(57)【要約】【課題】  光送受信モジュールをアクティブアライメントを用いずに安価に製造するための光送受信モジュールの構造とその製造方法の提供。【解決手段】  ＬＤ５、ＰＤ６、ＷＤＭフィルタ７及び光ファイバ８を備え、ＬＤから出射した波長λ１の光がフィルタで反射して光ファイバに入射され、光ファイバを通して伝搬された波長λ２の光がフィルタを透過してＰＤに入射されるように構成された光送受信モジュールにおいて、ＬＤとフィルタの間および／またはフィルタと光ファイバの間にフレネルゾーンプレート１１が設けられた光送受信モジュール。基板１０にＬＤ、ＰＤ、ＷＤＭフィルタ及び光ファイバを固定した後、ＬＤとフィルタの間および／またはフィルタと光ファイバの間にフェムト秒レーザ光を集光照射することによってフレネルゾーンプレートを形成して光送受信モジュールを得ることを特徴とする光送受信モジュールの製造方法。【選択図】  図３
2006018079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを備え、発光素子から出射した波長λ１の光が光フィルタで反射して光ファイバに入射され、光ファイバを通して伝搬された波長λ２の光が光フィルタを透過して受光素子に入射されるように構成された光送受信モジュールにおいて、
前記発光素子と前記光フィルタの間および／または光フィルタと光ファイバの間にフレネルゾーンプレートが設けられたことを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項２】
フレネルゾーンプレートが、前記発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを固定した基板にフェムト秒レーザ光を集光照射して形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光送受信モジュール。
【請求項３】
フレネルゾーンプレートが無い場合の光の進行方向とフレネルゾーンプレートの入射面のなす角度が９０度でないことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。
【請求項４】
フレネルゾーンプレートが無い場合の光路の中心とフレネルゾーンプレートの中心とが一致していないことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。
【請求項５】
光の進行方向に沿って２個以上のフレネルゾーンプレートを並設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光送受信モジュール。
【請求項６】
発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを備え、発光素子から出射した波長λ１の光が光フィルタで反射して光ファイバに入射され、光ファイバを通して伝搬された波長λ２の光が光フィルタを透過して受光素子に入射されるように構成された光送受信モジュールの製造方法において、
基板に発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを所定位置に固定した後、前記発光素子と前記光フィルタの間および／または光フィルタと光ファイバの間にフェムト秒レーザ光を集光照射することによってフレネルゾーンプレートを形成して光送受信モジュールを得ることを特徴とする光送受信モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信システムに用いる光合波もしくは光分波機能を有する光複合モジュールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一本の光ファイバを用いて上りと下りの双方向伝送を、異なる波長λ１、λ２で実現する光通信方式の開発が進められている。この通信方式において、レーザダイオード（以下、ＬＤと記す。）のような発光素子、フォトダイオード（以下、ＰＤと記す。）のような受光素子、波長分離及び合分波機能を持つＷＤＭフィルタのような光フィルタ及び光ファイバを集積化して構成された光送受信モジュールが用いられている。従来の光送受信モジュールは、波長がλ２（またはλ１）の受信光と、波長λ１（またはλ２）の送信光とを分離するために、球レンズと波長選択フィルタとしてのＷＤＭフィルタを組み合わせた構成（特許文献１）、光導波路とＷＤＭフィルタを組み合わせた構成（特許文献２）が一般的である。
【０００３】
図１及び図２は、従来の光送受信モジュールの概略構造を例示する図であり、これらの図中符号１はレセプタクル、２はバレル、３はレンズ、４はモニタＰＤ、５はＬＤ、６はＰＤ、７はＷＤＭフィルタ、８は光ファイバ、９は光導波路である。
図１に示す従来の光送受信モジュールは、筐体の一方側にレセプタクル１及びバレル２によって光ファイバ８の一端側を固定し、筐体内にレンズ３、ＷＤＭフィルタ７、ＬＤ５及びＰＤ６を配置し、光ファイバ８から出射した波長λ２の受信光はレンズ３及び傾斜状態で配置されたＷＤＭフィルタ７を通ってＰＤ６に結合され、一方、ＬＤ５から出射した波長λ１の送信光がＷＤＭフィルタ７表面で反射され、レンズ３を通って光ファイバ８に入射されるように構成されている。
