(57)【要約】【課題】煩雑なレンズの位置調整作業を行うことなく半導体レーザからの出射ビームの光軸を所定の角度に曲げることを可能とした一心双方向送受信モジュールを提供する。【解決手段】半導体レーザ２と、フォトダイオード３と、半導体レーザ２から出射された送信光が第１波長選択フィルタ４及びレンズ８を介して光ファイバ端面１３ａで結像し、光ファイバ１３から出射された信号光がレンズ８及び第１波長選択フィルタ４を介してフォトダイオード３に入射する一心双方向光送受信モジュールを、光ファイバ１３とレンズ８との間に、光ファイバ１３に対向する面１０ａを送信光の光軸に直交する面に対して所定の角度に傾斜させ、入射した送信光の光軸を所定の角度に曲げる第２波長選択フィルタ１０を配置する構成とした。【選択図】図１
2008083280.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、第一の波長選択フィルタと、光ファイバとを備え、前記半導体光送信素子から出射された送信光が前記第一の波長選択フィルタ及びレンズを介して前記光ファイバ端面に結像し、前記光ファイバから出射された信号光がレンズ及び前記第一の波長選択フィルタ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、前記光ファイバと前記レンズとの間に、前記光ファイバに対向する面又は前記レンズに対向する面を前記送信光の光軸に直交する面に対して所定の角度に傾斜させ、入射した前記送信光の光軸を所定の角度に曲げる第二の波長選択フィルタを配置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】
前記半導体送信素子、前記光信号受信素子及び前記第１波長選択フィルタは、円盤状の金属部材に、集光レンズから構成された光透過部を備えたレンズキャップを固着してなる一つの収納体の内部に固定された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。
【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し、特にモジュール内部の光線軸を任意の角度に曲げ、光ファイバとの最適光結合が簡易にできる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４に示すような構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。即ち、ステム１と、レンズ８を備えたレンズキャップ９とから構成される収納体に半導体レーザ２、受信用フォトダイオード３及び第１波長選択フィルタ４を搭載し、上記収納体の外側であってレンズ８に対向する位置に第２波長選択フィルタ２１０を挟んで光ファイバ１３を配置したものである。
【０００３】
半導体レーザ２及び受信用フォトダイオード３はそれぞれＬＤサブマウント５及び受信用ＰＤサブマウント６を介してステム１に固定されている。第１波長選択フィルタ４は、例えば、半導体レーザ２から出射される出射ビームを反射させると共に、光ファイバ１３から出射される信号光を透過させるものであり、第１フィルタ保持ホルダ７を介して上記出射ビーム及び上記信号光の光軸に対して傾斜した状態でステム１に固定されている。
【０００４】
さらに、半導体レーザ２に対して第１波長選択フィルタ４の反対側には、モニタ用フォトダイオード１４が配置されている。モニタ用フォトダイオード１４は、モニタ用ＰＤサブマウント１５を介してステム１上に固定されている。また、受信用フォトダイオード３の半導体レーザ２とは反対側には、受信ＩＣ１６がステム上に固定されている。
【０００５】
図４に示す一心双方向送受信モジュールにおいて、半導体レーザ２、受信用フォトダイオード３、第１波長選択フィルタ４は、半導体レーザ２から出射し、第１波長選択フィルタ４によって反射された出射ビームがレンズ８を通って光ファイバ１３へと入射すると共に、光ファイバ１３から出射された信号光がレンズ８を通って第１波長選択フィルタ４を透過し、受信用フォトダイオード３に入射するように配置されている。
【０００６】
第２波長選択フィルタ２１０は平板状に形成され、第２フィルタ保持ホルダ２１１に保持されて、半導体レーザ２から出射される出射ビーム及び光ファイバ１３から出射される信号光を透過させると共に、前述の出射ビームおよび信号光とは異なる波長帯域、例えば、１．５５μｍ帯域および１．６５μｍ帯域の光を遮断するものである。なお、光ファイバ１３の先端はファイバカラー１２に保持されている。
