(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバが接続されるレセプタクル部と、受光素子と光学部品を収容する矩形状のパッケージ部と、外部回路との電気接続を行う端子部とを備え、波長多重化された異なる波長の複数の信号光を受光して、それぞれの信号光に分波して電気信号に変換する光受信モジュールであって、
前記レセプタクル部には、前記光ファイバが出射する前記波長多重された複数の信号光を平行光にする第１のレンズが配され、
前記パッケージ部には、前記第１のレンズが出射する前記波長多重化された信号光が入射され異なる波長の複数の信号光に分波し、分波された複数の信号光を前記パッケージ部の底壁と平行な方向に出射する光分波器と、該光分波器により分波された分波信号光をそれぞれ前記パッケージ部の底壁方向に向けて反射させる反射器とが、前記パッケージ部の底壁から支持ポストにより平行に離間させて配置した支持基板上に、前記パッケージ部の底壁に対向して実装されて収容され、
前記反射器で反射された前記分波信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズを介して、前記分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、該受光素子からの出力信号を増幅するプリアンプ回路と、が互いに近接して前記パッケージ部の底壁上に実装されて収容されていることを特徴とする光受信モジュール。
【請求項２】
前記支持ポストに、前記反射器からの前記分波信号光をそれぞれ集光する前記第２のレンズを支持するアームが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項３】
前記複数の第２のレンズは、複数のレンズ面が一体に形成されたアレイ形状であることを特徴する請求項１または２に記載の光受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光トランシーバ等の光受信に用いられる光受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ネットワーク上を流れる情報量の増加と通信速度の高速化が進んでいる。これに伴い、光伝送機器に搭載される光トランシーバ等に用いられる光送受信モジュールも高速化が進み、現在では４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓの伝送速度が要求されている。かかる高速の伝送速度は、単一の光デバイスでは追従することが難しく、波長多重による通信方法が用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、４０Ｇｂｐｓの高速伝送を実現するために、速度１０Ｇｂｐｓで動作する４セットの光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly）と光マルチプレクサ（ＭＵＸ）で送信部とし、速度１０Ｇｂｐｓで動作する４セットの光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiver Optical Sub-Assembly）と光デマルチプレクサ（Ｄｅ−ＭＵＸ）で受信部とした光トランシーバが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、波長多重化された異なる波長の複数の信号光を、波長分離部（光Ｄｅ−ＭＵＸ）を用いてそれぞれの波長に分離し、それぞれの受光素子で受光する光受信モジュールが開示されている。
図８は、上記特許文献２に開示の光受信モジュールの一部を模擬的に示した図である。図８（Ａ）に示すように、光ファイバ１から出射された波長多重化された信号光は、基板２上に配設された第１のレンズ３により集光され、光反射部４を経て波長分離部５に入射される。
【０００５】
波長分離部５に入射された信号光は、光学ブロック５ｃを透過して全反射面５ａで反射され、波長フィルタ５ｂで第１の波長の信号光のみを透過させ、他の波長の信号光を反射させる。波長フィルタ５ｂを透過した第１の波長の信号光は第２のレンズ６により、受光部７の所定の受光素子７ａで受光される。波長フィルタ５ｂで反射された信号光は、再度全反射面５ａで反射されて波長フィルタ５ｂにより次の第２の波長の信号光のみを透過させて、他の波長の信号光を反射させる。波長フィルタ５ｂを透過した第２の波長の信号光は第２のレンズ６で所定の受光素子７ａで受光される。以下、同様にして、多重化された波長の異なる信号光は、それぞれの波長の信号光に分離されて、受光部７のそれぞれの受光素子７ａで受光されている。
