JP2004271921A - 双方向光モジュール及び光伝送装置 - Google Patents

双方向光モジュール及び光伝送装置 Download PDF

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弘明 浅野
Hironori Hayata
博則 早田
Shogo Horinouchi
昇吾 堀之内
Toshinori Kai
敏訓 甲斐
Toshihiro Koga
稔浩 古賀
Masaharu Fukakusa
雅春 深草
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Abstract

【課題】双方向光モジュールにおいて、１本の光ファイバ伝送路を双方向に利用できる双方向光モジュールの小型化、低コスト化を図るとともに、それを用いた光伝送装置を提供する。
【解決手段】成形体１２は透過性の材料で形成され、ビームスプリッタ層１２１が傾斜して埋め込まれている。サブキャリア１５は上段と下段とを形成する段差部を有し、キャリア１９の平坦な上面に実装されている。サブキャリアの上段には半導体レーザ１４が実装され、下段上で成形体の下方の位置には受光素子１３が実装され、側面には成形体の側面が実装されて、それぞれの面が接合されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１本の光導波路を双方向に利用できる光モジュール及びそれを用いた光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザを用いた光ファイバ通信の適用範囲は、近年、ＬＡＮ（ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）やＦＴＴＨ（ｆｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｍｅ）といった様々な領域へと広がりを見せている。ＬＡＮやＦＴＴＨにおいては、提供するサービスの形態から、双方向通信を必要とする場合が多いが、双方向通信を１本の光ファイバにて実現することは、様々な利点を有すると考えられている。
【０００３】
１本の光ファイバを用いて双方向通信を実施する双方向光ユニットの従来の構成例の１つに、図２５に示したようなものがある。すなわち、送信光モジュール３と受信光モジュール４が光ファイバカプラ５を介して光ファイバ伝送路２に結合されている。このような例は、既存の光部品を用いて容易に構成できるが、双方向光ユニットの小型化、低コスト化という課題に関しては、十分に答えるものではない。
【０００４】
そこで、受信部と送信部を一体化した双方向光モジュールが提案されている。その従来例としては、例えば下記の特許文献１に記載されている技術がある。これは、発光素子及び発光素子からの出射光をコリメートするコリメートレンズと、受光素子及び受光素子に光を結合するための集光レンズと、光ファイバ端末及び光ファイバから出射した光をコリメートするための共通ポートレンズと、光を波長によって分波合波するためのフィルタを装着したペンタプリズムブロックとを、１個の金属ケース内に収納あるいは接続した構成となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第１７５８７５７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された双方向光モジュールにおいては、１個の金属ケース内に収納される光部品の部品点数が多く、更なる小型化、低コスト化に対して、まだ十分に答えるものではなかったという課題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、小型化、低コスト化に適した双方向光モジュール及びそのモジュールを用いた光伝送装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は上記目的を達成するために、
受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
上段と下段を形成する段差部と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
前記サブキャリアの上段に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
一面が前記サブキャリアの１つの面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
前記成形体に所定角度で傾斜して埋め込まれ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
前記透過性の成形体の下方の位置で、前記サブキャリアの下段に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
有する双方向光モジュールとして構成される。
【０００９】
この構成により、光導波路からこの光モジュール内に導かれた受信光信号をレンズで集光し、発光素子である半導体レーザのごく近傍に配置された受光素子に入射させて信号を受信することができるため、従来の双方向光モジュールに比べて少ない部品点数で構成でき、小型化、低コスト化を実現できる。また、このような半導体レーザと受光素子を近傍に配置した構成では、光送受信特性を最適化する箇所が少なくなるため、半導体レーザの実装に高い精度が必要となる場合が考えられるが、本発明の構成では、成形体とサブキャリアの接合面をずらすことと、サブキャリアとレンズの位置関係を調整することによって、光送受信特性を最適化できるため、半導体レーザの実装精度を緩和できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は上記目的を達成するために、
受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
前記キャリアに固定され、前記平坦面に対して所定角度で傾斜した面を有する支持部材と、
上段と下段を形成する段差部と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
前記サブキャリアの上段に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
一面が前記支持部材の前記傾斜した面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
前記成形体に取り付けられ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
