(57)【要約】【課題】ＬＤ素子が発光する波長光を効率よく吸収し消滅させるようにして、迷光の発生を抑え、光クロストークのない双方向光モジュールを提供する。【解決手段】送信光を発光する発光素子４と受信光を受光する受光素子５、並びに、波長合分波フィルタ６を搭載したステム３上に、光透過窓を有するキャップ７を封着したパッケージを備えた双方向光モジュールである。パッケージ内に発光素子４の発光波長よりも長い光吸収端をもつ半導体材料からなる光吸収部材２０を配し、パッケージ内の迷光を吸収させる。半導体材料としては、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰのいずれかを用いるのが好ましい。また、該半導体材料を粉末状にして、低融点ガラスに含有させたものとしてもよい。なお、光吸収部材はキャップ８の内壁面に設けた形態とすることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信光を発光する発光素子と受信光を受光する受光素子、並びに、波長合分波フィルタを搭載したステム上に、光透過窓を有するキャップを封着したパッケージを備えた双方向光モジュールであって、
前記パッケージ内に前記発光素子の発光波長よりも長い光吸収端をもつ半導体材料からなる光吸収部材を配し、前記パッケージ内の迷光を吸収することを特徴とする双方向光モジュール。
【請求項２】
前記半導体材料は、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の双方向光モジュール。
【請求項３】
前記半導体材料は粉末状にされて、低融点ガラスに含有されていることを特徴とする請求項２に記載の双方向光モジュール。
【請求項４】
前記光吸収部材は前記キャップの内壁面に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の双方向光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのパッケージ内に発光素子及び受光素子を搭載し、光信号の送受信に用いられる同軸型の双方向光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信技術の進展に伴い、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に代表される加入者系通信網のＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet（登録商標）−Passive Optical Network）システムの導入が進んでいる。このＧＥ−ＰＯＮシステムでは、メタルケーブル並みの低価格で、より高速なサービスを実現するために、光ファイバの本数を減らし１本の光ファイバで、局側のセンター端末（ＯＬＴ：Optical Line Terminal ）とユーザ側の加入者端末（ＯＮＵ：Optical Network Unit ）とで上りと下りの双方向通信を行う一心双方向通信方式が提案されている。具体的には、１.３１μｍ帯と１.５５μｍ帯（又は１.４９μｍ帯）の２波長を用いて送受信を行う波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）である。
【０００３】
これに用いられる一心双方向型の光モジュールとしては、発光素子である半導体レーザ（ＬＤ素子）から出射される送信光は、波長フィルタで反射させて光ファイバに結合させる一方で、光ファイバを伝送してきた受信光は、波長フィルタを透過させて受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ素子）に光結合するように位置決めされて、筐体にYAG溶接等で固定される。しかし、近年の光アクセスシステムの利用の拡大ともに、一心双方向光モジュールの小型化、低コスト化の要求が強まり、ＬＤ素子とＰＤ素子を１つのパッケージ内に収め、波長フィルタ（ＷＤＭフィルタ）により分波する形態のものが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
