(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数帯の送信信号光を発生し光伝送路に送る発光素子と、前記光伝送路から送られる第１の周波数帯および第２の周波数帯の受信信号光をそれぞれ受光する第１および第２の受光部を有する受光素子と、前記発光素子および受光素子と前記光伝送路との間に介在される光分波器とからなり、該光分波器は、空気より屈折率の大きい一定の厚さからなる透明体を有し、該透明体の一方の表面の前記発光素子からの送信信号の入射部分に対応する第１の部分に、前記第１の周波数帯の光をほぼ５０％透過しほぼ５０％反射すると共に、前記第２の周波数帯の光をほぼ１００％透過するような第１の誘電体膜が形成され、前記第１の部分に前記光伝送路から入射する受信信号光の前記透明体内への透過光が前記透明体の他方の表面に達する第２の部分に、前記第１の周波数帯の光をほぼ１００％透過させ、第２の周波数帯の光をほぼ１００％反射させる第２の誘電体膜が形成され、前記第２の部分で反射した第２の周波数帯の光が前記透明体の一方の表面に達する第３の部分に、第２の周波数帯の光をほぼ１００％反射させる第３の誘電体膜が形成され、該第３の部分で反射した第２の周波数帯の光が前記透明体の他方の表面に達する第４の部分に、第２の周波数帯の光をほぼ１００％透過させる第４の誘電体膜が形成され、前記受光素子が、前記透明体の第２の部分から透過する第１の周波数帯の光および前記透明体の第４の部分から透過する第２の周波数帯の光をそれぞれ前記第１および第２の受光部で受光できるように設けられ、前記発光素子から前記透明体の第１の部分に入射して反射しないで該透明体を透過した光を前記受光素子の第１の受光部に反射させる反射体が設けられてなる双方向の光通信モジュール。
【請求項２】
前記光伝送路からの受信信号光で前記透明体の第１の部分で反射した光が前記発光素子の照射面に垂直に入射しないように該発光素子が設けられてなる請求項１記載のモジュール。
【請求項３】
前記第４の誘電体膜が前記第１の誘電体膜と同じ透過率および反射率になるように形成成され、前記第３の誘電体膜が前記第２の誘電体膜と同じ透過率および反射率になるように形成されてなる請求項１または２記載のモジュール。
【請求項４】
前記第３の誘電体膜が全反射膜で形成され、および／または前記第４の誘電体膜が透明体膜もしくは何も設けられない構造である請求１または２記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信などに用いられる送信と受信の両方を行える双方向の光通信用モジュールに関する。さらに詳しくは、１.３μｍ帯と、１.５５μｍ帯の両方の波長帯を受信することができる双方向の光通信用モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバが通信用に使用されるようになってきているが、加入者と局間の情報のやり取りは１.３μｍ帯が利用され、光ファイバ線路の回線検査には１.５５μｍ帯が利用されている。一般の家庭では、１.３μｍ帯の信号だけが送受信に利用されるように、たとえば図３に概念図が示されるような構成になっている。すなわち、図３において、送信信号光を発生する半導体レーザなどの発光素子５１と、受信信号光をハーフミラー５３を介して受光するホトダイオードなどの受光素子５２と、ハーフミラー５３で反射した送信信号光を光ファイバなどの光伝送路５５に結合させる集光レンズ５４と、集光した光を伝送する光伝送路５５と、１.３μｍ帯の光を１００％近く透過し、１.５５μｍ帯の光を１００％近く反射させる分波器５６とからなっている。この構成で、発光素子５１から送信信号光がハーフミラー５３で反射して光伝送路５５に入射し、相手方に送られる。また、相手方から送られてきた信号を受信する場合は、光伝送路５５からの１.５５μｍ帯の光は分波器５６によりほぼ全部反射され、１.３μｍ帯の光のみがほぼ全部分波器５６を透過し、さらにハーフミラー５３を透過した受信信号光を受光素子５２により電気信号に変換することにより受信することができ、光通信が行われる。