(57)【要約】  【課題】  帯域を高く保ったまま受光効率を向上させる。  【解決手段】  シリコン半球レンズ２の平面上に端面光入射型のアンテナ集積受光素子３を実装し、シリコン半球レンズ２の平面の上側から該平面に平行に入射する光信号の光軸をアンテナ集積受光素子３の光入射端面に入射するよう平行移動させる反射鏡４，５を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体に装着された誘電体半球レンズと、前記誘電体半球レンズの平面上に実装された端面光入射型のアンテナ集積受光素子とを少なくとも含み、該アンテナ集積受光素子のアンテナから電磁波が前記誘電体半球レンズを介して準光学的に出力される受光素子モジュールにおいて、
前記誘電体半球レンズの平面の上側から該平面に平行に入射する光信号の光軸を前記アンテナ集積受光素子の光入射端面に入射するよう平行移動させる反射鏡を設けたことを特徴とする受光素子モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の受光素子モジュールにおいて、
前記反射鏡は、前記誘電体半球レンズの前記平面上に配置され前記アンテナ集積受光素子の光入射端面への光軸に対して４５度傾斜した平行平板型の対向する反射鏡からなることを特徴とする受光素子モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の受光素子モジュールにおいて、
前記対向する反射鏡は、一体であることを特徴とする受光素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波やサブミリ波を発生させるための受光素子モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオードに代表される受光素子は光信号を電気信号に変換する機能を有し、光通信や光計測など様々な分野で幅広く使われいる。近年、特に高周波域への応用が広がってきており、高周波信号で変調された光信号を光電変換することにより、広帯域なミリ波やサブミリ波を発生させる技術が注目されている。高周波信号を受光素子から空間へ放射するためには、一般にアンテナが用いられる。アンテナの寸法は扱う信号の波長に比例しており、ミリ波では１０ｍｍ以下、サブミリ波では１ｍｍ以下と非常に小さくなる。この様な周波数領域では、導波管技術と並んで、いわゆる準光学結合系が用いられている。準光学結合系では、電波の伝搬を可視光などと同様の幾何光学で取り扱うため、シリコン等からなる誘電体レンズが多用される。
【０００３】
例えば非特許文献１では、図５(a)に示すように、アンテナをフォトダイオードと集積したアンテナ集積受光素子５１をシリコン半球レンズ５２の平面上に実装して受光素子モジュールを構成し、受光素子で受光した光信号をミリ波に変換してアンテナから出力させるようにしている。そして、筺体５３にそのシリコン半球レンズ５２を組み込んだ場合は、図５(b)に示すように、光信号はアンテナ集積受光素子５１にその上部から入射させるようにしている。
【０００４】
しかしながら、アンテナ集積受光素子５１に対し上部から光を入射させる構成では、受光効率を高くできないことや、リング状の電極を用いることで帯域が制限されてしまうという問題があった。また、一般的な光実装装置は筐体に対し横から光を入射させる構成が用いられているため、図５(b)のように、筐体の上部から光を入射させる構成では、一般的な光実装装置への適用が困難であるという問題もあった。
【０００５】
これに対し、基板の側端面から光信号を入射する端面入射型の受光素子も提案されており、帯域を高く保ったまま受光効率を増大できることが報告されている（非特許文献２）。しかし、図６に示すように、このような端面入射型の受光素子を適用したアンテナ集積受光素子５４を用いた受光素子モジュールの場合、光ファイバ５５から入射されレンズ５６で集光される光信号の一部がシリコン半球レンズ５２により遮られてしまい、受光効率が大幅に低下するという問題があった。
【非特許文献１】Aヒラタ他著、「集積化フォトニックトランスミッタ用の１２０ＧＨｚミリ波アンテナの設計と特性評価」、マイクロ波の理論と技術のＩＥＥＥ会報、第４９巻、１１号、２１５７−２１６２頁、２００１年１１月（A．Hirata,et al "Design and Characterization of a 120-GHz Millimeter-Wave Antenna for Integrated Photonic Transmitters",IEEET Trans. Microwave Theory and Techniques,pp.2157-2162,VOL.49,NO.11,NOVEMBER 2001)
