光モジュール及び光モジュールの製造方法
【課題】受信機能と光強度モニタ機能とを分離した、高性能な光モジュールを提供する。
【解決手段】一の受光素子３と、他の受光素子４とを備える光モジュールにおいて、入力光を少なくとも２つの光路に分岐させる入力光分岐手段１を備え、該入力光分岐手段１は、分岐した分岐光の一方を前記一の受光素子３に入射させ、分岐した分岐光の他方を前記他の受光素子４に入射させた。
【解決手段】一の受光素子３と、他の受光素子４とを備える光モジュールにおいて、入力光を少なくとも２つの光路に分岐させる入力光分岐手段１を備え、該入力光分岐手段１は、分岐した分岐光の一方を前記一の受光素子３に入射させ、分岐した分岐光の他方を前記他の受光素子４に入射させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール及び光モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等の分野においては、送信機から光ファイバを媒体として送信された光信号の受信機として受光素子が用いられる。受光素子としては、ｐｉｎフォトダイオード（ｐｉｎＰＤ）（下記非特許文献１参照）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）（下記非特許文献２参照）が一般的である。ｐｉｎＰＤは照射されたフォトンを電流に変換することで光信号を電気信号に変える機能を持つものである。
【０００３】
一方、ＡＰＤは変換された電流をさらに増倍することでｐｉｎＰＤよりも大きな電気信号を得るものである。一般的な光通信では、各拠点どうしを光ファイバで結び、これらの光ファイバの両端に送信機と受信機を接続して光信号の伝播を行う。
【０００４】
ところで一般的な光ファイバを伝播する光信号は１ｋｍあたり０．３ｄＢ程度の強度の損失を被る。送信機および受信機は通常同じ種類のものを用いるため、互いの距離が短い拠点どうしの通信では、光ファイバが短いため光信号の強度の損失が小さく、受信機に到達する光信号の強度は大きく、また互いの距離が長い拠点どうしの通信では、光ファイバが長いため光信号の強度の損失が大きく、受信機に到達する光信号の強度は小さい。
【０００５】
例えば拠点間の距離が１０ｋｍの場合、光ファイバを伝播することにより光信号は０．３×１０＝３ｄＢの損失を受ける。送信機からの光信号強度は通常＋３ｄＢ程度であるから、受信機に入射する光信号の強度は３−３＝０ｄＢｍとなる。
【０００６】
一方、例えば拠点問の距離が８０ｋｍの場合、光ファイバを伝播することにより光信号は０．３×８０＝２４ｄＢの損失を受ける。この場合、受信機に入射する光信号の強度は３−２４＝−２１ｄＢｍとなる。受信機において光を受光するｐｉｎＰＤやＡＰＤは小さい強度の光信号を効率よく、または増幅して電気信号に変換することに特長を発揮するものであるが、逆に強い光信号の場合には、電気信号強度の飽和現象が生じ信号が歪んだり、さらには電流が定格値を超えるために発生したジュール熱によってｐｉｎＰＤやＡＰＤが破壊される。
【０００７】
特にＡＰＤの受光強度の定格値は０ｄＢｍ前後であるため、伝播距離が短い拠点間の通信では受信機に入射される光信号の強度を減衰させる必要がある。
そこで従来の技術では光ファイバと受信機との間に光減衰器を挿入し、光強度を減衰させている。
【０００８】
【非特許文献１】池上徹彦監修、土屋治彦、三上修編著、「半導体フォトニクス工学」、初版第１刷、株式会社コロナ社、１９９５年１月１０日、ｐ．３６３−３６９
【非特許文献２】池上徹彦監修、土屋治彦、三上修編著、「半導体フォトニクス工学」、初版第１刷、株式会社コロナ社、１９９５年１月１０日、ｐ．３７２−３７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したような従来の光モジュールでは、光信号を受信する受光素子自身が受光する光から光強度をモニタしていたため、受信回路が複雑になったり、本来の受信特性が劣化したりするなどの問題があった。
【００１０】
上記の課題に鑑み、本発明は、受信機能と光強度モニタ機能とを分離した、高性能な光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための第１の発明（請求項１に対応）に係る光モジュールは、
一の受光素子と、
他の受光素子と
を備える光モジュールにおいて、
入力光を少なくとも２つの光路に分岐させる入力光分岐手段を備え、
該入力光分岐手段は、
分岐した分岐光の一方を前記一の受光素子に入射させ、
分岐した分岐光の他方を前記他の受光素子に入射させる
ことを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するための第２の発明（請求項２に対応）に係る光モジュールは、第１の発明に係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段により分岐された少なくとも２つの分岐光の分岐比を１：２以上とする
ことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第３の発明（請求項３に対応）に係る光モジュールは、第１の発明又は第２の発明に係る光モジュールにおいて、
前記一の受光素子にはアバランシェフォトダイオードを用いる
ことを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための第４の発明（請求項４に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段により分岐された少なくとも２つの分岐光のうち分岐比が最大となる分岐光を前記一の受光素子に入射する
ことを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するための第５の発明（請求項５に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第４の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段と前記一の受光素子との間に光を減衰させる可変光減衰器を備え、
前記入力光分岐手段により分岐された分岐光のいずれかを前記可変光減衰器を介して前記一の受光素子に入射させ、
前記他の受光素子の出力に基づき前記可変光減衰器の透過損失を変化させる
ことを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を解決するための第６の発明（請求項６に対応）に係る光モジュールは、第５の発明に係る光モジュールにおいて、
前記他の受光素子の出力に基づき発熱を変化させる温度制御素子を備え、
該温度制御素子は前記発熱による温度変化により前記可変光減衰器の透過損失を変化させる
ことを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決するための第７の発明（請求項７に対応）に係る光モジュールは、第５の発明又は第６の発明に係る光モジュールにおいて、
前記可変光減衰器は前記他の受光素子で受光した分岐光の強度が高くなるほど、前記一の受光素子に入射される分岐光の強度を低下させるように光減衰量を調整する
ことを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するための第８の発明（請求項８に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第７の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段は前記他の受光素子の出力に基づき前記入力光の分岐割合を調整する
ことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するための第９の発明（請求項９に対応）に係る光モジュールは、第８の発明に係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段は前記他の受光素子で受光した分岐光の強度が高くなるほど、前記一の受光素子に入射される分岐光の強度を低下させるように分岐割合を調整する
ことを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決するための第１０の発明（請求項１０に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第９の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記一の受光素子の利得を変化させる利得変化手段を備え、
前記利得変化手段は前記他の受光素子の出力に基づき前記一の受光素子の利得を調整する
ことを特徴とする。
【００２１】
上記の課題を解決するための第１１の発明（請求項１１に対応）に係る光モジュールは、第１０の発明に係る光モジュールにおいて、
前記利得変化手段は前記一の受光素子に印加するバイアス電圧を低下させることにより利得を低下させる
