JPH0961678A

JPH0961678A - 半導体受光素子

Info

Publication number: JPH0961678A
Application number: JP7243759A
Authority: JP
Inventors: Miki Kuhara; 美樹工原; Naoyuki Yamabayashi; 直之山林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JP3591932B2

Abstract

(57)【要約】【目的】１．３μｍ光と１．５５μｍ光とを用いて双
方向光通信を行う光加入者系モジュール（ＯＮＵモジュ
ール）において、波長分波器によって１．３μｍ光と
１．５５μｍ光を分離するが、現在の波長分波器では不
要光成分の減衰比が不十分である。そこで分離した後の
経路に不要光を遮断するための多層膜フィルタを設け
る。多層膜フィルタの為に部品コスト、組立コストが上
昇する。多層膜フィルタを省く事が目的である。【構成】光ファイバの一部にグレーティングを設け
て、これによって不要光を反射して減衰比を下げる。多
層膜フィルタは省く。グレーティングを光ファイバに形
成するから部品の体積は全く増えない。部品点数も増加
しない。組立コストも上昇しない。モジュールをより小
型化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２種類の波長の光を同
じファイバに通すことによって双方向通信を行う光加入
者系ＯＮＵに関するものである。まず双方向通信、ＯＮ
Ｕ、ＯＮＵ用光モジュールについて説明する。

【０００２】光通信というのは、光ファイバに信号光を
通すことによって情報を伝達することである。近年、光
ファイバの伝送損失が著しく低下し、半導体レ−ザ（以
下ＬＤと略すこともある）や半導体受光素子（ＰＤと略
すこともある）の特性が向上したので、光通信が盛んに
なりつつある。特に、光ファイバの損失の小さい１．３
μｍと１．５５μｍの波長の光を使って信号の伝送（電
話、ファクシミリ、テレビ画像など）の試みが盛んにな
されている。

【０００３】光通信と言っても元の信号は電気信号であ
るから、現在の電気信号と同じように２種類の信号伝送
形態がある。つまり低速のデジタル通信と、高速のアナ
ログ通信である。低速のデジタル通信というのは、電話
やファクシミリの信号伝送を行うものである。低いビッ
トレートのデジタル信号を扱う。しかもこれは双方向通
信でなければならない。

【０００４】高速のアナログ伝送というのは、ＴＶ信号
を有線（ＣＡＴＶ）で伝送するものである。これは放送
局からの一方向通信である。信号を光信号によって伝送
する光通信を採用する場合、低速デジタル信号用の光フ
ァイバと、高速アナログ信号用の光ファイバを別々にす
るという可能性もありえよう。しかし２本の光ファイバ
を敷設するのはコスト高になる。１本の光ファイバによ
って、低速デジタル双方向通信と、高速アナログ一方向
通信を同時に行えるようにしたいものである。

【０００５】

【従来の技術】そのような目的を達成するための光通信
システムが開発されつつある。未だに完成されたものは
ない。しかし小規模であるが実験的なものの試みがなさ
れている。図１にそのような光通信システムの概略を示
す。

【０００６】ひとつの基地局１と、多数の加入者側端末
２がある。これらは、光ファイバ３によってつながれて
いる。途中に分岐器４があり、主になる光ファイバか
ら、各端末２につながる光ファイバに分岐される。基地
局１では、電話やＴＶの信号を増幅し、光信号とし１本
の光ファイバによって送り出す。これは何度か分岐を通
り、対象になる家庭の近くで例えば１６分割される。光
信号のまま分割されるのである。ここから１６本の家庭
用光ファイバによって１６の家庭に信号が送られる。基
地局に対して、家庭端末を加入者側端末（ＯＮＵ）と呼
ぶ。これはＯＰＴＩＣＡＬＮＥＴＷＯＲＫＵＮＩＴ
の略である。

【０００７】ＴＶ信号の場合は、基地局１からの一方向
伝送である。しかし電話やファクシミリの場合は端末か
ら基地局へ、或いは基地局から端末へと、信号が双方向
に送られる。このように光ファイバを配置するのは、基
地局のファイバ本数を減らし、光ファイバ敷設のコスト
を下げるためである。このように、基地局から各家庭へ
光によって信号伝送するシステムを光加入者系という。

【０００８】基地局１から伝送されてきた光信号は、加
入者側端末（ＯＮＵ）で電気信号に変換される。図１に
よって一つの端末の機構を説明する。光路ａを通ってき
た１．３μｍ光＋１．５５μｍ光は、波長分波器５によ
って、１．３μｍ光と、１．５５μｍ光とに分離され
る。１．３μｍ光は光路ｂに、１．５５μｍ光は光路ｃ
に分配される。

【０００９】１．５５μｍ光は、アナログ光を正確に再
現するアナログＰＤ６に入射する。ここで光信号が電気
信号に変換される。さらに信号処理部７において各種の
信号処理をした後、ＴＶセット８に導かれ画像になる。

【００１０】１．３μｍ光は、１：２の分岐器（以下光
カップラ９と呼ぶ）に入りここで２つの光線に分離され
る。このうち一方がデジタルＰＤ１０によって受光され
電気信号になる。これが信号処理部１１による処理を受
けて、電話機・ファクシミリ機１３に導かれる。電話や
ファクシミリは双方向通信であるので、端末２から基地
局１へ信号を送る必要がある。このために電話、ファク
シミリから与えられた電気信号を、デジタルＬＤ１２に
よって、１．３μｍの光信号に変換する。光信号は、波
長分波器５を逆に通過し、分岐器４から主となる光ファ
イバに合流し、基地局１に送信される。前記の光カップ
ラ９は光信号による双方向通信を可能にするために、光
ファイバ系の途中に挿入されている。

【００１１】加入者系端末２には、このように、１．３
μｍ光と１．５５μｍ光を分離し統合するための波長分
波器５、双方向通信の為の光カップラ９と、光信号を電
気信号に変換するフォトダイオードＰＤ６、１０、電気
信号を光信号に変換するレ−ザダイオードＬＤ１２が必
要である。波長分波器、光カップラ、ＰＤ、ＬＤを組み
合わせたユニットをＯＮＵモジュールという。本発明は
ＯＮＵモジュールの新規な構成に関する。

【００１２】ＯＮＵモジュールに関しては実用化された
ものは未だに存在しない。しかしＯＮＵモジュールに関
して多くの提案がなされている。実施されている訳では
ないが、これらの提案について概観する。

【００１３】［従来例：ミラー式ＯＮＵモジュールの
例］（図２）これは、波長分波器と光カップラをミラーによって構成
したものである。基地局につながる光ファイバ２０が光
コネクタ２１により、モジュール内に導かれる。これ以
後は、自由空間の光路ａを光が進行する。光ファイバか
ら出た光は発散するのでコリメータレンズ２２によって
平行光にする。これをミラー式の波長分波器２３に入射
し、１．３μｍ光と１．５５μｍ光に分離する。

【００１４】低速デジタル信号を担う１．３μｍ光は、
自由空間の光路ｂを通り、ミラー式カップラ２４に至
る。これはハーフミラーであって、１．３μｍ光を１：
１の割合で反射、透過する。透過光は多層膜フィルタ２
５に導かれる。これは混在している１．５５μｍ光をよ
り完全に除去するためのものである。この後、光はレン
ズ２６によって絞られてデジタルＰＤ２７に入射し光電
変換される。この後電話、ファクシミリに送られて音
声、文字に変換される。

【００１５】一方、電話、ファクシミリからの低速デジ
タル信号は、デジタルＬＤ２８によって電気信号から
１．３μｍの光信号に変換される。光信号は集光レンズ
２９によって絞られ、カップラ２４によって反射され
る。これはミラー式波長分波器２３を通り、コリメータ
レンズ２２を経て光ファイバ２０に入射する。その後光
ファイバ２０によって基地局１に導かれる。

