(57)【要約】【課題】複雑な製造プロセスを必要とする光導波路が不要であり、かつ、小型で低価格な光送受信モジュールを提供する。【解決手段】Ｓｉ基板６上には、光ファイバ８及びレンズ７の光軸に対して側面が４５°傾斜したフィルタ固定用の凹溝（フィルタ固定用溝）９が形成され、フィルタ固定用溝には、フィルタ膜４ａがＳｉ基板の面（フィルタ固定用溝の水平な面）に対して垂直になるように、また、フィルタ膜がＳｉ基板の上面より上に突出するようにＷＤＭフィルタ４を固定する。Ｓｉ基板上にはまた、ＰＤ１、ＬＤ２、Ｍ−ＰＤ３、プリアンプ５がアライメントマーカ１０を用いて位置決めされて実装される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ及びレンズの光軸に対して所定角度で傾斜した側面を有する溝が形成された基板と、
前記溝の側面に配置された波長選択性フィルタ又はハーフミラーとを備え、
発光素子及び受光素子の一方を前記基板上で前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーの透過光側に配置し、他方を反射光側に配置した光送受信モジュール。
【請求項２】
表面が平坦な基板と、
前記基板上において光ファイバ及びレンズの光軸に対して所定角度で傾斜して配置された波長選択性フィルタ又はハーフミラーとを備え、
発光素子及び受光素子の一方を前記基板上で前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーの透過光側に配置し、他方を反射光側に配置した光送受信モジュール。
【請求項３】
前記基板上にさらに、前記受光素子の出力を増幅する前置増幅器を実装した請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。
【請求項４】
前記基板がキャンパッケージ用ステムに実装されるとともに、キャンパッケージ用レンズを用いて前記光ファイバへの光結合を行うよう構成されている請求項１から３のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
【請求項５】
前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーが多面体のガラスブロックであり、前記ガラスブロックの少なくとも１面にフィルタ膜又はハーフミラーが形成されている請求項１から４のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
【請求項６】
前記ガラスブロックが直方体であり、側面に前記フィルタ膜又は前記ハーフミラーが形成されている請求項５に記載の光送受信モジュール。
【請求項７】
前記ガラスブロックを前記基板上のマーカを用いて位置調整を行ったのち固定することを特徴とする請求項５又は６に記載の光送受信モジュール。
【請求項８】
前記発光素子の発光部が前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーに対向するように、前記基板の実装面から離れた位置に配置されている請求項２から７のいずれか１つに記載の光送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信などに利用される光送受信モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、メタリックケーブルに代わって高速大容量の情報を低損失で伝送できる光ファイバ通信が注目され、光デバイスの低価格化と高速化と共に高機能化がますます求められている。一例として、１本の光ファイバを用いて上りと下りの光双方向伝送を異なる波長で実現する光通信方式の開発などが進められているが、本方式の光モジュールには、発光素子と、受光素子と、波長分離及び合波用の機能部品などを集積化する技術が必要である。
【０００３】
以下に従来の光送受信モジュールの代表例について説明する。従来は、受信波長λ１の信号を送信波長λ２と分離するために、光導波路とＷＤＭフィルタを組合せた構造が一般的である。図７に下記の特許文献１に記載されている、光導波路を用いたＷＤＭ（波長多重）光双方向モジュールの従来構造を示す。Ｓｉ基板１０３上には光導波路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが形成されている。光導波路１０２ａの一端には発光素子１０５の出射光を光結合できるように、また、光導波路１０２ｂの一端には受光素子１０６の入射光を光結合できるように、高精度な２次元調整の後に発光素子１０５（及びモニタ用受光素子１０４）と受光素子１０６を実装する。発光素子１０５と受光素子１０６の位置調整は、Ｓｉ基板１０３上にあらかじめ高精度に形成したアライメントマーカ１０８を用いて行うのが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−６８７０５号公報（図１、要約書）
