JPH09211270A - 光接続用光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】位置合わせの制限を緩和する光導波路，レーザ
ダイオード，フォトダイオード等光受発信器の一体型モ
ジュールを提供する。 【解決手段】光ファイバや光導波路の光伝搬手段の固定
手段と、受光素子と、発光素子とを含む光デバイスで、
前記光伝搬手段と、前記受発素子，前記発光素子、ある
いは前記光伝搬手段の間を回折格子を通じて結合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路，光ファ
イバ，レーザダイオード，フォトダイオード等光受発信
器の一体型モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】１.３μｍと１.５５μｍの二波長を利用
した光加入者系通信システムでは、波長１.３μｍの光
信号で基地局と加入者の間で双方向通信し、波長１.５
５μｍの光信号で基地局から加入者への一方向通信を行
う。加入者対応の光信号制御のための光導波路−光受発
信器の一体型モジュールは、従来、図４に示されるよう
な構成であった。波長１.３μｍおよび１.５５μｍの光
が双方向通信用光ファイバ１８から導波路１９に入力さ
れたのち、１.５５μｍ の光はフィルタ２０によって反
射され、１.５５μｍ出力用光ファイバ２１へと導かれ
る。１.３μｍの光はフィルタ２０を通過し、フォトダ
イオード２２へ導かれここで光信号が検出される。ま
た、途中で分岐した導波路２４はレーザダイオード２３
からの光を導波路１９に導入する。加入者側からの信号
として、このレーザダイオード２３からの光信号を基地
局に送信する。

【０００３】光モジュールは、導波路１９，２４を形成
したのち、レーザダイオード２３やフォトダイオード２
２，フィルタ２０等のチップを、光導波路基板上にｘｙ
ｚの三軸に関して正確な位置に固定することによって製
作する。このようにして作製した光加入者対応の光モジ
ュールによって、１.３μｍ 光信号による双方向通信、
および１.５５μｍ 光による一方向通信が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３に示す光
モジュールを製造するに際しては、レーザダイオードや
フォトダイオード等のチップを光導波路の端部に設置す
るとき、これらと光導波路が光結合し得るように、約
０.１μｍ の位置決め精度をもってｘｙｚの３軸に関し
て正確に位置合わせしなければならない。この位置合わ
せに多くの時間を要し、かつ、位置決め精度の高い装置
を利用して各エレメントを装着しなければならないとい
う問題があった。

【０００５】本発明の目的は、位置合わせの制限を緩和
する光導波路，レーザダイオード，フォトダイオード等
光受発信器の一体型モジュールを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光モジュールは、双方向通信用光ファイバ
からの１.３μｍと１.５５μｍの入力光信号をグレーテ
ィングによって分光し、フォトダイオード，レーザダイ
オード、および１.５５μｍ 出力用光ファイバと双方向
通信用光ファイバとの光結合をグレーティングを介して
行い、かつ、各エレメントをあるｘ−ｙ面上に設置する
ことを特徴とする。以下に示すように、本方法により、
ｘｙｚの三座標軸に関する各エレメントの光軸調整を行
う場合に比べて光軸調整が容易になり、かつ、双方向通
信用光ファイバからの出力光である１.３μｍ光と１.５
５μｍ光をガイド光としてアラインメントを行うことが
できるため簡便で正確な光軸調整が実現される。

【０００７】本発明の光モジュールは、例えば、以下の
ようにして実現される。双方向通信用光ファイバおよび
その固定具，フォトダイオード，レーザダイオード、1.
55μｍ光出力用光ファイバおよびその固定具，グレーテ
ィング等の本発明に必要な部品を、石英あるいは１.３
μｍと１.５５μｍの両方の光に対して透明性の高いフ
ッ素化ポリメチルメタクリレイト（Ｆ−ＰＭＭＡ）等の
単一バルク材料に組み込む。すなわち、バルク材料の端
面に、双方向通信用光ファイバおよび１.５５μｍ光出
力用光ファイバ固定具を作製し、さらにフォトダイオー
ド，レーザダイオードを装着し、これらの間を、バルク
材の端面を利用して製作したグレーティングによって光
結合する光モジュールを作製する。

