(57)【要約】【課題】小型化、低コスト化を実現することが可能な光送受信装置を提供すること。【解決手段】本発明は、光ファイバ２０から出射される受信光を受光する第１のフォトダイオード１６と、第１のフォトダイオード１６の受光面４２ａと同一面を形成する受光面４２ｂを有する第２のフォトダイオード１７と、第１のフォトダイオード１６と第２のフォトダイオード１７とに向かって、光ファイバ２０に入射される送信光を出射するレーザダイオード１４と、第１のフォトダイオード１６の受光面４２ａ上に設けられ、レーザダイオード１４が出射する送信光の一部を光ファイバ２０に向かって反射させ、且つ光ファイバ２０から出射される受信光を透過する薄膜１８と、を具備し、第２のフォトダイオード１７は、レーザダイオード１４が出射する送信光の他の一部を受光する光送受信装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバから出射される受信光を受光する第１のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードの受光面と同一面を形成する受光面を有する第２のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとに向かって、前記光ファイバに入射される送信光を出射するレーザダイオードと、
前記第１のフォトダイオードの受光面上に設けられ、前記レーザダイオードが出射する前記送信光の一部を前記光ファイバに向かって反射させ、且つ前記光ファイバから出射される前記受信光を透過する薄膜と、を具備し、
前記第２のフォトダイオードは、前記レーザダイオードが出射する前記送信光の他の一部を受光することを特徴とする光送受信装置。
【請求項２】
前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとは同じ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
【請求項３】
前記第１のフォトダイオードの受光面上に設けられた前記薄膜は、前記レーザダイオードが出射する前記送信光の光軸上に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の光送受信装置。
【請求項４】
前記第１のフォトダイオードは、前記光ファイバの光軸上に配置されていることを特徴とする請求項３記載の光送受信装置。
【請求項５】
前記薄膜で反射される前記送信光の光軸と前記光ファイバの光軸とは一致することを特徴とする請求項４記載の光送受信装置。
【請求項６】
前記レーザダイオードは、前記光ファイバの光軸に対して垂直な面上に設けられていて、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとは、前記光ファイバの光軸に対して斜めに傾いた面上に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の光送受信装置。
【請求項７】
前記レーザダイオードが出射する前記送信光の光軸と前記光ファイバから出射される前記受信光の光軸とが鋭角に交わることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の光送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一心双方向型光通信に用いられる光送受信装置の開発が盛んに行われており、例えば、ＢＩＤＩ（bi-directional）型光送受信モジュールが知られている。ＢＩＤＩ型光送受信型モジュールは、送信用ＴＯ−ＣＡＮと、受信用ＴＯ−ＣＡＮと、波長分岐フィルタとが個別に筐体に搭載された構造をしている。このため、ＢＩＤＩ型光送受信モジュールは部品点数が多い。
【０００３】
ＢＩＤＩ型光送受信モジュールに対して、部品点数を削減した光送受信モジュールとして、レーザダイオードと、フォトダイオードと、波長分岐フィルタとを１つのＴＯ−ＣＡＮに搭載した光送受信モジュールが知られている（例えば、非特許文献１）。この構造の光送受信モジュールによれば、ＢＩＤＩ型光送受信モジュールでは２個必要としたＴＯ−ＣＡＮおよびレンズを１個に削減できる。
【０００４】
また、レーザダイオードは温度特性を有するため、温度が変化した場合でもレーザダイオードの光出力が一定になるよう、レーザダイオードが出射する光の一部をモニタ用フォトダイオードで受光し、駆動電流にフィードバックをかける方法が知られている。例えば、非特許文献１に係る光送受信モジュールのように、光ファイバから出射される受信光を受光するフォトダイオードの他に、レーザダイオードの背面側にレーザダイオードの光出力をモニタリングするためのモニタ用フォトダイオードを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“新しい送信／受信集積実装技術を用いて開発した一心双方向小型光通信モジュール（ＴＯ−ＢＯＳＡ）”、２００７年１２月１２日、日本電信電話株式会社、[平成２２年３月２５日検索]、インターネット＜URL  http://www.phlab.ecl.ntt.co.jp/theme/2007/2007_13_02.