JP2004004459A

JP2004004459A - 光送受信装置

Info

Publication number: JP2004004459A
Application number: JP2002285788A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishikawa; 西川　透; Tomoaki Uno; 宇野　智昭
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-01-08
Also published as: US20040026604A1; CN1450368A; CN1203332C

Abstract

【課題】３０ｋｍ以下の中距離・近距離の通信網で、２５０Ｍｂｐｓ程度までの通信速度しか要しない光加入者系システムに用いるのに適し、所望のスペックを満たしつつ、低コストで製造することが可能な光送受信装置を提供する。
【解決手段】光ファイバ１１０４を実装するための凹溝１１０８を備えた凹溝付光学プラットホーム１１０５上には、半導体レーザ１１０１、前記半導体レーザ１１０１の後端面から出射される光をモニタするモニタ用フォトダイオード１１０２、そして、波長分岐フィルタ１１０７で反射した光信号を受信する受信用フォトダイオード１１０３の３つのチップをダイスボンドする。波長分岐フィルタ１１０７は、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との間に配置されており、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との間は少なくとも１００μｍ以上離間している。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを介して光信号を送受信する光送受信装置に関し、特に光送受信装置の内部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映像データや音声データ等の様々なデジタル情報を、センター局からユーザ宅に光ファイバを介して光信号で伝送する光加入者系システムが提案されている。本システムにおいては、一般的に、一本の光ファイバで波長の異なる光信号を複数多重して送受信することを可能とするＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：光波長多重）伝送方式が用いられている。
【０００３】
ここで、光加入者系システムにおいて用いられる従来の光送受信装置の一例として、特許文献１の光送受信装置について説明する。図１３は、特許文献１の光送受信装置の構成を示す図である。
図１３に示す光送受信装置は、導波路１４を有する光学プラットホーム１１上に、光信号送信機能として発光素子１２、波長分岐フィルタとしてＷＤＭフィルタ１５（以下、波長１．３μｍ帯の光を反射、波長１．５５μｍ帯の光を透過するフィルタを示す。）、及び、光信号受信機能として受光素子１６が実装されており、一つの光学プラットホーム上に光信号送信機能と光信号受信機能とが一体化された構造となっている。
【０００４】
本光送受信装置では、発光素子１２から送信される光信号を高い結合効率で導波路１４に結合させることが可能であり、また、ＷＤＭフィルタ１５をはさんで、発光素子１２と受光素子１６とが大きく離れていることから、高いクロストーク特性が得られる。このような光送受信装置は、長距離且つ広帯域の光加入者系システムに用いるのに適していると言える。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２０２１４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、３０ｋｍ以下の中距離・近距離の通信網で、２５０Ｍｂｐｓ程度までの通信速度しか要しない光加入者系システムでは、特許文献１の光送受信装置が有する高い結合効率、高いクロストーク特性はオーバースペックであり、また、特許文献１の光送受信装置は製造コストが高いので、当該システムに用いるのに適当とは言えない。
【０００７】
特許文献１の光送受信装置の製造コストが高くなる理由としては、図１３に示す発光素子１２の発光点と導波路１４との位置合わせ精度により結合効率が大幅に変化してしまうことから、発光素子の実装精度を向上させるための高価な設備が必要となる点、また、外部伝送路である光ファイバと光送受信装置との間に新たな精密調芯が必要となる点、更に、ＷＤＭフィルタ１７は、ダイシングソーによって形成されたスリットに実装されているが、導波路１４とスリットとの位置関係に高精度が要求されるため実装許容度が小さくなり、歩留率が低くなる点等が挙げられる。
【０００８】
