(57)【要約】【課題】  ＷＤＭ用伝送用の低コストで小型のアレイ型タップフォトダイオードモジュールを提供すること。【解決手段】  上記の目的を達成するために本発明に係わるアレイ型タップフォトダイオードモジュールは複数の隣接させた入出力光ファイバ対を光学的クロストークが無視できるピッチでファイバアレイ化したこと、光ファイバアレイ、レンズアレイ、ビームスプリッタバー、ＰＤ素子面上でＰＤ受光径より小さくなるようにレンズのパラメータを最適化した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の光ファイバのクラッドの間隔がほぼ零になるように並べられた１対の光ファイバペアが一定の間隔でｎ対（ｎは２以上の整数）配列された光ファイバアレイの１対の光ファイバの出射端面をｎ個のレンズを有するレンズアレイの一つのレンズの中心軸に対し互いに対称の位置に調整し該１対の第１の光ファイバから出射した光を該レンズでコリメートし所定の反射率を持つビームスプリッタで反射光と透過光に分岐し透過光をｎ個のフォトダイオードアレイの一つに導き反射光を該レンズで第２の光ファイバに集光することを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいて、レンズでコリメートされる透過光の受光素子上のビームの直径が受光素子の有効受光直径よりも小さくなるようにアレイコリメータのパラメータすなわち、光ファイバ端面とレンズの距離、レンズの焦点距離、レンズの有効直径およびレンズから受光素子までの距離の関係を設定したアレイ型タップフォトダイオードモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいて、予め光ファイバアレイとレンズアレイを位置調整してアレイ型ファイバコリメータを製作した後で該ｎ個の出力光ファイバの出力をモニターしながらビームスプリッタの位置を３次元的に調芯した後で固定し、その後にｎ個のフォトダイオードにｎ個のビームが結合するようにＰＤアレイの位置を調芯することを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のアレイ型タップフォトダイオードアレイにおいて、隣接する１対の光ファイバの配列方向がレンズアレイおよびフォトダイオードアレイの配列方向と同じであることを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードアレイ。
【請求項５】
請求項１または２に記載のアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいて、隣接する１対の光ファイバの配列方向がレンズアレイおよびフォトダイオードアレイの配列方向と直交することを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュール。
【請求項６】
請求項１または２に記載のアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいて、隣接する１対の光ファイバペアの周期が概略０．５ｍｍ以上であることを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュール。
【請求項７】
２本の光ファイバのクラッドの間隔がほぼ零になるように並べられた１対の光ファイバペアが一定の間隔でｎ対（ｎは２以上の整数）配列された光ファイバアレイにおいて、光ファイバペアを構成する２本の光ファイバの中心線間の距離と隣り合った２つの光ファイバペアの中心線間の距離が異なることを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はアレイ型タップフォトダイオードモジュール（以下、ＡＴＰＤＭと略す）およびその製造方法に関し、さらに詳述すれば、ＷＤＭ伝送用の合分波器や可変光減衰器などに使用される小型で低価格の多チャンネルＡＴＰＤＭおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  インターネットの急速な普及が２０００年以降継続している。年率増加率はほぼ２倍で今後１０年間で約１，０００倍の伝送容量が必要になるといわれている。このような将来のトラフィックの増大に対応するためＷＤＭ伝送システムの波長チャンネルの高密度化が進められている。高密度ＷＤＭすなわちＤＷＤＭシステムではＡＷＧという光導波路型合分波器が使用される。ＤＷＤＭでは多チャンネルを一括して増幅するエルビュームドープ光ファイバアンプ（以下、ＥＤＦＡと略す）が使われている。ＥＤＦＡを用いた光伝送システムは既存の光ケーブルを使って少ない中継器数で経済的に大容量化できるので、現在幹線系、海底光伝送系で広く普及している。ＥＤＦＡは一般にゲインの波長特性がある。ＷＤＭ伝送で各チャンネルの信号電力の不揃いがあればそれがアンプで増幅され不揃いが増幅される。その結果、受信部でＳ／Ｎの不揃いになり十分なシステムマージンを確保できなくなる。従ってＷＤＭ信号を分波するＡＷＧにおいては分波後の各波長チャンネルの信号レベルをモニターするデバイス、すなわちタップＰＤ（フォトダイオード）モジュールが多数個必要となる。【０００３】  一般に伝送路中の光をモニターするためには所定の比率だけ信号を分岐（タップという）する必要がある。
