JP2008193002A

JP2008193002A - 光送受信モジュール

Info

Publication number: JP2008193002A
Application number: JP2007028551A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kawamura; 敦志河村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-21
Also published as: CN101241212A; US20080187321A1

Abstract

【課題】本発明は光通信での利用に適した光送受信モジュールに関し、発光素子と受光素子が同一パッケージに入った光送受信モジュールにおいてクロストークを低減するとともに、省スペース化により実装を容易とする事を目的とする。
【解決手段】発光素子１２と受光素子１６、さらに受光素子１６を覆い受光素子１６に入射する受信光の光路が確保されるようにピンホールを有するシールド部材２６を備える。発光素子１２からの放出光と受光素子１６に向かう受信光とのなす角が９０°未満となるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送受信モジュールに係り、特に光通信での利用に適した光送受信モジュールに関するものである。

FTTH(Fiber to the home)の光加入者線終端装置では一本のファイバで双方向伝送を行う光送受信モジュールを用いる。このようなモジュールとして特開2004-264659号広報が提案されている。このモジュールの特徴は以下のような構成となっている事である。まずこのモジュールは発光素子と受光素子が気密封止された同一パッケージ内に収納されている。発光素子から射出し光ファイバーへ結合する光の波長と光ファイバーから射出し受光素子へ結合する光の波長は異なる。これらの異なる波長の光は共通のレンズを使用する。そして回折光学素子により合分波される。このモジュールは上述のような構成で一芯双方向通信を実現している。
特開平３−２８９８２６特開昭５９−１２９５０８特開２００１−３４５４７５特開２０００−８９０６５

発光素子に入力される電気信号と受光素子が出力する電気信号の電力比は50dB程度である。電力比が高い事により受光素子が出力する電気信号は発光素子に入力される電気信号の影響を受けやすい。このような現象はクロストークと呼ばれる。発光素子と受光素子を同一パッケージに収納するモジュールにおいては、両者が近接するためクロストークの問題が顕在化してくる。クロストークを低減するには受光素子をシールド部材（接地された金属）で覆えば良い。これにより外部からの信号が受光素子に伝播される事を抑制できる。しかしシールド部材設置により実装スペースが圧迫される問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、発光素子と受光素子が同一パッケージに入った光送受信モジュールにおいてクロストークを低減するとともに、省スペース化により実装を容易とする光送受信モジュールを提供する事を目的とする。

本発明に係る光送受信モジュールは、受光素子を覆い、発光素子からの放出光が通過する光路上の所定点と受光素子の受光点を結ぶ受光光路が確保されるように設けられた孔を有する接地金属部材とを備え、前記所定点から前記発光素子の発光点に向かう方向と前記所定点から前記受光点に向かう方向とのなす角が90度未満であるものである。

また、発光素子の入力信号が通る金属ピンと受光側の信号が通る金属ピンとを備え、前記発光素子の入力信号が通る金属ピンと前記受光側の信号が通る金属ピンとが金属製のステムを貫通し、前記発光素子の入力信号が通る金属ピンの周りが、前記受光側の信号が通る金属ピンよりも厚く覆われているものである。
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、実装スペースの狭小化が可能である。また受信信号のクロストークを低減できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の光送受信モジュールを説明するための図である。
ステム１０は接地された金属部材である。ステム１０には発光素子取付け用金属部材２８が搭載されている。図１（B）に示すように発光素子取付け用金属部材２８のほぼ上端には発光素子１２が設置されている。発光素子１２は２本の発光素子給電ピン１４にリード線３０で接続されている。２本の発光素子給電ピン１４は発光素子１２に入力信号を供給する。発光素子給電ピン１４は溶融ガラスでステム１０に固定されている。

ステム１０には受光素子１６が搭載されている。図１(Ｂ)に示す通り受光素子１６は前述の発光素子１２のほぼ直下に配置されている。受光素子１６はプリアンプIC １８に接続されている。プリアンプIC１８はその両側の２本の受光素子出力ピン２４と接続されている。受光素子出力ピン２４は溶融ガラスでステム１０に固定されている。上述したプリアンプIC１８にはコンデンサー２２が接続されている。コンデンサー２２はデカップリングコンデンサでありプリアンプIC１８へ安定的に電力を供給する。このコンデンサー２２はプリアンプIC給電ピン２０と接続され電気供給を受けている。プリアンプIC給電ピン２０は溶融ガラスでステム１０に固定されている。