ことを特徴とする。
【００２２】
上記の課題を解決するための第１２の発明（請求項１２に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第１１の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段と、前記一の受光素子と、前記他の受光素子とが、光モジュール内に一体となって構成される
ことを特徴とする。
【００２３】
上記の課題を解決するための第１３の発明（請求項１３に対応）に係る光モジュールの製造方法は、
入力光を分岐する入力光分岐手段と、
可変光減衰器と、
一の受光素子と、
他の受光素子と
を備える光モジュールの製造方法において、
前記光分岐手段はハーフミラー又は光学フィルタで構成され、該光分岐手段を透過又は反射して観測される前記一の受光素子の受光領域像と前記他の受光素子の受光領域像とが重なるように該光分岐手段の位置を調整する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、受信機能と光強度モニタ機能とを異なる受光素子に持たせることで、高性能な光モジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る光モジュールは、光分岐手段により少なくとも二つ以上の光路に分岐された入射光の一方を受信用の受光素子で受光し、他方を光強度モニタ用の受光素子で受光するものである。また、受信用の受光素子としてアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用い、モニタ用の受光素子で受光した強度に応じてＡＰＤのバイアス電圧を調整するものである。
【００２６】
また、光分岐手段と受信用の受光素子との間に光減衰手段を配置し、モニタ用の受光素子が受光する光強度に応じて光減衰手段の光減衰量を調整するものである。さらに、光分岐手段、受信用の受光素子、モニタ用の受光素子が一体となって同一のパッケージに収納されているものである。
【００２７】
また、本発明に係る光モジュールの製造方法は、光分岐手段がハーフミラーまたは光学フィルタで構成されており、このハーフミラーまたは光学フィルタを透過または反射して観測される受信用の受光素子の受光領域像とモニタ用の受光素子の受光領域像とが互いに重なるようにハーフミラーまたは光学フィルタの位置を調整するものである。
【００２８】
以下、本発明に係る光モジュールおよびその製造方法の実施形態について、図１から図１１を参照しながら説明する。なお、図１は本発明に係る光モジュールの第１の実施形態を説明する図、図２は本発明に係る光モジュールの応答特性を説明する図、図３は本発明に係る光モジュールに用いる光減衰手段を説明する図、図４は本発明に係る光減衰手段の透過率を説明する図、図５は本発明に係るプラスチックを用いたエタロンフィルタの透過率を説明する図、図６は本発明に係る光モジュールの第２の実施形態を説明する図、図７は本発明に係る光モジュールの可変光分岐手段の実施形態を説明する図、図８は本発明に係る光モジュールの第３の実施形態を説明する図、図９は本発明に係る光モジュールの第４の実施形態を説明する図、図１０は本発明に係る受信用のＡＰＤのバイアス電圧と利得との関係の一例を説明する図、図１１は従来の光モジュールの応答特性を説明する図である。
【００２９】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明に係る光モジュールの第１の実施形態を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の光モジュールは、光分岐手段１で二つに分岐された光路の一方が可変光減衰器２を通過して受信用のＡＰＤ３で、他方がモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ４で受光されるように、それぞれの位置に配置されている。ここでは入射光の強度をモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ４でモニタすることにより、受信用のＡＰＤ４の受信感度を変化させる必要なく、常に一定以下の感度で入射光強度を測定することができる。
【００３０】
このように、本実施形態では受光素子としてＡＰＤを用いる。ＡＰＤは光強度が大きすぎると破壊される。ＡＰＤとしては１．３ミクロン〜１．６ミクロンの光に対して感度を持つＩｎＧａＡｓＰ系材料を受光層とした構造を用いる。一般的なＡＰＤでは−３０ｄＢｍから＋５ｄＢｍの範囲で正常動作し、最大定格は＋５ｄＢｍである。
【００３１】
本実施形態では、上記光学素子（エタロンフィルタ）で光を３ｄＢ以上減衰できるので、光が強い場合に光を３ｄＢ減衰することにより、入射光が−３０ｄＢｍから＋８ｄＢｍの範囲で正常動作するＡＰＤを実現できた。
【００３２】
図１１に示すように、受信用のＡＰＤの受光強度により入射光をモニタし、モニタした受光電流で可変光減衰器の光減衰量を調整する従来の光モジュールでは、入射光がない状態では入射光の有無を高感度で検出する必要があるため光減衰器の光減衰量を最小（理想的には０ｄＢ）にして待機している。
【００３３】
この状態でＡＰＤに信号光が入射されるとＡＰＤの感度が高いため瞬時的に大きな受光電流が発生する。例えば、＋１０ｄＢｍの入射光によって２０ｍＡの受光電流が発生する。ＡＰＤの受光電流は外部回路によって強度がモニタされ、受光電流が最大定格値１０ｍＡを越えないように可変光減衰器の光減衰量を増加させる。
【００３４】
しかしながら、外部回路の応答速度は通常１μ秒程度であるため光が入射してから可変光減衰器が動作するまでの間に瞬時的に２０ｍＡの受光電流が発生しＡＰＤの最大定格受光電流値を超えるとＡＰＤは破壊されてしまう。
【００３５】
一方、図２に示すように、本発明の、モニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ４で入射光をモニタし、モニタした受光電流で光減衰器の光減衰量を調整する光モジュールでは、入射光がない状態でも瞬時的に大きな受光電流が生じないように光減衰量を調整することができる可変光減衰器２を用い、この可変光減衰器２の光減衰量を大きくして待機することができる。
【００３６】
例えば、可変光減衰器２の光減衰量を２０ｄＢとすると＋１０ｄＢｍの信号光が入射されてもＡＰＤへの入射光は−１０ｄＢｍとなりこれによって発生する受光電流は、０．２ｍＡとなる。ここでモニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ４で入射光強度を測定し、この入射光強度に応じて可変光減衰器２の光減衰量を調整することにより、瞬時的に受信用のＡＰＤ３の最大定格受光電流値を超えないようにすることができる。このため受信用のＡＰＤ３が破壊されることがなくなった。
【００３７】
ここで可変光減衰器２としてはエタロンフィルタを用いることができる。図３に示すように、エタロンフィルタはプラスチック３１、入射側反射膜３２、出射側反射膜３３で構成している。ここでプラスチック３１としては入射光に対して９０％以上の透明性を有するものが必要である。例えば、日本ゼオン社のゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ（登録商標））は９２％の透過性を有する。
【００３８】
エタロンフィルタを構成するためには入射側反射膜３２と出射側反射膜３３は同じ反射率にする。両者の反射率は１〜１０％程度である。反射膜の作製は、スパッタ蒸着装置でＴｉＯ2とＳｉＯ2をそれぞれ０．４ミクロンずつ積層する。
【００３９】
プラスチック３１は温度変化により厚さが変化する。単位温度Ｋあたりの厚さの変化の割合は膨張係数によって表され、前記ゼオネックスは約５×１０-5／Ｋである。プラスチック３１は熱膨張係数が１×１０-5／Ｋから１×１０-4／Ｋまでのものを用いることができる。また、半導体を用いる場合には１×１０-6／Ｋから１×１０-5／Ｋまでのものを用いることができる。
【００４０】
図４に示すように、エタロンフィルタは波長λに対して周期的に透過率が増減する性質を持っており、その周期はλ／２となる。エタロンフィルタを構成する半導体の膨張係数が上記のように５×１０-5／Ｋとすると１５Ｋの温度変化に対して、７．５×１０-4の膨張が生じることになる。
【００４１】
例えば、厚さ１０００μｍのプラスチック３１を用いると、７．５×１０-4×１０００μｍ＝０．７５μｍとなる。入射光の波長λが１．５μｍの場合には、１５Ｋの温度変化によりエタロンフィルタの透過率の周期が一周期シフトすることになる。すなわち１５Ｋの温度変化の範囲で、温度調整によりエタロンフィルタの透過率を最大値と最小値の間の任意の値に調整することができることになる。
【００４２】
