JP2012084714A - Photodetector module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photodetector module having such characteristics that noise caused by refection of signal light inside a photodetector module is reduced, and that a reduction in light sensitivity in a photodetector module is restricted.SOLUTION: The photodetector module includes an optical member which emits the signal light input from the outside to the inside of the module, a lens which converts the outgoing light emitted from the optical member into convergent light before being emitted, and a reflection surface 21 which is disposed in such a way that its normal direction is oblique relative to the optical axis of the convergent light, and also includes a light receiving element 4 which receives the convergent light and converts the received light into an electric signal. The numerical aperture of a reflected light 12 derived from the convergent light by reflection at the reflection surface has an anisotropic distribution with respect to the optical axis of the reflected light on a reflected light perpendicular plane which intersects the optical axis of the reflected light at right angles, where a second direction having a larger numerical aperture than the numerical aperture of the reflected light in a first direction, or a direction such that the direction of a normal line extending from the reflection surface is orthogonally projected on the reflected light perpendicular plane, exists on the reflected light perpendicular plane in a different direction that the first direction.

Description

本発明は、受光モジュールに関し、特に、受光モジュール内部における信号光の反射に起因するノイズの軽減と、受光モジュールにおける受光感度の低下抑制に関する。   The present invention relates to a light receiving module, and more particularly to reduction of noise caused by reflection of signal light inside the light receiving module and suppression of lowering of light receiving sensitivity in the light receiving module.

例えば、光通信装置などに備えられる受光モジュールは、光ファイバ等の光学部材と、レンズと、受光素子とを備えるのが一般的である。ここで、光学部材は、受光モジュールの外部から入力される信号光を受光モジュール内部へ出射している。レンズは、光学部材より出射する出射光を収束光に変換し、受光素子へ出射している。さらに、受光素子は、レンズより出射する出射光を受光して電気信号に変換している。   For example, a light receiving module provided in an optical communication device or the like generally includes an optical member such as an optical fiber, a lens, and a light receiving element. Here, the optical member emits signal light input from the outside of the light receiving module into the light receiving module. The lens converts outgoing light emitted from the optical member into convergent light and emits it to the light receiving element. Further, the light receiving element receives the outgoing light emitted from the lens and converts it into an electrical signal.

しかしながら、受光モジュールの内部に入射する信号光の一部が、受光モジュールの内部で反射され、その反射光が光学部材に戻ることで、受光モジュールが備えられる装置においてノイズの原因になり得る。   However, part of the signal light incident on the inside of the light receiving module is reflected inside the light receiving module, and the reflected light returns to the optical member, which may cause noise in an apparatus provided with the light receiving module.

信号光の反射に起因するノイズを抑制する従来技術が、特許文献１乃至特許文献３に記載されている。特許文献１及び特許文献２では、光ファイバより入射する入射光の光軸に対して、受光素子を搭載するサブマウントの面が傾斜しているサブマウントを配置することにより、受光素子の受光面からの反射光が光ファイバに戻ることを抑制している。また、特許文献３には、受光素子の受光面を加工して傾斜をつけることにより、反射光が光ファイバに戻ることを抑制している。   Prior arts for suppressing noise caused by reflection of signal light are described in Patent Documents 1 to 3. In Patent Document 1 and Patent Document 2, the light receiving surface of the light receiving element is arranged by disposing a submount in which the surface of the submount on which the light receiving element is mounted is inclined with respect to the optical axis of the incident light incident from the optical fiber. The reflected light from the light is prevented from returning to the optical fiber. Further, in Patent Document 3, reflected light is prevented from returning to the optical fiber by processing the light-receiving surface of the light-receiving element to be inclined.

例えば、受光素子が反射面を有しており、信号光の反射面における反射に起因するノイズを軽減するために、受光素子への入射光の光軸に対して、受光素子の反射面の法線方向が斜交するよう受光素子が配置される。ここで、入射光の光軸と反射面の法線方向とがなす角度（入射光傾斜角）を角度α［ｒａｄ］とする。   For example, the light receiving element has a reflecting surface, and in order to reduce noise caused by reflection of the signal light on the reflecting surface, the method of the reflecting surface of the light receiving element with respect to the optical axis of the incident light to the light receiving element. The light receiving elements are arranged so that the line directions are oblique. Here, an angle (incident light inclination angle) formed by the optical axis of the incident light and the normal direction of the reflecting surface is defined as an angle α [rad].

特開平８−１８６３２１号公報JP-A-8-186321 特開平８−９４８８７号公報JP-A-8-94887 特開平５−１５２５９９号公報JP-A-5-152599

光反射減衰量（Optical Return Loss：以下、ＯＲＬと記す）は、受光モジュール内部での信号光に起因するノイズと信号光のＳ／Ｎ比に対応している。ＯＲＬを軽減するためには、角度αを大きくすればよい。   The light return loss (Optical Return Loss: hereinafter referred to as ORL) corresponds to the S / N ratio of noise and signal light caused by signal light inside the light receiving module. In order to reduce the ORL, the angle α may be increased.

受光素子への入射光は、前述の通り、レンズによって集光されている収束光である。収束光の集まり具合を表す相対的な大きさとして、開口数（Numerical Aperture：以下、ＮＡと記す）が用いられる。そして、入射光が収束光である場合、反射面によって反射される反射光は、反射面より遠くに進むにつれて広がる発散光であり、発散光の広がりを表す相対的な大きさとして、同じくＮＡが用いられる。   As described above, the incident light to the light receiving element is convergent light collected by the lens. A numerical aperture (hereinafter referred to as NA) is used as a relative size representing the degree of convergence of convergent light. When the incident light is convergent light, the reflected light reflected by the reflecting surface is a diverging light that spreads as it travels farther from the reflecting surface. Similarly, as a relative magnitude that represents the spread of the diverging light, NA is also the same. Used.

入射光のＮＡに対して、ＯＲＬは、ＯＲＬ∝−α２／ＮＡ２（数式１）の関係を有している。すなわち、入射光のＮＡが大きい場合、所望のＯＲＬを達成するためには、角度αもＮＡに応じて大きくする必要がある。 The ORL has a relationship of ORL∝−α 2 / NA 2 (Formula 1) with respect to the NA of the incident light. That is, when the NA of incident light is large, in order to achieve the desired ORL, the angle α needs to be increased according to the NA.

しかし、角度αを大きくすると、所望のＯＲＬまでノイズを軽減出来るが、角度αを大きくするにつれ、入射光にコマ収差がより発生することにより、受光素子の受光感度が低下してしまう。それゆえ、ノイズの軽減と、受光素子の受光感度の両方を鑑みて、角度αが決定される。   However, when the angle α is increased, noise can be reduced to a desired ORL. However, as the angle α is increased, coma aberration is generated in the incident light, so that the light receiving sensitivity of the light receiving element is lowered. Therefore, the angle α is determined in consideration of both noise reduction and light receiving sensitivity of the light receiving element.

例えば、表面入射型受光素子の受光面（表面）や、裏面入射型受光素子の反射面（裏面）の金属形状は、入射光の光軸と当該面との交点から延びる法線が回転対称軸となり、回転に対して等方的に形成されるのが一般的である。このとき、当該面の反射率は、この交点に対して、等方的に分布している。これは、受光素子に電圧が印加される際に、素子内部に発生する電界が出来る限り等方的となるのが望ましいからである。   For example, the metal shape of the light-receiving surface (front surface) of the front-illuminated light receiving element and the reflective surface (back surface) of the back-illuminated light-receiving element is such that the normal extending from the intersection of the optical axis of the incident light and the surface is a rotationally symmetric axis And is generally formed isotropic with respect to rotation. At this time, the reflectance of the surface is isotropically distributed with respect to this intersection. This is because it is desirable that the electric field generated inside the element is as isotropic as possible when a voltage is applied to the light receiving element.

受光素子の反射面の反射率が等方的に分布している場合、入射光のＮＡが光軸に対して等方的に分布しているならば、反射光のＮＡも同様に、光軸に対して等方的に分布している。すなわち、この場合、数式１に示すＮＡとは、入射光のＮＡであるが、同時に、反射光のＮＡであるとしてもよい。なお、反射光の光軸と反射面の法線方向がなす角度も、同様に角度αである。   When the reflectance of the reflection surface of the light receiving element is isotropically distributed, if the NA of the incident light is isotropically distributed with respect to the optical axis, the NA of the reflected light is similarly the optical axis. Isotropically distributed. That is, in this case, the NA shown in Formula 1 is the NA of the incident light, but may be the NA of the reflected light at the same time. The angle formed between the optical axis of the reflected light and the normal direction of the reflecting surface is also the angle α.

従来において、受光素子の反射面の反射率分布は一般には、等方的であり、反射光のＮＡも光軸に対して等方的に分布しているか、若しくは、等方的に分布していないとしても、その反射光のＮＡ分布の異方性が問題となることは、ほとんどなかった。   Conventionally, the reflectance distribution of the reflecting surface of the light receiving element is generally isotropic, and the NA of the reflected light is also isotropically distributed with respect to the optical axis or isotropically distributed. Even if not, the anisotropy of the NA distribution of the reflected light hardly poses a problem.

しかしながら、受光素子の発展に伴い、受光素子の反射面の金属形状などがより複雑となり、受光素子の反射面の反射率に、異方性分布を有する場合が生じる場合がある。また、より高性能な受光モジュールを実現するために、ＯＲＬを所望の値以下となるよう受光モジュールからのノイズを軽減しつつ、受光素子のより高い受光感度が望まれることになる。   However, with the development of the light receiving element, the metal shape of the reflecting surface of the light receiving element becomes more complicated, and the reflectance of the reflecting surface of the light receiving element may have an anisotropic distribution. In order to realize a higher performance light receiving module, a higher light receiving sensitivity of the light receiving element is desired while reducing noise from the light receiving module so that the ORL becomes a desired value or less.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、受光モジュール内部における信号光の反射に起因するノイズが軽減されつつ、受光モジュールにおける受光感度の低下が抑制される、受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 problems, and it is an object of the present invention to provide a light receiving module in which a decrease in light receiving sensitivity in the light receiving module is suppressed while noise due to reflection of signal light inside the light receiving module is reduced. And

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る受光モジュールは、外部より入力される信号光を内部へ出射する光学部材と、前記光学部材より出射する出射光を収束光に変換して出射するレンズと、前記収束光の光軸に対して法線方向が斜交して配置される反射面を有するとともに、前記収束光を受光して電気信号に変換する受光素子と、を備える受光モジュールであって、前記収束光が前記反射面で反射してなる反射光の開口数は、前記反射光の光軸と垂直に交わる反射光垂直面において、前記反射光の光軸に対して異方性分布を有し、前記収束光及び前記反射光側へ前記反射面から延びる法線の向きが前記反射光垂直面に正射影される向きである第１の向きの前記反射光の開口数より、大きい開口数となる第２の向きが、前記反射光垂直面に第１の向きと異なる向きに存在する、ことを特徴とする。   (1) In order to solve the above-described problem, a light receiving module according to the present invention converts an optical signal that is input from the outside into an optical member, and converts the outgoing light emitted from the optical member into convergent light. A light receiving device comprising: an exit lens; and a light receiving element that has a reflecting surface that is arranged obliquely with respect to the optical axis of the convergent light and that receives the convergent light and converts it into an electrical signal. The numerical aperture of the reflected light obtained by reflecting the convergent light on the reflective surface is different from the optical axis of the reflected light on the vertical surface of the reflected light that intersects the optical axis of the reflected light perpendicularly. A numerical aperture of the reflected light in a first direction having an isotropic distribution and a direction of a normal extending from the reflecting surface toward the convergent light and the reflected light side being orthogonally projected on the reflected light vertical surface The second direction with a larger numerical aperture is the reflected light Present in the first orientation and a different orientation to the surface, characterized in that.