１つのパッケージを用いる形態とした場合、ＬＤ素子の構造にもよるが、その出射光は半値幅で横方向２５〜３５度、垂直方向３０〜４０度の広がりを持っていて、光ファイバに結合しない光が存在する。この光ファイバと結合しない光は、パッケージ内で反射しながら減衰していく。また、端面発光型のＬＤ素子では、光ファイバに結合する光を出射する端面と、その反対側の端面からも光を出射する。この反対側からの出射光は、ＬＤ素子の出射光の強度をモニタするのに利用されるが、その一部がパッケージ内で反射を繰り返す。これら、ＬＤ素子から出射した光の一部は、パッケージ内で減衰しながら反射を繰り返す迷光となる。この迷光が受信用のＰＤ素子に入射すると、光学的なクロストークを生じ、また、この他ノイズ或いは誤作動の原因ともなる。
【０００５】
上述のような迷光による影響を回避するために、上記特許文献１では、受信用のＰＤ素子をパッケージのキャップとは異なるキャップで囲い、反射光や上記の迷光を受光しないようにしている。また、特許文献２には、キャップ表面にＺｎ−Ｎｉメッキなどによる黒色皮膜を設けてレーザ光の反射による迷光を抑制することが開示され、特許文献３には、キャップ表面に無光沢パラジウムメッキを施して、同様にレーザ光の反射による迷光を抑制することが開示されている。また、特許文献４には、信号光を透過するパッケージの窓部の周辺にカーボン等の吸収剤を設けて、反射による迷光を抑圧することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１３３４６３号公報
【特許文献２】特開２００３−２０４００６号公報
【特許文献３】特開２００６−１２０８６４号公報
【特許文献４】特開２００３−２０９３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
１つのパッケージ内に送信用のＬＤ素子と受信用のＰＤ素子を搭載することにより、送信用のＬＤ素子と受信用のＬＤ素子を別々のパッケージに搭載（２パッケージ）するものと比べて、スペースやコスト面で大きなメリットがあるが、上述したような光クロストークの発生の問題がある。上記の特許文献１に開示のように、ＬＤ素子を内部キャップで囲うことは、内部キャップを配するためのスペースを必要とし、また、ＷＤＭフィルタを通して入り込む光については、防止することができない。
【０００７】
また、特許文献２に開示のように、パッケージ用のキャップの表面に黒色皮膜を形成、或いは特許文献３に開示のように、パッケージ用のキャップの表面に無光沢パラジウムメッキを施すこと、特許文献４に開示のように、パッケージの窓部の周辺に光の吸収膜を設けて、レーザ光の反射を低減する効果は認められものの、十分な改善には至っていない。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、ＬＤ素子が発光する波長光を効率よく吸収し消滅させるようにして、迷光の発生を抑え、光クロストークのない双方向光モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による双方向光モジュールは、送信光を発光する発光素子と受信光を受光する受光素子、並びに、波長合分波フィルタを搭載したステム上に、光透過窓を有するキャップを封着したパッケージを備えた双方向光モジュールで、パッケージ内に発光素子の発光波長よりも長い光吸収端をもつ半導体材料からなる光吸収部材を配し、パッケージ内の迷光を吸収することを特徴とする。
前記の半導体材料としては、例えば、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰのいずれかを用いるのが好ましい。また、該半導体材料を粉末状にして、低融点ガラスに含有させたものとしてもよい。なお、光吸収部材はキャップの内壁面に設けた形態とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発光素子からの発光される信号光の一部がパッケージ内で反射することに起因する迷光を、発光素子の発光する波長に応じて効率よく吸収して消滅させることができるので、受光素子での受光を防ぎ、光クロストークの発生を問題ない程度に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の対象とする双方向光モジュールの一例を説明する図で、図２はパッケージ部の拡大模式図である。図中、１は双方向光モジュール、２はパッケージ部、３はステム、４は発光素子（ＬＤ）、５は受光素子（ＰＤ）、６は波長合分波フィルタ（ＷＤＭフィルタ）、７はレンズ、８はキャップ、９はホルダ、１０は仕切り壁、１１は開孔、１２はスリーブ部、１３はスタブ、１３ａは短尺の光ファイバ、１４はスリーブシェル、１５はガイドスリーブ、１６はブッシュを示す。
