JPH07104154A

JPH07104154A - 光伝送モジュールおよび光伝送装置

Info

Publication number: JPH07104154A
Application number: JP5251700A
Authority: JP
Inventors: Kunikazu Onishi; 邦一大西; Masayuki Inoue; 雅之井上; Yoshio Suzuki; 芳夫鈴木; Yukio Fukui; 幸夫福井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で小型化、低コスト化に有効な双
方向光伝送モジュールおよびそれを用いた光伝送装置を
提供すること。【構成】同一のパッケージ１２内に発光素子１と受光
素子７を収納し、パッケージ開口部にあるカバーガラス
２の上面または下面にホログラフィック回折格子６を設
けた。送信時には、発光素子１を発した光ビーム１００
は回折格子６を透過し、レンズ３によって光ファイバー
４の端面５上に集光される。一方受信時には、光ファイ
バー４の端面５を発した受信光ビーム１０５が、レンズ
３を経て回折格子６に達する。そして回折格子６によっ
て回折されて、その＋１次回折光ビーム１０８が受光素
子７の光検出面上に集光される。これにより光ファイバ
ー４内を伝送されてきた信号光から伝送信号を受信する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバーケーブル
などの端末に接続して情報信号の送・受信に用いられる
光伝送モジュールに関するもので、特に、１個のパッケ
ージ内に発光素子と受光素子とを設けて双方向伝送を行
なう光伝送モジュール、およびそれを搭載した光伝送装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバーケーブルなどの光伝送路
（以下、簡単のため光ファイバーと記す）を用いた光通
信システムや光伝送システムにおいて、信号の送・受信
端末に用いられる双方向光伝送用モジュール（以下、簡
単のために光モジュールと記す）の従来例としては、例
えば特開昭６２−２２９２０６号公報に記載されている
技術がある。これは、発光素子および発光素子からの出
射光をコリメートするコリメートレンズと、受光素子お
よび受光素子に光を結合するための集光レンズと、光フ
ァイバー端末および光ファイバ−から出射した光をコリ
メートするための共通ポートレンズと、光を波長によっ
て分波合波するためのフィルタを装着したペンタプリズ
ムブロックとを、１個の金属ケース内に収納あるいは接
続した構成となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術に開示された光モジュールにおいては、１個
の金属ケース内に収納される光学部品の部品点数が多く
なるという問題がある。また、送信光と受信光とをペン
タプリズムブロックを用いて分離するため、発光素子と
受光素子とを空間的に離れた位置でかつ互いに直交する
向きに配置する必要があり、光モジュールの小型化に対
して障害になっている。

【０００４】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
小型化、低コスト化に適した光モジュールおよびそのモ
ジュールを用いた光伝送装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、発光素子と、受光素子と、発光素子
を発した光ビームを所定の光ファイバーに導く光学素子
（例えばレンズなど）と、少なくとも前記発光素子およ
び受光素子を収納し、かつ透明部材（以下、簡単のため
カバーガラスと記す）を設けた窓部を有するパッケージ
とを具備した光モジュールにおいて、前記カバーガラス
の上面または下面に、直線状あるいは曲線状軌跡の格子
溝を有する回折格子を設けた。

【０００６】また、前記光学素子を前記パッケージ内に
保持する構成にした。

【０００７】また、少なくとも前記回折格子と前記カバ
ーガラスを、このカバーガラスを透過する光ビームの光
軸に略平行な所定の回転軸の回りに回転できるようにし
た。

【０００８】また、前記受光素子として、この受光素子
と前記発光素子とを結ぶ直線に略平行な方向に長手方向
をもつ長方形または台形または長円形の受光面を有する
受光素子を用いた。

【０００９】また、前記回折格子の格子溝を略鋸歯状の
断面形状にした。

【００１０】また、前記光ファイバーから前記受光素子
に至る光路中に、特定の波長の光ビームを選択的に透過
させる波長選択性フィルターを設けた。

【００１１】また、前記回折格子の格子溝深さｄおよび
この回折格子を構成する部材の屈折率ｎ₀ およびこの回
折格子に接する周囲の媒体の屈折率ｎ₁ が、所定の光ビ
ームの波長λに対して、次の式ｄ≒ｍ・λ／（ｎ₀−ｎ₁）（ただし、ｍは整数） ……式の関係を略満足する構成にした。

【００１２】また、前記発光素子とこれに付帯する部品
を含む発光手段に、所定の電気信号に応じて光ビームを
発する機能と、逆にこの発光素子に入射する光ビームの
光量に応じて所定の電気信号を出力する光検出機能とを
兼ね備えさせた。

【００１３】さらに、光通信システムや光伝送システム
に用いられる光伝送装置に上述した各構成をとる光モジ
ュールを搭載した。

【００１４】

【作用】前記したように構成することにより、光ファイ
バーからこの光モジュール内に導かれた受信光ビーム
を、カバーガラスの上面または下面に設けた回折格子で
回折し、発光素子のごく近傍に配置された受光素子に入
射させて信号を受信することができる。このため、発光
素子と受光素子を従来の光モジュールに比べて格段に近
接した位置に設けることができる上、光モジュール内の
各光学部品を直線的に配置できる。これは、光モジュー
ルの小型化・簡略化に極めて有利である。