図２に示す従来の光送受信モジュールは、Ｙ字状の光導波路９を持つ光導波路基板の中央にＷＤＭフィルタ７が設けられ、光導波路９の各端に接続するようにＬＤ５、ＰＤ６及び光ファイバ８を固定した構成になっている。
【０００４】
光送受信モジュールは、各家庭への情報サービスの拡充のために用いられ、低価格化が強く要求されている。
従来の光送受信モジュールは、発受光素子の光軸調整を行う際に、発光素子の光出力をファイバ端でモニタしながら、あるいは受光素子の光電流をモニタしながら行うアクティブアライメント方式によって作製されている。しかし、アライメントコストの低減によるモジュール価格の低減を目的とすれば、高コストとなるアクティブアライメント方式を用いずに、コスト低減が可能なパッシブアライメント方式のみによって製造することが必要である。
【０００５】
従来、パッシブアライメント方式によって発受光素子、ＷＤＭフィルタ、光導波路等を実装する方法としては、例えば特許文献３，４に記載された技術が提案されている。
特許文献３には、素子の外形を利用して機械的位置合わせによるアライメント方式が開示されており、この方式では基板に設けられた光素子搭載用の凹部の傾斜面に素子の一辺を突き当てる方式によりアライメントを行っている。
また特許文献４に記載されたアライメント方式では、光ファイバと相対する発受光素子に凹部を設け、凹部に嵌るように光ファイバに凸部を設けることにより、パッシブアライメント時に位置ずれが発生しても凸部の先端か凹部に引っかかり、十分な光結合を得ることができる。
また特許文献３記載の方式では、Ｖ溝を基板上に作製し、かつＶ溝作製面にヘッダの位置合わせを行うためのマーカを設けることにより受光素子と光ファイバの位置あわせを実現することができる。
【特許文献１】特開２００３−３２２７７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２０９７８号公報
【特許文献３】特開平１１−３３７７７３号公報
【特許文献４】特開平１０−２３２３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来のアライメント方式を用いた光送受信モジュールの製造方法では、通常の工程以外にパッシブアライメントを行うためのアライメントマークやＶ溝を作製する必要があり、アライメントコスト自体は下げることができても、従来必要の無かった部材加工工程を増加する必要があり、その結果、最終的なモジュール実装をするコスト増や歩留まりの悪化を招いてしまう問題がある。
また、アライメントマークやＶ溝を基準にして、発受光素子やＷＤＭフィルタの位置合わせを行う際には、固定時に接着剤の膨張などにより所定の位置からずれてしまい、正確なアライメントを行うことが困難であるという問題もある。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、受発光素子、光フィルタ及び光ファイバを備える光送受信モジュールをアクティブアライメントを用いずに安価に製造するための光送受信モジュールの構造とその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを備え、発光素子から出射した波長λ１の光が光フィルタで反射して光ファイバに入射され、光ファイバを通して伝搬された波長λ２の光が光フィルタを透過して受光素子に入射されるように構成された光送受信モジュールにおいて、前記発光素子と前記光フィルタの間および／または光フィルタと光ファイバの間にフレネルゾーンプレートが設けられたことを特徴とする光送受信モジュールを提供する。
本発明の光送受信モジュールにおいて、フレネルゾーンプレートが、前記発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを固定した基板にフェムト秒レーザ光を集光照射して形成されたものであることが好ましい。
本発明の光送受信モジュールにおいて、フレネルゾーンプレートが無い場合の光の進行方向とフレネルゾーンプレートの入射面のなす角度が９０度でないことが好ましい。
本発明の光送受信モジュールにおいて、フレネルゾーンプレートが無い場合の光路の中心とフレネルゾーンプレートの中心とが一致していないことが好ましい。
本発明の光送受信モジュールにおいて、光の進行方向に沿って２個以上のフレネルゾーンプレートを並設したことが好ましい。
【０００９】
また本発明は、発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを備え、発光素子から出射した波長λ１の光が光フィルタで反射して光ファイバに入射され、光ファイバを通して伝搬された波長λ２の光が光フィルタを透過して受光素子に入射されるように構成された光送受信モジュールの製造方法において、基板に発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを所定位置に固定した後、前記発光素子と前記光フィルタの間および／または光フィルタと光ファイバの間にフェムト秒レーザ光を集光照射することによってフレネルゾーンプレートを形成して光送受信モジュールを得ることを特徴とする光送受信モジュールの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板に発光素子、受光素子、光フィルタ及び光ファイバを固定した後、フェムト秒レーザ光の集光照射により発光素子と前記光フィルタの間および／または光フィルタと光ファイバの間にフレネルゾーンプレートを形成することにより、アクティブアライメントしなくても各素子間の光軸調整ができるので、アクティブアライメント工程を省くことができるとともに、パッシブアライメントのためのＶ溝やアライメントマークを形成する余分な加工工程が不要となり、低コストな光送受信モジュールを提供できる。
