(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一芯の光ファイバを伝送媒体として双方向に光通信を行なう光通信モジュールであって、送信光を発生させる発光素子と、前記送信光を前記光ファイバに結合させる送信光学系と、前記光ファイバから出射された受信光を受光する受光素子と、前記受信光を前記受光素子に結合させる受信光学系とを備える光通信モジュールにおいて、
前記光ファイバは、光が伝搬するコア部の端部の少なくとも一方がコア部の他の部分よりも拡大した拡大部を有すると共に、
前記拡大部を有する端部から前記光ファイバの光軸方向内向きに進むに従って、徐々に狭くなるテーパ部を有しており、
該拡大部を有する前記端部から出射された受信光を前記受光素子が受光するように、前記受信光学系を配置すると共に、
前記送信光の中心が前記拡大部を有する前記端部に結合する領域が前記拡大部に含まれるように前記発光素子および前記送信光学系を配置することを特徴とする光通信モジュール。
【請求項２】
前記送信光を前記光ファイバの端部に、その伝搬方向を内側に傾斜させて結合させるように、前記発光素子および前記送信光学系を配置することを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
【請求項３】
前記テーパ部は、前記光ファイバの光軸と該テーパ部とのなす角度が、前記光ファイバの開口数により規定される角度より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光通信モジュール。
【請求項４】
前記拡大部の端面は、中央部が凸面状であり、外周部が凹面状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光通信モジュール。
【請求項５】
一芯の光ファイバと、該光ファイバを伝送媒体として双方向に光通信を行なう光通信モジュールとの光学的結合構造において、
前記光ファイバは、光が伝搬するコア部の端部の少なくとも一方に、コア部の他の部分よりも拡大した拡大部を有していると共に、
前記拡大部を有する端部から前記光ファイバの光軸方向内向きに進むに従って、徐々に狭くなるテーパ部を有しており、
前記光通信モジュールは、前記光ファイバから出射された受信光を受光する受光素子と、前記受信光を前記受光素子に結合させる受信光学系とを備えており、
前記光ファイバにおける前記拡大部を有する前記端部から出射された受信光を受光するように、前記受光素子および前記受信光学系を配置すると共に、
前記光通信モジュールは、送信光を発生させる発光素子と、前記送信光を前記光ファイバの端部に結合させる送信光学系とを備えており、
前記光ファイバにおける前記拡大部を有する前記端部に前記送信光の中心が結合する領域が前記拡大部に含まれるように前記発光素子および前記送信光学系を配置することを特徴とする光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造。
【請求項６】
前記送信光の伝搬方向と前記光ファイバの光軸とのなす角度が、前記送信光が前記光ファイバに結合する前よりも結合した後の方が小さくなるように、前記光ファイバの端部の形状と、前記送信光の前記光ファイバへの入射角度とを設定していることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造。
【請求項７】
前記送信光を前記光ファイバの端部に、その伝搬方向を内側に傾斜させて結合させるように、前記発光素子および前記送信光学系を配置することを特徴とする請求項５または６に記載の光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造。
【請求項８】
前記テーパ部は、前記光ファイバの光軸と該テーパ部とのなす角度が、前記光ファイバの開口数により規定される角度より大きいことを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造。
【請求項９】
前記光ファイバのコア径を２ｒ、光ファイバの開口数をＮＡとすると、前記テーパ部の長さＬがＬ＜ｒ／ＮＡを満足するように、前記テーパ部が形成されていることを特徴とする請求項５乃至８の何れか１項に記載の光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造。
【請求項１０】
前記光ファイバにおいて前記拡大部を有する端部は、周囲の前記拡大部が凹部形状であり、中央部が凸面状であることを特徴とする請求項５乃至９の何れか１項に記載の光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアが一芯である光ファイバを伝送媒体として光信号を双方向に送受信できる光通信モジュールと、光通信リンクに用いることができるように一芯光ファイバおよび双方向光通信モジュールが光学的に結合した構造（以下、光学的結合構造と表記する。）とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、光通信リンクの概略構成を示している。光通信リンク３は、送信すべきデータ信号に基づき変調された変調光を伝送するための光ファイバ２と、光ファイバ２の両端に光学的に結合するように、それぞれ接続された光通信モジュール１・１とを備えている。
【０００３】
光通信リンク３は、その通信形態により幾つかの種類に分別できる。大きく分けると、（１）光ファイバ２が単数（一芯）である場合と複数である場合、（２）信号を双方向に通信する場合と片方向に通信する場合、（３）信号を同時に（全二重）通信する場合と半二重で通信する場合等があり、例えば一芯全二重通信方式のように、これらを組み合わせた方式により光通信が行われている。
【０００４】
ところで、特開昭６１−６５２０８号公報（公開日：昭和６１年（１９８６）４月３日）や特開平８−２３４０６０号公報（公開日：平成８年（１９９６）９月１３日）には、光ファイバの端面を拡大することにより送信光と光ファイバとの結合効率（送信効率）を改善する方法が開示されている。
【０００５】
すなわち、光ファイバの端面を拡大させることにより、石英光ファイバのようにコア径が小さい光ファイバでも送信光を容易に高効率で結合させることが可能となり、位置ずれに対するトレランス特性を改善することができる。
【０００６】
なお、これらの公報に開示されている内容は、光ファイバと発光素子との結合方法の改善のみであり、受信効率の改善方法や、一芯全二重方式に対応させる構造、特に、高効率で送受信光の分離を行い、かつ、送受信光の混信を防止する方法については開示されていない。
【０００７】
従来より、複数の光ファイバを用いた全二重通信方式では、光通信モジュールの小型化が困難であることや、伝送距離が長くなるに伴い光ファイバのコストが高くなるという問題があった。このため、一芯の光ファイバを用いて、同一波長の光で同時に送受信できる一芯全二重方式の光通信モジュールが提案されている。
【０００８】
特に、近年のプラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦと表記する。）の低損失化および広帯域化に伴い、家庭内通信や電子機器間通信への応用が進んでいる。ＰＯＦは、コア径が約１ｍｍと大口径であるため、光通信モジュールとの結合が容易である。このため、ＰＯＦを用いることにより、ＰＯＦと光通信モジュールとを簡易に抜き差しすることができ、ユーザーフレンドリーな光通信リンクを得ることができる。
【０００９】
また、一芯の光ファイバにより同一波長の光源で全二重通信を行なう光通信モジュールにおいては、送信光と受信光との混信を防止することが重要となる。受信光に送信光が混信する原因としては、以下のようなものがある。
【００１０】
（１）送信光が光ファイバに入射する時に光ファイバ端面で反射する場合（以下、近端反射と表記する。）
（２）光通信モジュール内での内部散乱光等によるもの（以下、内乱光と表記する。）
（３）通信相手の光通信モジュールで反射する場合（以下、相手モジュール反射と表記する。）
（４）光ファイバを伝播した送信光が光ファイバより出射する時に光ファイバ端面で反射する場合（以下、遠端反射と表記する。）
また、その他に（５）電気的な混信も問題となる。
【００１１】
また、光ファイバを伝送媒体とした光通信リンクにおいては、高いＳＮ比（Signal to Noise Ratio）を得るために、光ファイバから出射される受信光を高効率で受光素子に結合させることが重要となる。
【００１２】
従来提案されている一芯全二重通信用光通信モジュールとしては、例えば、特開平１０−１５３７２０号公報（公開日：平成１０年（１９９８）６月９日）に開示されているように、偏光分離素子を用いて送受信光を分離する方法が挙げられる。
【００１３】
すなわち、光ファイバを伝播してきた受信光は伝播途中で偏光方向がランダムとなっているのに対し、光ファイバ端面で反射された送信光（近端反射）は偏光方向が同一である。このため、この偏光を有する光のみを反射する偏光分離素子を光ファイバと受光素子との間に配置することにより近端反射による混信を防止することができる。
【００１４】
