(57)【要約】【課題】アイソレータやカットフィルタ等を用いることなく、パッケージ外に出射された信号光の反射戻り光を効果的に低減した安価な双方向光モジュールを提供する。【解決手段】送信光を発光する半導体発光素子４と受信光を受光する半導体受光素子５、並びに、波長合分波フィルタ６を搭載したステム６に、レンズを有するキャップを封着したパッケージ部と、外部光伝送路との接続を形成するスタブ１３を有するスリーブ部と、パッケージ部とスリーブ部とをジョイントするホルダ９を備えた双方向光モジュールである。ホルダ９の上部にある仕切り壁１０に送受信光を通す開孔１１を設け、開孔の孔壁を傾斜面１７ａ，１７ｂで形成し、パッケージ部２に送信光の反射戻り光が再入射するのを低減する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信光を発光する半導体発光素子と受信光を受光する半導体受光素子、並びに、波長合分波フィルタを搭載したステム上に、レンズを有するキャップを封着したパッケージ部と、外部光伝送路との接続を形成するスタブを有するスリーブ部と、前記パッケージ部と前記スリーブ部をジョイントするホルダとを備えた双方向光モジュールであって、
前記ホルダの上部にある仕切り壁に送受信光を通す開孔を設け、前記開孔の孔壁を傾斜面で形成し、前記パッケージ部に前記送信光の反射戻り光が再入射するのを低減したことを特徴とする双方向光モジュール。
【請求項２】
前記傾斜面を前記パッケージ部側のみに形成したことを特徴とする請求項１に記載の双方向光モジュール。
【請求項３】
前記傾斜面を前記仕切り板の内壁の全面に亘るように形成したことを特徴とする請求項２に記載の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、ＣＡＮパッケージに発光素子及び受光素子を搭載し、光信号の送受信に用いられる同軸型の双方向光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信技術の進展に伴い、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に代表される加入者系通信網のＰＯＮ（Passive Optical Network）システムの導入が進んでいる。このＰＯＮシステムでは、メタルケーブル並みの低価格で、より高速なサービスを実現するために、光ファイバの本数を減らし１本の光ファイバで、局側とユーザ側の双方向通信を行う一心双方向通信方式が提案されている。具体的には、１.３１μｍ帯と１.５５μｍ帯（又は１.４９μｍ帯）の２波長を用いて送受信を行う波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）である。
【０００３】
これに用いられる一心双方向型の光モジュールとしては、例えば、特許文献１に開示されるように、１つのパッケージ（キャップ）内に半導体レーザ（ＬＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）を搭載し、ＬＤから出力される送信光をレンズを介して光ファイバ端に入射すると共に、光ファイバ端から出射される受信光をレンズを介してＰＤで受光している。
【０００４】
そして、この一心双方向光モジュールでは、異なる波長の送信光と受信光を用いることから、それぞれの信号光が交差する光学的径路上に傾斜させて配したＷＤＭフィルタにより、送信光と受信光を選択的に反射又は透過させて分離している。ここで、信号光の光学径路上の構成要素によりＬＤからの送信光の一部が反射して戻り、この反射光をＰＤが正規の受信光と共に受光して、光学的なクロストークが生じることがある。このため、特許文献１においては、ＰＤをパッケージのキャップとは異なる内部キャップで囲い、反射光を受光しないようにしている。
【０００５】
また、特許文献２には、送信用の発光素子と受信用の受光素子を１つのパッケージ内に搭載した際に、迷光による誤動作を防止するのに、パッケージのキャップ表面に黒色皮膜を形成し、反射光を吸収して迷光の発生を防止することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１３３４６３号公報
【特許文献２】特開平７−７０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
