JPH0389306A - 光合分波モジュール - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光導波路ホルダと発光部パッケージと受光部
パッケージと光ファイバホルダとをレーザ溶接により一
体化してなる光合分波モジュールに関し、特に低損失、
小型化を可能にしたモジュールを提供することとしたも
のである。

〈従来の技術〉 光の波長分割多重（ＷＤＭ）伝送技術はシステムの伝送
容量を増加するだけでなく、双方向伝送や異種信号の同
時伝送を可能にする等のシステムの柔軟性向上にも有効
であり、中継伝送系、加入者系、構内伝送系等積々の光
ファイバ伝送レステムへの適用が検討されている。

ＷＤＭ伝送システムを実現するためには、特定の波長で
発光する光源や異なる波長の複数の光を多重あるいは分
離する光合分波器などが必要であり、これまで特性向上
を目指し数多くの検討が行われてきた。この結果ＷＤＭ
伝送システムで要求される特性を満足するＷＤＭ月光回
路部品が実用的なレベルで実現できるようになってきた
。特に加入者系システムへの適用においては、ＷＤＭ月
光回路部品の小型化、低コスト化、高信頼化が必要であ
る。

低コスト化は、組立コストの回路部品コストに占める割
合がかなり大きいと言う現状から、光回路部品組立の簡
易化、自動化が必要であると考えられている。この課題
に対して発光素子、受光素子および合分波ブロックを−
っのパッケージ内に集合したＷＤＭモジュールを無ｉｉ
ｕで組み立てる提案が成されている。

以下にその方法について説明する。

第５図は従来技術を説明するための光合分波モジュール
の斜視図である。このモジュールは、合分波の方法とし
て干渉フィルタを用いた多重反射形を基本とするもので
あり、その構造例として送信２波、受信１波の場合を示
している。本モジ、−ルは集光あるいはコリメート用の
レンズを有する光ファイバ、発光素子、受光素子とガラ
スブロックに干渉フィルタをはりつけた合分波ブロック
とから構成され、無調整で組立てられる。本モジュール
の特徴は、発光モジュール、受光モジュル、その他個別
に光回路部品化されていたものを第５図のように一つの
基板（セラミック製）上に集合している。このため、各
回路接続のための部品、素子が不要になり、小型化でき
る。また、この集合化による部品、素子数の低減は低コ
スト化にも有効である。

第５図の光合分波モジュールの作製法は、所定の位置に
部品設定のためのＶ字やＬ字状の溝が形成されている高
精度な基準治具を容易し、上記溝中に部品を設定したあ
と、この設定状態を保ったまま、別の部品搭載用基板（
第５図中の基板１）に部品を固定するものである（通常
接着剤かセラミック基板をメタライズしておき半田固定
）。この方法によれば、あたかも１枚のネガから数多く
の写真がプリントされるかのごとく、一つの基準治具に
より多数のモジュールを製造することができるので、た
とえ高精度治具が真価であってもその使用が低コスト化
の大きな障害にはならない。この方法を転写法と呼ぶ。

次に、第５図に示した光合分波モジュールの基本構成は
、２個の発光モジュール２，３と受光モジュール４とフ
ァイバモジュール５と干渉フィルタ６、？、８を備えた
ガラスブロック９とからなっている。これら部品は前記
基準治具によりアライメントされ、基板１に転写された
後の状態を示している。そして、第６図に示すように、
ファイバモジュール（コリメータ）５から入射した平行
光λ、を干渉フィルタ６で反射した後干渉フィルタ８全
通して受光モジュール４で受けろ。受光モジュール４は
内部に球レンズを有しており受光素子に焦点を結ぶ構造
になっている。逆に発光モジュール２はやはり内部に球
レンズを有しており、平行化された光λ２は干渉フィル
タ７を通り、干渉フィルタ８，６で反射した後、ファイ
バモジュール５に導かれる。一方、発光モジュール３か
らの平行光λ、はフィルタ６を通りファイバモジュール
５に導かれろ。ただし１フイルタ６はフィルタ６′を兼
ね備えており、波長の切れを良くしている。本モジュー
ルはマルチモードファイバ用であり、使用波長は送信２
波がλ、：　０．８８μｍ、λ３：　０．７８μｍであ
り発光素子はＬＥＤ　（発光ダイオード）である。受信
１波はλ、：１．３μｍでありＰＩＮダイオードである
。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上の構成の光合分波モジュールは転写法によっている
ので各モジュール間の相対位置が精確であり、低損失の
光合分波モジュールが期待できろ。しかし、本モジュー
ルはマルチモードファイバ用のために位置合わせ精度が
緩やかであり、従ってシングルモード用光合分波モジュ
ールを前記転写法で作製することは難しいと思われる。