また、基板内を通過する光路をフレネルゾーンプレートを用いて集光、偏向することが可能となるので、各素子間の光結合効率を向上させることができ、高品質の光送受信モジュールを提供できる。
また、パッシブアライメント時の位置合わせ精度が悪くても高結合効率の光送受信モジュールを作製することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図３は、本発明に係る光送受信モジュールの第１実施形態を示す平面図である。本実施形態の光送受信モジュールは、基板１０と、発光素子としてＬＤ５と、受光素子としてＰＤ６と、光フィルタとしてＷＤＭフィルタ７と、光ファイバ８と、ＬＤ５とＷＤＭフィルタ７間の基板１０に設けられたフレネルゾーンプレート１１とから構成されている。なお、図３〜図５は主にフレネルゾーンプレート１１の有無による光路１２，１３の違いを分かりやすく図示したものであって、それぞれの構成要素の結合関係は模式的に示され、基板１０とＬＤ５，ＰＤ６及び光ファイバ８とが離間しているように記してあるが、実際にはＬＤ５，ＰＤ６及び光ファイバ８端面はそれぞれ基板１０上に搭載されているか、あるいは基板１０の側面に固定された状態になっている。
【００１２】
前記基板１０としては、送受信光に対してほとんど吸収のない透明材料、例えば石英ガラス基板などが挙げられる。
前記ＬＤ５は、このＬＤ５から光ファイバ８を通して送信する波長λ１（又はλ２）の送信光を出力できるものが用いられる。またＰＤ６は、光ファイバ８を通して伝送される波長λ２（又はλ１）の受信光を検出可能なものが用いられる。一般に、該送信光としては波長１．３μｍ帯の光が用いられ、受信光としては波長１．５５μｍ帯の光が用いられるが、本発明はこれに限定されない。
【００１３】
前記ＷＤＭフィルタ７は、波長分離及び合分波機能を持ち、例えば、波長λ１（又はλ２）の光を反射し、波長λ１（又はλ２）の光を透過する機能を有する誘電体多層膜型光フィルタなどが用いられる。
前記光ファイバ８は、双方向光通信が可能な光ファイバであればよく、例えば石英系シングルモード光ファイバなどが用いられる。
【００１４】
前記フレネルゾーンプレート１１は、本例示ではＬＤ５とＷＤＭフィルタ７の間に設けられている。このフレネルゾーンプレート１１は、例えば、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．２４（２００２）“Ｂｉｒｅｆｒｉｇｅｎｔ  Ｆｒｅｓｎｅｌ  ｚｏｎｅ  ｐｌａｔｅｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃａ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ”に記載してある方法を用いて形成することができる。この方法では、近赤外のフェムト秒レーザ光を基板１０内部に集光照射して、集光照射部に誘起された屈折率上昇領域をつなげることでフレネルゾーンプレート１１の形成が可能である。
【００１５】
本形成方法の利点は、フェムト秒レーザ光を所望の位置に集光照射できること、またそれにより任意の位置にフレネルゾーンプレート１１を形成することが可能である点である。つまり、フレネルゾーンプレート１１は、ＬＤ５とＷＤＭフィルタ７の間に形成可能で、かつＬＤ５から出射し、フレネルゾーンプレート１１を通過した光がＷＤＭフィルタ７に集光するように形成することが可能である。また、ＷＤＭフィルタ７と光ファイバ８の間もしくはＷＤＭフィルタ７とＰＤ６の間に、同様にフレネルゾーンプレートを形成することもでき、それによって結合効率の改善が可能となる。
【００１６】
しかし、このままではＬＤ５から出射した光の光路が曲がらずに、ＷＤＭフィルタ７で反射した光が再度ＬＤ５に戻ってきてしまう。この問題はフレネルゾーンプレート１１を形成する位置をずらし、フレネルゾーンプレート１１が無い場合の光の中心とフレネルゾーンプレートの中心とが一致しないようにフレネルゾーンプレート１１を形成することで解決できる。具体的には、図３のようにＬＤ５とＷＤＭフィルタ７を結ぶ直線から光ファイバ８側に寄せた位置にフレネルゾーンプレート１１を形成することで、ＬＤ５から出射した光の光路が変換される。同時にＷＤＭフィルタ７で反射した光も光路の変換が可能である。図３中、符号１２はフレネルゾーンプレート１１が無い場合の光路を示し、１３はフレネルゾーンプレート１１が有る場合の光路を示している。
【００１７】