（２）本発明に係る受光モジュールは、外部より入力される信号光を内部へ出射する光学部材と、前記光学部材より出射する出射光を収束光に変換して出射するレンズと、前記収束光の光軸に対して法線方向が斜交して配置される反射面を有するとともに、前記収束光を受光して電気信号に変換する受光素子と、を備える受光モジュールであって、前記収束光の光軸と前記反射面との交点に対する前記反射面の反射率の異方性分布と、前記収束光の前記反射面上での強度及び波面と、の関係から算出される、前記収束光が前記反射面で反射してなる反射光の開口数は、前記反射光の光軸と垂直に交わる反射光垂直面において、前記反射光の光軸に対して異方性分布を有し、前記収束光及び前記反射光側へ前記反射面から延びる法線の向きが前記反射光垂直面に正射影される向きである第１の向きの前記反射光の開口数より、大きい開口数となる第２の向きが、前記反射光垂直面に第１の向きと異なる向きに存在していてもよい。   (2) The light receiving module according to the present invention includes an optical member that emits signal light input from the outside to the inside, a lens that converts the emitted light emitted from the optical member into convergent light, and the convergent light. A light receiving module having a reflecting surface arranged obliquely with respect to the optical axis and receiving the convergent light and converting it into an electrical signal, the convergent light The convergent light calculated from the relationship between the anisotropy distribution of the reflectance of the reflective surface with respect to the intersection of the optical axis and the reflective surface, and the intensity and wavefront of the convergent light on the reflective surface, The numerical aperture of the reflected light reflected by the reflecting surface has an anisotropic distribution with respect to the optical axis of the reflected light on the vertical surface of the reflected light perpendicular to the optical axis of the reflected light, and the convergence The direction of the normal extending from the reflecting surface to the light and the reflected light side is the front The second direction having a larger numerical aperture than the numerical aperture of the reflected light in the first direction that is orthogonally projected on the reflected light vertical surface is different from the first direction on the reflected light vertical surface. May be present.

（３）本発明に係る受光モジュールは、外部より入力される信号光を内部へ出射する光学部材と、前記光学部材より出射する出射光を収束光に変換して出射するレンズと、前記収束光の光軸に対して法線方向が斜交して配置される反射面を有するとともに、前記収束光を受光して電気信号に変換する受光素子と、を備える受光モジュールであって、前記収束光の光軸と前記反射面との交点に対する前記反射面の反射率の異方性分布の２次元フーリエ変換によって算出される、前記収束光が前記反射面で反射してなる反射光の開口数は、前記反射光の光軸と垂直に交わる反射光垂直面において、前記反射光の光軸に対して異方性分布を有し、前記収束光及び前記反射光側へ前記反射面から延びる法線の向きが前記反射光垂直面に正射影される向きである第１の向きの開口数より、大きい開口数となる第２の向きが、前記反射光垂直面に第１の向きと異なる向きに存在していてもよい。   (3) The light receiving module according to the present invention includes an optical member that emits signal light input from the outside to the inside, a lens that converts the emitted light emitted from the optical member into convergent light, and the convergent light. A light receiving module having a reflecting surface arranged obliquely with respect to the optical axis and receiving the convergent light and converting it into an electrical signal, the convergent light The numerical aperture of the reflected light, which is calculated by the two-dimensional Fourier transform of the anisotropic distribution of the reflectance of the reflecting surface with respect to the intersection of the optical axis of the reflecting surface and the reflecting surface, A normal line extending perpendicularly from the reflecting surface to the convergent light and the reflected light side, having an anisotropic distribution with respect to the optical axis of the reflected light, in a reflected light vertical plane perpendicular to the optical axis of the reflected light Direction in which the direction of the projection is orthogonally projected on the vertical plane of the reflected light Than the numerical aperture of the first orientation is the second orientation becomes larger numerical aperture, it may be present in a first direction different from a direction in the reflected light a vertical plane.

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の受光モジュールであって、前記反射光垂直面において、前記反射光の開口数の前記異方性分布は、前記第１の向きで極小値となっていてもよい。   (4) In the light receiving module according to any one of (1) to (3), in the reflected light vertical plane, the anisotropic distribution of the numerical aperture of the reflected light is in the first direction. It may be a local minimum.

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の受光モジュールであって、前記受光素子は、表面入射型受光素子であり、前記反射面とは、前記受光素子の受光面であってもよい。   (5) In the light receiving module according to any one of (1) to (4), the light receiving element is a surface incident light receiving element, and the reflection surface is a light receiving surface of the light receiving element. May be.

（６）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の受光モジュールであって、前記受光素子は、裏面入射型受光素子であり、前記反射面とは、前記裏面入射型受光素子の表面に配置される反射面であってもよい。   (6) The light receiving module according to any one of (1) to (4), wherein the light receiving element is a back-illuminated light receiving element, and the reflection surface is a surface of the back-illuminated light receiving element. The reflective surface arrange | positioned in may be sufficient.

（７）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の受光モジュールであって、前記受光素子は、端面入射型受光素子であり、前記反射面とは、前記端面入射型受光素子の受光面であってもよい。   (7) In the light receiving module according to any one of (1) to (4), the light receiving element is an end face incident type light receiving element, and the reflection surface is light reception of the end face incident type light receiving element. It may be a surface.

本発明によれば、受光モジュール内部における信号光の反射に起因するノイズが軽減されつつ、受光モジュールにおける受光感度の低下が抑制される、受光モジュールが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light reception module by which the fall resulting from the light reception sensitivity in a light reception module is suppressed, reducing the noise resulting from reflection of the signal light inside a light reception module is provided.

本発明の実施形態に係る受光モジュールの全体断面図である。1 is an overall cross-sectional view of a light receiving module according to an embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る表面入射型ＰＩＮフォトダイオードの入射光と反射光の関係を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the relationship between the incident light and reflected light of the surface incidence type PIN photodiode which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る表面入射型ＰＩＮフォトダイオードの入射光と反射光の関係を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the relationship between the incident light and reflected light of the surface incidence type PIN photodiode which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 入射光傾斜角である角度αに対する受光素子のＯＲＬを表す図である。It is a figure showing ORL of the light receiving element with respect to angle (alpha) which is incident light inclination | tilt angle. 入射光傾斜角である角度αに対する受光素子の受光感度を表す図である。It is a figure showing the light reception sensitivity of the light receiving element with respect to angle (alpha) which is incident light inclination | tilt angle. 本発明の第２の実施形態に係る裏面入射型ＰＩＮフォトダイオードの入射光と反射光の関係を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the relationship between the incident light and reflected light of the back surface incident type PIN photodiode which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る裏面入射型ＰＩＮフォトダイオードの入射光と反射光の関係を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the relationship between the incident light and reflected light of the back surface incident type PIN photodiode which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る端面入射型ＰＩＮフォトダイオードの入射光と反射光の関係を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the relationship between the incident light and reflected light of the end surface incident type PIN photodiode concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る端面入射型ＰＩＮフォトダイオードの入射光と反射光の関係を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the relationship between the incident light and reflected light of the end surface incident type PIN photodiode concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る受光素子の反射面の反射率分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reflectance distribution of the reflective surface of the light receiving element which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 図７Ａに示す反射率分布を２次元フーリエ変換した像を示す像である。It is an image which shows the image which carried out the two-dimensional Fourier transform of the reflectance distribution shown to FIG. 7A. 反射面の反射率が図７Ａに示す分布を有する場合に望ましい第１の向きを示す図である。It is a figure which shows the 1st direction desirable when the reflectance of a reflective surface has the distribution shown to FIG. 7A. 本発明の第４の実施形態に係る受光素子の反射面の反射率分布の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the reflectance distribution of the reflective surface of the light receiving element which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 図８Ａに示す反射率分布を２次元フーリエ変換した像を示す像である。It is an image which shows the image which carried out the two-dimensional Fourier transform of the reflectance distribution shown to FIG. 8A. 反射面の反射率が図８Ａに示す分布を有する場合に望ましい第１の向きを示す図である。It is a figure which shows the 1st direction desirable when the reflectance of a reflective surface has the distribution shown to FIG. 8A.

以下、本発明の実施形態に係る受光モジュールについて、図面を参照しながら以下に説明する。ただし、以下に示す図は、あくまで、各実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。   Hereinafter, a light receiving module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the drawings shown below are merely examples of each embodiment, and the size of the drawings and the scales described in the present examples do not necessarily match.

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る受光モジュールについて説明する。当該実施形態に係る受光モジュール１は、光ファイバ２と、集光レンズ３と、受光素子として表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４を備えている。 [First Embodiment]
The light receiving module according to the first embodiment of the present invention will be described. The light receiving module 1 according to this embodiment includes an optical fiber 2, a condenser lens 3, and a front-illuminated PIN photodiode 4 as a light receiving element.

図１は、当該実施形態に係る受光モジュール１の全体断面図である。光ファイバ２は、外部より入力される信号光を、受光モジュール１の内部へ出射する光学部材である。なお、光学部材は、受光モジュール１の外部からの信号光を内部へ伝達するものであれば、光ファイバ２に限定されることはなく、他の光学部材であってもよい。光ファイバ２の先端形状により、光ファイバ２からの出射光の光軸は、光ファイバ２の中心軸に対して平行ではなく、傾斜している。ここで、出射光の光軸とは、進行する光束の中心となる仮想的な光線を指している。以下、本明細書における出射光及び入射光などの光軸とは、この定義によって用いられる。   FIG. 1 is an overall cross-sectional view of the light receiving module 1 according to this embodiment. The optical fiber 2 is an optical member that emits signal light input from the outside to the inside of the light receiving module 1. The optical member is not limited to the optical fiber 2 as long as it transmits signal light from the outside of the light receiving module 1 to the inside, and may be another optical member. Due to the tip shape of the optical fiber 2, the optical axis of the light emitted from the optical fiber 2 is not parallel to the central axis of the optical fiber 2 but is inclined. Here, the optical axis of the emitted light indicates a virtual light beam that becomes the center of the traveling light beam. Hereinafter, the optical axes of the emitted light and the incident light in this specification are used according to this definition.

