JP3888151B2

JP3888151B2 - 光通信モジュール

Info

Publication number: JP3888151B2
Application number: JP2001380547A
Authority: JP
Inventors: 直之山林; 美樹工原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: US6860647B2; US20030161590A1; JP2003185888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信モジュールに関するものである。特に、多芯の光ファイバが接続でき、より小型・軽量化が可能な光通信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
（従来技術１）
多数本の光ファイバで双方向通信を行うとき、図13に示すシステムを構築する。これは、局舎300内に設けた光通信装置310から各加入者320に対して光ファイバ330を引き込んだ光ファイバ網である。光通信装置310は、多数の光通信モジュール340の集合体よりなっている。
【０００３】
この光通信モジュールの一例としては、図14に示すものが用いられている。このモジュール400は、FC型やSC型のコネクタ410を介して多芯光ファイバ330の各芯に発光素子420または受光素子430に光結合させている。より具体的には、コネクタ410につながる光ファイバ440と、レンズ450、ミラー460、レンズ470およびレーザダイオード（LD）などの発光素子420を同軸上に配置する。一方、フォトダイオード（PD）などの受光素子430は光ファイバの軸方向に対して直交する方向にレンズ480を介して設けられる。
【０００４】
そして、このような光通信モジュールの直前まで多芯光ファイバ330を引き込み、図15に示すように、各芯ごとに分離して水平方向に並列された光通信モジュールの各々にコネクタ410を介して接続される。
【０００５】
（従来技術２）
一方、特開平2000-200937号公報には、パラレルリンクという光並列伝送用の送信器が開示されている。これは、複数の発光素子と複数の光ファイバとをガイドピンで位置決めして光学的に結合させる光並列伝送用送信器である。
【０００６】
（従来技術３）
また、光ファイバ一本で送受信機能を有するものとして、特開平11-68705号公報に記載の送受信モジュールがある。これは一本の光導波路と発光素子、受光素子による送受信器であり、導波路と外部の光ファイバとは、位置合せしたのち、接着結合固定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術では、多芯光ファイバを一括したまま光通信モジュールに結合する適切な小型の手段がないと言う問題があった。
【０００８】
従来技術１の光通信モジュールでは、多芯テープ光ファイバを各芯ごとに分岐しなければ光通信モジュールに接続できない。そのため、各光通信モジュールのコネクタは隣接するコネクタ間にある程度の間隔を持たせて並列するしかない。一方、この光通信モジュールでは発光素子の光軸と受光素子の光軸とを直交させた光学系を有し、製作も難しい上、光通信モジュール自体が大型である。そのため、並列間隔を詰めるにも個々のサイズが大きい光通信モジュールでは小型化への制約が大きかった。
【０００９】
また、従来技術２では送信機のみしか収納できず、LDのドライバICなどの電子回路部品も実装できない。これは、光ファイバの並列ピッチが250μmと狭いため、発光素子を搭載するスペースの余裕がないためである。
【００１０】
さらに、従来技術３では、一本の光ファイバに関する技術であり、多芯の光ファイバを一括して光通信モジュールと光結合することができない。
【００１１】
従って、本発明の主目的は、小型軽量化した光通信モジュールを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、多芯光ファイバを分岐することなく一括接続することのできる光通信モジュールを提供することにある。
【００１３】
さらに本発明の別の目的は、並列ピッチの狭い複数の光伝送媒体に対しても送信機能と受信機能の双方を装備できる光通信モジュールを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多芯の光伝送媒体の各々に発光素子や受光素子を接続する際、これら素子の接続個所を光伝送媒体の軸方向にずらすことで上記の目的を達成する。
【００１５】
