(57)【要約】 【課題】  駆動回路と半導体レーザからなる光送信モジュールや、フォトダイオードと前置増幅器からなる光受信モジュールはそれ自体で閉じており拡張の可能性がなく増幅器を付ける場合はファイバを使って結合する必要があり構成が複雑になり高コストになる。 【解決手段】  光導波路を設けた基板の上に、送信光を発生する発光素子あるいは受信光を受信する受光素子と、送信光或いは受信光を光のまま増幅する増幅装置と、外部ファイバに接続されるフェルールとを設け、発光素子と増幅装置とフェルールの間を前記光導波路によって送信光を伝搬させ、あるいはフェルールと増幅装置と受光素子との間を前記光導波路によって受信光を伝搬するようにする。 【選択図】  図１
2007256696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を設けた基板の上に、送信光を発生する発光素子と、送信光を光のまま増幅する増幅装置と、外部ファイバに接続すべきフェルールを設け、発光素子と増幅装置とフェルールの間を前記光導波路によって送信光を伝搬させるようにしたことを特徴とする光送信モジュール。 
【請求項２】
基板の上に作製された彎曲部を含む光導波路と、基板の上に設けられ送信光を発生するソースＬＤと、基板の上に設けられソースＬＤと光導波路で接続されソースＬＤのパワーを監視するモニタＰＤと、基板の上に設けられソースＬＤと光導波路で接続されたアイソレータと、基板の上に設けられアイソレータと光導波路で接続されたＷＤＭフィルタと、基板の上に設けられＷＤＭフィルタと光導波路で接続され増幅光を発生する増幅用ＬＤと、基板の上に設けられＷＤＭフィルタと光導波路で接続された第１フェルールと、前記第１フェルールに一端が接続された光増幅用ファイバと、基板の上に設けられ光増幅用ファイバの他端が接続された第２フェルールと、基板の上に設けられ第２フェルールと光導波路によって接続された第２アイソレータと、基板の上に設けられ光導波路によって第２アイソレータと接続されたモニタＰＤと、基板の上に設けられ光導波路によって第２アイソレータに接続され外部ファイバへ送信光を送出する第３フェルールとよりなることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。 
【請求項３】
基板の上に作製された彎曲部を含む光導波路と、基板の上に設けられ送信光を発生するソースＬＤと、基板の上に設けられソースＬＤと光導波路で接続されソースＬＤのパワーを監視するモニタＰＤと、基板の上に設けられソースＬＤと光導波路で接続されたアイソレータと、基板の上に設けられアイソレータと光導波路で接続され電気入力によって光増幅するＳＯＡと、基板の上に設けられＳＯＡと光導波路で接続され外部ファイバへ送信光を送出するフェルールとよりなることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。 
【請求項４】
基板の上に作製された彎曲部を含む光導波路と、基板の上に設けられ一定強度の光を発生するＣＷ−ＬＤと、基板の上に設けられＣＷ−ＬＤと光導波路で接続されＣＷ−ＬＤのパワーを監視するモニタＰＤと、基板の上に設けられＣＷ−ＬＤと光導波路で接続されたアイソレータと、基板の上に設けられアイソレータと光導波路で接続され送信信号を担う電気入力によって一定強度の光を変調する外部変調器と、基板の上に設けられ外部変調器と光導波路で接続され外部ファイバへ送信光を送出するフェルールとよりなることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。 
【請求項５】
光導波路を設けた基板の上に、受信光を受信する受光素子と、受信光を光のまま増幅する増幅装置と、外部ファイバに接続すべきフェルールを設け、フェルールと増幅装置と受光素子との間を前記光導波路によって受信光を伝搬するようにしたことを特徴とする光受信モジュール。 
【請求項６】
基板の上に作製された光導波路と、外部ファイバに着脱自在に接続され受信光を取り込むため基板の上に設けられたフェルールと、基板の上に設けられフェルールと光導波路で接続され電気入力によって光増幅するＳＯＡと、基板の上に設けられＳＯＡで増幅された受信光を受光するフォトダイオードＰＤと、基板の上にフォトダイオードの光電流を前置増幅する前置増幅器とよりなることを特徴とする請求項５に記載の光受信モジュール。 
