WO2011151903A1 - 光モジュール - Google Patents

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lens
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厚志 杉立
聡 白井
伸夫 大畠
博 有賀
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三菱電機株式会社
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    • G02B6/24—Coupling light guides
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module including a plurality of light emitting elements.
  • one laser diode is used as a light emitting element for transmitting an optical signal.
  • a part of an optical path from an LD to an optical fiber is shared with a part of an optical path from the optical fiber to a photodiode (PD) that is a light receiving element for receiving an optical signal.
  • the PD light receiving surface aperture is much larger than several tens to 100 ⁇ m, and the spot size of the single mode optical fiber (mode field diameter) Is about 10 ⁇ m. Therefore, when the LD, the optical fiber, and the PD are fixed to one optical module, the influence of the shift at the time of fixing can be minimized by adjusting the optical axis of the side having the larger diameter later.
  • the optical loss can be suppressed within 1 dB even if there is a deviation of about 1 to 3 ⁇ m at the time of fixing. Can do.
  • fixing in the reverse order that is, when the LD is fixed after fixing the optical fiber, if the deviation at the time of LD fixing is 1 to 3 ⁇ m, an optical loss exceeding 3 dB may occur. Therefore, normally, the LD is fixed first and the optical fiber is fixed later.
  • the light receiving diameter of the PD is relatively large with respect to the optical fiber, and the deviation of 1 to 3 ⁇ m that occurs at the time of fixing is considered in consideration of the spot size of the light on the PD. Since it is unlikely that the light receiving diameter will deviate from the PD, it is common to fix the optical fiber first and then fix the PD later.
  • an optical module for example, an optical transmission / reception module described in Patent Document 1 below
  • the LD is first fixed, then the optical fiber is fixed, and finally the PD.
  • the order of fixing it is possible to manufacture a good optical module with little optical loss.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an optical module capable of reducing optical loss when an LD is fixed when a plurality of LDs are used.
  • the present invention outputs a first light-emitting element that outputs a first optical signal and a second optical signal having a wavelength different from that of the first optical signal.
  • a second light signal that passes through the first light signal output from the first light emitting element and that is output from the second light emitting element.
  • a first lens that collects the first optical signal output from the first optical signal, the multiplexing filter that transmits the first optical signal that has passed through the first lens, and the first after transmission through the multiplexing filter.
  • a second lens for condensing the optical signal and imaging the end face of the optical fiber and
  • the second light emitting element is disposed at a position other than on the first optical axis, and is output from the second light emitting element on the second optical axis connecting the second light emitting element and the multiplexing filter.
  • a third lens that collects the second optical signal, and the multiplexing filter reflects the second optical signal that has passed through the third lens in the direction of the second lens. Then, the optical path of the first optical signal and the optical path of the second optical signal are overlapped as the same optical path, and the second lens further includes a second optical signal after reflection of the combining filter. Is condensed and imaged on the end face of the optical fiber.
  • the optical module according to the present invention has an effect of reducing the optical loss when the LD is fixed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical module based on a conventional configuration.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the optical module according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an optical module to which a PD is added.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the optical module according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an optical module that shares some lenses.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an optical module including an isolator.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical module based on a conventional configuration when two laser diodes are provided.
  • the optical module includes laser diodes (LD) 1 and 2, an optical fiber 3, an optical wavelength multiplexing filter 4, and a lens 11.
  • the LDs 1 and 2 are light-emitting elements that convert electrical signals into optical signals and output them. Each of the LDs 1 and 2 outputs optical signals having different wavelengths.
  • the optical fiber 3 is a path of an optical signal transmitted and received between the own module and the outside.
  • the optical wavelength multiplexing filter 4 is disposed on the optical axes of the LDs 1 and 2 with an inclination of about 45 °, transmits the optical signal from the LD1, and reflects the optical path of the optical signal from the LD2 so as to change by about 90 °. .
  • the lens 11 condenses the optical signals output from the LDs 1 and 2 and forms an image of each optical signal on the end face of the optical fiber 3.
  • a distance 21 indicates a distance between LD1 and an image point at which the optical signal output from LD1 is imaged by the lens 11.
  • the distance from the LD 1 to the optical fiber 3 is equal.
  • an optical wavelength multiplexing filter 4 a lens 11, and an optical fiber 3 are disposed on the optical axis of the LD1.
  • LD2 is disposed in a direction perpendicular to the optical axis of LD1, and an optical wavelength multiplexing filter 4 is disposed on the optical axis of LD2.
  • the optical signal output from the LD 1 passes through the optical wavelength combining filter 4, is collected by the lens 11, and forms an image on the end face of the optical fiber 3.
  • the optical signal output from the LD 2 is reflected toward the lens 11 by the optical wavelength multiplexing filter 4, collected by the lens 11, and imaged on the end face of the optical fiber 3.
  • the optical path of the optical signal output from the LD 1 after passing through the optical wavelength combining filter 4 and the optical path of the optical signal output from the LD 2 after reflecting the optical wavelength combining filter 4 are the same.
  • the optical wavelength combining filter 4 and the 90 ° optical path are changed between the optical fiber 3 and the LD 1.
  • a sufficient distance 21 for arranging the LD 2 can be secured.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the optical module according to the present embodiment.
  • the optical module includes LDs 1 and 2, an optical fiber 3, an optical wavelength multiplexing filter 4, and lenses 12, 13, and 14. Compared to the configuration of FIG. 1, the number and arrangement of lenses used are different.
  • the lens 12 enlarges the spot size of the optical signal output from the LD 1 at a specified magnification and forms an image at the image point 31.
  • the lens 13 enlarges the spot size of the optical signal output from the LD 2 at a specified magnification and forms an image at the image point 31. In general, the magnification increases in proportion to the size of the lens.
  • the lens 14 condenses the optical signals output from the LDs 1 and 2 and forms an image on the end face of the optical fiber 3.
