JPH03104286A

JPH03104286A - Ａｐｄ受光装置

Info

Publication number: JPH03104286A
Application number: JP1240871A
Authority: JP
Inventors: ▲ちょ▼野　三郎; Saburou Asano; Tetsushi Higaki; 檜垣　哲史
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1991-05-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】概要ＡＰＤ受光装置に関し、ＡＰＤの増倍率を固定したままで入力信号レベルにかか
わらず出力信号レベルを一定に保つことのできるＡＰＤ
受光装置を提供することを目的とし、ステム上にＡＰＤチップを搭載し、透光窓を有するキャ
ップを該ステム上に固着してＡＰＤチップを密封したＡ
ＰＤ受光装置において、前記ステムを貫通して一対の電
極端子を設け、ＡＰＤチップとキャップの透光窓との間
に電気光学結晶から形成されたプリズムを前記電極端子
により固定して構或する。

産業上の利用分野本発明はアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）受
光装置に関する。

光通信システムに使用される受光装置は、例えば、光フ
ァイバからの光ビームを集光レンズにより集光し、その
集光部に受光素子の受光面を配設して構或され、光ファ
イバから出力される光信号を受光素子によって電気信号
に変換するようにしている。受光素子としては、例えば
、増倍率が可変のアバランシェ・フォトダイオード（Ａ
ＰＤ）が用いられる。

一般的に光ファイバ中を伝送された信号光は光ファイバ
の距離によって減衰し、光ファイバの出射端からの出力
レベルは伝送距離に応じて変化する。一方、受光装置は
入力信号光のレベルによらず汎用的に適用され、受光装
置により光一電気変換された出力信号は入力信号光のレ
ベルによらず一定であることが望ましい。また、光ファ
イバ中を伝送される信号光は時間的にもレベル変動を受
けるが、受光装置の出力信号レベルは入力信号のレベル
変動によらず一定であることが望ましい。

従来の技術受光装置にＡＰＤを採用したＡＰＤ受光装置では、従来
はＡＰＤの増倍率を可変とすることで、ＡＰＤ受光装置
からの出力信号レベルを一定となるように制御していた
（例えば、特公昭４６−３６８０４号参照）。ＡＰＤは
光励起により光電流をアバランシェ効果で増幅し、微弱
な光でも高感度に検出できるようにした半導体受光素子
であり、ＡＰＤの増倍率は逆バイアスの増加とともに増
大する。

発明が解決しようとする課題ＡＰＤは高電界での電子及び正孔の加速を行っているの
で、応答速度は数ＧＨｚと極めて高速である。しかし、
ＡＰＤの周波数応答特性は増倍率に依存しており、ある
所定の増倍率で周波数応答特性が最大となる。このため
ＡＰＤの増倍率を可変とすることにより出力信号レベル
を一定とする従来の制御方法では、入力信号レベルに依
存してＡＰＤの周波数応答特性が劣化するという問題が
あった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、ＡＰＤの増倍率を固定したまま
で入力信号レベルにかかわらず出力信号レベルを一定に
保つことのできるＡＰＤ受光装置を提供することである
。

課題を解決するための手段第１図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の原理を示す模式図で
ある。第１図（Ａ＞に示される本発明のＡＰＤ受光装置
では、ＡＰＤチップ１への入射光ビーム２の入射光路中
に電気光学結晶から形成されたプリズム３が挿入されて
いる。プリズム３には紙面に垂直方向の電界Ｅが印加さ
れうる構戊となっている。

また、第１図（Ｂ）に示されるＡＰＤ受光装置では、Ａ
ＰＤチップ１への入射光ビーム２の入射光路中に電気光
学結晶から形戊された平板４が所定角度θ傾いて挿入さ
れている。平板４には紙面に垂直方向の電界Ｅが印加さ
れうる構戒となっている。

