JP2010161194A - Bidirectional optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、1つのパッケージ内に発光素子および受光素子を搭載し、光信号の送受信に用いられる同軸型の一心双方向光モジュールに関する。 The present invention relates to a coaxial single-fiber bidirectional optical module in which a light emitting element and a light receiving element are mounted in one package and used for transmission / reception of an optical signal.
光通信技術の進展に伴い、FTTH(Fiber To The Home)に代表される加入者系通信網(アクセス系)では、より高速で大容量の通信が、適切なコストで可能となるPON(Passive Optical Network)システムの導入が進んでいる。このPONシステムは、一芯双方向通信方式の採用により、局側機器(OLT:Optical Line Terminal )とユーザ側機器(ONU:Optical Network Unit )との間の光ファイバ伝送路のファイバ本数を減らし、メタルケーブル並みの低価格で、より高速なサービスを実現している。具体的には、1本の光ファイバで、1.31μm帯と1.49μm帯の2波長で送受信を行う波長多重方式(WDM:Wavelength Division Multiplexing)である。 With the advancement of optical communication technology, PON (Passive Optical), which enables high-speed and large-capacity communication at an appropriate cost, in subscriber communication networks (access systems) represented by FTTH (Fiber To The Home). Network) system is being introduced. This PON system reduces the number of fibers in the optical fiber transmission line between the station side equipment (OLT: Optical Line Terminal) and the user side equipment (ONU: Optical Network Unit) by adopting the single core bidirectional communication system. It offers a faster service at the same low price as a metal cable. Specifically, this is a wavelength division multiplexing (WDM) method in which transmission / reception is performed with two wavelengths of 1.31 μm band and 1.49 μm band using one optical fiber.
このようなPONシステムに用いるための一芯双方向光モジュールでは、レーザダイオード等の発光素子(以下、LDという)から出射される送信光を光ファイバに結合させる一方で、光ファイバを伝送してきた受信光をフォトダイオード等の受光素子(以下、PDという)に結合させている。光ファイバと送受信光との結合方法及び結合装置については、今までにも多くの提案がなされている。 In a single-core bidirectional optical module for use in such a PON system, transmission light emitted from a light emitting element such as a laser diode (hereinafter referred to as LD) is coupled to an optical fiber while transmitting the optical fiber. Received light is coupled to a light receiving element (hereinafter referred to as PD) such as a photodiode. Many proposals have been made for a method and an apparatus for coupling an optical fiber and transmitted / received light.
従来は、送信用のLDを内蔵するCANパッケージと受信用のPDを内蔵するCANパッケージを用いた2パッケージ構造の光モジュールが、組立ても従来方法で行えるということで、開発が進められていた。しかし、冒頭に記したように、低価格の要求により一芯双方向の通信で、更なるコストダウンを図ることが必要とされ、1つのCANパッケージ内に送信用のLDと受信用のPDの両方を内蔵させた1パッケージ構造の一芯双方向光モジュールについても、開発が進められるようになった。 Conventionally, development has progressed because an optical module having a two-package structure using a CAN package containing a transmission LD and a CAN package containing a reception PD can be assembled by a conventional method. However, as described at the beginning, it is necessary to further reduce the cost by single-core two-way communication due to low cost requirements, and there is a need for transmission LD and reception PD in one CAN package. Development of a single-core bidirectional optical module with a single package structure in which both of them are built has also been promoted.