【請求項７】
光導波路を設けた基板の上に、送信光を発生する発光素子と受信光を受信する受光素子と、送信光或いは受信光を光のまま増幅する増幅装置とを設け、発光素子と増幅装置とフェルールの間を前記光導波路によって送信光を伝搬させ、あるいはフェルールと増幅装置と受光素子との間を前記光導波路によって受信光を伝搬するようにしたことを特徴とする光送受信モジュール。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板の上に素子を一体的に作り付けにした増幅、変調などの機能を有する光受信モジュール、光送信モジュール、光送受信モジュールに関する。包括して光送受信モジュールとここでは呼ぶことにする。 
【０００２】
光受信モジュールはファイバ端につながり受信光を受信するフォトダイオード（ＰＤ）とフォトダイオードの信号を増幅整形する電子回路などを含む。フォトダイオードと増幅整形電子回路が別体になったものもあるし基板の上に一体化して設けられるものもある。 
光送信モジュールはファイバ端につながり送信光を発する半導体レーザと半導体レーザ（ＬＤ）に送信信号を与えるＬＤ駆動回路などを含む。半導体レーザとＬＤ駆動電子回路が別体のものもあるし一体のものもある。両方を兼ね備えたものが光送受信モジュールである。これについても発光素子、受光素子が別体になっているものもあるし、前置増幅器や駆動回路素子と同じ基板の上に実装されているものもある。 
【背景技術】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７６１８５
【０００４】
光送受信モジュールというのは光信号を受信する受信部と光信号を送信する送信部を含む装置のことである。信号を伝送するファイバは２本ある場合と、１本の場合がある。２本のファイバを使う場合はファイバの終端部に半導体レーザ（ＬＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）を接続し、ＰＤの信号を電子回路に通して増幅整形し、送信信号は電子回路によって増幅してＬＤに与える。ファイバが１本の場合はＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）で送信光と受信光を分離する。 
【０００５】
光電素子（ＬＤ、ＰＤ）だけを別体の金属製パッケージに収容し電子回路素子は別体の回路基板に取り付け、金属製パッケージのピンを回路基板の配線に半田付けするというような光送受信モジュールがある。同一の基板にＶ溝や配線パターンを設け、ＬＤ、ＰＤ、電子回路素子を取り付け、ファイバを付けＬＤ、ＰＤと対向させ、ＬＤ、ＰＤの電極と電子回路を配線パターンによって接続するようにした一体型のものもある。 
【０００６】
特許文献１はＳｉベンチの上に送信部と受信部をそのまま表面実装すると送信部からの強い信号電流がＳｉベンチを介して受信部へ至り、受信部の大きいノイズを発生するということを問題にする。送信部・受信部間の電流クロストークを下げることを目的としている。特許文献１の光送受信モジュールは、ＰＤと増幅器を含む受信部は絶縁基板の上に搭載し、ＬＤとＬＤ駆動部は配線パターンを有するＳｉベンチに搭載する。Ｓｉベンチには穴を穿っておき、その穴に絶縁基板を嵌込固定する。リードフレームにＳｉベンチを固定し、ワイヤボンデイングによって配線とリード、電極を接続し、樹脂で全体をモールドして一つのデバイスとする。 
【０００７】
絶縁基板に受信部を載せるのでＬＤやＬＤ駆動回路からの電気ノイズが絶縁基板で遮断されて受信部へ入らなくなる。送信部・受信部間の電気的なクロストークを減らすことができる。表面実装型であるが受信部は絶縁基板の上にあるから送信部と電気的に絶縁される。二重基板構造であるがコンパクトにまとまっている。５ｍｍ×１０ｍｍ×１．５ｍｍのＳｉベンチの上に光電変換素子（ＬＤ、ＰＤ）、増幅器、ＬＤ駆動回路などを全部搭載しており小型軽量化、低コスト化が期待できる構造となっている。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の送受信モジュールは表面実装型のモジュールとして有望である。送信部、受信部がＳｉベンチの上に搭載され小型軽量低コストである。しかしその反面閉じた系であるから汎用性がなく応用が効かない。送信光を途中で増幅したいとか、受信光を光のまま増幅したいというような要望がある場合臨機に対応できない。 
