(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対する第一および第二の反射面と、波長多重信号光が入射される透過窓と、該第一および該第二の反射面の間で反射伝搬した該波長多重信号光を出力する取り出し窓とを有する透光性プレートと、
該第一および第二の反射面のいずれか一方の面上の一部に、該波長多重信号光を入射し、光の波長毎に異なる角度で生じた回折光を発生させる回折格子と、
該透光性プレートの該取り出し窓からの光を個別に受信する光電変換素子とを備えたことを特徴とする波長多重双方向光伝送モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の波長多重双方向光伝送モジュールにおいて、前記透光性プレートは前記相対する第一および第二の反射面からなる楔型プレートであり、該入射した該波長多重信号光は該第一の反射面と該第二の反射面の間を反射伝搬した後に全反射条件を満足しない反射点で、外部に取り出されることを特徴とする波長多重双方向光伝送モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２記載の波長多重双方向光伝送モジュールにおいて、前記相対する第一および第二の反射面のうち、少なくとも一方の反射面の一部で、前記回折光がスネルの法則に従う全反射条件で反射伝搬するように、前記回折光の回折角度を設定したことを特徴とする波長多重双方向光伝送モジュール。
【請求項４】
請求項３記載の波長多重双方向光伝送モジュールにおいて、前記光電変換素子は前記透光性プレートの全反射条件が崩れるように前記透光性プレート材質の光屈折率よりも大きな屈折率を有することを特徴とする波長多重双方向光伝送モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の波長多重双方向光伝送モジュールにおいて、前記透光性プレートの前記取り出し窓は、波長多重信号の波長帯に対して無反射処理を施したことを特徴とする波長多重双方向光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光通信分野に適用される光モジュールに関し、特に、波長多重信号の双方向光伝送を実現する光結合形態およびその実装方法に関する。
【０００２】
インターネットの急成長に伴うネットワークトラフィック急増に対応するため、幹線系を中心に、波長多重通信を用いた通信網の整備が進んでいる。
【０００３】
波長多重（ＷＤＭ）通信システムでは、波長の異なる複数の光信号（チャンネル）が同時に１本の光ファイバで伝送される。このため、光伝送モジュールには異なる波長の光信号を振り分ける、合波あるいは分波の機能（ＷＤＭ機能）と、双方向伝送（送受信機能）が必要となっている。
【０００４】
光通信の波長多重化は基幹通信系のみならず、オフィスや家庭に引かれた加入者光通信システムにまで及んでいる。現在、光加入者通信は図１に示す方式（一例）で実用化されている。１．３μｍ帯（１２６０〜１３６０ｎｍ）で上り伝送、１．５５μｍ帯（１４８０〜１５８０ｎｍ）で下り伝送するもので、ＡＴＭ−ＰＯＮ方式と呼ばれる。これは、上り下り各１チャンネルの伝送となっている。
【０００５】
しかし、冒頭で述べたように、インターネットの急成長に伴い、光加入者通信においても、より高速・広帯域なサービスを実現することが強く求められている。
【０００６】
このため、さらに波長多重数を増やした図２に示す方式が検討されている。
【０００７】
下り１．５５μｍ帯を分割し、提供サービスを増やそうとするものである。
【０００８】
一方、これら光加入者システムに適用される光モジュール（光デバイス）の最大の要求は、低コスト・小型化である。
【０００９】
図２のシステムに適用可能なモジュールを実現するには、送信用のＬＤおよび受信用のＰＤ、１．３μｍと１．５５μｍの合分波カプラに加え、さらに１．５５μｍ帯を分離するＷＤＭ機能が必須であり、これら機能を如何に小型、低コストで実現するかがシステム普及のキーポイントとなっている。
【００１０】
こうした背景から、光伝送モジュールは、ＷＤＭカプラと送受光素子をハイブリッド集積することで、小型化と部品点数の削減、組立工程の簡単化により量産化・低価格化を実現しようとする開発が進んでいる。
【００１１】
本発明は、こうした要請に応え、図２に示すような次世代の光加入者通信システムに適用可能な、低コスト・小型の波長多重双方向光伝送モジュールの構成を提供しようとするものである。
【００１２】
【従来の技術】
波長多重双方向光伝送モジュールの従来例として、例えば以下に示す技術が知られている。
【００１３】
公開昭６１−２２６７１３「光波長多重伝送用光モジュール」（従来例１）に記載のモジュール構成を図３に示す。
【００１４】
屈折率分布型ロッドレンズ２３５の一方の端面に伝送用光ファイバ２１２・２を配置し、その反対端面には干渉膜フィルタ付きのスペーサガラス２１６〜２１８を設けてある。
【００１５】
そして、上記ロッドレンズのほぼ中心軸の延長上にレンズ２２３−１付き半導体受光素子（波長λ３の光信号受光用）２２４を、また、上記ロッドレンズの径方向側にレンズ２２３−３付き半導体発光素子（波長λ２の光信号発光用）２２５、レンズ２２３−２付き半導体発光素子（波長λ１の光信号発光用）２２６を配置している。
【００１６】
干渉膜フィルタは、短波長通過型フィルタ、長波長通過型フィルタで構成されている。
【００１７】
この構成で、伝送用光ファイバを伝搬してきた波長λ３の光信号は、ロッドレンズ２３５、干渉膜フィルタ２１９、２２１を通過して半導体受光素子２２４で受信される。
【００１８】
波長λ２の半導体発光素子２２５からの光は、干渉膜フィルタに角度θ１で入射する。
【００１９】
