JPH10260338A - Optical transmission module and optical transmission device mounted with the same - Google Patents
Optical transmission module and optical transmission device mounted with the sameInfo
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- JPH10260338A JPH10260338A JP6594597A JP6594597A JPH10260338A JP H10260338 A JPH10260338 A JP H10260338A JP 6594597 A JP6594597 A JP 6594597A JP 6594597 A JP6594597 A JP 6594597A JP H10260338 A JPH10260338 A JP H10260338A
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光伝送モジュールと
これを搭載した光伝送装置に関し、詳しくは、1個のパ
ッケージ内に発光素子と受光素子とを設けて、光ファイ
バケーブルなどと接続した端末との双方向光伝送に用い
られる光伝送モジュール及びこれを搭載した光伝送装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical transmission module and an optical transmission device equipped with the same, and more particularly, to a terminal in which a light emitting element and a light receiving element are provided in one package and connected to an optical fiber cable or the like. The present invention relates to an optical transmission module used for bidirectional optical transmission with an optical transmission device and an optical transmission device equipped with the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバケーブルなどの光伝送路を用
いた光通信システムや光伝送システムにおいて、信号の
送・受信端末に用いられる双方向光伝送用モジュールの
従来例1として、例えば、特開平7−104154号公
報に記載された光伝送モジュールが提案されている。図
13は従来例による光伝送モジュールの構成を示す断面
図である。図13に示すように、同一のパッケージ11
0内に発光素子108と受光素子106を収納し、パッ
ケージ開口部にあるカバーガラス104の上面または下
面にホログラフィック回折格子103が設けられてい
る。送信時には、発光素子108から発した光ビーム1
09は回折格子103を透過して、レンズ101により
光ファイバ113の端面上に集光される。一方受信時に
は、光ファイバ113の端面から発した受信光ビームは
レンズ101を経た後、回折格子103により回折さ
れ、1次回折光105が受光素子106の受光面上に集
光され検出される。2. Description of the Related Art In an optical communication system or an optical transmission system using an optical transmission line such as an optical fiber cable, a conventional bidirectional optical transmission module used for a signal transmission / reception terminal is disclosed in, for example, An optical transmission module described in JP-A-7-104154 has been proposed. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional optical transmission module. As shown in FIG.
The light-emitting element 108 and the light-receiving element 106 are housed in the housing 0, and the holographic diffraction grating 103 is provided on the upper or lower surface of the cover glass 104 in the package opening. At the time of transmission, the light beam 1 emitted from the light emitting element 108
09 passes through the diffraction grating 103 and is condensed on the end face of the optical fiber 113 by the lens 101. On the other hand, at the time of reception, the reception light beam emitted from the end face of the optical fiber 113 passes through the lens 101, is diffracted by the diffraction grating 103, and the primary diffracted light 105 is condensed on the light receiving surface of the light receiving element 106 and detected.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7−104154号公報に記載された光伝送モジュール
では、回折格子103の溝は、発光素子108を発する
光ビーム109と受光素子106に集光される光ビーム
105とが重なることにより生じる干渉縞パターンと同
一パターンが刻まれている。具体的には、2つの光ビー
ムの光路長の違いをもとに干渉縞パターンを計算し、そ
のパターンに基づき回折格子を作製している。However, in the optical transmission module described in JP-A-7-104154, the groove of the diffraction grating 103 is focused on the light beam 109 emitted from the light emitting element 108 and the light receiving element 106. The same pattern as the interference fringe pattern generated by the overlapping of the light beam 105 is engraved. Specifically, an interference fringe pattern is calculated based on a difference in optical path length between two light beams, and a diffraction grating is manufactured based on the calculated pattern.
【0004】回折格子と発光素子との間、または回折格
子と受光素子との間にカバーガラス104など他の光学
素子が存在しない場合は、容易に干渉縞パターンを計算
することが可能である。しかし、回折格子103と発光
素子108との間にカバーガラス104が存在する場
合、光ビームがガラス境界面で屈折するため、干渉縞パ
ターンの計算式が複雑となる。そのため理論的に解くこ
とができず、各伝送光路ごとに数値計算を行わなくては
ならないため、そのプログラム作成や計算に膨大な労力
と時間が必要であった。When there is no other optical element such as the cover glass 104 between the diffraction grating and the light emitting element or between the diffraction grating and the light receiving element, the interference fringe pattern can be easily calculated. However, when the cover glass 104 exists between the diffraction grating 103 and the light emitting element 108, the calculation formula of the interference fringe pattern becomes complicated because the light beam is refracted at the glass boundary surface. Therefore, it could not be solved theoretically, and numerical calculations had to be performed for each transmission optical path, which required enormous labor and time for program creation and calculation.
