DE69409204T2

DE69409204T2 - Optischer, bidirektionaler Übertragungsmodul

Info

Publication number: DE69409204T2
Application number: DE69409204T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Furukawa; Tatsuro Kunikane; Sadayuki Miyata; Akira Okamoto; Yoshimitsu Sakai; Tetsuo Watanabe
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2014-10-20
Also published as: CN1049504C; KR950014912A; JPH07191241A; DE69409204D1; EP0654689B1; EP0654689A1; US5546212A; KR0168898B1; JP3434895B2; CN1123417A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Optikmodul zur Zweiwegetransmission.
In den vergangenen Jahren wurden Forschung und Entwicklung der Anwendung eines optischen Transmissionssystems zu Teilnehmersystemen auf einem Implementierungsniveau betrieben. Zum Beispiel wird vorgeschlagen, daß ein optisches Zweiwegetransmissionssystem durch die Verwendung der selben Wellenlänge oder einer Wellenlängenmehrfachnutzung auf Teilnehmersysteme angewandt wird. Das vorgeschlagene System ist ein solches, das eine optische Zweiwegetransmission durch eine einzelne Optikfaser ausführt, die die Station und jeden Teilnehmeranschluß verbindet, und die Schaffung einer Technologie zur Massenherstellung des Optikmoduls zur Zweiwegetransmission, das zur Transmission und zum Empfang in den Teilnehmeranschlußvorrichtungen fungiert, ist eine der Schlüsseltechnologien beim Implementieren des Systems.
Die allgemeinste Struktur zum Erzielen von Transmissions- und Empfangsfunktionen in einer Teilnehmervorrichtung in dem Teilnehmersystem, bei dem eine optische Zweiwegetransmission angewandt werden kann, enthält ein LD-Modul, das strukturiert ist, damit Licht, das von einem Laserdiodenchip emittiert wurde, in das Anregungsende einer ersten Optikfaser zusammenläuft, ein PD-Modul, das strukturiert ist, damit Licht, das vom Anregungsende einer zweiten Optikfaser in einen Photodiodenchip zusammenläuft, und einen Optikkoppler zum Koppeln der ersten und zweiten Optikfasern an eine dritte Optikfaser als den optischen Transmissionsweg. Da die oben angegebene Struktur hinsichtlich Verkleineruhg und Kostenreduzierung nachteilig ist, werden Optikmodule zur Zweiwegetransmission vorgeschlagen, bei denen die Funktionen der Transmission und des Empfangs durch eine einzelne Einheit erreicht werden können.
Ein Beispiel eines Optikmoduls für eine Zweiwegetransmission in der betreffenden Technik enthält einen LD-Kollimator, der durch Integrieren eines Laserdiodenchips und einer Linse gebildet ist, einen PD-Kollimator, der durch Integrieren eines Photodiodenchips und einer Linse gebildet ist, einen Faserkollimator, der durch Integrieren eines Endes einer Optikfaser und einer Linse gebildet ist, und einen Optikkoppler, der durch Bilden eines Filterfilms auf einem Glassubstrat strukturiert ist. Der LD-Kollimator, PD-Kollimator, Faserkollimator und der Optikkoppler sind zum Beispiel auf dem Substrat in vorgegebenen relativen Positionen fixiert. Ein transmittiertes Licht, das vorn LD-Kollimator ausgegeben wurde, wird zum Beispiel durch den Filterfilm reflektiert und in den Faserkollimator eingegeben, während es einem empfangenen Licht, das vom Faserkollirnator ausgegeben wurde, zum Beispiel gestattet ist, durch den Filterfiln und einen Glasblock hindurchzugehen und in den PD-Kollirnator eingegeben zu werden.
Ein weiteres Beispiel eines Optikmoduls zur Zweiwegetransmission bei der betreffenden Technik enthält einen optischen Y-Verzweigungstyp-Wellenleiter, der erste bis dritte Anschlüsse hat. Die ersten bis dritten Anschlüsse haben jeweils eine Optikfaser, einen Laserdiodenchip und einen Photodiodenchip, die optisch damit verbunden sind. Transmittiertes Licht von der Laserdiode wird der Optikfaser durch die Y-Verzweigung zugeführt und empfangenes Licht von der Optikfaser wird der Photodiode durch die Y-Verzweigung zugeführt.
Bei dem früheren Beispiel des Optikmoduls zur Zweiwegetransmission der betreffenden Technik bestand ein Problem, daß verkleinern schwierig war, da die Kollimatoren als separate Teile hergestellt werden mußten. Bei dem letzteren Beispiel des Optikmoduls zur Zweiwegetransmission der betref-, fenden Technik bestand ein Problem, daß Geschicklichkeit bei einer solchen Arbeit, wie dem Koppeln der Optikfaser mit dem optischen Wellenleiter, erforderlich war, und somit die Herstellung nicht leicht war.
Die US-A-5 005 935 offenbart ein optisches Transmissionssystem, das ein Parallelogrammprisma einsetzt, das Filter hat, die auf seinen Flächen ausgebildet sind, um transmittierte und empfangene Lichtstrahlen in einer einzelnen Optikfaser zu kombinieren.
Die EP-A-0 559 551 offenbart ein Optikmodul gemäß dem Oberbegriff des begleitenden Anspruchs 1. In diesem Optikmodul ist ein Laser (elektrisch/optische Konversionseinrich tungen) getrennt und entfernt von einer Photodiode (optisch/elektrische Konversionseinrichtungen) vorgesehen, und keine gemeinsame Linse ist zwischen diesen Komponenten und dem Prisma (Optikwegverschiebeeinrichtungen) vorgesehen. Diese Anordnung ist nicht leicht herzustellen oder größenmäßig zu reduzieren.
