JPH05100132A - 波長多重送受信モジユール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発受光素子と導波路の光結合の調整を容易に
し、さらに高効率，高出力を実現し、また電気的かつ光
学的低クロストークな小型で低価格なモジュールを提供
する。 【構成】非球面レンズ付き発光素子パッケージ６から光
が出射し、無反射コートガラス１１、合波導波路５、方
向性結合器３を伝播して光ファイバ２に結合する。一
方、光ファイバ２からの光は方向性結合部３により分波
されて分波導波路4を伝播して、非球面レンズ付き受光
素子パッケージ８に入射し受光素子に集光される。反射
の影響を低減するため非球面レンズ付き発光素子パッケ
ージ６を取り付ける側の導波路基板１に無反射コートガ
ラスをとりつける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種光通信機器分野に
おいて用いられる光波長多重伝送用送受信モジュールに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に従来の波長多重送受信モジュール
の構造を示す（特開昭６０−１８４２１６号公報）。発
光素子パッケージ８３、受光素子パッケージ８４、コモ
ンホルダ８５及びガラスブロック８６に干渉膜フィルタ
８７を接着した光合分波器をセラミック基板８１に実装
した構造となっている。

【０００３】図８に示すように、発光素子パッケージ８
３からの波長λ１の平行ビームは、干渉膜フィルタ８
７、ガラスブロック８６を通り、コモンホルダ８５で光
ファイバ８２に集光される。一方、光ファイバ８２から
の波長λ２の光はコモンホルダ８５で平行ビームに変換
され、干渉膜フィルタ８７で反射してガラスブロック８
６を通って受光素子パッケージ８４のレンズで受光素子
に集光される。発受光素子パッケージ８３，８４、コモ
ンホルダ８５、ガラスブロック８６に干渉膜フィルタ８
７を接着した光合分波器をセラミック基板８１上に一体
化した特徴を持っている。

【０００４】このような構成をとる図８の波長多重送受
信モジュールは、光合分波を干渉膜フィルタ８７で行う
ので、合分波特性はフィルタの設計自由度が大きいこと
から比較的容易に広帯域で低クロストークな合分波特性
を得ることが可能である。また、セラミック基板８１上
に発光素子パッケージ８３、受光素子パッケージ８４、
ガラスブロック８６、コモンホルダ８５を実装するた
め、多モード光ファイバに対しては無調整一括組立が可
能という利点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、合
分波ガラスブロックは、図８に示すような光路を取るた
めに、大きさに一定の制限があり小型化が困難である。
また、ガラスブロックの加工精度に高精度が要求される
ため低価格化も困難である。また、伝送路に単一モード
ファイバを用いた場合、組立時に高精度な光軸調整が必
要なため、モジュールの無調整組立が不可能である。即
ち、光軸方向をＺ軸とするとそれに垂直な二軸Ｘ，Ｙ
軸，及びＸＺ平面のあおりθ、ＹＺ平面のあおりφ、及
び、コモンホルダレンズと光ファイバとの距離Ｚの五軸
を同時に調整する必要があるため、組立工程が複雑であ
り工数も多く、大量生産および低価格化が困難である。
更に結露防止のため、ケースを気密封止固定するとき、
セラミック基板に大きな力が加わり光軸ずれを生じ、損
失が増加する等の問題があった。また、結合光学系で
は、球レンズを用いているため球面収差の影響を受け高
効率、高出力を実現することが困難であった。

【０００６】本発明の目的は、電気的光学的低クロスト
ークな、また高効率，高出力，小型低価格なモジュール
を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、発光素子自身の光の
反射の影響が低減されたモジュールを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は大量生産が容易で小型、低価格化が可能な
方向性結合器を構成要素とした導波路型基板を採用し、
更に、発受光素子パッケージとして導波路との結合が二
軸（Ｘ軸，Ｙ軸）調整のみで可能で、また開口数が大き
く球面収差の無い非球面レンズ付き発受光素子パッケー
ジを用い、これらをモジュールパッケージに搭載し、発
受光素子パッケージを電気的かつ光学的漏話を低減する
ために、互いのパッケージを直角な位置関係に配置する
ことにより、Ｚ軸の無調整化、及び、Ｘ軸，Ｙ軸の調整
公差を従来よりも緩和することを可能とし、さらに従来
よりも高効率，高出力を得られるような構造にした。本
発明では、導波路型基板と、その端面に対向して非球面
レンズ付き発受光素子パッケージを、電気的かつ光学的
漏話を低減するような位置に各々配置し、同一のモジュ
ールパッケージに一体化したことを特徴とした。

