JP6822319B2 - 波長多重光送信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、波長多重光送信モジュールに関する。

特許文献１には、光送信モジュールが開示されている。この光送信モジュールでは、発光素子の光出力が受光素子でモニタリングされる。モニタリングの結果に基づいて、発光素子から出射される光の強度は、一定となるように制御される。

特許文献１では、１つのパッケージ内に複数の発光素子および複数の受光素子が密に実装される。このような構造では、１つの受光素子にモニタリングするべき発光素子からの光以外に、他の発光素子からの漏れ光が入射される可能性がある。漏れ光が受光素子に入射されると、モニタリングするべき発光素子からの光のレベルを正確にモニタリングできない可能性がある。このため、発光素子から出射される光の強度を一定に制御することが困難となるおそれがある。そこで、特許文献１では漏れ光の影響を低減するため、遮光膜を設けている。

特開２０１６−１８１６４５号公報

光送信モジュールでは、小型化のため、発光素子の間隔を小さくする場合がある。特許文献１に示される光送信モジュールでは、発光素子の間隔を小さくすると隣接する発光素子の光出力ビームが重なる可能性がある。この場合、発光素子の光の強度を正確にモニタリングすることができず、発光素子から出射される光の強度を一定に制御することが困難となる可能性がある。

また、特許文献１では、発光素子毎にコリメートレンズを設けている。複数のコリメートレンズによって、複数の発光素子の光から複数のコリメート光がそれぞれ独立に構成される。従って、発光素子の間隔がコリメートレンズの大きさに制約される可能性がある。この場合、発光素子の間隔を、１ｍｍ以下に下げることが困難となる可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、小型化が可能な波長多重光送信モジュールを得ることを目的とする。

本発明に係る波長多重光送信モジュールは、互いに波長が異なる複数のレーザー光をそれぞれ出射する複数のレーザーと、該複数のレーザー光が入射し、該複数のレーザー光を、互いに隣接するレーザー光の間の角度が一定となるよう放射状に出射するレンズと、該レンズの光出射方向に設けられ、該複数のレーザー光を複数の透過光と、放射状に広がる複数の反射光と、にそれぞれ分岐させる分岐部と、該レンズの光出射方向に設けられ、該複数の透過光を透過させ、入射角度が大きいほど透過中心波長が短いバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの光出射方向において、該バンドパスフィルタに対して傾いて設けられ、該複数の透過光を反射させる反射面を有するミラーと、該複数の反射光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、を備え、該複数の透過光は、波長が短い透過光ほど該入射角度が大きくなるように該バンドパスフィルタに入射することで、該バンドパスフィルタを透過し、該バンドパスフィルタの光出射面に対する該反射面の傾斜角度は、該バンドパスフィルタを透過した該複数の透過光が、該光出射面と該反射面とによって反射されることで合波されるように設けられる。

本発明に係る波長多重光送信モジュールでは、レンズから複数のレーザー光が放射状に出射される。分岐部により、複数のレーザー光から複数の反射光がそれぞれ分岐される。複数の受光素子は、複数の反射光をそれぞれ受光する。ここで、複数の反射光は放射状に広がるため、互いに隣接する反射光の間隔は伝播に伴い大きくなる。このため、隣接するレーザーの間隔が小さくても、受光素子がモニタリングする反射光以外の反射光がその受光素子に入射することを抑制できる。従って、隣接するレーザーの間隔が小さくし、波長多重光送信モジュールを小型化できる。

実施の形態１に係る波長多重光送信モジュールの平面図である。 比較例に係る波長多重光送信モジュールの平面図である。 実施の形態２に係る波長多重光送信モジュールの平面図である。 実施の形態３に係る波長多重光送信モジュールの平面図である。 実施の形態４に係る波長多重光送信モジュールの平面図である。