しかし、この方法では、受信光の約半分が偏光分離素子により反射されるため、約３ｄＢの受信損失が生じてしまい、受信光を効率的に利用することができない。また、偏光した光を送信光として利用するため、発光素子として安価な発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することが困難である。
【００１５】
このため、特開平１１−２７２１７号公報（公開日：平成１１年（１９９９）１月２９日）や特開平１１−３５２３６４号公報（公開日：平成１１年（１９９９）１２月２４日）には、送信光を光ファイバの中心からずれた位置に入射させ、光ファイバのその他の領域から出射される受信光を受光する方法が開示されている。この方法について、図１２および図１３を用いて説明する。
【００１６】
発光素子１０４から出射された送信光１２１は、送信レンズ１０６で集光され、立上げミラー１０７で反射されて、光ファイバ１０２の端面１０８において光軸中心からずれた位置に入射される。一方、光ファイバ１０２の端面１０８から出射された受信光１２２は受光素子１０５に結合する。
【００１７】
図１３は、光ファイバ１０２の端面１０８での送信光１２１の結合位置と受信領域との関係を示している。送信光１２１を光ファイバ１０２の中心からずれた位置に入射する方法では、一芯の光ファイバ１０２の端面を送信光１２１が入射する送信領域と、受信領域とに空間的に分離することで一芯全二重通信を実現している。
【００１８】
この方法では、受信領域を送信領域よりも大きくすることにより、偏光分離素子を用いた方法で生じる約３ｄＢの損失よりも少ない損失で送受信光の分離を行なうことができ、これにより、受信効率を向上させることができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、送信光１２１を光ファイバ１０２に結合させるためには、当然ながら、光ファイバ１０２の端面のコア径内に送信光１２１を入射させる必要があり、また、光ファイバ１０２自身の軸ずれによる公差や光通信モジュールの組立て公差を考慮すると、光ファイバ１０２の外周部からこれらの公差分のマージンを持たせた位置に送信光１２１を入射させる必要がある。
【００２０】
このため、受信領域を十分に大きくすることが困難であるから、受信効率を十分に向上させることが困難であるという問題があった。更に、通信速度が速くなると通信帯域が広がり、受信回路の帯域増加により電気的ノイズが増加するから、ＳＮ比を維持するためには、より高い受信効率が要求されるようになっている。
【００２１】
本発明は、これらの課題を鑑みてなされたもので、その目的は、高い受信効率を得ることができる一芯光ファイバと双方向光通信モジュールとの光学的結合構造を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る光通信モジュールは、一芯の光ファイバを伝送媒体として双方向に光通信を行なう光通信モジュールであって、前記光ファイバから出射された受信光を受光する受光素子と、前記受信光を前記受光素子に結合させる受信光学系とを備える光通信モジュールにおいて、前記光ファイバは、光が伝搬するコア部の端部の少なくとも一方がコア部の他の部分よりも拡大した拡大部を有すると共に、前記拡大部を有する端部から前記光ファイバの光軸方向内向きに進むに従って、徐々に狭くなるテーパ部を有しており、該拡大部を有する前記端部から出射された受信光を前記受光素子が受光するように、前記受信光学系を配置すると共に、前記送信光の中心が前記拡大部を有する前記端部に結合する領域が前記拡大部に含まれるように前記発光素子および前記送信光学系を配置することを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によると、光ファイバの端部は、拡大部を有することにより、受信光を出射する領域が拡大される。これにともない、端部の単位面積当たりから出射される受信光の強度が低下する。
【００２４】
また、光ファイバの端部が拡大部を有しても、前記端部において送信光が結合する領域である送信光結合領域の大きさを変える必要はない。
【００２５】
したがって、前記端部の送信光結合領域から出射される受信光の強度が低下するので、該領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を抑えることができ、すなわち、受信効率を向上させることができる。
【００２６】
なお、端部の拡大部から出射された受信光も受光することにより、従来よりも受信効率が向上しさえすれば、前記端部において、前記送信光が結合する領域以外の領域から出射された受信光の一部のみを受光素子に結合してもよい。
【００２７】
さらに、光ファイバの端部は、拡大部を有することにより、送信光を結合することが可能な領域が拡大される。これにより、前記送信光結合領域を従来よりも外側に移動させることができる。
【００２８】
また、拡大部から出射される受信光は、コア部から出射される受信光よりも強度が著しく低い。したがって、前記送信光結合領域の中心が前記拡大部に含まれる場合には、前記送信光結合領域から出射される受信光の強度が著しく低下する。これにより、前記送信光結合領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を大幅に抑えることができ、すなわち、受信効率を大幅に向上させることができる。
【００２９】
さらに、本発明に係る光通信モジュールは、上記の構成において、前記送信光を前記光ファイバの端部に、その伝搬方向を内側に傾斜させて結合させるように、前記発光素子および前記送信光学系を配置することを特徴としている。
【００３０】
上記の構成によると、前記送信光を前記光ファイバの端部に、前記光ファイバの光軸に平行に結合させる場合に比べて、前記発光素子および前記送信光学系を前記光軸から離れた位置に配備することができる。これにより、前記受光素子および前記受信光学系を配置する自由度が向上する。
【００３１】
また、本発明に係る光通信モジュールでは、前記テーパ部は、前記光ファイバの光軸と該テーパ部とのなす角度が、前記光ファイバの開口数により規定される角度より大きくなるように形成されていることを特徴としている。
【００３２】
光ファイバでは、光の伝搬方向と前記光軸とのなす角度が、開口数によって規定される角度以下である光が伝搬することになる。このため、上記の構成によると、前記端部の拡大部は、伝搬する光が出射することのない領域が存在することになる。これにより、前記拡大部から出射される単位面積当たりの光量（光の強度）が減少することになる。
【００３３】
したがって、前述のように、前記送信光結合領域の中心が前記拡大部に含まれる場合には、前記送信光結合領域から出射される受信光の強度が確実に低下する。これにより、前記送信光結合領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を確実に抑えることができ、すなわち、受信効率を確実に向上させることができる。
【００３４】
また、本発明に係る光通信モジュールでは、前記光が伝搬するコア部の端部の少なくとも一方は、コア部の他の部分よりも拡大した拡大部を有しており、該拡大部の端面は、凹部形状であることを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によると、前記拡大部は、光軸方向内向きかつ径方向内向きの方向に傾斜していることになる。この場合、前記拡大部に前記送信光を入射すると、屈折後の送信光の伝搬方向と光軸とのなす角度は、前記拡大部が光軸に垂直な面である場合に比べて小さくなる。
【００３６】
ところで、光ファイバ内に光を伝搬するには、光の伝搬方向と光軸とのなす角度が、開口数によって規定される角度以下であることが必要である。したがって、本発明に係る光ファイバは、前記拡大部が光軸に垂直な面である場合に比べて、端部と結合する前の送信光の伝搬方向と前記光軸とのなす角度を大きくすることができる。その結果、光ファイバに送信光を入射するための発光素子および送信光学系を、従来よりも径方向外側に配置することができ、光通信を行なう光通信モジュールの各構成要素を配置する自由度が向上する。
【００３７】
さらに、本発明の光通信モジュールでは、上記の構成において、前記拡大部を有する端部は、中央部が凸面状であることを特徴としている。
【００３８】
上記の構成によると、前記端部から出射される受信光が集光されるから、受信光を受光素子に結合させる受信光学系のサイズを小さくすることができる。その結果、前記光通信モジュールにおいて、サイズを小型化し、各構成要素を配置する自由度が向上する。
【００３９】
また、本発明に係る光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造は、一芯の光ファイバと、該光ファイバを伝送媒体として双方向に光通信を行なう光通信モジュールとの光学的結合構造において、前記光ファイバは、光が伝搬するコア部の端部の少なくとも一方に、コア部の他の部分よりも拡大した拡大部を有していると共に、前記拡大部を有する端部から前記光ファイバの光軸方向内向きに進むに従って、徐々に狭くなるテーパ部を有しており、前記光通信モジュールは、前記光ファイバから出射された受信光を受光する受光素子と、前記受信光を前記受光素子に結合させる受信光学系とを備えており、前記光ファイバにおける前記拡大部を有する前記端部から出射された受信光を受光するように、前記受光素子および前記受信光学系を配置すると共に、前記光通信モジュールは、送信光を発生させる発光素子と、前記送信光を前記光ファイバの端部に結合させる送信光学系とを備えており、前記光ファイバにおける前記拡大部を有する前記端部に前記送信光の中心が結合する領域が前記拡大部に含まれるように前記発光素子および前記送信光学系を配置することを特徴としている。