１つのパッケージ内に送信用の発光素子と受信用の受光素子を搭載することにより、送信用の発光素子と受信用の受光素子を別々のパッケージに搭載（２パッケージ）するものと比べて、スペースやコスト面で大きなメリットがあるが、上述したような光クロストークの発生の問題がある。上記の特許文献１に開示のように、受光素子を内部キャップで囲うことは、内部キャップを配するためのスペースを必要とし、また、ＷＤＭフィルタを通して入り込む反射光については、受光を防止することができない。また、特許文献２に開示のように、パッケージ用のキャップの表面に黒色皮膜を形成するには、黒色皮膜形成のための特別な処理を必要とし、コスト増となる。
【０００７】
パッケージ内で生じた反射や迷光による光クロストークを防止するには、上記の特許文献１，２による方法で解決することは可能である。しかしながら、ＬＤから出力された送信光の一部が、直接もしくはパッケージ内壁面の乱反射等で受光素子が受光する以外に、パッケージ外部に一旦出た送信光が、スタブ端面やホルダの孔壁等に当たって反射して、パッケージ側に戻ってくる反射光（以下、反射戻り光という）がある。この反射戻り光がレンズを通って、パッケージ内に再入射してＷＤＭフィルタを透過して受光素子で受光するという問題がある。
【０００８】
また、この反射戻り光の対策として、光ファイバを内蔵するスタブの端面を斜めにカットして反射光の角度を変える方法も考えられるが、反射戻り光対策としては不十分で、レンズとスタブ端面との間にアイソレータ（例えば、無偏波依存型アイソレータ）を設置することなどが考えられる。また、この他、特定波長を透過しそれ以外の波長を遮断する特性を有するカットフィルタを受光素子の前段に設置することも考えられる。しかし、これらアイソレータやカットフィルタを用いることは、コスト的に高価なものとなる。
【０００９】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、アイソレータやカットフィルタ等を用いることなく、パッケージ外に出射された信号光の反射戻り光を効果的に低減した安価な双方向光モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による双方向光モジュールは、送信光を発光する半導体発光素子と受信光を受光する半導体受光素子、並びに、波長合分波フィルタを搭載したステム上に、レンズを有するキャップを封着したパッケージ部と、外部光伝送路との接続を形成するスタブを有するスリーブ部と、パッケージ部とスリーブ部をジョイントするホルダとを備えた双方向光モジュールである。ホルダの上部にある仕切り壁に送受信光を通す開孔を設け、開孔の孔壁を傾斜面で形成し、パッケージ部に送信光の反射戻り光が再入射するのを低減したことを特徴とする。
また、前記の孔壁の傾斜面を、パッケージ部側のみに形成するようにしてもよく、前記傾斜面を仕切り板の内壁の全面に亘るように形成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スタブ端面、ホルダの仕切り壁等で反射した反射戻り光を、アイソレータやカットフィルタを用いずにパッケージ部内に再入射するのを低減することができ、安価な構成でクロストークを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の対象とする双方向光モジュールの一例を説明する図で、図１（Ａ）は断面図、図１（Ｂ）は要部の拡大模式図である。図中、１は双方向光モジュール、２はパッケージ部、３はステム、４は半導体発光素子（ＬＤ）、５は半導体受光素子（ＰＤ）、６は波長合分波フィルタ（ＷＤＭフィルタ）、７はレンズ、８はキャップ、９はホルダ、１０は仕切り壁、１１は開孔、１２はスリーブ部、１３はスタブ、１３ａは短尺の光ファイバ、１３ｂはスタブ端面、１４はスリーブシェル、１５はガイドスリーブ、１６はブッシュを示す。
【００１３】
双方向光モジュール１は、図１に示すように、パッケージ部２にホルダ９を介してスリーブ部１２を結合してなり、スリーブ部１２に着脱可能に挿入される光コネクタ（図示せず）を介して外部光伝送路に接続され、光信号の送受信が行われる。パッケージ部２は、ステム３に信号光を送信するレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光素子４（以下、ＬＤ４という）と、外部回路からの信号光を受信するフォトダイオード（ＰＤ）等の半導体受光素子５（以下、ＰＤ５という）とが搭載された１パッケージ型の光モジュールデバイスとして構成される。
