JP5672923B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバを用いて光信号を送信、受信、送受信するための光モジュールに関する。

光通信に用いられる送信用光モジュールは、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）からの光を信号光として用いており、この信号光をレンズにより集光して通信用の光ファイバに結合している。受信用光モジュールは、光ファイバを通して送られてきた信号光を、レンズにより集光して受信用のフォトダイオード（ＰＤ：photodiode）で受光している。また、１本の光ファイバを用いて前記の送信と受信の双方を行う一心双方向の送受信光モジュールもある。

上記の光通信用の光モジュールで、複数の送信用ＬＤや受信用ＰＤを用いて波長の異なる複数の信号光を多重化して送受信する場合、ＬＤ、ＰＤ等の光素子と光ファイバとの光路系に、光アイソレータやプリズム、あるいは、波長分波フィルタ（以下、ＷＤＭフィルタという）等が配される。このような光モジュールでは光路長が長くなり、１つのレンズを用いて焦光位置と作動距離を調整設定することが難しくなってきている。

このため、２つの光学レンズを用い、そのうちの一方にコリメートレンズを使用して平行ビームで光結合させて、所定の光路長が確保できるようにしている。また、２つの集光レンズを用い、両レンズの結像位置（集光位置）を一致させて光結合させて、所定の光路長が得られるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２１１２５８号公報

図１３は、２つのＬＤを用いて波長の異なる２種類の信号光の送信と、１つのＰＤを用いて所定の波長の信号光を受信する送受信用の光モジュールにおいて、２つのレンズを用いそれぞれの光路系を平行ビームとして構成した例である。この光モジュール１００は、筐体１０１の一方の端部に光ファイバ１０２を収容保持するスリーブ１０６を固定し、反対側の端部に第１のＬＤ１０３を実装した第１の送信ユニット１０７を固定し、筐体１０１の側面に第２のＬＤ１０４を実装した第２の送信ユニット１０８を固定し、筐体１０１の反対側の側面にＰＤ１０５を実装した受信ユニット１０９を固定したものである。

筐体１０１内には、光ファイバ１０２のファイバ端１０２ａに集光位置をもつ第１のレンズ（例えば、コリメートレンズ）１１１を固定的に配し、第１の送信ユニット１０７内のＬＤ１０３に集光位置をもつ第２のレンズ１１２ａを配し、第１のレンズ１１１と第２のレンズ１１２ａとは平行ビームで光結合される。そして、ＬＤ１０３からの信号光（波長λ１）は、レンズ１１１とレンズ１１２ａの間に配された第２のＷＤＭフィルタ１１４、光アイソレータ１１５、第１のＷＤＭフィルタ１１３を透過して、ファイバ端１０２ａに入射される。

また、第２の送信ユニット１０８内のＬＤ１０４は、第２の送信ユニット１０８内に配された第２のレンズ（集光レンズ）１１２ｂと平行ビームで光結合される。そして、ＬＤ１０４からの信号光（波長λ２）は、第２のＷＤＭフィルタ１１４で反射され、光アイソレータ１１５、第１のＷＤＭフィルタ１１３を透過してファイバ端１０２ａに入射される。また、受信ユニット１０９内のＰＤ１０５は、受信ユニット１０９内に配された第２のレンズ（集光レンズ）１１２ｃと平行ビームで光結合される。そして、ＰＤ１０５には、ファイバ端１０２ａからの信号光（波長λ３）が第１のＷＤＭフィルタ１１５で反射されて入射される。

第２のレンズ１１２ａ〜１１２ｃは、それぞれのユニット内に保持固定され、各ユニットの取付け時に筐体１０１の取付面に対する取付位置を調整することで調心され、光軸が固定される。先ずは、第１のレンズ１１１と光ファイバ１０２を収容保持するスリーブ１０６との位置調整が行われ、ファイバ端１０２ａが位置決めされる。ファイバ端１０２ａと第１のＬＤ１０３との調心は、第１の送信ユニット１０７の位置調整（ｘ，ｙ）により行われる。ファイバ端１０２ａと第２のＬＤ１０４との調心は、第２の送信ユニット１０８の位置調整（ｘ，ｙ）により行われる。ファイバ端１０２ａとＰＤ１０５との調心は、受信ユニット１０９の位置調整（ｘ，ｙ）により行われる。

しかしながら、上記の平行ビームによるファイバ端と各レンズとの光結合は、光軸と直交する横方向の位置ずれ（ｘ、ｙ）による結合損失が大きく、結合損失を０.２ｄＢ以下に抑えるには、位置ずれが±３μｍ以下の高精度の調心が必要とされ、調整が難しく労力を要する。そこで、特許文献１に開示の２組のレンズを集光レンズで構成する方法についての以下の検討を行った。