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に係る光送受信モジュールは、レーザダイオードとフォトダイオードの他に、波長分岐フィルタやモニタ用フォトダイオードを備えている。波長分岐フィルタは、レーザダイオードの前面側且つフォトダイオードの上方側に配置され、モニタ用フォトダイオードは、レーザダイオードの背面側に配置されている。このような波長分岐フィルタやモニタ用フォトダイオードを備えると、これらを搭載するための領域が必要となり、また部品点数も増加する。したがって、非特許文献１に係る光送受信モジュールでは、小型化、低コスト化を図ることが難しい。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、小型化、低コスト化を実現することが可能な光送受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】
【０００８】
本発明は、光ファイバから出射される受信光を受光する第１のフォトダイオードと、前記第１のフォトダイオードの受光面と同一面を形成する受光面を有する第２のフォトダイオードと、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとに向かって、前記光ファイバに入射される送信光を出射するレーザダイオードと、前記第１のフォトダイオードの受光面上に設けられ、前記レーザダイオードが出射する前記送信光の一部を前記光ファイバに向かって反射させ、且つ前記光ファイバから出射される前記受信光を透過する薄膜と、を具備し、前記第２のフォトダイオードは、前記レーザダイオードが出射する前記送信光の他の一部を受光することを特徴とする光送受信装置である。本発明によれば、一心双方向型光通信が可能であると共に、レーザダイオードの光出力のモニタリングが可能な光送受信装置の、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
【０００９】
上記構成において、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとは同じ基板上に形成されている構成とすることができる。この構成によれば、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとを同時に製造することができるため、より低コスト化を実現することができる。
【００１０】
上記構成において、前記第１のフォトダイオードの受光面上に設けられた前記薄膜は、前記レーザダイオードが出射する前記送信光の光軸上に配置されている構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードが出射する送信光の大部分を薄膜で反射させて光ファイバに入射させることができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１のフォトダイオードは、前記光ファイバの光軸上に配置されている構成とすることができる。この構成によれば、光ファイバから出射される受信光を第１のフォトダイオードで効率よく受光することができる。
【００１２】
上記構成において、前記薄膜で反射される前記送信光の光軸と前記光ファイバの光軸とは一致する構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードが出射する送信光を光ファイバに効率よく入射させることができる。
【００１３】
上記構成において、前記レーザダイオードは、前記光ファイバの光軸に対して垂直な面上に設けられていて、前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードとは、前記光ファイバの光軸に対して斜めに傾いた面上に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオード、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオードの実装を容易に行なうことができる。
【００１４】
上記構成において、前記レーザダイオードが出射する前記送信光の光軸と前記光ファイバから出射される前記受信光の光軸とが鋭角に交わる構成とすることができる。この構成によれば、光ファイバから出射される受信光の第１のフォトダイオードによる受光効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、一心双方向型光通信が可能であると共に、ＬＤの光出力のモニタリングが可能な光送受信装置の、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、実施例１に係る光送受信装置の上面模式図の例であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例である。
