(57)【要約】【課題】金属筐体の内壁による送信光の反射を低減し、安定した送受信特性が得られる一心双方向送受信モジュールを提供する。【解決手段】レーザダイオード３と、フォトダイオード４と、波長選別フィルター８とを金属筐体に搭載し、金属筐体又は金属筐体の外側に光ファイバの端部が固定されて構成され、レーザダイオード３が出射した送信光が波長選別フィルター８を介して光ファイバ端面で結像し、光ファイバから出射される信号光が波長選別フィルター８を介してフォトダイオード４に入射する一心双方向光送受信モジュールを、金属筐体の内壁に、レーザダイオード３によって出射される通信波長域の光を吸収する光吸収材４０を塗布する構成とした。【選択図】図１
2008083281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光送信素子と、光信号受信素子と、波長選別フィルターとを金属筐体に搭載し、前記金属筐体又は前記金属筐体の外側に光ファイバの端部が固定されて構成され、前記半導体光送信素子が出射した送信光が前記波長選別フィルターを介して前記光ファイバ端面で結像し、前記光ファイバから出射される信号光が前記波長選別フィルターを介して前記光信号受信素子に入射する一心双方向光送受信モジュールにおいて、前記金属筐体の内壁に、前記半導体光送信素子によって出射される通信波長域の光を吸収する光吸収材を塗布したことを特徴とする一心双方向送受信モジュール。
【請求項２】
前記光吸収材は、Ｃ−Ｈ結合を含むポリマーであることを特徴とする請求項１記載の一心双方向送受信モジュール。
【請求項３】
前記光吸収材をスピンコートにより塗布することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の一心双方向送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一心双方向送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
送信用と受信用の異なる２つの波長の光信号を一本の光ファイバを用いて伝送する一心双方向光送受信モジュールとしては、例えば図９に示すようなＢＩＤＩ（bi−directional）型と呼ばれる構造のものがある（例えば、非特許文献１参照）。図９に示すように、ＢＩＤＩ型の一心双方向送受信モジュールは、例えばレーザダイオード３０３及びレーザダイオード出力モニタ用フォトダイオード３０９を搭載した送信部３０５、フォトダイオード３０４及び受信ＩＣ３１０を搭載した受信部３０６、及び光ファイバ３１５が、波長選別フィルター３０８が内蔵された金属筐体３００に調芯固定されて構成されている。
【０００３】
レーザダイオード３０３と光ファイバ３１５とは波長選別フィルター３０８を挟んで対向しており、波長選別フィルター３０８はレーザダイオード３０３から光ファイバ３１５までの光路上に、該光路に対して４５度傾斜した状態で配置されている。レーザダイオード３０３及びフォトダイオード３０４は、レーザダイオード３０３及び光ファイバ３１５間の光路と、フォトダイオード３０４及び波長選別フィルター３０８間の光路とが直交するように配置されている。
【０００４】
即ち、図９に示す一心双方向送受信モジュールにおいて、レーザダイオード３０４から出射される送信光３２０は波長選別フィルター３０８を透過して光ファイバ３１５端面で結像し、光ファイバ３１５から出射される信号光３３０は波長選別フィルター３０８によって反射されてフォトダイオード３０４に入射する構成となっている。
【０００５】
【非特許文献１】「アクセス用光送受信モジュール」OPTRONICS、2004年、No.1、p.172〜176
【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、レーザダイオード３０４から出射される送信光３２０の大部分は波長選別フィルター３０８を透過し、光ファイバ３１５端面で結像するが、実際には、送信光３２０のうち０．１〜１％程度の僅かな光（以下、一部送信光という）３２０ａは波長選別フィルター３０８を透過せず、波長選別フィルター３０８によって反射される。このようにして波長選別フィルター３０３に反射された一部送信光３２０ａは金属筐体３００の内部に留まっていた。