前記透過性の成形体の下方の位置で、前記サブキャリアの下段に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
有する双方向光モジュールとして構成される。
この構成により、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は上記目的を達成するために、
受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
前記キャリアに固定された支持部材と、
上段と下段を形成する段差部と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
前記サブキャリアの上段に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
一面が前記支持部材の１つの面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
前記成形体に所定角度で傾斜して埋め込まれ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
前記透過性の成形体の下方の位置で、前記サブキャリアの下段に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
有する双方向光モジュールとして構成される。
この構成により、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は上記目的を達成するために、
受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
前記平坦面に対して所定角度で傾斜した傾斜面と、上面及び下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
前記サブキャリアの前記上面に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
一面が前記サブキャリアの前記傾斜面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
前記成形体に取り付けられ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
前記透過性の成形体の下方の位置で、前記キャリアの前記平坦面に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
有する双方向光モジュールとして構成される。
この構成により、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は上記目的を達成するために、
受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
上面と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
前記サブキャリアの前記上面に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
一面が前記サブキャリアの１つの面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
前記成形体に所定角度で傾斜して埋め込まれ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
前記透過性の成形体の下方の位置で、前記キャリアの前記平坦面に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
有する双方向光モジュールとして構成される。
この構成により、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は上記目的を達成するために、
受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
前記キャリアに固定され、前記平坦面に対して所定角度で傾斜した面を有する支持部材と、
上面と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
前記サブキャリアの前記上面に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
一面が前記支持部材の前記傾斜した面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
前記成形体に取り付けられ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
前記透過性の成形体の下方の位置で、前記キャリアの前記平坦面に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
有する双方向光モジュールとして構成される。
この構成により、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記所定角度が略４５°とされたものである。
この構成により、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項４から６のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記キャリアが導電性であって前記受光素子のＮ側電極が前記受光素子の下面に形成され、前記Ｎ側電極が導電性接合材を介して前記キャリアの表面に接合され、前記受光素子のＰ側電極が、前記受光素子の上面に形成されているものである。
この構成により、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られる。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項４から６のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記受光素子のＰ側電極とＮ側電極が共に前記受光素子の上面に形成され、前記Ｐ側電極とＮ側電極が、前記キャリアとは電気的に絶縁されているものである。
この構成により、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られるほか、キャリアの電位と受光素子の電位を分けることが可能となる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記キャリア上の前記受光素子の近傍に、受光信号を増幅するプリアンプを配置したものである。