また、前記転写法は個別部品の組合せの為に部品点数が
多く、そのために各モジュール作製工程も合わせると必
ずしも経済化が期待できない。また、発光モジュール、
受光モジュールが増加した場合には大型になる傾向にあ
る。

そこで、本発明の目的は前記従来技術がもっていた以上
の問題を解決し、低損失で、小型で、部品点数が少なく
、量産化向きの技術への移行を容易にした経済的な光合
分波モジュールを提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明の特徴は発光部、受光部、光導波路部、光ファイ
バ部をそれぞれ独立に製造しておき、それらをレーザ溶
接により接合して光合分波モジュールを構成することに
ある。これにより、各部で歩留りを向上し性能評価を行
った上で光合分波モジュールに組み上げるために性能向
上が期待でき、各部を規格化できるために量産化が可能
である。また、従来技術の様に個別部品でなく光導波路
を光合分波に用いている為に、発光、受光ボートが増加
した場合には特に小型化に有効である。

く実　施　例〉 第１図は、本発明の第１実施例の断面図である。本実施
例の光合分波モジュールの基本構成は発光部１０．光導
波路部１１．光ファイバ部１２および受光部１３からな
っている。

発光部１０は半導体レーザチップ１４が搭載された半導
体レーザマウント１５と先球加工された先球ファイバ１
６が内蔵されたファイバガイド１７とモニタ用ＰＩＮダ
イオードチップ１８が搭載されたモニタマウント１９と
が電極ピン２０，２１，２２を有する金属製のパッケー
ジ２３内に配置されたものである。ここで半導体レーザ
マウント１５とファイバガイド１７は特願昭６３−３１
４９５５号に記載の方法で接続されており、その接続部
はレーザ溶接されている。また、ファイバガイド１７の
端面は光導波路部１１との接続を行うために予め研磨さ
れている。

光導波路部１１は光導波路２４が金属製のホルダ２５に
搭載された両端面Ｔｉｆ磨されたものを言う。本発明に
おける光合分波作用はとの光導波＠２４の方向性結合器
２６がその役目を担っている。例えば半導体レーザチッ
プ１４から出た１、３μｍの光は先球ファイバを通って
直線光導波１１２７に入り光ファイバ部１２の光ファイ
バ２８へ導かれる。一方光ファイバ２８から入ってきた
１、５５μｍの光は方向性結合＠２６により曲がり光導
波路２９に結合し、受光部１３に入ってくる。

受光部１３はＰＩＮホトダイオードでもアバランシェホ
トダイオードの受光素子１３′でも差支えない。前記方
向性結合器２６は１段だとクロストークが２５　ｄＢ程
度しか取れないためにホトダイオードの前に干渉フィル
タ３０を１！き、クロストークを４０　ｄＢ以上にする
ことが望ましく、そのため干渉フィルタ３０を光導波路
２４にはりつけている。受光素子１３′はその干渉フィ
ルタ３０の後ろに配置している。

光ファイバ部１２は光ファイバ２８を金属製のホルダ３
１に埋め込み端面を研磨している。但し補強部３２で光
ファイバ２８をホルダ３１にとめている。

以上の４つの部品を組み上げると光合分波モジュールが
作製できる。その手段として本実施例ではレーザ溶接を
採用している。半導体レーザ内蔵の発光部１０と先導波
路部１１のレーザ溶接では、まず光軸が互いに一致する
位置を見出して調心し、接続部３３と３４の位置を同時
にＹＡＧ　（イツトリウム・アルミニウム・ガーネット
）レーザ光照射を行う。