この場合、時分割により送信と受信とが交互に切り替えて行われ、相互間の干渉は起こらない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光通信モジュールは、前述のように、１.３μｍ帯の光だけを送受信する構成になっている。しかし、最近検査用には１.６５μｍ帯の別の周波数帯を使用し、１.５５μｍ帯の光をＣＡＴＶ通信に用い、家庭でも利用する機運になっており、１.５５μｍ帯の光も受信することが望まれている。この場合、図４に示されるように、前述の分波器５６により反射させられた１.５５μｍ帯の光を全反射ミラー６１により反射させて１.５５μｍ帯用の受光素子６２を設けたモジュール６０をさらに付加しなければならず、モジュールが大型になると共に高価になるという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、１.３μｍ帯の送受信をすることができると共に、１.５５μｍ帯の信号を受信することができる、１パッケージ化された簡単な構造で安価な双方向の光通信用モジュールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による双方向の光通信用モジュールは、第１の周波数帯の送信信号光を発生し光伝送路に送る発光素子と、前記光伝送路から送られる第１の周波数帯および第２の周波数帯の受信信号光をそれぞれ受光する第１および第２の受光部を有する受光素子と、前記発光素子および受光素子と前記光伝送路との間に介在される光分波器とからなり、該光分波器は、空気より屈折率の大きい一定の厚さからなる透明体を有し、該透明体の一方の表面の前記発光素子からの送信信号の入射部分に対応する第１の部分に、前記第１の周波数帯の光をほぼ５０％透過しほぼ５０％反射すると共に、前記第２の周波数帯の光をほぼ１００％透過するような第１の誘電体膜が形成され、前記第１の部分に前記光伝送路から入射する受信信号光の前記透明体内への透過光が前記透明体の他方の表面に達する第２の部分に、前記第１の周波数帯の光をほぼ１００％透過させ、第２の周波数帯の光をほぼ１００％反射させる第２の誘電体膜が形成され、前記第２の部分で反射した第２の周波数帯の光が前記透明体の一方の表面に達する第３の部分に、第２の周波数帯の光をほぼ１００％反射させる第３の誘電体膜が形成され、該第３の部分で反射した第２の周波数帯の光が前記透明体の他方の表面に達する第４の部分に、第２の周波数帯の光をほぼ１００％透過させる第４の誘電体膜が形成され、前記受光素子が、前記透明体の第２の部分から透過する第１の周波数帯の光および前記透明体の第４の部分から透過する第２の周波数帯の光をそれぞれ前記第１および第２の受光部で受光できるように設けられ、前記発光素子から前記透明体の第１の部分に入射して反射しないで該透明体を透過した光を前記受光素子の第１の受光部に反射させる反射体が設けられている。
【０００６】
前記発光素子から前記透明体の第１の部分に入射して反射しないで該透明体を透過した光を前記受光素子の第１の周波数帯の光の受光部に反射させる反射体が設けられていることにより、時分割で送信と受信とが切り替えられるため、同じ受光素子で発光素子の出力をモニターすることができ、ＡＰＣ用の受光素子を省略することができる。
【０００７】
前記第４の誘電体膜が前記第１の誘電体膜と同じ透過率および反射率になるように形成成され、前記第３の誘電体膜が前記第２の誘電体膜と同じ透過率および反射率になるように形成されることにより、成膜工程を簡略化することができると共に、成膜位置を表裏点対称の位置にすることにより、部品の表裏の区別をすることなく、組み立てることができる。
【０００８】
また、前記第３の誘電体膜が全反射膜で形成され、および／または前記第４の誘電体膜が透明体膜もしくは何も設けられない構造であれば、一目で表裏の区別を付けることができ、組立工程の作業を簡単にできる。
【０００９】