【００１６】高速のデジタル信号を搬送する１．５５μ
ｍ光は、ミラー式波長分波器２３によって反射されて、
１．３μｍ光と分離される。１．５５μｍ光は光路ｃを
通り、多層膜フィルタ３０を通過し、レンズ３１によっ
て絞られ光コネクタ３２を経て、光ファイバ３３によっ
てアナログＰＤまで伝送される。光信号から電気信号に
変換され、各種の信号処理をされた後、ＴＶセットに導
かれる。

【００１７】このようにミラーによって波長分波器や光
カップラを作製したＯＮＵモジュールの試みは、湯本満、国兼達郎、大川原龍弘、横田隆「低コストシ
ングルモードＷＤＭモジュール」１９９０年電子情報通
信学会春季全国大会予稿講演番号Ｃ−２０３（Ｐ４−２
５８）足立明宏、本島邦明、中島康雄、山下純一郎、笠原久
美雄「小型・薄型光合分波モジュール」１９９０年電子
情報通信学会秋季全国大会予稿講演番号Ｃ−２２２（Ｐ
４−２６４）などによって提案されている。

【００１８】このシステムの難点は、１．３μｍ光と、
１．５５μｍ光の分離不完全ということである。分離が
不完全であるとクロストークを生じる。電話、ＴＶの双
方にノイズが入る事になる。その理由は次のようであ
る。ミラー式波長分波器２３だけでは１．３μｍ光と、
１．５５μｍ光を完全に分離する事が難しい。ミラー式
波長分波器は屈折の異なる誘電体薄膜を何層にも重ね
て、ある波長の光は反射し、ある波長の光は透過するよ
うにしたものである。これは１．３μｍ光を通し、１．
５５μｍ光を４５度方向に全部反射するように設計され
ている。しかし相手側の光の減衰比は、高々１／１００
の程度に過ぎない。

【００１９】このモジュールを実用化するには、１．３
μｍ受信側に漏れてくる１．５５μｍ光パワーが１／１
００００以下である必要がある。同様に、１．５５μｍ
受信側に漏れる１．３μｍ光パワーは１／１００００以
下である必要がある。このように選ばれなかった光の、
選ばれた光のパワーに対する比を、ここでは減衰比とい
うことにする。

【００２０】つまりモジュールは１．３μｍ側にも、
１．５５μｍ側にも１０^-4以下の減衰比を要求する。一
方ミラー式波長分波器の減衰比は１０^-2である。１０^-2
の減衰比が足りない。そこで、それぞれの光路に所望の
波長の光のみを通す多層膜フィルタ３０、２５が設けら
れる。波長分波器と多層膜フィルタによってからくも１
０^-4の減衰比の要求を満足するようにしている。

【００２１】［従来例：ミラー式ＯＮＵモジュールの
例］（図３）図３に最近精力的に研究されている平面導波路を用いた
ＯＮＵモジュールを示す。例えば、照井博、関根聡、小林盛男、永沼充「低速光加入者分
岐光モジュール」、ＮＴＴＲ＆ＤＶｏｌ．４２，Ｎ
ｏ．７，ｐ９０３−９１２，（１９９３）などによって提案されている。導波路式のモジュールの
利点は、部品点数を削減し小型化できるということであ
る。

【００２２】図３（ａ）において、入力シングルモード
ファイバ３４の端部は、ＰＬＣ（平面導波路）３５の端
面に接合される。ＰＬＣ３５には光導波路３６が縦方向
に形成される。これが途中の分岐点３７において二つの
光導波路３８、３９に分岐する。光導波路３８が１．３
μｍ光の受信側光路となる。光導波路３９が１．３μｍ
光の送信側光路となる。分岐点３７が送信受信光を合波
分波する光カップラ４０を構成する。

【００２３】さらに光導波路４１がＰＬＣ３５の上に設
けられる。これは始端４２において光導波路３６に近接
している。始端４２において、光導波路３６、４１は互
いに光パワーを交換できる。光パワーの交換に波長選択
性を持たせることによって波長分波器４３としている。
近接部の距離や長さを適当に選ぶ事により光路ａから
１．３μｍ光は全て光路ｂに、１．５５μｍ光は光路ｃ
にそれぞれ配分される。

【００２４】１．３μｍ光は導波路３８から、多層膜フ
ィルタ４４を通りデジタルＰＤ４５によって受信され
る。多層膜フィルタ４４は１．５５μｍ成分を除去する
ためのフィルタである。一方電話、ファクシミリからの
デジタル電気信号は、デジタルＬＤ４６によって１．３
μｍの光信号に変換される。光信号は集光レンズ４７を
経て光導波路３９の端部４８に入射する。送信光信号は
分岐点３７で光路ｂに合体し、導波路３６から光ファイ
バ３４へと伝搬する。これは最終的に基地局に送られ
る。

【００２５】波長分波器４３によって分離された１．５
５μｍ光は、光導波路４１を通り、多層膜フィルタ４９
によって、１．３μｍ光を完全に除いた後、アナログ出
力シングルモードファイバ５０に入射する。

【００２６】ＰＬＣ（平面光導波路：Planar Lightwave
Circuit）３５のＡ−Ｂ断面を図３（ｂ）に示す。Ｓｉ
基板５２の上に石英系クラッド層５３を堆積させる。さ
らに屈折率を上げる不純物を連続的にドープして高屈折
率の領域（コア）を線条に形成する。これが光導波路３
８、３９、４１である。不純物としては例えばＧｅなど
を用いる。石英を用いるのは、１．３μｍ光、１．５５
μｍ光に対して透明であるからである。このような光導
波路を部分的に接近させる事によって波長分波器４３を
作る。またＹ分岐を形成する事によって光カップラとす
る事ができる。このような石英系光導波路については、

【００２７】河内正夫「プレーナ光波回路技術の現状
と将来」、ＮＴＴＲ＆ＤＶｏｌ．４３，Ｎｏ．１
１，ｐ１２７３ー１２８０（１９９４）によって提案されている。光導波路による波長分波器４
３の減衰比も高々１／１００の程度である。減衰比を１
０^-4にするために、多層膜フィルタ４４、４９がそれぞ
れの光導波路３８、４１の終端に接着される。

【００２８】ＬＤ４６の光が広がるので集光レンズ４７
によって光を収束させて光導波路３９の端面のコアに入
射させている。しかし残りの二つのビームについてはレ
ンズを設けていない。導波路３８とデジタルＰＤ４５の
間は極めて近接しているからレンズが要らないのであ
る。導波路４１の端面にアナログ出力ファイバ５０が接
合してあるからやはりその間にはレンズが要らない。石
英系光導波路によるモジュールは、ＰＬＣが光ファイバ
と同じ材料であって、導波路のサイズもほぼ同じである
ので、光ファイバとの馴染みが優れて良いと言われてい
る。湾曲した光導波路を用いるモジュールは、

【００２９】栗林昌樹、磯野秀樹、国兼達郎、大森康
宏、江守俊行「石英系光導波路を用いたＷＤＭ内蔵光双
方向モジュール」１９９３年電子情報通信学会秋季全国
大会予稿講演番号Ｃ−１５８（Ｐ４−２３８）によって提案されている。

【００３０】［従来例：光ファイバ波長分波器の例］
（図４）光ファイバによる波長分波器、光ファイバによる光カッ
プラは既に工業化されている。光ファイバによって全体
を構成したＯＮＵモジュールも提案されている。光ファ
イバ波長分波器のみによっては波長分離が完全でないた
めに、光ファイバを突き合わせた僅かな空間に多層膜フ
ィルタを挿入し不要波長の光を排除するようにしてい
る。図４によってその概略を説明する。