本発明の実施の形態に係る波長多重光送信モジュールについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る波長多重光送信モジュール１００の平面図である。波長多重光送信モジュール１００は、レーザーアレイ３０を備える。レーザーアレイ３０は、複数のレーザー１２を備える。複数のレーザー１２は、互いに波長が異なる複数のレーザー光４をそれぞれ出射する。レーザーアレイ３０は、複数のレーザー１２にそれぞれ設けられた複数の導波路２を備える。導波路２はレーザー光４をレーザーアレイ３０の出射端面３２に導く。レーザーアレイ３０は、出射端面３２から複数のレーザー光４を出射する。

本実施の形態では、レーザーアレイ３０は、４つのレーザー１２を備える。各々のレーザー１２は、変調器集積ＬＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ− ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＥＭＬ）である。レーザーアレイ３０は、１つの半導体チップにモノリシック集積されたＥＭＬアレイ素子である。

レーザーアレイ３０の光出射方向には、レンズ３が設けられる。レンズ３はレーザー光４の光路上に設けられる。レンズ３はコリメートレンズである。レンズ３には、複数のレーザー光４が入射する。レンズ３は、複数のレーザー光４を放射状に出射する。レンズ３から出射された複数のレーザー光４は、互いに隣接するレーザー光４の間の角度が一定となるように広がる。

レンズ３の光出射方向には、分岐部７０が設けられる。本実施の形態では、分岐部７０はハーフミラー７１である。分岐部７０は、複数のレーザー光４を複数の透過光９４と、複数の反射光８４とにそれぞれ分岐させる。複数の反射光８４は、複数のレーザー光４がハーフミラー７１で反射されることによって得られる。複数の反射光８４は放射状に広がる。また、複数の透過光９４は、複数のレーザー光４がハーフミラー７１を透過することによって得られる。複数の透過光９４は放射状に広がる。

レンズ３の光出射方向には、バンドパスフィルタ５０が設けられる。バンドパスフィルタ５０は、ガラスブロックと、ガラスブロックの光入射面側に設けられた薄膜から構成される。薄膜は蒸着により形成される。バンドパスフィルタ５０は、複数の透過光９４を透過させる。バンドパスフィルタ５０の透過帯域幅は４ｎｍである。

バンドパスフィルタ５０の光出射方向にはミラー６０が設けられる。ミラー６０は、透過光９４の光路上に設けられる。ミラー６０は、バンドパスフィルタ５０に対して傾いて設けられる。ミラー６０は、複数の透過光９４を反射させる反射面６１を有する全反射ミラーである。バンドパスフィルタ５０とミラー６０とによって反射されることで、４つの透過光９４は合波される。

合波された透過光９４の光路上には、集光レンズ７が設けられる。集光レンズ７は、すべての透過光９４を集光する。集光レンズ７による透過光９４の集光位置には、光ファイバ８が設けられる。集光レンズ７と光ファイバ８との間には、光アイソレータ９が設けられる。光アイソレータ９は、光ファイバ８に向かう光を透過させ、逆方向の光を遮断する。光ファイバ８によって、透過光９４は外部に送信される。

波長多重光送信モジュール１００はモニタＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）アレイ８０を備える。モニタＰＤアレイ８０は、パッケージ１０の側面に沿って配置される。モニタＰＤアレイ８０は、レンズ３と分岐部７０の間において、複数の反射光８４が入射する位置に設けられる。

モニタＰＤアレイ８０は、複数の受光素子８１を備える。本実施の形態では、モニタＰＤアレイ８０は、受光素子８１を４つ備える。複数の受光素子８１は、複数の反射光８４の光路上にそれぞれ設けられる。複数の受光素子８１は、複数の反射光８４をそれぞれ受光する。複数の受光素子８１は、複数の反射光８４をそれぞれ受光するように、位置が調整されている。受光素子８１は受光面に反射光８４が入射するように配置される。

レーザーアレイ３０とレンズ３は、ペルチェ素子１１の上に設けられている。ペルチェ素子１１は、レーザーアレイ３０を冷却する。レーザーアレイ３０は、ペルチェ素子１１によって例えば４０℃に保たれる。このため、レーザー１２の発振波長が外気温度によって変動することを防止できる。

