JP4703022B2 - Transceiver module - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光信号にて送受信を行う光通信において、発光素子、受光素子の双方を保有し、電気から光への変換、光から電気への変換を行う光通信用の送受信モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
情報の高度化やマルチメディア化に伴う公衆通信網やLAN等における情報伝送容量の肥大化が深刻な問題となっている。これを解決する手段として、光伝送技術を応用した各種光通信システムが注目されており、ネットワークの光化が近年急速に広まっている。
【0003】
その中で2点間を1本の光ファイバで結んで相互に通信を行う光双方向通信は、伝送路が1本で済みケーブルのスペースを取らないので、経済的な通信方式である。
【0004】
これらの光通信システムを支える上で、発光素子、受光素子を搭載した各種光素子モジュールは最も基本的な部品であり、その低コスト化を実現する量産技術の確立は重要な課題となっている。
【0005】
図3に1本の光ファイバに2つの波長の光信号にて送受信を行う光双方向通信に用いられる送受信モジュールの構造図を示す。
【0006】
波長λ1の送信光を放射する発光素子1と波長λ1の送信光を送信側集光レンズ2を介して波長λ1の送信光を導く光ファイバ3、又、光ファイバ3を通過してきた波長λ2の受信光に対して、反射する成分を持つ分波フィルタ4を介して反射された波長λ2の受信光を受光側集光レンズ5により波長λ2の受信光に対して感度のある受光素子6に導かれる構造を持つ。
【0007】
又、発光素子1からの漏れ光や、光ファイバ3を通過してきた波長λ2の受信光以外の光の受光を防止する機能の為、波長λ2の受信光のみを透過するフィルタ7を受信側集光レンズ5と分波フィルタ4の間に有する構造となっており、フィルタ7は高感度の受信が必要な場合には特に重要である(特開平9−304666号参照)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図3に従来構造の送受信モジュールは、多くの光学部品が必要であり、全ての光学部品を最適位置に配置する必要がある。該光学部品はそれぞれを金具に接着剤等を用いて取りつけられ、それぞれの金具同士を位置調整した後、レーザー溶接等にて固定する構造となっているため、小型化が困難であり、組立ても複雑であるという問題があった。
【0009】
例えば、上記従来構造では発光素子1を分波フィルタ4と送信側集光レンズ2が組み込まれたあとの最適位置に調整する必要がある。これにより、発光素子1から出射された波長λ1の送信光は、送信側集光レンズ2によって集光され、分波フィルタ4を通過した最適位置に像を結ぶ。光ファイバ3をこの集光位置に位置調整することにより、最適な光量を光ファイバ3に導くことが可能となる。
【0010】
更に、フィルタ7と受信側集光レンズ5はこの分波フィルタ4により反射された、波長λ2の受信光が通る適切な位置に固定する必要がある。これにより、光ファイバ3を通して送られてきた波長λ2の受信光は分波フィルタ4で反射され、フィルタ7を通過し、受信側集光レンズ5によって集光して最適位置に像を結ぶ。受光素子6をこの集光位置に位置調整することにより、最適な光量を得ることが可能となる。
【0011】
これらの光学調整を行うためには、それぞれの光学部品の取り付けられる金具の形状は複雑で高い精度が必要であり、光学部品同士が調整時にぶつかり合うことを避けるための間隔も必要となるという制限があった。
【0012】
特にフィルタ7の部品を配置する為には光学系を比較的長くする必要があり、小型化が困難という問題があった。
【0013】
本発明は、上述した従来の送受信モジュールの課題を解決することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するため、本発明は、発光素子、受光素子、及び光信号の導出、導入を行う光ファイバを有し、複数の波長の光信号にて送受信を行う送受信モジュールであって、上記光ファイバ先端が透明管に収納され、該透明管は中心軸に垂直な面に対して傾斜した端面を有し、この傾斜端面に、受信光を反射するとともに送信光を透過する第1のフィルタを介して透明ブロックを接合し、上記光ファイバから導入され、傾斜端面で反射した光が出射する透明管の表面に、送信光を反射するとともに受信光を透過する第2のフィルタを備え、前記透明ブロックの前記発光素子への対向面を前記発光素子からの光の光軸垂直方向に対して4〜12度の角度で傾斜させている。