【0005】本発明は、以上の事情を考慮してなされた
もので、例えば、光伝送モジュールの回折格子のパター
ン計算を簡単な関数式で近似することにより、従来必要
としていた計算時間/労力を大幅に低減し、この回折格
子により所定の受光領域内に十分に小さく集光すること
によって、高速信号の光通信が可能な光伝送モジュール
とこれを搭載した光伝送装置を提供するものである。The present invention has been made in view of the above circumstances. For example, by approximating the pattern calculation of the diffraction grating of the optical transmission module by a simple function, the calculation time / labor required conventionally is reduced. An object of the present invention is to provide an optical transmission module capable of performing optical communication of high-speed signals by greatly reducing the light and condensing light sufficiently in a predetermined light receiving area by using the diffraction grating, and an optical transmission device equipped with the optical transmission module.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバを
接続するファイバホルダと、光ビームを発光する発光素
子と、光ビームを受光する受光素子と、前記発光素子か
ら発した光ビームを光ファイバの端面に導くとともに光
ファイバの端面から発した光ビームを集光する集光素子
と、前記集光素子と前記発光素子/受光素子との間に少
なくとも3つ以上の光透過性媒体と、その媒体の境界に
光ビームを回折する回折格子とを備えた光伝送モジュー
ルにおいて、前記発光素子に近い順に第1光透過性媒体
(空気)、第2光透過性媒体、第3光透過性媒体、第4
光透過性媒体が配置され、前記第2光透過性媒体と前記
第3光透過性媒体の境界あるいは前記第3光透過性媒体
と前記第4光透過性媒体の境界に前記回折格子を設けた
際、前記回折格子が、その回折格子面の中心軸に対し、
下記関数式、 (x2+y2-2yf1Sinθ+f1 2)1/2-(x2+y2+f2 2)1/2=mλ (前記式中、f1は回折格子の中心から受光素子の端面方
向または発光素子の端面方向に向かう回折格子の第1集
光点までの距離[μm]、f2は回折格子の中心から発光
素子の端面方向または受光素子の端面方向に向かう回折
格子の第2集光点までの距離[μm]、θは回折格子の
中心と回折格子の第1集光点を結ぶ直線と、回折格子の
中心と回折格子の第2集光点を結ぶ直線との成す角、m
は整数、λは光ビームの波長[μm]、xとyは回折格
子平面の中心からの座標)の関係を満たす回折格子パタ
ーンを有することを特徴とする光伝送モジュールであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a fiber holder for connecting an optical fiber, a light emitting element for emitting a light beam, a light receiving element for receiving the light beam, and a light receiving element for receiving the light beam. A light-collecting element that guides the end face of the fiber and collects a light beam emitted from the end face of the optical fiber, and at least three or more light-transmitting media between the light-collecting element and the light-emitting element / light-receiving element, An optical transmission module comprising a diffraction grating for diffracting a light beam at a boundary of the medium, a first light-transmitting medium (air), a second light-transmitting medium, and a third light-transmitting medium in order of proximity to the light-emitting element. , Fourth
A light transmitting medium is disposed, and the diffraction grating is provided at a boundary between the second light transmitting medium and the third light transmitting medium or at a boundary between the third light transmitting medium and the fourth light transmitting medium. When the diffraction grating, with respect to the central axis of the diffraction grating surface,
Following function expression, (x 2 + y 2 -2yf 1 Sinθ + f 1 2) 1/2 - in (x 2 + y 2 + f 2 2) 1/2 = mλ ( Formula, f 1 is the diffraction grating The distance [μm] from the center to the first condensing point of the diffraction grating in the direction of the end face of the light receiving element or in the direction of the end face of the light emitting element, f 2 is in the direction of the end face of the light emitting element or the end face of the light receiving element The distance [μm] to the second converging point of the diffraction grating, θ is a straight line connecting the center of the diffraction grating and the first converging point of the diffraction grating, and the center of the diffraction grating and the second converging point of the diffraction grating. Angle between the connecting straight line and m
Λ is an integer, λ is the wavelength [μm] of the light beam, and x and y are coordinates from the center of the diffraction grating plane).
【0007】なお、本発明において、発光素子としては
半導体レーザダイオード、受光素子としてはPINフォ
トダイオード、集光素子としては凸レンズが用いられ
る。回折格子としては、回折格子のパターン計算を簡単
な関数式で近似し、その関数式を用いた電子ビーム描画
とエッチングによりフォトマスクを作製し、フォトリソ
グラフィーにより平面ガラス上に光偏向用ホログラムを
形成している。In the present invention, a semiconductor laser diode is used as the light emitting element, a PIN photodiode is used as the light receiving element, and a convex lens is used as the light collecting element. As a diffraction grating, the pattern calculation of the diffraction grating is approximated by a simple function formula, a photomask is created by electron beam drawing and etching using the function formula, and a light deflection hologram is formed on the flat glass by photolithography. doing.
【0008】本発明によれば、回折格子パターンに前記
関数式を用いることにより、複雑な数値計算を行う必要
がなくなり、プログラム作成や計算に要する時間および
労力を大幅に削減できる。また光ビームを受光素子の受
光領域内に効率よく入射させられるため、検出感度の高
い光伝送モジュールを実現できる。さらに、受光領域を
小さくできることから、高速信号の検出が可能な光伝送
モジュールを実現できる。According to the present invention, by using the above-mentioned function formula for the diffraction grating pattern, there is no need to perform complicated numerical calculations, and the time and labor required for program creation and calculation can be greatly reduced. Further, since the light beam can be efficiently made to enter the light receiving region of the light receiving element, an optical transmission module having high detection sensitivity can be realized. Further, since the light receiving area can be reduced, an optical transmission module capable of detecting a high-speed signal can be realized.
【0009】前記第2光透過性媒体と前記第4光透過性
媒体が平板ガラスからなり、その何れかの平板ガラス上
に前記回折格子を形成することが好ましい。Preferably, the second light transmitting medium and the fourth light transmitting medium are made of flat glass, and the diffraction grating is formed on one of the flat glass.
【0010】前記第2光透過性媒体と前記第4光透過性
媒体が平板ガラスからなり、その何れかの平板ガラスが
前記発光素子/受光素子を収納する内部パッケージの開
口部を気密封止することが好ましい。The second light-transmitting medium and the fourth light-transmitting medium are made of flat glass, and one of the flat glasses hermetically seals an opening of an internal package for housing the light emitting element / light receiving element. Is preferred.
