JP6518148B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関する。

特許文献１には、一芯双方向光モジュールが開示されている。この一芯双方向光モジュールは、光ファイバの光軸上に配置されたレンズと、波長選択性フィルタと、ＰＤ（photodiode）とを備えている。ＬＤ（Laser Diode）の出射光は、波長選択性フィルタで反射されて光ファイバへ入射する。波長選択性フィルタは、ＬＤに対向する主面、主面の反対面、及び、主面と反対面以外の側面、を有する透光材と、透光材の主面上に形成される波長選択層とを有する。透光材の側面は、主面及び反対面に対してそれぞれ異なる交差角で傾斜している。

特開２００８−１８１０２５号公報

一般に、波長選択フィルタ、偏波フィルタ等の光学部品では、一方面に光学フィルタが形成され、一方面に対向する他方面にはＡＲコート（無反射コート）が形成されている。このような光学部品は、コーティングが施された母材ガラス板を所定のサイズにダイシングして作製される。このような光学部品では、入射角度のズレやフィルタ本来の特性に起因して、光が１００％透過せずにその一部が反射光となることがある。また、光が１００％反射せずにその一部が透過光となることがある。

そして、このような反射光や透過光が光学部品の内部で反射を繰り返すことにより、一部の光が戻り光としてそのままＬＤに向かい、ＬＤの動作に影響を与えることがある。そのため、光源への戻り光の発生が抑制された光学部品が求められている。

そこで、特許文献１に記載された光学部品では、主面及び反対面に対して異なる交差角で側面を傾斜させることによって戻り光を抑制している。しかしながら、主面及び反対面に対して側面を傾斜させるためには、例えば、母材ガラス板をその主面に対して斜めにダイシングする必要がある。この場合、母材ガラス板を切り出すためのブレードを斜めにセットするなど、従来と異なる製造設備が必要であり、作製が困難である。また、このような製造設備の導入は、コスト増に繋がる虞がある。

本発明は、光モジュール内で生成される迷光が抑制された光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一形態による光モジュールは、光学部品を搭載し、光を受信または送信する光モジュールであって、この光学部品は、光が入射する主面と、この主面に対向する対向面と、これら主面及び対向面を接続する複数の側面とを備え、複数の側面は、いずれも主面及び対向面の少なくとも一方と直角をなし、複数の側面のうち、互いに隣接する側面同士のなす角が鋭角又は鈍角である。

本発明の一側面の光モジュールによれば、光モジュール内で生成される迷光を抑制することができる。

図１は、本発明の一形態に係る光モジュールの光学系を示す模式図である。 図２は、図１の光モジュールの一部を示す斜視図である。 図３は、母材から切り出された光学部品を示す平面図である。 図４は、光学部品に対する光路を示す模式図である。（ａ）は従来例の一例を示す。（ｂ）は実施形態の一例を示す。 図５は、光学部品に対する光路を模式的に示す斜視図である。 図６は、変形例に係る光学部品が母材から切り出された状態を示す平面図である。（ａ）は、一の変形例を示す。（ｂ）は、他の変形例を示す。 図７は、光学部品のシミュレーション結果を示すグラフである。

本発明の実施形態に係る光学部品の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１、２を参照して本実施形態に係る光学部品を備えた光モジュールとしての波長多重光送信モジュール（光送信モジュール）１の構成を説明する。図１は光送信モジュール１の光学系を示す模式図であり、図２は本発明に係る光送信モジュール１の一部を示す斜視図である。光送信モジュール１の基板２には、半導体レーザ１１ａ〜１１ｄ、集光レンズ１２ａ〜１２ｄ、モニタフォトダイオード（monitor photodiode：ｍＰＤ）１３ａ〜１３ｄ、コリメートレンズ１４ａ〜１４ｄ、ミラー１７、第１、２のＷＤＭフィルタ１５，１６、波長板１８、及び、偏波合成器（Polarization Beam Combiner：ＰＢＣ）１９が搭載される。

半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）１１ａ〜１１ｄは光送信モジュール１の長軸に交差する方向に沿って順に配置されてこの長軸に沿った方向にそれぞれ信号光Ｓ１〜Ｓ４を出力する。これら信号光Ｓ１〜Ｓ４はそれぞれ異なる波長λ１〜λ４を有し、好ましくは、波長λ１〜λ４はＬＡＮＷＤＭ（Local Area Network Wavelength Division Multiplexing）の波長グリッドの何れかにそれぞれ一致している。さらに、これら波長λ１〜λ４はλ１＜λ２＜λ３＜λ４の関係を満たしていることが好ましいが、当該関係に制限されることはない。また、ＬＤ１１ａ〜１１ｄは所謂端面発光型のデバイスである。本実施形態では、ＬＤ１１ａ〜１１ｄから出力される信号光Ｓ１〜Ｓ４は、基板２と平行に偏光している。