【００１５】また、発光素子から発せられた送信光を光
伝送路に導く光学素子を、前記パッケージ内に固定する
と、光学素子を保持するためのホルダー部材を省略する
ことができる上、このホルダー部材と前記パッケージと
を軸合わせしさらに接合固定する工程も省略できるの
で、光モジュールの低コスト化に対してさらに有利にな
る。

【００１６】また、回折格子をこの回折格子を設置して
いるカバーガラスと共に光軸にほぼ平行な軸の回りに回
転することにより、この回折格子を回折して受光素子に
入射する光ビーム集光位置の調整を容易に行なうことが
できる。

【００１７】また、受光素子の受光面を長方形または台
形または長円形にすることにより、受信光の波長シフト
に伴って受光面上の光ビーム集光位置が変位しても常に
良好な受信性能を得ることができる。

【００１８】また、回折格子の格子溝をほぼ鋸歯状の断
面形状にすると、この回折格子を回折して受光素子に入
射する受信光の光利用効率を向上させることができる。

【００１９】また、前記光ファイバーから前記受光素子
に至る光路中に、特定の波長の光ビームを選択的に透過
させる波長選択性フィルターを設けると、互いに波長が
異なる複数の信号光が光ファイバー内を伝送される場合
に、受信光以外の他の信号光が受光素子に漏れ込むいわ
ゆる漏話（クロストーク）を低減することができる。

【００２０】また、回折格子の格子溝深さｄを、前記
式の関係式のように定めると、式中の波長λを有する
光ビームに対して回折効率をほぼゼロにすることができ
る。そこでこのような回折格子を用い、波長λの光ビー
ムを送信光とし、λとは異なる波長λ’の光ビームを受
信光として光モジュールを構成すると、結果的に送・受
信光の光利用効率が高く、かつ受信光に対する漏話が充
分に低減された双方向光伝送が可能になる。

【００２１】また、入射光ビームに対する光検出機能を
兼ね備えた発光手段を用いると、前記受光素子で受信す
る第１の光ビームとこの発光素子で送受信する第２の光
ビームとを同時多重伝送することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を図示した各実施例によって説
明する。

【００２３】図１は、本発明の第１実施例に係る光モジ
ュールの断面図である。同図において、１は、例えば半
導体レーザ素子などの発光素子である。この発光素子１
は、送信信号に応じて変調された駆動電流により、所定
の波長を有する光ビーム１００を発光する。発光素子１
を発した光ビーム１００は、カバーガラス２を経てレン
ズ３に達する。そしてレンズ３を透過した光ビーム１０
４は、光ファイバー４の端面５上に集光され、光ファイ
バー４内に伝送される（以下では、この光ビーム１０４
を送信光ビームと記す）。

【００２４】一方、他の光モジュールなどから光ファイ
バー４内を伝送してこの光モジュールに達し、光ファイ
バー端面５から出射した光ビーム１０５（以下、この光
ビーム１０５を送信光ビーム１０４と区別するため、受
信光ビームと記す）は、送信光ビーム１０４とは逆の光
路をたどり、レンズ３を透過してカバーガラス２に達す
る。カバーガラス２の上面または下面には、所定の格子
溝が刻まれた位相型の回折格子６が設けられている。

【００２５】図２は、この回折格子６に刻まれる格子溝
の１例を示した斜視図である。また、図３はその格子溝
の軌跡の１例を示した平面図である（格子溝中央部の軌
跡が、数本おきに図３の四角の枠内に描かれた実線によ
って示されている）。すなわち、回折格子６には、例え
ば図２の例に示すような矩形もしくは台形状の断面形状
で、かつ図３の例に示すような不等間隔で曲線状あるい
は直線状の軌跡を持つ格子溝２０が刻まれている。この
ような回折格子６にレンズ３を透過した光ビームが入射
すると、回折格子６はこの光ビームを回折し＋１次回折
光ビーム１０８を発生させる。そしてこの＋１次回折光
ビーム１０８は、発光素子１の近傍に設けられたフォト
ダイオードなどの受光素子７の受光面上に集光する。こ
のような機能を持つ回折格子６は、一般にホログラフィ
ック回折格子と呼ばれており、発光素子１を発する光ビ
ーム１００と受光素子７に集光される光ビーム１０８と
が重なることによって生じる干渉縞に沿って格子溝が刻
まれている。

【００２６】そして、回折格子６によって発生した光ビ
ーム（＋１次回折光ビーム）１０８が、受光素子７の受
光面上に入射すると、その入射光強度に応じた所定の検
出信号が出力され、この検出信号から受信信号が復調さ
れる。

【００２７】なお、発光素子１と受光素子７は、図１に
示すような柱状の基台１１（以下、サブマウントと記
す）に固定されており、さらにこのサブマウント１１
は、発光素子１の光出力モニターに用いられる受光素子
８（以下、モニターダイオードと記す）と共に、同一の
基台１０（以下、ステムと記す）上に固定されている。
また、発光素子１、受光素子７およびそれらが固定され
たサブマウント１１とモニターダイオード８は、開口部
にカバーガラス２を設けたパッケージ１２によって封止
されている。また、レンズ３はレンズホルダー１３に、
光ファイバー４はファイバーホルダー１４にそれぞれ固
定されており、さらに各ホルダー１３，１４は、図１に
示すようにパッケージ１２上に順次積層され、溶接など
の手段によってそれぞれ接合固定されている。

