JPH09230177A

JPH09230177A - 光分岐モジュールと波長カプラ並びにプリズムの製造方法

Info

Publication number: JPH09230177A
Application number: JP8032055A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Tojo; 正明東城
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1996-02-20
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】波長多重双方向通信に使用される光分岐モジ
ュールの波長多重機能と双方向送信および受信機能をも
たせる。【解決手段】切断溝を有する１本の光ファイバ２の切
断溝に波長フィルタ３を挿入して波長カプラ１を機械的
に構成し、基板中央付近に設けた１箇所の壁面が鏡面を
なす斜面を有するくぼみに発光素子の半導体レーザ６
を、前記斜面に隣接して前記基板上に受光素子のピンホ
トダイオード７を設けた半導体素子と、この半導体素子
の上にハーフミラー９と反射ミラー10を斜面に有する平
行四辺形プリズム94を設けたパッケージ８をレンズ14で
光学結合構成することにより、波長カプラ機能と光分岐
機能を有した製作が容易な部品数の少ない光分岐モジュ
ールを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つの異なる波長
の光を多重するとともに、半導体発光素子から発せられ
た光を光ファイバに導き、かつ、光ファイバから出力し
た光を半導体受光素子に集光し、１本の光ファイバを用
いて双方向および波長多重伝送するための光半導体の光
分岐モジュールと波長カプラ並びにプリズムの製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、双方向伝送に使用する発光，受光
素子を一体化したモジュールは特開平６−138347号公報
に記載されたものが知られている。図10は従来の光分岐
モジュールの構成を示す一部断面図である。これは、１
本の光ファイバを用いて双方向伝送に用いられる光分岐
モジュールである。図10において、21は半導体レーザ素
子、22および23は受光素子、24はヒートシンク、25およ
び26はチップキャリア、27は光分岐素子、28は微小レン
ズ、29はレンズ支持体、30はスライドリング、31は光フ
ァイバ、32はフェルール、33は半田シール、34はケース
である。

【０００３】これら各部材の組み立てについて説明する
と、レンズ支持体29はケース34の所定の位置に実装固定
する。半導体レーザ素子21はヒートシンク24に載置し、
ケース34の中でレンズ支持体29に隣接した所定の位置に
実装する。モニタ用の受光素子22はチップキャリア25に
実装した後、半導体レーザ素子21の後方(図面上では下
方)に出射したレーザ出力光が入射できる位置に固定す
る。微小レンズ28はレンズ支持体29の中央に固定する。
受光素子23はチップキャリア26に実装した後、微小レン
ズ28と中心軸を一致させ、その光軸が半導体レーザ素子
21と直交する所定の位置に実装する。光分岐素子27は微
小レンズ28および受光素子23の中心軸と45度をなすよう
に挿入固定すると、半導体レーザ素子21と受光素子23は
光分岐素子27に対して線対称の位置になる。

【０００４】光ファイバ31はフェルール32に挿入固定す
る。フェルール32はスライドリング30に通す。半導体レ
ーザ素子21を発光させ、光分岐素子27で反射した光を微
小レンズ28で集光し、集光した光を光ファイバ31に結合
するようにフェルール32を３軸方向に動かして光軸を調
整する。光ファイバ31に光結合した状態でフェルール32
とスライドリング30を固定し、さらにスライドリング30
をレンズ支持体29に固定する。受光素子23は半導体レー
ザ素子21と光分岐素子27に対して線対称の位置にあるの
で、光ファイバ31から出力して微小レンズ28で集光され
光分岐素子27を透過した光は、受光素子23に結合する。
半導体レーザ素子21と受光素子22および23を外気から保
護するため、フェルール32とケース34を半田シール33で
密閉する。

【０００５】このように１本の光ファイバ31を用いて半
導体レーザ素子21を発光された送信機能と、受光素子23
による受信機能を持つ光分岐モジュールを構成してい
る。

【０００６】光分岐素子27にハーフミラーを用いると、
同一波長による双方向伝送が可能となり、波長フィルタ
を用いると波長多重双方向伝送が可能なモジュールを構
成することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の光分岐モジュールにおいては、分岐機能または分波機
能の一方だけは保有するが、分岐機能と分波機能の両方
を保有することがなかった。また、受光素子22はチップ
キャリア25に実装し、これを90度回転させてからケース
34に実装するため、チップキャリア25に配線パターンを
必要とした。また、半導体レーザ素子21と受光素子23を
実装したケース内に光ファイバ31を挿入するので、ケー
ス34とフェルール32の半田シール33が必要になるととも
に、半田シール33を行うための加熱がモジュールの信頼
性劣化をもたらすという問題を有していた。