【0011】前記構成によれば、回折格子が形成され、
発光素子の光軸に対する回折格子の位置調整をするため
の平板ガラスと、発光素子/受光素子を収納するパッケ
ージの開口部を気密封止するための平板ガラス(回折格
子が設けられていないガラス)の二つに分けて構成して
いるので、位置調整と気密封止を同時に行わずに済むた
め製造工程を簡略化でき、従来の製造装置をそのまま使
用することが可能となる。According to the above configuration, a diffraction grating is formed,
Flat glass for adjusting the position of the diffraction grating with respect to the optical axis of the light-emitting element, and flat glass for sealing the opening of the package containing the light-emitting element / light-receiving element (glass without a diffraction grating) Since it is not necessary to perform the position adjustment and the hermetic sealing at the same time, the manufacturing process can be simplified, and the conventional manufacturing apparatus can be used as it is.
【0012】前記第2光透過性媒体と前記第4光透過性
媒体が平板ガラスからなり、その二つの平板ガラス間に
光透過性充填剤からなる前記第3光透過性媒体を挟んだ
構成にしてもよい。前記構成によれば、光透過性充填剤
を用いることにより、二つの平板ガラスの表面に埃や塵
が付着することを防ぐとともに、発光素子/受光素子を
収納したパッケージの気密性をより高めることが可能と
なる。The second light transmitting medium and the fourth light transmitting medium are made of flat glass, and the third light transmitting medium made of a light transmitting filler is sandwiched between the two flat glass. You may. According to the above configuration, by using the light-transmitting filler, it is possible to prevent dust and dirt from adhering to the surfaces of the two flat glasses and to further improve the airtightness of the package containing the light emitting element / light receiving element. Becomes possible.
【0013】前記平板ガラスは、平行かつ前記集光素子
を透過する前記光ビームの光軸に対し略垂直に配置され
る 前記構成によれば、前記平板ガラス上に形成された回折
格子は前記関数式を満たす光軸上に構成することができ
る。[0013] According to the above configuration, the flat glass is disposed parallel to and substantially perpendicular to the optical axis of the light beam passing through the light-collecting element. It can be configured on the optical axis that satisfies the formula.
【0014】本発明の光伝送モジュールを光伝送装置に
搭載すれば、光ファイバケーブルなどと接続した端末と
の双方向光伝送において、高速信号に適用することがで
きる。If the optical transmission module of the present invention is mounted on an optical transmission device, it can be applied to high-speed signals in bidirectional optical transmission with a terminal connected to an optical fiber cable or the like.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図に示す実施例に基づいて
本発明を詳述する。なお、これによって本発明は限定さ
れるものでない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings. Note that the present invention is not limited by this.
【0016】図1は本発明の第1実施例である光伝送モ
ジュールの構成を示す断面図であり、図2は本発明の第
1実施例である光伝送モジュールを示す斜視図である。
図1において、発光素子8としての半導体レーザ8aと
受光素子6としてのフォトダイオード6aがそれぞれス
テム(基台)7に取り付けられている。半導体レーザ8
aとフォトダイオード6aは内部パッケージ10に収納
され、その開口部10aに光透過体であるカバーガラス
4を取り付け気密封止されている。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an optical transmission module according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the optical transmission module according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a semiconductor laser 8a as a light emitting element 8 and a photodiode 6a as a light receiving element 6 are mounted on a stem (base) 7, respectively. Semiconductor laser 8
a and the photodiode 6a are housed in an internal package 10, and a cover glass 4 which is a light transmitting body is attached to the opening 10a and hermetically sealed.
【0017】半導体レーザ8aから近い順に、カバーガ
ラス4、集光素子1としてのレンズ1a、光ファイバ1
3がそれぞれ半導体レーザ8aの光軸上に配置されてお
り、ステム7とレンズ1aと光ファイバ13を保持する
ファイバホルダ12がそれぞれ外部パッケージ11に固
定され光伝送モジュールが構成されている。ここで、半
導体レーザ8aとレンズ1aの間に存在する媒体、半導
体レーザ8から近い順に第1媒体(空気)、第2媒体
(カバーガラス4)、第3媒体(空気)と呼ぶことにす
る。カバーガラス4の第3媒体側面には回折格子3が形
成されている。The cover glass 4, the lens 1a as the light condensing element 1, and the optical fiber 1
3 are arranged on the optical axis of the semiconductor laser 8a, and the stem 7, the lens 1a, and the fiber holder 12 holding the optical fiber 13 are fixed to the external package 11, respectively, to constitute an optical transmission module. Here, a medium existing between the semiconductor laser 8a and the lens 1a, a first medium (air), a second medium (cover glass 4), and a third medium (air) will be referred to in the order of proximity to the semiconductor laser 8. The diffraction grating 3 is formed on the third medium side surface of the cover glass 4.
【0018】送信時においては、半導体レーザ8から出
射した光ビーム9は、カバーガラス4に入射し、回折格
子3を0次回折光として透過しレンズ1によって光ファ
イバ13の端面上に集光され、光ファイバ13内に伝送
される。At the time of transmission, the light beam 9 emitted from the semiconductor laser 8 enters the cover glass 4, passes through the diffraction grating 3 as 0-order diffracted light, and is condensed on the end face of the optical fiber 13 by the lens 1. The light is transmitted into the optical fiber 13.
【0019】一方、受信時においては、光ファイバ13
を伝送してきた光ビーム5は送信時と逆方向に進み、レ
ンズ1により集光され回折格子3に入射する。回折格子
3により生じた1次回折光5がフォトダイオード6aの
受光面上に集光され、信号が検出される。なお、x,
y,zは回折格子3上の座標及び光軸の座標を示す。On the other hand, at the time of reception, the optical fiber 13
Is transmitted in the opposite direction to that at the time of transmission, is condensed by the lens 1 and enters the diffraction grating 3. The first-order diffracted light 5 generated by the diffraction grating 3 is collected on the light receiving surface of the photodiode 6a, and a signal is detected. Note that x,
y and z indicate the coordinates on the diffraction grating 3 and the coordinates of the optical axis.