本発明は、上述したような従来の光送受信装置の製造コストが高くなる要因を考慮して、３０ｋｍ以下の中距離・近距離の通信網で、２５０Ｍｂｐｓ程度までの通信速度しか要しない光加入者系システムに用いるのに適し、所望のスペックを満たしつつ、低コストで製造することが可能な光送受信装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る光送受信装置は、発光素子を有し光信号を送信する送信部と、受光素子を有し光信号を受信する受信部とを備えた光送受信装置であって、波長に応じて光信号を分岐する波長分岐フィルタを備え、光ファイバの一端が本装置内に導入され、前記送信部、前記波長分岐フィルタ及び前記光ファイバの一端は、当該送信部から送信されて当該波長分岐フィルタにより分岐された光信号を、当該光ファイバの一端が受信可能なように、且つ当該送信部から送信された光信号が当該光ファイバの一端に到達するまでの最短の経路上に、光信号の進行方向を一定方向に特定することのない領域を設けるように配置され、前記受信部は、前記光ファイバの一端から放出されて前記波長分岐フィルタにより分岐された光信号を、前記領域を介して当該受信部が受信可能なように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、送信部とは、例えば、半導体レーザであり、受信部とは、例えば、フォトダイードのことをいう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光送受信装置の各実施形態について図面を用いて説明する。
＜実施形態１＞
＜構成＞
実施形態１の光送受信装置は、光送信機能と光受信機能とを一つの光学プラットホーム上で一体化したもので、図１に示す構成になっている。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、光ファイバ１１０４を精密実装するための凹溝１１０８を備えた凹溝付光学プラットホーム１１０５上には、半導体レーザ１１０１、前記半導体レーザ１１０１の後端面から出射される光をモニタするモニタ用フォトダイオード１１０２、そして、波長分岐フィルタ１１０７で反射した光信号を受信する受信用フォトダイオード１１０３の３つのチップがダイスボンドされている。
【００１３】
波長分岐フィルタ１１０７は、送信波長帯に対して十分高い透過率を有し、受信波長帯に対して十分高い反射率を有しており、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４の間に図１（ａ）に示すように配置されている。波長分岐フィルタ１１０７は、光ファイバ１１０４の光軸に対して、図１（ａ）中に示した角度θがほぼ１２０°となるよう凹溝付光学プラットホーム１１０５に形成された波長分岐フィルタ実装用ダイシング溝１１０６に挿入されている。
【００１４】
光ファイバ１１０４は、図１（ｄ）に示すように、前記凹溝付光学プラットホーム１１０５の凹溝１１０８とファイバ押え１１０９にはさまれる形で位置決め実装されている。
半導体レーザ１１０１は、凹溝１１０８に実装された光ファイバ１１０４と光軸が一致するように実装されており、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４の端面との距離は１００μｍ以上離間している。半導体レーザ１１０１から送信される光信号の波長として１．３μｍ帯の波長を使用する場合は、１．５５μｍ帯の波長の光信号を受信する受信用フォトダイオード１１０３を使用する。逆に、半導体レーザ１１０１から送信される光信号の波長として１．５５μｍ帯の波長を使用する場合は、波長１．３μｍ帯の波長の光信号を受信する受信用フォトダイオード１１０３を使用する。
【００１５】
また、光ファイバ端面の反射を防止し、光学部品間の距離を実質的に小さくすることを目的として、光ファイバ１１０４と屈折率整合した樹脂１１１０で光学系全体を埋め込んでいる。
本実施形態では、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４の端面との間に波長分岐フィルタ１１０７を配置しているため、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４端面との間の距離は、図１（ａ）に示した波長分岐フィルタ１１０７の実装角度θに依存する。半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４の端面間の距離は、近いほうが高い結合を得られるが、両者間の実装許容度は小さくなる。また、両者間の距離を小さくするために、波長分岐フィルタ１１０７の実装角度θを小さくすると、受信用フォトダイオード１１０３を光ファイバ１１０４に干渉しないよう配置する必要が生じ、光ファイバ１１０４と受信用フォトダイオード１１０３の距離が大きくなり、受光感度が小さくなる。そのため、本実施形態では、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４の光結合と光ファイバ１１０４と受信用フォトダイオードの結合の両者がともに十分な実装許容度が得られるよう、図１（ａ）で示した実装角度θをほぼ１２０°としている。
【００１６】
ここで、図２を用いて、本実施形態のモニタ用フォトダイオード１１０２及び受信用フォトダイオード１１０３について説明する。
