(57)【要約】  光モジュールは、２つの光出射端をもつ干渉計と、２つの受光面をもつ光電変換素子と、干渉計と光電変換素子との間に設けられ、干渉計側に配置された第１のレンズと、光電変換素子側に配置された第２のレンズとを有し、干渉計の２つの光出射端の間隔をＬ１、光電変換素子の２つの受光面の間隔をＬ２、第１のレンズの焦点距離をＦ１、第２のレンズの焦点距離をＦ２とした場合に、Ｌ１＞Ｌ２、かつ、Ｌ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２の条件を満たすよう設ける。
2012160686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの光出射端をもつ干渉計と、
少なくとも２つの受光面をもつ光電変換素子と、
前記干渉計と前記光電変換素子との間に設けられ、前記干渉計から出射された光を前記光電変換素子の２つの受光面にそれぞれ光学的に結合させる複数のレンズと、を有し、
前記複数のレンズは、前記干渉計の２つの光出射端に生じる位置ずれの量を前記光電変換素子の２つの受光面上で小さくさせる焦点距離および距離を有して配置したことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記複数のレンズは、
前記干渉計側に配置された第１のレンズと、
前記光電変換素子側に配置された第２のレンズと、を含み、
前記干渉計の２つの光出射端の間隔をＬ１、前記光電変換素子の２つの受光面の間隔をＬ２、前記第１のレンズの焦点距離をＦ１、前記第２のレンズの焦点距離をＦ２とした場合に、
Ｌ１＞Ｌ２、かつ、Ｌ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２
の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記干渉計の２つの光出射端から前記第１のレンズの主面までの距離をｄ１、前記第１のレンズの主面から前記第２のレンズの主面までの距離をｄ２、前記第２のレンズの主面から前記光電変換素子の２つの受光面までの距離をｄ３とした場合に、
ｄ１＝Ｆ１、ｄ２＝Ｆ１＋Ｆ２、ｄ３＝Ｆ２
の条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第２のレンズと、前記光電変換素子は、前記干渉計の２つの光出射端のずれの影響を受けない部材に固定されたことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記第２のレンズと、前記光電変換素子と、前記干渉計は、それぞれ基台上から独立して設けられた保持部材に設けられ、
前記第１のレンズは、前記干渉計の２つの出射端側に、保持部材により固定されていることを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記光電変換素子は、前記干渉計の２つの光出射端のずれの影響を受けない部材に固定されたことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記光電変換素子と、前記干渉計は、それぞれ基台上から独立して設けられた保持部材に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記第１のレンズ、および前記第２のレンズは、それぞれ複数のレンズを含むことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記干渉計は、２つの光出射端を１組として複数組有し、
前記光電変換素子は、２つの受光面を１組として複数組有し、
前記第１のレンズ、および前記第２のレンズは、それぞれの組の前記干渉計と、前記光電変換素子の間に設けられることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記干渉計は、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）型干渉計であり、
前記干渉計は、温度制御素子により温度制御されることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記干渉計と、前記温度制御素子との間には、均熱板が設けられることを特徴とする請求項１０に記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記干渉計は、シリコーン系の接着剤により前記均熱板上に固定されることを特徴とする請求項１１に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムは通信容量が増大しており、これに対応するためにＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）や、ＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）などの変調、復調技術が利用されている。これらのＤＰＳＫやＤＱＰＳＫは、従来のＮＲＺ（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）やＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）方式に比べて伝送するデータ速度が高速な場合に有利であり、情報を光信号の位相変化により搬送する。【０００３】
ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫなどの差動位相復調をおこなう光受信モジュールを例に説明する。光受信モジュールでは主に１組の干渉計（マッハツェンダ干渉計）と、光電変換素子から構成される。干渉計は、２つの出射端を有し、入力ファイバなどから入力された光信号は干渉計を通り、この２つの出射端から出射される。ＤＰＳＫの場合には、２つの出射端から出射された光信号の位相はπずれた信号となる。出射された２つの光信号は、２つの光電変換素子（以下ＰＤ）に入射し、復調され電気信号へと変換される（たとえば、下記特許文献１〜３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４５９４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２０１９３９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の光受信モジュールに用いられる干渉計には、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が用いられることが一般的である。しかし、このＰＬＣは応力に弱く、応力が存在すると導波路に歪みが生じ、偏波波長依存性が変化して、光学特性を劣化させる問題を有している。このため、ＰＬＣを固定する際には、保持部材との間で発生する熱応力を緩和するために、保持部材との間にシリコーン系などの低ヤング率接着剤を用いることが多い。また、この接着層の厚さは、充分に応力を緩和するために数１００μｍの厚みになることもある。このような結果、ＰＬＣを用いた光受信モジュールは、振動や環境温度の変化を受けると、対応してＰＬＣ部の変動が大きくなり、光軸の角度ずれが生じやすい。【０００６】
また、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫ用の光受信モジュールに用いられるＰＤは、高速な信号を取り扱うために、容量を小さくする必要がある。対応して、受光面の受光面積が狭く、径で数１０μｍ以下、ものによっては数μｍ程度の場合もある。これにより、ＰＬＣから出射される光信号に角度ずれ、位置ずれが生じるとＰＤに光結合させにくい。【０００７】
以上により、光受信モジュールにおいては、外部環境が変化すると、光信号の出射側であるＰＬＣ部の光軸ずれが生じ、さらに、光信号の入射側であるＰＤの受光面積が狭いために、ＰＤに光結合しにくくなる。これらにより、ＰＤに入射する光信号のパワーの変動が大きくなり、受光効率が低下するという課題を有している。【０００８】