【０００７】
また、図９に示した一心双方向送受信モジュールにおいてレーザダイオード３０３とフォトダイオード３０４の位置を入れ替えた構成とした場合は、レーザダイオードからの送信光の大部分は波長選別フィルターによって反射されて光ファイバ端面で結像するが、一部送信光は波長選別フィルターを透過して金属筐体の内部に留まることとなる。
【０００８】
さらに、波長選別フィルター３０８によって反射又は透過された一部送信光３２０ａは金属筐体３００の内部によって反射され、図９に示すようにその一部が波長選別フィルター３０８を透過して信号受信用フォトダイオード３０４に入射する虞がある。このように信号受信用フォトダイオード３に一部送信光３２０ａが入射されると、一部送信光３２０ａがノイズとなって実際の信号受信に悪影響を及ぼす虞があるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するものであって、金属筐体の内壁による送信光の反射を低減し、安定した送受信特性が得られる一心双方向送受信モジュール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】
【００１０】
上記の課題を解決するための本発明の請求項１に係る一心双方向送受信モジュールは、半導体光送信素子と、光信号受信素子と、波長選別フィルターとを金属筐体に搭載し、該金属筐体の外側に光ファイバを固定して構成され、前記半導体光送信素子が出射した送信光が前記波長選別フィルターを介して前記光ファイバ端面で結像し、前記光ファイバから出射される信号光が前記波長選別フィルターを介して前記光信号受信素子に入射する一心双方向光送受信モジュールにおいて、前記金属筐体は、内壁に通信波長域の光を吸収する光吸収材を塗布されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２に係る一心双方向送受信モジュールは、請求項１記載の一心双方向送受信モジュールにおいて、前記光吸収材は、Ｃ−Ｈ結合を含むポリマーであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３に係る一心双方向送受信モジュールは、請求項１又は請求項２記載の一心双方向送受信モジュールにおいて、前記光吸収材をスピンコートにより塗布することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明に係る一心双方向送受信モジュールによれば、半導体光送信素子から出射される送信光が、波長選別フィルターを透過して光ファイバ端面で結像する構造において波長選別フィルターによって反射される一部の光、又は、波長選別フィルターにより反射され、光ファイバ端面で結像する構成において波長選別フィルターを透過する一部の光を金属筐体の内壁に塗布した光吸収材によって吸収することができるために、送信光の一部がフォトダイオードに入射することを抑制することができる。
【００１４】
これにより、半導体光送信素子と光信号受光素子との間の内部光クロストークを−４７ｄＢ以下にすることができ、光アイソレーション量を消光比１０ｄＢ、平均光パワー−３０ｄＢｍの信号光を安定して受信するために必要な４８ｄＢ以上に維持することができる。従って、フォトダイオード側の信号光の受信特性に与えるレーザダイオード光からのノイズ光の影響を無視できるレベルまで小さくできる。
【００１５】
また、波長１．０〜１．６μｍの赤外線を吸収するポリマーをスピンコート等で塗布することにより、製造コストを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は一心双方向送受信モジュールの一例を示す部分断面図である。図１に示すように、本実施形態において一心双方向送受信モジュールは、支持体であるステム１に有底筒状のレンズキャップ２を被せて構成される金属筐体の内部に、レーザダイオード３、フォトダイオード４及び波長選別フィルター８を収納して構成されている。
【００１７】
具体的には、レーザダイオード３及びフォトダイオード４は、ステム１上にそれぞれサブキャリア５，６を介して固定され、波長選別フィルター８は図示しないホルダに保持されており、レンズ７を備えたレンズキャップ２によって封止されている。なお、レンズキャップ２の外側であって、レンズ７に対向する位置には図示しない光ファイバが固定されているものとする。