【００２８】次に、本実施例の前記回折格子６の機能
を、図４および図５を用いて説明する。図４および図５
は、本実施例の光モジュールの主要部分を抽出した概略
断面図である。

【００２９】まず、図４を用いて送信時の状態を説明す
る。発光素子１を発した光ビーム１００は、カバーガラ
ス２を経て回折格子６を透過する。そしてその際、回折
格子６によって回折され、そのまま直進する０次光ビー
ム１０１と、所定の角度だけ偏向して進行する＋１次回
折光ビーム１０２および−１次回折光ビーム１０３の３
本の光ビームに分離する（なお、厳密には±２次以上の
高次の回折光ビームも存在するが、ここでは説明の便宜
上省略する）。このうち、０次光ビーム１０１が、レン
ズ３によって光ファイバー４の端面５上に集光され、光
ファイバー４内に伝送されていく。この０次光ビーム１
０１と＋１次回折光ビーム１０２および−１次回折光ビ
ーム１０３各々の光ビーム１００に対する光量比、いわ
ゆる回折効率は、回折格子６の格子ピッチＰ、格子溝幅
Ｗ、格子溝深さｄ、格子溝が刻まれている基板部材（カ
バ−ガラスに直接格子溝を刻む場合は、カバーガラス）
の屈折率ｎ₀ 、回折格子の周囲にある媒体（例えば空
気）の屈折率ｎ₁ 、および回折格子に入射する光ビーム
１００の波長λによって決まる。例えば、入射光ビーム
の波長を１．３μｍとし、屈折率ｎ₀ ＝１．５１のガラ
ス基板に平均格子ピッチが２μｍで、格子溝幅Ｗが格子
ピッチＰの半分すなわちＷ／Ｐ＝０．５である回折格子
６を、空気中（ｎ₁＝１）に配置した場合、格子溝深さ
ｄを約０．７μｍにすると、回折格子６に入射する入射
光ビームに対して０次光ビームの光量を約４０％、±１
次回折光の光量をそれぞれ約２０％にすることができ
る。したがって、このような回折格子６を用いると、発
光素子１を発した光ビーム１００の光量の約４０％を、
送信光として光ファイバー４の端面５上に集光すること
ができる。

【００３０】次に、受信時の状態を図５により説明す
る。光ファイバー４内を伝送し、光モジュール内の光フ
ァイバー端面５から発した受信光ビーム１０５は、レン
ズ３を透過した後、収束光ビーム１０６に変換されて回
折格子６に達する。そして送信時の場合と同様、回折格
子６によって回折されて、直進する０次光ビーム１０７
と偏向して進行する＋１次回折光ビーム１０８および−
１次回折光ビーム１０９に分離される。このとき、回折
格子６に入射する光ビーム１０６に対する各回折光ビー
ムの回折効率は、送信時と同様の値になる。すなわち、
受信光ビーム１０５の波長が前述の送信時の例と同様の
１．３μｍで、回折格子６も前述の例と同じ格子である
ので、＋１次回折光ビーム１０８の光量は、光ビーム１
０６の約２０％になる。そして、この＋１次回折光ビー
ム１０８が、発光素子１の近傍に設けられた受光素子７
の受光面上に集光され、受信信号が検出、復調される。

【００３１】斯様な構成をとる本実施例においては、光
ファイバーから導かれた受信光ビームを、カバーガラス
に設けた回折格子で回折し、発光素子のごく近傍に配置
した受光素子に入射させることができるため、従来の光
モジュールに比して発光素子と受光素子とを格段に近接
配置することが可能となる上、光モジュール内の各光学
部品を直線的に配置でき、以って、光モジュールの小型
・簡略化に大いに貢献する。

【００３２】図６は、本発明の第２実施例に係る光モジ
ュールの断面図であり、同図において、図１の第１実施
例と同一の構成要素には同一の番号を付してある。本実
施例の基本的な構成および機能は、図１に示した第１実
施例とほぼ同様である。第１実施例との相違点は、レン
ズ３をパッケージ１２内に固定し、レンズホルダー１３
を省略した点である。このような構成にすることで、第
１実施例よりもさらに構成部品を削減でき、なおかつレ
ンズホルダーの軸合わせ・接合工程も省略できる。ま
た、光ファイバー４とファイバーホルダー１４を、従来
の１方向光伝送用モジュール（発光素子とレンズが１個
のパッケージ内に収納された光モジュール）と共通化で
きる利点もある。

【００３３】次に、図１または図６で説明したような光
モジュールを実際に組み立てる場合について述べる。こ
の場合、回折格子６によって回折される＋１次回折光ビ
ーム１０８が受光素子７の受光面上に正しく集光するた
めには、その回折方向を調整する必要がある。このよう
な調整は、回折格子６を、その回折格子に入射する光ビ
ームの光軸、またはそれに平行な軸の回りに回転させ
て、集光スポットの位置調整を行えば良い。なお、前述
したように回折格子６はカバーガラス２の上面または下
面に固定されているので、回折格子６を回転調整する際
はカバーガラス２ごと回転させれば良い。

