である。 本発明の他の実施形態におけるコリメートファイバアレイを示す図である。 本発明の他の実施形態におけるファイバアレイを示す図である。 特許文献１に記載のファイバアレイの（ａ）上面図及び（ｂ）断面図を示す図である。

［実施形態１］
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るファイバアレイの構成を示す図である。図１のファイバアレイ１００は、基板１、溝２、ファイバ押さえ３、光ファイバ４を備える。

図１（ａ）の上面図に示すように、基板１は、断面に少なくとも１つの角を持つｎ本（ｎは１以上）の溝２をその長さ方向に有する。また、図１（ｂ）の、図１（ａ）におけるＸ―Ｘ‘線に沿った断面図に示すように、基板１は、溝２を備える面でファイバ押さえ３の一面と対向する。ファイバ押さえ３の幅は基板１より狭く、ｎ本の溝２のうち、少なくとも基板１の幅方向のいずれか一端側の一本を露出させる。光ファイバ４は、溝２に沿って配置され、かつ溝２とファイバ押さえ３との間で固定されている。光ファイバ４は、幅方向のいずれか一端側の一本以外の溝２とファイバ押さえ３との間に２本以上配置されている。

以下、各構成要素を具体的に説明する。溝２、および溝２が有する角は略直線状に基板１上に設けられ、複数の溝２は互いに略平行である。溝２の形状としては、例えば図１（ｂ）のように、断面が略Ｖ字になるように設けることができる。溝２の断面が略Ｖ字である場合の角は、図２に示す角２ａ〜２ｃの三か所である。さらに、図１（ｂ）に示すように光ファイバ４はＶ字の斜面に接触する２か所とファイバ押さえ３と接する１か所の計３か所で固定される。溝２の形状及び寸法は、溝２とファイバ押さえ３との間に光ファイバ４を固定でき、かつ断面に角を有するように決定され、前述の略Ｖ字でなくてもよい。また、溝２は、基板１上に備えられているすべての溝２を同じ手法によって設けることができる。溝２のうち、少なくとも基板１の幅方向のいずれか一端側の一本が、図１（ａ）のようにファイバ押さえ３から露出している。

本実施形態によれば、本発明のファイバアレイ１００を設置しようとする光受信モジュールと露出している溝２の角を用いてエッジ検出によってアライメントを行うことができる。光受信モジュール側にアライメント用の部材を別途設けなくてもよく、光受信モジュール内の光導波路の直線部分など、任意の直線状の角を利用することができる。または、光受信モジュール側の部材を製造する際に、予めアライメント用の角を作りこんでおくことも可能である。

溝２上に配置されている光ファイバ４は、前記露出している溝２の角と略平行である。このため、設置しようとする光受信モジュール側のいずれかの直線状の角と露出している溝２との間でアライメントを行うことで、間接的に光ファイバ２を設置する位置や角度の調整を行うことができる。また、溝２の角が基板１の全長に渡って露出しているため、アライメントの際参照する直線の長さが最大限長く確保でき、角度の調整の精度を高めることができる。これらの理由により、搭載する光受信モジュールに対し、ファイバアレイ１００の位置・角度を高い精度で調整することができる。

［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２に係る光受信モジュールを、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における光受信モジュールを示す。本実施形態における光受信モジュール２００は、実施形態１のファイバアレイ１００を搭載した光受信モジュールである。

図３の光受信モジュール２００は、パッケージ２１２内にキャリア基板２０１、ファイバアレイ１００、コリメート光学系２０２、光導波路基板２０３、サブキャリア２０６を備える。コリメート光学系２０２、光導波路基板２０３、サブキャリア２０６はキャリア基板２０１上に実装されている。ここで、コリメート光学系２０２は、ファイバアレイ１００を伝送されてきた信号光をコリメートし、コリメート光を光導波路基板２０３の入力部分に集光できればよい。このためコリメート光学系２０２は例えばコリメートレンズと集光レンズで構成することができる。加えて、コリメート光学系２０２内には、種々の機能デバイスを挿入することができる。また、図４に示すようにサブキャリア２０６は受光素子２０９を備える。

図３に示すように、パッケージ２１２外部からファイバアレイ１００を伝送されてきた信号光は、光学的に接続しているコリメート光学系２０２に結合する。同様に、光学的に接続している光導波路基板２０３、サブキャリア２０６の順に結合・伝送される。さらに図４に示すように、光導波路基板２０３を伝送された信号光は、サブキャリア２０６内の受光素子２０９に入射する。