【００１８】
レーザダイオード３は出射される送信光２０が波長選別フィルター８を透過してレンズ７を通り、光ファイバ端面へと入射されるように配置され、フォトダイオード４は光ファイバから出射されてレンズ７を通り波長選別フィルター８によって反射された信号光３０を受信するように配置されている。
【００１９】
本実施形態において、少なくともレンズキャップ２の内側壁２ａには全面に光吸収材４０が塗布されている。レンズキャップ２の内側壁２ａへ光吸収材４０の塗布する方法としては、例えば、スピンコート等がある。また、光吸収材４０としては、通信波長域に応じて、送信光２０として用いられる光の波長域、例えば、波長１．０〜１．６μｍ帯域の光の反射を妨げる材料を用いるものとする。
【００２０】
本実施形態の一心双方向送受信モジュールによれば、レーザダイオード３から出射される送信光２０は波長選別フィルター８を透過し、レンズ７を介して光ファイバの端面で結像する構成となっているが、一部送信光２０ａは波長選別フィルター８によって反射される。ここで、レンズキャップ２の内側壁２ａには光吸収材４０が塗布されているために、上記反射された一部送信光２０ａは光吸収材４０によって吸収されることとなる。
【００２１】
従って、レーザダイオード３から出射された送信光２０の一部が波長選別フィルター８によって反射された場合であっても、レンズキャップ２の内壁２ａによってこの光を吸収することができるため、フォトダイオード４に一部送信光２０ａが入射し、ノイズ光となって悪影響を及ぼす虞がなくなる。
【００２２】
なお、光吸収材４０の膜厚は均一である必要はなく、金属筐体の内部に留まった光を吸収できれば良い。また、上述した一部送信光２０ａを吸収する方法のほかに、内側壁２ａに誘電体多層膜をコートし、一部送信光２０ａの反射を低減し、ノイズ光の発生を抑制し、送信光２０と受信フォトダイオード４間の光アイソレーションを４８ｄＢ以上に維持できれば良い。
【実施例１】
【００２３】
以下、図２〜５に基づいて本発明の第１の実施例を詳細に説明する。図２は本実施例の送信部を示す模式図、図３は本実施例の受信部を示す模式図、図４は本実施例の一心双方向送受信モジュールの内部を示す模式図、図５は本実施例の一心双方向送受信モジュールを一部破断して模式的に示す断面図である。なお、本実施例は、本発明の効果を示す一つの例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行い得ることは言うまでもない。
【００２４】
本実施例における一心双方向送受信モジュールは、半導体光送信素子として発振波長１３１０ｎｍのリッジ加工を施した埋め込み導波路型ＤＦＢ−ＬＤを用い、光信号受信素子として受光径６０μｍのフォトダイオード１０４を用いる場合を例として説明する。
【００２５】
図２〜図５に示すように、本実施例の一心双方向送受信モジュールは、支持体としてのステム１０１にレンズキャップ１０２を被せて構成される金属筐体の内部にレーザダイオード１０３、ｐｉｎ−フォトダイオード（以下、フォトダイオード）１０４、レーザダイオード出力モニタ用フォトダイオード（ＭＰＤ）１０９、受信ＩＣ（transimpedance−amplifier：ＴＩＡ）１１０、チップコンデンサ１１１等が搭載されると共に、レンズキャップ１０２の上に１．５５μｍカットフィルター１１２を内蔵したスリーブ１１３が固定され、スリーブ１１３の上にファイバカラー１１４を被せたピグテイルファイバ１１５が固定されて構成されている。
【００２６】
レーザダイオード１０３及びレーザダイオード出力モニタ用フォトダイオード１０９はサブキャリア１０５に支持され、フォトダイオード１０４はサブキャリア１０６に支持されてそれぞれステム上に配置されている。
【００２７】
サブキャリア１０５は側面にＶ溝部１０５ａを有し、このＶ溝部１０５ａに波長選別フィルター１０８が固定されている。これにより、波長選別フィルター１０８は鉛直方向に対して傾斜した状態でレーザダイオード１０３の側方に配置されることとなり、図５に示すように送信光１２０は波長選別フィルター１０８によって反射されてピグテイルファイバ１１５の端面へ入射する構成となっている。
