JP3896905B2 - 光通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各々の１本の光ファイバに一種類の波長帯λ１の送信光と、二種類の波長帯λ２、λ３の受信光を伝搬させる光ファイバをＭ本用いて双方向伝搬する多チャンネル（Ｍチャンネル）光通信系において、λ１波長帯の送信光を送信するＭ個の発光素子（ＬＤ）とλ２、λ３波長帯の受信光を受光するＭ個のλ２受光素子（ＰＤ）、Ｍ個のλ３受光素子（ＰＤ）を一つのパッケージに纏めて収納した多チャンネル双方向光通信装置にかかる。このＭチャンネル双方向光通信系はＭチャンネル、Ｍ本の光ファイバがあり、端末の光送受信モジュールはＭ個の発光素子、２Ｍ個の受光素子をも備えなければならない。つまり３Ｍ個の光素子を備える必要があるが、そのような多数の光素子を一つの容器に収容したものは類例がない。３Ｍ個の光素子を収納するには空間的な配置に工夫が必要である。
【０００２】
１本の光ファイバによって送信光と受信光を双方向に伝搬する光送受信器について説明する。光送受信モジュールにおいて光路の終端部近くで発光素子（Laser Diode;ＬＤ）と受光素子（Photodiode;ＰＤ）に光を分配しなければならない。そのために様々な分配機構が提案されている。ＬＤ系とＰＤ系の分配機構に望まれるのは、分配のロスが少ないとか光学的クロストーク、電磁的クロストークや電気的クロストークが小さいということである。
【０００３】
光学的クロストークというのは、送信側の強烈なＬＤの光が受信側の鋭敏なＰＤに入り受信信号にノイズを発生させることである。双方向同時送受信器の場合、送信波長λ１と、受信波長λ２は相違する。しかしＰＤは１．０〜１．６μｍ帯に感度のあるＩｎＧａＡｓ受光層をもつものを用いるからＬＤ光にも感度がある。だから光学的クロストークを排除する必要がある。
【０００４】
電気的クロストークも問題である。それは送信側の強い駆動電流がパッケージを流れるものである。電磁的クロストークは電磁波となって空間を伝搬し受信側に電気ノイズを発生させることである。これも充分に抑制できるということがデバイスに要求される。電磁的クロストークも送受信間では問題となる。高速のパルス信号を扱うのでＬＤやその駆動線路、回路からは電磁波が発生し、それがＰＤに入り混信を引き起こす可能性がある。電磁的なクロストークも抑制しなければならない。従来の送受信モジュールは１チャンネル分のものであったが、ここでは多チャンネルのものを問題にする。多チャンネルといっても二波長（λ１、λ２）を使う送受信モジュールのように単純でなく、三波長（λ１、λ２、λ３）を使う複雑な多チャンネル光通信系を対象とする。
【０００５】
【従来の技術】
ＬＤ／ＰＤの分配機構については幾つかの類型がある。図８に示すように光ファイバ８５端とＬＤ８６を直線上に配置し両者の中間に波長選択多層膜からなるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexer）８７を光路に対し４５度の角度をなすように設置し、それに対して９０度の方向にＰＤ８８を配置し、ＬＤ光はＷＤＭ８７をそのまま通過し光ファイバ８５へ入り、光ファイバ８５からの光はＷＤＭで反射されてＰＤ８８に入るようにしたものがある。
【０００６】
波長分離にはＷＤＭを使うが、これは屈折率の異なる２種類以上の透明の誘電体を多数枚重ねた光学的素子で、ある特定の波長（λ１）は（反射率が０で）１００％近く透過し、それとは別の特定の波長（λ２）は（透過率が０で）１００％近く反射するというものである。その他の波長に対しては有限の反射率と有限の透過率をもつ。そのような空間伝搬する光をＷＤＭで４５゜反射し、あるいは透過させることによって波長分離する装置は多数提案されている。
【０００７】
▲１▼ 小楠正大、富岡多寿子、大島茂「レセプタクル形双方向波長多重光モジュールＩ」１９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会Ｃ−２０８、ｐ２０８