【0015】
前記透明管と前記透明ブロックとを接合する接着剤の屈折率及び前記透明ブロックの屈折率が、前記光ファイバのコアの屈折率と同等であることが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1によって説明する。
【0017】
図1において、光ファイバ8の被覆を除去した部分が透明管9に固定され、透明管9の端面は光ファイバ8の中心軸に垂直な面に対して45度に研磨された傾斜端面9aとなっている。この傾斜端面9aに、波長λ4の光を反射して波長λ3の光を透過する分波フィルタ10を介して透明ブロック11がこれと同等の屈折率を有する接着剤にて接着固定される。なお、分波フィルタ10は透明ブロック11又は透明管9にコーティングされたものである。また、光ファイバ8から導入された光がこの傾斜端面9aで反射し、出射する透明管9の表面に平面12を備え、フィルタ13がコーティングされている。
【0018】
この透明管9は金具18に接着固定される。一方、金具19に抵抗溶接された発光素子15と金具20に低融点ガラス付けされた送信側集光レンズ16とを発光素子15からの出射光が送信側レンズ16を介して光ファイバ8に導出されるような位置に調整して上記金具18にレーザー溶接固定される。
【0019】
該金具18は透明管9のフィルタ13の位置に開口部を有し、金具21に抵抗溶接された受光側集光レンズ付き受光素子14を、光ファイバ8から導入され、分波フィルタ10で反射し、フィルタ13を通過した光が入射する様に位置調整し、金具18にレーザー溶接する。
【0020】
いま、光ファイバ8から導入された波長λ4の受信光は45度の傾斜端面9a上の波長λ3の送信光を透過し、波長λ4の受信光を反射する分波フィルタ10で反射され、透明管9内を光ファイバ8の中心軸と垂直に光路を変えて平面12より出射する。この平面12に波長λ4の受信光を透過し、波長λ3の送信光を反射するフィルタ13がコーティングされており、波長λ3の送信光の迷光の入射を防止する機能を持つ。これにより、送受同時通信時に受信側の微少な光信号でも送信光の影響を受けずに正確に電気信号に変換することが可能となる。
【0021】
又、発光素子15から波長λ3の送信光を放射して、送信側集光レンズ16で集光し、透明ブロック11を介して光ファイバ8に導入する構造となっている。
【0022】
ここで光ファイバのコアと同等の屈折率を持つ透明ブロック11を備えることにより、45度の傾斜端面9aの影響を受けることなく、発光素子15からの波長λ3の送信光を送信側集光レンズ16を介して無駄なく導出することが可能となる。このように双方向の送受信を行えることとともに、分波フィルタ10を傾斜端面9aに備え、フィルタ13を透明管9に直接備えてあるため小型化することができ、組立も容易になる。
【0023】
図1の送信側を拡大したものを図2に示す。
【0024】
ここで透明ブロック11の発光素子15への対向面17が、光素子15から送信側集光レンズ16を介して集光した光の光軸垂直方向に対して4〜12度の角度で傾斜させることにより、対向面17からの反射戻り光を低減し、発光素子15の発光状態が不安定になることを防止することができる。又、対向面17に反射防止膜をコーティングすることで、発光素子15のから出射した波長λ3の送信光の対向面17による反射戻り光を低減し、発光状態が不安定になることを防止することもできる。特に受光素子14側での光路長を短くし、寸法を小さくすることができる。
【0025】
又、この送受信モジュールで使用される波長以外の通信光も使用するシステムの中で使用する場合には、この対向面17に波長λ3の送信光のみ透過する干渉膜フィルタをコーティングすることで、その他の波長の光が入ってきても、発光素子15の発光状態に影響を与えない。
【0026】
上記透明管9透明ブロック11の材質としては光ファイバ8のコアと近い屈折率で、加工しやすい硬質ガラス、若しくは使用波長に対して損失のない樹脂を用いる。又分波フィルタ10、フィルタ13の材質としてはZnS、CeO2、ZrO2もしくはTiO2等の誘電体多層膜のものが用いられる。
【0027】
【実施例】
本発明の図1に示す送受信モジュールを試作した。
【0028】
ガラスの透明管9の端面はあらかじめ光ファイバ8の通る穴の中心軸に垂直な面に対して45度の傾斜端面9aとなっている。なお、透明管9はこの傾斜端面9aに対面する側面に平面12を備え、波長1.55μm(λ4)の光を透過し、波長1.31μm(λ3)の光を反射するフィルタ13がコーティングされている。
