JPS60200629A - 双方向伝送用光モジユ−ルおよびそれを用いた伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は１本の光フアイバ伝送路を用い、その伝送路を
上り方向と下り方向とで別々の波長の光信号を伝送させ
る双方向伝送用光モジュールおよびそれを用いた双方向
伝送方式に関する。

〔発明の背景〕

半導体レーザ（以下、ＬＤと略称する。）を用いたアナ
ログ伝送方式は、ＩＴＶ、高品位ＴＶ。

ＣＡＴＶなどの画像情報伝送への応用が期待されている
。ところがＬＤと多モード光ファイバを用いた伝送系で
は、レーザ光の可干渉性によって伝搬モード間で相互に
干渉し、スペックル雑音、スペックル歪が生じるという
問題があり、現状では伝送距離を１〜２ｋｍ得るのがや
っとの状態である。

これに対して単一モード光ファイバを用いると上記スペ
ックル雑音、スペックル歪を回避できるので］、　Ｏｋ
　ｍ前後の長距離伝送を期待できる。

しかし、上記応用には双方向伝送が不可欠であるが、単
一モード光ファイバを用いた系では、現状ではまだ実現
されていない。これは低損失光合分波器の実現がむずか
しいこと、システム構成が複雑で伝送品質の劣化、低信
頼性、高価といった問題があるからである。またディジ
タル伝送方式の場合も同様の問題をかかえている。

第１図は現状のデバイスを用いて構成した双方向伝送方
式の概略図を示したものである。今、光フアイバ７内を
矢印８方向へ伝搬する光信号（波長λ、）を上り回線と
し、矢印８′方向へ伝搬する光信号（波長λ２）を下り
回線とする。まず上り回線は、情報入力端子１５から入
力した信号はＬＤ駆動回路１４に入る。この回路１４の
出力信号でＬＤＩを駆動する。ＬＤＩはの発振波長はえ
、である。ＬＤＩからのレーザ光は球レンズ２゜屈折率
分布型のロッドレンズ３（長さは約１．／４ピッチ。）
を通して光フアイバ４内へ入り、矢印５のごとく進み、
光分波器６′、光ファイバ９を通して受光器１１に入射
する。そして増幅器１２を経て復調器１３で情報信号が
復調される。次に下り回線は、情報入力端子１５′から
入力した信号がＬＤ駆動回路１４′に入り、この駆動回
路１４′の出力でＬ　Ｄ　］、　’　を駆動する。この
ＬＤＩ’は波長λ２で発振する。そしてこのレーザ光は
球レンズ２′、ロッドレンズ３′　（長さは約１／４ピ
ツチ。）、光ファイバ４′、光分波器６′、光ファイバ
７、光分波器７を通して光フアイバ９′内を矢印１０′
のごとく進み、受光器１１′に入る。受光器出力信号は
増幅器１２′を経て復調器１３’に入り、この復調器１
３′で情報信号が復調される。このように、光分波器２
球レンズ、ロッドレンズを各々２つずつ必要とし、デバ
イスの数が多い。また各々のデバイスの光軸調整も大変
であり、低損失化、高信頼化、低コスト化ともに問題が
ある。さらに各々のデバイスからの反射光がＬ　Ｄへ再
注入するとＬＤの縦モードが変化し、それがモード分配
雑音になるため、各々のデバイスの反射対策も必要であ
り、極めて複雑な構成となる。