【０００８】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、２つの異なる波長の光を多重する分波機能と、半導
体発光素子および受光素子を光ファイバに結合して双方
向伝送可能な分岐結合機能を有する組み立ての容易な優
れた光分岐モジュールを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題を解決
し、目的を達成するために中心軸に対して斜めに切断溝
を有する１本の光ファイバおよび前記切断溝に挿入した
フィルタから構成した波長カプラと、中央付近に少なく
とも１箇所の壁面に鏡面状の斜面をなすくぼみを有した
シリコン基板、前記くぼみ内に設けた発光素子、前記斜
面に隣接して前記シリコン基板上に設けた受光素子、前
記斜面上方に斜めに設けたハーフミラー、前記受光素子
の上方に前記ハーフミラーに対して平行に設けた反射ミ
ラーから構成した光半導体素子と、前記波長カプラと前
記光半導体素子の間に設けたレンズとから構成され、前
記発光素子から出力した光を前記シリコン基板の鏡面を
なす斜面で反射した後、前記ハーフミラーを透過し前記
レンズで集光して、前記フィルタで反射して前記光ファ
イバに入力する光路と、前記光ファイバから出力して前
記フィルタで反射した光を前記レンズで集光して前記ハ
ーフミラーおよび前記反射ミラーで反射して前記受光素
子に入射する光路を有する。

【００１０】これにより、分波機能を光ファイバ部に、
分岐機能を光半導体素子の実装部にてそれぞれ構成し、
両者をレンズ結合して分波機能と分岐機能を同時に保有
した分岐モジュールを得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の実施の形
態は、中心軸に対して斜めに切断溝を有する１本の光フ
ァイバおよび前記切断溝に挿入したフィルタから構成し
た波長カプラと、中央付近に少なくとも１箇所の壁面に
鏡面状の斜面をなすくぼみを有するシリコン基板、前記
くぼみ内に設けた発光素子、前記斜面に隣接して前記シ
リコン基板上に設けた受光素子、前記斜面上方に斜めに
設けたハーフミラー、前記受光素子の上方に前記ハーフ
ミラーに対して平行に設けた反射ミラーとから構成した
光半導体素子と、前記波長カプラと前記光半導体素子の
間に設けたレンズとから構成され、前記発光素子から出
力した光を前記シリコン基板の鏡面をなす斜面で反射し
た後前記ハーフミラーを透過し前記レンズで集光して、
前記フィルタで反射して前記光ファイバに入力する光路
と、前記光ファイバから出力して前記フィルタで反射し
た光を前記レンズで集光して前記ハーフミラーおよび前
記反射ミラーで反射して前記受光素子に入射する光路を
有する光分岐モジュールを構成したものである。

【００１２】これは、１本の光ファイバに切断溝を設
け、この切断溝にフィルタを挿入する機械的な方法で波
長カプラを製作できるとともに、波長λ１の光は光ファ
イバを通過させ、波長λ２の光は光ファイバの外に出力
して、他の光学素子と結合する機能を有する。また、発
光素子と受光素子を平面実装しているので、発光素子お
よび受光素子の実装位置を容易かつ精密に実装すること
ができる。

【００１３】また、請求項２記載の実施の形態は、前記
光ファイバに設けた切断溝は、光ファイバの中心軸に対
する法線とα(＜π／４)の角度をなし、前記フィルタは
前記切断溝に光ファイバの中心軸に対する法線と角度β
(＜π／４)で挿入されて固定され、前記切断溝付近に隣
接して前記フィルタと角度２β(＜π／２)をなして設け
られた反射斜面を有し、前記光ファイバから出射して前
記フィルタで反射した光は前記反射斜面で反射され、前
記光ファイバに対して光を垂直に出射するように波長カ
プラを構成したものであり、フィルタへの光の入射角を
限定して反射される光の偏光依存性を低減する作用を持
つとともに、光を光ファイバに垂直に出力する作用を有
する。

【００１４】また、請求項３記載の実施の形態は、２枚
の側面が底面に対して角度φ(＜π／４)の傾きを有する
台形プリズムと、前記フィルタを前記台形プリズムの一
方の側面に上面側からはみ出して固定され、前記フィル
タの前記台形プリズム上面からはみ出した部分が前記切
断溝に挿入され、かつ、前記台形プリズムの上面が前記
光ファイバに接面し、前記台形プリズムの他の側面が前
記反射面をなすように構成したものであり、フィルタの
傾きと反射面の傾きをプリズムの２つの側面で正確に決
めることができるという作用を有する。

【００１５】また、請求項４記載の実施の形態は、前記
光ファイバを光ファイバよりわずかに広い溝を有したガ
ラス基板と、前記ガラス基板および光ファイバよりわず
かに広い溝に固定された光ファイバに設けられた前記切
断溝と、前記台形プリズムの側面に設けられた前記フィ
ルタが前記切断溝に挿入され、かつ、前記台形プリズム
の上面を前記ガラス基板に面接触して、前記光ファイバ
が前記台形プリズムの上面と前記ガラス基板に挟まれて
固定する構成としたものであり、光ファイバを容易に整
列できる作用と、光ファイバがファイバ基板とプリズム
で挟まれて固定されるので、光ファイバの位置ずれを防
止して高い信頼性を得る作用を有する。

【００１６】また、請求項５記載の実施の形態は、前記
ガラス基板にファイバ固定溝を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の裏面に前記ガラス基板を有し、前記
シリコン基板に設けられた溝に光ファイバが固定され、
前記ガラス基板に前記光ファイバのジャケット部が固定
されたものであり、光ファイバへの切断溝の加工を容易
にする作用を有する。また、シリコン基板に切り込みを
入れると割れやすいので、裏面にガラス基板を設けて割
れを防止する作用と、光ファイバをガラス基板に固定さ
れて光ファイバのシリコン基板付近での折れを防止する
作用を有する。