【００３１】シングルモードファイバ６０を伝搬する光
信号は、光コネクタ６１によってＯＮＵモジュールに導
かれる。経路ａから光ファイバ波長分波器６２に進み、
ここで１．３μｍ光と１．５５μｍ光に分離される。
１．３μｍ光はさらに光コネクタ６３を通り、光ファイ
バカップラ６４に至る。これは送信光と受信光を結合す
るためのものである。経路ｂが分岐点６５で光ファイバ
６６、６７に分岐する。波長分波器も光ファイバカップ
ラも２本の光ファイバのコアを接近させる事によって光
パワーを選択的に分配するようにしたものである。

【００３２】接近の距離や長さによってカップラや波長
分波器にすることができる。光ファイバ６６は多層膜フ
ィルタ６８を経て、光コネクタ６９に至りデジタルＰＤ
モジュール７０によって受信される。送信光は、デジタ
ルＬＤモジュール８１によって電気光変換される。光コ
ネクタ８０を経てＯＮＵモジュールに入り、カップラ６
４によって経路ｂに導かれ、光コネクタ６１から光ファ
イバ６０へと送り出される。

【００３３】このように、波長分波器やカップラ、これ
らを接続する部分も全て光ファイバによって構成されて
いる。光ファイバは自由に曲げられるし融着によって部
品とつなぎ合わせることができ、距離も自在に調節でき
る。電気回路をどのように配置しても光ファイバによっ
て結合する事ができる。回路構成の自由度が高いという
利点がある。

【００３４】［半導体受光素子の従来例］以上に双方
向光通信に用いられるＯＮＵモジュールの提案例を説明
した。何れにしても、１．３μｍ光、１．５５μｍ光を
検知するための受光素子が必要である。図５は従来の半
導体受光素子の一例を示す縦断斜視図である。

【００３５】受光素子のパッケージ８６は鉄、コバー
ル、銅タングステンなどの金属製である。パッケージ８
６は下方に複数のリードピン８７、８８、８９を備え
る。パッケージ８６の上面には、サブマウント９０を介
してフォトダイオードチップ９１が半田付け（ＡｕＧ
ｅ、ＡｕＳｎ）される。サブマウント９０はセラミック
の両面にメタライズしたものである。サブマウントは省
く事もある。

【００３６】フォトダイオード９１の電極、サブマウン
ト９０面はワイヤによってリードピン８７、８９に接続
される。パッケージ８６の上面には球レンズ９２を備え
たキャップ９３が固定される。球レンズ９２の中心と、
フォトダイオードチップ９１の中心は面直角方向に合致
するようにしてある。さらにパッケージ８６には円筒形
のスリーブ９４が固定される。

【００３７】スリーブ９４の上には、フェルールホルダ
−９５が溶接される。フェルールホルダ−９５の中心に
は孔９６があってここにフェルール９７が挿入されてい
る。フェルール９７はシングルモードファイバ９８の先
端９９を保持するものである。端面は８度の傾斜をなす
ように切断してある。光ファイバから出た光が丁度フォ
トダイオードチップに像を結ぶように調芯してある。さ
らに光ファイバ９８の強い湾曲を防止するために弾性材
よりなるベンドリミッタ１０４をフェルールホルダ−９
５にはめ込む。

【００３８】これは図１〜図４に現れるデジタルＰＤ、
アナログＰＤの何れかに該当するものである。信号光は
光ファイバを伝搬し、光ファイバの先端から出射され
る。これがレンズによって集光されフォトダイオードに
入る。ここで光電気変換されて電気信号になる。フォト
ダイオードは波長１．０μｍ〜１．６５μｍの波長の光
に対して広く感度を有するＩｎＧａＡｓを受光層とする
ＰＩＮ−ＰＤが用いられる。光ファイバは石英系の光フ
ァイバを用いる。

【００３９】

【発明が解決しようとする課題】１．３μｍ光、１．５
５μｍ光を感受するためのフォトダイオードは何れもＩ
ｎＧａＡｓを受光層とし近赤外光に関して十分な感度を
持つ。波長分波器によって、１．３μｍ光と１．５５μ
ｍ光を分離するが、十分に両者を分離する事ができな
い。

【００４０】初めに述べたように１．３μｍ光用のフォ
トダイオードに１．５５μｍ光が１／１０００でも混入
するとＴＶの画像が乱れたり、電話やファクシミリにノ
イズが入ったりする。混信によるノイズを避けるために
は、減衰比は１／１００００以下でなければならない。
既存の波長分波器の減衰比の不足を補うために、多層膜
フィルタ２５、３０、４４、４９、６８、８３を挿入し
ているのである。

【００４１】従来のＯＮＵモジュールは、１．３μｍ光
と１．５５μｍ光を完全に分離するために、必ず多層膜
フィルタを分離後の経路のどこかに挿入する必要があっ
た。これは受光素子であるＩｎＧａＡｓが、何れの波長
の光に対しても高い感度を有するからである。多層膜フ
ィルタは適当な屈折、厚さの誘電体薄膜を何層にも重ね
たものである。屈折、厚さを選ぶ事によって、波長の選
択性を与える事ができる。

【００４２】受光素子の直前に波長選択性のあるフィル
タを入れるという構造は幾つも提案されている。何れも
誘電体多層膜などよりなり嵩高く、部品コストも高く、
部品配置の自由度を損なう、という難点がある。

【００４３】特開昭６２−２２９２０９号「受光装
置」…ファイバの端面に波長選択フィルタを貼り付けて
いる。特開昭６２−２２９２０７号「受光装置」…受光素子
の窓ガラスの上に波長選択フィルタを貼り付けている。特開昭６３−２９７１４号「誘電体多層膜付受光素子
モジュール」…光ファイバと受光素子の間に誘電体多層
膜よりなるフィルタを挟んである。これらは波長多重送受信系の受光素子として設計されて
いる。

【００４４】ＯＮＵモジュールでは、二つの異なる波長
の光を用いるから、多層膜フィルタは二つ必要である。
多層膜フィルタの挿入は部品の点数を増やし、部品コス
トを押し上げる。それだけでなく組立の工数を増大させ
る。またフィルタを挿入するスペースを必要とする。

【００４５】多層膜フィルタのこのような難点を克服
し、部品点数を増やす事なく不要な波長成分の減衰比を
低くすることのできるようにした半導体受光素子モジュ
ールを提供する事が本発明の第１の目的である。多層膜
フィルタを省く事により、より小型化する事のできるＯ
ＮＵモジュールを可能にするのが本発明の第２の目的で
ある。減衰比を小さく保ちつつ、より組立容易としたＯ
ＮＵモジュールを提供するのが本発明の第３の目的であ
る。

【００４６】

【課題を解決するための手段】本発明は波長選択性を持
つ光ファイバグレーティングを受光素子モジュールの内
部の光ファイバの一部に形成する事によって、不要な波
長成分を除去する。受光素子モジュールは図５に示すよ
うに、信号光を導くための光ファイバの一端をフェルー
ルによって保持している。この光ファイバの一部に光フ
ァイバグレーティングを設ける。

【００４７】グレーティング（格子）は元々平面上に等
間隔に平行な溝を多数設けたものである。白色光を当て
ると波長毎に回折方向が異なるので波長の異なる光を分
離する事ができる。つまり分光器に用いられる。二次元
的な面に平行溝を多数有し分光作用を持つのが本来の格
子である。しかしここでは光ファイバグレーティングを
用いる。これはＧｅ添加石英光ファイバを水素添加処理
した後、２４４ｎｍ付近の波長のレ−ザ光を干渉縞がで
きる条件で光ファイバに照射したときに、光ファイバ内
に屈折率の周期的変化が引き起こされたものである。屈
折率変化は１０^-5の程度である。