本実施形態の光送受信装置では、半導体レーザ１１０１の後端面から出射された光は、図２（ｂ）に示すように、モニタ用フォトダイオード１１０２の端面より入射し、立上ミラー１２０２で屈折され、受光部１２０１に入射する。このとき、半導体レーザ１１０１の後端面から出射された光を効率よく受光するために、半導体レーザ１１０１とモニタ用フォトダイオード１１０２間の距離は、出来るだけ近いことが望ましい。また光軸に垂直な方向に対しては、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との位置関係と同様に光軸ずれが発生しないことが望ましいが、図２（ａ）、（ｂ）に示すような立上ミラー付端面入射型のものを使用する場合、受光径が１００μｍ以上ある大きなものを使用すれば、位置ずれに対する感度劣化は小さく、後述する実装許容度を大きく取ることが出来る。
【００１７】
受信用フォトダイオード１１０３で受信する光信号は、光ファイバ１１０４から出射されたのち、波長分岐フィルタ１１０７で反射され、受信用フォトダイオード１１０３の端面に入射し図２（ｂ）に示すように、立上ミラー１２０２で屈折され、受光部１２０１に入射する。このとき、光軸は図１（ａ）に示すＡ−Ａ’からＢ−Ｂ’に移行する。受信用フォトダイオードは、光軸Ｂ−Ｂ’上に正確に位置決めされ実装される必要があるが、モニタ用フォトダイオード同様に、光ファイバ１１０４端面から受信用フォトダイオード１１０３の信号入射側端面までの距離は、出来るだけ短いことが望ましい。しかし、受光信号は、波長分岐フィルタ１１０７で反射し光軸が変化するので、受信用フォトダイオード１１０３と光ファイバ１１０４が干渉しないように注意する必要がある。
【００１８】
また、受信用フォトダイオード１１０３として、図２（ａ）、（ｂ）に示すような立上ミラー付端面入射型のものを使用する場合、受光径が１００μｍ以上ある大きなものを使用すれば、光軸Ｂ−Ｂ’に対して垂直な方向の位置ずれに対する感度劣化は非常に小さく、光検出感度が１０％劣化するずれ量を実装許容度とすると、約２０μｍ程度取ることが可能である。
【００１９】
＜従来装置との比較＞
ここで、従来の光送受信装置の製造におけるアセンブリ条件について述べ、その後、本実施形態に係る光送受信装置の構成と従来の構成とを比較する。
まず、従来の光送受信装置の製造におけるアセンブリ条件において一番厳かった条件は、半導体レーザと導波路間における光信号の結合効率に影響を及ぼす半導体レーザの実装許容度を満足するかどうかであった。次に厳しい条件は、導波路と外部伝送路間における光信号の結合効率に影響を及ぼす光ファイバの実装許容度を満足するかどうかであった。３点目としては、半導体レーザから送信される光信号を反射させ、再び導波路に結合させる際の結合効率に影響を及ぼすＷＤＭフィルタのスリット加工位置精度が条件を満足するかどうかであった。
【００２０】
まず、従来の光送受信装置における半導体レーザの実装許容度について述べる。
図１３で示すような従来の光送受信装置の構成では、半導体レーザと光ファイバとの間の過剰損失が２ｄＢ低下する位置ずれ量を設計位置ずれ許容量と考えると、その許容量は、図３（ａ）に示すように１．６μｍとなり、アセンブリ条件としては、非常に厳しい。
【００２１】
従来の光送受信装置では、半導体レーザと導波路とは、ほぼ接する形で直接結合させるか、あるいはレンズ等の集光手段や回折格子等の回折手段を介して、結合効率を低下させないようにすることが第一の課題であった。しかし、それに伴って、半導体レーザと導波路との相対位置ずれに対する過剰損失の増加率が大きくなる結果を招いていた。
【００２２】
一方、本実施形態に係る光送受信装置では、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４の端面との距離を１００μｍ以上離して配置している。このことにより、図３（ｂ）に示すように、半導体レーザ１１０１の位置ずれがないとした場合の結合効率は従来例より低下するが、過剰損失が２ｄＢ低下するまでの半導体レーザ１１０１の位置ずれの実装許容度は、図３（ａ）に示すように、逆に４μｍ以上にまで拡大する。
【００２３】
本実施形態に係る光送受信装置の構成のように、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との間の距離が十分に離れていれば、レーザ光に拡がりが生じるため、位置ずれによる両者の光結合の度合いは、さほど変化しない。すなわち、４μｍの位置ずれが起こっても、過剰損失が抑えられ、結合効率に関しては向上する結果が得られ、アセンブリ条件のマージンが大幅に拡大する。
【００２４】
また、３０ｋｍ程度の中距離通信網の光加入者系システムにおいて必要とされる光出力は、０．１〜０．２ｍＷ程度であるので、本実施形態に係る光送受信装置の構成のように半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４の端面との距離が大きくなっても、結合効率の変動は光信号の送受信にほとんど影響しない。
次に、従来の光送受信装置における光ファイバの実装許容度について述べる。
【００２５】
従来の光送受信装置の構成では、図４に示すように結合効率を−２ｄＢ以上得ようとすれば、実装許容度は±２μｍ程度しかないことになる。この精度を実現しようとすると、パッシブアライメントは非常に困難であるといえる。また、アクティブアライメントで行うとしても、実装コストが大幅に増大する。