図５に示すように、プラスチック３１を用いたエタロンフィルタの透過率は、具体的には、１．５５ミクロンの光に対して基準温度である２５℃では透過率８０％である。また、３５℃では５０％、４５℃では３０％となり、２０℃の温度上昇によって透過率が１／２以下、つまり透過光強度が３ｄＢ以上減衰する。なお、１．５５ミクロン以外の波長、例えば１．３ミクロン、１．６ミクロンでも同様の効果がある。
【００４３】
本実施形態ではエタロンフィルタとしてプラスチック３１を用いた例を示したが、半導体を用いても屈折率が温度で変化することを利用して同様の効果が期待できる。半導体の温度による屈折率の変化を用いる場合には、屈折率の変化が１×１０-6／Ｋから１×１０-5／Ｋのものを用いることができる。例えば、半導体としてＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体を用いた場合は屈折率の変化率は約５×１０-5／Ｋである。
【００４４】
エタロンフィルタを構成する半導体の屈折率の変化率が５×１０-5／Ｋとすると１０Ｋの温度変化に対して、５×１０-4の屈折率変化が生じることになる。この値は例えば入射光の波長λが１．５μｍの場合に換算すると５×１０-4μｍに相当し、図４において透過特性の曲線が５×１０-4μｍ波長軸に沿ってシフトすることになる。
【００４５】
本実施形態における光分岐手段１によって分岐されて可変光減衰器２に入射する光（信号光）とモニタ用ｐｉｎ−ＰＤ４に入射する光の強度比は１：１であり、可変光減衰器２に入射する光（信号光）は全体の光の１／２である。ここで分岐する光の強度比は１：１でなくても他の割合で分岐してもよいが、モニタ用ｐｉｎ−ＰＤ４に入射する光が多すぎるとその分受信用のＡＰＤ４で受信する光（信号光）が減ることになるので、可変光減衰器２に入射する光は全体の光に対して１／３以上であることが望ましい。
【００４６】
本実施形態においては、温度制御素子を可変光減衰器２であるエタロンフィルタに隣接あるいはその近傍に設置させる。モニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ４の出力に応じて温度制御素子を制御することにより、ｐｉｎ−ＰＤ４における入射光強度によりｐｉｎ−ＰＤ４の出力電流（電圧）が変化し温度制御素子の発熱を変化させる。
【００４７】
この発熱による温度変化によりエタロンフィルタの透過損失が変化するので、受信用受光素子であるＡＰＤ３への入射光強度を制御することができる。この結果、入射光によって受信用のＡＰＤ３は特性劣化または破壊されることなく良好な特性を維持することができる。
【００４８】
〔第２の実施形態〕
図６は、本発明に係る光モジュールの第２の実施形態を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の光モジュールは、可変光分岐手段５１で二つに分岐された光路の一方が受信用のＡＰＤ５２で、他方がモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ５３で受光されるように、それぞれの位置に配置されている。ここでは入射光の強度をｐｉｎ−ＰＤ５３でモニタすることにより、可変光分岐手段５１の分岐割合を調整し受信用のＡＰＤ５２の受信感度を変化させる必要なく、常に一定以下の感度で入射光強度を測定することができる。
【００４９】
本構成では入射光がない状態でも瞬時的に大きな受光電流が生じないように可変光分岐手段５１のモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ５３への分岐割合を最大、すなわち受信用のＡＰＤ５２への分岐割合を最小にして待機することができる。
【００５０】
例えば、可変光分岐手段５１の分岐割合を１：１００とすると＋１０ｄＢｍの信号光が入射されても受信用のＡＰＤ５２への入射光は−１０ｄＢｍとなりこれによって発生する受光電流は、０．２ｍＡとなる。ここでモニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ５３への入射光強度を測定し、その強度に応じて可変光分岐手段５１の分岐割合を調整することにより、瞬時的に受信用のＡＰＤ５２の最大定格受光電流値を超えないようにすることができる。このため受信用のＡＰＤ５２が破壊されることがなくなった。
【００５１】
図７に示すように、可変光分岐手段６１としては、例えばガラス材料を用いた平面光波回路を用いる。この平面光波回路は２本の光路の干渉の原理を用いたマッハツェンダ干渉計で構成され、一方の光路を光導波路とし、もう一方の光路にヒータ６３を形成して、ヒータ６３による温度上昇により屈折率を変化させて実効的な光路長を変化し分岐割合を変化させるものである。なお、平面光波回路としては、プラスチック、ポリイミド、半導体を用いることもできる。
【００５２】
本実施形態に用いる平面光波回路においてはヒータ６３の温度を室温から６０℃〜７０℃程度に増加することにより分岐割合（受信用受光素子（ＡＰＤ５２）に分岐する光の強度：モニタ用受光素子（ｐｉｎ−ＰＤ５３）に分岐する光の強度）を１：１００から１００：１に変化させることができる。モニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ５３の出力に応じて平面光波回路のヒータ６３を制御することにより、ｐｉｎ−ＰＤ５３における入射光強度によりｐｉｎ−ＰＤ５３の出力電流（電圧）が変化しヒータ６３の発熱を変化させる。
【００５３】
この発熱による温度変化により平面光波回路の分岐割合が変化するので、受信用受光素子であるＡＰＤ５２への入射光強度を制御することができる。この結果、入射光によって受信用のＡＰＤ５２は特性劣化または破壊されることなく良好な特性を維持することができる。
【００５４】
〔第３の実施形態〕
図８は、本発明に係る光モジュールの第３の実施形態を示す図である。
図８に示すように、本実施形態の光モジュールは、第１の実施形態に記載の光分岐手段７１、可変光減衰器７２、受信用のＡＰＤ７３、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４を１つの筐体内に実装した光モジュールである。
【００５５】
光分岐手段７１はハーフミラーで形成され透過光と反射光は所望の分岐比でそれぞれ受信用のＡＰＤ７３、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４に入射する。ここでは受信用のＡＰＤ７３への分岐比の方を高くしておくのが一般的である。この光モジュールの組立において、入射側からはハーフミラーを透過してきた受信用のＡＰＤ７３の像と、ハーフミラーを反射してきたモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４の像が同時に観測される。
【００５６】
これらの像が重なるように各部品の位置を調整することで、きわめて簡易な方法で、透過光と反射光がそれぞれ受信用のＡＰＤ７３、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４に入射されるようになる。
【００５７】
本実施形態ではハーフミラーの透過光と反射光がそれぞれ受信用のＡＰＤ７３、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４に入射される例を示したが、逆に透過光と反射光がそれぞれモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４、受信用のＡＰＤ７３に入射されるように配置しても同様の効果がある。
【００５８】
本実施形態においては、温度制御素子を可変光減衰器７２であるエタロンフィルタに隣接あるいはその近傍に設置させる。モニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ４の出力に応じて温度制御素子を制御することにより、ｐｉｎ−ＰＤ７４における入射光強度によりｐｉｎ−ＰＤ７４の出力電流（電圧）が変化し温度制御素子の発熱を変化させる。
【００５９】
この発熱による温度変化により可変光減衰器７２であるエタロンフィルタの透過損失が変化するので、受信用受光素子であるＡＰＤ７３への入射光強度を制御することができる。この結果、入射光によって受信用のＡＰＤは特性劣化または破壊されることなく良好な特性を維持することができる。
【００６０】
〔第４の実施形態〕
図９は、本発明に係る光モジュールの第４の実施形態を示す図である。
図９に示すように、本実施形態の光モジュールは、光分岐手段８１で二つに分岐された光路の一方が受信用のＡＰＤ８２で、他方がモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３で受光されるように、それぞれの位置に配置されている。
【００６１】
ここでは入射光の強度をｐｉｎ−ＰＤ８３でモニタすることにより、受信用のＡＰＤ８２の利得を調整し、最大定格受光電流値以上の光電流が流れないようにしている。本構成では入射光がない状態でも瞬時的に大きな受光電流が生じないように受信用のＡＰＤ８２の利得を最小にして待機することができる。
【００６２】
