JP2508228B2 - 光モジュ―ルユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザの光出力が遠端からの戻り光
の有無に係わりなく、安定な動作をする光モジュールユ
ニットに関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザ、特に分布帰還型半導体レーザは、単一
軸モードで発振するため、光ファイバ通信の分野におい
ても光情報処理の分野においても重要性が極めて高い。
光通信の分野では、より高感度な受信システムとして光
ヘテロダイン検波システムが検討されており、この場合
レーザ光が単一軸モードでかつ単一偏波でないと受信感
度が劣化する。また、光情報処理の分野でも、低雑音を
必要とするシステムには、単一軸モード、単一偏波の半
導体レーザが必要である。

この単一偏波、単一軸モードの条件を満足するには、
通常の分布帰還型半導体レーザではなく、多重量子井戸
構造の半導体レーザを用いることが望ましい。すなわ
ち、（ｉ）半導体レーザの活性層が、発振波長に相当す
るエネルギ・ギャップに較べて広い層と狭い層とで交互
に繰り返す多層構造となっており、かつ個々の層が数十
オングストロームと極めて薄いこと、（ii）活性層厚を
最大限400オングストローム程度に薄くすること、の２
点を満足することである。これにより半導体レーザは、
量子サイズ効果としての特長、すなわち単一偏波特性が
顕著となってくる。

これは、活性層厚が非常に薄いと、活性層中に注入さ
れたキャリアの運動方向が２次元に制限され、TE波の利
得がTM波の利得に対し圧倒的に高くなるためである。こ
れらの点は実験的にも確認されており、利得差で100cm
^-1もの値が得られている。

この種の半導体レーザを光モジュール化する場合、外
部からの戻り光に対する対策として、通常光アイソレー
タが用いられる。光アイソレータは、例えば特願昭59-2
53519号に記載され、第２図で構成を示しているよう
に、光ファイバ結合用の第１レンズ１と、第２レンズ２
との間に挿入配置されている。このとき光アイソレータ
３は、偏光子４と、YIG薄膜５および磁石６からなるフ
ァラデ回転子７と、検光子８とが光学的な接着剤によっ
て密着固定されている。なお、光アイソレータ３の動作
原理については、特願昭59-253519号に詳細に説明され
ている。また、第１レンズ１の前方には半導体レーザ９
が配置されており、かつ第２レンズ２には光ファイバ10
が接続された構成となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の光アイソレータ付の光
モジュールでは、この光アイソレータ３を挿入するた
め、第１レンズ１と第２レンズ２の間隔を広くとる必要
があり、このため光学長が相対的に長めとなる。一方、
光モジュールを実装する光パネルは、電子回路のハイブ
リッドIC化、LSI化等でより小型化する傾向にある。こ
のため、光モジュールの長大化は、光パネル小型化の流
れと逆行してくる。

また、光アイソレータ３の内蔵は光モジュールの高さ
にも影響している。すなわち、光パネルを積み重ねによ
って高密度実装する傾向にあるのに対して、光アイソレ
ータ３の大きさが足かせとなって光モジュールを薄くで
きないという問題がある。

更に、光モジュールを効率よく製造するには、半導体
レーザ９、レンズ系（第１レンズ１、第２レンズ２）、
光ファイバ10の相対位置関係が光アイソレータ３の有無
に係わりなく共通であることが必要である。しかしなが
ら、第１、第２レンズ１、２間に、あるいは半導体レー
ザ９と光ファイバ10との間に光アイソレータ３を挿入す
る方法は、相対位置関係を変えることとなり、効率よく
製造するには適さないという問題がある。

本発明の目的は上述した問題に鑑みなされたもので、
小型かつ薄型化を可能にし、しかも効率よく製造するこ
とのできる光モジュールユニットを提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光モジュールユニットでは、半導体レーザと
第１の光ファイバの一端部とこれらを光学的に結合させ
る第１の結合用レンズからなり偏光子としての機能を有
する光モジュールと、第１の光ファイバの他端部と光学
的に結合する第２の結合用レンズからなる第１の光アイ
ソレータ構成部と、この第１の光アイソレータ構成部の
光軸の回りに回動自在でファラデ回転素子、検光子およ
び第２の光ファイバとがこの順に配置された第２の光ア
イソレータ構成部と、この第２の光アイソレータ構成部
の温度制御を行う冷却素子とが、所定の長さを有する単
一モードの第１の光ファイバを介して接続されたことを
特徴としている。