【０００８】双方向通信用光ファイバと、フォトダイオ
ード，レーザダイオード、および１.５５μｍ 光出力用
光ファイバの、それぞれの位置決めを次の手順で行うこ
とにより、１.３μｍおよび１.５５μｍの光をガイド光
と利用して、各エレメントの位置を決定することができ
る。まず、１.３μｍ のレーザダイオードをその出力光
がグレーティングに照射するように設置する。ダイオー
ドレーザからの出力光はある広がり角をもって伝搬する
ため、レーザダイオードと光ファイバを光結合するに
は、レーザ光を集光する必要がある。そのためにはレー
ザダイオード出射口にレンズをモールドしてもよいし、
バルク材料の端面を凹面鏡としグレーティングを凹面鏡
上に作製し、ファイバ端面で光が集光するようにしても
よい。一方、光ファイバからの出力光も、ある広がり角
をもって伝搬するため、光ファイバとフォトダイオード
あるいは光ファイバどうしを光結合するには、光ファイ
バにレンズをモールドしてもよいし、上記のようにバル
ク材両端面の凹面鏡上に作製したグレーティングを利用
してもよい。この際、光ファイバあるいはフォトダイオ
ードの端面で光結合が効率よく行われるようにグレーテ
ィングの凹面の曲率や、グレーティングとレーザダイオ
ードの距離，グレーティングと双方向通信用光ファイバ
端面の距離などを適切に設定しておく必要がある。グレ
ーティングからの回折光がバルク材料の端面から出射す
るポイントで、レーザダイオードからの１.３μｍ の光
をガイド光として双方向通信用光ファイバ固定具をバル
ク材端面にとりつけ光ファイバを固定する。

【０００９】次に、同ファイバからグレーティングに向
けて１.３μｍおよび１.５５μｍの光信号を入力する。
１.３μｍの光と１.５５μｍの光はグレーティングによ
って分光され、グレーティングからの回折光のバルク材
料からの出射位置が１.３μm光と１.５５μｍ 光で異な
るようになる。ここで１.３μｍ光および１.５５μｍ光
のそれぞれについて１次，２次，…の回折光が存在し、
それぞれバルク端面の異なる位置から出射する。１.３
μｍ 光の回折光のうちの一つは、既設のレーザダイオ
ードを照射する。ここで、他の回折光のうちの一つの回
折光がバルク材の端面から出射する位置に１.３μｍ 光
をガイドとしてフォトダイオードを設置する。以上の手
順によって、双方向通信用光ファイバからの１.３μｍ
の入力光をグレーティングによってフォトダイオードに
導くと同時に、レーザダイオードからの出力光を双方向
通信用光ファイバに結合するためのアラインメントを実
現することができる。

【００１０】最後に、双方向通信用光ファイバから入力
された１.５５μｍ のグレーティングによる回折光のう
ちの一つの回折光がバルク材から出射するポイントに、
1.55μｍの光をガイド光として、同光ファイバを設置す
る。

【００１１】以上の方法によって、双方向通信用光ファ
イバ，フォトダイオード，レーザダイオード，１.５５
μｍ 光出力用光ファイバの間の光結合のためのアライ
ンメントが可能になるが、大まかな位置決めは設計段階
によって行っておく必要がある。例えば、すでに述べた
ように光ファイバあるいはフォトダイオードの端面で光
結合が効率よく行われるように、グレーティングの凹面
の曲率や、グレーティングとレーザダイオードの距離，
グレーティングと光ファイバ端面の距離などを適切に設
定しておく必要があったり、グレーティングの大きさが
グレーティング上のレーザビームスポットサイズよりも
十分大きいようにしておく必要がある。

【００１２】このようにバルク材の端面にフォトダイオ
ード，レーザダイオード、あるいは光ファイバ固定具等
を装着する場合には、バルク材の端面上で各エレメント
をアラインメントすればよいので、ｘｙｚの三座標軸上
での光軸調整と比較すると、光軸調整が容易になる。

【００１３】光モジュールは、レーザダイオード等のエ
レメントを石英あるいは１.３μｍと１.５５μｍ の両
方の光に対して透明性の高いフッ素化ポリメチルメタク
リレイト(Ｆ−ＰＭＭＡ)等のバルク材に組み込んで作製
したが、各エレメントを装着した基板とグレーティング
からなる光モジュールを構成し、基板上に設置されたレ
ーザダイオード，フォトダイオード，双方向通信用光フ
ァイバ，１.５５μｍ光出力用光ファイバがグレーティ
ングを介して結合するように上記と同様の方法によって
配置し、基板上における各エレメントのアラインメント
を、１.３μｍおよび１.５５μｍ の光をガイド光とし
て行うことができるようにしてもよい。この場合にも、
ｘｙｚの三座標軸上での光軸調整と比較すると、光軸調
整が容易になる。

