JP2009251375A

JP2009251375A - 光伝送モジュール及び光伝送システム

Info

Publication number: JP2009251375A
Application number: JP2008100501A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Ishigami; 良明石神; Kenichi Tamura; 健一田村
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-08
Also published as: US20090252503A1; JP4983703B2

Abstract

【課題】クロストークの発生を極力防止し、誤作動しない双方向通信タイプの光伝送モジュールを提供する。
【解決手段】光信号Ｌ１を送信する１つ以上の送信用光素子１９と、光信号Ｌ２を受信する１つ以上の受信用光素子２０と、１つ以上の光信号Ｌ１、光信号Ｌ１とは波長の異なる１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学部材５とを有し、光ファイバ２の光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、傾斜面の１つに各光信号の一部またはほぼ全部を透過、あるいは各光信号の一部を反射させる光フィルタ１７を設け、傾斜面の他の１つに光信号Ｌ１またはＬ２を反射させる反射面１５ｒを形成し、光ファイバ２と対向するファイバ側端面５ｆにファイバ用レンズ１４ｆを設け、光フィルタ１７は、送信用光素子１９と受信用光素子２０の配置に応じて送信用光素子１９から送信した光信号Ｌ１が相手側の送信用光素子に漏れ込まない分波特性が設定されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、電気信号を光信号に、光信号を電気信号に変換するモジュール同士を光ファイバで接続し、モジュール間において光信号を送信または受信する光伝送モジュール及び光伝送システムに関する。

ネットワーク装置（スイッチ、ルータ）、サーバは処理能力向上のため分散処理、クラスタ接続を行っている。

しかし、近年の著しいデータの高速化、大容量化の要求に対し、メタル配線では伝送距離、伝送容量、体積、重量が限界に達し、その代替えとして、光伝送モジュールの需要が急速に伸びている。

従来の光伝送モジュールは信号の上りと下りに２本の光ファイバを用いたシングルチャネルが主流であり、伝送容量の更なる増加に対応するには、光伝送モジュールの台数を単純に増やすか、もしくはチャネル当たりの伝送容量を上げる必要がある。

しかしながら、モジュールの台数を増やすと装置が大型になり、また、伝送容量を上げるには高価なレーザや複雑な高周波回路が必要などコスト的に不利であった。

そこで、最近では１台の光伝送モジュールで、複数の光信号を送受信可能なパラレル（並列）光伝送モジュールが脚光を浴びている。

このパラレル光伝送モジュールの出現により、１チャンネル当たりのモジュール占有体積とコストが劇的に低減された。その反面、パラレル光伝送モジュール間を結ぶ光ファイバのコスト比率が高まった。

上述した従来の光伝送モジュールとしては、図１７に示すような光伝送モジュール１７１がある。この光伝送モジュール１７１では、プリント基板１７２に光電変換モジュール１７３を設け、その光電変換モジュール１７３の一端に光ファイバケーブルコネクタ部１７４を設け、これをハウジング１７５に収納し、そのハウジング１７５の一端部に電気プラグ部１７６を設けている。この光伝送モジュール１７１は、光ファイバケーブルコネクタ部１７４に光ファイバケーブルを接続して使用される。

しかし、従来の光伝送モジュール１７１は、大きさが等しい＋、−の電気信号を光信号に変換し、光伝送路となる光ファイバケーブルに単に伝送あるいはこれとは逆の伝送を行うものである。

つまり、従来の光伝送モジュール１７１は、１本の光ファイバについて見れば、送信あるいは受信動作しか行っていないため、特にサーバ用の高速インターフェース規格であるインフィニバンドで使用する場合に、モジュール全体が大型になる、部品が多い、高価であるといった問題がある。

特に、最近の光伝送モジュールには、１本の光ファイバで送信または受信を同時に行う双方向通信タイプが要求されてきているが、多芯は勿論のことながら単芯でも伝送速度を高速に保ちながらコンパクトにした製品はない。

特開２００４−３５５８９４号公報特開２００６−３０９１１３号公報

近年、マルチモード光ファイバを用いた高速光伝送用のレーザとして、レーザ光の出射方向がウェハ面に対して垂直方向である垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）が多用されている。

また、活性層の材質はＧａ_1-xＡｌ_xＡｓやＧａ_1-xＩｎ_xＡｓ（III−Ｖ族半導体）で波長範囲は０．７〜１．０μｍ、特に０．８〜０．９６μｍのＶＣＳＥＬが市場の大半を占めている。

ここで、このようなＶＣＳＥＬを備えた光伝送モジュールで使用される光フィルタに対し、入射角度４５°の分光特性のシミュレーション結果を図１、図２に示す。

波長帯域９２０ｎｍ近辺の信号光（以後、光信号Ｌ２と称す）を全透過状態（透過率１００％）にできるが、８４０ｎｍ近辺の光信号（以後、光信号Ｌ１とする）のＰ波（入射面に対して、電界成分が平行な偏光成分）を全反射状態（反射率１００％）にすることは困難である。

同様に図３と図４はＬ１を全透過状態にした場合で、このときの光信号Ｌ２を全反射状態にすることはできない。

一般的なＶＣＳＥＬから出射する光のＳ波成分（入射面に対して、電界成分が垂直な偏光成分）とＰ波成分、および中間成分の存在比率は均一であることから、今後は、偏波方向を区別せず、Ｓ波とＰ波の平均値を使って説明する。