図4は、現在OLT側で用いられる1パーケージ構造の一芯双方向光モジュールの一例で、光モジュール1は同軸型のパッケージで形成されている。パッケージ内には、複数のリード端子3が設けられたステム2に信号光を送信するLD4が、冷却のためのヒートシンク5等を介して搭載され、また、受信光を受光するPD6が、サブマウント7等を介して搭載されている。また、ステム2上に搭載されたLD4及びPD6とその他の電子部品を封止するようにして、送信光(LD光)及び受信光を集光させるレンズ10を設けたキャップ11が取付けられている。キャップ11には、光ファイバとの接続を形成するスリーブ部材(図示せず)を位置決めして保持するホルダ12が取付け固定されている。
FIG. 4 shows an example of a single-core bidirectional optical module having a single package structure that is currently used on the OLT side. The
レンズ10とLD4及びPD6の光学経路上には、送信光(実線で示す)を反射させると共に受信光(点線で示す)を透過させるWDMフィルタ8が傾斜させて配置される。LD4の出射部4aから出射された送信光は、このWDMフィルタ8で反射され、レンズ10で集光されてホルダ12の開口12aを通って、スリーブ部材に固定されているファイバスタブ13の光ファイバ13aに入射され、外部の光ファイバ伝送路に送出される。外部の光ファイバ伝送路から送られてきた受信光は、ファイバスタブ13の光ファイバ13aから出射され、ホルダ12の開口12aを通ってレンズ10で集光され、WDMフィルタ8を透過してPD6の受光面6aで受光される。
On the optical path of the
また、LD4から出射された信号光の一部は、WDMフィルタ8により反射されファイバスタブ13に入射されて外部に送信される以外に、WDMフィルタ8をすり抜けたり透過したりして、外部に出射されずにキャップ11内で反射を繰り返しながら減衰する迷光となる。このキャップ11内で迷光となった光が、受信用のPD6で受光すると、光クロストークの原因となり、受信特性を劣化させることになる。
In addition, a part of the signal light emitted from the
これを改善する方法として、PD6とWDMフィルタ8との間に、特定波長の光を透過し、それ以外の波長を遮断するカットフィルタ9(バンドパスフィルタともいう)を配置し、送信光の漏れ光や反射光がキャップ内で迷光となってPDで受光されるのを防止している。
なお、特許文献1には、キャップ表面にZn−Niメッキなどによる黒色皮膜を設けてLD光の反射による迷光を抑制することが開示され、特許文献2には、キャップ表面に無光沢パラジウムメッキを施して、同様にLD光の反射による迷光を抑制することが開示されている。
As a method of improving this, a cut filter 9 (also referred to as a bandpass filter) that transmits light of a specific wavelength and blocks other wavelengths is disposed between the
図5は、LD4から出射される送信光の出射状態を模擬的に示した図である。LD4の出射部4aから出射される光は、ガウシアンビームであり、例えば、遠視野像(FFP:Far Filed Pattern )は、1/e2の半幅でθ=20°〜25°の広がりを持っている。このため、WDMフィルタ8は、広がりをもつ送信光が照射されるに十分なサイズのものが必要とされ、少なくともθ=30°の広がりの送信光を照射することが可能なサイズのものが用いられる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the emission state of the transmission light emitted from the
WDMフィルタ8に対する送信光の入射角αは、図5(B)に示すように、WDMフィルタ8の反射面の法線に対する角度で表される。すなわち、FRPの半幅θとすると、入射角αは、(90°−θ)で表すことができる。例えば、図5(B)において、WDMフィルタ8の傾斜角が45°で、FRPの半幅θ=30°とすると、LD4の出射部4aから最も離れた位置での光の入射角αは75°であり、LD4の出射部4aから最も近い位置での光の入射角αは15°となる。
The incident angle α of the transmission light with respect to the
このWDMフィルタ8に照射された送信光は、レンズ10方向に向かうように反射されるが、一部はWDMフィルタ8を透過して突き抜ける。このWDMフィルタ8を透過した光は迷光となるが、その透過率は上記の入射角αによって異なるとともに、入射される送信光の波長によっても異なる。この送信光のうち、LD4のFRPの裾方向でPD6に近い光、すなわち入射角αの小さい光で、LD4の出射部と受信用のPD6の受光面を結ぶ直線(L)を通る光は、WDNフィルタ8とカットフィルタ9を透過して、受信用のPD6で直接受光される可能性がある。この受光量が多いと、光クロストークの原因となり、受信特性を劣化させることになる。
The transmitted light applied to the
なお、アクセス系のPONシステムでは、ONU側は、送信波長1310nm、受信波長が1490nm、OLT側は、送信波長が1490nm、受信波長が1310nmが用いられる。このため、WDMフィルタ8は、ONU側に用いるものと、OLT側に用いるものとでは、そのWDMフィルタ特性が異なるものが用いられる。
In the access PON system, the transmission wavelength is 1310 nm and the reception wavelength is 1490 nm on the ONU side, and the transmission wavelength is 1490 nm and the reception wavelength is 1310 nm on the OLT side. For this reason, the
ONU側の光モジュールでは、図6(A)に示すようなWDNフィルタ特性のものが用いられる。このWDMフィルタにおいては、入射角が小さい光(LD4のFRPの裾方向側のPD6に近い光)ほど反射率が高く、透過光は微量である。そして、この透過光は、カットフィルタ9でカットされて、更に微量とされる。このため、WDNフィルタ8とカットフィルタ9を透過して、受信用のPD6で受光するLD4の送信光は少なく、光クロストークを抑制することができる。具体的には、−40dB以下とすることが可能とされている。
