(57)【要約】【課題】本発明は、光通信に用いられる光送受信モジュール、特に一芯双方向通信用の光トランシーバ用光送受信モジュールに関し、光ファイバに入射する光の角度ずれを簡易な構造で補正することができ、且つ製造工程の簡易化を図り低価格化が可能な光送受信モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】光送受信モジュール１００は、中心軸５に対して傾いて形成された光入射出端面１５４を備えた光ファイバ１５３と、光ファイバ１５３方向に光を出射する発光部品１２０と、光ファイバ１５３と発光部品１２０との間に配置され、発光部品１２０から出射された光を光入射出端面１５４に結合させる光学素子２と、光ファイバ１５３と光学素子２との間の空間領域７０とを有している。光学素子２は、互いに屈折率の異なる第１及び第２光学部材１８０、１９０を有している。【選択図】図１
2008197459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に対して傾いて形成された光入射出端面を備えた光ファイバと、
前記光ファイバ方向に光を出射する発光部と、
前記光ファイバと前記発光部との間に配置され、光ファイバの光軸と一致するように前記光入射出端面に前記光を結合させる光学素子と、
前記光ファイバと前記光学素子との間の空間領域と、
前記中心軸にほぼ直交する方向に配置され、前記光入射出端面から出射して前記光学素子の光ファイバ側対向面で反射した光を受光する受光部と
を有することを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の光送受信モジュールであって、
前記光学素子は、第１屈折率を備え、前記光ファイバ側に配置された第１光学部材と、前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を備え、前記発光部側に配置された第２光学部材と、前記第１光学部材と第２光学部材とが接合された接合面とを有すること
を特徴とする光送受信モジュール。
【請求項３】
請求項２記載の光送受信モジュールであって、
前記第１光学部材の前記光ファイバ側対向面は、前記光入射出端面に対向配置されて前記中心軸に対して概ね４５°傾いていること
を特徴とする光送受信モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光送受信モジュールであって、
前記光学素子は、前記光ファイバ側対向面上に配置され、前記発光部から出射された前記光を透過させ、前記光ファイバから出射された光を反射させる誘電体多層膜を有すること
を特徴とする光送受信モジュール。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光送受信モジュールであって、
前記第１及び第２光学部材は、一体化されていること
を特徴とする光送受信モジュール。
【請求項６】
請求項５記載の光送受信モジュールであって、
前記第１及び第２光学部材は、光学接着剤を用いて接着されていること
を特徴とする光送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信に用いられる光送受信モジュール、特に一芯双方向通信用の光トランシーバ用光送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加入者系通信システムでは、銅線と電気信号とを用いて数Ｍｂｐｓ〜数百Ｍｂｐｓ程度の伝送速度を提供できる従来の情報通信サービスに代わり、光ファイバを用いて、最大１Ｇｂｐｓの高速大容量の双方向通信を行う情報通信サービスが次第に普及し始めている。代表的なシステムとしては、１本の光ファイバで異なる波長の光を用い、局社からの光ファイバを複数の加入者で共有する双方向通信を行うＰＯＮ(Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ)システムが挙げられる。
【０００３】
光ファイバを用いた双方向通信では、端末に光信号と電気信号とを相互に変換する機能を持つ、いわゆる光送受信モジュールが必要であり、従来より様々な形態の光送受信モジュールが提案されている。インターネットに代表される情報通信ネットワークでは、更なる高速化、大容量化及びサービスの経済化の要求が高まっており、このため、高性能且つ安価な光送受信モジュールが必要とされている。
【０００４】
特許文献１には、従来の光送受信モジュールが開示されている。図８は、特許文献１に開示された光送受信モジュール２０の構造を示す断面図である。図８に示すように、光送受信モジュール２０はメインハウジング２２とメインハウジング２２に保持される発光部品３０、受光部品３２及び光ファイバ４６、５０から構成されている。メインハウジング２２の内部には光フィルタ保持部材２８が配置され、光フィルタ保持部材２８には、光フィルタ２６が保持されている。
【０００５】
光送受信モジュール２０は、電気信号を光信号に変換する機能を持つ発光部品３０と、発光部品３０に光フィルタ２６を介して対向配置された光ファイバ４６、５０とを有している。発光部品３０から発信される光信号は光フィルタ２６を透過し光ファイバ４６、５０で受信される。
【０００６】
一方、光信号を電気信号に変換する機能を持つ受光部品３２は、光フィルタ２６を介して光ファイバ４６、５０に対して概ね９０°の角度を持つ位置に配置されている。受光部品３２は光ファイバ４６、５０から発信され、光フィルタ２６で反射された光信号を受信する。なお、光フィルタ２６は発光部品３０と光ファイバ４６、５０とを結ぶ軸に対し概ね４５°の角度に傾けて配置されている。光フィルタ２６は、発光部品３０から発信される光信号の波長の光を透過する特性を備えている。さらに、光フィルタ２６は、発光部品３０から発信される光信号とは異なる波長を有し、受光部品３２で受信される光信号を反射する特性を備えている。これにより、１本の光ファイバ５０、発光部品３０、受光部品３２及び光フィルタ２６により構成される光送受信モジュール２０は、異なる波長の光を用いる双方向通信に必要な光信号と電気信号とを相互に変換する機能を実現できる。