【００１４】本装置は１.３μｍあるいは１.５５μｍの
光をガイド光として位置決めを行うので、これらの光の
検出センサによって、レーザダイオード等を設置すべき
位置を自動認識し、その位置に正確にこれらのエレメン
トを自動装着するシステムを製作することが可能であ
る。この装置により、本発明の光モジュールの自動組立
が可能になる。

【００１５】以上の説明では、二波長の光を用いた光通
信の場合について述べてきたが、三波長以上の光を用い
た波長多重双方向通信でも同様の手段が適用できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】 （実施例１）図１に本発明が適用された実施例の説明
図、および図２に説明図を示す。波長１.３μｍおよび
１.５５μｍの両方の光に対して透明性の高いフッ素化
ポリメチルメタクリレイト（Ｆ−ＰＭＭＡ）のバルク材
を図１および図２のように加工した。バルク材の端面
１，２は平面、端面３はアルミ蒸着されており、凹面鏡
として機能している。４は双方向通信用光ファイバを装
着するための挿入ガイド、５はレーザダイオード、６は
１.５５μｍ 光出力用光ファイバを装着するための挿入
ガイド、７はフォトダイオード、８は端面３上に刻まれ
たグレーティングである。双方向通信用光ファイバ９
と、レーザダイオード５，１.５５μｍ 光出力用光ファ
イバ１０、およびフォトダイオード７の間は、この凹面
鏡上のグレーティング８を介して光結合されている。

【００１７】光軸調整を以下の手順により行った。レー
ザダイオード５からの出力光のグレーティング８による
回折光が端面２で出射する位置に、双方向通信用光ファ
イバ挿入ガイド孔４を形成した。同ガイド孔４に双方向
通信用光ファイバ９を挿入，固定したのち、同ファイバ
９から１.３μｍおよび１.５μｍの光を光モジュール内
に入力した。１.３μｍの光と１.５５μｍの光はグレー
ティング８によって分光されるが、ここでグレーティン
グからの回折光の進行方向が１.３μｍ 光と１.５５μ
ｍ 光では異なる。また、１.３μｍ光および１.５５μ
ｍ光のそれぞれについて１次，２次，…の回折光が存在
し、それぞれ異なる方向に伝搬する。

【００１８】１.３μｍ 光の回折光のうちの一つは、既
設のレーザダイオード５上に集光される。他の回折光の
うちの一つの回折光が端面１から出射する場所にフォト
ダイオード７を設置した。次に、双方向通信用光ファイ
バ９から入力された１.５５μmのグレーティング８によ
る回折光のうちの一つの回折光が端面１から出射するポ
イントに、１.５５μｍ光出力用光ファイバ挿入ガイド
６を形成した。１.５５μｍ光と効率よく結合するよう
に同ガイド孔６に１.５５μｍ 光出力用光ファイバ１０
を挿入，固定した。

【００１９】以上の方法によって、双方向通信用光ファ
イバ９，フォトダイオード７，レーザダイオード５，
１.５５μｍ 光出力用光ファイバ６の間の光結合のため
のアラインメントが完了した。このようにして作製した
光モジュールで、双方向通信用光ファイバ９からの１.
３μｍ 光信号をフォトダイオード７によって受信し、
双方向通信用光ファイバ９からの１.５５μｍの光信号
を１.５５μｍ光信号出力用光ファイバ１０に結合し、
レーザダイオード５からの１.３μｍ のレーザ光を双方
向通信用光ファイバ４に結合できることを確認した。こ
のように、双方向通信用光ファイバおよびレーザダイオ
ードからの出力光である１.３μｍ光と１.５５μｍ光を
ガイド光として用いて各エレメントのアラインメントを
行い、かつ、同アラインメントがバルク材の端面１ある
いは２における二次元上での微調整であるため、容易な
光軸調整が可能になった。