第２図は第１図に用いる光分波器６（あるいは６′）の
従来例を示したものである。同図において、光フアイバ
４内を波長λ、の光が矢印５のごとく伝搬し、ロッドレ
ンズ１７を経てペンタプリズム２１内に入る。そして誘
電体ミラー１９で反射し、干渉膜フィルタ２０でさらに
反射してロッドレンズ１８．光フアイバ７内を矢印８の
ごとく伝搬する。一方、波長λ２の光は光フアイバ７内
を矢印８′のごとく伝搬し、干渉膜フィルタ２０を通過
し、ロッドレンズ１６を経て光フアイバ９′内を矢印１
０′のごとく伝搬する。以上のようにして波長λ５．λ
２の光は分波されるが、デバイスの数が多く、構成も複
雑なため低コスト化、高信頼化も容易ではない。また単
一モード伝送であるので光ファイバのコア径は１０μｍ
以下となり、非常にきびしい光フアイバ位置設定精度が
要求される。そのため低損失化が困難という問題点があ
る。光分波器自身の損失（約５ｄＢ）、ＬＤとレンズ、
レンズと光ファイバ、光ファイバと光分波器などの接続
部での損失が増えるとそれだけ伝送距離が短かくなり、
長距離伝送も困難になる。以上のような理由により、単
一モード光ファイバを用いた双方向伝送はまだ実現され
ていない。また片方向伝送でも伝送距離は５ｋｍ程度し
か実現されていない。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、半導体発光素子、モータ用受光素子、
光分波器（あるいは光合分波器）、受信用受光素子、ピ
ッグティル光ファイバを一体化した、いわゆる双方向伝
送用光モジュールおよびそれを用いた双方向伝送方式を
極めて簡易構成で、かつ信頼性高く、低コスト、低損失
で実現させることにある。その結果、長距離にわたって
双方向伝送が可能となる。

〔発明の概要〕

本発明はＬＤ光を光フアイバ内へ結合させるロッドレン
ズに干渉膜フィルタを形成し、その結合機能と光分波機
能を合せもたせた新しい発想による双方向伝送用Ｌ　Ｄ
モジュールを上り側と下り側に用い、それぞれのＬＤ光
の発振波長を異ならしめ、そオルらを光フアイバ伝送路
で接続する構成とし、分波された光信号を受光する受光
素子を配置させるための回転円板（あるいは中心軸に穴
のあいた円筒）を上記光フアイバ伝送路をほぼ中心軸に
して設け、上記円板上に受光素子を少なくとも１個配置
して上記円板を回転することにより光学位置調整を行う
構成とするか、あるいは上記円板（あるいは円筒）上に
リング状にアレイ配置させることにより光結合を容易に
行なわせるようにした構成である。このように光フアイ
バ伝送路をほぼ中心軸にして回転円板を設け、その円板
上に受光素子を配置させる構成であるので、上述のごと
く光学位置調整が容易であることと、温度変動などに対
しても同心円板であるので対称性があり、光学位置ずれ
も非対称構造のものに比し安定である。また製作２組立
、光学調整も簡便なため、現状光デバイスの最大課題で
ある低コスト化も可能である。さらに本発明では光源（
ＬＤ以外に発光ダイオードでもよい、）の出射光を光フ
アイバ内へ導くためのロッドレンズに干渉膜フィルタを
設けて双方向伝送を行なわせるので、従来構成で用いら
れている複雑な構成で、挿入損失、コストの高い光分波
器が不要である。すなわち、ＬＤあるいは発光ダイオー
ドの出射光を光ファイバへ結合させる機能と光分波機能
とを一つのロッドレンズで合せもった新しい双方向伝送
用モジュールである。したがって、極めて簡易構成で、
低損失な双方向伝送方式を構成できるので、長距離伝送
化。

低コスト化を期待できる。なお干渉膜フィルタはそれぞ
れ光学特性（透過および反射特性）の異なったものをロ
ッドレンズのＬＤ光入射側端面にそれぞれ異なった角度
ｏｎ　（ｎ＝１．２，３．・・・）でｎ層に形成する。

そして上記ロッドレンズの反対端面も斜め研磨し、その
ロッドレンズのほぼ中心軸線上に光フアイバ伝送路を、
さらにその光フアイバ伝送路をほぼ中心軸にして回転円
板を設ける。ロッドレンズの長さは約ｍ／４ピツチ（ｍ
＝１．３，５．・・・）かそれよりも若干短い長さであ
る。光フアイバ伝送路は単一モード光ファイバ以外に、
多モード光ファイバも適用できる。