【００２８】
また、フォトダイオード１０４は波長選別フィルター１０８の直下に、ピグテイルファイバ１１５から出射されて波長選別フィルター１０８を透過した信号光１３０を入射するように配置されている。
【００２９】
さらに、図５中、ドットを付して示すように、レンズキャップ１０２の内壁１０２ａにはレンズ１０７部分を除き、１３１０ｎｍのレーザ光を吸収する光吸収材が塗布されている。
【００３０】
なお、本実施例においては、波長選別フィルター１０８からフォトダイオード１０４までの光路長を０．５５±０．１ｍｍ、波長選別フィルター１０８からレーザダイオード１０３までの光路長を０．５５±０．１ｍｍとして設計している。
【００３１】
以下、本実施例に係る一心双方向送受信モジュールの組立工程を説明する。
まず、送信部の作製を行う。図２に示すようにレーザダイオード１０３およびレーザダイオード出力モニタ用フォトダイオード１０９をサブキャリア１０５上に金錫ハンダにより固定する。レーザダイオード１０３のサブキャリア１０５への搭載は、自動搭載機により行えば、搭載精度はサブキャリア１０５上の指定座標に対して±５０μｍ以内にほぼ１００％の歩留まりで搭載可能である。その後、サブキャリア１０５のＶ溝部１０５ａに波長選別フィルター１０８を挿入し、波長選別フィルター１０８を傾斜させた状態で接着剤により固定する。
【００３２】
次に、受信部の作製を行う。図３に示すように、サブキャリア１０６を介してフォトダイオード１０４を金錫ハンダによりステム１０１上に固定する。フォトダイオード１０４の搭載は自動搭載機により行う。搭載精度は、ステム１０１上の指定座標を中心とした半径１００μｍの円内で良く、ほぼ１００％の歩留まりでこの精度を達成できる。次いで、受信ＩＣ１１０と電源ノイズカット用のチップコンデンサ１１１を自動搭載機で搭載し、接着剤を用いて固定する。最後に、導通の必要な各端子間、例えば、チップコンデンサ１１１とピン端子１１６等をワイヤボンディング１１７（図４参照）で接続する。
【００３３】
次に、送信部の調芯を行う。図４に示すようにレーザダイオード１０３、レーザダイオード出力モニタ用フォトダイオード１０９及び波長選別フィルター１０８が搭載されているサブキャリア１０５を、レーザダイオード１０３−光ファイバ１１５間の光路と、フォトダイオード１０４−光ファイバ１１５間の光路とが、波長選別フィルター１０８−レンズ１０７間で重なり合うように調芯し、金錫ハンダで固定する。なお、調芯は図４中白抜きの矢印で示した方向にサブキャリア１０５を移動させ、位置を調整することにより行う。
【００３４】
最後に、レンズキャップ１０２による封止及び光ファイバ１１５の調芯を行う。図５に示すように、全ての部品の搭載を終了したステム１０１上に、内壁１０２ａに１３１０ｎｍ吸収ポリマーを塗布したレンズキャップ１０２を被せ抵抗溶接により固定する。次いで、レンズキャップ１０２の上に、１．５５μｍカットフィルター１１２を内蔵したスリーブ１１３を被せてＹＡＧレーザにより溶接固定する。さらにレーザダイオード１０３に通電して発光させ、ファイバカラー１１４を被せたピグテイルファイバ１１５をアクティブ調芯してＹＡＧレーザにより溶接固定する。
【００３５】
なお、本実施例において、上述したレンズ１０７は非球面レンズであってもボールレンズであっても良い。また、レンズキャップ１０２の内壁１０２ａに塗布される光吸収材のベースとしては、ポリイミド、ポリカーボネート、ＵＶ硬化樹脂、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）等のＣ−Ｈ結合を多く含む屈折率１．５以下程度であって、８５℃以上の耐熱性を有するポリマーが好適である。さらに、これらベース材に１３１０ｎｍの光の吸収効率を高めるために、他のＣ−Ｈ結合を有する高分子化合物を混合して用いても良い。
【００３６】
レーザダイオード１０３から出射される送信光１２０は波長選別フィルター１０８によって反射されて光ファイバ１１５の端面で結像するが、図中破線で示す一部の僅かな光（以下、一部送信光）１２０ａは波長選別フィルター１０８を透過する。本実施例によれば、レンズキャップ１０２の内壁１０２ａには光吸収材が塗布されているために、波長選別フィルター１０８を透過した一部送信光１２０ａは内壁１０２ａに入射すると光吸収材によってほぼ吸収されることとなる。従って、フォトダイオード１０４による信号受信においてノイズが発生する虞を低減することが可能となった。