【００２０】（実施例２）図３には、本発明が適用され
た実施例の構成が示されている。石英基板１１上に、双
方向通信用光ファイバ１２が固定され、石英基板１３上
にレーザダイオード１４，１.５５μｍ 光出力用光ファ
イバ１５，フォトダイオード１６，グレーティング１７
を設置した。グレーティング１７は凹面鏡としても機能
しており、双方向通信用光ファイバ１２と、レーザダイ
オード１４，１.５５μｍ 光出力用光ファイバ１５、お
よびフォトダイオード１６の間は、この凹面鏡上のグレ
ーティング１７を介して光結合されている。光軸調整の
手順は実施例１と同様である。

【００２１】作製した光モジュールで、双方向通信用光
ファイバ１２からの１.３μｍ 光信号をフォトダイオー
ド１６によって受信し、双方向通信用光ファイバ１２か
らの１.５５μｍの光信号を１.５５μｍ光信号出力用光
ファイバ１５に結合し、レーザダイオード１４からの
１.３μｍ のレーザ光を双方向通信用光ファイバ１２に
結合できることを確認した。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、レーザダイオード等の
光受発信器の位置決めはｘ−ｙの二軸に関する位置決め
のみを行えばよいので、位置決め操作が簡便になる。し
かも、１.３μｍあるいは１.５５μｍの光をガイド光と
して光受発信器の位置を決めることができるので正確な
位置合わせが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光ファイバと光受発振器接
続用光モジュールの説明図。

【図２】図１に示した光モジュールの説明図。

【図３】本発明の一実施例の光ファイバと光受発振器接
続用光モジュールの説明図。

【図４】従来の光ファイバと光受発振器接続用光モジュ
ールの説明図。

【符号の説明】

１，２，３…バルク材の端面、４，６…挿入ガイド、５
…レーザダイオード、７…フォトダイオード、８…グレ
ーティング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 巧 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバや光導波路の光伝搬手段の固定
   手段と、受光素子と、発光素子とを含む光デバイスにお
   いて、前記光伝搬手段と、前記受発素子，前記発光素
   子、あるいは前記光伝搬手段の間を回折格子を通じて結
   合することを特徴とする光接続用光モジュール。
2. 【請求項２】前記光伝搬手段の固定手段と、前記受光素
   子と、前記発光素子と前記回折格子が単一バルク材料の
   端面に配置してある請求項１に記載の光接続用光モジュ
   ール。
3. 【請求項３】前記光伝搬手段と、前記発光素子あるいは
   前記発光素子と同一波長光の前記受光素子の間の結合
   を、前記回折格子による同一波長の回折光のうち二つの
   回折光を利用して行う請求項１あるいは請求項２に記載
   の光接続用光モジュール。
4. 【請求項４】二つの異なる波長の光を伝搬する光ファイ
   バや光導波路の光伝搬手段と、二つの異なる波長をＸお
   よびＹと定義した場合の前記光伝搬手段を伝搬してくる
   波長Ｘの光信号受信素子および波長Ｘの光信号発信素子
   を結合し、波長Ｙの光信号受信素子と前記光伝搬手段を
   結合する光モジュールにおいて、前記光伝搬手段と、前
   記波長Ｘの光信号発信素子，前記波長Ｘの光信号受信素
   子、および波長Ｙの光信号受信素子との間を回折格子を
   通じて結合することを特徴とする光接続用光モジュー
   ル。
5. 【請求項５】前記光伝搬手段の固定手段と前記受光素子
   と前記発光素子と前記回折格子が単一バルク材料の端面
   に配置してある請求項４に記載の光接続用光モジュー
   ル。
6. 【請求項６】前記光伝搬手段からの波長Ｘの光の前記回
   折格子からの回折光のうちの二つの回折光が照射する位
   置に、前記波長Ｘの光信号発信素子および前記波長Ｘの
   光信号受信素子が設置してある請求項４あるいは請求項
   ５に記載の光接続用光モジュール。
7. 【請求項７】波長Ｘが１.３μｍ、波長Ｙが１.５５μｍ
   の光であって、バルク材料として、石英やフッ素化ポリ
   メチルメタクリレイトのように１.３μｍ 光および１.
   ５５μｍ光に対して高い透過性を示す媒質である請求項
   ５あるいは請求項６に記載の光接続用光モジュール。