【０００６】
また、図８（Ｂ）に示すように、波長分離部５により波長の異なる複数の信号光に分波され、第２のレンズ６で集光された後、反射ブロック８により光の方向を変えて、受光素子７ａで受光するようにすることも開示されている。この場合、受光素子７ａと反射ブロック８は、波長分離部５が実装された基板２とは別の回路基板９に実装されているが、これらの光部品は同じ平面上に配列される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１１８３３７号公報
【特許文献２】特開２００９−１９８９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年は、光通信の高速伝送の要求に答える一方で、光トランシーバの小型化への要求も強く、業界標準のＣＦＰ−ＭＳＡの外形を小さくしたＣＦＰ２、ＣＦＰ４、ＱＳＦＰ＋などの標準化が検討されている。この場合、ＴＯＳＡまたはＲＯＳＡに割り当てられる収容面積は縮小され、例えば、ＲＯＳＡは幅７ｍｍ以下のパッケージ内に、上記の光学部品等を収容する必要がある。これに対応するには、特許文献１のように複数のＴＯＳＡ、ＲＯＳＡを並べる構造では、パッケージの外形寸法が大きくなって対応することが難しい。このため、特許文献２のように複数の光学部品等を集積一体化する形態とする必要がある。
【０００９】
この場合、ＲＯＳＡを構成する受光素子の出力は微弱で、周囲のノイズを受けやすいことから受光素子とその信号を増幅する前置増幅器（プリアンプ回路）も、同じパッケージ内に組み込み至近距離に配置することが好ましい。しかしながら、図８に示すように、第１のレンズ、波長分離部、第２のレンズ、反射ブロック、受光素子を同じ平面上に配列する構造では、十分な部品搭載のための平面積が得られない。このため、プリアンプ回路を搭載してボンディングワイヤによる配線するには、パッケージを大きくせざるを得ず、小型化が難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、波長多重化された波長の異なる複数の信号光を集積一体化された光部品で受信すると共に、プリアンプ回路が収容された小型化された光受信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】
【００１１】
本発明による光受信モジュールは、シングルモードの光ファイバが接続されるレセプタクル部と、受光素子と光学部品を収容する矩形状のパッケージ部と、外部回路との電気接続を行う端子部とを備え、波長多重化された異なる波長の複数の信号光を受光して、それぞれの信号光に分波して電気信号に変換する光受信モジュールである。
【００１２】
光受信モジュールのレセプタクル部には、光ファイバが出射する波長多重された複数の信号光を平行光にする第１のレンズが配される。パッケージ部には、第１のレンズが出射する波長多重化された信号光が入射され異なる波長の複数の信号光に分波し、分波された複数の信号光をパッケージ部の底壁と平行な方向に出射する光分波器と、該光分波器により分波された分波信号光をそれぞれパッケージ部の底壁方向に向けて反射させる反射器とが、パッケージ部の底壁から支持ポストにより平行に離間させて配置した支持基板上に、パッケージ部の底壁に対向して実装されて収容される。また、反射器で反射された分波信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズを介して、分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、該受光素子からの出力信号を増幅するプリアンプ回路と、が互いに近接してパッケージ部の底壁上に実装されて収容される。
【００１３】
上記の構成で、支持ポストに反射器からの分波信号光をそれぞれ集光する第２のレンズを支持させるためのアームを設けるようにしてもよい。
また、複数の第２のレンズは、複数の第２のレンズは、複数のレンズ面が一体に形成されたアレイ形状で形成したものでもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、波長多重化された信号光を異なる波長の複数の信号光に分波して受光するのに必要な光分波器と反射器が平面方向に、レンズと受光素子が上下方向に配置される。この結果、部品実装のための平面積を軽減することができ、パッケージ部の形状を大きくすることなく受光素子に近接してプリアンプ回路を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による光受信モジュールの一例を示す破断斜視図である。
