(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を電気信号に変換するフォトダイオードチップと、電気信号を外部に取り出すリードピンと、フォトダイオードチップ及びリードピンを支持するパッケージと、外部から光信号を伝送してくる光ファイバと、光ファイバの端を支持するフェルールとよりなる半導体受光素子において、所望の波長の光を選択的に反射するファイバグレーティングフィルタがフェルール内部の光ファイバの一部に設けられ、フェルールがパッケージに固定されていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
光信号を電気信号に変換するフォトダイオードチップと、電気信号を外部に取り出すリードピンと、フォトダイオードチップ及びリードピンを支持するパッケージと、外部からの光信号を受けてフォトダイオードチップに向けて光信号を伝達するダミー光ファイバと、そのダミー光ファイバを支持しパッケージに固定されるファイバホルダーと、外部の光ファイバと嵌合して外部光ファイバとダミー光ファイバを対向させるためのパッケージに固定されたレセプタクルとよりなる半導体受光素子において、所望の波長の光を選択的に反射するファイバグレーティングフィルタがファイバホルダー内の光ファイバの一部に設けられていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項３】
ファイバグレーティングフィルタが石英系シングルモードファイバの一部に形成されていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
フォトダイオードチップがＩｎＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓＰの受光層を有することを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
選択的に反射する光の波長が１．３μｍ帯もしくは１．５５μｍ帯であることを特徴とする請求項３或いは請求項４に記載の半導体受光素子。
【請求項６】
リードピンを有するパッケージと、パッケージの面に固定されたサブマウントと、サブマウントを介してパッケージに固定され光信号を電気信号に変換するフォトダイオードチップと、フォトダイオードチップの電極、サブマウントの電極とリードピンを結合するワイヤと、光透過窓若しくは集光レンズを持ち不活性ガスが充填された状態でパッケージに気密固着されるキャップと、光信号を伝送するシングルモードファイバと、シングルモードファイバの先端部を保持するフェルールと、フェルールを保持しパッケージに対して固定されるフェルールホルダーと、フェルール内部においてシングルモードファイバに形成された特定波長の光を反射するファイバグレーティングとよりなることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項７】
リードピンを有するパッケージと、パッケージに固定されたチップキャリヤと、チップキャリヤを介してパッケージに固定され光信号を電気信号に変換するフォトダイオードチップと、フォトダイオードチップの電極、チップキャリアの電極とリードピンを結合するワイヤと、集光レンズを持ち不活性ガスが充填された状態でパッケージに気密固着されるレンズホルダーと、光信号を伝送するシングルモードファイバと、シングルモードファイバの先端部を保持しパッケージに対して固定されるフェルールと、フェルール内部においてシングルモードファイバに形成された特定波長の光を反射するファイバグレーティングとよりなることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項８】
リードピンを有するヘッダと、ヘッダに形成されたマウントと、マウントを介してパッケージに固定され光信号を電気信号に変換するフォトダイオードチップと、フォトダイオードチップの電極とリードピンを結合するワイヤと、光透過窓を持ち不活性ガスが充填された状態でパッケージに気密固着されるキャップと、集光レンズを支持しヘッダに固定される円筒形スリーブと、光信号を伝送するシングルモードファイバと、シングルモードファイバの先端部を保持するフェルールと、フェルールを保持しパッケージに対して固定される円錐形ハウジングと、フェルール内部においてシングルモードファイバに形成された特定波長の光を反射するファイバグレーティングとよりなることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項９】
底面に下向きリードピンを有するパッケージと、パッケージに固定されたヘッダと、ヘッダを介してパッケージに固定され光信号を電気信号に変換するフォトダイオードチップと、フォトダイオードチップの電極、ヘッダの電極とリードピンを結合するワイヤと、集光レンズを持ち不活性ガスが充填された状態でパッケージに気密固着されるレンズホルダーと、光信号を伝送するシングルモードファイバと、シングルモードファイバの先端部を保持しパッケージに対して固定されるフェルールと、フェルール内部においてシングルモードファイバに形成された特定波長の光を反射するファイバグレーティングとよりなることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項１０】
リードピンを有するパッケージと、パッケージに固定されたサブマウントと、サブマウントを介してパッケージに固定され光信号を電気信号に変換するフォトダイオードチップと、フォトダイオードチップの電極、サブマウントの電極とリードピンを結合するワイヤと、不活性ガスが充填された状態でパッケージに気密固着され集光レンズを支持しハウジングに固定される円筒形レンズホルダーと、外部からの光信号を受けてフォトダイオードチップに伝達するダミーファイバと、ダミーファイバを支持しレンズホルダーに固定されたファイバホルダーと、レンズホルダーに固定され外部の光ファイバと嵌合するための円筒形のハウジングと、ファイバホルダー内部においてダミーファイバに形成された特定波長の光を反射するファイバグレーティングとよりなることを特徴とする半導体受光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、２種類の波長の光を同じファイバに通すことによって双方向通信を行う光加入者系ＯＮＵに関するものである。まず双方向通信、ＯＮＵ、ＯＮＵ用光モジュールについて説明する。
【０００２】
光通信というのは、光ファイバに信号光を通すことによって情報を伝達することである。近年、光ファイバの伝送損失が著しく低下し、半導体レ−ザ（以下ＬＤと略すこともある）や半導体受光素子（ＰＤと略すこともある）の特性が向上したので、光通信が盛んになりつつある。特に、光ファイバの損失の小さい１．３μｍと１．５５μｍの波長の光を使って信号の伝送（電話、ファクシミリ、テレビ画像など）の試みが盛んになされている。
【０００３】
光通信と言っても元の信号は電気信号であるから、現在の電気信号と同じように２種類の信号伝送形態がある。つまり低速のデジタル通信と、高速のアナログ通信である。
低速のデジタル通信というのは、電話やファクシミリの信号伝送を行うものである。低いビットレートのデジタル信号を扱う。しかもこれは双方向通信でなければならない。
【０００４】
高速のアナログ伝送というのは、ＴＶ信号を有線（ＣＡＴＶ）で伝送するものである。これは放送局からの一方向通信である。信号を光信号によって伝送する光通信を採用する場合、低速デジタル信号用の光ファイバと、高速アナログ信号用の光ファイバを別々にするという可能性もありえよう。
しかし２本の光ファイバを敷設するのはコスト高になる。１本の光ファイバによって、低速デジタル双方向通信と、高速アナログ一方向通信を同時に行えるようにしたいものである。
【０００５】
【従来の技術】