このように光信号Ｌ１，Ｌ２のどちらかを透過率１００％にできても、どちらかの反射率を１００％にすることができない。

これらの原因は以下の２点である
１．波長範囲が１６０ｎｍと狭い
２．入射角度が４５°と大きく、Ｐ波を全反射することが困難
つまり、１本の光ファイバで送信または受信を同時に行う双方向通信タイプの光伝送モジュールにおいて、送信用光素子として一般的なＶＣＳＥＬを使用する場合、各光信号の一部またはほぼ全部を透過または反射させる光フィルタを適切に設計しないと、クロストーク（例えば、ＶＣＳＥＬに発振波長とは異なる光信号が入射するなど）が発生し、光伝送モジュールが誤作動することがある。

そこで、本発明の目的は、クロストークの発生を極力防止し、誤作動しない光伝送モジュール及び光伝送システムを提供することにある。

上記目的を達成するために創案された本発明は、光信号を送信する１つ以上の送信用光素子と、光信号を受信する１つ以上の受信用光素子と、光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１、及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる上記光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学部材とを有する光伝送モジュールにおいて、上記光ファイバと機械的に嵌合される嵌合部を有すると共に、上記光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、上記傾斜面の１つに上記各光信号の一部またはほぼ全部を透過、あるいは上記各光信号の一部を反射させる光機能部材を設け、上記傾斜面の他の１つに上記光信号を反射させる反射面を形成し、上記光ファイバと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設け、上記光機能部材は、上記送信用光素子と上記受信用光素子の配置に応じて上記送信用光素子から送信した光信号が相手側の送信用光素子に漏れ込まない分波特性が設定されている光伝送モジュールである。

上記光機能部材は光フィルタであるとよい。

また本発明は、光信号を送信する１つ以上の送信用光素子と、光信号を受信する１つ以上の受信用光素子と、光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１、及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる上記光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学部材とを有する光伝送モジュールにおいて、上記光ファイバと機械的に嵌合される嵌合部を有すると共に、上記光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、上記傾斜面の１つに上記各光信号の一部またはほぼ全部を透過、あるいは上記各光信号の一部を反射させる光機能部材を設け、上記傾斜面の他の１つに上記光信号を反射させる反射面を形成し、上記光ファイバと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設け、上記光機能部材は、上記送信用光素子と上記受信用光素子の配置に応じて上記送信用光素子から送信した光信号が相手側の送信用光素子の動作特性に影響を与えない分波特性が設定されている光伝送モジュールである。

上記光機能部材はハーフミラーであるとよい。

上記送信用光素子は、垂直共振器面発光レーザであり、その発振波長範囲が０．７〜１．０μｍであるとよい。

さらに本発明の光伝送システムは、請求項１、２、５いずれかに記載の光伝送モジュールを第１の光伝送モジュールと第２の光伝送モジュールとで構成し、上記第１の光伝送モジュールは、１個以上の第１送信用光素子と、１個以上の第１受信用光素子と、第１反射面と、第１光機能部材とからなり、上記第２の光伝送モジュールは、１個以上の第２送信用光素子と、１個以上の第２受信用光素子と、第２反射面と、第２光機能部材とからなり、上記第１の光伝送モジュールと上記第２の光伝送モジュールとを１本以上の光ファイバを介して光学的に接続し、上記第１送信用光素子は上記第１光機能部材に対向し、上記第１受信用光素子は上記第１反射面に対向し、上記第２送信用光素子は上記第２光機能部材に対向し、上記第２受信用光素子は上記第２反射面に対向し、上記第１光機能部材のＬ２の透過率はほぼ１００％、上記第２光機能部材のＬ１の透過率はほぼ１００％であるものである。

本発明の光伝送システムは、請求項３〜５いずれかに記載の光伝送モジュールを第１の光伝送モジュールと第２の光伝送モジュールとで構成し、上記第１の光伝送モジュールは、１個以上の第１送信用光素子と、１個以上の第１受信用光素子と、第１反射面と、第１光機能部材とからなり、上記第２の光伝送モジュールは、１個以上の第２送信用光素子と、１個以上の第２受信用光素子と、第２反射面と、第２光機能部材とからなり、上記第１の光伝送モジュールと上記第２の光伝送モジュールとを１本以上の光ファイバを介して光学的に接続し、上記第１送信用光素子は上記第１光機能部材に対向し、上記第１受信用光素子は上記第１反射面に対向し、上記第２送信用光素子は上記第２光機能部材に対向し、上記第２受信用光素子は上記第２反射面に対向し、上記第１、第２光機能部材のＬ１，Ｌ２の透過率が９０％、反射率が１０％であってもよい。

本発明の光伝送システムは、請求項３〜５いずれかに記載の光伝送モジュールを第１の光伝送モジュールと第２の光伝送モジュールとで構成し、上記第１の光伝送モジュールは、１個以上の第１送信用光素子と、１個以上の第１受信用光素子と、第１反射面と、第１光機能部材とからなり、上記第２の光伝送モジュールは、１個以上の第２送信用光素子と、１個以上の第２受信用光素子と、第２反射面と、第２光機能部材とからなり、上記第１の光伝送モジュールと上記第２の光伝送モジュールとを１本以上の光ファイバを介して光学的に接続し、上記第１送信用光素子は上記第１反射面に対向し、上記第１受信用光素子は上記第１光機能部材に対向し、上記第２送信用光素子は上記第２反射面に対向し、上記第２受信用光素子は上記第２光機能部材に対向し、上記第１、第２光機能部材のＬ１，Ｌ２の透過率が１０％、反射率が９０％であってもよい。