【0029】
シングルモードファイバの光ファイバ8の先端を被覆を除去した後、上記透明管9にエポキシ系接着剤にて接着固定し、透明管9の傾斜端面9aに合わせて段差が生じない様に研磨した。このとき接着剤はコアと同等の屈折率の物を使用し、気泡が入らないよう十分脱泡することが望ましい。
【0030】
その傾斜端面9aに波長1.31μm(λ3)の光を透過し、波長1.55μm(λ4)の光を反射する分波フィルタ10が蒸着された透明ブロック11をエポキシ系接着剤を用いて接着固定する。
【0031】
このとき透明ブロック11とそれを固定するエポキシ系接着剤は光ファイバ8のコアと同等の屈折率の物を使用する。
【0032】
この光ファイバ8、透明ブロック11を有する透明管9はエポキシ系接着剤を用いて金具18に接着固定し、金具19に抵抗溶接にて取り付けられた発光素子15と金具20に低融点ガラスにて取り付けられた送信側集光レンズ16を発光素子15からの出射光が送信側レンズ16を介して光ファイバ8に導出されるような位置に位置調整し、上記金具18にレーザー溶接で固定した。金具18,19、20は溶接性に防錆性に優れたステンレスを用い、発光素子15は波長1.31μmのファブリペローレーザーを用い、送信側集光レンズ16は非球面レンズを用いた。非球面レンズを用いることにより、球面収差の影響を軽減し、高結合効率を得ることが可能となる。
【0033】
このように光ファイバ8の傾斜端面9aに直接分波フィルタ10を備えており、又、フィルタ13が一体型となっているため、光学距離が非常に短く、集光位置の短いボールレンズ付きの受光素子の使用が可能となる。
【0034】
さらに、金具18の平面12の位置の開口部に対して、金具21に抵抗溶接された受光側集光レンズ付き受光素子14を光ファイバ8からの受信光を導入出来る位置に位置調整し、レーザー溶接で固定した。金具21も溶接性に防錆性に優れたステンレスを用いた。
【0035】
本発明の図1示す送受信モジュールと従来例の図3に示す送受信モジュールの部品点数、組立工程数、寸法を比較した。
【0036】
【表1】
【0037】
この結果より、従来例の図3に示す送受信モジュールは部品点数が13点で、筐体の寸法が24×13.5×8mmであったのに対して、本発明は10点で済み、寸法も24×9.5×8mmと受光素子14側の寸法を4mmも小型化する事が可能となった。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、上記光ファイバ先端が透明管に収納され、該透明管は中
心軸に垂直な面に対して傾斜した端面を有し、この傾斜端面に、受信光を反射するとともに送信光を透過する第1のフィルタを介して透明ブロックを接合し、上記光ファイバから導入され、傾斜端面で反射した光が出射する透明管の表面に、送信光を反射するとともに受信光を透過する第2のフィルタを備えることにより、部品点数と組立て工数の削減が可能となり、その部品自体のスペースとその保持する部品のスペースの削減により小型化が実現出来る。さらに、透明ブロックの発光素子への対向面を発光素子からの光の光軸垂直方向に対して4〜12度の角度で傾斜させていることにより、対向面からの反射戻り光を低減し、発光素子の発光状態が不安定になることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の送受信モジュールを示す断面図である。
【図2】本発明の送受信モジュールの送信側の拡大断面図である。
【図3】従来の送受信モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
8:光ファイバ
9:透明管
9a:傾斜端面
10:分波フィルタ
11:透明ブロック
12:平面
13:フィルタ
14:受光素子
15:発光素子
16:送信側集光レンズ
17:対向面
18:金具
19:金具
20:金具
21:金具
λ1:波長
λ2:波長
λ3:波長
λ4:波長[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transmission / reception module for optical communication that has both a light emitting element and a light receiving element and performs conversion from electricity to light and conversion from light to electricity. .