【０００９】
もしも送信光を光のまま増幅したいという場合は、送信光を分離して外部の光増幅器に接続しなければならない。そうなると、光増幅器と光送受信モジュールをファイバで接続することになる。別体の光増幅器を使い、ファイバで接続するとコストを押し上げる。またファイバで光増幅器と光送受信モジュールを接続するとファイバの中で偏波面の回転が起こるので偏波依存性の問題を解決する手段を備えたより高価な光増幅器を用いる必要があり一層高コストになってしまう。 
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光送受信モジュールは、光導波路を設けた基板の上に、送信光を発生する発光素子と受信光を受信する受光素子と、送信光或いは受信光を光のまま増幅する増幅装置と、外部ファイバに接続されるフェルールとを設け、発光素子と増幅装置とフェルールの間を前記光導波路によって送信光を伝搬させ、あるいはフェルールと増幅装置と受光素子との間を前記光導波路によって受信光を伝搬するようにしている。 
【００１１】
光受信モジュールに限っていえば、光導波路を設けた基板の上に、受信光を受信する受光素子と、受信光を光のまま増幅する増幅装置と、外部ファイバに接続可能なフェルールを設け、フェルールと増幅装置と受光素子との間を前記光導波路によって受信光を伝搬するようにしている。 
【００１２】
光送信モジュールの場合は、光導波路を設けた基板の上に、送信光を発する発光素子と、送信光を光のまま増幅する増幅装置と、外部ファイバに接続できるフェルールを設け、発光素子と増幅装置とフェルールの間を光導波路によって送信光を伝搬させるようにしている。 
【００１３】
光を光のまま増幅するには光によって増幅するＯＦＡ（光ファイバ増幅器）と電気によって増幅するＳＯＡ（半導体光増幅器）などがある。ＯＦＡは適当な準位を作る不純物をコア・クラッドにドープしたファイバに増幅用の波長の短い（エネルギーの高い）光を導入して反転準位を生じさせておき、そこへ信号である波長の長い（エネルギーの低い）信号光を通すと、信号光に比例した電子の基底状態への遷移が起こり、信号光の何倍もの光になる。光によって光を増幅する。ファイバによる増幅の場合、信号光と増幅光の両方をファイバへ導入する必要があり、そのためにＷＤＭを使って二つの発光素子からの波長の異なる光を結合してファイバに導入する。 
【００１４】
ファイバによる増幅の場合は、ファイバを基板の外に付けることになり、両端にフェルールを付ける必要がある。フェルールは基板に固定し、基板に形成した光導波路によって他の素子と接続する。 
【００１５】
電気入力によって増幅するには半導体光増幅器ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）がある。基板の上にバッファ層、クラッド層、活性層、クラッド層、コンタクト層などをエピタキシャル成長し上下に電極を付けたもので半導体レーザによく似た構造を持つ素子である。前後端面にミラー面（共振器面）を持たない。むしろ反射防止膜が形成してある。電極から電流注入して電子状態の反転分布を形成しておき、一方の端面から信号光を入れると、信号光に比例して反転分布にあった電子が基底状態に戻るのでそれが光を誘導放出する。これは電気入力によって光を光のまま増幅する素子である。半導体レーザと同じような小さい寸法の素子である。だから基板の上に搭載し光導波路と結合することができる。 
【発明の効果】
【００１６】
基板の上に発光素子、受光素子とともに光を増幅する小型の素子を設けているのでＳ／Ｎ比を高めることができる。より遠距離までの光通信が可能になる。またより高速の信号を送信し受信することができる。 
【００１７】
基板の上に設置した発光素子、受光素子、増幅器、フィルタなどは基板に形成した光導波路によって結合される。ファイバとカップラの組み合わせによって結合させるよりも小型化でき、高精度、高歩留まりにすることができる。 
【００１８】
基板の上に目印を付けておいてそこへ発光素子、受光素子、増幅器など光電デバイスを固定することにより光導波路に対し正確な結合をすることができる。ファイバと発光素子、受光素子の結合の際は調芯が必要であったが、本発明は時間のかかる調芯が不要である。 