【００１７】また、請求項６記載の実施の形態は、前記
シリコン基板中央付近に設けた四角形のくぼみの一壁面
が前記シリコン基板の平面に対して45度の角度をなし、
斜面を構成し、前記くぼみ底面に実装した発光素子から
出力した光を前記斜面で反射した光をシリコン基板から
垂直に出力するように構成したものであり、実装面に平
行に光を出力する半導体素子と実装面に垂直面に垂直に
光を受光する半導体素子の同一シリコン基板への平面実
装を可能とした。また、２つの半導体素子をシリコン基
板上方から観察することができるので、半導体の実装位
置を正確に把握する作用を得ることができる。

【００１８】また、請求項７記載の実施の形態は、前記
シリコン基板のくぼみは異方性エッチング加工が施さ
れ、斜面に金メッキされた反射面を有するものであり、
表面の滑らかさで、傾きの正確な斜面を形成し、光の反
射能力を極限にまで高める作用を有する。

【００１９】また、請求項８記載の実施の形態は、前記
シリコン基板に電子回路を構成する能動素子を形成した
ものであり、発光素子の駆動および受光素子の光／電気
変換信号の増幅時の雑音を低減する作用を有する。

【００２０】また、請求項９記載の実施の形態は、前記
ハーフミラーと前記反射ミラーは第１の透明板のそれぞ
れの面に設けられ、前記ハーフミラーは第２の透明板で
挟まれた平行四辺形プリズムを構成したものであり、第
１の透明板の厚みを制御して正確に位置決め実装された
半導体素子の間隔と容易に一致する作用を有するもので
ある。

【００２１】また、請求項10記載の実施の形態は、前記
第１の透明板の屈折率を1.5以上としたものであり、透
明板の屈折率を高くして透明板の中を通過する見かけの
通過距離を短くできる作用を有する。

【００２２】また、請求項11記載の実施の形態は、一方
の側面と底面に対する法線と角度θ(＜π／４)をなす第
１のプリズムと、前記第１のプリズムの前記側面に設け
た前記フィルタと、プリズムの底面に対する法線と角度
α(＜π／４)をなす第１の面と角度β(＜π／２)をなし
前記第１の面とねじれ関係にない第２の面を有する第２
のプリズムとから構成し、前記光ファイバから出力し前
記フィルタで反射し、前記第２のプリズムの第２および
第１の側面で反射して前記光ファイバに垂直に光を出力
する構成としたものであり、光路をプリズム内で多重反
射してモジュールの高さを低減する作用を有する。

【００２３】また、請求項12記載の実施の形態は、前記
シリコン基板は左右に対向して複数の電極を有するパッ
ケージに実装され、前記光ファイバが前記パッケージの
電極と非平行に構成したものであり、電極上に光ファイ
バがないので電極の半田付けによる光ファイバの断線を
防止する作用を有する。

【００２４】また、請求項13記載の実施の形態は、前記
ガラス基板は複数の光ファイバ固定溝を有し、前記光フ
ァイバ固定溝にファイバを整列した後に切断溝を形成
し、前記プリズムの一方の側面に設けたフィルタを前記
切断溝に挿入して前記プリズムを前記ガラス基板に固定
し、前記ガラス基板、プリズムおよびフィルタを前記光
ファイバと平行に切断して切り離して波長カプラを製造
するものであり、特性バラツキの少ない複数の波長カプ
ラを容易に製作する作用と、生産性を高める作用を有す
る。

【００２５】また、請求項14記載の実施の形態は、対向
した２枚の透明板の間に前記ハーフミラー、第１の透明
板および前記ミラーの順に重ねた光学部材を密着固定し
て設け、前記透明板に角度θ(＜π／４)で切断して鏡面
とした平行四辺形プリズムを形成したものであり、層を
なした透明ガラス板およびハーフミラー等の光学部品を
斜めに切断して同型のプリズムを大量かつ容易に製造す
る作用を有する。

【００２６】以下、本発明の各実施の形態について、図
１から図９を用いて説明する。

【００２７】(実施の形態１)図１は本発明の実施の形態
における光分岐モジュール全体の構成を示す平面図(1)
とそのＡ−Ａ断面図(2)，Ｂ−Ｂ断面図(3)を示し、図２
はその一部である波長カプラ１の構成を示す断面図であ
る。

【００２８】図１において、１は波長カプラであり、中
心軸に対して斜めに切断溝112(図２参照)を有する１本
の光ファイバ２と前記切断溝112に挿入した波長フィル
タ３とでなる。

【００２９】光半導体素子は図３の斜視図に示すように
中央付近に少なくとも１箇所の壁面に鏡面状の斜面51
(鏡面52)を形成するくぼみ53を有するシリコン基板５
と、このくぼみ53内に設けた発光素子の半導体レーザ６
と、前記斜面51に隣接してシリコン基板５上に設けた受
光素子のピンホトダイオード７と、図１に示す保護ガラ
ス82を介して前記斜面51(鏡面52)の上方に設けられたハ
ーフミラー９と、前記受光素子のピンホトダイオード７
の上方に前記ハーフミラー９に対して平行に設けられた
反射ミラー10とから構成される。なお、前記半導体レー
ザ６とピンホトダイオード７を総合して受発光素子４と
して図１の(2)に示してある。またハーフミラー９と反
射ミラー10で平行四辺形プリズム94を構成する。

