(57)【要約】【課題】送信部と受信部を１つのパッケージ内に収めることで小型化を図るとともに、受信部における光学的雑音を減少させる。【解決手段】光双方向通信チップ１００と、光双方向通信チップを搭載するヘッダ１７０と、ヘッダに取り付けられて、ヘッダと相俟って光双方向通信チップを内包するキャップ１８０とを備えて構成される。光双方向通信チップは、基板上に、波長分波器、受光素子、発光素子及びレンズ素子を含む光学部品を備えて構成され、送信及び受信を行う。また、キャップの内面には、光吸収膜１８２が形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、波長分波器、受光素子、発光素子及びレンズ素子を含む光学部品を備えて構成され、送信及び受信を行う光双方向通信チップと、
該光双方向通信チップを搭載するヘッダと、
該ヘッダに取り付けられて、該ヘッダと相俟って前記光双方向通信チップを内包するキャップと
を備える光双方向通信モジュールであって、
前記キャップの内面に光吸収膜が形成されている
ことを特徴とする光双方向通信モジュール。
【請求項２】
前記光吸収膜は、黒アルマイト膜である
ことを特徴とする請求項１に記載の光双方向通信モジュール。
【請求項３】
前記光吸収膜は、ニッケルクロムめっき膜である
ことを特徴とする請求項１に記載の光双方向通信モジュール。
【請求項４】
前記光吸収膜は、表面に凹凸を有している
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の光双方向通信モジュール。
【請求項５】
受信光信号に対する光学的雑音の強度が最大でも０．０３％である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光双方向通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光双方向通信用のチップを内包する光双方向通信モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ブロードバンドの普及に伴い、一般家庭まで光ファイバを導入し、高速通信を実現するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ−Ｔｏ−Ｔｈｅ−Ｈｏｍｅ）などの光加入者網が実現されつつある。これらの光加入者網で用いられる伝送方式では、低コスト化を実現するために、一本の光ファイバで送受信を行う、双方向伝送が採用されている。この双方向伝送を行う場合、送信光信号の波長λ１と、受信光信号の波長λ２とが異なっている。この場合、送信部は、送信光信号である波長λ１の光を発光する発光素子（例えばレーザダイオード）を備え、受信部は、受信光信号である波長λ２の光を受光する受光素子（例えばフォトダイオード）を備えている。
【０００３】
従来、光双方向通信モジュールとして、送信部と受信部とをそれぞれ別のパッケージに収め、これらのパッケージと、送信光信号及び送信光信号を分波する波長分波器とを一つにまとめた、光双方向通信モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、一般家庭など加入者側に設置される光双方向通信システムは、加入者が設置する際に、設置場所を気にしない程度の小型化が必須である。しかしながら、特許文献１に記載の光双方向通信モジュールでは、送信部と受信部が別のパッケージになっているので、小型化が非常に難しく、また、それぞれの光部品を調整しながら作成するためコストがかかるという問題がある。
【０００５】
一方、これらの問題を解決するものとして、レーザダイオード、フォトダイオード及び波長分波器などの光学素子を一つの基板上に、当該基板に形成した断面形状がＶ字状の溝を利用して搭載することにより、小型化を図るとともに、光部品の調整を容易にした光モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の光モジュールに用いられる光双方向通信チップを、ボールレンズを備えるキャップ内に収めて、光双方向通信モジュールとした場合、１つのパッケージ内部に送信部及び受信部が設けられることになる。このため、送信部で生成された光が漏れ、パッケージ内部の様々な光路を通って受信部に入射し、受信部において光学的雑音が発生する恐れがある点に改良の余地を残している。
【特許文献１】特開平１０−２０６６７８号公報