一方、本実施形態に係る光送受信装置の構成では、波長分岐フィルタ１１０７や樹脂１１１０を介してはいるものの、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４とは直接結合している。本実施形態における光ファイバ１１０４は、外部伝送路を兼ねているため、前記したような導波路と外部伝送路との結合については考慮する必要がない。よって、半導体レーザ１１０１の実装許容度と合せて、光ファイバの実装許容度は、±４μｍ以内であればよい。
【００２６】
次に、従来の光送受信装置における波長分岐フィルタのスリット加工位置精度について述べる。
従来の光送受信装置の構成では、半導体レーザから出射する光信号は、導波路を伝播して、途中にＷＤＭフィルタで反射され、外部伝送路である光ファイバへ送信される光学設計となっているが、このような反射系の光路設計を用いると、ＷＤＭフィルタの位置ずれにより、光路上で結合損失が発生する場合があった。
【００２７】
一方、本実施形態に係る光送受信装置では、１０〜３０μｍ程度の厚さの波長分岐フィルタ１１０７と、光ファイバ１１０８の屈折率と近い屈折率を有する基板材料の凹溝付光学プラットホーム１１０５とを用いており、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との間には、当該光ファイバ１１０４の屈折率と整合した樹脂１１１０を充填している。そして、半導体レーザ１１０１が発光する光は、波長分岐フィルタ１１０７を透過するので、波長分岐フィルタ１１０７の実装位置ずれおよび角度ずれは、半導体レーザ１１０１から送信される光信号の光ファイバ１１０４の先端における光結合にほとんど影響しない。また、波長分岐フィルタ１１０７の厚さが十分薄いため、半導体レーザ１１０１から送信された光信号が当該フィルタを通過する際の損失を小さく抑えることができる。
【００２８】
波長分岐フィルタ１１０７の実装精度は、波長分岐フィルタ実装用ダイシング溝の加工精度で決まるが、通常のダイシング装置であれば、±１０μｍ程度の精度で加工可能である。これは、受信用フォトダイオード１１０３として受光径１００μｍ以上のものを使用する場合、受光感度劣化を１０％以内に抑制できる十分な精度である。
【００２９】
なお、受光素子の位置ずれ実装許容度は、実装条件および受光素子の形態にもよるが、半導体レーザの位置ずれ実装許容度と比較すれば非常に大きいので、実装上の大きな問題とはならない。
以上より、各部品の実装において、本実施形態に係る光送受信装置では、従来の光送受信装置より大きな実装許容度が得られることがわかる。
【００３０】
また、従来の導波路を用いた光送受信装置は、導波路基板自体のダウンサイズが困難であるため小型化が困難であったが、本実施形態に係る光送受信装置では、本装置内に光ファイバ１１０４を導入して設置する溝を公知のリソグラフィー技術とエッチング技術により形成することができるので、凹溝付光学プラットホーム１１０５の小型化が容易となる。特に凹溝付光学プラットホーム１１０５にＳｉ（１００）基板を用いれば、ウエットエッチングによりＶ字形状の溝を精度よく形成できる。
【００３１】
＜変形例＞
実施形態１の変形例として、図５に示す光送受信装置が挙げられる。図５に示す光送受信装置では、半導体レーザ１１０１から出射される光信号を、受信用フォトダイオード１１０３が受信するのを防ぐために、波長分岐フィルタ１１０７に遮光部１８０１を有する。遮光部としては、メタルの蒸着膜を使用することにより簡単に有効な遮光特性を得ることができるが、メタルに変わって、半導体レーザの波長に対して反射率の高い、波長選択膜を使用しても良い。
【００３２】
遮光部１８０１は、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、波長分岐フィルタ１１０７のフィルタ面の全面を覆っているのではなく、入射＆反射窓１８０２は遮光されていない。なお、入射＆反射窓１８０２の大きさは、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４間の結合の妨げにならない程度の大きさにする必要があり、フィルタの実装精度を考慮すると、光軸を中心として５０〜１５０μｍ程度の直径および幅が望ましい。
【００３３】
遮光部１８０１の配置条件として、遮光部１８０１およびの加工位置および実装位置は、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との結合を妨げないよう十分配慮する必要がある。
＜補足＞
（１）なお、波長１．３μｍ帯受信用の受信用フォトダイオードの受光部１２０１として波長１．５５μｍ帯の光に対する感度がない、パスバンド構造のものを使用してもよい。
（２）波長１．５５μｍ帯受信用の受信用フォトダイオードには、波長１．３μｍ帯に対する感度が出来るだけ小さくなるよう、図４（ｄ）に示すように受光部の直下に１．５５μｍ帯の光を透過し、波長１．３μｍ帯の光のみを吸収する１．３μｍ帯光吸収層１２０４を有した逆パスバンド構造のものを使用してもよいし、波長１．５５μｍ帯受信用のフォトダイオードでは、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように受信光以外の散乱光に対する感度を抑制するために、チップ表面にメタル遮光パターン１２０５を形成してもよい。
（３）反射による受光感度の劣化を防止するために、受信用フォトダイオードの立上ミラー１２０２には、無反射コーティングを施してもよい。
