光送信モジュール、光送受信モジュール及び双方向通信用光モジュール
【課題】光送信部から発生する迷光を低減すること。
【解決手段】送信用光導波路１２が接続された光送信部１４を基板の第１主面に備えた光送信モジュールにおいて、光送信部が、第１主面に対して平行な送信光を発光する発光素子１６と、発光素子を内部に包含していて送信光の迷光を遮蔽する筐体２２、及び、筐体の内部に設けられ送信光を第１主面に向かう方向へと変換する反射部を有する迷光遮蔽ケース１８と、送信光を送信用光導波路に結合する入力用ポート２０とを備える。
【解決手段】送信用光導波路１２が接続された光送信部１４を基板の第１主面に備えた光送信モジュールにおいて、光送信部が、第１主面に対して平行な送信光を発光する発光素子１６と、発光素子を内部に包含していて送信光の迷光を遮蔽する筐体２２、及び、筐体の内部に設けられ送信光を第１主面に向かう方向へと変換する反射部を有する迷光遮蔽ケース１８と、送信光を送信用光導波路に結合する入力用ポート２０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光を送信する光送信モジュール、この光送信モジュールを用いた光送受信モジュール、及びこの光送受信モジュールを用いた双方向通信用光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野において、１本の光ファイバで双方向通信を行うモジュール（以下、「双方向通信用光モジュール」と称する。）が一般的に用いられる。
【０００３】
双方向通信用光モジュールの典型例は、例えば以下の通りである（特許文献１参照。）すなわち、特許文献１に記載された双方向通信用光モジュールは、レーザダイオード（以下、単に「ＬＤ」と称する。）を備えた送信用モジュールと、フォトダイオード（以下、単に「ＰＤ」と称する。）を備えた受信用モジュールとをそれぞれ別のパッケージに収納している。そして、これらのパッケージを、光軸を合わせて配置している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された双方向通信用光モジュールでは、送信用モジュール及び受信用モジュールごとに別のパッケージを用意しなければならないために、小型化が難しい。
【０００５】
特許文献１に開示された技術の問題点を解決するために、ＬＤ、ＰＤ及びバンドパスフィルタを一つの基板に実装してパッケージ化する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０６６７８号公報
【特許文献２】特開平１１−６８７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示された技術では、ＬＤとＰＤとが共通の基板に実装されており、なおかつ共通のパッケージ内部に収められている。その結果、ＬＤから発生した送信光の一部は、パッケージの内壁面で回折や乱反射等を生じ、複雑な伝播径路を辿ってＰＤにより検出されてしまう。つまり、ＬＤ由来の迷光が発生し、その結果、ＰＤの光学雑音が大きくなってしまう。
【０００８】
この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の第１の目的は、光送信部を備えた光送信モジュールであって、光送信部から発生する迷光を低減することが可能な光送信モジュールを提供することにある。
【０００９】
また、この発明の第２の目的は、この光送信モジュールと光受信部とを備えた光送受信モジュールであって、光受信部で検出される光送信部由来の光学雑音を低減することが可能な光送受信モジュールを提供することにある。
【００１０】
さらに、この発明の第３の目的は、この光送受信モジュールを用いた双方向通信用光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、上述した目的の達成を図るために、以下のように構成した。すなわち、この発明の光送信モジュールは、送信用光導波路が接続された光送信部を基板の第１主面に備えている。この光送信モジュールにおいて、光送信部が、第１主面に対して平行な送信光を発光する発光素子と、発光素子を内部に包含していて送信光の迷光を遮蔽する筐体、及び、筐体の内部に設けられ送信光を第１主面に向かう方向へと変換する反射部を有する迷光遮蔽ケースと、送信光を送信用光導波路に結合する入力用ポートとを備える。
【００１２】
上述した光送信モジュールの好ましい一実施態様として、入力用ポートが、第１主面に形成された回折格子を有する平面導波路として形成されているのがよい。
【００１３】
上述した光送信モジュールの別の好ましい一実施態様として、入力用ポートが、送信用光導波路に向かうにつれて、光伝播方向に直交しかつ第１主面に平行な方向の幅が、送信用光導波路の幅まで徐々に狭くなっていくテーパ状に形成されているのがよい。
【００１４】
上述した光送信モジュールのさらに別の好ましい一実施態様として、筐体が、上蓋と、上蓋の周縁に接続された側壁とを備えていて、上蓋の内側面に発光素子が取り付けられているのがよい。
【００１５】
この発明の光送受信モジュールは、上述の光送信モジュールと、受信用光導波路が接続された光受信部とを共通の基板の第１主面に備えていて、光送信部及び光受信部が共通のパッケージ内に収められている。この光送受信モジュールは、受信用光導波路を伝播する受信光を、第１主面に垂直に出射する方向に変換する出力用ポートを備えている。
【００１６】
上述した光送受信モジュールの好ましい一実施形態として、出力用ポートが、第１主面に形成された回折格子を有する平面導波路として形成されているのがよい。
【００１７】
上述した光送受信モジュールの別の好ましい一実施形態として、送信用光導波路と、入力用ポートと、受信用光導波路と、出力用ポートとがいずれもＳｉを材料として形成されているのがよい。
【００１８】
この発明の双方向通信用光モジュールは、上述の光送受信モジュールを備えている。そして、この双方向通信用光モジュールにおいては、光送信部が出力する送信光と、光受信部が受信する受信光との波長が異なっている。さらに、この双方向通信用光モジュールは、送信光と受信光とを合分波する光合分波素子を備える。
【００１９】
上述の双方向通信用光モジュールの好ましい一実施態様は、光合分波素子として方向性結合器を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明は、上述のように構成しているので、光送信部から発生する迷光を低減することが可能な光送信モジュール、光送受信モジュール、及び双方向通信用光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光送信モジュールの構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】光送信モジュールの構造を概略的に示す一部切欠平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿って取った切断端面図である。
【図４】光送受信モジュールの構成を概略的に示す一部切欠斜視図である。
【図５】光送受信モジュールの構成を概略的に示す一部切欠平面図である。
【図６】光受信部の構成を概略的に示す平面図である。
【図７】双方向通信用光モジュールの概略的な構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、この実施の形態の光送信モジュールの構造を概略的に示す斜視図である。図２は、光送信モジュールの構造を概略的に示す一部切欠平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿って取った切断端面図である。
【００２４】
図１〜図３を参照すると、光送信モジュール１０は、送信用光導波路１２と光送信部１４とを備えている。そして、光送信部１４は、発光素子１６と、迷光遮蔽ケース１８と、入力用ポート２０とを備えている。
【００２５】
光送信モジュール１０は、基板２６の第１主面２６ａに形成されている。基板２６は、第１層２６ｃと第２層２６ｂとがこの順番で積層された平行平板である。第１層２６ｃは、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば、厚みが約５００μｍのＳｉを材料としている。第２層２６ｂは、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば、厚みが約１μｍのＳｉＯ２を材料としている。
【００２６】
以下、光送信モジュール１０を構成する個々の構成要素について説明する。
【００２７】