そのような目的を達成するための光通信システムが開発されつつある。未だに完成されたものはない。しかし小規模であるが実験的なものの試みがなされている。図１にそのような光通信システムの概略を示す。
【０００６】
ひとつの基地局１と、多数の加入者側端末２がある。これらは、光ファイバ３によってつながれている。途中に分岐器４があり、主になる光ファイバから、各端末２につながる光ファイバに分岐される。基地局１では、電話やＴＶの信号を増幅し、光信号とし１本の光ファイバによって送り出す。これは何度か分岐を通り、対象になる家庭の近くで例えば１６分割される。光信号のまま分割されるのである。ここから１６本の家庭用光ファイバによって１６の家庭に信号が送られる。基地局に対して、家庭端末を加入者側端末（ＯＮＵ）と呼ぶ。これはＯＰＴＩＣＡＬ  ＮＥＴＷＯＲＫ  ＵＮＩＴの略である。
【０００７】
ＴＶ信号の場合は、基地局１からの一方向伝送である。しかし電話やファクシミリの場合は端末から基地局へ、或いは基地局から端末へと、信号が双方向に送られる。このように光ファイバを配置するのは、基地局のファイバ本数を減らし、光ファイバ敷設のコストを下げるためである。このように、基地局から各家庭へ光によって信号伝送するシステムを光加入者系という。
【０００８】
基地局１から伝送されてきた光信号は、加入者側端末（ＯＮＵ）で電気信号に変換される。図１によって一つの端末の機構を説明する。光路ａを通ってきた１．３μｍ光＋１．５５μｍ光は、波長分波器５によって、１．３μｍ光と、１．５５μｍ光とに分離される。１．３μｍ光は光路ｂに、１．５５μｍ光は光路ｃに分配される。
【０００９】
１．５５μｍ光は、アナログ光を正確に再現するアナログＰＤ６に入射する。ここで光信号が電気信号に変換される。さらに信号処理部７において各種の信号処理をした後、ＴＶセット８に導かれ画像になる。
【００１０】
１．３μｍ光は、１：２の分岐器（以下光カップラ９と呼ぶ）に入りここで２つの光線に分離される。このうち一方がデジタルＰＤ１０によって受光され電気信号になる。これが信号処理部１１による処理を受けて、電話機・ファクシミリ機１３に導かれる。電話やファクシミリは双方向通信であるので、端末２から基地局１へ信号を送る必要がある。このために電話、ファクシミリから与えられた電気信号を、デジタルＬＤ１２によって、１．３μｍの光信号に変換する。光信号は、波長分波器５を逆に通過し、分岐器４から主となる光ファイバに合流し、基地局１に送信される。前記の光カップラ９は光信号による双方向通信を可能にするために、光ファイバ系の途中に挿入されている。
【００１１】
加入者系端末２には、このように、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を分離し統合するための波長分波器５、双方向通信の為の光カップラ９と、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードＰＤ６、１０、電気信号を光信号に変換するレ−ザダイオードＬＤ１２が必要である。波長分波器、光カップラ、ＰＤ、ＬＤを組み合わせたユニットをＯＮＵモジュールという。本発明はＯＮＵモジュールの新規な構成に関する。
【００１２】
ＯＮＵモジュールに関しては実用化されたものは未だに存在しない。しかしＯＮＵモジュールに関して多くの提案がなされている。実施されている訳ではないが、これらの提案について概観する。
【００１３】
［従来例▲１▼：ミラー式ＯＮＵモジュールの例］（図２）
これは、波長分波器と光カップラをミラーによって構成したものである。基地局につながる光ファイバ２０が光コネクタ２１により、モジュール内に導かれる。これ以後は、自由空間の光路ａを光が進行する。光ファイバから出た光は発散するのでコリメータレンズ２２によって平行光にする。これをミラー式の波長分波器２３に入射し、１．３μｍ光と１．５５μｍ光に分離する。
【００１４】
低速デジタル信号を担う１．３μｍ光は、自由空間の光路ｂを通り、ミラー式カップラ２４に至る。これはハーフミラーであって、１．３μｍ光を１：１の割合で反射、透過する。透過光は多層膜フィルタ２５に導かれる。これは混在している１．５５μｍ光をより完全に除去するためのものである。この後、光はレンズ２６によって絞られてデジタルＰＤ２７に入射し光電変換される。この後電話、ファクシミリに送られて音声、文字に変換される。
【００１５】
一方、電話、ファクシミリからの低速デジタル信号は、デジタルＬＤ２８によって電気信号から１．３μｍの光信号に変換される。光信号は集光レンズ２９によって絞られ、カップラ２４によって反射される。これはミラー式波長分波器２３を通り、コリメータレンズ２２を経て光ファイバ２０に入射する。その後光ファイバ２０によって基地局１に導かれる。
【００１６】
高速のデジタル信号を搬送する１．５５μｍ光は、ミラー式波長分波器２３によって反射されて、１．３μｍ光と分離される。１．５５μｍ光は光路ｃを通り、多層膜フィルタ３０を通過し、レンズ３１によって絞られ光コネクタ３２を経て、光ファイバ３３によってアナログＰＤまで伝送される。光信号から電気信号に変換され、各種の信号処理をされた後、ＴＶセットに導かれる。
【００１７】
このようにミラーによって波長分波器や光カップラを作製したＯＮＵモジュールの試みは、
▲１▼湯本満、国兼達郎、大川原龍弘、横田隆「低コストシングルモードＷＤＭモジュール」１９９０年電子情報通信学会春季全国大会予稿講演番号Ｃ−２０３（Ｐ４−２５８）
▲２▼足立明宏、本島邦明、中島康雄、山下純一郎、笠原久美雄「小型・薄型光合分波モジュール」１９９０年電子情報通信学会秋季全国大会予稿講演番号Ｃ−２２２（Ｐ４−２６４）
などによって提案されている。
【００１８】
このシステムの難点は、１．３μｍ光と、１．５５μｍ光の分離不完全ということである。分離が不完全であるとクロストークを生じる。電話、ＴＶの双方にノイズが入る事になる。その理由は次のようである。
ミラー式波長分波器２３だけでは１．３μｍ光と、１．５５μｍ光を完全に分離する事が難しい。ミラー式波長分波器は屈折の異なる誘電体薄膜を何層にも重ねて、ある波長の光は反射し、ある波長の光は透過するようにしたものである。これは１．３μｍ光を通し、１．５５μｍ光を４５度方向に全部反射するように設計されている。しかし相手側の光の減衰比は、高々１／１００の程度に過ぎない。
【００１９】
このモジュールを実用化するには、１．３μｍ受信側に漏れてくる１．５５μｍ光パワーが１／１００００以下である必要がある。同様に、１．５５μｍ受信側に漏れる１．３μｍ光パワーは１／１００００以下である必要がある。このように選ばれなかった光の、選ばれた光のパワーに対する比を、ここでは減衰比ということにする。
【００２０】
つまりモジュールは１．３μｍ側にも、１．５５μｍ側にも１０−４以下の減衰比を要求する。一方ミラー式波長分波器の減衰比は１０−２である。１０−２の減衰比が足りない。そこで、それぞれの光路に所望の波長の光のみを通す多層膜フィルタ３０、２５が設けられる。波長分波器と多層膜フィルタによってからくも１０−４の減衰比の要求を満足するようにしている。
【００２１】
［従来例▲２▼：ミラー式ＯＮＵモジュールの例］（図３）
図３に最近精力的に研究されている平面導波路を用いたＯＮＵモジュールを示す。例えば、
▲３▼照井博、関根聡、小林盛男、永沼充「低速光加入者分岐光モジュール」、ＮＴＴＲ＆Ｄ  Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．７，ｐ９０３−９１２，（１９９３）
などによって提案されている。導波路式のモジュールの利点は、部品点数を削減し小型化できるということである。
【００２２】
図３（ａ）において、入力シングルモードファイバ３４の端部は、ＰＬＣ（平面導波路）３５の端面に接合される。ＰＬＣ３５には光導波路３６が縦方向に形成される。これが途中の分岐点３７において二つの光導波路３８、３９に分岐する。光導波路３８が１．３μｍ光の受信側光路となる。光導波路３９が１．３μｍ光の送信側光路となる。分岐点３７が送信受信光を合波分波する光カップラ４０を構成する。