【００１４】
また、パッケージ部２のステム３上には、異なる波長の送信光と受信光が交差する光学径路上にＷＤＭフィルタ６を傾斜させて搭載し、送信光と受信光を選択的に反射又は透過させて分離している。パッケージ部２の筐体としても機能するキャップ８は、上部中央に信号光及び受信光を集光するレンズ７が装着されていて、信号光の出射口及び受信光の入射口とされている。なお、キャップ８は、ステム３に密封構造で封着され、内部の搭載部品を保護する。
【００１５】
外部光伝送路と接続を形成する光コネクタが挿入されるスリーブ部１２は、例えば、円筒状のスリーブシェル１４に、スタブ１３を密着嵌合したガイドスリーブ１５を収納し、スリーブシェル１４をブッシュ１６に挿着して構成される。スタブ１３は、中心部に短尺の光ファイバ１３ａを挿着したフェルール形状で形成され、ガイドスリーブ１５内に挿入される光コネクタのフェルール端と突き合わされることにより、光ファイバ１３ａと外部の光ケーブルの光ファイバと光接続が形成される。また、スタブ１３のスタブ端面１３ｂは、例えば、光ファイバ１３ａとともに斜めに研磨され、スタブ端面での信号光の反射戻りを抑制するようにしている。
【００１６】
パッケージ部２とスリーブ部１２とは、ホルダ９を介して結合され、軸方向と径方向の調心が行われる。ホルダ９は上部に仕切り壁１０を有し、この仕切り壁１０の中央部にレンズ７により集光される信号光を通す開孔１１が設けられている。パッケージ部２とスリーブ部１２間の軸方向位置（入出射光の焦光距離）は、ホルダ９とキャップ８の軸方向の嵌合長さで調整される。パッケージ部２とスリーブ部１２間の径方向位置（入出射光の位置）に対しては、ホルダ９とブッシュ１６の相対位置を変えて調整される。これらの調整後、ホルダ９は、キャップ８とブッシュ１６に接着又は溶接により固定されて一体化される。
【００１７】
双方向光モジュール１が上記のようにして調心されると、ＬＤ４から出力された送信光は、ＷＤＭフィルタ６で反射されてレンズ７で集光され、ホルダ９の開孔１１を通ってスタブ１３の光ファイバ１３ａに入射される。他方、外部伝送路からの信号光は、スタブ１３の光ファイバ１３ａから出射され、ホルダ９の開孔１１を通ってレンズ７で集光され、ＷＤＭフィルタ６を透過してＰＤ５で受光される。
【００１８】
ここで、ＬＤ４で発光され出力される信号光のほとんどは、スタブ１３の光ファイバ１３ａに入射されて外部伝送路に送信されるように設計されるが、出力された信号光の一部がレンズ７を出た後、光学径路の構造物により反射され、パッケージ部２側に戻ってくる反射戻り光がある。本発明では、このパッケージ部２から一旦外に出た信号光がパッケージ部２内に再入射される反射戻り光を低減することにある。
【００１９】
図２（Ａ）〜図４（Ｃ）は、この反射戻り光の各種の形態を示す図で、図中の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより、説明を省略する。
図２（Ａ）は、ＬＤ４から出力された信号光が、例えば、スタブ１３のスタブ端面１３ｂで反射し、仕切り壁１０の開孔１１を通ってレンズ７に再入射され、ＰＤ５で受光する形態である。図２（Ｂ）は、ＬＤ４から出力された信号光が、スタブ端面１３ｂで反射し、仕切り壁１０の開孔１１を通って再入射されるが、レンズ７への入射は反れてパッケージ部２内には再入射されない形態である。
【００２０】
図３（Ａ）は、ＬＤ４から出力された信号光が、スタブ端面１３ｂで反射し、仕切り壁１０の開孔１１の孔壁に当たって、レンズ７に再入射されＰＤ５で受光する形態である。図３（Ｂ）は、ＬＤ４から出力された信号光が、スタブ端面１３ｂで反射し、仕切り壁１０の開孔１１の孔壁に当たって再入射されるが、レンズ７への入射は反れてパッケージ部２内には再入射されない形態である。
【００２１】
図４（Ａ）は、ＬＤ４から出力された信号光が、スタブ端面１３ｂで反射し、仕切り壁１０の開孔１１のエッジ上面の周辺に当たって外に反射し、ホルダ９内には戻らず、レンズ７にも再入射されない形態である。図４（Ｂ）は、ＬＤ４から出力された信号光が、仕切り壁１０の開孔１１のエッジ下面の周辺に当たって反射し、開孔１１の外には出射されずに戻って、レンズ７に再入射されＰＤ５で受光する形態である。図４（Ｃ）は、ＬＤ４から出力された信号光が、仕切り壁１０の開孔１１のエッジ下面の周辺に当たって反射し、図４（Ｂ）と同様に開孔１１の外部に出射されずに戻ってくるが、レンズ７への再入射が反れる形態である。
