(57)【要約】【課題】ＬＤと同一方向で受光できるＰＤとの結合手段を与え、かつモニターＰＤの動作速度をＬＤと同程度とすることにより、出力ピーク制御を行う。【解決手段】Ｓｉプラットフォーム上に、発光素子と、発光素子からの出射光を導出する光ファイバを配置し、上記発光素子のモニター用として、グレーデッドインデックスファイバーを介して端面入射型の受光素子を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉプラットフォーム上に、発光素子と、該発光素子からの出射光を導出する光ファイバを配置し、上記発光素子のモニター用として、グレーデッドインデックスファイバーを介して端面入射型の受光素子を備えたことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
上記グレーデッドインデックスファイバーの端面が、傾斜面または球面であることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
上記発光素子と受光素子との間で単焦点系を構成するように上記グレーデッドインデックスファイバーの長さを定めたことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項４】
上記受光素子により、発光素子のピーク出力制御を行なうようにしたことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、Ｓｉプラットフォーム上に搭載するモニター受光素子の構造として端面入射型受光素子を可能とし、かつ、レーザダイオードとの容易な結合を可能とする光モシ゛ュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信用モジュールにおけるＳｉプラットフォームの応用上の課題の１つは、レーザダイオートは端面発光であるため、発光方向と取り付け方向が平行となるが、受光素子の受光面は、素子の取り付け方向と受光方向が垂直となる為、レーザダイオードからの光を受けるときに取り付け方向と受光方向との違いを如何に解決するかというものである。
【０００３】
その解決策として、非特許文献１に提案されているように、図４に示すＳｉ―プラットフォーム１（以後Ｓｉ−ＯＢと称す。）にバンプ技術（不図示）を用いてレーザダイオード２（以後ＬＤと称す。）が取り付けられ、Ｓｉ−ＯＢ１上に形成されたＶ溝３上に光ファイバー４（以後ＳＭＦと称す。）が、Ｖカット５をストッパとして取り付けられ、ＬＤ２の出力がＳＭＦ４に出射される構造が取られている。
【０００４】
また、ＬＤ２の裏面出射光は、深いＶ溝６上にやはりバンプ技術で形成された受光素子７（以後ＰＤと称す。）により、深いＶ溝６上に形成された斜面６‘で反射され、受光領域で吸収されて光電変換され、出力された電流を用いてＬＤ２の出力制御を行っている。
【０００５】
図５は非特許文献１に示す従来技術の断面構造を見たもので、ＰＤ７にＬＤ２の出力が如何に入射されるかを示す。ＬＤ２の光の一部が深いＶ溝６の斜面６‘で光線８が反射され、ＬＤ７の受光面に入射され光電変換されることとなる。
【０００６】
【非特許文献１】
オプトロニクス社「光通信技術の最新資料集ＩＶ」（ｐｐ．１５３−１５７、１９９９年）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すように、非特許文献１に示す搭載方法は、深いＶ溝６の斜面６’を利用して光線８の反射光をＰＤ７の受光面に入れる構造を採用しているため、その結果、ＰＤ７は大きな受光面積のものが要求され、また、結合効率のバラツキも大きくなる。
【０００８】
その結果、ＬＤ２の出力制御は、平均光に対する出力レベル制御（通常、このような制御をＡｕｔｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ、ＡＰＣと称している。以後、ＡＰＣと称する。）を取らざるを得ない。また、結合効率のバラツキが大きな為、ＰＤ７による帰還電流の値は大きく変動する為、帰還回路を組む上で、回路定数の決定が困難となる。
【０００９】