【００４８】屈折率の変化は僅かであるが、ある程度の
長さがあれば、その周期Ｐの２倍の波長の光（λ＝２ｎ
Ｐ）を完全に反射することができる。空間格子と異な
り、方向によって反射波長が変動するということはな
い。光ファイバ自体１次元であるから光ファイバの格子
はある特定の波長の光を反射する。もちろん反射波長に
はある程度の幅がある。

【００４９】光ファイバグレーティングはいくつかの論
文によって提案されている。しかし現在でも尚広く知ら
れているものではないからここに説明する。例えば、 K. O. Hill, Y.Fujii, D. C. Johnson and B.S.Kaw
asaki, Appl. Phys. Lett., 32 (1978) p647 光ファイバグレーティングの現象を発見したという報告
である。Ｇｅドープ石英光ファイバにアルゴンレ−ザの
光を２光束干渉法によって照射し屈折率の周期的変化を
生成できたというものである。

【００５０】(10) James P. Bernardin & N.M. Lawand
y, "Dynamics of the formation of Bragg gratings in
germanosilicate optical fibers", Optics Communica
tionsVol.79, No.3,4, p194(1990) これまでに提案されているクラーマース・クローニッヒ
機構、双極子作用、圧縮モデルいずれも１０^-5という大
きい屈折率の変化を十分に説明できないとしている。

【００５１】そこでＳｉ−Ｇｅの酸素欠陥の密度の２光
子吸収による時間変化のモデルを作り、レ−ザ光の照射
によって酸素欠陥密度が増大する現象を説明している。
酸素欠陥の増加によって屈折率が増加するとしている。
これはレ−ザ光の照射によって２光子吸収が起こり、こ
れによって屈折率が時間と共に増えることを説明してい
る。用途については述べていない。

【００５２】(11) G. Meltz, W. W. Morey & W. H. Gle
nn,"Formation of Bragg gratings inoptical fibers b
y a transverse holographic method", Optics Letter
s, Vol.14, No.15 p823,(1989) これはＧｅファイバにホログラフィックな方法によって
グレーティングを形成することを述べている。波長４８
６ｎｍ〜５００ｎｍエキシマレ−ザを光源とする。これ
を非線形結晶によって２倍高調波とし２４４ｎｍの光を
得ている。これを２光束干渉露光によって、Ｇｅドープ
光ファイバに照射する。これによって５７６．１ｎｍに
強い吸収をもつ光ファイバが得られたという。

【００５３】(12) 公表特許公報昭和６２−５０００５
２「光ファイバ内に格子を形成する方法」これは１本の
光ファイバ内に、２光束干渉露光法によって複数の格子
を作る。このファイバを対象物に張り付けて歪を感知す
るセンサを提案している。

【００５４】(13) 稲井麻紀、伊藤真澄、井上亨「水素
処理ファイバを用いた高反射率ファイバグレーティング
の作製」電子情報通信学会９４秋季大会講演番号Ｃ−２
０８（１９９４）これはＧｅ添加石英ファイバにおいて水素処理をすると
屈折率の変化が１０^-5から１０^-3のオーダにまで増加す
るということを発見したと述べている。

【００５５】(14) 井上亨、茂原政一、伊藤真澄、稲井
麻紀、服部保次「ファイバグレーティングの作成と応用
について」電子情報通信学会技術研究報告ＯＰＥ９４−
５、ＰＰ２５−３０（１９９４）これは光ファイバグレーティングの作成方法、グレーテ
ィングの屈折率差を上げる方法、応用などを紹介してい
る。

【００５６】応用として最も期待されるのが、ファイバ
レ−ザへの応用である。これはＥｒドープファイバの優
れた増幅率を利用したレ−ザである。共振器の一方を金
鏡面、もう一方を光ファイバグレーティングにする。カ
ップラから励起光（１．４８μｍ）を入射しＥｒファイ
バを励起すると、１．５５μｍに中心波長を持つ発振光
が得られる。共振器によって繰り返し反射される光が増
幅され、この波長のレ−ザ光が得られる。グレーティン
グに張力をかけて引っ張ると、グレーティングの周期が
延びるから反射波長が異なる。

【００５７】ために波長可変レ−ザになるはずである。
図１７は水素添加ファイバのグレーティング反射スペク
トルである。１５４９ｎｍ〜１５５１ｎｍの光に対して
高い反射率を示す。光ファイバを引っ張ると、この反射
率の分布がずれる。張力を０ｇ〜２５００ｇに変化させ
ると、発振波長が１５５１ｎｍ〜１５８３ｎｍまでリニ
ヤに変動するとしている。

【００５８】もう一つのグレーティングファイバの応用
として提案されているのは、温度センサである。温度が
上がると光ファイバが延びグレーティングの格子間隔も
延びる。すると反射光の波長が異なる。それで温度が分
かる。

【００５９】(15) 特開平４−２８８５１０号「光の方
向転換をするブラッグ回折格子加工を内部に施した光導
波路の構成」これは光ファイバに格子を等間隔斜めに形成して特定波
長の光を外部に取り出すものである。反射鏡として使う
のではない。変わった利用法である。グレーティングの
間隔をＰとして、光の波長をλとすると、Ｐ＝λｃｏｓ
θを満足する方向に光が出てゆくというものである。格
子を斜めにすると格子面の方向に出射光の方向が決ま
る。光ファイバのコアとクラッドの屈折率の差によって
光をコアに閉じ込めているのであるが、光ファイバグレ
ーティングの屈折率の増大程度でクラッドでの全反射を
阻止できるかどうか疑問がある。

【００６０】以上のように、〜(15)の文献、公報など
に光ファイバグレーティングが説明されている。Ｇｅド
ープ石英ガラス光ファイバに紫外線を照射するとその部
分の屈折率が変化する。そこで紫外線をある空間周期を
もつように照射する事によって、周期的に屈折率変化し
た部分を形成する事ができる。これによって反射鏡を光
ファイバの内部に作製できる。

【００６１】格子というのは本来二次元の広がりを持つ
ものである。光ファイバは初めから一次元の広がりしか
ない。であるから光ファイバに形成したものをグレーテ
ィングと呼ぶのは少しおかしい。しかし格子と同様に、
屈折率変化が周期的に変化するのでこれを光ファイバグ
レーティングと名付けている。

【００６２】光ファイバグレーティングを作るにはいく
つかの方法がある。２光束干渉法は（λ＝２４０ｎｍ付
近の）レ−ザ光を２本のビームに分割し、面法線の両側
から同じ傾き角度をなすように照射することによって干
渉縞を作り、縞にそった屈折変化を引き起こす。あるい
は直角二等辺三角形状の断面を持つプリズムに、レ−ザ
光を二つに分けて異なる部位より入射させて、プリズム
の下に置かれた光ファイバに照射させる。入射の角度を
変える事によって、異なる周期のグレーティングを作る
ことができる。

【００６３】しかし紫外線の照射によってどうしてＧｅ
ドープ光ファイバの屈折率が増えるのかについては未だ
明かではない。一つの説は、Ｇｅドープガラスには、Ｇ
ｅ−Ｓｉ結合の吸収帯が２４０ｎｍ付近に存在する。レ
−ザ光を吸収することによってＧｅーＳｉの結合が切れ
る。切れることによって開放された電子がＧｅにトラッ
プされて新たな吸収帯ができる。この吸収帯の存在によ
って屈折が変化するというものである。