光受信モジュール２００内には、ファイバアレイ１００の設置の際のアライメント用の部材が別途設けられていなくてもよい。例えば、光受信モジュール２００内の光導波路基板２０３のいずれかの直線部分など、任意の直線状の角を利用してアライメントを行うことができる。または、光受信モジュール２００内の部材を製造する際に、予めアライメント用の角を作りこんでおくことも可能である。例えば、図３の略直線の基準導波路２０４ａのように、予めコリメート光学系２０２との角度を調整されている光導波路基板２０３に、アライメント用の略直線の角を設けることができる。そして、ファイバアレイ１００内の光ファイバ４は、露出している溝２の角と略平行であるため、設置する光受信モジュール２００のいずれかの直線状の角との間でアライメントを行うことで、間接的に光ファイバ２の設置する位置や角度の調整を行うことができる。

ファイバアレイ１００からコリメート光学系２０２に結合する信号光は、その入射角が十分に調整されている必要があるが、本実施形態の光受信モジュール２００によれば、ファイバアレイ１００における露出している溝２の角と、光受信モジュール２００内の任意の直線状の角を用いてエッジ検出によってアライメントを行うことで、高い精度で入射角を調整することができる。

［実施例］
次に、本発明の光受信モジュールの実施例を、図５を用いて説明する。本実施例における光受信モジュール２００は、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、偏波多重４値位相変調）用のデジタルコヒーレントレシーバモジュールである。図５の光受信モジュール２００は、ファイバアレイ１００、金属キャリア２０１、コリメートレンズ２０２ａ、２０２ｂ、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ、偏光ビームスプリッタ）２０２ｃ、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ、平面光波回路）２０３ａ、コリメートレンズ２０５、基板キャリア２０７、レンズ付きプリズム２０８、ＰＤ２０９ａ、ＴＩＡ２１０、配線基板２１１、セラミックパッケージ２１２ａを備える。ここで、金属キャリア２０１ａは実施形態１におけるキャリア基板２０１と対応する。同様に、コリメートレンズ２０２ａ、集光レンズ２０２ｂ、ＰＢＳ２０２ｃはコリメート光学系２０２と、ＰＬＣ２０３ａは光導波路基板２０３と、ＰＤ２０９ａは受光素子２０９と、セラミックパッケージ２１２ａはパッケージ２１２と対応する。

図５（ａ）のように、セラミックパッケージ２１２ａ内の金属キャリア２０１ａ上に、信号光と局発光をパッケージ２１１内に入射させるためのファイバアレイ１００、入射光をコリメートする（平行にする）ためのコリメートレンズ２０２ａ、信号光のTE（Transverse Electric）、TM（Transverse Magnetic）成分を分岐するためのＰＢＳ２０３、コリメート光をＰＬＣ２０３ａへ集光するコリメートレンズ２０２ｂ、コヒーレントミキサー（光干渉器）機能を持つＰＬＣ２０３ａ、レンズ２０５がこの順で配置し、かつ光学的に接続している。さらに、金属キャリア２０１上には基板キャリア２０７が配置されている。基板キャリア２０７上には、レンズ２０５によって集光されたＰＬＣ２０３ａからの干渉信号をＰＤ２０９ａへ光路変更・集光するレンズ付きプリズム２０７、干渉信号を光-電気変換するＰＤ２０９ａ、電気信号を電圧信号に変換するＴＩＡ２１０、配線基板２１１がこの順に電気的に接続している。

本実施例におけるDP-QPSK方式の光受信モジュール２００では、ＰＬＣ２０３ａ内部の干渉計より前で、信号光のTE、TM成分を分岐する。この分岐した信号光をそれぞれ局発光と遅延干渉させることで２対＊４つの計８ポート分の出力を得、信号復調を行うことができる。伝送路である光ファイバ４からの光入力の構成は、モジュール全体を小型にしつつ信号光と局発光の2ポート分の光入力を行うため、アレイファイバを用いる。

ここで、ファイバアレイ１００およびコリメートレンズ２０２ａにて構成される入射コリメート系と、コリメートレンズ２０２ｂおよびＰＬＣ２０３ａにて構成される受光コリメート系とを効率良く結合させるためにはファイバアレイ１００の高精度な角度調整が必要となる。