干渉膜フィルタ２２０は波長λ１の光を通過し、干渉膜フィルタ２１９で反射し、伝送用光ファイバ２１２・２に結合する。
【００２０】
同様に、波長λ３の半導体発光素子２２６からの光は干渉膜フィルタ２２２をθ２で通過後、干渉膜フィルタ２２１で反射し、伝送用光ファイバ２１２・２に結合する。
【００２１】
これにより、３波多重双方向伝送を実現している。
【００２２】
また、特許公開公報  ２０００−１８０６７１「光送受信モジュールの構造及びその製法」（従来例２）には、ハイブリッド集積型モジュールの、より具体的な構成が示されている（図４参照）。
【００２３】
光ファイバ３４２を内蔵したフェルール３４１の端面には、干渉膜フィルタ３４４を形成したプリズム形の波長合分波カプラ３４３が固定されており、波長λ３１の光を光軸方向に通過させ、波長λ３２の光を光軸と垂直方向に反射させる機能を有する。
【００２４】
λ３１の光を出射する発光素子３２２を有するＬＤパッケージと、λ３２の光を受信する受光素子３３１を有するＰＤパッケージは、前記光軸方向および光軸と垂直方向にそれぞれ配置され、これらの部材を単一のケース部材３１１で固定支持している。
【００２５】
この構成で、２波双方向伝送を実現しており、従来例１を応用すれば、同様の技術で３波多重双方向伝送も可能である。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
光伝送装置の課題は低コスト化、小型化である。前記装置のうち、コストの大半を占めるのは光合分波・光電変換機能を有する光モジュールに係わっている。
【００２７】
このため、光モジュールの高機能化とともに、小型集積化と組立工程の簡易化、低コスト化は無視することが出来ない重要な要素である。
【００２８】
しかしながら、上述した従来技術では、これらを実現するうえで、以下のような課題があった。
【００２９】
従来例１、２で使用している干渉膜フィルタは、例えばＳｉＯ２とＴｉＯ２のような誘電体の多層膜で形成されるが、近接した波長を高い消光比で分離する急峻な波長特性を実現するには、誘電体膜の積層数を増やし、且つ、各膜厚を精度良く制御しなければならない。
【００３０】
このため、近接した波長を分離する膜は、実現不可能ではないが非常に高価である。
【００３１】
合分波する波長の数またはそれ以上の数の干渉膜フィルタを必要とする従来例１、２の構成は、波長多重信号の合分波に対して低コストを実現することが困難であった。
【００３２】
また、従来例１から明らかなように、複数の波長の合分波は、多方向に光路を分散することで達成される。
【００３３】
これに伴い干渉膜フィルタの向きも多方向に向ける必要があり、不定形な数種のガラスブロックと多種の干渉膜フィルタを組み合わせて製造、組立しなければならず、量産性の阻害となっていた。
【００３４】
さらに、波長合分波の光路分散の方向は有限なため、波長分波できる数にも制限があった。
【００３５】
また、１波長１方向の合分波方法は、従来例２に記載されているようなＬＤまたはＰＤのパッケージが波長多重（合分波）の数だけ必要となる。
【００３６】
このため、ＬＤまたはＰＤパッケージの配置からも、波長分波できる数に制約が生じた。
【００３７】
さらに、ＬＤ／ＰＤパッケージのリード端子が多方向に向くため実用に適さない点が、重大な課題であった。勿論、モジュールの小型化も困難である。
【００３８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたもので、その目的とするところは、波長多重可能な双方向光伝送モジュールを小型・低コストで提供することにある。
【００３９】
【問題点を解決するための手段】
第１の手段として、
波長多重双方向光伝送モジュールは相対する第一および第二の反射面を有する透光性プレートの、該第一および第二の反射面のいずれか一方の面上の一部に回折格子が形成され、
該回折格子に少なくとも２つ以上の近接した波長帯の光を含む波長多重信号光を入射し、
光の波長毎に異なる角度で生じた回折光を、前記第一および第二の反射面間で反射伝搬させた後、分離された信号光毎に個別の光電変換素子で受信する。
【００４０】
第２の手段として、
第一の手段の波長多重双方向光伝送モジュールにおいて、前記プレートは、前記相対する第一および第二の反射面の間隔が徐々に変化する楔型プレートにする。
【００４１】
第３の手段として、
第１及び２の手段の波長多重双方向光伝送モジュールにおいて、前記相対する第一および第二の反射面のうち、少なくとも一方の反射面の一部で、前記回折光がスネルの法則に従う全反射条件で反射伝搬するように、前記回折光の回折角度を設定する。
【００４２】
第４の手段として、
第３の手段の波長多重双方向光伝送モジュールにおいて、前記プレートを構成する材質の光屈折率よりも大きな屈折率を有する光透過性材料を、前記回折光が全反射条件となる第一ないし第二反射面の一部に接触させ、前記第一および第二の反射面間を反射伝搬する前記回折光を外部に取り出す。
【００４３】
第５の手段として、
第１乃至４の手段の波長多重双方向光伝送モジュールにおいて、前記第一および第二の反射面を有する回折格子プレートは、特定の波長帯域の光を反射する光学フィルタ膜を具備する。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００４５】
図５〜１８は本発明の説明図である。
【００４６】
図５は波長多重光信号の分波・受信方法を示している。第一と第二の反射面を、波長多重光信号の波長帯に対して透過性を示す材料で作製したプレート１０の相対する２つの面に形成する。
【００４７】
回折格子３は一方の反射面の一部に形成され、他方の反射面側には、波長多重信号光をプレートを通して回折格子に入射できる透過窓１１が設けられている。
【００４８】