この構成により、請求項１から９に記載の発明と同じ作用、効果が得られるほか、モジュール内にプリアンプを内蔵し、プリアンプと受光素子を近接配置することで、モジュールパッケージをシールドケースとして利用することができるとともに、受光素子とプリアンプの接続を短くできるため、雑音耐力を向上させることができる。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から９のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記他の部材として、前記キャリア又は前記サブキャリアの表面に実装され、前記受光素子で発生した受光信号を増幅するプリアンプを用いるものである。
この構成により、請求項１０に記載の発明と同じ作用、効果が得られる。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記サブキャリアがシリコンから成るものである。
この構成により、半導体レーザの放熱性を向上させることができる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記サブキャリアが窒化アルミから成るものである。
この構成により、半導体レーザの放熱性を向上させることができる。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１から１３のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記成形体の光入射面、及び光出射面の一部又は全部に反射防止膜を形成したものである。
この構成により、反射による送受信光量の減衰を低減できるとともに、半導体レーザの発光面が成形体の一面とほぼ平行である場合に、半導体レーザの外部共振を抑えることができる。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、請求項１、４、９から１４のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記発光素子と前記成形体の間に屈折率整合樹脂を充填したものである。
この構成により、半導体レーザの発光面が成形体の入射面とほぼ平行である場合に、その間を屈折率整合樹脂で充填することで、半導体レーザの外部共振を抑えることができる。
【００２４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１から１５のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記ビームスプリッタが、所定の波長をあらかじめ定められた比率で分割するものである。
この構成により、同一波長による双方向光モジュールを実現できる。
【００２５】
請求項１７に記載の発明は、請求項１から１５のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記ビームスプリッタとして、波長選択形ビームスプリッタを用いるものである。
この構成により、２波長による双方向光モジュールを実現できる。
【００２６】
請求項１８に記載の発明は、請求項１から１７のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記成形体の表面の一部又は全部に、前記受光素子が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層を有する第２の成形体を貼り付けたものである。
この構成により、受光素子が受信すべきでない波長の光を低減できる。
【００２７】
請求項１９に記載の発明は、請求項１から１７のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記成形体の内部又は表面の一部又は全部に、前記受光素子が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層を追加して形成したものである。
この構成により、受光素子が受信すべきでない波長の光を低減できる。
【００２８】
請求項２０に記載の発明は、請求項１から１９のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記受光素子が、受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択特性を有するものである。
この構成により、受光素子が受信すべきでない波長の光を低減できる。
【００２９】
請求項２１に記載の発明は、請求項１から２０のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記受光素子の光入射面の一部又は全部に、前記受光素子が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層を有する第２の成形体を貼り付けたものである。
この構成により、受光素子が受信すべきでない波長の光を低減できる。
【００３０】
請求項２２に記載の発明は、請求項１から２１のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記レンズと光導波路を屈折率整合樹脂で接合したものである。
この構成により、光導波路端面を斜めに加工しなくとも、光導波路端面での反射を大幅に低減させることができる。
【００３１】
請求項２３に記載の発明は、請求項１から２１のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記レンズと光導波路をフィジカルコンタクトしたものである。
この構成により、光導波路端面を斜めに加工しなくとも、光導波路端面での反射を大幅に低減させることができるとともに、光導波路の着脱が可能な双方向光モジュールを構成できる。
【００３２】
請求項２４に記載の発明は、請求項１から２３のいずれかに１つに記載の双方向光モジュールを搭載した光伝送装置である。
この構成により、請求項１から２３に記載の発明と同じ作用、効果を有する光伝送装置を実現することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態の双方向光モジュール１の要部断面図を示し、光ファイバ伝送路２の光軸方向（ｚ方向）にレンズ１１と、成形体１２と受光素子１３が配置されている。また、光ファイバ伝送路２の光軸方向と直交するｙ方向に発光素子である半導体レーザ１４が配置されている。レンズ１１は光ファイバ伝送路２からの受信光と半導体レーザ１４からの送信光を透過、集光する。
【００３４】