【図２】図２は、第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードの上面模式図の例である。
【図３】図３（ａ）は、送信光の光強度分布の例であり、図３（ｂ）は、受信光の光強度分布の例である。図３（ｃ）は、第２のフォトダイオードの受光面に入射する送信光の光強度分布の例である。
【図４】図４（ａ）は、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードとの上面模式図の例であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例である。
【図５】図５は、第１のフォトダイオードの受光面に設けられた薄膜の光学特性を説明するシミュレーション結果である。
【図６】図６は、実施例１に係る光送受信装置による送受信光の伝搬を説明する概念図の例である。
【図７】図７（ａ）は実施例２に係る光送受信装置の上面模式図の例であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る光送受信装置の実施例としてＣＡＮパッケージを採用した光送受信装置について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１（ａ）は実施例１に係る光送受信装置１００の上面模式図の例であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例である。なお、図１（ａ）は、薄膜１８、キャップ２４、ガラスボールレンズ２２、および封止ガラス４６を透視した上面模式図である。図１（ａ）および図１（ｂ）のように、光送受信装置１００は、主として、ステム１２と、レーザダイオード（以下、ＬＤと称す）１４と、第１のフォトダイオード（以下、第１ＰＤと称す）１６と、第２のフォトダイオード（以下、第２ＰＤと称す）１７と、薄膜１８と、ガラスボールレンズ２２と、キャップ２４と、から構成される。
【００１９】
ステム１２は、例えば普通鋼（ＳＰＣＣ）のような鉄系の合金で形成され、円柱形状をした基部２６と、基部２６の基準面２８で垂直方向に突出した突起部３０と、を有する。基準面２８は、光ファイバ２０の光軸に対して垂直な面であり、この面を基準に、ＬＤ１４、第１ＰＤ１６、およびガラスボールレンズ２２までの距離などを設定する。突起部３０の先端には、基準面２８に対して平行な面（以下、第１実装面３２と称す）と斜めに傾いた面（以下、第２実装面３４と称す）とを有する。第２実装面３４は、第１実装面３２に対して、例えば４５°の傾きを有する。ステム１２には、リードピン３６が、例えばガラスなどの絶縁物３８を介して固定され取り付けられている。リードピン３６は、例えば４本設けられていて、その内の１本はワイヤ３９によりＬＤ１４に接続され、他の２本は夫々第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とに夫々接続され、残りの１本はグランドに接続されている。なお、図１（ａ）においては、グランドに接続されたリードピンについての図示は省略している。また、リードピン３６の本数は、４本に限られるわけではなく、５本など、他の本数の場合でもよい。
【００２０】
ＬＤ１４は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されたヒートシンク４０上にマウントされている。ＬＤ１４がマウントされたヒートシンク４０は、突起部３０の先端の第１実装面３２に実装されている。第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７は、突起部３０の先端の第２実装面３４に実装されている。これにより、第１ＰＤ１６の受光面４２ａと第２ＰＤ１７の受光面４２ｂとは、ＬＤ１４の光軸に対して４５°傾いて配置される。第１ＰＤ１６上には、受光面４２ａを含むように薄膜１８がコーティングされている。
【００２１】
ＬＤ１４は、例えば量子井戸レーザである。ＬＤ１４は、第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７に向かって送信光を出射する。ＬＤ１４が出射する送信光の一部は、第１ＰＤ１６上にコーティングされた薄膜１８で光ファイバ２０側に反射される。薄膜１８で反射された送信光は、ガラスボールレンズ２２で集光され、光ファイバ２０に入射する。ＬＤ１４が出射する送信光の他の一部は、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂに入射する。また、光ファイバ２０から出射される受信光は、ガラスボールレンズ２２で集光され、薄膜１８を透過して、第１ＰＤ１６の受光面４２ａに入射する。このように、薄膜１８は、ＬＤ１４が出射する送信光に対しては高反射膜として機能し、光ファイバ２０から出射される受信光に対しては低反射膜として機能する。
【００２２】
