JP7074277B2 - 光モジュールの試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムで用いられる光モジュールの試験方法に関するものである。

光通信の分野では、受信した光信号を複数の波長の光に分離して複数の受光部に入力させる光モジュールが用いられる。例えば、下記特許文献１に記載の受光装置は、受信した光信号を波長分離フィルタを用いて波長分離し、波長分離された複数の光をレンズアレイを用いて受光部に結合させる。また、下記特許文献２に記載の光送受信モジュールは、一体の光合分波器を内蔵し、複数の波長の光を合波して送信するとともに、複数の波長が合波された光を分波して受信する。

特開２０１０－１６０２１８号公報 特開２００９－１０５１０６号公報

一般に、上述した特許文献１，２等に記載の光モジュールにおいては、受信する光信号に含まれる複数の波長毎に試験光を入力することにより動作確認試験が行われる。そのため、複数の波長の光を照射可能な光源を用意する必要があり、試験用設備の構成が複雑化する。また、複数の波長の試験光の入力ごとに対応する受光部の特性評価を行う必要があり、試験工程が増大する。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、試験用設備の構成を複雑化させることなく、少ない工数で動作確認が可能な光モジュールの試験方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一側面にかかる光モジュールの試験方法は、信号光を電気信号に変換する複数の受光素子と、入力信号光を複数の波長帯域の信号光に分岐して複数の波長帯域の信号光を複数の受光素子のそれぞれに入射させる光分波器とを備える光モジュールの試験方法であって、複数の波長帯域の信号光とは所定波長離れた波長帯域の試験光を光分波器から複数のバンドパスフィルタ素子に入射させ、複数のバンドパスフィルタ素子それぞれに対応した複数の受光素子それぞれに試験光を入力し、かつ、複数の受光素子から出力されたそれぞれの電気信号を取得し、それぞれの電気信号を基に、複数の受光素子ごとの変換特性値を取得する。

本発明の一側面によれば、試験用設備の構成を複雑化させることなく、少ない工数で動作確認を行うことができる。

本発明の実施形態にかかる試験方法の対象である光受信モジュール１０を側面から見た断面図である。 図１の光分波器３１の概略構成及びその機能を説明するための平面図である。 図１の受光素子３４とプリアンプ回路３５との接続構成を示す概略構成図である。 本実施形態の光モジュールの試験方法を実施するための試験システムの構成を示す図である。 本実施形態の光モジュールの試験方法の手順を示すフローチャートである。

本発明の一側面に係る光モジュールの試験方法は、信号光を電気信号に変換する複数の受光素子と、入力信号光を複数の波長帯域の信号光に分岐して複数の波長帯域の信号光を複数の受光素子のそれぞれに入射させるフィルタ素子とを備える光モジュールの試験方法であって、複数の波長帯域とは異なる波長帯域の試験光をフィルタ素子に入射させ、試験光の入力に応じて複数の受光素子から出力されたそれぞれの電気信号を取得し、それぞれの電気信号を基に、複数の受光素子ごとの変換特性値を取得する。

かかる光モジュールの試験方法によれば、入力信号光に含まれる複数の波長成分とは異なる波長帯域の試験光を用いて複数の受光素子からの電気信号が取得され、それらの電気信号を基に複数の受光素子の変換特性値が取得される。これにより、複数の波長帯域の試験光毎の特性評価が不要にされるので、試験用設備の構成を複雑化させることなく、少ない工数で複数の受光素子の動作確認が可能とされる。

上記光モジュールの試験方法においては、１３００ｎｍ帯の波長帯域の信号光を複数の受光素子に入射させるフィルタ素子を用い、試験光として１５５０ｎｍ帯の光をフィルタ素子に入射させていてもよい。この場合、試験光をフィルタ素子を介して複数の受光素子に効率的に入射させることができる。その結果、複数の受光素子の特性評価を効率的に実行できる。

