(57)【要約】【課題】この発明は、部品点数を削減しつつ、より緩和された条件で設計を行うことができる光モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】発光素子２０、受光素子２６、レンズ３０、誘電体多層膜フィルタ４０、光ファイバ５０を備える光送受信モジュール１０とする。誘電体多層膜フィルタ４０は、レンズ３０と光ファイバ５０との間に配置する。誘電体多層膜フィルタ４０は、第１の面４２に受信光を反射し送信光を透過する膜を備え、第２の面４４に送信光を反射する膜を備えてなる。【選択図】図１
2009020360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部を光が伝播する光導波部材と、
前記光導波部材と光学的に結合し、入射する光を反射する光路変換部材と、
前記光路変換部材と光学的に結合するレンズと、
前記レンズを介して前記光路変換部材と対向する位置に設けられ、ともに該レンズと光学的に結合する第１、２の光素子と、を備え、
前記光路変換部材は、前記光導波部材と前記第１の光素子との間で授受される第１の波長の光を反射する第１の面と、該第１の面と異なる位置に備えられ、前記光導波部材と前記第２の光素子との間で授受される第２の波長の光を反射する第２の面とを備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記光路変換部材は、前記第１の面と前記第２の面とが重なるように備えられるフィルタであって、
前記フィルタは前記第１の面と前記第２の面のうち該第１の面側を前記光導波部材側に向けて配置され、該第１の面には前記第１の波長の光を反射しかつ前記第２の波長の光を透過する膜が、該第２の面には該第２の波長の光を反射する膜が、それぞれ備えられることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記フィルタは、前記第１の面と前記第２の面とが前記光導波部材に対して異なる角度を有してなることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第１の面の前記光導波部材に対する角度は、該光導波部材と光学的に結合する前記第１の波長の光が該第１の面で反射されて前記レンズの中心側を通る角度であり、
前記第２の面の前記光導波部材に対する角度は、該光導波部材と光学的に結合する前記第２の波長の光が該第２の面で反射されて前記レンズの中心側を通る角度であることを特徴とする請求項３記載の光モジュール。
【請求項５】
前記第１、２の光素子のうち１つが発光素子であって、他の１つが受光素子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項６】
前記第１、２の光素子のうち少なくとも１つが発光素子であって、
前記光路変換部材の前記第１、２の面のうち前記発光素子が発する光を反射する発光光反射面は、該発光素子が発する光の一部を透過し、
前記発光光反射面を透過した光を受光するモニタ用受光素子をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項７】
前記レンズが球レンズであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項８】
前記レンズが非球面レンズであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項９】
前記光路変換部材の前記第２の面が該第２の波長の光の一部を透過し、
前記第２の面を透過した前記第２の波長の光と結合する第２のレンズと、
前記第２のレンズを介して前記光路変換部材と対向する位置に設けられ、該第２のレンズと光学的に結合する第２レンズ側光素子と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記第１、２の光素子と、前記第２レンズ側光素子とのうち、一方が発光素子とされ、他方が受光素子とされていることを特徴とする請求項９記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記第２のレンズが球レンズであることを特徴とする請求項９または１０の光モジュール。
【請求項１２】
前記第２のレンズが非球面レンズであることを特徴とする請求項９または１０の光モジュール。
【請求項１３】
前記第１、２の波長と異なる第３の波長の光を、前記第１、２素子が結合する前記レンズを介して前記光導波部材と授受する第３の光素子をさらに備え、
前記第１、２の面に備えられる膜は前記第３の波長の光を透過する膜とされており、
前記第２の面に重ねて光透過層が設けられ、該光透過層における該第２の面と反対側の面には、前記第３の波長の光を反射する膜が備えられることを特徴とする請求項２乃至１２のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項１４】
前記第１、２の光素子を１つの気密パッケージに収納することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項１５】