【００３４】図７はその様子の１例を示した図であり、
特にカバーガラス２、回折格子６および受光素子７だけ
を抽出して描いた概略平面図である。光ビーム１０６は
紙面に垂直な方向から回折格子６に入射するので、その
＋１次回折光ビーム１０８は、図７のようなＸ−Ｙ平面
内で見ると、回折格子６の格子溝軌跡に対してほぼ垂直
な方向に進行して、受光素子７の受光面上に集光され
る。従って図中の矢印で示すように、カバーガラス２を
Ｘ−Ｙ平面内で微小角度回転（すなわち、光ビーム１０
６の光軸または光軸に平行な軸の回りに微小角度回転）
させると、カバーガラス２上に固定された回折格子６も
同時に回転し、その結果、受光素子７上の集光スポット
１１０を所定の方向（図７の例ではＹ軸方向に略一致し
た方向）に変位させることができる。これにより、受光
素子７に対する集光スポット１１０の相対的位置ずれを
初期調整することができる。なお、カバーガラス２がパ
ッケージ１２に固定されている場合は、まずパッケージ
１２をステム１０に対して回転調整し、その後、接合固
定する方法をとれば良い。

【００３５】ところで、受光素子７上に集光される＋１
次回折光ビーム１０８は、その波長の変化によって回折
される方向、すなわち回折角（０次光ビームの光軸と±
１次回折光ビームの光軸がなす角）が変化する。このた
め、温度変動などの要因によって受信光ビーム１０５の
波長が変化すると、図８に示すように受光素子７上の集
光スポット１１０が、回折格子６と受光素子７を結ぶ方
向（図８ではＸ方向）に変位してしまう。したがって、
波長シフトによって集光スポット１１０が変位しても、
受光素子７の受光面からはみ出さないようにするために
は、少なくとも集光スポット１１０の変位方向、すなわ
ち回折格子６と受光素子７を結ぶ方向に充分長い受光面
を持つ受光素子が必要である。図８，図９は、各々その
１例を示した平面図である。図８の例では、受光素子７
はＸ方向の辺長ａが、Ｙ方向の辺長ｂよりも充分長い長
方形の受光面を有している。ただし、この受光面の形状
は長方形に限定されるものではなく、例えば図９に示す
ような台形形状であってもよく、あるいは長円形（楕
円）形状などでも、もちろん構わない。

【００３６】さらに、受光素子７の位置自体も、図１や
図６の実施例に限定されるものではなく、パッケージ１
２内に収納できる位置であれば、どこに配置しても良
い。また、受光素子７は１個に限定されるものではな
く、２個以上設けても構わない。例えば受光素子７を２
個設けて、図５で示した＋１次回折光ビーム１０８と−
１次回折光ビーム１０９をそれぞれ受光すれば、受信時
の光利用効率をさらに向上させることができる。

【００３７】図１０および図１１は、受光素子を２個設
けた本発明の第３実施例および第４実施例の光モジュー
ルの構成をそれぞれ示している。ただし、図１０，図１
１は、受光素子７ａ，７ｂの配置を示すため、主要部品
だけを抽出して描いた概略平面図であり、図１０，図１
１において前記した各実施例と同一の構成要素には同一
の番号を付してある。

【００３８】図１０に示した第３実施例では、図１およ
び図６の各実施例で示したサブマウント１１上に第１の
受光素子７ａを配置し、さらに発光素子１を挟んだ反対
側に第２の受光素子７ｂを配置している。そして、第１
の受光素子７ａには、＋１次回折光ビーム１０８の集光
スポット１１０が入射し、第２の受光素子７ｂには、−
１次回折光ビーム１０９の集光スポット１１１が入射す
るように構成されている。一方、図１１に示した第４実
施例では、２個の受光素子７ａ，７ｂを図１０の配置か
ら９０°回転させた位置に配置している。

【００３９】このように複数個配置される受光素子は、
それぞれ発光素子１を挟んでほぼ対称な位置に配置され
ていれば、どのように配置されていても構わない。なお
受光素子の配置の方向が変われば、当然それに合わせて
回折格子６を回転させ、各回折光ビームがそれぞれ所定
の受光素子上に集光するように調整する必要がある。

【００４０】図１２および図１３は本発明の第５実施例
に係り、図１２は、本実施例の光モジュールで用いられ
る回折格子の要部斜視図であり、図１３は、その回折格
子を用いた本実施例の光モジュールの概略断面図であ
る。なお、図１２，図１３において、これまでに述べて
きた各実施例と同一の構成要素には同一の番号を付して
ある。

【００４１】本実施例では、回折格子６’の格子溝２１
が、図２で示した格子溝２０ような矩形の断面形状では
なく、入射光軸に対して非対称な鋸歯状の断面形状にな
っている。格子溝２１をこのように非対称な断面形状に
する（以下、これをブレーズ化と記す）と、±１次回折
光ビームの回折効率が不均一化し、一方の回折光（図１
２の例では＋１次回折光ビーム１０８）の光量が増加す
る。例えば、回折格子６’に入射する光ビーム１０６の
波長を１．３μｍとし、屈折率ｎ₀ ＝１．５１のガラス
基板に平均格子ピッチが２μｍで、断面形状がほぼ直角
三角形の形状になるようにブレーズ化された格子溝２１
を刻む場合、格子溝深さｄを約１．３μｍにすると、入
射光ビーム１０６の光量の約４０％を＋１次回折光ビー
ム１０８にすることができる。これは、図２のような矩
形格子溝２０を設けた場合の約２倍の効率である。一
方、−１次回折光ビーム１０９の光量は、入射光ビーム
１０６の５％程度にまで低下する。しかもこの際、回折
しないでそのまま進行する０次光ビーム１０７の光量
は、やはり入射光ビーム１０６の光量の約４０％とな
る。これは、矩形格子溝２０を用いた場合と同一の値で
ある。