光ファイバ２からの出射光は、集光レンズ３によって、集光する収束光に変換され、集光レンズ３は、収束光を表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４へ出射する。このとき、光ファイバ２からの出射光の光軸が、集光レンズ３の中心軸に対して傾斜しているので、集光レンズ３からの出射光も、同様に、集光レンズ３の中心軸に対して傾斜している。ここで、レンズの中心軸とは、レンズの回転対称軸を指している。以下、本明細書におけるレンズの中心軸とは、この定義によって用いられる。   The outgoing light from the optical fiber 2 is converted into convergent light to be collected by the condenser lens 3, and the condenser lens 3 emits the converged light to the surface incident type PIN photodiode 4. At this time, since the optical axis of the outgoing light from the optical fiber 2 is inclined with respect to the central axis of the condenser lens 3, the outgoing light from the condenser lens 3 is similarly the center of the condenser lens 3. Inclined with respect to the axis. Here, the central axis of the lens refers to the rotational symmetry axis of the lens. Hereinafter, the central axis of the lens in this specification is used according to this definition.

受光モジュール１には、さらに、ステム７が備えられ、受光素子サブマウント５がステム７上に配置され、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４は受光素子サブマウント５上に配置されている。集光レンズ３からの出射光は、前述の通り、収束光であり、該出射光の光軸は、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の受光面（表面）を貫いている。言いかえると、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の受光面と、集光レンズ３からの出射光の光軸との交点が、受光面の所望の領域に含まれるよう調整され、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４が配置される。   The light receiving module 1 further includes a stem 7, a light receiving element submount 5 is disposed on the stem 7, and the front-illuminated PIN photodiode 4 is disposed on the light receiving element submount 5. As described above, the outgoing light from the condenser lens 3 is convergent light, and the optical axis of the outgoing light penetrates the light receiving surface (front surface) of the front-illuminated PIN photodiode 4. In other words, the intersection of the light-receiving surface of the front-illuminated PIN photodiode 4 and the optical axis of the light emitted from the condenser lens 3 is adjusted so as to be included in a desired region of the light-receiving surface. A diode 4 is arranged.

図１に示す通り、集光レンズ３からの出射光の光軸に対して、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の受光面の法線方向が斜交するよう、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４は配置されている。そして、集光レンズ３からの出射光が表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の受光面で反射されるとき、その反射光の光軸は、集光レンズ３の中心軸に対して傾斜しており、同様に、光ファイバ２の中心軸に対しても傾斜している。よって、受光モジュール１の外部から入力される信号光が、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の受光面で反射される反射光が、再び、光ファイバ２に戻り、受光モジュール１を備える装置においてノイズとして発生されるのが抑制されている。   As shown in FIG. 1, the front-illuminated PIN photodiode 4 is arranged so that the normal direction of the light-receiving surface of the front-illuminated PIN photodiode 4 is oblique to the optical axis of the light emitted from the condenser lens 3. Has been. When the light emitted from the condenser lens 3 is reflected by the light receiving surface of the front-illuminated PIN photodiode 4, the optical axis of the reflected light is inclined with respect to the central axis of the condenser lens 3. Similarly, the optical fiber 2 is inclined with respect to the central axis. Therefore, the signal light input from the outside of the light receiving module 1 is reflected by the light receiving surface of the front-illuminated PIN photodiode 4 and returns to the optical fiber 2 as noise in the apparatus including the light receiving module 1. It is suppressed from being generated.

集光レンズ３からの出射光の一部は、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の受光面を通過して、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の内部へ進行し、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４は、この光を受光し、電気信号に変換する。受光モジュール１のステム７には、信号増幅用ＩＣ６が配置され、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４から出力された電気信号を増幅する。表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４で変換された電気信号は、受光モジュール１のステム７の反対側に配置される電気信号出力ピン８より、外部へ出力される。   A part of the light emitted from the condensing lens 3 passes through the light receiving surface of the front-illuminated PIN photodiode 4 and proceeds to the inside of the front-illuminated PIN photodiode 4, and the front-illuminated PIN photodiode 4 This light is received and converted into an electrical signal. A signal amplifying IC 6 is disposed on the stem 7 of the light receiving module 1 and amplifies the electric signal output from the front-illuminated PIN photodiode 4. The electrical signal converted by the front-illuminated PIN photodiode 4 is output to the outside from an electrical signal output pin 8 disposed on the opposite side of the stem 7 of the light receiving module 1.

図２Ａ及び図２Ｂは、当該実施形態に係る表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の入射光１１と反射光１２の関係を表す概念図である。集光レンズ３からの出射光が、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の受光面に入射する。よって、入射光１１とは、集光レンズ３からの出射光を指している。入射光１１の一部は、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の受光面で反射される。よって、受光面は反射面としても作用している。また、反射光１２とは、入射光１１が表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の反射面で反射される光を指している。図２Ａは、入射光１１及び反射光１２を、受光素子サブマウント５上に配置されている表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の側方より見る場合を表しており、図２Ｂは、同様に、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の上方より見る場合を表している。図２Ａには、入射光１１の光軸と表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４との交点より伸びる法線が、法線１５として示されている。ここで、入射光１１の光軸１３と法線１５とがなす角、及び、反射光１２の光軸１４と法線１５とがなす角は、ともに、角度α［ｒａｄ］である。   2A and 2B are conceptual diagrams showing the relationship between incident light 11 and reflected light 12 of the front-illuminated PIN photodiode 4 according to this embodiment. Light emitted from the condenser lens 3 is incident on the light receiving surface of the front-illuminated PIN photodiode 4. Therefore, the incident light 11 refers to light emitted from the condenser lens 3. Part of the incident light 11 is reflected by the light-receiving surface of the front-illuminated PIN photodiode 4. Therefore, the light receiving surface also acts as a reflecting surface. The reflected light 12 refers to light that is incident light 11 reflected by the reflecting surface of the front-illuminated PIN photodiode 4. FIG. 2A shows the case where the incident light 11 and the reflected light 12 are viewed from the side of the front-illuminated PIN photodiode 4 disposed on the light receiving element submount 5. FIG. The case where it sees from the upper direction of the incident type PIN photodiode 4 is represented. In FIG. 2A, a normal line extending from the intersection of the optical axis of the incident light 11 and the front-illuminated PIN photodiode 4 is shown as a normal line 15. Here, the angle formed by the optical axis 13 of the incident light 11 and the normal 15 and the angle formed by the optical axis 14 of the reflected light 12 and the normal 15 are both an angle α [rad].

前述の通り、入射光１１は、集光レンズ３より集光される収束光である。図２Ａには、入射光１１の光軸が、光軸１３として示されている。実際には、集光レンズ３よりコマ収差が生じており、入射光１１のＮＡは、入射光１１の光軸１３に対して、異方性分布を有することとなるが、説明をより簡単とするために、集光レンズ３による収差は無視できるほど小さいとし、入射光１１のＮＡは、入射光１１の光軸１３に対して、等方的であるものとする。入射光１１の光軸１３に垂直な面を、入射光垂直面とすると、入射光１１の光軸１３は、回転対称軸となっており、入射光垂直面において、入射光１１のＮＡは、光軸１３を中心とする回転に対して、一定となる分布（等方性分布）を有している。よって、入射光垂直面における入射光１１の強度分布は、光軸１３を中心として、円形状をしている。図２Ａ及び図２Ｂには、入射光１１のＮＡが表されている。入射光垂直面は、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の反射面に対して、平行ではなく傾斜しているが、図２Ｂにおいて、簡単のために、入射光垂直面を光軸１３の方向より見ているように示しており、入射光１１のＮＡが円形状に表されている。   As described above, the incident light 11 is convergent light collected by the condenser lens 3. In FIG. 2A, the optical axis of the incident light 11 is shown as the optical axis 13. Actually, coma aberration is generated by the condenser lens 3 and the NA of the incident light 11 has an anisotropic distribution with respect to the optical axis 13 of the incident light 11. Therefore, it is assumed that the aberration due to the condenser lens 3 is negligibly small, and the NA of the incident light 11 is isotropic with respect to the optical axis 13 of the incident light 11. When the plane perpendicular to the optical axis 13 of the incident light 11 is the vertical plane of the incident light, the optical axis 13 of the incident light 11 is a rotationally symmetric axis, and the NA of the incident light 11 is It has a constant distribution (isotropic distribution) with respect to rotation about the optical axis 13. Therefore, the intensity distribution of the incident light 11 on the vertical plane of the incident light has a circular shape with the optical axis 13 as the center. 2A and 2B show the NA of the incident light 11. Although the incident light vertical plane is inclined rather than parallel to the reflection surface of the front-illuminated PIN photodiode 4, in FIG. 2B, the incident light vertical plane is viewed from the direction of the optical axis 13 for the sake of simplicity. The NA of the incident light 11 is shown in a circular shape.

当該実施形態に係る表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の反射面２１（受光面）は、反射面の反射率に、異方性分布を有している。すなわち、図２Ｂに示す通り、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の反射面２１において、高い反射率を有する領域である高反射率領域２２が、図中横方向に延びる楕円形状（長軸が図中横方向）をしており、高反射率領域２２以外の領域の反射率は高反射率領域２２の反射率より十分に低い反射率となっている。ここで、入射光１１の光軸１３は、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の反射面２１と、高反射率領域２２の中心（長軸方向と短軸方向の交点）で交わっているものとする。   The reflecting surface 21 (light receiving surface) of the front-illuminated PIN photodiode 4 according to the embodiment has an anisotropic distribution in the reflectance of the reflecting surface. That is, as shown in FIG. 2B, on the reflecting surface 21 of the front-illuminated PIN photodiode 4, the high reflectance region 22 which is a region having a high reflectance has an elliptical shape (the major axis in the drawing) extending in the lateral direction. The reflectance of the region other than the high reflectance region 22 is sufficiently lower than the reflectance of the high reflectance region 22. Here, it is assumed that the optical axis 13 of the incident light 11 intersects the reflection surface 21 of the front-illuminated PIN photodiode 4 and the center of the high reflectance region 22 (intersection of the major axis direction and the minor axis direction). .

反射面の反射率が、異方性分布を有している場合、反射光のＮＡは、光軸に対して異方性分布を有する。すなわち、反射面における反射光の強度分布を近視野像（ＮＦＰ）として、反射面における回折現象により、反射面より遠方における反射光の強度分布は遠視野像（ＦＦＰ）となる。図２Ｂには、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の反射面２１における入射光１１が照射する領域が、破線で示す円形状の領域として示されており、該領域の中に、反射面２１の高反射率領域２２は含まれており、反射面２１における反射光１２の強度分布、すなわち、ＮＦＰの強度分布は、反射面２１の高反射率領域２２の形状に対応しており、図中横方向に延びる楕円形状に分布している。   When the reflectance of the reflecting surface has an anisotropic distribution, the NA of the reflected light has an anisotropic distribution with respect to the optical axis. That is, the intensity distribution of reflected light on the reflecting surface is a near-field image (NFP), and the intensity distribution of reflected light far from the reflecting surface is a far-field image (FFP) due to the diffraction phenomenon on the reflecting surface. In FIG. 2B, the region irradiated with the incident light 11 on the reflecting surface 21 of the front-illuminated PIN photodiode 4 is shown as a circular region indicated by a broken line, and the height of the reflecting surface 21 is included in the region. The reflectance region 22 is included, and the intensity distribution of the reflected light 12 on the reflecting surface 21, that is, the intensity distribution of NFP, corresponds to the shape of the high reflectance region 22 of the reflecting surface 21, and in the horizontal direction in the figure. Are distributed in an elliptical shape.