前記光導波部材と前記光路変換部材との間に介在するアイソレータを備えることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信に用いる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、下記の特許文献に開示されている光送受信モジュールのように、光ファイバと光素子とを光学的に結合する光モジュールが知られている。このような光モジュールとしては、例えば、FTTHの光加入者線終端装置として用いられ、１本のファイバで双方向伝送を行う光送受信モジュールがある。このような光送受信モジュールは、例えば、発光素子と結合用のレンズを搭載したパッケージ、受光素子と結合用レンズを搭載したパッケージ、送信と受信の波長を合分波する誘電体多層膜フィルタ及び光ファイバから構成されている。
【０００３】
光モジュールの低コスト化等の観点から、様々な構成が提案されている。例えば、下記の特許文献１にかかる光送受信モジュールでは、発光素子と受光素子とを同一のパッケージに収納し、それらの光素子を共通のレンズを介して光ファイバに結合させている。このように、特許文献１の技術では、レンズを共通化させることによる部品点数の削減が図られている。また、特許文献１の技術では、波長合分波機能を有する回折格子と、レンズとを、一体に成型している。これにより部品点数の更なる削減を実現している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６４６５９号公報
【特許文献２】特開２０００−２８８８５０号公報
【特許文献３】特開２００５−３３１６０２号公報
【特許文献４】特開平９−３２５２４８号公報
【特許文献５】特開昭６２−８９００８号公報
【特許文献６】特開２００５−２５０１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光モジュールでは、光ファイバとレンズとの間の距離（以下、第１距離とも呼称する）と、レンズから発信素子または受信素子までの距離（以下、第２距離とも呼称する）とを適宜定めることで、好適な光学系を構築している。しかしながら、第１、２距離の好適な値が２つの光素子について異なる場合、１つの光素子についての光学系の設計条件が、他の１つの光素子についての光学系の設計に対して好ましくない制約となる場合がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、部品点数を削減しつつ、より緩和された条件で設計を行うことができる光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、光モジュールであって、
その内部を光が伝播する光導波部材と、
前記光導波部材と光学的に結合し、入射する光を反射する光路変換部材と、
前記光路変換部材と光学的に結合するレンズと、
前記レンズを介して前記光路変換部材と対向する位置に設けられ、ともに該レンズと光学的に結合する第１、２の光素子と、を備え、
前記光路変換部材は、前記光導波部材と前記第１の光素子との間で授受される第１の波長の光を反射する第１の面と、該第１の面と異なる位置に備えられ、前記光導波部材と前記第２の光素子との間で授受される第２の波長の光を反射する第２の面とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、第１の光素子に結合する光は、レンズから第１の面を経て光導波部材と結合し、かつ、第２の光素子に結合する光は、レンズから第２の面を経て光導波部材と結合する。このような構成によれば、第１、２の光素子とレンズとの光学的な距離を、第１、２の光素子について独立に設計できる。更に、光導波部材とレンズとの間においても、第１、２の光素子に関する光学系の距離をそれぞれ独立に設計できる。その結果、光学系の設計に関する制約を緩和することができる。しかも、第１の発明によれば、第１、２の波長の光を反射してそれらの光の経路を変更しているので、第１、２の波長の光についてその光路を相違させることが容易となり、第１、２の光素子についての光学系を独立に設計することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成］
図１は、実施の形態１の光モジュールの構成を説明するための図である。具体的には、図１に、本発明にかかる光モジュールの一形態としての光送受信モジュール１０を示す概略構成図である。この光送受信モジュール１０は、発光素子２０、受光素子２６、レンズ３０、誘電体多層膜フィルタ４０、光ファイバ５０を備えている。
【００１０】
発光素子２０から出射する送信光（図１の発光素子２０から伸びる矢印線）は、レンズ３０を通ったのち、誘電体多層膜フィルタ４０の第１の面４２を透過し、第２の面４４で反射されて、光ファイバ５０と結合する。一方、光ファイバ５０から出射された受信光（図１の受光素子２６から伸びる矢印線）は、誘電体多層膜フィルタ４０の第１の面で反射され、レンズ３０で集光されて受光素子２６に結合する。このように、送信光、受信光が、光ファイバ５０と発光素子２０、受光素子２６との間で授受される。
【００１１】
これら送信光、受信光は、その波長が異なる。なお、図１では、送信光が第２の面４４、受信光が第１の面４２で反射されているが、逆に、送信光が第１の面４２、受信光が第２の面４４で反射される構成をとってもよい。なお、以下の説明では、原則として、誘電体多層膜フィルタのうち、光ファイバ側を向く面を第１の面と、光ファイバ側と反対の側を向く面を第２の面と呼称する。
【００１２】
