(57)【要約】【課題】ＷＤＮフィルタの特性や入射角の影響を受けることなく、光クロストークを低減できる１パッケージ型の一心双方向光モジュールを提供する。【解決手段】送信光を発光する発光素子４と受信光を受信する受光素子６、並びに、波長合分波フィルタ８を搭載したステム２上に、光透過窓を有するキャップ１１を封着した１パッケージ型の一心双方向光モジュールで、ステム１１上にヒートシンク５を介して発光素子４が実装され、サブマウント７を介して受光素子６が実装され、発光素子４の出射光が受光素子６の受光面６ａを透視する範囲を、ヒートシンク５が遮るように構成される。また、波長合分波フィルタ８と受光素子６の間には、受信波長光の以外の波長光を吸収するカットフィルタ９が配され、ヒートシンク５は送信波長光を透過しない材料で形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信光を発光する発光素子と受信光を受信する受光素子、並びに、波長合分波フィルタを搭載したステム上に、光透過窓を有するキャップを封着した１パッケージ型の一心双方向光モジュールであって、
前記ステム上にヒートシンクを介して前記発光素子が実装され、サブマウントを介して前記受光素子が実装され、前記発光素子の出射光が前記受光素子の受光面を透視する範囲を、前記ヒートシンクが遮るように構成されていることを特徴とする一心双方向光モジュール。
【請求項２】
前記波長合分波フィルタと前記受光素子の間に、受信波長光の以外の波長光を吸収するカットフィルタが配されていることを特徴とする請求項１に記載の一心双方向光モジュール。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、送信波長光を透過しない材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の一心双方向光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのパッケージ内に発光素子および受光素子を搭載し、光信号の送受信に用いられる同軸型の一心双方向光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信技術の進展に伴い、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に代表される加入者系通信網（アクセス系）では、より高速で大容量の通信が、適切なコストで可能となるＰＯＮ（Passive Optical Network）システムの導入が進んでいる。このＰＯＮシステムは、一芯双方向通信方式の採用により、局側機器（ＯＬＴ：Optical Line Terminal ）とユーザ側機器（ＯＮＵ：Optical Network Unit ）との間の光ファイバ伝送路のファイバ本数を減らし、メタルケーブル並みの低価格で、より高速なサービスを実現している。具体的には、１本の光ファイバで、１.３１μｍ帯と１.４９μｍ帯の２波長で送受信を行う波長多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）である。
【０００３】
このようなＰＯＮシステムに用いるための一芯双方向光モジュールでは、レーザダイオード等の発光素子（以下、ＬＤという）から出射される送信光を光ファイバに結合させる一方で、光ファイバを伝送してきた受信光をフォトダイオード等の受光素子（以下、ＰＤという）に結合させている。光ファイバと送受信光との結合方法及び結合装置については、今までにも多くの提案がなされている。
【０００４】
従来は、送信用のＬＤを内蔵するＣＡＮパッケージと受信用のＰＤを内蔵するＣＡＮパッケージを用いた２パッケージ構造の光モジュールが、組立ても従来方法で行えるということで、開発が進められていた。しかし、冒頭に記したように、低価格の要求により一芯双方向の通信で、更なるコストダウンを図ることが必要とされ、１つのＣＡＮパッケージ内に送信用のＬＤと受信用のＰＤの両方を内蔵させた１パッケージ構造の一芯双方向光モジュールについても、開発が進められるようになった。
【０００５】
図４は、現在ＯＬＴ側で用いられる１パーケージ構造の一芯双方向光モジュールの一例で、光モジュール１は同軸型のパッケージで形成されている。パッケージ内には、複数のリード端子３が設けられたステム２に信号光を送信するＬＤ４が、冷却のためのヒートシンク５等を介して搭載され、また、受信光を受光するＰＤ６が、サブマウント７等を介して搭載されている。また、ステム２上に搭載されたＬＤ４及びＰＤ６とその他の電子部品を封止するようにして、送信光（ＬＤ光）及び受信光を集光させるレンズ１０を設けたキャップ１１が取付けられている。キャップ１１には、光ファイバとの接続を形成するスリーブ部材（図示せず）を位置決めして保持するホルダ１２が取付け固定されている。