【００４２】したがって、図１３に示すように、このブ
レーズ化された回折格子６’を搭載した本実施例の光モ
ジュールにおいては、送信時の光利用効率を低下させる
こと無く、受信光ビーム１０５の光量の約４０％を受光
素子７に導くことができ、受信時の光利用効率が大幅に
向上する。

【００４３】なお、ブレーズ化された格子溝２１の断面
形状は、図１２のような直角三角形に限定されるもので
はなく、入射光軸に対して非対称な形状であれば直角三
角形以外の三角形でも良いし、台形のような形状でも良
い。

【００４４】ところで、以上述べた各実施例は、発光素
子１から光ファイバー４に導かれる送信光ビームの波長
と、光ファイバー４を経てこの光モジュール内に伝送さ
れてくる受信光ビームの波長については、全く限定して
いない。すなわち、両光ビームの波長が一致している場
合はもちろん、波長が異なる場合においても全く問題無
く本発明の光モジュールを用いることができる。

【００４５】また、以上の各実施例は、光ファイバー４
内を伝送する信号光が１種類の場合について述べている
が、もちろん２種類以上の信号光が伝送される場合にも
本発明の光モジュールを用いることができる。ただしこ
のような場合は、それぞれの信号光が他の信号光に対し
て迷光として働き、その結果いわゆる受信信号の漏話特
性（クロストーク特性）が劣化する可能性があるので、
それを防ぐ手段が必要がある。

【００４６】図１４および図１５は、２種類以上の信号
光が伝送される本発明の第６実施例および第７実施例の
光モジュールの要部構成をそれぞれ示しており、上記し
た漏話特性劣化に対する防止策を施してある。なお、図
１４，図１５において、これまでに述べた各実施例と同
一の構成要素には、同一の番号を付してある。

【００４７】この第６実施例および第７実施例では、光
ファイバー４内に伝送される２種類の信号光は、それぞ
れ互いに異なる波長λ１およびλ２を有したものとなっ
ている。そして光モジュール内には、波長λ１の受信光
ビーム（図１４および図１５の例では１０６ａ）は透過
し、その他の波長λ２の光ビーム（図１４および図１５
の例では１０６ｂ）は反射するような、波長選択性フィ
ルター３０が設けられている。なお、この波長選択性フ
ィルター３０は、図１４の第６実施例では、カバーガラ
ス２の下面に、図１５の第７実施例では、受光素子７の
上面に設けられているが、波長選択性フィルター３０
は、光ファイバー４の端面５から受光素子７に至るまで
の光路中であれば、どこに設けても構わない。

【００４８】また、図１４，図１５の第６，第７実施例
では、１本の光ファイバー内に伝送される複数の信号光
を選択的に受信するために、各信号光の波長を互いに異
ならせているが、それ以外にも例えば、光の偏光方向の
違いを利用して選択する方法もある。すなわち、光ファ
イバー４として偏波面保存型の光ファイバーを用い、さ
らに前述の波長選択性フィルター３０の代わりに偏光フ
ィルターを用いれば、偏光方向が互いに異なった複数の
信号光から特定の信号光を選択して受信することができ
る。

【００４９】一方、光ファイバー内を伝送する各信号光
の波長が異なる場合は、回折格子によって回折される
際、その波長の違いによって±１次回折光ビームの回折
角に差が生じる。そこでその回折角の差を利用すると、
各信号光をそれぞれ独立に受信することができる。図１
６は、回折角の差を利用して各信号光をそれぞれ独立に
受信するようにした、本発明の第８実施例に係る光モジ
ュールの概略断面図である。なお、図１６において、こ
れまで述べた各実施例と同一の構成要素には同一の番号
を付してある。

【００５０】本実施例では、互いに波長が異なる２本の
受信光ビーム１０５ａと１０５ｂは、レンズ３によって
それぞれ光ビーム１０６ａと１０６ｂに変換され、回折
格子６に達する。そして回折格子６により共に回折さ
れ、＋１次回折光１０８ａと１０８ｂを分離する。しか
し一般に、同一の回折格子に波長が異なる光ビームがそ
れぞれ入射した場合は、波長が長い光ビームの方が、±
１次回折光ビームの回折角が大きい。したがって図１６
に示すように、長い波長λ２を有する＋１次回折光ビー
ム１０８ｂの方が、λ２より短い波長λ１を有する＋１
次回折光ビーム１０８ａよりも発光素子１から離れた位
置に集光する。そこで、＋１次回折光ビーム１０８ａと
１０８ｂがそれぞれ別々の受光素子に入射するように受
光素子７ａと７ｂを配置すると、各受信光ビームをそれ
ぞれ独立に受信することができる。

【００５１】ところで、前述した図１４，図１５の第
６，第７実施例では、波長が異なる複数の信号光を選択
的に受信するために、波長選択性フィルター３０を設け
る例を示したが、それ以外にも例えば、回折格子６の溝
深さを制御することによって、回折格子自体に波長選択
性フィルターと同様の波長選択機能を持たせることもで
きる。以下、回折格子自体に波長選択機能を持たせた実
施例について説明する。