図２は、誘電体多層膜フィルタ４０の第１の面４２と第２の面での反射によって、送信光と受信光が分離できる原理について示す図である。レンズ３０光軸とフィルタの垂線のなす角（フィルタの実装角）は、４５°に限らない。図２では、任意の値としてθと表している。
【００１３】
受信光は、第１の面４２で反射される。よって、受信光にとって、光ファイバ（実像）５２は、仮想的に第１の面４２に対して対称な位置にあると考えることができる（光ファイバ５４の位置）。同様に、送信光が第２の面４４で反射されるため、光ファイバ５０は、仮想的に、第２の面４４に対して対称な位置にあると考えることができる（光ファイバ５６の位置）。
【００１４】
一般に、誘電体多層膜フィルタ４０の基板は、屈折率１．５程度のガラスを使用する。このため、第１の面４２を透過する送信光は、屈折をする。よって、屈折の角度と基板内の光学長を考えると、仮想的には、光ファイバ５６は、その位置からずれた光ファイバ５８の位置にあると考えることができる。このように、送信光と受信光の反射の位置が異なることによって、光ファイバ５０の仮想的な位置がずれるため、二つの光を分離することができる。
【００１５】
この仮想的なファイバの位置ずれΔｙとΔｚは、フィルタの厚みｄ、フィルタの実装角度θ１で決定される。図３は、近軸近似で計算したθ１とΔｙとの関係を示す図である。また、図４は、近軸近似で計算したθ１とΔｚとの関係を示す図である。フィルタの厚みが大きくなると、発光素子と受光素子の分離距離が大きくなることがわかる。
【００１６】
また、フィルタの厚みが一定ならば、フィルタの実装角度が５０°近傍で、最も分離距離がとれる。光軸方向のファイバの位置ずれΔｚは、フィルタの厚みよりも、むしろフィルタの実装角に大きく依存する。この結果から、送信側と受信側の光学倍率の差および発光素子２０、受光素子２６の実装分離距離を考慮して、フィルタのパラメータを決定すればよい。
【００１７】
更に、本実施形態によれば、誘電体多層膜フィルタを光ファイバとレンズとの間に配置することで、次のような効果が得られる。以下、誘電体多層膜フィルタをレンズと光素子（発光素子および受光素子）との間に配置した構成を比較例として用い、本実施形態が備える効果を説明する。図５は、誘電体多層膜フィルタ９０をレンズ８０と光素子（発光素子７０、受光素子７６）との間に配置した構成を示す図であって、本実施形態に対する比較例としての構成を示す図である。符号９８は、光ファイバを指している。
【００１８】
結合効率の制約から、発光素子の光学系は、素子とレンズ間の距離L１ｈと、レンズとファイバ間の距離L２ｈとの比を、L１ｈ：L２ｈ＝１：２〜５とする必要がある。換言すれば、L１ｈよりもL２ｈを長くする必要がある。これに対し、受光素子については、素子とレンズ間の距離L１ｊと、レンズとファイバ間の距離L２ｊとの比を、L１ｊ：L２ｊ＝１：１程度とすることが理想的である。図５の構成のように、光素子とレンズとの間に誘電体多層膜フィルタ９０を配置すると、発光素子７０の光学系におけるL２ｈと、受光素子７６の光学系におけるL２ｊとが共通となる（図５のL２（共通）の寸法線）。
【００１９】
二つの光学系で同一のレンズを用いるので、焦点距離ｆも同一となる。ここで、L１、L２、ｆの間には、下記の関係がある。
１／L１  ＋  １／L２  ＝  １／ｆ
このため、受光素子７６の光学系におけるL１ｊは共通のL２に制約されてしまい、L１ｊを長くする（L１ｊ：L２ｊ＝１：１の条件に近づける）ことができなくなる。その結果、設計の自由度が少なくなり、空間的な余裕が無くなるとともに、部品の実装も難しくなる。
【００２０】
これに対し、図１に示す本実施形態のように、誘電体多層膜フィルタ４０を、レンズと光ファイバとの間に配置した場合には、L１に関しても、L２に関しても、発光素子と受光素子についての光学系の距離が独立している（共通となっていない）。このため、誘電体多層膜フィルタ４０について、その厚みや、光ファイバとの相対位置を変えることにより、受光素子７６の光学系の距離（L１ｊ、L２ｊ）と、発光素子７０の光学系の距離（L１ｈ、L２ｈ）とを、独立に制御することができる。その結果、設計の自由度が増加し、部品実装が容易になるという効果がある。
【００２１】
さらに、本実施形態では、誘電体多層膜フィルタ４０を用いて光を反射することにより、送信光、受信光の光路が変換されている。このような構成によれば、送信光と受信光とについて、少なくともフィルタ基板の厚み分の光路長を相違させることができる。従って、受光素子７６の光学系の距離（L１ｊ、L２ｊ）と、発光素子７０の光学系の距離（L１ｈ、L２ｈ）とについてその光路を相違させることが容易となり、発光素子７０、受光素子７６についての光学系を独立に設計することが容易となる。
【００２２】
また、本実施形態では、誘電体多層膜フィルタの表面と裏面の反射を使うことで、送信光、受信光の結像点をずらすこととしている。誘電体多層膜フィルタは波長の合分波の際の損失が少ないので、本実施形態によれば、損失を抑えつつ、上記のような光学系設計の自由度の増加を達成することができる。
【００２３】
［実施の形態１にかかる光モジュールの実装時の態様］
次に、本実施形態にかかる光送受信モジュールの実装時の態様を説明する。以下の説明では、本実施形態にかかる構成（図６）を述べると共に、本実施形態の効果を、比較例（図７、８、９）を用いつつ説明することとする。また、以下の図では、光素子、レンズ、光ファイバ、誘電体多層膜フィルタなどの光学部品を結ぶ光（光学部品間で授受される光）を、原則として、細い実線で示すこととする。