Entsprechend ist es wünschenswert, ein Optikmodul zur Zweiwegetransmission zu schaffen, das zum Verkleinern geeignet und leicht herzustellen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Optikmodul zur Zweiwegetransmission geschaffen, das an eine Optikfaser anzuschließen ist, welche Faser ein Ende hat, wobei das Modul enthält:
eine Linse zum Konvergieren empfangenen Lichtes, das von dem Ende ausgegeben wurde,
optisch/elektrische Konversionseinrichtungen zum Konvertierten des zusammenlaufenden empfangenen Lichtes in ein elektrisches Empfangssignal,
elektrisch/optische Konversionseinrichtungen zum Konvertieren eines darin eingegebenen elektrischen Übertragungssignals in transmittiertes Licht, und
Optikwegverschiebeeinrichtungen zum Verschieben des Optikweges des transmittierten Lichtes, damit es dem Ende eingegeben wird, welche Optikwegverschiebeeinrichtungen ein Prisma enthalten, daß eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche hat, durch welche das empfangene Licht und das transmittierte Licht hindurchgeht,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch/optischen Konversionseinrichtungen in der Nähe der optisch/elektri schen Konversionseinrichtungen angeordnet sind, so daß das transmittierte Licht, wie es von den elektrisch/optischen Konversionseinrichtungen emittiert wurde, ebenfalls durch die Linse konvergiert wird, welche Linse zwischen dem Prisma und den elektrisch/optischen Konversionseinrichtungen vorgesehen ist,
und daß die Optikwegverschiebeeinrichtungen so angeordnet sind, das empfangene Licht nacheinander durch die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des Prismas hindurchgeht und das transmittierte Licht durch die zweite Oberfläche hindurchgeht, nacheinander an der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche reflektiert wird und durch die erste Oberfläche hindurchgeht, und wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche im wesentlichen parallel zueinander sind.
Somit sind die elektrisch/optischen Konversionseinrich tungen und die optisch/elektrischen Konversionseinrichtun-. gen, die nahe beieinander angeordnet sind, optisch gekoppelt mit dem Anregungsende der Optikfaser durch die eine Linse und die Optikwegverschiebeeinrichtungen, und daher ist ein Verkleinern des Moduls erleichtert und ist die Herstellung davon verbessert.
Die obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Weise, sie zu realisieren, werden deutlicher und die Erfindung selbst wird am besten verstanden durch ein Studium der nachfolgenden Beschreibung und anhängenden Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungen der Erfindung zeigen.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Optikmoduls zur Zweiwegetransmission, das eine Ausführung der Erfindung angibt,
Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Moduls, das in der Fig. 1 gezeigt ist,
Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Körpers des Moduls, das in der Fig. 2 gezeigt ist,
Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer Baugruppe, die in der Fig. 3 gezeigt ist,
Fig. 5A und 5B zeigen Diagramme, die Beispiele von Verbindungen von Optikvorrichtungen in der Baugruppe angeben,
Fig. 6 ist ein Diagramm, das für den Betrieb des Optikmoduls zur Zweiwegetransmission der Ausführung erklärend ist,
Fig. 7A und 7B zeigen Diagramme, die für das Prinzip einer Axialdifferenz erklärend sind, die zwischen den optischen Wegen des transmittierten Lichtes und des empfangenen Lichtes erzeugt wird,
Fig. 8A, 8B und 8C zeigen Diagramme, die Beispiele von festen Positionen der Photodiode zum Empfang angeben,
Fig. 9 ist eine Draufsicht einer Überwachungsphotodiode,
Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Empfindlichkeitsverteilung längs einer Linie A-A in der Fig. 9 zeigt,
Fig. 11 ist ein Diagramm, das für Störungserzeugung bei einer Umschalttransmission erklärend ist, und
Fig. 12A und Fig. 12B sind eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer Photodiodenanordnung.
Eine Ausführung der folgenden Erfindung wird nachfolgend genau unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Optikmoduls zur Zweiwegetransmission, wobei die vorliegende Erfindung darauf angewandt ist, die Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Moduls von Fig. 1, und die Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Körpers des Moduls, das in der Fig. 2 gezeigt ist. Das Optikmodul zur Zweiwegetransmission ist, wie in der Fig. 1 und der Fig. 2 gut gezeigt ist, durch einen Modulkörper 2 aufgebaut, der in einem geformten Gehäuse untergebracht ist, das aus einem Harz und ähnlichem gebildet ist, und daher ist das Modul hinsichtlich seiner Montierbarkeit auf einer gedruckten Leiterplatte und ähnlichem verbessert.
