(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、該光ファイバからの出射光を集光するために、光軸が該光ファイバの光軸と一致させて配置されたレンズと、該レンズにて集光される光をデフォーカス状態で受光するように配置された受光素子とを有し、２次相互変調歪が−８０ｄＢｃ未満である光伝送モジュールにおいて、
該レンズは光軸上に２つ以上の焦点を持つレンズであり、これらの焦点間に該受光素子を配置した光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光伝送装置に関し、より詳しくは、光ファイバ、受光素子及び光ファイバと受光素子とを光学的に結合させるレンズを有して構成される光伝送モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３はこの種の光伝送モジュールの一従来例を示す。この光伝送モジュールは、光ファイバ３１と、光ファイバ３１からの出射光を集光するレンズ３２と、受光素子（半導体受光素子）３３とで構成されている。
【０００３】
光ファイバ３１からの出射光はレンズ３２により集光され、光軸３５上の焦点３４１で結像する。なお、図中の符号３４は光ファイバ３１から出射された光が受光素子３３に到達するまでの光路を示す。
【０００４】
ここで、受光素子３３は、光軸３５が受光領域の中心を垂直に通り、かつ焦点３４１に受光素子３３の受光領域の中心が来るように位置している。
【０００５】
次に、図３に示す光伝送モジュールの動作を説明する。
【０００６】
光ファイバ３１より出射された光はレンズ３２により集光され、受光素子３３の受光領域に入射する。入射した光は空乏化された光吸収層内においてキャリアを生成する。このキャリアは受光素子３３に印加されている逆バイアス電圧による電界によって加速される。このため、光電流を外部へ取り出すことができ、光信号として検出できる。
【０００７】
ところで、光ＣＡＴＶ等のアナログ伝送システムで用いられる光伝送モジュールにおいては、極めて低い相互変調歪特性が要求される。具体的には、２次相互変調歪＜−８０ｄＢｃという目標値を満足しなければならない。
【０００８】
しかるに、図３に示した従来の光伝送モジュールでは、受光素子３３が焦点３４１に位置しているため、受光領域内に発生するキャリアの密度が高く、空間電荷効果によって上記の２次相互変調歪の目標値を満足することが困難であった。
【０００９】
ここで、空間電荷効果とは、空乏層内の電界が多量に生成されたキャリアによって打ち消されるため本来の電界分布が歪む現象をいい、この空乏層内の電界分布の歪みにより空乏層内に移動の速いキャリアと遅いキャリアが発生する。これが原因となって、２次相互変調歪が発生し、伝送特性が劣化するのである。
【００１０】
このような問題点を解決するものとして、特開平５−２２４１０１号公報に開示された半導体受光装置がある。図４（ａ）、（ｂ）はこの半導体受光装置を示す。
【００１１】
この半導体受光装置は、光ファイバ４１と、光ファイバ４１からの出射光を集光するレンズ４２と、受光素子４３とで構成されており、光ファイバ４１からの出射光は受光素子４３の表面の後方又は前方で集光されるようになっている。
【００１２】
即ち、同図（ａ）の場合は、受光素子４３は受光領域が焦点４４１の前方になるように位置している。また、同図（ｂ）の場合は、受光素子４３は受光領域が焦点４４１の後方になるように位置している。
【００１３】
従って、いずれの場合も、受光素子４４の受光領域内にはデフォーカス状態の光束が入射するため、受光領域内での単位面積あたりの光量が低下する。このため、受光領域内に発生するキャリアの密度は低下し、空間電荷効果の影響は減少する。この結果、２次相互変調歪が低減され、図３に示す光伝送モジュールの場合に比べて伝送特性が改善される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−２２４１０１号公報に開示された半導体受光装置では、以下に示す問題点がある。
【００１５】
今、この半導体受光装置において、受光素子４３の取付位置が、光軸上で焦点４４１から遠ざかる方向（図４（ａ）では光軸方向、図４（ｂ）では光軸と反対方向）にずれた場合について説明する。
【００１６】
受光素子４３の取付位置の光軸方向の位置ずれによって、レンズ４２により集光された光束の受光素子４３上での面積が受光領域の面積より大きくなると、受光領域に入る光量が低下し、光ファイバ４１と受光素子４３との光結合効率が急激に低下する。
【００１７】
ここで、光結合効率に一定の最低目標値を設定すると、光軸方向の取付位置の許容量が決定される。
【００１８】
しかるに、図４に示す半導体受光装置の構造では、受光素子４３の光軸方向の取付位置許容量を大きくできないため、光軸方向の位置調整が簡略化できないという新たな課題がある。
【００１９】
即ち、図３に示すものに比べて伝送特性を改善できるという利点を有するものの、光結合効率の急激な低下を防止する必要があるため、受光素子４４の光軸方向の位置調整が非常に煩わしいものになるという問題点がある。
【００２０】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、伝送特性の改善と併せて、受光素子の光軸方向の取付位置許容量を大きくでき、結果的に受光素子の光軸方向の位置調整を簡略化できる光伝送モジュールを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送モジュールは、光ファイバと、該光ファイバからの出射光を集光するために、光軸が該光ファイバの光軸と一致させて配置されたレンズと、該レンズにて集光される光をデフォーカス状態で受光するように配置された受光素子とを有し、２次相互変調歪が−８０ｄＢｃ未満である光伝送モジュールにおいて、該レンズは光軸上に２つ以上の焦点を持つレンズであり、これらの焦点間に該受光素子を配置したおり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