送信用光導波路１２は、基板２６の第１主面２６ａに形成されているチャネル型の光導波路である。送信用光導波路１２は、光送信部１４から出力される送信光を伝播する機能を有する。送信用光導波路１２の端部は、後述する入力用ポート２０のテーパ状の先端部に光接続されている。送信用光導波路１２の寸法は、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば厚み（第１主面２６ａに対して垂直に測った長さ）を約０．３μｍとし、及び、幅（第１主面２６ａに平行で、光伝播方向に垂直な方向の長さ）を約０．３μｍとする。
【００２８】
光送信部１４を構成する発光素子１６は、端面発光型のＬＤである。発光素子１６の光出射端面１６ａから、レーザ光が送信光として第１主面２６ａに対して平行に出射される。発光素子１６は、後述する迷光遮蔽ケース１８の上蓋２２Ｕの内側面２２Ｕａに、ハンダを用いて取り付けられている。また、発光素子１６に変調信号を供給するために、発光素子１６と、第１主面２６ａに設けられた電極２９とは、ハンダバンプ３０により電気的に接続されている。この実施の形態に示す例では、送信光の波長λ１は、一般的な光通信に用いられる１．３１μｍとする。
【００２９】
光送信部１４を構成する迷光遮蔽ケース１８は、筐体２２と反射部２４とを備えている。迷光遮蔽ケース１８は、第１主面２６ａ上に配置されていて、基板２６とは別体の部品である。迷光遮蔽ケース１８は、第１主面２６ａ上に、実質的に隙間なく配置されている。
【００３０】
迷光遮蔽ケース１８は、（１）内部に発光素子１６を包含することにより、発光素子１６から発生する迷光を遮蔽する機能、及び（２）発光素子１６から出射された送信光の伝播方向を第１主面２６ａに向かう方向に変換する機能の、２つの機能を有する。
【００３１】
迷光遮蔽ケース１８を構成する筐体２２は、内部に発光素子１６を収納できる空間が形成された無底の収納容器である。筐体２２は、この実施の形態に示す例では、底面を有さない略直方体状の箱体として形成されている。
【００３２】
より詳細には、筐体２２は、上蓋２２Ｕと、上蓋２２Ｕの周縁部から、第１主面１２ａに向かう方向（下方向）に垂直に延在する４面の側壁２２Ｓ，２２Ｓ，２２Ｆ及び２２Ｂとを備えている。その結果、筐体２２には、上蓋２２Ｕ及び側壁２２Ｓ，２２Ｓ，２２Ｆ及び２２Ｂで囲まれた収納空間２２ａが形成されている。
【００３３】
筐体２２は、発光素子１６に由来する迷光を遮蔽するために、出射光の波長帯域の光を非透過な材料を用いて形成されている。具体的には、筐体２２を構成する材料としては、好ましくは，例えばＡｌ，Ｃｕ等の金属や、セラミックスなどを用いることができる。これらの材料の中では、熱伝導性が高く、発光素子１６から発生する熱を逃がしやすい金属を特に好適に用いることができる。この実施の形態に示す例では、筐体２２は、Ｃｕ製とする。
【００３４】
ここで、「迷光」とは、発光素子１６から出射された送信光の中で、後述する入力用ポート２０に結合されない一部の光のことを示す。迷光は、回折や反射により、発光素子１６の周囲の空間に放射される。
【００３５】
収納空間２２ａ内には、発光素子１６が収納されている。より詳細には、上蓋２２Ｕの内側面２２Ｕａ、すなわち上蓋２２Ｕの第１主面２６ａに臨む面２２Ｕａには、発光素子１６が位置決めされて取り付けられている。ここで、「位置決め」とは、発光素子１６がが、筐体２２の入力用ポート２０側の側壁２２Ｆに光出射端面１６ａが臨むように配置されており、発光素子１６から出射される送信光を入力用ポート２０の内部に、はみ出すことなく照射させることを意味する。
【００３６】
筐体２２は、側壁２２Ｓ及び２２Ｓの底面で、第１主面２６ａ上に形成されている電極２８及び２８に接続されている。具体的には、側壁２２Ｓ及び２２Ｓの底面は、電極２８及び２８に対して、ハンダにより固定されている。なお、電極２８，２８は接地されている。これにより、筐体２２は、電気的なノイズを遮蔽するシールドとしても機能する。
【００３７】
側壁２２Ｆの内側面２２Ｆａは、第１主面２６ａに対して傾斜した平面状に形成されている。以降この「平面」を「傾斜面２２Ｆａ」とも称する。傾斜面２２Ｆａは、反射部２４を構成する一要素となっている。
【００３８】
迷光遮蔽ケース１８を構成する反射部２４は、傾斜面２２Ｆａと、傾斜面２２Ｆａ上に形成された反射膜Ｒｅとを備えている。反射部２４は、発光素子１６の光出射端面１６ａに臨む傾斜した反射鏡であり、出射光を反射して、出射光の伝播方向を第１主面２６ａに向かう方向に変換する機能を有する。
【００３９】
傾斜面２２Ｆａは、この実施の形態に示す例では、第１主面２６ａに対して、好ましくは、例えば約４５°の角度で傾いて延在している。つまり、傾斜面２２Ｆａの法線と、該法線の第１主面２６ａへの正射影で与えられる直線のなす角度は、約４５°である。なお、以降、傾斜面２２Ｆａと第１主面２６ａとのなす角度（４５°）を単に「傾斜角」とも称する。傾斜面２２Ｆａの傾斜角を４５°とすることにより、発光素子１６から第１主面２６ａに対して平行に出射される送信光の伝播方向を、第１主面２６ａに対して垂直に入射する方向へと変換することができる。
【００４０】
反射膜Ｒｅは、発光素子１６から出射される送信光を反射する機能を有する。この実施の形態に示す例では、反射膜Ｒｅは、好ましくは、例えばＡｕの蒸着膜とする。
【００４１】
光送信部１４を構成する入力用ポート２０は、回折格子Ｋ１が形成された平面型光導波路である。入力用ポート２０は、発光素子１６と送信用光導波路１２との間に介在している。入力用ポート２０は、基板２６の第１主面２６ａに、上述した送信用光導波路１２と一体に形成されている。入力用ポート２０は、第１主面２６ａに入射する送信光を、ポート内部を伝播する光へと変換し、さらに、この光を送信用光導波路１２へと結合する機能を有する。
【００４２】
入力用ポート２０は、迷光遮蔽ケース１８側から送信用光導波路１２に向かう方向（以下、「送信光伝播方向」とも称する。図２中矢印Ａｒ１参照。）に沿って、幅が狭くなる略２等辺三角形状（テーパ状）に形成されている。より正確には、入力用ポート２０は、送信用光導波路１２に向かうにつれて、送信光伝播方向に直交しかつ第１主面２６ａに平行な方向の幅が、送信用光導波路１２の幅まで徐々に狭くなっていく。
【００４３】
また、入力用ポート２０の厚みＤは、送信用光導波路１２の厚みと等しく形成されており、この実施の形態に示す例では、約０．３μｍとする。
【００４４】
入力用ポート２０に形成された回折格子Ｋ１は、第１主面２６ａ内で、送信光伝播方向に直交する方向に延在する凹凸（以降、「格子溝」とも称する。）が、送信光伝播方向に沿って周期Λ１で規則的に配置されることで形成されている。
【００４５】
格子溝の周期Λ１は、波長λ１の送信光を、入力用ポート２０内部を伝播する光へと変換できるような大きさとする。周期Λ１の具体的な値は、送信光の波長λ１と、送信光の回折格子Ｋ１への入射角等で変化するために、一義的に決定することはできない。しかし、この実施の形態の場合のように、送信光の波長λ１が１．３１μｍであり、及び送信光が入力用ポート２０に垂直入射するとした場合には、周期Λ１は、約４００ｎｍとする。
【００４６】
また、格子溝の深さＨは、入力用ポート２０への送信光の結合効率を勘案して決定することが好ましい。深さＨを大きくするほど、送信光の入力用ポート２０への結合効率が高くなる。この実施の形態に示す例では、最大の結合効率を得るために、格子溝の深さＨを、入力用ポート２０の厚みＤと等しい０．３μｍとする。つまり、この実施の形態に示す例では、格子溝の凹部は、基板２６の第１主面２６ａが露出する深さに形成されている。
【００４７】
入力用ポート２０のテーパの拡がり角θ及び全長Ｌ（送信光伝播方向に沿った入力用ポート２０の長さ）は、入力用ポート２０に到達した送信光のスポットサイズを勘案して決定する。すなわち、送信光の損失を最小限に抑えるためには、送信光の光スポットが、入力用ポート２０に収まっている必要がある。このことから、入力用ポート２０の平面的な広がりは、送信光のスポットサイズよりも大きな寸法を有していることが好ましい。
【００４８】
この実施の形態に示す例では、送信光の入力用ポート２０の位置におけるスポットサイズは約１００μｍとなることが発明者の評価で分かっている。従って、入力用ポート２０の寸法は、直径１００μｍの円よりも大きな平面的広がりを有している必要がある。このことから、この実施の形態に示す例では、入力用ポート２０のテーパ拡がり角θを６０°とし、及び全長Ｌを１５０μｍとする。
【００４９】
次に、光送信モジュール１０の動作について説明する。
【００５０】
電極２９から入力される変調信号に従って、発光素子１６は発光し、光出射端面１６ａから送信光を出力する。送信光は、第１主面２６ａに平行に伝播し、やがて、反射部２４の反射膜Ｒｅで反射されて、伝播方向が第１主面２６ａに垂直入射する方向に変換される。
