(57)【要約】【課題】フィルタを介してＬＤとＰＤを近接配置する一芯双方向光モジュールの送受信特性および光クロストーク特性を改善する。【解決手段】一芯双方向光モジュールは、シングルモードファイバの光軸上にレンズと波長選択性を有する波長選択性フィルタとＰＤを順に設け、出射した半導体発光素子の光を波長選択性フィルタで反射させて前記ファイバへ入射させるように半導体発光素子を設けた一芯双方向光モジュールである。波長選択性フィルタは、半導体発光素子に対向し波長選択層を有する主面、半導体受光素子に対向しこの主面と反対の面、および、これら主面、主面と反対の面以外の側面を有し、この側面は、半導体発光素子の出射光が半導体受光素子に入射しないように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子の出射する光を波長選択性フィルタで反射させて光ファイバに入射させ、前記光ファイバの出射する光を、前記波長選択性フィルタを透過させて半導体受光素子へ入射させる一芯双方向光モジュールであって、
前記波長選択性フィルタは、波長選択層を有し前記半導体発光素子に対向する主面、前記半導体受光素子と対向し前記主面と反対の面、および、前記主面と前記主面と反対の面以外の側面を有し、前記側面は、前記半導体発光素子の出射光が前記半導体受光素子に入射しないように構成されていることを特徴とする一芯双方向光モジュール。
【請求項２】
前記側面は、前記主面および前記主面と反対の面に対してそれぞれ異なる交差角を有し、前記交差角は、前記半導体発光素子の出射光が前記側面で反射され前記半導体受光素子に入射しないように定められていることを特徴とする請求項１に記載の一芯双方向光モジュール。
【請求項３】
前記側面は、前記半導体発光素子の出射光の波長に対するＡＲコートが施されていることを特徴とする請求項１に記載の一芯双方向光モジュール。
【請求項４】
半導体発光素子の出射する光を波長選択性フィルタで反射させて光ファイバに入射させ、前記光ファイバの出射する光を、前記波長選択性フィルタを透過させて半導体受光素子へ入射させる一芯双方向光モジュールであって、
前記波長選択性フィルタは、前記半導体発光素子に対向し波長選択層を有する主面、前記半導体受光素子と対向し前記主面と反対の面、および前記主面と前記主面と反対の面以外の側面を有し、前記側面は、前記出射光について前記半導体受光素子に向かう反射光を低減するように構成されていることを特徴とする一芯双方向光モジュール。
【請求項５】
前記側面は、前記出射光の波長について乱反射面とされていることを特徴とする請求項４に記載の一芯双方向光モジュール。
【請求項６】
前記側面は、曲面とされていることを特徴とする請求項４に記載の一芯双方向光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムで用いられる、波長合分波用フィルタを含んでいる一芯双方向光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ：光ファイバによる家庭向けのデータ通信サービス）に代表される加入者系通信網（アクセス系）では、より高速で大容量の即時通信がリーズナブルな価格で可能となるＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ：光ファイバ網の途中に分岐装置を挿入して、一本の光ファイバを複数の加入者宅に引き込む技術。）システムの導入が進んでいる。これは、一芯双方向通信方式の採用により、ファイバ本数を減らし、局側とファイバ伝送路を複数のユーザ（宅側）でシェアすることで、メタルケーブル並に低価格で、より高速なサービスを実現できる。具体的には、１本の光ファイバで、１.３１μｍ帯と１.５５μｍ帯（または１.４９μｍ帯）の２波長で送受信を行う波長分割多重方式（ＷＤＭ）である。
【０００３】
このようなＰＯＮシステムに用いるための一芯双方向モジュール（ＢｉＤ：Bi-Directional Module）では、半導体発光素子（以下ＬＤ：レーザダイオード）から出射される送信光を光ファイバに結合し、一方、光ファイバから出射される受信光を半導体受光素子（以下ＰＤ：フォトダイオード）へ結合する。その結合方法、及び装置に関して種々のものが提案されている。
【０００４】