【００１９】
基板の上に、発光素子、受光素子、増幅器などを実装した段階でプローブの先端をこれら光電デバイスの電極に当てて、ある程度の動作試験をすることができる。それによって総合的なコストを下げることができる。例えばＳｉウエハ−の上に同等のデバイスを多数作製するという場合、ウエハ−の段階で発光素子、受光素子、増幅器などの動作試験ができる。不良品があればウエハ−をデバイスチップに切り出して後すぐに工程から排除するようにする。不良品についてそれ以後の工程を省略できてコストを低減できる。 
【実施例１】
【００２０】
［実施例１（図１：ＯＦＡ光励起増幅器を含む光送信モジュール）］ 
図１によって本発明の第１の実施例を説明する。これはＯＦＡ光励起増幅器（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）によって送信光を増幅することができるようにした光送信モジュールである。基板２はＳｉ基板或いはセラミック基板、プラスチック基板などである。光導波路を形成することができる基板である。しかも配線パターンを印刷などによって作製した基板である。 
【００２１】
Ｓｉ基板（Ｓｉベンチとも言う）の場合は、基板の上にＳｉＯ２のクラッド層を前面に形成しその上にＧｅドープＳｉＯ２のコア層を形成する。ＳｉＯ２層はスパッタリング、ＣＶＤなどで設けることができる。Ｇｅをドープするのは屈折率を上げるためである。レジストを塗布しマスクを使って光導波路とする部分だけ露光する（ネガ型）、あるいは光導波路以外を露光（ポジ型）し現像し光導波路とする部分だけにレジストを残す。上方からＲＩＥなどをしてレジストで覆われないＳｉＯ２コア層、クラッド層を除去する。光導波路対応部分だけクラッド層、コア層が残留する。その上に更に広くＳｉＯ２クラッド層で覆い平坦なＳｉＯ２層とする。それによって任意の経路の光導波路を作ることができる。直線部分だけでなく彎曲部を持つ光導波路も形成できる。 
【００２２】
彎曲導波路を用いると半導体レーザ（ＬＤ）のパワーを監視するモニタＰＤをＬＤの直近後方に置く必要がなくなる。それによって設計の自由度が高揚する。 
【００２３】
Ｓｉ基板に限らずポリイミド樹脂を用いた基板を利用できる。その場合も光導波路を自在に形成することができる。光導波路の他に基板の上には配線パターンを作製しておく。 
【００２４】
Ｓｉ基板の場合はＳｉＯ２層などの絶縁層を形成してから配線パターンを形成し電気回路素子を実装する。プラスチック基板の場合はプラスチックによって光導波路を作製する。 
【００２５】
光導波路と発光素子、受光素子、フィルタ素子その他の光電素子などの結合部分はレンズなどを介することなく直接に結合する。素子の導波路部分が光導波路に一致するように、基板に取り付ける素子の高さや横方向の位置を予め決める。ＬＤやＰＤは高さを合わせるように基板に凹部（穴）を穿っておきエピダウンで凹部に固定するようにする。 
【００２６】
位置合わせのために基板に標識（印）を付けておきその印を目標にして発光素子、受光素子、フィルタ素子或いはその他の素子を取り付ける。それだけで光導波路と発光素子、受光素子、フィルタ素子などが面倒な調芯作業なしで正しく位置合わせされる。 
【００２７】
光導波路と発光素子、受光素子、フィルタ素子或いはその他の素子と結合する部分は、光が通るように透明の紫外線硬化樹脂などで覆い紫外線を当てて硬化させる。 
【００２８】
基板２の矩形の端にソースＬＤ３を固定する。ソースＬＤ３は、送信信号である電気入力Ｅ１（パルス信号）によって駆動され送信光を発生する。後に出てくる他のＬＤと区別するためソースＬＤと呼んでいる。基板２の別の辺に臨むようにモニタＰＤ４を固定する。ソースＬＤ３とモニタＰＤ４とは基板の上に彎曲して形成された光導波路２０によって光結合される。モニタＰＤ４はソースＬＤの出力に比例した制御電流Ｊ１を発生する。ソースＬＤ３の入力・出力関係には経年変化があるのでその出力をモニタＰＤ４で監視しモニタＰＤ４の出力（制御電流Ｊ１）が一定になるように電気入力Ｅ１のレベルを加減する。 
【００２９】
