JPH0943458A

JPH0943458A - 光送受信モジュ−ル

Info

Publication number: JPH0943458A
Application number: JP7211166A
Authority: JP
Inventors: Miki Kuhara; 美樹工原; Naoyuki Yamabayashi; 直之山林; Yasuhiro Inoguchi; 康博猪口; Yasushi Fujimura; 康藤村; Hiroo Kanamori; 弘雄金森
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-07-26
Also published as: JP3331828B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基地局に光ファイバによってつながれたＯＮ
Ｕ用光モジュールは、電話、ファクシミリなどのデジタ
ル光信号を送受信し、ＴＶのアナログ光信号を受信す
る。受信系において従来は１．３μｍ光と１．５５μｍ
光を分離するために波長分波器を必須としていた。波長
分波器の波長分離がなお不完全であるから不要光をカッ
トするための誘電体多層膜等も必要であった。波長分波
器、多層膜を省き、ＯＮＵ用光モジュールの構造を単純
化し低コスト化する事が目的である。【構成】１．３μｍ光を完全に吸収し１．３μｍ光を感
受し、１．５５μｍ光を透過させるようにした第１ＰＤ
と、１．５５μｍ光を感じる第２ＰＤを前後に直列に並
べる。基地局からの光信号を１．３μｍ光と１．５５μ
ｍ光に分離せず直列ＰＤに入射させる。第１ＰＤによっ
て１．３μｍ光を、第２ＰＤによって１．５５μｍ光を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２種類の波長の光
を用い双方向通信を行う光通信システムにおいて、二つ
のフォトダイオードと光源とを組み合わせて２種類の波
長の光を分離できるようにした光送受信モジュールに関
する。

【０００２】初めに双方向光通信について説明する。光
ファイバの伝送損失が低減し、半導体レ−ザ（以下ＬＤ
と略すことがある）や半導体受光素子（ＰＤと略す事も
ある）の特性が向上した。このため光信号を用いた通信
の試みが盛んになされている。これを光通信という。特
に、１．３μｍと１．５５μｍの長波長の光を用いた光
信号による通信の研究が精力的に行われている。例え
ば、電話、ファクシミリ、テレビなどの信号を光信号に
よって伝送する試みである。

【０００３】光通信にも多様な様態がある。特に最近
は、電話、ファクシミリのように双方向に信号をやり取
りする低速のデジタル通信と、アナログのＴＶ信号を有
線で伝送する光ＣＡＴＶの高速アナログ通信を１本の光
ファイバによって同時に行うシステムの可能性が検討さ
れている。この方式の利点は、光ファイバが１本で済む
事である。

【０００４】図１はこのような双方向通信の原理図であ
る。基地局１では、電話やＴＶ信号を増幅した後１本の
光ファイバによって送り出し、家庭の近くまで光のまま
伝送し、分岐器２において例えば、１６本に分割する。
分岐器２から各家庭（加入者側端末３）を１本の光ファ
イバによって結ぶ。このようにするのは、基地局１の光
ファイバ本数を減らし、設備コストを下げる為である。
このように各家庭へ光によって信号伝送するシステムを
光加入者系という。

【０００５】このようにして伝送されてきた光信号は、
加入者側端末（ＯＮＵと呼ぶ：OPTICAL NETWORK UNITの
略）において電気信号に変換される。変換機構を説明す
る。加入者側端末３の波長分波器４において、デジタル
信号を担う１．３μｍ光と、アナログ信号を担う１．５
５μｍ光を分離する。分離された１．５５μｍ光は、ア
ナログ信号を正確に再現するフォトダイオード（ＰＤ）
５に入射する。光信号が電気信号に変換される。信号処
理部６において各種の信号処理が施されてＴＶセット７
に導かれる。

【０００６】デジタル信号を運ぶ１．３μｍ光は、１：
１の分合波器（光カップラ８と呼ぶ）に導かれる。これ
がデジタルＰＤ９によって電気信号に変換される。これ
は信号処理部１０による処理を経て電話・ファクシミリ
１１に導かれる。基地局から送信された信号が家庭の電
話やファクシミリによって受信される。

【０００７】電話やファクシミリは双方向通信であるか
ら、端末から局へ信号を送る機能も必要である。電話や
ファクシミリからの送信信号は信号処理部１０による処
理を受けて、デジタルＬＤ１２によって光信号に変換さ
れる。この光信号は光カップラ８と波長分波器４を通り
光ファイバに入り分岐器２で他の信号に合一し基地局１
に送信される。光カップラ８は、このような１．３μｍ
光による、双方向通信を可能にする為に挿入されてい
る。

【０００８】以上まとめると、このようなＯＮＵシステ
ムには、１．３μｍ光と、１．５５μｍ光とを分離する
波長分波器４と、双方向通信のための光カップラ８と、
光／電気変換のためのＰＤ５、９、電気／光変換のため
のＬＤ１２が必要である。これらを組み合わせたものを
ＯＮＵ用光モジュールという。本発明はこのＯＮＵ用光
モジュールの構成形態の改良に関する。

【０００９】

【従来の技術】初めにＯＮＵ用光モジュールの従来技術
を概観する。先にＯＮＵ用光モジュールには、二つの波
長の光を分離し或いは結合するための波長分波器、同じ
波長の光を送受信するための光カップラが必要である事
を説明した。これらの素子についていくつかの提案がな
されている。いずれも提案に過ぎず、実用化されている
ものはない。それぞれ利点があるが、尚固有の難点を持
つからである。

【００１０】［ＯＮＵ用光モジュールの構成例１：ミラ
ー式波長分波器・光カップラ］図２にミラー式の波長分
波器・光カップラを用いた光モジュールの例を示す。誘
電体多層膜をガラス基板に蒸着して製作したミラーを波
長分波器、光カップラとして利用している。屈折率の異
なる２種類の材料の薄膜を交互に積層し、４５゜の角度
で切断し、端面が多層膜に対して４５゜の角度をなすよ
うになっている。薄膜の厚みと屈折率と傾斜角の余弦の
積が実効的な光路長を与える。異なる膜の境界において
光の反射と屈折が起こる。多重反射光が互いに強めあう
ような波長の光は、より強く反射される。

【００１１】多重反射光が互いに打ち消しあうような波
長の光の場合は、殆どの光エネルギーが透過する。そこ
で図２のミラー式波長分波器は、１．３μｍ光は透過
し、１．５５μｍ光は反射するように、薄膜が組み合わ
されている。これによって１．３μｍ光と１．５５μｍ
光を分離することができる。１．３μｍ光は直進しミラ
ー式光カップラ８に入る。

【００１２】光カップラ８も同様に屈折率の異なる２種
類の誘電体を重ねた多層膜よりなる。膜面と端面が４５
゜をなすようにしてある。特定の波長の光を半ば透過
し、半ば反射する。光ファイバは光コネクタ１３に結合
される。この後光は自由空間を伝搬するが、光コネクタ
１３からデジタルＰＤ９、ＬＤ１２、アナログＰＤまで
の距離が長いのでコリメータレンズ１４によって平行光
にしてからミラー式波長分波器４に導く。これに応じ
て、平行光を集束光に変換するためにレンズ１７、１
８、１９が設置される。

【００１３】このようなミラー式の波長分波器やカップ
ラを用いた方式は、例えば、１９９０年電子情報通信学
会春期全国大会予稿講演番号Ｃ−２０３（Ｐ４−２５
８）、１９９０年電子情報通信学会秋期全国大会予稿講
演番号Ｃ−２２２（ｐ４−２６４）などに提案されてい
る。

【００１４】この方式の難点は、ミラー式の波長分波器
によって、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を分離するの
が難しいということである。アナログ信号を通すべき光
路ａには１．３μｍ光が入ってはならないし、デジタル
信号を通すべき光路ｂには１．５５μｍ光が入ってはな
らない。もしも両者の分離比が悪いと、電話やテレビに
ノイズが入る。それぞれの光路において、相手の光のエ
ネルギーが１０^-4以下でないと、ノイズは無視できず、
画質、音質を損なうようになる。ミラー式波長分波器だ
けでは所望の分離比が得られない。

【００１５】そこで、光路ａには多層膜フィルタ１５を
入れて１．３μｍ光を完全に遮断するような工夫がなさ
れる。光路ｂにも１．５５μｍ光を遮断する多層膜フィ
ルタ１６を挿入する。

【００１６】［ＯＮＵ用光モジュールの構成例２：導波
路型波長分波器・光カップラ］図３に導波路型の光モジ
ュールの構成を示す。石英系の平面光導波路によって、
波長分波器と光カップラを構成している。これは部品点
数を少なくすることができる。モジュールを小型化する
可能性があるので有望である。平面光導波路（ＰＬＣと
呼ぶ）はＳｉ基板２２の上に石英のクラッド層２３を堆
積させ、クラッド層２３に、屈折率を増大させる不純物
（例えばＧｅ）を線状にドープして光導波路を作製した
ものである。端面から導波路２４が真っ直ぐに延び、ｆ
点で２本の導波路２５、２６に分かれる。これは光カッ
プラ８に該当する。

【００１７】これらの導波路は途中で曲がり平行な導波
路２７、２８になる。さらにｇ点では、導波路２４に近
接して他の導波路２９が形成される。これは導波路３
０、３１につながる。導波路２４の前端には、シングル
モード光ファイバ３２の端面が接合される。ｇ点近傍の
導波路２４、２９は、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を
分離する波長分波器４として機能する。図３の例は、Ｎ
ＴＴＲ＆Ｄｖｏｌ．４２，Ｎｏ．７，１９９３，ｐ
９０３−９１２に公表されている。

【００１８】光ファイバ３２から導波路２４に信号光が
入り、ｇ点において、１．３μｍ光と、１．５５μｍ光
に分離される。１．３μｍ光は直進して光カップラ８に
よって導波路２５、２６に分配される。導波路２５を通
る光は、多層膜フィルタ３４を通り、デジタル用ＰＤ９
に入射する。これが受信光の伝搬である。送信光である
デジタル用レ−ザＬＤ１２の光は集光レンズ３３によっ
て絞られて、導波路２８に入り、導波路２６、２４を経
て、光ファイバ３２に入る。

【００１９】１．５５μｍ光は、分岐点ｇにおいて、導
波路３０に移り、光路ａを進行し多層膜フィルタ３５を
通過してアナログ出力シングルモードファイバ３６に入
る。多層膜フィルタ３５、３４を光路ａ、光路ｂに設け
るのは、先述のようにそれぞれ不要な１．３μｍ光、
１．５５μｍ光を完全に遮断するためである。これは導
波路を相互に近接させたり（ｇ点）、分岐させたりして
（ｆ点）、１枚の石英基板の上に波長分波器、光カップ
ラを製作することができる。このような導波路型の光モ
ジュールは、ＮＴＴＲ＆Ｄｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１
１，１９９４，ｐ１２７３−１２８０に提案されてい
る。