ここで、図２を用いて、第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７について説明する。図２は、第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７の上面模式図の例である。図２のように、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とは隣り合って配置され、第１ＰＤ１６の受光面４２ａと第２ＰＤ１７の受光面４２ｂとは同一面を形成している。第１ＰＤ１６上には、受光面４２ａを含むように薄膜１８が設けられている。一方、第２ＰＤ１７上には薄膜１８は設けられていない。例えば、第１ＰＤ１６は、５００μｍ×３５０μｍの長方形であり、第２ＰＤ１７は、５００μｍ×１５０μｍの長方形である。
【００２３】
次に、図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて、第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７に入射する際の送信光と受信光との光強度分布について説明する。図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ間における送信光の光強度分布の例であり、図３（ｂ）は、図２のＡ−Ａ間における受信光の光強度分布の例である。また、図３（ｃ）は、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂに入射する送信光の光強度分布の例である。図３（ａ）から図３（ｃ）の横軸はＡ−Ａ間の中心を０とした場合の中心からの距離（ｍｍ）であり、縦軸は相対強度である。つまり、横軸が−０．１ｍｍから０．２５ｍｍの間は第１ＰＤ１６であり、−０．２５ｍｍから−０．１ｍｍの間は第２ＰＤ１７である。
【００２４】
図３（ａ）のように、ＬＤ１４が出射する送信光は、第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７に亘り広範囲の領域に入射する。これは、ＬＤ１４が出射する送信光は、ある程度の大きさの拡がり角を有するためである。例えば、ＬＤ１４が出射する送信光は、半値全角で垂直方向が４０°水平方向が２０°の拡がり角を有する。
【００２５】
一方、図３（ｂ）のように、光ファイバ２０から出射される受信光は、第１ＰＤ１６に局所的に入射する。これは、光ファイバ２０から出射される受信光はＮＡ（開口数）が小さいためである。例えば、光ファイバ２０から出射される受信光のＮＡは０．１６である。
【００２６】
前述したように、薄膜１８は、ＬＤ１４が出射する送信光に対しては高反射膜として機能し、光ファイバ２０から出射される受信光に対しては低反射膜として機能する。このため、図２に示すように、第１ＰＤ１６上に受光面４２ａを含むように薄膜１８を設けることで、光ファイバ２０から出射される受信光は薄膜１８を透過して第１ＰＤ１６の受光面４２ａで受光でき、ＬＤ１４が出射する送信光の一部は、薄膜１８で光ファイバ２０側に反射させることができる。
【００２７】
また、第２ＰＤ１７上には薄膜１８が設けられていないため、ＬＤ１４が出射する送信光の他の一部は、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂに入射する（図３（ｃ）参照）。このため、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂで、ＬＤ１４が出射する送信光の他の一部を受光できる。第２ＰＤ１７の受光面４２ｂに入射する送信光は、ファーフィールド領域のものであるため、仮に、第２ＰＤ１７上に薄膜１８が設けられていたとしても、薄膜１８で反射されて光ファイバ２０に入射され得るものではない。したがって、第２ＰＤ１７上に薄膜１８を設けずに、受光面４２ｂで送信光の一部を受光したとしても、送信時の結合効率の低下を招くものではない。
【００２８】
このように、第１ＰＤ１６の受光面４２ａと第２ＰＤ１７の受光面４２ｂとが同一面を形成するように隣り合って配置され、受光面４２ａ上には薄膜１８を設け、受光面４２ｂ上には薄膜１８を設けない構造とすることで、送信光の一部を光ファイバ２０に入射させ、送信光の他の一部を第２ＰＤ１７の受光面４２ｂで受光でき、かつ受信光を第１ＰＤ１６の受光面４２ａで受光できる。このような効果を容易に得るために、第１ＰＤ１６の受光面４２ａと第２ＰＤ１７の受光面４２ｂとは、ＬＤ１４が出射する送信光のＦＦＰ（Far Field Pattern）における幅広方向に隣り合って配置されている場合が好ましい。
【００２９】
図１（ａ）および図１（ｂ）に戻り、第１ＰＤ１６の受光面４２ａは、光ファイバ２０の光軸上に配置され且つＬＤ１４が出射する送信光の光軸上に配置されている。即ち、第１ＰＤ１６の受光面４２ａ上に設けられた薄膜１８は、ＬＤ１４が出射する送信光の光軸上に配置されていることとなる。薄膜１８で反射される送信光の光軸と光ファイバ２０の光軸とは一致している。これにより、ＬＤ１４が出射する送信光を光ファイバ２０に効率よく入射させることができる。また、光ファイバ２０から出射される受信光を効率よく第１ＰＤ１６で受光することができる。なおこの場合、薄膜１８で反射される送信光の光軸と光ファイバ２０から出射される受信光の光軸とが一致することにもなる。