本発明によれば、クロストークの発生を極力防止でき、誤作動しない双方向通信タイプの光伝送モジュールを実現できる。

以下、本発明の好適な第１の実施形態を示す光伝送モジュールを用いた光伝送システムを、図５を用いて説明する。

図５に示すように、光伝送システム（通信システム）１０は、電気信号を光信号に、光信号を電気信号に変換する第１の実施形態に係る光伝送モジュール（多芯双方向光伝送モジュール、あるいはアクティブコネクタモジュール）１Ａ，１Ｂ（以下、光伝送モジュール１ともいう）同士を、異なる波長の光信号を伝送するための光ファイバ２を複数本並列配置してなる多芯ファイバ３で接続し、電気信号を光信号に変換し、または光信号を電気信号にして光伝送モジュール１Ａ，１Ｂ間で送信または受信するものである。

本実施形態では、光ファイバ２としてマルチモードファイバ（ＭＭＦ）を用い、これを伝送１２チャネル分として１２本並列配置してなるテープファイバを多芯ファイバ３として用いた。各光ファイバ２を伝送する異なる波長の光信号としては、一方の光伝送モジュール１Ａ用となる波長λ１の光信号Ｌ１と、他方の光伝送モジュール１Ｂ用となる波長λ２の光信号Ｌ２を用いた。後述する送信用光素子に用いる半導体レーザ（ＬＤ）として、波長が８５０ｎｍ近辺の光を出射する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いることにより、波長λ１と波長λ２の波長間隔が２５〜８０ｎｍ（例えば、波長λ１：８４０ｎｍ近辺、波長λ２：９２０ｎｍ近辺）の光信号Ｌ１，Ｌ２を用いることができる。

次に、第１の実施形態に係る光伝送モジュール１の全体構成を、図６を用いて説明する。

図６に示すように、光伝送モジュール１は、多芯ファイバ３と、フェルール４と、光学部材（光伝送モジュール用光学部材）５と、図示しない送信用光素子および受信用光素子をセラミックス製のパッケージ６上に実装した光素子アセンブリ７と、その光素子アセンブリ７に搭載された送信用光素子および受信用光素子が電気的に接続される回路基板（メイン基板）８と、他端部（図６では左斜め下端部）６５が開口したモジュール用ケース９とで主に構成される。

フェルール４には、多芯ファイバ３の他端部（後述する図１０では左端部）が挿入される。本実施形態では、フェルール４としてＭＴ（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙＴｒａｎｓｆｅｒａｂｌｅ：多芯一括接続が可能）フェルールを用いた。

光学部材５は、回路基板８の上方となる光素子アセンブリ７上に搭載され、送信用光素子からの光信号をフェルール４に挿入された光ファイバ２に入射、またはフェルール４に挿入された光ファイバ２からの光信号を受信用光素子に入射する。

すなわち、光学部材５は、光ファイバ２から出射する光信号Ｌ２及び光信号Ｌ２とは波長が異なり光ファイバ２に入射する光信号Ｌ１の光路を変換する。

回路基板８の他端部には、その表裏面に図示しない複数個の接続端子が形成されて基板用のカードエッジ部１１が構成される。上述した装置、例えばネットワーク装置（スイッチ、ルータ）、サーバには、カードエッジ部１１と機械的、電気的に嵌合するアダプタが設けられており、上述した装置に光伝送モジュールが挿抜自在に設けられる。

モジュール用ケース９は、上部が開口した箱状の下ケース９ｄと、その開口を覆う板状の上ケース９ｕとからなり、放熱性が高いＡｌやＺｎなどの金属材料を用いて金属ダイカストで形成される。下ケース９ｄには、多芯ファイバ３の他端部３ａ、フェルール４、光学部材５、光素子アセンブリ７、回路基板８が収納される。下ケース９ｄには、ネジにより上ケース９ｕが取り付けられて固定される。

次に、第１の実施形態に係る光伝送モジュール１の主要部と光学部材５の構成と動作を説明する。図７（ａ）は、第１の実施形態に係る光伝送モジュールの主要部を示す概略上面の平面図、図７（ｂ）はその縦断面図である。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、光学部材５の光ファイバ２側には、多芯ファイバ３を構成する各光ファイバ２の他端面（後述する図４に示すフェルール４の他端面）と対向する面（ファイバ側端面、あるいはファイバ側の光入出射端面）５ｆが形成されている。この光学部材５のファイバ側端面５ｆには、光ファイバ２側溝としての凹溝１２ｆが形成され、その凹溝１２ｆの凹部底面１２ｃに、多芯ファイバ３の各光ファイバ２と光学的に結合され、その配列ピッチに合わせて形成した複数個のファイバ用レンズ１３ａ，１３ｂ…からなるファイバ用レンズアレイ１４ｆが形成される。