これは、例えば、既存のＣＡＮ−ＰＫＧ（同軸パッケージ）で形成された送信モジュール用のＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub-Assembly ）および受信モジュール用のＲＯＳＡ（Receiver Optical Sub-Assembly）を各１個ずつ設けた構成（いわゆる“２パッケージ”）は、組立も比較的容易で既存の方法で行えるという点で、多用されている。しかし、この構造は既存のＴＯＳＡ／ＲＯＳＡを使用できる点がメリットであるが、ＣＡＮ−ＰＫＧを２個使用しているためコストがかかる。そのため、低価格が要求される双方向光モジュールでは、更なるコストダウンを行うために、１個のＣＡＮ−ＰＫＧにＬＤ／ＰＤを内蔵した、いわゆる“１パッケージ構造”（例えば、特許文献１、特許文献２参照）の研究開発が進んでいる。
【０００５】
ＣＡＮ−ＰＫＧ１個で双方向通信を行うものとしては、例えば、以下の構造のものがある。
特許文献１の波長合分波構造は、段差部を有するサブキャリアの段差部側面に、ビームスプリッタを埋め込んだ成形体を実装している。段差部上面に実装されたＬＤからの送信光は、ビームスプリッタ層で反射してレンズに集光する。一方ファイバから出射された受信光は、レンズで集光され、成形体、ビームスプリッタ層を透過してＰＤに受光される。
【０００６】
また、特許文献２の波長合分波構造は、波長分割多重化フィルタが、所定角度に傾斜して配置され、入力光信号及び出力光信号を選択的に透過または反射させている。内部キャップは、フォトダイオードを囲むことによって、外部からフォトダイオードに進入する散乱光及び乱反射を遮断する。
【特許文献１】特開２００４−２７１９２１号公報
【特許文献２】特開２００４−１３３４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記ＣＡＮ−ＰＫＧを１個にした“１パッケージＢｉＤ”は、全体の構成を小さくできる利点を有するが、しかし、ＬＤ光がフィルタ内部で乱反射し、この乱反射光をＰＤで受光してしまい、クロストーク特性を劣化させるという問題がある。これは、ＬＤとＰＤが近接しているため、ＬＤから出射した光がフィルタ側面で反射し、ＰＤに入射してしまうことによる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、フィルタを介してＬＤとＰＤを近接配置する一芯双方向光モジュールの送受信特性および光クロストーク特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一芯双方向光モジュールは、半導体発光素子の出射する光を波長選択性フィルタで反射させて光ファイバに入射させ、光ファイバの出射する光を、波長選択性フィルタを透過させて半導体受光素子へ入射させる一芯双方向光モジュールであって、波長選択性フィルタは、半導体発光素子に対向し波長選択層を有する主面、半導体受光素子に対向しこの主面と反対の面、および、これら主面、主面と反対の面以外の側面を有し、この側面は、半導体発光素子の出射光が半導体受光素子に入射しないように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
側面は、主面および主面と反対の面に対してそれぞれ異なる交差角を有し、この交差角が、この側面で反射した半導体発光素子の出射光が半導体受光素子に入射しないように規定さられている。また、側面は、半導体発光素子の出射光の波長に対するＡＲコートが施されていてもよい。
【００１１】
また、半導体発光素子の出射する光を波長選択性フィルタで反射させて光ファイバに入射させ、光ファイバの出射する光を、波長選択性フィルタを透過させて半導体受光素子へ入射させる一芯双方向光モジュールであって、波長選択性フィルタは、半導体発光素子に対向し波長選択層を有する主面、半導体受光素子と対向し主面と反対の面、およびこれら主面、主面と反対の面以外の側面を有し、側面は、出射光について半導体受光素子に向かう反射光を低減するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る波長選択性フィルタの側面は、半導体発光素子の出射光の波長について乱反射面とされていてもよい。また、側面は、曲面とされていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一芯双方向光モジュールは、波長選択性フィルタに入射したＬＤ光を、その側面で反射又は透過させてＰＤへ入射するのを阻止し、あるいは低減するように構成されているので、モジュールの送受信特性および光クロストーク特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一芯双方向光モジュールは、前記“１パッケージ構造”を備え、波長合分波フィルタ（以下ＷＤＭフィルタ）を有する。この一芯双方向光モジュールは、光ファイバの光軸上にレンズと波長選択性を有する波長選択性フィルタとＰＤを設け、ＬＤの出射光を波長選択性フィルタで反射させて光軸へ入射させる一芯双方向光モジュールである。波長選択性フィルタは、その主面に波長選択層を設けると共に、該波長選択層を設けた面以外のＬＤ光が当たる側面を、該側面に当たった半導体発光素子（ＬＤ）の光が半導体受光素子（ＰＤ）に入射しないように構成する、例えば、反射又は透過する側面を該側面で反射又は透過したレーザ光がＰＤに入射しないように構成する。この側面は、ＬＤ光をＰＤへ入射させないようにする機能を有する構成を備えればよい。側面の種々の例を以下の実施例に例示する。