ステム１０には図１(Ｃ)に示すようなシールド部材２６が搭載されている。シールド部材２６は金属であり、ステム１０と導通しているため接地されている。シールド部材２６はピンホール３２を有している。ピンホール３２は受信光の光路を確保するためのものである。実施の形態１で用いるピンホール３２の直径は100μｍである。

ピンホール３２の径は受信光が受光素子１６に入射するために必要十分な大きさにする事が望ましい。受信光のビームの広がりは８°程度である。本実施形態では受光素子１６の受光面と図１（Ｂ）におけるシールド部材２６内壁上面との間隔は０．３ｍｍである。この場合必要なピンホール３２の大きさは８４μｍである。上述したようにピンホール３２の径を100μｍとするとほぼ必要最小限の大きさにする事ができる。そのため本実施形態の構成によれば、受信光以外の不要な光が受光素子１６に照射される事を防ぐ事ができる。

シールド部材２６は発光側の素子、すなわち発光素子１２発光素子給電ピン１４リード線３０に起因する電気的な影響から受光側の素子を隔離するための部品である。そのため本実施形態において、シールド部材２６は受光素子１６、プリアンプＩＣ１８、受光素子出力ピン２４、コンデンサー２２、プリアンプＩＣ給電ピン２０を覆うように搭載されている。

図２は図１の光通信モジュールを光通信に用いる際の構成を説明するための図である。図２に示す構成は回折格子３４を備えている。回折格子３４は波長λ_１の光を直進させ、波長λ_２の光の進行方向を所定角で回折させる機能を有する。この所定角を回折角と呼ぶ。本実施形態で用いる回折格子３４の回折角は９０°より小さい角度、より具体的には１０°程度である。回折格子３４の上方には光ファイバー３６が配置されている。光通信において本来は、光をコリメートするためにレンズが用いられるが、ここでは便宜上レンズの説明は省略する。

本実施形態における動作の説明をする。発光素子１２は波長λ_１の送信光（λ_１）を放出する。この送信光（λ₁）は回折格子３４に入射し回折格子３４を直進する。回折格子３４透過後、送信光（λ₁）は光ファイバー３６の端面に入射する。一方、光ファイバー３６はその端面から波長λ_２の受信光（λ_２）を射出する。受信光（λ_２）の光は回折格子３４を通過する際に干渉によりその進行方向を上述した回折角だけ変化させる。図２に示すシステムは、進行方向変化後の受信光（λ_２）がピンホール３２を通って受光素子１６に到達するように構成されている。このため、このシステムによれば光ファイバー３６と受光素子１６との間で波長λ_２の受信光を授受する事ができる。このような動作により一芯双方向通信が行われる。

光送受信モジュールにおいては発光素子１２が発する信号電力と受光素子１６が受ける信号電力の電力比が50dB程度ある。このような高い電力比が原因で発光素子１２に供給される電力が受光素子１６の出力信号に干渉する問題が生じる。（この問題を以下“クロストーク”と呼ぶ）。このクロストークの要因の一つに電磁界の空間的な結合による作用があげられる。クロストークを抑制する有効な手法は、受光素子１６を接地された金属で覆い外部からの電磁波が受光信号に回り込まないようにする事である。

本実施形態では、発光素子給電ピン１４から発生する電磁波と、リード線３０から発生する電磁波が上述のクロストークの要因となる。発光素子１２と受光素子１６とを近接させると受光素子１６は発光素子給電ピン１４およびリード線３０と近接する。この結果クロストークの問題が顕在化する。従ってクロストーク抑制には発光素子１２と受光素子１６との距離を十分保つ事が必要である。一方、実装スペースを省スペース化するためには発光素子２と受光素子１６を近接させる事が望ましい。本実施形態では発光素子１２と受光素子１６が近接する構成となっている。本実施形態ではシールド部材２６が受光素子１６等を覆う事により、実装スペースの省スペース化を可能とすると同時にクロストークを抑制している。

本実施形態では受光素子１６に加えてコンデンサー２２、受光素子出力ピン２４、プリアンプIC給電ピン２０、プリアンプIC１８をシールド部材２６で覆ったものを示したが、この構成はこれに限定されるものではない。例えば、ステム１０上にコンデンサーやＩＣが配置されないような場合は受光素子１６の周辺に配置される要素のみを覆う構成とすれば良い。