【０００９】また、他の目的を達成するため、発光素子
パッケージを取り付ける側の導波路基板に無反射コート
ガラスを付けることによって、発光素子自身からの光の
反射の影響を低減したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明では、方向性結合器を構成要素とした導
波路基板が、合分波機能をもつ。また、この基板の導波
路端面に対向して非球面レンズ付き発受光素子パッケー
ジを配置することにより、光軸方向をＺ軸とするとそれ
に垂直な二軸Ｘ，Ｙ軸において、Ｚ軸については無調
整、Ｘ軸，Ｙ軸については調整時の公差を緩和すること
が可能となり、また高効率，高出力を実現する。そし
て、これらの発光素子パッケージ、受光素子パッケージ
を、電気的かつ光学的漏話を低減するように各々のパッ
ケージに対して、直角な位置に配置し、光ファイバと導
波路とを融着あるいは非球面レンズを介して結合し、さ
らにモジュールパッケージに一体化することにより波長
多重送受信モジュールとして機能する。

【００１１】また、発光素子パッケージを取り付ける側
の導波路基板に無反射コートガラスを付けることによっ
て、発光素子から出射した光が導波路基板に反射して、
自分自身に入射することを低減することが出来、光源と
して安定に光を供給することが出来る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１，図２，図３，
図４，図５，図６，図７にしたがって説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例に係わる波長多重
送受信モジュールの簡略化した要部の平面図である。同
図において、発光素子からの波長λ１の光は、非球面レ
ンズホルダ７付き発光素子パッケージ６から出射し、無
反射コートガラス１１、合波導波路５、方向性結合器３
を伝播して方向性結合器３の端面に融着Ａにより取り付
けてある光ファイバ２に結合する。一方、光ファイバ２
からの波長λ２の光は方向性結合部３、分波導波路４を
伝播して、非球面レンズホルダ付き受光素子パッケージ
８に入射し受光素子に集光される。

【００１４】図２は非球面レンズホルダ付き発受光素子
パッケージの要部の断面図である。同図において、発受
光素子パッケージ２１のガラス窓付きキャップの周縁部
に非球面レンズ２２が格納されているレンズホルダ２３
を光軸調整を行なった後、抵抗溶接あるいはＹＡＧレー
ザ溶接により固定する。

【００１５】図３に非球面レンズホルダ付き発光素子パ
ッケージと導波路との結合における、発光素子チップと
導波路間の距離（物像間距離）と結合損失との関係を示
す。同図より、物像間距離を最適化すると結合損失は３
ｄＢ程度であり高効率結合であることが解る。例えば、
発光素子チップ光出力５ｍＷにおいてファイバ端光出力
で２ｍＷ程度を得ることが出来る。

【００１６】図４に非球面レンズホルダ付き発光素子パ
ッケージと導波路とのＸ，Ｙ軸の１ｄＢ劣化時の許容誤
差範囲を示す。この図からＸ，Ｙ軸の調整が緩和できる
ことが推定できる。

【００１７】図５に非球面レンズホルダ付き発光素子パ
ッケージと導波路とのＺ軸の１ｄＢ劣化時の許容誤差範
囲を示す。この図からＺ軸に対しては物像間距離が最適
の１１ｍｍでは、１００μｍ程度あり無調整が可能であ
る。また、受光素子パッケージについても同様にして導
波路と結合させることが出来る。

【００１８】また、本発明のもう一つの実施例を図６に
示す。こちらの実施例も前述の実施例と同様に動作す
る。ただ、前述の実施例と異なる点は、方向性結合器３
と光ファイバ２を結合するのに融着ではなく、非球面レ
ンズ付きのファイバコリメータ１２により結合させる点
である。

【００１９】図７にファイバコリメータパッケージの要
部の断面図を示す。光ファイバ７１の先端に付いている
フェルール７２を保持しているホルダ７３の周縁部に非
球面レンズ７５が格納されているレンズホルダ７４を光
軸調整を行なった後、抵抗溶接あるいはＹＡＧレーザ溶
接により固定する。

【００２０】また他の目的の達成のために、本発明は発
光素子パッケージ６が出射した光が合波導波路５の端面
で反射され発光素子に戻らないように合波導波路５の端
面に無反射コートガラスをホトボンドで接着する。その
結果、反射戻り光が、発光素子パッケージ６自身に入射
することによる影響を受け、発光素子が光を安定に供給
できなくなるのを低減する。