【００４０】
上記の構成によると、光ファイバの端部は、拡大部を有することにより、受信光を出射する領域が拡大される。これにともない、端部の単位面積当たりから出射される受信光の強度が低下する。
【００４１】
また、光ファイバの端部が拡大部を有しても、前記端部において送信光が結合する領域である送信光結合領域の大きさを変える必要はない。
【００４２】
したがって、前記端部の送信光結合領域から出射される受信光の強度が低下するので、該領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を抑えることができ、すなわち、受信効率を向上させることができる。
【００４３】
また、上記の構成によると、光ファイバの端部は、拡大部を有することにより、送信光を結合することが可能な領域が拡大される。これにより、前記送信光結合領域を従来よりも外側に移動させることができる。
【００４４】
また、拡大部から出射される受信光は、コア部から出射される受信光よりも強度が著しく低い。したがって、前記送信光結合領域の中心が前記拡大部に含まれる場合には、前記送信光結合領域から出射される受信光の強度が著しく低下する。これにより、前記送信光結合領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を大幅に抑えることができ、すなわち、受信効率を大幅に向上させることができる。
【００４５】
さらに、本発明に係る光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造は、上記の構成において、前記送信光の伝搬方向と前記光ファイバの光軸とのなす角度が、前記送信光が前記光ファイバに結合する前よりも結合した後の方が小さくなるように、前記光ファイバの端部の形状と、前記送信光の前記光ファイバへの入射角度とを設定していることを特徴としている。
【００４６】
上記の構成によると、光ファイバに入射する送信光の開口数を小さくすることができることから、モード分散による帯域低減を少なくすることができる。また、送信光学系を光ファイバの光軸から離れた位置に配置することが可能となり、光学系を配置する自由度を向上させることができる。
【００４７】
さらに、本発明に係る光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造は、上記の構成において、前記送信光を前記光ファイバの端部に、その伝搬方向を内側に傾斜させて結合させるように、前記発光素子および前記送信光学系を配置することを特徴としている。
【００４８】
上記の構成によると、前記送信光を前記光ファイバの端部に、前記光ファイバの光軸に平行に結合させる場合に比べて、前記発光素子および前記送信光学系を前記光軸から離れた位置に配備することができる。これにより、前記受光素子および前記受信光学系を配置する自由度が向上し、受信効率の高い受信光学系を容易に配置することができる。
【００４９】
さらに、本発明に係る光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造は、上記の構成において、前記テーパ部は、前記光ファイバの光軸と該テーパ部とのなす角度が、前記光ファイバの開口数により規定される角度より大きいことを特徴としている。
【００５０】
上記の構成によると、前述のように、前記端部の拡大部は、伝搬する光が出射することのない領域が存在することになる。これにより、前記拡大部から出射される受信光の単位面積当たりの光量が減少することになる。
【００５１】
したがって、前記送信光結合領域が前記拡大部に含まれる場合には、前記送信光結合領域から出射される受信光の強度が確実に低下する。これにより、前記送信光結合領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を確実に抑えることができ、すなわち、受信効率を確実に向上させることができる。
【００５２】
さらに、本発明に係る光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造は、上記の構成において、前記光ファイバのコア径を２ｒ、光ファイバの開口数をＮＡとすると、前記テーパ部の長さＬがＬ＜ｒ／ＮＡを満足するように、前記テーパ部が形成されていることを特徴としている。
【００５３】
上記の構成によると、受信光が光ファイバの端面から広がって出射することを抑えることができ、受信光の集光が容易となる。
【００５４】
さらに、本発明に係る光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造は、上記の構成において、前記光ファイバにおいて前記拡大部を有する端部は、周囲の前記拡大部が凹部形状であり、中央部が凸面状であることを特徴としている。
【００５５】
上記の構成によると、凹部で送信光を屈折させることで、送信光を光ファイバのより径方向外側から結合させることができる。また、凸面部で光ファイバから出射される受信光が集光されるため、受信光学系の設計が容易となり、受信効率を向上させることができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について説明する前に、まず、本発明のもとになる実験について説明する。この実験では、光ファイバから出射された受信光に関して、光ファイバ端面の近傍における強度分布（ＮＦＰ：Near Field Pattern）が、光ファイバの端面形状により、どのように異なっているのかについて検討を行なった。この内容について図２に基づいて説明する。
【００５７】
一般に、ＰＯＦのようにコア径が大きい光ファイバ２から出射される受信光のＮＦＰは、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ２の中心部が最大となり光ファイバ２の外周部で最小となるが、外周部近傍（同図で「送信光入射位置」と記載した箇所）でも比較的強い光量が放射されている。
【００５８】
一方、図２（ａ）に示すように、光ファイバ２の端面を拡大した場合における受信光のＮＦＰは、図２（ｂ）に示すような拡大しない場合と比べて、光ファイバ２の中心部から出射される受信光の強度が最大となる点は同様であるが、受信光の強度が全体的に小さくなっていることと、光ファイバ２の外周部（拡大部２９）から出射される受信光の強度が著しく小さくなっていることとが判明した。
【００５９】
なお、厳密には、光ファイバ２からの出射光のＮＦＰは、コア径、開口数等の光ファイバ２自体の特性、拡大部２９の形状等によって左右されるものであるが、その詳細については後述する。
【００６０】
以上の検討から、光ファイバ２の端面を拡大することにより、受信光のＮＦＰが変化する現象を積極的に利用すると共に、光通信モジュールの送信・受信部の光学系、及び、光ファイバ２の端面形状を工夫することにより、高い受信効率を得ることができる一芯光ファイバと双方向光通信モジュールとの光学的結合構造を発明するに至った。
【００６１】
すなわち、従来の一芯光ファイバ対応の双方向光通信モジュールのように、光ファイバ２の端面が拡大されていない場合では、送信光の入射領域から出射される受信光は、図２（ｂ）に示すＮＦＰから分かるように、光量の比較的強い領域となっているため、受信光の損失が高くなっていた。
【００６２】
一方、図２（ａ）に示すように、本発明の一芯光ファイバと双方向光通信モジュールとの光学的結合構造では、光ファイバ２の端面を拡大し、その拡大部２９の近傍に送信光を入射させることを特徴としており、これにより受信光の損失を低く抑えることが可能となる。以下、具体的な構造について説明する。
【００６３】
〔実施の形態１〕
本発明に係る実施の一形態について、図３に基づいて説明する。図３は、本実施形態における光通信モジュールを示している。
【００６４】
光通信モジュール１は、データ信号に基づく変調光である送信光２１を生成する発光素子４と、光ファイバ２からの受信光２２を受光してデータ信号を生成する受光素子５と、発光素子４から出射される送信光２１を集光して光ファイバ２に結合させる送信レンズ（送信光学系）６と、光ファイバ２から出射される受信光２２を反射して受光素子５に結合させる反射ミラー（受信光学系）７とを有している。
【００６５】
送信レンズ６および反射ミラー７は、共に光学部材１０に形成されている。また、発光素子４は、ＳｉＣ等の放熱特性に優れたサブマウント１２上に配置されている。これらの構成部材は、ステム１３上に位置合わせされて配置されている。なお、ステム１３は、図示しない回路に電気的に接続されている。
【００６６】
光ファイバ２は、少なくとも一端が光ファイバプラグ２６に固着されており、光ファイバプラグ２６を、光通信モジュール１の一部であるレセプタクル２７の凹部に差し込むことにより、光ファイバ２と光通信モジュール１とが光学的に結合される。また、光ファイバ２の端部は、コア部２８より拡大された拡大部２９を有しており、拡大部２９は、光ファイバ２の径が、端面に近づくにつれて徐々に大きくなるテーパ部８を有している。
【００６７】