【００２３】
さらに光導波路４１がＰＬＣ３５の上に設けられる。これは始端４２において光導波路３６に近接している。始端４２において、光導波路３６、４１は互いに光パワーを交換できる。光パワーの交換に波長選択性を持たせることによって波長分波器４３としている。近接部の距離や長さを適当に選ぶ事により光路ａから１．３μｍ光は全て光路ｂに、１．５５μｍ光は光路ｃにそれぞれ配分される。
【００２４】
１．３μｍ光は導波路３８から、多層膜フィルタ４４を通りデジタルＰＤ４５によって受信される。多層膜フィルタ４４は１．５５μｍ成分を除去するためのフィルタである。一方電話、ファクシミリからのデジタル電気信号は、デジタルＬＤ４６によって１．３μｍの光信号に変換される。光信号は集光レンズ４７を経て光導波路３９の端部４８に入射する。送信光信号は分岐点３７で光路ｂに合体し、導波路３６から光ファイバ３４へと伝搬する。これは最終的に基地局に送られる。
【００２５】
波長分波器４３によって分離された１．５５μｍ光は、光導波路４１を通り、多層膜フィルタ４９によって、１．３μｍ光を完全に除いた後、アナログ出力シングルモードファイバ５０に入射する。
【００２６】
ＰＬＣ（平面光導波路：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）３５のＡ−Ｂ断面を図３（ｂ）に示す。Ｓｉ基板５２の上に石英系クラッド層５３を堆積させる。さらに屈折率を上げる不純物を連続的にドープして高屈折率の領域（コア）を線条に形成する。これが光導波路３８、３９、４１である。不純物としては例えばＧｅなどを用いる。石英を用いるのは、１．３μｍ光、１．５５μｍ光に対して透明であるからである。このような光導波路を部分的に接近させる事によって波長分波器４３を作る。またＹ分岐を形成する事によって光カップラとする事ができる。このような石英系光導波路については、
【００２７】
▲４▼河内正夫「プレーナ光波回路技術の現状と将来」、ＮＴＴ  Ｒ＆Ｄ  Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１１，ｐ１２７３ー１２８０（１９９４）
によって提案されている。
光導波路による波長分波器４３の減衰比も高々１／１００の程度である。減衰比を１０−４にするために、多層膜フィルタ４４、４９がそれぞれの光導波路３８、４１の終端に接着される。
【００２８】
ＬＤ４６の光が広がるので集光レンズ４７によって光を収束させて光導波路３９の端面のコアに入射させている。しかし残りの二つのビームについてはレンズを設けていない。導波路３８とデジタルＰＤ４５の間は極めて近接しているからレンズが要らないのである。導波路４１の端面にアナログ出力ファイバ５０が接合してあるからやはりその間にはレンズが要らない。
石英系光導波路によるモジュールは、ＰＬＣが光ファイバと同じ材料であって、導波路のサイズもほぼ同じであるので、光ファイバとの馴染みが優れて良いと言われている。湾曲した光導波路を用いるモジュールは、
【００２９】
▲５▼栗林昌樹、磯野秀樹、国兼達郎、大森康宏、江守俊行「石英系光導波路を用いたＷＤＭ内蔵光双方向モジュール」１９９３年電子情報通信学会秋季全国大会予稿講演番号Ｃ−１５８（Ｐ４−２３８）
によって提案されている。
【００３０】
［従来例▲３▼：光ファイバ波長分波器の例］（図４）
光ファイバによる波長分波器、光ファイバによる光カップラは既に工業化されている。光ファイバによって全体を構成したＯＮＵモジュールも提案されている。光ファイバ波長分波器のみによっては波長分離が完全でないために、光ファイバを突き合わせた僅かな空間に多層膜フィルタを挿入し不要波長の光を排除するようにしている。図４によってその概略を説明する。
【００３１】
シングルモードファイバ６０を伝搬する光信号は、光コネクタ６１によってＯＮＵモジュールに導かれる。経路ａから光ファイバ波長分波器６２に進み、ここで１．３μｍ光と１．５５μｍ光に分離される。１．３μｍ光はさらに光コネクタ６３を通り、光ファイバカップラ６４に至る。これは送信光と受信光を結合するためのものである。経路ｂが分岐点６５で光ファイバ６６、６７に分岐する。波長分波器も光ファイバカップラも２本の光ファイバのコアを接近させる事によって光パワーを選択的に分配するようにしたものである。
【００３２】
接近の距離や長さによってカップラや波長分波器にすることができる。光ファイバ６６は多層膜フィルタ６８を経て、光コネクタ６９に至りデジタルＰＤモジュール７０によって受信される。送信光は、デジタルＬＤモジュール８１によって電気光変換される。光コネクタ８０を経てＯＮＵモジュールに入り、カップラ６４によって経路ｂに導かれ、光コネクタ６１から光ファイバ６０へと送り出される。
【００３３】
このように、波長分波器やカップラ、これらを接続する部分も全て光ファイバによって構成されている。光ファイバは自由に曲げられるし融着によって部品とつなぎ合わせることができ、距離も自在に調節できる。電気回路をどのように配置しても光ファイバによって結合する事ができる。回路構成の自由度が高いという利点がある。
【００３４】
［半導体受光素子の従来例］  以上に双方向光通信に用いられるＯＮＵモジュールの提案例を説明した。何れにしても、１．３μｍ光、１．５５μｍ光を検知するための受光素子が必要である。図５は従来の半導体受光素子の一例を示す縦断斜視図である。
【００３５】
受光素子のパッケージ８６は鉄、コバール、銅タングステンなどの金属製である。パッケージ８６は下方に複数のリードピン８７、８８、８９を備える。パッケージ８６の上面には、サブマウント９０を介してフォトダイオードチップ９１が半田付け（ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ）される。サブマウント９０はセラミックの両面にメタライズしたものである。サブマウントは省く事もある。
【００３６】
フォトダイオード９１の電極、サブマウント９０面はワイヤによってリードピン８７、８９に接続される。パッケージ８６の上面には球レンズ９２を備えたキャップ９３が固定される。球レンズ９２の中心と、フォトダイオードチップ９１の中心は面直角方向に合致するようにしてある。さらにパッケージ８６には円筒形のスリーブ９４が固定される。
【００３７】
スリーブ９４の上には、フェルールホルダ−９５が溶接される。フェルールホルダ−９５の中心には孔９６があってここにフェルール９７が挿入されている。フェルール９７はシングルモードファイバ９８の先端９９を保持するものである。端面は８度の傾斜をなすように切断してある。光ファイバから出た光が丁度フォトダイオードチップに像を結ぶように調芯してある。さらに光ファイバ９８の強い湾曲を防止するために弾性材よりなるベンドリミッタ１０４をフェルールホルダ−９５にはめ込む。
【００３８】
これは図１〜図４に現れるデジタルＰＤ、アナログＰＤの何れかに該当するものである。信号光は光ファイバを伝搬し、光ファイバの先端から出射される。これがレンズによって集光されフォトダイオードに入る。ここで光電気変換されて電気信号になる。フォトダイオードは波長１．０μｍ〜１．６５μｍの波長の光に対して広く感度を有するＩｎＧａＡｓを受光層とするＰＩＮ−ＰＤが用いられる。光ファイバは石英系の光ファイバを用いる。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
１．３μｍ光、１．５５μｍ光を感受するためのフォトダイオードは何れもＩｎＧａＡｓを受光層とし近赤外光に関して十分な感度を持つ。波長分波器によって、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を分離するが、十分に両者を分離する事ができない。
【００４０】
初めに述べたように１．３μｍ光用のフォトダイオードに１．５５μｍ光が１／１０００でも混入するとＴＶの画像が乱れたり、電話やファクシミリにノイズが入ったりする。混信によるノイズを避けるためには、減衰比は１／１００００以下でなければならない。既存の波長分波器の減衰比の不足を補うために、多層膜フィルタ２５、３０、４４、４９、６８、８３を挿入しているのである。