図１１は、２つの集光レンズを用いた際に、組立て時の光ファイバとレンズの位置ずれ（光軸と直交するｘ、ｙ方向の位置ずれ）による光結合の結合損失の試験結果を示す図である。試験には、図１１（Ａ）に示すように、第１の集光レンズと第２の集光レンズの離間距離を５.１３ｍｍ、第１の集光レンズとファイバ端とのワークディスタンスを２.８４ｍｍ、第２の集光レンズとＬＤとのワークディスタンスを０.２７ｍｍとした。そして、第１の集光レンズを光軸と直交するｘ，ｙ方向に位置ずれさせて、各位置での結合損失を測定した。この結果、図１１（Ｂ）に示すように、位置ずれが±５０μｍ以下で結合損失が０.６ｄＢ以下となり、位置ずれが±３０μｍ以下で結合損失が０.２ｄＢ以下であった。

一方、図１２は、図１３で説明した平行ビームによる組立て時の光ファイバとレンズの位置ずれ（光軸と直交するｘ、ｙ方向の位置ずれ）による光結合の結合損失の試験結果を示す図である。試験には、図１２（Ａ）に示すように、コリメートレンズと対物レンズの離間距離を５.０ｍｍ、コリメートレンズとファイバ端とのワークディスタンスを１.７６２ｍｍ、対物レンズとＬＤとのワークディスタンスを０.２９７ｍｍとした。そして、コリメートレンズを光軸と直交するｘ，ｙ方向に位置ずれさせて、各位置での結合損失を測定した。この結果、図１２（Ｂ）に示すように、位置ずれが±５μｍ以下で結合損失が０.５ｄＢ以下となり、位置ずれが±３μｍ以下で結合損失が０.２ｄＢ以下であった。

上記の結果から、２つの集光レンズを用いて光ファイバと光素子を光結合させることにより、平行ビームにより光結合した２つのレンズを用いる場合と比べて、同程度の結合損失とするのに、そのトレランスを一桁上げることができる。このため、各ユニット間を結合固定するのに調整が容易となり、製造の作業性を高めることができる。

しかしながら、２つの集光レンズを光結合させるビームウエスト位置は、光モジュール本体を構成する筐体内にある。このため、送受信ユニットのＸＹ方向の軸ずれの調整は容易になるとしても、光軸方向のＺ方向の調整が難しくなる。ＰＤを搭載した受信ユニットにおいてはＺ方向の調整は省略できるとしても、ＬＤを搭載した送信ユニットにおいては、効率よく信号光を光ファイバに送出するには、Ｚ方向の調整は欠かすことができない。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、適切な調整許容量で軸ずれの調整を可能とすると共に、光軸方向の調整も容易に行える光モジュールおよび該光モジュールを用いた光データリンクの提供を目的とする。

本発明による光モジュールは、スリーブに保持された光ファイバと少なくとも１つの送信ユニットに搭載された光素子とを、第１の集光レンズおよび第２の集光レンズを介して光結合した光モジュールであって、第１の集光レンズは集光ユニットに実装され、スリーブは集光ユニットの一面に固定される。送信ユニットは第２の集光レンズを搭載し、ジョイントスリーブを介して集光ユニットの前記一面とは異なる集光ユニットの接合固定面に固定される。第１の集光レンズの一方のビームウエスト位置は光ファイバの端面上にあり、第１の集光レンズの他方のビームウエスト位置は接合固定面上にあり、第２の集光レンズの光素子とは反対側のビームウエスト位置が第１の集光レンズの接合固定面上のビームウエスト位置に一致するように、ジョイントスリーブにより光軸方向の調整および前記の接合固定面上で光軸と直交する方向に調整されて固定される。

また、前記の第１の集光レンズの像倍率は、例えば、等倍とされる。そして、送信ユニット内の第２の集光レンズと光ファイバ間の光路中に光アイソレータを配し、また、集光ユニット内に波長分波フィルタを配したものとすることができる。

本発明によれば、光ファイバと集光レンズの横方向の位置ずれによる結合損失を０.２ｄＢ以下に抑えるには、±３０μｍ以下の精度でよく、平行ビームで光結合させるときと比べて調心精度が低く、調整作業が容易となる。また、第１の集光レンズのビームウエスト位置が送信ユニットの接合固定面であるため、光結合位置が明確で光軸方向の調整も容易に行うことができる。