開示の技術は、上述した従来技術による問題点を解消するため、外部環境が変化しても、干渉計と光電変換素子との間の光結合を受光効率の変動が少なく高効率化できる光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、開示の光モジュールは、２つの光出射端をもつ干渉計と、２つの受光面をもつ光電変換素子と、前記干渉計と前記光電変換素子との間に設けられ、前記干渉計側に配置された第１のレンズと、前記光電変換素子側に配置された第２のレンズとを有し、前記干渉計の２つの光出射端の間隔をＬ１、前記光電変換素子の２つの受光面の間隔をＬ２、前記第１のレンズの焦点距離をＦ１、前記第２のレンズの焦点距離をＦ２とした場合に、Ｌ１＞Ｌ２、かつ、Ｌ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２の条件を満たすように設ける。
【発明の効果】
【００１０】
開示の技術によれば、外部環境が変化しても、干渉計と光電変換素子との間の光結合を受光効率の変動が少なく高効率化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる光モジュールを示す平面図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる光モジュールの光軸ずれの状態を示す側面図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる光モジュールの各部品の配置構成例を示す側面図である。
【図４】図４は、実施の形態２にかかる光モジュールの各部品の配置構成例を示す側面図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかる光モジュールの光軸ずれの状態を示す側面図である。
【図６】図６は、実施の形態３にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。
【図７】図７は、実施の形態３にかかる光モジュールの構成例を示す側面図である。
【図８】図８は、実施の形態４にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。
【図９】図９は、実施の形態４にかかる光モジュールの構成例を示す側面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態５にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態６にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態６にかかる光モジュールの構成例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光モジュールを示す平面図である。以下に説明する光モジュールは、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫなどの差動位相偏移変調信号に用いられる光受信モジュールである。
【００１４】
光受信モジュール１００は、マッハツェンダ型のＰＬＣの干渉計１０１と、第１のレンズ１１０と、第２のレンズ１２０と、一対の光電変換素子（ＰＤ）１０４ａ，１０４ｂと、を含む。
【００１５】
干渉計１０１は、入力側の光ファイバなどから入力された光信号が分岐部１３１で分岐され、分岐した光信号をそれぞれ光導波路１３２および光導波路１３３へ出力する。光導波路１３２および光導波路１３３のそれぞれは、分岐部１３１から出力された光を干渉部１３４へ出力する。また、光導波路１３２に対し、光導波路１３３は導波路長が長く、遅延差を有し、干渉部１３４へ出力される光信号には遅延差が生じる。
【００１６】
干渉部１３４は、光導波路１３２および光導波路１３３から出力された各光を干渉させ、干渉により得られた各光信号を２つの出射端（出力ポート）１０１ａ，１０１ｂからそれぞれ出力する。これにより、干渉部１３４へ入力される位相変調の光信号が、強度変調の光信号に変換されて出力される。
【００１７】
干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂから出射される光信号は、２枚のレンズ（第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０）により、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面に結合される。図１には、中心の光軸だけを記載してあり、光信号の拡がりは省略してある。ここで、干渉計１０１側の第１のレンズ１１０の焦点距離をＦ１、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂ側の第２のレンズ１２０の焦点距離をＦ２、干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂの中心間距離をＬ１、２つのＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面間の中心間距離をＬ２とした場合に、
Ｌ１＞Ｌ２、かつＬ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２の条件を満たす構成とする。
【００１８】
また、干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂから第１のレンズ１１０の主面までの距離をｄ１、第１のレンズ１１０の主面から第２のレンズ１２０の主面までの距離をｄ２、第２のレンズ１２０から光電変換素子（ＰＤ）１０４ａ，１０４ｂの受光面までの距離をｄ３とした場合に、ｄ１＝Ｆ１、ｄ２＝Ｆ１＋Ｆ２、ｄ３＝Ｆ２、の条件を満たすようにする。
【００１９】
一対の光電変換素子１０４ａ，１０４ｂは、干渉計１０１から出力された各光をバランス受信し、バランス受信により得られた信号（電気信号）を出力する。
【００２０】
図２は、実施の形態１にかかる光モジュールの光軸ずれの状態を示す側面図である。仮に図２に示すように干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂから出射される光信号が理想状態（初期状態）では、２つのレンズ（第１のレンズ１１０および第２のレンズ１２０）の中心とＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面の中心に位置していたとする。
【００２１】
そして、環境変化等により、干渉計１０１に変動が生じた場合の出射端１０１ａ，１０１ｂの中心線からの位置ずれをｘ０、角度ずれをθ０、第１のレンズ１１０の主面から第２のレンズ１２０方向に距離Ｆ１離れた面を第１のレンズ１１０の焦点面とすると、第１のレンズ１１０の焦点面での光信号の中心線からの位置ずれｘ１，角度ずれθ１は、
ｘ１＝Ｆ１×θ０        …（１）
θ１＝ｘ０／Ｆ１        …（２）
となる。
【００２２】
ここで、（１）〜（４）式では、説明の簡略化のためにレンズの収差は無視し、θ０，θ１，θ２は微小な量として、Ｓｉｎ（θ）＝θと仮定している。以降の式に関しても同様である。
【００２３】
また、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面での中心線からの位置ずれをｘ２，角度ずれをθ２とすると、
ｘ２＝Ｆ２×θ１        …（３）
θ２＝ｘ１／Ｆ２        …（４）
となる。
【００２４】
したがって、式（１）、（２）、（３）、（４）により、
ｘ２＝Ｆ２／Ｆ１×ｘ０  …（５）
θ２＝Ｆ１／Ｆ２×θ０  …（６）
となる。
【００２５】
つまり、Ｆ２＞Ｆ１であるから、ｘ２つまりＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面からの光信号の位置ずれは、干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂでの光信号の位置ずれｘ０に比べてＦ２／Ｆ１に圧縮されて小さくなり、角度ずれθ２は角度ずれθ０に比べてＦ１／Ｆ２に拡大されて大きくなる。
【００２６】
ここで、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫに用いられるＰＤ１０４ａ，１０４ｂは、受光面の面積が小さいために、受光効率特性に関してみると、位置ずれに対しては弱いが、受光面に入射さえすれば、ファイバ結合などに比べて角度ずれに対しては強いという特徴がある。すなわち、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂは、受光面に対して角度を有して光信号が入射しても、所定の受光感度を有する。この結果、干渉計１０１が環境変化を受けて、出射端１０１ａ，１０１ｂから出射される光信号に位置ずれや角度ずれ等の変動が生じたとしても受光効率の変動を抑えることができる。すなわち、環境変化に対して安定した受光効率を維持できる光モジュールを得ることができる。