【００２１】本発明では導波路型基板１、発受光素子パ
ッケージ６，８をモジュールパッケージ１０に一体化
し、封止した構造となっている。

【００２２】以下、組立方法の一例を図１で説明する。
まず、モジュールパッケージ１０を片面メタライズし、
更に、光ファイバ７が融着された導波路基板１をＡｕ／
Ｓｕ共晶高温半田等でモジュールパッケージ１０の内側
にメタル固定し、非球面レンズ付き発受光素子パッケー
ジ６，８をモジュールパッケージ１０の側面から挿入
し、Ｘ，Ｙ軸を位置調整後レーザ溶接、或いは、Ｐｂ／
Ｓｕ共晶半田等でメタル固定する。この時、Ｚ軸方向は
前記したように、機械的部品加工精度で無調整組立が可
能である。この時、発受光素子はすでに非球面レンズ付
き発受光素子パッケージ６，８で気密封止されているの
で、レーザ溶接固定、半田固定時に気密封止固定しなく
ても素子の信頼性には影響しない。また、結露防止のた
めモジュールを封止する場合も、高性能な気密封止は必
要ではないので比較的容易に封止することが出来る。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、合分波部に方向性結合
器を構成要素とした導波路基板を用いて、発受光素子に
導波路との結合が容易な非球面レンズ付き発受光素子パ
ッケージを用いて、これらをモジュールパッケージに、
従来の五軸より少ない二軸調整を行い、気密封止する構
成にすることにより、大量生産が可能となり、高効率，
高出力，小型，低価格化する。

【００２４】また、発光素子パッケージと受光素子パッ
ケージを、各々のパッケージに対して直角な離れた位置
に配置することによって、電気的かつ光学的に低クロス
トークとなる。

【００２５】また、発光素子パッケージを取り付ける側
の導波路基板に無反射コートガラスを取り付けることに
より、発光素子パッケージから出射した光が、導波路基
板に反射して、発光素子パッケージに入射して発光素子
の特性が影響を受けることが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部の平面図、

【図２】非球面レンズホルダ付き発受光素子パッケージ
の要部の断面図、

【図３】非球面レンズホルダ付き発受光素子パッケージ
の結合損失特性図、

【図４】非球面レンズホルダ付き発受光素子パッケージ
のＸ，Ｙ軸に関する許容誤差範囲特性図、

【図５】非球面レンズホルダ付き発受光素子パッケージ
のＺ軸に関する許容誤差範囲特性図、

【図６】本発明の他の実施例の要部の平面図、

【図７】ファイバコリメータパッケージの要部の断面
図、

【図８】従来のガラスブロック型合分波器を用いた波長
多重送受信モジュールの要部断の平面図。

【符号の説明】

１…導波路型基板、２…光ファイバ、３…方向性結合
器、４…分波導波路、５…合波導波路、６…発光素子パ
ッケージ、７…非球面レンズホルダ、８…受光素子パッ
ケージ、９…非球面レンズホルダ、１０…モジュールパ
ッケージ、１１…無反射コートガラス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｊ 14/02 (72)発明者 宇佐美 政弘 横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立 製作所戸塚工場内 (72)発明者 志村 達人 横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立 製作所戸塚工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非球面レンズ付き発光素子パッケージ、非
   球面レンズ付き受光素子パッケージ、および導波路基板
   を同一パッケージ内に実装したことを特徴とする波長多
   重送受信モジュール。
2. 【請求項２】請求項１において、直線及び曲線光導波路
   よりなる方向性結合部を構成要素として形成した光合分
   波機能をもつ導波路基板において、合波される光が伝播
   する合波導波路と、分波された光が伝播する分波導波路
   と、分波される光と合波された光がともに伝播する方向
   性結合部を備え、前記合波導波路の端面の対向した位置
   に、非球面レンズ付き発光素子パッケージを配置し、前
   記分波導波路の端面の対向した位置に、非球面レンズ付
   き受光素子パッケージを配置し、前記発光素子パッケー
   ジと前記受光素子パッケージを互いに直角な位置関係に
   配置し、前記共通導波路に光ファイバを融着した波長多
   重送受信モジュール。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記発光素子
   パッケージを取り付ける側の導波路基板の端面に無反射
   コートガラスを取り付けた波長多重送受信モジュール。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、前記共通
   導波路と光ファイバとを結合するのに、非球面レンズを
   用いたファイバコリメータを用いて結合させる波長多重
   送受信モジュール。