本発明による光モジュールの実施形態を説明する図で、１つの送信ユニットを備えた例である。 本発明による光モジュールによるで、他の実施形態を示す図である。 本発明による光モジュールで、その他の実施形態を示す図である。 本発明による光モジュールで、その他の実施形態を示す図である。 本発明による光モジュールで、その他の実施形態を示す図である。 本発明による光モジュールで、その他の実施形態を示す図である。 本発明による光モジュールで、その他の実施形態を示す図である。 本発明による光モジュールで、その他の実施形態を示す図である。 本発明による光モジュールで、その他の実施形態を示す図である。 本発明による光モジュールで、その他の実施形態を示す図である。 集光レンズの光結合による位置ずれによる結合損失を示す図である。 平行ビームの光結合による位置ずれによる結合損失を示す図である。 従来技術の平行ビームによる光モジュールの一例を説明する図である。

本発明による光モジュールの概略を説明する。図１〜図５は、１以上の送信ユニットのみを備えた送信用の光モジュールの例を示す図である。図中、１０ａ〜１０ｅは光モジュール、１１は筐体、１１ａ〜１１ｅは光透過孔、１２ａ〜１２ｄは接合固定面、１３は光ファイバ、１３ａは光ファイバ端、１４ａ〜１４ｄはＬＤ（波長λａ〜λｄ）、１６はスリーブ、１７ａ〜１７ｄは送信ユニット、１８はジョイントスリーブ、２１は第１の集光レンズ、２２ａ〜２２ｄは第２の集光レンズ、２３は光アイソレータ、２４ａ〜２４ｃは波長分波フィルタ（ＷＤＭフィルタ）を示す。

図１は、本発明による光モジュールの最もシンプルな基本形態を示す図で、１本の光ファイバと１つの送信ユニットからなる送信用の光モジュールの例である。
この光モジュール１０ａは、集光ユニットを構成する筐体１１の一方の端部に、光ファイバ１３を収容保持するスリーブ１６を接合固定し、反対側の端部に波長λａの信号光を発光するＬＤ１４ａが搭載された送信ユニット１７ａを接合固定してなる。筐体１１内には、光ファイバ１３の光ファイバ端（端面）１３ａ上に一方のビームウエスト位置をもつ第１の集光レンズ２１が配され、光透過孔１１ｅを経て光結合される。第１の集光レンズ２１の他方のビームウエスト位置は、送信ユニット１７ａが接合固定される接合固定面１２ａ上になるように設定される。

送信ユニット１７ａ内には、第２の集光レンズ２２ａが配され、一方のビームウエスト位置がＬＤ１４ａの発光部に位置し、他方のビームウエスト位置は、送信ユニット１７ａが接合固定面１２ａに固定された状態で、接合固定面１２ａの近傍に位置するように設定される。そして、第２の集光レンズ２２ａは、接合固定面１２ａにビームウエスト位置を有する第１の集光レンズ２１と、接合固定面１２ａを含むように設けた光透過孔１１ａを通して光結合される。

光ファイバ端１３ａとＬＤ１４ａ間の光路中には、光アイソレータ２３が配置されていることが望ましい。光アイソレータ２３は、光ファイバ端１３ａとＬＤ１４ａ間の光路中であれば、どの位置に配してもよい。例えば、筐体１１内で第１の集光レンズ２１と送信ユニット１７ａとの間以外に、鎖線で示すように、送信ユニット１７ａ内の光路中、光ファイバ端１３ａと第１の集光レンズ２１間の光路中に配することができる。

筐体１１は金属製で、第１の集光レンズ２１は、筐体１１内の所定位置に嵌め込み等により物理的に固定される。第１の集光レンズ２１は、例えば、像倍率が「１」で筐体１１の中央部付近に設置され、筐体１１の一面である一方の端部に光ファイバ１３を収容保持するスリーブ１６が接合固定される。スリーブ１６は、筐体１１の端部の取付端面上で（ｘ、ｙ）方向に調整（または調整せずに物理的に位置決め）されて固定（接着あるいは溶接）される。なお、光ファイバ１３の光軸は、レンズ中心に対して、所定量オフセットさせる設定もある。

上記のように筐体１１に、スリーブ１６、第１の集光レンズ２1、光アイソレータ等を取付けて集光ユニットとされた後、筐体１１のスリーブの取付端面とは異なる他方の端部に送信ユニット１７ａが接合固定される。送信ユニット１７ａ内に搭載される第２の集光レンズ２２ａは、例えば、像倍率が「６」の非球面レンズで形成され、ＬＤ１４ａとのワークディスタンス（ＷＤ）が０.２５ｍｍ程度としたものが用いられる。この送信ユニット１７ａは、ジョイントスリーブ１８を用いて、光軸方向のｚ方向の調整を行い、筐体１１の接合固定面１２ａで光軸と直交する方向の（ｘ、ｙ）方向に調整して調心する。この調心には、ＬＤ１４ａを発光させて光ファイバ１３からの出力を検出して行うことができる。