これに対して、反射面２１より遠方における反射光１２の強度分布、すなわち、ＦＦＰの強度分布は、図２Ｂに示す通り、図中縦方向に延びる楕円形状（長軸が図中縦方向）に分布しており、反射光１２のＮＡ分布に対応している。反射光１２の光軸１４に垂直な面を、反射光垂直面とする。入射光垂直面と同様に、反射光垂直面は、反射面２１に対して、平行ではなく傾斜しているが、図２Ｂにおいて、簡単のために、反射光垂直面を光軸１４の方向より見ているように示しており、反射光１２のＮＡが図中縦方向に延びる楕円形状に表されている。   On the other hand, the intensity distribution of the reflected light 12 far from the reflecting surface 21, that is, the FFP intensity distribution, has an elliptical shape (long axis is the vertical direction in the figure) extending in the vertical direction in the figure, as shown in FIG. 2B. It corresponds to the NA distribution of the reflected light 12. A surface perpendicular to the optical axis 14 of the reflected light 12 is defined as a reflected light vertical surface. Similar to the incident light vertical surface, the reflected light vertical surface is inclined rather than parallel to the reflecting surface 21, but in FIG. 2B, for the sake of simplicity, the reflected light vertical surface is viewed from the direction of the optical axis 14. The NA of the reflected light 12 is shown in an elliptical shape extending in the vertical direction in the figure.

反射面２１の法線方向には、反射面２１を境に互いに逆向きに延びる２つの向きが存在するが、そのうち、入射光及び反射光側へ反射面から延びる法線の向きを考える。すなわち、該法線の向きは、図２Ａに示す、図中の法線１５の上向きである。該法線の向きが反射光垂直面に正射影される向きを第１の向きとすると、第１の向きは、反射光垂直面において、入射光１１及び反射光１２からなる入射面と反射光垂直面とが交わる方向であって、入射光１１及び反射光１２が進行するに伴い、入射面が延びる向きに対向する向きである。反射面２１の法線方向よりみると、入射光１１及び反射光１２が進行する向き（入射面が延びる向き）は、図２Ｂの右向きであり、第１の向きは、それに対向する向きであり、図２Ｂの左向きである。   In the normal direction of the reflective surface 21, there are two directions extending in opposite directions with respect to the reflective surface 21, and the direction of the normal extending from the reflective surface to the incident light and reflected light side is considered. That is, the direction of the normal line is the upward direction of the normal line 15 shown in FIG. 2A. When the direction in which the direction of the normal is orthogonally projected onto the vertical surface of reflected light is the first direction, the first direction is the incident surface composed of incident light 11 and reflected light 12 and the reflected light on the vertical surface of reflected light. The direction intersects the vertical plane, and faces the direction in which the incident plane extends as the incident light 11 and the reflected light 12 travel. When viewed from the normal direction of the reflecting surface 21, the direction in which the incident light 11 and the reflected light 12 travel (the direction in which the incident surface extends) is the right direction in FIG. 2B, and the first direction is the direction facing it. FIG. 2B is directed to the left.

本発明の特徴は、入射光及び反射光に対する受光素子の反射面の配置にある。反射光のＮＡが反射光の光軸に対して異方性分布を有している場合に、入射光及び反射光側へ反射面から延びる法線の向きが反射光垂直面に正射影される向き（第１の向き）のＮＡが小さくなるよう、受光素子の反射面が配置されるのが望ましい。少なくとも、第１の向きのＮＡより大きいＮＡとなる第２の向きが、反射光垂直面に第１の向きとは異なる向きに存在している必要がある。反射光のＮＡが、第１の向きで、極小値（又は、最小値）を取るのが、さらに望ましい。実際には、プロセス上の誤差が生じるので、反射光のＮＡが、第１の向きからプロセス上の誤差の範囲内にある向きのいずれか、極小値（又は、最小値）を取っていればよい。   A feature of the present invention resides in the arrangement of the reflection surface of the light receiving element with respect to incident light and reflected light. When the NA of the reflected light has an anisotropy distribution with respect to the optical axis of the reflected light, the direction of the normal extending from the reflecting surface toward the incident light and the reflected light is orthogonally projected onto the vertical surface of the reflected light. It is desirable to arrange the reflecting surface of the light receiving element so that the NA of the direction (first direction) is small. At least the second direction that is greater than the NA of the first direction needs to be present on the reflected light vertical plane in a direction different from the first direction. It is further desirable that the NA of the reflected light has a minimum value (or minimum value) in the first direction. Actually, a process error occurs. Therefore, if the NA of the reflected light has a minimum value (or a minimum value) in one of the directions within the range of the process error from the first direction. Good.

入射光が収束光である場合、反射光は発散光となるが、反射光のうち、第１の向きに発散していく光は、受光モジュールの光学部材へ戻る光の強度上昇、すなわち、ノイズの上昇に、大きく寄与する。第１の向きのＮＡが小さい場合、上述の数式１に示す通り、所望のＯＲＬを得るために必要な角度αは小さくなり、受光モジュール内部における信号光の反射に起因するノイズを軽減しつつ、受光モジュールにおける受光感度の低下が抑制される。   When the incident light is convergent light, the reflected light becomes divergent light, but the light diverging in the first direction among the reflected light is an increase in the intensity of the light returning to the optical member of the light receiving module, that is, noise. Will contribute greatly to When the NA in the first direction is small, the angle α necessary to obtain the desired ORL is small as shown in the above-described Equation 1, while reducing noise caused by reflection of the signal light inside the light receiving module, A decrease in light receiving sensitivity in the light receiving module is suppressed.

例えば、当該実施形態に係る表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の場合、反射光１２のＮＡは、図２Ｂに示す通り、図中縦方向に延びる楕円形状をしている。反射光垂直面において、入射面との交線に対して垂直な向き、すなわち、図２Ｂの図中上向き又は下向きを第２の向きとする。第１の向きのＮＡ（楕円の短軸）は、第２の向きのＮＡ（楕円の長軸）より小さくなっている。そして、図２Ｂに示す反射面２１を９０度回転させて、反射面２１の高反射率領域２２が図中縦方向に延びる楕円形状とする場合より、反射光１２の図中左向きのＮＡを小さくすることが出来る。   For example, in the case of the front-illuminated PIN photodiode 4 according to this embodiment, the NA of the reflected light 12 has an elliptical shape extending in the vertical direction in the drawing as shown in FIG. 2B. In the reflected light vertical plane, the second direction is the direction perpendicular to the line of intersection with the incident surface, that is, upward or downward in the drawing of FIG. 2B. The NA in the first direction (the minor axis of the ellipse) is smaller than the NA in the second direction (the major axis of the ellipse). 2B is rotated 90 degrees so that the NA of the reflected light 12 in the left direction in the drawing is smaller than in the case where the high reflectance region 22 of the reflection surface 21 has an elliptical shape extending in the vertical direction in the drawing. I can do it.

反射面より遠方における反射光の強度分布はＦＦＰであり、これは、反射面における反射光の強度分布（ＮＦＰ）に基づいている。ＦＦＰは、ＮＦＰから２次元フーリエ変換により算出することができる。   The intensity distribution of reflected light far from the reflecting surface is FFP, which is based on the intensity distribution (NFP) of reflected light on the reflecting surface. FFP can be calculated from NFP by two-dimensional Fourier transform.

入射光のＮＡが光軸に対して等方性分布を有しており、受光素子の反射面に入射光が照射する領域が、反射面の高反射領域より大きい場合、反射面における反射光の強度分布（ＮＦＰ）は、受光素子の反射面の反射率分布に基づいている。よって、受光素子の反射面の反射率が、入射光の光軸と反射面との交点を中心とする回転に対して、異方性分布を有している場合、反射面における反射光の強度分布（ＮＦＰ）は、その反射率の異方性分布に対応している。よって、反射光のＮＡの異方性分布は、反射面の反射率の異方性分布に基づいていることとなる。さらに、ＦＦＰは、ＮＦＰを略２次元フーリエ変換した像であるので、反射光のＮＡ分布は、反射面の反射率の異方性分布の２次元フーリエ変換によって算出される。   When the NA of the incident light has an isotropic distribution with respect to the optical axis, and the region where the incident light irradiates the reflection surface of the light receiving element is larger than the high reflection region of the reflection surface, the reflected light on the reflection surface The intensity distribution (NFP) is based on the reflectance distribution of the reflection surface of the light receiving element. Therefore, when the reflectance of the reflecting surface of the light receiving element has an anisotropic distribution with respect to rotation about the intersection between the optical axis of the incident light and the reflecting surface, the intensity of the reflected light on the reflecting surface The distribution (NFP) corresponds to the anisotropic distribution of the reflectance. Therefore, the anisotropic distribution of NA of the reflected light is based on the anisotropic distribution of the reflectance of the reflecting surface. Furthermore, since FFP is an image obtained by subjecting NFP to approximately two-dimensional Fourier transform, the NA distribution of reflected light is calculated by two-dimensional Fourier transform of the anisotropic distribution of the reflectance of the reflecting surface.

この場合、受光素子の反射面における反射率の異方性分布を、入射光の光軸と反射面との交点に対して、２次元フーリエ変換した像を算出し、その像の強度分布が、反射光のＮＡ分布に対応しているので、像の中心からの強度（絶対値）が小さい向きが第１の向きとなるように、受光素子の反射面を配置すればよい。   In this case, an anisotropic distribution of the reflectance on the reflecting surface of the light receiving element is calculated by calculating a two-dimensional Fourier transform with respect to the intersection of the optical axis of the incident light and the reflecting surface, and the intensity distribution of the image is Since it corresponds to the NA distribution of the reflected light, the reflection surface of the light receiving element may be arranged so that the direction in which the intensity (absolute value) from the center of the image is small becomes the first direction.