【００２４】
図６は、光送受信モジュールの実装時の構成を示す図であって、光送受信モジュール１１０の構成を説明するための図である。本実施形態の光送受信モジュール１１０では、筐体１６０の内部において、発光素子１２０と受光素子１２６を同一のパッケージに実装している。そして、これらの素子が、結合用のレンズ１３０が固定された金属キャップ１３２によって気密封止されている点に、特徴を有している。なお、このような気密封止は、例えば、いわゆるCANパッケージなどの種々の公知の方法により実現できる。このため、その詳細な説明は省略する。なお、光送受信モジュール１１０は、各光学部品が上述した光送受信モジュール１０と同様の配置とされているが、レンズ１３０として球レンズを用いている点で、相違がある。
【００２５】
ステムと呼ばれる金属のベース（以下、ステム１６２とも呼称する）には、溶融ガラスで内部との気密封止をとりつつ信号を伝送させる給電端子１６４が備えられている。ステム１６２には、発光素子１２０と受光素子１２６が実装されている。封止されたパッケージを金属の筐体に固定するとともに、誘電体多層膜フィルタ１４０が適切な角度になるように、固定する。その後、光ファイバ１５０を調芯し、最適な結合となったところで、溶接固定する。
【００２６】
実施の形態１にかかる光送受信モジュールによれば、図３、４を用いて述べたように、二つの光素子を適宜に近接させつつ、光学系を設計することが可能となる。従って、実装モジュールを構成するにあたり、図６のように、レンズを２つの光素子について共通とし、さらに、２つの光素子を１つのパッケージに収納することができる。その結果、少ない部品点数で、波長合分波モジュールを組み立てることができる。また、光ファイバ１５０の光軸調整が１回ですむので、組立加工の工程を少なくできる。なお、ここで使用される光ファイバ１５０は、例えば８°に斜めに研磨加工されていると、反射減衰量を削減する効果がある。
【００２７】
図７は、本実施形態に対する第１比較例としての光送受信モジュール２０１０を示す図である。図７の光送受信モジュール２０１０は、筐体２０６０に、発光素子２０２０と結合用のレンズ２０３０を搭載したパッケージ、受光素子２０２６と結合用レンズ２０３２を搭載したパッケージ、送信と受信の波長を合分波する誘電体多層膜フィルタ２０４０、及び光ファイバ２０５０を備えてなる。
【００２８】
発光素子２０２０から出射した送信光は、結合用のレンズ２０３０を通り、誘電体多層膜フィルタ２０４０を透過して、光ファイバ２０５０に結合する。光ファイバ２０５０から出射される受信光は、誘電体多層膜フィルタ２０４０で反射され、結合用のレンズ２０３２を通り、受光素子２０２６に結合する。図７では、送信光と受信光を実線で示している。
【００２９】
図７のように、発光素子用のパッケージと受光素子用のパッケージとが個別に設けられる構成では、モジュール全体の寸法も大きくなる。また、部品点数も増加する。この点、本実施形態の実装モジュールによれば、２つの光素子を１つのパッケージに収納することができ、小型化の達成や、部品点数の削減を実現することができる。
【００３０】
図８は、本実施形態に対する第２比較例としての光送受信モジュール２１１０を示す図である。光送受信モジュールの低コスト化のため、様々な構成が提案されている。例えば、特許文献１では、発光素子と受光素子を同一のパッケージに収納し、共通のレンズでファイバとの結合をとる方法が提案されている。図８は、このような構成を備えるモジュールの一例を示す図である。
【００３１】
光送受信モジュール２１１０は、波長合分波機能をもつ回折格子と結合用のレンズを一体にし、回折光学素子レンズ２１４０を備えている。回折光学素子レンズ２１４０を介して、光ファイバ２１５０と、発光素子２１２０、受光素子２１２６とが光学的に結合されている。特許文献１の構成によれば、このような構成により、部品点数の削減を実現している。
【００３２】
しかしながら、波長の合分波に回折格子を使用しているため、回折による光パワーの損失が生じる。その結果、送受信光の結合効率低下を招くおそれがある。さらに、回折の効率を良くするには、モジュールのサイズを大きくする必要があり、これに起因して種々の弊害（例えば実装スペースが過大となる）を招くおそれがある。この点、本実施形態では、上述したように、誘電体多層膜フィルタを用いることとしている。その結果、損失を抑えつつ、部品点数の削減、光学系設計の自由度の増加を達成でき、モジュールサイズの小型化を効果的に達成することができる。
【００３３】
なお、特許文献１には、光送受信モジュール２１１０と同様の構成において、回折格子とレンズとを個別の部材とした場合の構成も開示されている。かかる開示の構成では、光ファイバとレンズとの間に回折光学素子を配置している。この場合には、実施の形態１と同様に、二つの光素子のあいだで、光ファイバとレンズとの間の光学的な距離が共通とはならない。しかしながら、回折格子を用いる場合、上記述べたように、回折による光パワーの損失が生じ、モジュールサイズの大型化を余儀なくされるおそれがある。その結果、他の設計上の制約を生じかねない。このように、設計上の制約を緩和するという観点からは、更なる改善が望まれる。
【００３４】