この場合、第１の集光レンズ２１のビームウエスト位置は、第１の集光レンズ２１の実装で接合固定面１２ａになるように設定されている。したがって、送信ユニット１７ａ内に実装されている第２の集光レンズ２２ａのビームウエスト位置は、接合固定面１２ａを基準にして、第１の集光レンズ２１のビームウエスト位置に一致するように、ジョイントスリーブによる調整を行えばよく、上述したｘ，ｙ，ｚ方向の調心は、位置合わせする相手側の位置が決まっているため、精度よく且つ容易に行うことができる。なお、筐体１１と送信ユニット１７ａとは、調心後に樹脂により接着固定もしくはＹＡＧレーザや抵抗溶接により溶接固定される。

上記構成の光モジュール１０ａは、ＬＤ１４ａからの信号光（波長λａ）が、光路中に配された光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。
本例の光モジュールによれば、光ファイバ１３と送信ユニット１７ａ（第２の集光レンズ２２ａ）との位置ずれにより結合損失増を小さくすることができる。その位置ずれが±３０μｍ以内であれば、結合損失は０.２ｄＢ以内に抑えることができる。なお、図１３の平行レンズによる場合は、結合損失を０.２ｄＢ以内に抑えるには、位置ずれを±３μｍ以下とする必要がある。

図２は、１本の光ファイバと、波長の異なる信号光を発生させる２つの送信ユニットからなる送信用の光モジュールの例で、図１の光モジュール１０ａに対して、送信ユニット１７ａとは別に、送信波長が異なる送信ユニット１７ｂを筐体１１の側面に接合固定したものである。本例の光モジュール１０ｂは、図１の例と同様に、筐体１１の一方の端部に光ファイバ１３を収容保持するスリーブ１６を接合固定し、反対側の端部に波長λａの信号光を発光するＬＤ１４ａを実装した送信ユニット１７ａを接合固定してなる。そして、筐体１１の側面に波長λｂの信号光を発光するＬＤ１４ｂを実装した送信ユニット１７ｂが接合固定される。筐体１１内の光路中には、光アイソレータ２３、ＷＤＭフィルタ２４ａが配される。

光アイソレータ２３は、本例においても、光ファイバ端１３ａとＬＤ１４ａおよびＬＤ１４ｂ間の光路中であれば、どの位置に配してもよい。例えば、第１の集光レンズ２１とＷＤＭフィルタ２４ａとの間以外に、鎖線で示すように、光ファイバ端１２ａと第１の集光レンズ２１間の光路中に配することができる。また、送信ユニット１７ａ内と送信ユニット１７ｂ内とに、それぞれ個別に配するようにしてもよい。

第１の集光レンズ２１の光路は、ＷＤＭフィルタ２４ａを透過して送信ユニット１７ａ方向に向かうものと、ＷＤＭフィルタ２４ａにより９０°曲げられて送信ユニット１７ｂ方向に向かうものとに分岐され、そのビームウエスト位置は、それぞれの接合固定面１２ａと１２ｂに設定される。送信ユニット１７ｂ内には、図１で説明した送信ユニット１７ａと同様に第２の集光レンズ２２ｂが配され、一方のビームウエスト位置がＬＤ１４ｂの発光部に位置し、他方のビームウエスト位置は、送信ユニット１７ｂが筐体１１の接合固定面１２ｂに接合固定された状態で、接合固定面１２ｂの近傍に位置するように設定される。

送信ユニット１７ｂ内に配される集光レンズ２２ｂは、例えば、像倍率が「３」の非球面レンズで形成され、ＬＤ１４ｂとのワークディスタンス（ＷＤ）が０.４５ｍｍ程度としたものが用いられる。この送信ユニット１７ｂは、送信ユニット１７ａと同様にジョイントスリーブ１８を用いて、光軸方向のｚ方向の調整を行い、筐体１１の側面の平坦にされた接合固定面１２ｂで（ｘ、ｙ）方向に調整して調心し、接着もしくは溶接により固定する。この調心には、ＬＤ１４ｂを発光させて光ファイバ１３からの出力を検出して行うことができる。