成形体１２は送信光と受信光に対して透過性の材料で形成され、また、ビームスプリッタ層１２１が、所定角度で傾斜して（斜め略４５°で）埋め込まれている。サブキャリア１５はｘ方向から見た側面形状が、上に凸のＬ形の２段に形成されて、下面がキャリア１９の平坦な上面に実装されている。換言すると、サブキャリア１５は上段と下段を構成する段差部と下面を有し、サブキャリア１５の下段の平坦な面上にあって成形体１２の下方の位置には受光素子１３が実装され、上段の平坦な面には半導体レーザ１４が実装され、垂直な側面には成形体１２の側面が実装されて、それぞれの面が接合されている。
【００３５】
上記構成において、光ファイバ伝送路２から出射された受信光は、レンズ１１により集光され、その一部又は全部が成形体１２を透過し、受光素子１３に入射される。半導体レーザ１４は、送信信号に応じて変調された駆動電流により、所定の波長を有する送信光を出射し、送信光の一部又は全部はビームスプリッタ層１２１によって反射された後に、レンズ１１により集光され、光ファイバ伝送路２に入射される。
【００３６】
この構成により、受光素子１３と半導体レーザ１４をごく近傍に配置することができるため、従来の双方向光モジュールに比べて少ない部品点数で構成でき、小型化、低コスト化を実現できることになる。このような受光素子１３と半導体レーザ１４を近傍に配置した構成では、光送受信特性を最適化する箇所が少なくなるため、半導体レーザ１４の実装に高い精度が必要となる場合が考えられるが、本発明の第１の実施の形態では、成形体１２とサブキャリア１５の接合面を上下方向にずらすとともに、サブキャリア１５とレンズ１１の水平方向の位置関係を調整することによって、光送受信特性を最適化できるため、半導体レーザ１４の実装精度を緩和できる構成となっている。
【００３７】
ここで、図１（ａ）は、サブキャリア１５上の半導体レーザ１４の実装がｙ軸上の成形体１２に近い方向（図面の右方向に）へずれた場合の例を示している。この場合には、サブキャリア１５に対して成形体１２をｚ軸上の受光素子１３に近い方向（光ファイバ伝送路２から遠い方向）へずらすとともに、サブキャリア１５をキャリア１９に対してｙ軸上の図面左方向にずらして、レンズ１１との位置関係を調整することができる。
【００３８】
図１（ｂ）は、図１（ａ）とは逆にサブキャリア１５上の半導体レーザ１４の実装がｙ軸上の成形体１２から遠い方向へずれた場合の例を示しており、この場合には、成形体１２をサブキャリア１５に対してｚ軸上の受光素子１３から遠い方向へずらすとともに、キャリア１９に対してサブキャリア１５をｙ軸上の図面右方向にずらして、レンズ１１との位置関係を調整している。図１（ａ）と（ｂ）では、半導体レーザ１４とレンズ１１の位置関係が同じになっており、半導体レーザ１４のｙ軸方向のずれを吸収できており、送信特性のバラツキが抑えられることがわかる。また、図１（ａ）と（ｂ）では、受光素子１３に入射する受信光信号の焦点の位置が変わっているが、受光素子１３の受光領域を十分に大きくすることで、受信特性のバラツキを抑えることができる。
【００３９】
＜第２、第３の実施の形態＞
図２、図３はそれぞれ、本発明の第２、第３の実施の形態の要部断面図を示す。図１の第１の実施の形態との違いは、成形体１２がサブキャリア１５ではなく、サブキャリア１５の下の段の受光素子をｘ方向に挟むようにキャリア１９に一体で形成された、支持体として作用する一対のキャリア突起部１９１ａ、１９１ｂ（図４参照）上に固定されていることである。また、図２の第２の実施の形態では、キャリア突起部１９１の上面が所定角度で傾斜した（斜め略４５°の）斜面で形成されて、その上に平板状の成形体１２が実装され、また、この成形体１２の表面にビームスプリッタ層１２１が形成されている。図３の第３の実施の形態では、キャリア突起部１９１の上面が平面で形成されてその上に直方体の成形体１２が実装され、また、この成形体１２の内部にビームスプリッタ層１２１が斜め４５°で埋め込まれている。
【００４０】
図２、図３にそれぞれ示す第２、第３の実施の形態においても、図１の第１の実施の形態と同様に、受光素子１３と半導体レーザ１４をごく近傍に配置することができるため、従来の双方向光モジュールに比べて少ない部品点数で構成でき、小型化、低コスト化を実現できる。図２、図３の第２の実施の形態と第３の実施の形態では、また、成形体１２とサブキャリア１５、及びレンズ１１のｘ−ｙ面の位置関係を調整することによって、光送受信特性を最適化できるため、半導体レーザの実装精度を緩和できる構成となっている。
【００４１】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図２、図３にそれぞれ示す第２、第３の実施の形態を上部から見た場合の要部平面図（ｘ−ｙ平面図）を示しており、図４（ａ）は半導体レーザ１４が所定の位置に精度よく実装された場合の最適配置を示しており、図４（ｂ）と（ｃ）は、ｘ−ｙ平面内において半導体レーザ１４の実装方向がずれている場合の配置を示している。図４（ｂ）では、成形体１２に対して、サブキャリア１５の実装位置を＋θ方向に回転させ、図４（ｃ）では、成形体１２に対して、サブキャリア１５の実装位置を−θ方向に回転させることで、半導体レーザ１４と成形体１２のｘ−ｙ方向の位置関係が同じになっており、半導体レーザ１４のθ回転方向のずれを吸収できており、送信特性のバラツキが抑えられることがわかる。また、図４（ｂ）と（ｃ）では、受光素子１３の中心位置がずれているが、受光素子１３の受光領域を十分に大きくすることで、受信特性のバラツキを抑えることができる。
【００４２】
＜第４の実施の形態＞
図５は本発明の第４の実施の形態の要部断面図を示し、サブキャリア１５は側面形状が平行四辺形であって斜辺が所定角度で傾斜して（斜め略４５°で）形成されている。第２の実施の形態と同様に、成形体１２が平板状に形成されて表面にビームスプリッタ層１２１が形成され、ビームスプリッタ層１２１が４５°になるようにサブキャリア１５の斜辺の側面の一部に成形体１２の一部が接合されている。
【００４３】
図６と図７はそれぞれ、第４の実施の形態に使われる受光素子１３の平面図、側面図である。受光素子１３のＰ側電極１３２は、受光領域１３１と同一面にあり、電気配線１３４を介して後段のプリアンプと接続され、Ｎ側電極１３３はキャリア１９に対して導電性接合剤１３５により固定されており、キャリア１９を介して電位が与えられている。
【００４４】
この構成により、受光素子１３と半導体レーザ１４をごく近傍に配置することができるため、従来の双方向光モジュールに比べて少ない部品点数で構成でき、小型化、低コスト化を実現できることになる。また、この構成では、サブキャリア１５と受光素子１３、及びレンズ１１の位置関係を調整することによって、光送受信特性を最適化できるため、半導体レーザ１４の実装精度を緩和できる構成となっている。
【００４５】
＜第５の実施の形態＞