  • a distance 22 is a distance from the LD 1 to the image point 31.
  • the distance 23 is a distance from the image point 31 to the optical fiber 3.
  • the image point 31 is a point at which an image is formed by the lenses 12 and 13.
  • the arrangement (angle) of the optical wavelength multiplexing filter 4 is the same as in FIG.
  • the lens 12, the optical wavelength multiplexing filter 4, the lens 14, and the optical fiber 3 are arranged on the optical axis of the LD1.
  • LD2 is arranged in a direction perpendicular to the optical axis of LD1, and a lens 13 and an optical wavelength multiplexing filter 4 are arranged on the optical axis from LD2.
  • the optical signal output from the LD 1 is enlarged in spot size by the lens 12, passes through the condensed light wavelength multiplexing filter 4, and forms an image at the image point 31. Further, the light is collected by the lens 14 and imaged on the end face of the optical fiber 3. Further, the optical signal output from the LD 2 is enlarged in spot size by the lens 13, reflected by the condensed light wavelength multiplexing filter 4 toward the lens 14, and formed at the image point 31. Further, the light is collected by the lens 14 and imaged on the end face of the optical fiber 3. Between the collected light wavelength multiplexing filter 4 and the optical fiber 3, the optical paths of the optical signals output from the LD1 and LD2 are the same.
  • the optical module according to the present embodiment has a configuration in which the spot size of the optical signal output from the LD is enlarged using a lens.
  • the optical fiber 3 is attached. Then, the mounting accuracy when fixing the LD 2 and the lens 13 can be relaxed as compared with the optical module shown in FIG. Similarly, the LD 2 and the lens 13 are fixed first, then the optical fiber 3 is fixed, and then the mounting accuracy when the LD 1 and the lens 12 are fixed is reduced as compared with the optical module shown in FIG. Can do.
  • the optical signals from the LDs 1 and 2 that have passed through the optical wavelength multiplexing filter 4 are once imaged at the image point 31, and the optical signal that diffuses in the direction of the optical fiber 3 is condensed by the lens 14, 3 is an optical system for combining images at the end face. Thereby, it is possible to secure a sufficient distance between the LD 1 and the optical fiber 3 for arranging the optical wavelength multiplexing filter 4 and the LD 2 with the 90 ° optical path bent.
  • the lens 14 In the case where the lens 14 is not used, in the optical module, it is necessary to make the lenses 12 and 13 large in diameter corresponding to the spread of the beam according to the distance length. In this case, the cost of the device increases and the size of the device increases.
  • an optical system including two lenses in each optical path from the LD 1 to the optical fiber 3 is used, and the optical signal output from the LD 1 is used.
  • the lens 12 enlarges the spot size
  • the lens 13 enlarges the spot size of the optical signal output from the LD 2.
  • the present invention is not limited to this, and three or more LDs can be used.
  • the number of LDs is three or more, it can be applied by adding lenses corresponding to the optical wavelength multiplexing filter 4 and the lens 13 for the added LD.
  • the lens used is a single lens optical system, it is not limited to this.
  • a parallel optical system using two lenses may be used.
  • either the LD 1 or the LD 2 to be attached after fixing the optical fiber 3 not only performs the optical vertical direction with high accuracy at the time of attachment but also the optical axis direction with high accuracy. There is a need to do. Therefore, it is difficult for the parallel optical system to ensure high coupling efficiency with the optical fiber 3 as compared with the single lens optical system.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an optical module to which a PD is added.
  • 2 is different from the optical module of FIG. 2 in that the PD 5, the optical wavelength demultiplexing filter 6, and the lens 15 are provided.
  • the PD 5 is a light receiving element that receives an optical signal incident from the outside via the optical fiber 3, the optical wavelength demultiplexing filter 6, and the lens 15 and converts it into an electrical signal.
  • the optical wavelength demultiplexing filter 6 transmits the optical signal output from the LDs 1 and 2 in the direction of the optical fiber 3 and demultiplexes the optical signal input from the direction of the optical fiber 3 in the PD5 direction.
  • the optical wavelength demultiplexing filter 6 is disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical fiber 3, and reflects the optical signal input from the optical fiber 3 in a substantially vertical direction (here, the direction of PD5) to change the optical path. To do.
  • the optical wavelength demultiplexing filter 6 By disposing the optical wavelength demultiplexing filter 6 in the vicinity of the image point 31 shown in FIG. 2, the size of the optical wavelength demultiplexing filter 6 can be reduced, and the cost can be reduced.
  • the lens 15 collects the optical signal reflected by the optical wavelength demultiplexing filter 6 and forms an image on the PD 5.
  • the lens 14 forms an image of the external optical signal input from the optical fiber 3 at the position of the optical wavelength demultiplexing filter 6.
  • the optical wavelength demultiplexing filter 6 demultiplexes by changing the optical path of the optical signal via the lens 14 in the direction of the lens 15. Accordingly, the lens 15 forms an image of the optical signal on the PD 5.
  • the size of the lens 12 needs to be equal to or greater than that in FIG.
  • the lens 13 has a size equal to or larger than that in the case of FIG. 2 for the same reason.
  • Embodiment 2 FIG. In the present embodiment, an optical module employing a collimating optical system will be described. A different part from Embodiment 1 is demonstrated.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the optical module according to the present embodiment.
  • the optical module includes LDs 1 and 2, an optical fiber 3, an optical wavelength multiplexing filter 4, a PD 5, an optical wavelength demultiplexing filter 6, and lenses 12, 13, 15, 16, 17, and 18.
  • the lenses 12 and 13 are single lens optical systems as in the first embodiment, but the magnification is reduced and the distance 24 is shorter than the distance 22 (see FIGS. 2 and 3).
  • the lens 16 is disposed between the lens 12 and the optical wavelength multiplexing filter 4.