【００１５】
本発明の実施形態を図により説明する。
（実施例１）
図１は本発明の一芯双方向光モジュールの実施例１を説明する図である。図１は、ＬＤ５からの出射光の反射経路を示し、そのために必要な構成要素のみを開示する。一芯双方向の光学系１は、受信のために、例えば、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ：Single mode fiber（図示省略））の光軸上に、レンズ２と、波長選択性フィルタ３と、ＰＤ４を順に整列して配置し、又、送信のために、出射したレーザ光を波長選択性フィルタ３で反射させてＳＭＦへ入射させるようにＬＤ５を設ける。波長選択性フィルタ３は、ガラス等の透光材からなり、波長選択層７を配置すると共にＬＤ５に対向する主面６ａ、半導体受光素子４と対向し主面６ａと反対の面６ｃ、および、主面６ａと該主面６ａと反対の面６ｃ以外の側面６ｂを有する基板６と、その主面６ａ上に設ける波長選択層７を有し、基板６の他の側面６ｂを反射光がＰＤへ入射しない角度の反射側面となるように形成する。
【００１６】
なお、ここで用いられる「波長選択性」という用語は、一般に、２つ以上のスペクトル線でレーザ送信するときに、単一のスペクトル線を選び出して送信させる特性を意味する。
本発明の波長選択性フィルタに用いられている波長選択層７は、ＬＤ５が発する波長帯の光に対して高反射特性を有し、それ以外の波長領域の光に対しては高透過特性を有し、よく知られているように光学多層膜で構成する。
【００１７】
ＬＤ５からの出射光は、波長選択性フィルタ３の波長選択層７を設けた主面６ａで反射され、レンズ２を介してＳＭＦに入射される光と、波長選択性フィルタ３の主面６ａで反射されて前記ＳＭＦおよびＰＤ４以外の方向へ向かう光とに分かれる。反射せずに、波長選択性フィルタ３の主面６ａを透過し、波長選択性フィルタ３内部に入った光は、その側面６ｂで反射し、基板６であるガラス内部で、反射を繰り返してＳＭＦおよびＰＤ４以外の方向に抜ける光となる。側面６ｂは、図１に示すように、主面６ａおよび主面と反対の面６ｃに対しそれぞれ異なる交差角で傾斜する面（傾斜面）８ａとする。傾斜面８ａの交差角は、反射経路に関係なく、傾斜面で反射した光が最終的にＰＤ４に入射しない角度であればよい。図１の場合、波長選択層７を設けた主面６ａと側面６ｂの傾斜面８ａの成す角度は鈍角になっているが、これに限らない。このように構成することで、反射光は側面６ｂの傾斜面８ａで光路を変え、ＰＤ４に入射しなくなる。
【００１８】
（実施例２）
図２は本発明の一芯双方向光モジュールの実施例２を説明する図である。実施例２において、実施例１の構成と同じ構成部分は、同じ符号を用い、説明を省略する。図２の波長選択性フィルタ３では、波長選択性フィルタ３の側面６ｂを、図１の平面状の傾斜面とする代わりに、出射光の波長について乱反射面となる凹凸面８ｂで形成する。この凹凸面８ｂの凹凸の角度は反射光が波長選択性フィルタ３から出るときには、ＰＤ４に向かう反射光を低減する角度に形成する。この凹凸面８ｂを凹凸の並びに沿って切ったときの各凹又は凸を形成する面のエッジの長さは、使用するレーザ光の波長の３倍以上とすることが好ましい。これは、反射光が波長選択性フィルタ３から出たとき、ＰＤ４に向かう反射光を低減する必要があるが、凹凸面８ｂの加工精度を達成できないことがあることから、経験的に求められた値である。また、上記のように凹凸面８ｂを切った断面における凹凸の数は、少ない方がよく、例えば、１桁台が好ましい。
【００１９】
（実施例３）
図３は本発明の一芯双方向光モジュールの実施例３を説明する図である。実施例３において、実施例１の構成と同じ構成部分には同じ符号を用い、説明を省略する。
図３では、波長選択性フィルタ３の側面６ｂを、図１の平面からなる傾斜面の代わりに、曲面８ｃで形成する。この曲面８ｃの曲率は、反射光が波長選択性フィルタ３から出た後、ＰＤ４に向かう反射光を低減する曲率に形成する。この曲面８ｃは、例えば、波長選択性フィルタ３の厚さの１／２の長さの半径の円弧からなる面として形成することもできる。このように波長選択性フィルタ３の側面６ｂで反射光の光路を変えることで、ＰＤ４に向かう反射光を低減することができる。