【００５１】
伝播方向が変換された送信光は、第１主面２６ａに設けられた入力用ポート２０に入射し、回折格子Ｋ１の作用により、入力用ポート２０の内部に結合される。入力用ポート２０内部に結合された光は、送信光伝播方向に伝播して、送信用光導波路１２に結合され、光送信モジュール１０の外部へと出力される。
【００５２】
発光素子１６が発光する過程で、送信光の一部は迷光となって、入力用ポート２０に結合されず、回折や乱反射により、発光素子１６の周囲の空間、つまり筐体２２の収納空間２２ａへと放射される。ところで、迷光遮蔽ケース１８の筐体２２は、出射光の波長帯域の光を透過しない材料を用いて形成されている。その結果、迷光は、迷光遮蔽ケース１８により遮蔽されるので、光送信部１４の外側の空間に放射されることがない。
【００５３】
続いて、この実施の形態の光送信モジュール１０の効果について説明する。
【００５４】
（１）光送信モジュール１０は、出射光の波長帯域の光を非透過な材料からなる迷光遮蔽ケース１８で発光素子１６を隙間なく包含している。その結果、迷光遮蔽ケース１８外部への迷光の放射を抑制することができる。
【００５５】
（２）光送信モジュール１０は、熱伝導率に優れた金属製の筐体２２に発光素子１６を実装している。その結果、発光素子１６を基板２６に実装した場合に比較して、発光素子１６の動作に伴い発生する熱を効率的に逃がすことが可能となる。
【００５６】
（３）光送信モジュール１０においては、筺体２２の側壁２２Ｆの内側面２２Ｆａを反射部２４としている。その結果、発光素子１６として、端面発光型のＬＤを用いているにもかかわらず、送信光を基板２６の第１主面２６ａに対して垂直に入射させることができる。
【００５７】
（４）光送信モジュール１０において、入力用ポート２０を送信光伝播方向に沿って、幅が狭くなる略２等辺三角形状（テーパ状）に形成している。その結果、特別なスポットサイズ変換器を設けることなく、ＬＤからの送信光を送信用光導波路１２に結合することができる。
【００５８】
（５）光送信モジュール１０において、入力用ポート２０の平面的な広がりを、送信光のスポットサイズよりも大きな寸法としている。換言すれば、スポットサイズ位置が多少ずれた場合でも、送信光の光スポットを入力用ポート２０の内部に収めることができる。つまり、入力用ポート２０の平面的な広がりを、送信光のスポットサイズよりも大きな寸法とすることにより、発光素子１６の位置決め精度の許容度を大きくすることができる。
【００５９】
なお、この実施の形態に示す例では、迷光遮蔽ケース１８が１重の場合について説明した。しかし、迷光遮蔽ケースは、例えば多重に光送信部１４を覆うように構成してもよい。このように構成することにより、光送信部１４からの迷光の放射量をより一層低減することができる。
【００６０】
また、この実施の形態に示す例では、反射部２４の傾斜面２２Ｆａが平面である場合について説明した。しかし、反射部２４の傾斜面２２Ｆａは、湾曲面、特に凹面であってもよい。このように構成することにより、入力用ポート２０における送信光のスポットサイズを小さくすることができる。結果として、発光素子１６の位置決め精度の許容度を、より一層大きくすることができる。
【００６１】
（実施の形態２）
図４〜６を参照して、実施の形態２の光送受信モジュールについて説明する。
【００６２】
図４は、光送受信モジュールの構成を概略的に示す一部切欠斜視図である。図５は、光送受信モジュールの構成を概略的に示す一部切欠平面図である。図６は、光受信部の構成を概略的に示す平面図である。
【００６３】
図４〜図６を参照すると、光送受信モジュール４０は、上述した光送信モジュール１０と、光受信モジュール４２とを共通の基板２６の第１主面２６ａに備えている。そして、光送信モジュール１０及び光受信モジュール４２は共通のパッケージ４６内に収められている。なお、光送受信モジュール４０を構成する光送信モジュール１０は、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００６４】
光送受信モジュール４０を構成する光受信モジュール４２は、光受信部４４と、受信用光導波路４８とを備えている。
【００６５】
受信用光導波路４８は、基板２６の第１主面２６ａに形成されているチャネル型の光導波路である。受信用光導波路４８は、光受信部４４に向けて受信光を伝播する機能を有する。受信用光導波路４８の端部は、後述する出力用ポート５２のテーパ状の先端部に光接続されている。受信用光導波路４８の寸法は、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば厚みを約０．３μｍとし、及び幅を約０．３μｍとする。この実施の形態に示す例では、受信用光導波路４８を構成する材料は、好ましくは、例えばＳｉとする。
【００６６】
光受信部４４は、受光素子５０と、出力用ポート５２とを備えている。
【００６７】
受光素子５０は受信光を受光するＰＤである。受光素子５０は、出力用ポート５２から基板２６の第１主面２６ａに対して垂直に出射される受信光を受光し、電気信号に変換して、光送受信モジュール４０の外部機器に出力する機能を有する。受光素子５０は、その受光部が出力用ポート５２を跨ぐように、第１主面２６ａに形成された電極５４，５４にハンダを用いて電気的及び機械的に固定されている。なお、受信光の波長λ２は、送信光の波長λ１と異なっている。この実施の形態に示す例では、受信光の波長λ２は一般的な光通信に用いられる１．４９μｍとする。
【００６８】
出力用ポート５２は、受信用光導波路４８から受光素子５０に向かう方向（以下、「受信光伝播方向」とも称する。図６中矢印Ａｒ２参照。）に沿って、幅が広くなる略２等辺三角形状（テーパ状）に形成されている。より正確には、出力用ポート５２は、受光素子５０に向かうにつれて、受信光伝播方向に直交しかつ第１主面２６ａに平行な方向の幅が、受信用光導波路４８の幅から、徐々に広くなっていく。
【００６９】
また、出力用ポート５２の厚みは、受信用光導波路４８の厚みと等しく形成されており、この実施の形態に示す例では、約０．３μｍとする。この実施の形態に示す例では、出力用ポート５２を構成する材料は、好ましくは、例えばＳｉとする。
【００７０】
出力用ポート５２に形成された回折格子Ｋ２は、第１主面２６ａ内で、受信光伝播方向に直交する方向に延在する凹凸（以降、「格子溝」とも称する。）が、受信光伝播方向に沿って周期Λ２で規則的に配置されることで形成されている。
【００７１】
格子溝の周期Λ２は、出力用ポート５２内部を伝播する波長λ２の受信光を、第１主面２６ａから、受光素子５０に向けて垂直出射する光へと変換できるような大きさとする。周期Λ２の具体的な値は、受信光の波長λ２で変化するために、一義的に決定することはできない。しかし、この実施の形態の場合のように、受信光の波長λ２が１．４９μｍであるとした場合には、周期Λ２は、約８００ｎｍとする。なお、回折格子Ｋ２の格子溝の深さは、実施の形態１の場合と同様に、約０．３μｍとする。
【００７２】
パッケージ４６は、光送信モジュール１０及び光受信モジュール４２、より正確には、光送信部１４と光受信部４４とを内部に包含している。パッケージ４６は、光送信部１４と光受信部４４に対する電気的及び光学的なノイズを低減するとともに、外部汚染を防ぐ機能を有する。パッケージ４６は、基板２６の第１主面２６ａに隙間なく取り付けられている。パッケージ４６は、好ましくは、例えば放熱性、導電性に優れた金属を材料とする。
【００７３】
次に、光送受信モジュール４０の動作について説明する。まず始めに、光受信モジュール４２単独の動作について説明し、続いて、光送受信モジュール４０の全体動作について説明する。なお、光送信モジュール１０の動作については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００７４】
光受信モジュール４２においては、受信光が、受信用光導波路４８を出力用ポート５２へと向けて伝播する。やがて、出力用ポート５２に至った受信光は、出力用ポート５２に設けられた回折格子Ｋ２の作用により、第１主面２６ａに対して垂直出射する光へと変換される。そして、この垂直出射された光は、光受信部４４の受光素子５０により受光され、電気信号へと変換されて、光送受信モジュール４０の外部の機器へと出力される。
【００７５】
続いて、光送受信モジュール４０の全体動作について説明する。光送受信モジュール４０においては、光送信モジュール１０及び光受信モジュール４２が、一つの共通したパッケージ４６内部に収められている。そして、光送信モジュール１０では、光送信部１４から送信光が出力され、光受信モジュール４２では、光受信部４４で受信光が受光される。