  • the lens 17 is disposed between the lens 13 and the optical wavelength multiplexing filter 4.
  • the lens 18 is disposed between the optical wavelength demultiplexing filter 6 and the optical fiber 3.
  • the lenses 16 and 17 each constitute a collimating optical system in combination with the lens 18.
  • a distance 25 indicates a distance between image points in the collimating optical system by the lenses 16 and 18.
  • a single lens optical system of one lens (lens 12) and a collimating optical system using two lenses (lenses 16 and 18) are provided between the LD 1 and the optical fiber 3.
  • the optical signal output from the LD 1 is enlarged in spot size in the lens 12, then converted into collimated light by the lens 16, transmitted through the condensed light wavelength combining filter 4, and condensed by the lens 18.
  • the image is formed on the end face of the optical fiber 3.
  • a single lens optical system of one lens (lens 13) and a collimating optical system using two lenses (lenses 17, 18) are used between the LD 2 and the optical fiber 3.
  • the optical signal output from the LD 2 is enlarged in spot size in the lens 13, then converted into collimated light by the lens 17, and reflected in the direction of the lens 18 by the condensed light wavelength multiplexing filter 4. 18 is focused and imaged on the end face of the optical fiber 3.
  • the optical paths of the optical signals output from the LD 1 and LD 2 are the same between the condensed light wavelength multiplexing filter 4 and the optical fiber 3.
  • the optical path from the optical wavelength multiplexing filter 4 to the optical fiber 3 is common in the imaging optical system of the LD 1 and the optical fiber 3 and the imaging optical system of the LD 2 and the optical fiber 3. ing. Therefore, for example, a general isolator (not shown) arranged for the LDs 1 and 2 can be arranged between the optical wavelength multiplexing filter 4 and the optical wavelength demultiplexing filter 6. Thereby, the cost reduction by sharing a member becomes possible.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an optical module in which some lenses are shared.
  • the optical module includes LDs 1 and 2, an optical fiber 3, an optical wavelength multiplexing filter 4, a PD 5, an optical wavelength demultiplexing filter 6, and lenses 12, 13, 15, 18, and 19. 4 is different from the optical module of FIG. 4 in that the lenses 16 and 17 are omitted and the lens 19 is disposed between the optical wavelength multiplexing filter 4 and the optical wavelength demultiplexing filter 6.
  • the lenses 12 and 13 are single lens optical systems, but the magnification is increased and the distance 26 is longer than the distance 24 (see FIG. 4).
  • the distance 27 is made shorter than the distance 25 (see FIG. 4).
  • the single lens 19 takes on the role of the lens 16 shown in FIG. 4 in the optical path from the LD 1 to the optical fiber 3 and the role of the lens 17 shown in FIG. 4 in the optical path from the LD 2 to the optical fiber 3.