作　　　用第ｌ図（Ａ）に示した構或では、入射光ピーム２はプリ
ズム３通過後、プリズム３の頂角αとプリズムの屈折率
による角度θだけ曲げられ、ＡＰＤチップ１に入射する
。電気光学結晶から形成されたプリズム３に紙面に垂直
方向の電界Ｅを印加すると、電界強度に比例してプリズ
ム３の屈折率がポッケレス効果により変化するため、入
射光ビーム２の一部が破線で示すようにＡＰＤチップ１
からはずれるので、ＡＰＤチップ１への入力信号レベル
が低下する。

このため、比較的入力信号レベルが低い状態のとき、電
界Ｅを印加しないプリズム３により曲げられた入射光ビ
ーム２がＡＰＤチップ１の受光面の概略中心に入射する
ように設定しておけば、人力信号レベルが上昇した場合
にはこれを光パワーメータ等で検知し、プリズム３に人
力信号レベル上昇分に応じた電界Ｅを印加することによ
り、ブリズム３により入射光ビームの光路を曲げてＡＰ
Ｄチップ１への入力信号レベルを低下させ、ＡＰＤチッ
プｌからの出力信号レベルを概略一定に保つことができ
る。

また、第１図（Ｂ）に示した構戊では、入射光ビーム２
は電気光学結晶から形成された平板４を通過した後、平
板４の傾きθと平板の屈折率に従って平行ずれし、ＡＰ
Ｄチップ１に入射する。平板４に紙面に垂直方向の電界
Ｅを印加すると、電界強度に比例して平板４の屈折率が
ポッケレス効果により変化するため、光ビームの平行ず
れ量はΔ変化し、入射光ビーム２の一部がＡＰＤチップ
１から外れるので、ＡＰＤチップ１への入力信号レベル
が低下する。

実施例以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第２図は本発明の実施例に係るＡＰＤパッケージの断面
図であり、第３図はキャップを破断した状態の第２図に
示した実施例の斜視図である。１０はＡＰＤパッケージ
のステムであり、例えばコバール等から形成されている
。ステム１０には一体的にチップ搭載部１０ａが形成さ
れており、チップ搭載部１０ａ上にＡＰＤチップ１１が
ボンディングされている。ステム１０を貫通してＡＰＤ
チップ用の２本の電極端子１２．１３が設けられており
、電極端子１２．１３とステム１０との間は絶縁材１４
で絶縁されている。電極１２とステム１０のチップ搭載
部１０ａとの間はボンディングワイヤ１５で接続されて
いるとともに、電極１３とＡＰＤチップ１１のパッド部
とはボンディングワイヤ１６で接続されている。

１７はコバール等から形成されたキャップであり、その
頂部にガラス等から形成された透光窓１８が設けられて
いる。キャップ１７はプロジェクション溶接でステム１
０に溶接されており、キャップ内の気密を保つようにし
ている。

ＡＰＤチップ１１と透光窓１８との間には、側面２０ａ
がメタライズされた例えばＬ　ｉＮ　ｂ　Ｏ　ｘ等の電
気光学結晶から形成されたプリズム２０が設けられてお
り、プリズム２０のメタライズされた側面２０ａと電極
端子２１．２２が半田付けにより固定され、プリズム２
０が電極端子２１．２２により保持されている。電極端
子２１．２２はステム１０を貫通して設けられており、
電極端子２１．２２とステム１０との間は絶縁材１４で
絶縁されている。

しかして、光ファイバ等により伝送されてきた入力信号
光はキャップ１７の透光窓１８を介して入射し、プリズ
ム２１を透過後ＡＰＤチップ１１に結合する。ＡＰＤチ
ップ１１で光一電気変換された信号は端子１２．１３よ
り取り出される。このとき、端子２１．２２を介してプ
リズム２０に電界を印加すると、その印加強度に応じて
入射光の光路はプリズム２０により曲げられ、ＡＰＤチ
ップ１１に入射する入射光の光結合効率が変化する。し
たがって、電極端子１２．１３から取り出される出力信
号レベルが変化する。