【００７６】
従来の技術で既に説明したように、光送信部１４と光受信部４４の両者を共通のパッケージ４６内部に収めた場合には、光送信部１４から出力される送信光の一部は、回折や、パッケージ４６の内壁面での乱反射により、パッケージ４６内部で迷光となる。この迷光は、光受信部４４により検出され、結果として、受信光のＳ／Ｎ比を悪化させていた。
【００７７】
この実施の形態の光送受信モジュール４０においては、光送信部１４が、既に説明した迷光遮蔽ケース１８で覆われている。その結果、光送信部１４から発生する迷光は、迷光遮蔽ケース１８により遮蔽され、パッケージ４６の内部に放射されることがない。よって、光受信部４４における受信光の光学雑音を低減することができる。
【００７８】
発明者の評価によれば、実施の形態１の光送信モジュール１０を用いた場合には、迷光遮蔽ケース１８を有さない従来の技術に比較して、光受信部４４により検出される光学雑音を１／２にまで低減できることが明らかとなった。
【００７９】
このように、この実施の形態の光送受信モジュール４０は、迷光遮蔽ケース１８を備えた光送信モジュール１０を有している。その結果、光送信部１４で発生する迷光を、迷光遮蔽ケース１８の内部だけに止めることができる。つまり、パッケージ４６への迷光の漏れ出しを低減することができる。結果として、光受信部４４で検出される迷光由来の光学雑音を低減することができる。
【００８０】
なお、この実施の形態では、光受信部４４が露出した場合について説明した。しかし、光送信部１２における迷光遮蔽ケース１８と同様に、光受信部４４を送信光の波長帯域の光を遮蔽できるケースで覆ってもよい。このようにすることにより、光受信部４４により検出される迷光に由来する光学雑音を、より一層低減することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図７を参照して、実施の形態３の双方向通信用光モジュールについて説明する。図７は、双方向通信用光モジュールの概略的な構成を示す平面図である。
【００８２】
双方向通信用光モジュール６０は、実施の形態２の光送受信モジュール４０と、光合分波素子６２とを備えている。
【００８３】
光合分波素子６２は、従来周知の方向性結合器であり、本体部６３と、４つの入出力用ポート６２ａ，６２ｂ，６２ｃ及び６２ｄを備えている。光合分波素子６２は、基板２６の第１主面２６ａ上に形成されている。この実施の形態に示す例では、光合分波素子６２を構成する材料は、好ましくは、例えばＳｉとする。
【００８４】
本体部６３は、光結合可能な間隔を空けて平行に配置された２本のチャネル型光導波路６３１と６３２とから構成されている。これらのチャネル型光導波路６３１及び６３２の全長（結合長）は、波長λ１の送信光をクロス状態で伝播し、かつ、波長λ２の受信光をバー状態で伝播するような結合長に調整されている。
【００８５】
光合分波素子６２において、入出力用ポート６２ａは、一端が光送信モジュール１０の送信用光導波路１２に接続されており、他端がチャネル型光導波路６３１に接続されている。入出力用ポート６２ｂは、一端が光受信モジュール４２の受信用光導波路４８に接続されており、他端がチャネル型光導波路６３２に接続されている。入出力用ポート６２ｄは、一端が、双方向通信用光モジュール６０の外部に設けられた光ファイバ６４に光結合可能に対向して設けられており、他端がチャネル型光導波路６３２に接続されている。入出力用ポート６２ｃは、一端がチャネル型光導波路６３１に接続されており、他端はダミーポートとして開放されている。
【００８６】
次に、双方向通信用光モジュール６０の動作について説明する。
【００８７】
光送信モジュール１０からは、波長λ１の送信光が、送信用光導波路１２を介して入出力用ポート６２ａに入力される。入出力用ポート６２ａに入力された送信光は、方向性結合器の本体部６３のチャネル型光導波路６３１に至る。チャネル型光導波路６３１を伝播する光は、方向性結合器の作用により、クロス状態で伝播する。つまり、チャネル型光導波路６３２へとパワーが移行する。そして、入出力用ポート６２ｄを伝播して、光ファイバ６４から、双方向通信用光モジュール６０の外部に出力される。
【００８８】
一方、光ファイバ６４から、双方向通信用光モジュール６０へと伝播してくる波長λ２の受信光は、入出力用ポート６２ｄに結合され、チャネル型光導波路６３２を本体部６３に向けて伝播する。本体部６３に至った受信光は、双方向性結合器の作用により、バー状態で伝播する。つまり、チャネル型光導波路６３２をそのまま伝播する。そして、入出力用ポート６２ｂから、光受信モジュール４２へと出力される。光受信モジュール４２へと出力された受信光は、実施の形態２で述べたように、受信光として受信される。
【００８９】
この実施の形態の双方向通信用光モジュール６０は、実施の形態２で説明した光送受信モジュール４０と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００９０】
１０ 光送信モジュール
１２ 送信用光導波路
１４ 光送信部
１６ 発光素子
１６ａ 光出射端面
１８ 迷光遮蔽ケース
２０ 入力用ポート
２２ 筐体
２２Ｕ 上蓋
２２Ｕａ 内側面
２２Ｓ，２２Ｆ，２２Ｂ 側壁
２２Ｆａ 傾斜面
２２ａ 収納空間
２４ 反射部
２６ 基板
２６ａ 第１主面
２６ｂ 第２層
２６ｃ 第１層
２８，２９，５４ 電極
３０ ハンダバンプ
４０ 光送受信モジュール
４２ 光受信モジュール
４４ 光受信部
４６ パッケージ
４８ 受信用光導波路
５０ 受光素子
５２ 出力用ポート
６０ 双方向通信用光モジュール
６２ 光合分波素子
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ 入出力用ポート
６３ 本体部
６３１，６３２ チャネル型光導波路
６４ 光ファイバ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光を送信する光送信モジュール、この光送信モジュールを用いた光送受信モジュール、及びこの光送受信モジュールを用いた双方向通信用光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野において、１本の光ファイバで双方向通信を行うモジュール（以下、「双方向通信用光モジュール」と称する。）が一般的に用いられる。
【０００３】
双方向通信用光モジュールの典型例は、例えば以下の通りである（特許文献１参照。）すなわち、特許文献１に記載された双方向通信用光モジュールは、レーザダイオード（以下、単に「ＬＤ」と称する。）を備えた送信用モジュールと、フォトダイオード（以下、単に「ＰＤ」と称する。）を備えた受信用モジュールとをそれぞれ別のパッケージに収納している。そして、これらのパッケージを、光軸を合わせて配置している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された双方向通信用光モジュールでは、送信用モジュール及び受信用モジュールごとに別のパッケージを用意しなければならないために、小型化が難しい。
【０００５】
特許文献１に開示された技術の問題点を解決するために、ＬＤ、ＰＤ及びバンドパスフィルタを一つの基板に実装してパッケージ化する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０６６７８号公報
【特許文献２】特開平１１−６８７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示された技術では、ＬＤとＰＤとが共通の基板に実装されており、なおかつ共通のパッケージ内部に収められている。その結果、ＬＤから発生した送信光の一部は、パッケージの内壁面で回折や乱反射等を生じ、複雑な伝播径路を辿ってＰＤにより検出されてしまう。つまり、ＬＤ由来の迷光が発生し、その結果、ＰＤの光学雑音が大きくなってしまう。
【０００８】
この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の第１の目的は、光送信部を備えた光送信モジュールであって、光送信部から発生する迷光を低減することが可能な光送信モジュールを提供することにある。
【０００９】
また、この発明の第２の目的は、この光送信モジュールと光受信部とを備えた光送受信モジュールであって、光受信部で検出される光送信部由来の光学雑音を低減することが可能な光送受信モジュールを提供することにある。
【００１０】
