(57)【要約】  【課題】  マルチモード光ファイバーを光伝送体として用いる光通信装置において、小サイズの集光レンズを適用可能とする。  【解決手段】  信号光を発する光源11を封止パッケージ12内に配置し、この封止パッケージ12内に、マルチモード光ファイバー10の一端部を、その端面が光源11と対向する状態にして収容する。さらにこの封止パッケージ12内に、２つの光通過端面がそれぞれ光源11およびマルチモード光ファイバー10の端面に密接あるいは近接する状態にして、球状の屈折率分布を有する集光レンズ13を収容する。【選択図】          図１
2006215084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモード光ファイバーを光伝送体として用いる光通信装置において、
前記信号光を発する光源または信号光を検出する光検出器が封止パッケージ内に配置され、
この封止パッケージ内に、前記マルチモード光ファイバーの一端部が、その端面が前記光源または光検出器と対向する状態にして収容され、
さらにこの封止パッケージ内に、２つの光通過端面がそれぞれ前記光源または光検出器と前記端面とに密接あるいは近接する状態にして、球状の屈折率分布を有する集光レンズが収容されていることを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
前記マルチモード光ファイバーの他端部が、前記封止パッケージの外に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
【請求項３】
前記マルチモード光ファイバーの他端部に、他の光ファイバーとの光接続を可能にする光コネクターが装着されていることを特徴とする請求項２記載の光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチモード光ファイバーを伝送路として用いる光通信装置、特に詳細には、光源とマルチモード光ファイバーとの間、あるいは光ファイバーと光検出器との間の光結合のために、球状の屈折率分布を有するレンズを用いた光送受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されているように、コア内に放物線状の屈折率分布を有する屈折率分布型マルチモード光ファイバー（以下ＧＩ−ＭＭＦと称する）や、段階的に屈折率が変化するコアを有するステップインデックス型マルチモード光ファイバーを光通信に適用する試みが種々なされている。このマルチモード光ファイバーは、コア径を大サイズとしても、ギガビット／秒以上の高速で光信号を伝送できるという特長を有している。このような大きなコア径のマルチモード光ファイバーを用いれば、光ファイバーの接続や取扱いを容易化でき、また光ファイバー間の接続に低コストのコネクターを適用可能となる。
【０００３】
しかし高速光信号を受信する場合には、光信号が高速になる程、より高速で応答する光検出器が求められ、高速動作の障害となる素子の寄生容量（キャパシタンス）を極力低減した小サイズの素子を用いる必要が生じる。したがって、光ファイバーのコア径を大サイズとすることができても、光ファイバーのコアから出射する光を検出する光検出器としては小サイズのものが必要となり、そこに極力低損失で集光するために、光ファイバーと光検出器との間に集光力の高いレンズを配置しなければならない。
【０００４】
より具体的に説明すると、ＧＩ−ＭＭＦはコア径を５００μｍ以上としてもギガビット／秒以上の高速光信号を送受信することが可能であるが、ギガビット／秒以上の高速応答特性を有する光検出器としては、可視域に受光感度を有するＳｉピンフォトダイオードの場合で、受光径が２００μｍ以下のものが必要となる。例えば、コア径が５００μｍのＧＩ−ＭＭＦ端から出射した出射開口数（ＮＡ）が０．３程度の光を、受光径２００μｍとして光検出器に集光するためには、ＧＩ−ＭＭＦ端を（１／２．５）倍程度に縮小して光検出器に結像するレンズが必要となる。このとき、光検出器側でのＮＡ＝０．３×２．５＝０．７５程度とする必要があり、１個のレンズで高効率の光結合を実現するためには、非球面レンズ等の高価なレンズが求められる。
【０００５】