本実施例によれば、透光窓１８を通して入射する信号光
のレベルが高いときには、プリズム２０に印加する電界
を大きくしてＡＰＤチップ１１上での入射光の光結合効
率を悪化させるように制御しているため、ＡＰＤチップ
１１の増倍率を変化させずに固定したままで、ＡＰＤチ
ップ１１の出力信号レベルを概略一定に保つことができ
る。透光窓１８に入射する入力信号光のレベルの検出は
、例えば光パワーメータ等により行うことができる。

次に第４図乃至第６図を参照して本発明の第２実施例に
ついて説明する。本実施例の説明において、第２図及び
第３図に示した実施例と実質上同一構成部分については
同一符号を付して説明する。

ステム１０のチップ搭載部１０ａ上にはＡＰＤチップ１
１がボンディングされており、ＡＰＤチップ１１は上述
した実施例と同様に電極端子１２．１３に接続されてい
る。２７はコバール等から形成されたキャップであり、
その頂部に透光窓として作用する開口部２７ａが設けら
れている。開口部２７ａは第５図に示すように円形をし
ており、キャップ２７の開口部２７ａの内側には第６図
に示すように傾斜面３５が形成されている。この傾斜面
３５には側面２０ａ及び第５図にハッチングにより示さ
れている上面の一部２０ｂがメタライズされた電気光学
結晶から形成されたプリズム２０が蝋付け等で気密固定
されている。第６図でプリズム２０を開口部２７Ｈの傾
斜面に固定しているのは、プリズム２０での反射光がも
との光路に帰還するのを防止するためである。

キャップ２７の内周面には一様に絶縁層２８が形成され
ており、この絶縁層２８上に一対の導体パターン２９．
３０が形成されている。各導体パターン２９．３０の一
端はプリズム２０のメタライズされた側面２０ａに接続
されているとともに、その他端には電極端子３３．３４
が半田付け等により固定されている。

３２はその外周面に絶縁層３ｌの形成された円筒状キャ
ップ支持部材であり、同じくコバール等から形成されて
いる。キャップ支持部材３２上の絶縁層３１とキャップ
２７の内周面に形成された絶縁層２８とクは一対の導体
パターン２９．３０を間に挟んで接着剤等により接着さ
れている。円筒状キャップ支持部材３２とステム１０と
はプロジェクション溶接で固定されてＡＰＤチップ１１
の気密が保たれている。

しかして、入力信号光はキャップ２７の透光窓として作
用する開口ｍ２Ｔａより入射し、プリズム２０を透過後
ＡＰＤチップ１１に結合し、ＡＰＤチップ１１で光一電
気変換されて電気信号として電極端子１２．１３より取
り出される。このとき、電極端子３３．３４間に電圧を
印加すると、その印加強度に応じて入射光のＡＰＤチッ
プ１１での光結合効率が変化し、したがって電極端子１
２．１３から取り出されるＡＰＤチップ１１の出力信号
レベルを変化させることができる。

第７図は上述した第２実施例の変形例に使用するプリズ
ム形状を示している。即ち、電気光学結晶から形成され
たプリズム３６はＶ溝３７により２個の小プリズム３６
ａ．３６ｂに分割されている。このようにプリズム３６
を２個の小プリズム３６ａ．３６ｂに分割したことによ
り、比較的低電圧で大きな光路変化を起こさせることが
でき、ＡＰＤチップ１１の出力信号レベルの制御を比較
的低電圧で達威することができる。この原理を第８図を
用いて説明する。

第８図において、電気光学結晶から形成された同型の小
プリズム３８．３９が並列に配置され、４０部分で接着
されている。小プリズム３８．３９に紙面に垂直方向に
電界Ｅを印加すると、電界強度に比例してプリズム３８
．３９の屈折率がポッケレス効果により変化するため、
プリズム３８からの出射光線はΔθ′だけ出射角度が変
化し、プリズム３９からの出射光線はΔθだけ出射角度
が変化する。プリズム３９からの出射角度の変化Δθは
プリズム３８からの出射角度の変化Δθ′よりも大きく
なっており、同型のプリズムを複数個並列にはり付ける
ことにより、同じ屈折率変化では最終的な出射角の変化
Δθを大きくとることができる。このことから逆に、同
じ光路変化を生じさせるために必要な印加電圧は小さく
て良いことが理解される。