【００３０】
キャップ２４は、例えば金属製であり、円筒形状をしている。キャップ２４の上面４４には、孔部が設けられていて、孔部にガラスボールレンズ２２が嵌め込まれている。キャップ２４の上面４４には、ガラスボールレンズ２２の周囲で孔部を覆うように封止ガラス４６が設けられており、封止ガラス４６とガラスボールレンズ２２により孔部がシールされている。これにより、キャップ２４の下部４８をステム１２に溶接固定することで、ＬＤ１４、第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７をキャップ２４で密閉し、封止することができる。キャップ２４内部は大気が充満している場合でもよいが、ＬＤ１４、第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７の劣化を抑制するなどの目的から窒素ガスが充満している場合が好ましい。
【００３１】
ここで、実施例１に係る光送受信装置１００がＦＴＴＨ（Fiber To The Home）システムに用いられる場合を想定する。ＦＴＴＨでは、一般的に上りは１．３１μｍの波長帯域を、下りは１．４９μｍの波長帯域を用いることから、光送受信装置１００が有するＬＤ１４は、１．３１μｍ波長帯の送信光を出射し、第１ＰＤ１６は、光ファイバ２０から出射される１．４９μｍ波長帯の受信光を受光し、第２ＰＤ１７は、ＬＤ１４が出射する１．３１μｍ波長帯の送信光を受光する。したがって、第１ＰＤ１６上にコーティングされる薄膜１８は、１．３１μｍ波長帯の光を反射し、且つ、１．４９μｍ波長帯の光を透過する光学特性を有することが求められる。
【００３２】
１．３１μｍ波長帯の送信光を出射するＬＤ１４は、例えば、ｎ型ＩｎＰ層からなる下部クラッド層と、ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ（Multiple Quantum Wells）層からなる活性層と、ｐ型ＩｎＰ層からなる上部クラッド層と、を含む量子井戸レーザを用いることができる。
【００３３】
次に、１．４９μｍ波長帯の受信光を受光し、受光面４２ａを含むように薄膜１８がコーティングされた第１ＰＤ１６と、１．３１μｍ波長帯の送信光を受光する第２ＰＤ１７と、を説明する。図４（ａ）は、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７との上面模式図の例であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例である。
【００３４】
図４（ａ）のように、第１ＰＤ１６用のアノード電極７６と第２ＰＤ１７用のアノード電極８０とは共に第１ＰＤ１６上に設けられている。第１ＰＤ１６用のアノード電極７６は配線７８を介して、第１ＰＤ１６の受光面４２ａに接続している。第２ＰＤ１７用のアノード電極８０は配線７９を介して、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂに接続している。アノード電極７６には、例えばワイヤを介して、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）が接続されている。トランスインピーダンスアンプは、第１ＰＤ１６が光ファイバ２０から出射される受信光を受光することにより発生する電流を電圧に変換する。アノード電極８０には、例えばワイヤを介して、ＡＰＣ（Auto Power Control）回路が接続されている。ＡＰＣ回路は、ＬＤ１４の光出力を一定に保つために、検出した光出力に基づいてＬＤ１４の駆動電流にフィードバックをかける。
【００３５】
図４（ｂ）のように、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とは同じ基板５６上に形成されている。基板５６は、例えばｎ型ＩｎＰ基板である。基板５６上には、ｎ型ＩｎＰバッファ層５８とｎ型ＩｎＧａＡｓ層６０とが順次形成されている。基板５６の裏面にはカソード電極７７が設けられている。ｎ型ＩｎＰバッファ層５８、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層６０、およびカソード電極７７は、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とで共通である。
【００３６】
第１ＰＤ１６において、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層６０上に、ｎ型ＩｎＰにｐ型キャリアを導入したｐ型領域６４が形成され、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層６０とｐ型領域６４との間にはｐｎ接合６６が形成される。ｐ型領域６４の周囲には拡散遮断領域６８が形成されている。受光面４２ａであるｐ型領域６４上面を覆うように、多層膜である薄膜１８がコーティングされている。
【００３７】