【００２０】この例では、導波路２７、３１と、デジタ
ルＰＤ９、アナログファイバ３６の間には集光レンズが
ない。ファイバ３６の場合は、ファイバ３６を直接に導
波路２３に接着するからである。ＰＤ９の場合は、これ
が導波路２３に十分に近いので光が広がらないからであ
る。デジタルＬＤ１２と導波路２８の間もレンズを省く
ことができる。しかし高効率で導波路２８に送信光を入
れたい時はレンズ３３を設ける。

【００２１】この方式の長所は、全体が１枚の基板の上
に作製でき、小型にできるということである。また部品
点数を削減する事ができるという利点もある。さらに平
面導波路が光ファイバと同じ材料であり、ほぼ同じサイ
ズであるから、光ファイバとのなじみが良いと言われ
る。

【００２２】［ＯＮＵ用光モジュールの構成例３：光フ
ァイバ型波長分波器・光カップラ］光ファイバを用いた
波長分波器は既に実用化されている。光ファイバＷＤＭ
と呼ばれる。光ファイバを用いたカップラも実用化され
ている。これは光カップラと呼ばれる。さらに２本の光
ファイバの間に多層膜フィルタを挿入した光ファイバフ
ィルタも製造されている。これらの光ファイバを用いた
部品を用いてもＯＮＵ用光モジュールを構成することが
できる。図４は光ファイバ式のＯＮＵ用光モジュールを
示す。

【００２３】入力シングルモードファイバ３９は光コネ
クタ４０によってＯＮＵ端末につながる。光ファイバ４
１、４２は近接して設けられ光ファイバ波長分波器４３
を構成する。波長分波器４３は両光ファイバをエバネッ
セント結合し、波長によって光エネルギーが交換され或
いは交換されないようにする作用がある。この例では、
１．５５μｍ光は、分岐側の光ファイバ４２に移動し、
１．３μｍ光はそのまま光ファイバ４１を進む。これが
コネクタ４４を通り、光ファイバ４５につながる。光フ
ァイバ４５は同等の光ファイバ４６、４７に分岐する。
この分岐が光ファイバカップラ４８となる。カップラ４
８は２本の光ファイバを近接させるか捻り合わせてコア
間距離を短くしエネルギーを交換できるようになってい
る。

【００２４】受信光用の光ファイバ４６は、多層膜フィ
ルタ５９を通り、光ファイバ５０を通り、デジタルＰＤ
モジュール５１に入射する。光信号が電気信号に変換さ
れ電話などにつながる。電話などからのデジタル信号は
デジタルＬＤモジュール５３から光ファイバ５４を通
り、光コネクタ５２から光ファイバ４７、カップラ４８
を通過し、波長分波器４３を通って、光ファイバ３９へ
と出てゆく。

【００２５】一方１．５５μｍ光は、光ファイバ波長分
波器４３によって、光ファイバ４２に分離され、多層膜
５５、光コネクタ５６を通過し、光ファイバ５７から、
アナログＰＤモジュール５８に至り、ここで光電変換さ
れる。この例では波長分波器もカップラも光ファイバの
みよって構成される。光ファイバは自在に曲げられるの
で、アナログ、デジタルそれぞれの回路を電気的に好都
合の位置に配置することができる。また光ファイバを融
着することにより各構成部品をつなぎ合わせることがで
きるから、自由にモジュールを構成できる。機能を分散
させることもできる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】ミラー型、光導波路
型、光ファイバ型のＯＮＵ用光モジュールの例を説明し
た。これらはいずれも１．３μｍ光と１．５５μｍ光を
分離するための波長分波器と、送信光と受信光の経路を
１本にするためにカップラが必要であった。このため、
極めて多くの部品を設けなければならなかった。そのた
め、ＯＮＵ用光モジュールは複雑で高価なものになる。
波長分波器或いはカップラを省くことができれば、簡単
な構造でより安価な光送受信モジュールとすることがで
きる筈である。本発明は波長分波器をなくして、より簡
単な構造の光送受信モジュールを提供することを目的と
する。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ＯＮＵ用光
モジュールがなぜこのように複雑な構成になるのか？も
っと単純化することはできないものであろうか？と考え
た。その結果次のことが分かった。何れのモジュール
も、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を前もって分離しな
ければならないという先入観に捕らわれており、このた
めに複雑な構成にならざるを得なかったということであ
る。より単純な構造とするためには、波長分波器、カッ
プラを除く必要がある。もしも１．３μｍ光と１．５５
μｍ光を分離する必要がなければ、波長分波器を省くこ
とができる。これは当然である。ではどうして、従来は
両波長の光を分離しなければならなかったのか？これに
ついて考察しよう。

【００２８】これは実は受光素子の構造に問題があるの
である。思いもよらない事であるが受光素子がＯＮＵ用
光モジュールを複雑なものにしているのである。本発明
者は初めてこの点に思い至った。分かり難い事であるの
で、従来の受光素子の構造を説明する。

【００２９】図５は従来のモジュールに用いられるフォ
トダイオードチップの断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板６
０の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層６１、ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓ受光層６２（光吸収層）、ｎ型ＩｎＰ窓層６３がエピ
タキシャル成長法によって形成される。ＩｎＰ窓層６３
の上部の外周部には絶縁体のパッシベーション膜６６が
設けられる。窓層６３の中央部からｎ型ＩｎＧａＡｓ受
光層６２の半ばまでｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）が拡
散されている。ＩｎＧａＡｓ層の半ばにｐｎ接合ができ
る。

【００３０】亜鉛拡散領域６４の周辺部にはｐ電極６５
がオーミック接続するように設けられる。環状電極であ
る。環状電極６５によって囲まれる部分６９に光が入
る。光入射部分６９には反射防止膜６７が被覆してあ
る。反対側のｎ型ＩｎＰ基板６０の底面にはｎ電極６８
が形成される。こちら側から光を入れないので面の全体
を電極が覆っている。

【００３１】ｐ電極６５を負に、ｎ電極６８を正にバイ
アスする。入射光がＩｎＧａＡｓ層に入ると、ここで吸
収され電子正孔対を生成する。電子はｎ電極に向かっ
て、正孔はｐ電極に向かって流れる。これが光電流であ
る。光吸収層にＩｎＧａＡｓを用いるのは、赤外光に大
きい感度を持つからである。

【００３２】図６はこの受光素子の受光感度を示す。横
軸は波長（μｍ）である。縦軸は感度（Ａ／Ｗ）であ
る。波長が１．０μｍ〜１．６μｍまでの広い範囲で高
い感度を有する。つまりこの受光素子は１．３μｍにも
１．５５μｍにも高い感度を持っている。高い感度を持
つ波長範囲は光吸収層の材料によって決まる。この場合
は、ＩｎＧａＡｓの材料特性によって決まるのである。

【００３３】またこの受光素子が高感度を持つ波長の下
限λａはＩｎＧａＡｓ吸収層６２の直上の窓層の吸収特
性によって決まる。窓層はこの場合ＩｎＰであるので、
そのバンドギャップからλａが決まる。感度を持つ波長
の上限λｂは、吸収層によって決まる。この理由を説明
する。半導体はバンドギャップＥｇによって特徴付けら
れる。入射光のエネルギーｈｃ／λがバンドギャップＥ
ｇよりも小さい場合（λ＞ｈｃ／Ｅｇ）、この光は電子
正孔対を生成できないのでそのまま透過する。理想的に
は透過率が１００％である。この光に対してこの半導体
は透明である。

【００３４】反対に、入射光のエネルギーｈｃ／λがバ
ンドギャップＥｇよりも大きい場合（λ＜ｈｃ／Ｅ
ｇ）、この光は電子正孔対を作り消滅する。つまりこの
光は吸収される。バンドギャップに相当する波長がｈｃ
／Ｅｇによって与えられる。これをλｇと表現する。バ
ンドギャップＥｇを基礎吸収端ともいう。λｇは基礎吸
収端に相当する波長ということもできる。簡単に吸収端
波長λｇということもできる。まとめると、入射光の波
長λが吸収端波長λｇよりも短い（λ＜λｇ）と完全に
吸収され、λｇより長い（λ＞λｇ）と完全に透過す
る。吸収から透過への遷移はかなり急峻である。しかし
温度によってカーブが少し鈍る。

【００３５】絶対０゜（０Ｋ）であれば、価電子帯に正
孔はなく、伝導帯に電子がないので、λｇを境に全吸収
と全透過に分かれる。しかし有限温度では熱のために、
価電子帯に正孔が、伝導帯に電子が幾らか励起されてい
る。このために、λｇの近くで透過曲線、或いは吸収曲
線がカーブを描く。受光素子は、窓層と吸収層の２種類
の半導体を組み合わせて作る。入射光は窓層を透過し、
吸収層に入るのであるから、窓層のバンドギャップＥｇ
１は、吸収層（受光層）のバンドギャップＥｇ２よりも
広くなければならない。Ｅｇ１＞Ｅｇ２である。その理
由は次のようである。

【００３６】入射光のエネルギーをＥｐ＝ｈｃ／λとす
ると、これが窓層（Ｅｇ１）を通るためにはＥｐ＜Ｅｇ
１である必要がある。これが吸収層（Ｅｇ２）によって
吸収されるためには（感度があるためには）Ｅｐ＞Ｅｇ
２でなければならない。これが両立するために、Ｅｇ１
＞Ｅｇ２である必要があるのである。つまり吸収層のバ
ンドギャップより大きいバンドギャップを持つものを窓
層に使う必要がある。窓層をＩｎＰとすると、吸収層は
それよりもバンドギャップの狭い半導体を使う必要があ
る。このために吸収層はＩｎＧａＡｓを用いる。

【００３７】窓層を通り、吸収層に至りここで吸収され
る光のみをこの受光素子は検出する事ができる。つまり
Ｅｇ１＞Ｅｐ＞Ｅｇ２の不等式を満たす光のみがこの検
出器によって検出される。同じ事を波長によって表現す
ると、λｇ１＜λ＜λｇ２であればこの光は、受光素子
によって検出されると言う事である。高感度領域の下限
λａ＝λｇ１であり、上限λｂ＝λｇ２である。ＩｎＧ
ａＡｓを吸収層に、ＩｎＰを窓層に持つ受光素子は、λ
ｇ１＜１．３μｍ＜１．５５μｍ＜λｇ２であるから、
１．３μｍ光にも１．５５μｍ光にも高感度を持つ。Ｉ
ｎＰ窓層の吸収端波長λｇ１は０．９２μｍ、ＩｎＧａ
Ａｓの吸収層の吸収端波長λｇ２は１．６７μｍであ
る。