（４）波長分岐フィルタ１１０７の基板材料としては、余分な反射が発生しないよう、光ファイバの屈折率に近いものを使用してもよい。
（５）半導体レーザ１１０１は、通常のファブリペロー構造のものに限られず、ＤＦＢレーザを用いてもよい。
（６）半導体レーザ１１０１の導波路構造は、通常の平行ストライプ構造に限られず、出射光のスポットサイズを変換することができる機能を有するテーパストライプ構造であってもよい。
（７）半導体レーザ１１０１から受信用フォトダイオード１１０３に入射する光信号を遮断するために、図２（ｅ）に示すような、受信用フォトダイオードの入射面に裏面電極と同じメタル材料を使用した遮光メタル１２０７を設けてもよい。
（８）半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との間における光信号の結合効率を高める必要がある場合は、図５（ａ）に示すような斜めカットファイバ１３０１や図５（ｂ）に示すような円錐形に面取り加工されている、先端面取りファイバ１３０２を使用してもよい。
＜実施形態２＞
以下、実施形態２に係る光送受信装置について図面を用いて説明する。実施形態２に係る光送受信装置は、実施形態１に係る光送受信装置と多くの点で共通するため、異なる点についてのみ説明する。異なる点は、波長分岐フィルタとして、フィルタブロックを用いている点である。
【００３４】
＜構成＞
図６（ａ）に示すように、本実施形態に係る光送受信装置において、フィルタブロック１４０１は、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との間に配置されている。波長分岐フィルタ１４０５は、光ファイバ１１０４の光軸に対して、ほぼ１２０°の角度をもって実装されるよう、凹溝付光学プラットホーム１４０２に形成されたフィルタブロック実装用ダイシング溝１４０３に挿入されている。
【００３５】
図６（ｂ）に示すように、波長分岐フィルタ１４０５は、ガラス基板でできたフィルタブロック１４０１の凹部１４０４に誘電体多層膜などのフィルタ特性が得られるコーティングを行うことで形成されている。
実施形態１では、厚さ１０〜３０μｍの非常に薄い波長分岐フィルタを使用していたが、この場合だと裏表の区別が難しく、また、薄さゆえに波長分岐フィルタに反りができる等の原因により自動実装の効率を下げる恐れがあったが、本実施形態で示すような波長分岐フィルタ１４０５を設けた１００μｍ以上の厚さを有するフィルタブロック１４０１を使用することにより、図１に示す薄板状の波長分岐フィルタ１１０７と比較すると、位置合わせ時の画像認識が行いやすく、またハンドリング時の破損も起こりにくいため、実装歩留率の低下を防止することができる。
【００３６】
＜変形例＞
また、図６（ｃ）に示すように、半導体レーザ１１０１から出射される光が、受信用フォトダイオード１１０３に入射されるのを防ぐために、フィルタブロック１４０１の波長分岐フィルタ１４０５以外の部分に遮光膜１４０６を加工してもよい。遮光膜１４０６の加工条件としては、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との結合を妨げないことが挙げられる。
【００３７】
遮光膜１４０６として、メタルの蒸着膜を使用してもよい。これにより、簡単に遮光膜を形成することができ、有効な遮光特性を得ることができる。また、メタルに変わって、半導体レーザの波長に対して反射率の高い、波長選択膜を使用してもよい。
＜補足＞
（１）なお、光ファイバ１１０４と半導体レーザ１１０１との相対的な光軸ずれが発生しないように実装することが望ましいが、その相対的な光軸のずれが±４μｍ以内であれば、ばらつきの小さい安定した光結合特性を得ることができる。
（２）フィルタブロック１４０１の実装精度は、フィルタブロック実装用ダイシング溝１４０３の加工精度には影響されず、ファルタブロック１４０１の実装精度に依存するが、通常の設備を用いれば、その精度は±１０μｍ程度で、感度劣化も５％程度である。
（３）半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０４との距離を近づけることにより高い結合効率を得ようとする場合は、フィルタブロック１４０１の厚さを薄くすることで対応できる。
（４）フィルタブロック１４０１の材料としては、基本的には何でも良いが、屈折率は、光ファイバ１１０４と屈折率整合がとれるものが望ましい。フィルタブロック１４０１の材料としてガラスを使用した場合、凹部の加工は、ガラスプレス加工により可能である。また、プラスチック材料を使用する場合は、金型によるモールド加工により簡単に加工可能である。また、Ｓｉ基板を用いる場合は、オフ基板を用いて選択エッチングすることで加工可能である。ただし、Ｓｉ基板で設計する場合は、凹部の反対側の面に無反射コーティングを行う必要がある。また、光ファイバ等と、材料の屈折率が異なるので、屈折率の差を考慮した光学系に設計変更する必要がある。
（５）図６に示すフィルタブロック１４０１の凹部１４０４は、光ファイバ１１０４側に形成しているが、半導体レーザ１１０１側に形成してもよい。
＜実施形態３＞