【0020】回折格子3のパターンの計算方法について
説明する。回折格子3のパターンは、半導体レーザ8a
の発光点を中心とする球面波と、フォトダイオード6a
上の一点を中心とする球面波の2つの光ビームが回折格
子3面上において干渉した場合に生じる干渉縞のパター
ンを計算することにより得られる。A method for calculating the pattern of the diffraction grating 3 will be described. The pattern of the diffraction grating 3 is a semiconductor laser 8a
A spherical wave centered on the light emitting point of the
This is obtained by calculating the pattern of interference fringes generated when two light beams of a spherical wave centered on one point above interfere with each other on the surface of the diffraction grating 3.
【0021】図3は本発明の回折格子と半導体レーザの
間かつ回折格子とフォトダイオードの間に空気しか存在
しない場合の回折格子パターンの計算方法を示す説明図
である。図3に示すように、フォトダイオード上の受光
点A、半導体レーザ8aの発光点B、回折格子3が配置
されている場合について述べる。受光点A,発光点Bを
中心とする発散球面波の光の位相φ1、φ2とすると、 φ1=kn(x2+y2-2yf1Sinθ+f1 2)1/2 …… (1) φ2=kn(x2+y2+f2 2)1/2 …… (2) と表わされる。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method of calculating a diffraction grating pattern according to the present invention when only air exists between the diffraction grating and the semiconductor laser and between the diffraction grating and the photodiode. The case where the light receiving point A on the photodiode, the light emitting point B of the semiconductor laser 8a, and the diffraction grating 3 are arranged as shown in FIG. 3 will be described. Receiving point A, the phase phi 1 of the light divergent spherical wave centered on the light emitting point B, and the φ 2, φ 1 = kn ( x 2 + y 2 -2yf 1 Sinθ + f 1 2) 1/2 ...... (1) φ 2 = kn (x 2 + y 2 + f 2 2 ) 1/2 ... (2)
【0022】式(1)、式(2)において、 k:2π/λ λ:光の波長 n:媒体の屈折率(ここでは空気、n=1) x,y:回折格子面3上の中心からの座標 f1:回折格子3の中心から受光点Aまでの距離 f2:回折格子3の中心から発光点Bまでの距離 θ:回折格子3の中心と受光点Aとを結ぶ直線と、回折
格子3の中心と発光点Bとを結ぶ直線との成す角であ
る。In equations (1) and (2), k: 2π / λ λ: wavelength of light n: refractive index of medium (here, air, n = 1) x, y: center on diffraction grating surface 3 F 1 : distance from the center of the diffraction grating 3 to the light receiving point A f 2 : distance from the center of the diffraction grating 3 to the light emitting point B θ: a straight line connecting the center of the diffraction grating 3 and the light receiving point A; It is an angle formed by a straight line connecting the center of the diffraction grating 3 and the light emitting point B.
【0023】2つの光ビームの位相差φ1−φ2より、回
折格子3のパターンの(x,y)は φ1−φ2=2mπ …… (3) (m=整数) となり、式変形の結果、 (x2+y2-2yf1Sinθ+f1 2)1/2- (x2+y2+f2 2)1/2=mλ …… (4) で表わされる。任意のmについて、(4)式を満たす(x,
y)の曲線が1本存在し、それがm本集まり回折格子3
のパターンとなる。From the phase difference φ 1 −φ 2 between the two light beams, the (x, y) of the pattern of the diffraction grating 3 becomes φ 1 −φ 2 = 2mπ (3) (m = integer), and the equation is transformed. results, (x 2 + y 2 -2yf 1 Sinθ + f 1 2) 1/2 - represented by (x 2 + y 2 + f 2 2) 1/2 = mλ ...... (4). For any m, satisfying equation (4), (x,
There is one curve y), which is composed of m
It becomes the pattern of.
【0024】(4)式において、a22=f2 2- {f1 2-f2 2-m2
λ2}2/ {4(m2λ2-y1 2)} b2=(y1 2-m2λ2)/ m2λ2 c=y1(f1 2-f2 2-m2λ2)/{2(m2λ2-y1 2)} y1=f1Sinθ として、代入すると、 -(x/a)2+{(y+c)/(a/b)}2=1 …… (5) と変形でき、双曲線であることがわかる。[0024] In (4), a 2 2 = f 2 2 - {f 1 2 -f 2 2 -m 2
λ 2} 2 / {4 ( m 2 λ 2 -y 1 2)} b 2 = (y 1 2 -m 2 λ 2) / m 2 λ 2 c = y 1 (f 1 2 -f 2 2 -m 2 λ 2 ) / {2 (m 2 λ 2 -y 1 2 )} y 1 = f 1 Sinθ and substituting:-(x / a) 2 + {(y + c) / (a / b)} 2 = 1 …… (5) It can be seen that it is hyperbolic.
【0025】図3に示す場合だけは、(4)式から回折格
子のパターンを簡単にかつ正確に計算することが可能で
ある。しかし、図1に示す構成の光路では、回折格子3
と半導体レーザ8の間、もしくは回折格子3とフォトダ
イオード6の間にカバーガラス4が存在する場合は、光
ビームがカバーガラス4と空気の境界で屈折するため、
球面波の位相φ1、φ2が(1)、(2)式を直接適用できな
い。そこで、本発明は、以下の計算方法を用いる。Only in the case shown in FIG. 3, it is possible to easily and accurately calculate the pattern of the diffraction grating from the equation (4). However, in the optical path having the configuration shown in FIG.