さらに、この発明の第３の目的は、この光送受信モジュールを用いた双方向通信用光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、上述した目的の達成を図るために、以下のように構成した。すなわち、この発明の光送信モジュールは、送信用光導波路が接続された光送信部を基板の第１主面に備えている。この光送信モジュールにおいて、光送信部が、第１主面に対して平行な送信光を発光する発光素子と、発光素子を内部に包含していて送信光の迷光を遮蔽する筐体、及び、筐体の内部に設けられ送信光を第１主面に向かう方向へと変換する反射部を有する迷光遮蔽ケースと、送信光を送信用光導波路に結合する入力用ポートとを備える。
【００１２】
上述した光送信モジュールの好ましい一実施態様として、入力用ポートが、第１主面に形成された回折格子を有する平面導波路として形成されているのがよい。
【００１３】
上述した光送信モジュールの別の好ましい一実施態様として、入力用ポートが、送信用光導波路に向かうにつれて、光伝播方向に直交しかつ第１主面に平行な方向の幅が、送信用光導波路の幅まで徐々に狭くなっていくテーパ状に形成されているのがよい。
【００１４】
上述した光送信モジュールのさらに別の好ましい一実施態様として、筐体が、上蓋と、上蓋の周縁に接続された側壁とを備えていて、上蓋の内側面に発光素子が取り付けられているのがよい。
【００１５】
この発明の光送受信モジュールは、上述の光送信モジュールと、受信用光導波路が接続された光受信部とを共通の基板の第１主面に備えていて、光送信部及び光受信部が共通のパッケージ内に収められている。この光送受信モジュールは、受信用光導波路を伝播する受信光を、第１主面に垂直に出射する方向に変換する出力用ポートを備えている。
【００１６】
上述した光送受信モジュールの好ましい一実施形態として、出力用ポートが、第１主面に形成された回折格子を有する平面導波路として形成されているのがよい。
【００１７】
上述した光送受信モジュールの別の好ましい一実施形態として、送信用光導波路と、入力用ポートと、受信用光導波路と、出力用ポートとがいずれもＳｉを材料として形成されているのがよい。
【００１８】
この発明の双方向通信用光モジュールは、上述の光送受信モジュールを備えている。そして、この双方向通信用光モジュールにおいては、光送信部が出力する送信光と、光受信部が受信する受信光との波長が異なっている。さらに、この双方向通信用光モジュールは、送信光と受信光とを合分波する光合分波素子を備える。
【００１９】
上述の双方向通信用光モジュールの好ましい一実施態様は、光合分波素子として方向性結合器を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明は、上述のように構成しているので、光送信部から発生する迷光を低減することが可能な光送信モジュール、光送受信モジュール、及び双方向通信用光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光送信モジュールの構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】光送信モジュールの構造を概略的に示す一部切欠平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿って取った切断端面図である。
【図４】光送受信モジュールの構成を概略的に示す一部切欠斜視図である。
【図５】光送受信モジュールの構成を概略的に示す一部切欠平面図である。
【図６】光受信部の構成を概略的に示す平面図である。
【図７】双方向通信用光モジュールの概略的な構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、この実施の形態の光送信モジュールの構造を概略的に示す斜視図である。図２は、光送信モジュールの構造を概略的に示す一部切欠平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿って取った切断端面図である。
【００２４】
図１〜図３を参照すると、光送信モジュール１０は、送信用光導波路１２と光送信部１４とを備えている。そして、光送信部１４は、発光素子１６と、迷光遮蔽ケース１８と、入力用ポート２０とを備えている。
【００２５】
光送信モジュール１０は、基板２６の第１主面２６ａに形成されている。基板２６は、第１層２６ｃと第２層２６ｂとがこの順番で積層された平行平板である。第１層２６ｃは、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば、厚みが約５００μｍのＳｉを材料としている。第２層２６ｂは、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば、厚みが約１μｍのＳｉＯ２を材料としている。
【００２６】
以下、光送信モジュール１０を構成する個々の構成要素について説明する。
【００２７】
送信用光導波路１２は、基板２６の第１主面２６ａに形成されているチャネル型の光導波路である。送信用光導波路１２は、光送信部１４から出力される送信光を伝播する機能を有する。送信用光導波路１２の端部は、後述する入力用ポート２０のテーパ状の先端部に光接続されている。送信用光導波路１２の寸法は、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば厚み（第１主面２６ａに対して垂直に測った長さ）を約０．３μｍとし、及び、幅（第１主面２６ａに平行で、光伝播方向に垂直な方向の長さ）を約０．３μｍとする。
【００２８】
光送信部１４を構成する発光素子１６は、端面発光型のＬＤである。発光素子１６の光出射端面１６ａから、レーザ光が送信光として第１主面２６ａに対して平行に出射される。発光素子１６は、後述する迷光遮蔽ケース１８の上蓋２２Ｕの内側面２２Ｕａに、ハンダを用いて取り付けられている。また、発光素子１６に変調信号を供給するために、発光素子１６と、第１主面２６ａに設けられた電極２９とは、ハンダバンプ３０により電気的に接続されている。この実施の形態に示す例では、送信光の波長λ１は、一般的な光通信に用いられる１．３１μｍとする。
【００２９】
光送信部１４を構成する迷光遮蔽ケース１８は、筐体２２と反射部２４とを備えている。迷光遮蔽ケース１８は、第１主面２６ａ上に配置されていて、基板２６とは別体の部品である。迷光遮蔽ケース１８は、第１主面２６ａ上に、実質的に隙間なく配置されている。
【００３０】
迷光遮蔽ケース１８は、（１）内部に発光素子１６を包含することにより、発光素子１６から発生する迷光を遮蔽する機能、及び（２）発光素子１６から出射された送信光の伝播方向を第１主面２６ａに向かう方向に変換する機能の、２つの機能を有する。
【００３１】
迷光遮蔽ケース１８を構成する筐体２２は、内部に発光素子１６を収納できる空間が形成された無底の収納容器である。筐体２２は、この実施の形態に示す例では、底面を有さない略直方体状の箱体として形成されている。
【００３２】
より詳細には、筐体２２は、上蓋２２Ｕと、上蓋２２Ｕの周縁部から、第１主面１２ａに向かう方向（下方向）に垂直に延在する４面の側壁２２Ｓ，２２Ｓ，２２Ｆ及び２２Ｂとを備えている。その結果、筐体２２には、上蓋２２Ｕ及び側壁２２Ｓ，２２Ｓ，２２Ｆ及び２２Ｂで囲まれた収納空間２２ａが形成されている。
【００３３】
筐体２２は、発光素子１６に由来する迷光を遮蔽するために、出射光の波長帯域の光を非透過な材料を用いて形成されている。具体的には、筐体２２を構成する材料としては、好ましくは，例えばＡｌ，Ｃｕ等の金属や、セラミックスなどを用いることができる。これらの材料の中では、熱伝導性が高く、発光素子１６から発生する熱を逃がしやすい金属を特に好適に用いることができる。この実施の形態に示す例では、筐体２２は、Ｃｕ製とする。
【００３４】
ここで、「迷光」とは、発光素子１６から出射された送信光の中で、後述する入力用ポート２０に結合されない一部の光のことを示す。迷光は、回折や反射により、発光素子１６の周囲の空間に放射される。
【００３５】
収納空間２２ａ内には、発光素子１６が収納されている。より詳細には、上蓋２２Ｕの内側面２２Ｕａ、すなわち上蓋２２Ｕの第１主面２６ａに臨む面２２Ｕａには、発光素子１６が位置決めされて取り付けられている。ここで、「位置決め」とは、発光素子１６がが、筐体２２の入力用ポート２０側の側壁２２Ｆに光出射端面１６ａが臨むように配置されており、発光素子１６から出射される送信光を入力用ポート２０の内部に、はみ出すことなく照射させることを意味する。
【００３６】
筐体２２は、側壁２２Ｓ及び２２Ｓの底面で、第１主面２６ａ上に形成されている電極２８及び２８に接続されている。具体的には、側壁２２Ｓ及び２２Ｓの底面は、電極２８及び２８に対して、ハンダにより固定されている。なお、電極２８，２８は接地されている。これにより、筐体２２は、電気的なノイズを遮蔽するシールドとしても機能する。