このような問題を解決できるレンズとして、中心からの距離に応じて屈折率が３次元的に変化する球状の屈折率分布を有するレンズが考えられている。この球状の屈折率分布を有するレンズは、例えば非特許文献１に記載がなされているもので、サスペンション重合法やイオン交換法等により作製することができる。これらの方法によって理想的な屈折率分布が実現できれば、上述のようにコア径５００μｍのＧＩ−ＭＭＦから出射した光を受光径２００μｍとして光検出器に集光する場合でも、効率良く光を検出可能となる。
【０００６】
他方、１００メガビット／秒以下程度の比較的低速の信号を送信する場合は、光源として、より低コストのＬＥＤ、ＲＣＬＥＤ（共振キャビティー型ＬＥＤ）等が用いられる。ＬＥＤはＬＤと比べて低コストであり、また、光の放射角が大きいという特長も有している。ＧＩ−ＭＭＦは他の光ファイバーと比較してコア径が大きいので、光源からの出射光をそこに結合させるのは比較的容易であるが、放射角の大きいＬＥＤ光を高効率に結合するのは困難である。しかしこの場合でも、球状の屈折率分布を有する前述のレンズを用いれば、非球型のレンズを用いる場合よりも高効率で、ＬＥＤ出射光をＧＩ−ＭＭＦに結合させることが可能である。
【特許文献１】特開平10-163964号公報
【非特許文献１】ヤスヒロ・コイケ（Yasuhiro Koike）他、「スフェリカル  グレイディアント−インデックス  スフィア  レンズ（Spherical gradient-index sphere lens）」、アプライド  オプティクス（APPLIED OPTICS）、１９８６年１０月１日、第２５巻、第１９号、ｐ．３３５６−３３６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上説明したように、上記のＧＩ−ＭＭＦを用いる光送受信装置において、光源とＧＩ−ＭＭＦとの間あるいはＧＩ−ＭＭＦと光検出器との間に、球状で最適な屈折率分布を有する集光レンズを配置すれば、高効率な光結合を実現できる。そうする場合、最適な屈折率分布を有するレンズは小サイズの方が作製容易であるため、現実的には小サイズの集光レンズを用いるのが好都合となっている。そのように小サイズの集光レンズを用いる場合は、レンズと光源、あるいはレンズと光検出器とを互いに十分近接させて配置しなければならない。
【０００８】
ところが、光源や光検出器は半導体デバイスであることから、信頼性向上のために様々の封止パッケージに収納した形態で使用されており、そうした場合には物理的制約から、レンズを光源や光検出器に対して所定距離以下に近接させて配置することが難しくなっている。したがって現実的には、好都合な小サイズの集光レンズを用いることは極めて困難となっている。
【０００９】
さらに、光源とＧＩ−ＭＭＦとの間、あるいはＧＩ−ＭＭＦと光検出器との間に小サイズのレンズを配置する場合には、それぞれの相対位置を高精度に調整・固定する必要が生じる。ところが、ＬＥＤ等の光源やフォトダイオード等の光検出器は、上述の通り各種の封止構造を備えていて、その上に電源供給・電気信号入出力用端子も有しているので、通常このような素子を回路基板に実装し、かつ高精度の位置調整を行うことは容易でなく、実施可能としても調整・固定に高コストを要する。そのような事情が有ると、光送受信装置は高価なものとなってしまう。
【００１０】
以上、ＧＩ−ＭＭＦを例に挙げて説明したが、光結合の観点からは、屈折率分布を持たない、同等のコア径のマルチモード光ファイバー（以下ＭＭＦ）を用いる場合も、事情は同じである。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みて、マルチモード光ファイバーを光伝送体として用いても、小サイズの集光レンズを適用可能な光通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による光通信装置は、前述したようにマルチモード光ファイバーを光伝送体として用いる光通信装置において、
信号光を発する光源または信号光を検出する光検出器が封止パッケージ内に配置され、
この封止パッケージ内に、前記マルチモード光ファイバーの一端部が、その端面が前記光源または光検出器と対向する状態にして収容され、
さらにこの封止パッケージ内に、２つの光通過端面がそれぞれ前記光源または光検出器と前記端面とに密接あるいは近接する状態にして、球状の屈折率分布を有する集光レンズが収容されていることを特徴とするものである。