【特許文献２】特開２００６−１５４５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、特許文献１に記載されている光双方向通信モジュールでは、送信部と受信部が別のパッケージになっていることから、モジュールの小型化が難しいという問題がある。また、特許文献２に記載されている光モジュールに用いられる光双方向通信チップでは、１つのパッケージに、送信部及び受信部を設けることから、受信部において光学的雑音が発生する恐れがある点に改良の余地を残している。
【０００８】
この発明は、上述の問題点に鑑みて成されたものであり、この発明の目的は、送信部と受信部を１つのパッケージ内に収めることで小型化を図るとともに、受信部における光学的雑音を減少させる光双方向通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】
【０００９】
上述した目的を達成するために、この発明の光双方向通信モジュールは、光双方向通信チップと、光双方向通信チップを搭載するヘッダと、ヘッダに取り付けられて、ヘッダと相俟って光双方向通信チップを内包するキャップとを備えて構成される。
【００１０】
光双方向通信チップは、基板上に、波長分波器、受光素子、発光素子及びレンズ素子を含む光学部品を備えて構成され、送信及び受信を行うために用いられる。また、キャップの内面には、光吸収膜が形成されている。
【００１１】
上述した光双方向通信モジュールの実施にあたり、好ましくは、光吸収膜を、黒アルマイト膜又はニッケルクロムめっき膜にするのが良い。
【００１２】
また、光吸収膜は、表面に凹凸を有するのが好適である。
【００１３】
また、この発明の光双方向通信モジュールの好適実施例によれば、受信光信号に対する光学的雑音の強度が最大でも０．０３％であるのが良い。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の光双方向通信モジュールによれば、送信部と受信部を１つのパッケージ内に収めることで小型化が図られる。また、送信部で生成された光が漏れた場合であっても、漏れた光は、キャップの内面に形成された光吸収膜に達すると、光吸収膜に吸収される。この結果、漏れた光の中で受信部に到達する光が減るので、受信部における光学的雑音が減少する。
【００１５】
また、光吸収膜が、表面に凹凸を有していると、光吸収膜に達した光が、光吸収膜の表面で乱反射を起こし、乱反射を繰り返しながら光吸収膜に吸収されるので、受信部における光学的雑音をより確実に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の、位置、大きさ及び配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成の組成（材質）および数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１７】
図１及び図２を参照して、この発明の光双方向通信モジュールに用いられる光双方向通信チップについて説明する。図１及び図２は、光双方向通信チップの概略構成を示す図であって、図１は斜視図であり、図２は平面図である。
【００１８】
ここで用いられる光双方向通信チップ１００は、基板１１０上に、発光素子として例えばレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）１２０を備える送信部と、受光素子として例えばフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）１３０を備える受信部と、レンズ素子１４０ａ及び１４０ｂと、波長分波器１５０とを備えて構成されている。この光双方向通信チップ１００は、一つのチップで光信号の送信及び受信を行う。
【００１９】
基板１１０として、例えばシリコン基板を用いることができる。基板１１０の上面には、送信部が設けられる送信部領域１０２ａ、受信部が設けられる受信部領域１０２ｂ、波長分波器が設けられる波長分波領域１０２ｃ、及び素子が配置されない未使用領域１０２ｄの４つの領域が設定されている。
【００２０】
これら４つの領域は行列状に配置されている。波長分波領域１０２ｂに、送信部領域１０２ａ及び受信部領域１０２ｂが隣接し、また、未使用領域１０２ｄに、送信部領域１０２ａ及び受信部領域１０２ｂが隣接している。
【００２１】
未使用領域１０２ｄと、送信部領域１０２ａ及び受信部領域１０２ｂとの間は、横断面形状が凹字形状である凹溝１１０ｃにより分離されている。また、波長分波領域１０２ｃは、波長分波器１５０を配置するため、未使用領域１０２ｄ、送信部領域１０２ａ及び受信部領域１０２ｂの上面１１１ａ及び１１１ｂに対して、上面１１１ｃの位置が低く設けられている。