【０００６】
レンズ１０とＬＤ４及びＰＤ６の光学経路上には、送信光（実線で示す）を反射させると共に受信光（点線で示す）を透過させるＷＤＭフィルタ８が傾斜させて配置される。ＬＤ４の出射部４ａから出射された送信光は、このＷＤＭフィルタ８で反射され、レンズ１０で集光されてホルダ１２の開口１２ａを通って、スリーブ部材に固定されているファイバスタブ１３の光ファイバ１３ａに入射され、外部の光ファイバ伝送路に送出される。外部の光ファイバ伝送路から送られてきた受信光は、ファイバスタブ１３の光ファイバ１３ａから出射され、ホルダ１２の開口１２ａを通ってレンズ１０で集光され、ＷＤＭフィルタ８を透過してＰＤ６の受光面６ａで受光される。
【０００７】
また、ＬＤ４から出射された信号光の一部は、ＷＤＭフィルタ８により反射されファイバスタブ１３に入射されて外部に送信される以外に、ＷＤＭフィルタ８をすり抜けたり透過したりして、外部に出射されずにキャップ１１内で反射を繰り返しながら減衰する迷光となる。このキャップ１１内で迷光となった光が、受信用のＰＤ６で受光すると、光クロストークの原因となり、受信特性を劣化させることになる。
【０００８】
これを改善する方法として、ＰＤ６とＷＤＭフィルタ８との間に、特定波長の光を透過し、それ以外の波長を遮断するカットフィルタ９（バンドパスフィルタともいう）を配置し、送信光の漏れ光や反射光がキャップ内で迷光となってＰＤで受光されるのを防止している。
なお、特許文献１には、キャップ表面にＺｎ−Ｎｉメッキなどによる黒色皮膜を設けてＬＤ光の反射による迷光を抑制することが開示され、特許文献２には、キャップ表面に無光沢パラジウムメッキを施して、同様にＬＤ光の反射による迷光を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２０４００６号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図５は、ＬＤ４から出射される送信光の出射状態を模擬的に示した図である。ＬＤ４の出射部４ａから出射される光は、ガウシアンビームであり、例えば、遠視野像（ＦＦＰ：Far Filed Pattern ）は、１／ｅ２の半幅でθ＝２０°〜２５°の広がりを持っている。このため、ＷＤＭフィルタ８は、広がりをもつ送信光が照射されるに十分なサイズのものが必要とされ、少なくともθ＝３０°の広がりの送信光を照射することが可能なサイズのものが用いられる。
【００１１】
ＷＤＭフィルタ８に対する送信光の入射角αは、図５（Ｂ）に示すように、ＷＤＭフィルタ８の反射面の法線に対する角度で表される。すなわち、ＦＲＰの半幅θとすると、入射角αは、（９０°−θ）で表すことができる。例えば、図５（Ｂ）において、ＷＤＭフィルタ８の傾斜角が４５°で、ＦＲＰの半幅θ＝３０°とすると、ＬＤ４の出射部４ａから最も離れた位置での光の入射角αは７５°であり、ＬＤ４の出射部４ａから最も近い位置での光の入射角αは１５°となる。
【００１２】
このＷＤＭフィルタ８に照射された送信光は、レンズ１０方向に向かうように反射されるが、一部はＷＤＭフィルタ８を透過して突き抜ける。このＷＤＭフィルタ８を透過した光は迷光となるが、その透過率は上記の入射角αによって異なるとともに、入射される送信光の波長によっても異なる。この送信光のうち、ＬＤ４のＦＲＰの裾方向でＰＤ６に近い光、すなわち入射角αの小さい光で、ＬＤ４の出射部と受信用のＰＤ６の受光面を結ぶ直線（Ｌ）を通る光は、ＷＤＮフィルタ８とカットフィルタ９を透過して、受信用のＰＤ６で直接受光される可能性がある。この受光量が多いと、光クロストークの原因となり、受信特性を劣化させることになる。
【００１３】
なお、アクセス系のＰＯＮシステムでは、ＯＮＵ側は、送信波長１３１０ｎｍ、受信波長が１４９０ｎｍ、ＯＬＴ側は、送信波長が１４９０ｎｍ、受信波長が１３１０ｎｍが用いられる。このため、ＷＤＭフィルタ８は、ＯＮＵ側に用いるものと、ＯＬＴ側に用いるものとでは、そのＷＤＭフィルタ特性が異なるものが用いられる。
【００１４】
