WO2016136693A1 - ハウジングに対して受動的に調芯された波長分割フィルタを有する光モジュール - Google Patents

ハウジングに対して受動的に調芯された波長分割フィルタを有する光モジュール Download PDF

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岡田 毅
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住友電工デバイス・イノベーション株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module, and more particularly, to an optical module for optical communication that transmits and / or receives a plurality of optical signals having different wavelengths through one optical fiber.
  • a single-core bidirectional optical module that transmits and receives upstream and downstream optical signals with a single optical fiber.
  • the single-core bidirectional optical module includes an optical transmission unit, an optical reception unit, a fiber holding member, and a housing to which these are attached, and further includes an optical signal of the optical transmission unit and an optical signal of the optical reception unit.
  • a division filter that divides.
  • a filter holder for holding the split filter is accommodated in the housing of the optical module.
  • the filter holder is provided with a filter mounting surface having an angle of about 45 ° with respect to the fiber optical axis of the fiber holding member and the optical axes of the optical transmission unit and the optical reception unit. Is placed.
  • the optical module is not provided with a mechanism for determining the rotation direction of the filter holder with respect to the housing, and the filter holder can freely rotate.
  • the filter holder rotates, the angle between the wavelength division filter mounted on the filter mounting surface and each optical axis deviates from the design value. This not only greatly affects the division characteristics of the division filter, but also deteriorates the optical coupling efficiency between the optical fiber and each optical unit.
  • the present invention relates to an optical module for transmitting and receiving a plurality of optical signals having different wavelengths via a single optical fiber, including a wavelength division filter for dividing the plurality of signals and including an optical fiber.
  • the optical module is assembled without aligning the optical component with respect to the housing on which the wavelength division filter is mounted.
  • the optical module includes a first optical unit, a second optical unit, a wavelength division filter, a filter holder, and a housing.
  • the first optical unit couples with the first optical signal along a first optical axis.
  • the second optical unit couples with the second optical signal along a second optical axis that is perpendicular to the first optical axis.
  • the wavelength division filter reflects one of the first optical signal and the second optical signal and transmits the other of the first optical signal and the second optical signal.
  • the first optical axis and the second optical axis intersect on the wavelength division filter.
  • the filter holder holds the wavelength division filter.
  • the housing accommodates the filter holder and fixes the first optical unit and the second optical unit.
  • the present optical module is characterized in that the filter holder is engaged with the housing.
  • FIG. It is a perspective view of the optical module which concerns on one embodiment of this invention. It is sectional drawing of the principal part of the optical module shown by FIG. It is an exploded sectional view of the principal part of an optical module. It is a perspective view of a housing. It is a perspective view of the filter holder holding a wavelength division filter, (a) shows the figure which looked down at the filter holder from the wavelength division filter mounting surface side, and (b) from the opposite. It is sectional drawing which shows the filter holder mounted in the housing.
  • FIG. 1 is a perspective view of an optical module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the optical module shown in FIG.
  • the optical module 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a so-called bidirectional optical module that communicates with one optical fiber. That is, the optical module 1 receives reception light (Rx light) with respect to one optical fiber, and simultaneously emits transmission light (Tx light).
  • the optical module 1 includes an optical reception unit (Rx unit) 2, an optical transmission unit (Tx unit) 3, and a coupling unit 4 that receives one optical fiber.
  • the optical module 1 includes a housing 5 to which the Rx unit 2, the Tx unit 3, and the coupling unit 4 are attached, and a filter holder 6 on which the wavelength division filter 8 is mounted.
  • the Rx unit 2 is attached to the housing 5 via the filter holder 6.
  • the Rx unit 2 corresponds to the “second optical unit” of the present invention, and includes a photodiode (Photodiode: PD) that receives Rx light from one fiber; the Tx unit 3 is the “second optical unit” of the present invention. Equivalent to “1 optical unit”, a semiconductor laser (Laser Diode: LD) that outputs Tx light to one fiber is mounted.
  • the Tx unit 3 is mounted on the housing 5 with its optical axis parallel to the coupling unit 4; the Rx unit 2 has its optical axis at 90 ° with the optical axis of the coupling unit, and the housing 5 through the filter holder 6 It is attached to.
  • the optical axis of the Tx unit 3 intersects the wavelength division filter 8 at an angle of substantially 90 ° with the optical axis of the Rx unit 2.
  • the Tx unit 3 has a box-shaped housing, that is, the Tx unit 3 has a so-called butterfly package; the Tx unit 3 is coaxial, like the Rx unit 2. It may have a mold package.
  • the coupling unit 4 includes a sleeve 4a, a stub 4b, a bush 4c, and a sleeve cover 4d.
  • the sleeve 4 receives an optical ferrule held at the tip of one fiber.
  • the front part of the stub 4b is held by the rear part of the sleeve.
  • the bush 4c holds the rear part of the stub 4b at the rear part, and the front part is inserted between the sleeve cover 4d and the rear part of the sleeve 4a. That is, the rear part of the sleeve 4a is inserted into the gap between the front part of the bush 4c and the front part of the stub 4b.
  • Insertion of the rear portion of the sleeve 4a and insertion of the front portion of the bush 4c are performed by press-fitting.
  • front refers to the side where the coupling unit 4 is attached to the housing 5
  • rear refers to the side where the Tx unit 3 is attached to the housing 5.
  • these descriptions are for explanation only and do not affect the scope of the invention.
  • the front alignment unit 7 includes a front lens holder 7a that holds the front lens 7c and a front coupling sleeve 7b. Both the front lens holder 7a and the front coupling sleeve 7b have a cylindrical shape. That is, the front lens holder 7a holds the front lens 7c in its inner hole, and the front lens holder 7a is inserted into the inner hole 7d of the front coupling sleeve 7b.