反射面における反射光の強度分布（ＮＦＰ）は、受光素子の反射面に入射光が照射する領域にある反射率分布に対応している。それゆえ、反射光の高反射領域の一部が、入射光の照射領域の外側にも存在している場合であっても、ＮＦＰは、受光面の反射面に入射光が照射する領域にある反射率分布に対応しており、反射面より遠方の反射光の強度分布（ＦＦＰ）は、この領域の反射率分布を２次元フーリエ変換した像に対応しており、反射光のＮＡの異方性分布もこの像に対応している。これは反射面の反射率分布が連続的に変化する場合も同様である。また、入射光のＮＡが異方性分布を有する場合、及び入射光が反射面において無視できない程の大きさの波面収差を持つ場合、ＮＦＰは、入射光の反射面での強度及び位相の分布に対し、その対応する反射率分布を掛け合わせた結果得られる強度分布となる。よって、反射光のＮＡの異方性分布は、反射面の反射率の異方性分布と、入射光の反射面での強度及び波面と、の関係から算出される。   The intensity distribution (NFP) of the reflected light on the reflecting surface corresponds to the reflectance distribution in the region where the incident light irradiates the reflecting surface of the light receiving element. Therefore, even if a part of the high reflection region of the reflected light is also present outside the irradiation region of the incident light, the NFP is in a region where the incident light irradiates the reflection surface of the light receiving surface. The intensity distribution (FFP) of reflected light far from the reflecting surface corresponds to an image obtained by two-dimensional Fourier transform of the reflectance distribution in this area, and the anisotropic of reflected light NA The sex distribution also corresponds to this image. This is the same when the reflectance distribution on the reflecting surface changes continuously. Further, when the NA of incident light has an anisotropic distribution, and when the incident light has a wavefront aberration that is not negligible on the reflecting surface, NFP is a distribution of intensity and phase on the reflecting surface of the incident light. Is the intensity distribution obtained as a result of multiplying the corresponding reflectance distribution. Therefore, the anisotropy distribution of the NA of the reflected light is calculated from the relationship between the anisotropy distribution of the reflectance of the reflecting surface and the intensity and wavefront of the incident light on the reflecting surface.

この場合、受光素子の反射面における反射率の異方性分布と、入射光の反射面での強度及び波面と、の関係から、反射光のＮＡ分布を算出し、反射光のＮＡが小さい向きが第１の向きとなるように、受光素子の反射面を配置すればよい。ただし、光電変換効率を良くする為に入射光の反射面での波面収差は非常に小さく、また入射光の強度分布はほぼ等方的な略ガウス分布であるのが一般的なので、多くの場合においては反射面の反射率の異方性分布の２次元フーリエ変換により、反射光のＮＡの異方性分布を近似的に算出することができる。   In this case, the NA distribution of the reflected light is calculated from the relationship between the anisotropic distribution of the reflectance on the reflecting surface of the light receiving element and the intensity and wavefront of the incident light on the reflecting surface. The reflecting surface of the light receiving element may be arranged so that is in the first direction. However, in order to improve the photoelectric conversion efficiency, the wavefront aberration at the reflecting surface of the incident light is very small, and the intensity distribution of the incident light is generally an approximately isotropic, almost Gaussian distribution, so in many cases In, the anisotropic distribution of NA of reflected light can be approximately calculated by two-dimensional Fourier transform of the anisotropic distribution of reflectance of the reflecting surface.

なお、ここで、当該実施形態に係る表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４において、反射面とは、主に、受光面を指すが、素子の構造によっては、他の反射面についても、本発明を適用することが可能である。   Here, in the front-illuminated PIN photodiode 4 according to this embodiment, the reflective surface mainly refers to the light receiving surface, but the present invention may be applied to other reflective surfaces depending on the structure of the element. Is possible.

次に、受光モジュール内部における信号光の反射に起因するノイズを軽減しつつ、受光モジュールにおける受光感度の低下が抑制される角度αについて説明する。   Next, the angle α at which a decrease in light receiving sensitivity in the light receiving module is suppressed while reducing noise due to reflection of signal light inside the light receiving module will be described.

本発明に係る受光素子の反射面の反射率は、異方性分布を有している。この場合、例えば、反射面の一部の領域が高い反射率となっているので、反射光のＮＡは入射光のＮＡと比較して大きくなる。さらに、前述の通り、反射面の反射率が異方性分布を有しているので、反射光のＮＡも異方性分布を有することとなる。   The reflectance of the reflecting surface of the light receiving element according to the present invention has an anisotropic distribution. In this case, for example, since a part of the region of the reflecting surface has a high reflectance, the NA of the reflected light is larger than the NA of the incident light. Further, as described above, since the reflectance of the reflecting surface has an anisotropic distribution, the NA of the reflected light also has an anisotropic distribution.

例えば、１Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速の伝送速度で信号を伝送する高速・広帯域な受光モジュールに対して、ＩＴＵ−Ｔ（国際標準規格）では、受光モジュールの入射端でのＯＲＬを−２７ｄＢ以下となるよう規定されている。表面入射型受光素子の反射面の反射率が一様に分布している場合は、反射光のＮＡは、入射光のＮＡと等しい。この場合、反射面の反射率にもよるが、一般には、数式１に示す関係により、α＞ＮＡを満たすと、ＯＲＬの規定値を満たしている。   For example, for a high-speed and wide-band light receiving module that transmits a signal at a high transmission speed of 1 Gbit / s or more, in ITU-T (international standard), the ORL at the incident end of the light receiving module is −27 dB or less. It is prescribed as follows. When the reflectance of the reflecting surface of the front-illuminated light receiving element is uniformly distributed, the NA of the reflected light is equal to the NA of the incident light. In this case, although depending on the reflectance of the reflecting surface, generally, according to the relationship shown in Formula 1, when α> NA is satisfied, the specified value of ORL is satisfied.

これに対して、反射光のＮＡが、入射光のＮＡより大きくなる場合、同じ角度αに対して、ＯＲＬは上昇し、ＯＲＬの規定値を満たす入射光の傾斜角である角度αは大きくなる。すなわち、角度αに対するＯＲＬは、入射光のＮＡと反射光のＮＡの大小関係に依存する。   On the other hand, when the NA of the reflected light becomes larger than the NA of the incident light, the ORL rises with respect to the same angle α, and the angle α that is the inclination angle of the incident light that satisfies the ORL specified value increases. . That is, the ORL for the angle α depends on the magnitude relationship between the NA of the incident light and the NA of the reflected light.

図３は、入射光傾斜角である角度αに対する受光素子のＯＲＬを表す図である。横軸は、任意の単位による角度αを、縦軸は、ＯＲＬ［ｄＢ］を示している。図３には、反射光のＮＡが入射光のＮＡと等しい場合について、曲線３１を用いて、反射光のＮＡが入射光のＮＡの２倍である場合について、曲線３２を用いて、示されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating the ORL of the light receiving element with respect to the angle α which is the incident light inclination angle. The horizontal axis indicates an angle α in an arbitrary unit, and the vertical axis indicates ORL [dB]. FIG. 3 shows the case where the NA of the reflected light is equal to the NA of the incident light, using the curve 31, and the case where the NA of the reflected light is twice the NA of the incident light, using the curve 32. ing.

図３にα１として示す角度αにおいて、反射光のＮＡと入射光のＮＡが等しい場合を示す曲線３１では、ＯＲＬが−２０ｄＢとなるが、反射光のＮＡが入射光のＮＡの２倍である場合を示す曲線３２では、ＯＲＬが−１０ｄＢと、大幅に上昇しており、特性が劣化している。反射面の反射率が例えば一般的な値である数％程度であるとき、反射光のＮＡと入射光のＮＡが等しい場合、角度αが入射光のＮＡと同程度であれば、ＯＲＬが−３０ｄＢ以下となり、規定値以下である。この角度αは、図３にα２として示されている。しかし、反射光のＮＡが入射光のＮＡの２倍である場合、角度αをα２より更に大きくしなければ、ＯＲＬを規定値以下にすることが出来ない。 In the curve 31 indicating that the NA of the reflected light and the NA of the incident light are equal at an angle α shown in FIG. 3 as α 1 , the ORL is −20 dB, but the NA of the reflected light is twice the NA of the incident light. In the curve 32 indicating a certain case, the ORL is significantly increased to -10 dB, and the characteristics are deteriorated. When the reflectance of the reflecting surface is, for example, about a few percent, which is a general value, if the NA of the reflected light and the NA of the incident light are equal, and if the angle α is approximately the same as the NA of the incident light, the ORL is − 30 dB or less, which is below the specified value. This angle α is shown as α 2 in FIG. However, NA of the reflected light may be twice the NA of the incident light, to be larger than the angle alpha alpha 2, it can not be an ORL below a specified value.

反射光のＮＡが大きい場合であっても、それに応じて、角度αを大きくすればＯＲＬを規定値以下にすることは可能であるが、角度αを大きくすると、集光レンズ３からの出射光にコマ収差などが発生することによって、受光素子の受光感度が低下するという問題が生じる。   Even if the NA of the reflected light is large, if the angle α is increased accordingly, it is possible to make the ORL equal to or less than the specified value. However, if the angle α is increased, the emitted light from the condenser lens 3 is increased. The occurrence of coma aberration causes a problem that the light receiving sensitivity of the light receiving element is lowered.

図４は、入射光傾斜角である角度αに対する受光素子の受光感度（Receiving Sensitivity）を表す図である。横軸は、任意の単位による角度αを、縦軸は、受光感度［ｄＢ］を示している。図４には、受光素子の受光径が、入射光の照射領域の半径の２倍程度の場合を示しており、図４に示す角度αに対する受光感度は、受光モジュールとしては一般的な関係を示している。図４には、合焦点にフォーカスされる場合について曲線３３を用いて、２０μｍデフォーカスされる場合について曲線３４を用いて、４０μｍデフォーカスされる場合について曲線３５を用いて、示されている。   FIG. 4 is a diagram illustrating the light receiving sensitivity (Receiving Sensitivity) of the light receiving element with respect to the angle α which is the incident light inclination angle. The horizontal axis indicates the angle α in an arbitrary unit, and the vertical axis indicates the light receiving sensitivity [dB]. FIG. 4 shows a case where the light receiving diameter of the light receiving element is about twice the radius of the irradiation region of the incident light. The light receiving sensitivity with respect to the angle α shown in FIG. 4 has a general relationship as the light receiving module. Show. In FIG. 4, the curve 33 is used for focusing on the focal point, the curve 34 is used for 20 μm defocusing, and the curve 35 is used for 40 μm defocusing.

図４にα３として示す角度αの値は、入射光のＮＡと同程度に小さいものであり、角度α＝０となる垂直入射と比較して、曲線３３乃至曲線３５のいずれも受光感度の低下は非常に小さいが、角度αが大きくなるにつれて、受光感度はより低下していく。合焦点にフォーカスされる場合を示す曲線３３と比較して、特に、合焦点からデフォーカスされる場合を示す曲線３４及び曲線３５において、角度αが大きい値となった場合の受光感度の低下はより大きくなる。そして、よりデフォーカスされる場合に、受光感度の低下はより著しい。 The value of the angle α shown as α 3 in FIG. 4 is as small as the NA of incident light. Compared with the normal incidence where the angle α = 0, all of the curves 33 to 35 have the light receiving sensitivity. Although the decrease is very small, the light receiving sensitivity is further decreased as the angle α is increased. Compared with the curve 33 indicating the case of being focused on the in-focus point, in particular, in the curve 34 and the curve 35 indicating the case of de-focusing from the in-focus point, the decrease in the light receiving sensitivity when the angle α is a large value. Become bigger. In the case of more defocusing, the decrease in light receiving sensitivity is more significant.