【００２７】
また、干渉計１０１の２つの出射端１０１ａ，１０１ｂからの光信号は基本的に基板端面から互いに平行に出射される。出射端１０１ａ，１０１ｂの間隔をＬ１とすれば、上記（５）式のｘ０＝Ｌ１とすることにより、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面での２つの光信号の間隔Ｌ２は、
Ｌ２＝Ｆ２／Ｆ１×Ｌ１  …（７）
となる。
【００２８】
このように、Ｌ２／Ｌ１＝Ｆ２／Ｆ１と設定することにより、第２のレンズ１２０を透過後の光信号が平行にＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面と同じ間隔で出射されることになるため、製造時の調整を容易におこなえ、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの光軸方向の変動があっても受光効率の低下が小さくなる。
【００２９】
図３は、実施の形態１にかかる光モジュールの各部品の配置構成例を示す側面図である。上述した構成、すなわち、干渉計１０１の位置ずれや角度ずれの変動が生じても、第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂがいずれも影響を受けない（変動しない）構成例を示した。この構成例では、干渉計１０１自体に第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂを固定しないか、もしくは、第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂを固定する保持部材が固定されていない構造としている。
【００３０】
図３の構成例を説明すると、基台３００上に、保持部材３０１を設け、この保持部材３０１上には、シリコーン系などの低ヤング率の接着剤３０２を用いて、干渉計１０１を設ける。また、干渉計１０１から独立して、基台３００上に保持部材３０３を介して第１のレンズ１１０を設ける。同様に、基台３００上に保持部材３０４を介して第２のレンズ１２０を設ける。さらに、基台３００上に保持部材３０５を介してＰＤ１０４ａ，１０４ｂを収容するＰＤユニット３０６を設ける。ＰＤユニット３０６は、一対のＰＤ１０４ａ，１０４ｂを保持する。
【００３１】
なお、図示しないが、干渉計１０１に第１のレンズ１１０と、第２のレンズ１２０を固定する構造とした場合の例を参考例として示す。干渉計１０１に位置ずれｘ０、角度ずれθ０が発生するとＰＤ１０４ａ，１０４ｂ上の位置ずれｘ２と角度ずれθ２は、
ｘ２＝ｘ０＋（２×Ｆ１＋２×Ｆ２）×Ｔａｎ（θ０）    …（８）
θ２＝θ０      …（９）
となり、角度ずれについては増大しないが、位置ずれについてはもとの位置ずれ以上に大きくなるため、効果を得ることができない。
【００３２】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２にかかる光モジュールの各部品の配置構成例を示す側面図である。図４に示す構成例は、干渉計１０１に保持部材４０１を介して第１のレンズ１１０を固定する構造としたものである。保持部材４０１は、たとえばアクリル樹脂またはエポキシ樹脂を含む、光結合用の紫外線硬化型の接着剤を用いることができる。他の構成は、図３と同様であり、基台３００上に保持部材３０４を介して第２のレンズ１２０を設け、基台３００上に保持部材３０５を介してＰＤ１０４ａ，１０４ｂを収容するＰＤユニット３０６を設ける。なお、図４では第１のレンズ１１０として全球型のレンズが用いられているが、半球型のレンズを用いることもできる。第１のレンズ１１０として半球型のレンズを用いる場合、レンズの平面部からの反射光が干渉計へ入射されるのを防ぐために、半球型のレンズを干渉計１０１の出射面に対して傾けて配置することもできる。
【００３３】
図５は、実施の形態２にかかる光モジュールの光軸ずれの状態を示す側面図である。干渉計１０１に位置ずれｘ０、角度ずれθ０が発生したとし、第２のレンズ１２０から第１のレンズ１１０側に距離Ｆ２離れた面を第２のレンズ１２０の焦点面とすると、この面での中心線からの位置ずれｘ１と、角度ずれθ１は、
ｘ１＝ｘ０＋（２×Ｆ１）×Ｔａｎ（θ０）      …（１０）
θ１＝θ０        …（１１）
となり、ＰＤ受光面１０４ａ，１０４ｂの中心線からの位置ずれをｘ２，角度ずれをθ２とすると、
ｘ２＝Ｆ２×θ０  …（１２）
θ２＝〔ｘ０＋（２×Ｆ１）×Ｔａｎ（θ０）〕／Ｆ２    …（１３）
となる。
【００３４】
ここで、保持部材４０１が干渉計１０１に固定されているため、θ０が微小であり、結果、ｘ２＜ｘ０の場合、初期的な位置ずれを圧縮できるが、θ２はいかなる値のθ０であろうとも大きくなる。結果として、この実施の形態２は、実施の形態１に比べてθ２は大きくなるが、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面がその角度ずれを許容でき、初期的な角度ずれθ０に対して、Ｆ２＜ｘ０／θ０となるように第２のレンズ１２０の焦点距離Ｆ２を選択すれば用いることができる。
【実施例】
【００３５】
上述した各実施の形態の構成例について具体的な数値を用いて効果を説明する。まず、干渉計１０１の位置ずれｘ０＝１０μｍ、角度ずれθ０＝０．１°とし、第１のレンズ１１０の焦点距離Ｆ１＝１０ｍｍ、第２のレンズ１２０の焦点距離Ｆ２＝２ｍｍ、干渉計１０１〜第１のレンズ１１０主面間の距離、第１のレンズ１１０主面〜第２のレンズ１２０主面間の距離、第２のレンズ１２０主面〜ＰＤ１０４ａ，１０４ｂ受光面間の距離はそれぞれ、Ｌ１＞Ｌ２、かつＬ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２の条件を満たし、ｄ１＝Ｆ１、ｄ２＝Ｆ１＋Ｆ２、ｄ３＝Ｆ２、の条件を満たしているものとする。【００３６】
以上のような条件によれば、実施の形態１においては、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂ受光面での位置ずれｘ２＝２μｍ、角度ずれθ２＝０．５°となる。実施の形態２においては、ｘ２＝３．５μｍ、角度ずれθ２＝１．３°となる。なお、上記参考例の場合にはｘ２＝５２μｍ、角度ずれθ２＝０．１°となる。【００３７】
そして、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面の受光効率に対するｘ２、θ２の許容量は、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの性能により異なるが、ｘ２は数μｍ以内、θ２は数°以内であれば許容範囲であることが多い。このため、実施の形態１、実施の形態２のいずれの構成においても、位置ずれも角度ずれも許容範囲に収めることができる。これに対し、参考例の場合には、角度ずれは許容範囲であるが、位置ずれは許容範囲を大きく外れることとなる。【００３８】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３にかかる光モジュールの構成例を示す平面図、図７は、同側面図である。これら図６、図７は、変調方式がＤＰＳＫの場合の構成例である。干渉計１０１は、たとえば、合成石英ガラス基板６０１上に、光導波路６０２を形成することで形成する。光導波路６０２は、たとえば石英やＬＮ（リチウムナイオベート）、その他の半導体材料を用いて構成される。【００３９】
ＤＰＳＫでは、干渉計１０１内で分岐される一対の光導波路６０２，６０２で１組のマッハツェンダ干渉計を形成し、２つの出射端１０１ａ，１０１ｂから光信号を出射する。外部からこの干渉計１０１に対する光信号の入力は、図示のように入力ファイバ６０３を直接、干渉計１０１の入射端１０１ｃに接続するバットジョイント構成や、入力ファイバの光を一度空間に出射させてからレンズを介して干渉計１０１の入射端１０１ｃに結合させる構成などがある。【００４０】
また、図７に示すように、干渉計１０１は波長変動を抑制するためにペルチエ素子やヒーター等の熱制御素子７０１を用いて一定温度になるように温度制御する。熱制御素子７０１は、基台３００上に設けられる。また、干渉計１０１内部の温度を一様にするために、熱制御素子７０１の上に、熱伝導率の大きいＣｕやＣｕＷで形成される均熱板７０２を設け、この均熱板７０２の上に、たとえばシリコーン系接着剤などの低ヤング率の接着剤３０２を用いて干渉計１０１を固定する。接着剤３０２としてシリコーン系接着剤を用いることにより、均熱板７０２と干渉計１０１との間に発生する応力の緩和を図ることができる。【００４１】