また、バンドパスフィルタ５０とミラー６０と分岐部７０は実装平板２０の上に設けられている。レーザーアレイ３０、レンズ３、バンドパスフィルタ５０、ミラー６０、分岐部７０、モニタＰＤアレイ８０、ペルチェ素子１１および実装平板２０はパッケージ１０により封止されている。レーザー１２は、パッケージ１０によりハーメチック封止される。

次に、波長多重光送信モジュール１００における複数のレーザー光４の合波方法について説明する。出射端面３２は、レンズ３の焦点位置に配置されている。このため、レンズ３から出射された４つのレーザー光４はコリメート光となる。また、複数の導波路２は、出射端面３２において等間隔に並ぶ。このため、レンズ３から放射状に出射された複数のレーザー光４のうち、互いに隣接するレーザー光４の間の角度Δθは一定となる。本実施の形態では、Δθ＝２．７６８°となる。

レンズ３とバンドパスフィルタ５０との間には、分岐部７０が設けられる。各々のレーザー光４は、分岐部７０で反射光８４と透過光９４に分岐される。４つの透過光９４は、互いに隣接する透過光９４の間の角度がΔθとなるように広がる。４つの透過光９４は、バンドパスフィルタ５０に互いに異なる入射角度θ_Ｎで入射することとなる。ここで、一般にバンドパスフィルタ５０は入射角度θ_Ｎが大きいほど透過中心波長λ_ｃが短い。バンドパスフィルタ５０の透過中心波長λ_ｃは次のように表される。

ここで、λ_ｏはバンドパスフィルタ５０への入射角度θ_Ｎが０°の場合の透過中心波長である。ｎはバンドパスフィルタ５０の実効屈折率である。

複数の透過光９４は、バンドパスフィルタ５０の光入射面５１に入射する。複数の透過光９４のバンドパスフィルタ５０への入射角度θ_Ｎは、それぞれ１８．３０６°、１５．５３７°、１２．７６９°、１０°である。入射角度θ_Ｎの間隔は、Δθ＝２．７６８°を満たす。式１から、複数の透過光９４の入射角度θ_Ｎに対する透過中心波長λ_ｃは、入射角度θ_Ｎの大きいほうから１２９５．１４ｎｍ、１３００．４８ｎｍ、１３０５．０２ｎｍ、１３０８．７１ｎｍとなる。

本実施の形態では、複数のレーザー１２の発振波長λ_Ｎは、ＬＡＮ−ＷＤＭ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）規格にて規定された波長である。複数のレーザー１２の発振波長は入射角度θ_Ｎの大きいほうからそれぞれ１２９５．５６ｎｍ、１３００．０５ｎｍ、１３０４．５８ｎｍ、１３０９．１４ｎｍである。

ここで、バンドパスフィルタ５０の透過帯域幅は、透過中心波長λ_ｃに対して±２ｎｍである。各々のレーザー１２の発振波長λ_Ｎは、各々のレーザー１２の入射角度θ_Ｎに対する透過中心波長λ_ｃから±２ｎｍの範囲に収まっている。従って、複数の透過光９４はバンドパスフィルタ５０を透過できる。本実施の形態では、複数の透過光９４は、波長が短い透過光９４ほど入射角度θ_Ｎが大きくなるようにバンドパスフィルタ５０に入射することで、バンドパスフィルタ５０を透過する。

バンドパスフィルタ５０を透過した複数の透過光９４は、バンドパスフィルタ５０の光出射面５２から出射される。光出射面５２は、バンドパスフィルタ５０において複数の透過光９４が出射される面である。光入射面５１と光出射面５２は平行である。光入射面５１は、光出射面５２と反対側の面である。