以下、実施形態３に係る光送受信装置について図面を用いて説明する。実施形態３に係る光送受信装置は、実施形態１に係る光送受信装置と多くの点で共通するため、異なる点についてのみ説明する。異なる点は、光ファイバの光軸と半導体レーザの光軸とを少しずらしている点と、半導体レーザから送信される光信号が受信用フォトダイオードに入射しないように防ぐための送信光遮断フィルタを備えている点である。
【００３８】
本実施形態に係る光送受信装置は、図７（ａ）から図７（ｄ）に示す構成になっている。
送信光遮断フィルタ１６０１は、凹溝付光学プラットホーム１１０５に形成された送信光遮断フィルタ実装用ダイシング溝１６０２に挿入され、波長分岐フィルタ１１０７と受信用フォトダイオード１１０３との間に、波長分岐フィルタ１１０７と平行となるように配置されている。送信光遮断フィルタ実装用ダイシング溝１６０２は、凹溝付光学プラットホーム１１０５の表面付近を通る半導体レーザ１１０１から送信された光信号を送信光遮断フィルタ１６０１が確実に遮断するために十分な深さが必要である。
【００３９】
送信光遮断フィルタ１６０１のフィルタ面には、半導体レーザ１１０１から送信される光信号の波長に対する反射率が高い波長選択膜が覆われている。
これにより、半導体レーザ１１０１から送信された光信号を受信用フォトダイオード１１０３が受信することを防ぐことができる。
なお、送信光遮断フィルタ１６０１の配置として、図７（ａ）では、光ファイバ１１０４に突き当てるように配置されているが、半導体レーザ１１０１と光ファイバ間の結合の妨げとならなければ、光ファイバ１１０４の端面にかかるように配置してもよい。
＜実施形態４＞
以下、実施形態４に係る光送受信装置について図面を用いて説明する。実施形態４に係る光送受信装置は、実施形態１に係る光送受信装置と多くの点で共通するため、異なる点についてのみ説明する。異なる点は、光ファイバの光軸に対して半導体レーザの光軸を、当該半導体レーザ出射位置を頂点として傾斜させている点と、半導体レーザから送信される光信号が受信用フォトダイオードに入射しないようにするための金属遮光壁を備えている点である。
【００４０】
本実施形態に係る光送受信装置は、図８（ａ）から図８（ｄ）に示す構成になっている。
図８（ａ）に示すように、半導体レーザ１１０１及びモニタ用フォトダイオード１１０２は、半導体レーザ出射位置１７０２を頂点として光ファイバ１１０８の光軸と半導体レーザ１１０１の光軸とが所定角度を形成するように配置されている。傾斜配置する理由は、半導体レーザ１１０１から送信される光信号が、受信用フォトダイオード１１０３に入射する量を軽減するためである。
【００４１】
図１０は、半導体レーザと光ファイバの実装傾斜角と結合効率の関係を示すグラフ図である。図１０に示すグラフからわかるように、光ファイバ１１０８の光軸と半導体レーザ１１０１の光軸との間の傾斜角度αが３乃至５度程度であれば、半導体レーザ１１０１と光ファイバ１１０８との間における光信号の結合効率の損失は、１〜２ｄＢ程度で済むので大きな問題にはならない。
【００４２】
また、波長分岐フィルタ１１０７と受信用フォトダイオード１１０３の間には、図８（ａ）、（ｄ）に示すように半導体レーザ１１０１からの光を遮断するために、金属遮光壁１７０１が配置されている。金属遮光壁１７０１は、凹溝付光学プラットホーム１１０５上のメタルから金属メッキ加工されたものである。金属遮光壁１７０１の高さは、図９（ｅ）に示すように、半導体レーザ１１０１から放射された光信号の放射角を考慮した設計にする必要がある。また、受信用フォトダイオード１１０３の入射面１２０２の位置より高くする必要がある。例えば、半導体レーザ１１０１の放射角を２０°程度に設定した場合、金属遮光壁１７０１の高さは、３０〜４０μｍ程度必要となる。
【００４３】
これにより、半導体レーザ１１０１から送信された光信号を受信用フォトダイオード１１０３が受信することを防ぐことができる。
＜補足＞
（１）なお、波長分岐フィルタ実装用ダイシング溝１１０６のダイシング面で乱反射した光信号が、受信用フォトダイオード１１０３に入射することを防ぐために、図９（ｆ）に示すような、遮光用エッチング溝１７０４を凹溝付光学プラットホーム１１０５に形成してもよい。
（２）高い遮光特性を実現するために、できるだけ半導体レーザ出射位置１７０２から見て、受信用フォトダイオード１１０３が隠れるよう、できるだけ遮光用金属壁１７０１を、凹溝１１０８に近い位置に配置してもよい。また、受信用フォトダイオード１１０３を、半導体レーザ１１０１の放射角の範囲から外れるように配置することによって、遮光特性を高めることが可能であるが、図１１に示す、受光用フォトダイオード１１０３と波長分岐フィルタ１１０７と間の距離と結合効率の関係を示すグラフからわかるように、受光用フォトダイオード１１０３の配置位置が、波長分岐フィルタ１１０７から離れるに連れて結合効率が小さくなるので、所望の結合効率に合わせて受光用フォトダイオード１１０３の配置位置を決定すればよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明に係る光送受信装置は、各部品の実装精度をさほど向上させなくても、送信部と光ファイバの先端との間における光信号の送受において所望の結合効率が得られる上に、高い実装許容度が得られる。つまり、歩留率が高くなるので、製造コストを低くすることができる。また、従来のように立体実装により導波路を形成する必要がなく、表面実装で容易に製造することができるので、製造コストを低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る光送受信装置の構成図であり、