また、変換特性値としてトランスインピーダンス利得を取得してもよい。こうすれば、複数の受光素子とそれらの後段に接続された回路部とを含めた特性評価が一度に実現できる。

また、試験光として複数の波長帯域の中心波長から２００ｎｍ以上離れた中心波長の波長帯域の光を入射させてもよい。この場合、試験光をフィルタ素子を介して複数の受光素子にさらに効率的に入射させることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一側面にかかる光モジュールの試験方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、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。
（光モジュールの構成）

まず、本実施形態の対象となる光モジュールの構成について説明する。

図１は、光受信モジュール１０を側面から見た断面図である。この光受信モジュール１０は、光ファイバが接続されるレセプタクル部１１と受光素子等の光学部品等が収容されるパッケージ部１２と、外部回路との電気的接続のための端子部１３とを備えて構成される。パッケージ部１２は、熱伝導性の高い金属材料が矩形状の箱型に形成されたものであり、内部に後述する受光素子等の光学部品等を密封状態で搭載して構成される。端子部１３は、例えば、複数のセラミック基板を積層して形成され、パッケージ部１２のパッケージ筐体２０の端部に嵌め込まれた状態で設けられ、そのパッケージ筐体２０の反対側の端部には外部と電気的に接続するための電極が形成されている。

パッケージ部１２の内部には、位置決めブロック４０が固定されている。この位置決めブロック４０に、レセプタクル部１１を経由して光ファイバからパッケージ部１２内に入射された入力信号光を異なる波長帯域の複数の信号光に分岐する光分波器（フィルタ素子）３１と、この分岐された複数の信号光（以下、「分波信号光」という）を反射させるプリズム等で形成された反射器３２と、この反射器３２で反射された複数の分波信号光を図示しないレンズを介してそれぞれ受光するフォトダイオード等の受光素子３４とが搭載されている。光分波器３１による信号光の分岐数及び受光素子３４の個数は特定数には限定されないが、本実施形態では４つとされている。さらに、パッケージ部１２の内部には、複数の受光素子３４に隣接してプリアンプ回路３５が収容されている。このプリアンプ回路３５は、複数の受光素子３４及び端子部１３に電気的に接続され、それぞれの受光素子３４から出力された電流信号（電気信号）を電圧信号に変換して端子部１３を介して外部に出力する。

図２は、光分波器３１の概略構成及びその機能を説明するための平面図である。図２に示す光分波器３１は、受光素子３４である４つのフォトダイオード（以下、「ＰＤ」という。）３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに対して４つの波長帯域の分波信号光のそれぞれを分岐して入射させる機能を有する。具体的には、光分波器３１は、入力信号光Ｌ_１の入射面４１に沿って配置されたミラー４２と、４つの分波信号光Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂ，Ｌ_２ｃ，Ｌ_２ｄの出射面４３に沿って配置された４つのバンドパスフィルタ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄとを備えて構成される。

バンドパスフィルタ４４ａは、入力信号光Ｌ_１の入射光路上に配置され、入力信号光Ｌ_１のうちの第１の波長帯域λ_１の分波信号光Ｌ_２ａを透過させて出射面４３から出力させ、入力信号光Ｌ_１のうちの第１の波長帯域λ_１以外の成分の信号光Ｌ_１ａを入射面４１上のミラー４２に向けて反射させる。バンドパスフィルタ４４ｂは、ミラー４２によって反射された信号光Ｌ_１ａの光路上に配置され、信号光Ｌ_１ａのうちの第２の波長帯域λ_２の分波信号光Ｌ_２ｂを透過させて出射面４３から出力させ、信号光Ｌ_１ａのうちの第２の波長帯域λ_２以外の成分の信号光Ｌ_１ｂを入射面４１上のミラー４２に向けて反射させる。バンドパスフィルタ４４ｃは、ミラー４２によって反射された信号光Ｌ_１ｂの光路上に配置され、信号光Ｌ_１ｂのうちの第３の波長帯域λ_３の分波信号光Ｌ_２ｃを透過させて出射面４３から出力させ、信号光Ｌ_１ｂのうちの第３の波長帯域λ_３以外の成分の信号光Ｌ_１ｃを入射面４１上のミラー４２に向けて反射させる。バンドパスフィルタ４４ｄは、ミラー４２によって反射された信号光Ｌ_１ｃの光路上に配置され、信号光Ｌ_１ｃのうちの第４の波長帯域λ_４の分波信号光Ｌ_２ｄを透過させて出射面４３から出力させる。バンドパスフィルタ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを透過した分波信号光Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂ，Ｌ_２ｃ，Ｌ_２ｄは、それぞれ、反射器３２及び図示しないレンズを介してＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに入射する。