本実施形態の光送受信モジュールを製造するには、まず、基板１０の所定位置にＬＤ５、ＰＤ６、ＷＤＭフィルタ７及び光ファイバ８を固定する。次に、ＬＤ５とＷＤＭフィルタ７間の基板１０にフェムト秒レーザ光を集光照射することによってフレネルゾーンプレート１１を形成して光送受信モジュールを得る。なお、ＷＤＭフィルタ７と光ファイバ８の間もしくはＷＤＭフィルタ７とＰＤ６の間にフレネルゾーンプレート１１を形成する場合には、基板１０の所定位置に順次フェムト秒レーザ光を集光照射することによってフレネルゾーンプレート１１を形成できる。
【００１８】
本実施形態の光送受信モジュールは、基板１０に発光素子としてＬＤ５、受光素子としてＰＤ６、光フィルタとしてＷＤＭフィルタ７及び光ファイバ８を固定した後、フェムト秒レーザ光の集光照射により、少なくともＬＤ５とＷＤＭフィルタ７の間にフレネルゾーンプレート１１を形成することにより、アクティブアライメントしなくても各素子間の光軸調整ができるので、アクティブアライメント工程を省くことができるとともに、ポジティブアライメントのためのＶ溝やアライメントマークを形成する余分な加工工程が不要となり、低コストな光送受信モジュールを提供できる。
また、基板１０内を通過する光路をフレネルゾーンプレート１１を用いて集光、偏向することが可能となるので、各素子間の光結合効率を向上させることができ、高品質の光送受信モジュールを提供できる。
また、パッシブアライメント時の位置合わせ精度が悪くても高結合効率の光送受信モジュールを作製することが可能である。
【００１９】
図４は、本発明に係る光送受信モジュールの第２実施形態を示す平面図である。本実施形態の光送受信モジュールは、前述した第１実施形態の光送受信モジュールと同じく、基板１０と、発光素子としてＬＤ５と、受光素子としてＰＤ６と、光フィルタとしてＷＤＭフィルタ７と、光ファイバ８と、ＬＤ５とＷＤＭフィルタ７間の基板１０に設けられたフレネルゾーンプレート１１とから構成されている。
【００２０】
前記第１実施形態の光送受信モジュールは、ＬＤ５とＷＤＭフィルタ７を結ぶ直線とフレネルゾーンプレート１１の入射面のなす角度がほぼ９０度となるようにフレネルゾーンプレート１１を形成しているが、本実施形態では、ＬＤ５とＷＤＭフィルタ７を結ぶ直線とフレネルゾーンプレート１１の入射面のなす角度が９０度とならないようにフレネルゾーンプレート１１を光路に対して傾斜させた状態で形成したことを特徴としている。
【００２１】
この光送受信モジュールでは、ＬＤ５とＷＤＭフィルタ７間にフレネルゾーンプレート１１を設けたことによって、図４に示すようにフレネルゾーンプレート１１が無い場合の光路１２に対して、フレネルゾーンプレート１１が有る場合の光路１３は変えられ、ＬＤ５からＷＤＭフィルタ７への光の照射位置が異なっている。本実施形態では、図４に示すようにフレネルゾーンプレート１１を傾斜状態で形成したことで、フレネルゾーンプレート１１を光路の中心に形成しても、ＷＤＮフィルタ７の入射面で反射された光がＬＤ５側に戻ることがない。
本実施形態の光送受信モジュールは、前述した第１実施形態の光送受信モジュールと同様の効果を得ることができる。
【００２２】
図５は、本発明に係る光送受信モジュールの第３実施形態を示す平面図である。本実施形態の光送受信モジュールは、前述した第１実施形態及び第２実施形態の光送受信モジュールと同じく、基板１０と、発光素子としてＬＤ５と、受光素子としてＰＤ６と、光フィルタとしてＷＤＭフィルタ７と、光ファイバ８と、ＬＤ５とＷＤＭフィルタ７間の基板１０に設けられたフレネルゾーンプレート１１とから構成されている。本実施例では、光の進行方向に沿って２個以上のフレネルゾーンプレート１１を並設したことを特徴としている。
【００２３】
本実施形態では、前述した第１実施形態と同様の効果が得られ、さらに、図５に示すようにフレネルゾーンプレート１１を複数個重ねることで、回析効率が向上され、ＬＤ５からＰＤ６若しくは光ファイバ８に到達する光強度を増加させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の光送受信モジュールの一例を示す断面図である。
【図２】従来の光送受信モジュールの別の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の光送受信モジュールの第１実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の光送受信モジュールの第２実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の光送受信モジュールの第３実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…レセプタクル、２…バレル、３…レンズ、４…モニタＰＤ、５…ＬＤ、６…ＰＤ、７…ＷＤＭフィルタ、８…光ファイバ、９…光導波路、１０…基板、１１…フレネルゾーンプレート、１２…フレネルゾーンプレートが無い場合の光路、１３…フレネルゾーンプレートが有る場合の光路。
【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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