【００３８】図１においてアナログＰＤ５にも、デジタ
ルＰＤ９にも同じ半導体の組み合わせになる受光素子を
用いる。つまり１．３μｍにも１．５５μｍにも感度を
持つ受光素子を両方に用いている。そのために、アナロ
グＰＤ５に１．３μｍ光が混ざるとこの受光素子は１．
３μｍ光をも検出してしまう。このために１．３μｍ光
がノイズになる。反対にデジタルＰＤ９に１．５５μｍ
光が混ざるとこの受光素子はこれを検出してしまい、ノ
イズになるのである。図２〜図４の従来例でも同じこと
である。

【００３９】デジタル信号（１．３μｍ光）用のフォト
ダイオードにも、アナログ信号（１．５５μｍ光）用の
フォトダイオードにも、同様に１．３μｍと、１．５５
μｍに感度を有するフォトダイオードを使うから、１．
３μｍと１．５５μｍの光路を分離しなければならなく
なるのである。波長分波器は光路の分離のために必要に
なる。しかし現存する波長分波器はいずれも、分離比が
不十分である。相手側の波長の光が幾分混ざるのを防ぐ
ことができない。このために多層膜フィルタ１５、１
６、３４、３５、５９、５５を各光路に介挿しなければ
ならなかったのである。１．３μｍ光と１．５５μｍ光
の光路を分離しようとするからこのような複雑な構成に
なるのである。

【００４０】反対に光路を分けなければ格段に構造が単
純化されるはずである。１．３μｍ光と１．５５μｍ光
を同じ光路を進行させて、しかも別々に検出できれば良
いのである。このような手品のような事が果たして可能
であろうか？それが可能なのである。そもそも従来例が
空間的に１．３μｍ光と１．５５μｍ光を分離するの
は、つまり光路を分けるのは、受光素子に波長の選択性
がないからである。受光素子が１．３μｍ光も１．５５
μｍ光も感受してしまうから、光路を分離する必要があ
る。

【００４１】もしも、１．３μｍ光のみを吸収し感受し
１．５５μｍ光を通す受光素子があれば、光路を空間的
に分離する必要などないのである。このような受光素子
自身新規なものである。もしこのような受光素子が存在
すれば、この受光素子と同一光路であってこれよりも後
方の位置に、１．５５μｍ光を感受する受光素子を設け
る事によって、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を他者の
影響を全く受けないで独立に検出することができる。本
発明の骨子はここにある。

【００４２】本発明の受光系は第１受光素子と第２受光
素子を同一光路上に直列に置き、第１受光素子は１．３
μｍ光を全て吸収し１．３μｍ光を検出し、１．５５μ
ｍ光は全て透過するようにする。第２受光素子は１．５
５μｍ光を感受する。結局本発明の重要な点は二つあ
り、ひとつは、受光素子二つを直列に配置するという事
である。もうひとつは第１受光素子が１．３μｍ光を全
部吸収し、１．５５μｍ光には感度を持たず、１．５５
μｍ光を全て透過するという事である。第１受光素子が
特別の性質を持たなければならない。その特性を箇条書
きにすると、

【００４３】１．３μｍ光を感受すること。１．３μｍ光を全て吸収する事。１．５５μｍ光に感度を持たない事。１．５５μｍ光を全て通す事。

【００４４】である。これ自体新規な性質である。この
ような条件を満たす受光素子はこれまで存在しなかった
と言って良い。受光素子自体新規である。新規な受光素
子と、１．５５μｍ光を検出できる受光素子を直列に組
み合わせたものが本発明の光送受信モジュールである。

【００４５】先に半導体のバンドギャップと光の吸収に
ついての関係を説明した。上記のと、とは本来
別異の性質である。従って全ての条件を満足するために
４つのパラメータが必要である。しかし半導体の場合は
先述の性質があるので、と、との性質はひとつ
のパラメータを指定するだけで同時に満足する事ができ
るのである。本発明者はこのような半導体の特殊性には
じめて気づいた。

【００４６】先述のように半導体はバンドギャップ以上
のエネルギーの光は吸収し、それ以下のエネルギーの光
は全て透過する。ために受光素子の感度領域の上限波長
λｂは吸収層（受光層）の吸収端波長λｇ２によって決
まり（λｂ＝λｇ２）、下限波長λａは窓層の吸収端波
長λｇ１によって決まる（λａ＝λｇ１）。

【００４７】上限波長λｂをもっと短くし、１．３μｍ
より長く、１．５５μｍより小さくする事によって、
の条件を満足できる。つまり吸収層のバンドギャップＥ
ｇ２を、１．５５μｍ光のエネルギー以上、１．３μｍ
光のエネルギー以下にする事によって、１．３μｍ光を
感受し、１．５５μｍ光に感じない受光素子とすること
ができる。１．５５μｍ光を全く吸収しないからであ
る。吸収層の吸収端波長λｇによって表現すると、

【００４８】１．３μｍ＜λｇ２＜１．５５μｍ（１）

【００４９】ということである。これが本発明を最も端
的に表現している。また厚みを適当なものにすることに
よって、１．３μｍ光を全て吸収し漏らさないようにで
きる。また基板裏のｎ電極の中央に孔を空ける事によっ
て、１．５５μｍ光を全て透過させる事ができる。これ
によっての条件をも満たす事ができる。窓層の材料も
問題である。窓層のバンドギャップＥｇ１が１．３μｍ
光より短いようにする。１．３μｍよりも短い波長が入
射してはいけないので、窓層のバンドギャップはこれよ
りも少し高いものに設定する。これは簡単に

【００５０】λｇ１＜１．３μｍ（２）

【００５１】と表現する事ができる。このように１．３
μｍを感じ１．３μｍ光を全て吸収し１．５５μｍ光を
通す第１の受光素子に、１．５５μｍ光を感受する第２
受光素子を直列につないだものが本発明の光受信モジュ
ールである。これは受信系の改良である。この改良によ
って、１．３μｍ光と１．５５μｍ光は光路を分離する
必要がないので、波長分波器が不要になる。ただしデジ
タル光を送信するためのレ−ザは別個に必要である。カ
ップラによってレ−ザ光を光ファイバに導入するという
構成は変わらない。

【００５２】本発明の第一の長所は波長分波器を省くこ
とができるということである。簡単な構成になるので小
型化、低価格化が可能になる。光加入者系の進展を大い
に促す事ができる。しかしそれだけではない、受光素子
自体に波長の選択性を賦与しているので、１．３μｍ光
の信号に１．５５μｍ光が混信することはないし、１．
５５μｍ光に１．３μｍ光が入る事はない。つまりノイ
ズを大幅に低減する事ができ、高品質の画像、音声など
を受信できるという長所がある。

【００５３】

【発明の実施の形態】本発明の最も重要な点は第１フォ
トダイオードにある。これは１．３μｍ光を全て吸収し
１．３μｍ光を検出し、１．５５μｍ光には不感であっ
て、１．５５μｍ光を通す受光素子である。このような
フォトダイオードの構造を説明する。図７はこのような
フォトダイオードの断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板７０
の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層７１、ｎ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ受光層（吸収層）７２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ窓層７３
がエピタキシャル成長によって形成されている。ＩｎＧ
ａＡｓＰ受光層７２の吸収端波長λｇ２は１．４２μｍ
である。ＩｎＧａＡｓＰ窓層７３の吸収端波長λｇ１は
１．１５μｍである。

【００５４】ＩｎＧａＡｓＰ窓層７３とＩｎＧａＡｓＰ
受光層７２の中央部には亜鉛拡散によりｐ型領域７９が
形成される。ＩｎＧａＡｓＰ窓層７３の上面のｐ型領域
７９には環状のｐ電極７４がオーミック接続するように
設けられる。環状電極７４の外部はパッシベ−ション膜
７５によって覆われる。環状ｐ電極７４の内部は反射防
止膜７６によって被覆される。入射光８０は反射防止膜
７６を通過して、ｐ型領域７９に入る。

【００５５】ｎ型ＩｎＰ基板７０の裏面は、環状のｎ電
極７７がオーミック接続するように形成してある。これ
は基板の底面の全体を覆うのではない。周辺部のみに環
状に形成されている。中央部には電極がなく光が通るよ
うになっている。光が通る部分は反射防止膜７８が形成
されている。

【００５６】このような受光素子は図５の従来例のもの
に比べて次の３点において異なる。窓層がＩｎＰ（λｇ＝０．９２μｍ）から、ＩｎＧａ
ＡｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）に変わっている。受光層（吸収層）がＩｎＧａＡｓ（λｇ＝１．６７μ
ｍ）から、ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４２μｍ）に変
わっている。

【００５７】基板の底部に１．５５μｍ光を通す広い
開口８１がある。図８は吸収層（１．３μｍ帯選択エピタキシャル層）の
光透過率を示すグラフである。横軸は波長（μｍ）であ
り、縦軸は透過率（相対％）である。吸収層のλｇが
１．４２μｍであるから、これより長い波長の光は全て
透過する。これより短い波長の光は吸収される。受光層
（吸収層７２）によって、１．３μｍ光は吸収され、
１．５５μｍ光は透過するということである。但し１．
３μｍ光が全て吸収されるには吸収層の厚みがある程度
大きくなくてはならない。

【００５８】受光素子の検出できる光の波長の上限は、
吸収層のλｇ２（１．４２μｍ）により、下限は窓層の
λｇ１（１．１５μｍ）により決まる。この受光素子は
狭い範囲（１．１５μｍ〜１．４２μｍ）の波長の光し
か感受できない。図９はこのフォトダイオードの波長感
度特性を示すグラフである。１．１５μｍ〜１．４２μ
ｍの範囲の光にしか感じないので、１．５５μｍ光は全
く検出しない。１．５５μｍ光はこのフォトダイオード
を通るのであるが感度がないので１．５５μｍ光がノイ
ズにならない。反対に１．３μｍ光を検出できる。

【００５９】図８の透過率の曲線から、この受光素子を
１．５５μｍ光が完全に透過できるという事が分かる。
これらの性質は、感度領域の上限λｂを、１．５５μｍ
より下へ移動させたことによって得られる。前記のが
この特性を与えている。吸収層のλｇ２は一般には、
１．３μｍと１．５５μｍの中間であれば良い。ここで
は一例として１．４２μｍを選んでいる。丁度中間値で
ある。

【００６０】窓層のλｇ１は一般に１．３μｍより小さ
ければ良い。ここでは１．１５μｍを選んでいる。しか
しＩｎＰのλｇ＝０．９２μｍでも差し支えない。さら
に基板の裏面の開口８０は、１．５５μｍ光を取り出す
ために不可欠である。開口を出るのは１．５５μｍ光の
みであり、１．３μｍ光は全て吸収層によって吸収され
ている。