  • optical alignment in a direction parallel to the optical axis of the front alignment unit 7 is executed.
  • the alignment between the coupling unit 4 and the housing 5 is performed in a plane perpendicular to the optical axis of the coupling unit 4 by sliding the rear end surface of the coupling unit 4 on the front end surface 7e of the front coupling unit 7b. .
  • the front coupling sleeve 7b and the front lens holder 7a are fixed by penetration welding, and the coupling unit 4 and the front coupling sleeve 7b are fixed by fillet welding.
  • the latter alignment that is, alignment in the XY direction in a plane perpendicular to the optical axis, searches for a position where the light intensity detected through the coupling fiber 4e is maximum.
  • the coupling unit 4 is fixed to the front coupling sleeve 7b at this position.
  • the relative position of the front lens holder 7a and the front coupling sleeve 7b where the light intensity obtained through the coupling fiber 4e gives a predetermined value is as follows. Adjusted. This is because the maximum light intensity may exceed a limit value defined in view of eye safety.
  • the Tx light emitted from the Tx unit 3 passes through the wavelength division filter 8 and the front lens 7c and reaches the coupling fiber 4e, and the Rx light emitted from the coupling fiber 4e passes through the front lens 7c.
  • the light is reflected by the wavelength division filter 8 and reaches the Rx unit 2.
  • FIG. 3 is an exploded sectional view of the main part of the optical module 1
  • FIG. 4 is a perspective view of the housing 5
  • FIGS. 5A and 5B are perspective views of the filter holder 6, and FIG. From the filter 8 side
  • FIG. 5B is an overhead view of the filter holder 6 from the Tx unit 3 side.
  • the housing 5 is a metal cylindrical member, and includes a first inner hole (Tx hole) 5 a having an axis parallel to the optical axis of the Tx unit 3 and a second axis having an axis parallel to the optical axis of the Rx unit 2.
  • the inner hole (Rx hole) 5b is provided.
  • the Tx hole 5a extends from an end surface 5h to which the coupling unit 4 is attached to an end surface to which the Tx unit 3 is attached.
  • the Rx hole 5b extends from the surface on which the filter holder 6 is attached to the Tx hole 5a.
  • An isolator 5c is held between the wavelength division filter 8 in the Tx hole 5a and the end face to which the Tx unit 3 is attached.
  • the Tx unit 3 is attached to the flange 5d of the housing 5 by fillet welding.
  • an Rx hole 5b into which the filter holder 6 is inserted is formed from a flat surface 5e formed on the outer surface of the housing 5, and the flat surface 5e has an inclined surface 5f. It is that it is continuous with the step 5g.
  • the inclined surfaces 5f are formed at two positions facing each other along the optical axis of the coupling fiber 4e, that is, the optical axis of the transmission unit 3, in other words, at two positions sandwiching the Rx hole 5b, and the step surfaces 5g are outside the inclined surfaces 5f. Is formed.
  • a slope 6 i is also formed on the filter holder 6, and the slope 5 f of the housing 5 and the slope 6 i of the filter holder 6 are fitted.
  • the relative relationship between the two inclined surfaces 5f and 6i can suppress the rotation of the filter holder 6 in the Rx hole 5b, and passively determine the insertion depth of the filter holder 6 into the Rx hole 5b. Can do.
  • the filter holder 6 is made of metal and includes a flange 6b at one end, and a column 6d protrudes from the flange 6b. Specifically, the flange 6b has a circular step 6c, and the column 6d protrudes from the step 6c. The planar shape of the flange 6b, the circular step 6c, and the column 6d is formed concentrically. A mounting surface 6e for fixing the wavelength division filter 8 is provided at the tip of the column 6d.
  • the filter holder 6 includes a first inner hole (Tx hole) 6g in the middle of the column 6d and a second inner hole (Rx hole) 6f penetrating the flange 6b and the column 6d.
  • the Tx hole 6g intersects the Rx hole 6f at an angle of 90 ° at the virtual extension point of the mounting surface 6e. That is, the axis of the Tx hole 6g and the axis of the Rx hole 6f intersect at an angle of 90 ° on the surface of the wavelength division filter 8 mounted on the mounting surface 6e. Further, the filter holder 6 faces the column 6d of the step 6c, and has inclined surfaces 6i at two locations along the optical axis of the coupling unit 4 or the optical axis of the Tx unit 3.
  • a step is formed in the Rx hole 6f, and a receiving filter 6h is attached to the step.
  • the reception filter 6 h blocks light from the Tx unit 3.
  • the optical module 1 of the present embodiment is premised on that the wavelength lambda Rx wavelength lambda Tx and Rx beam Tx light used in a system having a relationship lambda Tx ⁇ lambda Rx. Therefore, the Tx unit 3 is not affected by the Rx light, that is, the LD mounted on the Tx unit 3 is transparent to the Rx light.
  • the Rx unit 2 is affected by Tx light. Specifically, the PD mounted on the Rx unit 2 is affected by Tx light.
  • the optical signal generated by the Tx unit 3 passes through the wavelength division filter 8 and is temporarily output outside the module, receives Fresnel reflection at a far point outside the module, and returns to the module again. Some of the light may be reflected and reach the Rx unit 2 in some cases. Such light becomes all noise for the Rx unit 2. Therefore, it is better to provide a receiving filter 6h that transmits only light of the wavelength component related to the Rx unit 2 and reflects the other at the input end of the Rx unit 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the filter holder 6 inserted into the housing 5.
  • the optical coupling unit 4 is connected to the side surface 5h
  • the Tx unit 3 is connected to the surface opposite to the side surface 5h
  • the Rx unit 2 is connected to the surface 6i of the filter holder 6.
  • the column 6 d is inserted into the Rx hole 5 b of the housing 5.
