JPWO2012014283A1 - 光モジュール - Google Patents

Abstract

発光素子１から出射した光を、レンズ２により、光ファイバ４の長手方向を含む平面内で前記光ファイバの長手方向に対して所定の角度を有するよう配置された波長分離フィルタ３を経由して、前記光ファイバに結像させる光モジュールにおいて、次の（１）、（２）又は（３）により生じる非点収差によって、前記波長分離フィルタで発生する非点収差を相殺する。（１）前記発行素子を、前記平面内で前記レンズの中心軸に直交する方向にオフセットさせて配置すること。（２）前記レンズと前記波長分離フィルタとの間に、前記平面と直交する平面のうち前記レンズの中心軸を含む平面で傾きを有する誘電媒質基板を備えること。（３）前記レンズと前記波長フィルタとの間に光アイソレータを配置し、それが、前記平面と直交する平面のうち前記レンズの中心軸を含む平面で傾きを有する平行平板であるファラデー回転子を備えること。

Description

本発明は、光モジュールに関する。

光の波長分離を必要とする通信用光送受信モジュールは、一般に、送信信号光を発生するための発光素子と、発光素子から出射した光を光ファイバに結像するためのレンズと、送信信号光と受信信号光の光を波長分離するための波長分離フィルタと、光ファイバから出射される受信信号光を受光するための受光素子と、受光素子に光を結像するためのレンズと、により構成されている（例えば、下記特許文献１参照）。このような通信用光送受信モジュールでは、発光素子から出射される上りの信号光は、レンズ、波長分離フィルタを通過し光ファイバへ結像される。一方、光ファイバから出射される下りの信号光は波長分離フィルタで反射されレンズを通過し、受光素子へ結像される。

このような通信用光送受信モジュールの波長分離フィルタは、一般に、平行平板の誘電体基板に誘電体多層膜を形成することにより形成される。誘電体基板としては、例えば、屈折率が約１．５のＢＫ７などが用いられる。

特開２００５−２０２１５７号公報

しかしながら、上記従来の通信用光送受信モジュールによれば、波長分離フィルタは送信信号光と受信信号光を分離する目的で、光ファイバから出射される受信信号光を光ファイバに対し約９０度で反射させるように、光ファイバに対し約４５度の角度で配置される。発光素子より発生する送信信号光はレンズおよび約４５度に配置された波長分離フィルタを通過するため、波長分離フィルタを通過した際に収差が発生することになり、波長分離フィルタがない場合と比べ光ファイバへの結合効率は低下する、という問題があった。特に、レンズに非球面レンズを使用した場合、影響が顕著になる。また、収差のうち光ファイバへの結合効率低下に大きく起因する収差は非点収差である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非点収差による結合効率の低下を抑制し、高結合効率を実現することができる光モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発光素子と、光ファイバと、前記光ファイバの長手方向を含む面内での前記光ファイバの長手方向に対して所定の角度を有するよう配置される波長分離フィルタと、前記発光素子から出射した光を、前記波長分離フィルタを経由して前記光ファイバに結像させるレンズと、を備え、前記発光素子を、前記レンズの中心軸に対して前記波長分離フィルタが前記所定の角度を有する平面内の前記レンズの中心軸に直交する方向にオフセットさせて配置する、ことを特徴とする。

本発明にかかる光モジュールは、非点収差による結合効率の低下を抑制し、高結合効率を実現することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の光モジュールの構成例を示す図である。 図２は、結合効率のシミュレーション結果を示す図である。 図３は、非点収差量のシミュレーション結果を示す図である。 図４は、実施の形態２の光モジュールの構成例を示す図である。 図５は、実施の形態２の光モジュールの構成例を示す図である。 図６は、実施の形態３の光モジュールの構成例を示す図である。 図７は、実施の形態４の光モジュールの構成例を示す図である。 図８は、実施の形態５の光モジュールの構成例を示す図である。 図９は、実施の形態６の光モジュールの構成例を示す図である。 図１０は、実施の形態７の光モジュールの構成例を示す図である。 図１１は、実施の形態８の光モジュールの構成例を示す図である。 図１２は、実施の形態９の光モジュールの構成例を示す図である。 図１３は、実施の形態１０の光モジュールの構成例を示す図である。 図１４は、実施の形態１１の光モジュールの構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる光モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように本実施の形態の光モジュールは、発光素子１と、レンズ２と、波長分離フィルタ３と、光ファイバ４と、で構成される。本実施の形態の光モジュールは、例えば通信用光送受信モジュールである。通信用光送受信モジュールの場合、波長分離フィルタ３は、送信信号光と受信信号光の光を波長分離し、波長分離された受信信号光は、図示しない受光素子に入射される。なお、本実施の形態の光モジュールは、通信用光送受信モジュールに限らず、発光素子から出射されたがレンズおよび傾きを有する波長分離フィルタを経由して光ファイバに結像するような光モジュールであればよく、例えば受信モジュールの機能を有しない光送信モジュールでもよい。