【００６１】本発明の１．３μｍ光選択受光素子は、Ｉ
ｎＧａＡｓＰの４元混晶を用いる。三元混晶では自由に
バンドギャップを与えることができないからである。４
元混晶はＩｎ_1-x Ｇａ_x Ａｓ_1-y Ｐ_y と書く事ができ
る。組成を決めるパラメ−タが二つある。ｘとｙであ
る。バッファ層、光吸収層、窓層ともに基板であるＩｎ
Ｐに格子整合しなければならないので、これによって拘
束条件が一つ与えられる。しかしもう一つの自由度があ
るから、バンドギャップを自在に与えることができるの
である。混晶の組成とバンドギャップ、格子定数などに
ついては、今井哲二他「化合物半導体デバイス（Ｉ）」
株式会社工業調査会発行１９８４年、Ｐ５６，Ｐ８７に
述べられている。バンドギャップを波長によって表すこ
ともできる（Ｅｇ＝ｈｃ／λｇ）。

【００６２】吸収層をλｇ＝１．４２μｍとすると、組
成はｘ＝０．３４、ｙ＝０．２４に決まる。Ｉｎ_0.66Ｇ
ａ_0.34Ａｓ_0.76Ｐ_0.24 が吸収層の組成である。こうす
ると１．５５μｍ光は吸収せず透過する。１．３μｍ光
は完全に吸収してしまう。窓層λｇ＝１．１５μｍとす
ると、組成はｘ＝０．１８、ｙ＝０．６０に決定され
る。Ｉｎ_0.82Ｇａ_0.18Ａｓ_0.40Ｐ_0.60 が窓の組成にな
る。これは１．３μｍ光も、１．５５μｍ光も透過す
る。窓であるから当然である。しかしこれはより短い波
長の光が入らないようにしている。

【００６３】図７のＰＤチップの製造方法を説明する。
厚さ３５０μｍのＩｎＰ基板の上に、厚さ２．５μｍの
ＩｎＰバッファ層、４．５μｍのＩｎＧａＡｓＰ（λｇ
＝１．４２μｍ）受光層、厚さ１．５μｍのＩｎＧａＡ
ｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）窓層をこの順に、液相エピ
タキシャル法によって形成する。図８はこのようにして
形成したエピタキシャルウエハの光透過率を測定した結
果を示すグラフである。１．４２μｍ以下の波長の光は
全部吸収し、これ以上の波長の光は高い透過率をもって
いる。１．４２μｍにおいて透過率は急峻な変化をす
る。

【００６４】このウエハに亜鉛（Ｚｎ）を拡散しＰＮ接
合を作る。さらにフォトリソグラフィ法によって、パッ
シベーション膜、反射防止膜、ｐ電極、ｎ電極などを形
成する。但しチップの裏面には環状にｎ電極を形成す
る。中央部を光が通る開口にする。さらにｎ電極によっ
て囲まれる裏面中央部には１．５５μｍ光に対する反射
防止膜（例えばＳｉＯ₂ ）を被覆する。表面には、１．
３μｍ光と１．５５μｍ光の両方に対する反射防止膜を
形成する（例えばＳｉＯ₂ とＳｉＮの多層膜）。

【００６５】こうして作製した本発明のＰＤを、パッケ
ージに組み込み、逆バイアスとして５Ｖの電圧を印加し
波長感度特性を測定した。図９は測定結果である。１．
３μｍ光に対して高い感度を有し、１．５５μｍ光は吸
収せず透過していることが分かる。前述の受光素子は、
液相エピタキシャル法によって薄膜層を作っているが、
その他にクロライドＶＰＥ法をも用いることができる。

【００６６】

【実施例】

［実施例１：ミラー式カップラを用いる場合：その１］
次にミラー式カップラを用いる実施例を二つ示す。図１
０はカップラとしてミラー式のものを用いる実施例を示
している。基地局から送られてきた１．３μｍ光／１．
５５μｍ光は、光コネクタ９１を通った後、自由空間ｃ
を伝搬し、コリメータレンズ９２によって平行光にな
り、ミラー式光カップラ９３を通過し或いは反射され
る。反射光はＬＤ９４に向かうが、この光は役割を持た
ない。このカップラ９３は受信光と送信光を同一光路に
通すためのものである。波長選択性を持たない。

【００６７】電話やファクシミリからのデジタル送信信
号はデジタルＬＤ９４によって電気／光変換され集光レ
ンズ９５によって平行光ｄになる。これがミラー式カッ
プラ９３によって反射されて光路ｃに入る。これが光コ
ネクタ９１を経て、光ファイバに入射し、基地局に送信
される。

【００６８】さて受信光信号は光路ｅを進行し、集光レ
ンズ９６によって絞られて１．３μｍ光選択ＰＤ９７に
入射する。１．３μｍ光選択ＰＤというのは図７、図
８、図９によって説明したものである。１．３μｍ光を
全部吸収しこれを検出し、１．５５μｍ光は全て透過す
るのである。このＰＤ９７によって１．３μｍ光のデジ
タル信号を検出する。

【００６９】１．５５μｍ光はＰＤ９７を透過し、光路
ｆを通り、軸線上後方にある１．５５μｍ光用のアナロ
グＰＤ９８に入射する。ＰＤ９８は１．５５μｍ光の強
度を検出する。１．５５μｍ光用アナログＰＤ９８は従
来のフォトダイオードを用いることができる。例えば従
来のＩｎＧａＡｓを吸収層とするフォトダイオードは、
１μｍ〜１．６μｍの広い範囲において感度を有する。
しかし光路ｆにおいて既に１．３μｍ光は除去されてい
るから、このＰＤ９８に入射するのは１．５５μｍ光だ
けである。

【００７０】このように１．３μｍ光用のＰＤ９７と
１．５５μｍ光用のＰＤ９８を同一軸線上に直列に並
べ、前者によってデジタル用１．３μｍ光を、後者によ
ってアナログ用１．５５μｍ光を検出するようにしてい
る。従来は両者を波長分波器によって光路ａ、光路ｂに
分離していた。本発明ではこれを光路ｅにまとめること
ができる。波長分波器がなく、光路が単純化されている
ので、構造は極めて単純になる。

【００７１】波長分波器によって１．３μｍ光／１．５
５μｍ光を分離すると分離比が不足し誘電体多層膜が必
要であったが、本発明は誘電体多層膜は不要である。
１．３μｍ光選択ＰＤが１．３μｍ光を全て吸収できる
からである。これによっても構成が簡単になる。部品点
数を減らす事ができ小型、低コストのＯＮＵ用光モジュ
ール９９とすることができる。これはモジュール内にア
ナログＰＤを内蔵するものである。

【００７２】［実施例２：ミラー式カップラを用いる場
合：その２］ミラー式カップラを用いる他の実施例を図
１１に示す。デジタルＬＤ９４の送信光をミラー式光カ
ップラ９３によって反射し光ファイバに導くこと、光フ
ァイバからの受信光がカップラ９３を通り、直列に並べ
た二つのＰＤ９７、９８に導かれる事は、前例と変わら
ない。前例と違う点はアナログＰＤの位置である。１．
５５μｍ光アナログＰＤ９８のあった位置に光ファイバ
１００があって、１．５５μｍ光を別の位置にある機器
に送り、ここに設けた１．５５μｍ光ＰＤによって検出
するようになっている。ＯＮＵ用光モジュール１０１の
外部にアナログ信号を検出するものがある場合にこのよ
うなものが適する。

【００７３】実施例１、２共に誘電体多層膜フィルタを
持たない。これは既に述べたように１．３μｍ光りＰＤ
９７が１．３μｍ光を全て吸収し、光路ｆには１．３μ
ｍ光が存在しないからである。しかし１．３μｍ光ＰＤ
９７の後ろにも１．３μｍ光がもしも出ているならばＰ
Ｄ９７の直後に１．３μｍ光をカットするフィルタを挿
入しても良い。

【００７４】［実施例３：平面光導波路を用いる場合：
その１］図１２に光カップラとして平面光導波路を用い
る実施例を示す。基地局につながるシングルモード光フ
ァイバ１１０からの光信号が、石英基板上に形成された
光導波路１１１に入り、ここに形成されている光カップ
ラ１２０によって２分割される。導波路１１２は分岐導
波路１１３と１１４につながる。導波路１１２〜１１４
は図３の（ｂ）に示したものと同様である。石英系クラ
ッド層に屈折率のわずかに高い部分が不純物ドープによ
って連続線上に形成されたものである。

【００７５】導波路１１３を通過した受信光は、光導波
路１１１の外部において、直列に設置されている１．３
μｍ光選択ＰＤ１１５に入射する。ここで１．３μｍ光
が、光／電気変換され電気信号になる。１．５５μｍ光
のみが１．３μｍ光選択ＰＤ１１５の背後から１．５５
μｍ光ＰＤ１１６に入る。１．５５μｍ光はこのＰＤに
よって光電変換される。これはパッケージ１１９の内部
に、１．３μｍ光用フォトダイオード１１５も、１．５
５μｍ光用フォトダイオード１１６の両方を収容したも
のである。

【００７６】送信系は従来例と同様である。電話、ファ
クシミリのデジタル信号が、レ−ザＬＤ１１８によっ
て、電気／光変換される。送信信号は、集光レンズ１１
７によって絞られて、導波路１１４の端面に入射し、導
波路１１２から光ファイバ１１０に導かれる。これは基
地局に送られる。受信光の内、導波路１１４に進んだも
のはＬＤ１１８に至るがこれは単に吸収されるだけで役
割を持たない。このＯＮＵ用光モジュールは、波長分波
器が不要であって、分品点数が少ない。ために構造簡単
であり、製造コストも低減される。光導波路によってカ
ップラを構成するから、いっそう小型化が促進される。

【００７７】［実施例４：平面光導波路を用いる場合：
その２］図１３によって他の平面光導波路を用いる実施
例を説明する。これはパッケージ内にアナログＰＤを持
たず、１．５５μｍ光を光ファイバによって外部に取り
出すようにしたものである。その他の構成は図１２のも
のと同様である。１．３μｍ光用のフォトダイオード１
１５の背後に集光レンズ１２２を設け、これによって
１．５５μｍ光を集光し光ファイバ１２１に入射する。
別異の場所に設けたアナログ用のＰＤに１．５５μｍ光
を伝送しそこで１．５５μｍ光を検出する。

【００７８】［実施例５：光ファイバカップラを用いる
実施例］図１４によって光カップラを送受信光の結合の
ために用いた実施例を説明する。入力シングルモード光
ファイバ１３０が光コネクタ１３１によってＯＮＵ用光
モジュールに結合される。光コネクタには光ファイバ１
３２が結合されている。光ファイバ１３２は、光ファイ
バカップラ１３５において、光ファイバ１３３と１３４
に分岐している。光ファイバ１３３は１．３μｍ光／
１．５５μｍ光ＰＤモジュール１３６に接続されてい
る。これは１．３μｍ光用ＰＤが前段に１．５５μｍ光
用ＰＤが後段に設けられているフォトダイオードのモジ
ュールである。

【００７９】他方の光ファイバ１３４はデジタル信号を
送り出すための１．３μｍ光ＬＤモジュール１３７につ
ながっている。入力ファイバ１３０からの光は、半分が
光ファイバ１３４にも入るがこれは受信されず役に立た
ない。この実施例は光ファイバによって構成したもので
あるから部品相互の位置に任意性がある。部品の配置に
ついて自由度が高い。