When the cover glass 4 exists between the semiconductor laser 8 and the diffraction grating 3 and the photodiode 6, the light beam is refracted at the boundary between the cover glass 4 and the air.
Equations (1) and (2) cannot be directly applied to the phases φ1 and φ2 of the spherical wave. Therefore, the present invention uses the following calculation method.
【0026】図4は本発明の第1実施例における回折格
子パターンの計算方法を示す図である。図4(a)は、
半導体レーザ8aの発光点B、フォトダイオード6aの
受光点A、カバーガラス4、レンズ1aの位置関係をそ
れぞれ示している。まず、カバーガラス4の光路長を空
気媒体に換算した光路長(=ガラスの厚さd/ガラスの
屈折率n)に置き換えた。その結果、図4(b)に示す
ように、空気中でほぼ1点に集光する光学系に置き換え
られる。その集光点を点B’とする。FIG. 4 is a diagram showing a method of calculating a diffraction grating pattern in the first embodiment of the present invention. FIG. 4 (a)
The light emitting point B of the semiconductor laser 8a, the light receiving point A of the photodiode 6a, the cover glass 4, and the positional relationship of the lens 1a are shown. First, the optical path length of the cover glass 4 was replaced by an optical path length converted into an air medium (= glass thickness d / glass refractive index n). As a result, as shown in FIG. 4B, the optical system is condensed to almost one point in the air. The focal point is defined as a point B ′.
【0027】次に、図4(c)に示すように、点B’の
位置に発光点があると考え、そのときのフォトダイオー
ド6aの位置を点A’と仮定した。(点A’と点B’の
位置関係は空気換算光路長に置き換える前の点Aと点B
の位置関係と同じとした)。点A’、点B’を集光点と
する2つの球面波の干渉縞のパターンとして回折格子パ
ターンを計算する。この場合、屈折率はすべて一様(空
気)であるので(4)式をそのまま使用できる。Next, as shown in FIG. 4C, it is considered that the light emitting point is located at the position of the point B ', and the position of the photodiode 6a at that time is assumed to be the point A'. (The positional relationship between points A ′ and B ′ is the same as that of points A and B before replacement with the air equivalent optical path length.
And the same positional relationship). A diffraction grating pattern is calculated as a pattern of interference fringes of two spherical waves having the points A ′ and B ′ as condensing points. In this case, since the refractive indexes are all uniform (air), equation (4) can be used as it is.
【0028】ただし、f1、f2、θの値に図4(c)の値
を用いる点が本実施例の特徴である。図4(d)は計算
した回折格子パターンに基づき回折格子3を作製し、元
の光学系に組み込んだ構成を示す。図(d)のように、
1次回折光はフォトダイオード点A上で1点に集光せず
少し広がっている。その理由は、作製した回折格子パタ
ーンは、あくまで図4(c)の配置においてフォトダイ
オードの点A’上に1点に集光するためのパターンであ
り、それを図4(d)の配置において近似的に代用して
いるため1次回折光に収差が発生するからである。However, a feature of the present embodiment is that the values of FIG. 4C are used as the values of f 1 , f 2 and θ. FIG. 4D shows a configuration in which the diffraction grating 3 is manufactured based on the calculated diffraction grating pattern and is incorporated in the original optical system. As shown in FIG.
The first-order diffracted light slightly spreads on the photodiode point A without being converged on one point. The reason is that the produced diffraction grating pattern is a pattern for condensing only one point on the point A ′ of the photodiode in the arrangement of FIG. This is because an aberration is generated in the first-order diffracted light because it is approximately substituted.
【0029】図5は本発明の第1実施例における回折格
子パターンの一例を示す説明図である。ここでは、λ=
1.31μm、カバーガラス4の厚さd=0.25mm、f1=1.1m
m 、f2=1.2mm、θ=34°である。回折格子パターンの
間隔はμmオーダーであり、分かりやすくするために50
本おきに間引いて表示している。FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a diffraction grating pattern in the first embodiment of the present invention. Here, λ =
1.31 μm, cover glass 4 thickness d = 0.25 mm, f 1 = 1.1 m
m, f 2 = 1.2 mm, θ = 34 °. The spacing between the diffraction grating patterns is on the order of μm.
It is thinned out every other book.
【0030】計算した回折格子パターンをプログラムし
たコンピュータで制御される電子ビーム描画装置で回折
格子パターンを描画し、エッチング工程等でフォトマス
クを作製し、フォトリソグラフィーにより平板ガラス上
に回折格子3を形成する。このとき、形成される回折格
子パターンは、台形、矩形、鋸歯状などの断面形状を有
する。カバーガラス4上に形成した回折格子3が所定の
位置にくるようにカバーガラス4の位置調整を行い、そ
の状態でカバーガラス4を内部パッケージ10に固定す
る。A diffraction grating pattern is drawn by an electron beam drawing apparatus controlled by a computer programmed with the calculated diffraction grating pattern, a photomask is produced by an etching process or the like, and a diffraction grating 3 is formed on the flat glass by photolithography. I do. At this time, the formed diffraction grating pattern has a cross-sectional shape such as a trapezoid, a rectangle, or a sawtooth shape. The position of the cover glass 4 is adjusted so that the diffraction grating 3 formed on the cover glass 4 is at a predetermined position, and the cover glass 4 is fixed to the inner package 10 in that state.