発光素子４により生成された送信光２１は、発光素子４の放射角にしたがって放射状に発散し、送信レンズ６で任意の開口数に変換されて集光され、光学部材１０を通過して、光ファイバ２に結合する。一方、光ファイバ２から出射される受信光２２の大半は、反射ミラー７により受光素子５の配置方向に反射されると共に、曲率を有する反射ミラー７により集光されて受光素子５に結合する。
【００６８】
前述したように、送信光２１と受信光２２とを光ファイバ２の端面付近で空間的に分離する場合では、光ファイバ２から出射される受信光２２のうち、送信光２１の入射位置から出射される受信光２２は、受光素子５に結合しないことになる。
【００６９】
しかしながら、本実施形態では、送信光２１の入射位置を光ファイバ２のより外周部としているので、送信光２１の入射位置から出射される受信光２２が少なくてすみ、これにより、受信光２２を効率良く受光素子５に結合することができる。したがって、送信光２１を、光ファイバ２における端部の拡大部２９に入射することにより、受信領域が拡大された、受信効率の高い光通信モジュール１を得ることができる。
【００７０】
光学部材１０は、送信光２１が出射する面に、光ファイバ２の光軸に対して傾斜したプリズム面１１を有しており、これにより、送信光２１を屈折させて光ファイバ２に入射させている。また、光学部材１０は、受信光２２が入射する面に反射ミラー７を有している。反射ミラー７の一部である遮光部（混信防止部材）９は、光ファイバ２に接触または近接させて配置されている。
【００７１】
なお、遮光部９は、図３では強調のために斜線で表しているが、実際には反射ミラー７の一部であり、反射ミラー７と区別されるものではない。また、反射ミラー７としては、アルミニウム等の薄膜を蒸着法等で形成したものが用いられる。
【００７２】
本発明に係る光通信モジュール１と光ファイバ２との光学的結合構造は、光ファイバ２の拡大部２９に送信光２１を結合させることにより、受光素子５が受光する受信光２２の受信領域を拡大することを特徴としている。以下、この結合方法について説明する。
【００７３】
一本の光ファイバ２により、空間的に送信光２１と受信光２２とを分離する場合では、前述したように、送信光２１が光ファイバ２の端面と結合する送信領域を小さくすることにより、受信領域を拡大することができ、利用できる受信光２２を増加させることができるため、受信効率の高い光通信モジュール１を得ることができる。
【００７４】
このためには、以下の４点が重要となる。
Ａ．送信領域と受信領域との分離比を受信領域がより大きくなるように設定する。
Ｂ．受信光２２の出射量が少ない領域に送信領域を設ける。
Ｃ．光ファイバ２の端面形状と送信光２１の光ファイバ２への入射方法とを最適化する。
Ｄ．送信光２１と受信光２２との分離を、両者の混信を防止し、かつ、低損失で行なう。
【００７５】
まず、「Ａ．送信領域と受信領域との分離比を受信領域がより大きくなるように設定する」方法について図１に基づいて説明する。
【００７６】
図１は、一芯光ファイバ２と光通信モジュール１との光学的結合構造における、光ファイバ２の端面での送信領域および受信領域を示しており、同図（ａ）は本発明に係る光学的結合構造に関し、同図（ｂ）は従来の光学的結合構造に関するものである。ここで、光ファイバ２として、例えば、コア径１ｍｍのＰＯＦを用いる場合を考える。
【００７７】
送信光２１は、光通信モジュール１の組立て精度や光ファイバ２の軸ずれ精度等を考慮すると、光ファイバ２の周縁から内側へ、ある程度のマージンを持たせた位置に入射される必要がある。例えば、送信光２１の位置ずれ公差を±100μｍとし、光ファイバ２の端面における送信光２１のスポット径を100μｍとした場合、送信光量の変動を少なくするには、送信光２１の中心は、図１（ｂ）に示すように、外周部の頂点から下方へ150μｍの位置に設定される必要がある。
【００７８】
また、送信光２１の反対方向へのずれ（図１（ｂ）の下方100μｍ）を考慮すると、受信領域は、同図（ｂ）に示すように、外周部の頂点から下方へ300μｍの位置よりも下の領域となる。すなわち、送信領域と受信領域との分割比は、径方向の長さの比で示すと３：７となる。
【００７９】
次に、本発明に従うように光ファイバ２を拡大し、その他の条件を同一とした場合の受信領域について、図１（ａ）に基づいて説明する。光ファイバ２の拡大された端面の径を1.4ｍｍとし、送信光２１の入射位置を同図（ｂ）と同様に外周部の頂点から下方へ150μｍの位置とした場合、受信領域は、外周部の頂点から下方へ300μｍの位置よりも下の領域となる。すなわち、送信領域と受信領域との分割比は、径方向の長さの比で示すと３：１１となる。
【００８０】
図１（ａ）および（ｂ）を比較すると、光ファイバ２の端部を拡大した本発明の場合の方が、拡大しない従来の場合よりも、光ファイバ２の端部の領域における受信領域の比率を大きく設定することが可能となり、光ファイバ２から出射される受信光２２をより効率的に利用することが可能となる。
【００８１】
なお、図１に示される光ファイバ２の端面において、送信光２１が結合する位置の左右の領域も受信領域としても良い。この場合、光ファイバ２から出射される受信光２２の内、利用できる光量、すなわち集光ミラー７に照射される光量がさらに増加して、受光素子５に結合できる受信光２２がさらに増加するので、受信効率をさらに向上させることができる。また、同時に光ファイバ２や光通信モジュール１の位置ずれが生じた場合でも、送信効率や受信効率の変動量を従来よりも低減させることができるという効果もある。
【００８２】
次に、「Ｂ．受信光２２の出射量が少ない領域に送信領域を設ける」方法について説明する。図２（ａ）で示したように、光ファイバ２の端面を拡大した場合、その拡大部２９から出射される受信光２２の強度は相対的に小さくなる。この受信光２２の強度が小さい領域、すなわち、光ファイバ２の端部の拡大部２９に送信光２１を入射させることにより、受信光２２の損失をより低減することが可能となる。
【００８３】
なお、前述したように、送信光２１の入射位置は、位置公差を考慮して設定される。したがって、例えば、上記の例と同様にコア径１ｍｍのＰＯＦを用い、送信光２１の中心部の入射位置を、位置公差を考慮して外周部から150μｍ内側の位置とする場合、光ファイバ２の端部の拡大部２９に送信光２１を入射させるために、拡大部２９の幅が150μｍ以上であることが好ましい。すなわち、図１（ａ）のように光ファイバ２の端面を中心対称に拡大する場合、端面の径を１.３ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００８４】
次に、「Ｃ．光ファイバ２の端面形状と送信光２１の光ファイバ２への入射方法とを最適化する」方法について説明する。光ファイバ２の端面は、図４に示すように、テーパ状に、すなわち端面に近づくにつれて徐々にその径が広くなるように形成することが好ましい。テーパ形状とすることにより、テーパ部８での受信光２２の伝搬損失が減少するとともに、送信光２１を光ファイバ２内にスムーズに導くことができる。
【００８５】
また、光ファイバ２の光軸とテーパ部８とのなす角度θは、光ファイバ２の開口数ＮＡで決定される角度より大きくすることが好ましい。ここで、光ファイバ２の開口数ＮＡは、光ファイバ２がＰＯＦの場合、日本工業規格ＪＩＳ  Ｃ６８２２に準拠するものとする。
【００８６】
このとき、光ファイバ２から出射される光線（受信光２２）の最大角度は略Ｓｉｎ−１（ＮＡ）で表される。よって、光ファイバ２のコア部２８の屈折率をｎｐとすると、光ファイバ２を伝搬する光線の光軸に対する最大角度αｍａｘは、αｍａｘ＝Ｓｉｎ−１（ＮＡ／ｎｐ）で表される。
【００８７】
テーパ部８の角度θをαｍａｘ以上に設定することにより、光ファイバ２の拡大部２９から出射される光線量が減少するため、拡大部２９における受信光２２の光量を確実に低減することが可能となると共に、テーパ部８での受信光２２の損失を低減することができる。
【００８８】
そして、拡大部２９に送信光２１を結合させることにより、光ファイバ２の端部における受信領域の比率を増加させることができるから、受信光２２の損失を低減することが可能となる。例えば、開口数ＮＡが０.３であり、コアの屈折率ｎｐが１.５である光ファイバ２を用いる場合、テーパ部８の角度θは１１.６°以上であることが好ましい。
【００８９】
またこのとき、送信光２１を光ファイバ２の光軸に平行にして、拡大部２９に結合させると、送信光２１のうち、テーパ部８や光ファイバプラグ２６の内壁に照射されて、光ファイバ２のコア部２８に結合しない光線が生じる。従って、送信光２１は、光ファイバ２の外周方向から中心方向に傾斜させて結合させることが望ましい。
【００９０】
このように、送信光２１を光ファイバ２の外周方向から入射することにより、送信光学系（送信レンズ６）をより外側に配置することができ、これにより、受信光学系（反射ミラー７）の配置の自由度が増加し、受信効率の高い受信光学系を設定することが容易となる。当然のことながら、送信光２１の光ファイバ２への入射角度は、光ファイバ２の開口数ＮＡで規定される角度より小さく設定されることが好ましい。
【００９１】
なお、ここでコア部２８は光ファイバ２の端面を拡大する前の、光ファイバ２のコアを表しており、拡大部２９は、コア部２８を拡大した部分であり、コアの一部である。したがって、コア部２８と拡大部２９との屈折率は同等となっている。コア部２８の拡大方法としては、切削や研磨による方法や溶融による方法等がある。特にＰＯＦでは、端面を任意の形状のホットプレートに押し当てることで、容易に任意の形状に加工することができる。