【００８０】［実施例６：１．３μｍ／１．５５μｍＰ
Ｄモジュール］これまでは、ＯＮＵ用光モジュールの全
体構成について説明した。モジュールに使われる重要な
部品についても説明する。図１４の光ファイバカップラ
方式に用いられるＰＤモジュールの構成例を、図１５に
よって説明する。通常の受光素子モジュールと違い、二
つの受光素子が内蔵されている。円形のヘッダー１４０
には、４本のリードピン１４１、１４２、１４３が取り
付けられる。ヘッダーの隆起台１４５の上に透明のＰＤ
用サブマウント１４６が固定される。この上には１．３
μｍ光波長選択ＰＤチップ１４７が固定される。

【００８１】ヘッダー１４０の中央部には傾斜面１４８
が穿たれ、ここにサブマウント１４９が固定される。サ
ブマウント１４９の上に１．５５μｍ光ＰＤチップ１５
０が取り付けてある。ＰＤチップ１５０の入射面はビー
ムラインに対して傾いている。これは反射光が元の経路
を戻る事がないようにするためである。ヘッダー１４０
の上面には、断面コの字型のキャップ１５１が溶接して
ある。キャップ１５１は、前記の１．５５μｍ光ＰＤチ
ップ１５０、１．３μｍ光ＰＤチップ１４７を囲む。キ
ャップ１５１の中央部には球レンズ１５２が固定されて
いる。レンズ１５２の中心軸と、１．３μｍＰＤチップ
１４７の中心、１．５５μｍＰＤチップ１５０の中心は
同一軸線上にある。

【００８２】ヘッダー１４０には、さらに円筒形のフェ
ルールホルダ−１５３がキャップを囲む位置に溶接され
る。フェルールホルダ−の先端部は細径化しており、細
径部には軸線方向に通し孔１５４が穿たれている。この
通し孔１５４には光ファイバ１５５の先端を保持するフ
ェルール１５６が差し込まれて適当な高さに固定されて
いる。端面１５７が軸直角面に対して８゜の角度をなす
ようにカットされている。端面からの反射光が光ファイ
バの中を戻り光源に戻らないようにするためである。

【００８３】フェルールホルダ−１５３の細径部には円
錐形の弾性材料からなるベンドリミッタ１５８が取り付
けられる。これは光ファイバ１５５のホルダ−の先端部
での過度の湾曲を防ぐ作用がある。この受光素子モジュ
ールの特徴は、１．３μｍ光ＰＤ１４７と１．５５μｍ
光ＰＤ１５０を直線的に並べたところにある。二つの受
光素子１４７、１５０はレンズ１５２によって光ファイ
バ１５５に結合している。

【００８４】後段の１．５５μｍ光ＰＤ１５０を斜めに
しているのは反射光が光源に戻らないようにするためで
ある。この例では１．３μｍ光ＰＤ１４７は軸線に対し
て傾いていない。しかし１．３μｍ光ＰＤをも傾かせる
こともできる。台１４５の頂面に傾斜を付ければ良い。
このようにしても透過光が１．５５μｍ光ＰＤに入射す
るようにするのは可能である。以上の構成をもつＰＤモ
ジュールの製造方法を次に説明する。

【００８５】ヘッダー１４０としては、鉄、コバール、
銅タングステンなどの金属材料が用いられる。ここでは
４本のリードピンを有するコバールのヘッダー１４０を
用いる。ピンのない方の面の中央部には傾斜面１４８が
予め形成されている。セラミック（アルミナＡｌ₂ Ｏ
₃ ）製のサブマウントを、傾斜面１４８に半田剤を用い
て半田付けする。例えば半田は、金錫（ＡｕＳｎ）半
田、錫鉛（ＳｎＰｂ）半田、金ゲルマ（ＡｕＧｅ）半田
などがある。ここでは金錫半田を使用する。

【００８６】さらに１．５５μｍ帯に感度のあるフォト
ダイオード（受光層はＩｎＧａＡｓＰ）をサブマウント
１４９の上に半田付けする。金線によって、１．５５μ
ｍ光ＰＤ１５０のｎ電極、ｐ電極をそれぞれのリードピ
ンに電気的に接続する。リードピンを通じて、外部にＰ
Ｄの電気信号を取り出す事ができる。ヘッダーの４本の
リードピンの内１本のピン１４１は共通のグランド端子
になっている。以上の工程は従来のフォトダイオードの
製造工程と同じである。サブマウント、半田、ヘッダー
の材料については幾つもの種類がある。電気的な結線方
法についても多様なものがある。ここに示したものは一
例に過ぎない。

【００８７】これから述べるものが新規な構造部分の組
立に関する。隆起台１４５があるヘッダーはレ−ザ用の
ものなどとして既に利用されている。隆起台１４５の上
に、アルミナ製（窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等でもよ
い）のサブマウント１４６を取り付ける。サブマウント
１４６は全面にメタライズした後、その上に金メッキす
る。サブマウントには、１．５５μｍ光を透過させるた
めの切り欠き部が中央部にあり、そのため全体としてコ
の字型になっている。切り欠き部の幅は、１．３μｍ光
（波長選択）ＰＤチップの受光面積よりも少し広くなっ
ている。

【００８８】この例では、２００μｍの受光径の１．３
μｍ光ＰＤチップ１４７を用いる。そこでサブマウント
の切り欠き部の幅は２５０μｍとする。切り欠き部の奥
行きはチップの寸法と同じで５００μｍとしている。こ
こでは全体にメタライズしたサブマウントを使うが、部
分的にメタライズしたものでも良い。切り欠き部は角型
でなくてもよく、円形の切り欠き部を形成したものであ
っても差し支えない。

【００８９】サブマウント１４６、１４９の厚みはこの
例では何れも、５００μｍである。このようなコの字型
の切り欠き部を持つサブマウント１４６を、切り欠き部
が中心軸線上に位置するように、隆起部１４５の頂部に
固定する。サブマウント１４６の上に図７に示した１．
３μｍ光波長選択ＰＤチップ１４７を、チップの受光面
が切り欠き部に重なるように位置決めし、金錫半田によ
って半田付けする。このサブマウント１４６を、ＰＤチ
ップ１４７が中心軸線上に位置するように、ヘッダー１
４０の隆起台（ポール）１４５の頂部に、錫鉛（ＳｎＰ
ｂ）半田によって半田付けする。

【００９０】全面（表面と裏面）にメタライズしたサブ
マウントを用いるので、サブマウントをヘッダーの隆起
部に半田付けすると同時にｎ電極側のグランドへの電気
的接続がなされる。この時のサブマウント１４６の位置
決めは、隆起部１４５の外側の隅と、サブマウントの隅
が面一になるようにする事によって簡単になされる。ｐ
電極は、隆起部１４５とほぼ同じ高さまで延びているリ
ードピン１４３に金線によって接続する。グランドピン
１４１以外の３つのピンは、絶縁体１６０によって、ヘ
ッダー１４０の通し穴に固定される。

【００９１】次に、球レンズ１５２を有するキャップ１
５１をヘッダー１４０に押しつけ不活性ガス（例えば、
窒素、アルゴンなど）を充填した状態で、キャップをヘ
ッダーに溶接する。キャップの周辺部を完全に溶接する
ことによってキャップ内部を気密シ−ルする。この例で
は、ＢＫ−７ガラスを用いて球レンズを作り、コバール
のキャップに固定している。このような球レンズ付きの
キャップは、従来からＰＤを組み立てる時にはよく用い
られている。このようなキャップは電極溶接によってヘ
ッダーに固着できる。この実施例でも電気溶接によって
キャップをヘッダーに固定している。その他にＹＡＧ溶
接することもある。

【００９２】ＰＤチップは十分広い受光面を持っている
ので、光軸と垂直な面内での位置合わせは全く不要であ
る。このような受光素子モジュールは、図１４の実施例
の１．３／１．５５μｍ光ＰＤモジュール１３６として
利用できる。このような円筒形のＰＤモジュールは既に
広く利用されているが、いずれも受光素子は一つしかな
い。本発明は受光素子を直列に二つ並べた受光素子モジ
ュールを必要とする。このような受光素子モジュール自
体新規であるから、ここに詳しく説明した。

【００９３】［実施例７：ハーフミラー型波長選択カッ
プラを用いる場合］以上に説明した実施例において、光
カップラはいずれも入射光を５０％：５０％に分割する
ものであった。光カップラには１．３μｍ光も１．５５
μｍ光も入りこれらがいずれも２等分される。このカッ
プラは１．３μｍ光をＯＮＵが送受信し双方向通信する
ために不可欠である。

【００９４】しかし１．５５μｍ光から見ると、カップ
ラの存在は入射光を半減させる邪魔者でしかない。１．
５５μｍ光のアナログ信号は受信するだけである。ＴＶ
信号などを送信するだけの１．５５μｍ光にとって、カ
ップラによりパワ−が半減するのは不都合である。５０
％のロスは−３ｄＢのロスである。光ファイバの損失に
換算すると１０ｋｍ近い距離に相当する。これだけの損
失がカップラの挿入によって引き起こされる。

【００９５】場合によっては、１．５５μｍ光について
はできるだけ光強度を落とさずに受信したいという要求
があろう。特に遠隔地までＴＶ信号を送るときにはその
ような要求が強いものと思われる。このような要望に応
え、遠距離でも１．５５μｍ光信号を受信することがで
きるようにした実施例を次に与える。

【００９６】図１６にこの実施例の構成を示す。基本的
な構成は、図１０の実施例と同じである。しかし単なる
ハーフミラーではなく、波長選択性のあるハーフミラー
を用いる点が異なっている。図１６（ａ）において、セ
ラミック基板には配線パターンが印刷されている。配線
パターンは、素子を固定するための金属被覆となり、電
気的配線ともなっている。

【００９７】基板１６２の上に、ハーフミラー１６３、
集光レンズ１６４、１．３μｍ光用ＬＤ１６５、集光レ
ンズ１６７、１．３μｍ光ＰＤ１６８、１．５５μｍ光
ＰＤ１６９が取り付けてある。１．３μｍ光用ＬＤ１６
５は背後にモニタ用ＰＤ１７６を備える。基板１６２の
周辺のＬＤ１６５の近傍には、ＬＤ／モニタＰＤ用リー
ドピン１６６が設けられる。発光素子であるＬＤ１６５
は発光量の時間的揺らぎがあってはいけないのでモニタ
用のＰＤがＬＤの背後に設けられており、これによって
発光量をモニタしている。