【００３７】
上述した工程により作製した一心双方向送受信モジュールは、送信光１２０と受信フォトダイオード１０４間の光アイソレーションは４８ｄＢ以上となっており、フォトダイオード側の信号光の受信特性に与えるレーザダイオードからの送信光によるノイズ光を、影響が無視できる程度まで小さくすることができる。
【実施例２】
【００３８】
図６及び図７に基づいて本発明の第２の実施例を詳細に説明する。図６は本実施例に係る一心双方向送受信モジュールを模式的に示す断面図、図７は本実施例に係るフィルター保持ホルダを示す斜視図である。
【００３９】
図６に示すように、本実施例において一心双方向送受信モジュールは、支持体であるステム２０１にレンズキャップ２０２を被せて構成される金属筐体の内部にレーザダイオード２０３、フォトダイオード２０４、受信ＩＣ２１０、及び波長選別フィルター２０８を搭載して構成されている。レンズキャップ２０２の内壁２０２ａには、図６中にドットを付して示す光吸収材としてのポリイミドが塗布されている。
【００４０】
レーザダイオード２０３はサブキャリア２０５上に固定され、フォトダイオード２０４はステム２０１上に固定されている。波長選別フィルター２０８は、レーザダイオード２０３の側方かつフォトダイオード２０４の上方に、フォトダイオード２０４を跨ぐように設置されている。
【００４１】
フィルター保持ホルダ２１８は、図示しない光ファイバから出射される信号光２３０が貫通する凹部２１８ａを備え、レーザダイオード２０３はフィルター保持ホルダ２１８の凹部２１８ａを構成する内側壁部２１８ｂとほぼ等しい高さに配置されている。内側壁部２１８ｂには、レンズキャップ２０２の内壁２０２ａと同様に光吸収材としてのポリイミドが塗布されている。
【００４２】
レーザダイオード２０３は送信光２２０が波長選別フィルター２０８によって反射されてレンズ２０７を透過し、図示しない光ファイバ端面と結像するように配置され、フォトダイオード２０４は上記光ファイバから出射され、レンズ２０７及び波長選別フィルター２０８を透過した信号光２３０を受信するように配置されている。
【００４３】
レーザダイオード２０３から出射された送信光２２０の大部分は光波長選別フィルター２０８によって反射され、レンズ２０７を透過して光ファイバへ入射するが、図中破線で示す一部の僅かな光（以下、一部送信光）２２０ａは波長選択フィルター２０８を透過して内側壁部２１８ｂ側へ向かう。
【００４４】
本実施例においては内側壁部２１８ｂ及び内壁２０２ａに光吸収材としてのポリイミドが塗布されているために、レーザダイオード２０３から出射され波長選別フィルター２０８を透過した一部送信光２２０ａはポリイミドによってほぼ吸収されることとなる。これにより、フォトダイオード２０４に送信波長域の光がノイズとして入射することを抑制でき、一部送信光２２０ａによるフォトダイオード２０４の受信特性への影響を低減することが可能となった。
【００４５】
即ち、本実施例によればレーザダイオード−フォトダイオード間の内部光クロストークを−４７ｄＢ以下とすることができ、光アイソレーション量を消光比１０ｄＢ、平均光パワー−３０ｄＢｍの信号光を安定して受信するために必要な４８ｄＢ以上に維持することができる。従って、フォトダイオード側の信号光の受信特性に与えるレーザダイオード光からのノイズ光の影響を無視できるレベルまで小さくできる。
【実施例３】
【００４６】
本発明の第３の実施例を図に基づいて説明する。図８は本実施例に係る一心双方向送受信モジュールを模式的に示す断面図である。本実施例は、ＢＩ−ＤＩ型モジュールに本発明を適用するものであり、図９に示し上述した部材と同一の部材については適宜説明を省略し、異なる部材を中心に説明する。
【００４７】
図８に示すように、本実施例に係る一心双方向送受信モジュールは、レーザダイオード３０３を搭載した送信部３０５、フォトダイオード３０４を搭載した受信部３０６、及び光ファイバ３１５が、波長選別フィルター３０８が内蔵された金属筐体３０１に調芯固定されて構成されている。金属筐体３０１の内壁３０１ａには全面に光吸収材としてのＰＭＭＡが塗布されている。
【００４８】