【００１１】
双方向光モジュール１は、図１に示すように、パッケージ部２にホルダ９を介してスリーブ部１２を結合してなり、スリーブ部１２に着脱可能に挿入される光コネクタ（図示せず）を介して外部光伝送路に接続され、光信号の送受信が行われる。パッケージ部２は、例えば、ＣＡＮ型（同軸型）で形成され、ステム３に信号光を送信するレーザダイオード等の発光素子４（以下、ＬＤ４という）と、外部回路からの信号光を受信するフォトダイオード等の受光素子５（以下、ＰＤ５という）とが搭載された１パッケージ型の光モジュールデバイスとして構成される。
【００１２】
また、図２に拡大して示すように、パッケージ部２のステム３上には、異なる波長の送信光と受信光が交差する光学径路上で、波長合分波フィルタ６（以下、ＷＤＭフィルタという）を傾斜させて搭載し、送信光と受信光を選択的に反射又は透過させて分離している。パッケージ部２の筐体としても機能するキャップ８は、上部中央に信号光及び受信光を集光するレンズ７が装着されていて、信号光の出射口及び受信光の入射口とされている。なお、キャップ８は、ステム３に密封構造で封着され、内部の搭載部品を保護する。
【００１３】
スリーブ部１２は、光コネクタを挿入して外部光伝送路と光接続を形成する部分で、例えば、円筒状のスリーブシェル１４にスタブ１３を密着嵌合したガイドスリーブ１５を収納し、スリーブシェル１４をブッシュ１６に嵌合させて構成される。スタブ１３は、中心部に短尺の光ファイバ１３ａを挿着したフェルール形状で形成され、ガイドスリーブ１５内に挿入される光コネクタのフェルール端と突き合わされることにより、光ファイバ１３ａと外部の光ケーブル（図示せず）の光ファイバと光接続が形成される。
【００１４】
パッケージ部２とスリーブ部１２とは、ホルダ９を介して結合され、径方向の調心が行われる。ホルダ９は、上部に仕切り壁１０を有し、この仕切り壁１０の中央部にレンズ７により集光される信号光を通す開孔１１が設けられていて、パッケージ部２のステム３に接着又は溶接により固定される。パッケージ部２とスリーブ部１２間の径方向位置（入出射光の位置）は、ホルダ９とブッシュ１６の相対位置を変えて調整される。これらの調整後、ブッシュ１６がホルダ９に接着又は溶接により固定されて一体化される。
【００１５】
双方向光モジュール１が上記のようにして調心されると、ＬＤ４から出力された送信光は、ＷＤＭフィルタ６で反射されてレンズ７で集光され、ホルダ９の開孔１１を通ってスタブ１３の光ファイバ１３ａに入射される。他方、外部伝送路からの信号光は、スタブ１３の光ファイバ１３ａから出射され、ホルダ９の開孔１１を通ってパッケージ部２内に入り、レンズ７で集光されて、ＷＤＭフィルタ６を透過してＰＤ５で受光される。
【００１６】
ここで、ＬＤ４で発光され出力される信号光は、スタブ１３の光ファイバ１３ａに入射されて外部伝送路に送信されるように設計されるが、出力された信号光の一部がパッケージ部２のキャップ８の内壁に当たって反射する。この反射した信号光は、迷光となって反射を繰り返し、ＰＤ５に入射され、クロストークを生じる恐れがある。本発明では、このパッケージ部２内で生じる迷光を吸収し、消滅させることにある。
【００１７】
図３は本発明による一例を示し、図３はパッケージ部２のキャップ８内に、迷光を吸収する光吸収部材２０を配したものである。パッケージ部２の基本構造は、図２とほぼ同じで（例えば、ＣＡＮ型構造）、ステム３上に信号光を送信するＬＤ等の発光素子４と、外部回路からの信号光を受信するＰＤ等の受光素子５とが搭載された１パッケージ型の光モジュールデバイスとして構成される。そして、異なる波長の送信光と受信光が交差する光学径路上にＷＤＭフィルタ６を傾斜させて搭載し、送信光と受信光を選択的に反射又は透過させて分離している。なお、パッケージ部２の筐体としても機能するキャップ８は、上部中央に信号光及び受信光を集光するレンズ７が装着されていて、ステム３に密封構造で封着され、内部の搭載部品を保護する。
【００１８】
パッケージ部２のステム３上には、上記のＬＤ４、ＰＤ５、ＷＤＭフィルタ６の他に、本発明による光吸収部材２０が樹脂材により固定して搭載され、キャップ８内の反射により生じる迷光を吸収するようにしている。光吸収部材２０は、ステム３上のスペース部分に分散して配置するが、受信光以外の迷光がＰＤ５に達しないように、ＰＤ５の周囲を囲うような形態で配置されているのが望ましい。