In the optical module on the ONU side, one having a WDN filter characteristic as shown in FIG. In this WDM filter, the smaller the incident angle (light closer to the
一方、OLT側の光モジュールでは、図6(B)に示すようなWDNフィルタ特性のものが用いられる。このWDMフィルタ8においては、入射角が小さい光ほど反射率が低下し、より多くの光が透過する。この透過光は、カットフィルタ9である程度はカットされるが、カットフィルタ9を透過する漏れ光の量はONU側と比べると多くなっている。このため、WDNフィルタ8とカットフィルタ9を透過して、受信用のPD6で受光してしまうLD4の送信光は多く、光クロストークが劣化する。具体的には、−32dB前後となる。
On the other hand, the optical module on the OLT side has a WDN filter characteristic as shown in FIG. In the
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、WDNフィルタの特性や入射角の影響を受けることなく、光クロストークを低減できる1パッケージ型の一心双方向光モジュールの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a one-package single-fiber bidirectional optical module that can reduce optical crosstalk without being affected by the characteristics of the WDN filter and the incident angle. .
本発明による一心双方向光モジュールは、送信光を発光する発光素子と受信光を受信する受光素子、並びに、波長合分波フィルタを搭載したステム上に、光透過窓を有するキャップを封着した1パッケージ型の一心双方向光モジュールで、ステム上にヒートシンクを介して発光素子が実装され、サブマウントを介して受光素子が実装され、発光素子の出射光が受光素子の受光面を透視する範囲を、ヒートシンクが遮るように構成されていることを特徴とする。
なお、前記の波長合分波フィルタと受光素子の間には、受信波長光の以外の波長光を吸収するカットフィルタが配され、ヒートシンクは送信波長光を透過しない材料で形成されている。
A single-fiber bidirectional optical module according to the present invention has a cap having a light transmission window sealed on a light-emitting element that emits transmission light, a light-receiving element that receives reception light, and a stem on which a wavelength multiplexing / demultiplexing filter is mounted. A single-package bidirectional optical module in which a light-emitting element is mounted on a stem via a heat sink, a light-receiving element is mounted via a submount, and the light emitted from the light-emitting element is seen through the light-receiving surface of the light-receiving element The heat sink is configured to be shielded by the heat sink.
A cut filter that absorbs light of wavelengths other than the reception wavelength light is disposed between the wavelength multiplexing / demultiplexing filter and the light receiving element, and the heat sink is formed of a material that does not transmit the transmission wavelength light.
本発明によれば、送信用の発光素子からの送信光の出射部と、受信用の受光素子の受光面を結ぶ線上の送信光は、発光素子が搭載されるヒートシンクより遮られる。このため、受光素子の受光面が、WDMフィルタを透過した送信光を直接受光するのを抑制することができ、OLT側、ONU側のいずれの機器においても、光クロストークを低減でき良好な受信特性を得ることができる。 According to the present invention, the transmission light on the line connecting the emission part of the transmission light from the light emitting element for transmission and the light receiving surface of the light receiving element for reception is blocked by the heat sink on which the light emitting element is mounted. As a result, the light receiving surface of the light receiving element can be prevented from directly receiving the transmitted light that has passed through the WDM filter, and optical crosstalk can be reduced in both the OLT side and the ONU side devices. Characteristics can be obtained.