【００３７】
側壁２２Ｆの内側面２２Ｆａは、第１主面２６ａに対して傾斜した平面状に形成されている。以降この「平面」を「傾斜面２２Ｆａ」とも称する。傾斜面２２Ｆａは、反射部２４を構成する一要素となっている。
【００３８】
迷光遮蔽ケース１８を構成する反射部２４は、傾斜面２２Ｆａと、傾斜面２２Ｆａ上に形成された反射膜Ｒｅとを備えている。反射部２４は、発光素子１６の光出射端面１６ａに臨む傾斜した反射鏡であり、出射光を反射して、出射光の伝播方向を第１主面２６ａに向かう方向に変換する機能を有する。
【００３９】
傾斜面２２Ｆａは、この実施の形態に示す例では、第１主面２６ａに対して、好ましくは、例えば約４５°の角度で傾いて延在している。つまり、傾斜面２２Ｆａの法線と、該法線の第１主面２６ａへの正射影で与えられる直線のなす角度は、約４５°である。なお、以降、傾斜面２２Ｆａと第１主面２６ａとのなす角度（４５°）を単に「傾斜角」とも称する。傾斜面２２Ｆａの傾斜角を４５°とすることにより、発光素子１６から第１主面２６ａに対して平行に出射される送信光の伝播方向を、第１主面２６ａに対して垂直に入射する方向へと変換することができる。
【００４０】
反射膜Ｒｅは、発光素子１６から出射される送信光を反射する機能を有する。この実施の形態に示す例では、反射膜Ｒｅは、好ましくは、例えばＡｕの蒸着膜とする。
【００４１】
光送信部１４を構成する入力用ポート２０は、回折格子Ｋ１が形成された平面型光導波路である。入力用ポート２０は、発光素子１６と送信用光導波路１２との間に介在している。入力用ポート２０は、基板２６の第１主面２６ａに、上述した送信用光導波路１２と一体に形成されている。入力用ポート２０は、第１主面２６ａに入射する送信光を、ポート内部を伝播する光へと変換し、さらに、この光を送信用光導波路１２へと結合する機能を有する。
【００４２】
入力用ポート２０は、迷光遮蔽ケース１８側から送信用光導波路１２に向かう方向（以下、「送信光伝播方向」とも称する。図２中矢印Ａｒ１参照。）に沿って、幅が狭くなる略２等辺三角形状（テーパ状）に形成されている。より正確には、入力用ポート２０は、送信用光導波路１２に向かうにつれて、送信光伝播方向に直交しかつ第１主面２６ａに平行な方向の幅が、送信用光導波路１２の幅まで徐々に狭くなっていく。
【００４３】
また、入力用ポート２０の厚みＤは、送信用光導波路１２の厚みと等しく形成されており、この実施の形態に示す例では、約０．３μｍとする。
【００４４】
入力用ポート２０に形成された回折格子Ｋ１は、第１主面２６ａ内で、送信光伝播方向に直交する方向に延在する凹凸（以降、「格子溝」とも称する。）が、送信光伝播方向に沿って周期Λ１で規則的に配置されることで形成されている。
【００４５】
格子溝の周期Λ１は、波長λ１の送信光を、入力用ポート２０内部を伝播する光へと変換できるような大きさとする。周期Λ１の具体的な値は、送信光の波長λ１と、送信光の回折格子Ｋ１への入射角等で変化するために、一義的に決定することはできない。しかし、この実施の形態の場合のように、送信光の波長λ１が１．３１μｍであり、及び送信光が入力用ポート２０に垂直入射するとした場合には、周期Λ１は、約４００ｎｍとする。
【００４６】
また、格子溝の深さＨは、入力用ポート２０への送信光の結合効率を勘案して決定することが好ましい。深さＨを大きくするほど、送信光の入力用ポート２０への結合効率が高くなる。この実施の形態に示す例では、最大の結合効率を得るために、格子溝の深さＨを、入力用ポート２０の厚みＤと等しい０．３μｍとする。つまり、この実施の形態に示す例では、格子溝の凹部は、基板２６の第１主面２６ａが露出する深さに形成されている。
【００４７】
入力用ポート２０のテーパの拡がり角θ及び全長Ｌ（送信光伝播方向に沿った入力用ポート２０の長さ）は、入力用ポート２０に到達した送信光のスポットサイズを勘案して決定する。すなわち、送信光の損失を最小限に抑えるためには、送信光の光スポットが、入力用ポート２０に収まっている必要がある。このことから、入力用ポート２０の平面的な広がりは、送信光のスポットサイズよりも大きな寸法を有していることが好ましい。
【００４８】
この実施の形態に示す例では、送信光の入力用ポート２０の位置におけるスポットサイズは約１００μｍとなることが発明者の評価で分かっている。従って、入力用ポート２０の寸法は、直径１００μｍの円よりも大きな平面的広がりを有している必要がある。このことから、この実施の形態に示す例では、入力用ポート２０のテーパ拡がり角θを６０°とし、及び全長Ｌを１５０μｍとする。
【００４９】
次に、光送信モジュール１０の動作について説明する。
【００５０】
電極２９から入力される変調信号に従って、発光素子１６は発光し、光出射端面１６ａから送信光を出力する。送信光は、第１主面２６ａに平行に伝播し、やがて、反射部２４の反射膜Ｒｅで反射されて、伝播方向が第１主面２６ａに垂直入射する方向に変換される。
【００５１】
伝播方向が変換された送信光は、第１主面２６ａに設けられた入力用ポート２０に入射し、回折格子Ｋ１の作用により、入力用ポート２０の内部に結合される。入力用ポート２０内部に結合された光は、送信光伝播方向に伝播して、送信用光導波路１２に結合され、光送信モジュール１０の外部へと出力される。
【００５２】
発光素子１６が発光する過程で、送信光の一部は迷光となって、入力用ポート２０に結合されず、回折や乱反射により、発光素子１６の周囲の空間、つまり筐体２２の収納空間２２ａへと放射される。ところで、迷光遮蔽ケース１８の筐体２２は、出射光の波長帯域の光を透過しない材料を用いて形成されている。その結果、迷光は、迷光遮蔽ケース１８により遮蔽されるので、光送信部１４の外側の空間に放射されることがない。
【００５３】
続いて、この実施の形態の光送信モジュール１０の効果について説明する。
【００５４】
（１）光送信モジュール１０は、出射光の波長帯域の光を非透過な材料からなる迷光遮蔽ケース１８で発光素子１６を隙間なく包含している。その結果、迷光遮蔽ケース１８外部への迷光の放射を抑制することができる。
【００５５】
（２）光送信モジュール１０は、熱伝導率に優れた金属製の筐体２２に発光素子１６を実装している。その結果、発光素子１６を基板２６に実装した場合に比較して、発光素子１６の動作に伴い発生する熱を効率的に逃がすことが可能となる。
【００５６】
（３）光送信モジュール１０においては、筺体２２の側壁２２Ｆの内側面２２Ｆａを反射部２４としている。その結果、発光素子１６として、端面発光型のＬＤを用いているにもかかわらず、送信光を基板２６の第１主面２６ａに対して垂直に入射させることができる。
【００５７】
（４）光送信モジュール１０において、入力用ポート２０を送信光伝播方向に沿って、幅が狭くなる略２等辺三角形状（テーパ状）に形成している。その結果、特別なスポットサイズ変換器を設けることなく、ＬＤからの送信光を送信用光導波路１２に結合することができる。
【００５８】
（５）光送信モジュール１０において、入力用ポート２０の平面的な広がりを、送信光のスポットサイズよりも大きな寸法としている。換言すれば、スポットサイズ位置が多少ずれた場合でも、送信光の光スポットを入力用ポート２０の内部に収めることができる。つまり、入力用ポート２０の平面的な広がりを、送信光のスポットサイズよりも大きな寸法とすることにより、発光素子１６の位置決め精度の許容度を大きくすることができる。
【００５９】
なお、この実施の形態に示す例では、迷光遮蔽ケース１８が１重の場合について説明した。しかし、迷光遮蔽ケースは、例えば多重に光送信部１４を覆うように構成してもよい。このように構成することにより、光送信部１４からの迷光の放射量をより一層低減することができる。
【００６０】
また、この実施の形態に示す例では、反射部２４の傾斜面２２Ｆａが平面である場合について説明した。しかし、反射部２４の傾斜面２２Ｆａは、湾曲面、特に凹面であってもよい。このように構成することにより、入力用ポート２０における送信光のスポットサイズを小さくすることができる。結果として、発光素子１６の位置決め精度の許容度を、より一層大きくすることができる。
【００６１】
（実施の形態２）
図４〜６を参照して、実施の形態２の光送受信モジュールについて説明する。
【００６２】
図４は、光送受信モジュールの構成を概略的に示す一部切欠斜視図である。図５は、光送受信モジュールの構成を概略的に示す一部切欠平面図である。図６は、光受信部の構成を概略的に示す平面図である。
【００６３】