ＯＮＵ側の光モジュールでは、図６（Ａ）に示すようなＷＤＮフィルタ特性のものが用いられる。このＷＤＭフィルタにおいては、入射角が小さい光（ＬＤ４のＦＲＰの裾方向側のＰＤ６に近い光）ほど反射率が高く、透過光は微量である。そして、この透過光は、カットフィルタ９でカットされて、更に微量とされる。このため、ＷＤＮフィルタ８とカットフィルタ９を透過して、受信用のＰＤ６で受光するＬＤ４の送信光は少なく、光クロストークを抑制することができる。具体的には、−４０ｄＢ以下とすることが可能とされている。
【００１５】
一方、ＯＬＴ側の光モジュールでは、図６（Ｂ）に示すようなＷＤＮフィルタ特性のものが用いられる。このＷＤＭフィルタ８においては、入射角が小さい光ほど反射率が低下し、より多くの光が透過する。この透過光は、カットフィルタ９である程度はカットされるが、カットフィルタ９を透過する漏れ光の量はＯＮＵ側と比べると多くなっている。このため、ＷＤＮフィルタ８とカットフィルタ９を透過して、受信用のＰＤ６で受光してしまうＬＤ４の送信光は多く、光クロストークが劣化する。具体的には、−３２ｄＢ前後となる。
【００１６】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、ＷＤＮフィルタの特性や入射角の影響を受けることなく、光クロストークを低減できる１パッケージ型の一心双方向光モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による一心双方向光モジュールは、送信光を発光する発光素子と受信光を受信する受光素子、並びに、波長合分波フィルタを搭載したステム上に、光透過窓を有するキャップを封着した１パッケージ型の一心双方向光モジュールで、ステム上にヒートシンクを介して発光素子が実装され、サブマウントを介して受光素子が実装され、発光素子の出射光が受光素子の受光面を透視する範囲を、ヒートシンクが遮るように構成されていることを特徴とする。
なお、前記の波長合分波フィルタと受光素子の間には、受信波長光の以外の波長光を吸収するカットフィルタが配され、ヒートシンクは送信波長光を透過しない材料で形成されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、送信用の発光素子からの送信光の出射部と、受信用の受光素子の受光面を結ぶ線上の送信光は、発光素子が搭載されるヒートシンクより遮られる。このため、受光素子の受光面が、ＷＤＭフィルタを透過した送信光を直接受光するのを抑制することができ、ＯＬＴ側、ＯＮＵ側のいずれの機器においても、光クロストークを低減でき良好な受信特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一心双方向光モジュールの概略を説明する図である。
【図２】本発明の要部を示す図である。
【図３】本発品と従来品との比較結果を示す図である。
【図４】従来の一心双方向光モジュールの概略を説明する図である。
【図５】従来の送信光の反射と透過を説明する図である。
【図６】ＯＮＵ側とＯＬＴ側の光モジュールに搭載されるＷＤＭフィルタの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による１パッケージ型の一心双方向光モジュールの概略を説明する図で、図中、１は光モジュール、２はステム、３はリード端子、４は発光素子（ＬＤ）、４ａは出射部、５はヒートシンク、５ａは上面、６は受光素子（ＰＤ）、６ａは受光面、７はサブマウント、８はＷＤＭフィルタ、９はカットフィルタ、１０はレンズ、１１はキャップ、１２はホルダ、１２ａは開口、１３はファイバスタブ、１３ａは光ファイバを示す。
【００２１】
本発明による一心双方向光モジュールは、従来例の図４で説明したのと同様に、同軸型の１パッケージで形成される。パッケージ内には、複数のリード端子３が設けられたステム２上に、信号光を送信するＬＤ４が冷却のためのヒートシンク５等を介して搭載され、また、受信光を受光するＰＤ６がサブマウント７等を介して搭載される。また、ステム２上に搭載されたＬＤ４及びＰＤ６とその他の電子部品を封止するようにして、送信光および受信光を集光させるレンズ１０を設けたキャップ１１が取付けられ、パッケージ内が封止される。なお、キャップ１１には、光ファイバとの接続を形成するスリーブ部材（図示せず）を位置決めして保持するホルダ１２が取付け固定される。
【００２２】