【0031】図6は本発明の第1実施例における受光素
子上の光ビーム形状を示す説明図である。図5に示す回
折格子3を用いた場合のフォトダイオード6上での光ビ
ーム形状15は、収差の影響で完全に1点には集光して
いないが、φ80μmの受光領域14に対しては十分小さ
く集光しており実用上問題ない。一般に、高速信号伝送
においては素子の立ち上がり立ち下がりを小さくするた
めに受光領域をあまり大きくすることができないが、受
光領域φ80μmであれば数10Mbpsまでの信号伝送が可
能である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a light beam shape on a light receiving element in the first embodiment of the present invention. The light beam shape 15 on the photodiode 6 when the diffraction grating 3 shown in FIG. 5 is used is not completely condensed at one point due to the influence of aberration, but is not focused on the light receiving region 14 of φ80 μm. It is small enough to condense and poses no practical problem. Generally, in high-speed signal transmission, the light receiving area cannot be made too large in order to reduce the rise and fall of the element. However, if the light receiving area is φ80 μm, signal transmission up to several tens of Mbps is possible.
【0032】なお、回折格子3をカバーガラス4の第1
媒体側の面に設ける場合は、回折格子3と発光素子8
間、および回折格子3と受光素子6間の屈折率が、空気
だけが存在となり一様となるので、前記関数式により、
精密な回折格子パターンを直接計算することが可能であ
る。Note that the diffraction grating 3 is formed by the first cover glass 4.
When provided on the surface on the medium side, the diffraction grating 3 and the light emitting element 8
Since the refractive index between the diffraction grating 3 and the light receiving element 6 is uniform due to the presence of only air,
It is possible to directly calculate a precise diffraction grating pattern.
【0033】図7は本発明の第2実施例である光送受信
モジュールの構成を示す断面図である。図7において、
第1実施例と同じ構成要素については、同一付号を示し
ている。この第2実施例では、カバーガラス4とレンズ
1aの間にガラス製の光学ブロック2を配置している。
ここで、発光素子から近い順に、第1媒体(空気)、第
2媒体(カバーガラス4)、第3媒体(空気)、第4媒
体(光学ブロック2)、第5媒体(空気)と表現する。
回折格子3は光学ブロック2の第3媒体側の面に形成さ
れている。FIG. 7 is a sectional view showing the structure of an optical transceiver module according to a second embodiment of the present invention. In FIG.
The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In the second embodiment, a glass optical block 2 is disposed between a cover glass 4 and a lens 1a.
Here, the first medium (air), the second medium (cover glass 4), the third medium (air), the fourth medium (optical block 2), and the fifth medium (air) are expressed in order from the light emitting element. .
The diffraction grating 3 is formed on the surface of the optical block 2 on the third medium side.
【0034】光学ブロック2を設けた理由は、回折格子
3とカバーガラス4を別部品とすることにより、発光素
子の光軸に対する回折格子の位置調整を行うための平板
ガラス(回折格子が設けられた平板ガラス)と、発光素
子と受光素子の気密封止を行うための平板ガラス(回折
格子が設けられていない平板ガラス)にそれぞれ機能を
分けるためである。位置調整と気密封止を同時に行う場
合、製造装置が複雑になるが、別々の工程にすれば製造
工程を簡略化でき、また、従来の製造装置をそのまま使
用することができる。そのため光学ブロック2に回折格
子3を設けた。第1実施例と同様の方法により、カバー
ガラス4を光路長を空気媒体に換算した光路長に置き換
え補正した後、回折格子3のパターンを関数式(4)で計
算した。The reason why the optical block 2 is provided is that the diffraction grating 3 and the cover glass 4 are formed as separate components, so that the position of the diffraction grating with respect to the optical axis of the light emitting element can be adjusted by a flat glass (with a diffraction grating provided). This is because the functions are divided into a flat glass (a flat glass having no diffraction grating) and a flat glass (a flat glass having no diffraction grating) for hermetically sealing the light emitting element and the light receiving element. When the position adjustment and the hermetic sealing are performed at the same time, the manufacturing apparatus becomes complicated. However, if the steps are performed separately, the manufacturing steps can be simplified, and the conventional manufacturing apparatus can be used as it is. Therefore, a diffraction grating 3 is provided on the optical block 2. After correcting the cover glass 4 by replacing the optical path length with an optical path length converted into an air medium in the same manner as in the first embodiment, the pattern of the diffraction grating 3 was calculated by the functional equation (4).
【0035】図8は本発明の第2実施例における受光素
子上の光ビーム形状を示す説明図である。図8に示すよ
うに、受光素子6上の光ビーム形状16は、第1実施例
と同様φ80μmの受光領域14内に集光でき、十分な信
号光強度の確保および高速光信号の受信が可能である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a light beam shape on a light receiving element in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the light beam shape 16 on the light receiving element 6 can be condensed in the light receiving area 14 of φ80 μm as in the first embodiment, and sufficient signal light intensity can be ensured and a high-speed optical signal can be received. It is.
【0036】図9は本発明の第3実施例である光送受信
モジュールの部分構成を示す拡大図である。第3実施例
は、第2実施例の変形例であり、第2実施例と異なる点
は、カバーガラス4と光学ブロック2の間に紫外線硬化
樹脂18を充填したことである。図9において、第2実
施例と同じ構成要素をもつものは同一付号を示す。これ
により第2、第4の媒体の表面に埃や塵が付着すること
を防ぐとともに、発光素子と受光素子の気密性をより高
めることが可能となる。また、紫外線を照射し硬化させ
ることにより、光学ブロック2の内部パッケージ10へ
の固定強度を高めることも可能である。なお、充填剤は
光透過体であればよく、例えば、シリコンオイルのよう
に硬化特性をもたない液体でも構わない。FIG. 9 is an enlarged view showing a partial configuration of an optical transceiver module according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is a modification of the second embodiment, and differs from the second embodiment in that an ultraviolet curable resin 18 is filled between the cover glass 4 and the optical block 2. In FIG. 9, components having the same components as in the second embodiment have the same reference numerals. Accordingly, it is possible to prevent dust and dirt from adhering to the surfaces of the second and fourth media, and to further improve the airtightness of the light emitting element and the light receiving element. Further, by irradiating and curing the ultraviolet ray, the fixing strength of the optical block 2 to the internal package 10 can be increased. The filler may be a light transmitting body, and for example, may be a liquid having no curing properties, such as silicone oil.