〔発明の実施例〕 本発明の双方向伝送方式の実施例を第３図に示す。第１
図と違うところは、長さが約１／４ピツチのロッドレン
ズ２２．２４のＬＤ光入射側端面に所望の光学特性をも
たせ干渉膜フィルタ２３゜２５を形成させ、その面と反
対の面に光ファイバ７と受光素子１．１．１１’伺き回
転円板２９゜２９′を設けた点と、光分波器６，６′を
なくした点にある。まず、同図について説明する。光フ
アイバ７内を矢印８方向へ伝搬する上り回線は波長λ、
の光信号であり、矢印８′方向へ伝搬する下り回線は波
長λ２の光信号である。すなわち、ある。干渉膜フィル
タ２３は波長λ１の光信号を透過させ、波長λ２の光信
号を反射させる特性とし、逆に、干渉膜フィルタ２５は
波長λ２の光信号を透過させ、波長λ、の光信号を反射
させる特性のものを用いである。これらの特性を有する
干渉膜フィルタは、λＩ、λ２の値の選び方によって、
帯域通過フィルタ、短波長帯通過フィルタ。

長波長帯通過フィルタのいずれかに決めることができ、
これらは従来技術を用いて実現することができる。ＬＤ
Ｉからのレーザ光（波長λＩ）は球レンズ２を通って平
行光になり、干渉膜フィルタ２３を透過してロッドレン
ズ２２内を伝搬し、光フアイバ７内に歓光し矢印８のご
とく光フアイバ７内を伝送さオし、ロッドレンズ２４に
入射する。

ロッドレンズ２４内を伝搬した波長λ、の光信号は干渉
膜フィルタ２５に入射する。そしてこの干渉膜フィルタ
２５で反射され、ロッドレンズ２４内を逆に伝搬する。

ここで干渉膜フィルタ２５は角度θ３の斜め端面に形成
されているので、その在ｍ　ａ　−ｔ−１ψ刷覗也纂ゼ
Ｉ斗Ｍ　Ｓ）ビ１戸ノイヮＡ小紬面２７に集束する位置
がずれる。そのずれ量ｄ３は次式で近似的に表わされる
。

ただし、 ｎｏ　：ロツドレンズの屈折率 １ｉ＝ロツドレンズの屈折率分布定数 である。

上記反射光信号（波長λ、）が集束する位置に受光素子
１１を配置させておくと、上記反射光は受光素子１１で
受光され、増幅器１２を通して復調器１３で情報信号が
復調さ、ｈる。ここで言う受光素子はホトダイオード、
アバランシェホトダイオードなどの受光素子、あるいは
前置増幅器付きの受光素子を言う。受光素子の前にはレ
ンズを設けて結合効率をより高めてもよい。次にＬＤＩ
’からのレーザ光（波長λ２）は球レンズ２′を通って
平行光になり、干渉膜フィルタ２５を透過してロッドレ
ンズ２４内に入射する。ロッドレンズ２４内を伝搬した
上記光信号は光フアイバ７内に集光され、矢印８′方向
に伝送されてロッドレンズ２２内に入射する。ロッドレ
ンズ２２内を伝搬した波長λ２の光信号は干渉膜フィル
タ２３で反射されてロッドレンズ２２内を逆に伝搬する
。ここで干渉膜フィルタ２３は角度θ１の斜め端面に形
成されているので、その角度０．に比例した量だけロッ
ドレンズ２２の端面２６に集束する位置がずれる。その
ずれ量ｄ、は次式で近似的に表わされる。

上記反射光信号（波長λ２）が集束する位置に受光素子
１１′を配置させておくと、上記反射光は受光素子１１
′で受光され、増幅器１２′を通して復調器１３’で情
報信号が復調される。次に回転円板２９．２９’の構成
について述べる。

第４図および第５図は受光素子１１（１１’）を取り付
けた回転円板２９（２９’）の実施例を示したものであ
る。なお、これらの図において。

受光素子のバイアス電圧印加用電極端子、光電変換出力
端子は省略して図示されていないが、実際の装置構成で
は含まれることは言うまでもない。

（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。２８は光
ファイバ７、あるいは光信号を貫通させるための穴であ
る。第４図は受光素子１１（１１’）が１個の場合、第
５図は受光素子１１（１１’）がリング状にアレイ構成
された場合である。第５図の場合、受光素子をリング状
に一体化したものか、あるいはリング状に複数個アレス
配置させるようにしてもよい。第４図の回転円板を第３
図に用いた場合には１回転円板２９　（２９”）を矢印
３０（３０’）のように、光ファイバ７にほぼ中心軸と
して回転させることにより光結合調整を行うことができ
る。また軸方向の調整は光ファイバ７に沿って左右に調
整することによって行なうことができる。第５図の回転
円板を第３図に用いた場合には、円周方向の光学位置調
整は不要、すなわち、矢印３０（３０’）方向の回転調
整は必要なく、軸方向の位置調整だけでよい。