【０００５】
発光素子１０５の波長λ２の出力光は、ＷＤＭフィルタ１０７で反射したのち、光導波路１０２ｃを通って光ファイバ１０１へと導入される。ここで、光ファイバ１０１のコアと光導波路１０２ｃは光学的に結合できるように配置されている。配置方法としては、光導波路１０２ｃの位置に対して、Ｓｉ基板１０３上に高精度にＶ形状の溝を加工しておき、Ｖ溝に沿って光ファイバ１０１を固定するという方法が一般的である。一方、光ファイバ１０１から伝送されてきた、波長λ１の光信号は、光導波路１０２ｃ、ＷＤＭフィルタ１０７、光導波路１０２ｂを透過して受光素子１０６で受光する。受光素子１０６はチップの側面方向から光入射することで受光できる構造を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例は以下の問題を有していた。
従来例の光モジュールは、Ｓｉ基板１０３上にＶ溝や位置合わせ用のアライメントマーカ１０８や光導波路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを高精度に形成するための複雑な製造プロセスが必要な上、光導波路付きＳｉ基板１０３のサイズが大きくなり、Ｓｉ基板１０３自体の低価格化が困難であるとともに、モジュールの小型化が困難であった。また、受光素子１０６と発光素子１０５の実装精度に関してミクロンからサブミクロンの高精度が要求され、実装装置も非常に高価であり、実装時間も長くなり製造工程数がかかっていた。
【０００７】
本発明は、上記従来例の課題を解決するもので、複雑な製造プロセスを必要とする光導波路が不要であり、かつ、小型で低価格な光送受信モジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載されている発明は、
光ファイバ及びレンズの光軸に対して所定角度で傾斜した側面を有する溝が形成された基板と、
前記溝の側面に配置された波長選択性フィルタ又はハーフミラーとを備え、
発光素子及び受光素子の一方を前記基板上で前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーの透過光側に配置し、他方を反射光側に配置した構成とした。
この構成により、製造工程が複雑で高価な光導波路が不要であり、小型の波長多重光送受信モジュールが実現できる。また、レンズを用いて光ファイバと光結合するため、基板上に高精度の加工や、受光素子、発光素子の高精度の実装も不要となる。さらに、フィルタの位置や角度を精度よく確実に固定することができる。
【０００９】
請求項２に記載されている発明は、表面が平坦な基板と、
前記基板上において光ファイバ及びレンズの光軸に対して所定角度で傾斜して配置された波長選択性フィルタ又はハーフミラーとを備え、
発光素子及び受光素子の一方を前記基板上で前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーの透過光側に配置し、他方を反射光側に配置した構成とした。
この構成により、製造工程が複雑で高価な光導波路が不要であり、小型の波長多重光送受信モジュールが実現できる。また、レンズを用いて光ファイバと光結合するため、基板上に高精度の加工や、受光素子、発光素子の高精度の実装も不要となる。
【００１０】
請求項３に記載されている発明は、請求項１又は２に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記基板上にさらに、前記受光素子の出力を増幅する前置増幅器を実装したこと特徴とする。
この構成により、受光素子と前置増幅器を近接して実装できるため、電気クロストークなどの影響が少なく受信特性が向上する。
【００１１】
請求項４に記載されている発明は、請求項１から３のいずれか１つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記基板がキャンパッケージ用ステムに実装されるとともに、キャンパッケージ用レンズを用いて前記光ファイバへの光結合を行うことを特徴とする。