図８は本発明の第５の実施の形態の要部断面図を示し、図９に示す受光素子１３を除き図５の第４の実施の形態と同じである。第４の実施の形態との違いは、図９に示すように、受光素子１３のＰ側電極１３２とＮ側電極１３３が、共に受光領域１３１と同一面にあり、電気配線１３４ａを介してＮ側電極１３３の電位が与えられ、電気配線１３４ｂを介してＰ側電極１３２が後段のプリアンプと接続されていることである。これにより、キャリア１９の電位と受光素子１３の電位を分けることが可能となる。
【００４６】
＜第６の実施の形態＞
図１０は本発明の第６の実施の形態の要部断面図を示し、図１の第１の実施の形態において受光素子１３がサブキャリア１５ではなくキャリア１９上に実装され、また、サブキャリア１５が直方体で形成されて、上面、垂直面にそれぞれ半導体レーザ１４、直方体の成形体１２が実装されている。すなわち、図５の第４の実施の形態との違いは、ビームスプリッタ層１２１が成形体１２に斜めに埋め込まれており、サブキャリア１５に斜面を必要としないことである。さらに、図１の第１の実施の形態と同じように、サブキャリア１５と成形体１２の接合面をずらすことによっても、半導体レーザ１４とレンズ１１間の距離を調整できるという利点を有する。
【００４７】
図１１、図１２はそれぞれ、第６の実施の形態に使われる受光素子１３の平面図、側面図を示し、これは、第４の実施の形態に使われる受光素子１３と同様のものであり、受光素子１３のＮ側電極は、キャリア１９と導電性接合剤１３５により固定されており、キャリア１９を介して電位が与えられている。
【００４８】
＜第７の実施の形態＞
図１３は本発明の第７の実施の形態の要部断面図を示し、受光素子１３を除き第６の実施の形態と同じである。第６の実施の形態との違いは、図１４に示したように、第５の実施の形態と同じように、受光素子１３のＰ側電極１３２とＮ側電極１３３が、共に受光領域１３１と同一面にあり、電気配線１３４ａを介してＮ側電極１３３の電位が与えられ、電気配線１３４ｂを介してＰ側電極１３２が後段のプリアンプと接続されていることである。これにより、キャリア１９の電位と受光素子１３の電位を分けることが可能となる。
【００４９】
＜第８の実施の形態＞
図１５は本発明の第８の実施の形態の要部断面図を示し、図１の第１の実施の形態と比較して、双方向光モジュール１内のキャリア１９上にプリアンプ１６を内蔵し、プリアンプ１６と受光素子１３を近接配置した点が異なる。これにより、モジュールパッケージをシールドケースとして利用することができるとともに、受光素子１３とプリアンプ１６の接続を短くできるため、雑音耐力を向上させることができる。
【００５０】
＜第９の実施の形態＞
図１６は本発明の第９の実施の形態の要部断面図を示し、図１５に対して受光素子１３はプリアンプ１６上に実装され、プリアンプ１６はキャリア１９上に実装されている。
【００５１】
この構成により、受光素子１３と半導体レーザ１４をごく近傍に配置することができるため、従来の双方向光モジュールに比べて少ない部品点数で構成でき、小型化、低コスト化を実現できることになる。また、この構成では、成形体１２とサブキャリア１５の接合面をずらすとともに、サブキャリア１５とプリアンプ１６、及びレンズ１１の位置関係を調整することによって、光送受信特性を最適化できるため、半導体レーザ１４の実装精度を緩和できる構成となっている。さらに、双方向光モジュール１内にプリアンプ１６を内蔵し、プリアンプ１６と受光素子１３を近接配置したことで、モジュールパッケージをシールドケースとして利用することができるとともに、受光素子１３とプリアンプ１６の接続を短くできるため、雑音耐力を向上させることができる。
【００５２】
＜第１０、第１１の実施の形態＞
図１７、図１８はそれぞれ本発明の第１０、第１１の実施の形態の要部断面図を示し、第９の実施の形態との違いは、成形体１２がサブキャリア１５ではなく、サブキャリア１５をｘ方向に挟むようにキャリア１９に形成された、支持体として作用する一対のキャリア突起部１９１ａ、１９１ｂ（図４参照）上に固定されていることである。また、図１７の第１０の実施の形態では、キャリア突起部１９１の上面が４５°の斜面で形成されてその上に平板状の成形体１２が実装され、また、この成形体１２の表面にビームスプリッタ層１２１が形成されている。図１８の第１１の実施の形態では、キャリア突起部１９１の上面が平面で形成されてその上に直方体の成形体１２が実装され、また、この成形体１２の内部にビームスプリッタ層１２１が斜め４５°で埋め込まれている。
【００５３】
第１０、第１１の実施の形態においても、第９の実施の形態と同様に、受光素子１３と半導体レーザ１４をごく近傍に配置することができるため、従来の双方向光モジュールに比べて少ない部品点数で構成でき、小型化、低コスト化を実現できるとともに、双方向光モジュール１内にプリアンプ１６を内蔵し、プリアンプ１６と受光素子１３を近接配置したことで、モジュールパッケージをシールドケースとして利用することができるとともに、受光素子１３とプリアンプ１６の接続を短くできるため、雑音耐力を向上させることができる。また、第１０、第１１の実施の形態では、成形体１２とサブキャリア１５、及びプリアンプ１６とレンズ１１の位置関係を調整することによって、光送受信特性を最適化できるため、半導体レーザ１４の実装精度を緩和できる構成となっている。
【００５４】
＜第１２、第１３の実施の形態＞
本発明の第１２の実施の形態は、サブキャリア１５がシリコンから成る。また、本発明の第１３の実施の形態は、サブキャリア１５が窒化アルミから成る。第１２、第１３の実施の形態は共に、半導体レーザ１４の放熱性を向上させることができる。
【００５５】
＜第１４の実施の形態＞
本発明の第１４の実施の形態は、成形体１２の光入射面、及び光出射面の一部又は全部に反射防止膜を形成することで、反射による送受信光量の減衰を低減できるとともに、半導体レーザ１４の発光面が、成形体１２の一面とほぼ平行であった場合に、半導体レーザ１４の外部共振を抑えることができる。
【００５６】
＜第１５の実施の形態＞
図１９は、本発明の第１５の実施の形態の要部断面図を示し、図１の第１の実施の形態と比較して、半導体レーザ１４と、半導体レーザ１４の出射光が垂直に入射する成形体１２の面の間に屈折率整合樹脂１７が充填されている点が異なる。これにより、半導体レーザ１４の発光面が成形体１２の一面とほぼ平行であっても、半導体レーザ１４の外部共振を抑えることができる。
【００５７】
＜第１６、第１７の実施の形態＞
本発明の第１６の実施の形態は、ビームスプリッタ層１２１に所定の波長をあらかじめ定められた比率で分割するものを使用するもので、同一波長による双方向光モジュール１を実現できる。本発明の第１７の実施の形態は、ビームスプリッタ層１２１に波長選択形ビームスプリッタを使用するもので、２波長による双方向光モジュール１を実現できる。