極めて簡易な構成で、波長の異なる光を用いて２波双方
向伝送を実現することができる。一つのロッドレンズで
レーザの光ファイバへの結合機能と、光の分波機能を合
せた′ものである。したがってデバイスの数が極めて少
なくてよい（従来法の１１５以下）ため、デバイスの挿
入損失、各デバイスの光軸位置調整誤差による損失を大
幅に低減できる。具体的な数値で示せば、従来の２波用
光分波器の損失は約４ｄＢもあるので、これを２つ用い
るので約８ｄＢの損失があったが、本発明の場合、干渉
膜フィルタの合計損失約１．２　ｄＢ、光学位置調整誤
差約１．２ｄＢであり、合わせて約２．４ｄＢである。

したがって本発明の方式を用いることにより５．６　ｄ
Ｂ改善される。波長として長波長帯（１μｍ以上）を用
いるとすれば、光ファイバの長さとして１．０　ｋ　ｍ
近くも長くすることができる。また干渉膜フィルタを用
いたことによるレーザ光と光ファイバとの結合効率はほ
とんど変わらなかった。本発明の方式はＬＤ、球レンズ
、干渉膜付きロンドレンズ、ピッグティル光ファイバ。

モニタ用受光素子（ＬＤＩ、１’内に内蔵されている。

）、受信用受光素子を一体化した、いわゆる双方向伝送
用光モジュールとして実現できるので、従来のＬＤモジ
ュールと光分波器が別々のものに比し、接続部での損失
２反射波の発生などの心配もなく、非常に信頼性高く、
かつ小形化も可能であり、コストも従来の１７２以下に
することが可能である。またＬＤ側端面を斜めカットし
であるので、この端面での反射光がＬＤへもどることが
ないという利点もあり、モード分配雑音の増加を抑制す
ることができる。漏話については、ロッドレンズ２２．
２４の反対端面２６，２７を角度０□、θ４に斜め研磨
し、さらにその研磨面に反射防止コーティング（ＡＲコ
コ−ィング）をほどこしであるので、５０ｄＢ以上の漏
話減衰量を得ることができる。ここで角度θ１．θ２．
θ３゜０４は０．数度から３０数度の範囲から選ぶこと
ができる。θ１．θ３は大きいほど光ファイバ７と受光
素子１１（１１’）の間隔を広くとることができる。０
２．θ４は大きいほど漏話減衰量を大きくとることがで
きる。光ファイバ７の両端面も斜め研磨し、その研磨面
に反射防止コーティングをほどこすとこの端面からの反
射光もＬＤへもどらなくすることができる。なお第３図
において、ＬＤの端面位置から球レンズまでの距離は球
レンズの焦点距離だけ離し、また球レンズとロッドレン
ズとの距離は両者の焦点距離の和に設定しである。また
球レンズ、ロッドレンズの焦点距離は、公知のように、
光ファイバのスポットサイズ。

ＬＤの発光直径に応じて選定する。光ファイバ７に多モ
ード光ファイバを用いた場合には、ＬＤとロッドレンズ
間に球レンズは用いなくてもよい。

第６図は本発明の別の実施例であるつこれはロッドレン
ズ２２，２４の長さを１／４ピツチよりも短かくし、ロ
ッドレンズと光フアイバ端面との間隔を大きくとれるよ
うにしたものである。すなわち、光ファイバ７の端面が
回転円板２９（２９’）の後にくるようにロッドレンズ
の長さを短がく（約０．２０　ピッチ）しである。

本発明は上記実施例に限定されない。たとえば２．２′
は球レンズを用いたが、円柱レンズを用いてもよい。ま
た波長多重数は３波以上の場合にも適用できる。すなわ
ち、ロッドレンズ２２゜２４のＬＤ側端面に角度を変え
て光学特性の異なる干渉膜フィルタを複数枚形成させ、
そのロッドレンズの反対端面２６，２７に光フアイバ７
以外に別の光ファイバを設け、その光ファイバを通して
別の波長の光信号源からの光信号を伝送させるようにす
るか、あるいは回転円板２９（２９’）に別の受光素子
を配置させるといった組合せを用いることによって３波
（たとえば、上り２波、下り１波）以上の波長多重伝送
を実現することができる。