第２ＰＤ１７において、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層６０上に、ｎ型ＩｎＰにｐ型キャリアを導入したｐ型領域６４が形成され、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層６０とｐ型領域６４との間にはｐｎ接合６６が形成される。ｐ型領域６４の周囲には拡散遮断領域６８が形成されている。拡散遮断領域６８により、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７との分離が図られている。受光面４２ｂであるｐ型領域６４上面には薄膜１８は設けられていない。
【００３８】
第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とは、同一工程で同時に製造される。このため、第１ＰＤ１６のｐ型領域６４上面と第２ＰＤ１７のｐ型領域６４上面とは同一平面を形成する。したがって、第１ＰＤ１６の受光面４２ａと第２ＰＤ１７の受光面４２ｂとは同一平面を形成することになる。
【００３９】
表１は、多層膜である薄膜１８の構造の例であり、多層膜それぞれの層の材料、膜厚、および屈折率を示している。表１のように、薄膜１８は、例えば酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３層）上にシリコン層（Ｓｉ層）と酸化シリコン層（ＳｉＯ２層）とが繰り返し設けられた構造をしている。具体的には、膜厚５８．０ｎｍで屈折率１．５８の酸化アルミニウム層上に、膜厚５３．５ｎｍで屈折率３．５６のシリコン層、膜厚３４８．０ｎｍで屈折率１．４５の酸化シリコン層、膜厚３６．９ｎｍで屈折率３．５６のシリコン層、膜厚１８２．３ｎｍで屈折率１．４５の酸化シリコン層が順次積層されている。その上にはさらに、膜厚７３．７ｎｍで屈折率３．５６のシリコン層と膜厚１８２．３ｎｍで屈折率１．４５の酸化シリコン層とが５回繰り返して形成されている。最上層には、膜厚３６．９ｎｍで屈折率３．５６のシリコン層が形成されている。
【表１】
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【００４０】
図５は、屈折率３．４２のＧａＡｓ基板上に、表１に示す構造の薄膜１８を形成し、薄膜１８に対して４５°の入射角で光を入射させた場合における薄膜１８の反射特性、透過特性、および損失特性を計算したシミュレーション結果である。図５の横軸は薄膜１８に入射する光の波長（ｎｍ）を、縦軸は薄膜１８による光の反射率（％）・透過率（％）・損失率（％）を表している。図５のように、薄膜１８の反射特性と透過特性とは波長に依存している。薄膜１８は、１３００ｎｍ波長帯の光に対しては高反射率で反射する高反射膜として機能し、１５００ｎｍ波長帯の光に対してはほとんど反射せずに高透過率で透過する低反射膜として機能する。損失特性に関しては、１１５０ｎｍから１６５０ｎｍの波長帯において０％である。このように、表１に示した構造の薄膜１８は、ＬＤ１４が出射する１．３１μｍ波長帯の送信光に対して高反射膜として機能し、光ファイバ２０から出射される１．４９μｍ波長帯の受信光に対して低反射膜として機能する。
【００４１】
図６は、実施例１に係る光送受信装置１００をＦＴＴＨシステムに用いた場合の光の送受信について説明する概念図の例である。なお、図を明瞭にする目的から、送信光の光軸と受信光の光軸とをずらして図示しているが、実際は、送信光の光軸と受信光の光軸とは一致している。実施例１に係る光送受信装置１００に、１．３１μｍの波長の送信光を出射するＬＤ１４と、１．４９μｍの波長の受信光を受光する第１ＰＤ１６と、１．３１μｍの波長の送信光を受光する第２ＰＤ１７と、第１ＰＤ１６の受光面４２ａ上に表１に示す構造の薄膜１８と、を用いる。図６のように、ＬＤ１４が出射する１．３１μｍ波長帯の送信光の一部は、第１ＰＤ１６上にコーティングされた薄膜１８で反射され、ガラスボールレンズ２２で集光された後、光ファイバ２０に入射する。また、ＬＤ１４が出射する１．３１μｍ波長帯の送信光の他の一部は、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂに入射する。一方、光ファイバ２０から出射される１．４９μｍ波長帯の受信光は、ガラスボールレンズ２２で集光され、薄膜１８を透過して第１ＰＤ１６の受光面４２ａに入射する。
【００４２】
以上説明してきたように、実施例１に係る光送受信装置１００によれば、図１および図６のように、ＬＤ１４は、第１ＰＤ１６の受光面４２ａと第２ＰＤ１７の受光面４２ｂとに向かって送信光を出射する。第１ＰＤ１６の受光面４２ａ上には、薄膜１８が設けられている。薄膜１８は、ＬＤ１４が出射する送信光に対して高反射膜として機能する。このため、薄膜１８は、ＬＤ１４が出射する送信光の一部を光ファイバ２０に向かって反射させる。また、薄膜１８は、光ファイバ２０から出射される受信光に対しては低反射膜として機能する。このため、薄膜１８は、光ファイバ２０から出射される受信光を透過する。これにより、ＬＤ１４が出射する送信光の一部を光ファイバ２０に入射させ、光ファイバ２０から出射される受信光を第１ＰＤ１６で受光できる。よって、波長分岐フィルタを別途個別に搭載することなく、一心双方向型光通信が可能となる。