Der Modulkörper 2 ist, wie gut in der Fig. 3 gezeigt ist, durch integrieren einer Optikvorrichtungsbaueinheit 6, einer Linsenbauemheit 8 und einer Faserbauemheit 10 aufgebaut. Die Optikvorrichtungsbaueinheit 6 ist dadurch aufgebaut, daß eine Baugruppe 12, die Chips einer Laserdiode und ähnliches enthält, die später beschrieben werden, von einem metallischen Halter 14 gehalten wird. Die Linsenbauemheit 8 ist dadurch aufgebaut, daß eine Linse 16 in einem metallischen Halter 18 plaziert und fixiert ist. Obwohl die Linse 16 bei der Ausführung aus einer asphärischen Linse gebildet ist, kann sie aus einer sphärischen Linse oder einer Gradientenindex-Stablinse bestehen. Die Faserbauemheit 10 ist gebildet aus einer Zwinge 28, in der eine Optikfaser 20 plaziert und fixiert ist, einer Hülse 30, in der die Zwinge 28 plaziert und fixiert ist, einem Prisma 32, das an der Endfläche der Zwinge 28 fixiert ist, und einem metallischen Halter 34 zum Halten der Hülse 30. Die Endfläche 28A der Zwinge 28 auf der Seite der Linse 16 ist gegenüber der Ebene, die senkrecht zur Achse der Optikfaser 20 ist, geneigt. Die metallischen Halter 14, 18 und 34 haben jeweils flache Endflächen praktisch senkrecht zur Achse der Optikfaser 20 und sind fest mit den Endflächen verbunden, die aneinander anliegen. Bei ihrem Fixieren wird zum Beispiel Laserschweißen verwendet, und dadurch wird die Ausrichtung ihrer optischen Achsen vor dem Fixieren erleichtert.
Die Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Baugruppe 12, die in der Fig. 3 gezeigt ist. Die Baugruppe 12 ist eine solche, die äquivalent zu einer LD-Baugruppe ist, die in einer CD(Compactdisk) Wiedergabevorrichtung verwendet wird, und hat eine Basis 34 praktisch von Plattenforn. Auf einer Seite der Basis 34 sind Halterungen 36 und 38 vorgesehen, und auf der anderen Seite der Basis 34 ist eine Mehrzahl von Anschlüssen vorgesehen, die von der Basis vorstehen. Die Halterung 38 ist schräg an der Basis 34 fixiert, mit einer dazwischen angeordneten Keilplatte 42. An dem Ende der Oberseite der Halterung 36 ist eine Subhalterung 44 fixiert. An der Subhalterung 44 ist eine Laserdiode 46 daran angebracht. Die Laserdiode 46 hat Anregungsenden 46A und 46B, die aus Halbleiterspaltebenen an ihren beiden Enden gebildet sind. Ein transmittiertes Licht wird vom Anregungsende 46A ausgegeben und ein Überwachungslicht wird vom Anregungsende 46B ausgegeben.
An der Halterung 38 ist eine Photodiode 48 gegenüber dem Anregungsende 46B der Laserdiode 46 fixiert. Die Photodiode 48 erhält das Überwachungslicht und gibt ein Überwachungssignal entsprechend der Intensität des empfangenen Überwachungslichtes aus. An der Halterung 38 ist auch eine Photodiode 50 vorgesehen, die nahe der Photodiode 48 angeordnet ist. Die Photodiode 50 empfängt das Empfangslicht und gibt ein Empfangssignal aus. Die Halterung 38 ist an der Basis 34 schräg fixiert, um das Überwachungslicht, das von der lichtempfindlichen Oberfläche der Photodiode 43 reflektiert wurde, am Zurückkehren zum Anregungsende 4G8 der Laserdiode 46 zu hindern, was die Laserdiode 46 veranlassen würde, in einem unerwünschten Modus zu oszillieren.
Die Fig. 5A und 5B zeigen Diagramme, die Beispiele von Verbindungen der Optikvorrichtungen mit den Anschlüssen 40 in der Baugruppe 12 angeben. In diesen Beispielen bestehen die Anschlüsse 40 aus einem Gemeinschaftsanschluß 40A und drei unabhängigen Anschlüssen 40B, 40C und 40D. Bei dem Beispiel von Fig. 5A sind die Kathode der Laserdiode 46, die Anode der Photodiode 48 und die Anode der Photodiode 50 an den Gemeinschaftsanschluß 40A angeschlossen, während die Anode der Laserdiode 46, die Kathode der Photodiode 48 und die Kathode der Photodiode 50 an die unabhängigen Anschlüsse 40B, 40C bzw. 40D angeschlossen sind. Bei dem Beispiel von Fig. 5B sind die Anode der Laserdiode 46, die Kathode der Photodiode 48 und die Kathode der Photodiode 50 an den Gemeinschaf tsanschluß 40A angeschlossen, während die Kathode der Laserdiode 46, die Anode der Photodiode 48 und die Anode der Photodiode 50 an die unabhängigen Anschlüsse 40B, 40C bzw. 40D angeschlossen sind. Bei diesen Beispielen ist der Grund, warum die Laserdiode und Photodioden umgekehrt angeschlossen sind, der, daß die Laserdiode mit einem Vorwärtsstrom verwendet wird, der dadurch hindurchgeht, während die Photodiode mit einer umgekehrten Vorspannung verwendet wird, die daran angelegt ist.
Gemäß den Anschlußbeispielen, die in den Fig. 5A und 5B gezeigt sind, wird es, da die Optikvorrichtungen an den Gemeinschaftsanschluß 40A angeschlossen sind, ermöglicht, eine wirtschaftliche Steuerschaltung mit einer einzelnen Leistungsversorgung zu verwenden und auch die Herstellungskosten der Baugruppe zu verringern. Das Bezugszeichen 52 in der Fig. 4 bezeichnet eine Dose zum hermetischen Abdichten der Optikvorrichtungen darin, und diese Dose 52 hat ein Fenster, das in einer Position gegenüberliegend der Laserdiode 46 und der Photodiode 50 ausgebildet ist, um es dem transmittierten Licht und dem empfangenen Licht zu gestatten, dadurch hindurchzugehen.