従来のタップ方法は主として２芯のフェルールとレンズ、スプリッタ、フォトダイオードを用いたタイプが広く実用化されている。これを図６に示す。図６は１対の入出力光ファイバをレンズの中心に対し対称な位置に設置しビームスプリッタでタップ光と透過光に分岐してタップする２芯オフセット方法である。図６の方式は外径が３ｍｍから５ｍｍと比較的小型にできるので現在はこの方式のタップＰＤモジュールがＤＷＤＭシステムのＡＷＧやＥＤＦＡの中で波長チャンネル数だけ使用されている。【０００４】  しかしながら図６で示される従来のタップＰＤモジュールは、外径が３ｍｍないし５ｍｍであるので、チャンネル数が４０チャンネルの場合にはそのまま収納すると幅で１２０ｍｍないし２００ｍｍのスペースが必要となる。その上８０本の入出力光ファイバをＡＷＧや可変光減衰器とともに基板上に収納し敷設する作業が必要となりその実装コストが無視できない。またＡＷＧなどの導波路型部品は、コアとクラッドの屈折率差を大きくすることで小サイズ化が可能になっているが、併用するタップＰＤモジュールが小型にならないと分波モジュールとして小型にならないという問題点があった。【０００５】  以上のような背景からアレイ型のタップフォトダイオードモジュールが永らく望まれてきた。しかし、アレイ型の場合にはモジュール内のチャンネル間の光の干渉によるクロストークや多チャンネルを同時に光結合を取る必要があることなどの問題点があり、これまで実用化されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を解決し、小型で低コストのＷＤＭ伝送用のアレイ型タップフォトダイオードモジュールおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記の目的を達成するために、本発明に係わるアレイ型タップフォトダイオードモジュールでは、複数の隣接させた入出力光ファイバ対を光学的クロストークが無視できるピッチでファイバアレイ化したこと、光ファイバアレイ、レンズアレイ、ビームスプリッタ、ＰＤアレイを調芯固定する方法を最適化し、レンズアレイでコリメートされたビームがＰＤ素子面上でＰＤ受光径より小さくなるようにレンズのパラメータを最適化している。【０００８】  以下、本発明をさらに具体的に説明する。
本発明の例としての第１の発明（以下、発明１という）によるアレイ型タップフォトダイオードモジュールは、２本の光ファイバのクラッドの間隔がほぼ零になるように並べられた１対の光ファイバペアが一定の間隔でｎ対（ｎは２以上の整数）配列された光ファイバアレイの１対の光ファイバの出射端面をｎ個のレンズを有するレンズアレイの一つのレンズの中心軸に対し互いに対称の位置に調整し該１対の第１の光ファイバから出射した光を該レンズでコリメートし所定の反射率を持つビームスプリッタバーで反射光と透過光に分岐し透過光をｎ個のフォトダイオードアレイの一つに導き反射光を該レンズで第２の光ファイバに集光することを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュールである。【０００９】  本発明の例としての前記発明１を展開した第２の発明（以下、発明２という）によるアレイ型タップフォトダイオードモジュールは、発明１に記載のアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいて、レンズでコリメートされる透過光の受光素子上のビームの直径が受光素子の有効受光直径よりも小さくなるようにアレイコリメータのパラメータすなわち、光ファイバ端面とレンズの距離、レンズの焦点距離、レンズの有効直径およびレンズから受光素子までの距離の関係を設定したアレイ型タップフォトダイオードモジュールである。