【００３０】また、14はレンズで前記波長カプラ１と光
半導体素子の間に設けられた半導体レーザ６の光15aの
光軸上に位置する。

【００３１】なお、図１および図２において、８は前記
半導体レーザ６，ピンホトダイオード７等のパッケージ
であり、パッケージ内の各素子はピン電極81と接続され
る。11はシリコン基板で溝111と前記切断溝112を有す
る。13は台形プリズムで反射斜面131，132，上面133，
底面134で形成され、上面133はシリコン基板11に接面
し、一方の反射斜面131には前記波長フィルタ３が設け
られている。

【００３２】また、151は前記レンズ14を保持するレン
ズホルダ、152は前記波長カプラ１を保持するカプラホ
ルダ、153は前記レンズホルダ151とカプラホルダ152の
間に設けられたリングである。

【００３３】ここで、上記波長カプラ１は、剛性なガラ
ス基板12に快削性のシリコン基板11を設け、シリコン基
板11に設けた溝111に光ファイバ２を固定する。これ
は、シリコン基板11の切断は容易であり、反面割れやす
く、ガラス基板12は割れにくいが切断しにくい性質を有
するので、ガラス基板12にシリコン基板11を重ねて接着
固定することにより、それぞれの特長を生かした切断し
やすく割れにくい基板が得られる。

【００３４】上記した、図１、図２および図３に示す構
成によると、発光素子の半導体レーザ６から出力した光
15aを前記斜面51で反射した後ハーフミラー９を透過し
レンズ14で集光して、前記波長フィルタ３で反射して光
ファイバ２に入力する光路と、前記光ファイバ２から出
力して前記波長フィルタ３で反射した光15bを前記レン
ズ14で集光して前記ハーフミラー９および前記反射ミラ
ー10で反射して前記受光素子のピンホトダイオード７に
入射する光路をもつ光分岐モジュールを構成する。

【００３５】(実施の形態２)図２に示す波長カプラ１に
おいて、シリコン基板11に固定した光ファイバ２を切断
するようにガラス基板11に角度α(＜π／４)で設けた切
断溝112に、波長フィルタ３を挿入する。角度αはα＝
π／８が好ましい。波長フィルタ３は波長λ１の光を透
過し、波長λ２の光は反射する。ここで、波長λ１はλ
１＝1300nmとし、波長λ２はλ２＝1550nmとする。

【００３６】溝111に光ファイバ２を固定すると、切断
溝112の傾き角度をシリコン基板11に対して正確に設け
ることができる。台形プリズム13の斜面131および132は
底面134と角度φ(＜π／４)をなす。また、斜面131と13
2は角度２β(＜π／２)をなす。底面134には反射防止膜
を設ける。この台形プリズム13をシリコン基板11の上に
固定する。光ファイバ２はシリコン基板11の溝111に埋
め込んで固定し、シリコン基板11と台形プリズム13を載
せているので、光ファイバ２はシリコン基板11と台形プ
リズム13の上面133で挟まれるから、確実に固定するこ
とができ、光ファイバ２の位置ずれを防止できる。

【００３７】(実施の形態３)図２に示す波長カプラ１に
おいて、波長フィルタ３は斜面131に貼り付けると、波
長フィルタ３の傾きは、β＝φとなる。角度βおよび角
度φはβ＝φ＝π／８が好ましい。波長フィルタ３は誘
電体で構成しているので、薄いが堅い板状をなしてい
る。斜面131に波長フィルタ３の一部がはみ出すように
設け、はみ出した波長フィルタ３が切断溝112に挿入す
るように台形プリズム13の上面133をシリコン基板11に
接して固定する。波長フィルタ３の傾きは台形プリズム
13によって決まるので、切断溝112の幅にテーパのよう
な傾きがあった場合でも波長フィルタ３の傾きを正確に
決定できる。このように波長フィルタ３を斜面131に固
定して設けると、波長フィルタ３の傾き角を台形プリズ
ム13の製作精度で正確に設定することが可能となる。

【００３８】(実施の形態４)図２に示す波長カプラ１に
おいて、光ファイバ２から出力した光は、波長フィルタ
３と斜面132で反射して底面134から出力する。光を底面
134から垂直に出力するためには斜面131と132の角度を
正確に設定する必要がある。従って、これらの反射面を
１個の台形プリズム13で正確に設定することにより、シ
リコン基板11に対して斜面131と132の角度を正確に決め
ることが可能となる。特に、プリズムの断面形状を台形
とし、上面133をシリコン基板11に固定することが光を
光ファイバ２に対して垂直に出力するための構成上の大
きな特長である。

【００３９】このように光ファイバ２から出力した光を
光ファイバ２に対して垂直に出力するために、光を２回
反射させ、その反射面の角度を予め設定したプリズムを
用いることにより、光学回路を容易に設定できる。