４０μｍデフォーカスされる場合を示す曲線３５の角度αに対する受光感度［ｄＢ］の低下は、合焦点にフォーカスされる場合を示す曲線３３と比較して、おおよそ４倍となっており、角度αが大きくなると、受光感度を良好に保つ幾何的な許容公差が大幅に縮小することを表している。   The decrease in the light receiving sensitivity [dB] with respect to the angle α of the curve 35 indicating the case of 40 μm defocusing is approximately four times that of the curve 33 indicating the case of focusing on the focal point, and the angle α is Larger values indicate that the geometrical tolerances that maintain good light sensitivity are greatly reduced.

受光素子の反射面の反射率に異方性分布を有する場合、反射光のＮＡは、反射率が等方的である場合よりも大きくなり、所望のＯＲＬを得るために必要な角度αはより大きくなる。しかし、反射光のＮＡの異方性分布を考慮して、第１の向きのＮＡが小さくなるように、受光素子の反射面を配置することにより、より小さい角度αで、所望のＯＲＬに達成することが出来、それにより、受光素子の受光感度の低下も抑制することが出来る。   When the reflectance of the reflecting surface of the light receiving element has an anisotropic distribution, the NA of the reflected light is larger than when the reflectance is isotropic, and the angle α necessary to obtain a desired ORL is more growing. However, considering the anisotropic distribution of NA of reflected light, the desired ORL can be achieved at a smaller angle α by arranging the reflecting surface of the light receiving element so that the NA in the first direction becomes small. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in light receiving sensitivity of the light receiving element.

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る受光モジュール１の基本的な構成は、第１の実施形態に係る受光モジュール１と同じである。当該実施形態に係る受光モジュール１において、受光モジュール１に備えられる受光素子が裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９である点が、第１の実施形態と主に異なっている。 [Second Embodiment]
The basic configuration of the light receiving module 1 according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the light receiving module 1 according to the first embodiment. The light receiving module 1 according to this embodiment is mainly different from the first embodiment in that the light receiving element provided in the light receiving module 1 is a back-illuminated PIN photodiode 9.

図５Ａ及び図５Ｂは、当該実施形態に係る裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の入射光１１と反射光１２の関係を表す概念図である。集光レンズ３からの出射光が、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の裏面に入射する。すなわち、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の裏面とは、図５Ａに示す裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の図中上側の面を指している。出射光の多くは、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の裏面より、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の内部へ進行し、光吸収層にて電気信号に変換される。裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の表面、すなわち、図５Ａに示す裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の図中下側の面には、反射面２３が設けられている。裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の内部を通過する光は、反射面２３で反射される。ここで、入射光１１とは反射面２３に入射する光を指しており、反射光１２とは、反射面２３から反射される光を指している。   5A and 5B are conceptual diagrams showing the relationship between the incident light 11 and the reflected light 12 of the back-illuminated PIN photodiode 9 according to this embodiment. Light emitted from the condenser lens 3 is incident on the back surface of the back-illuminated PIN photodiode 9. That is, the back surface of the back-illuminated PIN photodiode 9 refers to the upper surface of the back-illuminated PIN photodiode 9 shown in FIG. 5A. Most of the emitted light travels from the back surface of the back-illuminated PIN photodiode 9 to the inside of the back-illuminated PIN photodiode 9, and is converted into an electrical signal in the light absorption layer. A reflective surface 23 is provided on the surface of the back-illuminated PIN photodiode 9, that is, the lower surface of the back-illuminated PIN photodiode 9 shown in FIG. 5A. Light passing through the back-illuminated PIN photodiode 9 is reflected by the reflecting surface 23. Here, the incident light 11 indicates light incident on the reflecting surface 23, and the reflected light 12 indicates light reflected from the reflecting surface 23.

反射光１２の一部は、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の光吸収層で再び吸収され、残りの反射光１２が、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９より出射される。この光が、光ファイバ２へ戻ることにより、ノイズが発生する。図５Ａ及び図５Ｂは、図２Ａ及び図２Ｂと同様に、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の側方及び上方より見る場合を、それぞれ表している。ここで、入射光１１の光軸１３と法線１５とがなす角、及び、反射光１２の光軸１４と法線１５とがなす角は、ともに、角度α［ｒａｄ］である。   Part of the reflected light 12 is absorbed again by the light absorption layer of the back-illuminated PIN photodiode 9, and the remaining reflected light 12 is emitted from the back-illuminated PIN photodiode 9. When this light returns to the optical fiber 2, noise is generated. FIGS. 5A and 5B respectively show the case where the back-illuminated PIN photodiode 9 is viewed from the side and above, as in FIGS. 2A and 2B. Here, the angle formed by the optical axis 13 of the incident light 11 and the normal 15 and the angle formed by the optical axis 14 of the reflected light 12 and the normal 15 are both an angle α [rad].

当該実施形態に係る裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の反射面２３は、第１の実施形態に係る表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の反射面２１と同様に、反射面２３の反射率に、異方性分布を有しており、図５Ｂに示す通り、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の反射面２３において、高い反射率を有する領域である高反射率領域２４が、図中横方向に延びる楕円形状をしており、高反射率領域２４以外の領域の反射率は高反射率領域２４の反射率より十分に低い反射率となっている。ここで、入射光１１の光軸１３は、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の反射面２３と、高反射率領域２４の中心で交わっているものとする。   The reflective surface 23 of the back-illuminated PIN photodiode 9 according to this embodiment is anisotropic in the reflectance of the reflective surface 23, as is the reflective surface 21 of the front-illuminated PIN photodiode 4 according to the first embodiment. As shown in FIG. 5B, a high reflectivity region 24, which is a region having a high reflectivity, is an elliptical shape extending in the horizontal direction in the drawing as shown in FIG. 5B. Therefore, the reflectivity of the region other than the high reflectivity region 24 is sufficiently lower than the reflectivity of the high reflectivity region 24. Here, it is assumed that the optical axis 13 of the incident light 11 intersects with the reflection surface 23 of the back-illuminated PIN photodiode 9 at the center of the high reflectance region 24.

第１の実施形態と同様に、反射光１２のＮＡは、反射光１２の光軸１４に対して異方性分布を有しており、図５Ｂの縦方向に延びる楕円形状をしている。よって、図５Ｂに示す通り、第１の向きのＮＡが小さくなるよう、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の反射面２３が配置されるのが望ましい。   As in the first embodiment, the NA of the reflected light 12 has an anisotropic distribution with respect to the optical axis 14 of the reflected light 12, and has an elliptical shape extending in the vertical direction of FIG. 5B. Therefore, as shown in FIG. 5B, it is desirable to arrange the reflecting surface 23 of the back-illuminated PIN photodiode 9 so that the NA in the first direction becomes small.

裏面入射型受光素子の反射面の反射率が一様に分布している場合は、反射光のＮＡは、入射光のＮＡと等しい。この場合、素子の吸収層での吸収率や反射面の反射率にもよるが、表面入射型受光素子と同様に、一般には、数式１に示す関係により、α＞ＮＡを満たすと、ＯＲＬの規定値を満たしている。   When the reflectance of the reflection surface of the back-illuminated light receiving element is uniformly distributed, the NA of the reflected light is equal to the NA of the incident light. In this case, although depending on the absorptivity at the absorption layer of the element and the reflectance of the reflecting surface, generally, as in the case of the front-illuminated light receiving element, when α> NA is satisfied according to the relationship shown in Equation 1, the ORL Meets the specified value.

これに対して、裏面入射型受光素子の反射面の反射率に異方性分布を有する場合も、同様に、反射光のＮＡは、反射率が等方的である場合よりも大きくなり、所望のＯＲＬを得るために必要な角度αはより大きくなる。しかし、反射光のＮＡの異方性分布を考慮して、第１の向きのＮＡが小さくなるように、受光素子の反射面を配置することにより、より小さい角度αで、所望のＯＲＬに達成することが出来、それにより、受光素子の受光感度の低下も抑制することが出来る。   On the other hand, when the reflectance of the reflection surface of the back-illuminated light receiving element has an anisotropic distribution, the NA of the reflected light is similarly larger than that of the case where the reflectance is isotropic. The angle α required to obtain the ORL becomes larger. However, considering the anisotropic distribution of NA of reflected light, the desired ORL can be achieved at a smaller angle α by arranging the reflecting surface of the light receiving element so that the NA in the first direction becomes small. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in light receiving sensitivity of the light receiving element.

なお、当該実施形態に係る裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９において、反射面とは、主に、図５Ａに示す裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の下面に位置する反射面２３を指す。裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の裏面（図５Ａに示す上面）である受光面においても、光の反射はあり得る。受光面の反射率は、一般に、反射面２３の高反射率領域２４の反射率と比べて、非常に小さく、ノイズの主な要因は、反射面２３における反射光１２である。しかしながら、裏面入射型受光素子の受光面において、反射率が異方性分布を有しており、受光面の反射光が大きい場合には、受光面を反射面として、本発明を適用してもよい。   In the back-illuminated PIN photodiode 9 according to this embodiment, the reflective surface mainly refers to the reflective surface 23 located on the lower surface of the back-illuminated PIN photodiode 9 shown in FIG. 5A. Even on the light receiving surface which is the back surface (the top surface shown in FIG. 5A) of the back-illuminated PIN photodiode 9, light can be reflected. The reflectance of the light receiving surface is generally very small compared to the reflectance of the high reflectance region 24 of the reflecting surface 23, and the main cause of noise is the reflected light 12 on the reflecting surface 23. However, when the reflectance has an anisotropic distribution on the light-receiving surface of the back-illuminated light-receiving element, and the reflected light from the light-receiving surface is large, the present invention can be applied with the light-receiving surface as the reflecting surface. Good.

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る受光モジュール１の基本的な構成は、第１の実施形態に係る受光モジュール１と同じである。当該実施形態に係る受光モジュール１において、受光モジュール１に備えられる受光素子が端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０である点が、第１の実施形態と主に異なっている。 [Third Embodiment]
The basic configuration of the light receiving module 1 according to the third embodiment of the present invention is the same as that of the light receiving module 1 according to the first embodiment. The light receiving module 1 according to the present embodiment is mainly different from the first embodiment in that the light receiving element provided in the light receiving module 1 is an end face incident type PIN photodiode 10.