この点、本実施形態によれば、誘電体多層膜フィルタによる低損失の光合分波により、上述のような弊害を招く恐れを少なくしつつ、設計自由度を増加することができる。なおかつ、既述したように、光を反射により送信光、受信光の光路を変換することで、送信光と受信光とについてその光路を相違させることが容易となり、発光素子、受光素子についての光学系を独立に設計することが容易となる。
【００３５】
また、上記の効果に加え、本実施形態にかかる実装モジュールは、基板実装時の組立の点においても、利点をもっている。図９は、比較例としての同軸モジュールでの基板実装方法（図９（ａ）、（ｂ））と、本実施形態の実装モジュールの基板実装方法（図９（ｃ））について示す図である。
【００３６】
図９（ａ）は、基板２１１４に同軸の光送受信モジュール２１１５が取り付けられている比較例である。この例のように、同軸の光送受信モジュール２１１５を基板に垂直に実装すると、光ファイバが基板に対して垂直方向になり、取り回しが困難となりやすい。図９（ｂ）は、基板２１１６に同軸の光送受信モジュール２１１７が平行に取り付けられている比較例である。この例の場合には、光ファイバの取り回しが容易になるものの、光送受信モジュール２１１７の給電端子の半田接合が困難になりやすいなど、組立性の悪化を招きうる。
【００３７】
これに対し、図９（ｃ）に示すように、本実施形態にかかる光送受信モジュール１１０では、給電端子１６４を基板１１２に垂直に挿しこんで実装しても、光ファイバ１５０が基板に対して平行になる。このため、取り回しが容易になり、組立性と光ファイバ１５０の取り回しの容易さを同時に実現することができる。このように、本実施形態の光送受信モジュールは、部品点数の削減による低コスト化の効果と同時に、モジュールの実装における組立コストの削減も合わせもっている。
【００３８】
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、発光素子と受光素子を備える光送受信モジュールとした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。種々の用途に応じて、実施の形態１の構成を他の光モジュールの態様に応用することができる。つまり、実施の形態１の構成における２つの光素子の両方を発光素子としてもよく、或いは、２つの光素子の両方を受光素子としてもよい。
【００３９】
（第２変形例）
実施の形態１では、光送受信モジュール１１０のレンズ１３０を球レンズとした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。つまり、実施の形態１の光送受信モジュール１０の構成で用いた凸レンズを、レンズ１３０の代わりに、光送受信モジュール１１０に用いても良い。なお、球レンズは安価であるため、実施の形態１の光送受信モジュール１１０の構成により、低コスト化という効果が得られる。
【００４０】
（第３変形例）
実施の形態１では、光ファイバ５０を備える光送受信モジュールについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。光ファイバ５０に限らず、光導波路として機能する種々の光導波部材を利用して、本発明にかかる光モジュールを構成することができる。
【００４１】
（第４変形例）
実施の形態１では、レンズと光ファイバとの間に、誘電体多層膜フィルタを設けることとしている。つまり、本実施形態では、種々の膜を設け、光路変換と光合分波という機能を一体化させてなるフィルタを用いて、光送受信モジュールを構成している。しかしながら、本発明を実現する構成は、誘電体多層膜フィルタに限られるものではない。反射により光の経路を変換するという観点からは、例えば、誘電体多層膜フィルタの代わりにプリズムを用いた構成としてもよい。
【００４２】
実施の形態２． 
図１０は、本発明の実施の形態２を説明するための図である。なお、以下の説明では、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態２の光送受信モジュール２１０は、実施形態１と同様の構成において、送信光と受信光を入れ替えた構成である。ステム２６２に、発光素子２２０と受光素子２２６とが設けられている。実施形態２で使用する誘電体多層膜フィルタ２４０は、第１の面（紙面左側の面）に、送信光を反射しかつ受信光を透過する機能を有する膜が設けられている。また、第２の面（紙面右側の面）には、受信光を反射する機能を有する膜が設けられている。
【００４３】
このような構成によれば、実施形態１と異なり、送信側の光学系の倍率を大きくすると、受信側の倍率が１倍から小さくなるという関係となる。収差の大きなレンズを使った場合、受信側の倍率が１倍より大きくずれると、結合の損失が増える場合があるものの、収差の小さいレンズを使うことにより実施の形態２の構成とすることができる。このように、光素子の配置を適宜変更することが可能である。
【００４４】
実施の形態３．
図１１は、実施の形態３の光送受信モジュール３１０の構成を説明するための図である。上記の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。光送受信モジュール３１０は、筐体３６０に、モニタ用受光素子３２４を備えている。モニタ用受光素子３２４は、発光素子の光出力パワーをモニタする受光素子である。気密封止されたパッケージ内の発光素子１２０と受光素子１２６は、近接して配置されている。このため、一般の送信モジュールに実装されるモニタ用受光素子を実装することが難しい。