【特許文献１】登録実用新案第３０９５９０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１３４８０３号公報
【特許文献３】特開２００５−２０２１５６号公報
【特許文献４】特開２００５−２０２１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の光送受信モジュール２０は、光ファイバ４６の端面での光信号の反射戻り光を抑制するために、光ファイバ４６の端面は光ファイバ４６、５０の中心軸に対して斜めに研磨加工されている。この場合、発光部品３０から発信されて光ファイバ４６、５０に入射する光信号３６は、光ファイバ４６、５０の中心軸方向に対して、所定の角度を持って入射する場合が最も効率的に光ファイバに入射することができる。つまり、所定の角度で入射しない場合は、発光部品３０から発信された光信号は、光ファイバ４６に入射する際に角度ずれによる結合損失が生じることになる。
【０００８】
しかしながら、光送受信モジュール２０では、発光部品３０内の発光素子とレンズとは同一線上に配置されている。さらに、光フィルタ２６は平行平板の構造を有している。このため、発光部品３０から発信された光信号が光ファイバ４６に入射する際の角度は、光ファイバ４６、５０の中心軸と同一又は平行となる。このため、発光部品３０から発信された光信号は光ファイバ４６に入射する際に、最も効率的に光ファイバに入射し得る角度とは入射角度にずれが生じることになる。その結果、光送受信モジュール２０では、角度ずれによる結合損失が生じる。
【０００９】
ところで、情報通信サービスの市場の拡大により、光送受信モジュールには、小型化や低価格化の要請が高まっている。光送受信モジュールに用いられる各部品の特性や性能を最大限に活かし、設計及び構造の最適化により経済化へ寄与することも重要となってきている。この点において、角度ずれによる結合損失は、光送受信モジュールの設計及び構造の最適化により経済化へ寄与し得る要素であり、本発明が解決しようとする課題である。
【００１０】
光送受信モジュールにおいて、発光部品から発信された光信号の光ファイバに入射する角度を所定の角度に定める方法は、特許文献２乃至４に開示されている。これらの方法には、（１）発光部品内の発光素子とレンズとの位置を所定の位置に配置し、発光部品から発信される光信号の出射角度を制御する方法、（２）発光部品から発信された光信号が光ファイバに入射する角度に光ファイバの配置を一致させる方法等がある。
【００１１】
方法（１）では  発光部品内の発光素子とレンズとの位置を所定の位置に配置する際に、機械的及び／又は光学的な調整が必要となり製造工程が増加する。これにより、製造上のコストが増大する要因となる。方法（２）では、メインハウジングに対して光ファイバの配置を機械的に所定の角度だけ傾ける必要がある。このため、光送受信モジュールの機構が複雑になり、光送受信モジュールを構成する部材のコストが増大する。この結果、光送受信モジュールの製品コストが増大する要因となる。
【００１２】
インターネットに代表される情報通信ネットワークの更なる高速化、大容量化及びサービスの経済化に伴い、光送受信モジュールに対する高性能化の要求は高まっている。この要求に対して、発光部品から発信された光信号に角度ずれによる結合損失を極力発生させずに、当該光信号を光ファイバに入射することが有効な解決手段となり得る。上記方法（１）及び（２）は、コスト増大の要因となるので、その他の方法により、発光部品から発信された光信号の角度ずれによる損失を極力減らして、当該光信号を光ファイバに入射することが望まれる。
【００１３】
本発明の目的は、光ファイバに入射する光の角度ずれを簡易な構造で補正することができ、且つ製造工程の簡易化を図り低価格化が可能な光送受信モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、中心軸に対して傾いて形成された光入射出端面を備えた光ファイバと、前記光ファイバ方向に光を出射する発光部と、前記光ファイバと前記発光部との間に配置され、光ファイバの光軸と一致するように前記光入射出端面に前記光を結合させる光学素子と、前記光ファイバと前記光学素子との間の空間領域と、前記中心軸にほぼ直交する方向に配置され、前記光入射出端面から出射して前記光学素子の光ファイバ側対向面で反射した光を受光する受光部とを有することを特徴とする光送受信モジュールによって達成される。
【００１５】
本発明の光送受信モジュールであって、前記光学素子は、第１屈折率を備え、前記光ファイバ側に配置された第１光学部材と、前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を備え、前記発光部側に配置された第２光学部材と、前記第１光学部材と第２光学部材とが接合された接合面とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の光送受信モジュールであって、前記第１光学部材の前記光ファイバ側対向面は、前記光入射出端面に対向配置されて前記中心軸に対して概ね４５°傾いていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光送受信モジュールであって、前記光学素子は、前記光ファイバ側対向面上に配置され、前記発光部から出射された前記光を透過させ、前記光ファイバから出射された光を反射させる誘電体多層膜を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の光送受信モジュールであって、前記第１及び第２光学部材は、一体化されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の光送受信モジュールであって、前記第１及び第２光学部材は、光学接着剤を用いて接着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光ファイバに入射する光の角度ずれを簡易な構造で補正することができ、且つ製造工程の簡易化を図り低価格化が可能な光送受信モジュールが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施の形態による光送受信モジュールについて図１乃至図７を用いて説明する。まず、本実施の形態による光送受信モジュール１００の概略の構成を図１及び図２を用いて説明する。図１は、光送受信モジュール１００を光ファイバ１５３の中心軸を含む仮想平面で切断した断面構成を示している。図１では理解を容易にするため、本来一体化されている光ファイバ部材１５０、発光部品１２０、受光部品１６０及びメインハウジング１１０を分離して示している。