送信ユニット１７ａは、図１で説明したように第１の集光レンズ２１と第２の集光レンズ２２ａの互いのビームビームウエスト位置で光透過孔１１ａを通して光結合され、送信ユニット１７ｂも同様に第１の集光レンズ２１と第２の集光レンズ２２ｂの互いのビームビームウエスト位置で光透過孔１１ｂを通して光結合される。そして、ＬＤ１４ａからの信号光（波長λａ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ａと光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射され、ＬＤ１４ｂからの信号光（波長λｂ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ａで反射され、光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。

図３は、図２の例と同様に、１本の光ファイバと、波長の異なる信号光を発生させる２つのＬＤからなる送信用の光モジュールの例である。本例は、送信ユニット１７ｂと１７ｃを筐体１１の側面に対向的に配し、筐体１１の軸方向の長さ寸法を短縮した送信用の光モジュール１０ｃとして構成するものである。本例の光モジュール１０ｃは、図２の例と同様に、筐体１１の一方の端部に光ファイバ１３を収容保持するスリーブ１６を接合固定し、筐体１１の一方の側面に波長λｂの信号光を発光するＬＤ１４ｂを実装した送信ユニット１７ｂが接合固定される。

そして、反対側の側面には波長λｃの信号光を発光するＬＤ１４ｃを実装した送信ユニット１７ｃが接合固定される。筐体１１内の光路中には、光アイソレータ２３と２つのＷＤＭフィルタ２４ａ，２４ｂが配される。光アイソレータ２３は、本例においても、図２の例と同様に光ファイバ端１３ａとＬＤ１４ｂおよびＬＤ１４ｃ間の光路中であれば、どの位置に配してもよい。

第１の集光レンズ２１の光路は、ＷＤＭフィルタ２４ｂを透過してＷＤＭフィルタ２４ａにより９０°曲げられて送信ユニット１７ｂ方向に向かうものと、ＷＤＭフィルタ２４ｂにより９０°曲げられて送信ユニット１７ｃ方向に向かうものとに分岐され、そのビームウエスト位置は、それぞれの接合固定面１２ｂと１２ｃに設定される。送信ユニット１７ｃ内には、図２で説明した送信ユニット１７ｂと同様に第２の集光レンズ２２ｃが配され、一方のビームウエスト位置がＬＤ１４ｃの発光部に位置し、他方のビームウエスト位置は、送信ユニット１７ｃが筐体１１の接合固定面１２ｃに接合固定された状態で、接合固定面１２ｃの近傍に位置するように設定される。

送信ユニット１７ｃは、送信ユニット１７ｂと同様にジョイントスリーブ１８を用いて、光軸方向のｚ方向の調整を行い、筐体１１の側面の平坦にされた接合固定面１２ｃで（ｘ、ｙ）方向に調整して調心し、接着もしくは溶接により固定する。この調心には、ＬＤ１４ｃを発光させて光ファイバ１３からの出力を検出して行うことができる。

送信ユニット１７ｂは、図２で説明したように第１の集光レンズ２１と第２の集光レンズ２２ｂの互いのビームビームウエスト位置で光透過孔１１ｂを通して光結合され、送信ユニット１７ｃも同様に第１の集光レンズ２１と第２の集光レンズ２２ｃの互いのビームビームウエスト位置で光透過孔１１ｃを通して光結合される。そして、ＬＤ１４ｂからの信号光（波長λｂ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ａで反射されＷＤＭフィルタ２４ｂと光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。ＬＤ１４ｃからの信号光（波長λｃ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ｂで反射され、光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。

図４は、１本の光ファイバと、波長の異なる信号光を発生させる３つのＬＤからなる送信用の光モジュールで、図１の光モジュール１０ａと図３の光モジュールｃを組合わせた例である。本例の光モジュール１０ｄは、筐体１１の一方の端部に光ファイバ１３を収容保持するスリーブ１６を接合固定し、反対側の端部に波長λａの信号光を発光するＬＤ１４ａを実装した送信ユニット１７ａを接合固定してなる。そして、筐体１１の側面に波長λｂの信号光を発光するＬＤ１４ｂを実装した送信ユニット１７ｂと波長λｃの信号光を発光するＬＤ１４ｃを実装した送信ユニット１７ｃとを対向的に配して接合固定される。

筐体１１内の光路中には、図３の例と同様に光アイソレータ２３と２つのＷＤＭフィルタ２４ａ，２４ｂが配される。光アイソレータ２３は、本例においても、図２の例と同様に光ファイバ端１３ａとＬＤ１４ａ，ＬＤ１４ｃ，ＬＤ１４ｃ間の光路中であれば、どの位置に配してもよい。