本実施の形態の発光素子１は、レンズ２の中心軸Ａに対しオフセット量Ｂだけオフセットする。光経路Ｃは、発光素子１から出射した光の経路の一例を示している。発光素子１から出射した光（送信信号光）は、レンズ２を通過し、レンズ２により屈折した後、波長分離フィルタ３を通過し、光ファイバ４に結像する。波長分離フィルタ３はタンジェンシャル面内で光ファイバ４の長手方向に対し約４５度の角度の傾きを持つよう配置される。なお、この角度は、光モジュールの光学系の設計に依存する値であり、約４５度に限らず、光学系の設計に対応したどのような値であってもよい。

本実施の形態では、発光素子１がレンズ２の中心軸Ａに対してオフセットしているため、レンズ２からの出射光は、レンズ２等の光学特性と各構成要素の配置に対応して出射角が決まる。光ファイバ４の研磨角度はレンズ２から出射した角度に対し、最も結合効率が高くなるような研磨角度とする。なお、研磨角度を調整する代わりに、結合効率が高くなるように光ファイバ４を傾けても良い。また、発光素子１とレンズ２は一体となっていても良い。

次に、本実施の形態の動作および効果について説明する。発光素子１から出射した光はレンズ２、波長分離フィルタ３を通過し光ファイバ４に結像される。このとき、波長分離フィルタ３で発生する非点収差を打ち消すように発光素子１をレンズ２の中心軸Ａからオフセットさせて配置することにより、非点収差を補正し、結合効率を向上させることができる。

平行平板構造を有する波長分離フィルタ３を通過することで発生する非点隔差Δｚは近似的に以下の式（１）で表すことができる。

ここで、Ｑｔはタンジェンシャル面における像点、Ｑｓはサジタル面における像点を示している。なお、タンジェンシャル面は、光軸と主光線を含む面であり、波長分離フィルタ３の傾きが現れる面である。サジタル面は主光線を含みタンジェンシャル面に垂直な面である。θは波長分離フィルタ３への光の入射角を示しており、ｎは波長分離フィルタ３の屈折率を示し、ｄは波長分離フィルタ３の厚みを示している。

上記式（１）から分かるようにΔｚは０以上、つまり、タンジェンシャル面上の結像点に対しサジタル面上の結像点の方が短くなる。波長分離フィルタ３で発生する、このような非点収差は発光素子１をレンズ２の中心軸からオフセット配置することにより相殺することができる。これは、定性的にはザイデルの３次の収差論において以下のように解釈することができる。

発光素子１がレンズ２の中心軸外に配置された場合を考えると、物点の高さ（発光素子１のレンズ２に対するオフセット量に相当）ｈに対応する像高ｈ´が決定する。このｈ´に対応するタンジェンシャル面，サジタル面の縦方向の像点の倒れ量をそれぞれΔｚ_t、Δｚ_sとすると、Δｚ_t、Δｚ_sは以下の式（２）により算出することができる。

ここで、IIIは非点収差係数を示し、光学系における各面で発生する非点収差係数の和であり、また、ｎ´は像点における媒質の屈折率を示している。発光素子１をレンズ２の中心軸外に配置したことによる非点隔差Δｚ´はΔｚ´＝（Δｚ_t−Δｚ_s）＝−ｎｈ´²IIIとなる。

従って、非点収差係数III＞０となる光学系において、物点を軸外に配置する（発光素子１がレンズ２の中心軸外に配置する）ことで、非点収差が発生しサジタル面における像点に対しタンジェンシャル面における像点は短くなる。このため、波長分離フィルタ３で発生する非点隔差を、発光素子１をレンズ２の中心軸Ａ上からオフセットさせることにより生じる非点隔差により相殺することが可能となる。

一般に、物点が焦点距離より長く、発光素子からの出射光が集光する範囲において、集光レンズ(凸レンズ)では非点収差係数IIIは０より大きいため、軸外に物点を配置することで、収差を相殺することが可能である。ここでの説明は、近似的、かつ定性的な説明であり厳密性を欠くが、波長分離フィルタ３により発生した非点隔差を、レンズ２の軸外に発光素子１を配置することによりサジタル面の像点位置よりタンジェンシャル面の像点位置を短くし、非点収差を相殺できる原理を説明した。