ソースＬＤ３の前方の基板２の上には第１アイソレータ５が設けられる。ＬＤ３と第１アイソレータ５は基板上に形成された光導波路２１によって結合される。アイソレータ５は偏光子、ファラディ回転子、検光子（偏光子のこと）を組み合わせた素子である。前後の偏光子は小型の結晶で例えばＺｎＳｅ結晶、方解石、ポリマー材料などで作る。前後の偏光子の偏光方向が４５度捻れるような関係にしておく。中間のファラディ回転素子はベルデ定数の大きい材料で作る。ファラディ回転素子は磁場の作用で光の偏光方向を回転させるものである。例えばガーネット単結晶膜などで作ることができる。ファラディ回転素子に軸方向の磁場を与えるために棒状フェライト磁石、稀土類磁石などをその上に置く。或いは円筒状に成形したフェライト磁石、稀土類磁石の中へファラディ回転素子を入れる。 
【００３０】
小型のアイソレータが入手可能になっている。円筒状磁石でファラディ回転素子を囲むものはφ３．０×２．５ｍｍ程度のものが利用できる。棒状磁石をファラディ回転素子の上に載せたものは、１．２ｍｍ×１．６ｍｍ×１．６ｍｍ程度の小型のものある。ファラディ回転素子に金属粉を塗布し磁化して永久磁石にしたものであると、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×１．６ｍｍ程度の小型のアイソレータがある。第１アイソレータ５は送信光が反射して戻って来てもソースＬＤ３へ戻らないようにする。第１アイソレータ５を通るので送信光の偏波面が一定方向に決まる。 
【００３１】
第１アイソレータ５のさらに前方の基板２上にＷＤＭフィルタ６が固定される。ＷＤＭは異なる波長の光を分離するために用いられることが多いが、ここでは波長の異なる二つの光を合体させるために使っている。第１アイソレータ５とＷＤＭフィルタ６の間には光導波路２２が基板上に設けられる。 
【００３２】
基板２の辺近くに増幅用ＬＤ７が固定される。これは増幅用の光を導入するためのＬＤである。増幅用ＬＤ７とＷＤＭフィルタ６の間には光導波路２３が設けられる。増幅用の光がＬＤ７からＷＤＭフィルタ６へ送られる。ＷＤＭフィルタ６は、送信光（例えば１５５０ｎｍ）と増幅光（例えば１４５０ｎｍ）とを合体し光導波路２４へ送り出す。光導波路２４の先には第１フェルール４０が設けられる。そのすぐ隣にも別の第２フェルール４１が設けられる。ふたつのフェルール４０、４１によってＥＤＦ（Ｅｒ−ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）５０の両端が保持される。石英ファイバにＥｒをドープしたものであり、Ｅｒの電子準位を利用し反転分布を作り出す。よりエネルギーの高い増幅光を与えると反転分布ができる。そこへよりエネルギーの低い光を通すと通過光に比例して反転分布にある電子が価電子帯へ落ちるので光の強度を光によって増幅する。 
【００３３】
ファイバの部分は基板からはみ出すことになる。エルビウムドープファイバの増幅率は高いので余り長いファイバを必要としない。これは光で光を増幅するので増幅用ＬＤ、ＷＤＭなどを必要とする。しかしエルビウムドープファイバＥＤＦを用いた光−光増幅は確立され信頼性の高いものである。ソースＬＤ３の出力が弱くてもＯＦＡ（ファイバ増幅）するので強い送信光を作り出すことができる。 
【００３４】
増幅された光はフェルール４１から光導波路２５に入る。光導波路２５から第２アイソレータ８に伝搬してゆく。第２アイソレータ８は反射戻り光がＬＤ７に戻らないようにしている。送信光は第２アイソレータ８から光導波路２６、２７に分岐する。一方の光はモニタＰＤ９によってそのパワーが監視される。ＰＤ９の出力である制御電流Ｋ１によって増幅用ＬＤ７の電気入力Ｉ１を変化させる。モニタＰＤ４、９は二つあるが、ＰＤ４はソースＬＤ３の電気入力Ｅ１のレベルを変化させる。ＰＤ９は増幅用ＬＤ７の電気入力Ｉ１を調整する。モニタＰＤの一方を省く事もできる。 
【００３５】
他方の光導波路２７の先には第３フェルール４２が固定される。これは基板２の端に位置する。外部の伝送用ファイバの先端がここへ差し込まれる。第３フェルール４２からファイバを通して外部へ光出力Ｐ１が出て行く。これが送信光である。図１のように基板の上に発光素子、受光素子、フィルタ素子を実装した段階でソースＬＤ３、増幅用ＬＤ７に電気信号Ｅ１、Ｉ１を与え動作試験をする。ここで不良のモジュールを選別排除できる。パッケージに収容する前に不良品を選別でき不良品について後の工程を省略できる。これによってさらにコストを削減することができる。 