【００９２】
次に、テーパ部８の長さについて説明する。テーパ角度θが同一の場合、テーパ長さＬが長くなるにしたがい、光ファイバ２の端面の径２Ｒが大きくなる（Ｒ＝ｒ＋Ｌ・Ｔａｎ（θ））。光ファイバ２の端面の径が大きくなると、光ファイバ２から出射される光の出射面積が大きくなる。このため、光ファイバ２の中心部から出射される受信光２２の光量が低下するとともに、効率良く集光できる小型の受信光学系を設計することが困難となり、受信光学系による集光効率が悪化する。
【００９３】
このような、受信光２２の分散を防止するためには、光ファイバ２のコア径２ｒに対する、テーパ長さＬを以下のように規定すれば良い。光ファイバ２の中心でテーパ長さが零の位置（Ａ点）から放射される光は、テーパ長さＬの位置（光ファイバ２の端面）では、光ファイバ２の中心から外側に略Ｌ・ＮＡの位置（Ｂ点）に到達している。Ｂ点が光ファイバ２のコア半径ｒ内にあるようにテーパ長さＬを設定することにより、光ファイバ２から放射される受信光２２の広がりを低減することができる。すなわち、Ｌ＜ｒ／ＮＡとなるようにテーパ長さＬを設定することが好ましい。例えば、光ファイバ２としてコア径１ｍｍでＮＡ０．３のＰＯＦを使用した場合、テーパ長さＬは１.６７ｍｍ以下に設定することが好ましい。
【００９４】
次に、光ファイバ２の端面形状について説明する。光ファイバ２の端面は、前述してきたように平端面である必要はなく、図５（ａ）に示すような球端面や、同図（ｂ）に示すような傾斜端面としても良く、あるいは、これらを組み合わせた形状としても良い。光ファイバ２の端面形状を変化させることにより、光ファイバ２の遠端反射を低減することができる（なお、遠端反射の低減については後述する。）、送信光２１や受信光２２を屈折させることで送信効率や受信効率を高くすることができる等の効果がある。
【００９５】
例えば、図５（ａ）に示すように、光ファイバ２の端面が球面形状である場合、光ファイバ２から出射される受信光２２は、球面形状の端面により光ファイバ２の中心方向に屈折されるため、受信光学系による受光素子５への集光が容易となる。
【００９６】
一方、図５（ｂ）に示すように、光ファイバ２の端面が傾斜形状である場合、受信光２２は傾斜形状の端面により光ファイバ２の外側方向（図５の下方向）に屈折される。このため、受信光学系をこの屈折方向（図５の下側）に配置し、その反対側に送信光学系を配置することで、送受信の分離が容易となると共に、各光学系の配置の自由度が増加する。
【００９７】
更に、図５（ｃ）に示すように、光ファイバ２の端面の中心部を凸面の球面形状に、外周部を凹面の球面形状に形成しても良い。このような形状とすることにより、光ファイバ２の中心部から出射される受信光２２を凸面で屈折させて集光させることができるので、受信効率を向上させることができると共に、外周部の凹面で送信光２１を屈折させることにより、送信光２１をより外側から入射させることが可能となる。
【００９８】
すなわち、送信光２１を光ファイバ２の開口数ＮＡにより規定される角度よりも大きい角度で光ファイバ２に入射させても、凹面部で屈折するため光ファイバ２への結合角度を光ファイバ２の開口数ＮＡ以下とすることが可能となる。従って、送信光２１をより外側から入射できるので、受信光学系の配置の自由度が増加し、受信効率の向上が容易となる。
【００９９】
特に、送信光２１と光ファイバ２の光軸とのなす角度が、光ファイバ２への入射前より、入射後のほうが小さくなるように、送信光２１が結合する位置の光ファイバ２の端面形状と送信光２１の光ファイバ２への入射角度とを選択することが好ましい。すなわち、送信光２１を光ファイバ２の外側から中心方向に傾斜させて入射させる場合は、光ファイバ２の端面は凹面形状、反対に中心方向から外周方向に傾斜させて入射させる場合は凸面形状とすることになる。
【０１００】
このように設定することにより、送信光２１の光ファイバ２への結合効率を向上させることができると共に、結合時のＮＡ（励振ＮＡ）を小さくすることが可能となる。励振ＮＡを小さくすることにより、光ファイバ２伝搬時の伝搬損失を少なくすることができると共にモード分散を少なくすることができるため、伝送帯域を高くすることができる。
【０１０１】
次に、「Ｄ．送信光２１と受信光２２との分離を、両者の混信を防止し、かつ、低損失で行なう」方法について説明する。本実施形態では、図３に示すように、反射ミラー７に対して、受光素子５の配置側とは反対側（同図の上側）に送信光２１を通過させることにより、一芯双方向通信への対応を可能にしている。
【０１０２】
また、本実施形態で示した方式では、薄膜の反射ミラー７により送信光２１と受信光２２との分離を行なっているため、分離部の損失を実質的に零とすることができる。また、反射ミラー７のごく近傍に送信光２１を通過させることが可能となるので、送信領域と受信領域との境界をほとんど零とすることができ、受信領域をより拡大することが可能となる。
【０１０３】
更には、プリズム面１１により送信光２１を光ファイバ２の外周方向から屈折させて入射させているため、より受信領域を拡大することができ、高い受信効率を得ることが可能となる。
【０１０４】
受信光２２と送信光２１との混信については、前述したように以下の４つの原因がある。
（１）近端反射による混信
（２）内乱光による混信
（３）相手モジュール反射による混信
（４）遠端反射による混信
また、これらに加え、（５）電気的混信も問題となる。
【０１０５】
まず、「（１）近端反射による混信」の防止方法について、図６に基づいて説明する。送信光２１は光学部材１０のプリズム面１１で屈折され、光ファイバ２の外周部より光ファイバ２に入射する。その反射光（近端反射光１７）は、光ファイバ２の光軸に向かって反射される。
【０１０６】
しかしながら、光学部材１０において、反射ミラー７の先端に設けられ、プリズム面１１の先端と接続する遮光部９が、光ファイバ２に接触もしくは、数十〜数百μｍ離れた位置に設置されているため、近端反射光１７は、遮光部９により、反射ミラー７に対して受光素子５の配置側とは反対側に反射される。すなわち、近端反射光１７が受光素子５に入射することを、遮光部９により防止（遮光）することができる。
【０１０７】
次に、「（２）内乱光による混信」の防止方法について、図６に基づいて説明する。発光素子４から放射された送信光２１の一部は、送信レンズ６に入射せずに迷光１８となって、光通信モジュール１内を散乱する。
【０１０８】
しかしながら、反射ミラー７は、受光素子５の配置側と発光素子４の配置側とを光学的に分離していることから、迷光１８が受光素子５に結合することを防止できる。更に、発光素子４の組立て誤差により、発光素子４の位置ずれが生じた場合でも、予期しない迷光１８が受光素子５に入射することが防止されるため、発光素子４の組立て公差を大きくすることができ、組立てコストを低減することができる。
【０１０９】
また、近端反射光１７も迷光となって光通信モジュール１内を散乱するが、同様の理由により受光素子５に結合することを防止できる。すなわち、反射ミラー７は、受信光２２を反射・集光して受光素子５に結合させると共に、近端反射光１７や迷光１８を受光素子５から光学的に分離する混信防止部材としての働きを有している。
【０１１０】
更には、反射ミラー７により受光素子５が光学的に分離されていることから、迷光１８の影響を気にすることなく、受光素子５の配置を決定することができ、光通信モジュール１の設計自由度が増し、組立て調整が容易な配置にすることができるという効果も奏する。
【０１１１】
次に、「（３）相手モジュール反射による混信」の防止方法について、図７に基づいて説明する。本実施形態で示した光通信モジュール１において相手モジュール反射が生じる要因としては、主に受光素子５の表面で反射した受信部反射光１９が再び光ファイバ２に結合する場合と、光ファイバ２から出射される受信光２２の一部が、光学部材１０に照射される面（主に、プリズム面１１）で反射したプリズム反射光２０が再び光ファイバ２に結合する場合との２つがある。
【０１１２】
通常、受光素子５の受光面は、例えば、窒化シリコン等の薄膜により反射防止コート（ＡＲコート）を施すことで受信光２２の反射を防止し、受光効率を向上させている。この反射防止コートにより受信部反射光１９を低減することが可能である。しかしながら、受光素子５からの反射を完全に防止することは困難であり、また、受信光２２の入射角度によって反射率が高くなる場合がある。
【０１１３】
受信部反射光１９が光ファイバ２に再結合する経路としては、図７に示すように、再び集光ミラー７で反射されて光ファイバ２方向に戻る場合が大半である。したがって、例えば受光素子５を傾斜させる等のような受光素子５の配置や集光ミラー７の形状等により受信部反射光１９が光ファイバ２に戻らない配置に設定することが好ましい。
【０１１４】
プリズム反射光２０については、プリズム面１１の傾斜角度を最適化することにより、プリズム反射光２０が光ファイバ２に入射しても、結合しないようにすることができる。すなわち、プリズム反射光２０が光ファイバ２の開口数ＮＡより大きな角度で光ファイバ２に入射するようにすればよい。そのためには、プリズム面１１の傾斜角度βを光ファイバ２のＮＡ程度以上に設定すればよい。
【０１１５】