図４〜図６を参照すると、光送受信モジュール４０は、上述した光送信モジュール１０と、光受信モジュール４２とを共通の基板２６の第１主面２６ａに備えている。そして、光送信モジュール１０及び光受信モジュール４２は共通のパッケージ４６内に収められている。なお、光送受信モジュール４０を構成する光送信モジュール１０は、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００６４】
光送受信モジュール４０を構成する光受信モジュール４２は、光受信部４４と、受信用光導波路４８とを備えている。
【００６５】
受信用光導波路４８は、基板２６の第１主面２６ａに形成されているチャネル型の光導波路である。受信用光導波路４８は、光受信部４４に向けて受信光を伝播する機能を有する。受信用光導波路４８の端部は、後述する出力用ポート５２のテーパ状の先端部に光接続されている。受信用光導波路４８の寸法は、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば厚みを約０．３μｍとし、及び幅を約０．３μｍとする。この実施の形態に示す例では、受信用光導波路４８を構成する材料は、好ましくは、例えばＳｉとする。
【００６６】
光受信部４４は、受光素子５０と、出力用ポート５２とを備えている。
【００６７】
受光素子５０は受信光を受光するＰＤである。受光素子５０は、出力用ポート５２から基板２６の第１主面２６ａに対して垂直に出射される受信光を受光し、電気信号に変換して、光送受信モジュール４０の外部機器に出力する機能を有する。受光素子５０は、その受光部が出力用ポート５２を跨ぐように、第１主面２６ａに形成された電極５４，５４にハンダを用いて電気的及び機械的に固定されている。なお、受信光の波長λ２は、送信光の波長λ１と異なっている。この実施の形態に示す例では、受信光の波長λ２は一般的な光通信に用いられる１．４９μｍとする。
【００６８】
出力用ポート５２は、受信用光導波路４８から受光素子５０に向かう方向（以下、「受信光伝播方向」とも称する。図６中矢印Ａｒ２参照。）に沿って、幅が広くなる略２等辺三角形状（テーパ状）に形成されている。より正確には、出力用ポート５２は、受光素子５０に向かうにつれて、受信光伝播方向に直交しかつ第１主面２６ａに平行な方向の幅が、受信用光導波路４８の幅から、徐々に広くなっていく。
【００６９】
また、出力用ポート５２の厚みは、受信用光導波路４８の厚みと等しく形成されており、この実施の形態に示す例では、約０．３μｍとする。この実施の形態に示す例では、出力用ポート５２を構成する材料は、好ましくは、例えばＳｉとする。
【００７０】
出力用ポート５２に形成された回折格子Ｋ２は、第１主面２６ａ内で、受信光伝播方向に直交する方向に延在する凹凸（以降、「格子溝」とも称する。）が、受信光伝播方向に沿って周期Λ２で規則的に配置されることで形成されている。
【００７１】
格子溝の周期Λ２は、出力用ポート５２内部を伝播する波長λ２の受信光を、第１主面２６ａから、受光素子５０に向けて垂直出射する光へと変換できるような大きさとする。周期Λ２の具体的な値は、受信光の波長λ２で変化するために、一義的に決定することはできない。しかし、この実施の形態の場合のように、受信光の波長λ２が１．４９μｍであるとした場合には、周期Λ２は、約８００ｎｍとする。なお、回折格子Ｋ２の格子溝の深さは、実施の形態１の場合と同様に、約０．３μｍとする。
【００７２】
パッケージ４６は、光送信モジュール１０及び光受信モジュール４２、より正確には、光送信部１４と光受信部４４とを内部に包含している。パッケージ４６は、光送信部１４と光受信部４４に対する電気的及び光学的なノイズを低減するとともに、外部汚染を防ぐ機能を有する。パッケージ４６は、基板２６の第１主面２６ａに隙間なく取り付けられている。パッケージ４６は、好ましくは、例えば放熱性、導電性に優れた金属を材料とする。
【００７３】
次に、光送受信モジュール４０の動作について説明する。まず始めに、光受信モジュール４２単独の動作について説明し、続いて、光送受信モジュール４０の全体動作について説明する。なお、光送信モジュール１０の動作については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００７４】
光受信モジュール４２においては、受信光が、受信用光導波路４８を出力用ポート５２へと向けて伝播する。やがて、出力用ポート５２に至った受信光は、出力用ポート５２に設けられた回折格子Ｋ２の作用により、第１主面２６ａに対して垂直出射する光へと変換される。そして、この垂直出射された光は、光受信部４４の受光素子５０により受光され、電気信号へと変換されて、光送受信モジュール４０の外部の機器へと出力される。
【００７５】
続いて、光送受信モジュール４０の全体動作について説明する。光送受信モジュール４０においては、光送信モジュール１０及び光受信モジュール４２が、一つの共通したパッケージ４６内部に収められている。そして、光送信モジュール１０では、光送信部１４から送信光が出力され、光受信モジュール４２では、光受信部４４で受信光が受光される。
【００７６】
従来の技術で既に説明したように、光送信部１４と光受信部４４の両者を共通のパッケージ４６内部に収めた場合には、光送信部１４から出力される送信光の一部は、回折や、パッケージ４６の内壁面での乱反射により、パッケージ４６内部で迷光となる。この迷光は、光受信部４４により検出され、結果として、受信光のＳ／Ｎ比を悪化させていた。
【００７７】
この実施の形態の光送受信モジュール４０においては、光送信部１４が、既に説明した迷光遮蔽ケース１８で覆われている。その結果、光送信部１４から発生する迷光は、迷光遮蔽ケース１８により遮蔽され、パッケージ４６の内部に放射されることがない。よって、光受信部４４における受信光の光学雑音を低減することができる。
【００７８】
発明者の評価によれば、実施の形態１の光送信モジュール１０を用いた場合には、迷光遮蔽ケース１８を有さない従来の技術に比較して、光受信部４４により検出される光学雑音を１／２にまで低減できることが明らかとなった。
【００７９】
このように、この実施の形態の光送受信モジュール４０は、迷光遮蔽ケース１８を備えた光送信モジュール１０を有している。その結果、光送信部１４で発生する迷光を、迷光遮蔽ケース１８の内部だけに止めることができる。つまり、パッケージ４６への迷光の漏れ出しを低減することができる。結果として、光受信部４４で検出される迷光由来の光学雑音を低減することができる。
【００８０】
なお、この実施の形態では、光受信部４４が露出した場合について説明した。しかし、光送信部１２における迷光遮蔽ケース１８と同様に、光受信部４４を送信光の波長帯域の光を遮蔽できるケースで覆ってもよい。このようにすることにより、光受信部４４により検出される迷光に由来する光学雑音を、より一層低減することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図７を参照して、実施の形態３の双方向通信用光モジュールについて説明する。図７は、双方向通信用光モジュールの概略的な構成を示す平面図である。
【００８２】
双方向通信用光モジュール６０は、実施の形態２の光送受信モジュール４０と、光合分波素子６２とを備えている。
【００８３】
光合分波素子６２は、従来周知の方向性結合器であり、本体部６３と、４つの入出力用ポート６２ａ，６２ｂ，６２ｃ及び６２ｄを備えている。光合分波素子６２は、基板２６の第１主面２６ａ上に形成されている。この実施の形態に示す例では、光合分波素子６２を構成する材料は、好ましくは、例えばＳｉとする。
【００８４】
本体部６３は、光結合可能な間隔を空けて平行に配置された２本のチャネル型光導波路６３１と６３２とから構成されている。これらのチャネル型光導波路６３１及び６３２の全長（結合長）は、波長λ１の送信光をクロス状態で伝播し、かつ、波長λ２の受信光をバー状態で伝播するような結合長に調整されている。
【００８５】
光合分波素子６２において、入出力用ポート６２ａは、一端が光送信モジュール１０の送信用光導波路１２に接続されており、他端がチャネル型光導波路６３１に接続されている。入出力用ポート６２ｂは、一端が光受信モジュール４２の受信用光導波路４８に接続されており、他端がチャネル型光導波路６３２に接続されている。入出力用ポート６２ｄは、一端が、双方向通信用光モジュール６０の外部に設けられた光ファイバ６４に光結合可能に対向して設けられており、他端がチャネル型光導波路６３２に接続されている。入出力用ポート６２ｃは、一端がチャネル型光導波路６３１に接続されており、他端はダミーポートとして開放されている。
【００８６】
次に、双方向通信用光モジュール６０の動作について説明する。
【００８７】