図１０は本発明に係る受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧と利得との関係の一例を説明する図である。図１０に示すように、この例ではバイアス電圧２０Ｖでは利得３、１０Ｖでは利得１、３０Ｖでは利得１０であることが分かる。ここで入射した光が電子−ホール対に変換される感度をＲｅｓ（単位：Ａ／Ｗ）とすると、利得１の場合には光電気変換効率はＲｅｓ×１、利得１０の場合にはＲｅｓ×１０となる。一般に波長１．５μｍの光信号に対してＡＰＤの感度は１Ａ／Ｗ程度であるから、利得１の場合には光電気変換効率は１Ａ／Ｗ、利得１０の場合には光電気変換効率は１０Ａ／Ｗとなる。
【００６３】
本実施形態において、光強度＋１０ｄＢｍ（＝１０ｍＷ）の光信号を光分岐手段８１で９：１に分岐し、それぞれ受信用のＡＰＤ８２、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３に入射する。受信用のＡＰＤ８２へ入射される光強度は９ｍｗ、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３へ入射される光強度は１ｍＷとなる。
【００６４】
モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３は１〜１０Ｖのバイアス電圧の範囲で利得は１で一定であるから、光電気変換効率は１Ａ／Ｗであり、受光電流は１ｍＡである。このとき待機状態で受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧を１０Ｖとし、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３での受光電流値をもとに、定格最大受光電流値を超えないように受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧を１０Ｖのまま（光電気変換効率は１Ａ／Ｗ）とし、受光電流値を９ｍＡとする。
【００６５】
次に本実施形態において、光強度−１０ｄＢｍ（＝０．１ｍＷ）の光信号を入射した場合は、受信用のＡＰＤ８２へ入射される光強度は０．０９ｍＷ、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３へ入射される光強度は０．０１ｍＷとなる。モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３の受光電流は０．０１ｍＡである。このとき受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧１０Ｖの待機状態からバイアス電圧を３０Ｖに増加させると、光電気変換効率は１０Ａ／Ｗであるから、受光電流値は０．９ｍＡとなり、高い効率で感度よく受信することが可能となる。
【００６６】
以上のように、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３の受光電流により受信用のＡＰＤ８２への入射光強度を測定し、受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧を制御することにより、受信用のＡＰＤ８２が強度の強い光に対しては特性劣化または破壊されることなく、強度の低い光に対しては高い効率で感度よく受信することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る光モジュール及び光モジュールの製造方法は、光通信用の受信機の光入力部分に適用して好適なものであるが、受信機用としてのみではなく、送信光強度の調整、伝送路途中における光強度の調整、また光計測器の発光部または受光部に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る光モジュールの第１の実施形態を説明する図である。
【図２】本発明に係る光モジュールの応答特性を説明する図である。
【図３】本発明に係る光モジュールに用いる光減衰手段を説明する図である。
【図４】本発明に係る光減衰手段の透過率を説明する図である。
【図５】本発明に係るプラスチックを用いたエタロンフィルタの透過率を説明する図である。
【図６】本発明に係る光モジュールの第２の実施形態を説明する図である。
【図７】本発明に係る光モジュールの可変光分岐手段の実施形態を説明する図である。
【図８】本発明に係る光モジュールの第３の実施形態を説明する図である。
【図９】本発明に係る光モジュールの第４の実施形態を説明する図である。
【図１０】本発明に係る受信用のＡＰＤのバイアス電圧と利得との関係の一例を説明する図である。
【図１１】従来の光モジュールの応答特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 光分岐手段
２ 可変光減衰器
３ 受信用のＡＰＤ
４ モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ
３１ プラスチック
３２ 入射側反射膜
３３ 出射側反射膜
５１ 可変光分岐手段
５２ 受信用のＡＰＤ
５３ モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ
６１ 可変光分岐手段
６２ 光導波路
６３ ヒータ
７１ 光分岐手段
７２ 可変光減衰器
７３ 受信用のＡＰＤ
７４ モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール及び光モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等の分野においては、送信機から光ファイバを媒体として送信された光信号の受信機として受光素子が用いられる。受光素子としては、ｐｉｎフォトダイオード（ｐｉｎＰＤ）（下記非特許文献１参照）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）（下記非特許文献２参照）が一般的である。ｐｉｎＰＤは照射されたフォトンを電流に変換することで光信号を電気信号に変える機能を持つものである。
【０００３】
一方、ＡＰＤは変換された電流をさらに増倍することでｐｉｎＰＤよりも大きな電気信号を得るものである。一般的な光通信では、各拠点どうしを光ファイバで結び、これらの光ファイバの両端に送信機と受信機を接続して光信号の伝播を行う。
【０００４】
ところで一般的な光ファイバを伝播する光信号は１ｋｍあたり０．３ｄＢ程度の強度の損失を被る。送信機および受信機は通常同じ種類のものを用いるため、互いの距離が短い拠点どうしの通信では、光ファイバが短いため光信号の強度の損失が小さく、受信機に到達する光信号の強度は大きく、また互いの距離が長い拠点どうしの通信では、光ファイバが長いため光信号の強度の損失が大きく、受信機に到達する光信号の強度は小さい。
【０００５】
例えば拠点間の距離が１０ｋｍの場合、光ファイバを伝播することにより光信号は０．３×１０＝３ｄＢの損失を受ける。送信機からの光信号強度は通常＋３ｄＢ程度であるから、受信機に入射する光信号の強度は３−３＝０ｄＢｍとなる。
【０００６】
一方、例えば拠点問の距離が８０ｋｍの場合、光ファイバを伝播することにより光信号は０．３×８０＝２４ｄＢの損失を受ける。この場合、受信機に入射する光信号の強度は３−２４＝−２１ｄＢｍとなる。受信機において光を受光するｐｉｎＰＤやＡＰＤは小さい強度の光信号を効率よく、または増幅して電気信号に変換することに特長を発揮するものであるが、逆に強い光信号の場合には、電気信号強度の飽和現象が生じ信号が歪んだり、さらには電流が定格値を超えるために発生したジュール熱によってｐｉｎＰＤやＡＰＤが破壊される。
【０００７】
特にＡＰＤの受光強度の定格値は０ｄＢｍ前後であるため、伝播距離が短い拠点間の通信では受信機に入射される光信号の強度を減衰させる必要がある。
そこで従来の技術では光ファイバと受信機との間に光減衰器を挿入し、光強度を減衰させている。
【０００８】
【非特許文献１】池上徹彦監修、土屋治彦、三上修編著、「半導体フォトニクス工学」、初版第１刷、株式会社コロナ社、１９９５年１月１０日、ｐ．３６３−３６９
【非特許文献２】池上徹彦監修、土屋治彦、三上修編著、「半導体フォトニクス工学」、初版第１刷、株式会社コロナ社、１９９５年１月１０日、ｐ．３７２−３７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したような従来の光モジュールでは、光信号を受信する受光素子自身が受光する光から光強度をモニタしていたため、受信回路が複雑になったり、本来の受信特性が劣化したりするなどの問題があった。
【００１０】
上記の課題に鑑み、本発明は、受信機能と光強度モニタ機能とを分離した、高性能な光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための第１の発明（請求項１に対応）に係る光モジュールは、
一の受光素子と、
他の受光素子と
を備える光モジュールにおいて、