集光レンズ１２ａ〜１２ｄは、それぞれＬＤ１１ａ〜１１ｄの出力光をコリメートレンズ１４ａ〜１４ｄの焦点に集光する。ｍＰＤ１３ａ〜１３ｄはＬＤ１１ａ〜１１ｄに対応して出射光の一部を検知するものであり、サブマウント１３０に搭載されている。例えば、サブマウント１３０は、ビームスプリッタを兼ね、ＬＤ１１ａ〜１１ｄの出射光の一部をｍＰＤ１３ａ〜１３ｄに向けて出力する。

コリメートレンズ１４ａ〜１４ｄは、ＬＤ１１ａ〜１１ｄから出射された信号光Ｓ１〜Ｓ４それぞれをコリメート光ＣＬ１〜ＣＬ４に変換して出力する。ミラー１７は、コリメートレンズ１４ａから出射されたコリメート光ＣＬ１を第１のＷＤＭフィルタ１５に向けて反射し、コリメートレンズ１４ｂから出射されたコリメート光ＣＬ２を第２のＷＤＭフィルタ１６に向けて反射する。

第１のＷＤＭフィルタ１５は、透光材（母材）５０と、光入射面であるＡＲコート５１と、波長選択フィルタ５２とを備えている。透光材５０は、主面５０ａ、主面５０ａに対向する対向面５０ｂ、及び、主面５０ａと対向面５０ｂとを接続する４つの側面５０ｃ〜５０ｆを有する。また、ＡＲコート５１は主面５０ａに形成され、波長選択フィルタ５２は対向面５０ｂに形成されている。主面５０ａは、コリメート光ＣＬ３の入射面である。また、対向面５０ｂはコリメート光ＣＬ１の入射面であるとともに、コリメート光ＣＬ５の出射面である。主面５０ａと対向面５０ｂとは、同形状であり、本実施形態ではいずれも平行四辺形状である。側面５０ｃ〜５０ｆは、いずれも主面５０ａ及び対向面５０ｂと直角をなしている。側面５０ｃ及び側面５０ｅは、互いに平行に対向している。また、側面５０ｄ及び側面５０ｆも、互いに平行に対向している。また、互いに隣接している側面５０ｃと側面５０ｆとのなす角、及び、側面５０ｄと側面５０ｅとのなす角は鋭角（例えば６５〜８５度）であり、互いに隣接している側面５０ｃと側面５０ｄとのなす角、及び、側面５０ｅと側面５０ｆとのなす角は鈍角（例えば９５〜１１５度）である。

図３は、母材１５０から切り出されたＷＤＭフィルタ１５を示す平面図である。上記のようなＷＤＭフィルタ１５は、母材１５０をダイシングすることによって形成される。母材１５０の一方面及び他方面は、主面５０ａ及び対向面５０ｂにそれぞれ対応している。すなわち、母材１５０は、透光材５０と同じ材料に予め波長選択フィルタ及びＡＲコートが形成されたものである。ダイシングを行うためのブレードは、母材１５０の一方面又は他方面に対して垂直に当てられる。ブレードによる切断面はＷＤＭフィルタ１５の側面５０ｃ〜５０ｆに相当する。図３において、ブレードによる切断線Ｌが直角以外の角度で交差することによって、互いに隣接する側面同士のなす角度が鋭角又は鈍角となる。本実施形態では、切断線Ｌが６５〜８５度の鋭角で（換言すると、切断線Ｌが９５〜１５０度の鈍角で）ダイシングされる。

再び図１，２を参照する。ＷＤＭフィルタ１５に形成された波長選択フィルタ５２は、波長λ１において高い反射率（小さい透過率）を有し、波長λ３において高い透過率（小さい反射率）を有する。そのため、第１のＷＤＭフィルタ１５は、コリメート光ＣＬ１及びコリメート光ＣＬ３の合波光であるコリメート光ＣＬ５を出力する。このコリメート光ＣＬ５は、基板２に対して平行に偏光している。