【実施例２】
【００３６】
［実施例２（図２：ＳＯＡ電気励起増幅器を含む光送信モジュール）］ 
図２によって本発明の第２の実施例を説明する。これはＳＯＡ電気励起増幅器によって送信光を増幅することができるようにした光送信モジュールである。基板２はＳｉ基板或いはセラミック基板、プラスチック基板などである。光導波路を形成することができる基板である。しかも配線パターンを印刷などによって作製した基板である。Ｓｉ基板の場合はＳｉＯ２層などの絶縁層を形成してから配線パターンを形成し電気回路素子を実装する。プラスチック基板の場合はプラスチックによって光導波路を作製する。 
【００３７】
基板２の矩形の端にソースＬＤ３を固定する。ソースＬＤ３は、送信信号である電気入力Ｅ２（パルス信号）によって駆動され送信光を発生する。後に出てくる他のＬＤと区別するためソースＬＤと呼んでいる。基板２の別の辺に臨むようにモニタＰＤ４を固定する。ソースＬＤ３とモニタＰＤ４とは基板の上に形成された彎曲した光導波路２０によって光結合される。モニタＰＤ４はソースＬＤ３の出力に比例した制御電流Ｊ２を発生する。ソースＬＤ３の出力には経年変化があるのでその出力をモニタＰＤ４で監視する。ＰＤ４の出力（制御電流Ｊ２）が一定になるように電気入力Ｅ２のレベルを加減する。 
【００３８】
ソースＬＤ３の前方の基板２の上にはアイソレータ５が設けられる。ＬＤ３とアイソレータ５は基板上に形成された光導波路２１によって結合される。アイソレータ５は偏光子、ファラディ回転子、検光子を組み合わせた素子である。小型のアイソレータが入手可能になっている。これは送信光が反射して戻って来てもソースＬＤ３へ戻らないようにする。アイソレータ５を通るので送信光の偏波面が一定方向に決まる。 
【００３９】
アイソレータ５のさらに前方の基板２上にＳＯＡ（電気励起増幅器）１６が取り付けられる。アイソレータ５とＳＯＡ１６の間は光導波路２８が設けてある。ここでは電気入力（注入電流）Ｉ２によって送信光を増幅するようにしている。ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は半導体レーザと同じような層・電極構造の素子であり前後端面に共振器がなくＡＲコートされて光を反射しないようになっている。半導体レーザと同じような寸法を持ち例えば０．５ｍｍ×１．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度の外形である。光が通過する方向に少し長く（１．５ｍｍ）なり増幅率を大きく取れるようになっている。 
【００４０】
ＳＯＡの一方の端面から入射した光は活性層を通過する。アノード、カソード電極から電流を注入すると伝導帯・価電子帯間で反転分布が生ずる。光に比例して伝導帯・価電子帯間で電子正孔対結合が起こり光信号が増幅される。つまりＳＯＡは電流注入によって光を増幅する素子である。注入電流Ｉ２によって増幅率は変わるが１５〜２０ｄＢ程度の光増幅をする。光の波長によってＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ型のＳＯＡ、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ型のＳＯＡを用いることができる。実施例１では光入力によって光を増幅したが、実施例２では注入電流Ｉ２によって光を増幅している。 
【００４１】
ＳＯＡ１６の前方の基板２の端にはフェルール４３が設けられる。ＳＯＡ１６とフェルール４３とは光導波路２９によって結合される。フェルール４３には外部ファイバのプラグが着脱される。ＳＯＡ１６で増幅された送信光は光導波路２９からフェルール４３を伝いファイバを伝搬して送出される。フェルール４３は光導波路２９の光をファイバに結び付けるものであるから基板２の端に位置するようにする。 
【００４２】
この光送信モジュールは送信信号をソースＬＤ３によって発生するが、ＳＯＡ１６によって光増幅するので強い送信光Ｐ２となってファイバを伝わって出て行くのである。強力な送信光なのでより遠隔地との光通信が可能になる。 
【実施例３】
【００４３】
［実施例３（図２：ＳＯＡ電気励起増幅器を含む光受信モジュール）］ 