このように、プリズムにＶ溝を切り込んで複数個の小プ
リズムに分割したり、或いは複数個の小プリズムを並列
にはり合わせることにより、低電圧で大きな光路変化を
生じさせることができる。

第９図は本発明の第３実施例断面図を示している。環状
部材４１上にＡＰＤチップ１１を搭載し、部材４２を環
状部材４１にレーザ溶接することによりＡＰＤチップ１
１を環状部材４１と部材４２で挟み込んで固定している
。ハウジング４３の中央穴４３ａ中にＡＰＤチップ１１
を搭載した環状部材４１を挿入し、レーザ溶接で固定す
る。ノ１ウジング４３の段差部４４には電気光学結晶か
ら形成されたプリズム２０がボンディングされており、
プリズム２０の側面にはメタライズ部２０ａが形成され
ている。ハウジング４３には絶縁部材４５を介して一対
の電極端子４６が貫通して設けられており、この電極端
子４６はリード線４７によりプリズム２０のメタライズ
部２０Ｈに接続されている。

４８はフランジ４８ａを有するフランジ部材であり、こ
のフランジ部材４８にはテーパ先球ファイバ４９が固定
されたフェルール５０が取り付けられている。ハウジン
グ４３とフランジ部材４８のすり合わせによりＸ−Ｙ軸
の調整が可能であり、環状部材４ｌのハウジング４３に
対する固定位置を調整することにより、Ｚ軸方向のフォ
ーカス調整が可能である。

然して、テーパ先球ファイバ４９より入射した入力信号
光は、プリズム２０を透過後ＡＰＤチップ１１に結合し
、ＡＰＤチップ１１で光〜電気変換されて電気信号とし
て電極端子１２．１３より取り出される。このとき、電
極端子４６．４６間に電圧を印加すると、その印加強度
に応じて入射光のＡＰＤチップ１１での光結合効率が変
化し、従って電極端子１２．１３から取り出されるＡＰ
Ｄチップ１１の出力信号レベルを変化させることができ
る。

次に第１０図及び第１１図を参照して本発明の第４実施
例について説明する。第１０図は第４実施例の一部断面
平面図であり、第１１図は第ｌ０図を紙面に垂直な平面
で切った側面断面図である。

保持部材５１上にＡＰＤチップ１１が搭載されており、
保持部材５１はレーザ溶接によりハウジング５２に固定
されている。このハウジング５２にはファイバアセンブ
リ５３がレーヂ溶接により固定されている。ファイバア
センブリ５３はスリーブ５４内に球レンズ５５を圧人し
、光ファイバの挿入されたフェルール５６をレーザ溶接
により固定して構戒されている。

ハウジング５２には入射光路に対して垂直な状態から所
定角度傾斜した段差部５７が設けられており、この段差
部５７に電気光学結晶から形成された平板５゛８がボン
ディングされてぃる（第１１図参照）。平板５８の側面
にはメタライズ部５８ａが形成されており、このメタラ
イズ部５８ａにハウジング５２を貫通して設けられた電
極端子５９．６０が接続されている。

然して、光ファイバから出射し球レンズ５５を透過した
入射光は、平板５８を透過後ＡＰＤチップ１１に結合し
、ＡＰＤチップ１１で光一電気変換されて電気信号とし
て電極端子１２．１３より取り出される。このとき、電
極端子５９．６０間に電圧を印加すると、その印加強度
に応じて入射光の光路は平行ずれを起こし、入射光のＡ
ＰＤチップ１１での光結合効率が変化する。従って、電
極端子１２．１３から取り出されるＡＰＤチップ１１の
出力信号レベルを変化させることができる。