前述の回折角は、９０°未満具体的には１０°程度であると記載したが、回折角は９０°未満であれば良い。回折角が９０°未満であれば実装スペースを狭小化出来るからである。

実施の形態２
本実施形態は、実施の形態１の光送受信モジュールの実装スペースを、さらに狭小化する光送受信モジュールに関する。

図３は本実施形態の構成を示す図である。本実施形態の光送受信モジュールはステム１０がステム３８に置き換えられている点、及びシールド部材２６がシールド部材４０に置き換えられている点を除き実施の形態１のモジュールと同様である。ステム３８は接地された金属である。ステム３８は図３（Ｂ）に示す通り、上方に突出したステム突出部１３を有する。ステム突出部１３は発光素子給電ピン１４を取り巻く位置に存在する。前述のステム突出部１３はシールド部材の厚さと同等以上の高さを有している。これにより発光素子給電ピン１４の周りは受光素子出力ピン２４よりも厚い金属で覆われている事になる。ステム突出部１３のシールド部材４０と接する面は、発光素子取付け用金属部材２８の発光素子を取り付ける面と平坦な面を形成するようになっている。

図３（Ｃ）に示す通りシールド部材４０は上面部４４と三つの側面部４６、４８、５０を有している。側面部４６、４８、５０はそれぞれ上面部４４と繋がっている。シールド部材４０はピンホール３２を有している。ピンホールの詳細は実施形態１と同様である。シールド部材４０は開放面４５がステム突出部１３と接し、かつ、受光素子１６、受光素子出力ピン２４、プリアンプＩＣ１８、プリアンプＩＣ給電ピン２０、コンデンサー２２を覆うようにステム３８に搭載されている。その結果シールド部材４０はステム３８と導通し、接地された状態となっている。

本実施形態における光送受信モジュールの動作は実施形態１と同様である。

発光素子１２と受光素子１６が近接しており実装スペースが狭い場合、実施形態１で使用したシールド部材２６をステム上に搭載出来ない事がある。本実施形態で搭載しているシールド部材４０は開放面４５がステム突出部１３と接している。このため実施形態１と比較してシールド部材の壁面が無い分、受光素子１６等を発光素子１２に近接させる事が出来る。

本実施形態の構成ではステム突出部１３により発光素子給電ピン１４からの電磁波によるクロストークを防止する。一方、リード線３０からの電磁波に起因するクロストークは、シールド部材４０とステム突出部１３が受光素子１６等を覆っている事により防止する。従って本実施形態においても実施形態１と同様のクロストーク抑制効果がある。

本実施形態ではシールド部材４０を配置しているが、本発明においては必須の構成要素ではない。リード線３０からの電磁波が微弱である場合、発光素子給電ピン１４からの電磁波をステム突出部１３で遮蔽するだけで十分なクロストーク抑制効果が得られる。

実施の形態３
本実施形態は、実施の形態２の光送受信モジュールの光学的クロストーク抑制効果を向上させた光送受信モジュールに関する。

図４は本実施形態の構成を示す図である。本実施形態の光送受信モジュールは誘電体多層膜フィルタ４２が配置されている点を除き実施の形態２と同様である。誘電体多層膜フィルタ４２は特定波長の光のみ透過させる機能を有する。本実施形態で用いる誘電体多層膜フィルタ４２は受信光（λ_２）のみを透過させる。誘電体多層膜フィルタ４２はさまざまな角度から入射する光に対してはフィルタとしての機能が低下する。また誘電体多層膜フィルタ４２はシールド部材４０内部に実装できる程度に薄い板状の構造を有する。

図４に示す通り、前述の誘電体多層膜フィルタ４２はシールド部材４０の内部かつ受光素子１６の直上に位置するように配置されている。本実施形態の構成によれば、受信光は受光素子１６に入射する前に誘電体多層膜フィルタ４２を通過する。