第２のＷＤＭフィルタ１６は、透光材６０と、ＡＲコート６１と、波長選択フィルタ６２とを備えている。透光材６０は、主面６０ａ、主面６０ａに対向する対向面６０ｂ、及び、主面６０ａと対向面６０ｂとを接続する４つの側面６０ｃ〜６０ｆを有する。また、ＡＲコート６１は主面６０ａに形成され、波長選択フィルタ６２は対向面６０ｂに形成されている。主面６０ａは、コリメート光ＣＬ４の入射面である。また、対向面６０ｂはコリメート光ＣＬ２の入射面であるとともに、コリメート光ＣＬ６の出射面である。主面６０ａと対向面６０ｂとは、同形状であり、本実施形態ではいずれも平行四辺形である。側面６０ｃ〜６０ｆは、いずれも主面６０ａ及び対向面６０ｂと直角をなしている。側面６０ｃ及び側面６０ｅは、互いに平行に対向している。また、側面６０ｄ及び側面６０ｆも、互いに平行に対向している。また、互いに隣接している側面６０ｃと側面６０ｆとのなす角、及び、側面６０ｄと側面６０ｅとのなす角は鋭角（例えば６５〜８５度）であり、互いに隣接している側面６０ｃと側面６０ｄとのなす角、及び、側面６０ｅと側面６０ｆとのなす角は鈍角（例えば９５〜１１５度）である。このようなＷＤＭフィルタ１６は、ＷＤＭフィルタ１５と同様に、主面と主面に平行な対向面とを備えた母材をダイシングすることによって形成される。

ＷＤＭフィルタ１６に形成された波長選択フィルタ６２は、波長λ２において大きな反射率（小さな透過率）を有し、波長λ４において大きな透過率（小さな反射率）を有する。そのため、第２のＷＤＭフィルタ１６は、コリメート光ＣＬ２及びコリメート光ＣＬ４の合波光であるコリメート光ＣＬ６を出力する。このコリメート光ＣＬ６は、基板２に対して平行に偏光している。

波長板１８は１／２波長板であり、入力光の偏光を９０度回転した偏光を有する光を出力する。すなわち、波長板１８は、コリメート光ＣＬ５を入力し、コリメート光ＣＬ５の偏光方向（図２の例では基板２の主面に平行な方向）を９０度回転させ、基板２に直交する方向に偏光したコリメート光ＣＬ７を出力する。

ＰＢＣ１９は、透光材９０と、ＡＲコート９２と、偏波分離／合成フィルタ９４と、反射膜９３とＡＲコート９５とを備えている。透光材９０は、主面９０ａ、この主面９０ａに対向する対向面９０ｂ、及び、主面９０ａと対向面９０ｂとを接続する４つの側面９０ｃ〜９０ｆを有する。ＡＲコート９２と偏波分離／合成フィルタ９４とは、主面９０ａに形成されている。また、反射膜９３とＡＲコート９５とは、対向面９０ｂに形成されている。主面９０ａは、コリメート光ＣＬ７，ＣＬ６の入射面であり、対向面９０ｂはコリメート光ＣＬ８の出射面である。主面９０ａと対向面９０ｂとは、同形状であり、本実施形態ではいずれも平行四辺形である。側面９０ｃ〜９０ｆは、いずれも主面９０ａ及び対向面９０ｂと直角をなしている。側面９０ｃ及び側面９０ｅは、互いに平行に対向している。また、側面９０ｄ及び側面９０ｆも、互いに平行に対向している。また、互いに隣接している側面９０ｃと側面９０ｆとのなす角、及び、側面９０ｄと側面９０ｅとのなす角は鋭角（例えば６５〜８５度）であり、互いに隣接している側面９０ｃと側面９０ｄとのなす角、及び、側面９０ｅと側面９０ｆとのなす角は鈍角（例えば９５〜１５０度）である。

偏波分離／合成フィルタ９４は、基板２に平行に偏光するコリメート光ＣＬ６に対して大きな透過率（等価的に小さな反射率）を有し、基板２と直交して偏光するコリメート光ＣＬ７に対して大きな反射率（等価的に小さな透過率）を有する。これにより、ＰＢＣ１９は、コリメート光ＣＬ６とコリメート光ＣＬ７とを偏波合成し、コリメート光ＣＬ８を集光レンズ８に向けて出力する。集光レンズ８は、ファイバスタブ６に保持された光ファイバ５の端面に向けてコリメート光ＣＬ８を集光する。このようなＰＢＣ１９は、ＷＤＭフィルタ１５と同様に、主面と主面に平行な対向面とを備えた母材をダイシングすることによって形成される。

以上の様に、本発明に係る光モジュールでは、半導体レーザ１１ａ〜１１ｄを出射した信号光はそれぞれコリメート光に変換された後、複数の光学部品を含む光学系により多重化されて光モジュール外に出力される。コリメート光学系では、光源から離れた位置であっても光エネルギが保持されているため、その光学特性、特に光雑音特性が迷光に大きく左右される。集束光学系では、収束点以遠では発散光になるため、遠点での迷光の影響（光雑音）は距離に依存して小さくなる。従い、コリメート光学系では迷光対策がその信号光の品質を維持する上で重要となる。