この構成により、従来技術と汎用部品を流用することができ、高精度な光結合が可能であると同時に、低価格な光送受信モジュールが実現できる。
【００１２】
請求項５に記載されている発明は、請求項１から４のいずれか１つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーが多面体のガラスブロックであり、前記ガラスブロックの少なくとも１面にフィルタ膜又はハーフミラーが形成されていることを特徴とする。
この構成により、フィルタ又はハーフミラーの製造とその実装を容易にすることができる。
【００１３】
請求項６に記載されている発明は、請求項５に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記ガラスブロックが直方体であり、側面に前記フィルタ膜又は前記ハーフミラーが形成されていることを特徴とする。
この構成により、フィルタ又はハーフミラーの製造とその実装を、より容易にすることができ、光送受信モジュールがより安価に実現できる。
【００１４】
請求項７に記載されている発明は、請求項５又は６に記載の光送受信モジュールにおいて、
前記ガラスブロックを前記基板上のマーカを用いて位置調整を行ったのち固定することを特徴とする。
この構成により、基板上のフィルタ位置決め用の高精度の溝加工が不要となる。
【００１５】
請求項８に記載されている発明は、請求項２から７のいずれか１つに記載の光送受信モジュールにおいて、
前記発光素子の発光部が前記波長選択性フィルタ又は前記ハーフミラーに対向するように、前記基板の実装面から離れた位置に配置されていることを特徴とする。
この構成により、基板上の溝などの複雑な加工を必要とせずに、発光素子の光を効率よくフィルタ又はハーフミラーへ入射させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態における光送受信モジュールの構成図である。シリコン（Ｓｉ）基板６上には、光ファイバ８及びレンズ７の光軸に対して側面が４５°傾斜したフィルタ固定用の凹溝（以下、フィルタ固定用溝）９が形成され、また、受信用受光素子（ＰＤ）１、発光素子（ＬＤ）２、モニタ用受光素子（Ｍ−ＰＤ）３、プリアンプ５がアライメントマーカ１０を用いて位置決めされて実装されている。
【００１７】
フィルタ固定用溝９には、フィルタ膜４ａがＳｉ基板６の面（フィルタ固定用溝９の水平な底面）に対して垂直になるようにＷＤＭフィルタ４を固定する。この場合、ＷＤＭフィルタ４はフィルタ膜４ａと反対側の面４ｂがフィルタ固定用溝９の垂直な側面に沿うように、また、フィルタ膜４ａがＳｉ基板６の上面より上に突出するように固定することにより、ＷＤＭフィルタ４への光の入射角を正確に規定することができる。ここで、ＷＤＭフィルタ４は、直方体のガラス基板の１つの面上に多層膜フィルタが形成されたもので、大量生産しやすい構造のものを使用する。
【００１８】
ＰＤ１とＬＤ２はＷＤＭフィルタ４を挟んで、互いに反対側に配置する。図１に示すように、ＰＤ１は光ファイバ８からの光がＷＤＭフィルタ４を透過した後の光軸線上に配置し、ＬＤ２は、その出射光がＷＤＭフィルタ４で反射した後に光ファイバ８へ入射できるように配置する。ＬＤ２及びＰＤ１と光ファイバ８の間にはレンズ７を配置することによって光結合する。従来例のような光ファイバ８との直接結合ではないので、高精度のＶ溝加工や、ＬＤ２，ＰＤ１のサブミクロンの高精度実装精度は不要である。本実施の形態ではＳｉ基板６を利用しているが、高精度の加工などが不要なので、アルミナやＡｌＮなどのセラミック基板などを用いることも可能である。
【００１９】
図２は光ファイバ８側の左側の方向Ａから見たＳｉ基板６の図であり、図３は正面の斜め右側の方向Ｂから見たＳｉ基板６の図である。図２、図３に示すように、直方体のＬＤ２の下面の発光部、ＰＤ１とＭ−ＰＤ３の下面の入射部がＳｉ基板６側になるように実装し、また、ＬＤ２の出射光がＳｉ基板６により遮られないようにＬＤ２の出射光側にＳｉ基板６上に溝６ａを設ける。
【００２０】
図４は上記のように構成したアセンブリ１５をモジュール化した構成を示し、Ｓｉ基板６をキャンパッケージ用ステム１３上に実装した後、レンズ７を有するレンズ付きキャップ１２で気密封止する。また、レンズ７を光ファイバ８に光結合する。このようにパッケージの汎用部品であるレンズ付きキャップ１２とキャンパッケージ用ステム１３を利用することで、低価格が実現できる。なお、本発明は、ＷＤＭフィルタ４を用いた波長分割方式のみならず、ＷＤＭフィルタ４の代わりにハーフミラーを用いた時分割方式にも適用することができ、また、ＬＤ２（及びＭ−ＰＤ３）とＰＤ１の配置位置は逆でもよい。