【００２２】
図１に示すように、光送受信モジュール１００は、中心軸５に対して傾いて形成された光入射出端面１５４を備えた光ファイバ１５３と、光ファイバ１５３方向に光を出射する発光部品（発光部）１２０と、光ファイバ１５３と発光部品１２０との間に配置され、光ファイバ１５３の光軸と一致するように、発光部品１２０から出射された光を光入射出端面１５４に結合させる光学素子２と、光ファイバ１５３と光学素子２との間の空間領域７０とを有している。また、光送受信モジュール１００は、発光部品１２０と光学素子２との間に空間領域７５を有している。空間領域７０、７５は、例えば空気で満たされている。
【００２３】
光送受信モジュール１００は、メインハウジング１１０と、メインハウジング１１０内に配置された光学素子保持部材２００とを有している。光学素子２は、光学素子保持部材２００に取り付けられている。光学素子２は、第１屈折率を備えて光ファイバ１５３側に配置された第１光学部材１８０と、第１屈折率とは異なる第２屈折率を備えて発光部品１２０側に配置された第２光学部材１９０と、第１光学部材１８０と第２光学部材１９０とが接合された接合面１８５とを有している。第１光学部材１８０は、光入射出端面１５４に対向配置され、中心軸５に対して概ね４５°傾いた第１対向面（光ファイバ側対向面）１８１を有している。第１光学部材１８０は、第２光学部材１９０に対向する第２対向面１８２（図２参照）を有している。第２光学部材１９０は第２対向面１８２に対向する第３対向面１９１（図２参照）を有している。第２及び第３対向面１８２、１９１が接合されて接合面１８５が形成されている。第２光学部材１９０は発光部品１２０に対向配置された第４対向面１９２を有している。第４対向面１９２には、発光部品１２０から出射された光が入射する。
【００２４】
光送受信モジュール１００は、発光素子１２３を含む発光部品１２０と、光ファイバ１５３を含む光ファイバ部材１５０とを有している。さらに、光送受信モジュール１００は、中心軸５にほぼ直交する方向に配置され、光入射出端面１５４から出射して第１対向面１８１で反射した光を受光する受光部品（受光部）１６０を有している。
【００２５】
発光部品１２０は、例えば中心波長が１３１０ｎｍ帯の半導体レーザーである発光素子１２３がＡｌＮ等の材質により作られるヒートシンク１２２等と共にパッケージ内部に搭載された構造を有している。発光部品１２０は、このパッケージに設けられて発光素子１２３から発光された光を集光するためのレンズ１２４を有している。
【００２６】
受光部品１６０は受光素子１６３を有している。受光素子１６３は、例えばＩｎＧａＡｓからなるフォトダイオードである。受光部品１６０は、受光素子１６３がＡｌ２Ｏ３等の材質により作られるサブマウント１６２等と共にパッケージ内部に搭載された構造を有している。受光部品１６０は、このパッケージに設けられて受光素子１６３で受光する光を集光するためのレンズ１６４を有している。
【００２７】
発光素子１２３から発信された光信号は、第２及び第１光学部材１９０、１８０を通過し、光ファイバ１５３で受信される。また、光ファイバ１５３から発信される光信号は、第１光学部材１８０の第１対向面１８１で反射されて受光素子１６３で受信される。例えば、発光部品１２０の端子１２１に与えられた電気信号は発光素子１２３にて中心波長１３１０ｎｍの光信号に変換される。また、光ファイバ１５３から発信された波長１５５０ｎｍの光信号は、第１光学部材１８０で反射して受光素子１６３で受信される。受光素子１６３で受信した光信号は電気信号に変換された後、当該電気信号は受光部品１６０の端子１６１から出力される。このように、１本の光ファイバ１５３、発光部品１２０、受光部品１６０及び光学素子２により構成される光送受信モジュール１００は、異なる波長の光を用いる双方向通信に必要な光信号と電気信号とを相互に変換する機能を有している。
【００２８】
メインハウジング１１０の外形形状は、例えば円筒又は矩形形状を有している。メインハウジング１１０は光学素子保持部材２００を取り付けるための部品取り付け部１１２を有している。また、メインハウジング１１０は、発光部品保持部品１３０を用いて発光部品１２０を取り付けるための部品取り付け部１１１を有している。さらに、メインハウジング１１０は、光ファイバ部材保持部品１４０を用いて光ファイバ部材１５０を取り付けるための部品取り付け部１１３を有している。
【００２９】
また、メインハウジング１１０は、受光部品保持部品１７０を用いて受光部品１６０を取り付けるための部品取り付け部１１４を有している。部品取り付け部１１４は、第１光学部材１８０の第１対向面１８１を基準として、発光素子１２３及び光ファイバ１５３の中心軸と成す角度が概ね９０°となる位置、即ち当該中心軸とほぼ直交する方向に設けられている。メインハウジング１１０の材質は、機械的強度及び加工精度の点からＳＵＳ３０４等の金属材料が望ましい。但し、メインハウジング１１０の材質は金属材料に限られずその他の材料であってももちろんよい。また、メインハウジング１１０の加工方法は、高精度な加工精度を得るために切削や研削等の機械加工が望ましい。但し、メインハウジング１１０の加工方法は、ＭＩＭ（メタルインジェクションモールディング）等の粉末金属焼結工法による形成方法であってもよい。
【００３０】
光ファイバ部材１５０は、被覆１５２を施した光ファイバ１５３をフェルール１５１に接着した構造を有している。被覆１５２は、例えばポリエステルエラストマー等で形成されている。光ファイバ１５３は、例えば石英系シングルモードファイバ（例：モードフィールド径：９μｍ／クラッド径：１２５μｍ）である。フェルール１５１の先端は光ファイバ１５３の中心軸５に対して所定の角度に研磨されている。これにより、光ファイバ１５３の光入射出端面１５４は、中心軸５に対して傾いて形成される。