  • the axis of the Tx hole 5a of the housing 5 coincides with the center axis of the filter holder 6, more precisely, the Tx hole 6g of the column 6d, and the axis of the Rx hole of the column 6d is a mounting surface 6e virtual extension surface. It intersects at approximately the center of the housing 5.
  • the slope 6 i of the filter holder 6 is such that the column 6 d of the filter holder 6 is between the step 6 c of the filter holder 6 and the flat surface 5 e of the housing 5, and between the flange 6 b of the filter holder 6 and the step 5 g of the housing 5.
  • Each is inserted into the rear end of the Rx hole 5b of the housing 5 while providing a gap. That is, along the optical axis of the Rx unit 2, the filter holder 6 and the housing 5 are in contact with each other only on the inclined surfaces 5f and 6i.
  • the normal line of the wavelength division filter 8 mounted on the filter holder 6 is the optical axis of the Rx unit 2 and the light of the Tx unit 3.
  • the angle with respect to the axis is determined, and further, it does not deviate from the determined positional relationship.
  • the Rx light provided from the coupling unit 4 is reflected by the wavelength division filter 8 and then input to the Rx unit 2 at an appropriate angle.
  • at least Rx light is guided to a range where the Rx unit 2 can be optically aligned with the filter holder 6 by sliding the Rx unit 2 on the surface 6j of the filter holder 6.
  • the Tx light emitted from the Tx unit 3 is appropriately guided to the coupling unit 4, strictly speaking, the end of the coupling fiber.
  • the wavelength division filter When the incident angle to the wavelength division filter deviates from the design value, the wavelength division filter deteriorates the wavelength division characteristics for the two beams.
  • the optical system Needs to make the deviation of the incident angle to the wavelength division filter about the two beam optical axes within ⁇ 1 °. In that case, it is necessary to keep the mounting angle deviation of the wavelength division filter within ⁇ 0.5 °.
  • the incident angle of the optical filter 6h is also deviated from the design value at the same time, which causes deterioration and change of the wavelength cutoff characteristic of the optical filter 6h.
  • the wavelength division filter 8 is generally formed by multilayering optical thin films having different optical characteristics, particularly refractive indexes, on a base material.
  • the steepness of the wavelength division characteristic depends on the number of layers, but if the number of layers is increased, the transmittance of the wavelength division filter 8 decreases. Furthermore, a wavelength division filter having a steep characteristic requires absolute accuracy of the characteristic center wavelength or the cutoff wavelength.
  • the filter holder 6 and the housing 5 according to the present embodiment have both inclined surfaces 6i and 5f in order to uniquely determine the angle of the wavelength division filter 8 with respect to the two optical axes related to the Rx unit 2 and the Tx unit 3. This is also applicable to a wavelength division filter having a large number of stacked layers.
  • the optical module 1 has been described centering on a combination of one optical receiver unit and one optical transmitter unit.
  • the optical module 1 according to the present invention may include another optical transmitter unit instead of the optical receiver unit. It is.
  • the wavelength interval of the Tx light associated with each transmission unit is further narrowed, and it becomes impossible to divide the two wavelengths with a normal wavelength division filter having an optical multilayer film.
  • the wavelength division function is provided to the wavelength division filter by making the polarization for one of the Tx light and the polarization for the other of the Tx light orthogonal to each other. In such polarization separation, further accuracy of the incident angles of the two beams with respect to the normal line of the wavelength division filter is required.
  • the filter holder 6 for mounting the wavelength division filter 8 on the mounting surface 6e formed at the end of the column 6d is assembled.
  • the filter holder 6 and the housing 5 have slopes 6i and 5f, respectively.
  • the slopes 6i and 5f are engaged by sliding, and the flange 6b of the filter holder 6 is welded to the housing 5 to assemble the filter holder 6 and the housing 5.
  • optical alignment is not performed.
  • the front surface of the Tx unit 3 and the flange 5g of the housing 5 are fixed to the design position by fillet welding without performing optical alignment.
  • the front alignment unit 7 is fixed to the housing 5, and the coupling unit 4 is fixed to the front alignment unit 7.
  • the Tx unit 3 more precisely, the LD mounted on the Tx unit 3 is actually caused to emit light and the laser beam is guided into the housing 5.
  • the joint knit 4 and the front alignment unit 7 are aligned with respect to the laser beam, and are fixed at the alignment position with respect to the front surface 5 h of the housing 5.
  • the coupling unit 4 is positioned on the housing 5 via the front alignment unit 7. Specifically, this step prepares a pseudo fiber that is driven in conjunction with the front lens holder 7a and has an end surface positioned at the focal point of the front lens 7c.
  • the front lens holder 7a is slid on the front surface 5h of the housing 5, and at the same time, the intensity of the Tx light output from the Tx unit 3 is maximized, and the intensity of the Tx light detected by the front lens holder 7a via the pseudo fiber is maximized.
  • the front lens holder 7a is fixed at the position.
  • the pseudo fiber is removed, the front lens holder 7a is covered with the front coupling sleeve 7b, and the coupling unit 4 is slid in a plane perpendicular to the optical axis on the front surface 7e of the front coupling sleeve 7b. It is temporarily fixed at a position where the intensity of the detected Tx light is maximum. Next, the insertion depth of the front lens holder 7a with respect to the front coupling sleeve 7b is adjusted. Actually, the LD in the Tx unit 3 emits light, and the overlap amount of both is determined so that the intensity detected through the coupling fiber 4e falls within a predetermined range. At the position, the front coupling sleeve 7b is moved to the front lens holder.