【０００７】
【特許文献１】特願２００６−１０４９４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、上述したような一心双方向送受信モジュールにおいては、半導体レーザ２及び受信用フォトダイオード３を安定動作させるためには光リターンロスを向上させる必要がある。そのため光ファイバ１３の端面１３ａからの反射光が半導体レーザ２及び、受信用フォトダイオード３に戻らないように光ファイバ１３の端面１３ａを所定の角度に傾斜させている。光ファイバ１３の端面１３ａが所定の角度に傾斜されているので、光ファイバ１３と光結合する場合は出射ビームの光軸を光ファイバ１３の端面傾斜角度に入射できる最適な角度に曲げる必要がある。
【０００９】
出射ビームの光軸を曲げる手段としては、出射ビームの光軸に対してレンズ８の位置を調整する、言い換えると、レンズ８の中心位置を出射ビームの光軸から所定の距離ｄだけずらし、出射ビームの光軸を最適な角度に曲げる手段が用いられている。
【００１０】
図４に示すような一心双方向送受信モジュールにおいて半導体レーザ２から出射された出射ビームの光軸を所定の角度に曲げる場合は、まず、レンズキャップ９の位置を調整して半導体レーザ２の出射ビームの光軸とレンズ８の中心位置とを一致させ、出射ビームの光軸とレンズ８の中心位置とを一致させた後、レンズキャップ９を距離ｄ、例えば３０〜４０μｍ程度移動させ、出射ビームの光軸を所定の角度に曲げる。
【００１１】
上述したレンズ８の位置調整作業において、半導体レーザ２の出射ビームの光軸とレンズ８の中心とを一致させる作業は、例えばレンズ８を透過した出射ビームの光強度が最も大きくなる位置を選ぶ等、比較的容易に行うことが可能である。しかしながら、レンズキャップ９を僅かな距離ｄだけ移動させる作業は煩雑であるため、出射ビームを精度良く曲げることが困難であり、製造ＴＡＴが掛かるうえに、結合効率の低下及び結合効率のバラツキが生じるという問題があった。
【００１２】
このようなことから本発明は、煩雑なレンズの位置調整作業を行うことなく半導体レーザからの出射ビームの光軸を所定の角度に曲げることを可能とした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】
【００１３】
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、第一の波長選択フィルタと、光ファイバとを備え、前記半導体光送信素子から出射された送信光が前記第一の波長選択フィルタ及びレンズを介して前記光ファイバ端面に結像し、前記光ファイバから出射された信号光がレンズ及び前記第一の波長選択フィルタ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、前記光ファイバと前記レンズとの間に、前記光ファイバに対向する面又は前記レンズに対向する面を前記送信光の光軸に直交する面に対して所定の角度に傾斜させ、入射した前記送信光の光軸を所定の角度に曲げる第二の波長選択フィルタを配置したことを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための本発明の請求項２に係る一心双方向送受信モジュールは、前記半導体送信素子、前記光信号受信素子及び前記第１波長選択フィルタは、円盤状の金属部材に、集光レンズから構成された光透過部を備えたレンズキャップを固着してなる一つの収納体の内部に固定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
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出射ビームの光軸を第二の波長選択フィルタによって曲げることが可能となるために、レンズの煩雑な位置調整が不要となり、実装の短ＴＡＴ化が可能となった。さらに、出射ビームの光軸を精度良く所望の角度に曲げることが可能となるために、光ファイバとの最適光結合を簡易に行うことが可能であり、結合効率の向上、結合効率の安定化の実現が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、以下に示す実施例において詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図に基づいて本発明の第１の実施例を詳細に説明する。図１は本実施例に係る一心双方向送受信モジュールの構成を模式的に示す部分断面図である。以下、図４に示して上述した部材と同一の部材については説明を適宜省略し、異なる部材を中心に説明する。