レンズ１０とＬＤ４およびＰＤ６の光学経路上には、ＬＤ４から照射される送信光を反射させると共に受信光を透過させるＷＤＭフィルタ８が、所定の傾斜角で配置される。ＬＤ４の出射部４ａから出射された送信光は、このＷＤＭフィルタ８で反射され、レンズ１０で集光されてホルダ１２の開口１２ａを通ってスリーブ部材に固定されているファイバスタブ１３の光ファイバ１３ａに入射され、外部の光ファイバ伝送路に送出される。外部の光ファイバ伝送路から送られてきた受信光は、ファイバスタブ１３の光ファイバ１３ａから出射され、ホルダ１２の開口１２ａを通ってレンズ１０で集光され、ＷＤＭフィルタ８を透過して受信用のＰＤ６で受光される。
【００２３】
また、ＬＤ４の出射部４ａから出射された信号光の一部は、ＷＤＭフィルタ８で反射されてファイバスタブ１３の光ファイバ１３ａに入射されて外部に送信する以外に、ＷＤＭフィルタ８等をすり抜けたり透過したりして、外部に出射されずにキャップ１１内で反射を繰り返しながら減衰する迷光が生じる。このキャップ１１内で迷光となった光は、キャップ内に光吸収層等を設けることにより反射を抑制すると共に、ＰＤ６とＷＤＭフィルタ８との間に配されたカットフィルタ９により減衰させて、ＰＤ６の受光面６ａに受光するのを抑制している。このＰＤ６の受光面６ａに受光される迷光が少なければ少ないほど、光クロストークは低減させることができる。
【００２４】
本発明においては、特に、図５で説明したＬＤ４の送信光のうち、ＬＤ４のＦＲＰの裾方向側のＰＤ６に近い光、すなわち、ＷＤＭフィルタ８への入射角が小さい光で、ＬＤ４の出射部４ａと受信用のＰＤ６の受光面６ａを結ぶ線上を通る光が、ＷＤＮフィルタ８とカットフィルタ９を透過して、受信用のＰＤ６で直接受光しないようにしている。このため、ＬＤ４が搭載されるヒートシンク５のＰＤ６側の少なくとも上面５ａを、突出幅（Ｄ）で示すように、受信用のＰＤ６方向に張り出るように形成する。
【００２５】
図２に示すように、ＬＤ４の出射部４ａから出射され信号光のうち、ＷＤＭフィルタ８に小さい入射角（鋭角）で入射される光成分は、上述したヒートシンク５のＰＤ６側に張り出た上面５ａに当たって、上方に反射させることができる。これには、ＬＤ４の出射部４ａからの出射光が、ＰＤ６の受光面６ａを透視する範囲のラインＥを境として、ヒートシンク５寄り（矢印Ａ方向）の光成分は、全て上記のＰＤ６側に張り出た上面５ａにより遮って、ＷＤＭフィルタ８には当たらないようにする。この結果、ラインＥより矢印Ａ側の光成分は、ＷＤＭフィルタ８を透過せず、ＰＤ６の受光面６ａで直接受光することから防止される。
【００２６】
なお、ＰＤ６の受光面６ａを透視する範囲のラインＥからレンズ１０寄り（矢印Ｂ方向）で、ＷＤＭフィルタ８を透過する光成分は、ＰＤ６の受光面６ａには直接には当たらずに迷光となる。この迷光は、ＷＤＭフィルタ８をすり抜けた迷光と同様に、キャップ内で反射を繰り返して減衰され、また、カットフィルタ９で吸収され、吸収し切れなかった迷光の一部がＰＤ６で受光される。しかしながら、ＬＤ４の出射部４ａから出射してＷＤＭフィルタ８およびカットフィルタ９を透過して直進した送信光は、ヒートシンク５の張り出た上面５ａで反射されるため、この光成分の受光を抑制することができる。
【００２７】
ＯＬＴ側では、図６（Ｂ）で示したように、ＷＤＭフィルタ８の特性からラインＥよりＡ方向寄りの鋭角な入射角の光成分の透過率が大きいことから、この光成分をヒートシンク５の上面５ａで遮ることは、極めて有効である。なお、ＯＬＴ側では、図６（Ａ）で示したように、ＷＤＭフィルタ８の特性から、ラインＥより矢印Ａ方向寄りの鋭角な入射角の光成分の透過率が小さく、この光成分をＰＤ６で受光する量は微量であるが、更にその受光量を軽減することができる。
【００２８】
図３は、ＯＬＴ側の光モジュールで、図４，５の従来品と図１，２の本発明品による光クロストークを測定した比較結果を示す図である。従来品においては、光クロストークが−３０（ｄＢ）〜−３４（ｄＢ）で、平均で−３３（ｄＢ）前後であったが、本発明品によれば、光クロストークが−４０（ｄＢ）〜−４６（ｄＢ）で、平均で−４５（ｄＢ）前後となり、光モジュールの受信性能を改善することができた。
【符号の説明】
【００２９】
１…光モジュール、２…ステム、３…リード端子、４…発光素子（ＬＤ）、４ａ…出射部、５…ヒートシンク、５ａ…上面、６…受光素子（ＰＤ）、６ａ…受光面、７…サブマウント、８…ＷＤＭフィルタ、９…カットフィルタ、１０…レンズ、１１…キャップ、１２…ホルダ、１２ａ…開口、１３…ファイバスタブ、１３ａ…光ファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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