【００３１】
光学素子保持部材２００は、光学素子２を構成する第１及び第２光学部材１８０、１９０の外形形状に合わせて、例えば円筒又は矩形形状の内径を有している。光学素子保持部材２００は、メインハウジング１１０と同様に、例えばＳＵＳ３０４等の金属を切削又は研削等の機械加工により作製されている。光学素子保持部材２００は、第１及び第２光学部材１８０、１９０を保持している。また、光学素子保持部材２００は、第１光学部材１８０で反射された光信号を受光部品１６０で受信させるために、一部を切り欠いて形成された切り欠き部１１５を有している。なお、切り欠き部１１５にカットフィルタ又は誘電体多層膜によるＡＲ（反射防止）コート付き基板を配置してもよい。これにより、発光素子１２３から発光された光信号が光ファイバ１５３の光入射出端面１５４で反射されることにより生じる迷光は減衰されるので、光送受信モジュール１００の性能向上を図ることができる。
【００３２】
第１光学部材１８０は、例えば石英ガラス等の光学材料を所定の形状や角度に加工を施した後、必要に応じて第１対向面１８１には誘電体多層膜によるＷＤＭ（波長分割多重）フィルタが配置され、第２対向面１８２には誘電体多層膜によるＡＲコートが配置される。ＷＤＭフィルタは、発光部品１２０から出射された光を透過させ、光ファイバ１５３から出射された光を反射させるようになっている。従って、光学素子２は光フィルタとして機能する。
【００３３】
第２光学部材１９０は、例えばＺｒＯ２単結晶等の光学材料を所定の形状や角度に加工を施した後、必要に応じて第３対向面１９１及び第４対向面１９２には誘電体多層膜によるＡＲコートが施される。第１及び第２光学部材１８０、１９０は、予め所定の形状に加工された後、光学接着剤にて第２及び第３対向面１８２、１９１同士が接着されて一体化される。その後、第１及び第２光学部材１８０、１９０は、円筒又は矩形形状に加工され、光学素子保持部材２００の内部に配置される。第１及び第２光学部材１８０、１９０は、第２及び第３対向面１８２、１９１同士を接着せずに密着させた状態で光学素子保持部材２００内部に固定されてもよい。本願では、第１及び第２光学部材１８０、１９０が接合されているという状態には、第２及び第３対向面１８２、１９１同士を接着せずに密着させた状態で光学素子保持部材２００内部に配置された状態も含む。
【００３４】
次に、発光部品１２０から出射されて光学素子２を透過した光が、角度ずれによる結合損失が発生することなく最適な角度で光ファイバ１５３に入射することができる第１及び第２光学部材１８０、１９０の設計方法について図２を用いて説明する。図２は、光ファイバ１５３及び光学素子２のみを抜き出した光送受信モジュール１００であって、光ファイバ１５３の中心軸５を含む仮想平面で切断した断面を示している。受光部品１６０側の光学素子２の端面は、光ファイバ１５３の中心軸５とほぼ平行に配置される。このため、第１及び第２光学部材１８０、１９０の各面１８１、１８２、１９０、１９１の各角度は当該端面を基準に設計される。図２では、当該端面に一致させた基準線Ａを基準に各面１８１、１８２、１９０、１９１の角度θｏ１、θｏ２、θｏ３が示されている。また、当該角度θｏ１、θｏ２、θｏ３は、紙面の法線方向に見て、時計回りに測った角度である。
【００３５】
本実施の形態では、光ファイバ１５３側の第１対向面１８１は、光ファイバ１５３の光入射出端面１５４の研磨角度θｆと、受光部品１６０（不図示）の配置位置とによって一意的に決定される。従って、第１対向面１８１は設計パラメータとしては考慮されない。光線束の軸が光ファイバ１５３の中心軸５とほぼ平行な光Ｌを出射する発光部品１２０（不図示）を用いた場合、光ファイバ１５３の光入射出端面１５４に入射して反射した光が発光素子１２３に戻らないように、光入射出端面１５４は光ファイバ１５３の中心軸５に対して傾いて形成される。中心軸５に直交する方向に対する光入射出端面１５４の研磨角度θｆは、例えば６°に設定される。光ファイバ１５３の屈折率ｎ０は、波長１３１０ｎｍの光では１．４５であり、波長１５５０ｎｍの光では１．４４である。また、光ファイバ１５３と光学素子２との間には、例えば空気で満たされた空間領域７０が存在する。光ファイバ１５３の中心軸５に対する入射光の角度θｆｉを２．７２°とすると、スネルの法則により、当該入射光は光入射出端面１５４で中心軸５とほぼ平行な方向に屈折する。光学素子２は光ファイバ１５３の光軸と一致するように光入射出端面１５４に光を入射することができる。これにより、光学素子２から出射された光は角度ずれによる結合損失が最も発生することなく光ファイバ１５３に結合できる。なお、中心軸５に対する第１対向面１８１から出射される光の角度θＬｉは２．７２°になる。
【００３６】
受光部品１６０は、光ファイバ１５３の中心軸５に対してほぼ直交する方向に配置されているので、第１対向面１８１は、中心軸５に対して概ね４５°傾けられる。本実施の形態では、光ファイバ１５３、空間領域７０及び第１光学部材１８０の各屈折率ｎ０、ｎ１、ｎ２と、光ファイバ１５３に入射する光Ｌの角度θｆｉとを考慮して、第１対向面１８１の角度θｏ１は４６．３３°に設定される。
【００３７】
光ファイバ１５３の光入射出端面１５４から出射される光（波長：１５５０ｎｍ）は、光ファイバ１５３と空間領域７０との境界面での屈折角は２．６６°になる。また、光ファイバ１５３から出射されて第１対向面１８１で反射した光は、基準線Ａに対して角度θＬｒ＝９０°で受光部品１６０に入射する。
【００３８】
発光部品１２０側の第２光学部材１９０の第４対向面１９２は、発光部品１２０への戻り光を考慮して、光の入射角が概ね４°から８°となるように設計される。これにより、光ファイバ１５３への最適入射を意図しない汎用の発光モジュールを用いても、光ファイバ１５３への角度ずれによる結合損失を制御することで最適入射を実現でき、光送受信モジュール１００の低コスト化を図ることができる。本実施の形態では、基準線Ａに対する第４対向面１９２の角度θｏ３は、例えば９６°（＝９０°＋６°）に設定される。