【０００８】
にそのようなものが提案されている。これは光路が空間になりＰＤ、ＬＤは別々のモジュールとなるからＰＤやＬＤ間のクロストークを減らすことができる。それは利点であるが分離した素子を組み合わせたものであり、嵩高いものになる。
【０００９】
基板の上にＹ分岐した導波路を設けて光路を分離するというものもある。Ｓｉ基板にＹ分岐をもつ光導波路を設け始端を光ファイバに、二つの終端にＬＤとＰＤを接続し、分岐点に波長選択フィルタを設けたものである。ＬＤからの光を波長選択フィルタが光ファイバ側へ通し、光ファイバからの光を波長選択フィルタは選択的にＰＤに入射するようにしている。そのようにして双方向同時通信を可能にしている。これも１チャンネルのものであり、ＬＤが一つＰＤが一つで、１．３μｍ光をＬＤが発生し、１．５５μｍ光をＰＤが受信するようになっている。たとえば
【００１０】
▲２▼ 栗林昌樹、磯野秀樹、国兼達郎、大森康弘、江森俊行「石英系光導波路を用いたＷＤＭ内蔵光双方向モジュール」１９９３年電子情報通信学会秋季大会Ｃ−１５８、ｐ４−２３８
【００１１】
はそれにあたる。１．３μｍ光を発生するＬＤと、１．５５μｍ光を受信するＰＤのためのＹ分岐導波路を用いた光送受信モジュールを提案している。ＳｉベンチにＳｉＯ_２とＧｅＯ_２ドープＳｉＯ_２よりなる光導波路を形成し、それをＹ分岐させたものである。Ｙ分岐にＷＤＭフィルタを設け波長によって光は二つの分岐の何れかに分配されるようにしている。Ｙ分岐の良い点は発光素子も受光素子も同じ高さの平面に設けることができ、光学的なクロストークが少ないことなどである。
【００１２】
しかし分岐の曲率をあまり大きくできないから、ある程度の光路長が必要でありデバイスが大きくなるという難点がある。しかも横にＰＤとＬＤを並べるから広い面積を必要とする。１組のＰＤ／ＬＤならまだしも、複数のＰＤ／ＬＤ組を持つ送受信器をＹ分岐で作製すると大型の装置になってしまう。多チャンネルの場合特にその欠陥は顕著になる。
【００１３】
あるいは基板平面に逆ｙ分岐光導波路を作製し、終端にＰＤ、分岐点にＷＤＭ、ｙの左分枝に光ファイバ、右分枝にＬＤを配置し、受信光である１．５５μｍ光は光ファイバからＰＤへ直進し、ＬＤから出た送信光である１．３μｍ光はＷＤＭで反射して導波路へ出てゆくようになっている。
【００１４】
３番目のタイプは、光ファイバ或いは直線導波路を平面基板の上に形成して光ファイバ・導波路の終端に発光素子（ＬＤ）を設置し、光ファイバ・導波路の中間点に上向き斜めにＷＤＭを設けて導波路の少し右にＰＤを設けた光路上下分離型である。例えば
【００１５】
▲３▼ 宇野智昭、西川透、光田昌弘、東門元二、松井康、「表面実装型ＬＤ／ＰＤ集積化モジュール」１９９７年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、Ｃ−３−８９、ｐ４０８
【００１６】
は前方を切り欠き後方がＶ溝を有する高い段部になったＳｉ基板の前方に、Ｖ溝を切ったガラス基板をＶ溝が同一直線上にくるよう接着し、ガラス基板のＶ溝とＳｉ基板のＶ溝に共通の光ファイバを取り付け、光ファイバ終端部にＬＤを設置し、ガラス基板の中間部で光ファイバを斜めに切ってＷＤＭを差し込み光ファイバのすぐ上のガラス基板面にＰＤを固定した構造のＬＤ／ＰＤモジュールを提案している。光ファイバの延長上にＬＤが、光ファイバのすぐ上にＰＤがあり光路を上下に分離している。
【００１７】
ＰＤはＬＤより少し高い位置にしなければならないから、Ｓｉ基板だけでは難しくガラス基板を別にＳｉ基板に接合して高さの違いを与えている。ＷＤＭからＰＤまでの距離が短いから、ＰＤは光ファイバに接触しており高さが違うといっても光ファイバの半径〜直径程度の違いである。上下に光路を分岐しているがＬＤとＰＤはほぼ同じ高さにあるといえる。
【００１８】