本発明の双方向伝送方式はアナログ伝送、ディジタル伝
送のいずれの方式にも適用できることは言うまでもない
ことである。

回転円板の代りに円筒状のもの、または固定用のフラン
ジ付き円板２円筒でもよい。

ＬＤの代わりに発光ダイオードを用いもよい。

いずれも用いることができる。発光ダイオードの出射光
をできるだけ光フアイバ内へ集光させるために、発光ダ
イオード面に球レンズ、半球レンズなどを用い、光をあ
ｇ程度平行光にした後、干渉膜付きロッドレンズに入射
させるようにするとよい。またロッドレンズの口径を大
きくし、ｏＩ。

θ３を大きくして光ファイバと受光素子の間隔を広くす
るようにするとさらによい。ロッドレンズの代わりに、
平面状の集束性ガラス板を用いもよい。これを用いれば
、平面型モジュールを構成することができ、３波以上の
構成を集積化することが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体発光素子、モニタ用受光素子、
光分波器、受信用受光素子、ピッグティル光ファイバを
一体化した、いわゆる双方向伝送用光モジュールおよび
それを用いた双方向伝送方式を極めて簡易構成で、かつ
信頼性高く、低コスト、低損失で実現することができる
。その結果、

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のデバイスを用いて構成した双方向伝送方
式の概略図、第２図は従来の光分波器の概略図、第３図
および第６図は本発明の双方向伝送方式の実施例、第４
図および第５図は本発明の受光素子を取り付けた回転円
板の実施例である。 １．１′・半導体レーザ、２．２′・・・球レンズ、３
．３’　、１６．１７．１８，２２．２４・・・ロッド
レンズ、４．４’　、７，９．９’・・・光ファイバ、
５．５’　、８．８’　、ｔｏ、１０’・・・光の伝送
方向を示す矢印、６，６′・・・光分波器、＋１．１１
．’・・・受光素子、１２．１２’・・・増幅器、１３
．１３’・・復調器、１４．１４’・・・半導体レーザ
の駆動回路、１５．１５’・・・情報入力端子、１９・
・・誘電体ミラー、２０，２３．２５・・干渉膜フィル
タ、２１・・・ペンタプリズム、２６．２７・・・ロッ
ドレンズの端面、２９．２９’・・・回転円板、３０．
３０’第　２　口 第　４−図 （リ　（ｂ） ′５１ＦＩ５　（２） （リ　（ｌ１１） ７ノ（）ｌ′、）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、半導体発光素子の出射光を光フアイバ内へ結合する
   ためのロッドレンズ入射端側に所望の光学特性を有する
   干渉膜フィルタを設け、該ロッドレンズの出射端側に、
   前記光ファイバと、前記干渉膜フィルタで反射された光
   信号を受光する受光素子を配置させるための円板とを前
   記光ファイバをほぼ中心軸にして設け、該円板上に受光
   素子を少なくとも１個配置したことを特徴とする双方向
   伝送用光モジュール。 ２、円板上に受光素子をリング状にアレイ配置させたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の双方向伝送
   用光モジュール。 ３、半導体発光素子の出射光を光フアイバ内へ結合する
   ためのロッドレンズ入射端側に所望の光学特性を有する
   干渉膜フィルタを設け、該ロツピｌ）　％Ｊ　−／　／
   Ｔｌ山１１Ｊ　Ｊｉｍ　Ｉｎ　＋−１ｈ　ｔｊ　忠−ｘ
   　？　／　ｈくし　始記干渉膜フィルタで反射された光
   信号を受光する受光素子を配置させるための円板とを前
   記光ファイバをほぼ中心軸にして設け、該円板上に受光
   素子を少なくとも１個配置してなる双方向伝送用光モジ
   ュールを上り側と下り側に設け、かつそれらの光信号の
   波長を異ならしめ、それらの光ファイバを光ファイバで
   接続し、上り方向と下り方向でそれぞれ波長の異なった
   光信号を用いて情報伝送を行なう双方向伝送方式。