  • the cost can be reduced by sharing the members.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an optical module including an isolator. The difference is that an isolator 7 is added to the optical module of FIG.
  • the isolator 7 transmits the optical signals output from the LDs 1 and 2 and blocks the reflected light from the optical fiber 3.
  • the isolator 7 whose cost increases depending on the size can be reduced and the cost can be reduced. It becomes.
  • the LD and the lens are all configured separately, but the present invention is not limited to this.
  • at least one of the LDs 1 and 2 can be a CAN structure type in which a portion constituting a single lens optical system, a stem provided with the LD, and a lens cap are integrated. Thereby, it is possible to reduce the size and cost of the apparatus by omitting components and work procedures.
  • the optical path from the LD to the optical fiber is composed of a single lens optical system using one lens and a collimating optical system using two lenses.
  • difference of the length of an optical axis direction can be reduced.
  • the influence on the optical path of the LD 2 or PD 5 that changes the optical path of approximately 90 ° due to the angular variation of the optical wavelength multiplexing filter 4 and the optical wavelength demultiplexing filter 6 can be relatively reduced.
  • the optical module according to the present invention is useful for an apparatus that transmits an optical signal, and is particularly suitable for transmitting two or more optical signals.
  • LD Laser diode
  • PD Photodiode
  • Isolator 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 Lens

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Abstract

　ＬＤ１，２と、レンズ１２，１３，１４と、ＬＤ１から出力された光信号を透過し、ＬＤ２から出力された光信号を反射して光路を変更する光波長合波フィルタ４と、光ファイバ３と、を備え、ＬＤ１と光ファイバ３を結ぶ第１の光軸上に、ＬＤ１から出力された第１の光信号を集光するレンズ１２と、第１の光信号を透過する光波長合波フィルタ４と、第１の光信号を集光して光ファイバ３の端面に結像するレンズ１４と、を配置し、ＬＤ２と光波長合波フィルタ４を結ぶ第２の光軸上に、ＬＤ２から出力された第２の光信号を集光するレンズ１３を配置し、光波長合波フィルタ４は、レンズ１４を経由した第２の光信号を、レンズ１３の方向へ反射して、第１の光信号の光路と第２の光信号の光路とを同一の光路とし、レンズ１３は、さらに、光波長合波フィルタ４反射後の第２の光信号を集光して光ファイバ３の端面に結像する。

Description

光モジュール
　本発明は、複数の発光素子を備えた光モジュールに関する。
　従来、光モジュールでは、光信号送信用の発光素子としてレーザダイオード（ＬＤ）を１個使用する。一般的に、光モジュール内において、ＬＤから光ファイバまでの光路の一部は、光ファイバから光信号受信用の受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）までの光路の一部と共有する。ここで、ＬＤの光のスポットサイズ２～４μｍ程度と比較して、ＰＤの受光面口径ははるかに大きい数十～１００μｍ超であり、また、シングルモードの光ファイバのスポットサイズ（モードフィールド直径）は約１０μｍである。そのため、１つの光モジュールに、ＬＤ、光ファイバ、ＰＤを固定する場合、口径の大きい側を後で光軸調整することで、固定時のずれの影響を最小限に抑えることができる。
　例えば、ＬＤと光ファイバとの関係では、先にＬＤを固定し、つぎに光ファイバを固定することで、固定時のずれが１～３μｍ程度あっても、光学損失を１ｄＢ以内に抑制することができる。一方、逆の順序で固定する場合、すなわち、光ファイバを固定してからＬＤを固定する場合、ＬＤ固定時のずれが１～３μｍあると３ｄＢを越える光学損失が発生する可能性がある。そのため、通常は、ＬＤを先に固定し、光ファイバを後で固定する。
　また、ＰＤと光ファイバとの関係では、ＰＤ受光径が光ファイバに対して相対的に大きいこと、および、固定時に発生するずれ量１～３μｍがＰＤ上の光のスポットサイズを考慮してもＰＤ受光径から外れるとは考えられないため、光ファイバを先に固定し、ＰＤを後で固定することが一般的である。
　以上のことから、ＬＤとＰＤを１個ずつ搭載する光モジュール（例えば、下記特許文献１に記載の光送受信モジュール）では、最初にＬＤを固定し、つぎに光ファイバを固定し、最後にＰＤを固定する順番とすることで、光学損失の少ない良好な光モジュールを製作することができる。
特開２００７－１２１９８７号公報