【００４１】
従来のＯＮＵモジュールは、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を完全に分離するために、必ず多層膜フィルタを分離後の経路のどこかに挿入する必要があった。これは受光素子であるＩｎＧａＡｓが、何れの波長の光に対しても高い感度を有するからである。多層膜フィルタは適当な屈折率、厚さの誘電体多層膜を何層にも重ねたものである。屈折率、厚さを選ぶ事によって、波長の選択性を与える事ができる。
【００４２】
受光素子の直前に波長選択性のあるフィルタを入れるという構造は幾つも提案されている。何れも誘電体多層膜などよりなり嵩高く、部品コストも高く、部品配置の自由度を損なう、という難点がある。
【００４３】
▲６▼特開昭６２−２２９２０９号「受光装置」…ファイバの端面に波長選択フィルタを貼り付けている。
▲７▼特開昭６２−２２９２０７号「受光装置」…受光素子の窓ガラスの上に波長選択フィルタを貼り付けている。
▲８▼特開昭６３−２９７１４号「誘電体多層膜付受光素子モジュール」…光ファイバと受光素子の間に誘電体多層膜よりなるフィルタを挟んである。
これらは波長多重送受信系の受光素子として設計されている。
【００４４】
ＯＮＵモジュールでは、二つの異なる波長の光を用いるから、多層膜フィルタは二つ必要である。多層膜フィルタの挿入は部品の点数を増やし、部品コストを押し上げる。それだけでなく組立の工数を増大させる。またフィルタを挿入するスペースを必要とする。
【００４５】
多層膜フィルタのこのような難点を克服し、部品点数を増やす事なく不要な波長成分の減衰比を低くすることのできるようにした半導体受光素子モジュールを提供する事が本発明の第１の目的である。多層膜フィルタを省く事により、より小型化する事のできるＯＮＵモジュールを可能にするのが本発明の第２の目的である。減衰比を小さく保ちつつ、より組立容易としたＯＮＵモジュールを提供するのが本発明の第３の目的である。
【００４６】
【課題を解決するための手段】
本発明は波長選択性を持つ光ファイバグレーティングを受光素子モジュールの内部の光ファイバの一部に形成する事によって、不要な波長成分を除去する。受光素子モジュールは図５に示すように、信号光を導くための光ファイバの一端をフェルールによって保持している。この光ファイバの一部に光ファイバグレーティングを設ける。
【００４７】
グレーティング（格子）は元々平面上に等間隔に平行な溝を多数設けたものである。白色光を当てると波長毎に回折方向が異なるので波長の異なる光を分離する事ができる。つまり分光器に用いられる。二次元的な面に平行溝を多数有し分光作用を持つのが本来の格子である。
しかしここでは光ファイバグレーティングを用いる。これはＧｅ添加石英光ファイバを水素添加処理した後、２４４ｎｍ付近の波長のレ−ザ光を干渉縞ができる条件で光ファイバに照射したときに、光ファイバ内に屈折率の周期的変化が引き起こされたものである。屈折率変化は１０−５の程度である。
【００４８】
屈折率の変化は僅かであるが、ある程度の長さがあれば、その周期Ｐの２倍の波長の光（λ＝２ｎＰ）を完全に反射することができる。空間格子と異なり、方向によって反射波長が変動するということはない。光ファイバ自体１次元であるから光ファイバの格子はある特定の波長の光を反射する。もちろん反射波長にはある程度の幅がある。
【００４９】
光ファイバグレーティングはいくつかの論文によって提案されている。しかし現在でも尚広く知られているものではないからここに説明する。
例えば、
▲９▼  Ｋ．  Ｏ．  Ｈｉｌｌ，  Ｙ．Ｆｕｊｉｉ，  Ｄ．  Ｃ．  Ｊｏｈｎｓｏｎ  ａｎｄ  Ｂ．Ｓ．Ｋａｗａｓａｋｉ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  ３２  （１９７８）  ｐ６４７
光ファイバグレーティングの現象を発見したという報告である。Ｇｅドープ石英光ファイバにアルゴンレ−ザの光を２光束干渉法によって照射し屈折率の周期的変化を生成できたというものである。
【００５０】
（１０）  Ｊａｍｅｓ  Ｐ．  Ｂｅｒｎａｒｄｉｎ  ＆  Ｎ．Ｍ．  Ｌａｗａｎｄｙ，  ”Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｉｎ  ｇｅｒｍａｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ”，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｖｏｌ．７９，  Ｎｏ．３，４，  ｐ１９４（１９９０）
これまでに提案されているクラーマース・クローニッヒ機構、双極子作用、圧縮モデルいずれも１０−５という大きい屈折率の変化を十分に説明できないとしている。
【００５１】
そこでＳｉ−Ｇｅの酸素欠陥の密度の２光子吸収による時間変化のモデルを作り、レ−ザ光の照射によって酸素欠陥密度が増大する現象を説明している。酸素欠陥の増加によって屈折率が増加するとしている。これはレ−ザ光の照射によって２光子吸収が起こり、これによって屈折率が時間と共に増えることを説明している。用途については述べていない。
【００５２】
（１１）  Ｇ．  Ｍｅｌｔｚ，  Ｗ．  Ｗ．  Ｍｏｒｅｙ  ＆  Ｗ．  Ｈ．  Ｇｌｅｎｎ，”Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｉｎｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ  ｂｙ  ａ  ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｍｅｔｈｏｄ”，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  １４，  Ｎｏ．１５  ｐ８２３，（１９８９）
これはＧｅファイバにホログラフィックな方法によってグレーティングを形成することを述べている。波長４８６ｎｍ〜５００ｎｍエキシマレ−ザを光源とする。これを非線形結晶によって２倍高調波とし２４４ｎｍの光を得ている。これを２光束干渉露光によって、Ｇｅドープ光ファイバに照射する。これによって５７６．１ｎｍに強い吸収をもつ光ファイバが得られたという。
【００５３】
（１２）    公表特許公報昭和６２−５０００５２「光ファイバ内に格子を形成する方法」これは１本の光ファイバ内に、２光束干渉露光法によって複数の格子を作る。このファイバを対象物に張り付けて歪を感知するセンサを提案している。
【００５４】
（１３）  稲井麻紀、伊藤真澄、井上亨「水素処理ファイバを用いた高反射率ファイバグレーティングの作製」電子情報通信学会９４秋季大会講演番号Ｃ−２０８（１９９４）
これはＧｅ添加石英ファイバにおいて水素処理をすると屈折率の変化が１０−５から１０−３のオーダにまで増加するということを発見したと述べている。
【００５５】
（１４）  井上亨、茂原政一、伊藤真澄、稲井麻紀、服部保次「ファイバグレーティングの作成と応用について」電子情報通信学会技術研究報告ＯＰＥ９４−５、ＰＰ２５−３０（１９９４）
これは光ファイバグレーティングの作成方法、グレーティングの屈折率差を上げる方法、応用などを紹介している。
【００５６】
応用として最も期待されるのが、ファイバレ−ザへの応用である。これはＥｒドープファイバの優れた増幅率を利用したレ−ザである。共振器の一方を金鏡面、もう一方を光ファイバグレーティングにする。カップラから励起光（１．４８μｍ）を入射しＥｒファイバを励起すると、１．５５μｍに中心波長を持つ発振光が得られる。共振器によって繰り返し反射される光が増幅され、この波長のレ−ザ光が得られる。グレーティングに張力をかけて引っ張ると、グレーティングの周期が延びるから反射波長が異なる。
【００５７】