第１の集光レンズ２１の光路は、ＷＤＭフィルタ２４ａと２４ｂを透過して送信ユニット１７ａ方向に向かうものと、ＷＤＭフィルタ２４ｂを透過してＷＤＭフィルタ２４ａにより９０°曲げられて送信ユニット１７ｂ方向に向かうものと、ＷＤＭフィルタ２４ｂにより９０°曲げられて送信ユニット１７ｃ方向に向かうものとに分岐され、そのビームウエスト位置は、それぞれの接合固定面１２ａ，１２ｂ，１２ｃに設定される。送信ユニット１７ａ，１７ｂ，１７ｃ内には、既に説明したように第２の集光レンズ２２ａ，２２ｂ，２２ｃが配され、第１の集光レンズ２１とそれぞれの接合固定面でビームウエスト位置で光透過孔１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通して光結合される。

それぞれの送信ユニットは、ｘ，ｙ，ｚ方向に調整して調心され、接着もしくは溶接により固定される。そして、ＬＤ１４ａからの信号光（波長λａ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ａ，２４ｂと光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。ＬＤ１４ｂからの信号光（波長λｂ）は、ＷＤＭフィルタ２４ａで反射されＷＤＭフィルタ２４ｂと光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。ＬＤ１４ｃからの信号光（波長λｃ）は、ＷＤＭフィルタ２４ｂで反射され、光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。

図５は、１本の光ファイバと、波長の異なる信号光を発生させる４つのＬＤからなる送信用の光モジュールで、図４の光モジュール１０ｄに、さらに送信ユニット１７ｄを追加した例である。本例の光モジュール１０ｅは、送信ユニット１７ａ，１７ｂ，１７ｃに加えて、波長λｄの信号光を発光するＬＤ１４ｄを実装した送信ユニット１７ｄを接合固定する接合固定面１２ｄが形成される。この接合固定面１２ｄは、第１の集光レンズ２１のビームウエスト位置が接合固定面１２ｄとなるように、筐体１１の壁面位置が変更された形態で示してある。

第１の集光レンズ２１の光路は、図４の３方向に加えて、ＷＤＭフィルタ２４ｃを追加することで、４方向に分岐される。そのビームウエスト位置は、それぞれの接合固定面１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに設定される。送信ユニット１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ内には、第２の集光レンズ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、２２ｄが配され、第１の集光レンズ２１とそれぞれの上記接合固定面でビームウエスト位置で光透過孔１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを通して光結合される。

それぞれの送信ユニットは、ｘ，ｙ，ｚ方向に調整して調心され、接着もしくは溶接により固定される。そして、ＬＤ１４ａからの信号光（波長λａ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ａ，２４ｂ、２４ｃと光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。ＬＤ１４ｂからの信号光（波長λｂ）は、ＷＤＭフィルタ２４ａで反射されＷＤＭフィルタ２４ｂと光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。ＬＤ１４ｃからの信号光（波長λｃ）は、ＷＤＭフィルタ２４ｂで反射され、光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。ＬＤ１４ｄからの信号光（波長λｄ）は、ＷＤＭフィルタ２４ｃで反射され、ＷＤＭフィルタ２４ａ，２４ｂと光アイソレータ２３を透過して光ファイバ端１３ａに入射される。

図６〜図１０は、上述した送信用の光モジュールに、ＰＤを実装した受信ユニットを加えて、１本の光ファイバにより送受信を行うようにした一心双方向の光モジュールとした例である。図中、１０ｆ〜１０ｊは光モジュール、１５ａ〜１５ｃはＰＤ（波長λｅ〜λｇ）、１９ａ〜１９ｃは受信ユニット、２２ｆ，２２ｇは第２の集光レンズ、２４ｄ〜２４ｆは波長分波フィルタ（ＷＤＭフィルタ）を示す。その他の符号は、図１〜図５で用いたのと同じ符合を用いることで説明を省略する。

受信ユニットは、送信ユニットと異なり光軸方向の厳密な位置合わせは必要とせず、通常は、ｚ方向の光軸方向については、予め物理的に位置決めされていて、ｘ，ｙ方向の軸ずれのみが調整される。このため、上記した送信ユニットの接合固定で、第１の集光レンズ２１のビームウエスト位置が、ユニットの接合固定面となるように設定する必要はない。しかしながら、送信ユニットと同様に受信ユニットにおいても、その接合固定面に第１の集光レンズ２１のビームウエスト位置があってもよく、また、光軸方向の調整が行えるようにしてもよい。

図６および図７に示す光モジュール１０ｆ、１０ｇは、図４で説明した送信用の光モジュール１０ｄの送信ユニット１７ｃを受信ユニット１９ａで置き換えた形態に相当するものである。なお、送信ユニット１７ａ、１７ｂとその光路系については、図１〜図４で説明済みであるので、ここではその詳細な説明を省略する。