（ａ）は上面から見た図
（ｂ）は（ａ）図で示したＡ−Ａ’軸での断面図
（ｃ）は（ａ）図で示したＢ−Ｂ’軸での断面図
（ｄ）は（ａ）図で示したＣ−Ｃ’軸での断面図
である。
【図２】本発明に係る立上ミラー型フォトダイオードの構造図であり、
（ａ）は上面から見た図
（ｂ）は断面図
（ｃ）は１．５５μｍ帯受光用受信用フォトダイオードの上面から見た図
（ｄ）は１．５５μｍ帯受光用受信用フォトダイオードの断面図
（ｅ）は下から見た図
である。
【図３】半導体レーザと光ファイバ間の光結合効率の関係を示す図であり、
（ａ）は過剰損失の位置ずれ量依存性を示した図
（ｂ）は結合効率の位置ずれ量依存性を示した図
である。
【図４】従来の光送受信装置の構成における導波路と光ファイバ間の結合効率の位置ずれ依存性を示した図である。
【図５】実施形態１の変形例に係る光送受信装置の構成図であり、
（ａ）は上面から見た図
（ｂ）は波長分岐フィルタ表面の遮光部の形状例１
（ｃ）は波長分岐フィルタ表面の遮光部の形状例２
である。
【図６】実施形態２に係る光送受信装置の構成図であり、
（ａ）は上面から見た図
（ｂ）はフィルタブロックの構造図
（ｃ）は遮光膜を形成したフィルタブロックの構造図
である。
【図７】実施形態３に係る光送受信装置の構成図であり、
（ａ）は上面から見た図
（ｂ）は（ａ）図で示したＡ−Ａ’軸での断面図
（ｃ）は（ａ）図で示したＢ−Ｂ’軸での断面図
（ｄ）は（ａ）図で示したＣ−Ｃ’軸での断面図
である。
【図８】実施形態４に係る光送受信装置の構成図であり、
（ａ）は上面から見た図
（ｂ）は（ａ）図で示したＡ−Ａ’軸での断面図
（ｃ）は（ａ）図で示したＢ−Ｂ’軸での断面図
（ｄ）は（ａ）図で示したＣ−Ｃ’軸での断面図
【図９】実施形態４に係る光送受信装置の構成図であり、
（ｅ）は金属遮光壁の高さに関する説明図
（ｆ）は遮光用エッチング溝と金属遮光壁の例を示す図
である。
【図１０】半導体レーザと光ファイバの実装傾斜角と結合効率の関係を示すグラフ図である。
【図１１】受光用フォトダイオードと波長分岐フィルタの距離と結合効率の関係を示すグラフ図である。
【図１２】波長分岐フィルタと対峙する光ファイバの先端部分の形状を示した図であり、
（ａ）は斜めにカットした先端形状を示した図
（ｂ）は面取りした先端形状を示した図
である。
【図１３】従来の光送受信装置の構成図の一例である。
【符号の説明】
１１０１　　　　　　半導体レーザ
１１０２　　　　　　モニタ用フォトダイオード
１１０３　　　　　　受信用フォトダイオード
１１０４　　　　　　光ファイバ
１１０５、１４０２　凹溝付光学プラットホーム
１１０６　　　　　　波長分岐フィルタ実装用ダイシング溝
１１０７、１４０５　波長分岐フィルタ　波長分岐フィルタ
１１０８　　　　　　光ファイバ精密位置決め機構付凹溝
１１０９　　　　　　ファイバ押え
１１１０　　　　　　樹脂
１２０１　　　　　　受光部
１２０２　　　　　　立上ミラー
１２０３　　　　　　メタルパターン
１２０４　　　　　　１．３μｍ帯光吸収層
１２０５　　　　　　メタル遮光パターン
１２０６　　　　　　入射窓
１２０７　　　　　　遮光メタル
１３０１　　　　　　斜めカットファイバ
１３０２　　　　　　先端面取りファイバ
１４０１　　　　　　フィルタブロック
１４０３　　　　　　フィルタブロック実装用ダイシング溝
１４０４　　　　　　凹部
１４０６　　　　　　遮光膜
１６０１　　　　　　送信光遮断フィルタ
１６０２　　　　　　送信光遮断フィルタ実装用ダイシング溝
１７０１　　　　　　金属遮光壁
１７０２　　　　　　半導体レーザ出射位置
１７０３　　　　　　メタル
１７０４　　　　　　遮光用エッチング溝
１８０１　　　　　　遮光部
１８０２　　　　　　入射＆反射窓

Claims

発光素子を有し光信号を送信する送信部と、受光素子を有し光信号を受信する受信部とを備えた光送受信装置であって、
波長に応じて光信号を分岐する波長分岐フィルタを備え、
光ファイバの一端が本装置内に導入され、
前記送信部、前記波長分岐フィルタ及び前記光ファイバの一端は、当該送信部から送信されて当該波長分岐フィルタにより分岐された光信号を、当該光ファイバの一端が受信可能なように、且つ当該送信部から送信された光信号が当該光ファイバの一端に到達するまでの最短の経路上に、光信号の進行方向を一定方向に特定することのない領域を設けるように配置され、
前記受信部は、前記光ファイバの一端から放出されて前記波長分岐フィルタにより分岐された光信号を、前記領域を介して当該受信部が受信可能なように配置されている
ことを特徴とする光送受信装置。
前記経路の距離は、１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光送受信装置。
前記波長分岐フィルタは、波長が異なる２つの光信号を反射又は透過させるものであって、前記光ファイバの先端から放出された光信号を反射し、前記送信部から送信された光信号を透過することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光送受信装置。