本実施例ではファイバガイド１７はステンレスとコバー
ル、光導波路２４の金属製のホルダ２５もステンレスと
コバール、光ファイバ部１２のホルダ３１もステンレス
とコバールを選択した。光導波路部１１と光ファイバ部
１２を接続するためには光ファイバ２８のコアと光導波
路２４の直線光導波路２７のコアを光学的に結合し、接
続部３５と３６の位置を同時にＹＡＧレーザ光照射を行
う。以上のプロセスにより第５図に示したと同様の光合
分波モジュールを組み上げることができる。

第２図は、本発明の第２実施例の断面図である。

第１実施例におけるＹＡＧレーザ光照射の際、レーザパ
ワーが強ければ強い程接続部３３゜３４．３５，３６の
金属同志の溶は合う量が多いためにその衝撃が大きく、
調心時から大きく位置ずれを起こし光学的接続損失を増
加してしまう。そこで本実施例では光導波路部１１のホ
ルダ２５に切欠きを形成して突起部３７．３８，３９，
４０を設けると共に半導体レーザ内蔵の発光部１０と光
ファイバ部１２にも同様に切欠きを形成して突起部４１
，４２゜４３．４４を設けた。このような構造にすると
、見かけ上、接続部３３，３４，３５，３６の熱容量が
小さくなってレーザパワーが小さくても溶接が可能とな
り、レーザ光照射時の’ｌ！ＩＩ！が小さく調心時から
の位置ずれが抑えられ接続損失の増加が低減する。レー
ザパワーは第１図の状態では１０　ｍ５ｅｃのパルス幅
で約５ｏｏｖの印加電圧であったものが第２図の構造に
すると５００■にまで低減でき、レーザ溶接による過剰
損失も１接続部あたり２ｄＢ以上であったものが１ｄＢ
以下に低減できた。

第３図は、本発明の第３実施例の断面図である。

本実施例の特徴はアクティブ素子である発光素子（半導
体レーザ１４）、受光素子（Ｐ　Ｉ　Ｎホトダイオード
１３′）が金属パッケージに内蔵されており、互いの電
気的干渉（クロストーク）が無い構造になっている。発
光部１０゜光導波路部１１．光ファイバ部１２は第１図
と同様である。但し受光部１３は受光素子１３′、プリ
アンプ４５．電極ピン４６〜５０を有するパッケージ５
１より成っている。光合分波モジュールとして作製する
ためには第１実施例と同様にＹＡＧレーザ溶接を行う。

但し、第１実施例と異なる点は受光部１３がパッケージ
化されているために第１実施例で作製した発光部１０．
光導波路部１１．光ファイバ部１２に対して横側から図
示の様に接続する。この場合は５２，５３の接続部をＹ
ＡＧレーザ溶接を行う。

第４図は本発明の第４実施例の断面図である。

本実施例の特徴は第３＊施例の発光部１０゜先導波路部
１１．光ファイバ部１２．受光部１３がアレイ化したこ
とを特徴としている。

発光部１０は半導体レーザチップ１４が４つ並んだ半導
体レーザマウント１５と先球ファイバ１６が４つ内蔵さ
れたファイバガイド１７がＹＡＧレーザ溶接により光学
的に低損失結合されている。４つのモニタ用ＰＩＮダイ
オードチップ１８はモニタマウント１９に取付けられ、
各半導体レーザチップ１４の出力をモニタする。半導体
レーザチップ１４゜モニタ用ＰＩＮダイオードチップ１
８の配線は電極ピンアレイ２０′との間で成される。パ
ッケージ２３はそれらを収納しており基本的な形状は第
３図と同じであり、ファイバガイド１７の光導波路部１
１側の端面ば研磨されている。

光導波路部１１は４個の方向性結合＠ｓ２６からなり、
そのうちの直線光導波路２７は発光部１０と結合する。

一方曲がり光導波路２９は受光部１３と結合する。光導
波路部１１の左右の１１面ばＴｉＦＨされ、平坦になっ
ている。

前記光導波路部１１と接するアレイ化された４本の光フ
ァイバ２８は補強部３２を通してホルダ３工に埋め込ま
れており、該ホルダ３１の光導波路部１１側は端面研磨
されている。

