JPH02120815A - 光送信機、受信機モジュール - Google Patents

光送信機、受信機モジュール

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JPH02120815A
JPH02120815A JP1242362A JP24236289A JPH02120815A JP H02120815 A JPH02120815 A JP H02120815A JP 1242362 A JP1242362 A JP 1242362A JP 24236289 A JP24236289 A JP 24236289A JP H02120815 A JPH02120815 A JP H02120815A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光放射光電子素子および、または光受信光
電子索子ならびに光が可能な限り小さい損失で結合され
る光信号伝送光導波体を具備する光送信機および、また
は受信機モジュールに関する。
［従来の技術］ この様な光学的モジュールは例えば通信システムで使用
される光導波体伝送リンクのための送信機および、また
は受信機としてその使用が増加している。例えばレーザ
によって発生された光はガラスファイバのような伝送媒
体として動作する光導波体に結合され、受信端で光電子
受信機に結合される。結合損失を避けるために光電子素
子は各光ファイバのコアの端面と正確に整列しなければ
ならない。この結合は信頼性があり、長期間にわたって
、および温度変化に対して安定していなければならない
。
従来の技術において、この要求は高価で複雑な精密な機
械的機構（例えば西ドイツ特許３０４８４１５号、フラ
ンス公開出願２５９１７Ｈ号参照）によって満たされて
いた。しかしそれは非常に精密な公差を有し、高い強度
を必要とし高価な材料でなければならない。これは光学
素子の価格を増加させる。
さらにその長期間安定性は依然として不十分である。
ＣＤプレーヤーでは、デジタル形態でディスク上に記録
されている音響情報を読み取るレーザビームをディスク
上で垂直、すなわちディスク面に対して垂直の方向にお
いて集束させることが知られている。これは±１μｍの
制御精度を必要とする。さらにピックアップ装置はディ
スク上の非常に狭い情報トラックに追従しなければなら
ない。
このためピックアップ装置は±０．１μｍの精度で容易
に調整される必要がある（雑誌Ｆｕｎｋｓｃｈａｕ。
４／１９１１６．３０〜３３頁参照）。この必要な精度
は著しい費用の増加を伴う。さらに従来のピックアップ
装置では２次元或いはそれ以上にレーザビームを移動さ
せることはできない。
［発明の解決すべき課題］ この発明の目的は、無条件で長期間安定な光結合が確保
できる光送信機または受信機を提供することである。
［課題解決のための手段］ この目的は、光導波体の端面のコア領域とクラッド領域
との間の反射係数の測定の差に基づいて光電子素子と光
導波体の間の光の結合を制御する制御装置を具備してい
る光送信機および、または受信機モジュールによって達
成される。
制御のための容易に評価できる測定信号は、光導波体の
端面のクラッド領域に反射被覆を設けることによって得
ることができる。さらに光導波体の端面のコア領域は反
射防止被覆を設けられてもよい。
さらに有利なこの発明の実施態様は特許請求の範囲の第
２項以下に記載されている。
この発明の主要な効果は、簡単な手段によって光結合の
長期間の安定性が得られること、および電子装置で比較
的安価な素子を使用することができることである。必要
な変化は低いコストで行うことができる。
要求される整列の公差は、単一モード光ファイバの光を
導くコアの直径が９乃至１０μｍであるために非常に小
さいものである。
［実施例］ 以下添付図面を参照にして実施例で詳細に説明する。
以下単に送信機または受信機と呼ぶ光送信機または受信
機モジュールｌは送信すべき光信号を生成するレーザダ
イオード２および光信号の伝送媒体である光導波体３を
具備し、第１図には光導波体３の送信機側の端部だけが
示されており、そのスケールは実際のものとは異なって
いる。
レーザダイオード２によって発生された光は集束レンズ
４を通って回折格子５に入射し、そこからビーム分割器
らに導かれる。偏向されない光線７は別にして１次オー
ダーの回折線８．９および高次の回折線（図示せず、ま