【００２０】
（実施例４）
図４は本発明の一芯双方向光モジュールの実施例４を説明する図である。実施例４において、実施例１の構成と同じ構成には同じ符号を用い、説明を省略する。
図４では、波長選択性フィルタ３の側面６ｂを、図１の平面からなる傾斜面の代わりに、ＬＤ５の波長に対して無反射、即ち、ＬＤ光を透過する透過（透明）なＡＲコート（Anti-Reflection Coat）を施した透過面８ｄとする。ＬＤ５の出射光の波長に対するＡＲコートとしては、シリカ（Silica：２酸化ケイ素（ＳｉＯ2））、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）等を含む多層膜を用いることができる。
【００２１】
波長選択性フィルタ３の側面６ｂにＬＤ５の波長に対して透過なＡＲコートを施すことで透過面８ｄの反射を抑制できる。また、ＡＲコートを施した透過面８ｄの形状および角度は、原理的には制限はないが、より効果的にＰＤ４へのＬＤ５の光の入射を防止するためには、上記実施例１〜３の側面６ｂの形状および角度とすることが好ましい。
【００２２】
本発明の一芯双方向光モジュールは、波長選択性フィルタに入ったＬＤ光を、その側面で反射又は透過させてＰＤへ入射しないようにすることができるので、モジュールの送受信特性および光クロストーク特性を改善することができる。次に前記特性改善についてさらに説明する。
図５は本発明の一芯双方向光モジュールの送受信特性を示す図である。図５の横軸はＲｅｃｅｉｖｅｄ  ｐｏｗｅｒ（受信電力）で、縦軸はＢｉｔ  ｅｒｒｏｒ  ｒａｔｉｏ（ビットエラー率）になる。
【００２３】
図５には、一芯双方向光モジュールの受信動作のみ（ＬＤ  ｏｆｆ）の場合の送受信特性として、受信電力が−２９.３ｄＢｍから−３３ｄＢｍに低下するにつれて、ビットエラー率が１０-12から約５×１０-4まで変化する特性（イ）が示されている。また、対策前の一芯双方向光モジュールの送受信動作（ＬＤ  ｏｎ）の場合の送受信特性として、受信電力が−２６.５ｄＢｍから約−２９.０ｄＢｍに低下するにつれて、ビットエラー率が１０-12から約１０-3まで変化する特性（ロ）が示されている。さらにまた、本発明の一芯双方向光モジュールの送受信動作（ＬＤ  ｏｎ）の場合の送受信特性として、受信電力が−２６.５ｄＢｍから約−２９.０ｄＢｍに低下するにつれて、ビットエラー率が１０-12から約１０-3まで変化する特性（ハ）が示されている。
【００２４】
これらの特性によれば、ビットエラー率を１０-12とした場合の受信動作のみ（ＬＤ  ｏｆｆ）の特性（イ）と、送受信動作時（ＬＤ  ｏｎ）の対策前の特性（ロ）および本発明の特性（ハ）を比べると、対策前の場合では２.８ｄＢｍの差があるのに対し、本発明の場合では０.８ｄＢｍと改善されていることがわかる。さらに、ビットエラー率が同じ値の場合、本発明では受信電力の値がより大きな値に改善されている。
【００２５】
光クロストーク特性を上記と同様に対策前の場合と本発明の場合に分けて測定し、そのときのＬＤの出射光をＰＤで拾う光クロストーク特性は、対策前の場合では−４３ｄＢであったのに対し、本発明の場合では−５０ｄＢに改善されている。
以上説明した送受信特性および光クロストーク特性は、本発明の場合、実施例１の構成に基づくものであるが、他の実施例２〜４の構成を採用しても同様の送受信特性および光クロストーク特性となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一芯双方向光モジュールの実施例１を説明する図である。
【図２】本発明の一芯双方向光モジュールの実施例２を説明する図である。
【図３】本発明の一芯双方向光モジュールの実施例３を説明する図である。
【図４】本発明の一芯双方向光モジュールの実施例４を説明する図である。
【図５】本発明の一芯双方向光モジュールの送受信特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…一芯双方向の光学系、２…レンズ、３，３ａ，３ｂ，３ｃ…波長選択性フィルタ、４…ＰＤ（フォトダイオード）、５…ＬＤ（レーザダイオード）、６…基板、６ａ…主面（反射面）、６ｂ…側面（傾斜面）、６ｃ…主面と反対の面、７…波長選択層、８ａ…傾斜面、８ｂ…凹凸面、８ｃ…曲面、８ｄ…透過面。
【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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