【図２】図１の光受信モジュールを補完する断面図である。
【図３】本発明に用いる光分波器の例とその分波動作を説明する図である。
【図４】本発明に用いる光分波器と反射器の実装例を示す図である。
【図５】本発明に用いる光分波器と反射器の支持例を示す図である。
【図６】図５の実施形態で、第２のレンズも支持させる例を示す図である。
【図７】本発明に用いる第２のレンズと受光素子の一例を示す図である。
【図８】従来技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１，２により本発明の実施の形態を説明する。図１は、光トランシーバのＲＯＳＡとして用いる光受信モジュールの一例で、説明を容易にするためにパッケージ蓋体を外し、パッケージ筐体の一部を破断した状態で示している。図２（Ａ）は、図１の光受信モジュールの説明を補完するための断面図、図２（Ｂ）は、本発明の主たる構成を要約して説明するための模式図である。
【００１７】
図において、１０は光受信モジュール、１１はレセプタクル部、１２はパッケージ部、１３は端子部、１４はスリーブ、１５はジョイントスリーブ、１６はホルダ、１７はスタブ、１８は第１のレンズ、１９は光学窓、２０はパッケージ筺体、２１はパッケージ底壁、２２はパッケージ蓋体、２３はブッシュ、２４は支持ポスト、２５は支持基板、２６は光分波器、２７は反射器、２８は第２のレンズ、２９は受光素子、３０はサブマウント、３１は金属基板、３２はプリアンプ回路である。
【００１８】
光受信モジュール１０は、光ファイバが接続されるレセプタクル部１１と、受光素子や光学部品等が収容されるパッケージ部１２と、外部回路との電気接続のための端子部１３を備えている。レセプタクル部１１は、例えば、光コネクタのフェルールが挿入されるスリーブ１４と、調芯可能に結合するためのジョイントスリーブ１５と、パッケージ部１２との結合を形成するホルダ１６とから成る。
【００１９】
パッケージ部１２は、矩形状の箱型で形成され、例えば、金属製のパッケージ筺体２０と、金属製のパッケージ底壁２１とパッケージ蓋体２２からなる収容部に、後述する受光素子や光学部品等を搭載して構成される。なお、パッケージ底壁２１は、銅モリブテンや銅タングステン等の材料を用いることができ、また、熱伝導性のよい材料を用いることにより放熱性を高めることができる。パッケージ蓋体２２（図２参照）は、搭載部品の収容と配線後に密封形状で固定される。
端子部１３は、例えば、複数のセラミック基板を積層して形成され、パッケージ筐体２０の後部側に嵌め込むような形態で組み付けられ、その露出端には電気接続を形成するための電極が形成されている。
【００２０】
図２に示すように、ホルダ１６は、パッケージ筺体２０の前面側に設けたブッシュ２３を介してパッケージ部１２に固定される。ホルダ１６には、ジョイントスリーブ１５を介してスリーブ１４が結合され、ジョイントスリーブ１５により軸方向と径方向に対する調芯が行われる。スリーブ１４内には、光結合を形成するスタブ１７が配され、ホルダ１６にはスタブ１７内の光ファイバから出射された信号光を集光して平行光にする第１のレンズ１８が配される。第１のレンズ１８からの信号光は、ブッシュ２３内に密封形状で設けられた光学窓１９を経て、パッケージ部１２内に出射される。
【００２１】
パッケージ部１２内には、第１のレンズ１８から出射された波長多重化された信号光を異なる波長の複数の信号光に分波し、パッケージ底壁２１と平行な方向に出射する光分波器２６（光ＤｅＭＵＸともいう）と、この分波された信号光（以下、分波信号光という）を、それぞれパッケージ底壁側に反射させるプリズム等で形成された反射器２７とが収容される。光分波器２６の詳細は後述するが、この光分波器２６と反射器２７は、支持ポスト２４によりパッケージ底壁２１から平行に離間して配置された支持基板２５上にパッケージ底壁に対向して実装させて、パッケージ底壁２１に向き合うようにして収容される。
【００２２】
また、パッケージ部１２内には、反射器２７で反射された分波信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズ２８と、この第２のレンズ２８を介して分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子２９とが収容される。第２のレンズ２８は、後述するように、上記の支持ポスト２４、若しくは、受光素子２９と一体的に組み付けられて、サブマウント３０、金属基板３１等を介してパッケージ底壁２１上に実装され収容される。