次に、図４、図５を参照しながら一形態における光学部品（ＷＤＭフィルタ、偏波合成フィルタ）に対する入射光の光路の一例について説明する。なお、図４（ａ），（ｂ）では、説明の簡単のために、ＬＤ１１ｃ、集光レンズ１２ｃ、コリメートレンズ１４ｃ及びＷＤＭフィルタ１５（ＷＤＭフィルタ３５）によって構成された光学系が示されており、更に、ＷＤＭフィルタ１５（ＷＤＭフィルタ３５）の波長選択フィルタ及びＡＲコートが省略されている。

図４（ａ）を参照して、従来例の一つについて説明する。ＷＤＭフィルタ３５は、直方体であり、主面３５ａと、主面３５ａに平行な対向面３５ｂと、主面３５ａ及び対向面３５ｂを接続する側面３５ｃとを備えている。ＷＤＭフィルタ３５の側面３５ｃは、基板に対して傾斜することなく直立している。ＬＤ１１ｃから出射された光は、コリメートレンズ１４ｃによってコリメート光ＣＬ３となり、基板に平行に進む。換言すると、コリメート光ＣＬ３は、ＷＤＭフィルタ３５の底面に平行に進行する。このコリメート光ＣＬ３は、ＷＤＭフィルタ３５の主面３５ａに入射し、ＷＤＭフィルタ３５内を伝搬する。コリメート光ＣＬ３のうちＷＤＭフィルタ３５から出射されなかった光は、対向面３５ｂ及び側面３５ｃで反射される。側面３５ｃは基板に対して直立しているため、側面３５ｃで反射された光は、入射したコリメート光ＣＬ３と同様に基板に対して平行な状態を保って進む。この光の一部は、主面３５ａから出射され、コリメート光ＣＬ３と略同じ光路を辿ってＬＤ１１ｃに向かう戻り光となる。

一方、図４（ｂ）、図５に示されるように、一形態におけるＷＤＭフィルタ１５では、コリメート光ＣＬ３のうちＷＤＭフィルタ１５から出射されなかった光は、ＷＤＭフィルタ１５内を伝搬して対向面５０ｂで反射され、さらに側面５０ｆで反射される。側面５０ｆは、基板に対向する側面５０ｅに対して鈍角に交差しているので、側面５０ｆで反射された光は、側面５０ｅから離れる方向に進む。また、コリメート光ＣＬ３の主面５０ａへの入射角によっては、ＷＤＭフィルタ１５内を反射した光が側面５０ｄで反射される。側面５０ｄは、基板に対向する側面５０ｅに対して鋭角に交差しているので、側面５０ｄで反射された光は、側面５０ｅに近付く方向に進行する。このように、側面５０ｄ又は側面５０ｆで反射された光は、基板と平行に進まないので、当該光がＬＤ１１ｃに戻ることが抑制される。

以上の構成を備える光学部品（ＷＤＭフィルタ１５，１６及びＰＢＣ１９）の効果について、ＷＤＭフィルタ１５を例として説明する。従来の製造装置では、ブレードは母材を載置するステージに対して直交して配置される。ＷＤＭフィルタ１５では、複数の側面５０ｃ〜５０ｆが、いずれも主面５０ａ及び対向面５０ｂと直角をなしている。この場合、例えば主面５０ａ（又は対向面５０ｂ）をステージに載置すると、側面５０ｃ〜５０ｆは所定の平面に対して直交することになる。そのため、従来と同様の製造設備を用いて、容易にＷＤＭフィルタ１５を作製することができる。また、基板２に対して一の側面５０ｅを底面としてＷＤＭフィルタ１５が載置されることによって、側面５０ｅに隣接する他の側面５０ｄ、５０ｆを基板２に対して傾斜して配置することができる。このように、特別な部材等を用いることなく、側面５０ｄ、５０ｆが傾斜した状態でＷＤＭフィルタ１５を基板に搭載することができる。

また、ＷＤＭフィルタ１５は４つの側面５０ｃ〜５０ｆを有しており、互いに対向する２つの側面５０ｃ及び側面５０ｅと、側面５０ｄ及び側面５０ｆとはそれぞれ平行である。このように、ＷＤＭフィルタ１５は、主面５０ａ側から見て平行四辺形である。そのため、ステージを回転制御して母材１５０の切断線Ｌを交差させてダイシングすることによってＷＤＭフィルタ１５を容易に製作することができる。