光学部材５の上部ほぼ中央には、光学部材５の一端面５ｆ側に、光ファイバ２の光軸に対し略４５°傾斜した２面以上の傾斜面の１つであるフィルタ搭載面１５ａを有するほぼ凹状（縦断面視でほぼ台形状）のフィルタ搭載部１６が形成される。フィルタ搭載面１５ａには、フェルール４（図２参照）に挿入された光ファイバ２に入射する光信号Ｌ１を反射し、フェルール４に挿入された光ファイバ２から出射する光信号Ｌ２を透過させる光機能部材として、１枚の光フィルタ１７が使用される波長の光に対して透明な接着剤により貼り付けられて搭載される。

光フィルタ１７は、所定波長帯域の光信号を反射し、それ以外の波長帯域の光信号を透過するものである。本実施形態では、光フィルタ１７として、波長λ１の光信号Ｌ１を反射し、波長λ２の光信号Ｌ２を透過するように、誘電体多層膜からなる光フィルタ１７を用いた。

光フィルタ１７搭載後のフィルタ搭載部１６には、光フィルタ１７を覆うように、好ましくはフィルタ搭載部１６を充填するように、ポッティングにより、光信号Ｌ１，Ｌ２に対して透明な樹脂ｒを設けることにより、光フィルタ１７の信頼性向上、ゴミの付着防止などの効果が得られる。

この透明な樹脂ｒには、ＵＶ（紫外線）硬化型、熱硬化型を用いる。樹脂の材質はエポキシ系、アクリル系、シリコーン系等であり、使用される波長の光に対して透明である。光フィルタ１７を貼り付けるための上述した接着剤も同様の材質である。

更に、光ファイバ２の光軸に対し略４５°傾斜した２面以上の傾斜面として、他の１つである光学部材５の他端面（ファイバ側とは反対側（コネクタ部材側）の端面）５ｃ側には、フェルール４に挿入された光ファイバ２から出射され、光フィルタ１７を透過した光信号Ｌ２を反射する反射面１５ｒが形成される。

反射面１５ｒは、光学部材５とは屈折率が大きく異なる物質や、光学部材５よりも反射率が大きい物質と接することにより、光信号Ｌ２をほぼ全反射（９５％以上反射）することができる。本実施形態では、光学部材５とは大きく異なる屈折率を有する物質として外気（空気）と接する構造となっているが、外気の他に、例えばＡｕなどの金属を蒸着した金属ミラーを用いても良い。

パッケージ６は、上部に開口が形成され、その開口部に臨む内底面上に、光学部材５に入射する光信号Ｌ１を出射する送信用光素子（例えば、ＬＤ素子）を、各光軸が平行となるよう複数個並列配置してなる（例えば、配列ピッチ２５０μｍ）送信用光素子アレイ１９と、光学部材５から出射する光信号Ｌ２が入射する受信用光素子（例えば、フォトダイオード（ＰＤ）素子）を複数個並列配置してなる（例えば、配列ピッチ２５０μｍ）受信用光素子アレイ２０とが搭載される。

本実施形態では、多芯ファイバ３を構成する光ファイバ２の数に応じ、送信用光素子アレイ１９として、１２個のＬＤ素子からなる面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）を用い、受信用光素子アレイ２０として、１２個のＰＤ素子からなるＰＤアレイを用いた。

光学部材５の一端面５ｆとは異なる端面として、光学部材５の一端側の下面（光素子側端面、あるいは光素子側の入出射面）５ｄには、一方の光素子側溝としての凹溝１２ｔが形成される。この凹溝１２ｔの内上面には、送信用光素子アレイ１９の配列ピッチに合わせて形成した複数個（本実施形態では１２個）の送信用レンズからなる送信用レンズアレイ１４ｔが形成される。

更に、光学部材５の他端側の下面５ｄには、他方の光素子側溝としての凹溝１２ｒが形成される。この凹溝１２ｒの内上面には、受信用光素子アレイ２０の配列ピッチに合わせて形成した複数個（本実施形態では１２個）の受信用レンズからなる受信用レンズアレイ１４ｒとが形成される。

送信用レンズアレイ１４ｔの各送信用レンズは、送信用光素子アレイ１９のＬＤ素子と対向するように、受信用レンズアレイ１４ｒの各受信用レンズは、受信用光素子アレイ２０の各ＰＤ素子と対向するように、光学部材５の下面５ｄにそれぞれ形成される。

光学部材５では、凹溝１２ｔ，１２ｒの内上面にレンズアレイを形成することで、例えば、製造組立工程において、光学部材５をトレイなどに並べて置いたときに、レンズ面がトレイに接触しないので、レンズ面の保護が可能になり、光学部材５の取り扱いが容易になる。

この光学部材５は、プラスチック射出成形により、光信号Ｌ１，Ｌ２に対して透明な光学樹脂で一括形成される。材料に用いられる光学樹脂には、アクリル系樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）系樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）系樹脂などがある。また、材料強度や耐熱性を向上するのであれば、スーパーエンジニアリングプラスチックであるＰＥＩ（ポリエーテルイミド）が適している。本実施形態に係る光学部材５には、これらいずれの光学樹脂を用いてもよい。この際、光学部材５の材料である光学樹脂として、屈折率が１．４５〜１．６５のものを用いることができるが、光信号の損失が少なければこの屈折率に限る必要は無い。