【００１０】  本発明の例としての前記発明１を展開した第３の発明（発明３という）によるアレイ型タップフォトダイオードモジュールの製造方法は、発明１に記載のアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいて、予め光ファイバアレイとレンズアレイを位置調整してアレイ型ファイバコリメータを製作した後で該ｎ個の出力光ファイバの出力をモニターしながらビームスプリッタの位置を３次元的に調芯した後で固定し、その後にｎ個のフォトダイオードにｎ個のビームが結合するようにＰＤアレイの位置を調芯することを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュールの製造方法である。【００１１】  本発明の例としての前記発明１または２を展開した第４の発明（発明４という）によるアレイ型タップフォトダイオードモジュールは、発明１または２に記載のアレイ型タップフォトダイオードアレイにおいて、隣接する１対の光ファイバの配列方向がレンズアレイおよびフォトダイオードアレイの配列方向と同じであることを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードアレイである。【００１２】  本発明の例としての前記発明１または２を展開した第５の発明（発明５という）によるアレイ型タップフォトダイオードモジュールは、発明１または２に記載のアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいて、隣接する１対の光ファイバの配列方向がレンズアレイおよびフォトダイオードアレイの配列方向と直交することを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュールである。【００１３】  本発明の例としての前記発明１または２を展開した第６の発明（発明６という）によるアレイ型タップフォトダイオードモジュールは、発明１または２に記載のアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいて、隣接する１対の光ファイバペアの周期が概略０．５ｍｍ以上であることを特徴とするアレイ型タップフォトダイオー��モジュールである。【００１４】  本発明の例としての第７の発明（発明７という）によるアレイ型タップフォトダイオードモジュールは、２本の光ファイバのクラッドの間隔がほぼ零になるように並べられた１対の光ファイバペアが一定の間隔でｎ対（ｎは２以上の整数）配列された光ファイバアレイにおいて、光ファイバペアを構成する２本の光ファイバの中心線間の距離と隣り合った２つの光ファイバペアの中心線間の距離が異なることを特徴とするアレイ型タップフォトダイオードモジュールである。
【発明の効果】
【００１５】  以上説明したように、本発明のアレイ型タップフォトダイオードモジュールは小型で低コストであるという特徴を有している。特に多チャンネルになるほどチャンネル当たりの実装コストが下がるという特徴がある。またＡＷＧやＥＤＦＡ内に実装する際にテープファイバが使用できるため実装コストを大幅に下げることができる。その結果、ＡＷＧやＥＤＦＡを用いるＷＤＭ伝送システムに適用されれば、長距離・大容量伝送や次世代のアクセス系の経済化に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  以下、図を用いて本発明の例としてのアレイ型タップフォトダイオードモジュールの基本構造および製造方法の実施例を説明する。
図１は本発明のの例としてのアレイ型タップフォトダイオードモジュール２０の全体構成を示す図である。図１の１６芯の光ファイバ１は光ファイバアレイ２に装着されている。光ファイバアレイ２の端面は８度研磨されており、端面には空気に対するＡＲコートが施されている。
光ファイバアレイ２の光ファイバ端面側から見た正面図を後述の図４に示す。光ファイバアレイ２はモジュールのベース８に固定する。レンズアレイ３は光ファイバアレイ２の８芯の入射光ファイバからのビームアレイが所定の方向に向くように相対位置が調芯される。その結果アレイ型のコリメータ９が構成される。
その後、レンズアレイ３もモジュールのベース８に固定される。レンズアレイ３の両面にも空気に対するＡＲコートが施されている。【００１７】  次に、ビームスプリッタバー４の向きと位置を８芯の出射光ファイバの出力パワーをモニターしながら挿入損失が低くかつばらつきが少なくなるように調芯しモジュールのベース８に固定する。ここで、ビームスプリッタバーは透過率が１０％のタイプを用いた。入射光ファイバの出力を基準とした場合の出射光ファイバの挿入損失は１．１ｄＢから１．３ｄＢであった。【００１８】  その後、予めＰＤ搭載基板６にダイボンディング、ワイヤボンディングされたＰＤアレイ５に該ビームスプリッタを透過した８チャンネルのビームが８チャンネルのＰＤに結合するようにＰＤアレイ５の位置を調整しモジュールのベース８に固定する。