【0037】図10は本発明の第3実施例における受光
素子上の光ビーム形状を示す説明図である。図10に示
すように、紫外線硬化樹脂18を用いた場合の、受光素
子6上の光ビーム形状17は、第2実施例と同様にφ8
0μmの受光領域14内に集光されており、十分な信号
光強度の確保および高速光信号の受信が可能である。FIG. 10 is an explanatory view showing a light beam shape on a light receiving element in the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, when the ultraviolet curing resin 18 is used, the light beam shape 17 on the light receiving element 6 is φ8 as in the second embodiment.
The light is condensed in the light receiving region 14 of 0 μm, so that sufficient signal light intensity can be ensured and a high-speed optical signal can be received.
【0038】図11は実施例に対する比較例を示す断面
図である。図12は図11における受光素子上の光ビー
ムの形状を示す説明図である。ここで、実施例との比較
例を補足説明する。図11に示すように、回折格子10
3と発光素子108の間に光学ブロック102とカバー
ガラス104が存在し、光学ブロック102の第5光透
過性媒体側の面に回折格子103を設けてある。この場
合も、本発明の第1〜第3実施例と同様の方法で回折格
子を計算しているが、図12に示すように、光ビームが
受光領域内に十分集光できていない。受光領域114を
大きくすると信号強度は増加するが、立ち上がり/立ち
下がり時間が増加するため、高速信号を正確に受信する
ことができない。このことから、光学ブロック2上に回
折格子を設ける場合は第5光透過性媒体ではなく、第3
光透過性媒体側(発光素子側)に設けることが望ましい
ことが分かる。FIG. 11 is a sectional view showing a comparative example with respect to the embodiment. FIG. 12 is an explanatory diagram showing the shape of the light beam on the light receiving element in FIG. Here, a comparative example with the embodiment will be supplementarily described. As shown in FIG.
An optical block 102 and a cover glass 104 exist between the light emitting element 3 and the light emitting element 108, and a diffraction grating 103 is provided on a surface of the optical block 102 on the side of the fifth light transmitting medium. In this case, the diffraction grating is calculated in the same manner as in the first to third embodiments of the present invention. However, as shown in FIG. 12, the light beam is not sufficiently focused in the light receiving region. When the size of the light receiving region 114 is increased, the signal intensity increases, but the rise / fall time increases, so that a high-speed signal cannot be accurately received. For this reason, when a diffraction grating is provided on the optical block 2, the third light-transmitting medium is used instead of the fifth light-transmitting medium.
It can be seen that it is desirable to provide on the light transmitting medium side (light emitting element side).
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明によれば、回折格子パターンの形
成において、複雑な数値計算を行うことなく簡単に算出
することができ、その回折格子を用い光ビームを受光領
域内に十分に小さく集光することによって、高速信号の
送受信が可能な光伝送モジュールを実現することができ
る。According to the present invention, it is possible to easily calculate a diffraction grating pattern without performing complicated numerical calculations in forming a diffraction grating pattern, and to use the diffraction grating to collect a light beam sufficiently small in a light receiving region. By light, an optical transmission module capable of transmitting and receiving high-speed signals can be realized.
【図1】本発明の第1実施例である光伝送モジュールの
構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical transmission module according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施例である光伝送モジュールを
示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an optical transmission module according to a first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の回折格子パターンの計算方法を示す説
明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a diffraction grating pattern calculation method according to the present invention.
【図4】本発明の第1実施例における回折格子パターン
の計算方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a calculation method of a diffraction grating pattern in the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1実施例における回折格子パターン
の一例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a diffraction grating pattern according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第1実施例における受光素子上の光ビ
ーム形状を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a light beam shape on a light receiving element according to the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2実施例である光送受信モジュール
の構成を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of an optical transceiver module according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第2実施例における受光素子上の光ビ
ーム形状を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a light beam shape on a light receiving element according to a second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第3実施例である光送受信モジュール
の部分構成を示す拡大図である。FIG. 9 is an enlarged view showing a partial configuration of an optical transceiver module according to a third embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第3実施例における受光素子上の光
ビーム形状を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a light beam shape on a light receiving element in a third embodiment of the present invention.
【図11】実施例に対する比較例を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a comparative example with respect to the embodiment.
【図12】図12における受光素子上の光ビームの形状
を示す説明図である。12 is an explanatory diagram showing a shape of a light beam on a light receiving element in FIG.
【図13】従来例による光伝送モジュールの構成を示す
断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional optical transmission module.