【００１８】
図１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、ステム１にレンズキャップ９を被せて構成された収納体の内部に半導体レーザ２、受信用フォトダイオード３及び第１波長選択フィルタ４を搭載し、上記収納体の外部であってレンズ８に対向する位置に第２波長選択フィルタ１０及び光ファイバ１３を配置して構成されている。光ファイバ１３の端面１３ａは所定の角度に傾斜されている。
【００１９】
半導体レーザ２及び受信用フォトダイオード３はそれぞれＬＤサブマウント５及び受信用ＰＤサブマウント６を介してステム１に固定されている。第１波長選択フィルタ４は、第１フィルタ保持ホルダ７を介してステム１に固定されている。半導体レーザ２、受信用フォトダイオード３、第１波長選択フィルタ４は、半導体レーザ２から出射し、第１波長選択フィルタ４によって反射された出射ビームがレンズ８を通って光ファイバ１３へと入射すると共に、光ファイバ１３から出射された信号光がレンズ８を通って第１波長選択フィルタ４を透過し、受信用フォトダイオード３に入射するように配置されている。
【００２０】
第２波長選択フィルタ１０は、半導体レーザ２から出射される出射ビーム及び受信用フォトダイオード３に入射される信号光を透過すると共に、前述した出射ビーム及び信号光とは異なる波長帯域の光を遮断するものであり、例えば、半導体レーザ２から出射される波長１．３μｍの出射ビーム、及び受信用フォトダイオード３に入射される波長１．４９μｍの光を透過し、波長１．５５μｍ帯域、及び１．６５μｍ帯域の光を遮断するものである。
【００２１】
そして、レンズキャップ９側の端面１０ａに対して、光ファイバ１３側の端面１０ｂが所定の角度で傾斜して構成されている。第２波長選択フィルタ１０は第２フィルタ保持ホルダ１１によって、レンズキャップ９側の端面１０ａが入射する出射ビームの光軸に対して直交するように保持されている。なお、第２フィルタ保持ホルダ１１は、レンズキャップ９上に固定される。
【００２２】
第２波長選択フィルタ１０の端面１０ｂの端面１０ａに対する傾斜角度は、以下に示す式から算出する角度θ1とすると好適である。以下、図２に示すように第２波長選択フィルタ１０の端面１０ａに出射ビームの光軸が垂直に入射したと仮定して、第２波長選択フィルタ１０の端面１０ｂの、端面１０ａに対する傾斜角度をθ1、第２波長選択フィルタ１０の端面１０ｂを透過後の光軸に対する屈折角度、即ち、光ファイバ１３への最適入射角度をθ3、第２波長選択フィルタ１０の端面１０ｂの垂線から第２波長選択フィルタ１０の端面１０ｂを透過後の光軸に対する屈折角度θ3までをθ2、光ファイバ１３の端面１３ａの傾斜角度をθf、光ファイバ１３の端面１３ａの垂線から第２波長選択フィルタ１０の端面１０ｂを透過後の光軸に対する屈折角度θ3までをθ4、第２波長選択フィルタ１０の屈折率をｎ1、媒質の屈折率をｎ2、光ファイバ１３のコアの屈折率をｎ3として説明する。
【００２３】
まず、θ3、θ4、及びθfの関係は以下に示す式で表される。
θ3＝θ4−θf                                （１）
【００２４】
次にスネルの法則よりθ4は以下の式で表される。
θ4＝ｎ3・θf／ｎ2                          （２）
【００２５】
上述した（１）式及び（２）式より、光ファイバ１３への最適入射角度θ3は以下の式で表される。
θ3＝（（ｎ3−ｎ2）／ｎ2）・θf            （３）
【００２６】
次に、θ1、θ2、θ3の関係は以下に示す式で表される。
θ1＝θ2−θ3                                （４）
【００２７】
また、スネルの法則より、θ2は以下の式で表される。
θ2＝ｎ1・θ1／ｎ2                          （５）
【００２８】
上述した（４）式及び（５）式より、第２波長選択フィルタ端面１０ｂの傾斜角度θ1は以下の式で表される。
θ1＝−θ3・ｎ2／（ｎ2−ｎ1）                （６）
【００２９】
さらに上述した（３）式及び（６）式より、第２波長選択フィルタ端面１０ｂの傾斜角度θ1は以下の式で表される。
θ1＝−（（ｎ3−ｎ2）／（ｎ2−ｎ1））・θf    （７）