図３によって本発明の第３の実施例を説明する。これはＳＯＡ電気励起増幅器によって受信光を増幅してフォトダイオードで受信することができるようにした光受信モジュールである。基板２は先述のとおりＳｉ基板或いはセラミック基板、プラスチック基板などである。光導波路、配線パターンを形成した基板である。 
【００４４】
光受信モジュールなので前例と光の進行方向が反対になる。基板２の矩形の端にフェルール４４を設ける。フェルール４４に、外部からの信号を伝送したファイバの端部に設けたプラグを挿入固定する。フェルール４４から光導波路２９が基板２の半ばへと続きＳＯＡ１６に至る。ＳＯＡは電流注入Ｉ３によって光を増幅する半導体レーザに似た構造の素子である。この例では受信光を増幅するためにＳＯＡ１６が用いられる。微弱な光がファイバを伝わって来たとしてもＳＯＡ１６で増幅するので強いＳ／Ｎ比の大きい受信光とすることができる。 
【００４５】
基板２の中央部に近い位置にＰＩＮーＰＤ（ｐｉｎフォトダイオード）１７が固定される。これも０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ角程度の小さいチップである。ＳＯＡ１６から光導波路３０が伸びＰＩＮ−ＰＤ１７に至る。それによって増幅された受信光が電気信号に変換される。 
【００４６】
ＰＩＮ−ＰＤ１７の先の基板２の上にＴＩＡ１８が固定される。ＴＩＡはＴｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒのことでありインピーダンスを下げるための増幅をする素子である。ｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒと同義である。ＴＩＡ１８とＰＩＮ−ＰＤ１７とは光導波路３１によって結ばれる。ＰＩＮーＰＤ１７で電気信号になったものがＴＩＡ１８で増幅される。増幅された受信信号が電気出力Ｅ３として出て行く。これは受信光をＳＯＡで光増幅するようにした光受信モジュールの例である。これも受信光を増強することによってより遠隔地間光通信を可能にする。アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を使うと微弱な光信号を増幅できるが高い電源電圧が必要で高コストになる。この例はＳＯＡで増幅するから通常のＰＩＮ−ＰＤを用いることができる。高い電圧の電源が不要であり低コストになる。また高速変調された光信号を受信できる。これは１０ＧＨｚ程度までの速さの光通信に用いることができる。 
【実施例４】
【００４７】
［実施例４（図４：外部変調器を含む光送信モジュール）］ 
図４によって本発明の第４の実施例を説明する。これは高速の送信光を発信するための工夫である。ＬＤを内部変調する場合、高速になると波長が所定の値からずれて来る事がある。実施例４は、ＬＤには一定のパワーで連続発振させ、外部変調器で光を変調し送信信号を作るようにした光送信モジュールである。基板２はＳｉ基板或いはセラミック基板、プラスチック基板などで、光導波路、配線パターンを形成した基板である。しかも配線パターンを印刷などによって作製した基板である。  基板２の矩形の端に電気入力Ｅ４によって一定パワーで連続発振するＣＷ−ＬＤ１９を固定する。ＣＷというのは連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕａｌ  Ｗａｖｅ）という意味である。実施例２と違って電気入力Ｅ４は一定電力であって送信信号を担っていない。ＣＷ−ＬＤ１９の発生する一定パワーというのは例えば１５〜２０ｄＢｃである。つまり３０ｍＷ〜１００ｍＷでかなり大きいパワーである。基板２の別の辺に臨むようにモニタＰＤ４を固定する。ＣＷ−ＬＤ１９とモニタＰＤ４とは基板の上に形成された彎曲した光導波路３５によって光結合される。モニタＰＤ４はＣＷ−ＬＤの出力に比例した制御電流Ｊ４を発生する。変調しないがＣＷ−ＬＤ１９の光出力には経年変化があるのでモニタＰＤ４で出力を監視する。その出力（制御電流Ｊ４）が一定になるように電気入力Ｅ４を加減する。 
【００４８】
ＣＷ−ＬＤ１９の前方の基板２の上にはアイソレータ５が設けられる。ＣＷ−ＬＤ１９とアイソレータ５は基板上に形成された光導波路３４によって接続される。アイソレータ５は偏光子、ファラディ回転子、検光子を組み合わせた素子で小型のものが入手可能になっている。送信光が反射して戻って来てもＣＷ−ＬＤ１９へ戻らない。アイソレータ５を通るので送信光の偏波面が一定方向に決まる。 