図６Ａ及び図６Ｂは、当該実施形態に係る端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の入射光１１と反射光１２の関係を表す概念図である。集光レンズ３からの出射光が、端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の端面（側面）に入射する。すなわち、端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の受光面は、端面である。集光レンズ３からの出射光がは端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の受光面に入射し、受光面を通過し、電気信号に変換される。また、出射光の一部は、端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の受光面で反射されるので、受光面は反射面２５としても作用している。入射光１１とは反射面２５に入射する光を指しており、反射光１２とは、反射面２５から反射される光を指している。反射光１２が光ファイバ２へ戻ることにより、ノイズが発生する。図６Ａ及び図６Ｂは、ともに、端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の側方より見る場合を表しており、図６Ａは、入射光１１及び反射光１２からなる入射面に垂直な方向から、図６Ｂは、反射面２５の法線１５の方向から、それぞれ見る場合を表している。ここで、入射光１１の光軸１３と法線１５とがなす角、及び、反射光１２の光軸１４と法線１５とがなす角は、ともに、角度α［ｒａｄ］である。   6A and 6B are conceptual diagrams showing the relationship between the incident light 11 and the reflected light 12 of the edge-incident PIN photodiode 10 according to this embodiment. The outgoing light from the condenser lens 3 enters the end face (side face) of the end face incident type PIN photodiode 10. That is, the light receiving surface of the end-face incident type PIN photodiode 10 is an end surface. Light emitted from the condenser lens 3 is incident on the light receiving surface of the end-face incident type PIN photodiode 10, passes through the light receiving surface, and is converted into an electrical signal. Further, since a part of the emitted light is reflected by the light receiving surface of the end-face incident type PIN photodiode 10, the light receiving surface also acts as the reflecting surface 25. Incident light 11 refers to light incident on the reflecting surface 25, and reflected light 12 refers to light reflected from the reflecting surface 25. When the reflected light 12 returns to the optical fiber 2, noise is generated. FIGS. 6A and 6B both show the case of viewing from the side of the end-face incident type PIN photodiode 10, and FIG. 6A shows a direction perpendicular to the incident surface composed of the incident light 11 and the reflected light 12, and FIG. Represents the case of viewing from the direction of the normal 15 of the reflecting surface 25. Here, the angle formed by the optical axis 13 of the incident light 11 and the normal 15 and the angle formed by the optical axis 14 of the reflected light 12 and the normal 15 are both an angle α [rad].

当該実施形態に係る端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の反射面２５は、第１の実施形態に係る表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４の反射面２１と同様に、反射面２５の反射率に、異方性分布を有しており、図６Ｂに示す通り、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９の反射面２５において、高い反射率を有する領域である高反射率領域２６が、図中縦方向に延びる楕円形状をしており、高反射率領域２６以外の領域の反射率は高反射率領域２６の反射率より十分に低い反射率となっている。ここで、入射光１１の光軸１３は、端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の反射面２５と、高反射率領域２６の中心で交わっているものとする。   The reflective surface 25 of the edge-incident PIN photodiode 10 according to this embodiment is anisotropic in the reflectance of the reflective surface 25, similar to the reflective surface 21 of the front-illuminated PIN photodiode 4 according to the first embodiment. As shown in FIG. 6B, a high reflectance region 26, which is a region having a high reflectance, on the reflecting surface 25 of the back-illuminated PIN photodiode 9 has an elliptical shape extending in the vertical direction in the drawing. Therefore, the reflectivity of the region other than the high reflectivity region 26 is sufficiently lower than the reflectivity of the high reflectivity region 26. Here, it is assumed that the optical axis 13 of the incident light 11 intersects with the reflection surface 25 of the edge-incident PIN photodiode 10 at the center of the high reflectance region 26.

反射光１２のＮＡは、反射光１２の光軸１４に対して異方性分布を有しており、図６Ｂの横方向に延びる楕円形状をしている。よって、図６Ｂに示す通り、第１の向きのＮＡが小さくなるよう、端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の反射面２５が配置されるのが望ましい。   The NA of the reflected light 12 has an anisotropic distribution with respect to the optical axis 14 of the reflected light 12, and has an elliptical shape extending in the horizontal direction in FIG. 6B. Therefore, as shown in FIG. 6B, it is desirable to arrange the reflecting surface 25 of the edge-incident PIN photodiode 10 so that the NA in the first direction becomes small.

端面入射型受光素子の反射面の反射率が一様に分布している場合は、反射光のＮＡは、入射光のＮＡと等しい。この場合、反射面の反射率にもよるが、表面入射型受光素子と同様に、一般には、数式１に示す関係により、α＞ＮＡを満たすと、ＯＲＬの規定値を満たしている。   When the reflectance of the reflecting surface of the end-face incident type light receiving element is uniformly distributed, the NA of the reflected light is equal to the NA of the incident light. In this case, although depending on the reflectance of the reflecting surface, in general, as in the case of the front-illuminated light receiving element, when α> NA is satisfied according to the relationship shown in Formula 1, the specified value of ORL is satisfied.

これに対して、端面入射型受光素子の反射面の反射率に異方性分布を有する場合も、同様に、反射光のＮＡは、反射率が等方的である場合よりも大きくなり、所望のＯＲＬを得るために必要な角度αはより大きくなる。   On the other hand, when the reflectance of the reflecting surface of the end-face incident type light receiving element has an anisotropic distribution, the NA of the reflected light is similarly larger than the case where the reflectance is isotropic, The angle α required to obtain the ORL becomes larger.

端面入射型受光素子においても、角度αが大きくなると、入射光と、端面入射型受光素子内部の導波路との結合効率ηが低下するのに伴い、受光感度も低下し、特性が劣化する。入射光と導波路との結合効率ηは、角度αが小さい場合においては、η∝−α２／ＮＡ２（数式２）の関係を有しており、端面入射型受光素子において、ＯＲＬ及び結合効率ηは、ほぼ同じ割合で低下することとなる。 Also in the end face incident type light receiving element, when the angle α is increased, the light receiving sensitivity is lowered and the characteristics are deteriorated as the coupling efficiency η between the incident light and the waveguide inside the end face incident type light receiving element is lowered. The coupling efficiency η between the incident light and the waveguide has a relationship of η∝−α 2 / NA 2 (Formula 2) when the angle α is small. The efficiency η decreases at substantially the same rate.

しかし、反射光のＮＡの異方性分布を考慮して、第１の向きのＮＡが小さくなるように、受光素子の反射面を配置することにより、より小さい角度αで、所望のＯＲＬに達成することが出来、それにより、受光素子の受光感度の低下も抑制することが出来る。   However, considering the anisotropic distribution of NA of reflected light, the desired ORL can be achieved at a smaller angle α by arranging the reflecting surface of the light receiving element so that the NA in the first direction becomes small. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in light receiving sensitivity of the light receiving element.

なお、当該実施形態に係る端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０において、反射面とは、主に、端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０の受光面である反射面２５を指すが、素子の構造によっては、他の反射面についても、本発明を適用することが可能である。   In the end-face incident type PIN photodiode 10 according to this embodiment, the reflection surface mainly refers to the reflection surface 25 that is the light-receiving surface of the end-face incidence type PIN photodiode 10, but depending on the structure of the element, The present invention can also be applied to other reflective surfaces.

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る受光モジュール１の基本的な構成は、第１乃至第３の実施形態に係る受光モジュール１のいずれかと同じである。すなわち、受光素子は、表面入射型ＰＩＮフォトダイオード４であっても、裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード９であっても、端面入射型ＰＩＮフォトダイオード１０であってもよい。第１乃至第３の実施形態において、受光素子の反射面の高反射率領域が楕円形状をしている場合において示したが、当該実施形態に係る受光モジュール１において、受光素子の反射面の反射率分布が、第１乃至第３の実施形態と主に異なっている。 [Fourth Embodiment]
The basic configuration of the light receiving module 1 according to the fourth embodiment of the present invention is the same as any one of the light receiving modules 1 according to the first to third embodiments. That is, the light receiving element may be a front-illuminated PIN photodiode 4, a back-illuminated PIN photodiode 9, or an end-face incident PIN photodiode 10. In the first to third embodiments, the case where the high reflectivity region of the reflection surface of the light receiving element has an elliptical shape is shown. However, in the light receiving module 1 according to the embodiment, the reflection of the reflection surface of the light receiving element. The rate distribution is mainly different from the first to third embodiments.

図７Ａは、当該実施形態に係る受光素子の反射面の反射率分布の一例を示す図である。例えば、図７Ａに示すように、反射面において、高反射率領域２７が、十字形状をしており、高反射率領域２７以外の領域の反射率は高反射率領域２７の反射率より十分に低い反射率となっている。   FIG. 7A is a diagram illustrating an example of the reflectance distribution of the reflecting surface of the light receiving element according to the embodiment. For example, as shown in FIG. 7A, the high reflectance region 27 has a cross shape on the reflecting surface, and the reflectance of the region other than the high reflectance region 27 is sufficiently higher than the reflectance of the high reflectance region 27. Low reflectivity.

受光素子の反射面に入射光が照射する領域にある反射率分布が、図７Ａに示す分布をしている場合、反射面における反射光の強度分布（ＮＦＰ）は、図７Ａに示す分布に対応している。それゆえ、反射面より遠方の反射光の強度分布（ＦＦＰ）は、図７Ａに示す分布を２次元フーリエ変換した像に対応しており、反射光のＮＡの異方性分布もこの像に対応している。   When the reflectance distribution in the region irradiated with incident light on the reflecting surface of the light receiving element has the distribution shown in FIG. 7A, the intensity distribution (NFP) of the reflected light on the reflecting surface corresponds to the distribution shown in FIG. 7A. is doing. Therefore, the intensity distribution (FFP) of reflected light far from the reflecting surface corresponds to an image obtained by two-dimensional Fourier transform of the distribution shown in FIG. 7A, and the anisotropic distribution of NA of the reflected light also corresponds to this image. is doing.

図７Ｂは、図７Ａに示す反射率分布を２次元フーリエ変換した像を示す像である。図７Ｂに示す２次元フーリエ変換像は、中心付近の振幅が大きく、中心から十字形の４つの向きそれぞれに進むのに伴い、振幅が小さくなっている。   FIG. 7B is an image showing an image obtained by two-dimensional Fourier transform of the reflectance distribution shown in FIG. 7A. The two-dimensional Fourier transform image shown in FIG. 7B has a large amplitude near the center, and the amplitude decreases as it proceeds from the center to each of the four directions of the cross.

反射光のＮＡ分布も、図７Ｂに示す像に対応しているので、反射光のＮＡの小さい向きを選択し、その向きが第１の向きとなるよう、受光素子の反射面を配置すればよい。   Since the NA distribution of the reflected light also corresponds to the image shown in FIG. 7B, if the direction in which the NA of the reflected light is small is selected and the reflecting surface of the light receiving element is arranged so that the direction is the first direction, Good.

図７Ｃは、反射面の反射率が図７Ａに示す分布を有する場合に望ましい第１の向きを示す図である。前述した通り、反射光の光軸に対して反射光のＮＡが異方性分布を有する場合、反射光のＮＡの異方性分布は、図７Ｂに示す２次元フーリエ変換像に対応しており、図７Ｂに示す２次元フーリエ変換像の中心から、像の強度（絶対値）が小さい向きを第１の向きに選ぶとよい。図７Ｃには、第１の向きとして望ましい向きが、４つ示されている。これらの向きのいずれかを第１の向きとするのが、最も望ましく、プロセス上の誤差を鑑みて、これらの向きのいずれかの向きの近傍が第１の向きであってもよい。   FIG. 7C is a diagram illustrating a first direction desirable when the reflectance of the reflecting surface has the distribution illustrated in FIG. 7A. As described above, when the reflected light NA has an anisotropic distribution with respect to the optical axis of the reflected light, the anisotropic distribution of the reflected light NA corresponds to the two-dimensional Fourier transform image shown in FIG. 7B. From the center of the two-dimensional Fourier transform image shown in FIG. 7B, a direction in which the intensity (absolute value) of the image is small may be selected as the first direction. In FIG. 7C, four desirable orientations are shown as the first orientation. It is most desirable to set one of these directions as the first direction, and in view of a process error, the vicinity of any one of these directions may be the first direction.