一方、発光素子１から出射した光が光ファイバ４に結像する場合、結合効率は発光素子１から出射した光の電場の複素振幅と光ファイバ４から出射する光の電場の複素振幅の重なり積分で計算することができ、以下の式となる。

ここで、ｆＬ（ｘ，ｙ）は発光素子１から射出される光の複素振幅を示し、ｆｒ（ｘ，ｙ）は光ファイバ４から射出される光の複素振幅を示している。ｘ，ｙは、光軸に直交する平面（ｘｙ平面）内のｘ座標値およびｙ座標値を示す。また、*は複素共役を示している。発光素子１から出射した光の波面が崩れることなく、つまり、位相がずれることなく、光ファイバ４上に結像すれば高い結合効率を得ることができるが、収差の影響により発光素子１と光ファイバ４の電場の複素振幅の位相がずれると結合効率は低下する。図１に示したように発光素子１と光ファイバ４間に波長分離フィルタ３が配置される場合、波長分離フィルタ３による収差が発生し、結合効率が低下する。

図２は、結合効率のシミュレーション結果を示す図である。図２は、上記式（３）に基づいて結合効率をシミュレーションにより求めた結果を示しており、発光素子１からの出射光はガウスビームを、光ファイバ４はシングルモードファイバを仮定し、また、波長分離フィルタ３は厚み０．３ｍｍとし、波長分離フィルタ３の傾き角度は４５度を仮定している。図２の横軸はレンズ２の中心軸Ａから発光素子１までのオフセット量を示しており、縦軸は光ファイバへの結合効率を示している。ここでは、例えば、発光素子１から射出される光のレンズ２へ入射前の進行方向をｚ軸とし、レンズ２の中心軸Ａに対する発光素子１のオフセットの方向（タンジェンシャル面内でレンズ２の中心軸Ａと直交する方向）をｘ軸とする。図１では、右向きを＋ｚ方向とし、上向きを＋ｘ方向とする。また、レンズ２の中心軸Ａのｘ座標値を０とする。この場合、図１の例では、発光素子１は、レンズ２の中心軸Ａに対して下方向にオフセット量Ｂを有しているため、ｘ軸の−方向にオフセットを有することになる。図２に示したシミュレーション結果により、レンズ２の中心軸Ａから発光素子１の位置がずれることにより、結合効率が向上することが分かる。

図３は、非点収差量のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーション条件は図２のシミュレーションと同様である。発光素子１の位置がレンズ２の中心軸Ａからずれる（オフセット量Ｂの絶対値が大きくなる）ことにより、収差量が減少していることが分かる。従って、タンジェンシャル面内で発光素子１をレンズ２の中心軸Ａからオフセットさせ軸外に配置することで、波長分離フィルタ３による非点収差を相殺し、結合効率を向上させることができる。

なお、発光素子１のレンズ２の中心軸Ａに対し発光素子１の位置に対する結合効率シミュレーション結果および収差量が非対称に変化するのは、波長分離フィルタ３による光の入射角が変動し、波長分離フィルタ３で発生する収差がｘ座標上の＋方向と−方向とで異なるためである。例えば、図２の例では、発光素子１を、−ｘ方向にオフセットさせた方が、＋方向にオフセットさせた場合に比べ結合効率が高くなる。この非対称の特性は、光学系全体の光学性能や配置などによって定まる。従って、光学系全体の光学性能や配置などに応じて、発光素子１のオフセット量をｘ座標上の＋方向と−方向の方向まで考慮して、設定することにより、収差を低減し、最適な結合効率を向上することができる。

なお、本実施の形態では、発光素子１が出射する光がレンズ２および波長分離フィルタ３を経由して光ファイバ４に結像する場合について説明したが、光ファイバから出射する光がレンズおよび波長分離フィルタを経由して受光素子に結像する光受信モジュールの場合にも本実施の形態の非点収差補正を同様に適用することができる。すなわち、受光素子に光を結像するためのレンズの中心軸に対して同様にオフセットさせることで、光ファイバ４から出射する光の収差は上記と同様に相殺され、受光素子への良好な結合が得られる。

このように、本実施の形態では、発光素子１を、タンジェンシャル面内でレンズ２の中心軸Ａに直交する方向にレンズ２の中心軸Ａに対してオフセットするよう配置した。そのため、波長分離フィルタ３を通過することにより生じる非点収差を、オフセットさせることにより生じる非点隔差により相殺する。したがって、非点収差による結合効率の低下を抑制し、高結合効率を実現することができる。