▲４▼ 特開２００１−２０３４１９「発光装置」も本出願人になるものであるが、光路上下分岐型のＬＤ／ＰＤモジュールを提案している。Ｓｉベンチ上に長手方向に伸びるＳｉＯ_２光導波路を形成し終端部においてＳｉベンチを少し切りとりその凹部にＬＤを取り付け、中間部にＷＤＭフィルタを斜め上向きに差し込み光導波路のすぐ上にＰＤを付けている。これはＰＤ用の光路をＷＤＭによって上へ持ち上げているがＷＤＭからの光路が短いのでＰＤはＳｉベンチのすぐ上に固定されている。ＰＤとＬＤの高さの違いは光導波路の厚みの程度か、その半分程度である。これも上下に光路を分岐しているがＬＤとＰＤはほぼ同じ高さにあるといえる。
【００１９】
▲５▼ 特開平１１−２１８６５１号「光送受信モジュール」も本出願人になるものであるが、送信部と受信部が上下に分離しており間にグランドメタライズ面を挟む構造になっている。図９に張り合わせ基板部分の断面図を示す。貫通穴を有し裏面にグランド面Ｇを有する第１基板９５には光導波路９６、ＷＤＭ９７、ＬＤ９８を設け送信部とし、貫通穴を有し裏面にグランド面Ｇを有する第２基板９９には穴直下にＰＤ１０２とその近傍にＡＭＰ１０３を設け受信部とする。貫通穴が一致するよう第１基板と第２基板の裏面同士を張り合わせる。光導波路９６には光ファイバ１０５を突き合わせ結合する。
【００２０】
ＬＤの送信光λ１は光導波路、ＷＤＭを通って光ファイバに入る。光ファイバからの受信光λ２はＷＤＭで下向き反射され貫通穴を通りＰＤに入る。グランド面ＧはＰＤ系とＬＤ系に共通に接続される。グランド面が丁度二つの基板の張り合わせ面にあるからＬＤからの電磁ノイズがＰＤに入るのを防止することができる。これはＷＤＭが光路を上下に分離するものであり、ＰＤまでの光路が長いのでＰＤが光導波路を形成した基板面から離隔したものである。グランド面によってＬＤからの電磁波がＰＤやＡＭＰへ入るのを防ぐものである。ＬＤ面とＰＤ面が違うから光学的クロストークはほぼ完全に抑えられる。ＰＤとＬＤの間にグランド面があるので電磁クロストークや電気クロストークも抑制できる。巧妙な素子構造になっている。
【００２１】
これは加入者側の光送受信モジュールとして開発されたので、ＬＤは一つ、ＰＤも一つ、光導波路は１本である。多数のＬＤ／ＰＤ対を搭載するという必要性はない。複数のＬＤ／ＰＤ対を搭載するため実装容積を節減してデバイスを小型化するという思想はない。それに送信部と受信部の間にグランド面を配置すると、それがアンテナとなってかえって受信系が送信系のノイズを拾い易くなるという欠点があることがわかってきた。また基板を張り合わせるがＳｉ基板は電気を通すから薄いＳｉＯ_２絶縁膜だけが電気的絶縁をすることになり受信系と送信系の電気的クロストークを低減できないという問題もあった。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
これまでは多数のＬＤ／ＰＤモジュールを含む多チャンネルという要求がなかったので１対のＬＤ／ＰＤを含むモジュールの提案がなされており、１つであれば容積を削減する必要がないから横方向に並べても上下方向に並べても同じようなものであった。ところが、これからは多チャンネルのＬＤ／ＰＤモジュールというものが必要とされる。それだけでなく１チャンネルにおいても受信装置がデジタルとアナログというように二つ要求される場合もある。つまり１チャンネルだけでも１ＬＤ・２ＰＤの３素子が必要で、それがＭチャンネルあるから３Ｍの光素子を一つのパッケージに収納することが強く望まれるということになる。特に局側においては多数の加入者を相手にするから、そのような多チャンネルの光送受信モジュールはこれから強く要望されることになろう。
【００２３】
多チャンネル、３素子であるから、一つ一つの素子が占有する容積をできるだけ削減し小型のモジュールとする必要がある。さらに電気的、電磁的、光学的クロストークを低減したいという強い要望もある。
【００２４】
どうして多チャンネルの光送受信モジュールが必要になってきたのか？本発明は１本の光ファイバを使って同時双方向送受信をする光通信システムを目的にする。そのようなものでも光ファイバの接続について幾つかの種類がある。
【００２５】