図８Ａは、当該実施形態に係る反射面の反射率分布の他の一例を示す図である。例えば、図８Ａに示すように、反射面において、高反射率領域２７が、正三角形の形状をしていてもよい。この場合、高反射率領域２７以外の領域の反射率は高反射率領域２７の反射率より十分に低い反射率となっている。   FIG. 8A is a diagram showing another example of the reflectance distribution of the reflecting surface according to the embodiment. For example, as shown in FIG. 8A, the high reflectivity region 27 may have an equilateral triangle shape on the reflecting surface. In this case, the reflectance of the area other than the high reflectance area 27 is sufficiently lower than the reflectance of the high reflectance area 27.

図８Ｂは、図８Ａに示す反射率分布を２次元フーリエ変換した像を示す像である。図８Ｂに示す２次元フーリエ変換像は、中心付近の振幅が大きく、中心から６つの向きそれぞれに進むのに伴い、振幅が小さくなっている。   FIG. 8B is an image showing an image obtained by two-dimensional Fourier transform of the reflectance distribution shown in FIG. 8A. The two-dimensional Fourier transform image shown in FIG. 8B has a large amplitude in the vicinity of the center, and the amplitude decreases as it advances in each of the six directions from the center.

反射光のＮＡの異方性分布も、図８Ｂに示す像に対応しているので、反射光のＮＡの小さい向きを選択し、その向きが第１の向きとなるよう、受光素子の反射面を配置すればよい。   Since the anisotropy distribution of the NA of the reflected light also corresponds to the image shown in FIG. 8B, a direction in which the NA of the reflected light is small is selected, and the reflecting surface of the light receiving element is set to the first direction. May be arranged.

図８Ｃは、反射面の反射率が図８Ａに示す分布を有する場合に望ましい第１の向きを示す図である。図８Ｃには、第１の向きとして望ましい向きが、６つ示されている。   FIG. 8C is a diagram illustrating a first direction desirable when the reflectance of the reflecting surface has the distribution illustrated in FIG. 8A. FIG. 8C shows six desirable orientations as the first orientation.

なお、以上、本発明の実施形態に係る受光モジュールについて説明した。以上の説明において、受光素子として、ＰＩＮフォトダイオードを例に説明したが、ＰＩＮフォトダイオードに限定されることはなく、アバランシェホトダイオード（Avalanche Photodiode：ＡＰＤ）など、他の受光素子であっても良いのは言うまでもない。   The light receiving module according to the embodiment of the present invention has been described above. In the above description, a PIN photodiode has been described as an example of a light receiving element. However, the present invention is not limited to a PIN photodiode, and other light receiving elements such as an avalanche photodiode (APD) may be used. Needless to say.

１ 受光モジュール、２ 光ファイバ、３ 集光レンズ、４ 表面入射型ＰＩＮフォトダイオード、５ 受光素子サブマウント、６ 信号増幅用ＩＣ、７ ステム、８ 電気信号出力ピン、９ 裏面入射型ＰＩＮフォトダイオード、１０ 端面入射型ＰＩＮフォトダイオード、１１ 入射光、１２ 反射光、１３，１４ 光軸、１５ 法線、２１，２３，２５ 反射面、２２，２４，２６，２７ 高反射率領域、３１，３２，３３，３４，３５ 曲線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light receiving module, 2 Optical fiber, 3 Condensing lens, 4 Front incident type PIN photodiode, 5 Light receiving element submount, 6 Signal amplification IC, 7 Stem, 8 Electrical signal output pin, 9 Back surface incident type PIN photodiode, 10 end face incident type PIN photodiode, 11 incident light, 12 reflected light, 13, 14 optical axis, 15 normal, 21, 23, 25 reflective surface, 22, 24, 26, 27 high reflectivity region, 31, 32, 33, 34, 35 curves.

Claims (7)

外部より入力される信号光を内部へ出射する光学部材と、
前記光学部材より出射する出射光を収束光に変換して出射するレンズと、
前記収束光の光軸に対して法線方向が斜交して配置される反射面を有するとともに、前記収束光を受光して電気信号に変換する受光素子と、
を備える受光モジュールであって、
前記収束光が前記反射面で反射してなる反射光の開口数は、前記反射光の光軸と垂直に交わる反射光垂直面において、前記反射光の光軸に対して異方性分布を有し、
前記収束光及び前記反射光側へ前記反射面から延びる法線の向きが前記反射光垂直面に正射影される向きである第１の向きの前記反射光の開口数より、大きい開口数となる第２の向きが、前記反射光垂直面に第１の向きと異なる向きに存在する、
ことを特徴とする、受光モジュール。 An optical member for emitting signal light input from the outside to the inside;
A lens that emits light emitted from the optical member by converting it into convergent light; and
A light receiving element that has a reflecting surface that is disposed obliquely with respect to the optical axis of the convergent light, and that receives the convergent light and converts it into an electrical signal;
A light receiving module comprising:
The numerical aperture of the reflected light formed by reflecting the convergent light on the reflecting surface has an anisotropic distribution with respect to the optical axis of the reflected light on the vertical surface of the reflected light that intersects the optical axis of the reflected light perpendicularly. And
The normal direction extending from the reflecting surface toward the convergent light and the reflected light side has a numerical aperture larger than the numerical aperture of the reflected light in the first direction, which is the direction orthogonally projected onto the reflected light vertical surface. A second direction exists in a direction different from the first direction on the reflected light vertical plane;
A light receiving module. 外部より入力される信号光を内部へ出射する光学部材と、
前記光学部材より出射する出射光を収束光に変換して出射するレンズと、
前記収束光の光軸に対して法線方向が斜交して配置される反射面を有するとともに、前記収束光を受光して電気信号に変換する受光素子と、
を備える受光モジュールであって、
前記収束光の光軸と前記反射面との交点に対する前記反射面の反射率の異方性分布と、前記収束光の前記反射面上での強度及び波面と、の関係から算出される、前記収束光が前記反射面で反射してなる反射光の開口数は、前記反射光の光軸と垂直に交わる反射光垂直面において、前記反射光の光軸に対して異方性分布を有し、
前記収束光及び前記反射光側へ前記反射面から延びる法線の向きが前記反射光垂直面に正射影される向きである第１の向きの前記反射光の開口数より、大きい開口数となる第２の向きが、前記反射光垂直面に第１の向きと異なる向きに存在する、
ことを特徴とする、受光モジュール。 An optical member for emitting signal light input from the outside to the inside;
A lens that emits light emitted from the optical member by converting it into convergent light; and
A light receiving element that has a reflecting surface that is disposed obliquely with respect to the optical axis of the convergent light, and that receives the convergent light and converts it into an electrical signal;
A light receiving module comprising:
Calculated from the relationship between the anisotropy distribution of the reflectance of the reflecting surface with respect to the intersection of the optical axis of the convergent light and the reflecting surface, and the intensity and wavefront of the convergent light on the reflecting surface, The numerical aperture of the reflected light formed by reflecting the convergent light on the reflection surface has an anisotropic distribution with respect to the optical axis of the reflected light on the vertical surface of the reflected light that intersects the optical axis of the reflected light perpendicularly. ,
The normal direction extending from the reflecting surface toward the convergent light and the reflected light side has a numerical aperture larger than the numerical aperture of the reflected light in the first direction, which is the direction orthogonally projected onto the reflected light vertical surface. A second direction exists in a direction different from the first direction on the reflected light vertical plane;
A light receiving module. 外部より入力される信号光を内部へ出射する光学部材と、
前記光学部材より出射する出射光を収束光に変換して出射するレンズと、
前記収束光の光軸に対して法線方向が斜交して配置される反射面を有するとともに、前記収束光を受光して電気信号に変換する受光素子と、
を備える受光モジュールであって、
前記収束光の光軸と前記反射面との交点に対する前記反射面の反射率の異方性分布の２次元フーリエ変換によって算出される、前記収束光が前記反射面で反射してなる反射光の開口数は、前記反射光の光軸と垂直に交わる反射光垂直面において、前記反射光の光軸に対して異方性分布を有し、
前記収束光及び前記反射光側へ前記反射面から延びる法線の向きが前記反射光垂直面に正射影される向きである第１の向きの開口数より、大きい開口数となる第２の向きが、前記反射光垂直面に第１の向きと異なる向きに存在する、
ことを特徴とする、受光モジュール。 An optical member for emitting signal light input from the outside to the inside;
A lens that emits light emitted from the optical member by converting it into convergent light; and
A light receiving element that has a reflecting surface that is disposed obliquely with respect to the optical axis of the convergent light, and that receives the convergent light and converts it into an electrical signal;
A light receiving module comprising:
Calculated by a two-dimensional Fourier transform of the anisotropic distribution of reflectance of the reflecting surface with respect to the intersection of the optical axis of the convergent light and the reflecting surface, the reflected light formed by reflecting the convergent light on the reflecting surface The numerical aperture has an anisotropy distribution with respect to the optical axis of the reflected light on the vertical surface of the reflected light that intersects the optical axis of the reflected light perpendicularly.
A second direction in which the direction of the normal extending from the reflecting surface toward the convergent light and the reflected light is a numerical aperture greater than the numerical aperture in the first direction, which is the direction orthogonally projected on the reflected light vertical surface. Is present in a direction different from the first direction on the vertical surface of the reflected light,
A light receiving module. 前記反射光垂直面において、前記反射光の開口数の前記異方性分布は、前記第１の向きで極小値となっている、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３に記載の受光モジュール。 In the reflected light vertical plane, the anisotropic distribution of the numerical aperture of the reflected light has a minimum value in the first direction.
The light receiving module according to claim 1, wherein the light receiving module is characterized in that: 前記受光素子は、表面入射型受光素子であり、
前記反射面とは、前記受光素子の受光面である、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の受光モジュール。 The light receiving element is a surface incident type light receiving element,
The reflective surface is a light receiving surface of the light receiving element,
The light receiving module according to any one of claims 1 to 4, wherein the light receiving module is characterized in that: 前記受光素子は、裏面入射型受光素子であり、
前記反射面とは、前記裏面入射型受光素子の表面に配置される反射面である、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の受光モジュール。 The light receiving element is a back-illuminated light receiving element,
The reflective surface is a reflective surface disposed on the surface of the back-illuminated light receiving element.
The light receiving module according to any one of claims 1 to 4, wherein the light receiving module is characterized in that: 前記受光素子は、端面入射型受光素子であり、
前記反射面とは、前記端面入射型受光素子の受光面である、
ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の受光モジュール。 The light receiving element is an end face incident type light receiving element,
The reflecting surface is a light receiving surface of the end-face incident type light receiving element.
The light receiving module according to any one of claims 1 to 4, wherein the light receiving module is characterized in that:
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