【００１９】
光吸収部材２０としては、発光素子であるＬＤ４の発光波長（例えば、１.３１μｍ）を吸収できる吸収係数をもつ材料、すなわち、発光素子の発光波長以上の光吸収端を有する材料で形成される。例えば、Ｇｅ（光吸収端が１.５５μｍ）基板、または、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ（光吸収端が１.６５μｍ）、ＩｎＧａＡｓＰ（光吸収端が１.３０〜１.５５μｍ）等を所定の厚さで成長させた半導体基材を用いることができる。これにより、ＬＤ４からの信号光の一部が、キャップ８の内壁に当たって反射した光は、ＰＤ５に達する前に前記の光吸収部材２０に当たって吸収され消滅する。
【００２０】
また、上記の光吸収部材をステム３上に配置する代わりに、図４に示すように、パッケージ２のキャップ８の内壁面に光吸収部材２１を設けるようにしてもよい。しかし、キャップ８の内壁面は、通常は曲面で形成されている場合が多く、上述した半導体を成長させた基板を設置するのが容易でなく、手間を要する作業となる。したがって、例えば、上記のようにして形成された半導体基材を粉末状にして、これを低融点ガラス等に含有させてキャップ８の内壁面に付着させることにより配置するようにしてもよい。
【００２１】
迷光の光吸収部材として、上記のＩｎＧａＡｓを用いた場合、ＬＤ４の発光波長が１.３１μｍであるとすると、この波長光に対するＩｎＧａＡｓの吸収係数は約１.３×１０４ｃｍ−１であり、５μｍの厚さで９９.８５％の光を吸収することができる。また、発光波長が１.５５μｍであるとすると、この波長光に対するＩｎＧａＡｓの吸収係数は約１.０×１０４ｃｍ−１であり、５μｍの厚さで９９.３％の光を吸収することができる。
【００２２】
黒色Ｎｉメッキの反射率が数％〜１０％程度であるため、上記の光吸収部材２０，２１によるパッケージ内の迷光吸収効果は大きいと言える。また、光吸収部材として有効な５μｍ程度の厚さは、通常のメッキ厚さと比べても差がなく、パッケージのキャップ内の限られた空間を占有するものではなく、拡大する必要もない。
【００２３】
なお、光吸収部材として半導体結晶基板等を用いる場合、半導体材料そのものの屈折率が、例えば、ＩｎＧａＡｓでｎ＝３.５６、Ｇｅでｎ＝４.０で、反射を生じることがある。このため、光吸収部材２０，２１の表面に、さらにＡＲコート（反射防止膜）を施すことによって、吸収部材表面での反射を抑えるようにしてもよい。ＡＲコート材料としては、例えば、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ）を用いることができる。
【００２４】
上述の光吸収部材２０，２１は、通常の半導体製造技術により製造され安価に取得することができ、これを汎用構造の双方向光モジュールのパッケージ内に接着や付着等の簡単な方法で容易に配置させることができる。そして、双方向光モジュールの発光素子による信号光が、パッケージ内の壁面に当たって反射した迷光を効果的に吸収・消滅させ、迷光を受光素子側で受光するのを防止してクロストークの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の対象とされる双方向光モジュールの概略を説明する図である。
【図２】図１のパッケージ部の拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態を説明する図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…双方向光モジュール、２…パッケージ部、３…ステム、４…発光素子（ＬＤ）、５…受光素子（ＰＤ）、６…波長合分波フィルタ（ＷＤＭフィルタ）、７…レンズ、８…キャップ、９…ホルダ、１０…仕切り壁、１１…開孔、１２…スリーブ部、１３…スタブ、１３ａ…短尺の光ファイバ、１４…スリーブシェル、１５…ガイドスリーブ、１６…ブッシュ、２０，２１…光吸収部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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