波長多重信号光５は、回折格子３に対して角度φで入射し、波長毎に異なる角度θ１、θ２で回折光を生じる。回折によって波長毎に分離された信号光６は、第一の反射面と第二の反射面の間をそれぞれ異なる角度で反射伝搬し、信号光間の空間的な分離距離が広がる。適当な分離距離が得られた後、各信号光を取り出し窓１２から取り出し、光電変換素子７で受信する。
【００４９】
レンズ８は、回折光が光電変換素子７の受光面９で集光するように配置されている。
【００５０】
ここで、回折格子３で生じる回折光は、下式を満足する回折角θで放射される。
【００５１】
θ＝ sin-1（ｍＮλ／ｎ− sinφ)
φ：入射光の入射角
ｍ：回折次数（ｍ＝０、±１、±２、・・・）
Ｎ：回折格子の溝本数（単位長さ当たりの溝本数）
λ：波長（真空中）
ｎ：回折光が出射する媒質の屈折率
図５では、プレート１０を第一の反射面１と第二の反射面２の距離が徐々に変化するような楔型としているが、平行平板でも良い。
【００５２】
プレート材質は、ガラス、シリコン等を使用することが出来る。
【００５３】
また、透過窓１１と取り出し窓１２は、波長多重信号の波長帯に対して無反射処理を施してあることが望ましい。
【００５４】
また、回折格子は、入射する信号光の波長に対して、一次回折光（ｍ＝１）のみが生じるように設定することが望ましい。
【００５５】
さらに、回折格子として、ブレーズドグレーティングを選択することもできる。
【００５６】
また、第一及び第二の反射面は、金属膜や誘電体多層膜を使用することができる。反射率は１００％に設定されることが望ましい。
【００５７】
図６は、上記分波・受信方法の実装手段（ＰＤパッケージ）を示している。
【００５８】
電気リード端子２２を有するステム２１上に、光電変換素子７と回折格子プレート１０を所定の位置に搭載する。プレートの楔角度とプレートが搭載される土台２３は、回折格子への入射角φが所定の角度となるように予め設定されている。
【００５９】
レンズ８は、ステムのキャップと一体に形成され、レンズキャップ２４をステム２１上の固定することにより、光電変換素子７の気密封止と同時に光学系を形成する。
【００６０】
波長多重光信号の分波・受信方法は、図７の構成をとることもできる。
【００６１】
プレートとして楔型形状を選択し、一方の反射面には回折格子３と反射膜３１が形成されている。
【００６２】
波長多重信号光５は、回折格子３に対して角度φで入射し、波長毎に異なる角度θ１、θ２で回折光を生じる。このとき、第一あるいは第二の反射面における回折光の反射は、少なくとも最初の１回目が、スネルの法則に従う全反射条件を満足するように回折角度θが設定される。
【００６３】
回折によって波長毎に分離された信号光６は、第一の反射面と第二の反射面の間を反射伝搬し、全反射条件を満足しない反射点で外部に取り出され、光電変換素子７で受信される。レンズ８は、回折光が光電変換素子７の受光面９で集光するように配置されている。
【００６４】
図７の分波・受信方法は、図８の如く光電変換素子７を回折格子プレート１０上に搭載してＰＤパッケージを搭載することもできる。この際、回折格子プレート上に予め電極パターンを形成し（図示せず）、光電変換素子と電気接続しても良い。
【００６５】
図９は、上記ＰＤパッケージを用いたモジュールの構成手段を示している。
【００６６】
波長多重光信号が含まれる近接波長帯（λ１、λ２、・・・）と、前記近接波長帯と離れた他の波長帯（λ０）を分離するプリズム形の波長合分波カプラ４２を、光ファイバ４４を内蔵したフェルール４３端面に固定する。
【００６７】
ここで、プリズムカプラ４２の向きは、近接波長帯の光をファイバ光軸と垂直方向に反射させ、近接波長帯と離れた他の波長帯の光を光軸方向に透過させる向きに設定されている。
【００６８】
光軸方向に、近接波長帯と離れた他の波長帯の光を発光するＬＤ素子４５を内蔵したＬＤパッケージ４６を配置する。
【００６９】
また、光軸と垂直方向に、前記多波長信号の受信が可能なＰＤパッケージ３０（または２０）を配置し、これら部材を単一のケース部材４７で固定支持する。
【００７０】
ここで、フェルール先端部近傍の外周面の一部を切削削除した切り欠きを設けても良い。
【００７１】
ＬＤ４５からの送信光λ０は、合分波カプラ４２をそのまま光軸方向に通過（直進）して光ファイバ４４に送信される。
【００７２】
一方、光ファイバ４４からの波長多重信号光（λ１、λ２、・・・）は、合分波カプラ４２でファイバ光軸と垂直方向に反射され、ＰＤパッケージ３０（または２０）に入射する。
【００７３】
ＰＤパッケージに入射した波長多重信号光は、回折格子プレート１０で分離されＰＤ素子７に受信される。
【００７４】
これにより、図１０の機能を有する波長多重双方向光伝送モジュールが実現できる。
【００７５】
尚、図９において、ＬＤパッケージとＰＤパッケージを入れ換えるように、合分波カプラを選択しても良い。
【００７６】
図１１は、さらに他の分波・受信構成を示している。
【００７７】
光電変換素子７はプレート１０上に搭載され、プレート内を反射伝搬する回折光６は光電変換素子７の基板を通して受光面９に導かれる。
【００７８】
第一あるいは第二の反射面における回折光の反射が、スネルの法則に従う全反射条件を満足するように回折角度θを設定し、全反射膜無しの構成としている。
【００７９】
光電変換素子７の屈折率をプレート１０の屈折率よりも大きく設定することで、光電変換素子搭載部では全反射条件が崩れるため、回折光は光電変換素子側に取り出され受光部７に導かれる。
【００８０】
図１２は、図１１の分波・受信方法の実装手段（ＬＤ／ＰＤパッケージ）を示している。
【００８１】
図１２の如く、回折格子プレート１０上に、近接波長帯と、近接波長帯と離れた他の波長帯を分離するプリズム型合分波カプラ４２、近接波長帯の多重光信号を受信するＰＤ素子７、および、近接波長帯と離れた他の波長光を発光するＬＤ４５を搭載したサブアセンブリを構成する。