ここで、バンドパスフィルタ５０の光出射面５２に対するミラー６０の反射面６１の傾斜角度θ_ｔは、バンドパスフィルタ５０を透過した複数の透過光９４が、光出射面５２と反射面６１とによって反射されることで合波されるように設けられる。なお、傾斜角度θ_ｔは、平面視における傾斜角度である。本実施の形態では、傾斜角度θ_ｔは、角度Δθの２分の１である。つまり、θ_ｔ＝Δθ／２＝１．３８４°である。また、光出射面５２と反射面６１は実装平板２０の上面と垂直である。

透過光９４には、ミラー６０での反射により、２θ_ｔの角度変化が生じる。このため、透過光９４はミラー６０に反射されることで隣接する透過光９４と重なる。従って、複数の透過光９４は、反射面６１と光出射面５２との間で多重反射され、順次合波される。なお、複数の透過光９４のうち最も入射角度θ_Ｎが大きい透過光９４は、ミラー６０に反射されず集光レンズ７側に向かう。以上から、１本の光となった複数の透過光９４は、パッケージ１０より出射される。

パッケージ１０より出射された複数の透過光９４は、集光レンズ７により集光され、光アイソレータ９を透過して、光ファイバ８により導波される。複数の透過光９４は、シングルモードの光ファイバ８の導波モードとなる。

また、複数のレーザー光４から分岐された複数の反射光８４は、複数の受光素子８１によってそれぞれ受光される。複数の反射光８４も、互いに隣接する反射光８４の間の角度がΔθとなるように放射状に広がる。このため、モニタＰＤアレイ８０への複数の反射光８４の入射角度は、互いに異なる。各々の受光素子８１は、受光した反射光８４の強度をモニタする。これにより、各々の受光素子８１は、受光した反射光８４に対応するレーザー光４の強度をモニタする。以上から、波長多重光送信モジュール１００では、出射光のレベルがモニタされ、モニタ結果に応じて、出射光のレベルが一定になるように制御される。

図２は、比較例に係る波長多重光送信モジュール２００の平面図である。波長多重光送信モジュール２００は、複数のレーザー２１２を備える。複数のレーザー２１２は複数のレーザー光をそれぞれ出射する。複数のコリメートレンズ２０３は、複数のレーザー光から複数のコリメート光をそれぞれ構成する。

波長多重光送信モジュール２００は、ビームスプリッタ２９１を備える。ビームスプリッタ２９１により複数のコリメート光は複数の反射光と、複数の透過光とにそれぞれ分岐される。複数の反射光は、受光素子２９２によって受光される。また、複数の透過光は、ビームスプリッタ２９１から出射され、中継器２９３に入射される。中継器２９３は、複数の透過光を合波する。合波された複数の透過光は、集光レンズ２０７によって集光され、光ファイバ２０８により導波される。波長多重光送信モジュール２００は遮光膜２９０を備える。遮光幕２９０は、受光素子２９２への隣接する反射光からの漏れ光の影響を低減するため設けられている。

ここで、波長多重光送信モジュール２００では、複数のレーザー２１２の間隔を小さくすると隣接するレーザー光が重なる可能性がある。この場合、波長多重光送信モジュール２００の出射光の強度を正確にモニタすることができない可能性がある。また、波長多重光送信モジュール２００では、レーザー２１２毎にコリメートレンズ２０３を設けている。この構成では、レーザー２１２の間隔がコリメートレンズ２０３の大きさに制約される可能性がある。この場合、レーザー２１２の間隔を、１ｍｍ以下に下げることが困難となる可能性がある。

これに対し、本実施の形態では、複数のレーザー光４は、レンズ３によって放射状に出射される。複数のレーザー光４の出射角度は互いに異なる。複数のレーザー光４の伝播に伴い、互いに隣接するレーザー光４の間隔が大きくなる。複数のレーザー光４からそれぞれ分岐した複数の反射光８４では、伝播に伴い、互いに隣接する反射光８４の間隔がさらに大きくなる。

これに応じて、複数の反射光８４をそれぞれ受光する複数の受光素子８１の間隔を大きくできる。このため、各々の反射光８４に対応する受光素子８１に、隣接する反射光８４が入射することを抑制できる。ここで、反射光８４に対応する受光素子８１とは、その反射光８４を受光するための受光素子８１である。