ここでＰＤ搭載基板６は、リードフレームつきのモールドパッケージであり、８個のＰＤの電極はリードフレームつきのモールドパッケージで、１．２７ｍｍのピッチで並ぶ電気端子７の所定の端子に接続されている。なお本実施例に用いたＰＤアレイは電極の周りにリング状の溝が設けられＰＤアレイ内部のＩｎＰ基板層を漏れこむビームを抑圧したいわゆる電気的クロストーク対策型ＰＤアレイである。【００１９】  図２に本発明の例としてのアレイ型タップフォトダイオードモジュールに使用した光ファイバアレイとレンズの断面図を示す。符号１−１〜１−１６は光ファイバアレイ２を構成する光ファイバで、光ファイバ１−１と１−２，１−３と１−４，１−５と１−６，１−７と１−８，１−９と１−１０，１−１１と１−１２，１−１３と１−１４，１−１５と１−１６はそれぞれ該２本の光ファイバのクラッドの間隔がほぼ零あるいは零に近い間隔の光ファイバペアを形成しており、各光ファイバペア同志は光ファイバペアを形成している２本の光ファイバの中心線の距離とは異なりこれより広い間隔（ピッチ）で配置されている。【００２０】  好適な実施例を説明する。光ファイバアレイ２として１２７μｍピッチで隣接した２芯の光ファイバペアが５００μｍのピッチで８対アレイ化されたものを用いた。１対の光ファイバペアを構成する光ファイバ１−１と１−２はそれぞれの中心線間距離が１２７μｍ、その隣の１対の光ファイバペアを構成する光ファイバ１−３と１−４もそれぞれの中心線間距離が１２７μｍで対を構成しており、その隣の１対の光ファイバペアを構成する光ファイバ１−５と１−６もそれぞれの中心線間距離が１２７μｍで対を構成しているというように、各対の光ファイバペアを構成する１対の光ファイバは１２７μｍピッチで隣接して配置されている。そして、対を構成する光ファイバペア１−１，１−２の中心線と同じ位置になるレンズ３−１の中心線１０−１とその隣の光ファイバペア１−３，１−４の中心線と同じ位置になるレンズ３−２の中心線１０−２の間の距離は５００μｍで、光ファイバペア１−３，１−４の中心線と同じ位置になるレンズ３−２の中心線１０−２とその隣の光ファイバペア１−５，１−６の中心線と同じ位置になるレンズ３−３の中心線１０−３の間の距離も５００μｍというように、各光ファイバペアの中心線の間隔とレンズ３−１〜３−８の中心線１０−１〜１０−８の間隔がいずれも５００μｍになるように各光ファイバペアが配置されている。レンズアレイの各レンズ３−１〜３−８のピッチはそれぞれ５００μｍになっている。このように、光ファイバアレイとしては不等ピッチ型になっている。【００２１】  図３に等ピッチ光ファイバアレイ２ａとレンズアレイ３ａを用いた場合の断面図を示す。光ファイバ１−２１と１−２２，１−２３と１−２４，・・・１−３５と１−３６はそれぞれ光ファイバペアを構成しており、各光ファイバペアは図示のようにレンズ３−１１，３−１２，・・・３−１８と対応して配置されている。
この場合にはレンズのピッチは０．２５ｍｍである。本発明の前に本構造を実施したが、０．２５ｍｍピッチで並ぶＰＤに他のチャンネルからの光が漏れこむ光学的クロストークが−２５ｄＢ程度しかとれないという結果になった。この実験で０．５ｍｍ以上離れたＰＤへの光学的クロストークは認められないことから、本発明の実施の形態例におけるアレイ型タップフォトダイオードモジュールにおいては、レンズアレイ、ＰＤアレイのピッチを０．５ｍｍとした。なおＰＤの受光直径は暗電流も考慮し８０μｍとした。
実験の結果クロストーク−４０ｄＢという良好な値が得られた。【００２２】  図４に本発明に用いた光ファイバアレイ２の正面図を示す。図２で説明した光ファイバアレイ２は、図４に示すように、光ファイバ１−１〜１−１６を各Ｖ溝に保持したガラス製Ｖ溝ブロック１２とそれに対向配置された基板１３を有している。光ファイバ１−１〜１−１６はそれぞれＶ溝ブロック１２に形成されているＶ溝１２−１〜１２−１６に１本ずつ収納され、Ｖ溝ブロック１２とそれに対向配置された基板１３とによって挟持され、各光ファイバの位置を確認され、図示していない接着剤によって固定される。【００２３】  各光ファイバは、その収納されているＶ溝の２つの辺と光ファイバに当接する基板１３とによって、３点支持の状態で保持され、位置決めされて固定される。【００２４】  図４の光ファイバのピッチは、各光ファイバペアを構成する各２本の光ファイバの中心線間の距離と隣り合った光ファイバペア同志の中心線間の距離が異なっている不等ピッチ型ファイバアレイである。【００２５】  本発明の実施例に用いたレンズの仕様は以下のごとくである。