【００１３】
なお、上記構成の光通信装置においてより好ましくは、マルチモード光ファイバーの他端部、つまり光源または光検出器と対向しない方の端部が、封止パッケージの外に配置される。また、そのようにする場合は、マルチモード光ファイバーの他端部に、光送受信に用いられる他のマルチモード光ファイバーとの光接続を可能にする光コネクターが装着されていることがさらに望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光通信装置においては、光源または光検出器を収める封止パッケージ内にマルチモード光ファイバーの一端部が収容され、さらにこの封止パッケージ内に球状の屈折率分布を有する集光レンズも収容されているので、封止パッケージが介在するために光源または光検出器と光ファイバー端面に集光レンズを近づけて配置できないということがなく、集光レンズを光源または光検出器と光ファイバー端面とに密接あるいは十分近接する状態に配置可能となる。そこでこの集光レンズとして、作製が容易である小サイズのレンズを適用可能となる。
【００１５】
また本発明の光通信装置において、特にマルチモード光ファイバーの他端部（前記光源または光検出器と対向しない方の端部）が封止パッケージの外に配置され、その他端部に他のマルチモード光ファイバーとの光接続を可能にする光コネクターが装着されている場合には、光接続作業が極めて容易なものとなる。またその場合は、光ファイバー敷設現場等において、敷設するマルチモード光ファイバーと、光源または光検出器と、集光レンズとを互いに所定関係に位置決めする作業は不要となるので、光ファイバー敷設に伴う調整および固定に関わるコストを大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態による光通信装置を示す一部破断の概略側面図である。この光通信装置は送信装置として構成されたものであり、信号光を伝送するＧＩ−ＭＭＦ（屈折率分布型マルチモード光ファイバー）10と、信号光を発する光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）11と、このＬＥＤ11を内部に封止して収めた樹脂封止パッケージ12と、同様にこの樹脂封止パッケージ12内に封止して収められた、球状の屈折率分布を有するレンズ（以下、球状ＧＲＩＮレンズという）13とから構成されている。
【００１８】
上記ＬＥＤ11は、樹脂封止パッケージ12の外に引き出された配線14を介して図示外の変調駆動装置等に接続され、伝送する情報に対応して変調された信号光を出射する。ＧＩ−ＭＭＦ10は、比較的高屈折率の円柱状のコア10ａと、その周囲に配された比較的低屈折率の円筒状のクラッド10bとからなるものである。このＧＩ−ＭＭＦ10の一端部はクラッド10bが除去された状態とされて、コア10ａの端面がＬＥＤ11と対向するようにして樹脂封止パッケージ12内に収容されている。
【００１９】
球状ＧＲＩＮレンズ13は、ＬＥＤ11から出射した信号光を集光して上記ＧＩ−ＭＭＦ10のコア端面に照射させる集光レンズとして作用するものであり、その一方の光通過端面（図中左側の光通過端面）がＬＥＤ11に密接あるいは近接するとともに、他方の光通過端面（図中右側の光通過端面）がＧＩ−ＭＭＦ10のコア10ａの端面に密接する状態に配置されている。なお、ＧＩ−ＭＭＦ10のコア10ａと球状ＧＲＩＮレンズ13とは接着剤15によって互いに接着されている。
【００２０】
上記の構成において、ＬＥＤ11から出射した信号光は球状ＧＲＩＮレンズ13により集光されてＧＩ−ＭＭＦ10のコア端面に照射され、該端面からコア10ａ内に入射してそこを伝搬する。このようにして信号光は、ＧＩ−ＭＭＦ10を伝送路として所定の光検出器まで伝送され、そこで検出される。先に述べた通りＧＩ−ＭＭＦ10は、コア径を例えば５００μｍ以上と十分太くしても、ギガビット／秒以上の高速光信号を送受信することが可能となっている。
【００２１】
そして本実施形態の光通信装置においては、ＬＥＤ11を収めた樹脂封止パッケージ12内にＧＩ−ＭＭＦ10の一端部が収容され、さらにこの樹脂封止パッケージ12内に球状ＧＲＩＮレンズ13も収容されているので、樹脂封止パッケージ12が介在するためにＬＥＤ11とＧＩ−ＭＭＦ10に球状ＧＲＩＮレンズ13を近づけて配置できないということがなく、該球状ＧＲＩＮレンズ13をＬＥＤ11とＧＩ−ＭＭＦ10の端面に密接あるいは十分近接する状態に配置可能となる。そこでこの球状ＧＲＩＮレンズ13として、作製が容易である小サイズのレンズを適用可能となる。