前記光伝送路からの受信信号光で前記透明体の第１の部分で反射した光が前記発光素子の照射面に垂直に入射しないように該発光素子が設けられていることにより、発光素子の表面で反射した受信信号光が光伝送路に戻ってノイズ源とならないため好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の双方向の光通信用モジュールについて説明をする。
【００１１】
本発明の双方向の光通信用モジュールは、図１および２にその一実施形態の説明図が示されるように、第１の周波数帯の送信信号光を発生し、たとえば光ファイバなどからなる光伝送路５に送る発光素子１と、光伝送路５から送られる第１の周波数帯１.３μｍ帯および第２の周波数帯１.５５μｍ帯の受信信号光をそれぞれ受光する第１および第２の受光部２１、２２を有する受光素子２と、発光素子１および受光素子２と光伝送路５との間に介在される光分波器３とから構成されている。
【００１２】
そして、その光分波器３は、空気より屈折率の大きい一定の厚さを有する透明体３０（図２参照）を有し、その透明体３０の一方の表面の前記発光素子１からの送信信号の入射部分に対応する第１の部分３０ａに、前記第１の周波数帯の光をほぼ５０％透過しほぼ５０％反射すると共に、前記第２の周波数帯の光をほぼ１００％透過するような第１の誘電体膜３１（図２参照）が形成され、第１の部分３０ａに光伝送路５から入射する受信信号光の透明体３０内への透過光が透明体３０の他方の表面に達する第２の部分３０ｂに、第１の周波数帯の光をほぼ１００％透過させ、第２の周波数帯の光をほぼ１００％反射させる第２の誘電体膜３２（図２参照）が形成され、第２の部分３０ｂで反射した第２の周波数帯の光が透明体３０の一方の表面に達する第３の部分３０ｃに、第２の周波数帯の光をほぼ１００％反射させる第３の誘電体膜３３（図２参照）が形成され、第３の部分３０ｃで反射した第２の周波数帯の光が透明体３０の他方の表面に達する第４の部分３０ｄに、第２の周波数帯の光をほぼ１００％透過させる第４の誘電体膜３４（図２参照）が形成され、受光素子２が、透明体３０の第２の部分３０ｂから透過する第１の周波数帯の光および透明体３０の第４の部分３０ｄから透過する第２の周波数帯の光をそれぞれ前記第１および第２の受光部２１、２２で受光できるように設けられている。
【００１３】
さらに光分波器３について、詳細に説明をする。光分波器３は、たとえば厚さＴが２７０μｍ程度、幅Ａおよび長さ（紙面に垂直方向）がそれぞれ６８０μｍ程度のガラス板（たとえばショット社ガラスコード名がＢＫ７で、波長１.３μｍ時の屈折率ｎ＝１.４）からなる透明体３０に部分的に反射率が調整された誘電体膜３１〜３４が設けられることにより形成されている。反射率の異なる誘電体膜３１〜３４は、たとえばＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、ＭｇＦ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などの誘電体膜の厚さを変えて、積層構造にすることにより、所望の周波数帯に対する反射率を調整することができ、２つの周波数帯に対してもそれぞれの反射率や透過率を調整することができる。なお、誘電体膜の成膜は、真空蒸着またはＣＶＤ法などにより積層することができる。
【００１４】
このような種々の誘電体膜３１〜３４を形成するには、まず、透明体３０の一方の表面の第１の部分３０ａに、１.３μｍ帯の光をほぼ５０％透過しほぼ５０％反射すると共に、１.５５帯の光をほぼ１００％透過するような第１の誘電体膜３１を形成する。この反射、透過の関係は前述のように、誘電体膜の膜厚、誘電体膜の組合せを適当に選ぶことにより形成することができる。この第１の部分３０ａは、図１に示されるように発光素子１および分波器３を配設したときに発光素子１の照射する光が透明体３０に入射する部分で、数百μｍ角程度の範囲を意味する。この範囲に第１の誘電体膜３１を設けるには、他の部分をマスクして誘電体膜を成膜してからマスクを除去するリフトオフ法または全面に誘電体膜を設けてから所望の場所のみを残すように他の部分の誘電体膜をエッチングをして除去する方法のどちらでもよい。
【００１５】