【００２２】
図に例示したような形態の反射戻り光が、クロストークとして問題になるのは、ＬＤ４から出力された信号光が、レンズ７に再入射されＷＤＭフィルタ６を透過してＰＤ５で受光される場合である。すなわち、上記の図２（Ａ）〜図４（Ｃ）に示した形態のうち、図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ｂ）の形態の反射戻り光が、レンズ７を通してパッケージ部２内に進入し、ＰＤ５で受光されクロストークを生じる可能性がある。
【００２３】
図２（Ａ）及び図３（Ａ）のような形態の反射戻り光の場合、仕切り壁１０の開孔１１の孔径を小さくすれば、開孔１１を通って再入射される反射戻り光を低減することが可能である。しかし、この開孔１１の孔径を小さくすると、今度は、図４（Ｂ）に示すように、仕切り壁の開孔１１のエッジ下面の周辺からの反射戻り光が増加し、あまり有効ではない。なお、反射戻り光がレンズ７を通って再入射する場合であっても、その全てがＷＤＭフィルタに当たってＰＤ５で受光するわけではなく、ＷＤＭフィルタに当たらない反射戻り光もある。
【００２４】
また、レンズ７を透過した反射戻り光は、ＷＤＭフィルタ６に当たっても、その入射角度によっては、ＰＤ５で受光しない場合もある。例えば、ＬＤ４の送信光の波長を１３１０ｎｍとし、ＷＤＭフィルタ６への入射角（ＷＤＭフィルタ反射表面の法線に対する入射角）が、０〜７０度で、透過率が−５０ｄＢ以上とする。そして、この角度で入射された信号光は反射戻り光であっても、再度反射されてＷＤＭフィルタを透過してＰＤで受光しないようなものが用いられているとする。
【００２５】
この場合、７０度以上の角度で入射した送信光の反射戻り光は、その一部がＷＤＭフィルタ６のフィルタ膜を透過する。次いで、フィルタ膜を透過した反射戻り光は、ガラス内部で反射を繰り返しながら、その一部がガラスを透過してＰＤ５で受光されることとなる。反射戻り光は、ＷＤＭフィルタ６のフィルタ膜を透過した後は、ガラス内部で反射を繰り返す。すなわち、反射戻り光がＷＤＭフィルタ反射表面の当たる位置には関係なく、その入射角度が問題となる。
【００２６】
したがって、上記のようなＷＤＭフィルタを用いた場合、反射戻り光がＷＤＭフィルタの反射表面に再入射する入射角度が７０度以下であれば、再度反射されてＰＤ５で受光されることはない。しかし、入射角度が７０度以上の反射戻り光に対しては、ＷＤＭフィルタを透過してＰＤ５が受光する恐れがあり、これによるクロストーク特性が劣化するということになる。また、これ以外に、ＷＤＭフィルタに当たらない反射戻り光でも、ＷＤＭフィルタの周囲から回り込んでくることがある。
したがって、クロストークの元となる反射戻り光が、パッケージ部内に再入射する図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ｂ）の形態による反射戻り光の絶対量を減じることが必要である。
【００２７】
図５（Ａ）〜図６は、上述した点を勘案した本発明による双方向光モジュールの構成例を示す図ある。図中、１７ａ，１７ｂ，１８，１９は傾斜面を示し、その他の符号は、図１〜図４で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。なお、上記の傾斜面の傾斜角度は、例えば、１５度〜６０度程度で形成される。
【００２８】
図５（Ａ）に示す構成例は、ホルダ上部の仕切り壁１０の開孔１１のエッジ部である孔壁を傾斜面で形成したものである。傾斜面は、例えば、孔壁の上半部を上方側に拡大する形状の上側傾斜面１７ａで形成し、孔壁の下半部を下方側に拡大する下側傾斜面１７ｂで形成する。この構成例において、スタブ端面１３ｂで反射した反射戻り光は、開孔１１の孔壁の光軸と平行な壁面（点線で示す）に当たって、本来なら点線で示すような反射戻り光がレンズ７内に再入射する。しかし、開孔１１の孔壁を光軸と平行な壁面を有しない上側傾斜面１７ａと下側傾斜面１７ｂで形成することにより、例えば、開孔１１のエッジ周縁に当たった反射戻り光は、上側傾斜面１７ａ又は下側傾斜面１７ｂに当たる。
【００２９】