はじめに検討されていたものは、１６の加入者に対し局から１本の光ファイバを敷設し、加入者群の近くで１：１６の分岐素子を用いて１６加入者に分割するというものである。加入者の数をＮとすると、局と分岐を結ぶ光ファイバはＮ／１６本で済む。それは必要な光ファイバの長さを減らすことができるという長所がある。これを用いると、１６の加入者（ＯＮＵ）に対して、局は一つの送受信モジュールを持てば良いことになる。ところが１：１６の分岐素子そのものを制御する必要があるから制御系統が複雑になりシステムの拡張性に欠けるという恨みがある。
【００２６】
そこで、よりスッキリと分岐素子を用いないで、局と各加入者１軒を直接に各１本の光ファイバで接続するという、より単純なシステムが検討され始めている。分岐を使わないから、局と加入者を結ぶ光ファイバの数はＮ本である。これは加入者１軒について独立の光ファイバを用いるから様々の付加機能を与える余地があり有望である。反面、光ファイバを多用するだけでなく局側の送受信モジュールの数もＮ個必要になり、局側の装置も肥大する。
【００２７】
そのような場合、局側の光送受信モジュールは一つの装置に４個、８個、１６個、…というように複数のＬＤ／ＰＤ対を含むようにすれば、局側に備えなければならない光送受信モジュールの数がＮ／４個、Ｎ／８個、Ｎ／１６個、…というように減少する。局側の装置としては多数のチャンネルを備えた送受信モジュールが望ましいということになる。そのような訳で局側のＬＤ／ＰＤモジュールとして多チャンネルのものが新たに要求され始めた。
【００２８】
さらに加入者側からはデジタル信号を送信するだけであるが、局側からはデジタル信号とアナログ信号を送るというようなデジタル・アナログ混合の光通信システムが要望される可能性もある。電話・ファクシミリなどはデジタル信号で、テレビ放送はアナログ信号で伝送するという場合、局側から加入者へ送る下り信号は（加入者側からいえば受信光）デジタル・アナログの二種類になる。だから加入者はＬＤ（λ１）＋ＰＤ（λ２）＋ＰＤ（λ３）を備えた１チャンネルの３素子型（ＬＤ・２ＰＤ）光送受信モジュールが必要である。本発明はそれも含むのであるが局側のＭ個の３素子型光送受信モジュールを主な対象とする。容積低減、クロストーク低減の要望は局側の装置においてより強い。
【００２９】
複数のＬＤ／２ＰＤを効率的に収容できる小型で多チャンネルの光送受信モジュールを提供することが本発明の第１の目的である。複数のＬＤ／ＰＤを収容した場合、１チャンネル当たりのコストを低減できる光送受信モジュールを提供することが本発明の第２の目的である。多数のＬＤ／ＰＤを一つのデバイスに収納しても、ＬＤ・ＰＤ間、ＰＤ・ＰＤ間の光学的、電気的、電磁的クロストークが大きくならないようにクロストークを抑制できる光送受信モジュールを提供することが本発明の第３の目的である。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、容器を上中下３階構造にして、中階に光ファイバコネクタ、光導波路付きＳｉ基板、第１ＷＤＭ_１、第２ＷＤＭ_２、λ１発振ＬＤ、ＬＤ用リードピンを保有させ、上階にλ２受信ＰＤ_１と、ＰＤ用リードピンを保有させ、下階にλ３受信ＰＤ_２と、ＰＤ用リードピンを保有させ、容器には透光性樹脂を充填し、中階のＬＤからの送信光λ１は光導波路を伝搬し第１ＷＤＭ_１、第２ＷＤＭ_２を透過し光ファイバへ入り、光ファイバからの受信光λ２は第１ＷＤＭ_１によって上へ反射させλ２受信ＰＤ_１に入射させ、光ファイバからの受信光λ３は第２ＷＤＭ_２によって反射されて１階のλ３受信用ＰＤ_２に入射するようにさせる。
【００３１】
上容器、中容器には受信光を通す床穴を穿孔しておく。光路を二つのＷＤＭによって上下方向に分けＷＤＭによって反射された受信光λ２、λ３は上、下の床穴を通り光導波路から離隔したＰＤ_１、ＰＤ_２に入射する。ＬＤとＰＤ_１、ＰＤ_２は容器床板で遮断されており光学的クロストークを抑制できる。その効果は絶大である。
【００３２】