【００４９】
アイソレータ５のさらに前方の基板２上に外部変調器１５が設けられる。外部変調器１５は反転対称性のない結晶の複屈折が電圧によって変化するポッケルス効果素子を用いたものである。アイソレータ５と外部変調器１５の間は光導波路３３が設けてある。 
【００５０】
例えばＫＨ２ＰＯ４、ＫＤ２ＰＯ４、ＳｒＢａＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３結晶などポッケルス効果素子を用いて変調器とする。複屈折があり常光線と異常光線の屈折率が異なる。電界を印加すると屈折率が変化するが常光線と異常光線の屈折率変化が異なる。それを利用して電界印加によって通過する光の偏波面を回転させ検光子によって光量変化を引き起こすようにする。結晶の面に４５度の角度をなすように直線偏光を入射し、結晶の常光線成分と異常光線成分が同じようにする。光の進行方向をｚ方向とする。素子の上下方向（ｙ方向）に電界を印加すると異常光、常光の屈折率が異なる割合で変化する。そのためｘ偏波、ｙ偏波の位相差Δθが発生する。出口に初めの偏光子と同じ方向の検光子を付けておくので、検光子を通る光のパワーはｃｏｓΔθに比例して変化する。位相差が１８０度になる電極間電圧をＶπという。電圧を０〜Ｖπの間で変動させると変調器を通過する光量が０〜１の範囲で変化する。ポッケルス効果を用いた変調器も小型のものが入手可能になっている。 
【００５１】
外部変調器１５の前方の基板２の端にはフェルール４５が設けられる。外部変調器１５とフェルール４５とは光導波路３２によって結合される。フェルール４５には外部ファイバのプラグが着脱される。外部変調器１５で変調された送信光は光導波路３２からフェルール４５を伝いファイバを伝搬して送出される。フェルール４５は光導波路３２の光をファイバに結び付けるもので基板２の端に位置するようにする。 
【００５２】
この光送信モジュールは一定の強い光をＣＷ−ＬＤ１９で発生し、外部変調器１５で光を変調することによって送信光を生ずる。内部変調ではなく外部変調するのでより高速の信号を送ることができる。３０ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの信号を扱うことができる。 
【００５３】
本発明の光送受信モジュールの実施例を示していないが、以上に述べた光送信モジュール、光受信モジュールを組み合わせることによって光送受信モジュールとすることができる。 
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】送信信号によって変調駆動された半導体レーザから発生した送信光をファイバ光励起増幅器（ＯＦＡ）で増幅して強い送信光として外部ファイバへ送出するようにした本発明の第１の実施例に係る光送信モジュールの基板上の構成図。
【００５５】
【図２】送信信号によって変調駆動された半導体レーザから発生した送信光を半導体光増幅器（ＳＯＡ）で増幅して強い送信光として外部ファイバへ送出するようにした本発明の第２の実施例に係る光送信モジュールの基板上の構成図。
【００５６】
【図３】外部ファイバから伝送してきた受信光を半導体光増幅器（ＳＯＡ）で増幅して強い光としてフォトダイオードで受光するようにした本発明の第３の実施例に係る光受信モジュールの基板上の構成図。
【００５７】
【図４】半導体レーザによって発生した一定強度の光を外部変調器で送信信号による変調をし送信光として外部ファイバへ送出するようにした本発明の第４の実施例に係る光送信モジュールの基板上の構成図。
【符号の説明】
【００５８】
２  基板 
３  ソースＬＤ 
４  モニタＰＤ 
５  アイソレータ 
６  ＷＤＭフィルタ 
７  増幅用ＬＤ 
８  アイソレータ 
９  モニタＰＤ 
１５  外部変調器 
１６  ＳＯＡ 
１７  ＰＩＮ−ＰＤ 
１８  ＴＩＡ 
１９  ＣＷ−ＬＤ 
２０〜３５  光導波路 
４０〜４５  フェルール 
５０  ＥＤＦ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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