【００８２】
この際、回折格子プレート１０上で、ＬＤ４５からの迷光をＰＤ７で受信（漏話）することを避けるために、ＰＤ素子をＬＤ出射方向の延長上に配置しないことが望ましい。
【００８３】
このサブアセンブリを電気リード端子２２を有するステム２１上の所定の位置に搭載する。
【００８４】
ここで、図１２のように、ＬＤ４５はヒートシンク４６−１を介して回折格子プレート１０上に搭載されていても良く、同時にモニタＰＤ４７を搭載しても良い。
【００８５】
また、回折格子プレート上に予め電極パターン４８を形成し（図示せず）、前記ＬＤ４５、ＰＤ７、モニタＰＤ４７と電気接続することもできる。
【００８６】
回折格子プレート１０は、ＬＤの放熱を考慮すると熱伝導性の優れたシリコン等の半導体を使用することが望ましい。
【００８７】
レンズ８は、ステムのキャップと一体に形成され、レンズキャップ２４をステム上に固定することにより、光電変換素子７の気密封止と同時に光学系が形成できる。
【００８８】
図１３は、上記ＬＤ／ＰＤパッケージ８０を用いたモジュールの構成手段を示している。
【００８９】
ＬＤ／ＰＤパッケージ８０にホルダ９１を固定した後、フェルール付きファイバコード９２を最適位置で調整・固定する。これにより、図１０の機能を有する波長多重双方向光伝送モジュールが実現できる。
【００９０】
さらに、図１４〜１６は波長多重伝送方法の他の実装手段（ＬＤ／ＰＤパッケージ）を示している。
【００９１】
図１４の如く、回折格子プレート１０上に、近接波長帯と、近接波長帯と離れた他の波長帯を分離するプリズム形合分波カプラ４２、および、近接波長帯と離れた他の光を発光するＬＤ４５を搭載したサブアセンブリ５０を構成する。
【００９２】
このサブアセンブリ５０と近接波長帯の多重光信号を受信する光電変換素子（ＰＤ素子）７を、図１５、１６のように、電気リード端子２２を有するステム２１上の所定の位置に搭載する。
【００９３】
プレート１０の楔角度とプレートが搭載される土台２３は、回折格子３への入射角φが所定の角度となるように予め設定されている。
【００９４】
この際、ＬＤ４２からの迷光をＰＤ素子７で受光（漏話）することを避けるために、回折格子プレート１０の第一の反射面または第二の反射面にＬＤ光をカットする膜６１を形成することが望ましい。
【００９５】
ここで、図１４に記載のように、ＬＤ４５はヒートシンク４６−１を介して回折格子プレート１０上に搭載されていても良く、同時にモニタＰＤ４７を搭載しても良い。
【００９６】
また、回折格子プレート上に予め電極パターン４８を形成し、前記ＬＤ、モニタＰＤと電気接続することもできる。
【００９７】
回折格子プレート１０は、ＬＤの放熱を考慮すると熱伝導性の優れたシリコン等の半導体を使用することが望ましい。
【００９８】
レンズ８は、ステムのキャップと一体に形成され、レンズキャップ２４をステム上に固定することにより、光電変換素子７の気密封止と同時に光学系が形成できる。
【００９９】
図１７は、上記ＬＤ／ＰＤパッケージ６０を用いた他のモジュールの構成手段を示している。
【０１００】
波長多重光信号が含まれる近接波長帯を第一の近接波長帯（λ１、λ２、・・）と第二の近接波長帯（λ１１、λ１２、・・・）に二分するプリズム形の波長合分波カプラ１０１を、光ファイバ４４を内蔵したフェルール４３端面に固定する。
【０１０１】
ここで、プリズムカプラ１０１の向きは、第一の近接波長帯の光をファイバ光軸方向に透過させ、第二の近接波長帯の光を光軸と垂直方向に反射させる向きに設定されている。
【０１０２】
さらに、プリズムカプラ１０１は、近接波長帯と離れた他の波長帯（λ０）の光をファイバ光軸方向に透過させる特性を同時に有するように設定される。
【０１０３】
光軸方向に図１４〜１６記載のＬＤ／ＰＤパッケージ６０を配置し、光軸と垂直方向に図８、９記載のＰＤパッケージ３０を配置し、これら部材を単一のケース部材４７で固定支持する。
【０１０４】
光ファイバからの波長多重信号光（λ１、λ２、・・、λ１’、λ２’、・・）は、合分波カプラ１０１で分離され、第一の近接波長帯（λ１、λ２、・・・）はファイバ光軸方向に透過しＬＤ／ＰＤパッケージ６０に入射する。また、第二の近接波長帯（λ１’、λ２’、・・・）はファイバ光軸と垂直方向に反射し、ＰＤパッケージ３０（または２０）に入射する。
【０１０５】
ＬＤ／ＰＤパッケージ６０に入射した第一の近接波長帯の多重信号光は、第一の回折格子プレート１０で分離され第一のＰＤアレイ素子７で受信される。
【０１０６】
ＰＤパッケージ３０に入射した第二の近接波長帯の多重信号光は、第二の回折格子プレート１０’で分離され第二のＰＤアレイ素子７’で受信される。
【０１０７】
また、ＬＤ／ＰＤパッケージ６０に内蔵されたＬＤ（図示せず、詳細は図１６参照）からの送信光λ０は、合分波カプラ１０１をそのまま光軸方向に通過（直進）して光ファイバに送信される。
【０１０８】
これにより、図１８の機能を有する波長多重双方向光伝送モジュールが実現できる。
【０１０９】
尚、図１７において、ＬＤ／ＰＤパッケージとＰＤパッケージを入れ換えるように、合分波カプラを選択しても良い。
【０１１０】
ここで、上記全てに共通して、近接波長帯の多重信号光を受信する光電変換素子は分離された各波長の信号に対応する独立した受光面を有するアレイ形状とすることもできる。
【０１１１】
本発明では、図５の如く、波長多重信号５を回折格子３で分波し、波長毎に異なる回折角で放射される各信号光６を２つの反射面間で複数回反射伝搬させることにより、コンパクトな構成で信号光間の空間分離距離を大きくとることができ、且つ、分離した信号光６を一方向から取り出すことが出来る。
【０１１２】