【００３９】
第１光学部材１８０の形成材料はホウケイ酸ガラスであって、屈折率ｎ２は１．５１である。光ファイバ１５３の光入射出端面１５４での光の角度ずれによる結合損失を減少させるためには、第１光学部材１８０から屈折率ｎ１＝１の空間領域７０に入射された光Ｌ（波長：１３１０ｎｍ）は、角度θｆｉ＝２．７２°で光ファイバ１５３に結合する必要がある。基準線Ａに対して角度θｏ１＝４６．３３°だけ傾いた第１対向面１８１から光は出射されるので、角度θｆｉ＝２．７２°とするためには、第１光学部材１８０と空間領域７０との境界面での光の屈折角θｒは４６．３９°とする必要がある。このため、スネルの法則により、当該境界面での光の入射角θ１ｉは２８．６５°となる。
【００４０】
このようにして、第１光学部材１８０と空間領域７０との境界面になる第１対向面１８１に入射する光の入射角θ１ｉは設定される。光ファイバ１５３に光を良好に結合させるために、入射角θ１ｉが２８．６５°になるように、第１及び第２光学部材１８０、１９０の接合面１８５の傾きを設定する必要がある。従って、本実施の形態では、基準線Ａに対する接合面１８５の角度θｏ２が重要な設計パラメータとなる。第２光学部材１９０の形成材料はＺｒＯ２であって、屈折率ｎ３は２．１０である。基準線Ａに対する第２光学部品１９０の第４対向面１９２の角度θｏ３は９６°である。従って、第２光学部材１９０と空間領域７５との境界面での光Ｌの入射角θｉは６°になり、スネルの法則により、屈折角θ２ｒは２．８５°になる。屈折角θ２ｒ＝２．８５°で第２光学部材１９０内に入射した光Ｌが接合面１８５で屈折し、第１対向面１８１に入射角θ１ｉ＝２８．６５°で入射させるために、基準線Ａに対する接合面１８５の角度θｏ２は１２８．４３°に設定される。この場合、接合面１８５での光Ｌの入射角θ２ｉは３５．２８°になり、屈折角θ１ｒは５３．４５°になる。
【００４１】
以上のように設計された光送受信モジュール１００は、発光部品１２０の中心軸と発光素子１２３から発光される光の光線束の軸とのなす角度が０°である場合、第１光学部材１８０を透過して光ファイバ１５３に入射する光の光線束の軸とのなす角度は概ね２．７°となる。光ファイバ１５３の先端研磨角度θｆが６°の場合、光ファイバ１５３に入射する光信号が光ファイバ１５３の中心軸５となす角度が２．７°であると、光は最も減衰されることなく光ファイバ１５３に入射することができる。図３は、光ファイバ１５３への入射光の角度ずれと結合損失との関係を示すグラフである。横軸は角度ずれ（ｄｅｇ）を表し、縦軸は結合損失（ｄＢ）を表している。図３では、角度ずれによる結合損失がない状態を０ｄＢとして表している。
【００４２】
本実施の形態では、上記のように光学素子２を設計しているので、光ファイバ１５３への入射光の角度ずれはほぼ０°である。このため、図３に示すように、光送受信モジュール１００の角度ずれによる結合損失はほぼ０ｄＢである。従来の光送受信モジュール２０は、本実施の形態と同様に戻り光が発光部品３０に入射しないように、光ファイバ４６、５０の中心軸に対して光ファイバ４６の光入射出端面は傾斜している。従来の光送受信モジュール２０では、入射光３６は当該中心軸とほぼ平行に光ファイバ４６に入射するので、光入射出端の傾斜角度に応じて角度ずれによる結合損失が生じる。例えば、当該中心軸に対して光ファイバ４６の光入射出端面が所定角度だけ傾斜して形成されており、角度ずれが２．７°であると、約１．２ｄＢの結合損失が生じる。
【００４３】
本実施の形態では、従来とほぼ同様の光ファイバ部材１５０、発光部品１２０及び受光部品１６０を用い、これらの配置関係を従来とほぼ同様にしても、光学素子２を用いることにより、光送受信モジュール１００の角度ずれによる結合損失をほぼ０ｄＢにすることができる。このように、本実施の形態による光送受信モジュール１００は、簡易な構造で光ファイバ１５３に入射する光の角度ずれを減少させて角度ずれによる結合損失を極めて低減できる。
【００４４】
次に、本実施の形態による光送受信モジュールの製造方法を再び図１を用いて説明する。まず、第１光学部材１８０を所定の形状に加工するともに、第１及び第２対向面１８１、１８２を所定の角度に加工する。次に、第２光学部材１９０を所定の形状に加工するともに、第３及び第４対向面１９１、１９２を所定の角度に加工する。次に、第１光学部材１８０の第２対向面１８２と、第２光学部材１９０の第３対向面１９１とを光学接着剤を用いて所定の位置関係で接着する。次いで、必要に応じて第１対向面１８１に光フィルタ膜を配置する。これにより、光学素子２が完成する。
【００４５】
次に、光学素子２を光学素子保持部材２００の所定の位置に接着して固定する。次に、光学素子２を保持した光学素子保持部材２００をメインハウジング１１０の所定の位置に接着して固定する。
【００４６】
次に、発光部品１２０を発光部品保持部品１３０を用いてメインハウジング１１０の部品取り付け部１１１に固定する。次に、不図示の調心固定装置に光ファイバ部材１５０と光ファイバ部材保持部品１４０とメインハウジング１１０とをセットする。次いで、発光部品１２０の発光素子１２３を発光させ、発光素子１２３から発光され光ファイバ１５３に入射する光の光強度を測定する。ここで、光ファイバ部材１５０及び光ファイバ部材保持部品１４０を光信号の光強度が最大となる位置に調整する。次いで、光ファイバ部材保持部品１４０を用いて光ファイバ部材１５０をメインハウジング１１０の部品取り付け部１１３に固定する。これにより、光ファイバ１５３、発光部品１２０及び光学素子２等の製造ばらつきがあっても、入射光を光ファイバ１５３に良好に結合できる。なお、光ファイバ部材１５０等の上記の位置調整は、例えば中心軸５に平行な方向、垂直な方向及び軸周りに光ファイバ部材１５０等を動かして行われる。
【００４７】