以下に本発明の作用を説明する。
【００２３】
まず、本発明では、受光素子は、複数の焦点間に配置されるため、その受光領域にはデフォーカス状態で光束が入射する。よって、空間電荷効果の影響を低減できるので、図３の場合に比べて伝送特性を改善することが可能である。
【００２４】
加えて、本発明では、レンズとして複数の焦点を持つレンズを用いているので、図４の半導体受光装置と比較すると、受光素子の光軸方向の取付位置許容量を大きくできる。以下にその理由を２焦点を有するレンズを用いた場合を例にとって、図２に基づき説明する。
【００２５】
ここで、図２中の曲線Ｅ１は図４のように１つの焦点を持つレンズ４２を用いた場合の光ファイバと受光素子との光結合効率の変化を示し、曲線Ｅ２は２つの焦点を持つレンズを用いた場合の光結合効率の変化を示している。
【００２６】
光結合効率の最低目標値Ｅ０で決まる光軸方向の取付位置許容量は曲線Ｅ１、Ｅ２でそれぞれＺ１、Ｚ２であり、２つの焦点を持つレンズ２（図１参照）を用いる系の許容量の方が大きくなっている（Ｚ２＞Ｚ１）。
【００２７】
これは、レンズ２の領域２−１、２−２、つまりレンズ２−１、２−２（図１参照）からそれぞれ出射される光と受光素子との光結合効率の曲線Ｅ２１、Ｅ２２が光軸方向にずれているため、２つの曲線Ｅ２１、Ｅ２２を重畳すると、光結合効率の最高値は低下するが、光結合効率の変化の少ない平坦な部分が広がることによる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
【００２９】
（実施形態）
図１及び図２は本発明光伝送モジュールの実施形態を示す。図１に示すように、この光伝送モジュールは、光ファイバ１と、光ファイバ１からの出射光を集光するレンズ２と、受光素子（半導体受光素子）３とで構成されている。但し、このレンズ２は２つの焦点を有するレンズであり、この点で、図３及び図４に示す従来例の構成とは明確に異なっている。以下にレンズ２の詳細について説明する。
【００３０】
図１に示すように、このレンズ２は２つのレンズ２−１、２−２を同軸配置した複合型レンズであり、各レンズ２−１、２−２は光軸５上で互いに異なる位置の焦点４−１、４−２を持っている。そして、光軸５上の両焦点４−１、４−２間に受光素子３が配置されており、受光素子３の受光領域の中心を光軸５が垂直に通る構成になっている。
【００３１】
上記構成において、光ファイバ１から出射された光はレンズ２−１、２−２でそれぞれ集光され、光軸５上の焦点４−１、４−２で結像する。
【００３２】
本実施形態の光伝送モジュールは、集光レンズとして、２焦点を有するレンズ２を備えているため、伝送特性の改善を図った図４の半導体受光装置と比較すると、受光素子３の光軸方向の取付位置許容量を大きくできる、といった効果を奏することができる。
【００３３】
以下にその理由を図２に基づき説明する。但し、図２はレンズ２と受光素子３との相対位置に対する受光素子３への結合効率の関係を示している。
【００３４】
ここで、図２中の曲線Ｅ１は図４のように１つの焦点を持つレンズ４２を用いた場合の光ファイバ１と受光素子３との光結合効率の変化を示し、曲線Ｅ２は２つの焦点を持つレンズ２を用いた場合の光結合効率の変化を示している。
【００３５】
光結合効率の最低目標値Ｅ０で決まる光軸５方向の取付位置許容量は曲線Ｅ１、Ｅ２でそれぞれＺ１、Ｚ２であり、図１の２つの焦点を持つレンズ２を用いる系の許容量の方が大きくなっている（Ｚ２＞Ｚ１）。
【００３６】
これは、レンズ２の領域２−１、２−２、つまりレンズ２−１、２−２からそれぞれ出射される光と受光素子３との光結合効率の曲線Ｅ２１、Ｅ２２が光軸５方向にずれているため、２つの曲線Ｅ２１、Ｅ２２を重畳すると、光結合効率の最高値は低下するが、光結合効率の変化の少ない平坦な部分が広がることによる。
【００３７】
加えて、本実施形態の光伝送モジュールも、図４の半導体受光装置と同様に受光素子３の受光領域内にデフォーカス状態で光束が入射し、空間電荷効果の影響を低減できるので、図３の場合に比べて伝送特性を改善することが可能である。
【００３８】
この結果、本実施形態の光伝送モジュールによれば、伝送特性の改善と併せて、受光素子の光軸方向の取付位置許容量を大きくでき、結果的に受光素子の光軸方向の位置調整を簡略化できる、といった効果を奏することができる。
【００３９】
なお、図１に示す実施形態では、レンズとして、２つの焦点を持つレンズ２を用いているが、３つ以上の焦点を持つレンズを用いる場合も上記同様の理由により同様の効果を奏することが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上の本発明光伝送モジュールによれば、レンズとして、光軸上に２つ以上の焦点を持つレンズを用い、これらの焦点間に受光素子を配置する構成をとるため、上記した理由により、伝送特性の改善と併せて、受光素子の光軸方向の取付位置許容量を大きくでき、結果的に受光素子の光軸方向の位置調整を簡略化できる、といった効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す光伝送モジュールの断面図。
【図２】レンズと受光素子との相対位置に対する光結合効率の変化を示すグラフ。
【図３】光伝送モジュールの一従来例を示す断面図。
【図４】光伝送モジュールの他の従来例を示す、（ａ）は受光素子の受光領域が焦点の前方になるように位置している場合の断面図、（ｂ）は受光素子の受光領域が焦点の後方になるように位置している場合の断面図。
【符号の説明】
１  光ファイバ
２  レンズ
２−１、２−２  レンズ２を構成するレンズ
３  受光素子
４−１  レンズ２−１が作る焦点
４−２  レンズ２−２が作る焦点
５  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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