中階のＬＤと下階、上階のＰＤはＳｉ容器でなく絶縁性の容器によって隔てられるから電気的なクロストークも下げることができる。また中階の送信器（ＬＤ）部分と、上階、下階の受信器（ＰＤ、ＡＭＰ）部分の電気配線が容器内では全く分離しているから電気的クロストーク低減に効果的である。送信器（ＬＤ）部分と受信器（ＰＤ、ＡＭＰ）部分の中間にグランド面がないので電磁的なクロストークも防止できる。
【００３３】
先述のように電磁気学の一般常識と違って送信部と受信部の間にグランド面を入れると、それがアンテナになってかえって電磁的クロストークを増進することがあり、本発明はそのような問題をさけるためにグランド面を間に差し挟まないようになっている。
【００３４】
上階、下階に波長の異なる受信光（λ２、λ３）のためのＰＤ_１、ＰＤ_２を配置している。中階に送信光のためのＬＤを配置している。二つのＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２によって、そのようなことを可能にする。送信光λ１だけは空間を伝搬しないが、λ２、λ３の受信光は空間伝搬する。空間伝搬するために容器内には透明の樹脂を充填しておく。単に不活性ガスとすると界面での反射が大きくなり望ましくない。だから反射、屈折損失を減らすために透明樹脂を満たす。透明樹脂は柔軟性のあるシリコーン樹脂などが望ましい。それは外部からの機械的な衝撃を緩和するという好都合の作用もある。
【００３５】
全体をさらに不透明、硬質の樹脂（例えばエポキシ）によってモールドして一つのまとまりあるデバイスとする。本発明は光導波路、ＷＤＭを含むＬＤ部分を中階に、２種類のＰＤ部分を上階、下階に配置して、ＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２により受信光を上下方向に反射している。３つの素子（ＬＤ・２ＰＤ）が上下に配置される。だから横方向には幅をとらない。同じ構造物（ＬＤ・２ＰＤ）を幾らでも側方に平行に並列させることができる。だから多チャンネルのＬＤ・２ＰＤ光送受信モジュールとして最適である。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明は、上中下３階構造の容器を用い、中階を送信系に、下階、上階を受信系に振り分ける。送信系には光ファイバコネクタ、光導波路付きＳｉ基板、ＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２、ＬＤ、ＬＤ用リードピンを保有させる。上階のλ２用受信系にはλ２受信ＰＤだけ、あるいはλ２用ＰＤとその信号を増幅する増幅器、ＰＤ用リードピンを保有させる。
【００３７】
下階のλ３用受信系にはλ３受信ＰＤだけ、あるいはλ３用ＰＤとその信号を増幅する増幅器、ＰＤ用リードピンを保有させる。光導波路を伝わる受信光λ２、λ３はＷＤＭ_１によって上へ、ＷＤＭ_２によって下へ反射しＰＤ_１、ＰＤ_２に入射させる。３階構造のパッケージの光素子を含む部分は透光性樹脂によって被覆して反射や散乱を低減する。その上を硬質不透明外殻樹脂によって被覆する。
【００３８】
ＬＤ、ＰＤ_１、ＰＤ_２と波長λ１、λ２、λ３の配分によって６つの類型がありうる。例えば利用する波長を１．３μｍ帯、１．４μｍ帯、１．５５μｍ帯の３つとしても、それをλ１、λ２、λ３のどれに対応させるかで６通りある。本発明はそのどれにも適用することができる。
【００３９】
波長を様々に変えると混乱するので、ここでは発光素子ＬＤの発振するものをλ１、受光素子ＰＤ_１の受光する波長をλ２、受光素子ＰＤ_２が受光する波長をλ３ということにする。λ２を選択反射するのが第１ＷＤＭ_１、λ３を選択反射するのが第２ＷＤＭ_２であるとする。
【００４０】
λ１、λ２、λ３がそれぞれ１．３μｍ帯、１．４μｍ帯、１．５５μｍ帯のどれかに対応する。多チャンネルであるから１．３μｍ帯といっても少しづつ波長の異なるＭ個の光素子が用いられるのである。１．５５μｍ帯も同様で少しづつ波長の異なるＭ個の光素子を使う。ＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２の誘電体多層膜構造もそれに応じて複雑になる。しかし二つのＷＤＭで、そのような３つの波長帯を分離することが可能である。