発明の効果本発明のＡＰＤ受光装置は以上詳述したように構或した
ので、入力信号レベルによらず出力信号レベルを常に一
定に保つことができるため、高速応答特性の良いＡＰＤ
受光装置を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す模式図、第２図は本発明の実施例断面図、第３図はキャップを破断した状態の実施例斜視図、第４図は第２実施例の一部断面正面図、第５図は第４図
の破断平面図、第６図はキャップの開口部断面図、第７図はＶ溝付プリズムを採用したキャップの開口部断
面図、第８図は複数の小プリズムを並列に接合したときの作用
説明図、第９図は本発明の第３実施例断面図、第１０図は本発明の第４実施例の一部断面平面図、第１１図は第１０図を紙面に垂直な平面で切断した側面
断面図である。１，１１・・・ＡＰＤチップ、３，２０・・・電気光学結晶プリズム、１０・・・ステ
ム、１７．２７・・・キャップ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ステム（１０）上にＡＰＤチップ（１１）を搭載
し、透光窓（１８）を有するキャップ（１７）を該ステ
ム（１０）上に固着してＡＰＤチップ（１１）を密封し
たＡＰＤ受光装置において、前記ステム（１０）を貫通して一対の電極端子（２１、
２２）を設け、ＡＰＤチップ（１１）とキャップ（１７）の透光窓（１
８）との間に電気光学結晶から形成されたプリズム（２
０）を前記電極端子（２１、２２）により固定して設け
たことを特徴とするＡＰＤ受光装置。
（２）ステム（１０）上にＡＰＤチップ（１１）を搭載
し、透光窓（２７ａ）を有するキャップ（２７）を該ス
テム（１０）上に固着してＡＰＤチップ（１１）を密封
したＡＰＤ受光装置において、キャップ（２７）の前記透光窓（２７ａ）部分に電気光
学結晶から形成されたプリズム（２０）を固定し、キャ
ップ（２７）内面に絶縁層（２８、３１）を介して一対
の導体パターン（２９、３０）を設け、各導体パターン（２９、３０）の一方を前記プリズム（
２０）に電気的に接続するとともに、他方を電極端子（
３３、３４）に接続したことを特徴とするＡＰＤ受光装
置。
（３）前記プリズム（３６）がプリズム頂角側からＶ溝
（３７）を切り込んだ形状であることを特徴とする請求
項２記載のＡＰＤ受光装置。
（４）同一頂角を有する複数の小プリズム（３８、３９
）を並列に接合して前記プリズム（３６）を形成したこ
とを特徴とする請求項２記載のＡＰＤ受光装置。
（５）保持部材（４１、４２）上にＡＰＤチップ（１１
）を搭載し、ＡＰＤチップ（１１）がハウジング（４３
）内に収納されるように該保持部材をハウジング（４３
）に固定するとともに、テーパ先球ファイバ（４９）が
固定されたフランジ部材（４８）を前記ハウジング（４
３）に固定したＡＰＤ受光装置において、電気光学結晶
から形成されたプリズム（２０）を、前記ＡＰＤチップ
（１１）とテーパ先球ファイバ（４９）との間で前記ハ
ウジング（４３）に固定し、前記ハウジング（４３）を
貫通して一対の電極端子（４６）を設け、各々の電極端子（４６）を前記プリズム（２０）の側面
に接続したことを特徴とするＡＰＤ受光装置。
（６）保持部材（５１）上にＡＰＤチップ（１１）を搭
載し、該保持部材（５１）をハウジング（５２）内に収
納固定するとともに、光ファイバ及びレンズ（５５）を
含むファイバアセンブリ（５３）を前記ハウジング（５
２）に固定したＡＰＤ受光装置において、前記ＡＰＤチ
ップ（１１）とレンズ（５５）との間に電気光学結晶か
ら形成された平板（５８）を入射光路に対して垂直な状
態から所定角度傾斜させて設け、該平板（５８）の側面
に一対の電極端子（５９、６０）を設けるとともに、該電極端子（５９、６０）を前記ハウジング（５２）を
通して外部に突出させたことを特徴とするＡＰＤ受光装
置。