た以下において無視する）はビーム分割器６に到達する
。
回折格子５は交差格子として設計され、第１図には示さ
れていないが第２図および第３図には示されている第１
図の紙面に垂直な平面に回折された１次オーダーの回折
線１０．１１も生成する。
レーザ光線は例えば半透明鏡として設計されたビーム分
割器６で反射され、コリメートレンズ１２および対物レ
ンズ１３により構成された可動レンズ系を通過して光導
波体３の端面１４に達する。端面１４において光線７乃
至１１は以下説明するように方法で反射される。反射さ
れた光線は再び可動レンズ系のレンズ１２．１３を通過
し、さらにビーム分割器６およびレンズ１５を通って検
出器１６に入射する。
検出器１Ｂおよびそれに接続された評価回路における評
価によりエラー信号が生成され、それは制御ライン１７
によって電気機械的位置決め装置１８に転送される。こ
の位置決め装置１８はＸおよびｙ方向に沿って、すなわ
ち端面１４に平行な平面でエラー信号にしたがって可動
レンズ系のレンズ１２．１３を動かす。
光導波体３は良く知られているように光を伝導するコア
２０とそのコアを囲むクラッド２１とを有する。す１−
モード光ファイバではコア２０は通常直径はり乃至１０
μｍである。
光導波体３へのレーザ光の損失のない結合は、レーザビ
ームの所望のフォーカスに基づいて制御される。すなわ
ち光導波体３の端面１４のコア領域２２がそれを囲んで
いるクラッド領域２３とは異なった反射係数を有するこ
とによって制御される。コア領域２２とクラッド領域２
３と間の相対屈折率の差が約１％において、コア領域２
２とクラッド領域２３と間の反射率の相対的な変化は約
５％である。この反射率の変化は制御のために信頼性の
ある測定値を得るためには一般的に小さ過ぎる。それ故
、光導波体３の端面１４はコア領域２２の反射係数ＲＫ
とクラッド領域２３の反射係数ＲＭと間にもつと大きな
差が生じるように処理される。これは３つの方法で行う
ことができる （ａ）端面１４のクラッド領域２３に反射性被覆、例え
ばアルミニウム被覆を設ける。
（ｂ）端面１４のコア領域２２に反射防止被覆を設ける
。
（Ｃ）端面１４のクラッド領域２３に反射性被覆を設け
、コア領域２２に反射防止被覆を設ける。
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の方法はフォトリソグラフ技術
を使用して容易に行うことができる。コア領域２２をマ
スクしてフォトリソグラフ技術による露光を行うために
、光ファイバの他端に光を結合することによって光ファ
イバのコア２０の光伝送特性を利用することができる。
以下の表は、上記の端面１４の処理によって得られた端
面１４のコア領域２２の反射係数ＲＫとクラッド領域２
３の反射係数ＲＭ　、およびそれから得られた反射係数
比ＲＭ　／　Ｒｙ、を示している。
屈折率差（Ｋ／Ｍ）−１％と仮定する。
方法（ａ）は最も簡単に実行することができ、クラッド
領域２３にコア領域２２の２８倍の反射係数を与える。
方法（ｂ）はクラッド領域にコア領域のわずか３．７倍
の反射係数を与えるに過ぎないが、この方法はレーザダ
イオードに対する反射が明らかに減少されるという利点
を有する。これは例えば大きなコヒーレント長を有する
単一モードレーザダイオードのような高品質レーザモジ
ュールの場合に重要である。
方法（ｃ）は方法（ａ）の利点、すなわち、クラッド領
域とコア領域との間の反射係数の大きな差と、方法（ｂ
）の利点、すなわち、端面コア領域からの反射を減少さ
せるという利点が組み合わされ、クラッド領域にコア領
域の反射係数の９９倍の反射係数を与える。しかしなが
ら、この方法は２つの異なった処理ステップを必要とす
る。正確に調整された可動レンズ系のレンズ１２．１３
によって偏向されないレーザ光線７は正確にコア領域２
２に焦点を結び、したがって可能な限り効率よく光導波
体３に結合される（第２Ａ図参照）。同時に回折された
１次オーダーの光線８．９．１０．１１は上記のように
クラッド領域２３を照射し、このクラッド領域２３は前
記のようにコア領域よりもはるかに高い反射率を有する
。それは当然レーザダイオード２の動作波長において十
分に高い反射率である。もしも可動レンズ系のレンズ１
２．１３が適切に調整されるならば、光線８乃至１１は
反射されてレンズ１２．１３、ビーム分割器Ｂおよびレ
ンズ１５を通って検出器１６に達する。この検出器１Ｇ
は象限検出器として設計されている（第３Ａ図乃至第３