【００６４】これはクラーマース・クローニッヒ機構と
呼ばれる屈折率の変化である。今一つの説は、Ｇｅ−Ｓ
ｉの結合が切れる事によって電子が放出され、これがＧ
ｅによってトラップされるが、これが双曲子モーメント
を作り、直流電場を生ずるので電気光学効果によって屈
折率が変化するというものである。もう一つの説は、紫
外線照射によってガラス結合が切れ、ガラス機構がつぶ
れる。密度が増大し屈折率が上昇するというものであ
る。

【００６５】いずれも憶測であって決定的でない。しか
し紫外線照射によって屈折率が増大する現象は認められ
る。光ファイバグレーティングによって反射される光の
波長はλ＝２ｎＰである。ここでＰはグレーティングの
ピッチ、ｎは屈折率である。光ファイバのコア屈折率は
決まっているが、ピッチＰを変える事によって任意の波
長の光を反射するようにできる。

【００６６】光ファイバグレーティングの応用として
は、ファイバレ−ザの共振器がある。Ｅｒ添加ファイバ
は、光を通す事によって信号光を増幅する。そこである
部分に２つのグレーティングを設けて光を繰り返し反射
し、パワーを増幅しレ−ザとする。

【００６７】本発明はこのような光ファイバグレーティ
ングを受光素子モジュールの内部の光ファイバに設け
る。元々光ファイバの存在するところをグレーティング
を形成した光ファイバによって置換するのであるから、
余計な空間を必要としない。さらまたモジュールの内部
に多層膜と同じ機能の物を設けるので組立が難しくなら
ない。部品が増えないので、多層膜がない物と比べても
部品コストが殆ど変わらない。

【００６８】

【発明の実施の形態】図６に光ファイバグレーティング
の構成を示す。光ファイバ９９は中心のコア１００とこ
れを囲むクラッド１０１から成る。シングルモードファ
イバの場合はコア径は１０μｍである。クラッド径は１
２５μｍである。紫外線の２光束干渉法によって、コア
内部に屈折率の周期的に変動する部分１０２を形成す
る。グレーティング部１０２の屈折率縞の周期をλ₂ ＝
ｎＰとなるようにして決める。ここにλ₁ の波長の光
と、λ₂ の波長の光を入れると、λ₂ の光は反射され
る。屈折率変化部分１０２をλ₂ が透過することができ
ない。λ₂ が通らず、λ₁ が通る。これを１．５５μｍ
光と１．３μｍ光を分離する事が必須であるＯＮＵモジ
ュールに利用したというのが本発明の要旨である。

【００６９】図７は受光素子モジュールの光ファイバに
光ファイバグレーティングを形成した物を示す。光ファ
イバの先端９９のコア１００の部分にグレーティング部
１０２を設けて、これをフェルール９７の孔に差し込み
固定する。端面１０３は斜めに研磨してある。これは戻
り光が半導体レ−ザに入らないようにするためである。
図７において左端はさらに左方連続する。

【００７０】光ファイバはＧｅＯ₂ を６ｗｔ％含む石英
シングルモードファイバである。これを水素添加処理
し、さらにアルゴンレ−ザの２次高調波（ＳＨＧ：λ＝
２４４ｎｍ）を２光束干渉露光法によって光ファイバに
照射した。水素添加処理するのはレ−ザ光照射による屈
折率変化をより容易にするためである。グレーティング
部の長さは５ｍｍである。フェルールはステンレス製
で、長さは約１５ｍｍである。

【００７１】１．３μｍ光を選択するために、１．５５
μｍを反射するように周期を決めてある。λ₂ ＝１．５
５μｍ＝ｎＰとなるようにＰを決める。これによって
１．５５μｍ光に対して、９９％以上の反射率を得た。
これは減衰比でいうと、１／１００以下にできるという
ことである。何らかの形態の波長分波器を別に設けるの
であるから、その減衰比と併せて全体の減衰比を１０^-4
以下にすることができる。それ以上に減衰比を小さくし
たいという場合であれば、グレーティングの長さをさら
に増大させれば良い。長さを２倍にすれば、減衰比が２
乗になって減少する。

【００７２】

【実施例】

［実施例：モジュール内にグレーティングを有する］
図８は本発明の実施例に係る半導体受光素子モジュール
の縦断斜視図である。図５と合致するように書いてあ
る。光ファイバにグレーティングを設けた点だけが違
う。

【００７３】受光素子のパッケージ８６は鉄、コバー
ル、銅タングステンなどの金属製である。直径は５．６
ｍｍである。パッケージ８６は下方に複数のリードピン
８７、８８、８９を備える。パッケージ８６の上面に
は、サブマウント９０を介してフォトダイオードチップ
９１が半田付け（ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ）される。サブマ
ウント９０はセラミックの両面にメタライズしたもので
ある。サブマウントはここではアルミナである。

【００７４】フォトダイオード９１の電極、サブマウン
ト９０面は直径２０μｍの金ワイヤによってリードピン
８７、８９に接続される。パッケージ８６の上面には球
レンズ９２を備えたキャップ９３が固定される。キャッ
プ９３は窒素雰囲気で溶接し内部を気密封止する。ここ
で球レンズ９２の中心と、フォトダイオードチップ９１
の中心は面直角方向に合致するようにしてある。さらに
パッケージ８６には円筒形のスリーブ９４が電気溶接に
よって固定される。

【００７５】シングルモードファイバは先程述べたよう
に、６重量％のＧｅＯ₂ を含む石英ファイバである。水
素添加処理して、２４４ｎｍの波長の光を２光束干渉露
光法によって光ファイバ先端部に照射し、干渉縞を作
り、屈折率の周期的変化を引き起こすようにしている。
グレーティングが光ファイバに形成される。グレーティ
ングの長さは５ｍｍである。

【００７６】フェルールホルダ−９５の孔９６にこのシ
ングルモードファイバ９８の先端９９を挿入する。フェ
ルールホルダ−９５とスリーブ９４を近接させた状態
で、光ファイバの光を受光素子によって検知し、軸垂直
方向にスリーブを動かして、光量が最大になるようにフ
ェルールホルダ−９５のスリーブ上の位置を決め、ＹＡ
Ｇレ−ザによって両者を溶接する。さらにフェルールを
軸方向に動かして最適結合位置を探し、ここでフェルー
ルホルダ−に対し、フェルールをＹＡＧレ−ザにより溶
接する。つまり光ファイバから出射された光がＰＤチッ
プの受光部に集光するように、フェルールホルダ−とス
リーブ、フェルールホルダ−とフェルールを固定するの
である。

【００７７】端面は８度の傾斜をなすように切断してあ
る。光ファイバから出た光が丁度フォトダイオードチッ
プに像を結ぶように調芯してある。さらに光ファイバ９
８の強い湾曲を防止するために弾性材よりなるベンドリ
ミッタ１０４をフェルールホルダ−９５にはめ込む。

【００７８】これは１．３μｍ光を受信するための受光
素子モジュールである。ＰＤ自体は１．５５μｍにも感
度を持つ。しかし光ファイバの先端部９９にはファイバ
グレーティング１０２があるので、１．５５μｍ光の減
衰比をこれによって１／１００にすることができる。分
波器によっても１．５５μｍ光を遮断しているので、こ
れと併せて１０^-4以下の減衰比にすることができる。

【００７９】同様に、１．５５μｍ光のみを通し、１．
３μｍ光を反射する半導体受光素子モジュールをも製作
した。受光層はＩｎＧａＡｓであって、先程のものと同
じである。しかしグレーティングの部分のピッチＰが違
う。今度は、２ｎＰ＝１．３μｍという条件によってピ
ッチを決める。この場合グレーティングの長さは４ｍｍ
である。これによって１．３μｍ光を１／１００以下に
低減する事ができる。