〔作用〕

このように本発明は、光アイソレータが光モジュール
から分離されているため、半導体レーザ、レンズ系、光
ファイバの相対位置関係を変更する必要がなく、したが
って光モジュールを効率よく製造できる。また、光アイ
ソレータを内蔵させたことにより生じる光モジュールの
長大化、厚さの問題も、この光アイソレータと光モジュ
ールの分離により解消できる。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係わる光モジュールユニットの一実
施例を示す概略構成図である。光アイソレータ11は、光
モジュール12に内蔵せずに、単一モードの第１の光ファ
イバ13と第２の光ファイバ14との間に挿入配置されてい
る。

光モジュール12は、半導体レーザ15と、第１の光ファ
イバ13を光学的に結合させる第１の結合用レンズ16とで
構成される。半導体レーザ15としては、量子サイズ効果
のある分布帰還型の半導体レーザで、発振波長が1.56μ
ｍのものを用いた。第１の結合用レンズ16は、半導体レ
ーザ15側が先球面の第１の集束性ロッドレンズ16aと第
１の光ファイバ13側が８°に斜めカットされ、両端面が
平面の第２の集束性ロッドレンズ16bの２枚レンズ系で
構成されている。ここで、第１の光ファイバ13の第１の
端面13aも同様に８°に斜めカットされ、第２の集束性
ロッドレンズ16bと密着固定されている。この第２の集
束性ロッドレンズ16bの端面には1.56μｍ波長で無反射
となるように誘電体膜のコーティング処理が行われてい
る。また、光モジュール12からの第１の光ファイバ13の
長さは、直線偏光保存のため20cmとした。これに後続し
て光アイソレータ11が組み合わされている。この光アイ
ソレータ11は、第１のユニット17と第２のユニット18か
ら構成されている。第１のユニット17は、第１の光ファ
イバ13の第２の端面13bと第２の結合用レンズである第
３の集束性ロッドレンズ19とから成っている。第１のユ
ニット17は、光モジュール12での第２の集束性ロッドレ
ンズ16bと第１の光ファイバ13の第１の端面13aの場合と
同様に、第２の端面13bが反射戻り光対策として８°に
斜めカットされて第３の集束性ロッドレンズ19と密着固
定されている。この第３の集束性ロッドレンズ19はレン
ズピッチを0.3とし、第２の光ファイバ14に対して１対
１結像系となっている。

第２のユニット18は、光アイソレータ本体と第２の光
ファイバ14の第３の端面14aから成る。光アイソレータ
本体は、液相エピタキシャル成長方法で膜成長させたYI
G（イットリウム鉄ガーネット）薄膜20と検光子21であ
るルチル結晶板とが無反射コーティング処理され、光学
的接着剤で密着固定されている。

また、検光子21と第３の端面14aとは、先の光モジュ
ール12や第１のユニット17と同様に端面での反射戻り光
対策として８°に斜めカットしてあり、密着固定されて
いる。更に、YIG薄膜20は、ファラデ回転子として機能
できるように中空の磁石22内に挿入されて飽和磁界の状
態となっている。ここで、偏光子を必要としない理由
は、（ｉ）量子サイズ効果のある半導体レーザ15を用い
ているので、TE波とTM波の消光比が40dB以上とされるこ
と、（ii）光モジュール16からの第１の光ファイバ13の
長さが20cmと短いため、単一モードファイバであれば偏
光が周囲温度にあまり影響されることなく保存可能なこ
と、の２点による。

このため第１のユニット17と第２のユニット18との調
整にあたっては、半導体レーザ15からの直線偏波である
出力光が第１の光ファイバ13の第２の端面13bから出射
され、第３の集束性ロッドレンズ19で１対１の像変換で
再び第２の光ファイバ14の第３の端面14aに入射される
ようにする。この場合、総合パワーが最大となるよう
に、第１のユニット17と第２のユニット18を光軸に対し
て回転させればよい。結合パワーが最大となるときは、
第２の端面13bから出射された単一の偏波面がファラデ
回転子で45°回転して検光子21の偏波面とほぼ一致した
ときである。このときの挿入損失は1.56μｍ帯で0.5dB
程度である。

このように本実施例にあっては、光アイソレータ11が
光モジュール12から分離された構成となっているため、
半導体レーザ15、レンズ系（第１の集束性ロッドレンズ
16a、第２の集束性ロッドレンズ16b）、第１の光ファイ
バ13の相対位置関係を変更する必要がない。したがっ
て、光モジュール12を効率よく製造することができる。
また、光アイソレータ11を内蔵させたことにより生じる
光モジュール12の長大化および厚さの問題も、光アイソ
レータ11と光モジュール12との分離により解消できるこ
とが分かった。