次に、不図示の調心固定装置に受光部品１６０と受光部品保持部品１７０とメインハウジング１１０をセットする。所定の光信号を光ファイバ１５３に接続する手段を用いて光ファイバ１５３から光信号を出射する。当該光信号を第１光学部材１８０を経由して受光素子１６３で受信して、当該光信号から電気信号に変換された出力を測定する。受光部品１６０及び受光部品保持部品１７０を出力電圧値が最大となる位置に調整する。次いで、受光部品保持部品１７０を用いて受光部品１６０をメインハウジング１１０の部品取り付け部１１４に固定する。なお、受光部品１６０等の上記の位置調整は、例えば中心軸５に平行な方向、垂直な方向及び受光部品１６０の光軸周り受光部品１６０等を動かして行われる。
【００４８】
ここで、第１光学部材１８０の第１対向面１８１に光フィルタ膜を成膜し、第２光学部材１９０の第４対向面１９２に誘電体多層膜を成膜してから加工しても、同様に本実施の形態の目的を達成することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、部品取り付け部１１１に保持される発光部品１２０は、発光素子１２３とレンズ１２４との位置を概ね発光部品１２０の中心軸上に配置することにより製造することができる。このため、発光部品１２０は、光ファイバ１５３への光の最適入射を意図してレンズ１２４からの光の角度を光学的に調整する作業が不要になる。このように、簡易な製造工程で安価に製造が可能な発光部品１２０を使用しても、光を効率よく光ファイバ１５３に入射することができる。また、光ファイバ１５３は、円筒形状の部材内部に同部材と同軸の孔を持つ一般的且つ製造が簡易な部品取り付け部１１３を使用することによって、メインハウジング１１０に保持することができる。このため、複雑な形状の部材を用いることなく、簡易な構造で光ファイバ１５３に入射する光の角度ずれを補正することが可能になる。さらに、光送受信モジュール１００の製造工程を簡易にすることができるので、光送受信モジュール１００の製品の低価格化を図ることができる。
【００５０】
次に、本実施の形態の変形例による光送受信モジュールについて図４乃至図６を用いて説明する。以下の変形例による光送受信モジュールの構成は、上記実施の形態による光送受信モジュール１００と同様なので説明は省略する。また、光学素子２の設計方法は、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５１】
（変形例１）
図４は、本実施の形態の変形例１による光送受信モジュールであって、光ファイバ１５３及び光学素子２のみを抜き出し、光ファイバ１５３の中心軸５を含む仮想平面で切断した断面を示している。図４に示すように、本変形例の光送受信モジュールは、基準線Ａに対する第２光学部材１９０の第４対向面１９２の角度θｏ３が８４°（＝９０°−６°）である点に特徴を有している。第１及び第２光学部材１８０、１９０並びに光ファイバ１５３の形成材料は、上記実施の形態と同様である。
【００５２】
本変形例の光送受信モジュールは、中心軸５に直交する方向に対する光ファイバ１５３の光入射出端面１５４の研磨角度θｆと、基準線Ａに対する第１光学部材１８０の第１対向面１８１の角度θｏ１が上記実施の形態と同様に設定されている。このため、上記実施の形態と同様に、第１光学部材１８０内を通過した光Ｌを第１対向面１８１に入射角θ１ｉ＝２８．６５°で入射させる必要がある。第２光学部材１９０と空間領域７５との境界面での光Ｌの入射角θｉは６°になり、屈折角θ２ｒは２．８５°になる。しかし、基準線Ａに対する第４対向面１９２の角度θｏ３が８４°に設定されているので、第２光学部材１９０に入射した光Ｌは、基準線Ａ側に屈折する。
【００５３】
そこで、基準線Ａに対する接合面１８５の角度θｏ２を適切に設定し、光Ｌが第１光学部材１８０と空間領域７０との境界面に入射角θ１ｉ＝２８．６５°で入射するようにする。本変形例では、角度θｏ２は１１３．３８°に設定される。この場合、接合面１８５での光Ｌの入射角θ２ｉは２６．５３°になり、屈折角θ１ｒは３８．４０°になる。なお、本変形例の光ファイバ１５３、光学素子２及び空間領域７０の屈折率並びに各角度θｆ、θｏ１は、上記実施の形態と同様であるため、本変形例の各角度θｒ、θＬｉ、θＬｒは上記実施の形態と同様の値になる。
【００５４】
以上説明したように、基準線Ａに対する第４対向面１９２の角度θｏ３が９０°から入射角θｉを差分した値に設定されても、基準線Ａに対する接合面１８５の角度θｏ２を調整することにより、光ファイバ１５３に光Ｌを良好に結合させることができる。これにより、本変形例は、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
（変形例２）
図５は、本実施の形態の変形例２による光送受信モジュールであって、光ファイバ１５３及び光学素子２のみを抜き出し、光ファイバ１５３の中心軸５を含む仮想平面で切断した断面を示している。本変形例の光送受信モジュールは、第１光学部材１８０がＺｒＯ２で形成され、第２光学部材１９０がホウケイ酸ガラスで形成されている点に特徴を有している。光ファイバ１５３の形成材料は、上記実施の形態と同様である。
【００５６】
図５に示すように、基準線Ａに対する第１対向面１８１の角度θｏ１及び第４対向面１９２の角度θｏ３は、上実施の形態と同様に、それぞれ４６．３３°及び９６°に設定されている。第１光学部材１８０の形成材料はＺｒＯ２であって、屈折率ｎ２は２．１である。光ファイバ１５３の光入射出端面１５４での光の角度ずれによる結合損失を減少させるためには、上記実施の形態と同様に、角度θｆｉ＝２．７２°で光ファイバ１５３に光を入射する必要がある。従って、第１光学部材１８０と空間領域７０との境界面での光の屈折角θｒは４６．３９°とする必要がある。また、入射角θ１ｉは、スネルの法則より、２０．１７°となる。
【００５７】
このようにして、第１光学部材１８０と空間領域７０との境界面になる第１対向面１８１に入射する光の入射角θ１ｉは設定される。次に、基準線Ａに対する第１及び第２光学部材１８０、１９０の接合面１８５の角度θｏ２を設定する。第２光学部材１９０の形成材料はホウケイ酸ガラスであって、屈折率ｎ３は１．５１である。基準線Ａに対する第２光学部品１９０の第４対向面１９２の角度θｏ３は９６°である。従って、第２光学部材１９０と空間領域７５との境界面での光Ｌの入射角θｉは６°になり、屈折角θ２ｒは３．９７°になる。屈折角θ２ｒ＝３．９７°で第２光学部材１９０内に入射した光Ｌが接合面１８５で屈折し、第１対向面１８１に入射角θ１ｉ＝２０．１７°で入射するために、基準線Ａに対する接合面１８５の角度θｏ２は２５．０７°に設定される。この場合、接合面１８５での光Ｌの入射角θ２ｉは６６．９６°になり、屈折角θ１ｒは４１．４３°になる。