ここで、光伝送モジュール１に使用する光フィルタ１７を、図８を用いてより詳細に説明する。

光フィルタ１７において、図８（ａ１）、図８（ａ２）は光信号Ｌ１を透過率１００％に、図８（ｂ１）、図８（ｂ２）は光信号Ｌ２を透過率１００％に設定したときのシミュレーション結果である。図８より光フィルタ１７の分光特性として透過率１００％の波長領域に応じて２種類が考えられる。これら２種類の光フィルタ１７を光フィルタ１７Ａ，１７Ｂと称して区別する。

図５の光伝送モジュール１で信頼性の高い高速光伝送を行うには、２種類の光フィルタ１７Ａ，１７Ｂを適切に選択し、構造を限定する必要があることが判った。そこで、図９（ａ）および図９（ｂ）に光モジュール１の最適な構造の一例を示す。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、例えば、光伝送モジュール９１Ｂ（図５の光伝送モジュール１Ｂに相当）では、光信号Ｌ１を全透過する光フィルタ１７Ａを用い、光伝送モジュール９１Ａ（図５の光伝送モジュール１Ａに相当）では、光信号Ｌ２を全透過する光フィルタ１７Ｂを用い、これら光フィルタ１７Ａ，１７Ｂで１組の光フィルタ１７を構成する。光フィルタ１７Ａ，１７Ｂは、送信用光素子アレイ１９と受信用光素子アレイ２０の配置に応じて送信用光素子アレイ１９から送信した光信号が相手側の光伝送モジュールの送信用光素子に漏れ込まない分波特性が設定されている。

図７（ｂ）の送信用光素子アレイ１９は、光信号Ｌ１を送信する第１の送信用光素子を各光軸が平行となるよう複数個並列配置してなる（図９（ａ）では紙面の手前から奥へ配置した）第１の送信用光素子群３１ａと、光信号Ｌ２を送信する第２の送信用光素子を各光軸が平行となるよう複数個並列配置してなる（図９（ｂ）では紙面の奥から手前へ配置した）第２の送信用光素子群３１ｂとからなる。

また、図７（ｂ）の受信用光素子アレイ２０は、光信号Ｌ２を受信する第１の受信用光素子を第１の送信用光素子に対向させて複数個一列に配置した第１の受信用光素子群３２ａと、光信号Ｌ１を受信する第２の受信用光素子を複数個一列に配置した第２の受信用光素子群３２ｂとからなる。

第１の送信用光素子群３１ａは光フィルタ１７Ｂを臨む下方に配置され、第２の送信用光素子群３１ｂは光フィルタ１７Ａを臨む下方に配置される。第１、第２の受信用光素子群３２ａ，３２ｂは、反射面１５ｒを臨む下方に配置される。

次に、フェルール４は図１０を用い、光学部材１１０は図１１を用いてより詳細に説明する。

図１０に示すように、フェルール４は、全体がほぼ直方体状に形成され、その他端面４ｃの両側には、光学部材１１０と機械的に嵌合するための被嵌合部として、フェルール用嵌合溝１０１，１０１が形成される。これらフェルール用嵌合溝１０１，１０１間には、他端面４ｃから一端面４ｆまでフェルール４の長さ方向に沿って貫通したファイバ挿入孔１０２が複数個（図１０では１２個）並列配置して形成される。各ファイバ挿入孔１０２は、上述したファイバ用レンズアレイ１４ｆの各ファイバ用レンズ１３ａ，１３ｂ…にそれぞれ対向するように、各ファイバ用レンズ１３ａ，１３ｂ…と同じ配列ピッチで形成される。

図１１に示すように、光学部材１１０の一端面５ｆには、フェルール用嵌合溝１１１，１１１（図１０参照）と機械的に嵌合する嵌合部としての嵌合突起１１１，１１１が形成される。

嵌合突起１１１，１１１とフェルール用嵌合溝１０１，１０１とで互いに嵌合する結合部（接続部）が構成され、これら嵌合突起１１１，１１１とフェルール用嵌合溝１０１，１０１とを嵌合することで、光学部材１１０の一端面５ｆとフェルール４の他端面４ｃが突き合わせ接続されて各光ファイバ２と光学部材１１０が光学的に結合される。

もちろん、光学部材側に嵌合部としての嵌合溝を形成し、フェルール側に被嵌合部としての嵌合突起を形成してもよい。光学部材１１０の上縁部は、光部品あるいは電気部品を実装する実装装置（マウンタ）のコレットチャックでつかむために、四角枠状の平坦部１１０ｆになっている。

次に第１の実施形態の作用を説明する。

図６および図７に示す光伝送モジュール１では、回路基板８からの各チャネル用となる１２個の電気信号は、送信用光素子アレイ１９で波長λ１の光信号Ｌ１にそれぞれ変換され、各光信号Ｌ１が光素子側レンズアレイ２４の送信用レンズアレイ１４ｔでコリメート光に変換され（光学部材５の場合は、その送信用レンズアレイ１４ｔでコリメート光に変換され）、光学部材１１０に入射される。その後、各光信号Ｌ１は、光フィルタ１７で反射され、ファイバ用レンズアレイ１４ｆで集光されて光学部材１１０から出射され、多芯ファイバ３の各光ファイバ２に入射されることで、相手側の光伝送モジュールに送信される。