しかしながら、プリズム面１１の傾斜角を大きくした場合、光ファイバ２への送信光２１の入射角度も大きくなることから、送信光２１の結合効率が低化したり、高次のモードのみが励振したりする場合がある。このため、両者のトレードオフを考慮してプリズム面１１の傾斜角度βを設定する必要がある。
【０１１６】
また、前述したように、光ファイバ２の拡大部２９の形状によっても、光ファイバ２に入射された送信光２１の光ファイバ２の光軸に対する角度が変化するため、この影響も合わせて考慮してプリズム面１１の傾斜角度βが決定される。また、受信光２２が照射される光学部材１０の面（主にプリズム面１１）に反射防止コートを施すことにより、反射率を低減させても良い。
【０１１７】
次に、「（４）遠端反射による混信」の防止方法について説明する。図３で示したように、光ファイバ２の端面が光軸に対して垂直となっている場合、光ファイバ２と空気との屈折率差により、出射光量に対して約４％の遠端反射が生じる。この遠端反射は、光ファイバ２の端面形状を工夫することで低減することが可能である。
【０１１８】
例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示した形状としても良い。これらの形状とすることで、光ファイバ２の端面での遠端反射の方向を変え、光ファイバ２の開口数以上の角度にすることで、遠端反射が光ファイバ２中を伝搬しないようにすることができる。
【０１１９】
例えば、コアの直径が１ｍｍであり、開口数ＮＡが０.３であるＰＯＦに関して、図５（ａ）の形状（曲率１.５ｍｍ）とした場合には、遠端反射が０.７％に、図５（ｂ）の形状（傾斜角度１０°）とした場合には、遠端反射が０.４％にそれぞれ低減された。
【０１２０】
また、光ファイバ２の端面形状が図５（ａ）〜（ｃ）に示すような形状である場合には、前述したように送信光２１の入射条件等を最適化することにより、受信領域の拡大や、受信光学系を配置する自由度が増す等の効果が同時に得られる。
【０１２１】
次に、「（５）電気的混信」の防止方法について説明する。図２において、ステム１３は受光素子５のグランド電極と接続している。また、サブマウント１２はＳiＣ等の絶縁体で形成されており、これにより、発光素子４と受光素子５とが電気的に分離されている。
【０１２２】
また、反射ミラー７は光学部材１０の下部の電極１６と導通しており、電極１６を介してステム１３と電気的に接続されている。すなわち、発光素子４から見た場合、受光素子５は反射ミラー７およびステム１３により電気的にシールドされており、これにより、電気的混信を抑制している。
【０１２３】
なお、反射ミラー７は、アルミニウムや金等のような反射率が高くかつ導電性を有する材料を、図２に示す光学部材１０の下側から蒸着することにより形成される。この時同時に、電極１６が形成される。反射ミラー７および電極１６は、光学部材１０の下部側の全面に形成されるため、マスク等によるパターニングを行なうことなく簡単に形成されることができる。
【０１２４】
また、発光素子４およびモニターフォトダイオード１４は送信部カバー１５により覆われている。送信部カバー１５は光学部材１０とステム１３とに接着されており、発光素子４を外気から遮断している。送信部カバー１５は、ステム１３と電気的にも接続されており、発光素子４を外部から電気的に遮蔽する役割も有している。
【０１２５】
また、光学部材１０の一部を、カバーガラスのような、発光素子４の封止部材の一部として使用しているため、部品点数の削減につながり、部品コストを低減できると共に、製造行程も簡略化することができる。
【０１２６】
次に、図２に示す光通信モジュール１の各構成部材について説明する。光ファイバ２としては、例えばＰＯＦ等のマルチモード光ファイバを用いることが好ましい。ＰＯＦはコアがＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate）やポリカーボネート等の光透過性に優れたプラスチックからなり、クラッドは上記のコアより屈折率の低いプラスチックで構成されている。
【０１２７】
このような光ファイバ２は、石英製の光ファイバに比べて、そのコアの径を約200μｍから約１ｍｍに大きくすることが容易であることから、光通信モジュール１との結合調整が容易であり、安価な双方向光通信リンク３を得ることができる。
【０１２８】
なお、本実施形態のように送信光２１と受信光２２とを空間的に分離する場合では、光学系の配置スペースを考慮すると、コア径が０.５ｍｍ以上のものを使用することが好ましい。また、ＰＯＦではクラッドが比較的薄く、約２０μｍ程度である。
【０１２９】
また、コアが石英ガラスよりなり、クラッドがポリマーで構成されたＰＣＦ（plastic clad fiber）を用いても良い。ＰＣＦは、ＰＯＦに比べて、価格が高いが、伝送損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴がある。このため、ＰＣＦを伝送媒体とすることにより、長距離での通信やより高速での通信を行なうことができる双方向光通信リンク３を得ることができる。なお、石英製の光ファイバを使用しても良いことは言うまでもない。
【０１３０】
また、光ファイバ２は、そのコア部の屈折率が同一であるＳＩ（Step Index）型と、中心部の屈折率が高く、その周辺部に向かうにつれて屈折率が徐々に低くなるＧＩ（Gradient Index）型とに大別される。本実施形態の場合、ＧＩ型の光ファイバ２では、光ファイバ２の外周部（拡大部２９）での送信光２１の結合効率が悪くなり、これにより、送信光２１の入射角度の設定範囲がより小さくなることから、ＳＩ型の光ファイバ２を使用することが好ましい。
【０１３１】
また、光ファイバ２の端面形状としては、図５（ｂ）で示したように中心対称でない形状では、光通信モジュール１への挿入方向が限定されることから、中心対称な形状であることが好ましい。
【０１３２】
発光素子４としては、半導体レーザや、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。発光素子４は、使用する光ファイバ２の伝送損失が少ない波長の光を照射し、かつ安価であることが好ましい。例えば、光ファイバ２としてＰＯＦを用いる場合、ＤＶＤ等で量産効果のある、波長650ｎｍ（ナノメートル）の半導体レーザ等を用いることができる。また、発光素子４の後部には、モニター用フォトダイオード１４が配置されており、発光素子４の光量を一定に保つようにしている。
【０１３３】
受光素子５は、受光した変調光の強弱を電気信号に変換するものである。受光素子５としては、発光素子４の波長域で感度の高いフォトダイオードが使用され、例えば、シリコンを材料とするＰＩＮフォトダイオードや、アバランシェフォトダイオード等が用いられる。
【０１３４】
光学部材１０は、ＰＭＭＡやポリカーボネート等のプラスチックを材料とし、出射成形等により作製される。そして、反射ミラー７の反射面となる側にアルミニウムや金等のような反射率の高い金属薄膜が蒸着法等により形成されている。反射ミラー７は光学部材１０の下側から蒸着することにより、マスク等によるパターニングを行なうことなしに簡単に形成することができる。
【０１３５】
また、光学部材１０においてステム１３と接触する下面には、電極１６が形成されている。電極１６は、反射ミラー７と同時に蒸着法等により形成され、少なくともその一部が反射ミラー７に繋がることにより、反射ミラー７と導通する。
【０１３６】
反射ミラー７は、回転楕円体や球面等の曲面の一部を切り出した形状とすることができる。光学部材１０には、送信光２１を集光して光ファイバ２に結合させる送信レンズ６、送信光２１を屈折させて光ファイバ２に入射させるプリズム面１１、並びに、図示していないが、発光素子５および受光素子４との位置合わせに使用する位置決め部が形成されている。
【０１３７】
このように、一つの光学部材１０に多数の機能を持たせることにより、構成部材の数を大幅に低減できると共に、組立て時の公差を低減できるため、低コストかつ小型の光通信モジュール１を得ることが可能となる。更には、一つのステム１３上に発光素子４、受光素子５および光学部材１０を、光ファイバ２の光軸と平行に並べて配置することができるので、複雑な組立て工程が必要なくなり、工程数を低減することが可能となる。
【０１３８】
次に、本実施形態の構成において受信効率を測定した結果について説明する。光ファイバ２としては、コア径が980μｍ、クラッドの厚さが１０μｍ、端面形状が図５（ｂ）に示した球端面（曲率１.５ｍｍ）、テーパ角度θが１６°、かつテーパ長さＬが０.７ｍｍであるＰＯＦを使用した。集光ミラー７としては、曲率２.３ｍｍの球面の一部であり、かつミラーの反射率が８９％であるものを使用した。受光素子５としては、受光径０.３５ｍｍのＰＩＮフォトダイオードを使用した。また、送信領域と受信領域との分離比は、径方向の長さの比で３：１１とした。
【０１３９】
光ファイバ２に固着された光ファイバプラグ２６を光ファイバレセプタクル２７に挿入して、光ファイバ２から出射される全光量に対する受光素子５への結合効率（受信効率）を測定したところ、−３.５ｄＢ（デシベル）であった。一方、拡大部２９を有さないＰＯＦを用い、送信領域と受信領域との分離比を、径方向の長さの比で３：７とし、かつ他の条件を上記の条件と同様にして受信効率を測定したところ、−５.５ｄＢであった。すなわち、本実施形態の方が従来よりも受信効率が２ｄＢ改善されたことが理解できる。