【００４３】
また、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂは、第１ＰＤ１６の受光面４２ａと同一面を形成している。そして、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂには薄膜１８は設けられていない。このため、図３（ｃ）で説明したように、第２ＰＤ１７は、ＬＤ１４が出射する送信光の一部を受光することができる。これにより、第２ＰＤ１７は、ＬＤ１４の光出力をモニタリングすることが可能となる。また、第２ＰＤ１７の受光面４２ｂが第１ＰＤ１６の受光面４２ａと同一面を形成していることにより、ＬＤ１４が送信光を出射する方向に第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とを設けることができ、非特許文献１に記載された構造に比べて、小型化を図ることができる。
【００４４】
このように、実施例１に係る光送受信装置１００によれば、一心双方向型光通信が可能であると共に、ＬＤの光出力のモニタリングが可能な光送受信装置の、小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
【００４５】
また、図４（ｂ）で示したように、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とは同じ基板５６上に形成されている。これにより、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とを同時に製造することができるため、より低コスト化を実現することができる。
【００４６】
図１および図６のように、第１ＰＤ１６の受光面４２ａに設けられた薄膜１８は、ＬＤ１４が出射する送信光の光軸上に配置されていることが好ましい。これにより、ＬＤ１４が出射する送信光の大部分を薄膜１８で反射させて光ファイバ２０に入射させることができる。
【００４７】
図１および図６のように、第１ＰＤ１６は、光ファイバ２０の光軸上に配置されている場合が好ましい。これにより、光ファイバ２０から出射される受信光を第１ＰＤ１６で効率よく受光することができる。また、薄膜１８で反射された送信光の光軸と光ファイバ２０の光軸とは一致している場合が好ましい。これにより、ＬＤ１４が出射する送信光を光ファイバ２０に効率よく入射させることができる。
【００４８】
図１のように、ＬＤ１４は、光ファイバ２０の光軸に対して垂直な面である第１実装面３２上に設けられていて、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とは、光ファイバ２０の光軸に対して斜めに傾いた面である第２実装面３４上に設けられている。ＬＤ１４を光ファイバ２０の光軸に垂直な第１実装面３２上に実装し、第１ＰＤ１６と第２ＰＤ１７とを光ファイバ２０の光軸に対して斜めに傾いた第２実装面３４上に実装することは、後述する実施例２のようにＬＤ１４と第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７とを光ファイバ２０の光軸に対して斜めに傾いた面に実装する場合に比べて容易に実装できる。また、基準面２８と第１実装面３２とは互いに平行であり、第２実装面３４だけが斜めに傾いている構造のステム１２は、後述する実施例２の場合に比べて容易に製造することができる。
【００４９】
実施例１において、薄膜１８は、表１に示すような構造の酸化アルミニウム層とシリコン層と酸化シリコン層との多層膜である場合を例に示したが、これに限られるわけではない。ＬＤ１４が出射する送信光を反射し、光ファイバ２０から出射される受信光を透過する性質を有する薄膜であれば、その他の膜構造や材料からなる場合でもよい。特に、実施例１に係る光送受信装置１００をＦＴＴＨシステムに用いる場合、薄膜１８は、ＬＤ１４が出射する１．３１μｍの波長帯の送信光を反射し、光ファイバ２０から出射される１．４９μｍの波長帯の受信光を透過する光学特性を有する場合が好ましい。また、ＦＴＴＨシステムでは、上りに１．３１μｍの波長帯を、下りに１．５５μｍの波長帯を用いる場合や、上りに１．４９μｍまたは１．５５μｍの波長帯を、下りに１．３１μｍの波長帯を用いる場合もある。したがって、薄膜１８は、１．３１μｍの波長帯の送信光を反射し、１．５５μｍの波長帯の受信光を透過する光学特性を有する場合や、１．４９μｍまたは１．５５μｍの波長帯の送信光を反射し、１．３１μｍの波長帯の受信光を透過する光学特性を有する場合でもよい。
【００５０】
ＬＤ１４の光出力をモニタリングするために、第２ＰＤ１７は、ＬＤ１４が出射する送信光の総出力に対して５％程度の光出力を受光する場合が好ましい。したがって、ＬＤ１４が出射する送信光のうち５％程度の光量が第２ＰＤ１７に入射されるように、ＬＤ１４が出射する光軸に対して第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７の位置が定まっている場合が好ましい。