ために波長可変レ−ザになるはずである。図１７は水素添加ファイバのグレーティング反射スペクトルである。１５４９ｎｍ〜１５５１ｎｍの光に対して高い反射率を示す。光ファイバを引っ張ると、この反射率の分布がずれる。張力を０ｇ〜２５００ｇに変化させると、発振波長が１５５１ｎｍ〜１５８３ｎｍまでリニヤに変動するとしている。
【００５８】
もう一つのグレーティングファイバの応用として提案されているのは、温度センサである。温度が上がると光ファイバが延びグレーティングの格子間隔も延びる。すると反射光の波長が異なる。それで温度が分かる。
【００５９】
（１５）  特開平４−２８８５１０号「光の方向転換をするブラッグ回折格子加工を内部に施した光導波路の構成」
これは光ファイバに格子を等間隔斜めに形成して特定波長の光を外部に取り出すものである。反射鏡として使うのではない。変わった利用法である。グレーティングの間隔をＰとして、光の波長をλとすると、Ｐ＝λｃｏｓθを満足する方向に光が出てゆくというものである。格子を斜めにすると格子面の方向に出射光の方向が決まる。光ファイバのコアとクラッドの屈折率の差によって光をコアに閉じ込めているのであるが、光ファイバグレーティングの屈折率の増大程度でクラッドでの全反射を阻止できるかどうか疑問がある。
【００６０】
以上のように、▲９▼〜（１５）の文献、公報などに光ファイバグレーティングが説明されている。
Ｇｅドープ石英ガラス光ファイバに紫外線を照射するとその部分の屈折率が変化する。そこで紫外線をある空間周期をもつように照射する事によって、周期的に屈折率変化した部分を形成する事ができる。これによって反射鏡を光ファイバの内部に作製できる。
【００６１】
格子というのは本来二次元の広がりを持つものである。光ファイバは初めから一次元の広がりしかない。であるから光ファイバに形成したものをグレーティングと呼ぶのは少しおかしい。しかし格子と同様に、屈折率変化が周期的に変化するのでこれを光ファイバグレーティングと名付けている。
【００６２】
光ファイバグレーティングを作るにはいくつかの方法がある。２光束干渉法は（λ＝２４０ｎｍ付近の）レ−ザ光を２本のビームに分割し、面法線の両側から同じ傾き角度をなすように照射することによって干渉縞を作り、縞にそった屈折変化を引き起こす。あるいは直角二等辺三角形状の断面を持つプリズムに、レ−ザ光を二つに分けて異なる部位より入射させて、プリズムの下に置かれた光ファイバに照射させる。
入射の角度を変える事によって、異なる周期のグレーティングを作ることができる。
【００６３】
しかし紫外線の照射によってどうしてＧｅドープ光ファイバの屈折率が増えるのかについては未だ明かではない。一つの説は、Ｇｅドープガラスには、Ｇｅ−Ｓｉ結合の吸収帯が２４０ｎｍ付近に存在する。レ−ザ光を吸収することによってＧｅーＳｉの結合が切れる。切れることによって開放された電子がＧｅにトラップされて新たな吸収帯ができる。この吸収帯の存在によって屈折が変化するというものである。
【００６４】
これはクラーマース・クローニッヒ機構と呼ばれる屈折率の変化である。今一つの説は、Ｇｅ−Ｓｉの結合が切れる事によって電子が放出され、これがＧｅによってトラップされるが、これが双曲子モーメントを作り、直流電場を生ずるので電気光学効果によって屈折率が変化するというものである。もう一つの説は、紫外線照射によってガラス結合が切れ、ガラス機構がつぶれる。密度が増大し屈折率が上昇するというものである。
【００６５】
いずれも憶測であって決定的でない。しかし紫外線照射によって屈折率が増大する現象は認められる。光ファイバグレーティングによって反射される光の波長はλ＝２ｎＰである。ここでＰはグレーティングのピッチ、ｎは屈折率である。光ファイバのコア屈折率は決まっているが、ピッチＰを変える事によって任意の波長の光を反射するようにできる。
【００６６】
光ファイバグレーティングの応用としては、ファイバレ−ザの共振器がある。Ｅｒ添加ファイバは、光を通す事によって信号光を増幅する。そこである部分に２つのグレーティングを設けて光を繰り返し反射し、パワーを増幅しレ−ザとする。
【００６７】
本発明はこのような光ファイバグレーティングを受光素子モジュールの内部の光ファイバに設ける。元々光ファイバの存在するところをグレーティングを形成した光ファイバによって置換するのであるから、余計な空間を必要としない。さらまたモジュールの内部に多層膜と同じ機能の物を設けるので組立が難しくならない。部品が増えないので、多層膜がない物と比べても部品コストが殆ど変わらない。
【００６８】
【発明の実施の形態】
図６に光ファイバグレーティングの構成を示す。光ファイバ９９は中心のコア１００とこれを囲むクラッド１０１から成る。シングルモードファイバの場合はコア径は１０μｍである。クラッド径は１２５μｍである。紫外線の２光束干渉法によって、コア内部に屈折率の周期的に変動する部分１０２を形成する。グレーティング部１０２の屈折率縞の周期をλ２  ＝ｎＰとなるようにして決める。ここにλ１  の波長の光と、λ２  の波長の光を入れると、λ２  の光は反射される。屈折率変化部分１０２をλ２  が透過することができない。λ２  が通らず、λ１  が通る。これを１．５５μｍ光と１．３μｍ光を分離する事が必須であるＯＮＵモジュールに利用したというのが本発明の要旨である。
【００６９】
図７は受光素子モジュールの光ファイバに光ファイバグレーティングを形成した物を示す。光ファイバの先端９９のコア１００の部分にグレーティング部１０２を設けて、これをフェルール９７の孔に差し込み固定する。端面１０３は斜めに研磨してある。これは戻り光が半導体レ−ザに入らないようにするためである。図７において左端はさらに左方連続する。
【００７０】
光ファイバはＧｅＯ２  を６ｗｔ％含む石英シングルモードファイバである。これを水素添加処理し、さらにアルゴンレ−ザの２次高調波（ＳＨＧ：λ＝２４４ｎｍ）を２光束干渉露光法によって光ファイバに照射した。水素添加処理するのはレ−ザ光照射による屈折率変化をより容易にするためである。グレーティング部の長さは５ｍｍである。フェルールはステンレス製で、長さは約１５ｍｍである。
【００７１】
１．３μｍ光を選択するために、１．５５μｍを反射するように周期を決めてある。λ２  ＝１．５５μｍ＝ｎＰとなるようにＰを決める。これによって１．５５μｍ光に対して、９９％以上の反射率を得た。これは減衰比でいうと、１／１００以下にできるということである。何らかの形態の波長分波器を別に設けるのであるから、その減衰比と併せて全体の減衰比を１０−４以下にすることができる。それ以上に減衰比を小さくしたいという場合であれば、グレーティングの長さをさらに増大させれば良い。長さを２倍にすれば、減衰比が２乗になって減少する。
【００７２】
【実施例】
［実施例▲１▼：モジュール内にグレーティングを有する］
図８は本発明の実施例に係る半導体受光素子モジュールの縦断斜視図である。図５と合致するように書いてある。光ファイバにグレーティングを設けた点だけが違う。
【００７３】
受光素子のパッケージ８６は鉄、コバール、銅タングステンなどの金属製である。直径は５．６ｍｍである。パッケージ８６は下方に複数のリードピン８７、８８、８９を備える。パッケージ８６の上面には、サブマウント９０を介してフォトダイオードチップ９１が半田付け（ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ）される。サブマウント９０はセラミックの両面にメタライズしたものである。サブマウントはここではアルミナである。
【００７４】
フォトダイオード９１の電極、サブマウント９０面は直径２０μｍの金ワイヤによってリードピン８７、８９に接続される。パッケージ８６の上面には球レンズ９２を備えたキャップ９３が固定される。キャップ９３は窒素雰囲気で溶接し内部を気密封止する。ここで球レンズ９２の中心と、フォトダイオードチップ９１の中心は面直角方向に合致するようにしてある。さらにパッケージ８６には円筒形のスリーブ９４が電気溶接によって固定される。