【００８０】こうして半導体受光素子モジュールができ
たので、これらを図４に示す光ファイバ式ＯＮＵモジュ
ールに組み込んだ。但し、多層膜フィルタ６８、８３を
除去し、デジタルＰＤモジュール７０とアナログＰＤモ
ジュール８５に本発明の受光素子モジュールを用いてい
る。つまり分波器とカップラは光ファイバを組み合わせ
たものを用いる。

【００８１】これによると、デジタルＰＤモジュール７
０（１．３μｍ光を受光）の出力において、ノイズであ
る１．５５μｍ光は１／１００００以下に減衰してい
た。アナログＰＤモジュールにおいて１．３μｍ光は１
／１００００以下に減衰していた。ノイズを１０^-4以下
に減らすことができるので、電話やＴＶにノイズが入ら
ず、実用的に極めて有効であることが分かった。多層膜
フィルタを省くことができるので、部品の数を減らし、
コストを下げ、小型化することができる。

【００８２】光ファイバグレーティングを不要光の排除
に用いるという本発明の思想を実現するのであれば、図
９のようにグレーティングフィルタ１０９をモジュール
１１０の外部の光ファイバ１１１の一部に設けるという
可能性も有り得よう。光ファイバのモジュール内の部分
ではなくて、外部にグレーティングを形成するのであ
る。こうすれば、図５に示す従来例に係る半導体受光素
子モジュールをそのまま利用できるという利点がある。

【００８３】しかし本発明者は図９のような構成は好ま
ない。そのようなものは、組立作業が煩雑になろう。ま
た外部にグレーティング部が出ているから保護ケースに
入れたり、別途固定するなどの手間がかかる。さらに取
扱いも不便である。小型化を図る上で難がある。

【００８４】［実施例ジルコニアキャピラリを用いる
もの］直接に光ファイバの先端をステンレスパイプに入
れるものの他、図１０に示すように光ファイバ１１２の
先端をセラミックのキャピラリー１１４に入れるものも
ある。これはジルコニアのキャピラリー１１４である。
フェルール１１３にキャピラリーを入れ一体化して端面
を斜めに研磨する。この例では他端にはＦＣコネクタ１
１５があり、ジルコニアフェルール１１６によって他の
光学素子に結合できるようにしてある。光パワーメータ
に接続することもできる。この場合においても、フェル
ール内部の光ファイバ先端部にグレーティングを設け
る。これはピグテイルタイプのコネクタになっている。

【００８５】［実施例レセプタクルタイプ］本発明は
ピグテイルタイプのコネクタの他に、レセプタクルタイ
プのモジュール１１７にも適用することができる。図１
１によって説明する。ファイバコード１１８の先端は被
覆を剥してありガラス部分が露出している。ジルコニア
などのフェルール１１９によって先端部が保護される。
シングルモードファイバ１２０の先端はこの場合丸く研
磨してある。一方のコネクタのハウジング１２１に前記
のフェルール１１９が固定されている。ハウジング１２
１の外周部には、勘合用の袋ナット１２２がある。前方
には円周方向の位置を決めるためのキイ１２３が突出し
ている。

【００８６】他方のコネクタには、レンズを持つフォト
ダイオードが設けられる。レンズホルダ−１２４は金属
円筒形部材である。内部に球レンズ１２５がはめ込まれ
ている。円筒の端部には、ファイバホルダ−１２６があ
ってここにダミーファイバ１２７が固定されている。ダ
ミーファイバは短い光ファイバであって、端部が斜めに
切断される。戻り光の防止のためである。特徴的なの
は、ダミーファイバにグレーティングを設けたことであ
る。これによって不要な光を反射してＰＤにまで到達で
きないようにする。

【００８７】レンズホルダ−１２４の端部には、フェル
ールを差し込むためのハウジング１２８が溶接される。
ハウジング１２８のフランジ部１２９には、止めネジ用
穴１３０が穿孔されている。ハウジング１２８の前端に
は、雄ねじ１３１が刻まれている。これは勘合用袋ナッ
ト１２２に螺合することができる。ハウジング１２８の
中心軸孔には、円筒形のスリーブ１３２がはめ込まれて
いる。これはフェルール１１９を差し込むための部材で
ある。

【００８８】レンズホルダ−１２４の他方の端には、パ
ッケージ１３３が設けられる。パッケージ１３３の上面
にはサブマウント１３４が半田付けされる。さらにこの
上にＰＤチップ１３５がダイボンドされる。チップ１３
５の電極やサブマウント１３４はワイヤ１３７によって
リードピン１３６に接続される。受光素子チップ１３５
は窓付きのキャップ１３８によって封止される。窓には
シール用窓ガラス１３９が設けられる。

【００８９】フェルール１１９をスリーブ１３２に差し
込み、袋ナット１２２をネジ１３１にねじ込むことによ
ってハウジング１２１、１２８を結合することができ
る。この場合、シングルモードファイバ１２０の先端が
ダミーファイバ１２７に接触する。光はファイバ１２０
からファイバ１２７へと伝搬する。

【００９０】レセプタクルタイプの受光素子モジュール
に本発明を適用した例を説明した。新規な部分は、ダミ
ー用の光ファイバにグレーティングを設けて、不要な光
を完全に排除するようにしたことである。この例もハウ
ジング外部にグレーティングを設けるのではない。ハウ
ジング内部のダミー用のファイバにグレーティングを形
成している。小型化に好適で、部品点数は増えず、取扱
い便利という長所がある。ホルダ−によって支持してい
るからグレーティング部の劣化を防止することができ
る。

【００９１】［実施例バタフライ型パッケージへの適
用］本発明は様々な形態のパッケージに収容した半導体
受光素子に適用することができる。図１２はバタフライ
型パッケージの受光素子に応用した例を示す。バタフラ
イ型受光素子１４０は、平板型のパッケージ１４１の内
部に受光素子チップや集光レンズを収容するものであ
る。パッケージ１４１の側面には適数本のリードピン１
４２が面平行に延びるように設けられる。ピンの形状に
よってバタフライ型と呼ばれる。

【００９２】パッケージ１４１の中心部にはレンズホル
ダ−１４３があって、これが凸レンズ１４４を保持して
いる。軸線上最奥部にはチップキャリヤ１５０があって
そのレンズ側の面にフォトダイオードチップ１５１が固
定される。パッケージ１４１の反対側の端面には、開口
１４５があって、ここに鍔付き円柱状のフェルール１４
６が挿入される。フェルール１４６にはシングルモード
ファイバ１４７の先端が差し込まれている。ファイバの
先端部にグレーティング部１４９が形成される。これに
よって不要な光がパッケージ内部に入らないようにす
る。この場合もグレーティングを形成した部分はパッケ
ージの内部にあってフェルールによって保護されてい
る。その部分が劣化するのを防ぐ。

【００９３】［実施例より単純な２波長光通信のＰＤ
モジュールに適用］先に説明したものは、１．３μｍ光
を双方向に、１．５５μｍ光を一方向に用いている。よ
り単純化して１．３μｍ光は送信のみ、１．５５μｍ光
は受信のみに用いるＯＮＵモジュールを想定する。この
場合、従来の方法であれば、分波器によって、１．３μ
ｍと１．５５μｍを分離しさらに、１．５５μｍの受光
素子の前に、１．３μｍを除くための多層膜フィルタが
必要とされる。本発明はそのような場合において多層膜
フィルタを省きさらに波長分波器自体をカップラによっ
て置き換えることができる。そのような利点もあるので
ある。