上側傾斜面１７ａに当たる反射戻り光は上方に反射され、下側傾斜面１７ｂに当たるように入射される反射戻り光は、下側傾斜面１７ｂに沿うように開光１１をすり抜け、レンズ７を通ってパッケージ部２内には再入射しないようにすることができる。また、開孔１１から外に出る前にエッジ周辺の下面に当たった信号光は、下側傾斜面１７ｂで反射し、図４（Ｂ）と同様に開孔１１の外部に出射されずに戻ってくるが、レンズ７を通らないように反らすことができる。
【００３０】
図５（Ｂ）に示す構成例は、上面側には傾斜面を形成せず、孔壁の全域をパッケージ側の下方側に拡大する下側傾斜面１８で形成したものである。この構成例の場合も、図５（Ａ）と同様に、スタブ端面１３ｂで反射した反射戻り光は、開孔１１の孔壁の光軸と平行な壁面（点線で示す）に当たって、本来なら点線で示すような反射戻り光がレンズ７内に再入射する。しかし、開孔１１の孔壁を光軸と平行な壁面を実質的に有しない下側傾斜面１９で形成することにより、例えば、開孔１１のエッジ周縁に当たった反射戻り光の一部は、仕切り壁１０の上面に当たって上方側に反射される。
【００３１】
そして、本来は孔壁に当たって反射する反射戻り光のほとんどは、開孔１１の孔壁に代わる傾斜面１８に沿ってすり抜け、レンズ７を通ってパッケージ部２内には再入射しないようにすることができる。また、開孔１１から外に出る前に、開孔１１のエッジ周辺の下面に当たった信号光は、図５（Ａ）の場合と同様に開孔１１の外部に出射されずに戻ってくるが、レンズ７を通らないように反らすことができる。
【００３２】
図６に示す構成例は、仕切り壁１０の下面側のほぼ全体に亘るように下方側に拡大する傾斜面１９で形成したものである。この構成例は、図５（Ｂ）の構成例と同様に、スタブ端面１３ｂで反射した反射戻り光は、開孔１１の孔壁の光軸と平行な壁面（点線で示す）に当たって、本来なら点線で示すような反射戻り光がレンズ７内に再入射する。しかし、仕切り壁１０の下面側に形成した傾斜面１９により開孔１１の孔壁を光軸と平行な壁面を実質的に有しないため、例えば、開孔１１のエッジ周縁に当たった反射戻り光の一部は、仕切り壁面で上方側に反射される。
【００３３】
そして、本来は孔壁に当たって反射する反射戻り光のほとんどは、仕切り壁１０の下面側に形成された傾斜面１８に沿ってすり抜け、レンズ７を通ってパッケージ部２内には再入射しないようにすることができる。また、仕切り壁１０の下面の当たって反射する信号光は、外部に出射されずに戻ってくるが、傾斜面１９の角度を適正にすることにより、レンズ７を通らないように反らし、パッケージ部２内には再入射する信号光を減らすことができる。
【００３４】
これら、ホルダ上部の信号光を通す開孔１１のエッジ部である孔壁を傾斜面として、反射戻り光の反射方向を反らすことにより、アイソレータやカットフィルタを用いることなく、パッケージ部２の外に出た信号光の反射戻り光が、パッケージ部に再入射するのを低減させることが可能となる。例えば、従来のクロストークが−３３ｄＢあったものは、図５の場合で−４０ｄＢ（６ｄＢの改善）程度に、図６の場合でー３５ｄＢ（２ｄＢの改善）程度に低減することできた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】双方向光モジュールの一例を説明する図である。
【図２】反射戻り光の形態を示す図である。
【図３】反射戻り光の他の形態を示す図である。
【図４】反射戻り光の他の形態を示す図である。
【図５】本発明による双方向光モジュールの構成例を示す図である。
【図６】本発明による双方向光モジュールの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…双方向光モジュール、２…パッケージ部、３…ステム、４…半導体発光素子（ＬＤ）、５…半導体受光素子（ＰＤ）、６…波長合分波フィルタ（ＷＤＭフィルタ）、７…レンズ、８…キャップ、９…ホルダ、１０…仕切り壁、１１…開孔、１２…スリーブ部、１３…スタブ、１３ａ…短尺の光ファイバ、１３ｂ…スタブ端面、１４…スリーブシェル、１５…ガイドスリーブ、１６…ブッシュ、１７ａ，１７ｂ，１８，１９…傾斜面。
【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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【図６】
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