【００４５】
そこで、本実施形態では、誘電体多層膜フィルタ３４０の第２の面（紙面右上側を向く面）に設ける膜を、送信光を反射する機能をもち、かつ当該反射光の一部を透過可能な膜とする。このようにすることで、筐体３６０の天井部に配置されたモニタ用受光素子３２４に、送信光の一部が結合する。モニタ用受光素子３２４の電流値をはかることで、発光素子１２０の出力を測定することができる。
【００４６】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４にかかる光送受信モジュール４１０の構成を説明するための図である。光送受信モジュール４１０は、光ファイバ１５０を伝播してきた光から、二種類の異なる波長の光を分けて受信するモジュールである。以下の説明では、この二つの受信光を、第１、２の受信光と呼称する。
【００４７】
光送受信モジュール４１０は、筐体４６０に、２つの気密パッケージを備えている。第１の気密パッケージは、レンズ４３０、発光素子４２０、受光素子４２６を含み、金属キャップ１３２で気密封止されて構成される。第２の気密パッケージは、レンズ４３２、受光素子４２８を含み、金属キャップ４３４で気密封止されて構成される。第１パッケージはステム４６２に、第２パッケージはステム４６６に、それぞれ備えられる。また、各ステムは、給電端子をそれぞれ備える（給電端子４６４、４６８）。
【００４８】
実施の形態４では、誘電体多層膜フィルタ４４０を、実施の形態１乃至３の誘電体多層膜フィルタの設計に加えて、第２の受信光が、第１の面、第２の面をともに透過するような構成にする。つまり、誘電体多層膜フィルタ４４０は、第１の面に備える膜と、第２の面に備える膜とが、第２の受信光の波長の光を透過可能な膜とされる。これにより、第２の受信光を、受光素子４２８に結合させることができる。
【００４９】
従来の技術では、二種類の受信光を受信する光モジュールを得るには、送信も含めて３つのパッケージとレンズを備える光モジュールとする必要があった。これに対し、本実施例の構成では、２つのパッケージの構成で、同様の機能を実現することができる。
【００５０】
実施の形態５．
実施の形態５は、実施例４を改良したものである。図１３は実施の形態５の光送受信モジュール５１０の構成を説明するための図である。ステム５６２に、受光素子５２６、５２８が備えられ、ステム５６６に発光素子５２０が備えられている。二種類の受信光を受信するため、誘電体多層膜フィルタ５４０の第１の面は、第１の受信光を反射させ、第２の受信光および送信光を透過させる機能をもつ膜を備える。第２の面は、第２の受信光を反射させ、送信光を透過させる機能をもつ膜を備える。
【００５１】
第１の受信光を受光する受光素子５２６と、第２の受信光を受光する受光素子５２８とは、同一のパッケージに搭載され、共通のレンズ５３０で結合される。発光素子５２０と結合用のレンズ５３２を搭載したパッケージは、図１３に示すように他の位置におき、光ファイバ１５０と結合させる。このような構成により、実施の形態４と異なり、発光素子と、２種類の受光素子のパッケージを分けることができる。電気信号の大きい発光素子と、電気信号の小さい受光素子のパッケージを分けることで、送受間干渉を防ぐ効果が得られる。
【００５２】
実施の形態６．
本実施の形態は、実施の形態４、５をさらに簡略化することを可能にするものである。図１４は、実施の形態６にかかる光送受信モジュール６１０の構成を説明するための図である。光送受信モジュール６１０は、筐体１６０内に、レンズ６３０、光ファイバ１５０、発光素子６２０、受光素子６２６、６２８、誘電体多層膜フィルタ６４０を備えている。発光素子６２０、受光素子６２６、６２８はステム１６２に設けられ、実施の形態１と同様に気密封止されている。受光素子６２６は第１の受信光と結合し、受光素子６２８は第２の受信光と結合する。
【００５３】
本実施形態では、誘電体多層膜フィルタ６４０を、三層の構造とする。誘電体多層膜フィルタ６４０の第１の面６４２は、第２の受信光を反射し、第１の受信光、送信光を透過させる機能をもつ膜を備える。第２の面６４４は、受信光１を反射し、送信光を透過させる機能をもつ膜を備える。第３の面６４６は、送信光を反射させる機能をもつ膜を備える。これにより、３種類の波長の光が、パッケージのそれぞれ異なる点で結像することになるため、発光素子６２０、受光素子６２６、６２８を一つのパッケージの中に搭載することができる。一つのパッケージで、３種類の波長の合分波を実現することができる構成になっている。
【００５４】
つまり、換言すれば、誘電体多層膜フィルタ６４０を、第１の層（第１の面の膜）、第１の基板、第２の層（第２の面の膜）、第２の基板、第３の層（第３の面の膜）とが順次積層されてなり、２枚の基板を介して三種類の膜が重なるように位置する構造とする。上述した本実施形態にかかる第２の面は、第１の基板と第２の基板との境界面に相当している。
【００５５】
実施の形態７．
実施の形態７では、実施の形態８の結合用のレンズに、安価な球レンズを使用することとする。これにより、部品コストの低減を図ることできる。球レンズの欠点である球面収差に関しては、屈折率の高いガラスを使うことで、送信の結合効率は、２５％以上を実現できる。送信光の出力パワーに余力のあるFTTHの加入者系終端装置には、十分の性能である。