【００２３】
上述の構成による光受信モジュールは、図２（Ｂ）の模式図で示すように、光分波器２６と反射器２７は、パッケージ底壁２１の平面から高さ方向に平行に離間した支持基板２５の実装面に実装される。そして、第２のレンズ２８と受光素子２９は、パッケー底壁２１の平面から高さ方向に離間した空間を利用して、上下方向に配列して実装される。すなわち、反射器２７と第２のレンズ２８と受光素子２９は、パッケージ部内の上下方向に重なるように配列され、平面方向の配列スペースが軽減される。これにより空いたスぺースに、受光素子２９の信号を増幅するプリアンプ回路３２が実装される。
【００２４】
この結果、図８（Ｂ）で示した従来の同じ平面上に光部品を搭載する構成と較べて、パッケージ部１２の部品搭載の平面積を実質的に増加させることができる。このため、パッケージ部１２の外形寸法を大きくすることなく、受光素子２９に近接させてプリアンプ回路３２を搭載することが可能となり、ノイズ発生を軽減することができる。なお、従来と同じ部品数を搭載する場合は、パッケージ部をより小型化することが可能となる。
【００２５】
図３は、本発明で用いる上述した光分波器２６と反射器２７を、支持基板２５上に一体的に組み付けた例を示す図である。
図３（Ａ−ａ）と図３（Ａ−ｂ）に示す光分波器２６ａは、個別の反射部材３５ａと波長フィルタ３５ｂを支持基板２５上に実装させた例である。反射部材３５ａは、全ての波長の光を反射させる反射面を有し、波長フィルタ３５ｂは、透過する波長が波長フィルタ毎に異なる光学素子で形成される。
【００２６】
図３（Ａ−ｂ）に示すように、多重化された異なる波長（λ１、λ２、λ３、λ４）の信号光が、まず１番目に配列された波長フィルタ３５ｂに当てられて、波長λ１の信号光は透過するが、その他の波長の信号光（λ２、λ３、λ４）は、反射される。この反射された信号光は、反射部材３５ａにより２番目の波長フィルタ３５ｂに当てられて、波長λ２の信号光は透過し、その他の波長の信号光（λ３、λ４）が反射される。以下、同様に透過と反射を繰り返して、波長多重化された信号光は、波長が異なる複数の信号光に分波される。
【００２７】
反射器２７は、例えば、プリズムで形成され、その反射面２７ａは４５度の角度で、光分波器２６ａの方向に向くようにして、支持基板２５の端部に実装される。分波された波長の異なるそれぞれの信号光は、反射器２７の反射面２７ａにより直交する方向に反射されて上述したように、第２のレンズを経て受光素子で受光される。
【００２８】
図３（Ｂ−ａ）と図３（Ｂ−ｂ）に示す光分波器２６ｂは、単一の反射部材３６ａと透過する波長が異なる複数の波長フィルタ３６ｂとを、透明光学部材３６ｃにより一体化した例である。この構成の光分波器２６ｂも、前記の光分波器２６ａと同様に、波長多重化された異なる波長（λ１、λ２、λ３、λ４）の信号光は、波長が異なる複数の信号光に分波され、反射器２７で反射されて第２のレンズを経て受光素子で受光される。
【００２９】
図４は、支持基板２５上に光分波器２６と反射器２７を実装する実装例を説明する図である。支持基板２５は、酸化アルミ（アルミナ）等のセラミック材で形成され、その実装面２５ａには、例えば、光分波器２６を位置決めするＬ字状のマーカ３７ａ、若しくは、三角形状のマーカ３７ａ’を用いて実装するのが好ましい。また、反射器２７も同様に、直線状のマーカ３７ｂ、若しくは、帯状のマーカ３７ｂ’を用いて実装するのが好ましい。
光分波器２６と反射器２７とは、支持基板２５に接着材により接着固定して実装され、同一平面上で一体化された１つの部品として扱うことができる。
【００３０】
図５は、光分波器２６と反射器２７を支持する支持基板２５を、パッケージ部に配設するための一例を示す図である。支持基板２５の実装面２５ａには、上述したように光分波器２６と反射器２７が実装される。そして、光分波器２６を囲うようにして、支持基板２５の両側にパッケージ底壁上に、支持基板２５を支えて固定するための支持ポスト３８または３９が設けられる。なお、支持ポスト３８，３９は、支持基板２５と線膨張係数が近い酸化アルミ、窒化アルミ、銅モリブデン、銅タングステン等の材料で形成される。
【００３１】