【００７５】
シングルモードファイバは先程述べたように、６重量％のＧｅＯ２  を含む石英ファイバである。水素添加処理して、２４４ｎｍの波長の光を２光束干渉露光法によって光ファイバ先端部に照射し、干渉縞を作り、屈折率の周期的変化を引き起こすようにしている。グレーティングが光ファイバに形成される。グレーティングの長さは５ｍｍである。
【００７６】
フェルールホルダ−９５の孔９６にこのシングルモードファイバ９８の先端９９を挿入する。フェルールホルダ−９５とスリーブ９４を近接させた状態で、光ファイバの光を受光素子によって検知し、軸垂直方向にスリーブを動かして、光量が最大になるようにフェルールホルダ−９５のスリーブ上の位置を決め、ＹＡＧレ−ザによって両者を溶接する。さらにフェルールを軸方向に動かして最適結合位置を探し、ここでフェルールホルダ−に対し、フェルールをＹＡＧレ−ザにより溶接する。つまり光ファイバから出射された光がＰＤチップの受光部に集光するように、フェルールホルダ−とスリーブ、フェルールホルダ−とフェルールを固定するのである。
【００７７】
端面は８度の傾斜をなすように切断してある。光ファイバから出た光が丁度フォトダイオードチップに像を結ぶように調芯してある。さらに光ファイバ９８の強い湾曲を防止するために弾性材よりなるベンドリミッタ１０４をフェルールホルダ−９５にはめ込む。
【００７８】
これは１．３μｍ光を受信するための受光素子モジュールである。ＰＤ自体は１．５５μｍにも感度を持つ。しかし光ファイバの先端部９９にはファイバグレーティング１０２があるので、１．５５μｍ光の減衰比をこれによって１／１００にすることができる。分波器によっても１．５５μｍ光を遮断しているので、これと併せて１０−４以下の減衰比にすることができる。
【００７９】
同様に、１．５５μｍ光のみを通し、１．３μｍ光を反射する半導体受光素子モジュールをも製作した。受光層はＩｎＧａＡｓであって、先程のものと同じである。しかしグレーティングの部分のピッチＰが違う。今度は、２ｎＰ＝１．３μｍという条件によってピッチを決める。この場合グレーティングの長さは４ｍｍである。これによって１．３μｍ光を１／１００以下に低減する事ができる。
【００８０】
こうして半導体受光素子モジュールができたので、これらを図４に示す光ファイバ式ＯＮＵモジュールに組み込んだ。但し、多層膜フィルタ６８、８３を除去し、デジタルＰＤモジュール７０とアナログＰＤモジュール８５に本発明の受光素子モジュールを用いている。つまり分波器とカップラは光ファイバを組み合わせたものを用いる。
【００８１】
これによると、デジタルＰＤモジュール７０（１．３μｍ光を受光）の出力において、ノイズである１．５５μｍ光は１／１００００以下に減衰していた。アナログＰＤモジュールにおいて１．３μｍ光は１／１００００以下に減衰していた。ノイズを１０−４以下に減らすことができるので、電話やＴＶにノイズが入らず、実用的に極めて有効であることが分かった。多層膜フィルタを省くことができるので、部品の数を減らし、コストを下げ、小型化することができる。
【００８２】
光ファイバグレーティングを不要光の排除に用いるという本発明の思想を実現するのであれば、図９のようにグレーティングフィルタ１０９をモジュール１１０の外部の光ファイバ１１１の一部に設けるという可能性も有り得よう。光ファイバのモジュール内の部分ではなくて、外部にグレーティングを形成するのである。こうすれば、図５に示す従来例に係る半導体受光素子モジュールをそのまま利用できるという利点がある。
【００８３】
しかし本発明者は図９のような構成は好まない。そのようなものは、組立作業が煩雑になろう。また外部にグレーティング部が出ているから保護ケースに入れたり、別途固定するなどの手間がかかる。さらに取扱いも不便である。小型化を図る上で難がある。
【００８４】
［実施例▲２▼ジルコニアキャピラリを用いるもの］
直接に光ファイバの先端をステンレスパイプに入れるものの他、図１０に示すように光ファイバ１１２の先端をセラミックのキャピラリー１１４に入れるものもある。これはジルコニアのキャピラリー１１４である。フェルール１１３にキャピラリーを入れ一体化して端面を斜めに研磨する。この例では他端にはＦＣコネクタ１１５があり、ジルコニアフェルール１１６によって他の光学素子に結合できるようにしてある。光パワーメータに接続することもできる。この場合においても、フェルール内部の光ファイバ先端部にグレーティングを設ける。これはピグテイルタイプのコネクタになっている。
【００８５】
［実施例▲３▼レセプタクルタイプ］
本発明はピグテイルタイプのコネクタの他に、レセプタクルタイプのモジュール１１７にも適用することができる。図１１によって説明する。ファイバコード１１８の先端は被覆を剥してありガラス部分が露出している。ジルコニアなどのフェルール１１９によって先端部が保護される。シングルモードファイバ１２０の先端はこの場合丸く研磨してある。一方のコネクタのハウジング１２１に前記のフェルール１１９が固定されている。ハウジング１２１の外周部には、勘合用の袋ナット１２２がある。前方には円周方向の位置を決めるためのキイ１２３が突出している。
【００８６】
他方のコネクタには、レンズを持つフォトダイオードが設けられる。レンズホルダ−１２４は金属円筒形部材である。内部に球レンズ１２５がはめ込まれている。円筒の端部には、ファイバホルダ−１２６があってここにダミーファイバ１２７が固定されている。ダミーファイバは短い光ファイバであって、端部が斜めに切断される。戻り光の防止のためである。特徴的なのは、ダミーファイバにグレーティングを設けたことである。これによって不要な光を反射してＰＤにまで到達できないようにする。
【００８７】
レンズホルダ−１２４の端部には、フェルールを差し込むためのハウジング１２８が溶接される。ハウジング１２８のフランジ部１２９には、止めネジ用穴１３０が穿孔されている。ハウジング１２８の前端には、雄ねじ１３１が刻まれている。これは勘合用袋ナット１２２に螺合することができる。ハウジング１２８の中心軸孔には、円筒形のスリーブ１３２がはめ込まれている。これはフェルール１１９を差し込むための部材である。
【００８８】
レンズホルダ−１２４の他方の端には、パッケージ１３３が設けられる。パッケージ１３３の上面にはサブマウント１３４が半田付けされる。さらにこの上にＰＤチップ１３５がダイボンドされる。チップ１３５の電極やサブマウント１３４はワイヤ１３７によってリードピン１３６に接続される。受光素子チップ１３５は窓付きのキャップ１３８によって封止される。窓にはシール用窓ガラス１３９が設けられる。
【００８９】
フェルール１１９をスリーブ１３２に差し込み、袋ナット１２２をネジ１３１にねじ込むことによってハウジング１２１、１２８を結合することができる。この場合、シングルモードファイバ１２０の先端がダミーファイバ１２７に接触する。光はファイバ１２０からファイバ１２７へと伝搬する。
【００９０】
レセプタクルタイプの受光素子モジュールに本発明を適用した例を説明した。新規な部分は、ダミー用の光ファイバにグレーティングを設けて、不要な光を完全に排除するようにしたことである。この例もハウジング外部にグレーティングを設けるのではない。ハウジング内部のダミー用のファイバにグレーティングを形成している。小型化に好適で、部品点数は増えず、取扱い便利という長所がある。ホルダ−によって支持しているからグレーティング部の劣化を防止することができる。
【００９１】
［実施例▲４▼バタフライ型パッケージへの適用］
本発明は様々な形態のパッケージに収容した半導体受光素子に適用することができる。図１２はバタフライ型パッケージの受光素子に応用した例を示す。バタフライ型受光素子１４０は、平板型のパッケージ１４１の内部に受光素子チップや集光レンズを収容するものである。パッケージ１４１の側面には適数本のリードピン１４２が面平行に延びるように設けられる。ピンの形状によってバタフライ型と呼ばれる。
【００９２】