また、一般的にＰＤ１０４ａ，１０４ｂは、湿度に弱いために基台３００上に蓋部材７０３を設け、内部の気密封止をおこなっている。これら基台３００、蓋部材７０３からなるパッケージの材質としては、たとえば気密封止材として用いられるセラミックと線膨張係数が近いコバールが使用される。【００４２】
そして、実施の形態３の構成例では、図７に示すように、基台３００上に第１のレンズ１１０の保持部材７０４と、第２のレンズ１２０の保持部材７０５と、ＰＤユニット３０６の保持部材７０６をそれぞれ設ける。これら保持部材７０４，７０５，７０６の材質としては、パッケージの材質にあわせてコバール、または線膨張係数の小さいインバーやスーパーインバー、もしくは石英ガラスなどが使用される。これら保持部材７０４，７０５，７０６は、ＹＡＧ溶接やＵＶ硬化型の接着剤を使用すれば固着後の位置調整が可能である。また、調整が必要ない場合には熱硬化型の接着剤を用いることができる。また、これらの保持部材７０４，７０５，７０６は、基台３００と一体化して突出形成することもできる。【００４３】
また、第１のレンズ１１０と、第２のレンズ１２０の材質は、たとえば石英ガラスや、保持部材との兼ね合いでＢＫ７やＳＦ１１、パイレックス（登録商標）などの一般的なガラスを用いることもできる。その他、第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０の両方、もしくは片方が非球面レンズの場合には、レンズメーカ特有のガラス材質を使用することもできる。これら第１のレンズ１１０、および第２のレンズ１２０の保持部材７０４，７０５への固定は、位置調整後にＵＶ硬化型の接着剤が使用される。【００４４】
（実施の形態４）
図８は、実施の形態４にかかる光モジュールの構成例を示す平面図、図９は、同側面図である。これら図８、図９は、変調方式がＤＰＳＫの場合の他の構成例である。実施の形態４の構成は、干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂ部分に透明なガラス材質からなるスペーサー（保持部材）８０１を固定し、スペーサー８０１に半球型の第１のレンズ１１０を固定する。第２のレンズ１２０と、ＰＤユニット３０６については、実施の形態３同様に、保持部材７０５，７０６を用いて固定する。【００４５】
上記のように、スペーサー８０１を用いた構成では、実施の形態３に比べてスペースと製造性の面で有利である。また、スペーサー８０１のガラス材質には、第１のレンズ１１０などと同じように、石英ガラス、ＢＫ７やＳＦ１１、パイレックスなどが用いられる。スペーサー８０１と第１のレンズ１１０の固定には、光信号が通過するために上述のガラス類と屈折率が整合し、光信号の波長帯に対して透過率の高い、光路結合用のＵＶ硬化型の接着剤が用いられる。【００４６】
（実施の形態５）
図１０は、実施の形態５にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。実施の形態５は、変調方式がＤＱＰＳＫの場合の構成例であり、４つの位相偏移を利用する方式である。対応して、２組のマッハツェンダ型の干渉計１０１，１０１を用い、それぞれに２つの出射端１０１ａ，１０１ｂを有するため、合計で４つの出射端１０１ａ，１０１ｂ，１０１ａ，１０１ｂを備える。【００４７】
このようなＤＱＰＳＫの構成例では、それぞれの干渉計１０１，１０１でみればＤＰＳＫの場合と同様の構造となる。このため、第１のレンズ１１０と、第２のレンズ１２０と、ＰＤユニット３０６を、２組設ける。図１０に示す例では、実施の形態４と同様に、第１のレンズ１１０をスペーサー８０１を設けて干渉計１０１に固定した構成であるが、実施の形態３のように、保持部材７０４を用いて基台３００上に固定する構成とすることもできる。【００４８】
以上説明した各実施の形態では、ＤＰＳＫに対応した２つの位相偏位、またはＤＱＰＳＫに対応した４つの位相偏移に対応する構成を説明した。この光モジュールは、ｎを自然数とした場合に２のｎ乗個の位相偏移変調信号を扱う光モジュール、もしくは２のｎ乗個の位相偏移変調信号に偏光情報を加えた信号を扱う光モジュールにも対応することができる。【００４９】
（実施の形態６）
図１１は、実施の形態６にかかる光モジュールの構成例を示す平面図、図１２は、同側面図である。実施の形態６の構成は、第１のレンズ１１０および第２のレンズ１２０について、上述した各実施の形態で説明した単一枚のレンズではなく、それぞれ複数枚のレンズ群で構成した例である。図示の例では、第１のレンズ１１０を２枚のレンズ１１０ａ，１１０ｂで構成し、第２のレンズ１２０を２枚のレンズ１２０ａ，１２０ｂで構成している。【００５０】
このように、第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０をそれぞれ複数枚のレンズで構成した場合、各レンズ群の焦点距離を第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０の焦点距離とし、それぞれのレンズ群としての主面を第１のレンズ１１０，第２のレンズ１２０の主面とみなせば単一枚のレンズの場合と同じ効果を得ることができる。各群を複数枚で構成すれば、各レンズ群の光学特性を向上させることができる。【００５１】
以上説明した各実施の形態によれば、振動や環境温度など外部環境の変化により、干渉計の端面から出射される光信号の光軸の位置ずれ、および角度ずれが生じても、これらのずれを許容し、受光効率が低下することなく、光電変換素子に高効率で光結合させることができる。【００５２】
これにより、外部環境の変化を受けやすいＰＬＣ等の干渉計を用いながら、光結合効率を維持できる光モジュールを提供できるようになる。また、このような作用効果は、干渉計が有する一対以上の複数対の光信号の出力を、干渉計と、光電変換素子との間に設けた第１のレンズと第２のレンズの相互配置を工夫するだけで簡単に得ることができる。これにより、高速な信号を扱う受光面積が狭いＰＤに対しても高効率で光結合させることができ、高速な光モジュールを簡単な構成で得ることができるようになる。
【符号の説明】
【００５３】
１００  光受信モジュール
１０１  干渉計
１０１ａ，１０１ｂ  出射端
１１０  第１のレンズ
１２０  第２のレンズ
３００  基台
３０１  保持部材
３０２  接着剤
３０３  保持部材
３０４  保持部材
３０５  保持部材
３０６  ＰＤユニット
４０１  保持部材
６０１  合成石英ガラス基板
６０２  光導波路
７０１  熱制御素子
７０２  均熱板
７０３  蓋部材
７０４，７０５，７０６  保持部材
８０１  スペーサー
【図１】
2012160686.tif 000003
【図２】
2012160686.tif 000004
【図３】
2012160686.tif 000005
【図４】
2012160686.tif 000006
【図５】
2012160686.tif 000007
【図６】
2012160686.tif 000008
【図７】
2012160686.tif 000009
【図８】
2012160686.tif 000010
【図９】
2012160686.tif 000011
【図１０】
2012160686.tif 000012
【図１１】
2012160686.tif 000013
【図１２】
2012160686.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月19日(2013.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの光出射端をもつ干渉計と、
少なくとも２つの受光面をもつ光電変換素子と、
前記干渉計と前記光電変換素子との間に設けられ、前記干渉計から出射された光を前記光電変換素子の２つの受光面にそれぞれ光学的に結合させる複数のレンズと、を有し、
前記複数のレンズは、前記干渉計の２つの光出射端に生じる位置ずれの量を前記光電変換素子の２つの受光面上で小さくさせる焦点距離および距離を有して配置したことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記複数のレンズは、
前記干渉計側に配置された第１のレンズと、
前記光電変換素子側に配置された第２のレンズと、を含み、