  • the end surface of the coupling fiber 4e is not always at the focal position of the front lens 7c. This is because when the end face of the coupling fiber 4e coincides with the focal position, the intensity of the optical signal output through the coupling fiber 4e sometimes exceeds the safe region for visual acuity. Therefore, the end face of the coupling fiber 4e is generally set at a position (defocus) that deviates from the focal position of the front lens 7c.
  • alignment of the coupling unit 4 in a plane perpendicular to the optical axis is performed by finely adjusting the coupling unit 4 on the end surface 7e of the front coupling sleeve 7b.
  • the coupling unit 4 is fixed to the coupling sleeve 7b by fillet welding at this aligned position.
  • the Rx unit 2 is aligned and fixed to the housing 5, more precisely to the filter holder 6.
  • the rear lens holder 9a is fixed to the end surface 9e of the filter holder 6 without performing active alignment. That is, the rear lens holder 9a is fixed to the design position of the filter holder 6 by fillet welding.
  • the insertion depth of the rear lens holder 9a into the inner hole 9d of the rear coupling sleeve 9b is first adjusted.
  • the Rx unit 2 is interlocked with the rear coupling sleeve 9b to give a pseudo Rx light from the coupling unit 4, and the alignment of the Rx unit 2 with respect to the rear coupling sleeve 9b is actually performed by the PD mounted on the Rx unit 2 with the pseudo Rx light. Is received and executed. Since the angle of the wavelength division filter 8 has already been determined, the pseudo Rx light is input into the Rx unit 2 without aligning the Rx unit 2 in a plane perpendicular to the optical axis thereof. Alternatively, the pseudo Rx light is input to the PD in the Rx unit 2 with practical intensity to perform alignment in a direction parallel to at least the optical axis.
  • the depth of insertion of the rear lens holder 9a into the rear coupling sleeve 9b is determined at a position where the light intensity detected by the PD is maximized, and the rear coupling sleeve 9b is welded to the rear lens holder 9a at that position. It is fixed by.
  • the outer diameter of the Rx unit is slightly smaller than the diameter of the inner hole 9d of the rear coupling sleeve 9b, and there is a gap between them. Optical alignment is performed within this gap, and the Rx unit 2 is fixed to the rear coupling sleeve 9b by fillet welding at a position where the light intensity detected by the PD is maximized.
  • the Rx unit 2 In the alignment of the Rx unit 2 in a plane perpendicular to the optical axis, the Rx unit 2 is not rotated. This is because the Rx unit 2 is provided with a plurality of terminals, and these terminals are respectively fixed to pads on the circuit board, and when the Rx unit 2 rotates, the relative positional relationship between the terminals and the pads collapses.