図６に示す光モジュール１０ｆは、波長λｅの信号光を受光するＰＤ１５ａが実装された受信ユニット１９ａを、筐体１１の側面に接合固定してなる。この受信ユニット１９ａは、ユニット内に集光レンズを有せず、集光ユニットの筐体１１内に設置された第１の集光レンズ２１により信号光を直接受光する。受信ユニット１９ａは、筐体１１の側面の平坦にされた接合固定面１２ｃで（ｘ、ｙ）方向に調整して調心し、接着もしくは溶接により固定する。この調心には、光ファイバ１３からモニタ光を送出させ、ＰＤ１５ａでその出力を検出して行うことができる。

第１の集光レンズ２１の光路中には、受信光を９０°曲げて受信ユニット１９ａに反射させるためのＷＤＭフィルタ２４ｄが配される。また、送信ユニット１７ａと１７ｂとの光路中には、それぞれのユニットに個別に光アイソレータ２３を実装し、筐体１１内にはＷＤＭフィルタ２４ａが実装される。受信ユニット１９ａでは、光ファイバ端１３ａからの信号光（波長λｅ）は、第１の集光レンズ２１を経て、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ｄにより反射されて受光される。なお、ＬＤ１４ａからの信号光（波長λａ）は、光路中に配された光アイソレータ２３、ＷＤＭフィルタ２４ａ，２４ｄを透過して光ファイバ端１３ａに入射される。ＬＤ１４ｂからの信号光（波長λｂ）は、光アイソレータ２３、ＷＤＭフィルタ２４ａで反射されＷＤＭフィルタ２４ｄを透過して光ファイバ端１３ａに入射される。

図７に示す光モジュール１０ｇは、図６に示す光モジュール１０ｆと比べて、光アイソレータ２３の設置位置を異ならせた例である。本例では、ＷＤＭフィルタ２４ａと２４ｄの間に、光アイソレータ２３を配したもので、図６の例に比べて光アイソレータ２３の数を減らすことができる。なお、ＬＤ１４ａからの信号光（波長λａ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ａ，光アイソレータ２３、ＷＤＭフィルタ２４ｄの順で透過して光ファイバ端１３ａに入射される。また、ＬＤ１４ｂからの信号光（波長λｂ）も同様に、ＷＤＭフィルタ２４ａで反射された後、光アイソレータ２３とＷＤＭフィルタ２４ｄを透過して光ファイバ端１３ａに入射される。

図８に示す光モジュール１０ｈは、図７の光モジュール１０ｇに対して、受信ユニットの構成が異なっている。図６，７の受信ユニット１９ａは、ユニット内に集光レンズを有しないものが用いられているが、本例の受信ユニット１９ｂは、波長λｆの信号光を受光するＰＤ１５ｂが実装され、ユニット内に第２の集光レンズ２２ｆを有している。この第２の集光レンズ２２ｆの一方のビームウエスト位置はＰＤ１５ｂの受光部に位置し、他方のビームウエスト位置は、第１の集光レンズ２１のビームウエスト位置に整合するように設定される。

受信ユニット１９ｂ内に配される第２の集光レンズ２２ｆは、例えば、像倍率が「２」の非球面レンズで形成され、ＰＤ１５ｂとのワークディスタンス（ＷＤ）が１ｍｍ程度としたものが用いられる。この受信ユニット１９ｂも、図６，７の受信ユニット１９ａと同様に、光軸方向での調整は省略し、筐体１１の側面の平坦にされた接合固定面１２ｃで（ｘ、ｙ）方向に調整して調心し、接着もしくは溶接により固定する。この調心には、光ファイバ１３からモニタ光を送出させ、ＰＤ１５ｂでその出力を検出して行うことができる。なお、この受信ユニット１９ｂでは、光ファイバ端１３ａからの信号光（波長λｆ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ｅにより反射されて、第２の集光レンズ２２ｅにより集光されて受光される。

図９，図１０は、１本の光ファイバと、信号光を発生させる１つの送信用のＬＤと、外部からの波長の異なる信号光をそれぞれ受光する２つの受信用のＰＤを有する送受信の光モジュールの例である。
図９に示す光モジュール１０ｉは、図８の光モジュール１０ｈに対して、送信ユニット１７ｂを受信ユニット１９ｃで置き換えた形態に相当するものである。ただ、光アイソレータ２３は、受信ユニット１９ｃの光路中に入らないように送信ユニット１７ａとＷＤＭフィルタ２４ａとの間に配される。