また、相手側の光伝送モジュールから送信された各チャネル用の１２個の波長λ２の光信号Ｌ２は、多芯ファイバ３の各光ファイバ２から出射され、光学部材１１０のファイバ用レンズアレイ１４ｆでコリメート光に変換されて光学部材１１０に入射され、光フィルタ１７を透過し、反射面１５ｒで反射されて光学部材１１０から出射される。その後、各光信号Ｌ２は、光素子側レンズアレイ２４の受信用レンズアレイ１４ｒで集光され、次に受信用光素子アレイ２０で各チャネル用の１２個の電気信号に変換され、回路基板８に伝送されることで、相手側の光伝送モジュールからの各光信号Ｌ２が受信される。

図９（ａ）および図９（ｂ）で説明したように、特に、光伝送モジュール１では、適切な光フィルタ１７として図８に示す光フィルタ１７Ａと光フィルタ１７Ｂを用いている。図９（ａ）に示すように、光伝送モジュール９１Ａでは、光フィルタ１７Ｂが光信号Ｌ２を全透過するように設定されているため、第１の送信用光素子群３１ａを構成する送信用光素子（ＶＣＳＥＬ１）に光信号Ｌ２が漏れ込むことはない。

また、図９（ｂ）に示すように、光伝送モジュール９１Ｂでは、光フィルタ１７Ａが光信号Ｌ１を全透過するように設定されているため、第２の送信用光素子群３２ｂを構成する送信用光素子（ＶＣＳＥＬ２）に光信号Ｌ１が漏れ込むことはない。

なお、上記にて、光フィルタ１７Ｂの光信号Ｌ２透過率、及び光フィルタ１７Ａの光信号Ｌ１透過率を全透過としたが、実質的に透過率は９７％あれば問題無い。透過率９７％以上であれば、残りの３％が光漏れ込み量となるが、後述する相手方の光フィルタの反射率又は透過率によっても、更に光漏れ込み量が減少することになるため、光素子に与える影響は無視できるレベルとなる。

したがって、光伝送モジュール１によれば、クロストークの発生を極力防止でき、誤作動しない信頼性が高い双方向通信タイプの光伝送モジュールを実現することができる。

この光学部材１１０にファイバ用レンズ１４ｆ、フィルタ搭載部１６、反射面１５ｒを形成し、フィルタ搭載部１６に１枚の光フィルタ１７を搭載するだけで光伝送モジュール１の主要部を構成できるため、従来の光伝送モジュールに比べて構成が簡単である。しかも双方向通信が可能となるため、一方向通信と比較して光ファイバ２の芯数を１／２にでき、小型で安価な光伝送モジュールを実現できる。

本実施形態に係る光伝送モジュールにおいて、光信号の波長間隔が２５ｎｍ〜８０ｎｍの狭帯域で、かつ、光フィルタへの入射角度が大きい場合、光フィルタ１７の選択には注意が必要である。

例えば、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、第１、第２の送信用光素子群３１ａ，３１ｂは反射面１５ｒを臨む下方に配置され、第１の受信用光素子群３２ａは光フィルタ１７Ａを臨む下方に配置され、第２の受信用光素子群３２ｂは光フィルタ１７Ｂを臨む下方に配置されたとする。

この場合、図１２（ａ）に示すように、光伝送モジュール１２１Ａでは、光フィルタ１７Ａが光信号Ｌ２を全反射（実質的に反射率９７％以上に）できないため、第１の送信用光素子群３１ａを構成する送信用光素子（ＶＣＳＥＬ１）に光信号Ｌ２が漏れ込んでしまい、ＶＣＳＥＬ１が誤動作するという障害が発生する。

また、図１２（ｂ）に示すように、光伝送モジュール１２１Ｂでは、光フィルタ１７Ｂが光信号Ｌ１を全反射できないため、第２の送信用光素子群３１ｂを構成する送信用光素子（ＶＣＳＥＬ２）に光信号Ｌ１が漏れ込んでしまい、ＶＣＳＥＬ２が誤動作するという障害が発生する。

次に、第２の実施形態を説明する。

第１の実施形態では、光機能部材として、波長により光信号を透過または反射させる光フィルタ１７を用いたが、光フィルタ１７に代えてハーフミラーを用いることもできる。ハーフミラーは波長に応じて分波・合波する波長選択機能は有しないが、所定の波長の光信号の透過率または反射率を任意に設定することができる。すなわち、ハーフミラーは波長に依存せず、ほぼ一定の透過率もしくは反射率を有する。

第２の実施形態に係る光伝送モジュールに使用するハーフミラーは、図１３（ａ１）、図１３（ａ２）にその分光特性を示す中心波長８８０ｎｍで透過率９０％、反射率１０％のハーフミラーＨＡと、図１３（ｂ１）、図１３（ｂ２）にその分光特性を示す中心波長８８０ｎｍで透過率１０％、反射率９０％のハーフミラーＨＢである。

前述の通り、Ｐ波の反射率を上げるのは大変困難であるため、反射率の高いハーフミラーＨＢよりも、反射率の低いハーフミラーＨＡの方が、多層反射膜の総膜数を減らすことができ、低コストである。

図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る光伝送モジュール１４１Ａ，１４１Ｂでは、信頼性の高い高速伝送を行うための最適な構造の一例として、光信号Ｌ１，Ｌ２の透過率が９０％、反射率が１０％のハーフミラーＨＡで光機能部材を構成する。ハーフミラーＨＡは、送信用光素子アレイ１９と受信用光素子アレイ２０の配置に応じて送信用光素子アレイ１９から送信した光信号が相手側の光伝送モジュールの送信用光素子の動作特性に影響を与えない分波特性が設定されている。