【００５２】図１７は、屈折率ｎ₀ ＝１．５１の基板に
図２のような矩形の断面形状を有する格子溝２０を設け
た回折格子６について、その格子溝深さｄと回折効率の
関係を、波長λ１＝１．３μｍの光ビームと波長λ２＝
１．５５μｍの光ビームについて計算した結果を示すグ
ラフ図である。同図から明らかなように、格子溝深さｄ
が２．５〜２．６μｍ程度になると、波長λ１＝１．３
μｍの光ビームはほとんど回折せず、光量のほぼ１００
％が０次光ビームとして回折格子６をそのまま透過す
る。一方、波長λ２＝１．５５μｍの光ビームは、約１
０％の回折効率がある。これは、格子溝深さｄがある波
長λに対して、次の式（ｎ₀−ｎ₁）・ｄ≒ｍ・λ ……式ただしｎ₀：回折格子を構成する部材の屈折率ｎ₁：回折格子の周囲にある媒体（例えば空気）の屈折
率ｍ：任意の整数の関係を満足する場合は、波長λの光ビームに対してこ
の回折格子は、格子溝が全く無い場合と等価になる性質
があることを示している。

【００５３】図１８および図１９は、このような波長選
択機能を持つ回折格子６を用いた本発明の第９実施例に
係る光モジュールの概略断面図であり、図１８は送信時
の状態を示しており、図１９は受信時の状態を示してい
る。なお、図１８，図１９において、これまで述べてき
た各実施例と同一構成要素には同一の番号を付してあ
る。

【００５４】本実施例では発光素子として、波長λ１＝
１．３μｍの光ビームを発する発光素子１を設けてい
る。図１７を用いて前述したように、回折格子６の格子
溝深さｄを２．５〜２．６μｍ程度とすると、波長λ１
＝１．３μｍの光ビームに対しては、回折格子６はほと
んど回折格子として機能しない。よって図１８に示した
送信時には、発光素子１を発した光ビーム１００ａは、
ほぼ１００％の光量がそのまま回折格子６を透過して光
ビーム１０１ａとなり、レンズ３によって光ファイバー
４の端面５上に集光される。したがって、送信時には非
常に高い光利用効率が得られる。

【００５５】また、図１９に示した受信時には、前記し
た図１４，図１５の第６，第７実施例と同様に、光ファ
イバー４の端面５からは波長λ１＝１．３μｍの光ビー
ム１０５ａと波長λ２＝１．５５μｍの光ビーム１０５
ｂとが同時に出射し、これらはレンズ３を経て共に回折
格子６に達する。しかし、回折格子６は波長λ２の光ビ
ーム１０６ｂだけを回折し、その＋１次回折光ビーム１
０８ｂが受光素子７に集光される。一方、波長λ１の光
ビーム１０６ａは、そのまま回折格子６とカバーガラス
２を透過して光ビーム１０７ａになり、発光素子１に達
する。したがって、受光素子７では波長λ２の光ビーム
だけが選択的に受信され、波長選択性フィルターを用い
た場合と同様の良好な漏話特性が得られる。

【００５６】このように、光ファイバー内に伝送される
所定の信号光の波長に合わせて回折格子６の格子溝深さ
を設定すると、回折格子自体に波長選択機能を持たせる
ことができるので、特定のフィルターを用いること無
く、送信時の高い光利用効率と受信時の良好な漏話特性
を同時に得ることができる。

【００５７】さらに、以下の実施例に示すように、発光
素子１と前記モニターダイオード８とを含む発光手段
（発光素子と該発光素子の出力モニター用の受光素子と
は、通常対となって発光手段を構成する）に、受光素子
７と同様の光検出機能を持たせることにより、回折格子
６をそのまま透過し、発光素子１に達した波長λ１の光
ビーム１０７ａからも、独立に信号を受信することがで
きる。

【００５８】図２０は、光検出機能を有する発光手段を
用いた本発明の第１０実施例に係る光モジュールを搭載
した光伝送装置の構成を示している。図２０において
も、これまでの各実施例と同一の構成要素には同一の番
号を付してある。

【００５９】本実施例で用いられる光学部品は、発光素
子１’を除いて図１８，図１９の第９実施例と同一であ
る。したがって受信時には、前記第９実施例と同様に、
波長λ２の＋１次回折光ビーム１０８ｂは、受光素子７
の受光面上に集光される。そして、そこで光電変換され
た信号は、送・受信装置６０内に設けられた電流−電圧
変換器５０ｂに供給され、波形整形器５１ｂ、復調器５
２ｂなどを経て、受信信号（２）が得られる。一方、送
信光ビーム１０４と同じ波長λ１を有する光ビーム１０
６ａは、回折格子６とカバーガラス２を透過し、光ビー
ム１０７ａとなって発光素子１’に入射する。ところ
で、本発明のような双方向光伝送モジュールが用いられ
る光通信システムや光伝送システムでは、信号の送信と
受信が互いに重複しないよう交互に繰り返される時分割
送受信方式が、一般的な信号伝送方式である。そこで、
本実施例でも時分割送受信方式を用いるものとすると、
光ビーム１０７ａが発光素子１に入射している受信時
は、発光素子１’は消灯しているか休止状態になってい
る。ここで、本実施例の発光素子１’は、送信時には波
長λ１＝１．３μｍの光ビームを発し、かつ受信時の消
灯または休止状態では、発光素子１’に入射した光ビー
ムを検出する（ここでは導波する）機能を持っている。
このような光検出機能を合わせもつ発光素子の具体例と
しては、例えば消灯または休止状態では単なる光導波路
として働き、前部端面に入射した光ビームの一部を後部
端面まで導波して後部に設けられたモニタ−ダイオード
８に照射させる機能を持った半導体レーザ素子がある。