【００９８】基地局につながるシングルモード光ファイ
バ１７１がハーフミラー１６３に光学的に結合される。
デジタル送信信号はレ−ザ１６５から出て、ハーフミラ
ー１６３によって反射され、光ファイバ１７１に入射す
る。光ファイバ１７１からの１．３μｍ光、１．５５μ
ｍ光はハーフミラーを透過し、レンズ１６７で絞られて
１．３μｍ光ＰＤ１６８、１．５５μｍ光ＰＤ１６９に
よって検出される。ハーフミラー１６３は図１６の
（ｂ）に示すように、光ファイバに近い方から多層膜１
７３、透明基板１７４、１．３μｍ／１．５５μｍ反射
防止膜１７５の三重構造になっている。

【００９９】入力側の多層膜１７３は、１．５５μｍ光
を殆ど完全に透過し、１．３μｍ光は有限の比率で透過
し反射するようになっている。ここで求められるのは
１．５５μｍ光を反射しないという事である。多層膜は
屈折率の異なる例えば２種類の誘電体薄膜を交互に繰り
返し堆積したものであるが、屈折率と厚みを適当に選ぶ
ことによって任意の波長の光を全部反射したり、半分反
射したり、或いは全部透過したりするようにできる。こ
こでは１．５５μｍ光の反射を小さくするという条件を
課して薄膜の材料、厚みを設計すればよい。

【０１００】１．５５μｍ光の反射を０に、１．３μｍ
光を１：１にという条件を設けると設計製作が難しくな
るように思えよう。しかしこのような条件のハーフミラ
ーを設計することは可能である。さらに１．３μｍ光は
別段１：１の比率で分割しなければならないということ
は実はないのである。多くの場合、１．３μｍ光につい
て受信光の強度は十分で、送信光強度が不足するという
事が多い。この場合は、１．３μｍ光の分岐比を、ＰＤ
側に２０％、ＬＤ側に８０％というふうに設定するのが
より望ましい。つまり１．３μｍ光に関する条件には幅
があるので、１．５５μｍ光を全透過するという目的に
かなう条件を見いだすのは容易なことである。

【０１０１】翻って考えてみれば、これまで述べたよう
な、１．３μｍ光も１．５５μｍ光も等しく５０％：５
０％に透過、反射するというような条件を満たす事がか
えって難しい。厳しい条件が二つも課される事になるか
らである。実際にはこのようなものを誘電体多層膜によ
って作るのはかなり難しいことである。むしろ１．５５
μｍ光を全透過するミラーを誘電体多層膜によって構成
する方がずっと簡単である。

【０１０２】多層膜の材料としては、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂
Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 等の誘電体が用いられる。ハーフミラー
の裏面には１．３μｍ光、１．５５μｍ光の反射防止膜
を形成しておく。このような多層膜ハーフミラーを用い
ると、１．５５μｍ光は殆ど無損失でハーフミラーを透
過でき、より強いアナログ信号として１．５５μｍ光Ｐ
Ｄに至ることができる。ノイズが減少しテレビ画像がよ
り鮮明になる。

【０１０３】図１６（ｃ）に示すように、１．３μｍ光
ＰＤ１６８は、中央部に光透過窓１７９を有するセラミ
ック製（Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ等）サブマウント１７８に
半田付けされる。サブマウントは金（Ａｕ）のメタライ
ズパターンが設けらており、光学系全体を固定する基板
１６２の上の配線パターン（図示せず）につながる。こ
のパターンは、金ワイヤによって、ＰＤ用リードピン１
７０の何れかに接続されている。１．５５μｍ光ＰＤ１
６９、１．３μｍ光ＬＤ１６５の各電極も、同様に、基
板１６２の配線パターンによって、リードピン１６６、
１７０などに接続されている。

【０１０４】１．３μｍ光ＬＤ１６５は、光信号を生ず
るＬＤ自体とこれを監視するモニタ用ＰＤを含む。この
ＬＤとモニタＰＤは、ヒートシンクの上に設置される。
これは例えば、熱伝導の良いＳｉＮなどで作製する。ヒ
ートシンクは金属であっても良い。しかし金属の場合は
モニタ用ＰＤとＬＤの電極を絶縁しなければならないの
で、モニタ用ＰＤはＡｌ₂ Ｏ₃ などの絶縁体のサブマウ
ントに乗せる必要がある。ＬＤはかなり大きい電流を流
すから強く発熱する。それゆえヒートシンクによって放
熱するのである。

【０１０５】レンズ１６４、１６７は、ホルダ−に固定
し、ホルダ−を基板に固定する。これらの部品の全体を
支持するパッケージは金属製である。例えば鉄、コバー
ル、真鍮等である。この実施例は、図２の従来例に対応
するものである。同じようにミラーをカップラに使って
いるが、本発明の実施例の方が格段に単純化された構成
になっている。部品点数が減り、構造が簡単で、安価に
製造できる。しかも性能は図２のものと変わらない。な
ぜこのような大きな効果が得られるのか？それは、今ま
で誰もが、１．３μｍ光と１．５５μｍ光は光路を分け
るものであると信じきっていたものを、全く反対の発想
から設計したためである。

【０１０６】［実施例８：波長選択平面導波路を使う場
合］光カップラを波長選択性のある平面導波路によって
構成する実施例を図１７によって説明する。図１２、図
１３のカップラは平面導波路を使うが単純なＹ分岐を使
っているから波長選択性はない。実施例７において述べ
たように、カップラに波長選択性が要求される場合が予
想される。その場合に本実施例が極めて有効である。導
波路の分岐自体に波長選択性を持たせるものである。

【０１０７】基板１８０は例えばセラミックによって作
られた矩形の板である。これの前方には石英系光導波路
１８１が取り付けてある。図３（ｂ）に断面図を示した
ものと同じような構造をもつ。Ｓｉ基板の上に石英（Ｓ
ｉＯ₂ ）のクラッド層があり、その中に線状に屈折率の
高い部分（コア）が形成される。これが光を導く導波路
になる。

【０１０８】基板１８０の後半部にはサブマウント１８
２が固定される。サブマウントはセラミック板に配線パ
ターン、部品取付パターン等をメタライズしたものであ
る。サブマウント１８２の上には、集光レンズ１８４、
１．３μｍ光ＬＤ１８５、モニタ用ＰＤ１８６が一直線
上に固定される。さらに１．３μｍ光ＰＤ１８７、１．
５５μｍ光ＰＤ１８８が前後に配置される。基板１８０
の外側には、各素子の電極と外部の回路をつなぐために
リードピン１８９、１９０、１９１が設けられる。基地
局につながるシングルモード光ファイバ１９２の端部
が、石英系光導波路１８１に受信光を与えるために、直
線の導波路１９３につながる。その他に屈曲した導波路
１９５が石英クラッド層の上に形成される。

【０１０９】この導波路１９５は一部ＪＨが、前記の直
線導波路に接近している。この部分によって導波路１９
３、１９５が結合する。従ってこの部分はカップラ１９
４になる。単にそれだけではない。近接部ＪＨの長さ
Ｌ、間隔ｄによって、波長λの光に対する導波路間の結
合を任意に指定することができる。つまり導波路１９３
から、１９３自身へ、或いは１９５に移動する光のパワ
−を、波長λ、長さＬ、間隔ｄによって決定できる。直
線導波路の入口、出口を１、２とし、屈曲導波路の入
口、出口を４、３とする。１から２への遷移パワ−の比
率をＦ₁₂、１から３への遷移パワ−の比率をＦ₁₃、３か
ら１への遷移パワ−比率をＦ₃₁、３から４への遷移比率
をＦ₃₄などと書くことにする。

【０１１０】サムルールＦ₁₂＋Ｆ₁₃＝１、Ｆ₂₁＋Ｆ₂₄＝
１、Ｆ₃₁＋Ｆ₃₄＝１などが成立する。光路の可逆性か
ら、Ｆｍｋ＝Ｆｋｍなどの対称性がある。比率Ｆｍｋは
光の波長λ、カップラの間隔ｄ、長さＬの関数である。
つまり一般にＦｍｋ（λ，ｄ，Ｌ）と書くことができ
る。１．５５μｍ光は導波路１９５へ入らないのが望ま
しいので、

【０１１１】Ｆ₁₃（１．５５μｍ，ｄ，Ｌ）＝０

【０１１２】が要求される。また１．３μｍ光は１：１
の分配比より、ＬＤの経路１９５により多く配分される
方が良い。すると、

【０１１３】Ｆ₁₃（１．３μｍ，ｄ，Ｌ）≧Ｆ₁₂（１．
３μｍ，ｄ，Ｌ）＞０

【０１１４】というような不等式が要求される。これに
よって導波路の結合部の長さＬ，間隔ｄを決めることが
できる。図１７の（ｃ）に示すのはマッハツェンダ型の
カップラである。二つの導波路がＡ、Ｃの２カ所で接近
している。中間のＢでは、光の波動関数が重ならない程
度に導波路が離隔している。経路ＡＢＣは少し湾曲して
いるから直線路よりも長くなる。光路の差Δは一定であ
る。これがある光の波長の整数倍であれば、ＡとＣにお
ける結合は互いに強め合うことになる。別異のある光の
半整数倍であれば、ＡとＣにおける結合は互いに打ち消
し合う。

【０１１５】このようなわけで、波長によって、直線路
から屈曲路ＡＢＣへの遷移の確率が異なる。つまり波長
選択性が与えられるのである。（ｂ）の場合よりもパラ
メ−タの数が多いので、マッハツェンダ型のカップラ
は、１．５５μｍ光の遷移を禁止し（Ｆ₁₃（１．５５μ
ｍ）＝０）、１．３μｍ光をより強く遷移させる（Ｆ₁₃
（１．３μｍ）＞Ｆ₁₂（１．３μｍ））というような目
的には最適である。

【０１１６】この例は、ファイバとなじみが良く小型化
できる、フォトリソグラフィによってＳｉ基板の上に多
数のチップを同時に作製できる、という利点がある。こ
れはＳｉ基板の上に石英導波路を作るからである。この
ような特長と、前述の波長選択性という利点を合わせて
持つことになる。

【０１１７】この実施例にとって重要な導波路型の波長
選択カップラの構成例について更に詳しく述べよう。３
つの例を図１８に示した。いずれもクラッド内に高屈折
率の不純物を連続的にドープすることによって形成した
高屈折率の経路（コア）を示している。また、この場合
の１．３μｍ帯のＬＤの波長は、長距離伝達に適した
１．３１μｍでの実施例である。

【０１１８】図１８の（ａ）は、対称方向性結合型のカ
ップラである。直線のコア２００と、これに近接して一
部で屈曲したコア２０１とよりなる。２本のコアは断面
形状も屈折率も等しい。このように平行コアは方向性結
合器を形成する。コアを伝搬する光の波動関数がコアを
越えて滲み出すので、光がコアを伝搬するに従い光のパ
ワーが隣のコアに移動して行く。２本の平行コアが同一
の断面、同一の屈折率である場合は、一方のコア２００
からパワーが他方のコア２０１へ徐々に移り、やがて完
全に他方のコア２０１に移ってしまう。さらに今度はコ
ア２０１から初めのコアにパワーが移動し始める。この
ように光は交互に二つのコアを移動して行く。近接部の
長さＬ、間隙ｄを適当に決めると光パワーＰ０を、コア
２００、２０１に任意の比率Ｐ１：Ｐ２に配分できる。
配分比はＬ、ｄ、λに依存する。