第１、第２の送信用光素子群３１ａ，３１ｂはハーフミラーＨＡを臨む下方に配置され、第１、第２の受信用光素子群３２ａ，３２ｂは、反射面１５ｒを臨む下方に配置される。

光伝送モジュール１４１Ａ，１４１Ｂでは、ハーフミラーＨＡの分岐比（透過率：反射率）が９：１に設定されているため、図１４（ａ）に示すように、相手側のＶＣＳＥＬ２の光信号Ｌ２がＶＣＳＥＬ１に入射しても、その光量がＶＣＳＥＬ２の光量全体の１／８１程度（＝１／９×１／９）となるので、ＶＣＳＥＬ１は誤作動しない。図１４（ｂ）についても同様である。

したがって、この光伝送モジュール１４１Ａ，１４１Ｂによっても、図９の光伝送モジュール９１Ａ，９１Ｂと同様の作用効果が得られる。

第２の実施形態に係る光伝送モジュールに用いるハーフミラーとしては、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、ハーフミラーＨＢを用いてもよい。

第１、第２の送信用光素子群３１ａ，３１ｂは反射面１５ｒを臨む下方に配置され、第１、第２の受信用光素子群３２ａ，３２ｂはハーフミラーＨＢを臨む下方に配置される。

この別例の光伝送モジュール１２１では、ハーフミラーＨＢの分岐比（透過率：反射率）が１：９に設定されているため、図１５（ａ）に示すように、相手側のＶＣＳＥＬ２の光信号Ｌ２がＶＣＳＥＬ１に入射しても、その光量がＶＣＳＥＬ２の光量全体の１／８１程度（＝１／９×１／９）となるので、ＶＣＳＥＬ１は誤作動しない。図１５（ｂ）についても同様である。

上記実施形態で説明した光伝送モジュール９１Ａ，９１Ｂ，１４１Ａ，１４１Ｂ，１５１Ａ，１５１Ｂによれば、さらなる効果も得られる。光伝送モジュールは外部への光出力パワーが規定されている。

このため、例えば、光伝送モジュール１の比較例である図１６に示す光伝送モジュール１６１のように、ＶＣＳＥＬ光のパワーを既定値以内に減衰させるために、光学部材５のファイバ側の端面に光減衰フィルタ１６２（図１６中の一点鎖線）を設ける必要がある。

しかし、本実施形態に係る光伝送モジュール９１Ａ，９１Ｂ，１４１Ａ，１４１Ｂ，１５１Ａ，１５１Ｂであれば、図９（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）ではＶＣＳＥＬ１からの光信号Ｌ１の漏れ光が、図９（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）ではＶＣＳＥＬ２からの光信号Ｌ２の漏れ光が、図らずとも各光伝送モジュールの上部に積極的に漏れる。このため、各光フィルタ１７Ａ〜１７ｄやハーフミラーＨＡ，ＨＢの設計を最適にすることで、各光伝送モジュール９１Ａ，９１Ｂ，１４１Ａ，１４１Ｂ，１５１Ａ，１５１Ｂからの出力光のパワーを規定値以内にでき、比較例のような光減衰フィルタ１６２を不要にすることも可能である。

また、図１２のように誤った光フィルタを選択してしまうと、ＶＣＳＥＬ１の誤動作という問題の他に、光減衰フィルタ１６２が必要になり、コストアップとなる。

上記実施形態では、波長λ１，λ２の光信号Ｌ１，Ｌ２を多芯双方向通信する例で説明したが、波長が異なる３波以上の光信号を用いてもよい。この場合、光フィルタは信号数に合わせた複数枚が必要になるため、これに応じて光学部材５，１１０の構成も適宜変更すればよい。

一般的な光フィルタの透過特性の一例を示す図である。一般的な光フィルタの反射過特性の一例を示す図である。一般的な光フィルタの透過特性の一例を示す図である。一般的な光フィルタの透過特性の一例を示す図である。本発明の好適な第１の実施形態を示す光伝送モジュールを用いた通信システムの概略図である。図５に示した光伝送モジュールの全体構成を示す斜視図である。図７（ａ）は第１の実施形態に係る光伝送モジュールの主要部の概略平面図、図７（ｂ）はその縦断面図である。図８（ａ１）、図２（ａ２）、図８（ｂ１）、図８（ｂ２）は、図５に示した光伝送モジュールに用いる２種類の光フィルタの分波（分光）特性の一例を示す図である。図９（ａ）、図９（ｂ）は、図５に示した光伝送モジュールの光フィルタと光素子の組み合わせの一例を示す概略図である。図５に示した光伝送モジュールのフェルールとテープファイバの結合状態を示す斜視図である。図５に示した光伝送モジュールの光学部材と光素子アセンブリの斜視図である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、誤った光フィルタの選択例を示す概略図である。図１３（ａ１）、図１３（ａ２）、図１３（ｂ１）、図１３（ｂ２）は、第２の実施形態に係る光伝送モジュールに用いる２種類のハーフミラーの分波特性の一例を示す図である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、第２の実施形態に係る光伝送モジュールの光フィルタと光素子の組み合わせの一例を示す概略図である。図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、第２の実施形態に係る光伝送モジュールの光フィルタと光素子の組み合わせの別例を示す概略図である。図１に示した光伝送モジュールの比較例を示す縦断面図である。従来の光伝送モジュールの一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１光伝送モジュール
２光ファイバ
５光学部材
１５ａフィルタ搭載面（傾斜面の１つ）
１５ｒ反射面（傾斜面の他の１つ）
１７光フィルタ（光機能部材）
Ｌ１波長λ１の光信号
Ｌ２波長λ２の光信号
１９送信用光素子
２０受信用光素子