本実施例における光受信モジュール２００では、ファイバアレイ１００の溝２のうち、幅方向の露出した一本が有する角と、ＰＬＣ２０３ａ内の略直線かつコリメート光学系の中心軸と略平行である基準導波路２０４ａとの間でエッジ検出を利用して角度・位置の調整を行う。露出した溝２の角と基準導波路２０４ａとを平行に調節することで角度を調整する。また、ファイバアレイ１００とコリメート光学系２０２との位置を調整する。このことにより、高精度なコリメート光学系の光結合を実現できる。

本実施例では、ファイバアレイ１００とコリメートレンズ２０２ａを分けたが、図６に示すようにファイバアレイ１００へコリメートレンズ２０２ａを貼り付けた、コリメートファイバアレイ２１３としても実施可能である。

［その他の実施形態］
本発明のファイバアレイは、実施形態１のように、ファイバ押さえ３が基板１の溝２の、一本を露出させる幅を有していてもいいし、図７のように、溝２の一本にファイバを置かずに露出させて配置されていてもよい。本構成でも、実施形態１に記載のファイバアレイと同様の作用・効果を得ることができる。

本発明の光受信モジュールは、実施形態２のようにコリメート光学系２０２を有していてもいいし、ファイバアレイ１００からの信号光を光導波路基板２０３上の入力部分に入力するための１つのレンズをコリメート光学系２０２の代わりに有していてもよい。本発明の光受信モジュールがこの１つのレンズを有している場合でも、予めレンズとの角度を調整されている光導波路基板２０３とファイバアレイ１００との角度調整ができ、実施形態２に記載の光受信モジュールと同様の作用・効果を得ることができる。

１ 基板
２ 溝
２ａ〜２ｃ 角
２ｄ Ｖ字状溝
３ ファイバ押さえ
４ 光ファイバ
１００ ファイバアレイ
２００ 光受信モジュール
２０１ キャリア基板
２０１ａ 金属キャリア
２０２ コリメート光学系
２０２ａ コリメートレンズ
２０２ｂ 集光レンズ
２０２ｃ ＰＢＳ
２０３ 光導波路基板
２０３ａ ＰＬＣ
２０４ 光導波路
２０４ａ 基準導波路
２０５ コリメートレンズ
２０６ サブキャリア
２０７ 基板キャリア
２０８ レンズ付きプリズム
２０９ 受光素子
２０９ａ ＰＤ
２１０ ＴＩＡ
２１１ 配線基板
２１２ パッケージ
２１２ａ セラミックパッケージ
２１３ コリメートファイバアレイ
４０１ 基板
４０２ ファイバ押さえ
４０３ 光ファイバ
４０４ 溝

Claims (7)

1. 断面に少なくとも１つの角を持つｎ本の溝を長さ方向に有する基板と、
   前記基板が前記溝を備える面とある一面で対向する配置であるファイバ押さえと、
   前記溝に沿って配置され、前記溝と前記ファイバ押さえとの間で固定されている光ファイバと、
   を有し、
   前記ファイバ押さえは、前記溝のうち、少なくとも前記基板の幅方向のいずれか一端側の一本を露出させる幅を有し、
   かつ前記光ファイバは、前記幅方向のいずれか一端側の一本以外の前記溝と前記ファイバ押さえの間に２本以上配置されている、ファイバアレイ、
   及び、前記ファイバアレイと光結合する光学部品を備え、前記光学部品には、前記ファイバ押さえから露出した溝との間で、前記ファイバアレイの長さ方向と前記光学部品の前記長さ方向とを平行に調整する、前記溝と平行な直線部分を備えている光受信モジュール。
2. 前記基板が備える溝が、断面略Ｖ字である、請求項１に記載の光受信モジュール。
3. 前記少なくとも幅方向のいずれか一端側の一本の前記角はエッジ検出に用いられる、請求項１または２に記載の光受信モジュール。
4. 前記直線部分は前記光学部品上に形成された略直線の光導波路である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光受信モジュール。
5. 前記光学部品は光導波路基板であり、
   前記ファイバアレイ、前記ファイバアレイからの光を平行光にするコリメート光学系、前記コリメート光学系からの平行光が入力される前記光導波路基板を備えた請求項１から４のいずれか一項に記載の光受信モジュール。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の光受信モジュールにおいて、
   前記直線部分と、前記基板上の、前記ファイバ押さえから露出している溝とを、
   エッジ検出によって略平行となるよう調整する、調整方法。
7. 前記光受信モジュール内のいずれかの直線はＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）内の基準導波路である請求項６の調整方法。