【００６０】上記のような半導体レーザ素子を発光素子
１’として用いると、まず送信時には一般の半導体レー
ザ素子と同様、前部端面から所定光量の光ビームが発す
ると共に、その光量に比例した所定光量の光ビームが後
部端面からモニターダイオード８に照射される。そし
て、モニターダイオード８からの出力は、送・受信装置
６０内に設けられた電流−電圧変換器５０ａを経て、半
導体レーザ素子１’の発光出力制御信号として半導体レ
ーザ駆動装置５４にフィードバックされる。なお、この
半導体レーザ駆動装置５４には、変調器５３によって変
調された送信信号が入力し、この信号に応じて半導体レ
ーザ駆動装置５４から半導体レーザ駆動電流が半導体レ
ーザ素子１’に供給される。そしてその結果、半導体レ
ーザ素子１’は、変調された送信光ビームを出射する。

【００６１】一方、受信時には、前述のように半導体レ
ーザ素子１’の端面に入射した光ビーム１０７ａは、そ
の一部が半導体レーザ素子１’の内部を導波し、さらに
後部端面からモニターダイオード８へ照射される。そし
て、その光量に応じた信号がモニターダイオード８から
出力され、電流−電圧変換器５０ａ、波形整形器５１
ａ、復調器５２ａを経て受信信号（１）が得られる。な
お、半導体レーザ駆動装置５４および復調器５２ａは制
御装置５５によって制御され、この制御装置５５によっ
て送・受信過程の切り換えが自動的に行なわれる。

【００６２】なお、半導体レーザ素子１’の前部端面に
は光ビーム１０７ａ以外にも波長λ２の０次光ビーム１
０７ｂも入射するので、これによって受信信号（１）の
漏話特性が低下する可能性がある。このような場合は、
半導体レーザ素子１’の前部端面上に波長λ１の光ビー
ムを透過し、波長λ２の光ビームを反射する波長選択性
フィルターを設ければ、充分良好な漏話特性が得られ
る。

【００６３】また、本実施例で用いられる発光素子は、
前述の半導体レーザ素子に限定されるものではなく、前
述したような発光機能と光検出機能を合わせ持つ素子で
あればよい。また発光機能と光検出機能が同時に機能す
る素子であれば、前述の時分割送受信方式に限定される
こと無く自由な伝送方式を用いることができる。

【００６４】ところで、これまで述べてきた実施例はい
ずれも、送信時には回折格子をそのまま透過した０次回
折光ビームを送信光ビームとし、受信時には回折格子に
よって回折された少なくとも＋１次回折光ビームを受信
する構成になっている。しかし本発明は、このような構
成に限定されるものではない。例えば図２１および図２
２は、本発明の第１１実施例および第１２実施例に係る
光モジュールをそれぞれ示す概略断面図である。

【００６５】まず図２１の第１１実施例では、発光素子
１を発し、回折格子６で回折されて生じた複数の光ビー
ムのうち、＋１次回折光ビーム１０２をレンズ３によっ
て送信光ビーム１０４に変換している。このため、発光
素子１をレンズ３の光軸に対して傾斜させて配置し、＋
１次回折光ビーム１０２の光軸を対物レンズの光軸とほ
ぼ一致させている。一方、受信時はこれまでの各実施例
と同様に、回折格子６で回折されて生じた＋１次回折光
１０８を受光素子７に入射させて信号を受信している。

【００６６】これに対して図２２の第１２実施例では、
受信光ビーム１０５のうち回折格子６をまっすぐ透過し
た０次光ビーム１０７が、受光素子７に入射する構成に
なっている。すなわち、発光素子１を発し回折格子６で
回折して生じた複数の光ビームの中で、＋１次回折光ビ
ーム１０２を送信光ビームとし、受信光ビーム１０５が
回折格子６で回折して生じた複数の光ビームの中で、偏
向せずそのまま回折格子６を透過した０次光ビーム１０
７を、受光素子７によって信号として受信している。

【００６７】このように、回折格子６によって回折され
た＋１次回折光ビーム、−１次回折光ビームおよび０次
光ビームのうちのどの光ビームを用いて、送・受信を行
なっても一向に構わない。さらには、±２次以上の高次
の回折光ビームを送・受信に用いても良い。

【００６８】さらに、以上述べた各実施例は全て１個の
発光素子を有し、そこから発した光ビームを１本の光フ
ァイバー内に伝送する構成であったが、もちろんそのよ
うな構成に限定されない。すなわち、１個の光モジュー
ル内に複数の発光素子を設けたり、複数の光ファイバー
を接続しても一向に構わない。このような構成の実施例
としては、例えば発光素子として半導体レーザアレイを
用い、レンズアレイによってそれぞれ別個の光ファイバ
ーに接続したり、回折格子によって、１本の光ビームか
ら生じた±１次回折光ビームおよび０次光ビームのそれ
ぞれに、別個の光ファイバーを接続した構成などがあ
る。