【００９４】図１３は２波長光通信の光ファイバによる
従来例の構成を示す。基地局につながるシングルモード
ファイバは光コネクタ１５２によってモジュール内の光
ファイバにつながる。これは光ファイバ波長分波器（Ｗ
ＤＭ）１５３によって１．３μｍ光と、１．５５μｍ光
に分離される。この系では１．３μｍ光は受信には使わ
ないので理想的には１．３μｍ成分は存在しない。しか
し他のＯＮＵモジュールからの信号が混ざることもあ
り、やはり１．３μｍと１．５５μｍを分離しなければ
ならない。ために波長分波器１５３を用いる。

【００９５】送信信号はＬＤモジュール１５８によって
電気／光変換され光ファイバ１５７、光コネクタ１５６
を通り、光ファイバ１５４から波長分波器１５３に至
る。波長分波器によって分離された１．５５μｍ光は多
層膜フィルタ１５９を通り、光コネクタ１６０を通って
ＰＤモジュール１６１に入る。ここで受信光信号が電気
信号に変換される。入力ファイバは、１．３μｍ光をも
含むのでやはり多層膜フィルタ１５９を必要とするし、
波長分波器も必須である。

【００９６】ところが受光素子モジュールに本発明を適
用することによって構成をより単純化できる。図１４は
本発明を適用したと仮定して系を構成したものである。
入力シングルモードファイバ１６２は光コネクタ１６３
を経てＯＮＵモジュールに入り、光ファイバカップラ１
６４によって単純に２分割される。光カップラ１６４は
単に送信１．３μｍ光と受信１．５５μｍ光を一本のフ
ァイバ１６２によって送信するための工夫にすぎない。

【００９７】送信電気信号はレ−ザモジュール１７１に
よって光信号に変えられる。これが光ファイバ１７０を
通り光コネクタ１６８、光ファイバ１６６からファイバ
１６２に出てゆく。

【００９８】カップラ１６４によって分割された１．５
５μｍ光は光ファイバ１６７、光コネクタ１６９を通
り、ＰＤモジュール１７３に入る。この受光素子モジュ
ール１７３は本発明のモジュールである。フェルールの
内部の光ファイバには１．３μｍ光を反射するグレーテ
ィングが設けてある。たとえファイバ１６２からモジュ
ールに向かう光に１．３μｍ成分が含まれていたとして
も、波長分波器を使わず、カップラによって受信光を分
離すれば良い。１．３μｍ光はグレーティングによって
排除され、受光素子チップには入らずノイズを引き起こ
さない。

【００９９】受光素子モジュールにグレーティングを付
加することによって、波長分波器と誘電体多層膜フィル
タの両方を省くことができる。光カップラによって波長
分波器を置き換えるのであるが、カップラの方が波長分
波器よりもずっと製造容易で安価である。

【０１００】［実施例釣り鐘型受光素子モジュールに
適用した場合］図１５によって本発明を釣り鐘型の受光
素子に適用した実施例について説明する。光ファイバ１
７４の先端にはフェルール１７５が取り付けられる。フ
ェルールの先端は斜めにカットされる。フェルール１７
５は円錐形のハウジング１７６のボス部に穿孔された通
し孔２０２に差し込まれる。ハウジング１７６の広い方
の端面は、円筒形のスリーブ１７７の上面に固定され
る。

【０１０１】円盤状のヘッダ１７８はいくつかのリード
ピン１７９を有する。マウント１８０にはフォトダイオ
ードチップ１８１がボンドされる。フォトダイオード１
８１の電極とピン１７９がワイヤ１８２によって接続さ
れる。ヘッダ１７８の上面はさらに窓１８４を有するキ
ャップ１８３によって覆われる。窓１８４はガラスがは
め込んである。チップの空間は窒素ガスによって気密封
止される。

【０１０２】スリーブ１７７の上方の開口部１８５には
レンズ１８６が設けられる。フォトダイオードチップを
光らせて、集光レンズ１８６の上から光を観察し、位置
合わせした後スリーブ１７７の端面１８８をＡ点におい
てＹＡＧ溶接する。さらに光ファイバ１７４の他端に光
パワーメータを設けて、光ファイバに入る光量が最大に
なるようにハウジング１７６とスリーブ１７７の位置を
調整し、フェルール１７５の高さも調整してＢ点をＹＡ
Ｇ溶接する。

【０１０３】このような構造は新規でない。本発明によ
って提案されるのは、光ファイバの先端部にグレーティ
ング１８９を設けたという点である。これによって不要
光を排除することができる。

【０１０４】［実施例ＤＩＰパッケージへの適用例］
本発明はＤＩＰパッケージにも勿論利用できる。図１６
によって説明する。図１６の（ａ）は断面図、（ｂ）は
背面図、（ｃ）は斜視図である。ハウジング１９０は、
キャップ２００とパッケージ本体２０１とよりなる。ハ
ウジング１９０の内部には、レンズホルダ−１９１があ
り、これによって集光レンズ１９２が保持されている。
レンズの軸方向の後方にはヘッダ１９３がある。ヘッダ
１９３にはフォトダイオードチップ１９４がダイボンド
されている。

【０１０５】フォトダイオードチップ１９４の電極とリ
ードピン１９５はワイヤ１９６によって電気的に接続さ
れている。フォトダイオードのある方向と反対の位置に
は、光ファイバ１９７の先端を保持したフェルール１９
８が差し込まれている。この光ファイバの先端にもグレ
ーティング１９９が形成されている。これも一定の波長
の光を反射しフォトダイオードまで到達しないようにす
る働きがある。

【０１０６】

【発明の効果】本発明は多層膜フィルタに代えて、光フ
ァイバグレーティングフィルタを光ファイバの内部に設
けることにより不要光を排除する。波長分波器に加えて
光ファイバグレーティングフィルタを設けるから、不要
光によるノイズを完全に遮断することができる。

【０１０７】ファイバグレーティングを用いると多層膜
よりもそれ自体において有利な点がある。それはグレー
ティングの長さによって減衰比を簡単に下げることがで
きるということである。実施例で述べたように、１．３
μｍ光受光用の受光素子に４ｍｍの長さのグレーティン
グを作ると１．５５μｍ光を１０^-2以下に（−２０ｄ
Ｂ）減衰させることができる。グレーティングの長さを
８ｍｍにすると１０^-4（−４０ｄＢ）以下に減らすこと
ができる。このようにグレーティングの長さを長くすれ
ば減衰比を幾らでも小さくできる。このような性質は波
長によらない。１．５５μｍ光受光用の受光素子に４ｍ
ｍのグレーティングを作ると減衰比を１／１００にする
ことができる。これを８ｍｍにすると減衰比を１／１０
０００にできる。

【０１０８】光ファイバは初めから存在し、これにレ−
ザの強い光を２光束干渉法によって照射するのであるか
ら、露光の範囲を広くする事によって簡単にグレーティ
ングを長くすることができる。これに反して多層膜の減
衰比を減らそうとすると、多層膜の膜数を増やさなくて
はならない。材料、製作時間がそれだけ増え、コストを
さらに押し上げるようになってしまう。

【０１０９】グレーティングフィルタによって不要光を
遮断できるので、従来の多層膜フィルタを省く事ができ
る。光ファイバの部分を処理してフィルタにしたのであ
るからフィルタの存在によって体積は全く増えない。多
層膜フィルタの容積分だけ必要空間を減らすことができ
る。多層膜フィルタによる部品コスト、組立コストなど
を削減することができる。ＯＮＵ光モジュールとしてよ
り小型、安価な装置を提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】双方向光通信の加入者側端末の原理図。