【００５８】
＜第１８の実施の形態＞
図２０は、本発明の第１８の実施の形態の要部断面図を示し、図１の第１の実施の形態と比較して、成形体１２の下面（受光素子１３側の面）の一部に、受光素子１３が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層１８１を有する第２の成形体１８が貼り付けられている点が異なる。これにより、受光素子１３が受信すべきでない波長の光を低減させることができる。
【００５９】
＜第１９、第２０の実施の形態＞
図２１は、本発明の第１９の実施の形態の要部断面図を示し、図１の第１の実施の形態と比較して、成形体１２の内部に受光素子１３が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層１２２が追加して形成されている点が異なる。これにより、受光素子１３が受信すべきでない波長の光を低減させることができる。本発明の第２０の実施の形態は、受光素子１３に受光素子１３が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択特性を持たせるもので、受光素子１３が受信すべきでない波長の光を低減させることができる。
【００６０】
＜第２１の実施の形態＞
図２２は本発明の第２１の実施の形態の要部断面図を示し、図１の第１の実施の形態と比較して、受光素子１３の光入射面に、受光素子１３が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層１８１を有する第２の成形体１８が貼り付けられている点が異なる。これにより、受光素子１３が受信すべきでない波長の光を低減させることができる。
【００６１】
＜第２２の実施の形態＞
図２３は、本発明の第２２の実施の形態の要部断面図を示す。図１の第１の実施の形態と比較して、レンズ１１が屈折率分布形となっており、レンズ１１と光ファイバ伝送路２が屈折率整合樹脂１７で接合されている点が異なる。これにより、光ファイバ伝送路２の端面を斜めに加工しなくとも、光ファイバ伝送路２の端面における反射を大幅に低減させることができる。
【００６２】
＜第２３の実施の形態＞
図２４は本発明の第２３の実施の形態の要部断面図を示す。図２０の第１８の実施の形態と比較して、レンズ１１と光ファイバ伝送路２がフィジカルコンタクトされている点が異なる。これにより、光ファイバ伝送路２の端面を斜めに加工しなくとも、光ファイバ伝送路２の端面における反射を大幅に低減させることができるとともに、光ファイバ伝送路２の着脱が可能な双方向光モジュール１を構成することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１〜８、２４に記載の発明によれば、光導波路からこの光モジュール内に導かれた受信光信号をレンズで集光し、発光素子である半導体レーザのごく近傍に配置された受光素子に入射させて信号を受信することができるため、従来の双方向光モジュールに比べて少ない部品点数で構成でき、小型化、低コスト化を実現できる。また、このような半導体レーザと受光素子を近傍に配置した構成では、光送受信特性を最適化する箇所が少なくなるため、半導体レーザの実装に高い精度が必要となる場合が考えられるが、本発明の構成では、成形体とサブキャリアの接合面をずらすことと、サブキャリアとレンズの位置関係を調整することによって、光送受信特性を最適化できるため、半導体レーザの実装精度を緩和できる。
請求項９に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同じ作用、効果が得られるほか、キャリアの電位と受光素子の電位を分けることが可能となる。
請求項１０、１１に記載の発明によれば、モジュール内にプリアンプを内蔵し、プリアンプと受光素子を近接配置することで、モジュールパッケージをシールドケースとして利用することができるとともに、受光素子とプリアンプの接続を短くできるため、雑音耐力を向上させることができる。
請求項１２、１３に記載の発明によれば、半導体レーザの放熱性を向上させることができる。
請求項１４に記載の発明によれば、反射による送受信光量の減衰を低減できるとともに、半導体レーザの発光面が成形体の一面とほぼ平行である場合に、半導体レーザの外部共振を抑えることができる。
請求項１５に記載の発明によれば、半導体レーザの発光面が成形体の入射面とほぼ平行である場合に、その間を屈折率整合樹脂で充填することで、半導体レーザの外部共振を抑えることができる。
請求項１６に記載の発明によれば、同一波長による双方向光モジュールを実現できる。
請求項１７に記載の発明によれば、２波長による双方向光モジュールを実現できる。
請求項１８〜２１に記載の発明によれば、受光素子が受信すべきでない波長の光を低減できる。
請求項２２に記載の発明によれば、光導波路端面を斜めに加工しなくとも、光導波路端面での反射を大幅に低減させることができる。
請求項２３に記載の発明によれば、光導波路端面を斜めに加工しなくとも、光導波路端面での反射を大幅に低減させることができるとともに、光導波路の着脱が可能な双方向光モジュールを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
（ａ）半導体レーザが右側にずれた図
（ｂ）半導体レーザが左側にずれた図
【図２】本発明の第２の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図４】本発明の第２、第３の実施の形態における双方向光モジュールの効果を説明するための要部平面図
（ａ）サブキャリアが正常な角度の図
（ｂ）サブキャリアが反時計回り方向にずれた図
（ｃ）サブキャリアが時計回り方向にずれた図
【図５】本発明の第４の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図６】図５の受光素子を示す平面図
【図７】図５の受光素子を示す側面図
【図８】本発明の第５の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図９】図８の受光素子を示す平面図
【図１０】本発明の第６の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図１１】図１０の受光素子を示す平面図
【図１２】図１０の受光素子を示す側面図
【図１３】本発明の第７の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図１４】図１３の受光素子を示す平面図