1 集光素子 1a レンズ 2 光学ブロック 3 回折格子 4 カバーガラス 5 受光素子に入射する光ビーム 6 受光素子 6a フォトダイオード 7 ステム 8 発光素子 8a 半導体レーザ 9 発光素子から出射する光ビーム 10 内部パッケージ 11 外部パッケージ 12 ファイバホルダ 13 光ファイバ 14 受光素子の受光領域 15、16、17 受光素子上での光ビーム 18 紫外線硬化樹脂 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Condensing element 1a Lens 2 Optical block 3 Diffraction grating 4 Cover glass 5 Light beam incident on a light receiving element 6 Light receiving element 6a Photodiode 7 Stem 8 Light emitting element 8a Semiconductor laser 9 Light beam emitted from a light emitting element 10 Internal package 11 External Package 12 Fiber holder 13 Optical fiber 14 Light receiving area of light receiving element 15, 16, 17 Light beam on light receiving element 18 UV curable resin
Claims (6)
と、光ビームを発光する発光素子と、光ビームを受光す
る受光素子と、前記発光素子から発した光ビームを光フ
ァイバの端面に導くとともに光ファイバの端面から発し
た光ビームを集光する集光素子と、前記集光素子と前記
発光素子/受光素子との間に少なくとも3つ以上の光透
過性媒体と、その媒体の境界に光ビームを回折格子とを
備えた光伝送モジュールにおいて、前記発光素子に近い
順に第1光透過性媒体(空気)、第2光透過性媒体、第
3光透過性媒体、第4光透過性媒体が配置され、前記第
2光透過性媒体と前記第3光透過性媒体の境界あるいは
前記第3光透過性媒体と前記第4光透過性媒体の境界に
前記回折格子を設けた際、前記回折格子が、その回折格
子面の中心軸に対し、下記関数式、 (x2+y2-2yf1Sinθ+f1 2)1/2-(x2+y2+f2 2)1/2=mλ (前記式中、f1は回折格子の中心から受光素子の端面方
向または発光素子の端面方向に向かう回折格子の第1集
光点までの距離[μm]、f2は回折格子の中心から発光
素子の端面方向または受光素子の端面方向に向かう回折
格子の第2集光点までの距離[μm]、θは回折格子の
中心と回折格子の第1集光点を結ぶ直線と、回折格子の
中心と回折格子の第2集光点を結ぶ直線との成す角、m
は整数、λは光ビームの波長[μm]、xとyは回折格
子平面の中心からの座標)の関係を満たす回折格子パタ
ーンを有することを特徴とする光伝送モジュール。1. A fiber holder for connecting an optical fiber, a light emitting element for emitting a light beam, a light receiving element for receiving a light beam, an optical fiber for guiding a light beam emitted from the light emitting element to an end face of the optical fiber. A condensing element for condensing a light beam emitted from the end face of the light-emitting element, at least three or more light-transmitting media between the condensing element and the light-emitting element / light-receiving element, and a light beam at a boundary of the medium. In a light transmission module including a diffraction grating, a first light transmitting medium (air), a second light transmitting medium, a third light transmitting medium, and a fourth light transmitting medium are arranged in order of proximity to the light emitting element. When the diffraction grating is provided at a boundary between the second light transmitting medium and the third light transmitting medium or at a boundary between the third light transmitting medium and the fourth light transmitting medium, With respect to the central axis of the diffraction grating surface, Serial function expression, (x 2 + y 2 -2yf 1 Sinθ + f 1 2) 1/2 - in (x 2 + y 2 + f 2 2) 1/2 = mλ ( Formula, f 1 is the diffraction grating The distance [μm] from the center to the first condensing point of the diffraction grating in the direction of the end face of the light receiving element or in the direction of the end face of the light emitting element, f 2 is in the direction of the end face of the light emitting element or the end face of the light receiving element The distance [μm] to the second converging point of the diffraction grating, θ is a straight line connecting the center of the diffraction grating and the first converging point of the diffraction grating, and the center of the diffraction grating and the second converging point of the diffraction grating. Angle between the connecting straight line and m
Is an integer, λ is the wavelength [μm] of the light beam, and x and y are the coordinates from the center of the diffraction grating plane).
性媒体が平板ガラスからなり、その何れかの平板ガラス
上に前記回折格子を形成したことを特徴とする請求項1
記載の光伝送モジュール。2. The apparatus according to claim 1, wherein the second light transmitting medium and the fourth light transmitting medium are made of flat glass, and the diffraction grating is formed on one of the flat glass.
The optical transmission module as described in the above.
性媒体が平板ガラスからなり、その何れかの平板ガラス
が前記発光素子/受光素子を収納する内部パッケージの
開口部を気密封止することを特徴とする請求項1記載の
光伝送モジュール。3. The second light-transmitting medium and the fourth light-transmitting medium are made of flat glass, and one of the flat glasses hermetically seals an opening of an internal package that houses the light emitting element / light receiving element. The optical transmission module according to claim 1, wherein the optical transmission module is stopped.
性媒体が平板ガラスからなり、その二つの平板ガラス間
に光透過性充填剤からなる前記第3光透過性媒体を挟ん
だことを特徴とする請求項1記載の光伝送モジュール。4. The second light transmitting medium and the fourth light transmitting medium are made of flat glass, and the third light transmitting medium made of a light transmitting filler is sandwiched between the two flat glass. The optical transmission module according to claim 1, wherein:
子を透過する前記光ビームの光軸に対し略垂直に配置さ
れることを特徴とする請求項2から4の何れかに記載の
光伝送モジュール。5. The light according to claim 2, wherein the flat glass is disposed in parallel and substantially perpendicular to an optical axis of the light beam transmitted through the light-collecting element. Transmission module.
モジュールを搭載したことを特徴とする光伝送装置。6. An optical transmission device comprising the optical transmission module according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6594597A JPH10260338A (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Optical transmission module and optical transmission device mounted with the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6594597A JPH10260338A (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Optical transmission module and optical transmission device mounted with the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10260338A true JPH10260338A (en) | 1998-09-29 |
Family
ID=13301627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6594597A Pending JPH10260338A (en) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Optical transmission module and optical transmission device mounted with the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10260338A (en) |
-
1997
- 1997-03-19 JP JP6594597A patent/JPH10260338A/en active Pending
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