このため、従来例１のように、各信号光の分離方向が多方向に分散することが無く、モジュールをシンプルな構成で実現できるメリットがある。
【０１１３】
また、本発明の構成は、波長多重数に関係なく反射率１００％の対向する反射膜とその一部に１種類の回折格子を必要とするだけである。
【０１１４】
従来例１のように、波長多重数以上に、特性の異なる誘電体多層膜を必要とする構成と比べて、低コスト化が図れる。
【０１１５】
回折格子プレートの材料として、ガラスを選択すれば平面度の高い２つの面を任意の楔角度で精度良く作製することが容易であり、且つ、生産性も高く低コスト化の効果が高い。
【０１１６】
さらに、回折格子プレート内の回折光を全反射条件で伝搬させれば、回折格子プレートの反射面に反射膜を形成する必要も無くなる。
【０１１７】
回折格子プレートを楔形とすれば、回折光の反射伝搬の周期を徐々に短くすることができ、平行平板のプレートと比べて長さを短くすることができる。
【０１１８】
また、プレート内を反射伝播する回折光が全反射（反射膜不要）条件となる角度で放射されても、プレートが楔形であれば、伝搬途中で全反射条件を満足しない条件を作ることができ、回折光をプレートの外（空気中）に取り出すことが可能となる。
【０１１９】
光電変換素子を回折格子プレート上に搭載し、また、同回折格子プレート上に光電変換素子への通電用電極パターンを作製すれば、従来必要とされた光電変換素子用のキャリアを不要とし、部品数の削減・集積小型化が実現できる。
【０１２０】
また、回折格子プレート上に搭載する光電変換素子あるいは接着材の屈折率を回折格子プレートの屈折率よりも大きい値に設定すれば、プレート内を伝搬する回折光が全反射条件で反射伝搬しても、光電光変換素子搭載部では全反射条件を満足しないため、回折光を光電変換素子へ導き出すことができる。
【０１２１】
上記、回折格子プレートは、１枚で複数の多重信号を分波可能である。
【０１２２】
対応する受信ＰＤもアレイ形状とすればＰＤ素子も小型化が可能となるため、分波・受信機能を小型パッケージに収納することができる。市販のＬＤまたはＰＤパッケージに用いられる電気リード端子付きステムとレンズキャップで気密パッケージすることもできる。
【０１２３】
これは、すなわち、従来のモジュール化技術で、本発明に基づく波長多重双方向光伝送モジュールを容易に実現できることを意味する。
【０１２４】
近接波長帯の波長多重信号と近接波長帯から離れた他の波長帯（λ０）を分離する合分波カプラと、回折格子プレートを収納した多波長受信ＰＤパッケージ（図６、８）と、波長λ０の光電変換素子（ＬＤ）を内蔵したＬＤパッケージを組み合わせれば、従来の組立技術で容易に、図１１に示す機能を実現することができる。
【０１２５】
同様に、回折格子プレートと受信ＰＤ素子、送信ＬＤ素子、および受信波長と送信波長を分離する合分波プリズムカプラを集積したＬＤ／ＰＤパッケージを用いれば、図１０、１８の機能を容易に実現することができる。
【０１２６】
また、上記ＬＤ／ＰＤパッケージにおいて、送信ＬＤ素子と受信ＰＤ素子を回折格子プレートを挟んで互いに反対の位置に配置し、回折格子プレートに送信ＬＤの発光波長の光をカットする膜を設ければ、送信ＬＤから受信ＰＤへの漏話を低減することができる。
【０１２７】
従って、上記作用により、波長多重双方向光伝送モジュールに関して、従来の不具合を解消し、且つ、より高機能なモジュールを従来の製造方法で容易に提供できる。
【０１２８】
また、小型、低コスト化が容易に実現できる。
【０１２９】
図５は本発明による波長多重光信号の分波・受信方法の例を示している。
【０１３０】
第一および第二の反射面として、ガラスで作製した楔形プレート１０の相対する２面を選択した。
【０１３１】
第一の反射面１の一部分に、波長多重光５を分離するための回折格子３が形成してある。
【０１３２】
回折格子は、従来の干渉露光によるパターン形成技術と、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法による溝加工技術で容易に作製できる。
【０１３３】
その後、金属膜３１を成膜する。このとき、取り出し窓１２には金属膜を成膜しないことに注意する。第二の反射面２には、波長多重信号光がプレートを通して回折格子３に入射できる透過窓１１を除き金属膜３２が成膜してある。
【０１３４】
金属膜は、例えばチタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）の積層膜から成る。
【０１３５】
この構成にて、波長多重信号光５は透過窓１１を通過して、ガラス媒質中で回折格子３に角度φで入射し波長毎に異なる角度θ１、θ２で回折光を生じる。
【０１３６】
ここで、例えば２波の多重光信号（λ＝１４９０ｎｍ、１５５０ｎｍ）に対し、回折格子および楔形プレートに関するパラメータは下記の値に設定される。
【０１３７】
回折格子の溝本数Ｎ：８００本／ｍｍ
波長多重光の入射角φ（ガラス媒質中）：１４°
波長１４９０ｎｍの回折角θ１（ガラス媒質中）：３３．６°（ｍ＝１）
波長１５５０ｎｍの回折角θ２（ガラス媒質中）：３５．８°（ｍ＝１）
楔形プレートの楔角度：１４°
多重反射光の入射位置のプレート厚みｔ：２ｍｍ
上記条件にて、例えば図６の如く、第二の反射面間を１回反射し取り出し窓１２から出射させると、波長１４９０ｎｍの光信号と波長１５５０ｎｍの光信号を約３００μｍ離した空間分離が実現できる。
【０１３８】
空間分離された各信号光の位置に対応して光電変換素子（ＰＤ素子）７を配置すれば、多重信号光の分波・受信が可能となる。また、レンズ８は、ＰＤ素子の受光面９上で各信号光が集光するために用いる。これにより、隣接信号間の受信漏話を低減できる。
【０１３９】
ここで、楔形プレートの材料としてガラスを選択したが、シリコンやインジウムリン等、多重波長信号光に対し透過性を示す材料が適用できる。