　しかしながら、光モジュールに２個以上のＬＤを使用する場合は、１つの光ファイバに対して２回以上の光軸調整をする必要がある。この場合、ＬＤを１個固定してから光ファイバを固定し、さらにその後に２個目以降のＬＤを固定するため、２個目以降のＬＤについては、固定時のずれの影響により３ｄＢを越える光学損失が発生する可能性がある、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のＬＤを使用する場合に、ＬＤ固定時の光学損失を低減することが可能な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、第１の光信号を出力する第１の発光素子と、前記第１の光信号と異なる波長の第２の光信号を出力する第２の発光素子と、光信号を通過させるレンズと、前記第１の発光素子から出力された第１の光信号を透過し、前記第２の発光素子から出力された第２の光信号を反射する合波フィルタと、外部との光信号の経路となる光ファイバと、を備え、前記第１の発光素子と前記光ファイバを結ぶ第１の光軸上に、当該第１の発光素子から出力された第１の光信号を集光する第１のレンズと、当該第１のレンズを経由した第１の光信号を透過する前記合波フィルタと、当該合波フィルタ透過後の第１の光信号を集光して前記光ファイバの端面に結像する第２のレンズと、を配置し、前記第１の光軸上以外の位置に前記第２の発光素子を配置して、当該第２の発光素子と前記合波フィルタを結ぶ第２の光軸上に、当該第２の発光素子から出力された第２の光信号を集光する第３のレンズ、を配置し、前記合波フィルタは、前記第３のレンズを経由した第２の光信号を、前記第２のレンズの方向へ反射して、前記第１の光信号の光路と前記第２の光信号の光路とを同一の光路として重ねることとし、前記第２のレンズは、さらに、前記合波フィルタ反射後の第２の光信号を集光して前記光ファイバの端面に結像する、ことを特徴とする。
　本発明にかかる光モジュールは、ＬＤ固定時の光学損失を低減することができる、という効果を奏する。
図１は、従来の構成に基づく光モジュールの構成例を示す図である。 図２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３は、ＰＤを追加した光モジュールの構成例を示す図である。 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、一部のレンズを共用する光モジュールの構成例を示す図である。 図６は、アイソレータを備えた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例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例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、レーザダイオードを２個備える場合に、従来の構成に基づいた光モジュールの構成例を示す図である。光モジュールは、レーザダイオード（ＬＤ）１，２と、光ファイバ３と、光波長合波フィルタ４と、レンズ１１と、を備える。ＬＤ１，２は、電気信号を光信号に変換して出力する発光素子である。ＬＤ１，２は、それぞれ、波長の異なる光信号を出力する。光ファイバ３は、自モジュールと外部との間で送受信する光信号の経路である。光波長合波フィルタ４は、ＬＤ１，２の光軸上に略４５°の傾きで配置され、ＬＤ１からの光信号を透過し、ＬＤ２からの光信号の光路を略９０°変えるように反射する。レンズ１１は、ＬＤ１，２から出力された光信号を集光し、それぞれの光信号を光ファイバ３の端面に結像する。距離２１は、ＬＤ１と、ＬＤ１から出力された光信号がレンズ１１によって結像される像点との間の距離を示す。ここでは、ＬＤ１から光ファイバ３までの距離と等しくなる。
　図１に示す光モジュールでは、ＬＤ１の光軸上に光波長合波フィルタ４、レンズ１１、光ファイバ３が配置されている。また、ＬＤ２は、ＬＤ１の光軸と垂直方向に配置され、ＬＤ２の光軸上には光波長合波フィルタ４が配置されている。ＬＤ１から出力された光信号は、光波長合波フィルタ４を透過し、レンズ１１によって集光され、光ファイバ３の端面において結像される。また、ＬＤ２から出力された光信号は、光波長合波フィルタ４によってレンズ１１の方向へ反射され、レンズ１１によって集光され、光ファイバ３の端面において結像される。
　ここで、光モジュールでは、ＬＤ１から出力された光信号の光波長合波フィルタ４透過後の光路と、ＬＤ２から出力された光信号の光波長合波フィルタ４反射後の光路とが同一になるように、ＬＤ１，２を配置する必要がある。光波長合波フィルタ４と光ファイバ３との間にレンズ１１を配置する光学系とすることで、光ファイバ３とＬＤ１との間に、光波長合波フィルタ４や、９０°光路が変更されるＬＤ２を配置するための十分な距離２１を確保することができる。
　しかしながら、ＬＤ１を固定してから光ファイバ３を固定し、その後にＬＤ２を固定するには、光学損失を低減するために、ＬＤ２固定の際に高い精度が要求される。同様に、ＬＤ２を固定してから光ファイバ３を固定し、その後にＬＤ１を固定するには、光学損失を低減するために、ＬＤ１固定の際に高い精度が要求される。
　そのため、本実施の形態では、複数のＬＤを備えた光モジュールにおいて、２個目以降のＬＤ固定の際の精度を緩和することが可能な構造とする。図２は、本実施の形態の光モジュールの構成例を示す図である。光モジュールは、ＬＤ１，２と、光ファイバ３と、光波長合波フィルタ４と、レンズ１２，１３，１４と、を備える。図１の構成と比較して、使用するレンズの個数および配置が異なる。
　レンズ１２は、規定の倍率でＬＤ１から出力された光信号のスポットサイズの大きさを拡大し、像点３１に結像する。レンズ１３は、規定の倍率でＬＤ２から出力された光信号のスポットサイズの大きさを拡大し、像点３１に結像する。一般的には、レンズの大きさに比例して、倍率も大きくなる。レンズ１４は、ＬＤ１，２から出力された光信号を集光し、光ファイバ３の端面に結像する。距離２２は、ＬＤ１から像点３１までの距離である。距離２３は、像点３１から光ファイバ３までの距離である。像点３１は、レンズ１２，１３によって像が結像される点である。なお、光波長合波フィルタ４の配置（角度）は、図１と同一である。
　図２に示す光モジュールでは、ＬＤ１の光軸上にレンズ１２、光波長合波フィルタ４、レンズ１４、光ファイバ３が配置されている。また、ＬＤ２は、ＬＤ１の光軸と垂直方向に配置され、ＬＤ２から光軸上にはレンズ１３、光波長合波フィルタ４が配置されている。
　ＬＤ１から出力された光信号は、レンズ１２においてスポットサイズの大きさが拡大され、集光光波長合波フィルタ４を透過し、像点３１で結像される。さらに、レンズ１４によって集光され、光ファイバ３の端面において結像される。また、ＬＤ２から出力された光信号は、レンズ１３においてスポットサイズの大きさが拡大され、集光光波長合波フィルタ４によってレンズ１４の方向へ反射され、像点３１で結像される。さらに、レンズ１４によって集光され、光ファイバ３の端面において結像される。集光光波長合波フィルタ４から光ファイバ３の間では、ＬＤ１およびＬＤ２からそれぞれ出力された光信号の光路は同一となる。