実施の形態２．
図４および図５は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態２の構成例を示す図である。図４および図５では、発光素子１から射出される光のレンズ２へ入射前の進行方向をｚ軸とし、図４は、ｘｚ平面図を示し、図５はｙｚ平面図を示している。

図４，５に示すように、本実施の形態の光モジュールは、発光素子１と、レンズ２と、波長分離フィルタ３と、光ファイバ４と、平行平板構造を有するガラス基板５と、で構成される。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、レンズ２の中心軸に対しオフセットさせず、レンズ２の中心軸上に配置する。

図４に示すように、波長分離フィルタ３は、光ファイバ４に対し、ｙ軸周りに約４５度の傾きを有しているとする。そして、ガラス基板５は、波長分離フィルタ３が傾きを持つ平面に垂直な平面のうち、レンズ２の中心軸に直交する平面以外の平面内で傾きを有する（波長分離フィルタ３が傾きを持つ平面に垂直な平面のうち、レンズ２の中心軸を含む平面内で傾きを有する）。すなわち、図４の例では、波長分離フィルタ３は、ｙ軸周りに傾きを有しているためｘｚ平面内で傾きを有する。したがって、ガラス基板５は図５に示すように、ｘｚ平面と垂直なｘｙ平面，ｙｚ平面のうち、レンズ２の中心軸に直交する平面であるｘｙ平面以外の平面、すなわちｙｚ平面内で傾きを有する（ｘ軸周りに傾きを有する）。

上述のようにガラス基板５を配置することで発生する非点隔差は、波長分離フィルタ３で発生する非点収差を打ち消す方向に発生する。すなわち、ガラス基板５で発生する非点隔差は、上述の式（１）においてΔｚが負の値を持つような非点隔差となる。このため、波長分離フィルタ３で発生する収差を相殺することができ、結合効率が向上する。なお、ガラス基板５は発光素子１の波長に対しＡＲ（Anti Reflection）コートを有することが望ましい。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

なお、ここでは、ガラス基板５を例に説明したが、ガラス基板５に限らず、誘電媒質であれば、ガラス基板５以外を用いてもよい。

このように、本実施の形態では、レンズ２と波長分離フィルタ３の間にガラス基板５を配置し、ガラス基板５が波長分離フィルタ３が傾きを持つ平面に垂直な平面のうち、レンズ２の中心軸に直交する平面以外の平面に傾きを有するようにした。そのため、波長分離フィルタ３を通過することにより生じる非点収差を、ガラス基板５を通過させることにより生じる非点隔差により相殺する。したがって、非点収差による結合効率の低下を抑制し、高結合効率を実現することができる。

実施の形態３．
図６は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態３の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールは、送受信機能を有する送受信光モジュールであり、発光素子１と、レンズ２と、波長分離フィルタ３と、光ファイバ４と、レンズ６と、受光素子７と、で構成される。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

本実施の形態では、光ファイバ４から出射した光は、波長分離フィルタ３により受光素子７側に反射され、レンズ（受光側レンズ）６により受光素子７に結像する構造を有している。なお、受光素子７とレンズ６は一体となっていても良い。なお、発光素子１をレンズ２の中心軸に対しオフセットさせず、ガラス基板５を実施の形態２と同様に配置するようにしても良い。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、送受信機能を有する送受信光モジュールにおいて、実施の形態１と同様に、発光素子１をレンズ２の中心軸に対しオフセットさせるようにした。そのため、送受信光モジュールにおいて、送信信号について、非点収差による結合効率の低下を抑制し、高結合効率を実現することができる。

実施の形態４．
図７は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態４の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールは、発光素子１と、レンズ２と、波長分離フィルタ３と、光ファイバ４と、レンズ６と、発光素子８と、で構成される。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

発光素子８から出射した光は、波長分離フィルタ３により光ファイバ４側に反射され、光ファイバ４に結像する構造を有している。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

図７に示したように、発光素子を２つ有する光モジュールでは、発光素子１から出射する光は、実施の形態１と同様に波長分離フィルタ３を経由するが、実施の形態１と同様にレンズ２の中心軸に対してオフセットさせるため、波長分離フィルタ３による非点収差は補正される。一方、発光素子８から出射した光は、レンズ６を経由した後、波長分離フィルタ３により光ファイバ４側に反射される。この際、波長分離フィルタ３の実装角度精度±θに対し光の反射角度は±２θとなるため、波長分離フィルタ３の実装角度精度により光ファイバ４への結合効率への影響が大きい。このため、波長分離フィルタ３の配置角度精度を高くすることが望ましい。なお、レンズ６は、本実施の形態では、送信側レンズとして機能する。