なお、上記（１）〜（７）式において「・」は積を示すものとする。
【００３０】
例えば、ファイバコアの屈折率ｎ3＝１．４７、第２波長選択フィルタ１０の屈折率ｎ1＝１．５、光ファイバ端面１３ａの傾斜角度θf＝８とした場合、（７）式から第２波長選択フィルタ端面１０ｂの傾斜角度θ1はθ1＝７．５２度とすると最適であることがわかる。
【００３１】
本実施例の一心双方向送受信モジュールによれば、レンズキャップ９と光ファイバ１３との間に、端面１０ｂを有する第２波長選択フィルタ１０を配置する構成としたことにより、半導体レーザ２の出射ビームの光軸を第２波長選択フィルタ１０で傾斜させることが可能となる。従って、レンズ８の位置調整はレンズ８の中心と、出射ビームの光軸とを一致させるのみでよく、従来の煩雑な作業を行う必要がなくなった。
【００３２】
具体的には、本実施例の一心双方向送受信モジュールにおいて出射ビームを傾斜させる際は、まずレンズキャップ９の位置を調整して半導体レーザ２の出射ビームの光軸とレンズ８の中心とを一致させる。これにより半導体レーザ２から出射した出射ビームの光軸は、レンズ８の中心を通って第２波長選択フィルタ１０に入射する。
【００３３】
第２波長選択フィルタ１０の端面１０ｂは上述した（１）〜（７）式に基づいて算出した傾斜角度θ1に傾斜しているために、出射ビームを第２波長選択フィルタ１０によって精度よく所定の角度に傾斜させることができる。さらに、必要に応じて第２波長選択フィルタ１０が搭載された第２フィルタ保持ホルダ１１又は光ファイバ１３を光軸の周方向に回転させ、出射ビームが光ファイバ端面１３ａに対して最適な角度で入射するように微調整を行う。なお、第２フィルタ保持ホルダ１１は、前述の調整を行った後、レンズキャップ９上にＹＡＧレーザ溶接等によって固定する。
【００３４】
上述したように、本実施例によれば出射ビームを第２波長選択フィルタ１０によって傾斜させる構成としたために、従来のようにレンズ８の中心位置を出射ビームの光軸から僅かに移動させるという煩雑な作業が不要となり、簡素な構成で精度良く出射ビームを所定の角度に曲げることが可能となった。これにより、出射ビームと光ファイバとの最適光結合を簡易に行うことが可能となり、実装の短ＴＡＴ化と結合効率の向上、結合効率の安定化が実現可能となった。
【００３５】
具体的には、レンズキャップ９の位置調整に係る時間を従来の２／３程度に短縮することが可能となった。
【実施例２】
【００３６】
図に基づいて、本発明の第２の実施例を詳細に説明する。図３は本実施例に係る一心双方向送受信モジュールの構成を模式的に示す部分断面図である。以下、図１、図２及び図４に示して上述した部材と同一の部材については説明を適宜省略し、異なる部材を中心に説明する。
【００３７】
図３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、ステム１にレンズキャップ９を被せて構成された収納体の内部に半導体レーザ２、受信用フォトダイオード３及び第１波長選択フィルタ４を搭載し、上記収納体の外部であってレンズ８に対向する位置に第２波長選択フィルタ１１０及び光ファイバ１３を配置して構成されている。光ファイバ１３の端面１３ａは所定の角度に傾斜されている。
【００３８】
半導体レーザ２及び受信用フォトダイオード３はそれぞれＬＤサブマウント５及び受信用ＰＤサブマウント６を介してステム１に固定されている。第１波長選択フィルタ４は、第１フィルタ保持ホルダ７を介してステム１に固定されている。半導体レーザ２、受信用フォトダイオード３、第１波長選択フィルタ４は、半導体レーザ２から出射し、第１波長選択フィルタ４によって反射された出射ビームがレンズ８を通って光ファイバ１３へと入射すると共に、光ファイバ１３から出射された信号光がレンズ８を通って第１波長選択フィルタ４を透過し、受信用フォトダイオード３に入射するように配置されている。
【００３９】
第２波長選択フィルタ１１０は、半導体レーザ２から出射される出射ビーム及び受信用フォトダイオード３に入射される信号光を透過すると共に、前述した出射ビーム及び信号光とは異なる波長帯域の光を遮断するものであり、例えば、半導体レーザ２から出射される波長１．３μｍの出射ビーム、及び受信用フォトダイオード３に入射される波長１．４９μｍの光を透過し、波長１．５５μｍ帯域、及び１．６５μｍ帯域の光を遮断するものである。
【００４０】