図５（Ａ）に示す支持ポスト３８は、コ字状に形成した例で、光分波器２６を挟んで両側の互いに平行な平板状脚３８ａの端部を、支持基板２５の光分波器２６を実装する実装面２５ａ側に接着固定し、ベース部３８ｂの外面をパッケージ底壁への実装部としている。図５（Ｂ）に示す支持ポスト３９は、一対の平板状脚を平行に設ける例で、光分波器２６を挟んで平板状脚の一方の端部３９ａを、図５（Ａ）の例と同様に支持基板２５の光分波器２６を実装する実装面２５ａ側に接着固定し、平板状脚の他方の端部３９ｂをパッケージ底壁への実装部としている。
なお、図５（Ｂ）に示す支持ポスト３９の場合は、支持基板２５と一体成形で形成するようにしてもよい。
【００３２】
上述のように支持ポストが組み付けられた支持基板２５、光分波器２６および反射器２７は、一体化された１つの部品として、図２に示すようにパッケージ底壁２１上に実装され、位置決めおよび実装作業が容易となる。この場合、支持基板２５の実装面２５ａがパッケージ底壁２１に対向するように、パッケージ底壁２１の実装面から平行に離間されて配される。これにより、光分波器２６および反射器２７は、パッケージ底壁２１の実装面とは異なる面で搭載されることになり、上述したように、パッケージ部の部品搭載平面積を実質的に増加させることができる。
【００３３】
図６は、上述した図５（Ｂ）の変形例を示し、支持ポスト４０の一対の平板状の脚から突き出るように、第２のレンズ２８を支持するアーム４０ｃが設けられる。第２のレンズ２８は、例えば、後述するアレイ状のレンズで形成されていて、反射器２７に反射された分波信号光のそれぞれを集光する。なお、一対の平板状脚の一方の端部４０ａを、支持基板２５の光分波器２６を実装する実装面２５ａ側に接着固定し、平板状脚のアームが設けられた他方の端部４０ｂをパッケージ底壁への実装部とする。
本例は、支持ポストが組み付けられた支持基板２５、光分波器２６、反射器２７および第２のレンズが、一体化された１つの部品として扱うことができる。
【００３４】
図７は、上述した第２のレンズ２８と受光素子２９を一体的に組み付けて搭載する例を示す図である。
図７（Ａ）は、分波された複数の分波信号光をそれぞれ集光する複数の第２のレンズ２８ａを個別に形成し、透明なガラス基板３３ａ等に配列させた例である。また、第２のレンズ２８ａで集光した分波信号光を受光する複数の受光素子２９ａを個別に形成し、サブマウント３０上に配列させて例である。
【００３５】
そして、サブマウント３０の両側にスペーサブロック３４を配して、第２のレンズ２８ａが配列されたガラス基板３３ａを接合し、それぞれ対応する第２のレンズ２８ａと受光素子２９ａを、所定の間隔をあけて一体化する。この構成により、複数の第２のレンズ２８ａと複数の受光素子２９ａは、１つの部品として扱うことが可能となり、図２の金属基板３１等を介してパッケージ部１２内に組み付けるのが容易で、作業性を向上させることができる。
【００３６】
図７（Ｂ）は、複数の第２のレンズ２８ｂを、透明なガラス基板３３ｂと一体に形成して、レンズアレイとした例である。また、図７（Ｃ）は、複数の受光素子２９ｂを一体に形成して受光素子アレイとした例である。なお、複数の第２のレンズおよび複数の受光素子をアレイ状とするか否かは適宜選択することができ、また、個別配列のレンズまたはアレイ状のレンズと、個別配列の受光素子とアレイ状の受光素子との組み合わせも適宜選択して、スペーサブロック３４で一体化することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０…光受信モジュール、１１…レセプタクル部、１２…パッケージ部、１３…端子部、１４…スリーブ、１５…ジョイントスリーブ、１６…ホルダ、１７…スタブ、１８…第１のレンズ、１９…光学窓、２０…パッケージ筺体、２１…パッケージ底壁、２２…パッケージ蓋体、２３…ブッシュ、２４…支持ポスト、２５…支持基板、２５ａ…実装面、２６…光分波器、２７…反射器、２８，２８ａ，２８ｂ…第２のレンズ、２９，２９ａ，２９ｂ…受光素子、３０…サブマウント、３１…金属基板、３２…プリアンプ回路、３３ａ，３３ｂ…ガラス基板、３４…スペーサブロック、３５ａ，３６ａ…反射部材、３５ｂ，３６ｂ…波長フィルタ、３６ｃ…透明光学部材、３７ａ〜３７ｂ’…マーカ、３８，３９，４０…支持ポスト。
【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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【図７】
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【図８】
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