なお、本実施の形態では、発光素子を２つとした場合を示したが、発光素子を３つ以上とする場合に、波長分離フィルタ３を通過する光を出射する発光素子を、波長分離フィルタ３による非点収差を補正するように、当該光を結像させるためのレンズの中心軸に対してオフセットさせるようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、発光素子を２つ以上有する光モジュールにおいて、実施の形態１と同様に、発光素子１をレンズ２の中心軸に対しオフセットさせるようにした。そのため、発光素子を２つ以上有する光モジュールにおいて、非点収差による結合効率の低下を抑制し、高結合効率を実現することができる。

実施の形態５．
図８は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態５の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールは、発光素子１と、レンズ２と、波長分離フィルタ３と、光ファイバ４と、レンズ６と、受光素子７と、光アイソレータ９と、で構成される。本実施の形態の光モジュールは実施の形態３の光モジュールに、光アイソレータ９を追加している。実施の形態３と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態３と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

本実施の形態では、レンズ２と波長分離フィルタ３の間に光アイソレータ９を配置する。したがって、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、光アイソレータ９を配置することにより、発光素子１から出射した光の反射戻り光や、光ファイバ４から光モジュール内に入射する発光素子１と同一波長を有する光が発光素子１に戻るのを防ぎ光源の出力を安定化させることができる。

実施の形態６．
図９は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態６の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールは、発光素子１と、レンズ２と、波長分離フィルタ３と、光ファイバ４と、レンズ６と、発光素子８と、光アイソレータ１０，１１と、で構成される。本実施の形態の光モジュールは、実施の形態４の光モジュールに、光アイソレータ１０，１１を追加している。実施の形態４と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態４と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

本実施の形態では、光アイソレータ１１をレンズ２と波長分離フィルタ３の間に配置し、また、光アイソレータ１１をレンズ６と波長分離フィルタ３の間に配置する。これにより、発光素子１から出射した光および発光素子８から出射した光の反射戻り光を防ぎ、また光ファイバ４から入射する発光素子１と同一波長を有する光および発光素子８と同一波長を有する光が発光素子１または発光素子８へ戻るのを防ぎ光源の出力を安定にさせることができる。

なお、光アイソレータ１０，１１の２つを配置する代わりに、光ファイバ４と波長分離フィルタ３の間に光アイソレータ１２を配置してもよい。この場合、光アイソレータが１つで済むことによる低コスト化の効果が得られるとともに、また、レンズ２およびレンズ６から光アイソレータ１２までの距離が離れるため、光アイソレータ１２の有効径を小さくすることが可能となり、さらに低コスト化が可能となる。

実施の形態７．
図１０は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態７の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールの構成は、実施の形態５または実施の形態６の光モジュールと同様である。実施の形態５または６と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態５または６と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

本実施の形態では、実施の形態５，実施の形態６の光モジュールにおいてレンズ２と波長分離フィルタ３の間に配置されている光アイソレータ９，１０を、光アイソレータを構成するファラデー回転子が平行平板であり、かつ、この平行平板が波長分離フィルタ３の傾き角と垂直方向の傾きを持つ構造を有する（波長分離フィルタ３が傾きを有する平面と直交する平面のうちレンズ２の中心軸を含む平面で傾きを有する）ように構成する。この様な構造を有する光アイソレータ９，１０の厚みおよび角度を光学系全体における収差が小さくなるように設計することで、例えば、レンズ２の中心軸に対し軸外に配置する発光素子１による収差の補正に加え、さらに光アイソレータ９，１０により収差を補正することができる。また、実施の形態６で、光アイソレータ１２を配置する場合には、光アイソレータ１２により収差を補正してもよい。

なお、このように、光アイソレータによる補正を行う構成で、実施の形態２と同様に、発光素子１をレンズ２の中心軸に対しオフセットさせず、レンズ２と光ファイバ４の間にガラス基板５を傾けて配置しても良い。また、発光素子１をレンズ２の中心軸に対しオフセットさせず、さらにガラス基板５を配置せず、光アイソレータ９，１０により収差を補正してもよい。

実施の形態８．
図１１は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態８の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールの構成は、実施の形態３の光モジュールに、波長分離フィルタ１３と、レンズ１４と、受光素子１５と、を追加している。実施の形態３と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態３と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