【００２１】
＜第２の実施の形態＞
図５、図６は本発明の第２の実施の形態における光送受信モジュールの構成図である。Ｓｉ基板６にフィルタ固定用溝９がないこと以外は、第１の実施の形態の構成と同様であり、Ｓｉ基板６の上面にＰＤ１、ＬＤ２、Ｍ−ＰＤ３、プリアンプ５、ＷＤＭフィルタ４を実装する。全ての部品１〜５はアライメントマーカ１０を基準に実装する。それにより、部品実装工程が簡略化できると同時に、Ｓｉ基板６に溝加工が不要となり部品価格を低減させることができる。第１の実施の形態と同様に、Ｓｉ基板６の代わりにアルミナやＡｌＮなどのセラミック基板などを用いることも可能である。
【００２２】
図６は、図５のＳｉ基板６などを左斜め上方からの方向ＣからＳｉ基板６を見たときの斜視図を示す。第２の実施の形態では、ＷＤＭフィルタ４がＬＤ２と同一面上に固定されていることから、直方体のＬＤ２の上部のＬＤ発光部２ａがフィルタ膜４ａの形成面１４に対向するように実装することにより、Ｓｉ基板６でＬＤ出射光の一部が遮られないようにすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、製造工程が複雑で高価な光導波路が不要であり、小型の波長多重光送受信モジュールが実現できる。また、レンズを用いて光ファイバと光結合するため、基板上に高精度の加工や、受光素子、発光素子の高精度の実装も不要となる。さらに、フィルタの位置や角度を精度よく確実に固定することができる。
請求項２に記載の発明によれば、製造工程が複雑で高価な光導波路が不要であり、小型の波長多重光送受信モジュールが実現できる。また、レンズを用いて光ファイバと光結合するため、基板上に高精度の加工や、受光素子、発光素子の高精度の実装も不要となる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、受光素子と前置増幅器を近接して実装できるため、電気クロストークなどの影響が少なく受信特性が向上する。
請求項４に記載の発明によれば、従来技術と汎用部品を流用することができ、高精度な光結合が可能であると同時に、低価格な光送受信モジュールが実現できる。
請求項５に記載の発明によれば、フィルタ又はハーフミラーの製造とその実装を容易にすることができる。
請求項６に記載の発明によれば、フィルタ又はハーフミラーの製造とその実装を、より容易にすることができ、光送受信モジュールがより安価に実現できる。
請求項７に記載の発明によれば、基板上のフィルタ位置決め用の高精度の溝加工が不要となる。
請求項８に記載の発明によれば、基板上の溝などの複雑な加工を必要とせずに、発光素子の光を効率よくフィルタ又はハーフミラーへ入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光送受信モジュールの第１の実施の形態の概略構成図
【図２】図１において光ファイバ側の左側の方向Ａから見たＳｉ基板の側面図
【図３】図１において正面の斜め右側の方向Ｂから見たＳｉ基板の側面図
【図４】本発明の第１の実施の形態のパッケージの概略図
【図５】本発明の光送受信モジュールの第２の実施の形態のＳｉ基板の概略構成図
【図６】本発明の光送受信モジュールの第２の実施の形態のＳｉ基板などの方向Ｃから見た斜視図
【図７】従来の光送受信モジュールの概略構成を示す斜視図
【符号の説明】
１  受信用受光素子（ＰＤ）
２  発光素子（ＬＤ）
３  モニタ用受光素子（Ｍ−ＰＤ）
４  ＷＤＭフィルタ
４ａ  フィルタ膜
４ｂ  フィルタ膜反対側面
５  プリアンプ
６  シリコン（Ｓｉ）基板
６ａ  溝
７  レンズ
８  光ファイバ
９  フィルタ固定用溝
１０  アライメントマーカ
１１  ＬＤ発光部
１２  レンズ付きキャップ
１３  キャンパッケージ用ステム
１４  フィルタ膜形成面
【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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【図７】
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