Die Fig. 6 ist ein Diagramm, das für den Betrieb des Optikmoduls zur Zweiwegetransmission gemäß der Ausführung erklärend ist. Bei dieser Ausführung wird, damit eine Optikfaser 20 optisch an die Laserdiode 46 und die Photodiode 50 unter Verwendung einer Linse 16 gekoppelt ist, ein Prisma 32 als eine Optikwegverschiebeeinrichtung verwendet. Das Prisma 32 hat eine erste Oberfläche 32A und eine zweite Oberfläche 32B, um es dem empfangenen Licht und dem transmittierten Licht zu gestatten, dadurch hindurchzugehen. Das empfangene Licht geht durch die erste Oberfläche 32A und die zweite Oberfläche 32B nacheinander in der angegebenen Reihenfolge hindurch, während das transmittierte Licht durch die zweite Oberfläche 32B hindurchgeht, an der ersten Oberfläche 32A und der zweiten Oberfläche 32B in der genannten Reihenfolge reflektiert wird und durch die erste Oberfläche 32A hindurchgeht. Speziell bei dieser Ausführung sind, um die Herstellung des Prismas 32 zu vereinfachen und das Einrichten der Bedingungen dafür, die später beschrieben werden, zu erleichtem, die erste Oberfläche 32A und die zweite Oberfläche 32B des Prismas 32 so ausgebildet, daß sie parallel zueinander sind. In diesem Fall ist bei dem Prisma 32, um die oben beschriebene Funktion zu haben, die erste Oberfläche 32A teilweise mit einem Totalreflexionsfilm 54 versehen, der darauf ausgebildet ist, und die zweite Oberfläche 328 teilweise mit einem Teilungsfilrn 56 versehen, der darauf ausgebildet ist. Der Totalreflexionsfilm 54 ist zum Beispiel aus einem metallischen Film oder einem dielektrischen Mehrlagenfilm gebildet, und der Teilungsfilm 56 ist zum Beispiel aus einem dielektrischen Mehrlagenfiln gebildet.
Wenn das transmittierte Licht und das empfangene Licht die selbe Wellenlänge haben, wird ein Teil des transmittierten Lichtes von dem Teilungsfilm 56 reflektiert und es wird auch einem Teil des empfangenen Lichtes gestattet, durch den Teilungsfilm 56 hindurchzugehen. Um den Verlust in dem Teilungsfilm 56 zu minimieren, kann auch ein Optikfilterfilm, dessen Durchlässigkeit und Reflexionsvermögen von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes abhängen, als der Teilungsfilm 56 verwendet werden. In diesem Fall haben das transmittierte Licht und das empfangene Licht voneinander verschiedene Wellenlängen, und der überwiegende Teil des transmittierten Lichtes wird von dem Teilungsfilm 56 reflektiert und der überwiegende Teil des empfangenen Lichtes geht durch den Teilungsfilm 56 hindurch.
Dem empfangenen Licht, das von dem Anregungsende 20A der Optikfaser 20 ausgegeben wird, ist es gestattet, durch das Prisma 32 hindurchzugehen und von seiner zweiten Oberfläche 32B durch den Teilungsfilm 56 auszutreten. Das empfangene Licht wird dann durch die Linse 16 in die lichtempfindliche Oberfläche der Photodiode 50 konvergiert. Andererseits wird das transrnittierte Licht, das vom Anregungsende 46A der Laserdiode 46 emittiert wird, durch die Linse 16 in das Anregungsende 20A der Optikfaser 20 durch das Prisma 32 konvergiert. Daß heißt, daß das transmittierte Licht in das Prisma 32 durch den Teil der zweiten Oberfläche 32B des Prismas 32 eintritt, an dem der Teilungsfilrn 56 nicht ausgebildet ist, an dem Totalreflexionsfilm 54 und dem Teilungsfilm 56 in der genannten Reihenfolge reflektiert wird und in das Anregungsende 20A der Optikfaser 20 eintritt, das an die zweite Oberfläche 32A angesetzt ist.
Bei dieser Ausführung ist, da die erste Oberfläche 32A und die zweite Oberfläche 32B des Prismas 32 parallel zueinander sind, um eine Axialdifferenz zwischen den optischen Wegen des transmittierten Lichtes und des empfangenen Lichtes zu erzeugen, die Endseite 28A der Zwinge 28 gegenüber der Ebene senkrecht zur Achse der Optikfaser 20 geneigt und die erste Oberfläche 32A des Prismas 32 ist an der Zwingen endseite 28A mit zum Beispiel einem optischen Kleber fest angebracht.
Das Prinzip des Auftretens der Axialdifferenz zwischen den optischen Wegen des transmittierten Lichtes und des empfangenen Lichtes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 7A und 7B beschrieben. Die Fig. 7A ist ein Diagramm, das die optischen Wege des transmittierten Lichtes und des empfangenen Lichtes zeigt, wenn ein Prisma 32 existiert, und die Fig. 7B ist ein Diagramm, das virtuelle Positionen der Optikfaser 20 zeigt, wenn die Optikpfade in dem Prisma 32 durch Optikpfade in Luft ersetzt sind. Das Bezugszeichen 20' bezeichnet die virtuelle Position der Optikfaser 20 für das transmittierte Licht und das Bezugszeichen 20" bezeichnet die virtuelle Position der Optikfaser 20 für das empfangene Licht.
Nun werden die Dicke, der Brechungsindex und der Neigungswinkel des Prismas durch d, n bzw. θ, die Brennweite der Linse 16 durch f, die optische Länge zwischen dem Anregungsende 46A der Laserdiode und der Hauptebene PP der Linse 16 durch l&sub1;, die optische Länge zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche der Photodiode 50 und der Hauptebene PP der Linse 16 durch l&sub1; + δl&sub1;, die optischen Längen zwischen der Hauptebene PP der Linse 16 und dem Anregungsende 20A der Optikfaser 20 für das transmittierte Licht und das empfangene Licht durch l&sub2; bzw. l&sub2; + δl&sub2;, die Differenz zwischen den Optikwegen der Photodiode 50 und der Laserdiode 46 durch δx&sub1;, und die Differenz zwischen den Optikwegen des transmittierten Lichtes und des empfangenen Lichtes zwischen der Linse 16 und dem Anregungsende 20A der Optikfaser 20 durch δx&sub2;, bezeichnet.