さらに、平均電流の制御による課題は、ＬＤ２がモードホッピングを伴う動作をしている場合、ＬＤ２の出力とＰＤ７の電流との関係に於いて、乖離現象が発生する為、ＬＤ２の出力変動が発生することである。
【００１０】
このような現象から、ＬＤ２のモードホッピングに対しても、追随性を持たせるため、端面入射型ＰＤを用いれば有効であることはわかっているが、端面入射型ＰＤの受光有効面積は小さく、このため、モニター受光素子を搭載することが困難であると考えられていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑みて本発明は、Ｓｉプラットフォーム上に、発光素子と、発光素子からの出射光を導出する光ファイバを配置し、上記発光素子のモニター用として、グレーデッドインデックスファイバー（以後、ＧＩＦと称する。）を介して端面入射型の受光素子を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また上記ＧＩＦの端面が、傾斜面または球面であることを特徴とする。
【００１３】
また、上記発光素子と受光素子との間で単焦点系を構成するようにＧＩＦの長さを定めたことを特徴とする。
【００１４】
さらに上記モニター受光素子により、発光素子のピーク出力制御を行なうようにしたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図によって説明する。
【００１６】
図１は本発明の光モジュールの斜視図を示している。Ｓｉ−ＯＢ１にはバンプ技術（不図示）を用いて、ＬＤ２が取り付けられる。このＬＤ２とＶ溝３に保持されたＳＭＦ４とはバッドジョイント（直接結合する方式をこの様に称する。）で結合される。ＳＭＦ４はＶカット５に当てつけるように位置決めされて固定される。
【００１７】
ＬＤ２の後方には、適当な長さのＧＩＦ９がＶ溝３’に保持される。そして、その後ろに端面入射型のＰＤ７がバンプ技術でＳｉ−ＯＢ１に取り付けられる。
【００１８】
ＧＩＦは、コアに屈折率分布を与えたものであり、このためレンズ作用があるため、ＬＤ２の裏面出射光をＰＤ７に集光し、モニターすることができる。
【００１９】
ＧＩＦ９の長さは、次の様に定めればよい。ＬＤ２とＰＤ７の間の距離ｌを次の様に設定する。ＧＩＦにはそのコアの屈折率に基づく光学長として、ピッチが定められている。１／２ピッチの時、両端が焦点の位置にくる。したがって、まず、距離ｌ＞１／２・Ｐが条件となる。距離ｌの中で空気中の長さをＬ’とすると、ＧＩＦに対する等価的な長さは、Ｌ’／ｎとなる。ＧＩＦの長さをＬとすると、
Ｌ＋Ｌ’／ｎ＝１／２・Ｐ　　　　　　　　　　　　　　（式１）
また、
Ｌ＋Ｌ’＝ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式２）
の関係があるので、
Ｌ’＝Ｐ・ｌ・ｎ／２（１−ｎ）　　　　　　　（式３）
Ｌ＝ｌ−Ｌ’　　　　　　　　　　　　　　　（式４）
の関係が成立する。
【００２０】
ここでＧＩＦ９はＶ溝３上に保持される為、Ｖ溝３の形成精度を深さ方向が±０．５μｍ、幅が±１．０μｍとすると、ＰＤ７上の集光点の位置ズレは、深さ方向で±１μｍ、幅方向で、±２μｍ、バンプによる取り付け位置精度誤差を±１μｍとしても±３μｍとなる。
【００２１】
ＬＤ２の発光点の寸法は、深さ方向が約１μｍ、幅が１．５〜２μｍであるため、本構成によるＬＤモジュールにおいては、受光面積が深さ方向で３μｍ、幅方向で８μｍ程度の寸法ですむ。
【００２２】
また、受光方向と、Ｓｉ−ＯＢ１への取り付け方向が同じＰＤ７である必要があるため、ＰＤ７としては、端面入射型ＰＤが要求される。
【００２３】
図２は端面入射型ＰＤの斜視図で、（ａ）がスラブ導波路型ＰＤ、（ｂ）は通常の導波路型ＰＤである。共に、キャップ゜層１０、吸収層１１、バッファ層１２、基板１３、電極１４、裏面電極１５から形成されている。吸収層１１の厚さは約３μｍで、（ｂ）の導波路型ＰＤの幅は８μｍが設定される。図２に示す構造の場合、（ａ）のスラブ導波路型ＰＤの動作速度は、それほど速くないが、（ｂ）の構造の導波路型ＰＤは数１０ＧＨｚに対応できる構造である。
【００２４】