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Abstract

一の光ファイバと交信する光モジュールを開示する。光モジュールは、光送信ユニット(Txユニット)と、光受信ユニット(Rxユニット)と、波長分割フィルタが搭載されたフィルタホルダと、これらTxユニット、Rxユニット及びフィルタホルダを収納するハウジング、を備える。ハウジングとフィルタホルダにはそれぞれ互いに摺り合わせられた斜面が形成されており、波長分割フィルタの角度を一意に決定している。

Description

ハウジングに対して受動的に調芯された波長分割フィルタを有する光モジュール
本発明は、光モジュールに関し、特に、互いに波長の異なる複数の光信号を一の光ファイバを介して送信及び/または受信する光通信用の光モジュールに関する。
光通信用の光モジュールとして、1本の光ファイバで上りと下りの光信号を送受信する一芯双方向光モジュールが知られている。この一芯双方向光モジュールは、光送信ユニットと、光受信ユニットと、ファイバ保持部材と、これらが取り付けられたハウジングと、を備え、さらに、光送信ユニットの光信号と光受信ユニットの光信号とを分割する分割フィルタを備える。この光モジュールのハウジングには、分割フィルタを保持するフィルタホルダが収容されている。上記フィルタホルダには、ファイバ保持部材のファイバ光軸並びに光送信ユニット及び光受信ユニットの光軸に対して略45°の角度をもったフィルタ搭載面が設けられており、該搭載面に分割フィルタが載置されている。
前記の光モジュールには、ハウジングに対するフィルタホルダの回転方向を決定する機構が設けられておらず、フィルタホルダは自由に回転可能である。フィルタホルダが回転した場合、フィルタ搭載面上に搭載されている波長分割フィルタと、各光軸との角度が設計値からずれてしまう。そうすると、分割フィルタの分割特性に大きな影響が出てくるだけでなく、光ファイバと各光ユニットとの光結合効率が悪化してしまう。
本発明は、互いに波長の異なる複数の光信号を一の光ファイバを介して送信及び受信する光モジュールであって、複数の信号を分割するための波長分割フィルタを有し、光ファイバを含む他の光学部品をこの波長分割フィルタを搭載するハウジングに対して調芯することなしに組み立てる光モジュールを提供する。
本出願の一側面は、一の光ファイバに対して第1の波長を有する第1の光信号と、当該第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2の光信号を交信する光モジュールに関する。当該光モジュールは、第1の光ユニット、第2の光ユニット、波長分割フィルタ、フィルタホルダ、ハウジングを含む。第1の光ユニットは第1の光軸に沿って前記第1の光信号と結合する。第2の光ユニットは第1の光軸と直角を為す第2の光軸に沿って第2の光信号と結合する。波長分割フィルタは、当該第1の光信号と第2の光信号の一方を反射し、当該第1の光信号と第2の光信号の他方を透過する。当該第1の光軸と第2の光軸とは波長分割フィルタ上で交差する。フィルタホルダは波長分割フィルタを保持する。ハウジングは当該フィルタホルダを収納し、当該第1の光ユニット、第2の光ユニットを固定する。本光モジュールの特徴は、フィルタホルダがハウジングに係合されている点にある。
本発明の一実施の形態に係る光モジュールの斜視図である。 図1示された光モジュールの主要部の断面図である。 光モジュールの主要部の分解断面図である。 ハウジングの斜視図である。 波長分割フィルタを保持するフィルタホルダの斜視図であり、(a)はフィルタホルダを波長分割フィルタ搭載面側から、(b)はその反対から俯瞰した図を示す。 ハウジングに搭載されたフィルタホルダを示す断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の光モジュールに係る好適な実施の形態について説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内ですべての変更が含まれることを意図する。また、図面の説明において、類似もしくは同一の番号あるいは符号は類似もしくは同一の要素に付与されるものとし、重複する説明を省略する。
図1は本発明の一実施の形態に係る光モジュールの斜視図であり、図2は、図1に示す光モジュールの主要部についての断面図である。図1、2に示し光モジュール1は、一本の光ファイバと交信する、いわゆる双方向光モジュールである。すなわち、光モジュール1は一本の光ファイバに対して受信光(Rx光)を受け、同時に送信光(Tx光)を発する。光モジュール1は、光受信ユニット(Rxユニット)2、光送信ユニット(Txユニット)3、一の光ファイバを受納する結合ユニット4を備える。また、光モジュール1は、これらRxユニット2、Txユニット3、結合ユニット4が取り付けられるハウジング5と、波長分割フィルタ8が搭載されるフィルタホルダ6とを備える。本実施形態の光モジュール1では、フィルタホルダ6を介してRxユニット2はハウジング5に取り付けられている。
Rxユニット2は、本発明の「第2の光ユニット」に相当し、一のファイバからのRx光を受光するフォトダイオード(Photodiode:PD)を搭載し;Txユニット3は、本発明の「第1の光ユニット」に相当し、Tx光を一のファイバに出力する半導体レーザ(Laser Diode:LD)を搭載する。Txユニット3は、その光軸を結合ユニット4に平行にしてハウジング5に装着され;Rxユニット2は、その光軸を結合ユニットの光軸と90°を為しフィルタホルダ6を介してハウジング5に装着される。すなわち、Txユニット3の光軸は、Rxユニット2の光軸と実質的に90°の角度をなして波長分割フィルタ8上において交差する。図1の例では、Txユニット3は、箱型の筐体を有しているが、すなわち、Txユニット3はいわゆるバタフライパッケージを備えているが;Txユニット3は、Rxユニット2と同様に同軸型パッケージを有するものであってもよい。