従って、本実施の形態では、複数のレーザー１２の間隔が小さくても、各々の反射光８４に対応する受光素子８１に、隣接する反射光８４が入射することを抑制できる。従って、隣接するレーザー１２の間隔が小さくできる。このため、波長多重光送信モジュール１００を小型化できる。また、遮光幕など漏れ光を抑制する構造を省略できる。このため、波長多重光送信モジュール１００をさらに小型化できる。また、漏れ光を抑制することで、波長多重光送信モジュール１００の出射光の強度を精度良く制御できる。

また、本実施の形態では、バンドパスフィルタ５０の直前に分岐部７０が設けられる。分岐部７０とバンドパスフィルタ５０との距離は、分岐部７０とレンズ３との距離よりも短い。複数のレーザー光４がバンドパスフィルタ５０への入射直前に分岐されることで、さらに複数の反射光８４の間隔を大きくすることができる。これにより、モニタＰＤアレイ８０において、隣接する反射光８４からの漏れ光をさらに抑制できる。従って、精度良く出射光のレベルを制御できる。

また、本実施の形態では、複数のレーザー光４は、１つのレンズ３によって出射角度がそれぞれ異なる複数のコリメート光に一括変換される。このため、複数のレーザー１２の間隔がレンズ３の大きさに制約されることを防止できる。従って、複数のレーザー１２の間隔を小さくし、波長多重光送信モジュール１００を小型化できる。

また、バンドパスフィルタ５０は、複数の透過光９４の入射角度θ_Ｎの違いから、複数の透過光９４を透過させる。さらに、バンドパスフィルタ５０から出射された複数の透過光９４は、ミラー６０とバンドパスフィルタ５０による反射によって合波される。以上から、１つのレンズ３および１つのバンドパスフィルタ５０によって、互いに波長が異なる複数の透過光９４を合波できる。従って、波長多重光送信モジュール１００では、複数のレンズおよび複数のバンドパスフィルタを備える必要がなく、小型化が可能になる。

本実施の形態ではレーザーアレイ３０は、４つのレーザー１２を有する。この変形例として、レーザーアレイ３０が有するレーザー１２の数は２つ以上であれば良い。また、実装平板２０は設けられなくても良く、バンドパスフィルタ５０とミラー６０は直接パッケージ１０の実装平面上に設けられても良い。

これらの変形は以下の実施の形態に係る波長多重光送信モジュールについて適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る波長多重光送信モジュールについては実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る波長多重光送信モジュール３００の平面図である。本実施の形態では、分岐部３７０の構造が実施の形態１と異なる。分岐部３７０は、バンドパスフィルタ５０の光入射面５１である。分岐部３７０により、複数のレーザー光４は複数の透過光３９４と、複数の反射光３８４とにそれぞれ分岐される。複数の反射光３８４は、光入射面５１でのフレネル反射により複数のレーザー光４から分岐される。複数の反射光３８４は、モニタＰＤアレイ３８０に入射する。

本実施の形態では、分岐部３７０として別個に部品を設ける必要がない。このため、波長多重光送信モジュール３００の部品点数を削減できる。従って、波長多重光送信モジュール３００をさらに小型化できる。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３に係る波長多重光送信モジュール４００の平面図である。本実施の形態では、分岐部４７０の構造が実施の形態１と異なる。分岐部４７０は反射膜４５４を備える。反射膜４５４は、バンドパスフィルタ５０の光入射面５１に設けられる。分岐部４７０により、複数のレーザー光４は複数の透過光４９４と、複数の反射光４８４とにそれぞれ分岐される。複数の反射光４８４は、モニタＰＤアレイ４８０に入射する。