前記干渉計の２つの光出射端の間隔をＬ１、前記光電変換素子の２つの受光面の間隔をＬ２、前記第１のレンズの焦点距離をＦ１、前記第２のレンズの焦点距離をＦ２とした場合に、
Ｌ１＞Ｌ２、かつ、Ｌ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２
の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記干渉計の２つの光出射端から前記第１のレンズの主面までの距離をｄ１、前記第１のレンズの主面から前記第２のレンズの主面までの距離をｄ２、前記第２のレンズの主面から前記光電変換素子の２つの受光面までの距離をｄ３とした場合に、
ｄ１＝Ｆ１、ｄ２＝Ｆ１＋Ｆ２、ｄ３＝Ｆ２
の条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第２のレンズと、前記光電変換素子は、前記干渉計の２つの光出射端のずれの影響を受けない部材に固定されたことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記第２のレンズと、前記光電変換素子と、前記干渉計は、それぞれ基台上から独立して設けられた保持部材に設けられ、
前記第１のレンズは、前記干渉計の２つの出射端側に、保持部材により固定されていることを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記光電変換素子は、前記干渉計の２つの光出射端のずれの影響を受けない部材に固定されたことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記光電変換素子と、前記干渉計は、それぞれ基台上から独立して設けられた保持部材に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記第１のレンズ、および前記第２のレンズは、それぞれ複数のレンズを含むことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記干渉計は、２つの光出射端を１組として複数組有し、
前記光電変換素子は、２つの受光面を１組として複数組有し、
前記第１のレンズ、および前記第２のレンズは、それぞれの組の前記干渉計と、前記光電変換素子の間に設けられることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記干渉計は、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）型干渉計であり、
前記干渉計は、温度制御素子により温度制御されることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムは通信容量が増大しており、これに対応するためにＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）や、ＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）などの変調、復調技術が利用されている。これらのＤＰＳＫやＤＱＰＳＫは、従来のＮＲＺ（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）やＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）方式に比べて伝送するデータ速度が高速な場合に有利であり、情報を光信号の位相変化により搬送する。
【０００３】
ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫなどの差動位相復調をおこなう光受信モジュールを例に説明する。光受信モジュールでは主に１組の干渉計（マッハツェンダ干渉計）と、光電変換素子から構成される。干渉計は、２つの出射端を有し、入力ファイバなどから入力された光信号は干渉計を通り、この２つの出射端から出射される。ＤＰＳＫの場合には、２つの出射端から出射された光信号の位相はπずれた信号となる。出射された２つの光信号は、２つの光電変換素子（以下ＰＤ）に入射し、復調され電気信号へと変換される（たとえば、下記特許文献１〜３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４５９４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２０１９３９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の光受信モジュールに用いられる干渉計には、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が用いられることが一般的である。しかし、このＰＬＣは応力に弱く、応力が存在すると導波路に歪みが生じ、偏波波長依存性が変化して、光学特性を劣化させる問題を有している。このため、ＰＬＣを固定する際には、保持部材との間で発生する熱応力を緩和するために、保持部材との間にシリコーン系などの低ヤング率接着剤を用いることが多い。また、この接着層の厚さは、充分に応力を緩和するために数１００μｍの厚みになることもある。このような結果、ＰＬＣを用いた光受信モジュールは、振動や環境温度の変化を受けると、対応してＰＬＣ部の変動が大きくなり、光軸の角度ずれが生じやすい。
【０００６】
また、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫ用の光受信モジュールに用いられるＰＤは、高速な信号を取り扱うために、容量を小さくする必要がある。対応して、受光面の受光面積が狭く、径で数１０μｍ以下、ものによっては数μｍ程度の場合もある。これにより、ＰＬＣから出射される光信号に角度ずれ、位置ずれが生じるとＰＤに光結合させにくい。
【０００７】
以上により、光受信モジュールにおいては、外部環境が変化すると、光信号の出射側であるＰＬＣ部の光軸ずれが生じ、さらに、光信号の入射側であるＰＤの受光面積が狭いために、ＰＤに光結合しにくくなる。これらにより、ＰＤに入射する光信号のパワーの変動が大きくなり、受光効率が低下するという課題を有している。
【０００８】
開示の技術は、上述した従来技術による問題点を解消するため、外部環境が変化しても、干渉計と光電変換素子との間の光結合を受光効率の変動が少なく高効率化できる光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、開示の光モジュールは、２つの光出射端をもつ干渉計と、２つの受光面をもつ光電変換素子と、前記干渉計と前記光電変換素子との間に設けられ、前記干渉計側に配置された第１のレンズと、前記光電変換素子側に配置された第２のレンズとを有し、前記干渉計の２つの光出射端の間隔をＬ１、前記光電変換素子の２つの受光面の間隔をＬ２、前記第１のレンズの焦点距離をＦ１、前記第２のレンズの焦点距離をＦ２とした場合に、Ｌ１＞Ｌ２、かつ、Ｌ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２の条件を満たすように設ける。
【発明の効果】
【００１０】
開示の技術によれば、外部環境が変化しても、干渉計と光電変換素子との間の光結合を受光効率の変動が少なく高効率化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる光モジュールを示す平面図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる光モジュールの光軸ずれの状態を示す側面図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる光モジュールの各部品の配置構成例を示す側面図である。
【図４】図４は、実施の形態２にかかる光モジュールの各部品の配置構成例を示す側面図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかる光モジュールの光軸ずれの状態を示す側面図である。
【図６】図６は、実施の形態３にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。
【図７】図７は、実施の形態３にかかる光モジュールの構成例を示す側面図である。
【図８】図８は、実施の形態４にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。