【０１４０】
また、反射膜３１、３２は誘電体多層膜でも良く、このとき反射率は１００％に設定されることが望ましい。
【０１４１】
また、透過窓１１と取り出し窓１２は、波長多重信号の波長帯に対して無反射処理を施してあることが望ましい。
【０１４２】
図６は、図５記載の構成を実装したＰＤパッケージの例である。電気リード端子２２を有するステム２１上に、光電変換素子７と楔形プレート１０を所定の位置に搭載する。
【０１４３】
例えば、エポキシ接着材で接着固定される。
【０１４４】
ステムに形成された楔形プレート用の土台２３は、回折格子３への入射角φが所定の角度となるよう予め設定されている。
【０１４５】
レンズ８はステムのキャップと一体に形成されており、このレンズキャップ２４をステムにプロジェクション溶接して、光電変換素子の気密封止と同時に光学系を形成する。
【０１４６】
このときレンズの位置は、回折光が光電変換素子の受光面上で集光するように設計、調整される。
【０１４７】
図７は、波長多重光信号の分波・受信方法の第二の実施例を示している。
【０１４８】
第一および第二の反射面として、ＴａＦガラス（屈折率１．８）で作製した楔型プレート１０の相対する２面を選択した。
【０１４９】
第一の反射面１には、その一部に回折格子３を形成し、その上に金属膜３１が成膜してある。
【０１５０】
第二の反射面には反射膜を成膜せず、少なくとも回折光の最初の反射が、スネルの法則に従う全反射条件を満足するように、例えば、２波の多重光信号（λ＝１４９０ｎｍ、１５５０ｎｍ）に対し、各パラメータが下記の値に設定される。
【０１５１】
回折格子の溝本数：１０００本／ｍｍ
波長多重光の入射角φ（ガラス媒質中）：１４°
波長１４９０ｎｍの回折角θ１（ガラス媒質中）：４８．８°（ｍ＝１）
波長１５５０ｎｍの回折角θ２（ガラス媒質中）：５２．４°（ｍ＝１）
楔形プレートの楔角度：１４°
多重反射光の入射位置のプレート厚み：２ｍｍ
上記条件にて、回折格子で生じた回折光の第二反射面における最初の反射は、全反射条件となる。
【０１５２】
その後、プレートが楔形状のため、回折光は全反射条件が崩れ、第一の反射面の反射膜で反射した後、第二の反射面を通過して空間分離光が出射される。
【０１５３】
この時、波長１４９０ｎｍの光信号と波長１５５０ｎｍの光信号を約２５０μｍ離した空間分離が実現できる。
【０１５４】
空間分離された各信号光の位置に対応して、光電変換素子（ＰＤ素子）７を配置すれば、多重信号光の分波・受信が可能となる。
【０１５５】
また、レンズ８は、ＰＤ素子の受光面９上で各信号光が集光するために用いる。
【０１５６】
これにより、隣接信号間の受信漏話を低減できる。
【０１５７】
図８は、図７記載の構成を実装したＰＤパッケージの例である。
【０１５８】
図８の如く光電変換素子７を回折格子プレート１０上に搭載することもできる。
【０１５９】
光電変換素子７は、例えば透明エポキシ接着材で固定する。
【０１６０】
この際、回折格子プレート上に予め電極パターンを形成し（図示せず）、光電変換素子と例えばＡｕワイヤで電気接続することもできる。
【０１６１】
図９は、図６または図８に記載のＰＤパッケージを用いた波長多重双方向光伝送モジュールの構成例を示している。
【０１６２】
このモジュールは、基本的には、波長多重信号を受信する前記ＰＤパッケージ３０（又は２０）と、光送信部をなすＬＤパッケージと、波長合分波カプラ４２を取り付けたフェルール付きファイバアセンブリとを単一のケース部材４７で固定支持した構造を備える。
【０１６３】
合分波カプラ４２は、受信信号である波長多重信号光（例えばλ１＝１４９０ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍ）と、これと離れた他の波長帯（送信信号；例えばλ０＝１３１０ｎｍ）を合分波する膜を備えたプリズム形カプラであり、例えば１辺が１ｍｍの立方形状からなる。
【０１６４】
この合分波カプラ４２を、フェルール４３の先端面光軸上に接着剤で直接固定する。
【０１６５】
ここで、合分波カプラの向きは、受信信号をファイバ光軸と垂直方向に反射させ、送信信号を光軸方向に透過させる向きに設定する。
【０１６６】
そして、ＬＤパッケージ４６を光軸方向に、ＰＤパッケージ３０（または２０）を光軸と垂直方向に配置し、最適位置となるように光軸調整後、例えばレーザ溶接で固定する。
【０１６７】
ＬＤ４５からの送信光（λ０＝１３１０ｎｍ）は、合分波カプラ４２をそのまま光軸方向に通過（直進）して光ファイバ４４に送信される。
【０１６８】
一方、光ファイバ４４からの波長多重信号光（λ１＝１４９０ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍ）は、合分波カプラ４２でファイバ光軸と垂直方向に反射され、ＰＤパッケージ３０（または２０）に入射する。
【０１６９】
ＰＤパッケージに入射した波長多重信号光は、回折格子プレート１０で分離されＰＤ素子７に受信される。
【０１７０】
これにより、図１０の機能を有する波長多重双方向光伝送モジュールが実現できる。
【０１７１】
図１１は、波長多重光信号の分波・受信方法の第三の実施例を示している。
【０１７２】
第一および第二の反射面として、ガラスで作製した平行平板プレート１０の相対する２面を選択した。
【０１７３】
第一の反射面１には、その一部に回折格子３を形成し、その上に金属膜３１が成膜してある。
【０１７４】
回折格子のパラメータは、第一および第二の反射面における回折光の反射がスネルの法則に従う全反射条件を満足するように設定され、例えば、２波の多重光信号（λ＝１４９０ｎｍ、１５５０ｎｍ）に対し下記値となる。
【０１７５】
回折格子の溝本数Ｎ：１０００本／ｍｍ