[0002]
[Prior art]
Increasing information transmission capacity in public communication networks, LANs, etc. due to information sophistication and multimedia has become a serious problem. As a means for solving this, various optical communication systems applying optical transmission technology have attracted attention, and the opticalization of networks has been rapidly spreading in recent years.
[0003]
Among them, bidirectional optical communication in which two points are connected by a single optical fiber to communicate with each other is an economical communication method because only one transmission path is required and no cable space is required.
[0004]
In supporting these optical communication systems, various optical element modules equipped with light emitting elements and light receiving elements are the most basic components, and the establishment of mass production technology that realizes cost reduction is an important issue. .
[0005]
FIG. 3 shows a structural diagram of a transmission / reception module used for two-way optical communication in which transmission / reception is performed with optical signals of two wavelengths in one optical fiber.
[0006]
The light emitting element 1 that emits the transmission light of wavelength λ1 and the
[0007]
In addition, a
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the transmission / reception module having the conventional structure shown in FIG. 3 requires many optical components, and all the optical components need to be arranged at optimum positions. Each of these optical components is attached to the metal fittings using an adhesive or the like, and has a structure in which the positions of the metal fittings are adjusted and then fixed by laser welding or the like. There was a problem of being complicated.
[0009]
For example, in the conventional structure, it is necessary to adjust the light emitting element 1 to the optimum position after the demultiplexing filter 4 and the transmission-
[0010]
Furthermore, it is necessary to fix the
[0011]
In order to perform these optical adjustments, the shape of the bracket to which each optical component is attached must be complex and highly accurate, and there is also a need for an interval to prevent the optical components from colliding with each other during adjustment. was there.
[0012]
In particular, in order to arrange the components of the
[0013]
An object of the present invention is to solve the problems of the conventional transmission / reception module described above.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described conventional problems, the present invention is a transmission / reception module that includes a light emitting element, a light receiving element, and an optical fiber that derives and introduces an optical signal, and transmits and receives an optical signal with a plurality of wavelengths. The optical fiber tip is housed in a transparent tube, and the transparent tube has an end surface that is inclined with respect to a plane perpendicular to the central axis, and the inclined end surface reflects the received light and transmits the transmitted light. A transparent block is joined via the filter, and a second filter that reflects the transmitted light and transmits the received light is provided on the surface of the transparent tube through which the light introduced from the optical fiber and reflected by the inclined end surface is emitted. The surface of the transparent block facing the light emitting element is inclined at an angle of 4 to 12 degrees with respect to the direction perpendicular to the optical axis of the light from the light emitting element.
[0015]
It is preferable that the refractive index of the adhesive for joining the transparent tube and the transparent block and the refractive index of the transparent block are equal to the refractive index of the core of the optical fiber.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0017]
In FIG. 1, the portion of the optical fiber 8 from which the coating has been removed is fixed to the transparent tube 9, and the end surface of the transparent tube 9 is slanted end surface 9 a polished at 45 degrees with respect to the surface perpendicular to the central axis of the optical fiber 8. It has become. The transparent block 11 is bonded and fixed to the inclined end face 9a with an adhesive having a refractive index equivalent to this through a
[0018]
The transparent tube 9 is bonded and fixed to the
[0019]
The
[0020]
Now, the received light of wavelength λ4 introduced from the optical fiber 8 transmits the transmitted light of wavelength λ3 on the inclined end surface 9a of 45 degrees, and is reflected by the
[0021]
Further, the transmission light having the
[0022]
Here, by providing the transparent block 11 having a refractive index equivalent to that of the core of the optical fiber, the transmission light having the wavelength λ3 from the
[0023]
FIG. 2 shows an enlarged view of the transmission side in FIG.