Die optische Kopplungseffizienz zwischen der Laserdiode 46 und der Optikfaser 20 und jene zwischen der Photodiode 50 und der Optikfaser 20 kann durch geeignetes Einstellen von δx&sub2; und δl&sub2; gemäß den relativen Positionen der Laserdiode 46 und der Photodiode 50 (deren Parameter δx&sub1; und δl&sub1; sind) verbessert werden. Konkret ausgedrückt, können die obigen optischen Kopplungseffizienzen verbessert werden, indem die Bedingungen erfüllt werden, die durch die folgenden Ausdrücke 1 bis 5 gegeben sind. Die Parameter, die die Einstellung zum Erfüllen dieser Bedingungen erleichtern, sind die Dicke d, der Brechungsindex n und der Neigungswinkel θ des Prismas 32.
l/l&sub1; + l/l&sub2; = l/(l&sub1; + δl&sub1;) + l/(l&sub2; - δl&sub2;) = l/f ... (1)
δx&sub2; = δx&sub1;f/(l&sub1; + δl&sub1; - f) ... (2)
δx&sub2; = 2d tanθ cosθ&sub1; ... (3)
δl&sub2; = 2d secθ/n - δx&sub2; tanθ&sub1; ... (4)
sinθ&sub1; = n sinθ ... (5)
Bei der Ausführung kann, obwohl das Prisma 32 adhäsiv an der Zwinge 28 (siehe Fig. 6) angebracht ist, um eine Verkleinerung des Moduls zu erzielen, das Prisma 32 zwischen der Zwinge 28 und der Linse 16, gehalten von einem dafür vorgesehenen Halteglied, angeordnet sein. In diesem Fall kann durch Strukturieren der Zwinge 28, in der die Optikfaser 20 plaziert und fixiert ist, so daß sie vorn Rest der Vorrichtung lösbar ist, ein Modul eines Buchsentyps erhalten werden. Statt der einzelnen Linse kann eine Linsenanordnung verwendet werden, die eine Einteilung entsprechend dem oben beschriebenen Parameter δx&sub1; hat.
Wenn eine solche Baugruppe, wie sie in der Fig. 4 gezeigt ist, verwendet wird, gibt es einen Freiheitsgrad beim Bestimmen der besten Position der Photodiode 50, um das Empfangslicht zu empfangen. Variationen der festen Position werden unten unter Bezugnahme auf die Fig. 8A, SB und 8C beschrieben.
Bei dem in der Fig. 8A gezeigten Beispiel ist die Photodiode 50 zum Empfangen des empfangenen Lichtes an der Endseite der Subhalterung 44 auf der Seite der Linse 16 (siehe Fig. 6) fixiert. Bei dem in der Fig. 8B gezeigten Beispiel ist die Photodiode 50 an der Endseite der Halterung 36 auf der Seite der Linse 16 fixiert. Bei dem in der Fig. 8C gezeigten Beispiel ist die Photodiode 50 an der Endseite des Anschlusses 40 verlängert hin fixiert, die sich zur Linse 16 hin erstreckt. Somit wird es durch Anordnen der Photodiode 50 zum Empfang und der Laserdiode 46 zur Transmission nahe beieinander durch die Verwendung von in der Baugruppe 12 enthaltenen Gliedern und durch Anordnen des Prismas 32 mit einer geeigneten Dicke unter einem geeigneten Neigungswinkel (siehe Fig. 6) ermöglicht, die Photodiode 50 und die Laserdiode 46 optisch an die einzelne Optikfaser 20 zu koppeln. Wenn die Photodiode 50 an der Endseite des Anschlusses 40 fixiert ist, wie in der Fig. 80 gezeigt ist, kann einer der Drähte für die Photodiode 50 eliminiert werden.
Wenn das Modul der Ausführung unter Verwendung von Teilen mit den Parametern, die die Bedingungen erfüllen, die durch Einsetzen in die Ausdrücke (1) bis (5) gegeben sind, hergestellt wird, kann eine Ausrichtung der optischen Achse vor einem Fixieren der metallischen Halter 14, 18 und 34 aneinander durch bloße Positionseinstellungen der metallischen Halter durch Verschieben deren Endoberflächen längs einander erzielt werden. Konkret ausgedrückt wird, wenn die optische Kopplungseffizienz zwischen der Photodiode 50 und der Optikfaser 20 innerhalb einer Toleranz gehalten ist, die optische Kopplungseffizienz zwischen der Laserdiode 46 und der Optikfaser 20 tatsächlich gemessen, und durch Ausführen von Positionseinstellungen der metallischen Halter, so daß der gemessene Wert maximiert wird, können befriedigende Relativpositionen der metallischen Halter eingestellt werden. Hier ist, obwohl die Toleranz für die Axialdifferenz der Laserdiode 46 unter einigen pin ist, die Toleranz für die Axialdifferenz der Photodiode 50 über einigen Dutzenden von um, und daher kann die Ausrichtung der Optikachse leicht erreicht werden
Eine Ausführung, die zur Verwendung bei einer optischen Umschalttransmission geeignet ist, wird beschrieben. Bei der optischen Umschalttransmission wird das Signalsenden und -empfangen abwechselnd ausgeführt. Daher ist es, wenn eine Photodiode zum Signalempfang und eine Photodiode zum Überwachen nahe beieinander angeordnet sind, wünschenswert, daß das Überwachen den Signalempfang nicht beeinflußt. Der Aufbau wird unten begrifflich konkret beschrieben.
Die Fig. 9 ist eine Draufsicht der Photodiode 50 zum Empfang, die in der Fig. 4 gezeigt ist. Die Photodiode 50 hat auf ihrer Oberfläche eine ringförmige Elektrode 50A und eine lichtempfindliche Oberfläche 50B, die durch die Elektrode 50A bestimmt ist. Das Bezugszeichen 52 bezeichnet einen Anschlußdraht zum Verbinden der Elektrode 50A mit einer externen Schaltung.
Die Fig. 10 ist ein Diagramm, das eine Lichtempfindlichkeitsverteilung der Photodiode 50 längs der Linie A-A in der Fig. 9 zeigt, die den Durchmesser der lichtempfindlichen Oberfläche 50B enthält. Die Ordinatenachse repräsentiert die Empfindlichkeit und die Abszissenachse repräsentiert die Position längs der Linie A-A.