【非特許文献２】Ｈフカノ他著、「広帯域および高出力電圧の端面入射屈折型フォトダイオード」、応用物理学会欧文論文誌、２３６０−２３６３頁、２０００年４月（H.Fukano et al ”Edge-illuminated refracting-facet photodiode with large bandwidth and high output voltage”Jpn.J.Appl.Phys.,p.2360-2363，April 2000）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来の準光学結合型の受光素子モジュールにおいては、帯域を高く保ったまま受光効率を向上させることができないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上述の従来技術における問題点を解消するものであって、帯域を高く保ったまま受光効率を向上させることのできる光入射構造をもった準光学結合型の受光素子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】
【０００８】
請求項１にかかる発明は、筐体に装着された誘電体半球レンズと、前記誘電体半球レンズの平面上に実装された端面光入射型のアンテナ集積受光素子とを少なくとも含み、該アンテナ集積受光素子のアンテナから電磁波が前記誘電体半球レンズを介して準光学的に出力される受光素子モジュールにおいて、前記誘電体半球レンズの平面の上側から該平面に平行に入射する光信号の光軸を前記アンテナ集積受光素子の光入射端面に入射するよう平行移動させる反射鏡を設けたことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の受光素子モジュールにおいて、前記反射鏡は、前記誘電体半球レンズの前記平面上に配置され前記アンテナ集積受光素子の光入射端面への光軸に対して４５度傾斜した平行平板型の対向する反射鏡からなることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の受光素子モジュールにおいて、前記対向する反射鏡は、一体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、準光学結合型の受光素子モジュールにおいて、端面入射型のアンテナ集積受光素子への光結合を効率の低下無く実現できるので、従来に比べ、準光学結合型の受光素子モジュールの帯域を高く保ったまま受光効率を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では、誘電体半球レンズの平面の上側から該平面に平行に入射する光信号の光軸を平行移動させる反射鏡を設け、入射光を誘電体半球レンズに遮られることなくアンテナ集積受光素子の光入射端面に入射させる。以下詳しく説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の実施例の準光学結合型の受光素子モジュールの断面図であって、１は筐体、２は筐体１の装着穴１ａに接合されたシリコン半球レンズ、３はシリコン半球レンズ２の平面上に実装された端面入射型のアンテナ集積受光素子である。４はシリコンからなり反射面に金を蒸着した下部反射鏡、５はシリコンからなり反射面に金を蒸着した上部反射鏡、６は第１レンズ、７はその第１レンズを保持するレンズ保持部品、８は第２レンズ、９は光ファイバである。
【００１２】
ここで、レンズ保持部品７は第１レンズ６を３軸方向に位置調整可能な構成となっているが、図では記載を省略している。また同様に第２レンズ８および光ファイバ９も、筐体１に対し３軸方向の位置調整可能な構成となっている（詳細な図示省略）が、３軸方向の位置調整を実現できれば他の構成であっても構わない。これらの光部品はレーザー溶接により筐体１に固定されるのが光結合の安定性の点で好適である。なお、アンテナ集積受光素子３への電気配線も図示を省略している。また、アンテナ集積受光素子３のアンテナは、シリコン半球レンズ２の平面上の焦点位置に配置されている。
【００１３】