波長多重光の入射角φ（空気中）：２８°
〃          （ガラス媒質中）：１８°
波長１４９０ｎｍの回折角θ１（ガラス媒質中）：４２．９°（ｍ＝１）
波長１５５０ｎｍの回折角θ２（ガラス媒質中）：４６．１°（ｍ＝１）
平行平板プレートの厚みｔ：１．５ｍｍ
上記条件にて、回折光は全反射条件でプレート内を伝搬するので、回折格子部分以外に全反射膜を形成する必要はない。
【０１７６】
光電変換素子（ＰＤ素子）７は、平行平板プレート１０上に例えば光学的に透明な接着材（図示せず）で固定される。
【０１７７】
ここで、ＰＤ素子７および接着剤は、平行平板プレートを構成するガラスの屈折率よりも大きい値の材料を選択する。
【０１７８】
例えばガラス（屈折率１．５）に対して、ＰＤ素子をインジウムリン（屈折率３．４）、接着剤を透明エポキシ（屈折率１．６５）とすれば良い。これにより、ＰＤ素子搭載部では全反射条件が崩れるため、回折光はＰＤ素子側に取り出され受光部に導かれる。
【０１７９】
図１２は、図１１を用いた波長多重双方向伝送方法の他の実装例（ＬＤ／ＰＤパッケージ）を示している。
【０１８０】
図１２の如く、図１１と同等の並行平板の回折格子プレート１０の上に、受信信号である波長多重信号光（例えばλ１＝１４９０ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍ）と、これと離れた他の波長帯（送信信号；例えばλ０＝１３１０ｎｍ）を合分波するプリズム形カプラ４２、
受信用ＰＤ素子７、送信用ＬＤ素子４５（例えばλ０＝１３１０ｎｍ）、およびモニタＰＤ素子４５を搭載する。
【０１８１】
合分波カプラ４２の向きは、ＬＤからの送信光が上方へ光路変換されるように設定される。
【０１８２】
また、ＬＤ素子４５、モニタＰＤ素子４７はそれぞれヒートシンク４６−１、サブキャリア４９を介して回折格子プレート上に配置し、各光素子（ＬＤ４５、ＰＤ７、モニタＰＤ４７）は回折格子上の電極パターン（図示せず）と例えばＡｕワイヤで電気接続される。
【０１８３】
光素子を搭載した回折格子プレートは、電気リード２２を有するステム２１上の所定の位置に搭載される。
【０１８４】
レンズ８はステムのキャップと一体に形成されており、このレンズキャップ２４をステムにプロジェクション溶接して、光電変換素子の気密封止と同時に光学系を形成する。
【０１８５】
このときレンズの位置は、少なくとも回折格子プレート１０内で生じる回折光が光電変換素子７の受光面上で集光するように設計、調整される。この構成により、ＬＤ４５から出射した光（例えばλ＝１３１０ｎｍ）は、合分波カプラ４２で反射して上方に光路変換し、レンズ８により集光された光を出射する。
【０１８６】
また、レンズ８を通して入射した波長多重信号（例えばλ１＝１４９０ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍ）は、回折格子プレートで分波され、ＰＤ素子７で受光される。
【０１８７】
図１３は、上記ＬＤ／ＰＤパッケージを用いた波長多重双方向光伝送モジュールの構成例を示している。ＬＤ／ＰＤパッケージにホルダ９１をプロジェクション溶接で固定後、フェルール付きファイバコード９２をスリーブ９３を通してホルダ９１上に配置する。
【０１８８】
フェルール９４の位置を調整し、ＬＤ４５からの出力光（例えばλ０＝１３１０ｎｍ）と波長多重信号（例えばλ１＝１４９０ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍ）に対するＰＤ７の受光感度が共に最大となる最適位置で、ホルダ９１とフェルール９４をスリーブ９３を介してレーザ溶接で固定する。
【０１８９】
これにより、図９のモジュールと同じ機能（図１０）をさらに小型のモジュールで実現することができる。
【０１９０】
さらに、図１４〜１６は波長多重双方向伝送方法の他の実装例（ＬＤ／ＰＤパッケージ）を示している。
【０１９１】
図１４の如く、図５と同等の楔形回折格子プレート１０の上に、受信信号である波長多重信号光（例えばλ１＝１４９０ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍ）と、これと離れた他の波長帯（送信信号；例えばλ０＝１３１０ｎｍ）を合分波するプリズム形カプラ４２、および、送信用ＬＤ素子（例えばλ０＝１３１０ｎｍ）４５、モニタＰＤ素子４７を搭載する。
【０１９２】
合分波カプラ４２の向きは、ＬＤからの送信光が上方へ光路変換されるように設定される。
【０１９３】
また、ＬＤ素子４５、モニタＰＤ素子４７は、それぞれヒートシンク４６−１、サブキャリア４９を介して回折格子プレート１０上の電極パターン４８と例えばＡｕワイヤで電気接続される。
【０１９４】
この回折格子プレートと光電変換素子を、図６と同様に、電気リード端子２２を有するステム２１上の所定の位置に搭載する。
【０１９５】
ステムに形成された楔形プレート用の土台２３は、回折格子への入射角φが所定の角度となるよう予め設定されている。
【０１９６】
レンズ８はステムのキャップと一体に形成されており、このレンズキャップ２４をステムにプロジェクション溶接して、光電変換素子の気密封止と同時に光学系を形成する。このときレンズの位置は、少なくとも回折格子プレート１０内で生じる回折光が光電変換素子７の受光面上で集光するように設計、調整される。
【０１９７】
図１５は、完成したＬＤ／ＰＤパッケージを図１４Ａ方向から見た断面図を示す。これは、図８と同じ構成であり、レンズ８を通して入射した波長多重信号（例えばλ１＝１４９０ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍ）の受信が実現できる。
【０１９８】
図１６は、完成したＬＤ／ＰＤパッケージを図１４Ｂ方向から見た断面図を示す。これは、送信部を説明する図になっている。