入力光を少なくとも２つの光路に分岐させる入力光分岐手段を備え、
該入力光分岐手段は、
分岐した分岐光の一方を前記一の受光素子に入射させ、
分岐した分岐光の他方を前記他の受光素子に入射させる
ことを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するための第２の発明（請求項２に対応）に係る光モジュールは、第１の発明に係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段により分岐された少なくとも２つの分岐光の分岐比を１：２以上とする
ことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第３の発明（請求項３に対応）に係る光モジュールは、第１の発明又は第２の発明に係る光モジュールにおいて、
前記一の受光素子にはアバランシェフォトダイオードを用いる
ことを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための第４の発明（請求項４に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段により分岐された少なくとも２つの分岐光のうち分岐比が最大となる分岐光を前記一の受光素子に入射する
ことを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するための第５の発明（請求項５に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第４の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段と前記一の受光素子との間に光を減衰させる可変光減衰器を備え、
前記入力光分岐手段により分岐された分岐光のいずれかを前記可変光減衰器を介して前記一の受光素子に入射させ、
前記他の受光素子の出力に基づき前記可変光減衰器の透過損失を変化させる
ことを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を解決するための第６の発明（請求項６に対応）に係る光モジュールは、第５の発明に係る光モジュールにおいて、
前記他の受光素子の出力に基づき発熱を変化させる温度制御素子を備え、
該温度制御素子は前記発熱による温度変化により前記可変光減衰器の透過損失を変化させる
ことを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決するための第７の発明（請求項７に対応）に係る光モジュールは、第５の発明又は第６の発明に係る光モジュールにおいて、
前記可変光減衰器は前記他の受光素子で受光した分岐光の強度が高くなるほど、前記一の受光素子に入射される分岐光の強度を低下させるように光減衰量を調整する
ことを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するための第８の発明（請求項８に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第７の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段は前記他の受光素子の出力に基づき前記入力光の分岐割合を調整する
ことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するための第９の発明（請求項９に対応）に係る光モジュールは、第８の発明に係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段は前記他の受光素子で受光した分岐光の強度が高くなるほど、前記一の受光素子に入射される分岐光の強度を低下させるように分岐割合を調整する
ことを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決するための第１０の発明（請求項１０に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第９の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記一の受光素子の利得を変化させる利得変化手段を備え、
前記利得変化手段は前記他の受光素子の出力に基づき前記一の受光素子の利得を調整する
ことを特徴とする。
【００２１】
上記の課題を解決するための第１１の発明（請求項１１に対応）に係る光モジュールは、第１０の発明に係る光モジュールにおいて、
前記利得変化手段は前記一の受光素子に印加するバイアス電圧を低下させることにより利得を低下させる
ことを特徴とする。
【００２２】
上記の課題を解決するための第１２の発明（請求項１２に対応）に係る光モジュールは、第１の発明乃至第１１の発明のいずれかに係る光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段と、前記一の受光素子と、前記他の受光素子とが、光モジュール内に一体となって構成される
ことを特徴とする。
【００２３】
上記の課題を解決するための第１３の発明（請求項１３に対応）に係る光モジュールの製造方法は、
入力光を分岐する入力光分岐手段と、
可変光減衰器と、
一の受光素子と、
他の受光素子と
を備える光モジュールの製造方法において、
前記光分岐手段はハーフミラー又は光学フィルタで構成され、該光分岐手段を透過又は反射して観測される前記一の受光素子の受光領域像と前記他の受光素子の受光領域像とが重なるように該光分岐手段の位置を調整する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、受信機能と光強度モニタ機能とを異なる受光素子に持たせることで、高性能な光モジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る光モジュールは、光分岐手段により少なくとも二つ以上の光路に分岐された入射光の一方を受信用の受光素子で受光し、他方を光強度モニタ用の受光素子で受光するものである。また、受信用の受光素子としてアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用い、モニタ用の受光素子で受光した強度に応じてＡＰＤのバイアス電圧を調整するものである。
【００２６】
また、光分岐手段と受信用の受光素子との間に光減衰手段を配置し、モニタ用の受光素子が受光する光強度に応じて光減衰手段の光減衰量を調整するものである。さらに、光分岐手段、受信用の受光素子、モニタ用の受光素子が一体となって同一のパッケージに収納されているものである。
【００２７】
また、本発明に係る光モジュールの製造方法は、光分岐手段がハーフミラーまたは光学フィルタで構成されており、このハーフミラーまたは光学フィルタを透過または反射して観測される受信用の受光素子の受光領域像とモニタ用の受光素子の受光領域像とが互いに重なるようにハーフミラーまたは光学フィルタの位置を調整するものである。
【００２８】
以下、本発明に係る光モジュールおよびその製造方法の実施形態について、図１から図１１を参照しながら説明する。なお、図１は本発明に係る光モジュールの第１の実施形態を説明する図、図２は本発明に係る光モジュールの応答特性を説明する図、図３は本発明に係る光モジュールに用いる光減衰手段を説明する図、図４は本発明に係る光減衰手段の透過率を説明する図、図５は本発明に係るプラスチックを用いたエタロンフィルタの透過率を説明する図、図６は本発明に係る光モジュールの第２の実施形態を説明する図、図７は本発明に係る光モジュールの可変光分岐手段の実施形態を説明する図、図８は本発明に係る光モジュールの第３の実施形態を説明する図、図９は本発明に係る光モジュールの第４の実施形態を説明する図、図１０は本発明に係る受信用のＡＰＤのバイアス電圧と利得との関係の一例を説明する図、図１１は従来の光モジュールの応答特性を説明する図である。
【００２９】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明に係る光モジュールの第１の実施形態を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の光モジュールは、光分岐手段１で二つに分岐された光路の一方が可変光減衰器２を通過して受信用のＡＰＤ３で、他方がモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ４で受光されるように、それぞれの位置に配置されている。ここでは入射光の強度をモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ４でモニタすることにより、受信用のＡＰＤ４の受信感度を変化させる必要なく、常に一定以下の感度で入射光強度を測定することができる。
【００３０】