図により本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明による1パッケージ型の一心双方向光モジュールの概略を説明する図で、図中、1は光モジュール、2はステム、3はリード端子、4は発光素子(LD)、4aは出射部、5はヒートシンク、5aは上面、6は受光素子(PD)、6aは受光面、7はサブマウント、8はWDMフィルタ、9はカットフィルタ、10はレンズ、11はキャップ、12はホルダ、12aは開口、13はファイバスタブ、13aは光ファイバを示す。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of a single-package bidirectional optical module according to the present invention. In FIG. 1, 1 is an optical module, 2 is a stem, 3 is a lead terminal, 4 is a light emitting element (LD), 4a is Emitting part, 5 is a heat sink, 5a is an upper surface, 6 is a light receiving element (PD), 6a is a light receiving surface, 7 is a submount, 8 is a WDM filter, 9 is a cut filter, 10 is a lens, 11 is a cap, and 12 is a holder , 12a are openings, 13 is a fiber stub, and 13a is an optical fiber.
本発明による一心双方向光モジュールは、従来例の図4で説明したのと同様に、同軸型の1パッケージで形成される。パッケージ内には、複数のリード端子3が設けられたステム2上に、信号光を送信するLD4が冷却のためのヒートシンク5等を介して搭載され、また、受信光を受光するPD6がサブマウント7等を介して搭載される。また、ステム2上に搭載されたLD4及びPD6とその他の電子部品を封止するようにして、送信光および受信光を集光させるレンズ10を設けたキャップ11が取付けられ、パッケージ内が封止される。なお、キャップ11には、光ファイバとの接続を形成するスリーブ部材(図示せず)を位置決めして保持するホルダ12が取付け固定される。
The single-fiber bidirectional optical module according to the present invention is formed by a single coaxial type package, as described with reference to FIG. In the package, an
レンズ10とLD4およびPD6の光学経路上には、LD4から照射される送信光を反射させると共に受信光を透過させるWDMフィルタ8が、所定の傾斜角で配置される。LD4の出射部4aから出射された送信光は、このWDMフィルタ8で反射され、レンズ10で集光されてホルダ12の開口12aを通ってスリーブ部材に固定されているファイバスタブ13の光ファイバ13aに入射され、外部の光ファイバ伝送路に送出される。外部の光ファイバ伝送路から送られてきた受信光は、ファイバスタブ13の光ファイバ13aから出射され、ホルダ12の開口12aを通ってレンズ10で集光され、WDMフィルタ8を透過して受信用のPD6で受光される。
On the optical path of the
また、LD4の出射部4aから出射された信号光の一部は、WDMフィルタ8で反射されてファイバスタブ13の光ファイバ13aに入射されて外部に送信する以外に、WDMフィルタ8等をすり抜けたり透過したりして、外部に出射されずにキャップ11内で反射を繰り返しながら減衰する迷光が生じる。このキャップ11内で迷光となった光は、キャップ内に光吸収層等を設けることにより反射を抑制すると共に、PD6とWDMフィルタ8との間に配されたカットフィルタ9により減衰させて、PD6の受光面6aに受光するのを抑制している。このPD6の受光面6aに受光される迷光が少なければ少ないほど、光クロストークは低減させることができる。
Further, a part of the signal light emitted from the
本発明においては、特に、図5で説明したLD4の送信光のうち、LD4のFRPの裾方向側のPD6に近い光、すなわち、WDMフィルタ8への入射角が小さい光で、LD4の出射部4aと受信用のPD6の受光面6aを結ぶ線上を通る光が、WDNフィルタ8とカットフィルタ9を透過して、受信用のPD6で直接受光しないようにしている。このため、LD4が搭載されるヒートシンク5のPD6側の少なくとも上面5aを、突出幅(D)で示すように、受信用のPD6方向に張り出るように形成する。
In the present invention, in particular, among the transmission light of the
図2に示すように、LD4の出射部4aから出射され信号光のうち、WDMフィルタ8に小さい入射角(鋭角)で入射される光成分は、上述したヒートシンク5のPD6側に張り出た上面5aに当たって、上方に反射させることができる。これには、LD4の出射部4aからの出射光が、PD6の受光面6aを透視する範囲のラインEを境として、ヒートシンク5寄り(矢印A方向)の光成分は、全て上記のPD6側に張り出た上面5aにより遮って、WDMフィルタ8には当たらないようにする。この結果、ラインEより矢印A側の光成分は、WDMフィルタ8を透過せず、PD6の受光面6aで直接受光することから防止される。