【００２２】
送信部領域１０２ａ及び受信部領域１０２ｂの基板１１０の上面１１１ａ及び１１１ｂには、横断面形状がＶ字形状であるＶ溝１１０ａ及び１１０ｂがそれぞれ設けられている。送信部領域１０２ａに設けられているＶ溝１１０ａが延在する方向と、受信部領域１０２ｂに設けられているＶ溝１１０ｂが延在する方向とは、９０度をなしている。
【００２３】
また、送信部領域１０２ａ及び受信部領域１０２ｂの基板１１０の上面１１１ａ及び１１１ｂには、電極パッド１１２ａ及び１１２ｂが設けられている。
【００２４】
Ｖ溝１１０ａ及び１１０ｂは、基板１１０をエッチングすることにより形成され、シリコンの（１１１）面群を斜面に持つような構成で形成される。このＶ溝の斜面は５４．７度の角度を有する（図４参照）。なお、Ｖ溝１１０ａ及び１１０ｂの形成と同時に、凹溝１１０ｃや、波長分波領域１０２ｃをエッチングしても良い。
【００２５】
波長分波器１５０は、波長分波領域１０２ｃに配置されている。波長分波器１５０として、例えばキューブ型の誘電体フィルタを用いることができる。波長分波器１５０は、波長に応じて、光を透過または９０度の角度で反射する。ここでは、波長分波器１５０は、送信部のＬＤ１２０が発光する光（例えば、波長１．３１μｍの光）を透過し、外部から入射される光（例えば、波長１．４９μｍの光）を９０度反射して、受信部のＰＤ１３０に入射する。
【００２６】
ＬＤ１２０は、光を出射する発光素子であり、その形状は、略直方体である。ＬＤ１２０で発光された出射光は、発光素子側のレンズ素子１４０ａを経て波長分波器１５０に送られる。発光素子側のレンズ素子１４０ａは、ＬＤ１２０からの出射光を平行光に変換して、波長分波器１５０に入射するコリメータレンズとしての機能を有する。
【００２７】
ＰＤ１３０は、端面から入射された光を電気信号に変換する受光素子であり、その形状は、略直方体である。ＰＤ１３０は、外部からの入射光を、受光素子側のレンズ素子１４０ｂを経て受光する。受光素子側のレンズ素子１４０ｂは、波長分波器１５０により分波された光を集光し、ＰＤ１３０へ入射する集光用レンズとしての機能を有する。
【００２８】
この実施形態では、レンズ素子１４０ａ及び１４０ｂとしてシリコン製マイクロレンズを採用している。図３及び図４を参照してレンズ素子について説明する。図３はレンズ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図４は、レンズ素子が基板のＶ溝に実装された状態を示す概略図である。
【００２９】
レンズ素子１４０ａ及び１４０ｂは、一方の面にレンズ部１４２が形成されている。このレンズ部１４２には、例えば１１０μｍの直径を有する回折光学素子が形成されている。レンズ部１４２に回折光学素子を用いることにより、レンズ素子１４０ａ及び１４０ｂは、光を任意の方向へ容易に曲げることができる。
【００３０】
レンズ素子の縁部１４４は、Ｖ溝１１０ａ（１１０ｂ）に接合すべき形状として、略円弧状に形成されており、その直径は例えば１２５μｍである。
【００３１】
図２において、未説明の符号１６０は、一般的な２ｍｍ径のボールレンズである。ボールレンズ１６０は、後述するキャップに取り付けられており、外部からファイバを介して入射される光を波長分波器１５０に入射するとともに、波長分波器１５０からの光をファイバに結合するためのレンズである。
【００３２】
図５を参照して、上述した光双方向通信チップを搭載した光双方向通信モジュールについて説明する。図５は、光双方向通信モジュール２００の概略構成図である。ここでは、キャップの一部を切り欠いて、内部構造を示している。
【００３３】
光双方向通信チップ１００は、ＴＯ−ＣＡＮヘッダ（以下、単にヘッダと称することもある。）１７０の支持部１７５上に搭載される。ＴＯ−ＣＡＮヘッダ１７０には、複数のリード端子１９０が設けられていて、これらリード端子１９０と、光双方向通信チップ１００に形成された電極パッド１１２ａ及び１１２ｂが電気的に接続される。なお、この電気的な接続を行う配線については図示を省略する。
【００３４】
ＴＯ−ＣＡＮヘッダ１７０に搭載された光双方向通信チップ１００は、ボールレンズ１６０を備えるキャップ（以下、ボールレンズキャップと称することもある。）１８０内に収められる。すなわち、ＴＯ−ＣＡＮヘッダ１７０とキャップ１８０とを結合させることによって光双方向通信チップ１００を内包する。
【００３５】
ボールレンズキャップ１８０は、例えばアルミニウムで形成される。