Claims

光信号を送信する１つ以上の送信用光素子と、光信号を受信する１つ以上の受信用光素子と、光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１、及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる上記光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学部材とを有する光伝送モジュールにおいて、
上記光ファイバと機械的に嵌合される嵌合部を有すると共に、上記光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、
上記傾斜面の１つに上記各光信号の一部またはほぼ全部を透過、あるいは上記各光信号の一部を反射させる光機能部材を設け、
上記傾斜面の他の１つに上記光信号を反射させる反射面を形成し、
上記光ファイバと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設け、
上記光機能部材は、上記送信用光素子と上記受信用光素子の配置に応じて上記送信用光素子から送信した光信号が相手側の送信用光素子に漏れ込まない分波特性が設定されていることを特徴とする光伝送モジュール。
上記光機能部材は光フィルタである請求項１記載の光伝送モジュール。
光信号を送信する１つ以上の送信用光素子と、光信号を受信する１つ以上の受信用光素子と、光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１、及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる上記光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学部材とを有する光伝送モジュールにおいて、
上記光ファイバと機械的に嵌合される嵌合部を有すると共に、上記光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、
上記傾斜面の１つに上記各光信号の一部またはほぼ全部を透過、あるいは上記各光信号の一部を反射させる光機能部材を設け、
上記傾斜面の他の１つに上記光信号を反射させる反射面を形成し、
上記光ファイバと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設け、
上記光機能部材は、上記送信用光素子と上記受信用光素子の配置に応じて上記送信用光素子から送信した光信号が相手側の送信用光素子の動作特性に影響を与えない分波特性が設定されていることを特徴とする光伝送モジュール。
上記光機能部材はハーフミラーである請求項２記載の光伝送モジュール。
上記送信用光素子は、垂直共振器面発光レーザであり、その発振波長範囲が０．７〜１．０μｍである請求項１〜４いずれかに記載の光伝送モジュール。
請求項１、２、５いずれかに記載の光伝送モジュールを第１の光伝送モジュールと第２の光伝送モジュールとで構成し、
上記第１の光伝送モジュールは、１個以上の第１送信用光素子と、１個以上の第１受信用光素子と、第１反射面と、第１光機能部材とからなり、
上記第２の光伝送モジュールは、１個以上の第２送信用光素子と、１個以上の第２受信用光素子と、第２反射面と、第２光機能部材とからなり、
上記第１の光伝送モジュールと上記第２の光伝送モジュールとを１本以上の光ファイバを介して光学的に接続し、
上記第１送信用光素子は上記第１光機能部材に対向し、上記第１受信用光素子は上記第１反射面に対向し、
上記第２送信用光素子は上記第２光機能部材に対向し、上記第２受信用光素子は上記第２反射面に対向し、
上記第１光機能部材のＬ２の透過率はほぼ１００％、上記第２光機能部材のＬ１の透過率はほぼ１００％であることを特徴とする光伝送システム。
請求項３〜５いずれかに記載の光伝送モジュールを第１の光伝送モジュールと第２の光伝送モジュールとで構成し、
上記第１の光伝送モジュールは、１個以上の第１送信用光素子と、１個以上の第１受信用光素子と、第１反射面と、第１光機能部材とからなり、
上記第２の光伝送モジュールは、１個以上の第２送信用光素子と、１個以上の第２受信用光素子と、第２反射面と、第２光機能部材とからなり、
上記第１の光伝送モジュールと上記第２の光伝送モジュールとを１本以上の光ファイバを介して光学的に接続し、
上記第１送信用光素子は上記第１光機能部材に対向し、上記第１受信用光素子は上記第１反射面に対向し、
上記第２送信用光素子は上記第２光機能部材に対向し、上記第２受信用光素子は上記第２反射面に対向し、
上記第１、第２光機能部材のＬ１，Ｌ２の透過率が９０％、反射率が１０％であることを特徴とする光伝送システム。
請求項３〜５いずれかに記載の光伝送モジュールを第１の光伝送モジュールと第２の光伝送モジュールとで構成し、
上記第１の光伝送モジュールは、１個以上の第１送信用光素子と、１個以上の第１受信用光素子と、第１反射面と、第１光機能部材とからなり、
上記第２の光伝送モジュールは、１個以上の第２送信用光素子と、１個以上の第２受信用光素子と、第２反射面と、第２光機能部材とからなり、
上記第１の光伝送モジュールと上記第２の光伝送モジュールとを１本以上の光ファイバを介して光学的に接続し、
上記第１送信用光素子は上記第１反射面に対向し、上記第１受信用光素子は上記第１光機能部材に対向し、
上記第２送信用光素子は上記第２反射面に対向し、上記第２受信用光素子は上記第２光機能部材に対向し、
上記第１、第２光機能部材のＬ１，Ｌ２の透過率が１０％、反射率が９０％であることを特徴とする光伝送システム。