上記構成の光分波器３１によって入力信号光Ｌ_１から分岐された分波信号光Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂ，Ｌ_２ｃ，Ｌ_２ｄは、それぞれ、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄによって受光されて電流信号（電気信号）に変換される。ここで、光分波器３１における分岐可能な波長帯域λ_１，λ_２、λ_３、λ_４に関する特性値、及びＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄにおける受光可能な波長帯域λ_１，λ_２、λ_３、λ_４に関する特性値は、光通信に使用される波長帯に応じて様々な値に設定され得る。例えば、都市間を結ぶ基幹系の光通信ネットワーク用では１５５０ｎｍ帯の波長帯に設定され、この基幹系から枝分かれした支線系の光通信ネットワーク用では、１３００ｎｍ帯の波長帯に設定される。支線系の光通信ネットワークの規格としては、ＬＡＮ－ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）とＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing）の２つの規格が存在し、それらの規格に応じて波長帯域λ_１，λ_２，λ_３，λ_４に関する特性値が設定される。例えば、ＬＡＮ－ＷＤＭの規格に対応して、波長帯域λ_１が1294.53nm～1296.59nmの範囲を含むように設定され、波長帯域λ_２が1299.02nm～1301.09nmの範囲を含むように設定され、波長帯域λ_３が1303.54nm～1305.63nmの範囲を含むように設定され、波長帯域λ_４が1308.09nm～1310.19nmの範囲を含むように設定される。ＣＷＤＭの規格に対応した構成の場合は、波長帯域λ_１が1264.5nm～1277.5nmの範囲を含むように設定され、波長帯域λ_２が1284.5nm～1297.5nmの範囲を含むように設定され、波長帯域λ_３が1304.5nm～1317.5nmの範囲を含むように設定され、波長帯域λ_４が1324.5nm～1337.5nmの範囲を含むように設定される。

図３は、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄとプリアンプ回路３５との接続構成を示す概略構成図である。プリアンプ回路３５には、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに対応して４つのトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Trans-Impedance Amplifier）回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが内蔵されている。ＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄにおいては、それぞれの入力端子がＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのアノードに電気的に接続され、それぞれの出力端子が端子部１３に繋がる外部出力用端子４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄに電気的に接続されている。さらに、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのそれぞれのカソードは、プリアンプ回路３５を経由して端子部１３に繋がる電源供給用端子４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄに電気的に接続されている。

このような構成により、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのそれぞれにおいては、端子部１３を介して電源供給用端子４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄに外部から電源電圧が供給されることによりアノード－カソード間に逆バイアスが印加される。また、ＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄそれぞれにおいては、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄにおいて分波信号光Ｌ_２ａ，Ｌ_２ｂ，Ｌ_２ｃ，Ｌ_２ｄの受光に応じて生成された電流信号が入力されることにより、その電流信号が電圧信号に変換されて外部出力用端子４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ及び端子部１３を経由して外部に出力される。
（光モジュールの試験方法）