【０１９９】
ＬＤ４５から出射した光（例えばλ＝１３１０ｎｍ）は、合分波カプラ４２で反射して上方に光路変換し、レンズ８により集光された光を出力する。
【０２００】
ここで、回折格子プレート上に搭載されたＬＤ４５からの迷光をＰＤ素子７で受光（漏話）することを避けるために、図１５の如く、回折格子プレート１０の第一反射面側にＬＷＰＦ（Long Wavelength Pass Filter ）６１を設けた。
【０２０１】
回折格子プレート１０は、ＬＤの放熱性を考慮すると熱伝送性の優れたシリコン等の半導体を使用しても良い。
【０２０２】
図１７は、図１４〜１６のＬＤ／ＰＤパッケージを用いたモジュールの実施例を示している。
【０２０３】
このモジュールは、基本的には、波長多重信号を受信する前記ＰＤパッケージ３０（または２０）と、ＬＤ／ＰＤパッケージ６０（または８０）と、波長合分波カプラ１０１を取り付けたフェルール付きファイバアセンブリとを単一のケース部材４７で固定支持した構造を備える。
【０２０４】
フェルール４３の先端に取り付けられる合分波カプラ１０１は、受信信号である波長多重信号光を第一の近接波長帯（例えばλ１＝１４８５ｎｍ、λ２＝１５０５ｎｍ）と第二の近接波長帯（例えばλ１’＝１５４５ｎｍ、λ２’＝１５５５ｎｍ）に２分する膜を備えたプリズム形カプラであり、例えば１辺が１ｍｍの立方形状からなる。
【０２０５】
この合分波カプラ１０１を、フェルール４３の先端面光軸上に接着剤で直接固定する。
【０２０６】
ここで、合分波カプラの向きは、第二の近接波長帯の光をファイバ光軸と垂直方向に反射させ、第一の近接波長帯の光を光軸方向に透過させる向きに設定する。
【０２０７】
また、ＬＤ／ＰＤパッケージ６０（または８０）に内蔵されたＬＤ（図示せず。図１６参照のこと。）の出射光（例えばλ０＝１３１０ｎｍ）も第一の近接波長帯と同じく光軸方向に透過する。
【０２０８】
そして、ＬＤ／ＰＤパッケージ６０（または８０）を光軸方向に、ＰＤパッケージ３０（または２０）を光軸と垂直方向に配置し、最適位置となるように光軸調整後、例えばレーザ溶接で固定する。
【０２０９】
ＬＤからの送信光（λ０＝１３１０ｎｍ）は、合分波カプラ１０１をそのまま光軸方向に通過（直進）して光ファイバ４４に送信される。（図１７中、ＬＤ／ＰＤパッケージはＬＤが見えない方向から見た断面図となっていることに注意。図１６参照。）
一方、光ファイバ４４からの波長多重信号光のうち、第二の近接波長帯の多重光信号（λ１＝１４８５ｎｍ、λ２＝１５０５ｎｍ）は、合分波カプラ１０１でファイバ光軸と垂直方向に反射され、ＰＤパッケージ３０（または２０）に入射する。
【０２１０】
ＰＤパッケージに入射した波長多重信号光は、回折格子プレート１０’で分離されＰＤ素子７’に受信される。
【０２１１】
また、第一の近接波長帯の多重光信号（λ１’＝１５４５ｎｍ、λ２’＝１５５５ｎｍ）は、合分波カプラ１０１を通過し、ＬＤ／ＰＤパッケージ６０（または８０）に入射する。
【０２１２】
ＬＤ／ＰＤパッケージに入射した波長多重信号光は、合分波カプラ４２を通過し回折格子プレート１０で分離されＰＤ素子７に受信される。
【０２１３】
これにより、図１８の機能を有する波長多重双方向光伝送モジュールが実現できる。
【０２１４】
ここで、上記全ての実施例に共通して、光電変換素子は分離された各波長の信号に対応する独立した受光面を有するアレイ形状とすることもできる。
【０２１５】
また、回折効率の観点から、上記３つの実施例はいずれも一次回折光のみが存在する条件に設定したが、さらに高効率化を図るために回折格子の形状をブレーズドグレーティングとすることもできる。
【０２１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば波長多重双方向光伝送に適用される光モジュールに関し、従来の製造方法で容易に作製できるハイブリッド集積型モジュール構成において高機能化を実現できる手段を提供し、係る光モジュールの高機能化、小型、低価格化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の通信方式
【図２】本発明が適用可能な通信方式
【図３】従来例（１）
【図４】従来例（２）
【図５】波長多重光の分波、受信方法を示す図（１）
【図６】ＰＤパッケージ（１）
【図７】波長多重光の分波、受信方法を示す図（２）
【図８】ＰＤパッケージ（２）
【図９】波長多重双方向光伝送モジュール（１）
【図１０】波長多重双方向光伝送モジュールの機能（１）
【図１１】波長多重光の分波・受信方法を示す図（３）
【図１２】ＬＤ／ＰＤパッケージ（１）
【図１３】波長多重双方向光伝送モジュール（２）
【図１４】サブアセンブリ（１）
【図１５】ＬＤ／ＰＤパッケージ（２）
【図１６】ＬＤ／ＰＤパッケージ（３）
【図１７】波長多重双方向光伝送モジュール（３）
【図１８】波長多重双方向光伝送モジュールの機能（２）
【符号の説明】
３    回折格子
５    波長多重信号光
６    信号光
７    光電変換素子
８    レンズ
９    受光面
１０  プレート
１１  透過窓
１２  取り出し窓
２１  ステム
２２  電気リード端子
２３  土台
２４  レンズキャップ
３０  ＰＤパッケージ
４２  波長合分波カプラ
４３  フェルール
４４  光ファイバ
４５  ＬＤ素子
４６  ＬＤパッケージ
４６−１  ヒートシンク
５０  サブアセンブリ
６０  ＬＤ／ＰＤパッケージ
６１  膜
８０  ＬＤ／ＰＤパッケージ
９１  ホルダ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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