すなわち、本発明光通信モジュールは、第１の端面と、前記第１の端面に対向する第２の端面と、前記第１の端面に一端部が露出される複数の光伝送媒体と、前記複数の光伝送媒体のうち、一部の光伝送媒体が光結合される光送信部および光受信部の少なくとも一方とを具える。前記複数の光伝送媒体のうち、上記光送信部および光受信部のいずれとも光結合しない光伝送媒体の他端部は、次段以降の光通信モジュールに有する光送信部及び光受信部の少なくとも一方と光結合されるように前記第２の端面に露出されている。
【００１６】
今まで、複数の光伝送媒体に対して、長手方向の同一位置で全ての光伝送媒体に発光素子や受光素子を結合して通信機能を持たせようとしていたため、スペース上の制約が大きかった。本発明者らは、発想を転換し、複数の光伝送媒体のうち、その一部（単数でも複数でも良い）にだけ長手方向のある位置で通信機能を持たせ、残りの光伝送媒体は長手方向の後段にて光通信モジュールと結合して通信機能を持たせる構成とした。このような構成により、多芯光ファイバなどの複数の光伝送媒体と光通信モジュールとを小さな間口にて接続することができる。特に、多芯光ファイバを一括して接続できる光通信モジュールを構成できる。また、間口の小さなスペースにて光伝送媒体と光通信モジュールとの接続が可能なため、局舎内での機器の収容数を増加させることもできる。
【００１７】
上記の光通信モジュールにおいて、第１の端面に露出されて光送信部および光受信部の少なくとも一方に接続される電気接続媒体と、第２の端面に設けられて次段の光通信モジュールの電気接続媒体と接続されるガイド溝とを具えることが好ましい。
【００１８】
従来の表面実装型光通信モジュールは、例えば特開2001-305393号公報の図８に示すように、発光素子や受光素子につながるリードを光伝送媒体の長手方向と直交する方向、つまりモジュールの側面に多数突出させた構成となっている。本発明光通信モジュールでは、モジュールの側面ではなく端面にリードピンなどの電気接続媒体を引き出すことで、側方に突出するリードをなくすことができる。また、モジュールの端面に電気接続媒体を露出することで、多段にモジュールを接続することが容易にでき、さらにはモジュールとボードとの接続も小さな間口で行うことにより、高密度実装を実現できる。
【００１９】
第２の端面に露出される光伝送媒体は、光送信部および光受信部の少なくとも一方と重複しないように迂回されてなることが好ましい。光伝送媒体の並列ピッチが小さくなると、ある光伝送媒体に光送信部や光受信部を光結合した際、この伝送媒体に隣接する光伝送媒体の進路が光送信部や光受信部に遮られることがある。そのため、光送信部や光受信部と光結合されない光伝送媒体は、光送信部や光受信部を迂回するように進路形成することで光伝送媒体の並列ピッチを広げる必要がなく、光通信モジュールの小型化を実現できる。光伝送媒体の迂回は、光導波路を屈曲して形成したり、光ファイバを屈曲して配置することで行えば良い。
【００２０】
さらに、第１の端面に設けられたガイドピンと、第２の端面に設けられて次段の光通信モジュールのガイドピンが挿入されるガイド孔とを具えることが好ましい。このようなガイドピンとガイド孔を形成することで、光通信モジュールを高精度に位置決めして多段に接続することが容易にできる。また、ガイドピンが多芯光ファイバの端部に形成されたMT型コネクタ（mechanically transferable splicing connector）に嵌合するよう構成することで、多心光ファイバを一括して高精度に光通信モジュールと接続することができる。
【００２１】
このようにガイドピンとガイド孔を形成した光通信モジュールは多段に接続することにより、狭い間口にて複数チャンネルの光通信が可能になる。
【００２２】
光伝送媒体には光導波路や光ファイバが挙げられる。光送信部には半導体レーザや発光ダイオード（LED）が挙げられる。さらに半導体レーザの駆動素子を具えても良い。光受信部には半導体受光素子が挙げられる。半導体受光素子としては、PDやアバランシェフォトダイオード（APD）などがある。さらに半導体受光素子の電気信号を増幅する増幅素子を具えても良い。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
ここでは、端部にMTコネクタを形成した４芯の光ファイバテープ線に接続される光通信モジュールを例に本発明を説明する。
【００２４】
図１は本発明光通信モジュールの透視斜視図である。図２は本発明光通信モジュールの内部構造を示す透視平面図である。図３は図２のA-Aにおける破断面図である。
【００２５】
このモジュール100は、図１に示すように、一方の端面に一対のガイドピン110が突出され、他方の端面には後段モジュールのガイドピンが挿入されるガイド孔120を具えるものである。一方の端面におけるガイドピン110の間には４本の光導波路131〜134の端面が露出され、他方の端面におけるガイド孔120の間には３本の光導波路132〜134の端面が露出されている。そして、全体を長方体状に成形した樹脂モールド140で覆っており、両側面には複数のリード151が突出されている。このモジュール100は第１段目のモジュールであり、後述するように順次後段のモジュールを多段に接続して用いる。