次に、本実施形態にかかる光モジュールの試験方法の詳細について説明する。図４には、本実施形態の光モジュールの試験方法を実施するための試験システムの構成を示している。この試験システム６０は、光源装置６１、電圧測定装置６２、及び電源装置６３を含んでいる。光源装置６１は、図示しない光ファイバを介して光受信モジュール１０に試験光を入射させる装置である。この光源装置６１の生成する試験光の波長帯域は、光受信モジュール１０で使用される入力信号光に含まれる波長帯域λ_１，λ_２，λ_３，λ_４とは異なる波長帯域であり、例えば、波長帯域λ_１，λ_２，λ_３，λ_４の中心波長から２００ｎｍ以上離れた中心波長の波長帯域に設定されることが好適である。さらに具体的には、波長帯域λ_１，λ_２，λ_３，λ_４がＬＡＮ－ＷＤＭ、ＣＷＤＭの規格に対応した１３００ｎｍ帯の場合には試験光の波長帯域が１５５０ｎｍ帯の波長帯域であることが好適である例えば、１５３０～１５７０ｎｍの波長帯域が用いられる。電圧測定装置６２は、光受信モジュール１０の端子部１３（図１）を介してプリアンプ回路３５のＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに接続され、ＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄから試験光の入射に応じて出力される電圧信号を測定するための装置である。電源装置６３は、端子部１３を介して光受信モジュール１０内のＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに逆バイアス電圧を供給するための装置であり、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのそれぞれのカソード－アノード間に流れる電流も測定可能に構成されている。

以下、上記の試験システム６０を用いた光受信モジュール１０の試験方法について詳述する。図５は、光受信モジュール１０の試験方法の手順を示すフローチャートである。

まず、試験システム６０に試験の基準となる光受信モジュールを組み込み、試験対象となる光受信モジュール１０の試験時と同じ条件で試験光の入射、ＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄから出力された電圧信号の測定、及びＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電流の測定を行う。その結果、コンピュータ装置等の計算機において、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ毎の下記の基準値のデータを取得し格納しておく（ステップＳ０１）。
ＲＬ：ＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ毎の負荷抵抗［Ω］、
Ｖｒｅｆ：ＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ毎の出力電圧のゲイン［ｄＢｍ］、
Ｉｒｅｆ：ＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ毎の入力電流［ｍＡ］
なお、入力電流Ｉｒｅｆは、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電流として測定でき、負荷抵抗ＲＬは、ＴＩＡ回路の出力電圧及び入力電流Ｉｒｅｆから決定できる。例えば、入力電流Ｉｒｅｆが１００μＡのときの出力電圧Ｖｒｅｆを測定し、負荷抵抗ＲＬを計算しておくことができる。

次に、試験対象の光受信モジュール１０を試験システム６０に組み込む（ステップＳ０２）。さらに、試験システム６０から光受信モジュール１０内の光分波器３１への試験光の入射を開始させる。そして、試験光の入射に応じて光受信モジュール１０のＴＩＡ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄのそれぞれから出力された電圧信号の値、及びＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのそれぞれの出力電流の値を取得する（ステップＳ０３）。

その後、計算機を用いて、測定された電圧信号、出力電流、及び格納されている基準値を基に、下記式によりＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ毎の変換特性値Ｚｔを取得する（ステップＳ０４）。
Ｚｔ＝ＲＬ×１０^{（Ｖｏｕｔ－Ｖｒｅｆ）／２０}×Ｉｒｅｆ／ＩＲ
ここで、ＩＲは、ＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電流によって決まるＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ毎の入力電流［ｍＡ］であり、Ｖｏｕｔは、ＴＩＡ回路４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ毎の出力電圧のゲイン［ｄＢｍ］である。この式により、変換特性値ＺｔとしてＴＩＡ回路における入力電流から出力電圧への変換利得であるトランスインピーダンス利得が取得される。最後に、取得したＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ毎の変換特性値Ｚｔのデータを計算機に格納する（ステップＳ０５）。

以上説明した光モジュールの試験方法によれば、入力信号光に含まれる４つ波長帯域λ_１，λ_２，λ_３，λ_４とは異なる波長帯域の試験光を用いて４つのＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電流から変換された電圧信号が取得され、それらの電圧信号を基に４つのＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ毎の変換特性値が取得される。これにより、複数の波長帯域の試験光毎の特性評価が不要にされるので、試験用設備の構成を複雑化させることなく、少ない工数で複数の受光素子の動作確認が可能とされる。