　本実施の形態の光モジュールは、ＬＤから出力された光信号のスポットサイズを、レンズを用いて拡大する構成としたことで、例えば、先にＬＤ１およびレンズ１２を固定してから光ファイバ３を固定し、その後に、ＬＤ２およびレンズ１３を固定する際の取り付け精度を、図１に示す光モジュールと比較して緩和することができる。同様に、先にＬＤ２およびレンズ１３を固定してから光ファイバ３を固定し、その後に、ＬＤ１およびレンズ１２を固定する際の取り付け精度を、図１に示す光モジュールと比較して緩和することができる。
　また、光波長合波フィルタ４を経由したＬＤ１，２からの光信号を像点３１で一度結像し、光ファイバ３方向に向けて拡散する光信号をレンズ１４で集光して、光ファイバ３の端面で像を結合する光学系とする。これにより、ＬＤ１と光ファイバ３の間に、光波長合波フィルタ４や９０°光路を折り曲げたＬＤ２を配置するための十分な距離を確保することができる。
　なお、レンズ１４を用いない場合、光モジュールでは、レンズ１２，１３の大きさを、距離長に応じたビームの広がりに対応した径サイズの大きなレンズにする必要がある。この場合、装置のコストが上がり、また、装置のサイズが大きくなる。
　以上説明したように、本実施の形態では、複数のＬＤを備える光モジュールにおいて、ＬＤ１，２から光ファイバ３までのそれぞれの光路に２つのレンズを備える光学系とし、ＬＤ１から出力された光信号のスポットサイズの大きさをレンズ１２が拡大し、ＬＤ２から出力された光信号のスポットサイズの大きさをレンズ１３が拡大することとした。これにより、いずれか一方のＬＤを固定してから光ファイバ３を固定した場合に、他方のＬＤを固定する際の精度を緩和しつつ、光学損失を低減することができる。
　なお、使用するＬＤが２つの場合について説明したが、これに限定するものではなく、３つ以上にすることも可能である。ＬＤを３つ以上にする場合、追加したＬＤのために、光波長合波フィルタ４およびレンズ１３に相当するレンズも追加することによって適用可能である。
　また、使用するレンズを単レンズ光学系としたが、これに限定するものではない。例えば、２つのレンズを用いた平行光学系とすることも可能である。平行光学系とする場合、光ファイバ３を固定してから取り付けることになるＬＤ１またはＬＤ２のいずれかについては、取り付け時、光学垂直方向を高精度に行うだけでなく、光軸方向も高精度に行う必要がある。そのため、平行光学系では、単レンズ光学系と比較して、光ファイバ３との間で高い結合効率を確保することは困難である。
　また、図２に示す光モジュールに、フォトダイオード（ＰＤ）を追加することも可能である。図３は、ＰＤを追加した光モジュールの構成例を示す図である。ＰＤ５と、光波長分波フィルタ６と、レンズ１５と、を備える点が図２の光モジュールと異なる。ＰＤ５は、光ファイバ３、光波長分波フィルタ６、レンズ１５経由で外部から入射された光信号を受光し、電気信号に変換する受光素子である。光波長分波フィルタ６は、ＬＤ１，２から出力された光信号を光ファイバ３方向へ透過し、光ファイバ３方向から入力された光信号をＰＤ５方向に分波する。光波長分波フィルタ６は、光ファイバ３に対して４５°の角度で配置され、光ファイバ３から入力された光信号をおよそ垂直方向（ここでは、ＰＤ５の方向）に反射して光路を変更する。なお、光波長分波フィルタ６を、図２に示す像点３１付近に配置することによって、光波長分波フィルタ６のサイズを小型化でき、低コスト化を実現できる。レンズ１５は、光波長分波フィルタ６で反射された光信号を集光し、ＰＤ５に結像する。
　図３に示す光モジュールでは、レンズ１４が、光ファイバ３から入力された外部からの光信号を、光波長分波フィルタ６の位置で結像する。光波長分波フィルタ６は、レンズ１４経由の光信号の光路をレンズ１５の方向に変えて分波する。そじて、レンズ１５が、光信号をＰＤ５に結像する。
　図２に示す光モジュールと比較した場合、ＬＤ１，２と光ファイバ３との間に配置すべき構成が増える。そのため、図２と比較して距離２２を同等以上にするために、レンズ１２の大きさを図２の場合と同等以上にする必要がある。レンズの大きさを大きくすることによって、レンズの倍率から決定される距離２２を長くすることができる。なお、レンズ１３についても、同様の理由から図２の場合と同等以上の大きさとする。
実施の形態２．
　本実施の形態では、コリメート光学系を採用した光モジュールについて説明する。実施の形態１と異なる部分について説明する。
　図４は、本実施の形態の光モジュールの構成例を示す図である。光モジュールは、ＬＤ１，２と、光ファイバ３と、光波長合波フィルタ４と、ＰＤ５と、光波長分波フィルタ６と、レンズ１２，１３，１５，１６，１７，１８と、を備える。レンズ１２，１３は、実施の形態１と同様、単レンズ光学系とするが、倍率を小さくし、距離２４は距離２２（図２，３参照）よりも短くする。レンズ１６は、レンズ１２と光波長合波フィルタ４の間に配置される。レンズ１７は、レンズ１３と光波長合波フィルタ４の間に配置される。レンズ１８は、光波長分波フィルタ６と光ファイバ３の間に配置される。レンズ１６，１７は、それぞれレンズ１８との組み合わせによってコリメート光学系を構成する。距離２５は、レンズ１６，１８によるコリメート光学系における像点間の距離を示す。
　図４に示す光モジュールでは、ＬＤ１と光ファイバ３の間は、１枚のレンズ（レンズ１２）の単レンズ光学系と２枚のレンズ（レンズ１６，１８）を用いたコリメート光学系とする。ＬＤ１から出力された光信号は、レンズ１２においてスポットサイズの大きさが拡大され、その後レンズ１６によって、コリメート光に変換され、集光光波長合波フィルタ４を透過し、レンズ１８によって集光され、光ファイバ３の端面において結像される。
　同様に、ＬＤ２と光ファイバ３の間は、１枚のレンズ（レンズ１３）の単レンズ光学系と２枚のレンズ（レンズ１７，１８）を用いたコリメート光学系とする。ＬＤ２から出力された光信号は、レンズ１３においてスポットサイズの大きさが拡大され、その後レンズ１７によって、コリメート光に変換され、集光光波長合波フィルタ４によってレンズ１８の方向へ反射され、レンズ１８によって集光され、光ファイバ３の端面において結像される。実施の形態１と同様、集光光波長合波フィルタ４から光ファイバ３の間では、ＬＤ１およびＬＤ２からそれぞれ出力された光信号の光路は同一となる。
　このような光学系にすることによって、実施の形態１と比較して、光軸方向の長さの調整ずれによる全体サイズの長さ変動を減らすことができる。また、平行光とすることで、光波長合波フィルタ４や光波長分波フィルタ６の角度ばらつきによる略９０°光路を変更しているＬＤ２やＰＤ５の光路への影響を相対的に小さくすることができる。
　また、図４に示す光モジュールにおいて、ＬＤ１と光ファイバ３の結像光学系と、ＬＤ２と光ファイバ３の結像光学系では、光波長合波フィルタ４から光ファイバ３までの光路が共通している。そのため、例えば、ＬＤ１，２用に配置する図示しない一般的なアイソレータを、光波長合波フィルタ４と光波長分波フィルタ６の間に配置することができる。これにより、部材共通化によるコスト低減が可能となる。