【図１５】本発明の第８の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図１６】本発明の第９の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図１７】本発明の第１０の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図１８】本発明の第１１の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図１９】本発明の第１５の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図２０】本発明の第１８の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図２１】本発明の第１９の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図２２】本発明の第２１の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図２３】本発明の第２２の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図２４】本発明の第２３の実施の形態における双方向光モジュールの要部断面図
【図２５】従来の双方向光ユニットの構成ブロック図
【符号の説明】
１ 双方向光モジュール
１１ レンズ
１２、１８ 成形体
１３ 受光素子
１４ 半導体レーザ
１５ サブキャリア
１６ プリアンプ
１７ 屈折率整合樹脂
１９ キャリア
１２１ ビームスプリッタ層
１２２、１８１ 波長選択形ビームスプリッタ層
１３１ 受光領域
１３２ Ｐ側電極
１３３ Ｎ側電極
１３４、１３４ａ、１３４ｂ 電気配線
１３５ 導電性接合剤
１９１、１９１ａ、１９１ｂ キャリア突起部（支持体）

Claims (24)

  1. 受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
    少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
    上段と下段を形成する段差部と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
    前記サブキャリアの上段に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
    一面が前記サブキャリアの１つの面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
    前記成形体に所定角度で傾斜して埋め込まれ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
    前記透過性の成形体の下方の位置で、前記サブキャリアの下段に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
    有する双方向光モジュール。
  2. 受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
    少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
    前記キャリアに固定され、前記平坦面に対して所定角度で傾斜した面を有する支持部材と、
    上段と下段を形成する段差部と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
    前記サブキャリアの上段に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
    一面が前記支持部材の前記傾斜した面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
    前記成形体に取り付けられ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
    前記透過性の成形体の下方の位置で、前記サブキャリアの下段に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
    有する双方向光モジュール。
  3. 受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
    少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
    前記キャリアに固定された支持部材と、
    上段と下段を形成する段差部と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
    前記サブキャリアの上段に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
    一面が前記支持部材の１つの面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
    前記成形体に所定角度で傾斜して埋め込まれ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
    前記透過性の成形体の下方の位置で、前記サブキャリアの下段に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
    有する双方向光モジュール。
  4. 受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
    少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
    前記平坦面に対して所定角度で傾斜した傾斜面と、上面及び下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
    前記サブキャリアの前記上面に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
    一面が前記サブキャリアの前記傾斜面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
    前記成形体に取り付けられ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
    前記透過性の成形体の下方の位置で、前記キャリアの前記平坦面に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
    有する双方向光モジュール。
  5. 受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