パッケージ１４１の中心部にはレンズホルダ−１４３があって、これが凸レンズ１４４を保持している。軸線上最奥部にはチップキャリヤ１５０があってそのレンズ側の面にフォトダイオードチップ１５１が固定される。
パッケージ１４１の反対側の端面には、開口１４５があって、ここに鍔付き円柱状のフェルール１４６が挿入される。フェルール１４６にはシングルモードファイバ１４７の先端が差し込まれている。ファイバの先端部にグレーティング部１４９が形成される。これによって不要な光がパッケージ内部に入らないようにする。この場合もグレーティングを形成した部分はパッケージの内部にあってフェルールによって保護されている。その部分が劣化するのを防ぐ。
【００９３】
［実施例▲５▼より単純な２波長光通信のＰＤモジュールに適用］
先に説明したものは、１．３μｍ光を双方向に、１．５５μｍ光を一方向に用いている。より単純化して１．３μｍ光は送信のみ、１．５５μｍ光は受信のみに用いるＯＮＵモジュールを想定する。この場合、従来の方法であれば、分波器によって、１．３μｍと１．５５μｍを分離しさらに、１．５５μｍの受光素子の前に、１．３μｍを除くための多層膜フィルタが必要とされる。
本発明はそのような場合において多層膜フィルタを省きさらに波長分波器自体をカップラによって置き換えることができる。そのような利点もあるのである。
【００９４】
図１３は２波長光通信の光ファイバによる従来例の構成を示す。基地局につながるシングルモードファイバは光コネクタ１５２によってモジュール内の光ファイバにつながる。これは光ファイバ波長分波器（ＷＤＭ）１５３によって１．３μｍ光と、１．５５μｍ光に分離される。この系では１．３μｍ光は受信には使わないので理想的には１．３μｍ成分は存在しない。しかし他のＯＮＵモジュールからの信号が混ざることもあり、やはり１．３μｍと１．５５μｍを分離しなければならない。ために波長分波器１５３を用いる。
【００９５】
送信信号はＬＤモジュール１５８によって電気／光変換され光ファイバ１５７、光コネクタ１５６を通り、光ファイバ１５４から波長分波器１５３に至る。波長分波器によって分離された１．５５μｍ光は多層膜フィルタ１５９を通り、光コネクタ１６０を通ってＰＤモジュール１６１に入る。ここで受信光信号が電気信号に変換される。入力ファイバは、１．３μｍ光をも含むのでやはり多層膜フィルタ１５９を必要とするし、波長分波器も必須である。
【００９６】
ところが受光素子モジュールに本発明を適用することによって構成をより単純化できる。図１４は本発明を適用したと仮定して系を構成したものである。
入力シングルモードファイバ１６２は光コネクタ１６３を経てＯＮＵモジュールに入り、光ファイバカップラ１６４によって単純に２分割される。光カップラ１６４は単に送信１．３μｍ光と受信１．５５μｍ光を一本のファイバ１６２によって送信するための工夫にすぎない。
【００９７】
送信電気信号はレ−ザモジュール１７１によって光信号に変えられる。これが光ファイバ１７０を通り光コネクタ１６８、光ファイバ１６６からファイバ１６２に出てゆく。
【００９８】
カップラ１６４によって分割された１．５５μｍ光は光ファイバ１６７、光コネクタ１６９を通り、ＰＤモジュール１７３に入る。この受光素子モジュール１７３は本発明のモジュールである。フェルールの内部の光ファイバには１．３μｍ光を反射するグレーティングが設けてある。たとえファイバ１６２からモジュールに向かう光に１．３μｍ成分が含まれていたとしても、波長分波器を使わず、カップラによって受信光を分離すれば良い。１．３μｍ光はグレーティングによって排除され、受光素子チップには入らずノイズを引き起こさない。
【００９９】
受光素子モジュールにグレーティングを付加することによって、波長分波器と誘電体多層膜フィルタの両方を省くことができる。光カップラによって波長分波器を置き換えるのであるが、カップラの方が波長分波器よりもずっと製造容易で安価である。
【０１００】
［実施例▲６▼釣り鐘型受光素子モジュールに適用した場合］
図１５によって本発明を釣り鐘型の受光素子に適用した実施例について説明する。光ファイバ１７４の先端にはフェルール１７５が取り付けられる。フェルールの先端は斜めにカットされる。フェルール１７５は円錐形のハウジング１７６のボス部に穿孔された通し孔２０２に差し込まれる。ハウジング１７６の広い方の端面は、円筒形のスリーブ１７７の上面に固定される。
【０１０１】
円盤状のヘッダ１７８はいくつかのリードピン１７９を有する。マウント１８０にはフォトダイオードチップ１８１がボンドされる。フォトダイオード１８１の電極とピン１７９がワイヤ１８２によって接続される。ヘッダ１７８の上面はさらに窓１８４を有するキャップ１８３によって覆われる。窓１８４はガラスがはめ込んである。チップの空間は窒素ガスによって気密封止される。
【０１０２】
スリーブ１７７の上方の開口部１８５にはレンズ１８６が設けられる。フォトダイオードチップを光らせて、集光レンズ１８６の上から光を観察し、位置合わせした後スリーブ１７７の端面１８８をＡ点においてＹＡＧ溶接する。
さらに光ファイバ１７４の他端に光パワーメータを設けて、光ファイバに入る光量が最大になるようにハウジング１７６とスリーブ１７７の位置を調整し、フェルール１７５の高さも調整してＢ点をＹＡＧ溶接する。
【０１０３】
このような構造は新規でない。本発明によって提案されるのは、光ファイバの先端部にグレーティング１８９を設けたという点である。これによって不要光を排除することができる。
【０１０４】
［実施例▲７▼ＤＩＰパッケージへの適用例］
本発明はＤＩＰパッケージにも勿論利用できる。図１６によって説明する。図１６の（ａ）は断面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は斜視図である。ハウジング１９０は、キャップ２００とパッケージ本体２０１とよりなる。ハウジング１９０の内部には、レンズホルダ−１９１があり、これによって集光レンズ１９２が保持されている。レンズの軸方向の後方にはヘッダ１９３がある。ヘッダ１９３にはフォトダイオードチップ１９４がダイボンドされている。
【０１０５】
フォトダイオードチップ１９４の電極とリードピン１９５はワイヤ１９６によって電気的に接続されている。フォトダイオードのある方向と反対の位置には、光ファイバ１９７の先端を保持したフェルール１９８が差し込まれている。この光ファイバの先端にもグレーティング１９９が形成されている。これも一定の波長の光を反射しフォトダイオードまで到達しないようにする働きがある。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明は多層膜フィルタに代えて、光ファイバグレーティングフィルタを光ファイバの内部に設けることにより不要光を排除する。波長分波器に加えて光ファイバグレーティングフィルタを設けるから、不要光によるノイズを完全に遮断することができる。
【０１０７】
ファイバグレーティングを用いると多層膜よりもそれ自体において有利な点がある。それはグレーティングの長さによって減衰比を簡単に下げることができるということである。実施例で述べたように、１．３μｍ光受光用の受光素子に４ｍｍの長さのグレーティングを作ると１．５５μｍ光を１０−２以下に（−２０ｄＢ）減衰させることができる。グレーティングの長さを８ｍｍにすると１０−４（−４０ｄＢ）以下に減らすことができる。このようにグレーティングの長さを長くすれば減衰比を幾らでも小さくできる。このような性質は波長によらない。１．５５μｍ光受光用の受光素子に４ｍｍのグレーティングを作ると減衰比を１／１００にすることができる。これを８ｍｍにすると減衰比を１／１００００にできる。
【０１０８】
光ファイバは初めから存在し、これにレ−ザの強い光を２光束干渉法によって照射するのであるから、露光の範囲を広くする事によって簡単にグレーティングを長くすることができる。
これに反して多層膜の減衰比を減らそうとすると、多層膜の膜数を増やさなくてはならない。材料、製作時間がそれだけ増え、コストをさらに押し上げるようになってしまう。