【００２６】
このモジュールの内部構造を図２に示す。４本の光導波路131〜134のうち、１本のみに光通信機能部を接続した。すなわち、この１本の光導波路131は、途中で光合分波器160を介して分岐され、一方の分岐端に発光素子161が、他方の分岐端に受光素子162が光結合される。ここでは発光素子161として波長1.3μmの光を送信するInGaAsP系LDを、受光素子162として波長1.5μmの光を受光するInGaAs系PDを用いた。残りの３本の光導波路132〜134は、一方の端面からそのまま他方の端面に直線状に進路形成されている。
【００２７】
このような光通信機能部は、図３に示すように、リードフレームのベースメタル150上にSi基板152を形成し、その上にSiO₂のクラッド層130を形成している。クラッド層130内にはSiO₂/CaO₂の光導波路131〜134が形成されている。ガイドピン110を配置する個所には、Si基板152上にV溝153を形成している。また、発光素子161や受光素子162を配置する個所にはSi基板152上にメタライズパターン154を形成して、そのパターン154上に各素子161、162を実装する。これら各素子161、162は、Au線163とクラッド層上に形成されたメタライズパターン155とを介してリード151に接続されている。Au線163はワイヤボンダで接続すれば良い。図2、3において、各リード151と交差するように記載された破線で囲まれた個所が樹脂モールド140の輪郭となる。樹脂モールド140は、例えばエポキシ樹脂で構成する。
【００２８】
このように、一つのモジュール100内で全ての光導波路131〜134に光通信機能を持たせるのではなく、一部の光導波路131にのみ光通信機能を持たせ、残る光導波路132〜134は、この段のモジュールは通過して次段の光導波路へと導かれる。そのため、一段当りの光通信モジュールを非常に小型化することができる。
【００２９】
このようなモジュール100は図４に示す第２段目の光通信モジュール200に接続される。第２段目のモジュール200も各端面にガイドピン210、ガイド孔220を具え、両側面にリードが突出された構成である。ただし、モジュール200の一方の端面には３本の光導波路231〜233の端面が露出され、他方の端面には２本の光導波路232、233の端面が露出されている。そして、３本の光導波路のうち、１本の光導波路231にのみPDとLDを第１段目のモジュール100と同様に接続している。
【００３０】
第２段目の光通信モジュール200は、そのガイドピン210を第１段目のガイド孔120に差し込んで接続する。このガイドピン210とガイド孔120のはめ合いにより、両段の光導波路132〜134と光導波路231〜233は高精度に位置合わせされて接続される。ガイドピン110間、ガイドピン210間の距離はそれぞれ3.6mmとした。
【００３１】
そして、順次同様に、第３段目のモジュールは、２本の光導波路のうち、１本にのみ光通信機能を持たせ、第４段目のモジュールは１本のみ光導波路を具え、その光導波路に光通信機能を持たせている。
【００３２】
このような各段のモジュールは、第１段目の後段に順次第２段目、第３段目、第４段目と接続して、光導波路の長手方向に光通信機能部がずれて配置された状態を形成する。第１段目の光通信モジュールは、図５に示すように、４芯の光ファイバテープ線180の端部に形成したMTコネクタ181を直接接続できる。つまり、MTコネクタ181の光ファイバピッチと光導波路の並列ピッチを合わせ、ガイドピン110がMTコネクタ181に嵌合するように構成されている。これにより、多芯の光ファイバを一括して光通信モジュール100に接続することができる。ここで用いたMTコネクタの外寸は、幅：6mm、長さ：8〜10mm、高さ：1mmである。
【００３３】
さらに、図６に示すように、多段接続した多数の本発明モジュール群10を基板190上に実装し、その基板190を積層することで多数の光通信モジュールを具える光通信装置を構築できる。各モジュール群10の電気配線は基板上のメタライズパターンを介して行えば良い。
【００３４】
以上のモジュールは、好適には４芯の光ファイバのピッチが500μm〜1mm程度のときに利用できる。
【００３５】
（実施例２）
次に、一括接続する４芯の光ファイバのピッチが狭い場合でも利用可能な本発明モジュールを説明する。このモジュールでは、光ファイバのピッチに合わせて光導波路の並列ピッチを250μmとしている。
【００３６】
図７は第１段目の光通信モジュールを示す透視平面図である。ここでは、Si基板152を大きく拡大して示している。
【００３７】