【００２２】
なお本実施形態では、ＧＩ−ＭＭＦ10のコア10ａと球状ＧＲＩＮレンズ13とが接着剤15によって互いに接着されて、両者が密接する状態とされているが、それら両者を互いに近接配置する場合にこのような接着構造を適用することも可能である。さらに、互いに密接あるいは近接する状態に配されるＬＥＤ11と球状ＧＲＩＮレンズ13とに対して、上述のような接着構造を適用することも可能である。
【００２３】
また信号光を発する光源としては、上記のＬＥＤ11に限らず、その他の半導体レーザや前述のＲＣＬＥＤ等を用いることも勿論可能である。さらに、光伝送路となるマルチモード光ファイバーとしてはＧＩ−ＭＭＦに限らず、屈折率分布構造を持たないマルチモード光ファイバーを用いることも可能である。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態による光通信装置を示す一部破断の概略側面図である。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００２５】
この光通信装置は受信装置として構成されたものであり、信号光を伝送するＧＩ−ＭＭＦ10と、信号光を検出するＰＤ（フォトダイオード）20と、ＰＤ20を内部に封止して収めたＣＡＮパッケージ21と、同様にこのＣＡＮパッケージ21内に封止して収められた球状ＧＲＩＮレンズ13とから構成されている。
【００２６】
上記ＣＡＮパッケージ21は、ステム21ａと、キャップ21ｂと、ＰＤ20を外部に接続する複数のリードピン21ｃとから構成されており、ステム21ａおよびキャップ21ｂによって画成された閉空間内に、ＧＩ−ＭＭＦ10の一端部、ＰＤ20および球状ＧＲＩＮレンズ13を封止収容する。なお上記キャップ21ｂのＧＩ−ＭＭＦ10が通過する部分には、両者の間を気密状態に保つシール部材22が配されている。
【００２７】
球状ＧＲＩＮレンズ13は、この場合は、ＧＩ−ＭＭＦ10の一端面から出射した信号光を集光して、ＰＤ20の受光面に照射させる集光レンズとして作用するものであり、その一方の光通過端面（図中左側の光通過端面）がＧＩ−ＭＭＦ10のコア10ａの端面に密接するとともに、他方の光通過端面（図中右側の光通過端面）がＰＤ20に密接あるいは近接する状態に配置されている。なお本実施形態においても、ＧＩ−ＭＭＦ10のコア10ａと球状ＧＲＩＮレンズ13とは接着剤15によって互いに接着されている。
【００２８】
上記の構成において、ＧＩ−ＭＭＦ10から出射した信号光は球状ＧＲＩＮレンズ13により集光されてＰＤ20の受光面に照射され、該ＰＤ20によって光電的に検出される。ＰＤ20が出力する光検出信号は、ＣＡＮパッケージ21のリードピン21ｃを介して外部に出力される。
【００２９】
そして本実施形態の光通信装置においては、ＰＤ20を収めたＣＡＮパッケージ21内にＧＩ−ＭＭＦ10の一端部が収容され、さらにこのＣＡＮパッケージ21内に球状ＧＲＩＮレンズ13も収容されているので、ＣＡＮパッケージ21が介在するためにＰＤ20とＧＩ−ＭＭＦ10に球状ＧＲＩＮレンズ13を近づけて配置できないということがなく、該球状ＧＲＩＮレンズ13をＰＤ20とＧＩ−ＭＭＦ10の端面に密接あるいは十分近接する状態に配置可能となる。そこでこの球状ＧＲＩＮレンズ13として、作製が容易である小サイズのレンズを適用可能となる。
【００３０】
なお本実施形態では、ＧＩ−ＭＭＦ10のコア10ａの端面と球状ＧＲＩＮレンズ13とが接着剤15によって互いに接着されて、両者が密接する状態とされているが、このような接着構造を、互いに密接あるいは近接する状態に配されるＰＤ20と球状ＧＲＩＮレンズ13とに対して適用することも可能である。
【００３１】
また、この受信装置としての構造において、図１に示したような樹脂封止パッケージ12を適用することもできる。反対に、図２に示した送信装置としての構造に、本実施形態で用いているＣＡＮパッケージ21を適用することも可能である。
【００３２】
他方、信号光を検出する光検出器としては、上記ＰＤ20に限らず、その他のフォトトランジスタ等を用いることも勿論可能である。