Die durchgezogene Linie, die durch die Nummer 54 angegeben ist, ist eine Toleranzkurve der Empfindlichkeit auf der lichtempfindlichen Oberfläche50B, von der bekannt ist, daß eine konstante Empfindlichkeit über die gesamte lichtempfindliche Oberfläche 50B erhalten wird. Die Photodiode 50 hat auch lichtempfindliche Bereiche außerhalb der Elektrode 50A, die durch die gestrichelte Linie 56 angegeben ist. Die Anspruchsgeschwindigkeit in dem lichtempfindlichen Bereich, der durch die Nummer 56 angegeben ist, ist langsamer als die Anspruchsgeschwindigkeit in der lichtempfindlichen Oberfläche 50B. Störungen werden bei einer Umschalttransrnission aufgrund des Unterschiedes in der Ansprechgeschwindigkeit erzeugt.
Die Fig. 11 ist ein Diagramm, das für eine Störungserzeugung bei der Umschalttransmission erklärend ist. Die Ordinatenachse repräsentiert den Photostrom, der in der Photodiode 50 erzeugt wird, und die Abszissenachse repräsentiert die Zeit. Längs der Zeitachse entspricht "S" dem Signalsen den, und "R" entspricht dem Signalempfangen, während "G" der Sperrzeit entspricht, die zur zeitlichen Trennung zwischen dem Transmissionssignal und dem Empfangssignal vorgesehen ist.
In der Struktur, die in der Fig. 4 gezeigt ist, ist zum Beispiel eine Überwachungsphotodiode 48 gegenüber dem Anregungsende 46B der Laserdiode 46 angeordnet, so daß das Überwachungslicht, das vom Anregungsende 46B emittiert wird, von der Photodiode 48 empfangen wird. Das überwachungslicht tritt auch in die Photodiode 50 zum Signalempfang ein und daher wird ein Nebensprechen erzeugt.
Die gestrichelte Linie, die durch die Nummer 58 in der Fig. 11 angegeben ist, repräsentiert den Photostrom, der in der Photodiode 50 aufgrund des Nebensprechens des Überwachungslichtes erzeugt wird, und die durchgezogene Linie, die durch die Nummer 60 angegeben ist, repräsentiert den Photostrom, der in der Photodiode 50 durch das empfangene Licht erzeugt wird.
Das Nebensprechen des Überwachungslichtes zur Photodiode 50 wird nicht nur in der lichtempfindlichen Oberfläche 50B der Photodiode 50 erzeugt, sondern auch in dem Bereich außerhalb der Elektrode 50A. Da die Anspruchsgeschwindigkeit in dem Außenteil langsamer ist als jene in der lichtempfindlichen Oberfläche 50B, zeigt der Photostrom aufgrund des Überwachungslichtes eine abklingende Abfallflanke. Entsprechend werden, wie durch die Nummer 62 in der Fig. 11 angegeben ist, Störungen auf dem empfangenen Signal überlagert. Folglich wird es erforderlich, die Sperrzeit G auszudehnen, um eine gewünschte Empfangsempfindlichkeit zu erhalten, und dadurch wird die Transmissionsgeschwindigkeit verschlechtert.
Daher ist bei der vorliegenden Ausführung eine Maske 63 vorgesehen, die die Oberfläche der Photodiode 50 an der Periphene der Elektrode 50A abdeckt, wie in der Fig. 9 gezeigt ist. Dadurch wird die Ansprechgeschwindigkeit der Photodiode auf das Nebensprechen des Überwachungslichtes verbessert und die Abfallflanke des Photostroms, der in der Photodiode 50 aufgrund des Nebensprechens des Überwachungslichtes erzeugt wird, wird geschärft, so daß Störungen daran gehindert werden, auf dem Empfangssignal überlagert zu werden, selbst wenn die Sperrzeit G klein ist.
Als die Photodiode 50 zum Signalempfang und die Photodiode 58 zum Überwachen kann eine Photodiodenanordnung eingesetzt werden. Die Fig. 12A ist eine Draufsicht der Photodiodenanordnung und die Fig. 12B ist eine Schnittansicht derselben.
Die Photodioden 48 und 50 sind integral auf einem Halbleitersubstrat 64 gebildet. Während die Photodiode 50 eine ringförmige Elektrode 50A und eine lichtempfindliche Oberfläche 50B hat, die durch die Elektrode 50A bestimmt ist, hat die Photodiode 58 ähnlich eine ringförmige Elektrode 48A und eine lichtempfindliche Oberfläche 488&sub1; die durch die Elektrode 48A bestimmt ist.
Das Halbleitersubstrat 64 ist aus einer n-InP-Schicht 64A, einer n-InGaAs-Schicht 64B und einer n-InP-Schicht 64C gebildet, wobei sie in der genannten Reihenfolge aufeinander laminiert sind. Die lichtempf indlichen Oberflächen sind durch diffundieren von P (Phosphor) auf eine vorgegebene Tiefe in dem Bereich innerhalb der Elektrode 48A und 50A gebildet.
Auch bei dieser Ausführung ist eine Maske 63 vorgese hen, die die Oberfläche der Photodiode 50 auf der Peripherie der Elektrode 50A abdeckt, um Störungen daran zu hindern, bei einer Umschalttransmission erzeugt zu werden. Die Maske 63 kann aus jeglichem Material sein, vorausgesetzt, daß es die Überwachungslichtwelle (Lichtstrahl) abschirmen kann, und sie wird auf dem Halbleitersubstrat durch ein gewöhnliches Verfahren gebildet. Um die Photodiodenanordnung vielfältig zu machen, kann eine Maske auch auf der Überwachungsphotodiode 48 ausgebildet sein.
Gemäß der Erfindung wird, wie vorherstehend beschrieben wurde, ein derartiger Effekt erhalten, daß ein Optikmodul zur Zweiwegetransmission geschaffen werden kann, von dem eine Verkleinerung leicht und die Herstellung einfach ist.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten dieser Ausführungen beschränkt. Bevorzugte Ausführungen, die hierin beschrieben sind, wurden nur im Wege der Veranschaulichung und nicht beschränkend für die vorliegende Erfindung angegeben. Der Umfang der Erfin dung wird durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und alle Änderungen und Modifikationen, wie sie innerhalb des Umfangs der Ansprüche fallen, sollen daher von der Erfindung umfaßt sein.