このモジュールでも４芯のうち１本の光導波路131のみ直線状に形成して実施例１と同様に光通信機能部を接続している。そして、残りの光導波路132〜134は、ほぼ円弧状に屈曲して光通信機能部を構成するSi基板152を迂回するように形成している。
【００３８】
光通信機能部は、実施例１の図３から明らかなように、クラッド層130の一部が切り欠かれて露出したSi基板152上にメタライズパターン154を形成し、このパターン154上にLDやPDを実装して構成されている。一般にLDやPDの幅は250〜350μmであるため、この光通信機能部を迂回するように光導波路132〜134を形成すれば、光通信機能部に接続されない光導波路132〜134を支障なく第２の端面側に引き出すことができる。その際、光導波路132〜134の並列ピッチを広げる必要はなく、光通信モジュールの小型化を実現できる。
【００３９】
（実施例３）
次に、リードピンもモジュールの端面に露出した本発明光通信モジュールを図８に示す。図８はリードピンもモジュールの端面に露出した本発明光通信モジュールの透視平面図、図９はリードピンを端面に引き出した本発明光通信モジュールのリードピンの配置を示す平面図である。図１０は図８のモジュールの縦断面図である。
【００４０】
このモジュールは光通信機能部からAu線を介して接続されたリード151にリードピン156を接続し、このリードピン156を途中で屈曲してモジュールの第１の端面側に引き出した構成である。そして、光通信機能部と接続しない他のリードピン157は、一端が第１の端面に突出され、他端が第２の端面にまで直線状に配置されている。また、これらリードピン157の第２の端面側は、後段モジュールの第１の端面から突出されたリードピンが嵌合するガイド溝158が形成されている。各リードピン156、157は、図１０に示すように、予めエポキシ樹脂159などで樹脂モールドして形成しておき、Si基板152の下面に一体化される。
【００４１】
このモジュールも、図１１(A)に示すように、ほぼ全体が樹脂モールドされて第１の端面側にガイドピン110が突出され、第２の端面に次段モジュールのガイドピンが挿入されるガイド孔120が形成されている。端面に引き出すリードピン156、157が多い場合、図１１(B)に示すようにリードピンを多段に配置しても良い。ここでは、光導波路の上面および下面の２段にリードピンを配置している。
【００４２】
また、第２段目のモジュールでは、実施例１と同様に、３本の光導波路のうち、１本のみに光通信機能部を設け、この光通信機能部につながるリードからリードピンを引き出して第１の端面側に突出させる。一方、光通信機能部につながらないリードピンは、第２段目のモジュールは通過して第３段目のモジュール側に導かれる。
【００４３】
使用時、第１段目の後段に第２段目のモジュールを、さらに順次第３段目、第４段目のモジュールを多段に接続することで、電気的接続も小さな間口で行うことができる。特に、モジュールの側方にリードを突出させる必要がなく、より一層のモジュールの小型化が実現できる。
【００４４】
そして、図１２に示すように、多段に接続されたモジュール群10のうち、先端に位置する第１のモジュール100を基板500に対して突き立てるように接続することで、多数のモジュールを高密度に実装することができる。第１のモジュール100が接続される基板側には、MTコネクタと同様にガイドピン110のはめ込まれるガイド溝が形成され、さらにリードピン157がはめ込まれるガイド溝を形成しておけば良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明光通信モジュールによれば、複数の光伝送媒体のうち、その一部にだけ長手方向のある位置で通信機能を持たせ、残りの光伝送媒体は長手方向の後段にて光通信モジュールと結合させることで、多芯光ファイバなどの複数の光伝送媒体と光通信モジュールとを小さな間口にて接続することができる。
【００４６】
特に、多芯光ファイバを各芯ごとに分離することなく一括して接続できる光通信モジュールを構成できる。
【００４７】
また、間口の小さなスペースにて光伝送媒体と光通信モジュールとの接続が可能なため、局舎内での機器の収容数を増加させることも容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明光通信モジュールの透視斜視図である。
【図２】第１段目の本発明光通信モジュールの内部構造を示す透視平面図である。
【図３】図２のA-Aにおける破断面図である。
【図４】第２段目の本発明光通信モジュールの内部構造を示す透視平面図である。
【図５】本発明光通信モジュールを４段接続した状態を示す模式斜視図である。
【図６】図５のモジュールを多数積層した光通信装置の概略構成図である。
【図７】光導波路を屈曲した本発明光通信モジュールの透視平面図である。
【図８】リードピンもモジュールの端面に露出した本発明光通信モジュールの透視平面図である。