受光部１３は４個の受光素子１３′、４個のプリアンプ
４５を内蔵しており、電極ピンアレイ４６′を有するパ
ッケージ５１にマウントされている。光導波路部１１の
曲がり光導波路２９の端面に接する干渉フィルタ３０が
各々の受光素子１３′と光導波路２４との間に挿入され
ている。

発光部１０と光導波路部１１は第１図と同様に３３．３
４の接続部で、光導波路部１１と光ファイバ部１２は接
続部３５，３６で各々ＹＡＧレーザ溶接がなされており
、先導波路部１１と受光部１３は第３図に示したように
５２．５３の接続部でＹＡＧレーザ溶接がなされろ。

以上４個の発光素子、受光素子、光導波路、光ファイバ
の配列を図に示したが、これはそれ以上でも以下の個数
でも良い。また、発光素子、受光素子は個別素子として
いるが、これは必ずしも個別素子に限定することなく同
一の基板に作製されたアレイ素子でもよい。

本実施例の直線光導波路２７の各々の間隔は２５０μｍ
であり先球ファイバ１６．半導体レーザチップ１４の間
隔も同様である。但し、受光素子１３′同志の間隔はこ
れに限定されず、互いにクロストークが生じないように
素子同志の間隔を離す必要がある。あるいはパッケージ
５１内に各素子１３′とプリアンプ４５のペアを一部屋
にするよう隔壁を設は受４ｒ４後の信号同志のクロスト
ークを低減するようにしても良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明の特徴は発光部。

光導波路部、光ファイバ部、受光部をそれぞれ独立に製
造し、それらをレーザ溶接によって接続することである
。従って、各部での歩留りを向上することによって品質
の向上が期待できろとともに、分離して製造できるため
量産体制が組みやすく、経済性が非常に高い。

また、光合分波器としては、発光部はそれだけでパッケ
ージ化されているため、半導体レーザのワイヤリングか
らの電波等や漏光を外部に漏らす事がなく、受光部もや
はりパッケージ化によって隔離されているため外部から
の電波を阻止でき、外部からの光を遮断することが可能
なために、電気的にも光学的にも高いクロストークを得
ることが可能である。

また、レーザ溶接を接続方式に採用しているために機械
強度的に頑強であり、衝撃、熱サイクル等にも強いため
に非常に信頼性の高い光合分波モジュールを提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の第１実施例から第４実施例
を示す各々の断面図、第５図は従来の光合分波モジュー
ルの斜視図、第６ｒ！！ｉはその分波機構の説明図であ
る。 また、図面中１０は発光部、１１は光導波路部、１２は
光ファイバ部、１３は受光部、１３′は受光素子、１４
は半導体レーザチップ、１５は半導体レーザマウント、
１６は先球ファイバ、１７はファイバガイド、１８はモ
ニタ用ＰＩＮダイオードチップ、１９１よモニタマウン
ト、２０．２１，２２は電極ピン、２３はパッケージ、
２４は光導波路、２５はホルダ、２６は方向性結合器、
２７は直線光導波路、２８は光ファイバ、２９は曲がり
光導波路、３０は干渉フィルタ、３１はホルダ、３２は
補強部、３３゜３４．３５，３６ば接続部、３７，３８
，３９゜４０．４１，４２，４３，４４は突起部、４５
はプリアンプ、４６，４７，４８，４９，５０は電極ビ
ン、５１はパッケージ、５２．５３は接続部である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属製のホルダやパッケージを用いて別個に作製
   された発光部、受光部、光導波路部及び光ファイバ部を
   、光導波路部の光軸に対し発光部、受光部及び光ファイ
   バ部の光軸をそれぞれ一致させて互いの端部同志をレー
   ザ溶接することで、一体化してなることを特徴とする光
   合分波モジュール。
2. （２）発光部と受光部とがパッケージ化されて互いに光
   学的、電気的に遮断された請求項１記載の光合分波モジ
   ュール。
3. （３）発光部、受光部、光導波路部及び光ファイバ部の
   各部がアレイ化した請求項１又は２記載の光合分波モジ
   ュール。