【００５６】
実施の形態８．
図１５は実施の形態８にかかる光送受信モジュール８１０の構成を説明するための図である。光送受信モジュール８１０では、結合のためのレンズ８３０が非球面レンズになっていることを特徴とする。球レンズは、安価であるが、長い焦点距離を得ようとすると、球面収差の影響から、結合効率が低下する問題がある。また、収差とモード結合倍率のトレードオフの関係から、送信光の結合効率は、高々２０％〜３５％である。
【００５７】
非球面レンズは、球面収差を補正する機能をもっているため、送信光を５０%以上の効率で結合させることが可能となる。それと同時に、長い焦点距離のレンズを使用することができるため、バックフォーカス（レンズ端面から光ファイバまでの距離）を大きくすることができる。バックフォーカスに余裕があるため、図１５に示すようなアイソレータ８７０を挿入することが可能となる。高い結合効率とアイソレータ８７０の挿入が可能になる本構成は、加入者終端装置のみならず、局舎の終端装置内の光送受信モジュールへの応用も可能となる。
【００５８】
実施の形態９．
本実施形態では、図１５における実施の形態８のアイソレータを、より好適な形態とする。つまり、実施の形態９では、図１５の光送受信モジュールに、アイソレータ８７０に代えて、以下説明するアイソレータを適用する。よって、図１５と重複する構成については説明を省略し、本実施形態の特徴点であるアイソレータの構成に関してのみ説明する。
【００５９】
本実施形態では、フィルタとファイバの間にファラデー回転子と二つの複屈折結晶を用いた偏光無依存型のアイソレータを実装する。この配置では、アイソレータを送信光、受信光がともに通過するため、偏光依存型アイソレータでは、受信光の偏光方向によっては、アイソレータを通過しない場合がある。よって、本実施の形態の配置では、偏光無依存型のアイソレータに限る。
【００６０】
図１６を用いて、本実施形態にかかる偏光無依存型のアイソレータの構造と機能について説明する。図１６に示す実線矢印および破線矢印は、偏光無依存型アイソレータを介して光ファイバ９５０とを結合する光を示している。実線矢印は、紙面の垂直方向の偏光、すなわち、紙面と垂直な方向に振動する光である。破線矢印は、紙面の平面方向の偏光、すなわち、紙面と平行な方向に振動する光である。なお、線のうち、点（●）を付した場合は紙面垂直方向に振動していることを、または上下矢印を付した場合は紙面平行方向振動していることを、それぞれ意味している。なお、発光素子９２０から複屈折結晶９０１までの間では、未だ偏光はなされていないため、点（●）と上下矢印の両方を付している。
【００６１】
図１６（ａ）は、発光素子から出射される送信光の経路を表している。発光素子９２０から光が発せられ、偏光無依存型アイソレータを介して、光ファイバ９５０に至る様子が示されている。二枚の複屈折結晶（複屈折結晶９０１、９０２）とファラデー回転子９０３の効果で、発光素子側からくる二つの偏光成分が分離される。一般に、光通信モジュールにおける発光素子は、一つの偏光方向（図中では、紙面垂直方向）に限定されているため、一つの偏光方向の光のみが結合するように、ファイバの位置を決定すればよい。
【００６２】
図１６（ｂ）は、光ファイバ９５０からの送信光の戻り光の経路について示した。戻り光の偏光方向はランダムであるが、紙面垂直方向と平行方向いずれの偏光も、複屈折結晶とファラデー回転子を通過すると、発光素子の出射点からずれた位置に戻る。発光素子９２０のスポットサイズｄｈは１μｍ程度と十分小さい。このため、当該位置ずれ量をスポットサイズよりも十分大きくすれば、送信光の戻り光は発光素子９２０に結合しなくなる。このように、アイソレータの機能が発揮されることとなる。
【００６３】
アイソレータを通過する受信光も、ランダムな偏光をもち、送信光と同様の経路をたどる。ところが、受光素子の受光面９２６は２０μｍ〜８０μｍ程度であり、発光素子のスポットサイズと比較して十分大きい。このため、ビームのずれ量が受光面９２６のサイズｄｊよりも十分小さければ、受信光は受光素子に結合する（図１６（ｃ）。そこで本実施形態では、逆方向に伝播する二つの偏光のずれ量が、発光素子のスポットサイズ以上で、かつ受光素子の受光面の直径よりも小さくなるように、偏光無依存型のアイソレータを構成する。このようにすることで、受信光の結合に影響を与えず、送信光のアイソレータとして機能させることができる。
【００６４】
実施の形態１０．
図１７は、実施の形態１０の光送受信モジュール１０１０の構成を説明するための図である。本実施の形態では、第１の面と第２の面が非平行の誘電体多層膜フィルタ（以下、「楔型フィルタ」とも呼称する）１０４０を用いる。本実施の形態の特徴は、楔型フィルタ１０４０を使うことで、送信光と受信光の角度を変えることができることである。なお、符号１０６２はステムを、符号１０２０は発光素子を、符号１０２６は受光素子を、それぞれ指している。
【００６５】
第１の面と第２の面との角度θ２を変えることで、送信光、受信光がレンズ１０３０を通過する位置が変化する。従って、角度θ２を適切に定めることにより、送信光、受信光をともにレンズ１３０の中心を通過させることができる。これにより、実施の形態１〜８と比較して、本構成では、球レンズであるレンズ１０３０のコマ収差の影響を最小にすることができ、結合効率の劣化を防ぐことができる。また、角度θ２を変えることで、発光素子１０２０と受光素子１０２６の分離距離を離すことができ、クロストークの削減、素子実装時のクリアランスを大きくすることができる。