【００４０】(実施の形態５)前記図３に示した受発光素
子４の光半導体実装部の構成において、シリコン基板５
の中央に壁面の一部に角度δの斜面51を有するくぼみ53
を形成し、斜面51に金属蒸着して鏡面52とする。くぼみ
53および斜面51は異方性エッチングで形成する。角度δ
はδ＝π／４が好ましい。半導体レーザ６はその光出力
部を斜面51に向けてくぼみ53に実装する。半導体受光素
子のピンホトダイオード７をシリコン基板５表面の斜面
51に隣接したシリコン基板５の表面に実装する。半導体
レーザ６から出力した光は斜面51(鏡面52)で反射され、
シリコン基板５から垂直に出力する作用を有する。斜面
51を異方性エッチングで加工するので表面が滑らかにな
り、金属、特に、金を蒸着しているので、光の反射率を
高めて、多くの光をシリコン基板５に垂直に出力するこ
とを可能にしている。

【００４１】(実施の形態６)図１に示すように、シリコ
ン基板５をパッケージ８に実装し、パッケージ８に設け
られたリードピン電極81にワイヤボンドして接続する。
保護ガラス82をパッケージ８に固定して半導体レーザ６
とピンホトダイオード７を密閉する。

【００４２】ハーフミラー９と反射ミラー10は図４の平
行四辺形プリズム94の断面図に示すように透明板(ガラ
ス板)91の両面に設け、これを透明板(ガラス板)92と93
で挟み、平行四辺形プリズム94を構成する。ハーフミラ
ー９と反射ミラー10は平行四辺形プリズム94の斜面と角
度γをなす。角度γはγ＝π／４が好ましい。ハーフミ
ラー９と反射ミラー10の間隔ｄ1と図３に示すシリコン
基板５における斜面51とピンホトダイオード７の間隔ｄ
2はほぼ等しい。ハーフミラー９が斜面51の上に、反射
ミラー10がピンホトダイオード７の上に位置するように
平行四辺形プリズム94を保護ガラス82に固定する。

【００４３】レンズ14をレンズホルダ151の中央に固定
し、波長カプラ１をカプラホルダ152に固定する。半導
体レーザ６から出力した光をレンズ14で集光し、光ファ
イバ２の図１(2)に示すＡ側から出力するようレンズホ
ルダ151に対してカプラホルダ152を３軸方向に調整し、
カプラホルダ152をリングホルダ153に固定した後、リン
グホルダ153をレンズホルダ151に固定する。

【００４４】以上のように構成した光分岐モジュールの
動作を図１ないし図４および図５の平行四辺形プリズム
の屈折率を示す模式図を用いて説明する。

【００４５】図２に示すように波長カプラ１は、光ファ
イバ２を溝111に固定し、切断溝112をシリコン基板11に
角度α＝π／８で設けている。切断溝112の幅は約40μ
ｍと狭く、また、深くなるほど幅が狭くなる。波長フィ
ルタ３は20μｍと薄い。光ファイバ２のＡ側から入射し
た光は波長フィルタ３で反射し、台形プリズム13内に進
んで斜面132で反射し、上面133から底面134にほぼ垂直
に出力する。

【００４６】実施の形態３で述べたように、波長フィル
タ３は台形プリズム13の斜面131に設けており、また、
台形プリズム13の上面133をシリコン基板11に面接触し
て固定しているので、波長フィルタ３で反射される光の
反射角は台形プリズム13の斜面131と132の傾き角で決定
できる。斜面131と132の交差角２βθは２β＝π／４で
設定されているので、波長フィルタ３および斜面132で
反射された光は光ファイバ２に対して垂直に出力する。

【００４７】光ファイバ２のＡ側から入射した波長λ１
(＝1550nm)の光のほとんどは波長フィルタ３を透過する
が、わずかな光は波長λ２(＝1300nm)と同じ光路を進
む。波長λ１(＝1550nm)の光を出力させないために底面
134にカットフィルタを設ける。これにより底面134から
出力する波長λ１(＝1550nm)の光は十万分の１以下に低
減できる。

【００４８】光の波長フィルタ３への入射角をπ／８に
して、偏光依存性を低減している。また、斜面132への
入射角π／４を越えるので、台形プリズム13内での内部
全反射作用を利用でき、反射ミラーを削減できる。

【００４９】図１および図３で示すように、半導体レー
ザ６から出力した波長λ２(＝1300nm)の光15aはδ＝π
／４の傾きを持つ斜面51(鏡面52)で反射され、シリコン
基板５から垂直に進む。保護ガラス82を透過した光はハ
ーフミラー９を透過してレンズ14に入射する。レンズ14
で集光された光は台形プリズム13に入射し、斜面132で
反射され、光ファイバ２に入射してＡ側から出力する。
なお、半導体レーザ６が発光する光は波長λ２(＝1300n
m)の光である。

【００５０】一方、光ファイバ２のＡ側から入射した波
長λ２の光は波長フィルタ３、斜面132で反射されて台
形プリズム13から出力し、レンズ14で集光され平行四辺
形プリズム94に入射する。ハーフミラー９で反射した光
は平行四辺形プリズム94のガラス板91内を透過して反射
ミラー10で反射され、ピンホトダイオード７に入射す
る。

【００５１】このように、光ファイバ２に切断溝112を
設け、その切断溝112に波長フィルタ３を挿入して機械
的に構成できる波長カプラ１と、半導体レーザ６とピン
ホトダイオード７を同じシリコン基板５に実装し、ハー
フミラー９および反射ミラー10で構成した平行四辺形プ
リズム94を用いて両者の光軸を一致させたパッケージ化
した受発光素子４を、レンズ14で光学結合することによ
り、波長カプラ機能，光分岐機能および発光，受光機能
を有する分岐モジュールを容易に構成できる。