【００６９】さらにまた、以上述べた各実施例の光モジ
ュール（双方向光伝送用モジュール）は、各種光伝送装
置に搭載可能であることは言うまでもない。

【００７０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明を用いると簡
単な構成によって双方向光伝送用モジュールが得られ、
双方向光伝送用モジュールの小型、低コスト化に大きな
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る双方向光伝送用モジ
ュールの断面図である。

【図２】本発明の第１実施例で用いられる回折格子の１
例を示す要部斜視図である。

【図３】図２の回折格子の格子溝軌跡の１例を示した概
略平面図である。

【図４】本発明の第１実施例による送信時の双方向光伝
送用モジュールの様子を示す要部断面図である。

【図５】本発明の第１実施例による受信時の双方向光伝
送用モジュールの様子を示す要部断面図である。

【図６】本発明の第２実施例に係る双方向光伝送用モジ
ュールの断面図である。

【図７】本発明の各実施例において適用される光スポッ
ト位置の調整手法の１例を説明するための要部平面図で
ある。

【図８】本発明の各実施例において適用される受光素子
の受光面の１例を示した要部平面図である。

【図９】本発明の各実施例において適用される受光素子
の受光面の他の１例を示した要部平面図である。

【図１０】本発明の第３実施例に係る双方向光伝送用モ
ジュールの要部平面図である。

【図１１】本発明の第４実施例に係る双方向光伝送用モ
ジュールの要部平面図である。

【図１２】本発明の第５実施例に係る双方向光伝送用モ
ジュールで用いる回折格子の１例を示した要部斜視図で
ある。

【図１３】本発明の第５実施例に係る双方向光伝送用モ
ジュールの要部断面図である。

【図１４】本発明の第６実施例に係る双方向光伝送用モ
ジュールの要部断面図である。

【図１５】本発明の第７実施例に係る双方向光伝送用モ
ジュールの要部断面図である。

【図１６】本発明の第８実施例に係る双方向光伝送用モ
ジュールの要部断面図である。

【図１７】本発明で用いられる回折格子の１例における
格子溝深さと回折効率との関係を示す説明図である。

【図１８】本発明の第９実施例に係る送信時の双方向光
伝送用モジュールの様子を示す要部断面図である。

【図１９】本発明の第９実施例に係る受信時の双方向光
伝送用モジュールの様子を示す要部断面図である。

【図２０】本発明の第１０実施例に係る光モジュールを
搭載した光伝送装置の構成図である。

【図２１】本発明の第１１実施例に係る双方向光伝送用
モジュールの要部断面図である。

【図２２】本発明の第１２実施例に係る双方向光伝送用
モジュールの要部断面図である。

【符号の説明】

１，１’ 発光素子２カバーガラス３レンズ４光ファイバー６，６’ 回折格子７，７ａ，７ｂ受光素子８モニターダイオード３０波長選択性フィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福井幸夫神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子と、受光素子と、前記発光素子
を発した光ビームを所定の光伝送路に導く光学素子と、
少なくとも前記発光素子および受光素子を収納しかつ透
明部材を設けた窓部を有するパッケージとを具備した光
伝送モジュールにおいて、前記透明部材の上面または下面に、直線状または曲線状
軌跡の格子溝を有する回折格子を設けたことを特徴とす
る光伝送モジュール。
【請求項２】請求項１記載において、前記光学素子を前記パッケージ内に保持することを特徴
とする光伝送モジュール。
【請求項３】請求項１記載において、少なくとも前記回折格子と前記透明部材は、該透明部材
を透過する前記光ビームの光軸に略平行な所定の回転軸
の回りに回転可能であることを特徴とする光伝送モジュ
ール。
【請求項４】請求項１記載において、前記受光素子は、該受光素子と前記発光素子とを結ぶ直
線に略平行な方向に長手方向を有する長方形または台形
または長円形の受光面を有することを特徴とする光伝送
モジュール。
【請求項５】請求項１記載において、前記回折格子の格子溝は、略鋸歯状の断面形状を有する
ことを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項６】請求項１記載において、前記光伝送路から前記受光素子に至る光路中に、特定の
波長の光ビームを選択的に透過させる波長選択性フィル
ターを設けたことを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項７】請求項１記載において、前記回折格子の格子溝深さｄ、該回折格子を構成する部
材の屈折率ｎ₀ 、該回折格子に接する周囲の媒体の屈折
率ｎ₁ が、所定の光ビームの波長λに対して、次式ｄ≒ｍ・λ／（ｎ₀−ｎ₁）（ただし、ｍは整数）の関係を満たすことを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項８】請求項１乃至７の何れかに記載におい
て、前記発光素子とこれに付帯する部品を含む発光手段は、
所定の電気信号に応じて光ビームを発する機能と、発光
素子に入射する光ビームの光量に応じて所定の電気信号
を出力する光検出機能とを兼ね備えたことを特徴とする
光伝送モジュール。
【請求項９】請求項１乃至８の何れかに記載の光伝送
モジュールを搭載したことを特徴とする光伝送装置。