結合ユニット4は、図2に示す様に、スリーブ4a、スタブ4b、ブッシュ4c、およびスリーブカバー4dを含む。スリーブ4は一のファイバの先端に保持されている光フェルールを受納する。スタブ4bは、その前方部がスリーブの後方部により保持されている。ブッシュ4cはその後方部でスタブ4bの後方部を保持し、その前方部がスリーブカバー4dとスリーブ4aの後方部との間に挿入されている。すなわち、スリーブ4aの後方部はブッシュ4cの前方部とスタブ4bの前方部との隙間に挿入されている。スリーブ4aの後方部の挿入、および、ブッシュ4cの前方部の挿入は圧入により実施される。ここで、本明細書において、「前方」は、ハウジング5に対して結合ユニット4が取り付けられている側を指し、「後方」は、ハウジング5に対してTxユニット3が取り付けられている側を指す。しかし、これらの記載はあくまで説明のためのものであり、発明の範囲に影響を及ぼさない。一のファイバのフェルールをスリーブ4aに挿入しフェルールの先端をスタブ4bの前方端に押し付けると、スタブ4bの中央に配置された結合ファイバ4eと一のファイバがフレネル界面を形成することなしに物理的に接触し、一のファイバがRxユニット2とTxユニット3と光結合する。
前方調芯ユニット7は、前方レンズ7cを保持する前方レンズホルダ7aと前方結合スリーブ7bを含む。前方レンズホルダ7aと前方結合スリーブ7bはいずれも円筒状を有する。すなわち、前方レンズホルダ7aはその内孔に前方レンズ7cを保持し、前方結合スリーブ7bはその内孔7dに前方レンズホルダ7aが挿入される。前方レンズホルダ7aと前方結合スリーブ7bの重ね合わせ長を調整することで、前方調芯ユニット7のその光軸に平行な方向の光調芯を実行する。一方、結合ユニット4の後方端面を前方結合ユニット7bの前端面7e上でスライドすることで、結合ユニット4の光軸に垂直な面内での結合ユニット4とハウジング5の間の調芯を行う。これら調芯を実行した後に前方結合スリーブ7bと前方レンズホルダ7aとを貫通溶接により、結合ユニット4と前方結合スリーブ7bとを隅肉溶接によりそれぞれ固定する。
後者の調芯、すなわち光軸に垂直な面内でのXY方向の調芯は、結合ファイバ4eを介して検知される光強度が最大となる位置を探索する。結合ユニット4は当該位置において前方結合スリーブ7bに固定する。一方、他方の調芯、すなわち、光軸に平行なZ方向の調芯においては、結合ファイバ4eを介して得られる光強度が所定値を与える前方レンズホルダ7aと前方結合スリーブ7bの相対位置が調整される。なぜならば、最大光強度は眼に対する安全性から規定された限界値を超える場合があるからである。
光モジュール1では、Txユニット3が出射するTx光は、波長分割フィルタ8と前方レンズ7cを透過し結合ファイバ4eに到達し、結合ファイバ4eから出射されたRx光は前方レンズ7cを透過し、波長分割フィルタ8により反射されRxユニット2に至る。
図3は光モジュール1の主要部についての断面分解図であり、図4はハウジング5の斜視図、図5A、図5Bはフィルタホルダ6の斜視図であり、図5Aはフィルタホルダ6を波長分割フィルタ8側から、図5Bはフィルタホルダ6をTxユニット3側から俯瞰した図である。ハウジング5は金属製の筒状部材であり、Txユニット3の光軸に平行な軸を有する第1の内孔(Tx孔)5aと、Rxユニット2の光軸に平行な軸を有する第2の内孔(Rx孔)5bを備える。Tx孔5aは、結合ユニット4が取り付けられる端面5hからTxユニット3が取り付けられる端面に至る。Rx孔5bはフィルタホルダ6が取り付けられる面からTx孔5aに至る。Tx孔5aの波長分割フィルタ8とTxユニット3が取り付けられる端面との間にアイソレータ5cが保持されている。Txユニット3はハウジング5のフランジ5dに隅肉溶接により取り付けられる。
本発明に係るハウジング5の特徴の一つは、フィルタホルダ6が挿入されるRx孔5bがハウジング5の外側面に形成された平坦面5eから穿たれており、この平坦面5eは斜面5fを介して段差5gと連続していることにある。斜面5fは、結合ファイバ4eの光軸すなわち送信ユニット3の光軸に沿って、互いに対向する位置、言い換えると、Rx孔5bを挟み込む2箇所に形成され、段差面5gはそれぞれの斜面5fの外側に形成されている。後述するように、フィルタホルダ6にも斜面6iが形成されており、ハウジング5の斜面5fとフィルタホルダ6の斜面6iとがフィットしている。この二つの斜面、5f、6iの相対関係によりフィルタホルダ6のRx孔5b内での回転を抑制することができ、フィルタホルダ6のRx孔5b内への挿入深さを受動的に決定することができる。
フィルタホルダ6は、金属製であり、一端にフランジ6bを備え、このフランジ6bから柱6dが突き出ている。具体的には、フランジ6bは円形の段差6cを有し、柱6dがこの段差6cから突き出ている。フランジ6b、円形段差6c、及び柱6dはその平面形状が同心円に形成されている。柱6dの先端に、波長分割フィルタ8を固定する搭載面6eを有する。フィルタホルダ6は第1の内孔(Tx孔)6gを柱6dの中程に、第2の内孔(Rx孔)6fをフランジ6bと柱6dを貫通させて備える。Tx孔6gは搭載面6eの仮想延長点においてRx孔6fと角度90°で交差する。すなわち、Tx孔6gの軸とRx孔6fの軸は、搭載面6e上に搭載されている波長分割フィルタ8の面上において90°の角度で交差する。さらに、フィルタホルダ6は段差6cの柱6dに対して対向し、結合ユニット4の光軸、あるいはTxユニット3の光軸に沿う2か所に斜面6iを有する。
図3を参照すると、Rx孔6fには段差が形成されており、当該段差に受信用フィルタ6hが装着される。この受信用フィルタ6hは、Txユニット3からの光を遮断する。本例の光モジュール1は、Tx光の波長λTxとRx光の波長λRxとがλTxRxの関係を有するシステムに使用されることを前提としている。したがって、Txユニット3はRx光に影響されない、すなわち、Txユニット3に実装されるLDはRx光に対しては透明となる。しかし、Rxユニット2はTx光の影響を受ける。具体的には、Rxユニット2に装着されるPDはTx光の影響を受ける。特に、Txユニット3で生成された光信号が波長分割フィルタ8を透過して一旦モジュール外に出力され、モジュール外の遠点でフレネル反射を受け再度モジュール内に帰還した場合、波長分割フィルタ8でその一部が反射されてRxユニット2に至る場合がある。このような光は、Rxユニット2にとっては全て雑音となってしまう。ゆえに、Rxユニット2の入力端にRxユニット2に関連する波長成分の光のみを透過しその他を反射する受信用フィルタ6hを設ける方がよい。