【００５１】
ＬＤ１４は量子井戸レーザである場合を例に示したが、例えば量子ドットレーザなどの他の半導体レーザである場合でもよい。また、ＤＦＢ（Distributed Feedback）型レーザであってもファブリペロ型レーザであってもよい。
【００５２】
第２ＰＤ１７上には受光面４２ｂを含むように例えば保護膜が設けられている場合が好ましい。保護膜は、第２ＰＤ１７でＬＤ１４が出射する送信光を受光できるように、ＬＤ１４が出射する送信光に対して低反射膜となる光学特性を有する場合が好ましい。
【００５３】
第２実装面３４が第１実装面３２に対して４５°傾いていることで、第１ＰＤ１６の受光面４２ａがＬＤ１４の光軸に対して４５°傾いている場合を例に示した。この場合は、受光面４２ａにコーティングされた薄膜１８で反射される送信光の光軸と光ファイバ２０の光軸とを一致させることができ、ＬＤ１４が出射する送信光を光ファイバ２０に効率よく入射させることができる。しかしながら、傾きは４５°の場合に限られず、ＬＤ１４が出射する送信光が薄膜１８で反射して光ファイバ２０に入射される範囲内でその他の傾きを有する場合でもよい。例えば３０°から６０°の範囲内の傾きを有する場合でもよい。
【実施例２】
【００５４】
図７（ａ）は実施例２に係る光送受信装置２００の上面模式図の例であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図の例である。なお、図７（ａ）は、薄膜１８、キャップ２４、ガラスボールレンズ２２、および封止ガラス４６を透視した上面模式図である。図７（ａ）および図７（ｂ）のように、ステム１２が有する突起部３０の先端は、くの字型になっており、基準面２８に対して斜めに傾いた面である第３実装面８２と第４実装面８４とを有する。つまり、第３実装面８２と第４実装面８４とは、光ファイバ２０の光軸に対して斜めに傾いた面である。第３実装面８２と第４実装面８４とは共に、基準面２８に対して、例えば、３０°の傾きを有する。
【００５５】
ＬＤ１４がマウントされたヒートシンク４０は、突起部３０の先端の第３実装面８２に実装されている。これにより、ＬＤ１４が出射する送信光の光軸と光ファイバ２０から出射された受信光の光軸とが交わる角θは６０°と鋭角になる。第１ＰＤ１６および第２ＰＤ１７は、突起部３０の第４実装面８４に実装されている。これにより、第１ＰＤ１６の受光面４２ａおよび第２ＰＤ１７の受光面４２ｂは、ＬＤ１４の光軸に対して斜めに配置されている。その他の構成については、実施例１と同じであり、図１に示しているので、ここでは説明を省略する。
【００５６】
このように、実施例２に係る光送受信装置２００によれば、図７（ａ）および図７（ｂ）のように、ＬＤ１４は、光ファイバ２０の光軸に対して斜めに傾いた面である第３実装面８２上に設けられていて、ＬＤ１４が出射する送信光の光軸と光ファイバ２０から出射される受信光の光軸とは鋭角に交わっている。これにより、実施例１に比べて、第１ＰＤ１６の受光面４２ａは光ファイバ２０の光軸に対して垂直に近づくことになる。よって、光ファイバ２０から出射される受信光は、第１ＰＤ１６の受光面４２ａ上に設けられた薄膜１８を透過しやすくなり、受光面４２ａに入射される受信光の強度が大きくなる。つまり、第１ＰＤ１６による受信光の受光効率が向上する。
【００５７】
実施例２において、第３実装面８２と第４実装面８４とが、基準面２８に対して３０°傾いている場合を例に示したが、この場合に限られるわけではない。ＬＤ１４が出射する送信光が薄膜１８で反射して光ファイバ２０に入射される範囲内でその他の傾きを有する場合でもよい。特に、薄膜１８で反射される送信光の光軸と光ファイバ２０の光軸とを一致させる場合、基準面２８に対する第３実装面８２の角度が大きくなり、ＬＤ１４が出射する送信光の光軸と光ファイバ２０から出射される受信光の光軸とのなす角θが小さくなる程、基準面２８に対する第４実装面８４の角度を小さくし、第１ＰＤ１６の受光面４２ａを光ファイバ２０の光軸に対して垂直に近づける必要がある。この場合、第１ＰＤ１６による受信光の受光効率は向上する。したがって、基準面２８に対する第３実装面８２の傾きは大きく、第４実装面８４の傾きは小さい場合が好ましい。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１２  ステム
１４  レーザダイオード
１６  第１のフォトダイオード
１７  第２のフォトダイオード
１８  薄膜
２０  光ファイバ
２２  ガラスボールレンズ
２４  キャップ
２６  基部
２８  基準面
３０  突起部
３２  第１実装面
３４  第２実装面
４０  ヒートシンク
４２ａ  受光面
４２ｂ  受光面
８２  第３実装面
８４  第４実装面
１００  光送受信装置
２００  光送受信装置
【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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