【図９】図９は、実施の形態４にかかる光モジュールの構成例を示す側面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態５にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態６にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態６にかかる光モジュールの構成例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光モジュールを示す平面図である。以下に説明する光モジュールは、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫなどの差動位相偏移変調信号に用いられる光受信モジュールである。
【００１４】
光受信モジュール１００は、マッハツェンダ型のＰＬＣの干渉計１０１と、第１のレンズ１１０と、第２のレンズ１２０と、一対の光電変換素子（ＰＤ）１０４ａ，１０４ｂと、を含む。
【００１５】
干渉計１０１は、入力側の光ファイバなどから入力された光信号が分岐部１３１で分岐され、分岐した光信号をそれぞれ光導波路１３２および光導波路１３３へ出力する。光導波路１３２および光導波路１３３のそれぞれは、分岐部１３１から出力された光を干渉部１３４へ出力する。また、光導波路１３２に対し、光導波路１３３は導波路長が長く、遅延差を有し、干渉部１３４へ出力される光信号には遅延差が生じる。
【００１６】
干渉部１３４は、光導波路１３２および光導波路１３３から出力された各光を干渉させ、干渉により得られた各光信号を２つの出射端（出力ポート）１０１ａ，１０１ｂからそれぞれ出力する。これにより、干渉部１３４へ入力される位相変調の光信号が、強度変調の光信号に変換されて出力される。
【００１７】
干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂから出射される光信号は、２枚のレンズ（第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０）により、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面に結合される。図１には、中心の光軸だけを記載してあり、光信号の拡がりは省略してある。ここで、干渉計１０１側の第１のレンズ１１０の焦点距離をＦ１、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂ側の第２のレンズ１２０の焦点距離をＦ２、干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂの中心間距離をＬ１、２つのＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面間の中心間距離をＬ２とした場合に、
Ｌ１＞Ｌ２、かつＬ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２の条件を満たす構成とする。
【００１８】
また、干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂから第１のレンズ１１０の主面までの距離をｄ１、第１のレンズ１１０の主面から第２のレンズ１２０の主面までの距離をｄ２、第２のレンズ１２０から光電変換素子（ＰＤ）１０４ａ，１０４ｂの受光面までの距離をｄ３とした場合に、ｄ１＝Ｆ１、ｄ２＝Ｆ１＋Ｆ２、ｄ３＝Ｆ２、の条件を満たすようにする。
【００１９】
一対の光電変換素子１０４ａ，１０４ｂは、干渉計１０１から出力された各光をバランス受信し、バランス受信により得られた信号（電気信号）を出力する。
【００２０】
図２は、実施の形態１にかかる光モジュールの光軸ずれの状態を示す側面図である。仮に図２に示すように干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂから出射される光信号が理想状態（初期状態）では、２つのレンズ（第１のレンズ１１０および第２のレンズ１２０）の中心とＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面の中心に位置していたとする。
【００２１】
そして、環境変化等により、干渉計１０１に変動が生じた場合の出射端１０１ａ，１０１ｂの中心線からの位置ずれをｘ０、角度ずれをθ０、第１のレンズ１１０の主面から第２のレンズ１２０方向に距離Ｆ１離れた面を第１のレンズ１１０の焦点面とすると、第１のレンズ１１０の焦点面での光信号の中心線からの位置ずれｘ１，角度ずれθ１は、
ｘ１＝Ｆ１×θ０        …（１）
θ１＝ｘ０／Ｆ１        …（２）
となる。
【００２２】
ここで、（１）〜（４）式では、説明の簡略化のためにレンズの収差は無視し、θ０，θ１，θ２は微小な量として、Ｓｉｎ（θ）＝θと仮定している。以降の式に関しても同様である。
【００２３】
また、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面での中心線からの位置ずれをｘ２，角度ずれをθ２とすると、
ｘ２＝Ｆ２×θ１        …（３）
θ２＝ｘ１／Ｆ２        …（４）
となる。
【００２４】
したがって、式（１）、（２）、（３）、（４）により、
ｘ２＝Ｆ２／Ｆ１×ｘ０  …（５）
θ２＝Ｆ１／Ｆ２×θ０  …（６）
となる。
【００２５】
つまり、Ｆ２＞Ｆ１であるから、ｘ２つまりＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面からの光信号の位置ずれは、干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂでの光信号の位置ずれｘ０に比べてＦ２／Ｆ１に圧縮されて小さくなり、角度ずれθ２は角度ずれθ０に比べてＦ１／Ｆ２に拡大されて大きくなる。
【００２６】
ここで、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫに用いられるＰＤ１０４ａ，１０４ｂは、受光面の面積が小さいために、受光効率特性に関してみると、位置ずれに対しては弱いが、受光面に入射さえすれば、ファイバ結合などに比べて角度ずれに対しては強いという特徴がある。すなわち、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂは、受光面に対して角度を有して光信号が入射しても、所定の受光感度を有する。この結果、干渉計１０１が環境変化を受けて、出射端１０１ａ，１０１ｂから出射される光信号に位置ずれや角度ずれ等の変動が生じたとしても受光効率の変動を抑えることができる。すなわち、環境変化に対して安定した受光効率を維持できる光モジュールを得ることができる。
【００２７】
また、干渉計１０１の２つの出射端１０１ａ，１０１ｂからの光信号は基本的に基板端面から互いに平行に出射される。出射端１０１ａ，１０１ｂの間隔をＬ１とすれば、上記（５）式のｘ０＝Ｌ１とすることにより、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面での２つの光信号の間隔Ｌ２は、
Ｌ２＝Ｆ２／Ｆ１×Ｌ１  …（７）
となる。
【００２８】
このように、Ｌ２／Ｌ１＝Ｆ２／Ｆ１と設定することにより、第２のレンズ１２０を透過後の光信号が平行にＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面と同じ間隔で出射されることになるため、製造時の調整を容易におこなえ、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの光軸方向の変動があっても受光効率の低下が小さくなる。
【００２９】
図３は、実施の形態１にかかる光モジュールの各部品の配置構成例を示す側面図である。上述した構成、すなわち、干渉計１０１の位置ずれや角度ずれの変動が生じても、第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂがいずれも影響を受けない（変動しない）構成例を示した。この構成例では、干渉計１０１自体に第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂを固定しないか、もしくは、第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂを固定する保持部材が固定されていない構造としている。
【００３０】