光送信モジュール１０からは、波長λ１の送信光が、送信用光導波路１２を介して入出力用ポート６２ａに入力される。入出力用ポート６２ａに入力された送信光は、方向性結合器の本体部６３のチャネル型光導波路６３１に至る。チャネル型光導波路６３１を伝播する光は、方向性結合器の作用により、クロス状態で伝播する。つまり、チャネル型光導波路６３２へとパワーが移行する。そして、入出力用ポート６２ｄを伝播して、光ファイバ６４から、双方向通信用光モジュール６０の外部に出力される。
【００８８】
一方、光ファイバ６４から、双方向通信用光モジュール６０へと伝播してくる波長λ２の受信光は、入出力用ポート６２ｄに結合され、チャネル型光導波路６３２を本体部６３に向けて伝播する。本体部６３に至った受信光は、双方向性結合器の作用により、バー状態で伝播する。つまり、チャネル型光導波路６３２をそのまま伝播する。そして、入出力用ポート６２ｂから、光受信モジュール４２へと出力される。光受信モジュール４２へと出力された受信光は、実施の形態２で述べたように、受信光として受信される。
【００８９】
この実施の形態の双方向通信用光モジュール６０は、実施の形態２で説明した光送受信モジュール４０と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００９０】
１０ 光送信モジュール
１２ 送信用光導波路
１４ 光送信部
１６ 発光素子
１６ａ 光出射端面
１８ 迷光遮蔽ケース
２０ 入力用ポート
２２ 筐体
２２Ｕ 上蓋
２２Ｕａ 内側面
２２Ｓ，２２Ｆ，２２Ｂ 側壁
２２Ｆａ 傾斜面
２２ａ 収納空間
２４ 反射部
２６ 基板
２６ａ 第１主面
２６ｂ 第２層
２６ｃ 第１層
２８，２９，５４ 電極
３０ ハンダバンプ
４０ 光送受信モジュール
４２ 光受信モジュール
４４ 光受信部
４６ パッケージ
４８ 受信用光導波路
５０ 受光素子
５２ 出力用ポート
６０ 双方向通信用光モジュール
６２ 光合分波素子
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ 入出力用ポート
６３ 本体部
６３１，６３２ チャネル型光導波路
６４ 光ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用光導波路が接続された光送信部を基板の第１主面に備えた光送信モジュールにおいて、
前記光送信部が、前記第１主面に対して平行な送信光を発光する発光素子と、
当該発光素子を内部に包含していて前記送信光の迷光を遮蔽する筐体、及び、該筐体の内部に設けられ前記送信光を前記第１主面に向かう方向へと変換する反射部を有する迷光遮蔽ケースと、
前記送信光を前記送信用光導波路に結合する入力用ポートとを備えることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項２】
前記入力用ポートが、前記第１主面に形成された回折格子を有する平面導波路として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項３】
前記入力用ポートが、前記送信用光導波路に向かうにつれて、光伝播方向に直交しかつ前記第１主面に平行な方向の幅が、前記送信用光導波路の幅まで徐々に狭くなっていくテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光送信モジュール。
【請求項４】
前記筐体が、上蓋と、該上蓋の周縁に接続された側壁とを備えていて、前記上蓋の内側面に前記発光素子が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光送信モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光送信モジュールと、受信用光導波路が接続された光受信部とを共通の前記基板の前記第１主面に備えていて、前記光送信部及び前記光受信部が共通のパッケージ内に収められた光送受信モジュールであって、
前記受信用光導波路を伝播する受信光を、前記第１主面に垂直に出射する方向に変換する出力用ポートを備えていることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項６】
前記出力用ポートが、前記第１主面に形成された回折格子を有する平面導波路として形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光送受信モジュール。
【請求項７】
前記送信用光導波路と、前記入力用ポートと、前記受信用光導波路と、前記出力用ポートとがいずれもＳｉを材料として形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光送受信モジュール。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の光送受信モジュールを備えた、双方向通信用光モジュールであって、
前記光送信部が出力する前記送信光と、前記光受信部が受信する受信光との波長が異なっていて、
前記送信光と前記受信光とを合分波する光合分波素子を備えることを特徴とする双方向通信用光モジュール。
【請求項９】
前記光合分波素子として方向性結合器を用いることを特徴とする請求項８に記載の双方向通信用光モジュール。
【請求項１】
送信用光導波路が接続された光送信部を基板の第１主面に備えた光送信モジュールにおいて、
前記光送信部が、前記第１主面に対して平行な送信光を発光する発光素子と、
当該発光素子を内部に包含していて前記送信光の迷光を遮蔽する筐体、及び、該筐体の内部に設けられ前記送信光を前記第１主面に向かう方向へと変換する反射部を有する迷光遮蔽ケースと、
前記送信光を前記送信用光導波路に結合する入力用ポートとを備えることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項２】
前記入力用ポートが、前記第１主面に形成された回折格子を有する平面導波路として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項３】
前記入力用ポートが、前記送信用光導波路に向かうにつれて、光伝播方向に直交しかつ前記第１主面に平行な方向の幅が、前記送信用光導波路の幅まで徐々に狭くなっていくテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光送信モジュール。
【請求項４】
前記筐体が、上蓋と、該上蓋の周縁に接続された側壁とを備えていて、前記上蓋の内側面に前記発光素子が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光送信モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光送信モジュールと、受信用光導波路が接続された光受信部とを共通の前記基板の前記第１主面に備えていて、前記光送信部及び前記光受信部が共通のパッケージ内に収められた光送受信モジュールであって、
前記受信用光導波路を伝播する受信光を、前記第１主面に垂直に出射する方向に変換する出力用ポートを備えていることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項６】
前記出力用ポートが、前記第１主面に形成された回折格子を有する平面導波路として形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光送受信モジュール。
【請求項７】
前記送信用光導波路と、前記入力用ポートと、前記受信用光導波路と、前記出力用ポートとがいずれもＳｉを材料として形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光送受信モジュール。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の光送受信モジュールを備えた、双方向通信用光モジュールであって、
前記光送信部が出力する前記送信光と、前記光受信部が受信する受信光との波長が異なっていて、
前記送信光と前記受信光とを合分波する光合分波素子を備えることを特徴とする双方向通信用光モジュール。
【請求項９】
前記光合分波素子として方向性結合器を用いることを特徴とする請求項８に記載の双方向通信用光モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１６４８８６（Ｐ２０１０−１６４８８６Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８８１９（Ｐ２００９−８８１９）
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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