図6は、ハウジング5内に挿入されたフィルタホルダ6を示す断面図である。側面5hに光結合ユニット4が、この側面5hと反対の面にTxユニット3が、そしてフィルタホルダ6の面6iにRxユニット2がそれぞれ接続される。柱6dが、ハウジング5のRx孔5bに挿入される。ハウジング5のTx孔5aの軸は、フィルタホルダ6、正確には柱6dのTx孔6gの中心軸と一致し、また柱6dのRx孔の軸とは、搭載面6e仮想延長面であってハウジング5のほぼ中央で交差する。
フィルタホルダ6の斜面6iは、フィルタホルダ6の柱6dが、フィルタホルダ6の段差6cとハウジング5の平坦面5eの間、および、フィルタホルダ6のフランジ6bとハウジング5の段差5gとの間にそれぞれ隙間を設けつつハウジング5のRx孔5bの奥端に挿入される。すなわち、Rxユニット2の光軸に沿って、フィルタホルダ6とハウジング5はそれぞれの斜面5fおよび6iの斜面のみで接触する。
換言すると、フィルタホルダ6の斜面6iがハウジング5の斜面5fにすり合わせられると、フィルタホルダ6に搭載されている波長分割フィルタ8の法線は、Rxユニット2の光軸、およびTxユニット3の光軸に対してその角度が決定され、さらに、その決定された位置関係から外れることがない。結合ユニット4から提供されるRx光は波長分割フィルタ8で反射された後、適切な角度でRxユニット2に入力する。あるいは、少なくともRx光を、Rxユニット2をフィルタホルダ6の面6j上をスライドしてRxユニット2をフィルタホルダ6に対して光学調芯可能な範囲にRx光を導く。また、Txユニット3が発するTx光を結合ユニット4、厳密には結合ファイバの端部に適切に導く。
波長分割フィルタへの入射角が設計値から外れた場合、かかる波長分割フィルタは二つのビームに対する波長分割特性に劣化を来す。Rxユニット2とTxユニット3のそれぞれの光軸が波長分割フィルタで直角を為す光学系において、かつ、波長がたとえば1.48μmと1.55μmの二つのビームを区別するためには、当該光学系は二つのビーム光軸についての波長分割フィルタへの入射角のずれを±1°以内にする必要がある。その場合、波長分割フィルタの搭載角度ずれを±0.5°以内に収める必要がある。さらに、波長分割フィルタ8自体の角度がずれた場合には、光フィルタ6hの入射角も同時にその設計値からずれ、これは光フィルタ6hの波長遮断特性の劣化、変化を招く。
波長分割フィルタ8は一般的に光学特性、特にその屈折率が相互に異なる光学薄膜を母材上に多層化して形成される。波長分割特性の急峻性はその積層数に依存する、が、積層数を多くすると波長分割フィルタ8の透過率が低下する。さらに、特性が急峻な波長分割フィルタは特性中心波長、あるいは、遮断波長の絶対精度を要求する。本実施の形態に係るフィルタホルダ6とハウジング5は、Rxユニット2とTxユニット3に係る二つの光軸に対する波長分割フィルタ8の角度を一意に決定するために斜面6i、5fをともに有しており、これは、上記多数の積層数を備える波長分割フィルタに対しても適用可能である。
光モジュール1について、一の光受信ユニットと一の光送信ユニットの組み合わせを中心に説明したが、本発明に係る光モジュール1は、光受信ユニットに代えて別の光送信ユニットを備えることも可能である。この場合、それぞれの送信ユニットに係るTx光の波長間隔はさらに狭くなり、光学多層膜を備える通常の波長分割フィルタをもってしては二つの波長を分割することができなくなる。Tx光の一方についての偏光とTx光の他方についての偏光を直交させて実質的な波長分割機能を波長分割フィルタにもたせる。かかる偏波分離では、波長分割フィルタの法線に対する二つのビームの入射角のさらなる正確性が要求される。
次に光モジュール1の外部ファイバ、Rxユニット2、Txユニット3の間の光学調芯を含む組立について説明する。組立工程はまず、波長分割フィルタ8を柱6dの端部に形成された搭載面6eに搭載するフィルタホルダ6を組立てる。既に説明した様に、フィルタホルダ6とハウジング5はそれぞれ斜面6i、5fを有している。これら斜面、6i、5fを摺り合わせることにより係合し、フィルタホルダ6のフランジ6bをハウジング5に溶接して、フィルタホルダ6とハウジング5を組立てる。この工程において、光学調芯は行わない。フィルタホルダ6とハウジング5の固定後に、Txユニット3の前面とハウジング5のフランジ5gについて、光学調芯を行うことなしにその設計位置に隅肉溶接で固定する。
次いで、前方調芯ユニット7をハウジング5に固定し、結合ユニット4を前方調芯ユニット7に固定する。具体的には、Txユニット3、正確にはTxユニット3に搭載されているLDを実際に発光させてそのレーザビームをハウジング5内に導く。結合ニット4と、前方調芯ユニット7はこのレーザビームに対して調芯され、ハウジング5の前面5hについてその調芯位置で固定される。本工程は結合ユニット4を、前方調芯ユニット7を介してハウジング5に位置させる。具体的には、本工程は前方レンズホルダ7aと連動して駆動され、その端面が前方レンズ7cの焦点に位置する終端面を備える疑似ファイバを用意する。前方レンズホルダ7aを、ハウジング5の前面5h上でスライドし、同時に、Txユニット3が出力するTx光の強度を、前方レンズホルダ7aを、疑似ファイバを介して検出されるTx光の強度が最大となる位置で前方レンズホルダ7aを固定する。
次いで、疑似ファイバを取り外し、前方結合スリーブ7bで前方レンズホルダ7aを覆い、結合ユニット4を、前方結合スリーブ7bの前面7e上で光軸に垂直な面内でスライドし、結合ユニット4を介して検出されるTx光の強度が最大となる位置で暫定的に固定する。次いで、前方レンズホルダ7aの前方結合スリーブ7bに対する挿入深さが調整される。実際にTxユニット3内のLDを発光させ、結合ファイバ4eを介して検知される強度が所定の範囲に入る様に両者の重ね代が決定され、その位置で、前方結合スリーブ7bは前方レンズホルダ7aに貫通溶接により固定される。前方レンズホルダ7aと前方結合スリーブ7bの調芯は、常に、結合ファイバ4eの端面が前方レンズ7cの焦点位置になるとは限らない。結合ファイバ4eの端面が焦点位置に一致した場合、結合ファイバ4eを介して出力される光信号の強度が時に視力に対する安全領域を超える場合があるからである。故に、結合ファイバ4eの端面は、大概は前方レンズ7cの焦点位置から外れた位置(ディフォーカス)に設定される。最後に、結合ユニット4についてその光軸に垂直な面内での調芯が、結合ユニット4を前方結合スリーブ7bの端面7e上で微調して行われる。そして、結合ユニット4はこの調芯された位置で結合スリーブ7bに隅肉溶接で固定される。