【００５２】(実施の形態７)実施の形態６で示したよう
に、シリコン基板５に表面実装した半導体レーザ６とピ
ンホトダイオード７の光軸は、ハーフミラー９と反射ミ
ラー10およびガラス板91，92，93とから構成している。

【００５３】図１に示すように、レンズ14で集光され反
射ミラー10で反射された光はガラス板91(図４)を透過し
た後、ハーフミラー９で反射され、ピンホトダイオード
７に入射する。ピンホトダイオード７に入射する光の光
路はガラス板91を透過する分半導体レーザ６の光路より
長い。

【００５４】図５(1)に示すように、空気中からガラス
などの透明板に集光された光が通過する場合、屈折率の
高い透明板を透過した図５(2)に示す場合の方が透明板
からΔｌだけ遠くに集光位置をａからｂに集光させる効
果が得られる。そこで、ガラス板91の屈折率を通常光学
部品として使用されるガラスの屈折率(n＝1.5)より大き
な屈折率のガラス板91を使用することにより、ピンホト
ダイオード７に入射する光の光路を短くして、半導体レ
ーザ６の光路の長さに近づけることができる。ガラス板
91の屈折率の大きさはガラス端面での反射率を考慮する
と、ｎ＝1.6〜1.9が好ましい。実際にはｎ＝1.77のガラ
スを用いている。また、ガラス板92を半導体レーザ６か
ら出力した光が通過するので、ガラス板92の屈折率はガ
ラス板91と同じものを使用する。

【００５５】(実施の形態８)図１(1)の平面図に示すよ
うに、光ファイバ２は受発光素子４のピン電極81に対し
て重ならないよう、好ましくは直交するように固定す
る。これにより、ピン電極81を半田付けするときに光フ
ァイバ２を折ったりすることを防止することができる。
なお、ピン電極81と光ファイバ２は重なり合わないこと
が重要であり、必ずしも直交する必要はない。

【００５６】(実施の形態９)図６はハーフミラー９と反
射ミラー10で構成した平行四辺形プリズム94の量産化製
法を示したものである。ガラス板92の片面にハーフミラ
ー９を設け、ガラス板91の片面に反射ミラー10を設け、
ガラス板91とガラス板92でハーフミラー９を挟むように
重ねる。ガラス板91の厚みは、受発光素子４の斜面51と
半導体受光素子７の間隔の１／√２の長さを持つ。さら
に、反射ミラー10を保護する目的でガラス板93を反射ミ
ラー10に張り付ける。ガラス板92に対して角度γ(＝γ
／４が好ましい)の傾きで、厚みｔ1(＝0.7mmが好まし
い)で切断し、両面を鏡面研磨する。この切り出した板
を幅ｄ1(＝1.5mmが好ましい)で切断し平行四辺形プリズ
ム94を構成する。

【００５７】この方法によれば、平面にハーフミラー９
と反射ミラー10を設け、これらを張り合わせた後に切断
するので、簡単に多数の平行四辺形プリズム94を構成で
きる。

【００５８】(実施の形態10)図７は波長カプラの製造方
法を示す図である。等間隔に幅ｗ(＝130μmが好まし
い)、深さｖ(＝130μmが好ましい)の溝111を複数本設け
た厚みｅ(＝0.4mmが好ましい)のシリコン基板11を厚み
ｔ(＝0.5mmが好ましい)のガラス基板12に貼り付ける。
それぞれの溝111に光ファイバ２を固定する。シリコン
基板11の表面とα(＝π／８が好ましい)の角度をなし、
光ファイバ２に垂直に切断溝112をダイシングソー等の
カッティングマシーンで設ける。溝幅は狭いほど好まし
い。台形プリズム13の斜面131に設けた波長フィルタ３
が切断溝112に入るように柱状の台形プリズム13をシリ
コン基板11に接着固定する。各光ファイバ２の間のシリ
コン基板11，ガラス基板12，台形プリズム13および波長
フィルタ３を破線Ｃの部分で切断して個々の波長カプラ
１を得る。

【００５９】このように、複数の光ファイバ２をシリコ
ン基板11に整列し、光ファイバ２の切断、波長フィルタ
３および台形プリズム13の固定を行った後、基板を切り
離して個々の波長カプラを得るので、組み立て工数を削
減できると共に、１つの部品が分割されるので、１つの
波長カプラに用いられる部品価格を低減できる。

【００６０】(実施の形態11)図８は本発明の変形した台
形プリズム13を用いた波長カプラ１の構成を示す断面図
である。この波長カプラ１は、プリズム内での内部反射
の数を増やして、モジュールの高さを変化させたもので
ある。波長フィルタ３は変形台形プリズム16の斜面161
に設けられ、この斜面161は底面162の法線に対してθ
(＝π／８が好ましい)をなす。波長フィルタ３は切断溝
112に挿入され、変形台形プリズム16はシリコン基板11
に固定する。この場合の台形プリズム13の斜面131は上
面133の法線に対してα(＝π／８が好ましい)をなし、
斜面132は上面133の法線に対してβ(＝π／４が好まし
い)をなす。底面134には反射防止膜を設け、斜面131に
反射ミラー17を設け、台形プリズム13の上面133をシリ
コン基板11に固定する。