スラブ導波路型ＰＤをＰＤ７に採用した場合には、その制御方法は、平均出力による制御方法を採用せざるを得ないが、導波路型ＰＤを採用した場合、動作速度が高いので、ピーク出力制御方法が採用でき、この場合、出力変動に追随した制御を行うことが出来る。
【００２５】
すなわち、反射光等に伴うモード変調に対する制御が可能となり、より安定した出力特性を得ることが出来る特徴をもたせることが出来る。
【００２６】
図３は、ＧＩＦ９さまざまなの実施形態を示している。図３（ａ）は端面を傾斜面９ａとしたＧＩＦ９である。ここで、９’はコア、９”はクラッドを示している。コアの寸法は１００μｍを設定しているが、この寸法は５０〜１００μｍの範囲であれば良い。
【００２７】
傾斜面９ａを備えている理由は、この構造により、ＰＤ７の反射光がＬＤ２に戻らないようにする為である。
【００２８】
図３（ｂ）に示す構造は端面を球面９ｂとした先球構造のものである。これは、ＬＤ２側の開口数を大きくし、ＬＤ２の裏面端面からの出力とＰＤ７との結合効率を上げることを目的としている。
【００２９】
【実施例】
本発明による実施例を図１に示す。ＧＩＦ９の長さは次の様に算出した。用意したＤＩＦ９のピッチ長は２ｍｍのものである。このうち、ＧＩＦの長さを１．５ｍｍとした。すると、ｎ＝１．４６であるので、ＬＤ２とＰＤ７との間の距離ｌは２．２３ｍｍとなる。ＬＤ２，ＰＤ７とＧＩＦ９の距離は等価とし、０．３９ｍｍとした。したがって、レンズとしての倍率は、１である。実効光学長は１ピッチを選択した。このような選択が有利な点は、例えば、Ｖ溝３の深さが深くなり、ＧＩＦ９の光学中心より高い位置にＬＤ２の光が出射されたとき、ＰＤ７には同じように高い位置に集光するということで、高さ位置補正が自動的にされるということである。
【００３０】
ＧＩＦ９は図３（ａ）で示す傾斜面９ａを備えたタイプを採用した。この場合、ＮＡ＝０．１となるため、ＰＤ７に入射する光量は低下するが、本応用に於いては、絶対値が必要ではなく、相対値が重要である為、何ら問題ないものである。出射光量に対するモニター光量の比が安定している為、回路動作にとって有利となる。
【００３１】
ＰＤ７には導波路型ＰＤを用いている。これは、ＡＰＣ制御ではなく自動ピーク制御を行うのに有利な為である。導波路型ＰＤの動作速度はＬＤ２と同程度の速度が得られるため、信号入力のＯＮ時にピーク出力のレベルが設定した一定値になるように制御し、ＯＦＦ時にはその機能を停止するように制御することが出来る。その結果、ＬＤ２の動作として、モードホッピングが発生してもその現象による出力変動を、モニター出力からの信号で、カバーできる動作が可能となっている。
【００３２】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、ＬＤの後方出射面光をＧＩＦで集光させ、端面入射型ＰＤの受光面に焦点を結ばせることによって、ＬＤ並びにＰＤの組立方向が同一となる為、組立が容易であり、かつ、ＬＤとＰＤの結合が安定している為、ＬＤ出力に対するモニター電流の比が安定し、さらに、ＰＤとして導波路型ＰＤが採用されているので、高速の帰還動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光モジュールの斜視図である。
【図２】本発明の光モジュールに用いるＰＤの斜視図で、（ａ）はスラブ導波路型ＰＤ、（ｂ）は導波路型ＰＤの斜視図である。
【図３】本発明の光モジュールに用いるＧＩＦの実施形態の例で（ａ）は傾斜面を有するもの、（ｂ）は先球型のものである。
【図４】従来の光モジュールの斜視図である。
【図５】従来の光モジュールにおけるＬＤとＰＤの結合を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　Ｓｉ−ＯＢ
２　　　ＬＤ
３　　　Ｖ溝
３’　　Ｖ溝
４　　　ＳＭＦ
５　　　Ｖカット
６　　　深いＶ溝
７　　　ＰＤ
８　　　光線
９　　　ＧＩＦ
９’　　コア
９”　　クラッド
１０　　キャップ層
１１　　吸収層
１２　　バッファ層
１３　　基板
１４　　電極
１５　　裏面電極
【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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