本実施の形態では、光ファイバ４から出射した光のうち波長分離フィルタ１３で受光素子１５側に反射された光は、レンズ１４により受光素子１５に結像する。また、光ファイバ４から出射した光のうち波長分離フィルタ１３を通過した光は、波長分離フィルタ３で反射されてレンズ６により受光素子７に結像する。発光素子１から出射した光は、波長分離フィルタ３を通過した後、さらに波長分離フィルタ１３を通過して光ファイバ４に結像する。このため、実施の形態１に比べ収差は大きくなる。したがって、波長分離フィルタ３および波長分離フィルタ１３により生じる収差に応じて、レンズ２の中心軸に対する発光素子１のオフセット量を設定することで、収差を相殺する。また、オフセット量によりレンズ２を通過後の光の出射角度は異なるため、出射角度に応じて光ファイバ４の研磨角または光ファイバ４の角度を最適に調整することで高い結合効率を得ることができる。

なお、レンズ１４と受光素子１５とは一体となっていても良い。また、レンズ２と波長分離フィルタ３の間に光アイソレータを配置しても良く、また、実施の形態７で記述したような、収差補正機能を有する光アイソレータを配置しても良い。また、実施の形態２で示すように、発光素子１をレンズ２の中心軸上に配置し、収差を補正する機能を有するガラス基板５を配置しても良い。

このように、本実施の形態では、発光素子１から出射した光が、２つの波長分離フィルタ（波長分離フィルタ３，波長分離フィルタ１３）を通過する場合に、２つの波長分離フィルタにより生じる収差に応じて、レンズ２の中心軸に対する発光素子１のオフセット量を設定するようにした。そのため、発光素子１から出射した光が、２つの波長分離フィルタを通過する場合にも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態９．
図１２は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態９の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールの構成は、実施の形態６の光モジュールに、実施の形態８と同様の波長分離フィルタ１３と、レンズ１４と、受光素子１５と、を追加している。実施の形態６または実施の形態８と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態６または実施の形態８と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

本実施の形態では、発光素子８から出射した光は波長分離フィルタ１３を通過するため、収差が発生する。したがって、レンズ６の中心軸に対し、発光素子８を発光素子１と同様にオフセットして配置することで、波長分離フィルタ１３による収差を補正し、発光素子８から出射した光についても高結合効率を得ることが可能となる。

また、本実施の形態の光アイソレータ１０、１１（または光アイソレータ１２）を実施の形態７で示すような収差補正が可能な構造を有する光アイソレータとしても良い。また、実施の形態２と同様に、発光素子１をレンズ２の中心軸と同軸上に配置し、レンズ２と波長分離フィルタ１３の間にガラス基板５を傾けて配置しても良い。また、同様に、レンズ６の中心軸と同軸上に発光素子８を配置し、レンズ６と波長分離フィルタ１３の間にガラス基板５を傾けて配置しても良い。また、発光素子１をレンズ２の中心軸に対しオフセットさせず、さらにガラス基板５を配置せず、光アイソレータ１０、１１（または光アイソレータ１２）により収差を補正してもよい。

実施の形態１０．
図１３は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態１０の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールの構成は、実施の形態９の光モジュールに、レンズ（フィルタ間レンズ）１６を追加している。実施の形態９と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態９と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

本実施の形態では、波長分離フィルタ３と波長分離フィルタ１３の間にレンズ１６を配置する。発光素子１から出射した光および発光素子８から出射した光がレンズ１６の前側主面の中心を通過する配置とする。すなわち、レンズ１６への入射角と出射角が等しくなるように配置され、レンズ１６における収差が最も小さくなるようにしている。このようにレンズ１６を配置することで、各発光素子と光ファイバ４の間の距離を大きくとることができ、レンズ２と光アイソレータ１０の間の距離およびレンズ６と光アイソレータ１１の間の距離を長くとることができるようになり、光アイソレータの有効面積を小さくすることができ、低コスト化が可能となる。なお、レンズ１６は光ファイバ４と波長分離フィルタ１３の間に配置してもよい。

実施の形態１１．
図１４は、本発明にかかる光モジュールの実施の形態１１の構成例を示す図である。本実施の形態の光モジュールの構成は、実施の形態１０の光モジュールに、レンズ（フィルタ光ファイバ間レンズ）１７を追加している。実施の形態１０と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１０と同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、発光素子１は、実施の形態１と同様に、レンズ２の中心軸に対しオフセットして配置される。