【００６１】光ファイバ２のＡ側から入力した光は波長
フィルタ３で反射され、台形プリズム13の斜面131に設
けた反射ミラー17で反射され、さらに、斜面132で反射
されて底面134から出力する。台形プリズム13内で複数
回反射することにより、光ファイバ２に垂直な方向の光
路を光ファイバ２に平行な方向に変換して、結果的にモ
ジュールの高さは低くなる。

【００６２】(実施の形態12)図９(a)は本発明の光分岐
モジュールを構成する受発光素子のシリコン基板５に、
半導体レーザ６とピンホトダイオード７と電子回路18を
構成した斜視図、図９(b)はその回路ブロック図を示し
たものである。電子回路18は半導体レーザ６の駆動回路
181とピンホトダイオード７の前置増幅器182から構成す
る。ピンホトダイオード７は微弱光を電気信号に変換す
るため、前置増幅器182をピンホトダイオード７に近接
して設け、ピンホトダイオード７と前置増幅器182間の
配線を短くすることにより、光／電気変換した電気信号
の雑音を極めて低減できるとともに、高周波変調信号に
対しても雑音のない電気信号を得ることができる。また
パッケージ８は複数の電極ピンを有するので、駆動回路
181および前置増幅器182との電気接続が極めて容易であ
る。さらに、従来外部にあった駆動回路181と前置増幅
器182を内蔵しているので、回路構成が容易になるとい
う効果が得られる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、発光素子
から出力した光を鏡面をなす斜面で反射した後ハーフミ
ラーを透過しレンズで集光し、フィルタで反射して光フ
ァイバに入力する光路と、前記光ファイバから出力して
前記フィルタで反射した光をレンズで集光して前記ハー
フミラーおよび反射ミラーで反射して前記受光素子に入
射する光路を有する光分岐モジュールを構成することに
より、１本の光ファイバに切断溝を設けて、この溝にフ
ィルタを挿入する機械的な方法で波長カプラを容易に構
成できる効果が得られる。

【００６４】また、発光素子と受光素子を平面実装して
一体化し、平行四辺形プリズムを用いて発光素子および
受光素子の光学軸を一致させて受発光素子を構成するこ
とにより、前記波長カプラとのレンズ結合が容易にな
り、波長カプラ機能，光分岐機能をもつ組み立ての簡単
な光分岐モジュールを容易に得られるという効果が得ら
れる。

【００６５】さらに、平行四辺形プリズムを層構造の３
枚の透明板とハーフミラーおよび反射ミラーと斜めに切
り出す工法を用いると、多数の平行四辺形プリズムを容
易に製作することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における光分岐モジュール
の構成を示す平面図(1)とそのＡ−Ａ断面図(2)とＢ−Ｂ
断面図(3)である。