　また、コリメート光学系を用いた光モジュールでは、各ＬＤ１，２と光ファイバ３との間で使用する一部のレンズを共用することも可能である。図５は、一部のレンズを共用にした光モジュールの構成例を示す図である。光モジュールは、ＬＤ１，２と、光ファイバ３と、光波長合波フィルタ４と、ＰＤ５と、光波長分波フィルタ６と、レンズ１２，１３，１５，１８，１９と、を備える。図４の光モジュールと比較して、レンズ１６，１７を削除して、レンズ１９を、光波長合波フィルタ４と光波長分波フィルタ６の間に配置している点が異なる。
　レンズ１２，１３は、単レンズ光学系とするが、倍率を大きくし、距離２６は距離２４（図４参照）よりも長くする。ＬＤ１，２から光ファイバ３までの距離を変えない場合、距離２７は、距離２５（図４参照）よりも短くする。
　ここでは、ＬＤ１から光ファイバ３までの光路において図４に示すレンズ１６の役割と、ＬＤ２から光ファイバ３までの光路において図４に示すレンズ１７の役割を、１枚のレンズ１９が受け持つ。レンズ１６，１７を１つに集約することで、部材共通化によるコスト低減が可能となる。
　また、図５に示す光モジュールおいて、前述のようにアイソレータを共通化する場合、ＬＤ１，２の像点位置近傍にアイソレータを配置することによって、アイソレータを小型化することができる。図６は、アイソレータを備えた光モジュールの構成例を示す図である。図５の光モジュールに、アイソレータ７を追加した点が異なる。アイソレータ７は、ＬＤ１，２から出力された光信号を透過し、光ファイバ３からの反射光を遮断するものである。図６に示す単レンズ光学系とコリメート光学系の光学系接続点となるビームウエスト位置またはその近傍にアイソレータ７を配置することによって、サイズによってコストが上がるアイソレータ７を小型化でき、コスト低減が可能となる。
　なお、図２～図６で説明した光モジュールでは、ＬＤとレンズを全て別構成にしているが、これに限定するものではない。例えば、ＬＤ１，２のうち少なくとも一方のＬＤについて、単レンズ光学系を構成する部分と、ＬＤを備えたステムとレンズキャップが一体となったＣＡＮ構造型にすることができる。これにより、構成部品および作業手順を省略できることにより、装置の小型化およびコスト低減が可能となる。
　なお、ＰＤ５を備える構成について説明したが、実施の形態１における図２と同様、ＰＤ５を備えない光モジュールについても適用可能である。
　以上説明したように、本実施の形態では、ＬＤから光ファイバまでの間の光路を、１枚のレンズによる単レンズ光学系と、２枚のレンズによるコリメート光学系から構成することした。これにより、実施の形態１と比較して、光軸方向の長さの調整ずれによる全体サイズの長さ変動を減らすことができる。また、光波長合波フィルタ４や光波長分波フィルタ６の角度ばらつきによる略９０°光路を変更しているＬＤ２やＰＤ５の光路への影響を相対的に小さくすることができる。
　以上のように、本発明にかかる光モジュールは、光信号を送信する装置に有用であり、特に、２以上の光信号を送信する場合に適している。
　１，２　レーザダイオード（ＬＤ）
　３　光ファイバ
　４　光波長合波フィルタ
　５　フォトダイオード（ＰＤ）
　６　光波長分波フィルタ
　７　アイソレータ
　１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９　レンズ

Claims (12)

  1. 　第１の光信号を出力する第１の発光素子と、
    　前記第１の光信号と異なる波長の第２の光信号を出力する第２の発光素子と、
    　光信号を通過させるレンズと、
    　前記第１の発光素子から出力された第１の光信号を透過し、前記第２の発光素子から出力された第２の光信号を反射する合波フィルタと、
    　外部との光信号の経路となる光ファイバと、
    　を備え、
    　前記第１の発光素子と前記光ファイバを結ぶ第１の光軸上に、当該第１の発光素子から出力された第１の光信号を集光する第１のレンズと、当該第１のレンズを経由した第１の光信号を透過する前記合波フィルタと、当該合波フィルタ透過後の第１の光信号を集光して前記光ファイバの端面に結像する第２のレンズと、を配置し、
    　前記第１の光軸上以外の位置に前記第２の発光素子を配置して、当該第２の発光素子と前記合波フィルタを結ぶ第２の光軸上に、当該第２の発光素子から出力された第２の光信号を集光する第３のレンズ、を配置し、
    　前記合波フィルタは、前記第３のレンズを経由した第２の光信号を、前記第２のレンズの方向へ反射して、前記第１の光信号の光路と前記第２の光信号の光路とを同一の光路として重ねることとし、
    　前記第２のレンズは、さらに、前記合波フィルタ反射後の第２の光信号を集光して前記光ファイバの端面に結像する、
    　ことを特徴とする光モジュール。
  2. 　前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および前記第３のレンズを単レンズ光学系のレンズとし、
    　前記合波フィルタを、前記第１のレンズによる第１の光信号の第１の像点より近く、かつ、前記第３のレンズによる第２の光信号の第２の像点より近くに配置し、
    　さらに、前記第１の像点と前記第２の像点が同一位置になるように、前記第１の発光素子および前記第１のレンズ、前記第２の発光素子および前記第３のレンズを、それぞれ配置する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　さらに、
    　前記第１の光信号および前記第２の光信号を透過し、前記光ファイバおよび前記第２のレンズを経由して外部から入力された入力光信号を反射して光路を変更する分波フィルタと、
    　前記反射された入力光信号を集光する第４のレンズと、
    　前記第４のレンズによって集光された入力光信号を受光する受光素子と、
    　を備え、
    　前記分波フィルタを、前記合波フィルタと前記第２のレンズの間に配置し、
    　前記第１の光軸上以外の位置に前記受光素子を配置して、前記分波フィルタと当該受光素子を結ぶ光軸上に、当該分波フィルタ透過後の入力光信号を集光して当該受光素子に結像する第４のレンズを配置する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  4. 　さらに、
    　前記第１の光信号および前記第２の光信号を透過し、前記光ファイバおよび前記第２のレンズを経由して外部から入力された入力光信号を反射して光路を変更する分波フィルタと、
    　前記反射された入力光信号を集光する第４のレンズと、
    　前記第４のレンズによって集光された入力光信号を受光する受光素子と、
    　を備え、
    　前記分波フィルタを、前記合波フィルタと前記第２のレンズの間に配置し、
    　前記第１の光軸上以外の位置に前記受光素子を配置して、前記分波フィルタと当該受光素子を結ぶ光軸上に、当該分波フィルタ透過後の入力光信号を集光して当該受光素子に結像する第４のレンズを配置する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
  5. 　さらに、