As shown in FIG. 2, of the signal light emitted from the emitting
なお、PD6の受光面6aを透視する範囲のラインEからレンズ10寄り(矢印B方向)で、WDMフィルタ8を透過する光成分は、PD6の受光面6aには直接には当たらずに迷光となる。この迷光は、WDMフィルタ8をすり抜けた迷光と同様に、キャップ内で反射を繰り返して減衰され、また、カットフィルタ9で吸収され、吸収し切れなかった迷光の一部がPD6で受光される。しかしながら、LD4の出射部4aから出射してWDMフィルタ8およびカットフィルタ9を透過して直進した送信光は、ヒートシンク5の張り出た上面5aで反射されるため、この光成分の受光を抑制することができる。
The light component transmitted through the
OLT側では、図6(B)で示したように、WDMフィルタ8の特性からラインEよりA方向寄りの鋭角な入射角の光成分の透過率が大きいことから、この光成分をヒートシンク5の上面5aで遮ることは、極めて有効である。なお、OLT側では、図6(A)で示したように、WDMフィルタ8の特性から、ラインEより矢印A方向寄りの鋭角な入射角の光成分の透過率が小さく、この光成分をPD6で受光する量は微量であるが、更にその受光量を軽減することができる。
On the OLT side, as shown in FIG. 6B, the transmittance of the light component having an acute incident angle closer to the A direction than the line E is large due to the characteristics of the
図3は、OLT側の光モジュールで、図4,5の従来品と図1,2の本発明品による光クロストークを測定した比較結果を示す図である。従来品においては、光クロストークが−30(dB)〜−34(dB)で、平均で−33(dB)前後であったが、本発明品によれば、光クロストークが−40(dB)〜−46(dB)で、平均で−45(dB)前後となり、光モジュールの受信性能を改善することができた。 FIG. 3 is a diagram showing a comparison result obtained by measuring optical crosstalk between the conventional product of FIGS. 4 and 5 and the product of the present invention of FIGS. In the conventional product, the optical crosstalk is -30 (dB) to -34 (dB), and is about -33 (dB) on average. However, according to the present invention, the optical crosstalk is -40 (dB). ) To -46 (dB), the average is around -45 (dB), and the reception performance of the optical module can be improved.
1…光モジュール、2…ステム、3…リード端子、4…発光素子(LD)、4a…出射部、5…ヒートシンク、5a…上面、6…受光素子(PD)、6a…受光面、7…サブマウント、8…WDMフィルタ、9…カットフィルタ、10…レンズ、11…キャップ、12…ホルダ、12a…開口、13…ファイバスタブ、13a…光ファイバ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ステム上にヒートシンクを介して前記発光素子が実装され、サブマウントを介して前記受光素子が実装され、前記発光素子の出射光が前記受光素子の受光面を透視する範囲を、前記ヒートシンクが遮るように構成されていることを特徴とする一心双方向光モジュール。 A one-pack type single-fiber bidirectional optical module in which a cap having a light transmission window is sealed on a light-emitting element that emits transmission light, a light-receiving element that receives reception light, and a stem on which a wavelength multiplexing / demultiplexing filter is mounted. There,
The light emitting element is mounted on the stem via a heat sink, the light receiving element is mounted via a submount, and the heat sink blocks a range in which light emitted from the light emitting element is seen through the light receiving surface of the light receiving element. A one-fiber bidirectional optical module characterized by being configured as described above.
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