【０１４０】
従って、受信効率は、集光ミラー７等の受信光学系の設定や配置、使用する光ファイバ２や受光素子５などによっても変化するが、上述のように、光ファイバ２の端面を拡大することで、受信領域が拡大され、これにより受信効率を向上させることができる。
【０１４１】
また、発光素子４として波長650ｎｍのレーザダイオードを使用した送信光２１が、光ファイバ２に結合することを確認した。このときの近端反射と内乱光とによる混信は、送信光量に対して合計で０.０５％であった。なお、送信効率は送信レンズ６により任意に設定することができる。
【０１４２】
また、光ファイバ２の端面での遠端反射は、光ファイバ２からの出射光量に対して０.７％であり、相手モジュール反射による混信は、光ファイバ２からの出射光量に対して０.５％であった。この光通信モジュール１により、伝送距離（光ファイバ２の長さ）２０ｍ、伝送速度500Ｍｂｐｓで全二重通信を行なったところ、誤り率（Bit Error Rate）が１０−１２以下であることが確認された。
【０１４３】
〔実施の形態２〕
次に、本発明の他の実施の形態について、図８に基づいて説明する。なお、上記の実施形態にて説明した部分と同様の機能を有する部材については、同一の番号を付与することによりその説明を省略する。本実施形態では、図８に示すように、反射ミラー７で集光した受信光２２をさらに受信レンズ（第２の受信光学系）２４で集光して受信効率をより向上させた配置となっている。
【０１４４】
また、受信レンズ２４と一体に形成されるモールド部３２は、受光素子５と、その近傍に配置したプリアンプ２５とを封止している。受光素子５及びプリアンプ２５は、モールド部３２により外気から保護されるため、経時劣化による性能の低下を防止することができる。また、モールド部３２に受信レンズ２４を形成しているため、小型化が可能となる。
【０１４５】
受信レンズ２４において反射された第２の受信部反射光２３も相手モジュール反射の原因となる。しかしながら、第２の受信部反射光２３は受信レンズ２４の形状により発散されて反射することから、光ファイバ２に戻ることが防止される。
【０１４６】
電極１６は、一部が反射ミラー７と導通しており、かつ、受光素子５及びプリアンプ２５のグランド電極３１と導通している。また、電極１６は、発光素子４から受光素子５を光学的・電気的に分離することにより、内乱光による混信や電気的・電磁的な混信を防止する働きがある。
【０１４７】
発光素子４とサブマウント１２とは、送信ステム３０上に配置されている。送信ステム３０は光学部材１０の一部に位置あわせされて配置されている。送信ステム３０は受信側のグランド電極３１と電気的に分離されている。また、送信ステム３０は発光素子５の放熱を行なう役割も有している。
【０１４８】
以上のように、図８で示した光通信モジュール１を用いることにより、集光ミラー７と受信レンズ２４とを併用して受信効率を高くすることができると共に、相手モジュール反射や内乱光、近端反射、更には電気的・電磁的な混信を防止することが容易となり、また、小型で安価であり、経時劣化が少なく安定した性能を得ることができる。
【０１４９】
〔実施の形態３〕
次に、本発明のさらに他の実施の形態について、図９に基づいて説明する。なお、上記の実施形態にて説明した部分と同様の機能を有する部材については、同一の番号を付与することによりその説明を省略する。
【０１５０】
図９は、上記の実施形態に比べて、送信および受信の光学系配置を逆にした場合を示している。発光素子４から出射された送信光２１は、立上げミラー３３により、光ファイバ２が配置されている方向に反射されると共に集光されて、光ファイバ２の拡大部２９に入射する。一方、光ファイバ２から出射される受信光２２は、受信レンズ２４により集光されて受光素子５に結合する。
【０１５１】
立上げミラー３３及び受信レンズ２４は光学ブロック（光学部材）１０に形成されている。立上げミラー３３は、送信光２１と受信光２２とを分離する混信防止部材の役割も有している。
【０１５２】
〔実施の形態４〕
次に、本発明のさらに他の実施の形態について、図１０に基づいて説明する。なお、上記の実施形態にて説明した部分と同様の機能を有する部材については、同一の番号を付与することによりその説明を省略する。
【０１５３】
図１０は、送信光２１を光ファイバ２の外周方向から入射させた場合の光学配置を示している。発光素子４から出射された送信光２１は、送信レンズ６により集光されて、光ファイバ２の外周方向から中心方向に傾斜させて光ファイバ２の拡大部２９に結合される。光ファイバ２の端面は、図５（ｃ）で示したのと同様に、外周部が凹面、内周部が凸面の形状であり、拡大部２９は凹面の部分となっている。
【０１５４】
送信光２１は、光ファイバ２に入射するときに、光ファイバ２の光軸となす角度が小さくなる方向に屈折される。このため、光ファイバ２の開口数より大きい角度で光ファイバ２に送信光２１を入射させても光ファイバ２に結合させることが可能となり、送信レンズ６（送信光学系）をより外周部（図１０の右方向）に配置することができる。従って、受信レンズ２４（受信光学系）を配置するスペースが広くなり、受信効率の高い受信光学系を容易に配置することができる。
【０１５５】
また、送信光学系と受信光学系との間には混信防止部材３４が配置されており、混信防止部材３４は送信光２１と受信光２２との混信を防止している。混信防止部材３４は光ファイバ２の端面に接触もしくは近接させて配置している。
【０１５６】
以上のように、上記の実施形態で示した光通信モジュール１と一芯光ファイバ２との光学的結合構造を用いることにより、近端反射、内乱光（迷光）、遠端反射、および相手モジュール反射による混信を防止でき、また、電気的混信も低減できることから、一本の光ファイバ２により全二重方式の双方向光通信を効率よく行なうことができる。
【０１５７】
特に、光ファイバ２の端面を拡大して、その拡大部２９に送信光２１を結合させること、及び、光ファイバ２の端面形状と送信光２１の入射条件とを最適化することにより、受信領域を拡大でき、光学系を配置する自由度も増すことから、受信効率の高い光通信リンク３を得ることができる。また、一つの光学部材１０に多数の機能を持たせていることから、低コストで小型であり、かつ、簡易に製造可能な光通信モジュール１を得ることができる。
【０１５８】
上記の実施形態は一例であり、これらの構造に本発明の範囲が限定されるものではない。本発明は光ファイバ２の拡大部２９に送信光２１を結合させたことが特長であり、他の光学系配置等を用いても同様の効果を得ることができる。また、例えば、以下のように構成することができる。
【０１５９】
一芯光ファイバと双方向光通信モジュールの光学的結合構造は、一芯の光ファイバを伝送媒体として双方向に光通信を行なうことができる双方向光通信モジュールと該光ファイバとの光学的結合構造であり、該双方向光通信モジュールは送信光を発生させる発光素子と前記光ファイバから出射される受信光を受光する受光素子とを有すると共に、前記光ファイバの前記双方向光通信モジュールと結合する端面がそのコア部より拡大された拡大領域を有し、前記光ファイバ端面の前記送信光が結合する領域以外から出射される受信光の少なくとも一部を前記受光素子に結合させる構成とすることができる。
【０１６０】
上記の構成によれば、送信光を入射させる領域以外の受信光を利用するため、光ファイバ端面で反射された送信光と受信光を分離することが容易となり混信を低減することができる。また、光ファイバの端面が拡大されているため、組立てのトレランスが増加する。更には、受信領域をより拡大することが容易となり受信効率を向上させることができる。
【０１６１】
更に、前記光学的結合構造は、前記送信光の少なくとも一部を前記光ファイバの拡大領域に結合させる構成とすることができる。
【０１６２】
上記の構成によれば、受信領域を拡大することができ、送信光を受信光の出射量が少ない領域に入射させることができることから、光ファイバから出射される受信光を効率良く受光素子に結合させることが可能になる。
【０１６３】
更に、前記光学的結合構造は、前記受信光を集光して前記受光素子に結合させる受信光学系を有する構成とすることができる。
【０１６４】
上記の構成によれば、受信光学系により受信光を受光素子に導くことができ、小型の受光素子に高効率で集光したり、受光素子の配置位置の自由度を増したりすることができる。
【０１６５】
更に、前記光学的結合構造は、前記送信光の一部が前記受光素子に結合することを防止する混信防止部材を設けた構成とすることができる。
【０１６６】
上記の構成によれば、受信光に送信光が混信することを防止することができ、高いＳＮ比を得ることができる。
【０１６７】
更に、前記光学的結合構造は、前記混信防止部材は反射ミラーであり、該反射ミラーは前記受信光を反射すると共に集光して受光素子に結合させる受信光学系でもある構成とすることができる。
【０１６８】
上記の構成によれば、受信光学系と混信防止部材と同一の部材とすることができるため、光通信モジュールの小型化が可能となる。また、混信防止部材を薄膜のミラーとすることで、混信防止部材による受信効率の低下を防止することができ、高い受信効率を得ることができる。
【０１６９】
更に、前記光学的結合構造は、前記光ファイバの端面で前記送信光を屈折させて光ファイバに結合させる構成とすることができる。