材料：シリコン
レンズの外径：０．３６ｍｍ
有効レンズ径：０．２９ｍｍ
焦点距離：０．３２ｍｍ
アレイピッチ：０．５±０．０００５ｍｍ
基板厚さ：１ｍｍ
この結果コリメートされたビームの外径はおよそ６０μｍとなり現行タップモジュールで使用されているＰＤへの集光用レンズアレイが不要となった。これにより材料費の削減を計ることができた。【００２６】  図５に本発明のアレイ型タップフォトダイオードモジュールに使用した他の例としての光ファイバアレイ２ｂの正面図を示す。光ファイバアレイ２ｂでは、光ファイバを１本保持することができるＶ溝１２ａ−１〜１２ａ−８を有するガラス製のＶ溝ブロック１２ａと光ファイバを１本保持することができるＶ溝１２ｂ−１〜１２ｂ−８を有するガラス製のＶ溝ブロック１２ｂとを、Ｖ溝１２ａ−１と１２ｂ−１，１２ａ−２と１２ｂ−２，１２ａ−３と１２ｂ−３，・・・１２ａ−８と１２ｂ−８がそれぞれ対向して、該対向した２つのＶ溝に光ファイバペアの２本の光ファイバを対向するＶ溝の頂点方向に密着して配列させ保持するように対向配置している。図からわかるように、Ｖ溝１２ａ−１と１２ｂ−１には光ファイバ１−４２と１−４１が、Ｖ溝１２ａ−２と１２ｂ−２には光ファイバ１−４４と１−４３が、Ｖ溝１２ａ−３と１２ｂ−３には光ファイバ１−４６と１−４５が、・・・Ｖ溝１２ａ−８と１２ｂ−８には光ファイバ１−４６と１−４５がそれぞれ互いに密着して保持されている。【００２７】  この場合には光ファイバの間隔が必然的に光ファイバの外径になる。図５の光ファイバアレイ２ｂは図４に示す光ファイバアレイ２に対し入射ビームのビームスプリッタにおける反射方向がＰＤアレイの方向と直交するので光学的クロストークが低減できるというメリットはあるが上段と下段の各８芯の光ファイバアレイ同志のアラインメント工数が増えるためコストアップとなる難点もある。【００２８】  本発明アレイ型タップフォトダイオードモジュールの組み立てにおいて光ファイバアレイ、レンズアレイ、ビームスプリッタはモジュールベース８に調芯後固定されているが固定方法としては接着剤あるいはＹＡＧレーザによる溶着固定の２通りがある。これらは要求される信頼性によってどちらの方法で固定するかが選択できる。なお本発明アレイ型タップフォトダイオードモジュールの実施例ではモジュールのベースにプラスティックのカバーを被せエポキシ樹脂で封止した。【００２９】  以上図を用いて本発明の実施の形態例を説明したが、本発明はこれに狭く限定されるものではなく、以上の説明から明かな本発明の技術思想に基づいて多くのバリエーションを可能としているものである。たとえば、光ファイバを保持するＶ溝の変わりにＶ溝の一部分をとった凹部や穴などを用いて光ファイバを保持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  以上説明したように本発明のアレイ型タップフォトダイオードモジュールは小型、低コストで、特に多チャンネルになるほどチャンネル当たりの実装コストが下がるという特徴があり、長距離・大容量伝送や次世代のアクセス系の経済化にも貢献できるなど、光通信に広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】  本発明のアレイ型タップフォトダイオードモジュールの全体構成図である。
【図２】  本発明の不等ピッチ光ファイバアレイとレンズの断面図である。
【図３】  等ピッチ光ファイバアレイとレンズを説明する断面図である。
【図４】  本発明の不等ピッチ光ファイバアレイの実施例の正面図である。
【図５】  本発明の不等ピッチ光ファイバアレイのもう一つの実施例の正面図である。
【図６】  従来の単チャンネル用タップモジュールの構成図である。
【符号の説明】
【００３２】  １，１−１〜１−１６，１−２１〜１−３６，１−４１〜１−５６，１ａ，１ｂ：光ファイバ
２：光ファイバアレイ
３：レンズアレイ
３−１〜３−８，３−１１〜３−１８：レンズ
４：ビームスプリッターバー
５：ＰＤアレイ
６：ＰＤ搭載基板
７：電気配線
８：モジュールベース
９：光ファイバアレイコリメータ
１０−１〜１０−８：レンズの中心線
１１−１〜１１−１６：光ファイバのコア中心
１２：ガラス製Ｖ溝ブロック
１２ａ−１〜１２ａ−８，１２ｂ−１〜１２ｂ−８：Ｖ溝
１３：Ｖ溝ブロックのカバー
１４：２芯フェルール
１５−１，１５−２：レンズ
１６：ビームスプリッタ
１７：フォトダイオード
【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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