本実施の形態では、光ファイバ４と波長分離フィルタ１３の間にレンズ１７を配置する。発光素子１から出射した光および発光素子８から出射した光が、レンズ１６およびレンズ１７の前側主面の中心を通過する配置となっている。すなわち、レンズ１６，１７への入射角と出射角が等しくなるように配置され、レンズ１６，１７における収差が最も小さくなるように配置されている。

発光素子８は、レンズ６の中心軸上に配置されている。また、レンズ１６の焦点位置に発光素子１の像点および発光素子８の像点が位置するような構成となっており、レンズ１６とレンズ１７の間の光はコリメート光となっている。このように波長分離フィルタ１３を通過する光をコリメート光とすることで、波長分離フィルタ１３では収差がほとんど発生せず、発光素子８から出射する光は収差の影響なく光ファイバ４に結像する。

一方、発光素子１から出射する光は波長分離フィルタ３を非コリメート光として通過するため、波長分離フィルタ３による収差が発生する。そのため、実施の形態１と同様、レンズ２の中心軸に対し軸外に発光素子１をオフセットさせ、収差を補正している。

本実施の形態では、実施の形態１０と同様に、各発光素子と光ファイバ４の間の距離を長くとることができ、レンズ２と光アイソレータ１０の間の距離および光アイソレータ１０，１１とレンズ６の間の距離を長くとることができるようになり、光アイソレータの有効面積を小さくすることができ、低コスト化が可能となる。

以上のように、本発明にかかる光モジュールは、通信用光送受信モジュールに有用であり、特に、傾きを有して配置される波長分離フィルタを用いる通信用光送受信モジュールに適している。

１，８ 発光素子
２，６，１４，１６，１７ レンズ
３，１３ 波長分離フィルタ
４ 光ファイバ
５ ガラス基板
７，１５ 受光素子
９，１０，１１，１２ 光アイソレータ

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発光素子と、光ファイバと、前記光ファイバの長手方向を含む面内での前記光ファイバの長手方向に対して所定の角度を有するよう配置される波長分離フィルタと、前記発光素子から出射した光を、前記波長分離フィルタを経由して前記光ファイバに結像させるレンズと、平行平板であるファラデー回転子を備え、この平行平板が前記波長分離フィルタが前記所定の角度を有する平面と直交する平面のうち前記レンズの中心軸を含む平面で傾きを有し、前記レンズと前記波長分離フィルタとの間に配置される光アイソレータと、を備える、ことを特徴とする。

Claims (15)