【００３３】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、本発明の第３の実施形態による光通信装置を示す一部破断の概略側面図である。この光通信装置は、送光部31および受光部32を備えて送受信装置として構成されたもので、送光部31と受光部32にはそれぞれ所定長さのＧＩ−ＭＭＦ10が接続されている。
【００３４】
送光部31には、基本的に図１に示した構造と同じものが適用されている。すなわちこの送光部31は、樹脂封止パッケージ12内にＬＥＤ11、球状ＧＲＩＮレンズ13およびＧＩ−ＭＭＦ10の一端部を収容、封止して構成されている。そこで、ＬＥＤ11から発せられた信号光は、球状ＧＲＩＮレンズ13により集光されてＧＩ−ＭＭＦ10に入射し、そこを伝搬して図示外の受信装置において検出される。
【００３５】
一方受光部32は、図２に示した構造において、ＣＡＮパッケージ21に代えて樹脂封止パッケージ12が用いられた形のものが適用されている。すなわちこの受光部32は、樹脂封止パッケージ12内にＰＤ20、球状ＧＲＩＮレンズ13およびＧＩ−ＭＭＦ10の一端部を収容、封止して構成されている。そこで、図示外の送信装置から出力されてＧＩ−ＭＭＦ10を伝搬して来た信号光は、球状ＧＲＩＮレンズ13により集光されてＰＤ20に入射し、該ＰＤ20によって検出される。なお、上記樹脂封止パッケージ12の代わりに、前述のＣＡＮパッケージ21を用いることも勿論可能である。
【００３６】
それぞれ一端部が樹脂封止パッケージ12に収容、封止された２本のＧＩ−ＭＭＦ10の他端部は、樹脂封止パッケージ12から外に引き出され、該他端部には共通の光コネクター35が装着されている。この光コネクター35は２つの円筒状のフェルール33、34を有し、一方のフェルール33に送光部31からのＧＩ−ＭＭＦ10の他端部が、そして別のフェルール34に受光部32からのＧＩ−ＭＭＦ10の他端部が接続されている。
【００３７】
上記２つのフェルール33、34はそれぞれ一般的な光ファイバーの接続に用いられるものであり、前者にはＧＩ−ＭＭＦ41が、また後者には別のＧＩ−ＭＭＦ42が、各々ＧＩ−ＭＭＦ10と突き合わせて接続可能となっている。したがって、送光部31のＬＥＤ11から発せられた信号光はＧＩ−ＭＭＦ10およびＧＩ−ＭＭＦ41を伝搬して所定の受信装置に到達し、情報を伝達する。また、所定の送信装置から発せられた信号光は、ＧＩ−ＭＭＦ42およびＧＩ−ＭＭＦ10を伝搬して、受光部32のＰＤ20によって検出される。
【００３８】
上述のような光コネクター35を用いれば、ＧＩ−ＭＭＦ10とＧＩ−ＭＭＦ41とを接続する作業、並びにＧＩ−ＭＭＦ10とＧＩ−ＭＭＦ42とを接続する作業が極めて容易なものとなる。またその場合は光ファイバー敷設現場等において、ＧＩ−ＭＭＦ41をＬＥＤ11および球状ＧＲＩＮレンズ13に対して所定関係に位置決めする作業や、ＧＩ−ＭＭＦ42をＰＤ20および球状ＧＲＩＮレンズ13に対して所定関係に位置決めする作業が不要となるので、光ファイバー敷設に伴う調整および固定に関わるコストを大幅に削減することができる。
【００３９】
以上、光伝送体としてＧＩ−ＭＭＦを用いる実施形態について説明したが、本発明の光通信装置はＧＩ−ＭＭＦの代わりにステップインデックス型マルチモード光ファイバーを用いて構成することも可能である。また、このようなマルチモード光ファイバーとしては、クラッド層を有するタイプのものも、クラッド層を持たないタイプのものも共に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態による光通信装置の概略側面図
【図２】本発明の第１実施形態による光通信装置の概略側面図
【図３】本発明の第１実施形態による光通信装置の概略側面図
【符号の説明】
【００４１】
10    ＧＩ−ＭＭＦ
11    ＬＥＤ
12    樹脂封止パッケージ
13    球状ＧＲＩＮレンズ
15    接着剤
20    ＰＤ
21    ＣＡＮパッケージ
31    送光部
32    受光部
33、34    フェルール
35    光コネクター
41、42    ＧＩ−ＭＭＦ
【図１】
2006215084.tif 000003
【図２】
2006215084.tif 000004
【図３】
2006215084.tif 000005