発光素子１２と受光素子１６とを同一パッケージに有する光送受信モジュールにおいては、発光素子１２から射出される不要光が受光素子１６に到達する事がある。前述の不要光が受光素子１６へ入射すると受光信号を乱す要因となる。この問題を光学的クロストークと呼ぶ。本実施形態においては前述の誘電体多層膜フィルタ４２が受光素子１６直上に配置されているため不要光の受光素子１６への入射を防ぐ事ができる。前述した通り誘電体多層膜フィルタ４２はシールド部材４０の内部にある。これによりピンホール３２を通過した光のみ誘電体多層膜フィルタ４２に入射することになる。従って誘電体多層膜フィルタ４２に入射する光の入射角は狭小な範囲に抑えられている。故に誘電体多層膜フィルタ４２は十分にフィルタとしての機能を発揮する。このように本実施形態では、誘電体多層膜フィルタ４２により不要光の受光素子１６への入射を防止し光学的クロストークを抑制している。

実施の形態４
本実施形態は、実施の形態３の光送受信モジュールの実装容易性を向上させた光送受信モジュールに関する。

図５は本実施形態の構成を示す図である。本実施形態の光送受信モジュールは誘電体多層膜フィルタ４２の配置場所が相違している点を除いて実施形態３と同様である。誘電体多層膜フィルタ４２はシールド部材４０の外壁上面かつピンホール３２の上に配置される。前述の誘電体多層膜フィルタ４２は接着剤によりシールド部材４０に固着されている。このような構成により受信光は受光素子１６に入射する前に誘電体多層膜フィルタ４２を通過する。誘電体多層膜フィルタ４２の光学的クロストーク抑制効果は実施形態３と同様である。

実施形態３のように誘電体多層膜フィルタ４２をシールド部材４０の内部に有する光送受信モジュールにおいては、誘電体多層膜フィルタ４２をシールド部材４０に固着後、シールド部材４０をステム３８に固定する必要がある。シールド部材４０をステム３８に固定する最も簡易な方法ははんだづけである。しかし、実施形態３の構成ではんだづけを行おうとすると誘電体多層膜フィルタ４２が熱的ダメージを受けフィルタリング特性が劣化する問題が生じ得る。本実施形態においては、誘電体多層膜フィルタ４２がシールド部材４０の外部に配置されるため、シールド部材４０をステム３８にはんだづけした後、誘電体多層膜フィルタ４２を実装できる。これにより前述した誘電体多層膜フィルタ４２を熱的ダメージを受ける事無く実装できる。

この発明の光送受信モジュールの構成を示す図。この発明の光送受信モジュールを光通信に使用する際の構成を示す図。この発明の実施形態２による光送受信モジュールの構成を示す図。この発明の実施形態３による光送受信モジュールの構成を示す図。この発明の実施形態４による光送受信モジュールの構成を示す図。

符号の説明

１２発光素子
１６受光素子
３２ピンホール
２６シールド部材
１４発光素子給電ピン
２４受光素子出力ピン
４２誘電体多層膜フィルタ
３８ステム

Claims

発光素子と、
受光素子と、
前記受光素子を覆い、前記発光素子からの放出光が通過する光路上の所定点と受光素子の受光点を結ぶ受光光路が確保されるように設けられた孔を有する接地金属部材とを備え、
前記所定点から前記発光素子の発光点に向かう方向と前記所定点から前記受光点に向かう方向とのなす角が90度未満である事を特徴とする光送受信モジュール。
前記発光素子の入力信号が通る金属ピンと
前記受光素子の出力信号が通る金属ピンとを備え、
前記発光素子の入力信号が通る金属ピンを覆う金属が前記受光素子の出力信号が通る金属ピンよりも厚く覆われている事を特徴とする請求項１記載の光送受信モジュール。
前記接地金属部材の内部に前記受光光路に重なるように配置された特定波長のみ透過する誘電体多層膜フィルタを有する事を特徴とする請求項1又は2記載の光送受信モジュール。
前記接地金属部材の外側に前記受光光路に重なるように配置された特定波長のみ透過する誘電体多層膜フィルタを有する事を特徴とする請求項1又は2記載の光送受信モジュール。
発光素子の入力信号が通る金属ピンと
受光側の信号が通る金属ピンとを備え、
前記発光素子の入力信号が通る金属ピンと前記受光側の信号が通る金属ピンとが金属製のステムを貫通し、前記発光素子の入力信号が通る金属ピンの周りが、前記受光側の信号が通る金属ピンよりも厚く覆われている事を特徴とする光送受信モジュール。