1. 発光素子と、
   光ファイバと、
   前記光ファイバの長手方向を含む面内で前記光ファイバの長手方向に対して所定の角度を有するよう配置される波長分離フィルタと、
   前記発光素子から出射した光を、前記波長分離フィルタを経由して前記光ファイバに結像させるレンズと、
   を備え、
   前記発光素子を、前記レンズの中心軸に対して前記波長分離フィルタが前記所定の角度を有する平面内で前記レンズの中心軸に直交する方向にオフセットさせて配置する、
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 発光素子と、
   光ファイバと、
   前記光ファイバの長手方向を含む面内での前記光ファイバの長手方向に対して所定の角度を有するよう配置される波長分離フィルタと、
   前記発光素子から出射した光を、前記波長分離フィルタを経由して前記光ファイバに結像させるレンズと、
   前記レンズと前記波長分離フィルタとの間に、前記波長分離フィルタが前記所定の角度を有する平面と直交する平面のうち前記レンズの中心軸を含む平面で傾きを有するよう配置された誘電媒質基板と、
   を備える、
   ことを特徴とする光モジュール。
3. 発光素子と、
   光ファイバと、
   前記光ファイバの長手方向を含む面内での前記光ファイバの長手方向に対して所定の角度を有するよう配置される波長分離フィルタと、
   前記発光素子から出射した光を、前記波長分離フィルタを経由して前記光ファイバに結像させるレンズと、
   平行平板であるファラデー回転子を備え、この平行平板が前記波長分離フィルタが前記所定の角度を有する平面と直交する平面のうち前記レンズの中心軸を含む平面で傾きを有し、前記レンズと前記波長フィルタとの間に配置される光アイソレータと、
   を備える、
   ことを特徴とする光モジュール。
4. 受光素子と、
   前記光ファイバから出射した光を、前記受光素子に結像させる受光側レンズと、
   をさらに備え、
   前記波長分離フィルタは、前記光ファイバから出射した光を反射させて前記受光側レンズに入射させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
5. 受光素子と、
   前記光ファイバから出射した光を、前記受光素子に結像させる受光側レンズと、
   をさらに備え、
   前記波長分離フィルタは、前記光ファイバから出射した光を反射させて前記受光側レンズに入射させる、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の光モジュール。
6. 前記発光素子を第１の発光素子とし、前記レンズを第１の送信側レンズとし、
   第２の発光素子と、
   前記第２の発光素子から出射した光を、前記光ファイバに結像させる第２の送信側レンズと、
   をさらに備え、
   前記波長分離フィルタは、前記第２の送信側レンズを経由して入射される前記第２の発光素子から出射した光を反射させて前記光ファイバに入射させる、
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の光モジュール。
7. 前記レンズと前記波長分離フィルタとの間に配置される光アイソレータ、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または４に記載の光モジュール。
8. 前記第１の送信側レンズと前記波長分離フィルタとの間に配置される第１の光アイソレータと、
   前記第２の送信側レンズと前記波長分離フィルタとの間に配置される第２の光アイソレータと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
9. 前記波長分離フィルタと前記光ファイバとの間に配置される光アイソレータ、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
10. 前記光アイソレータを構成するファラデー回転子は平行平板として構成され、この平行平板が前記波長分離フィルタが前記所定の角度を有する平面と直交する平面のうち前記レンズの中心軸を含む平面で傾きを有する、
    ことを特徴とする請求項７または９に記載の光モジュール。
11. 前記第１の光アイソレータを構成するファラデー回転子は平行平板として構成され、この平行平板が前記波長分離フィルタが前記所定の角度を有する平面と直交する平面のうち前記レンズの中心軸を含む平面で傾きを有する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の光モジュール。
12. 前記波長分離フィルタを第１の波長分離フィルタとし、前記受光側レンズを第１の受光側レンズとし、前記受光素子を第２の受光素子とし、
    第２の受光素子と、
    前記光ファイバと前記第１の波長分離フィルタの間に配置され、前記光ファイバから出射した光の一部の光を前記第１の波長分離フィルタ側に通過させ、前記一部の光以外の前記光ファイバから出射した光を反射させて前記第２の受光素子に入射させる第２の波長分離フィルタと、
    前記第２の波長分離フィルタから入射される光を前記第２の受光素子に結像させる第２の受光側レンズと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の光モジュール。
13. 前記波長分離フィルタを第１の波長分離フィルタとし、
    受光素子と、
    前記光ファイバと前記第１の波長分離フィルタの間に前記光ファイバの長手方向を含む面内で前記光ファイバの長手方向に対して所定の傾き角度を有するよう配置され、前記光ファイバから出射した光の一部の光を前記第１の波長分離フィルタ側に通過させ、前記一部の光以外の前記光ファイバから出射した光を反射させて前記受光素子に入射させる第２の波長分離フィルタと、
    前記第２の波長分離フィルタから入射される光を前記受光素子に結像させる受光側レンズと、
    をさらに備え、
    前記第２の発光素子を、前記第２の送信側レンズの中心軸に対して前記第２の波長分離フィルタが前記所定の傾き角度を有する平面内で前記第２の送信側レンズの中心軸に直交する方向にオフセットさせて配置する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
14. 前記第１の送信側レンズと前記波長分離フィルタとの間に配置される第１の光アイソレータと、
    前記第２の送信側レンズと前記波長分離フィルタとの間に配置される第２の光アイソレータと、
    前記第１の波長分離フィルタと前記第２の波長分離フィルタとの間に配置されるフィルタ間レンズと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の光モジュール。
15. 前記波長分離フィルタを第１の波長分離フィルタとし、
    受光素子と、
    前記光ファイバと前記第１の波長分離フィルタの間に配置され、前記光ファイバから出射した光の一部の光を前記第１の波長分離フィルタ側に通過させ、前記光ファイバから出射した前記一部の光以外の光を反射させて、前記受光素子に入射させる第２の波長分離フィルタと、
    前記第２の波長分離フィルタから入射される光を前記受光素子に結像させる受光側レンズと、
    前記第１の送信側レンズと前記波長分離フィルタとの間に配置される第１の光アイソレータと、
    前記第２の送信側レンズと前記波長分離フィルタとの間に配置される第２の光アイソレータと、
    前記第１の波長分離フィルタと前記第２の波長分離フィルタとの間に配置されるフィルタ間レンズと、
    前記第２の波長分離フィルタと前記光ファイバとの間に配置されるフィルタ光ファイバ間レンズと、
    をさらに備え、
    前記フィルタ間レンズは、前記第１の波長分離フィルタから反射される光をコリメート光として前記第２の波長分離フィルタへ入射させる、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。

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