このように、本実施形態では受光素子としてＡＰＤを用いる。ＡＰＤは光強度が大きすぎると破壊される。ＡＰＤとしては１．３ミクロン〜１．６ミクロンの光に対して感度を持つＩｎＧａＡｓＰ系材料を受光層とした構造を用いる。一般的なＡＰＤでは−３０ｄＢｍから＋５ｄＢｍの範囲で正常動作し、最大定格は＋５ｄＢｍである。
【００３１】
本実施形態では、上記光学素子（エタロンフィルタ）で光を３ｄＢ以上減衰できるので、光が強い場合に光を３ｄＢ減衰することにより、入射光が−３０ｄＢｍから＋８ｄＢｍの範囲で正常動作するＡＰＤを実現できた。
【００３２】
図１１に示すように、受信用のＡＰＤの受光強度により入射光をモニタし、モニタした受光電流で可変光減衰器の光減衰量を調整する従来の光モジュールでは、入射光がない状態では入射光の有無を高感度で検出する必要があるため光減衰器の光減衰量を最小（理想的には０ｄＢ）にして待機している。
【００３３】
この状態でＡＰＤに信号光が入射されるとＡＰＤの感度が高いため瞬時的に大きな受光電流が発生する。例えば、＋１０ｄＢｍの入射光によって２０ｍＡの受光電流が発生する。ＡＰＤの受光電流は外部回路によって強度がモニタされ、受光電流が最大定格値１０ｍＡを越えないように可変光減衰器の光減衰量を増加させる。
【００３４】
しかしながら、外部回路の応答速度は通常１μ秒程度であるため光が入射してから可変光減衰器が動作するまでの間に瞬時的に２０ｍＡの受光電流が発生しＡＰＤの最大定格受光電流値を超えるとＡＰＤは破壊されてしまう。
【００３５】
一方、図２に示すように、本発明の、モニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ４で入射光をモニタし、モニタした受光電流で光減衰器の光減衰量を調整する光モジュールでは、入射光がない状態でも瞬時的に大きな受光電流が生じないように光減衰量を調整することができる可変光減衰器２を用い、この可変光減衰器２の光減衰量を大きくして待機することができる。
【００３６】
例えば、可変光減衰器２の光減衰量を２０ｄＢとすると＋１０ｄＢｍの信号光が入射されてもＡＰＤへの入射光は−１０ｄＢｍとなりこれによって発生する受光電流は、０．２ｍＡとなる。ここでモニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ４で入射光強度を測定し、この入射光強度に応じて可変光減衰器２の光減衰量を調整することにより、瞬時的に受信用のＡＰＤ３の最大定格受光電流値を超えないようにすることができる。このため受信用のＡＰＤ３が破壊されることがなくなった。
【００３７】
ここで可変光減衰器２としてはエタロンフィルタを用いることができる。図３に示すように、エタロンフィルタはプラスチック３１、入射側反射膜３２、出射側反射膜３３で構成している。ここでプラスチック３１としては入射光に対して９０％以上の透明性を有するものが必要である。例えば、日本ゼオン社のゼオネックス（ＺＥＯＮＥＸ（登録商標））は９２％の透過性を有する。
【００３８】
エタロンフィルタを構成するためには入射側反射膜３２と出射側反射膜３３は同じ反射率にする。両者の反射率は１〜１０％程度である。反射膜の作製は、スパッタ蒸着装置でＴｉＯ2とＳｉＯ2をそれぞれ０．４ミクロンずつ積層する。
【００３９】
プラスチック３１は温度変化により厚さが変化する。単位温度Ｋあたりの厚さの変化の割合は膨張係数によって表され、前記ゼオネックスは約５×１０-5／Ｋである。プラスチック３１は熱膨張係数が１×１０-5／Ｋから１×１０-4／Ｋまでのものを用いることができる。また、半導体を用いる場合には１×１０-6／Ｋから１×１０-5／Ｋまでのものを用いることができる。
【００４０】
図４に示すように、エタロンフィルタは波長λに対して周期的に透過率が増減する性質を持っており、その周期はλ／２となる。エタロンフィルタを構成する半導体の膨張係数が上記のように５×１０-5／Ｋとすると１５Ｋの温度変化に対して、７．５×１０-4の膨張が生じることになる。
【００４１】
例えば、厚さ１０００μｍのプラスチック３１を用いると、７．５×１０-4×１０００μｍ＝０．７５μｍとなる。入射光の波長λが１．５μｍの場合には、１５Ｋの温度変化によりエタロンフィルタの透過率の周期が一周期シフトすることになる。すなわち１５Ｋの温度変化の範囲で、温度調整によりエタロンフィルタの透過率を最大値と最小値の間の任意の値に調整することができることになる。
【００４２】
図５に示すように、プラスチック３１を用いたエタロンフィルタの透過率は、具体的には、１．５５ミクロンの光に対して基準温度である２５℃では透過率８０％である。また、３５℃では５０％、４５℃では３０％となり、２０℃の温度上昇によって透過率が１／２以下、つまり透過光強度が３ｄＢ以上減衰する。なお、１．５５ミクロン以外の波長、例えば１．３ミクロン、１．６ミクロンでも同様の効果がある。
【００４３】
本実施形態ではエタロンフィルタとしてプラスチック３１を用いた例を示したが、半導体を用いても屈折率が温度で変化することを利用して同様の効果が期待できる。半導体の温度による屈折率の変化を用いる場合には、屈折率の変化が１×１０-6／Ｋから１×１０-5／Ｋのものを用いることができる。例えば、半導体としてＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体を用いた場合は屈折率の変化率は約５×１０-5／Ｋである。
【００４４】
エタロンフィルタを構成する半導体の屈折率の変化率が５×１０-5／Ｋとすると１０Ｋの温度変化に対して、５×１０-4の屈折率変化が生じることになる。この値は例えば入射光の波長λが１．５μｍの場合に換算すると５×１０-4μｍに相当し、図４において透過特性の曲線が５×１０-4μｍ波長軸に沿ってシフトすることになる。
【００４５】
本実施形態における光分岐手段１によって分岐されて可変光減衰器２に入射する光（信号光）とモニタ用ｐｉｎ−ＰＤ４に入射する光の強度比は１：１であり、可変光減衰器２に入射する光（信号光）は全体の光の１／２である。ここで分岐する光の強度比は１：１でなくても他の割合で分岐してもよいが、モニタ用ｐｉｎ−ＰＤ４に入射する光が多すぎるとその分受信用のＡＰＤ４で受信する光（信号光）が減ることになるので、可変光減衰器２に入射する光は全体の光に対して１／３以上であることが望ましい。
【００４６】
本実施形態においては、温度制御素子を可変光減衰器２であるエタロンフィルタに隣接あるいはその近傍に設置させる。モニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ４の出力に応じて温度制御素子を制御することにより、ｐｉｎ−ＰＤ４における入射光強度によりｐｉｎ−ＰＤ４の出力電流（電圧）が変化し温度制御素子の発熱を変化させる。
【００４７】
この発熱による温度変化によりエタロンフィルタの透過損失が変化するので、受信用受光素子であるＡＰＤ３への入射光強度を制御することができる。この結果、入射光によって受信用のＡＰＤ３は特性劣化または破壊されることなく良好な特性を維持することができる。
【００４８】
〔第２の実施形態〕
図６は、本発明に係る光モジュールの第２の実施形態を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の光モジュールは、可変光分岐手段５１で二つに分岐された光路の一方が受信用のＡＰＤ５２で、他方がモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ５３で受光されるように、それぞれの位置に配置されている。ここでは入射光の強度をｐｉｎ−ＰＤ５３でモニタすることにより、可変光分岐手段５１の分岐割合を調整し受信用のＡＰＤ５２の受信感度を変化させる必要なく、常に一定以下の感度で入射光強度を測定することができる。
【００４９】
本構成では入射光がない状態でも瞬時的に大きな受光電流が生じないように可変光分岐手段５１のモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ５３への分岐割合を最大、すなわち受信用のＡＰＤ５２への分岐割合を最小にして待機することができる。
【００５０】
例えば、可変光分岐手段５１の分岐割合を１：１００とすると＋１０ｄＢｍの信号光が入射されても受信用のＡＰＤ５２への入射光は−１０ｄＢｍとなりこれによって発生する受光電流は、０．２ｍＡとなる。ここでモニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ５３への入射光強度を測定し、その強度に応じて可変光分岐手段５１の分岐割合を調整することにより、瞬時的に受信用のＡＰＤ５２の最大定格受光電流値を超えないようにすることができる。このため受信用のＡＰＤ５２が破壊されることがなくなった。
【００５１】
図７に示すように、可変光分岐手段６１としては、例えばガラス材料を用いた平面光波回路を用いる。この平面光波回路は２本の光路の干渉の原理を用いたマッハツェンダ干渉計で構成され、一方の光路を光導波路とし、もう一方の光路にヒータ６３を形成して、ヒータ６３による温度上昇により屈折率を変化させて実効的な光路長を変化し分岐割合を変化させるものである。なお、平面光波回路としては、プラスチック、ポリイミド、半導体を用いることもできる。