Claims

1. Optikmodul zur Zweiwegetransmission, das an eine Optikfaser (20) anzuschließen ist, welche Faser ein Ende (20A) hat, welches das Modul enthält:

eine Linse (16) zum Konvergieren empfangenen Lichtes, das von dem Ende (20A) ausgegeben wurde,

optisch/elektrische Konversionseinrichtungen (50) zum Konvertierten des zusammenlaufenden empfangenen Lichtes in ein elektrisches Empfangssignal,

elektrisch/optische Konversionseinrichtungen (46) zum Konvertieren eines darin eingegebenen elektrischen Übertragungssignals in transmittiertes Licht, und

Optikwegverschiebeeinrichtungen zum Verschieben des Optikweges des transmittierten Lichtes, damit es dem Ende (20A) eingegeben wird, welche Optikwegverschiebeeinrichtungen ein Prisma (32) enthalten, daß eine erste Oberfläche (32A) und eine zweite Oberfläche (328) hat, durch welche das empfangene Licht und das transmittierte Licht hindurchgeht,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch/optischen Konversionseinrichtungen (46) in der Nähe der optisch/elektrischen Konversionseinrichtungen (50) angeordnet sind, so daß das transmittierte Licht, wie es von den elektrisch/optischen Konversionseinrichtungen emittiert wurde, ebenfalls durch die Linse (16) konvergiert wird, welche Linse zwischen den Prisma (32) und den elektrisch/optischen Konversionseinrichtungen (46) vorgesehen ist,

und daß die Optikwegverschiebeeinrichtungen so angeordnet sind, das empfangene Licht nacheinander durch die erste Oberfläche (32A) und die zweite Oberfläche (32B) des Prismas (32) hindurchgeht und das transmittierte Licht durch die zweite (32B) Oberfläche hindurchgeht, nacheinander an der ersten Oberfläche (32A) und der zweiten Oberfläche (32B) reflektiert wird und durch die erste Oberfläche (32A) hindurchgeht, und wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche im wesentlichen parallel zueinander sind.

2. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 1, wobei die Optikwegverschiebeeinrichtungen ferner enthalten:

einen Totalreflexionsfilm (54), der auf der ersten Oberfläche (32A) des Prismas (32) ausgebildet ist, um das transmittierte Licht zu reflektieren, und

einen Teilungsfiln (56), der auf der zweiten Oberfläche (32B), zum Reflektieren des transmittierten Lichtes ausgebildet ist und, um zu gestatten, daß das empfangene Licht dadurch hindurchgeht.

3. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 2, wobei der Teilungsfiln ausgewählt ist, um sicherzustellen, daß wenn das transmittierte Licht und das empfangene Licht die selbe Wellenlänge haben,

ein Teil des transmittierten Lichtes von dem Teilungsfilm (56) reflektiert wird, und

es einem Teil des empfangenen Lichtes gestattet ist, durch den Teilungsfiln (56) hindurchzugehen.

4. Optikmodel zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 2, wobei der Teilungsfilm ausgewählt wurde, um sicherzustellen, daß wenn der Teilungsfiln (56) einen Optikfilterfilm enthält, dessen Durchlässigkeit und Reflexionsvermögen von der Wellenlänge einer einfallenden Lichtwelle abhängt,

das transmittierte Licht und das empfangene Licht voneinander verschiedene Wellenlängen haben,

der überwiegende Teil des transrnittierten Lichtes von dem Optikfilterfilm reflektiert wird, und

es der überwiegende Teil des empfangenen Lichtes gestattet ist, durch den Optikfilterfilm hindurchzugehen.

5. Optikrnodul zur Zweiwegetransmission nach einem der vörhergehenden Ansprüche, ferner enthaltend eine Zwinge (28), in welcher der Endteil der Optikfaser (20) plaziert und fixiert ist und von der die Endfläche in derselben Ebene wie das Ende (20A) positioniert ist, wobei

die erste Oberfläche des Prismas (32) adhäsiv an der Endfläche der Zwinge (28) angebracht ist.

6. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 5, wobei die Endfläche der Zwinge (28) gegen eine Ebene senkrecht zur Achse der Optikfaser (20) geneigt ist.

7. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optisch/elektrischen Konversionseinrichtungen eine erste Photodiode (50) enthalten, die eine lichtempfindende Oberfläche hat, und

die elektrisch/optischen Konversionseinrichtungen eine Laserdiode (46) enthalten, die ein erstes Anregungsende (46A) zum Ausgeben des transmittierten Lichtes hat.

8. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 7, wobei

die Laserdiode (46) ferner ein zweites Anregungsende (4G8) zum Ausgeben eines Überwachungslichtes hat,

das Optikmodul zur Zweiwegetransmission ferner eine zweite Photodiode (48) enthält, die das Überwachungslicht zum Ausgeben eines Überwachungssignals entsprechend der Intensität des Überwachungslichtes empfängt.

9. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 8, ferner enthaltend eine Baugruppe (12), in der die ersten und zweiten Photodioden (50, 48) und die Laserdiode (46) enthalten sind, wobei die Baugruppe enthält:

eine Basis (34)

eine erste und eine zweite Halterung (36, 38), die an der Basis (34) fixiert sind,

eine Subhalterung (44), die an der ersten Halterung (36) fixiert ist, und

eine Mehrzahl von Anschlüssen (40), die von der Basis (34) vorstehen,

welche Laserdiode (46) und welche zweite Photodiode (48) an der Subhalterung (44) bzw. der zweiten Halterung (38) fixiert sind,

welches empfangene Signal und welches Überwachungssignal von zwei der Mehrzahl von Anschlüssen (40) ausgegeben werden, und

welches transmittierte Signal in einen anderen der Mehrzahl von Anschlüssen (40) eingegeben wird.

10. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 9, wobei die erste Photodiode (50) an der zweiten Halterung (38) fixiert ist.

11. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 9, wobei die erste Photodiode (50) an der Subhalterung (44) fixiert ist.

12. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 9, wobei die erste Photodiode (50) an der ersten Halterung (36) fixiert ist.

13. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 9, wobei die erste Photodiode (50) am Ende eines der Mehrzahl von Anschlüssen (40) fixiert ist.

14. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 9 bis 13, wobei

die Mehrzahl von Anschlüssen einen Gemeinschaftsanschluß (40A) und erste bis dritte unabhängige Anschlüsse (40B, 40C, 40D) enthält,

der Gemeinschaftsanschluß (40A) mit der Anode der Laserdiode (46), der Kathode der ersten Photodiode (50) und der Kathode der zweiten Photodiode (48) verbunden ist, und

die ersten bis dritten unabhängigen Anschlüsse (40B, 40C, 40D) mit der Kathode der Laserdiode (46), der Anode der ersten Photodiode (50) bzw. der Anode der zweiten Photodiode (48) verbunden sind.

15. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Mehrzahl von Anschlüssen einen Gemeinschaftsanschluß (40A) und erste bis dritte unabhängige Anschlüsse (40B, 40C, 40D) enthält,

der Gemeinschaftsanschluß (40A) mit der Kathode der Laserdiode (46), der Anode der ersten Photodiode (50) und der Anode der zweiten Photodiode (48) verbunden ist, und

die ersten bis dritten unabhängigen Anschlüsse (40B, 40C, 40D) mit der Anode der Laserdiode (46), der Kathode der ersten Photodiode (50) bzw. der Kathode der zweiten Photodiode (48) verbunden sind.

16. Optikmodul zur Zweiwegetransrnission nach den Ansprüchen 2 und 7 in Kombination, wobei

die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des Prismas gegen eine Ebene senkrecht zur Achse der Optikfaser (20) geneigt sind, und

die Optikwegverschiebeeinrichtungen im wesentlichen die Bedingungen erfüllen, die durch die folgenden Ausdrücke gegeben sind:

l/l&sub1; + l/l&sub2; = l/(l&sub1; + δl&sub1;) + l/(l&sub2; - δl&sub2;) = l/f

δx&sub2; = δx&sub1;f/(l&sub1; + δl&sub1; - f)

δx&sub2; = 2d tanθ cosθ&sub1;

δl&sub2; = 2d secθ/n - δx&sub2; tanθ&sub1;

sinθ&sub1; = n sinθ

wobei d, n und θ die Dicke, der Brechungsindex bzw. der Neigungswinkel des Prismas (32), f die Brennweite der Linse 16, l&sub1; die optische Länge zwischen dem Anregungsende (46A) der Laserdiode (46) und der Hauptebene der Linse (16), l&sub1; + δl&sub1; die optische Länge zwischen der lichtempfindlichen Oberfläche der ersten Photodiode (50) und der Hauptebene der Linse (16), 12 die optische Länge zwischen der Hauptebene der Linse (16) und dem Anregungsende (20A) der Optikfaser (20) für das transmittierte Licht, l&sub2; + δl&sub2; die optische Länge zwischen der Hauptebene der Linse (16) und dem Ende (20A) der Optikfaser (20) für das empfangene Licht, δx&sub1; die Differenz zwischen den Optikwegen der ersten Photodiode (50) und der Laserdiode (46), und δx&sub2; die Differenz zwischen den Optikwegen des transmittierten Lichtes und des empfangenen Lichtes zwischen der Linse (16) und dem Ende (20A) der Optikfaser (20) sind.

17. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach einem der Ansprüche 7 bis 16, wobei die erste Photodiode (50) ferner eine ringförmige Elektrode (50A), die die lichtempfindende Oberfläche bestimmt, und eine Maske (63) hat, die die Oberfläche der ersten Photodiode (50) an der Peripherie der Elektrode (50A) abdeckt.

18. Optikmodul zur Zweiwegetransmission nach Anspruch 8, wobei die ersten und zweiten Photodioden (50, 48) integral auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (64) ausgebildet sind.