    少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
    上面と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
    前記サブキャリアの前記上面に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
    一面が前記サブキャリアの１つの面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
    前記成形体に所定角度で傾斜して埋め込まれ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
    前記透過性の成形体の下方の位置で、前記キャリアの前記平坦面に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
    有する双方向光モジュール。
  6. 受信光と送信光を透過、集光するレンズと、
    少なくとも一部に平坦面を有するキャリアと、
    前記キャリアに固定され、前記平坦面に対して所定角度で傾斜した面を有する支持部材と、
    上面と下面を有し、前記下面が前記キャリアの前記平坦面に接合されるサブキャリアと、
    前記サブキャリアの前記上面に実装されて送信光を水平方向に出射する発光素子と、
    一面が前記支持部材の前記傾斜した面の少なくとも一部に接合された透過性の成形体と、
    前記成形体に取り付けられ、前記レンズを透過して与えられる上方からの受信光を下方に透過させるとともに、前記発光素子の出射光を上方に反射して前記レンズに与えるビームスプリッタ層と、
    前記透過性の成形体の下方の位置で、前記キャリアの前記平坦面に直接あるいは他の部材を介して実装されて前記ビームスプリッタ層を透過した上方からの受信光を受光する受光素子とを、
    有する双方向光モジュール。
  7. 前記所定角度が略４５°である請求項１から６のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  8. 前記キャリアが導電性であって前記受光素子のＮ側電極が前記受光素子の下面に形成され、前記Ｎ側電極が導電性接合材を介して前記キャリアの表面に接合され、前記受光素子のＰ側電極が、前記受光素子の上面に形成されている請求項４から６のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  9. 前記受光素子のＰ側電極とＮ側電極が共に前記受光素子の上面に形成され、前記Ｐ側電極とＮ側電極が、前記キャリアとは電気的に絶縁されている請求項４から６のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  10. 前記キャリア上の前記受光素子の近傍に、前記受光素子で発生した受光信号を増幅するプリアンプを配置した請求項１から９のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  11. 前記他の部材が、前記キャリア又は前記サブキャリアの表面に実装され、前記受光素子で発生した受光信号を増幅するプリアンプである請求項１から９のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  12. 前記サブキャリアがシリコンから成る請求項１から１１のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  13. 前記サブキャリアが窒化アルミから成る請求項１から１１のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  14. 前記成形体の光入射面、及び光出射面の一部、又は全部に反射防止膜を形成した請求項１から１３のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  15. 前記発光素子と前記成形体の間に屈折率整合樹脂を充填した請求項１、４、９から１４のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  16. 前記ビームスプリッタは、所定の波長をあらかじめ定められた比率で分割するものである請求項１から１５のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  17. 前記ビームスプリッタは、波長選択形ビームスプリッタである請求項１から１５のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  18. 前記成形体の表面の一部又は全部に、前記受光素子が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層を有する第２の成形体を貼り付けた請求項１から１７のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  19. 前記成形体の内部又は表面の一部又は全部に、前記受光素子が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層を追加して形成した請求項１から１７のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  20. 前記受光素子は、受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択特性を有する請求項１から１９のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  21. 前記受光素子の光入射面の一部又は全部に、前記受光素子が受信すべきでない波長の光を低減させる波長選択形ビームスプリッタ層を有する第２の成形体を貼り付けた請求項１から２０のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  22. 前記レンズと光導波路を屈折率整合樹脂で接合した請求項１から２１のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  23. 前記レンズと光導波路をフィジカルコンタクトした請求項１から２１のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
  24. 請求項１から２３のいずれか１つに記載の双方向光モジュールを搭載した光伝送装置。
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