本実施の形態では、反射膜４５４の反射率を調節することで、モニタＰＤアレイ４８０に適切なレベルの反射光４８４を入射させることができる。従って、波長多重光送信モジュール４００の出射光のレベルを精度良くモニタできる。また、本実施の形態では分岐部４７０としてハーフミラー等を設ける必要がない。このため、波長多重光送信モジュール４００の構造を簡易化できる。従って、波長多重光送信モジュール４００をさらに小型化できる。

実施の形態５．
図５は、実施の形態４に係る波長多重光送信モジュール５００の平面図である。本実施の形態では、モニタＰＤアレイ５８０の構造が実施の形態２と異なる。実施の形態２では、モニタＰＤアレイ３８０は、パッケージ１０の側面に沿って配置された。これに対し、図５に示されるように、モニタＰＤアレイ５８０は、パッケージ１０の側面に対して傾いて設けられても良い。

本実施の形態では、モニタＰＤアレイ５８０に複数の反射光３８４が等間隔で入射するように、モニタＰＤアレイ５８０の分岐部３７０に対する傾きが設定される。この結果、複数の反射光３８４は、複数の受光素子８１に等間隔で入射する。

実施の形態２では、複数の受光素子８１は、複数の反射光３８４をそれぞれ受光するように、位置が調整されている。このとき、複数の受光素子８１の間隔は等間隔に限られない。これに対し本実施の形態では、複数の反射光３８４が等間隔でモニタＰＤアレイ５８０に入射される。このため、モニタＰＤアレイ５８０では複数の受光素子８１を等間隔に配置すれば良い。従って、モニタＰＤアレイ５８０の製造を容易にできる。

本実施の形態では、分岐部として分岐部３７０を採用しているが、分岐部７０、４７０を採用しても良い。なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。

１００、３００、４００、５００ 波長多重光送信モジュール、３ レンズ、４ レーザー光、１２ レーザー、λ_ｃ、λ_０ 透過中心波長、５０ バンドパスフィルタ、５１ 光入射面、５２ 光出射面、６０ ミラー、６１ 反射面、θ_Ｎ 入射角度、θ_ｔ 傾斜角度、Δθ 角度、７０、３７０、４７０ 分岐部、７１ ハーフミラー、８１ 受光素子、８４、３８３、４８４ 反射光、９４、３９４、４９４ 透過光、４５４ 反射膜

Claims (5)

1. 互いに波長が異なる複数のレーザー光をそれぞれ出射する複数のレーザーと、
   前記複数のレーザー光が入射し、前記複数のレーザー光を、互いに隣接するレーザー光の間の角度が一定となるよう放射状に出射するレンズと、
   前記レンズの光出射方向に設けられ、前記複数のレーザー光を複数の透過光と、放射状に広がる複数の反射光と、にそれぞれ分岐させる分岐部と、
   前記レンズの光出射方向に設けられ、前記複数の透過光を透過させ、入射角度が大きいほど透過中心波長が短いバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタの光出射方向において、前記バンドパスフィルタに対して傾いて設けられ、前記複数の透過光を反射させる反射面を有するミラーと、
   前記複数の反射光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、
   を備え、
   前記複数の透過光は、波長が短い透過光ほど前記入射角度が大きくなるように前記バンドパスフィルタに入射することで、前記バンドパスフィルタを透過し、
   前記バンドパスフィルタの光出射面に対する前記反射面の傾斜角度は、前記バンドパスフィルタを透過した前記複数の透過光が、前記光出射面と前記反射面とによって反射されることで合波されるように設けられることを特徴とする波長多重光送信モジュール。
2. 前記分岐部は、ハーフミラーであることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光送信モジュール。
3. 前記分岐部は、前記バンドパスフィルタの前記光出射面と反対側の面である光入射面であり、
   前記複数の反射光は、前記光入射面でのフレネル反射により前記複数のレーザー光から分岐されることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光送信モジュール。
4. 前記分岐部は、前記バンドパスフィルタの前記光出射面と反対側の面である光入射面に設けられた反射膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光送信モジュール。
5. 前記複数の反射光は、前記複数の受光素子に等間隔で入射することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の波長多重光送信モジュール。

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