図３の構成例を説明すると、基台３００上に、保持部材３０１を設け、この保持部材３０１上には、シリコーン系などの低ヤング率の接着剤３０２を用いて、干渉計１０１を設ける。また、干渉計１０１から独立して、基台３００上に保持部材３０３を介して第１のレンズ１１０を設ける。同様に、基台３００上に保持部材３０４を介して第２のレンズ１２０を設ける。さらに、基台３００上に保持部材３０５を介してＰＤ１０４ａ，１０４ｂを収容するＰＤユニット３０６を設ける。ＰＤユニット３０６は、一対のＰＤ１０４ａ，１０４ｂを保持する。
【００３１】
なお、図示しないが、干渉計１０１に第１のレンズ１１０と、第２のレンズ１２０を固定する構造とした場合の例を参考例として示す。干渉計１０１に位置ずれｘ０、角度ずれθ０が発生するとＰＤ１０４ａ，１０４ｂ上の位置ずれｘ２と角度ずれθ２は、
ｘ２＝ｘ０＋（２×Ｆ１＋２×Ｆ２）×Ｔａｎ（θ０）    …（８）
θ２＝θ０      …（９）
となり、角度ずれについては増大しないが、位置ずれについてはもとの位置ずれ以上に大きくなるため、効果を得ることができない。
【００３２】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２にかかる光モジュールの各部品の配置構成例を示す側面図である。図４に示す構成例は、干渉計１０１に保持部材４０１を介して第１のレンズ１１０を固定する構造としたものである。保持部材４０１は、たとえばアクリル樹脂またはエポキシ樹脂を含む、光結合用の紫外線硬化型の接着剤を用いることができる。他の構成は、図３と同様であり、基台３００上に保持部材３０４を介して第２のレンズ１２０を設け、基台３００上に保持部材３０５を介してＰＤ１０４ａ，１０４ｂを収容するＰＤユニット３０６を設ける。なお、図４では第１のレンズ１１０として全球型のレンズが用いられているが、半球型のレンズを用いることもできる。第１のレンズ１１０として半球型のレンズを用いる場合、レンズの平面部からの反射光が干渉計へ入射されるのを防ぐために、半球型のレンズを干渉計１０１の出射面に対して傾けて配置することもできる。
【００３３】
図５は、実施の形態２にかかる光モジュールの光軸ずれの状態を示す側面図である。干渉計１０１に位置ずれｘ０、角度ずれθ０が発生したとし、第２のレンズ１２０から第１のレンズ１１０側に距離Ｆ２離れた面を第２のレンズ１２０の焦点面とすると、この面での中心線からの位置ずれｘ１と、角度ずれθ１は、
ｘ１＝ｘ０＋（２×Ｆ１）×Ｔａｎ（θ０）      …（１０）
θ１＝θ０        …（１１）
となり、ＰＤ受光面１０４ａ，１０４ｂの中心線からの位置ずれをｘ２，角度ずれをθ２とすると、
ｘ２＝Ｆ２×θ０  …（１２）
θ２＝〔ｘ０＋（２×Ｆ１）×Ｔａｎ（θ０）〕／Ｆ２    …（１３）
となる。
【００３４】
ここで、保持部材４０１が干渉計１０１に固定されているため、θ０が微小であり、結果、ｘ２＜ｘ０の場合、初期的な位置ずれを圧縮できるが、θ２はいかなる値のθ０であろうとも大きくなる。結果として、この実施の形態２は、実施の形態１に比べてθ２は大きくなるが、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面がその角度ずれを許容でき、初期的な角度ずれθ０に対して、Ｆ２＜ｘ０／θ０となるように第２のレンズ１２０の焦点距離Ｆ２を選択すれば用いることができる。
【実施例】
【００３５】
上述した各実施の形態の構成例について具体的な数値を用いて効果を説明する。まず、干渉計１０１の位置ずれｘ０＝１０μｍ、角度ずれθ０＝０．１°とし、第１のレンズ１１０の焦点距離Ｆ１＝１０ｍｍ、第２のレンズ１２０の焦点距離Ｆ２＝２ｍｍ、干渉計１０１〜第１のレンズ１１０主面間の距離、第１のレンズ１１０主面〜第２のレンズ１２０主面間の距離、第２のレンズ１２０主面〜ＰＤ１０４ａ，１０４ｂ受光面間の距離はそれぞれ、Ｌ１＞Ｌ２、かつＬ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２の条件を満たし、ｄ１＝Ｆ１、ｄ２＝Ｆ１＋Ｆ２、ｄ３＝Ｆ２、の条件を満たしているものとする。
【００３６】
以上のような条件によれば、実施の形態１においては、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂ受光面での位置ずれｘ２＝２μｍ、角度ずれθ２＝０．５°となる。実施の形態２においては、ｘ２＝３．５μｍ、角度ずれθ２＝１．３°となる。なお、上記参考例の場合にはｘ２＝５２μｍ、角度ずれθ２＝０．１°となる。
【００３７】
そして、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの受光面の受光効率に対するｘ２、θ２の許容量は、ＰＤ１０４ａ，１０４ｂの性能により異なるが、ｘ２は数μｍ以内、θ２は数°以内であれば許容範囲であることが多い。このため、実施の形態１、実施の形態２のいずれの構成においても、位置ずれも角度ずれも許容範囲に収めることができる。これに対し、参考例の場合には、角度ずれは許容範囲であるが、位置ずれは許容範囲を大きく外れることとなる。
【００３８】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３にかかる光モジュールの構成例を示す平面図、図７は、同側面図である。これら図６、図７は、変調方式がＤＰＳＫの場合の構成例である。干渉計１０１は、たとえば、合成石英ガラス基板６０１上に、光導波路６０２を形成することで形成する。光導波路６０２は、たとえば石英やＬＮ（リチウムナイオベート）、その他の半導体材料を用いて構成される。
【００３９】
ＤＰＳＫでは、干渉計１０１内で分岐される一対の光導波路６０２，６０２で１組のマッハツェンダ干渉計を形成し、２つの出射端１０１ａ，１０１ｂから光信号を出射する。外部からこの干渉計１０１に対する光信号の入力は、図示のように入力ファイバ６０３を直接、干渉計１０１の入射端１０１ｃに接続するバットジョイント構成や、入力ファイバの光を一度空間に出射させてからレンズを介して干渉計１０１の入射端１０１ｃに結合させる構成などがある。
【００４０】
また、図７に示すように、干渉計１０１は波長変動を抑制するためにペルチエ素子やヒーター等の熱制御素子７０１を用いて一定温度になるように温度制御する。熱制御素子７０１は、基台３００上に設けられる。また、干渉計１０１内部の温度を一様にするために、熱制御素子７０１の上に、熱伝導率の大きいＣｕやＣｕＷで形成される均熱板７０２を設け、この均熱板７０２の上に、たとえばシリコーン系接着剤などの低ヤング率の接着剤３０２を用いて干渉計１０１を固定する。接着剤３０２としてシリコーン系接着剤を用いることにより、均熱板７０２と干渉計１０１との間に発生する応力の緩和を図ることができる。
【００４１】
また、一般的にＰＤ１０４ａ，１０４ｂは、湿度に弱いために基台３００上に蓋部材７０３を設け、内部の気密封止をおこなっている。これら基台３００、蓋部材７０３からなるパッケージの材質としては、たとえば気密封止材として用いられるセラミックと線膨張係数が近いコバールが使用される。
【００４２】
そして、実施の形態３の構成例では、図７に示すように、基台３００上に第１のレンズ１１０の保持部材７０４と、第２のレンズ１２０の保持部材７０５と、ＰＤユニット３０６の保持部材７０６をそれぞれ設ける。これら保持部材７０４，７０５，７０６の材質としては、パッケージの材質にあわせてコバール、または線膨張係数の小さいインバーやスーパーインバー、もしくは石英ガラスなどが使用される。これら保持部材７０４，７０５，７０６は、ＹＡＧ溶接やＵＶ硬化型の接着剤を使用すれば固着後の位置調整が可能である。また、調整が必要ない場合には熱硬化型の接着剤を用いることができる。また、これらの保持部材７０４，７０５，７０６は、基台３００と一体化して突出形成することもできる。
【００４３】
また、第１のレンズ１１０と、第２のレンズ１２０の材質は、たとえば石英ガラスや、保持部材との兼ね合いでＢＫ７やＳＦ１１、パイレックス（登録商標）などの一般的なガラスを用いることもできる。その他、第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０の両方、もしくは片方が非球面レンズの場合には、レンズメーカ特有のガラス材質を使用することもできる。これら第１のレンズ１１０、および第２のレンズ１２０の保持部材７０４，７０５への固定は、位置調整後にＵＶ硬化型の接着剤が使用される。
【００４４】
（実施の形態４）