本実施例によれば、レーザダイオード３０３から出射される送信光３２０の大部分は波長選別フィルター３０８を透過して光ファイバ３１５端面で結像し、図中破線で示す一部送信光３２０ａは波長選別フィルター３０８によって反射されて金属筐体３０１の内壁３０１ａへと入射する。該内壁３０１ａには光吸収材としてＰＭＭＡが塗布されているため、内壁３０１ａへと入射した一部送信光３２０ａは内壁３０１ａに塗布されたＰＭＭＡによってほぼ吸収されることとなる。
【００４９】
これにより、レーザダイオード３０３から出射し、波長選別フィルター３０８によって反射された一部送信光３２０ａがノイズ光としてフォトダイオード３０４に入射する虞がなく、フォトダイオード３０４の受信特性への影響を低減することが可能となった。
【００５０】
即ち、レーザダイオード−フォトダイオード間の内部光クロストークを−４７ｄＢ以下とすることができ、光アイソレーション量を消光比１０ｄＢ、平均光パワー−３０ｄＢｍの信号光を安定して受信するために必要な４８ｄＢ以上に維持することができる。従って、フォトダイオード側の信号光の受信特性に与えるレーザダイオード光からのノイズ光の影響を無視できるレベルまで低減することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、一心双方向送受信モジュールに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る一心双方向送受信モジュールを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１における一心双方向送受信モジュールの送信部を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例１における一心双方向送受信モジュールの受信部を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施例１における一心双方向送受信モジュールの一部を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の実施例１における一心双方向送受信モジュールを一部破断して模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施例２における一心双方向送受信モジュールを模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施例２における一心双方向送受信モジュールのフィルター保持ホルダを示す斜視図である。
【図８】本発明の実施例３における一心双方向送受信モジュールを模式的に示す断面図である。
【図９】従来の一心双方向送受信モジュールの例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１０１，２０１  ステム
２，１０２，２０２  レンズキャップ
２ａ，１０２ａ，２０２ａ，３０１ａ  内壁
３，１０３，２０３，３０３  レーザダイオード
４，１０４，２０４，３０４  フォトダイオード
５，６，１０５，１０６，２０５  サブキャリア
７，１０７，２０７  レンズ
８，１０８，２０８，３０８  波長選別フィルター
９，１０９  レーザダイオード出力モニタ用フォトダイオード
１０，１１０  受信ＩＣ
１１  チッブコンデンサ
１２  １．５５μｍカットフィルター
１３  スリーブ
１４  ファイバカラー
１５  ピグテイルファイバ
１６  端子
１７  ワイヤボンディング
２０，１２０，２２０，３２０  レーザダイオードから出射される送信光
３０，１３０，２３０，３３０  光ファイバから出射される信号光
４０  光吸収材
【図１】
2008083281.tif 000003
【図２】
2008083281.tif 000004
【図３】
2008083281.tif 000005
【図４】
2008083281.tif 000006
【図５】
2008083281.tif 000007
【図６】
2008083281.tif 000008
【図７】
2008083281.tif 000009
【図８】
2008083281.tif 000010
【図９】
2008083281.tif 000011