【図２】図１の波長カプラの構成を示す断面図である。

【図３】図１の光半導体素子の構成を示す斜視図であ
る。

【図４】図１の平行四辺形プリズムの構成を示す断面図
である。

【図５】図１の平行四辺形プリズムの屈折率を示す模式
図である。

【図６】図１の平行四辺形プリズムの製造方法を示す図
である。

【図７】図１の波長カプラの製造方法を示す図である。

【図８】本発明の波長カプラの他の構成を示す断面図で
ある。

【図９】本発明の受光素子のシリコン基板５に電子回路
を設けた状態を示す斜視図(a)と回路ブロック図(b)であ
る。

【図１０】従来の光分岐モジュールの構成を示す一部断
面図である。

【符号の説明】

１…波長カプラ、２…光ファイバ、３…波長フィル
タ、４…受発光素子、５…シリコン基板、６…半導
体レーザ、７…ピンホトダイオード、８…パッケー
ジ、９…ハーフミラー、 10，17…反射ミラー、 11
…シリコン基板、 12…ガラス基板、 13…台形プリズ
ム、 14…レンズ、 16…変形台形プリズム、 18…電
子回路、 51，131，132，161…斜面、 52…鏡面、 5
3…くぼみ、 81…ピン電極、 82…保護ガラス、 9
1，92，93…透明板(ガラス板)、94…平行四辺形プリズ
ム、 111…溝、 112…切断溝、 133…上面、 134，
162…底面、 151…レンズホルダ、 152…カプラホル
ダ、 153…リング、 181…駆動回路、 182…前置増
幅器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心軸に対して斜めに切断溝を有する１
本の光ファイバおよび前記切断溝に挿入したフィルタか
ら構成された波長カプラと、中央付近に少なくとも１箇
所の壁面に鏡面状の斜面をなすくぼみを有するシリコン
基板、前記くぼみ内に設けた発光素子、前記斜面に隣接
して前記シリコン基板上に設けた受光素子、前記斜面上
方に斜めに設けたハーフミラー、前記受光素子の上方に
前記ハーフミラーに対して平行に設けた反射ミラーから
構成された光半導体素子と、前記波長カプラと前記光半
導体素子の間に設けられたレンズとから構成され、前記
発光素子から出力した光を前記シリコン基板の鏡面をな
す斜面で反射した後、前記ハーフミラーを透過し前記レ
ンズで集光して、前記フィルタで反射して前記光ファイ
バに入力する光路と、前記光ファイバから出力して前記
フィルタで反射した光を前記レンズで集光して前記ハー
フミラーおよび前記反射ミラーで反射して前記受光素子
に入射する光路を有することを特徴とする光分岐モジュ
ール。
【請求項２】前記光ファイバに設けた切断溝は、光フ
ァイバの中心軸に対する法線とα(＜π／４)の角度をな
し、前記フィルタは前記切断溝に光ファイバの中心軸に
対する法線と角度β(＜π／４)で挿入されて固定され、
前記切断溝付近に隣接して前記フィルタと角度２β(＜
π／２)をなして設けられた反射斜面を有し、前記光フ
ァイバから出射して前記フィルタで反射した光は前記反
射斜面で反射され、前記光ファイバに対して光を垂直に
出射する波長カプラを有することを特徴とする請求項１
記載の光分岐モジュール。
【請求項３】２枚の側面が底面に対して角度φ(＜π
／４)の傾きを有する台形プリズムと、前記フィルタを
前記台形プリズムの一方の側面に上面側からはみ出して
固定され、前記フィルタの前記台形プリズム上面からは
み出した部分が前記切断溝に挿入され、かつ、前記台形
プリズムの上面が前記光ファイバに接面し、前記台形プ
リズムの他の側面が前記反射斜面をなすことを特徴とす
る請求項２記載の光分岐モジュール。
【請求項４】前記光ファイバを光ファイバよりわずか
に広い溝を有したガラス基板と、前記ガラス基板および
光ファイバよりわずかに広い溝に固定された光ファイバ
に設けられた前記切断溝と、前記台形プリズムの側面に
設けられた前記フィルタが前記切断溝に挿入され、か
つ、前記台形プリズムの上面を前記ガラス基板に面接触
して前記光ファイバが前記台形プリズムの上面と前記ガ
ラス基板の間に挟まれて固定されたことを特徴とする請
求項３記載の光分岐モジュール。
【請求項５】前記ガラス基板に光ファイバ固定溝を有
するシリコン基板と、前記シリコン基板の裏面に前記ガ
ラス基板を有し、前記シリコン基板に設けた溝に光ファ
イバが固定され、前記ガラス基板に前記光ファイバのジ
ャケット部が固定されたことを特徴とする請求項４記載
の光分岐モジュール。
【請求項６】前記シリコン基板の中央付近に設けた四
角形のくぼみの一壁面が前記シリコン基板の平面に対し
て45度の角度をなして斜面を形成し、前記くぼみ底面に
実装した発光素子から出力した光を前記斜面で反射した
光をシリコン基板から垂直に出力することを特徴とする
請求項１記載の光分岐モジュール。
【請求項７】前記シリコン基板のくぼみは異方性エッ
チング加工が施され、斜面に金メッキされた反射面を有
することを特徴とする請求項６記載の光分岐モジュー
ル。
【請求項８】前記シリコン基板に電子回路を構成する
能動素子が形成されたことを特徴とする請求項７記載の
光分岐モジュール。
【請求項９】前記ハーフミラーと前記反射ミラーは第
１の透明板のそれぞれの面に設けられ、前記ハーフミラ
ーは第２の透明板で挟まれて平行四辺形プリズムである
ことを特徴とする請求項１記載の光分岐モジュール。
【請求項１０】前記第１の透明板の屈折率が1.5以上
であることを特徴とする請求項９記載の光分岐モジュー
ル。
【請求項１１】一方の側面が底面に対する法線と角度
θ(＜π／４)をなす第１のプリズムと、前記第１のプリ
ズムの前記側面に設けた前記フィルタと、プリズムの底
面に対する法線と角度α(＜π／４)をなす第１の面と角
度β(＜π／２)をなし前記第１の面とねじれ関係にない
第２の面を有する第２のプリズムとから構成し、前記光
ファイバから出力し前記フィルタで反射し、前記第２の
プリズムの第２および第１の側面で反射して前記光ファ
イバに垂直に光を出力することを特徴とする請求項１記
載の光分岐モジュール。
【請求項１２】前記シリコン基板は左右に対向して複
数の電極を有するパッケージに実装され、前記光ファイ
バが前記パッケージの電極と非平行であることを特徴と
する請求項１記載の光分岐モジュール。
【請求項１３】前記ガラス基板は複数の光ファイバ固
定溝を有し、前記光ファイバ固定溝に光ファイバを整列
した後に切断溝を形成し、前記プリズムの一方の側面に
設けたフィルタを前記切断溝に挿入して前記プリズムを
前記ガラス基板に固定し、前記ガラス基板，プリズムお
よびフィルタを前記光ファイバと平行に切断して切り離
して作成することを特徴とする波長カプラの製造方法。
【請求項１４】対向した２枚の透明板の間に前記ハー
フミラー，第１の透明板および前記反射ミラーの順に重
ねた光学部材を密着固定して設け、前記第１の透明板に
角度θ(＜π／４)で切断して鏡面とした平行四辺形を形
成したことを特徴とする請求項９記載の光分岐モジュー
ルのプリズムの製造方法。