また、性能的には、第１の光ファイバ13が20cmと短い
ため、直線偏光の消光比を殆ど劣化させることなく、光
アイソレータ11に結合されるようになっており、この光
アイソレータ内蔵型と分離型とでの差はなかった。

一方、光アイソレータ11を分離させることは、システ
ムの伝送距離、伝送速度に応じて光アイソレータ11の性
能を変更するのにも適している。すなわち、高消光比を
必要とする場合は、カスケードに重ねた光アイソレータ
を第２のユニット18として用いて組立調整すればよい。

また、ファラデ回転子の回転角が周囲温度で変化する
ことも、この第２のユニット18だけをペルチェ素子で温
度制御することにより、高い消光比を広い温度範囲にわ
たって維持することができる。

本発明は以上の実施例の他にいくつかの変形が考えら
れる。すなわち、上述した実施例では量子サイズ効果の
ある半導体レーザ15を用いたが、通常の半導体レーザの
場合でもかまわない。ただし、通常の半導体レーザで
は、TE波とTM波との偏波消光比が15〜20dBと低めとな
る。数百メガビット伝送の場合には、この程度の消光比
でもシステム上問題はない。

また、上述した実施例では第１の光ファイバ13の長さ
を20cmとしたが、50cm以内であれば特に限定する必要の
ないことは言うまでもない。また、結合用レンズとして
集束性ロッドレンズを採用したが、第１の光ファイバ13
を直接先球面としたものでもよく、レンズに限定される
必要がないことは言うまでもない。

更に、上述した実施例ではファラデ回転子の構成にYI
G薄膜20を用いたが、磁界により偏波の回転角が45°回
転できる材料であれば、特に限定されることはない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係わる光モジュールユニ
ットは、光アイソレータが光モジュールから分離された
構造となっており、半導体レーザ、レンズ系、光ファイ
バの相対位置関係を変更する必要がないので、光モジュ
ールを効率よく製造することができるという効果を奏す
る。また、従来のように光アイソレータを内蔵させたこ
とにより生じる光モジュールの長大化、厚さの問題も、
本発明のように光アイソレータと光モジュールを分離さ
せたことにより確実に解消できるという効果を有する。

更に本発明では、光アイソレータの中に検光子を配置
したので、光アイソレータと光ケーブルの間のコネクタ
の数や光ファイバの長さが異なって光ケーブルからの反
射光が必ずしも直線偏波とならないような場合でも、光
アイソレータとしての性能を十分得ることができる。

また本発明では、光アイソレータを第２の結合用レン
ズからなる第１の光アイソレータ構成部と、この第１の
光アイソレータ構成部の光軸の回りに回動自在でファラ
デ回転素子、検光子および第２の光ファイバとがこの順
に配置された第２の光アイソレータ構成部とによって構
成した。このため、第１の光アイソレータ構成部に対し
て第２の光アイソレータ構成部を光軸の回りに回動させ
ることによって、総合パワーが最大となるように調整す
ることができる。更に本発明では第２の光アイソレータ
構成部の温度制御を行う冷却素子が配置されているの
で、例えば第２の光アイソレータ構成部をペルチェ素子
で温度制御することによって、高い消光比を広い温度範
囲にわたって維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる光モジュールユニットの一実施
例を示す概略構成図、第２図は従来の光モジュールユニ
ットの一例を示す概略構成図である。 11……光アイソレータ、12……光モジュール、13……第
１の光ファイバ、14……第２の光ファイバ、15……半導
体レーザ、16……第１の結合用レンズ、17……第１のユ
ニット、18……第２のユニット、19……第３の集束性ロ
ッドレンズ、20……YIG薄膜、21……検光子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザと第１の光ファイバの一端部
   とこれらを光学的に結合させる第１の結合用レンズから
   なり偏光子としての機能を有する光モジュールと、前記
   第１の光ファイバの他端部と光学的に結合する第２の結
   合用レンズからなる第１の光アイソレータ構成部と、こ
   の第１の光アイソレータ構成部の光軸の回りに回動自在
   でファラデ回転素子、検光子および第２の光ファイバと
   がこの順に配置された第２の光アイソレータ構成部と、
   この第２の光アイソレータ構成部の温度制御を行う冷却
   素子とが、所定の長さを有する単一モードの前記第１の
   光ファイバを介して接続されたことを特徴とする光モジ
   ュールユニット。