【図９】リードピンを端面に引き出した本発明光通信モジュールのリードピンの配置を示す平面図である。
【図１０】リードピンを端面に引き出した本発明光通信モジュールの縦断面図である。
【図１１】 (A)はリードピンを１段に配置した本発明光通信モジュールの透視斜視図、(B)はリードピンを２段に配置した本発明光通信モジュールの透視斜視図である。
【図１２】図8のモジュールを4段接続したモジュール群を基板に複数接続した状態を示す概略構成図である。
【図１３】局舎から各加入者までの光ファイバ網を示す説明図である。
【図１４】従来の光ファイバと光通信モジュールとの光結合構造を示す説明図である。
【図１５】従来の多芯光ファイバと光通信モジュールとの接続形態を示す説明図である。
【符号の説明】
10 モジュール群
100 モジュール
110 ガイドピン
120 ガイド孔
130 クラッド層
131〜134 光導波路
140 樹脂モールド
150 ベースメタル
151 リード
152 Si基板
153 V溝
154 メタライズパターン
155 メタライズパターン
156 リードピン
157 リードピン
158 ガイド溝
159 エポキシ樹脂
160 光合分波器
161 発光素子
162 受光素子
163 Au線
180 光ファイバテープ線
181 MTコネクタ
190 基板
200 光通信モジュール
210 ガイドピン
231 光導波路
232 光導波路
300 局舎
310 光通信装置
320 加入者
330 多芯光ファイバ
340 光通信モジュール
400 光通信モジュール
410 コネクタ
420 発光素子
430 受光素子
440 光ファイバ
450 レンズ
460 ミラー
470 レンズ
480 レンズ
500 基板

Claims

第１の端面と、
前記第１の端面に対向する第２の端面と、
前記第１の端面に一端部が露出される複数の光伝送媒体と、
前記複数の光伝送媒体のうち、一部の光伝送媒体が光結合される光送信部および光受信部の少なくとも一方とを具え、
前記複数の光伝送媒体のうち、前記光送信部および光受信部のいずれとも光結合しない光伝送媒体の他端部は、次段以降の光通信モジュールに有する光送信部及び光受信部の少なくとも一方と光結合されるように前記第２の端面に露出されていることを特徴とする光通信モジュール。
さらに、第１の端面に露出されて光送信部および光受信部の少なくとも一方に接続される電気接続媒体と、
第２の端面に設けられて次段の光通信モジュールの電気接続媒体と接続されるガイド溝とを具えることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
光通信モジュールが光送信部を有する場合、前記第２の端面に露出される光伝送媒体は、光送信部と重複しないように迂回されてなり、
光通信モジュールが光受信部を有する場合、前記第２の端面に露出される光伝送媒体は、光受信部と重複しないように迂回されてなり、
光通信モジュールが光送信部および光受信部を有する場合、前記第２の端面に露出される光伝送媒体は、光送信部および光受信部と重複しないように迂回されてなることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
さらに、第１の端面に設けられたガイドピンと、
第２の端面に設けられて次段の光通信モジュールのガイドピンが挿入されるガイド孔とを具えることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
前記ガイドピンが多芯光ファイバの端部に形成されたMT型コネクタに嵌合するよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の光通信モジュール。
前記光伝送媒体が光導波路であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光通信モジュール。
前記光伝送媒体が光ファイバであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光通信モジュール。
前記光送信部が半導体レーザを具えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光通信モジュール。
前記光送信部がさらに半導体レーザの駆動素子を具えることを特徴とする請求項８に記載の光通信モジュール。
前記光受信部が半導体受光素子を具えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光通信モジュール。
前記光受信部がさらに半導体受光素子の電気信号を増幅する増幅素子を具えることを特徴とする請求項１０に記載の光通信モジュール。
請求項１〜１１のいずれかに記載の光通信モジュールを多段に接続したことを特徴とする光通信モジュール群。