    　前記第１の光信号および前記第２の光信号を透過し、前記光ファイバおよび前記第２のレンズを経由して外部から入力された入力光信号を反射して光路を変更する分波フィルタと、
    　前記反射された入力光信号を集光する第４のレンズと、
    　前記第４のレンズによって集光された入力光信号を受光する受光素子と、
    　を備え、
    　前記分波フィルタを、前記第１の像点の位置に配置し、
    　前記第１の光軸上以外の位置に前記受光素子を配置して、前記分波フィルタと当該受光素子を結ぶ光軸上に、当該分波フィルタ透過後の入力光信号を集光して当該受光素子に結像する第４のレンズを配置する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
  6. 　第１の光信号を出力する第１の発光素子と、
    　前記第１の光信号と異なる波長の第２の光信号を出力する第２の発光素子と、
    　光信号を通過させるレンズと、
    　前記第１の発光素子から出力された第１の光信号を透過し、前記第２の発光素子から出力された第２の光信号を反射する合波フィルタと、
    　外部との光信号の経路となる光ファイバと、
    　を備え、
    　前記第１の発光素子と前記光ファイバを結ぶ第１の光軸上に、当該第１の発光素子から出力された第１の光信号を集光する第１のレンズと、当該第１のレンズによる第１の像点より遠い位置において前記第１の光信号をコリメート光に変換する第２のレンズと、コリメート光に変換された第１の光信号を透過する前記合波フィルタと、当該合波フィルタ透過後の第１の光信号を集光して前記光ファイバの端面に結像する第３のレンズと、を配置し、
    　前記第１の光軸上以外の位置に前記第２の発光素子を配置して、当該第２の発光素子と前記合波フィルタを結ぶ第２の光軸上に、当該第２の発光素子から出力された第２の光信号を集光する第４のレンズと、当該第４のレンズによる第２の像点より遠い位置において前記第２の光信号をコリメート光に変換する第５のレンズと、を配置し、
    　前記合波フィルタは、前記第５のレンズを経由した第２の光信号の光路を、前記第３のレンズの方向へ反射して、前記第１の光信号の光路と前記第２の光信号の光路とを同一の光路として重ねることとし、
    　前記第３のレンズは、さらに、前記合波フィルタ反射後の第２の光信号を集光して前記光ファイバの端面に結像する、
    　ことを特徴とする光モジュール。
  7. 　さらに、
    　前記第１の光信号および前記第２の光信号を透過し、前記光ファイバおよび前記第３のレンズを経由して外部から入力された入力光信号を反射して光路を変更する分波フィルタと、
    　前記反射された入力光信号を集光する第６のレンズと、
    　前記第６のレンズによって集光された入力光信号を受光する受光素子と、
    　を備え、
    　前記分波フィルタを、前記合波フィルタと前記第３のレンズの間に配置し、
    　前記第１の光軸上以外の位置に前記受光素子を配置して、前記分波フィルタと当該受光素子を結ぶ光軸上に、当該分波フィルタ透過後の入力光信号を集光して当該受光素子に結像する第６のレンズを配置する、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
  8. 　第１の光信号を出力する第１の発光素子と、
    　前記第１の光信号と異なる波長の第２の光信号を出力する第２の発光素子と、
    　光信号を通過させるレンズと、
    　前記第１の発光素子から出力された第１の光信号を透過し、前記第２の発光素子から出力された第２の光信号を反射する合波フィルタと、
    　外部との光信号の経路となる光ファイバと、
    　を備え、
    　前記第１の発光素子と前記光ファイバを結ぶ第１の光軸上に、当該第１の発光素子から出力された第１の光信号を集光する第１のレンズと、当該第１のレンズによる第１の像点より近い位置において第１の光信号を透過する前記合波フィルタと、前記合波フィルタ透過後の第１の光信号をコリメート光に変換する第２のレンズと、コリメート光に変換された第１の光信号を集光して前記光ファイバの端面に結像する第３のレンズと、を配置し、
    　前記第１の光軸上以外の位置に前記第２の発光素子を配置して、当該第２の発光素子と前記合波フィルタを結ぶ第２の光軸上に、当該第２の発光素子から出力された第２の光信号を集光する第４のレンズを配置し、さらに、前記合波フィルタによって反射された第２の光信号の第２の像点が前記第１の像点と同位置になるように前記第２の発光素子および前記第４のレンズを配置し、
    　前記合波フィルタは、前記第４のレンズを経由した第２の光信号の光路を、前記第２のレンズの方向へ反射して、前記第１の光信号の光路と前記第２の光信号の光路とを同一の光路として重ねることとし、
    　さらに、前記第２のレンズは、前記合波フィルタ反射後の第２の光信号をコリメート光に変換し、前記第３のレンズは、コリメート光に変換された第２の光信号を集光して前記光ファイバの端面に結像する、
    　ことを特徴とする光モジュール。
  9. 　さらに、
    　前記第１の光信号および前記第２の光信号を透過し、前記光ファイバおよび前記第３のレンズを経由して外部から入力された入力光信号を反射して光路を変更する分波フィルタと、
    　前記反射された入力光信号集光する第５のレンズと、
    　前記第５のレンズによって集光された光信号を受光する受光素子と、
    　を備え、
    　前記分波フィルタを、前記第２のレンズと前記第３のレンズの間に配置し、
    　前記第１の光軸上以外の位置に前記受光素子を配置して、前記分波フィルタと当該受光素子を結ぶ光軸上に、当該分波フィルタ透過後の入力光信号を集光して当該受光素子に結像する第５のレンズを配置する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の光モジュール。
  10. 　さらに、
    　前記光ファイバから入力された入力光信号による前記第１の発光素子および前記第２の発光素子への反射光を遮断するアイソレータ、
    　を備え、
    　前記アイソレータを、前記第１の像点の位置に配置する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の光モジュール。
  11. 　さらに、
    　前記光ファイバから入力された入力光信号による前記第１の発光素子および前記第２の発光素子への反射光を遮断するアイソレータ、
    　を備え、
    　前記アイソレータを、前記第１の像点の位置に配置する、
    　ことを特徴とする請求項９に記載の光モジュール。
  12. 　前記第１の発光素子および前記第１のレンズの組み合わせ、前記第２の発光素子および前記第４のレンズの組み合わせ、の少なくともいずれか一方を、一体化したＣＡＮ型構造とする、
    　ことを特徴とする請求項６～１１のいずれか１つに記載の光モジュール。
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