【０１０９】
グレーティングフィルタによって不要光を遮断できるので、従来の多層膜フィルタを省く事ができる。光ファイバの部分を処理してフィルタにしたのであるからフィルタの存在によって体積は全く増えない。多層膜フィルタの容積分だけ必要空間を減らすことができる。多層膜フィルタによる部品コスト、組立コストなどを削減することができる。ＯＮＵ光モジュールとしてより小型、安価な装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】双方向光通信の加入者側端末の原理図。
【図２】ミラー式波長分波器、カップラを用いるＯＮＵモジュールの原理図。
【図３】石英平面導波路による波長分波器、カップラを用いるＯＮＵモジュールの原理図。（ａ）が平面図。（ｂ）がＡ−Ｂ断面図。
【図４】光ファイバ波長分波器、光ファイバカップラを用いる光ファイバタイプＯＮＵモジュールの原理図。
【図５】従来の半導体受光素子モジュールの縦断斜視図。
【図６】光ファイバグレーティングフィルタの原理図。
【図７】グレーティングを有する光ファイバをフェルールに固定した物の縦断面図。
【図８】本発明の半導体受光素子モジュールの縦断斜視図。
【図９】光ファイバグレーティングをモジュールの外に設けた物の斜視図。
【図１０】シングルモードファイバをＦＣコネクタに取り付けて、ＦＣコネクタから延びるフェルールをモジュールに取り付けるためのＦＣコネクタ、フェルールの正面図。
【図１１】フェルールの直前にグレーティングを設けたダミーファイバを固定してあり、ダミーファイバを通って信号光がＰＤチップに入射するようにした実施例を示す概略正面図。
【図１２】バタフライタイプのパッケージを用いる受光素子モジュールに本発明を適用した場合の概略断面図。
【図１３】１．３μｍ光を送信に、１．５５μｍ光を受信に用いた、より単純なＯＮＵモジュールにおいて、ファイバ部品による従来のモジュール構成図。
【図１４】図１３と同じ機能を有するものを本発明の受光素子を利用して構成したＯＮＵモジュールの構成図。
【図１５】釣り鐘型の受光素子モジュールに本発明を適用したものの縦断面図。
【図１６】ＤＩＰ型パッケージに収容される受光素子に本発明を適用したものを示す図。（ａ）が断面図、（ｂ）が背面図、（ｃ）が斜視図である。
【図１７】水素添加石英ファイバに１．５５μｍ光反射用のグレーティングを形成したものの波長と反射率の関係を示す反射スペクトル図。
【符号の説明】
１  基地局
２  加入者側端末
３  光ファイバ
４  分岐器
５  波長分波器
６  アナログＰＤ
７  信号処理部
８  ＴＶ
９  光カップラ
１０  デジタルＰＤ
１１  信号処理部
１２  デジタルＬＤ
１３  電話・ファクシミリ
２０  光ファイバ
２１  光コネクタ
２２  コリメータレンズ
２３  ミラー式波長分波器
２４  ミラー式カップラ
２５  多層膜フィルタ
２６  集光レンズ
２７  デジタルＰＤ
２８  デジタルＬＤ
２９  集光レンズ
３０  多層膜フィルタ
３１  集光レンズ
３２  光コネクタ
３３  光ファイバ
３４  シングルモードファイバ
３５  平面導波路
３６  光導波路
３７  分岐点
３８  光導波路
３９  光導波路
４０  光カップラ
４１  光導波路
４２  波長分波器のファイバ接近領域
４３  波長分波器
４４  多層膜フィルタ
４５  デジタルＰＤ
４６  デジタルＬＤ
４７  集光レンズ
４８  端面
４９  多層膜フィルタ
５０  アナログ出力シングルモードファイバ
５１  パッケージ
５２  Ｓｉ基板
５３  石英系クラッド層
６０  入力シングルモードファイバ
６１  光コネクタ
６２  光ファイバ波長分波器
６３  光コネクタ
６４  光ファイバカップラ
６５  分岐
６６  光ファイバ
６７  光ファイバ
６８  多層膜フィルタ
６９  光コネクタ
７０  デジタルＰＤモジュール
８０  光コネクタ
８２  光ファイバ
８３  多層膜フィルタ
８４  光コネクタ
８５  アナログＰＤモジュール
８６  パッケージ
８７  アノードピン
８８  パッケージのケースピン
８９  カソードピン
９０  サブマウント
９１  フォトダイオードチップ
９２  球レンズ
９３  球レンズ付きキャップ
９４  スリーブ
９５  フェルールホルダ−
９６  孔
９７  フェルール
９８  シングルモードファイバ
９９  ファイバの先端
１００  コア
１０１  クラッド
１０２  グレーティング部
１０３  斜め研磨部
１０４  ベンドリミッタ
１０９  ファイバグレーティングフィルタ
１１０  ＰＤモジュール
１１１  光ファイバ
１１２  シングルモードファイバ
１１３  フェルール
１１４  セラミックキャピラリ
１１５  ＦＣコネクタ
１１６  ジルコニアフェルール
１１７  レセプタクルタイプ受光素子モジュール
１１８  ファイバコード
１１９  フェルール
１２０  シングルモードファイバ
１２１  ハウジング
１２２  勘合用袋ナット
１２３  キイ
１２４  レンズホルダ−
１２５  レンズ
１２６  ファイバホルダ−
１２７  ダミーファイバ
１２８  ハウジング
１２９  フランジ部
１３０  止めネジ用穴
１３１  雄ネジ部
１３２  スリーブ
１３３  パッケージ
１３４  サブマウント
１３５  ＰＤチップ
１３６  リードピン
１３７  ワイヤ
１３８  キャップ
１３９  シール用窓ガラス
１４０  バタフライ型受光素子
１４１  パッケージ
１４２  リードピン
１４３  レンズホルダ−
１４４  レンズ
１４５  穴
１４６  フェルール
１４７  光ファイバ
１４９  グレーティング部
１５０  チップキャリヤ
１５１  フォトダイオードチップ
１５２  光コネクタ
１５３  光ファイバ波長分波器
１５４  光ファイバ
１５５  光ファイバ
１５６  光コネクタ
１５７  光ファイバ
１５８  ＬＤモジュール
１５９  多層膜フィルタ
１６０  光コネクタ
１６１  ＰＤモジュール
１６２  ファイバ
１６３  光コネクタ
１６４  光ファイバカップラ
１６５  光ファイバ
１６６  光ファイバ
１６８  光コネクタ
１７１  ＬＤモジュール
１７３  ＰＤモジュール
１７４  光ファイバ
１７５  フェルール
１７６  ハウジング
１７７  スリーブ
１７８  ヘッダ
１７９  リード
１８０  マウント
１８１  フォトダイオードチップ
１８２  ワイヤ
１８３  キャップ
１８４  窓
１８５  開口部
１８６  集光レンズ
１８７  端面
１８８  端面
１８９  グレーティング
１９０  ハウジング
１９１  レンズホルダ−
１９２  集光レンズ
１９３  ヘッダ
１９４  フォトダイオードチップ
１９５  リードピン
１９６  ワイヤ
１９７  光ファイバ
１９８  フェルール
１９９  グレーティング
２００  キャップ
２０１  パッケージ
２０２  通し穴
【図１】
0003591932.tif 000002
【図２】
0003591932.tif 000003
【図３】
0003591932.tif 000004
【図４】
0003591932.tif 000005
【図５】
0003591932.tif 000006
【図６】
0003591932.tif 000007
【図７】
0003591932.tif 000008
【図８】
0003591932.tif 000009
【図９】
0003591932.tif 000010
【図１０】
0003591932.tif 000011
【図１１】
0003591932.tif 000012
【図１２】
0003591932.tif 000013
【図１３】
0003591932.tif 000014
【図１４】
0003591932.tif 000015
【図１５】
0003591932.tif 000016
【図１６】
0003591932.tif 000017
【図１７】
0003591932.tif 000018