次にRxユニット2をハウジング5に対して、正確にはフィルタホルダ6に対して調芯し固定する。具体的には、まず、後方レンズホルダ9aをフィルタホルダ6の端面9eにアクティブ調芯をすることなしに固定する。すなわち、後方レンズホルダ9aはフィルタホルダ6の設計位置に隅肉溶接により固定される。次いで、後方レンズホルダ9aの後方結合スリーブ9bの内孔9d内への挿入深さがまず調整される。Rxユニット2を後方結合スリーブ9bに連動させ、結合ユニット4から疑似Rx光を与え、Rxユニット2の後方結合スリーブ9bに対する調芯が、Rxユニット2に搭載されているPDで実際に疑似Rx光を受光して実行される。すでに、波長分割フィルタ8の角度が決定されているので、疑似Rx光は、Rxユニット2をその光軸に垂直な面内で調芯しなくともRxユニット2内に入力する。あるいは、疑似Rx光は、少なくともその光軸に平行な方向の調芯を行うのに実際的な強度を持ってRxユニット2内のPDに入力する。そして、後方レンズホルダ9aの後方結合スリーブ9b内への挿入深さが、PDで検知した光強度が最大となる位置で決定される、その位置で後方結合スリーブ9bは後方レンズホルダ9aに貫通溶接により固定される。Rxユニットの外径は後方結合スリーブ9bの内孔9dの径よりもわずかに小さく、両者の間には隙間が生じている。光学調芯はこの隙間の範囲で実行され、PDで検知する光強度が最大となる位置でRxユニット2は後方結合スリーブ9bに隅肉溶接で固定される。Rxユニット2のその光軸に垂直な面内での調芯では、Rxユニット2を回転することは行われない。これは、Rxユニット2には複数の端子が備わり、これら端子は、回路基板上のパッドにそれぞれ固定され、Rxユニット2が回転すると、端子とパッドの相対位置関係が崩れるためである。
本発明の幾つかの実施の形態を説明した、が、それら形態の多数の変更、変形は当業者にとっては自明である。故に、以下の請求項は、本発明の真の精神、範内に入るそれら変更、変形を包含する。

Claims (12)

  1. 一本の光ファイバに対して第1の波長を有する第1の光信号と、前記第1の波長と異なる第2の波長を有する第2の光信号と同時に交信する光モジュールであって、
    前記第1の光信号と第1の光軸に沿って結合する第1の光ユニットと、
    前記第2の光信号と前記第1の光軸と垂直な第2の光軸に沿って結合する第2の光ユニットと、
    前記第1の光信号と前記第2の光信号の一方を反射し、他方を透過する波長分割フィルタであって、前記第1の光軸と前記第2の光軸は前記波長分割フィルタ上で交差する波長分割フィルタと、
    前記波長分割フィルタを保持するフィルタホルダと、
    該フィルタホルダを収容し、前記第1の光ユニットと前記第2の光ユニットを装着するハウジングと、を備え、
    前記フィルタホルダは前記ハウジングに係合している光モジュール。
  2. 前記ハウジングは、前記第1の光軸に沿って第1の内孔、前記第2の光軸に沿って第2の内孔を有し、前記第2の内孔は前記フィルタホルダを収納している、
    請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記フィルタホルダはフランジ、柱、および搭載面を有し、前記柱が前記ハウジングの第2の内孔に挿入されて、さらに、前記柱は第1の内孔と第2の内孔を有し、前記柱の第1の内孔は前記第1の光軸に沿って前記柱を貫通し、前記ハウジングの第1の内孔に連続しており、前記柱の第2の内孔は前記柱の中心を前記第2の光軸に沿ってのび、前記搭載面は前記波長分割フィルタを搭載しており、
    前記柱の第1、第2の内孔は前記搭載面に露出している、
    請求項2に記載の光モジュール。
  4. 前記第1の光軸は、前記搭載面に搭載されている波長分割フィルタにおいて前記第2の光軸と交差している、
    請求項3に記載の光モジュール。
  5. 前記ハウジングは、前記ハウジングの第2の内孔に対して互いに反対の位置で前記第1の光軸に沿って設けられた一対の斜面を有し、
    前記フィルタホルダはフランジと柱を有し、前記フランジは前記柱に対して互いに反対の位置で前記第1の光軸に沿って設けられた一対の斜面を有し、
    前記フィルタホルダの一対の斜面は前記ハウジングの一対の斜面に適合し、前記フィルタホルダのフランジは前記平坦面に対して隙間を形成している、
    請求項2に記載の光モジュール。
  6. 前記ハウジングは平坦面を有し、前記ハウジングの第2の内孔は前記平坦面に露出し、前記ハウジングの一対の斜面は前記平坦面の前記第1の光軸に沿った端に接続している、
    請求項5に記載の光モジュール。
  7. 前記ハウジングは、前記斜面に対して前記ハウジングの第2内孔に対して外側に向け、前記フィルタホルダのフランジに対して隙間を形成する段差を有する、
    請求項6に記載の光モジュール。
  8. 前記光モジュールは、結合ユニットと前方レンズホルダと前方結合スリーブを含む 前方調芯ユニットをさらに備え、前記結合ユニットは前記第1の光軸と平行な光軸を有する前記一本の光ファイバを受納し、前記結合ユニットは前記前方調芯ユニットを介して前記ハウジングと組み立てられており、
    前記前方結合スリーブは前記前方レンズホルダを受納する内孔を有する、
    請求項1~7に記載の光モジュール。
  9. 前記光モジュールは、後方レンズホルダの後方結合スリーブを含む後方調芯ユニットをさらに備え、前記後方レンズホルダは後方レンズを保持し、前記後方結合スリーブは前記後方レンズホルダを受納する内孔を有する、
    請求項1~8に記載の光モジュール。
  10. 前記波長分割フィルタは、前記第1の光軸および前記第2の光軸に対して45°の角を為す法線を有する、
    請求項1~9に記載の光モジュール。
  11. 前記第1の光ユニットは、前記第1の光信号を前記波長分割フィルタに向けて出射する半導体レーザ(LD)を搭載する送信光ユニットであり、前記第2の光ユニットは、前記第2の光信号を前記波長分割フィルタから受光するフォトダイオード(PD)を搭載する受信光ユニットである、
    請求項1~10に記載の光モジュール。
  12. 前記波長分割フィルタと前記第1の光ユニットが組み付けられる端面の間の前記ハウジングの第1の内孔に光アイソレータを搭載する、
    請求項11に記載の光モジュール。
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