【００５８】
なお、光ファイバ１５３の光入射出端面１５４から出射される光（波長：１５５０ｎｍ）は、光ファイバ１５３と空間領域７０との境界面での屈折角は２．６６°になり、基準線Ａに対して角度θＬｒ＝９０°で受光部品１６０に入射するように第１光学部材１８０の第１対向面１８４で反射される。なお、本変形例の各角度θｒ、θＬｉ、θＬｒは上記実施の形態と同様の値になる。
【００５９】
以上説明したように、第１光学部材１８０がＺｒＯ２で形成され、第２光学部材１９０がホウケイ酸ガラスで形成されても、光ファイバ１５３に光Ｌを良好に結合させることができる。これにより、本変形例は、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６０】
（変形例３）
図６は、本実施の形態の変形例３による光送受信モジュールであって、光ファイバ１５３及び光学素子２のみを抜き出し、光ファイバ１５３の中心軸５を含む仮想平面で切断した断面を示している。本変形例の光送受信モジュールは、第１及び第２光学部材１８０、１９０の形成材料が上記変形例２と同様であり、基準線Ａに対する第２光学部材１９０の光入射面１９２の角度θｏ３が８４°（＝９０°−６°）である点に特徴を有している。
【００６１】
図６に示すように、本変形例の光送受信モジュールは、中心軸５に直交する方向に対する光ファイバ１５３の光入射出端面１５４の研磨角度θｆと、基準線Ａに対する第１光学部材１８０の第１対向面１８１の角度θｏ１とが上記変形例２と同様に設定されている。このため、上記変形例２と同様に、第１光学部材１８０内を通過した光Ｌを第１対向面１８１に入射角θ１ｉ＝２０．１７°で入射させる必要がある。第２光学部材１９０と空間領域７５との境界面での光Ｌの入射角θｉは６°になり、屈折角θ２ｒは３．９７°になる。しかし、基準線Ａに対する光入射面１９２の角度θｏ３が８４°に設定されているので、第２光学部材１９０に入射した光Ｌは基準線Ａ側に屈折する。
【００６２】
そこで、基準線Ａに対する接合面１８５の角度θｏ２を適切に設定し、光Ｌが第１光学部材１８０と空間領域７０との境界面に入射角θ１ｉ＝２０．１７°で入射するようにする。本変形例では、角度θｏ２は２８．００°に設定される。この場合、接合面１８５での光Ｌの入射角θ２ｉは５９．９７°になり、屈折角θ１ｒは３８．５０°になる。なお、本変形例の光ファイバ１５３、光学素子２及び空間領域７０の屈折率並びに各角度θｆ、θｏ１は、上記変形例２と同様であるため、本変形例の各角度θｒ、θＬｉ、θＬｒは上記変形例２と同様の値になる。
【００６３】
以上説明したように、基準線Ａに対する光入射面１９２の角度θｏ３が９０°から入射角θｉを差分した値に設定されても、基準線Ａに対する接合面１８５の角度θｏ２を調整することにより、光ファイバ１５３に光Ｌを良好に結合させることができる。これにより、本変形例は、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
（変形例４）
図７は、本実施の形態の変形例４による光送受信モジュールであって、光ファイバ１５３及び光学素子２のみを抜き出し、光ファイバ１５３の中心軸５を含む仮想平面で切断した断面を示している。図７に示すように、本変形例の光送受信モジュールは、第１及び第２光学部材１８０、１９０の形成材料が上記実施の形態と同様であり、中心軸５に直交する方向に対する光ファイバ１５３の光入射出端面１５４の研磨角度θｆが８°である点に特徴を有している。
【００６５】
発光部品１２０の中心軸と発光素子１２３から発信される光信号とのなす角度が０°の場合、第１光学部材１８０を透過して光ファイバ１５３で受信される光信号は、光ファイバ１５３の中心軸５とのなす角度が概ね３．６°となる。光ファイバ１５３の先端研磨角度が８°の場合、光ファイバ１５３に入射する光信号が光ファイバの中心軸５となす角度が３．６°であると、光信号は最も減衰されずに光ファイバ１５３に入射することができる。
【００６６】
光ファイバ１５３の屈折率ｎ０は、上記実施の形態と同様であるため、光ファイバ１５３の中心軸５に対する入射光の角度θｆｉを３．６４°とすると、スネルの法則により、当該入射光は光入射出端面１５４で中心軸５とほぼ平行な方向に屈折する。これにより、光学素子２から出射された光は最も減衰することなく光入射出端面１５４に結合できる。光ファイバ１５３、空間領域７０及び第１光学部材１８０の各屈折率と、光ファイバ１５３に入射する光Ｌの角度θｆｉとを考慮して、第１対向面１８１の角度θｏ１は４６．８°に設定される。なお、中心軸５に対する第１対向面１８１から出射される光の角度θＬｉは３．６４°になる。
【００６７】
光ファイバ１５３の光入射出端面１５４から出射される光（波長：１５５０ｎｍ）は、光ファイバ１５３と空間領域７０との境界面での屈折角は３．５６°になる。また、光ファイバ１５３から出射されて第１対向面１８１で反射した光は、基準線Ａに対して角度θＬｒ＝９０°で受光部品１６０に入射する。
【００６８】
第１光学部材１８０の形成材料はホウケイ酸ガラスであるので、第１光学部材１８０の第１対向面１８１から出射から屈折率ｎ１＝１の空間領域７０に入射された光Ｌ（波長：１３１０ｎｍ）が、角度θｆｉ＝３．６４°で光ファイバ１５３に結合する必要がある。基準線Ａに対して角度θｏ１＝４６．８°だけ傾いた第１対向面１８１から光は出射されるので、角度θｆｉ＝３．６４°とするためには、第１光学部材１８０と空間領域７０との境界面での光の屈折角θｒは４６．８４°となる必要がある。このため、スネルの法則により、当該境界面での入射角θ１ｉは２８．８９°となる。
【００６９】
第２光学部材１９０の形成材料はＺｒＯ２であり、基準線Ａに対する第２光学部品１９０の第４対向面１９２の角度θｏ３は９６°である。屈折角θ２ｒ＝２．８５°で第２光学部材１９０内に入射した光Ｌが接合面１８５で屈折し、第１対向面１８１に入射角θ１ｉ＝２８．８９°で入射させるために、基準線Ａに対する接合面１８５の角度θｏ２は１２７．６３°に設定される。この場合、接合面１８５での光Ｌの入射角θ２ｉは３４．４８°になり、屈折角θ１ｒは５１．９４°になる。