[0024]
Here, the
[0025]
Further, when used in a system that also uses communication light other than the wavelength used in the transmission / reception module, the other surface is coated with an interference film filter that transmits only the transmission light having the wavelength λ3. Even if light having a wavelength of λ enters, the light emitting state of the
[0026]
The transparent tube 9 and the transparent block 11 are made of hard glass having a refractive index close to that of the core of the optical fiber 8 and easy to process, or a resin having no loss with respect to the wavelength used. The
[0027]
【Example】
The transmission / reception module shown in FIG.
[0028]
The end face of the transparent glass tube 9 is an inclined end face 9a inclined at 45 degrees with respect to a plane perpendicular to the central axis of the hole through which the optical fiber 8 passes. The transparent tube 9 has a
[0029]
After the coating of the tip of the optical fiber 8 of the single mode fiber was removed, the transparent tube 9 was bonded and fixed to the transparent tube 9 with an epoxy-based adhesive, and polished so as not to cause a step according to the inclined end surface 9a of the transparent tube 9. At this time, it is desirable that the adhesive has a refractive index equivalent to that of the core and is sufficiently defoamed so that bubbles do not enter.
[0030]
The transparent block 11 on which the
[0031]
At this time, the transparent block 11 and the epoxy adhesive for fixing the transparent block 11 are those having a refractive index equivalent to that of the core of the optical fiber 8.
[0032]
The optical fiber 8 and the transparent tube 9 having the transparent block 11 are bonded and fixed to the
[0033]
As described above, the optical fiber 8 is provided with the
[0034]
Further, the
[0035]
The number of parts, the number of assembly steps, and dimensions of the transceiver module shown in FIG. 1 of the present invention and the transceiver module shown in FIG. 3 of the conventional example were compared.
[0036]
[Table 1]
[0037]
From this result, the transmission / reception module shown in FIG. 3 of the conventional example has 13 parts and the housing has a size of 24 × 13.5 × 8 mm, whereas the present invention only requires 10 points. In addition, it is possible to reduce the size of the
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, the end of the optical fiber is housed in a transparent tube, and the transparent tube has an end surface that is inclined with respect to a plane perpendicular to the central axis. The inclined end surface reflects received light and transmits light. A transparent block is joined through a first filter that transmits the light, and the first light that reflects the transmitted light and transmits the received light is reflected on the surface of the transparent tube that is introduced from the optical fiber and reflected by the inclined end surface . By providing the second filter, it is possible to reduce the number of parts and the number of assembling steps, and downsizing can be realized by reducing the space for the parts themselves and the space for the parts to be held. Furthermore, by reflecting the surface facing the light emitting element of the transparent block at an angle of 4 to 12 degrees with respect to the direction perpendicular to the optical axis of the light from the light emitting element, the reflected return light from the facing surface is reduced, It is possible to prevent the light emitting state of the light emitting element from becoming unstable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a transceiver module of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a transmission side of a transmission / reception module according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional transceiver module.
[Explanation of symbols]
8: Optical fiber
9: Transparent tube
9a: Inclined end face
10: Demultiplexing filter
11: Transparent block
12: Plane
13: Filter
14: Light receiving element
15: Light emitting element
16: Condenser lens on the transmission side
17: Opposite surface
18: Hardware
19: Hardware
20: Hardware
21: metal fitting λ1: wavelength λ2: wavelength λ3: wavelength λ4: wavelength
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