従来の光モジュールに内蔵される受光素子はＰＤのみの構成であったが、近年では、高機能化、小型化、集積化の要請により、ＰＤの後段のＩＣ部品およびＰＤの前段の光学部品を一体化した光モジュールが主流となっている。そのため、光モジュールの特性評価や組み立て後の検査も複雑化しその制約も増加している。例えば、本実施形態の光受信モジュール１０のように４波長信号が多重された入力信号光を受信するデバイスは、内部に光分波器を内蔵しており、特定の波長帯域の光のみが分波されＰＤに入射されるように構成されている。このような構成の光受信モジュールは、既存の試験用設備を用いて特性評価を行うことが困難な場合がある。具体的には、ＰＤの後段のＴＩＡ回路の利得を測定する際に、試験用設備に含まれる光源の発光波長を入力信号光に含まれる複数の波長帯域に試験のたびに一致させる必要がある。そのため、試験用設備に波長可変光源等の追加が必要となるほか、波長可変光源からの光を基に変調信号を生成可能なように試験用設備の改造を行う必要がある。その結果、試験用設備の高機能化が要求される。さらには、複数のＰＤ毎の特性評価を行うためには複数の波長帯域の試験光を用いて複数回の特性評価が必要となり、試験工数が増大する傾向にある。

その一方で、本実施形態の試験方法では、入力信号光に含まれる波長帯域から所定波長離れた波長帯域の試験光を光受信モジュール１０内の光分波器３１に入射させて特性評価を行っている。このような試験光を入射させることにより、光分波器３１内のバンドパスフィルタ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄが、入射面４１側から入射又は反射された試験光を一度にそれぞれのＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに向けて透過させると想定される。これは、バンドパスフィルタ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄが、試験光の波長帯域を透過させる特性を有するためである。具体的には、０ｄＢｍ以上の光入力パワーに設定すれば光分波器の減衰量が例えば３０ｄＢ程度であるので数１０ｍＡのＰＤ出力電流が得られ、小入力パワー時の特性評価が可能とされる。これにより、本実施形態では、波長可変光源を必要とせず、従来の試験用設備に相当する構成での試験が可能である。さらには、複数の波長帯域の試験光を用いた複数回の特性評価は必要とされず、一度に複数のＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに対応した特性の評価が可能である。

また、本実施形態の試験方法においては、１３００ｎｍ帯の波長帯域の信号光を４つのＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに入射させる光分波器３１を用い、試験光として１５５０ｎｍ帯の光を光分波器３１に入射させている。この場合、試験光を光分波器３１を介して４つのＰＤ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに効率的に入射させることができる。その結果、複数のＰＤの特性評価を効率的に実行できる。また、変換特性値としてトランスインピーダンス利得を取得しているので、複数のＰＤとそれらの後段に接続されたＴＩＡ回路とを含めた特性評価が一度に実現できる。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１０…光受信モジュール、３１…光分波器（フィルタ素子）、３４，３４ａ～３４ｄ…フォトダイオード（受光素子）、３５…プリアンプ回路、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ…バンドパスフィルタ、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ…トランスインピーダンスアンプ回路。

Claims (2)

1. 複数の出力端から異なる透過波長帯域の出力をなす光分波器と、前記複数の出力端に対応して光結合する複数の受光素子とを備える光モジュールの試験方法において、
   前記透過波長帯域の何れとも異なる波長の単一の試験光を前記光モジュールに入力し、前記複数の受光素子から出力されたそれぞれの電気信号を取得し、
   前記それぞれの電気信号を基に、前記複数の受光素子ごとの変換特性値を取得する、
   光モジュールの試験方法。
2. 前記異なる透過波長帯域は、１３００ｎｍ帯の複数の波長帯域であり、前記試験光は１５５０ｎｍ帯である、
   請求項１記載の光モジュールの試験方法。

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