前記受信部において受信する光信号は、波長が１．５５μｍ帯のものであり、前記送信部により送信される光信号は、波長が１．３μｍ帯のものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記受信部において受信する光信号は、波長が１．３μｍ帯のものであり、前記送信部により送信される光信号は、波長が１．５５μｍ帯のものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記波長分岐フィルタは、光学的に透明な光学基板上に、誘電体多層膜を覆ったものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記波長分岐フィルタのフィルタ面の厚さは、１０〜３０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記光学基板には、凹状の斜面が形成されており、当該斜面上に前記誘電体多層膜が覆われていることを特徴とする請求項６に記載の光送受信装置。
前記領域には、前記光ファイバと屈折率整合した、光学的に透明な樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
一つの光学プラットホーム上に、前記送信部、前記受信部及び前記波長分岐フィルタを搭載していることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記受信部は、端面入射型であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記受信部は、立上ミラーを有していることを特徴とする請求項１１に記載の光送受信装置。
前記立上ミラーには、受信すべき光信号の波長と一致した無反射コート処理が施されていることを特徴とする請求項１２に記載の光送受信装置。
前記光ファイバの一端は、斜めにカットしたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記光ファイバの一端における先端面は、前記波長分岐フィルタの光入射面と略平行になるように加工されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記光ファイバの一端は、円錐形に面取り加工されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記波長分岐フィルタのフィルタ面には、前記送信部から送信された光信号が前記受信部に受信されることを防ぐための遮光膜が覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記遮光膜は、前記送信部から送信された光信号の前記経路上にあたる前記フィルタ面の所定部分を除いて、当該フィルタ面に覆われていることを特徴とする請求項１７に記載の光送受信装置。
前記遮光膜は、メタルの蒸着膜であるであることを特徴とする請求項１７に記載の光送受信装置。
前記波長分岐フィルタと前記受信部との間に、前記送信部から送信される光信号のうち当該受信部方向に進行する成分を遮断する遮光フィルタを配置することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記遮光フィルタは、送信部から送信される光信号を反射し、前記光ファイバから放出される光信号を透過する波長分岐フィルタであることを特徴とする請求項２０に記載の光送受信装置。
前記遮光フィルタを配置するためのダイシング溝は、前記送信部から送信される光信号を当該遮光フィルタが十分にさえぎるだけの深さを有していることを特徴とする請求項２０に記載の光送受信装置。
前記波長分岐フィルタと前記受信部との間に、前記送信部から送信される光信号のうち当該受信部方向に進行する成分を遮断する遮光壁を配置することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記遮光壁は、前記受信部の入射面の高さよりも高いことを特徴とする請求項２３に記載の光送受信装置。
前記遮光壁は、金属メッキされていることを特徴とする請求項２４に記載の光送受信装置。
前記受信部の入射面は、送信部から送信される光信号を反射し、前記光ファイバから放出される光信号を透過する波長選択層を有するすることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記受信部の入射面には遮光膜が覆われ、当該遮光膜に、前記光ファイバから放出される光信号のみを入射させるための入射窓を形成していることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記受信部は、前記送信部から送信される光信号の光軸からできるだけ遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記送信部は、光信号の送信方向が前記光ファイバの光軸に対して前記受信部から離れる方向に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光送受信装置。
前記傾斜角度は、３〜５°であることを特徴とする請求項２９に記載の光送受信装置。