Ｃ図参照）。すなわち４個の象限またはセグメント２４
゜２５、２８．２７を具備し、そのそれぞれは他の３個
の象限とは独立にその表面に入射する光を検出する。
レンズ１５は、可動レンズ系のレンズ１２．１３が適切
に調整されるならば、検出器１Ｂの４個の象限セグメン
ト２４．２５．２８．２７が反射された光線８乃至１１
によって均等に照射される（第２Ａ図および第３Ａ図）
ことを保証する。
端面１４のＸまたはｙ軸における調整が不適切である場
合には、検出器１Ｂの４個の象限セグメント２４、２５
．２６．２７の一部が不均等に照射される。以下の説明
において、４個の象限セグメント２４．２５゜２６、２
７によって生成された信号はそれぞれＤｌ。
Ｄ２．Ｄ３．Ｄ４で示されている。不均等に照射される
場合には、次のようなエラー信号が生成される。
Ｄ２−、Ｄ４　　（ｘ軸）、または ＤＩ　−Ｄ３　　（ｙ軸）、または （ＤＩ　−Ｄ３　）±（Ｄ２−Ｄ４）（両軸）これは直
接光導波体３のコア領域２２にレーザビームの焦点を結
ばせるために使用されるこ、とができる。エラー信号は
最大の結合効率が得られるまで位置決め装置１８に可動
レンズ系のレンズ１２．１３をＸおよび、またはｙ方向
に移動させる。
２方向、すなわちビーム軸の方向における焦点の調整は
通常は必要ない。それは端面１４上の□光スポットの映
像の平面における焦点深度は十分な公差を有しており、
それは光送信機モジュール１の製造および予備設定中容
易に維持されることができるからである。
もしもビーム軸の方向における焦点の調整、すなわちレ
ンズ１２．１３と端面１４との間の距離の制御が、それ
でも例えば光ファイバに結合するレーザ光の位相を制御
するため等の理由で必要であるならば、これは非点収差
焦点制御によって容易に行うことができる。そのような
制御のために、象限検出器１６が使用できるが、その場
合に円筒レンズが反射された光の光路に配置されなけれ
ばならない。レーザビームが正確に調整されないならば
、この円筒レンズは反射された光ビームの非点収差歪を
生じ、この歪は検出器１Ｂによって検出されることがで
きる。
光送信機ｌはまた良く知られたホログラフ光学素子によ
って構成することができる。それはビーム分割器６およ
び光学系のレンズ１２．１３の機能を遂行する。その場
合にはレーザダイオード２と象限検出器１６を一つのハ
イブリッドユニットに組合−わせることも有効である。
こ゛れは光送信機または受信機ｌの構造を簡単にする。
第４図および第５図に概略的に示された光送信機または
受信機モジュールの実施例において、第１図乃至第３図
と同一の符号で示されているモジュールの部分は容器２
８中に収容されている。この実施例は、光導波体３の端
部部分が案内スリーブ２９中に固定され、この案内スリ
ーブ２９が保護スリーブ３０中に挿入されている。
第５図は第４図の破線の円３１で示された先ファイバの
端部部分の拡大図である。案内スリーブ２９は光導波体
３の端面のクラッド領域のための反射被覆３２およびコ
ア領域のための丸い先入力ポート３３を有する。光導波
体３は案内スリーブ２９に半田付けまたは接着されてい
る。単一モード光ファイバの場合には光入力ポート３３
の直径は約１０μｍである。
製造上の観点から、この実施例は　焦点の制御および容
器２８を含む全体の光学モジュールは先導肢体の端部に
結合される前にすでに十分にテストすることができる大
きな利点を有している。
製造業者からの情報によれば、コアとクラッドの同心性
についてのエラーは±１　（ｔ　ｍより大きくはない。
そのため案内スリーブ２９中の光導波体３の限定された
案内の結果として、光が丸い光入力ポート３３を通って
光導波体３に結合されるとき顕皆な損失が導入されるこ
とはない。
両方向光通信システムにおいて、この発明による光モジ
ュールは、光検出器３７が第６図に示すように象限検出
器３６の中心に位置されるならば、送信機および受信機
の両方に使用することができる。
高いビット速度の場合には、光検出器は小さい面積でな
ければならない。それは例えばＰＩＮダイオードまたは
ＡＰＤ検出器として構成することができる。
光検出器３７が中心に位置する象限検出器３Ｂはまた単
一半導体チップ上に構成ｒることができ、それによって
製造コストを著しく低減することができる。
第６図の実施例の特に利点とするところは、光導波体３
中へのレーザ光の結合の能動的制御が、光導波体３から
出る光信号に対する光検出器３７の最適の整列を確実に