図１に示したように、端面入射型のアンテナ集積受光素子３の側部に下部反射鏡４、その上部に上部反射鏡５が、それぞれの反射面が対向するよう設置されている。ここでは各反射鏡４，５の保持部品の図示は省略しているが、各々の反射面は、アンテナ集積受光素子３への入射光の光軸に対し４５度の傾きになるように保持されている。光ファイバ９からレンズ８，６を通して入射した光信号は、上部反射鏡５と下部反射鏡４でそれぞれ９０度反射されてアンテナ集積受光素子３の端面に入射し、そのアンテナ集積受光素子３の受光素子で光電変換され、アンテナからミリ波として放射されシリコン半球レンズ２から出力される。ここで光ファイバ９からの出射光とアンテナ集積受光素子３への入射光の光軸は反射鏡４，５の反射作用により平行に保たれつつ下方向へ平行移動するので、シリコン半球レンズ２に遮られることなくアンテナ集積受光素子３への光入射が実現される。このように、実施例１によれば、準光学結合型の受光素子モジュールにおいて、端面入射型のアンテナ集積受光素子３への光結合を、シリコン半球レンズ２に遮られることなく実現することができる。
【００１４】
図２は、対向する上部反射鏡５と下部反射鏡４の変形例を示す反射鏡ブロック１０の斜視図である。この反射鏡ブロック１０は、下部反射鏡４Ａと上部反射鏡５Ａをシリコンブロックに一体に形成した部品である。この反射鏡ブロック１０は、直方体のシリコンブロックの一方の平面から他方の平面にかけて４５度の方向に矩形状の貫通孔１０ａを形成し、その上下面に金を蒸着することにより対向する反射鏡４Ａ，５Ａが形成されている。このように構成することで、各反射鏡４Ａ，５Ａの平行度と相関距離が常に一定に保たれると同時に、実装の工程数を減らし、高精度の位置合わせを省略することが可能となる。
【００１５】
図３は、対向する上部反射鏡５と下部反射鏡４を一体に形成した別の変形例の反射鏡ブロック１１を示す斜視図である。ここでは、直方体のシリコンブロックの平面から垂直方向に４５度、１３５度の内角の菱形状の溝１１ａが形成されており、その内側の上下面に金を蒸着することにより対向する下部反射鏡４Ｂと上部反射鏡５Ｂが形成されている。このようにすることで、対向する反射鏡を作成するにあたり、片側から加工用の工具を挿入することが可能となり、図２と同様の効果に加えて、当該部品の作製工程が簡略化されるという利点がある。
【００１６】
なお、反射鏡４，５，４Ａ，５Ａ，４Ｂ，５Ｂの材質としてシリコンの例を挙げたが、ガラスや金属など他の材質であっても良く、保持部品に平面鏡を貼り付けたものであっても良い。また、各反射鏡の寸法は同じものの例を示したが、レンズで集光されることを考慮すれば、上部の反射鏡５，５Ａ，５Ｂの大きさを大きくしておくのが好適である。この場合、反射鏡の各々の大きさと位置は、図４に示す様に光信号がシリコン半球レンズ２によって遮られないように設計しておけば良い。また反射鏡の反射面として金を蒸着する例を示したが、プラチナや銀など他の金属を反射膜として蒸着してもよく、あるいは誘電体多層膜であっても良い。
【００１７】
シリコン半球レンズ２の平面位置の設計としては、出力される電波が平面波になるように焦点位置を決めることや、ある一点に集光されるように焦点位置を決めることで所望の機能を実現することが可能である。さらに、球の中心を通る平面のみならず、半球を超えた位置を通る平面をもつ、いわゆる超半球レンズなどを適宜選択することができる。また、レンズの材質としては、シリコン以外にも、テフロンやポリエチレンなど他の誘電体材料を用いることができる。つまり誘電体レンズであれば良い。また、レンズの表面には、無反射コートを施すのも好適である。また、図１，図３では光入射系として２個のレンズ６，８を使用する２レンズ系の例を示したが、１個のレンズを使用する１レンズ系であっても良いことは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１の受光素子モジュールの断面図である。
【図２】実施例１の受光素子モジュールの反射鏡の変形例の斜視図である。
【図３】実施例１の受光素子モジュールの反射鏡の別の変形例の斜視図である。
【図４】上部の反射鏡を下部のそれより大きくした受光素子モジュールの説明である。
【図５】(a)、(b)は従来の上面入射型の受光素子モジュールのシリコン半球レンズとアンテナ集積受光素子の説明図である。
【図６】従来の端面入射型の受光素子モジュールの説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１：筺体
２：シリコン半球レンズ
３：端面入射型のアンテナ集積受光素子
４，４Ａ，４Ｂ：下部反射鏡
５，５Ａ，５Ｂ：上部反射鏡
６：第１レンズ
７：レンズ保持部品
８：第２レンズ
９：光ファイバ
１０：反射鏡ブロック、１０ａ：貫通孔
１１：反射鏡ブロック、１１ａ：溝
【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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