【図２】ミラー式波長分波器、カップラを用いるＯＮＵ
モジュールの原理図。

【図３】石英平面導波路による波長分波器、カップラを
用いるＯＮＵモジュールの原理図。（ａ）が平面図。
（ｂ）がＡ−Ｂ断面図。

【図４】光ファイバ波長分波器、光ファイバカップラを
用いる光ファイバタイプＯＮＵモジュールの原理図。

【図５】従来の半導体受光素子モジュールの縦断斜視
図。

【図６】光ファイバグレーティングフィルタの原理図。

【図７】グレーティングを有する光ファイバをフェルー
ルに固定した物の縦断面図。

【図８】本発明の半導体受光素子モジュールの縦断斜視
図。

【図９】光ファイバグレーティングをモジュールの外に
設けた物の斜視図。

【図１０】シングルモードファイバをＦＣコネクタに取
り付けて、ＦＣコネクタから延びるフェルールをモジュ
ールに取り付けるためのＦＣコネクタ、フェルールの正
面図。

【図１１】フェルールの直前にグレーティングを設けた
ダミーファイバを固定してあり、ダミーファイバを通っ
て信号光がＰＤチップに入射するようにした実施例を示
す概略正面図。

【図１２】バタフライタイプのパッケージを用いる受光
素子モジュールに本発明を適用した場合の概略断面図。

【図１３】１．３μｍ光を送信に、１．５５μｍ光を受
信に用いた、より単純なＯＮＵモジュールにおいて、フ
ァイバ部品による従来のモジュール構成図。

【図１４】図１３と同じ機能を有するものを本発明の受
光素子を利用して構成したＯＮＵモジュールの構成図。

【図１５】釣り鐘型の受光素子モジュールに本発明を適
用したものの縦断面図。

【図１６】ＤＩＰ型パッケージに収容される受光素子に
本発明を適用したものを示す図。（ａ）が断面図、
（ｂ）が背面図、（ｃ）が斜視図である。

【図１７】水素添加石英ファイバに１．５５μｍ光反射
用のグレーティングを形成したものの波長と反射率の関
係を示す反射スペクトル図。

【符号の説明】

１基地局２加入者側端末３光ファイバ４分岐器５波長分波器６アナログＰＤ７信号処理部８ＴＶ９光カップラ１０デジタルＰＤ１１信号処理部１２デジタルＬＤ１３電話・ファクシミリ２０光ファイバ２１光コネクタ２２コリメータレンズ２３ミラー式波長分波器２４ミラー式カップラ２５多層膜フィルタ２６集光レンズ２７デジタルＰＤ２８デジタルＬＤ２９集光レンズ３０多層膜フィルタ３１集光レンズ３２光コネクタ３３光ファイバ３４シングルモードファイバ３５平面導波路３６光導波路３７分岐点３８光導波路３９光導波路４０光カップラ４１光導波路４２波長分波器のファイバ接近領域４３波長分波器４４多層膜フィルタ４５デジタルＰＤ４６デジタルＬＤ４７集光レンズ４８端面４９多層膜フィルタ５０アナログ出力シングルモードファイバ５１パッケージ５２Ｓｉ基板５３石英系クラッド層６０入力シングルモードファイバ６１光コネクタ６２光ファイバ波長分波器６３光コネクタ６４光ファイバカップラ６５分岐６６光ファイバ６７光ファイバ６８多層膜フィルタ６９光コネクタ７０デジタルＰＤモジュール８０光コネクタ８２光ファイバ８３多層膜フィルタ８４光コネクタ８５アナログＰＤモジュール８６パッケージ８７アノードピン８８パッケージのケースピン８９カソードピン９０サブマウント９１フォトダイオードチップ９２球レンズ９３球レンズ付きキャップ９４スリーブ９５フェルールホルダ− ９６孔９７フェルール９８シングルモードファイバ９９ファイバの先端１００コア１０１クラッド１０２グレーティング部１０３斜め研磨部１０４ベンドリミッタ１０９ファイバグレーティングフィルタ１１０ＰＤモジュール１１１光ファイバ１１２シングルモードファイバ１１３フェルール１１４セラミックキャピラリ１１５ＦＣコネクタ１１６ジルコニアフェルール１１７レセプタクルタイプ受光素子モジュール１１８ファイバコード１１９フェルール１２０シングルモードファイバ１２１ハウジング１２２勘合用袋ナット１２３キイ１２４レンズホルダ− １２５レンズ１２６ファイバホルダ− １２７ダミーファイバ１２８ハウジング１２９フランジ部１３０止めネジ用穴１３１雄ネジ部１３２スリーブ１３３パッケージ１３４サブマウント１３５ＰＤチップ１３６リードピン１３７ワイヤ１３８キャップ１３９シール用窓ガラス１４０バタフライ型受光素子１４１パッケージ１４２リードピン１４３レンズホルダ− １４４レンズ１４５穴１４６フェルール１４７光ファイバ１４９グレーティング部１５０チップキャリヤ１５１フォトダイオードチップ１５２光コネクタ１５３光ファイバ波長分波器１５４光ファイバ１５５光ファイバ１５６光コネクタ１５７光ファイバ１５８ＬＤモジュール１５９多層膜フィルタ１６０光コネクタ１６１ＰＤモジュール１６２ファイバ１６３光コネクタ１６４光ファイバカップラ１６５光ファイバ１６６光ファイバ１６８光コネクタ１７１ＬＤモジュール１７３ＰＤモジュール１７４光ファイバ１７５フェルール１７６ハウジング１７７スリーブ１７８ヘッダ１７９リード１８０マウント１８１フォトダイオードチップ１８２ワイヤ１８３キャップ１８４窓１８５開口部１８６集光レンズ１８７端面１８８端面１８９グレーティング１９０ハウジング１９１レンズホルダ− １９２集光レンズ１９３ヘッダ１９４フォトダイオードチップ１９５リードピン１９６ワイヤ１９７光ファイバ１９８フェルール１９９グレーティング２００キャップ２０１パッケージ２０２通し穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号を電気信号に変換するフォトダイ
オードチップと、電気信号を外部に取り出す手段と、フ
ォトダイオードチップ及び電気信号を外部に取り出す手
段とを支持する手段と、外部から光信号を伝送してくる
光ファイバと、その支持体とよりなる半導体受光素子に
おいて、所望の波長の光を選択的に反射するファイバグ
レーティングフィルタが支持体の内部の光ファイバの一
部に設けられていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】ファイバグレーティングフィルタが石英
系シングルモードファイバの一部に形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】フォトダイオードチップがＩｎＧａＡｓ
或いはＩｎＧａＡｓＰの受光層を有することを特徴とす
る請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項４】選択的に反射する光の波長が１．３μｍ
帯若しくは１．５５μｍ帯であることを特徴とする請求
項２あるいは請求項３に記載の半導体受光素子。
【請求項５】リードピンを有するパッケージと、パッ
ケージの面に固定されたサブマウントと、サブマウント
を介してパッケージに固定され光信号を電気信号に変換
するフォトダイオードチップと、フォトダイオードチッ
プの電極、サブマウントの電極とリードピンを結合する
ワイヤと、光透過窓若しくは集光レンズを持ち不活性ガ
スが充填された状態でパッケージに気密固着されるキャ
ップと、光信号を伝送するシングルモードファイバと、
シングルモードファイバの先端部を保持するフェルール
と、フェルールを保持しパッケージに対して固定される
フェルールホルダ−と、フェルール内部においてシング
ルモードファイバに形成された特定波長の光を反射する
ファイバグレーティングとよりなることを特徴とする半
導体受光素子。