【０１７０】
上記の構成によれば、送信光の光ファイバへの入射角度を光ファイバの開口数以上としても光ファイバで屈折させることにより、光ファイバに結合させることが可能となり、送信光学系の配置自由度が増す。励振ＮＡを小さくすることが容易となり、光ファイバでの伝播損失やモード分散を小さくすることができ、伝送帯域を高くすることができる。
【０１７１】
更に、前記光学的結合構造は、前記送信光の光軸と前記光ファイバの光軸とのなす角度が、前記送信光が前記光ファイバに結合する前より、結合した後のほうが小さくなるように光ファイバの端面形状および送信光の光ファイバへの入射角度を設定した構成とすることができる。
【０１７２】
上記の構成によれば、光ファイバに入射する送信光の開口数を小さくすることができることから、モード分散による帯域低減を少なくすることができる。また、送信光学系を光ファイバの光軸から離れた位置に配置することが可能となり、光学系の配置自由度が増す。
【０１７３】
更に、前記光学的結合構造は、前記送信光の光軸を前記光ファイバの外周方向から内周方向に傾斜させて前記光ファイバに結合させた構成とすることができる。
【０１７４】
上記の構成によれば、送信光を外周部から入射させることで、受信領域をより拡大することができる。受信光学系の配置自由度が増し、受信効率の高い受信光学系を容易に配置することができる。
【０１７５】
更に、前記光学的結合構造は、前記光ファイバはその径が端面に近づくに従い徐々に大きくなるテーパ部を有し、前記光ファイバの光軸と該テーパー部とのなす角度が、光ファイバの開口数により規定される角度より大きい構成とすることができる。
【０１７６】
上記の構成によれば、光ファイバを伝搬する受信光がテーパ部に照射されなくなることから受信光の損失を少なくすることができる。また、送信光を光ファイバのコア部に導き易くなる。
【０１７７】
更に、前記光学的結合構造は、前記光ファイバのコア径を２ｒ、光ファイバの開口数をＮＡとしたとき、前記テーパ部の長さＬがＬ＜ｒ／ＮＡを満足する構成とすることができる。
【０１７８】
上記の構成によれば、光ファイバから出射される受信光が光ファイバの端面から分散して出射することを抑えることができ、受信光の集光が容易となる。
【０１７９】
更に、前記光学的結合構造は、前記光ファイバの端面が、外周部が凹面形状であり、内周部が凸面形状である構成とすることができる。
【０１８０】
上記の構成によれば、凹面部で送信光を屈折させることで、送信光を光ファイバのより外周部から結合させることができる。凸面部で光ファイバから出射される受信光が集光されるため、受信光学系の設計が容易となり、受信効率を高くすることができる。
【０１８１】
更に、前記光学的結合構造は、前記光ファイバがプラスチック光ファイバである構成とすることができる。
【０１８２】
上記の構成によれば、光ファイバとしてＰＯＦを用いているため、曲げ損失が少なく、折れ難く、また、コア径が１ｍｍ程度の大口径の光ファイバを容易に製造できることから、光ファイバと双方向光通信もジュールとの結合調整が容易であり、かつ、双方向光通信リンクを安価にできる。更に、端面を任意の形状に容易に加工することができる。
【０１８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る光通信モジュールは、一芯の光ファイバを伝送媒体として双方向に光通信を行なう光通信モジュールであって、前記光ファイバから出射された受信光を受光する受光素子と、前記受信光を前記受光素子に結合させる受信光学系とを備える光通信モジュールにおいて、前記光ファイバは、光が伝搬するコア部の端部の少なくとも一方がコア部の他の部分よりも拡大した拡大部を有すると共に、前記拡大部を有する端部から前記光ファイバの光軸方向内向きに進むに従って、徐々に狭くなるテーパ部を有しており、該拡大部を有する前記端部から出射された受信光を前記受光素子が受光するように、前記受信光学系を配置すると共に、前記送信光の中心が前記拡大部を有する前記端部に結合する領域が前記拡大部に含まれるように前記発光素子および前記送信光学系を配置する構成である。
【０１８４】
これにより、前記端部の送信光結合領域から出射される受信光の強度が低下するので、該領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を抑えることができるという効果を奏する。
【０１８５】
また、前記送信光結合領域から出射される受信光の強度が著しく低下するので、前記送信光結合領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を大幅に抑えることができるという効果を奏する。
【０１８６】
また、本発明に係る光ファイバと光通信モジュールとの光学的結合構造は、以上のように、一芯の光ファイバと、該光ファイバを伝送媒体として双方向に光通信を行なう光通信モジュールとの光学的結合構造において、前記光ファイバは、光が伝搬するコア部の端部の少なくとも一方に、コア部の他の部分よりも拡大した拡大部を有していると共に、前記拡大部を有する端部から前記光ファイバの光軸方向内向きに進むに従って、徐々に狭くなるテーパ部を有しており、前記光通信モジュールは、前記光ファイバから出射された受信光を受光する受光素子と、前記受信光を前記受光素子に結合させる受信光学系とを備えており、前記光ファイバにおける前記拡大部を有する前記端部から出射された受信光を受光するように、前記受光素子および前記受信光学系を配置すると共に、前記光通信モジュールは、送信光を発生させる発光素子と、前記送信光を前記光ファイバの端部に結合させる送信光学系とを備えており、前記光ファイバにおける前記拡大部を有する前記端部に前記送信光の中心が結合する領域が前記拡大部に含まれるように前記発光素子および前記送信光学系を配置する構成である。
【０１８７】
これにより、前記端部の送信光結合領域から出射される受信光の強度が低下するので、該領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を抑えることができるという効果を奏する。
【０１８８】
また、前記送信光結合領域から出射される受信光の強度が著しく低下するから、前記送信光結合領域から出射される受信光を受光素子が受光しないことによる受信効率の低下を大幅に抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光ファイバの端部における送信領域と受信領域とを示す概略図であり、同図（ａ）は、本発明に係る光ファイバに関するものであり、同図（ｂ）は、従来の光ファイバに関するものである。
【図２】  光ファイバから出射する光のＮＦＰを示す概略図であり、同図（ａ）は、本発明に係る光ファイバに関するものであり、同図（ｂ）は、従来の光ファイバに関するものである。
【図３】  本発明の一実施形態である一芯光ファイバと双方向光通信モジュールとの光学的結合構造を示す断面図である。
【図４】  図３における光ファイバの端部を示す断面図である。
【図５】  同図（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に適した他の光ファイバの端部を示す断面図である。
【図６】  本実施形態の概略図であり、近端反射と内乱光とによる混信の防止を示すものである。
【図７】  図６の要部を示す概略図であり、相手モジュール反射による混信の防止を示すものである。
【図８】  本発明の他の実施形態である一芯光ファイバと双方向光通信モジュールとの光学的結合構造を示す断面図である。
【図９】  本発明のさらに他の実施形態である一芯光ファイバと双方向光通信モジュールとの光学的結合構造を示す概略図である。
【図１０】  本発明のさらに他の実施形態である一芯光ファイバと双方向光通信モジュールとの光学的結合構造を示す概略図である。
【図１１】  光通信リンクの構成を示す概略図である。
【図１２】  従来の一芯光ファイバと双方向光通信モジュールとの光学的結合構造を示す概略図である。
【図１３】  図１２に示す従来の光学的結合構造に関して、光ファイバの端部における送信領域と受信領域とを示す概略図である。
【符号の説明】
１    光通信モジュール
２    光ファイバ
４    発光素子
５    受光素子
６    送信レンズ（送信光学系）
７    反射ミラー（受信光学系）
８    テーパ部
２１    送信光
２２    受信光
２４    受信レンズ（受信光学系）
２８    コア部
２９    拡大部
３３    立上げミラー（送信光学系）
【図１】
0003850743.tif 000002
【図２】
0003850743.tif 000003
【図３】
0003850743.tif 000004
【図４】
0003850743.tif 000005
【図５】
0003850743.tif 000006
【図６】
0003850743.tif 000007
【図７】
0003850743.tif 000008
【図８】
0003850743.tif 000009
【図９】
0003850743.tif 000010
【図１０】
0003850743.tif 000011
【図１１】
0003850743.tif 000012
【図１２】
0003850743.tif 000013
【図１３】
0003850743.tif 000014