【００５２】
本実施形態に用いる平面光波回路においてはヒータ６３の温度を室温から６０℃〜７０℃程度に増加することにより分岐割合（受信用受光素子（ＡＰＤ５２）に分岐する光の強度：モニタ用受光素子（ｐｉｎ−ＰＤ５３）に分岐する光の強度）を１：１００から１００：１に変化させることができる。モニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ５３の出力に応じて平面光波回路のヒータ６３を制御することにより、ｐｉｎ−ＰＤ５３における入射光強度によりｐｉｎ−ＰＤ５３の出力電流（電圧）が変化しヒータ６３の発熱を変化させる。
【００５３】
この発熱による温度変化により平面光波回路の分岐割合が変化するので、受信用受光素子であるＡＰＤ５２への入射光強度を制御することができる。この結果、入射光によって受信用のＡＰＤ５２は特性劣化または破壊されることなく良好な特性を維持することができる。
【００５４】
〔第３の実施形態〕
図８は、本発明に係る光モジュールの第３の実施形態を示す図である。
図８に示すように、本実施形態の光モジュールは、第１の実施形態に記載の光分岐手段７１、可変光減衰器７２、受信用のＡＰＤ７３、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４を１つの筐体内に実装した光モジュールである。
【００５５】
光分岐手段７１はハーフミラーで形成され透過光と反射光は所望の分岐比でそれぞれ受信用のＡＰＤ７３、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４に入射する。ここでは受信用のＡＰＤ７３への分岐比の方を高くしておくのが一般的である。この光モジュールの組立において、入射側からはハーフミラーを透過してきた受信用のＡＰＤ７３の像と、ハーフミラーを反射してきたモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４の像が同時に観測される。
【００５６】
これらの像が重なるように各部品の位置を調整することで、きわめて簡易な方法で、透過光と反射光がそれぞれ受信用のＡＰＤ７３、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４に入射されるようになる。
【００５７】
本実施形態ではハーフミラーの透過光と反射光がそれぞれ受信用のＡＰＤ７３、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４に入射される例を示したが、逆に透過光と反射光がそれぞれモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ７４、受信用のＡＰＤ７３に入射されるように配置しても同様の効果がある。
【００５８】
本実施形態においては、温度制御素子を可変光減衰器７２であるエタロンフィルタに隣接あるいはその近傍に設置させる。モニタ用の受光素子であるｐｉｎ−ＰＤ４の出力に応じて温度制御素子を制御することにより、ｐｉｎ−ＰＤ７４における入射光強度によりｐｉｎ−ＰＤ７４の出力電流（電圧）が変化し温度制御素子の発熱を変化させる。
【００５９】
この発熱による温度変化により可変光減衰器７２であるエタロンフィルタの透過損失が変化するので、受信用受光素子であるＡＰＤ７３への入射光強度を制御することができる。この結果、入射光によって受信用のＡＰＤは特性劣化または破壊されることなく良好な特性を維持することができる。
【００６０】
〔第４の実施形態〕
図９は、本発明に係る光モジュールの第４の実施形態を示す図である。
図９に示すように、本実施形態の光モジュールは、光分岐手段８１で二つに分岐された光路の一方が受信用のＡＰＤ８２で、他方がモニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３で受光されるように、それぞれの位置に配置されている。
【００６１】
ここでは入射光の強度をｐｉｎ−ＰＤ８３でモニタすることにより、受信用のＡＰＤ８２の利得を調整し、最大定格受光電流値以上の光電流が流れないようにしている。本構成では入射光がない状態でも瞬時的に大きな受光電流が生じないように受信用のＡＰＤ８２の利得を最小にして待機することができる。
【００６２】
図１０は本発明に係る受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧と利得との関係の一例を説明する図である。図１０に示すように、この例ではバイアス電圧２０Ｖでは利得３、１０Ｖでは利得１、３０Ｖでは利得１０であることが分かる。ここで入射した光が電子−ホール対に変換される感度をＲｅｓ（単位：Ａ／Ｗ）とすると、利得１の場合には光電気変換効率はＲｅｓ×１、利得１０の場合にはＲｅｓ×１０となる。一般に波長１．５μｍの光信号に対してＡＰＤの感度は１Ａ／Ｗ程度であるから、利得１の場合には光電気変換効率は１Ａ／Ｗ、利得１０の場合には光電気変換効率は１０Ａ／Ｗとなる。
【００６３】
本実施形態において、光強度＋１０ｄＢｍ（＝１０ｍＷ）の光信号を光分岐手段８１で９：１に分岐し、それぞれ受信用のＡＰＤ８２、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３に入射する。受信用のＡＰＤ８２へ入射される光強度は９ｍｗ、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３へ入射される光強度は１ｍＷとなる。
【００６４】
モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３は１〜１０Ｖのバイアス電圧の範囲で利得は１で一定であるから、光電気変換効率は１Ａ／Ｗであり、受光電流は１ｍＡである。このとき待機状態で受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧を１０Ｖとし、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３での受光電流値をもとに、定格最大受光電流値を超えないように受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧を１０Ｖのまま（光電気変換効率は１Ａ／Ｗ）とし、受光電流値を９ｍＡとする。
【００６５】
次に本実施形態において、光強度−１０ｄＢｍ（＝０．１ｍＷ）の光信号を入射した場合は、受信用のＡＰＤ８２へ入射される光強度は０．０９ｍＷ、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３へ入射される光強度は０．０１ｍＷとなる。モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３の受光電流は０．０１ｍＡである。このとき受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧１０Ｖの待機状態からバイアス電圧を３０Ｖに増加させると、光電気変換効率は１０Ａ／Ｗであるから、受光電流値は０．９ｍＡとなり、高い効率で感度よく受信することが可能となる。
【００６６】
以上のように、モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ８３の受光電流により受信用のＡＰＤ８２への入射光強度を測定し、受信用のＡＰＤ８２のバイアス電圧を制御することにより、受信用のＡＰＤ８２が強度の強い光に対しては特性劣化または破壊されることなく、強度の低い光に対しては高い効率で感度よく受信することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る光モジュール及び光モジュールの製造方法は、光通信用の受信機の光入力部分に適用して好適なものであるが、受信機用としてのみではなく、送信光強度の調整、伝送路途中における光強度の調整、また光計測器の発光部または受光部に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る光モジュールの第１の実施形態を説明する図である。
【図２】本発明に係る光モジュールの応答特性を説明する図である。
【図３】本発明に係る光モジュールに用いる光減衰手段を説明する図である。
【図４】本発明に係る光減衰手段の透過率を説明する図である。
【図５】本発明に係るプラスチックを用いたエタロンフィルタの透過率を説明する図である。
【図６】本発明に係る光モジュールの第２の実施形態を説明する図である。
【図７】本発明に係る光モジュールの可変光分岐手段の実施形態を説明する図である。
【図８】本発明に係る光モジュールの第３の実施形態を説明する図である。
【図９】本発明に係る光モジュールの第４の実施形態を説明する図である。
【図１０】本発明に係る受信用のＡＰＤのバイアス電圧と利得との関係の一例を説明する図である。