することである。したがってレーザから光ファイバおよ
び先ファイバから検出器の両方の結合損失が一つの制御
装置によって最小にされる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、能動的に制御されたレーザと光ファイバの結
合を備えたこの発明の１実施例の光送信機を示す。 第２Ａ図乃至第２Ｃ図は異なった結合整列状態の光導波
体の端面を示す。 第３Ａ図乃至第３Ｃ図は第２Ａ図乃至第２Ｃ図の整列状
態におけるこの発明の装置中で使用される検出器を示す
。 第４図は、この発明の光送信機または受信機の別の実施
例を示す。 第５図は、第４図に示された装置の一部を拡大して示す
。 第６図は、この発明のさらに別の実施例で使用される検
出器を示す。 ２・・・レーザダイオード、３・・・光導波体、５・・
・回折格子、６・・・ビーム分割器、１４・・・光導波
体の端面、１６・・・検出器、１７・・・制御ライン、
１８・・・位置決め装置、２０・・・コア、２１・・・
クラッド、２２・・・コア領域、２３・・・クラッド領
域、２９・・・案内スリーブ、３０・・・保護スリーブ
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ＦＩＧ、６

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）光放射光電子素子および、または光受信光電子素
    子ならびに光が可能な限り小さい損失で結合される光信
    号伝送光導波体を具備する光送信機および、または受信
    機モジュールにおいて、光導波体の端面のコア領域とク
    ラッド領域との間の反射係数の測定の差に基づいて光電
    子素子と光導波体の間の光の結合を制御する制御装置を
    具備していることを特徴とする光送信機および、または
    受信機モジュール。
  2. （２）光導波体の端面のクラッド領域が反射被覆を備え
    ていることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
  3. （３）光導波体の端面のコア領域が反射防止被覆を備え
    ていることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
  4. （４）光導波体の端面が、光導波体のクラッド領域のた
    めの環状反射被覆とコア領域のための光入力ポートとを
    有するスリーブ中に収容されていることを特徴とする請
    求項１記載のモジュール。
  5. （５）２つの異なった平面中で回折されたビームが交差
    格子によつて光電子素子の光から生成され、前記ビーム
    は光導波体の端面上に投射され、それから反射されたビ
    ームが象限検出器によつて評価されることを特徴とする
    請求項１記載のモジュール。
  6. （６）位置決め装置が象限検出器によつて生成されたエ
    ラー信号によつて制御されてレンズ系を駆動し、このレ
    ンズ系は光導波体の端面のコア領域上に光ビームを集束
    することを特徴とする請求項５記載のモジュール。
  7. （７）円筒レンズが光電子素子と光導波体との間のビー
    ム路中に配置され、光導波体との間で結合される光はレ
    ンズによつて生じた非点収差の差を評価することによつ
    て集束されることを特徴とする請求項１記載のモジュー
    ル。
  8. （８）集積された中央光検出器を備えた象限検出器を具
    備していることを特徴とする請求項１記載のモジュール
    。
  9. （９）ホログラフ光学素子とハイブリッドモジュールと
    を具備し、前記ホログラフ光学素子はビーム分割器およ
    び円筒レンズとして動作し、前記ハイブリッドモジュー
    ルはレーザおよび検出器を具備していることを特徴とす
    る請求項１記載のモジュール。
JP1242362A 1988-09-20 1989-09-20 光送信機、受信機モジュール Expired - Lifetime JP2637570B2 (ja)

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JPH02120815A true JPH02120815A (ja) 1990-05-08
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