【００３６】
この光双方向通信モジュールでは、受信部及び送信部を備える光双方向通信チップ１００が、１つのパッケージとしてキャップ１８０内に収められている。このため、送信部のＬＤ１２０で発生した光が漏れた場合、この漏れた光がパッケージ内部の様々な光路を通って受信部のＰＤ１３０に入射すると、受信部において光学的雑音を引き起こす恐れがある。
【００３７】
本出願人が光学的雑音の測定を行ったところ、光吸収膜を有さないキャップを用いる場合、受信部のＰＤ１３０で受信する未出力光信号の強度、すなわち光学的雑音は、光素子集積モジュール外から入射された受信光信号の強度に対して０．１％程度である。ここで、許容できる雑音レベルとして、受信光信号の強度に対する光学的雑音が最大でも０．０３％、すなわち０．０３％以下であるのが好ましい。
【００３８】
そこで、キャップ１８０の内面に光吸収膜１８２を形成する。
【００３９】
光吸収膜１８２は、例えばキャップ内面に従来周知の陽極酸化処理（アルマイト処理）により形成された、黒アルマイト膜とすることができる。ここで、黒アルマイト膜は、例えば５μｍ程度の厚みで形成される。この黒アルマイト膜は、波長が１．０μｍ〜１．５μｍの光をよく吸収するので、１．３１μｍと１．４９μｍの２つの波長の一方を送信光信号に用い、他方を受信光信号に用いる光双方向通信モジュールでの使用に適している。この結果、漏れた光の中で受信部に到達する光が減るので、受信部における光学的雑音が減少する。
【００４０】
また、黒アルマイト膜を形成した後、当該黒アルマイト膜に対してブラスト加工を行って、表面をランダムな凹凸にしても良い。光吸収膜１８２が、表面に凹凸を有していると、光吸収膜１８２に達した光が、光吸収膜１８２の表面で乱反射を起こし、乱反射を繰り返しながら光吸収膜１８２に吸収されるので、受信部における光学的雑音を確実に削減できる。
【００４１】
なお、黒アルマイト膜に換えて、ニッケルクロムめっきにより形成されためっき膜を用いることができる。また、当該めっき膜に対してブラスト加工を行って光吸収膜１８２の表面をランダムな凹凸にしても良い。
【００４２】
光吸収膜１８２の表面にランダムな凹凸を形成するためのブラスト加工は、任意好適な従来周知のサンドブラストにより行うことができる。
【００４３】
本出願人は、キャップ内面に光吸収膜を形成したキャップを用いて、光学的雑音の測定を行った。
【００４４】
ここで、光吸収膜として、ブラスト加工を行わずに、黒アルマイト膜又はめっき膜を形成した場合、すなわち表面に凹凸が形成されていない黒アルマイト膜又はめっき膜を用いる場合について光学的雑音の測定を行ったところ、光学的雑音は０．０３％程度まで低減され、ほぼ許容される雑音レベルである。
【００４５】
一方、黒アルマイト膜又はめっき膜を形成した後、黒アルマイト膜又はめっき膜に対してブラスト加工を行う場合、すなわち表面に凹凸を有する黒アルマイト膜又はめっき膜を用いる場合、光学的雑音は、光吸収膜を有さない場合に比べて約１／１０の０．０１％程度になり、確実に削減できる。
【００４６】
なお、光双方向通信チップの構成については、図１及び図２を参照して説明した例に限定されず、１つのパッケージ内に送信部と受信部、すなわち発光素子と受光素子を備える任意好適な光双方向通信チップを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】光双方向通信チップの概略構成を示す斜視図である。
【図２】光双方向通信チップ及びボールレンズの概略構成を示す平面図である。
【図３】レンズ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】レンズ素子が基板のＶ溝に実装された状態を示す概略図である。
【図５】光双方向通信モジュールの概略構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００    光双方向通信チップ
１１０    基板
１１０ａ、１１０ｂ    Ｖ溝
１２０    ＬＤ
１３０    ＰＤ
１４０ａ、１４０ｂ    レンズ素子
１５０    波長分波器
１６０    ボールレンズ
１７０    ＴＯ−ＣＡＮヘッダ
１８０    キャップ
１８２    光吸収膜
１９０    リード端子
２００    光双方向通信モジュール
【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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