【００７０】
以上説明したように、光ファイバ１５３の光入射出端１５４が光ファイバ１５３の中心軸に直交する方向に対して８°に研磨されていても、基準線Ａに対する境界面１８５の角度θｏ２を調整することにより、光ファイバ１５３に光Ｌを良好に結合させることができる。これにより、本変形例は、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
上記実施の形態並びに変形例１及び４で示すように、基準線Ａ又は光ファイバ１５３の中心軸５に対する第１乃至第４対向面の角度θｏ１、θｏ２、θｏは、第１及び第２光学部材１８０、１９０の屈折率により異なる。例えば、第２光学部材１９０の屈折率が第１光学部材１８０の屈折率より大きい場合には、第１及び第２光学部材１８０、１９０の接合面１８５は、光ファイバ１５３の中心軸５に対する傾きが第１対向面１８１の傾きより大きくなる。一方、上記変形例２及び３で示すように、第１光学部材１８０の屈折率が第２光学部材１９０の屈折率より大きい場合には、第１及び第２光学部材１８０、１９０の接合面１８５は、光ファイバ１５３の中心軸５に対する傾きが第１対向面１８１の傾きより小さくなる。
【００７２】
例えば屈折率が１．５１の光学材料のみを用いて、本実施の形態の光学素子２と同様の機能を発揮する光学素子を形成すると、光ファイバ側の第１対向面の角度を概ね４６．３３°とし、発光部品側の第４対向面の角度を４９．５２°としなければならない。従って、第１光学部材と光ファイバとの間、及び第２光学部材と発光素子との間に空間領域をそれぞれ有し、光ファイバの中心軸に対する第１光学部材の第１対向面の角度が概ね４５°であり、第２光学部材の第４対向面の角度が概ね４°から８°という条件下では、光ファイバへの最適入射角度を意図しない発光素子から発光される光を光ファイバに良好に結合させるためには、光学素子は２つ以上の異なる屈折率を有する光学材料で形成される必要がある。
【００７３】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態及び変形例１乃至４では、光学素子２は、屈折率の異なる２つの光学部材を有しているが、本発明はこれに限られない。例えば、光学素子２は、屈折率分布を有し、光ファイバに良好に結合できる屈折角で第１対向面から光が出射されれば、上記実施の形態及び変形例１乃至４と同様の効果が得られる。
【００７４】
また、複数の発光素子を備えた光送受信モジュールにおいては、光学素子を３つの異なった屈折率を有する光学部材により構成することで、同様の効果が得られることは明らかである。さらに、光学部品と磁気光学素子などで構成した光アイソレータを組み合わせて、信号品質を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施の形態による光送受信モジュール１００の概略の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態による光送受信モジュール１００に用いられる光ファイバ１５３及び光学素子２の断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による光送受信モジュール１００であって、光ファイバ１５３への入射光の角度ずれと結合損失との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態の変形例１による光送受信モジュール１００に用いられる光ファイバ１５３及び光学素子２の断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態の変形例２による光送受信モジュール１００に用いられる光ファイバ１５３及び光学素子２の断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態の変形例３による光送受信モジュール１００に用いられる光ファイバ１５３及び光学素子２の断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態の変形例４による光送受信モジュール１００に用いられる光ファイバ１５３及び光学素子２の断面図である。
【図８】従来の光送受信モジュール１００の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
２  光学素子
２０、１００  光送受信モジュール
２６  光フィルタ
２８  光フィルタ保持部材
２２、１１０  メインハウジング
３０、１２０  発光部品
１１１、１１２、１１３、１１４  部品取り付け部
１１５  切り欠き部
１２１、１６１  端子
１２２  ヒートシンク
１２３  発光素子
１２４、１６４  レンズ
１３０  発光部品保持部品
１４０  光ファイバ部材保持部品
１５０  光ファイバ部材
１５１  フェルール
１５２  被覆
４６、５０、１５３  光ファイバ
３２、１６０  受光部品
１６２  サブマウント
１６３  受光素子
１７０  受光部品保持部品
１８０  第１光学部材
１８１  第１対向面
１８２  第２対向面
１８５  接合面
１９０  第２光学部材
１９１  第３対向面
１９２  第４対向面
２００  光学素子保持部材
【図１】
2008197459.tif 000003
【図２】
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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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【図８】
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【図３】
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