【０１１９】そこで、１．５５μｍ光に対してはＰ０＝
１のパワーをコア２００の端部２０２に入力したとき、
Ｐ１＝１，Ｐ２＝０となり、しかも、１．３１μｍ光に
対しては、Ｐ０＝１のパワーを端部２０２に入れたと
き、Ｐ１＝０．５、Ｐ２＝０．５と当分に分配するよう
にＬ、ｄを決める。

【０１２０】図１９はそのようにＬ、ｄを定めたとき
の、Ｐ１，Ｐ２の挿入損失の波長依存性を表すグラフで
ある。●がＰ１の挿入損失である。挿入損失が０という
のは全部通るということである。１．５５μｍ光はＰ１
に対して０ｄＢ、Ｐ２に関しては無限大の損失がある。
つまりＰ１＝１、Ｐ２＝０ということである。１．３１
μｍ光はＰ１も、Ｐ２も同じ損失であるからＰ１：Ｐ２
＝１：１となる。勿論このように完全に１：１であるこ
とは必須でない。先にも説明したように、送信側に強く
結合するものの方が好都合の場合もある。この場合は、
Ｐ１／Ｐ２＜０．５とする。

【０１２１】このように１．３１μｍ光と１．５５μｍ
光のパワーを別々に制御できるのは、波長が異なるとコ
ア中の光の伝搬定数が異なるという原理による。平行な
２本の導波路間のパワーの移行については、例えば、西
原浩他、「光集積回路」オーム社、昭和６０年２月発行
ｐ５５−６３に解説されている。

【０１２２】図１８の（ｂ）は、非対称方向性結合型カ
ップラを示している。前例と同様に、直線導波路２１０
に近接して屈曲導波路２１１が設けられる。近接部分２
１２においてそのコアの幅Ｓ₁ が小さくなっている。こ
の場合２１３から入った光のパワーは全部が導波路２１
１に移行しない。最大限移行した場合でも元のコアにパ
ワーが一部残る。２１１が得る最大パワーは、各導波路
が単独に存在した時の各々の伝搬定数の差によって決ま
る。伝搬定数は、導波路の断面形状と屈折率差によって
決定されるので、２１１が得る最大パワーは、各導波路
の幅Ｓ₁ 、Ｓ₂を適宜選択することで任意に調節可能で
ある。そこで１．３μｍ光に対しては、端部２１３から
入射したとき、２１１に移行する最大パワーの比を５０
％と設定し、１．５５μｍ光に対しては、端部２１３か
ら入射したときに２１１には全く移行しないように設定
する。

【０１２３】つまり前例と同じように、Ｐ０＝１の時、
１．３１μｍ光にたいしては、Ｐ１：Ｐ２＝０．５：
０．５とし、１．５５μｍ光に対しては、Ｐ１＝１、Ｐ
２＝０とするのである。図２０は非対称方向性結合型カ
ップラのＰ１、Ｐ２に対する挿入損失のグラフである。
１．３１μｍ光に対して、Ｐ１：Ｐ２＝１：１になって
いるが、波長がどちらに外れてもＰ１の挿入損失の方が
小さいので、エネルギーがより多くＰ１に配分されると
いう事になる。

【０１２４】（ｂ）の非対称方向性結合型カップラは、
λ＝１．３１μｍで、挿入損失がＰ１，Ｐ２の何れにつ
いても極値を取るので、１．３１μｍをＰ１：Ｐ２＝
０．５：０．５とする波長範囲をより広くできるという
長所がある。反対に（ａ）の対称方向性結合型カップラ
は１．５５μｍに対してＰ２＝０とできる波長範囲をよ
り広く取れるという長所がある。Ｐ２が１．５５μｍで
極値を取るからである。目的によって、対称、非対称の
方向性接合型カップラを使い分けるようにする。

【０１２５】図１８（ｃ）はマッハツェンダ型のカップ
ラであり、図１７（ｃ）にも示している。これは近接部
において、コア相互が図１８（ａ）、（ｂ）のようなパ
ワーの交換をする。さらに、２カ所の近接部（方向性結
合部）２１８、２１９があり、この間の距離がコア２１
６、２１７において異なるからこれが新たなパラメータ
Ｌ、Ｌ＋Δｌとなり設計の自由度が増える。

【０１２６】［実施例９：波長選択光カップラを用いる
実施例］実施例８は平面導波路によって波長選択性を与
えるカップラを用いていた。同じような波長選択性をも
つカップラを光ファイバによって構成することもでき
る。図２１によって光ファイバ型波長選択カップラを用
いた実施例を説明する。

【０１２７】ＯＮＵ用光モジュールの入口に設けられる
光コネクタ２３０に基地局につながるシングルモード光
ファイバ２３１が接続される。光ファイバ型波長選択カ
ップラ２３２は、２本の光ファイバ２３３、２３４の一
部をある近接位置２３５に設置することによって、光フ
ァイバを伝搬する光がそのパワ−を交換するようにした
ものである。交換の比率が波長に依存するので波長選択
性と呼ぶ。その原理は、平面導波路に形成したコア間の
結合と同等であるから、ここでは説明しない。

【０１２８】分配比は目的によって任意に決めればよい
が、ここでは１．３μｍ光は５０％：５０％の分配比に
している。１．５５μｍ光は１００％：０％の分配比と
している。光ファイバ２３３は１．３μｍ光ＰＤ／１．
５５μｍ光ＰＤを内蔵するＰＤモジュール２３６につな
がる。これはリードピン２３７を持ち、外部の電源回路
や、増幅回路などに接続されている。他方の光ファイバ
２３４は送信用の１．３μｍ光ＬＤモジュール２３８に
接続される。電話、ファクシミリからの送信信号は、リ
ードピン２３９からレ−ザダイオードに与えられ、ここ
で１．３μｍ光の光信号になる。これは光ファイバ２３
４からカップラ２３２を通り、シングルモード光ファイ
バ２３１に伝搬し基地局に至る。

【０１２９】１．３μｍ光の分配比は、５０：５０に限
らず、レ−ザモジュール２３８の出力によって、適当な
分配比を与えるべきである。受信信号が十分な強さを持
つ場合は、３０：７０とか、２０：８０というふうに送
信側に負担のかからないように、光ファイバ２３４の結
合を強めるのがよい。この実施例では、ＰＤモジュール
に二つの受光素子を収容している。しかしそうでなく
て、１．５５μｍ光ＰＤは外部に移し、１．３μｍ光Ｐ
Ｄの透過光を光ファイバによって外部の１．５５μｍ光
ＰＤに入射させるようにしても良い。

【０１３０】

【発明の効果】本発明は、１．３μｍ光と１．５５μｍ
光を分離してから検出しなくてはいけないという従来か
らの常識を覆し、１．３μｍ光と１．５５μｍ光の光路
を分離しないＯＮＵ用光モジュールを初めて与える。
１．５５μｍ光を感受しないで透過するように１．３μ
ｍ光ＰＤに工夫をすることによって光路分離しないで
も、１．３μｍ光、１．５５μｍ光を独立に受光できる
ようする。

【０１３１】波長分波器のような素子が不要になる。ま
た波長分波器の能力が不完全のために従来は誘電体多層
膜を設けて不要な波長の光をカットする必要があった。
本発明は、１．３μｍ光ＰＤ自身に１．３μｍ光を吸収
する機能を賦与するので、このような多層膜は不要であ
る。本発明は従来提案されているモジュールよりもはる
かに少ない分品点数で、組立が簡単で、しかも安価な光
送受信モジュールを提供することができる。光加入者系
の普及に大きく寄与することであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】１．３μｍ光のデジタル光信号と１．５５μｍ
光のアナログ光信号を用いる双方向通信の原理構成図。

【図２】波長分波器とカップラにミラーを用いる従来例
に係るミラー式ＯＮＵ用光モジュールの概略構成図。

【図３】波長分波器とカップラに石英系平面導波路を用
いる従来例に係るＯＮＵ用光モジュールの概略構成図。
（ａ）は全体構成図、（ｂ）は（ａ）のＡＢ断面図。

【図４】波長分波器やカップラを光ファイバによって製
作した従来例に係るＯＮＵ用光モジュールの概略構成
図。

【図５】従来例に係る近赤外用ＩｎＰ基板フォトダイオ
ードチップの断面図。光吸収層がＩｎＧａＡｓであり、
窓層がＩｎＰである。

【図６】従来例に係る近赤外用ＩｎＰ基板フォトダイオ
ードの受光感度の波長依存性を表すグラフ。

【図７】本発明において用いられる１．３μｍ光のみに
感度を有し、１．５５μｍ光は底面に通り抜けるように
した１．３μｍ帯選択フォトダイオードチップの断面
図。

【図８】本発明において用いる１．３μｍ帯選択フォト
ダイオードの光吸収層をなすＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝
１．４２μｍ）層の光透過率の波長依存性を示すグラ
フ。

【図９】本発明において用いる１．３μｍ帯選択フォト
ダイオードの受光感度の波長依存性を示すグラフ。

【図１０】ミラー式カップラを用い１．５５μｍ光ＰＤ
を内蔵する本発明の第１の実施例に係るＯＮＵ用光モジ
ュールの概略構成図。

【図１１】ミラー式カップラを用い１．５５μｍ光は光
ファイバによって外部のＰＤに導くようにした本発明の
第２の実施例に係るＯＮＵ用光モジュールの概略構成
図。

【図１２】石英系平面導波路カップラを用い１．５５μ
ｍ光ＰＤを内蔵する本発明の第３の実施例に係るＯＮＵ
用光モジュールの概略構成図。

【図１３】石英系平面導波路カップラを用い１．５５μ
ｍ光は光ファイバによって外部のＰＤに導くようにした
本発明の第４の実施例に係るＯＮＵ用光モジュールの概
略構成図。

【図１４】光ファイバカップラと１．３μｍ光／１．５
５μｍ光ＰＤモジュールを用いた本発明の第５の実施例
に係るＯＮＵ用光モジュールの概略構成図。

【図１５】本発明の第６の実施例に係る１．３μｍ光／
１．５５μｍ光ＰＤモジュールの断面斜視図。

【図１６】ハーフミラー型波長選択カップラを用いる本
発明の第７の実施例に係るＯＮＵ用光モジュールの構成
図。（ａ）は全体の構造、（ｂ）はハーフミラーの構
造、（ｃ）は１．３μｍ光選択ＰＤの取付構造を示す。

【図１７】導波路型波長選択カップラを用いた本発明の
第８の実施例に係るＯＮＵ用光モジュールの概略構成
図。（ａ）は全体を、（ｂ）は導波路の近接部の平面
図、（ｃ）はマッハツエンダ型のカップラの平面図を示
す。