【００６６】
また、本実施形態にかかる楔型フィルタによれば、第１、２の面の角度θ２を調整することにより、更なる設計自由度の増加が可能となる。図１８は、実施の形態１０にかかる思想を用いることにより、設計自由度が増加する効果を説明する図である。実施の形態１で述べたように、光ファイバ１１５０とレンズ１１３０の間にフィルタを配置することとすれば、発光素子１１２０に関する光学的距離（Ｌ１ｈ、Ｌ２ｈ）と受光素子１１２６に関する光学的距離（Ｌ１j、Ｌ２j）とが独立に設計可能となる。そして、光ファイバ１１５０の位置（図１８の紙面横方向の位置）や、フィルタの厚みｄを適宜調整することにより、光学的距離の調整を行うことができる。
【００６７】
実施の形態１０によれば、それらの制御パラメータに加え、角度θ２を変化させることによっても、光学的距離の制御を行うことができる。その結果、結合効率低下の防止、光素子の分離距離確保の効果とともに、設計自由度の増加も達成可能となるという、相乗的な効果を得ることができる。
【００６８】
なお、実施の形態１０では、第１、２の面を平坦面とした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。例えば、第１、２の面が完全に平坦面に構成されなくともよく、曲面を含むものとしてもよい。また、凹凸を含んでいてもよい。
【００６９】
また、実施の形態１０では、第１の面の光ファイバ１５０に対する角度が受信光が第１の面で反射されてレンズ１０３０の中心側を通る角度となるように、かつ、第２の面の光ファイバ１５０に対する角度が送信光が第２の面で反射されてレンズ１０３０の中心側を通る角度となるように、楔形フィルタ１０４０の角度θ２を定めた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、発光素子と受光素子との光学系の最適化の観点などから、第１、２の面の角度を適宜好適な値に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１の光モジュールの構成を説明する図である。
【図２】実施の形態１の光モジュールの光学系を説明する図である。
【図３】実施の形態１の光モジュールにかかるフィルタの厚みｄ、フィルタ実装角度θ１、ｙ方向オフセットΔｙの関係を説明する図である。
【図４】実施の形態１の光モジュールにかかるフィルタの厚みｄ、フィルタ実装角度θ１、ｚ方向オフセットΔｚの関係を説明する図である。
【図５】実施の形態１に対する比較例の構成を説明する図である。
【図６】実施の形態１の光モジュールの構成を説明する図である。
【図７】実施の形態１に対する比較例の構成を説明する図である。
【図８】実施の形態１に対する比較例の構成を説明する図である。
【図９】実施の形態１の光モジュールの実装時の様子を、比較例とともに示す図である。
【図１０】実施の形態２の光モジュールの構成を説明する図である。
【図１１】実施の形態３の光モジュールの構成を説明する図である。
【図１２】実施の形態４の光モジュールの構成を説明する図である。
【図１３】実施の形態５の光モジュールの構成を説明する図である。
【図１４】実施の形態６の光モジュールの構成を説明する図である。
【図１５】実施の形態８の光モジュールの構成を説明する図である。
【図１６】実施の形態９の光モジュールの構成を説明する図である。
【図１７】実施の形態１０の光モジュールの構成を説明する図である。
【図１８】実施の形態１１の光モジュールの効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１１０  光送受信モジュール
２０、１２０  発光素子
２６、１２６  受光素子
３０、１３０  レンズ
４０、１４０  誘電体多層膜フィルタ
４２  第１の面
４４  第２の面
５０、５４、５６、５８、１５０  光ファイバ
７０  発光素子
７６  受光素子
８０  レンズ
９０  誘電体多層膜フィルタ
１１２  基板
１３２  金属キャップ
１６０  筐体
１６２  ステム
１６４  給電端子
【図１】
2009020360.tif 000003
【図２】
2009020360.tif 000004
【図３】
2009020360.tif 000005
【図４】
2009020360.tif 000006
【図５】
2009020360.tif 000007
【図６】
2009020360.tif 000008
【図７】
2009020360.tif 000009
【図８】
2009020360.tif 000010
【図９】
2009020360.tif 000011
【図１０】
2009020360.tif 000012
【図１１】
2009020360.tif 000013
【図１２】
2009020360.tif 000014
【図１３】
2009020360.tif 000015
【図１４】
2009020360.tif 000016
【図１５】
2009020360.tif 000017
【図１６】
2009020360.tif 000018
【図１７】
2009020360.tif 000019
【図１８】
2009020360.tif 000020