つぎに、透明体３０の他方の表面の第２の部分３０ｂに、１.３μｍ帯の光をほぼ１００％透過させ、１.５５μｍ帯の光をほぼ１００％反射させる第２の誘電体膜３２を形成する。誘電体膜の形成方法は前述と同様に反射率を調整しながら積層する。第２の部分３０ｂは、光伝送路５からの受信信号光の第１の誘電体膜３１で透過した光が透明体３０の他方の面に入射する部分で、受信信号光の光分波器３への入射角度および透明体３０の屈折率ｎとその厚さＴによりスネルの法則により正確に位置決めをすることができる。第２の誘電体３２膜を設ける範囲は前述と同様である。
【００１６】
つぎに、透明体３０の一方の表面の第３の部分３０ｃに、１.５５μｍ帯の光をほぼ１００％反射させる第３の誘電体膜（全反射膜でもよい）３３を前述と同様に形成する。なお、全反射膜３３としては前述の誘電体膜でなくても、ＡｇやＡｕなどを単層で形成することもできる。この第３の部分３ｃは、第２の誘電体膜３２で全反射した１.５５μｍ帯の光が透明体３０の一方の表面に入射する部分で、この場所も透明体３０の厚さＴと受信信号光の入射角度（第１の誘電体膜３１を透過した光の屈折角である第２の誘電体膜３２への入射角）により正確に定まる。ついで、第３の誘電体膜３３で全反射した１.５５μｍ帯の光が透明体３０の他方の表面に達する部分である第４の部分３０ｄに、１.５５μｍ帯の光をほぼ１００％透過させる第４の誘電体膜（透明体または何も設けない状態でもよい）３４を同様に形成する。
【００１７】
前述の第３の誘電体膜３３は第１の周波数帯の光が殆ど存在しないため、また存在していてもさらに分離するため、第２の誘電体膜３２と同じ誘電体膜で形成することができる。また、同様に第４の誘電体膜３４も第１の誘電体膜３１と同じ誘電体膜で形成することもできる。このような構成にすれば、表裏の誘電体膜を同じ構成で形成することができ、成膜工程が簡単になると共に、組立時に表裏の区別をする必要がなくなる。
【００１８】
以上のように、発光素子１および光伝送路５と光分波器３との位置関係、ならびに透明体３０の材料（屈折率）とその厚さＴが定まれば、透明体３０の第１の部分３０ａ、さらには第２〜第４の部分３０ｂ〜３０ｄが位置決めされ、それらの部分に前述の関係の誘電体膜３１〜３４を設けることにより、図１に示される光分波器３が得られる。また、受信信号の受光素子２へ入射する１.３μｍ帯と１.５５μｍ帯との受信信号光の間隔Ｂも透明体３０の厚さＴおよび屈折率ｎにより調整することができるが、前述の例の透明体３０を用いると、その間隔Ｂが２００μｍになる。
【００１９】
発光素子１は、たとえばＩｎＰ系化合物半導体からなるクラッド層により多重量子井戸構造の活性層が挟持されたダブルヘテロ接合構造のレーザダイオードチップ１ａがシリコンなどからなるサブマウント１ｂにボンディングされた半導体レーザが用いられ、送信信号を１.３μｍ帯の光信号に変換して放射する。この発光素子１は、たとえば図１に示されるようにヘッダ８上にマウントされている。この発光素子は、その出力がモニターされ、自動的に照射出力が一定になるように自動出力制御回路（ＡＰＣ）が駆動回路内に組み込まれている。
【００２０】
受光素子２は、たとえばＩｎＰからなるホトダイオードが用いられ、第１の周波数帯である１.３μｍ帯の光を受光する第１の受光部２１と、第２の周波数帯である１.５５μｍ帯の光を受光する第２の受光部２２を有している。その中心部の間隔は、前述の透明体３０を用いたときは、前述のように２００μｍ程度になる。受光素子の構造は第１および第２の受光部共に同じであるが、信号処理を別々に行うため、受光部が分離されている。この受光素子２は第１および第２の受光部２１、２２を別々の受光素子で構成することもできる。この第１の受光部２１および第２の受光部２２の間隔は、前述の光分波器３の第２の誘電体膜３２と第４の誘電体膜３４をそれぞれ透過する光の間隔になるように形成される。
【００２１】