また、光学部品の主面又は対向面には、光学フィルタが形成されている。この場合、光学部品に対して所望の機能をもたせることができる。上記実施形態では、光学フィルタは一例として波長選択フィルタであり、この場合、光学部品をＷＤＭフィルタとして使用することができる。また、一例として、光学フィルタが偏波分離／合成フィルタの場合、この光学部品を偏波合成器として使用することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。例えば、図６（ａ）に示されるように、複数の側面のうち、互いに隣接する側面同士のなす角のうち少なくとも一部が鋭角又は鈍角であればよい。この例では、側面４５ｆに対して隣接する一方の側面４５ｅが鋭角をなし、隣接する他方の側面４５ｃが鈍角をなしている。また、側面４５ｆに対向する側面４５ｄは、隣接する側面４５ｃ，４５ｅに対して直交している。この場合、側面４５ｄを除く側面４５ｃ，側面４５ｅ又は側面４５ｆを底面として基板に載置される。

また、側面同士がなす角度は実施形態に限定されるものではない。図６（ｂ）に示されるように、ブレードが６５度以下の鋭角で交差して（換言すると、ブレードが１１５度以上の鈍角で交差する）母材をダイシングしてもよい。

また、各光学部品（ＷＤＭフィルタ、ＰＢＣ）が光送信モジュールに使用されている一例について説明したが、本発明はこれに限定されない。光学部品は、例えば多値変調器モジュールなど薄膜フィルタを用いて波長合波、偏波合波するモジュール全般に使用することができる。

（実施例）
基板に対する側面（ダイシング面）の角度を変化させて、ＬＤに戻る戻り光結合をシミュレーションし、結果を図７に示した。このシミュレーションでは、主面（入射面）以外の対向面及び側面における反射率を１００％とした。基板に対する側面の角度が９０度であるときの結果は、図４（ａ）に示した従来例の結果に相当する。ダイシング面の角度が８０度である場合には、戻り光結合が−２５ｄＢまで低下し、ダイシング面の角度が７５度である場合には、戻り光結合が−３１ｄＢまで低下し、ダイシング面の角度が７０度である場合には、戻り光結合が−４５ｄＢまで低下した。このように、基板に対するダイシング面の角度が９０度である場合に比べて、ダイシング面の角度を小さく設計することによって戻り光結合を低減させることができるとの結果を得た。

以上、本発明の構成を、光送信モジュール１を例にとって詳細に説明した。しかしながら、本発明はかかる光送信モジュールに限定されることはなく、光受信モジュールにも同様に適用可能である。すなわち、光受信モジュール、特に、光入力ポート直後で受信光をコリメート光に変換し、複数の光学部品を含む光学系により信号処理を行い、光受信デバイスの直線に挿入した集光レンズで、この処理された受信光を検知する光受信モジュールにおいて、たとえば、光学部品としてフィルタを含む場合には、当該フィルタの形状を本発明にかかるフィルタの外形に準拠した形状とすることにより、検知される受信光に含まれる光雑音を低下させることが可能となる。

１…光送信モジュール（光モジュール）、１５，１６…ＷＤＭフィルタ（光学部品）、５０ａ，６０ａ，９０ａ…主面、５０ｂ，６０ｂ，９０ｂ…対向面、５０ｃ〜５０ｆ、６０ｃ〜６０ｆ、９０ｃ〜９０ｆ…側面、１９…ＰＢＣ（光学部品）。

Claims (6)

1. 基板の実装面上に光学部品を搭載し、光を受信または送信する光モジュールであって、
   前記光学部品は、
   前記光が入射する主面と、前記主面に対向する対向面と、前記主面及び前記対向面を接続する複数の側面と、を備え、
   前記複数の側面は、いずれも前記主面及び前記対向面と直角をなし、
   前記複数の側面のうち、互いに隣接する側面同士のなす角が鋭角又は鈍角であり、
   前記複数の側面のうちの一つの面は、前記実装面と平行であり、
   前記主面に入射する前記光の光軸は、前記実装面に平行であり、
   前記一つの面と直角をなす前記主面は、前記光の前記光軸に対して傾斜しており、
   前記主面から入射した前記光は、少なくとも前記光学部品の内部において前記側面のうちの前記一つの面とのなす角度が鋭角又は鈍角である面で反射する、光モジュール。
2. 前記複数の側面は４面であり、互いに対向する２つの側面は互いに平行である、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記主面及び前記対向面の少なくとも一方には、光学フィルタが形成されている、請求項１又は２に記載の光モジュール。
4. 前記光学フィルタは波長選択フィルタである、請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記光学フィルタは偏波分離／合成フィルタである、請求項３に記載の光モジュール。
6. 前記光はコリメート光である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光モジュール。

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