受信ユニット１９ｃは、波長λｇの信号光を受光するＰＤ１５ｃが実装され、受信ユニット１９ｂと同様にユニット内に第２の集光レンズ２２ｇを有している。この第２の集光レンズ２２ｇの一方のビームウエスト位置はＰＤ１５ｃの受光部に位置し、他方のビームウエスト位置は、第１の集光レンズ２１のビームウエスト位置（接合固定面１２ｂ）に整合するように設定される。

受信ユニット１９ｃ内に配される第２の集光レンズ２２ｇは、受信ユニット１９ｂの第２の集光レンズ２２ｆとは、像倍率等の異なるものを用いることができる。また、この受信ユニット１９ｃも、光軸方向での調整は省略し、筐体１１の側面の平坦にされた接合固定面１２ｂで（ｘ、ｙ）方向に調整して調心し、接着もしくは溶接により固定する。この調心には、光ファイバ１３からモニタ光を送出させ、ＰＤ１５ｃでその出力を検出して行うことができる。なお、この受信ユニット１９ｃ対しては、光ファイバ端１３ａからの信号光（波長λｇ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ｅを透過し、ＷＤＭフィルタ２４ｆにより反射されて、第２の集光レンズ２２ｇにより集光されて受光される。

図１０に示す光モジュール１０ｊは、図８の光モジュール１０ｈに対して、送信ユニット１７ａを受信ユニット１９ｃで置き換えた形態に相当するものである。ただ、光アイソレータ２３は、受信ユニット１９ｃの光路中に入らないように送信ユニット１７ｂ内に配した形態となっている。受信ユニット１９ｃは、図９で説明したのと同じもので、受信ユニット１９ｂとは異なる波長λｇの信号光を受光するのに用いられ、筐体１１内の第１の集光レンズ２１の延長上に接合固定される。

本例では、光ファイバ端１３ａからの信号光（波長λｇ）は、光路中に配されたＷＤＭフィルタ２４ｅおよびＷＤＭフィルタ２４ａを透過し、第２の集光レンズ２２ｇにより集光されて、ＰＤ１５ｃで受光される。また、送信ユニット１７ｂは、ＬＤ１４ｂからの信号光（波長λｂ）を、光アイソレータ２３を透過し、ＷＤＭフィルタ２４ａで反射され、ＷＤＭフィルタ２４ｅを透過して光ファイバ端１３ａに入射される。

上述した光モジュールは、光トランシーバ等の光データリンクに搭載することにより、安定に信号光の送受信ができ、信頼性の高い光データリンクを提供することができる。

１０ａ〜１０ｊ…光モジュール、１１…筐体、１１ａ〜１１ｄ…光透過孔、１２ａ〜１２ｄ…接合固定面、１３…光ファイバ、１３ａ…光ファイバ端、１４ａ〜１４ｄ…ＬＤ（波長λａ〜λｄ）、１５…ＰＤ（λｅ〜λｇ）、１６…スリーブ、１７ａ〜１７ｄ…送信ユニット、１８…ジョイントスリーブ、１９ａ〜１９ｃ…受信ユニット、２１…第１の集光レンズ、２２ａ〜２２ｇ…第２の集光レンズ、２３…光アイソレータ、２４ａ〜２４ｆ…波長分波フィルタ（ＷＤＭフィルタ）。

Claims (4)

1. スリーブに保持された光ファイバと少なくとも１つの送信ユニットに搭載された光素子とを、第１の集光レンズおよび第２の集光レンズを介して光結合した光モジュールであって、
   前記第１の集光レンズは集光ユニットに実装され、前記スリーブは前記集光ユニットの一面に固定されており、
   前記送信ユニットは前記第２の集光レンズを搭載し、ジョイントスリーブを介して前記集光ユニットの前記一面とは異なる前記集光ユニットの接合固定面に固定され、
   前記第１の集光レンズの一方のビームウエスト位置が前記光ファイバの端面上にあり、前記第１の集光レンズの他方のビームウエスト位置は、前記接合固定面上にあり、
   前記第２の集光レンズの前記光素子とは反対側のビームウエスト位置が前記第１の集光レンズの前記接合固定面上のビームウエスト位置に一致するように、前記ジョイントスリーブにより光軸方向の調整および前記接合固定面上で光軸と直交する方向に調整されて固定されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記第１の集光レンズの像倍率が、等倍であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記送信ユニット内の前記第２の集光レンズと前記光ファイバ間の光路中に、光アイソレータが配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記集光ユニット内に波長分波フィルタが配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュール。

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