図２の説明図には、発光素子１から光分波器３に入射して第１の誘電体膜３１を透過し、透明体３０の他方の表面から抜け出た光（破線で示した光路）の先にたとえば金属板などの反射体４が設けられ、受光素子２の第１の受光部２１に入射するようにその反射角度が調整されて設けられている。第１の誘電体膜は１.３μｍ帯の光を半分反射し半分透過するため、半分は光伝送路５に入射するが、半分は反対側に透過するため、その透過光を利用して、発光素子の出力をモニターし、発光素子１の自動出力制御ＡＰＣを作動させるのに利用することができる。受光素子２は、本来受信信号光を受光するためのものであるが、送信と受信とは時分割で交互に行われるため、送信時には受信信号は入らず、その時間送信のモニター用として受光素子の第１の受光部を利用することができる。そうすることにより、通常発光素子の後ろ側にモニター用の受光素子を必要とするが、それが必要でなくなる。
【００２２】
前述の各構成例では、発光素子１の発光面や受光素子２の受光面の向きが詳細には示されていないが、ビーム方向に対して僅かに傾けて設けられている。これは図に線で示されるビーム方向に発光面や受光面が直角になっていると、受信信号光が発光面や受光面で真後ろに反射して伝搬してきた光路を逆方向に進み、再度光伝送路５に戻る。光伝送路５に戻ると、送信側に受信信号光が戻ってノイズとなる。そのため、発光面および受光面をビーム方向に対して若干傾けて配置することが好ましい。この場合、発光面や受光面がビーム方向に対して直角に向いていないと、発光する光や受光する光を全て利用することはできず、その効率は若干低下する。
【００２３】
本発明の光通信用モジュールでは、光分波器３の第１の部分３０ａに入射した送信信号光は、第１の誘電帯膜３１で約半分になるが光伝送路５の方に反射して光伝送路５に結合し、送信される。一方、光伝送路５から送られてくる受信信号光は、第１の誘電帯膜３１に入射し、１.３μｍ帯の受信信号光はその半分が発光素子１の方に反射し、半分は透明体３０の中に透過する。また、１.５５μｍ体の受信信号光は、その殆ど全てが透明体３０の中に透過する。
【００２４】
受信信号光の透明体３０内に透過した光は、透明体３０の第２の部分３０ｂに達し、１.３μｍ帯の受信信号光は全て第２の誘電体膜を透過し、受光素子２の第１の受光部２１に入射して電気信号に変換される。その結果、１.３μｍ帯の受信信号光が受信される。また、１.５５μｍ帯の光は第２の誘電体膜３２により殆んど反射し、さらに第３の誘電体膜３３により殆んど全部反射し、第４の誘電体膜を透過する。そして、受光素子２の第２の受光部２２に入射し、そこで電気信号に変換される。その結果、１.５５μｍ帯の受信信号を受信することができる。
【００２５】
また、発光素子１の第１の誘電体膜３１を透過した光を反射体４により反射させて受光素子２の第１の受光部２１に入射させることにより、発光素子１の出力をモニターすることができる。その結果、一層モジュールの小形化とコストダウンを図ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、１.３μｍ帯の送受信と１.５５μｍ帯の受信とを行うことができる双方向光通信用モジュールをコンパクトな構造で安価に得ることができる。その結果、電話、ファクシミリの送受信のほか、ＣＡＴＶを同時に受信することができ、光通信の実用化に大いに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光通信用モジュールの一実施形態の構成例を示す図である。
【図２】図１の光分波器の構成および光の分離の拡大説明図である。
【図３】従来の光モジュールの構成例の説明図である。
【図４】従来のモジュールで１.５５μｍ帯を受信するための構成例の説明図である。
【符号の説明】
１    発光素子
２    受光素子
３    分波器
４    反射体
５    光伝送路
２１    第１の受光部
２２    第２の受光部
３０    透明体
３１    第１の誘電体膜
３２    第２の誘電体膜
３３    第３の誘電体膜
３４    第４の誘電体膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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