【図１８】導波路型波長選択カップラの構成例図。
（ａ）は対称方向性結合型を、（ｂ）は非対称方向性結
合型を、（ｃ）はマッハツェンダ型の波長選択カップラ
を示す。

【図１９】対称方向結合器型導波路型波長選択カップラ
の波長選択特性例を示すグラフ。横軸は波長（μｍ）、
縦軸は挿入損失（ｄＢ）である。黒丸は出力Ｐ１を、白
丸は出力Ｐ２を示す。Ｐ１は１．５５μｍのみで極小値
をとる。

【図２０】非対称方向結合器型導波路型波長選択カップ
ラの波長選択特性例を示すグラフ。横軸は波長（μ
ｍ）、縦軸は挿入損失（ｄＢ）である。黒丸は出力Ｐ１
を、白丸は出力Ｐ２を示す。Ｐ１は１．５５μｍで極小
値を、１．３１μｍで極大値をとる。Ｐ２は１．３１μ
ｍで極小値をとる。

【図２１】光ファイバ型波長選択カップラを用いた本発
明の第９の実施例に係るＯＮＵ用光モジュールの概略構
成図。

【符号の説明】

１基地局２分岐器３加入者側端末４波長分波器５アナログＰＤ６信号処理部７ＴＶ８光カップラ９デジタルＰＤ１０信号処理部１１電話・ファクシミリ１２デジタルＬＤ１３光コネクタ１４コリメータレンズ１５多層膜フィルタ１６多層膜フィルタ１７集光レンズ１８集光レンズ２２Ｓｉ基板２３石英クラッド層２４導波路２９導波路３０導波路３１導波路３９入力シングルモード光ファイバ４０光コネクタ４３光ファイバ波長分波器４４光コネクタ４８光カップラ５１デジタルＰＤモジュール５３デジタルＬＤモジュール５８アナログＰＤモジュール６０ｎ型ＩｎＰ基板６１ｎ型ＩｎＰバッファ層６２ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層（光吸収層）６３ｎ型ＩｎＰ窓層６４Ｚｎ拡散領域６５ｐ電極６６パッシベーション膜６７反射防止膜６８ｎ電極６９入射領域７０ｎ型ＩｎＰ基板７１ｎ型ＩｎＰバッファ層７２ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ受光層（λｇ＝１．４２μ
ｍ）７３ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ窓層（λｇ＝１．１５μｍ）７４ｐ電極７５パッシベーション膜７６反射防止膜７７ｎ電極７８反射防止膜７９ｐ型領域８０入射光８１開口９１光コネクタ９３ミラー式光カップラ９４デジタルＬＤ９７１．３μｍ光選択ＰＤ９８１．５５μｍ光アナログＰＤ１００出力光ファイバ１１０入力シングルモード光ファイバ１１１光導波路１１５１．３μｍ光選択ＰＤ１１６１．５５μｍ光アナログＰＤ１１８１．３μｍ光ＬＤ１１９パッケージ１２０光カップラ１２１出力光ファイバ１３０入力シングルモード光ファイバ１３１光コネクタ１３５光ファイバカップラ１３６１．３μｍ光／１．５５μｍ光ＰＤモジュール１３７１．３μｍ光ＬＤモジュール１４０ヘッダー１４１リードピン１４２リードピン１４３リードピン１４５隆起部１４６サブマウント１４７１．３μｍ光波長選択ＰＤチップ１４８傾斜面１４９サブマウント１５０１．５５μｍ光ＰＤチップ１５１キャップ１５２球レンズ１５３フェルールホルダ− １５４通し孔１５５シングルモード光ファイバ１５６フェルール１５７傾斜端面１５８ベンドリミッタ１６３ハーフミラー１６４集光レンズ１６５１．３μｍ光ＬＤ１６６ＬＤ／モニタＰＤ用リードピン１６７集光レンズ１６８１．３μｍ光ＰＤ１６９１．５５μｍ光ＰＤ１７０ＰＤ用リードピン１７１入力シングルモード光ファイバ１７２パッケージ１７３多層膜１７４基板１７５反射防止膜１７８サブマウント１７９開口１８０基板１８１石英系光導波路１８２サブマウント１８５１．３μｍ光ＬＤ１８６モニタＰＤ１８７１．３μｍ光ＰＤ１８８１．５５μｍ光ＰＤ１９２入力シングルモード光ファイバ１９４導波路型波長選択カップラ２３０光コネクタ２３１入力シングルモード光ファイバ２３２光ファイバ型波長選択カップラ２３６１．３μｍ光／１．５５μｍ光ＰＤモジュール２３８１．３μｍ光ＬＤモジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤村康大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者金森弘雄神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの波長帯λ１、λ２（λ１＜λ２）
の光による双方向通信を行うために用いる光送受信モジ
ュールにおいて、受信する第１の波長帯λ１に感度を有
しそれより長い第２の波長帯λ２の光を透過させる第１
のフォトダイオードと、その透過する波長帯λ２を受光
する第２のフォトダイオードと、第１の波長帯λ１で発
光する半導体レ−ザと、送信光と受信光を一つの光路に
まとめる光カップラとよりなり、前記第１のフォトダイ
オードを構成する半導体層の基礎吸収端のバンドギャッ
プエネルギーＥｇ１が前記第２のフォトダイオードの基
礎吸収端のバンドギャップエネルギーＥｇ２よりも大き
く、かつ受信すべき光の進行方向に沿って順に、光カッ
プラ、前記第１のフォトダイオード、さらにその後方に
前記第２のフォトダイオードが配置されており、さらに
半導体レ−ザの発光光が光カップラを通じて送信される
ように配置された事を特徴とする光送受信モジュール。
【請求項２】２つの波長帯λ１、λ２（λ１＜λ２）
の光による双方向通信を行うために用いる光送受信モジ
ュールにおいて、受信する第１の波長帯λ１に感度を有
しそれより長い第２の波長帯λ２の光を透過させる第１
のフォトダイオードと、その透過する波長帯λ２の光を
後段に送るための光ファイバと、第１の波長帯λ１で発
光する半導体レ−ザと、送信光と受信光を一つの光路に
まとめるための光カップラとよりなり、前記第１のフォ
トダイオードを構成する半導体層の基礎吸収端のバンド
ギャップエネルギーＥｇ１が後段で受信するために用い
るフォトダイオードの基礎吸収端のバンドギャップエネ
ルギーＥｇ２より大きく、かつ受信すべき光の進行方向
に沿って順に、光カップラ、前記第１のフォトダイオー
ド、さらにその後方に前記光ファイバが配置されてお
り、さらに半導体レ−ザの発光光が光カップラを通じて
送信されるように配置された事を特徴とする光送受信モ
ジュール。
【請求項３】光カップラとしてガラス基板上に多層膜
を形成してなるミラー型のカップラを用いる事を特徴と
する請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。
【請求項４】上記ミラー型光カップラが、第１の波長
帯λ１の光を所定の比率で分配し、第２の波長をほぼ１
００％透過するようにしたミラー型波長選択カップラを
用いる事を特徴とする請求項３に記載の光送受信モジュ
ール。
【請求項５】光カップラとして平面光導波路に形成さ
れた光カップラを用いる事を特徴とする請求項１又は２
に記載の光送受信モジュール。
【請求項６】上記光導波路光カップラが、第１の波長
を所定の比率で分配し、第２の波長をほぼ１００％透過
するようにした導波路型波長選択カップラを用いる事を
特徴とする請求項５に記載の光送受信モジュール。
【請求項７】光カップラとして光ファイバにより形成
された光カップラを用いる事を特徴とする請求項１又は
２に記載の光送受信モジュール。
【請求項８】上記光ファイバ型光カップラが、第１の
波長を所定の比率で分配し、第２の波長をほぼ１００％
透過するようにした光ファイバ型波長選択カップラを用
いる事を特徴とする請求項７に記載の光送受信モジュー
ル。
【請求項９】リードピンを有するパッケージと、パッ
ケージの中心軸線上に固定された第１のフォトダイオー
ドと、パッケージの中心軸線上において第１のフォトダ
イオードよりも後方に固定された第２のフォトダイオー
ドと、透明の窓又はレンズを有しパッケージに取り付け
られ二つのフォトダイオードを気密封止するキャップ
と、キャップを囲んでパッケージに固定され光ファイバ
とフェルールを固定するフェルールホルダ−とよりな
り、第１と第２のフォトダイオードの電極とリードピン
を接続するワイヤとよりなる受光モジュールを用いる事
を特徴とする請求項７又は８に記載の光送受信モジュー
ル。
【請求項１０】第１の受信用フォトダイオードが、
１．３μｍ帯に感度を有し、１．５５μｍ帯に感度を有
せずその光を透過するものとし、第２の受信用フォトダ
イオードが１．５５μｍに感度を有し、半導体レ−ザが
１．３μｍ帯の光を発光する事を特徴とする請求項１〜
９のいずれかに記載の光送受信モジュール。
【請求項１１】第１の受信用フォトダイオードチップ
が、ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４２μｍ）の受光層を
持つ事を特徴とする請求項１０に記載の光送受信モジュ
ール。
【請求項１２】第１の受信用フォトダイオードチップ
が、ＩｎＰ基板の上にＩｎＰバッファ層、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λｇ＝１．４２μｍ）受光層、ＩｎＧａＡｓＰ（λ
ｇ＝１．１５μｍ）窓層又はＩｎＰ（λ＝０．９２μ
ｍ）窓層からなり、ｐ／ｎ電極が光の透過を妨げないよ
うに中心部を除いた部分に形成されている事を特徴とす
る請求項１０に記載の光送受信モジュール。
【請求項１３】第１の受信用フォトダイオードチップ
の光の入射面に１．３μｍ〜１．５５μｍの光を透過さ
せ反射を防ぐ反射防止膜を形成し、基板面に１．５５μ
ｍを透過させ反射を防ぐ反射防止膜を形成した事を特徴
とする請求項１２に記載の光送受信モジュール。
【請求項１４】光導波路型波長選択カップラの構成
が、断面積が等しい２本のコアを、伝搬する光のエネル
ギーが相互に交換できるように平行に接近させて形成し
てある対称方向性結合器である事を特徴とする請求項５
又は６に記載の光送受信モジュール。
【請求項１５】光導波路型波長選択カップラの構成
が、断面積の異なる２本のコアを、伝搬する光のエネル
ギーが相互に交換できるように平行に接近して形成して
ある非対称方向性結合器である事を特徴とする請求項５
又は６に記載の光送受信モジュール。
【請求項１６】光導波路型波長選択カップラの構成
が、２本のコアを、伝搬する光のエネルギーが相互に交
換できるように２カ所において平行に接近して形成して
あるマッハツェンダ型結合器である事を特徴とする請求
項５又は６に記載の光送受信モジュール。