【図１１】従来の光モジュールの応答特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 光分岐手段
２ 可変光減衰器
３ 受信用のＡＰＤ
４ モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ
３１ プラスチック
３２ 入射側反射膜
３３ 出射側反射膜
５１ 可変光分岐手段
５２ 受信用のＡＰＤ
５３ モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ
６１ 可変光分岐手段
６２ 光導波路
６３ ヒータ
７１ 光分岐手段
７２ 可変光減衰器
７３ 受信用のＡＰＤ
７４ モニタ用のｐｉｎ−ＰＤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の受光素子と、
他の受光素子と
を備える光モジュールにおいて、
入力光を少なくとも２つの光路に分岐させる入力光分岐手段を備え、
該入力光分岐手段は、
分岐した分岐光の一方を前記一の受光素子に入射させ、
分岐した分岐光の他方を前記他の受光素子に入射させる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段により分岐された少なくとも２つの分岐光の分岐比を１：２以上とする
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記一の受光素子にはアバランシェフォトダイオードを用いる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段により分岐された少なくとも２つの分岐光のうち分岐比が最大となる分岐光を前記一の受光素子に入射する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段と前記一の受光素子との間に光を減衰させる可変光減衰器を備え、
前記入力光分岐手段により分岐された分岐光のいずれかを前記可変光減衰器を介して前記一の受光素子に入射させ、
前記他の受光素子の出力に基づき前記可変光減衰器の透過損失を変化させる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の光モジュールにおいて、
前記他の受光素子の出力に基づき発熱を変化させる温度制御素子を備え、
該温度制御素子は前記発熱による温度変化により前記可変光減衰器の透過損失を変化させる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の光モジュールにおいて
前記可変光減衰器は前記他の受光素子で受光した分岐光の強度が高くなるほど、前記一の受光素子に入射される分岐光の強度を低下させるように光減衰量を調整する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段は前記他の受光素子の出力に基づき前記入力光の分岐割合を調整する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項８のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段は前記他の受光素子で受光した分岐光の強度が高くなるほど、前記一の受光素子に入射される分岐光の強度を低下させるように分岐割合を調整する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記一の受光素子の利得を変化させる利得変化手段を備え、
前記利得変化手段は前記他の受光素子の出力に基づき前記一の受光素子の利得を調整する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
前記利得変化手段は前記一の受光素子に印加するバイアス電圧を低下させることにより利得を低下させる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段と、前記一の受光素子と、前記他の受光素子とが、光モジュール内に一体となって構成される
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１３】
入力光を分岐する入力光分岐手段と、
可変光減衰器と、
一の受光素子と、
他の受光素子と
を備える光モジュールの製造方法において、
前記光分岐手段はハーフミラー又は光学フィルタで構成され、該光分岐手段を透過又は反射して観測される前記一の受光素子の受光領域像と前記他の受光素子の受光領域像とが重なるように該光分岐手段の位置を調整する
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項１】
一の受光素子と、
他の受光素子と
を備える光モジュールにおいて、
入力光を少なくとも２つの光路に分岐させる入力光分岐手段を備え、
該入力光分岐手段は、
分岐した分岐光の一方を前記一の受光素子に入射させ、
分岐した分岐光の他方を前記他の受光素子に入射させる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段により分岐された少なくとも２つの分岐光の分岐比を１：２以上とする
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記一の受光素子にはアバランシェフォトダイオードを用いる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段により分岐された少なくとも２つの分岐光のうち分岐比が最大となる分岐光を前記一の受光素子に入射する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段と前記一の受光素子との間に光を減衰させる可変光減衰器を備え、
前記入力光分岐手段により分岐された分岐光のいずれかを前記可変光減衰器を介して前記一の受光素子に入射させ、
前記他の受光素子の出力に基づき前記可変光減衰器の透過損失を変化させる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の光モジュールにおいて、
前記他の受光素子の出力に基づき発熱を変化させる温度制御素子を備え、
該温度制御素子は前記発熱による温度変化により前記可変光減衰器の透過損失を変化させる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の光モジュールにおいて
前記可変光減衰器は前記他の受光素子で受光した分岐光の強度が高くなるほど、前記一の受光素子に入射される分岐光の強度を低下させるように光減衰量を調整する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段は前記他の受光素子の出力に基づき前記入力光の分岐割合を調整する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項８のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段は前記他の受光素子で受光した分岐光の強度が高くなるほど、前記一の受光素子に入射される分岐光の強度を低下させるように分岐割合を調整する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記一の受光素子の利得を変化させる利得変化手段を備え、
前記利得変化手段は前記他の受光素子の出力に基づき前記一の受光素子の利得を調整する
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
前記利得変化手段は前記一の受光素子に印加するバイアス電圧を低下させることにより利得を低下させる
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記入力光分岐手段と、前記一の受光素子と、前記他の受光素子とが、光モジュール内に一体となって構成される
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１３】
入力光を分岐する入力光分岐手段と、
可変光減衰器と、
一の受光素子と、
他の受光素子と
を備える光モジュールの製造方法において、
前記光分岐手段はハーフミラー又は光学フィルタで構成され、該光分岐手段を透過又は反射して観測される前記一の受光素子の受光領域像と前記他の受光素子の受光領域像とが重なるように該光分岐手段の位置を調整する
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２４４３９１（Ｐ２００８−２４４３９１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８６５８３（Ｐ２００７−８６５８３）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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