図８は、実施の形態４にかかる光モジュールの構成例を示す平面図、図９は、同側面図である。これら図８、図９は、変調方式がＤＰＳＫの場合の他の構成例である。実施の形態４の構成は、干渉計１０１の出射端１０１ａ，１０１ｂ部分に透明なガラス材質からなるスペーサー（保持部材）８０１を固定し、スペーサー８０１に半球型の第１のレンズ１１０を固定する。第２のレンズ１２０と、ＰＤユニット３０６については、実施の形態３同様に、保持部材７０５，７０６を用いて固定する。
【００４５】
上記のように、スペーサー８０１を用いた構成では、実施の形態３に比べてスペースと製造性の面で有利である。また、スペーサー８０１のガラス材質には、第１のレンズ１１０などと同じように、石英ガラス、ＢＫ７やＳＦ１１、パイレックスなどが用いられる。スペーサー８０１と第１のレンズ１１０の固定には、光信号が通過するために上述のガラス類と屈折率が整合し、光信号の波長帯に対して透過率の高い、光路結合用のＵＶ硬化型の接着剤が用いられる。
【００４６】
（実施の形態５）
図１０は、実施の形態５にかかる光モジュールの構成例を示す平面図である。実施の形態５は、変調方式がＤＱＰＳＫの場合の構成例であり、４つの位相偏移を利用する方式である。対応して、２組のマッハツェンダ型の干渉計１０１，１０１を用い、それぞれに２つの出射端１０１ａ，１０１ｂを有するため、合計で４つの出射端１０１ａ，１０１ｂ，１０１ａ，１０１ｂを備える。
【００４７】
このようなＤＱＰＳＫの構成例では、それぞれの干渉計１０１，１０１でみればＤＰＳＫの場合と同様の構造となる。このため、第１のレンズ１１０と、第２のレンズ１２０と、ＰＤユニット３０６を、２組設ける。図１０に示す例では、実施の形態４と同様に、第１のレンズ１１０をスペーサー８０１を設けて干渉計１０１に固定した構成であるが、実施の形態３のように、保持部材７０４を用いて基台３００上に固定する構成とすることもできる。
【００４８】
以上説明した各実施の形態では、ＤＰＳＫに対応した２つの位相偏位、またはＤＱＰＳＫに対応した４つの位相偏移に対応する構成を説明した。この光モジュールは、ｎを自然数とした場合に２のｎ乗個の位相偏移変調信号を扱う光モジュール、もしくは２のｎ乗個の位相偏移変調信号に偏光情報を加えた信号を扱う光モジュールにも対応することができる。
【００４９】
（実施の形態６）
図１１は、実施の形態６にかかる光モジュールの構成例を示す平面図、図１２は、同側面図である。実施の形態６の構成は、第１のレンズ１１０および第２のレンズ１２０について、上述した各実施の形態で説明した単一枚のレンズではなく、それぞれ複数枚のレンズ群で構成した例である。図示の例では、第１のレンズ１１０を２枚のレンズ１１０ａ，１１０ｂで構成し、第２のレンズ１２０を２枚のレンズ１２０ａ，１２０ｂで構成している。
【００５０】
このように、第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０をそれぞれ複数枚のレンズで構成した場合、各レンズ群の焦点距離を第１のレンズ１１０、第２のレンズ１２０の焦点距離とし、それぞれのレンズ群としての主面を第１のレンズ１１０，第２のレンズ１２０の主面とみなせば単一枚のレンズの場合と同じ効果を得ることができる。各群を複数枚で構成すれば、各レンズ群の光学特性を向上させることができる。
【００５１】
以上説明した各実施の形態によれば、振動や環境温度など外部環境の変化により、干渉計の端面から出射される光信号の光軸の位置ずれ、および角度ずれが生じても、これらのずれを許容し、受光効率が低下することなく、光電変換素子に高効率で光結合させることができる。
【００５２】
これにより、外部環境の変化を受けやすいＰＬＣ等の干渉計を用いながら、光結合効率を維持できる光モジュールを提供できるようになる。また、このような作用効果は、干渉計が有する一対以上の複数対の光信号の出力を、干渉計と、光電変換素子との間に設けた第１のレンズと第２のレンズの相互配置を工夫するだけで簡単に得ることができる。これにより、高速な信号を扱う受光面積が狭いＰＤに対しても高効率で光結合させることができ、高速な光モジュールを簡単な構成で得ることができるようになる。
【００５３】
上述した本実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００５４】
（付記１）少なくとも２つの光出射端をもつ干渉計と、
少なくとも２つの受光面をもつ光電変換素子と、
前記干渉計と前記光電変換素子との間に設けられ、前記干渉計から出射された光を前記光電変換素子の２つの受光面にそれぞれ光学的に結合させる複数のレンズと、を有し、
前記複数のレンズは、前記干渉計の２つの光出射端に生じる位置ずれの量を前記光電変換素子の２つの受光面上で小さくさせる焦点距離および距離を有して配置したことを特徴とする光モジュール。
【００５５】
（付記２）前記複数のレンズは、
前記干渉計側に配置された第１のレンズと、
前記光電変換素子側に配置された第２のレンズと、を含み、
前記干渉計の２つの光出射端の間隔をＬ１、前記光電変換素子の２つの受光面の間隔をＬ２、前記第１のレンズの焦点距離をＦ１、前記第２のレンズの焦点距離をＦ２とした場合に、
Ｌ１＞Ｌ２、かつ、Ｌ１／Ｌ２＝Ｆ１／Ｆ２
の条件を満たすことを特徴とする付記１に記載の光モジュール。
【００５６】
（付記３）前記干渉計の２つの光出射端から前記第１のレンズの主面までの距離をｄ１、前記第１のレンズの主面から前記第２のレンズの主面までの距離をｄ２、前記第２のレンズの主面から前記光電変換素子の２つの受光面までの距離をｄ３とした場合に、
ｄ１＝Ｆ１、ｄ２＝Ｆ１＋Ｆ２、ｄ３＝Ｆ２
の条件を満たすことを特徴とする付記２に記載の光モジュール。
【００５７】
（付記４）前記第２のレンズと、前記光電変換素子は、前記干渉計の２つの光出射端のずれの影響を受けない部材に固定されたことを特徴とする付記３に記載の光モジュール。
【００５８】
（付記５）前記第２のレンズと、前記光電変換素子と、前記干渉計は、それぞれ基台上から独立して設けられた保持部材に設けられ、
前記第１のレンズは、前記干渉計の２つの出射端側に、保持部材により固定されていることを特徴とする付記４に記載の光モジュール。
【００５９】
（付記６）前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記光電変換素子は、前記干渉計の２つの光出射端のずれの影響を受けない部材に固定されたことを特徴とする付記３に記載の光モジュール。
【００６０】
（付記７）前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記光電変換素子と、前記干渉計は、それぞれ基台上から独立して設けられた保持部材に設けられたことを特徴とする付記６に記載の光モジュール。
【００６１】
（付記８）前記第１のレンズ、および前記第２のレンズは、それぞれ複数のレンズを含むことを特徴とする付記３に記載の光モジュール。
【００６２】
（付記９）前記干渉計は、２つの光出射端を１組として複数組有し、
前記光電変換素子は、２つの受光面を１組として複数組有し、
前記第１のレンズ、および前記第２のレンズは、それぞれの組の前記干渉計と、前記光電変換素子の間に設けられることを特徴とする付記３に記載の光モジュール。
【００６３】
（付記１０）前記干渉計は、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）型干渉計であり、
前記干渉計は、温度制御素子により温度制御されることを特徴とする付記３に記載の光モジュール。
【００６４】
（付記１１）前記干渉計と、前記温度制御素子との間には、均熱板が設けられることを特徴とする付記１０に記載の光モジュール。
【００６５】
（付記１２）前記干渉計は、シリコーン系の接着剤により前記均熱板上に固定されることを特徴とする付記１１に記載の光モジュール。
【符号の説明】
【００６６】
１００  光受信モジュール
１０１  干渉計
１０１ａ，１０１ｂ  出射端
１１０  第１のレンズ
１２０  第２のレンズ
３００  基台
３０１  保持部材
３０２  接着剤
３０３  保持部材
３０４  保持部材
３０５  保持部材
３０６  ＰＤユニット
４０１  保持部材
６０１  合成石英ガラス基板
６０２  光導波路
７０１  熱制御素子
７０２  均熱板
７０３  蓋部材
７０４，７０５，７０６  保持部材
８０１  スペーサー
【国際調査報告】
2012160686.tif 000015
2012160686.tif 000016
2012160686.tif 000017
2012160686.tif 000018