そして、レンズキャップ９側の端面１１０ａに対して、光ファイバ１３側の端面１１０ｂが所定の角度で傾斜して構成されている。第２波長選択フィルタ１１０は第２フィルタ保持ホルダ１１１によって、レンズキャップ９側の端面１１０ａが入射する出射ビームの光軸に対して直交するように保持されている。なお、第２フィルタ保持ホルダ１１１は、ステム１上に固定される。
【００４１】
なお、端面１１０ｂの端面１１０ａに対する最適な傾斜角度は、上述した実施例１と同様に算出することができる。
【００４２】
本実施例の一心双方向送受信モジュールによれば、レンズキャップ９と光ファイバ１３との間に、端面１１０ｂを有する第２波長選択フィルタ１１０を配置する構成としたことにより、半導体レーザ２の出射ビームを第２波長選択フィルタ１１０で傾斜させることが可能となる。従って、レンズ８の位置調整はレンズ８の中心と、出射ビームの光軸とを一致させるのみでよく、従来の煩雑な作業を行う必要がなくなった。
【００４３】
具体的には、本実施例の一心双方向送受信モジュールにおいて出射ビームを傾斜させる際は、まずレンズキャップ９の位置を調整して半導体レーザ２の出射ビームの光軸とレンズ８の中心とを一致させる。これにより半導体レーザ２から出射した出射ビームの光軸は、レンズ８の中心を通過して第２波長選択フィルタ１１０に入射する。
【００４４】
第２波長選択フィルタ１１０の端面１１０ｂは上述した実施例１と同様、傾斜角度を（７）式に基づいて算出したθ1とすることにより、出射ビームは第２波長選択フィルタ１１０によって精度よく所定の角度に傾斜させることができる。なお、第２フィルタ保持ホルダはステム上に抵抗溶接及びＹＡＧレーザ溶接等によって固定する。
【００４５】
上述したように、本実施例によれば出射ビームを第２波長選択フィルタ１１０によって傾斜させる構成としたために、従来のようにレンズ８の中心位置を出射ビームの光軸から僅かに移動させるという煩雑な作業が不要となり、簡素な構成で精度良く出射ビームの光軸を所定の角度に曲げることが可能となった。これにより、出射ビームと光ファイバとの最適光結合を簡易に行うことが可能となり、実装の短ＴＡＴ化と結合効率の向上、結合効率の安定化が実現可能となった。
【００４６】
なお、上述した実施例は本発明の一つの例であり、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。例えば、半導体レーザと受信用フォトダイオードの位置を入れ替えた構成としても良い。また、第２波長選択フィルタは光ファイバ１３側の端面を第２波長選択フィルタに入射する出射ビームの光軸と略直交する角度とし、レンズキャップ９側の端面を光ファイバ１３側の端面に対して所定の角度で傾斜させた構成とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、一心双方向送受信モジュールに関し、特にモジュール内部の光線軸を任意の角度に曲げ、光ファイバとの最適光結合が簡易にできる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】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１に係る一心双方向送受信モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る波長選択フィルタ及び光ファイバの関係を示す側面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る一心双方向送受信モジュールを示す断面図である。
【図４】従来の一心双方向送受信モジュールにおいて半導体レーザの出射ビームを屈折させた例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ステム
２  半導体レーザ
３  フォトダイオード
４  第１波長選択フィルタ
５  ＬＤサブマウント
６  受信用ＰＤサブマウント
７  第１フィルタ保持ホルダ
８  レンズ
９  レンズキャップ
１０，１１０  第２波長選択フィルタ
１０ａ，１１０ａ  第２波長選択フィルタ端面
１０ｂ，１１０ｂ  第２波長選択フィルタ傾斜面
１１，１１１  第２フィルタ保持ホルダ
１２  ファイバカラー
１３  光ファイバ
１３ａ  光ファイバ端面
【図１】
2008083280.tif 000003
【図２】
2008083280.tif 000004
【図３】
2008083280.tif 000005
【図４】
2008083280.tif 000006