【００４１】
［上階］ λ２光を受信するλ２用ＰＤ_１をＭ個とメタライズパターン、リードピンを設ける。ＰＤ_１の信号を前置増幅する前置増幅器（ＡＭＰ_１）を近接させて設けることもできる。さらに電源安定用コンデンサやその他の電気素子を設けることもできる。これらのＰＤ_１、ＡＭＰ_１、電気素子はメタライズパターンとワイヤで接続される。Ｍチャンネルあるので、受光素子は二つのサフィックスを付けて、ＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、…、ＰＤ_１Ｍと書くことができる。
【００４２】
［中階］ λ１を発振するＬＤをＭ個、Ｍ個の第１ＷＤＭ_１、Ｍ個の第２ＷＤＭ_２、Ｍ本の光導波路、Ｍ本のＶ溝を設けたＳｉベンチ、リードピン等を設ける。ＬＤとリードピンはワイヤによって接続される。Ｍ個の発光素子はサフィックスを付けてＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、…、ＬＤ_Ｍと表現することができる。第１ＷＤＭは、ＷＤＭ_１ａ、ＷＤＭ_１ｂ、ＷＤＭ_１ｃ、…、ＷＤＭ_１ＭというようにＭ個あって横一直線に並ぶ。λ２を選択反射するといってもλ２が少しづつチャンネルによって違うから厳密にはＷＤＭ_１も異なる。しかしチャンネルによる波長の相違が僅かな場合は一つの共通のＷＤＭ_１を全体のチャンネルに共通に利用できるということもある。第２ＷＤＭ_２についても同様である。
【００４３】
［下階］ λ３光を受信するλ３用ＰＤ_２をＭ個とメタライズパターン、リードピンを設ける。ＰＤ_２の信号を前置増幅する前置増幅器（ＡＭＰ_２）を近接させて設けることもできる。さらに電源安定用コンデンサやその他の電気素子を設けることもできる。これらのＰＤ_２、ＡＭＰ_２、電気素子はメタライズパターンとワイヤで接続される。Ｍチャンネルあるので、受光素子は二つのサフィックスを付けて、ＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、ＰＤ_２ｃ、…、ＰＤ_２Ｍと書くことができる。
【００４４】
［透光性樹脂］ ＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２で反射されたλ２、λ３は空間伝搬する。上中下の容器の空間は透光性樹脂によって隙間なく満たす。それにより光ファイバや導波路と空間の境界での反射や散乱を減らすようにする。透明であることと、光ファイバ（屈折率１．４３程度）と屈折率が近似しているのが条件になる。例えばシリコーン樹脂やアクリレート樹脂である。これらは反射を減らすだけでなく硬化後も弾性がありＰＤ、ＬＤ、ＡＭＰなどのデバイス、ワイヤなどを外部衝撃力から保護する作用もある。
【００４５】
［基板］ 光導波路、ＷＤＭ、ＬＤを設ける基板は、Ｓｉベンチ（Ｓｉ基板）が最適であるが、セラミック基板やポリマーの基板も用いることができる。
【００４６】
［容器］ 上容器、中容器、下容器はリードフレームを樹脂でインサート成形して作ることができる。そうするとメタライズ配線を印刷形成する手間を省くことができる。樹脂としては液晶ポリマーを用いることができる。低コストの容器を構成することができる。しかし上容器、下容器としてセラミック容器を用いることもできる。その場合、メタライズ配線パターンはセラミック容器面に印刷、蒸着し、リードピンは容器の周辺部のメタライズに鑞付けする。それは封止性に優れ高性能であるが高コストになる。以後の説明では簡単のため、容器はリードフレーム・樹脂一体型のものとして説明する。
【００４７】
［光導波路］ ポリマーを用いた光導波路が容易に製作でき低コストになる。しかし基板がＳｉベンチの場合、石英系の導波路を形成してもよい。ＳｉＯ_２クラッドとＧｅＯ_２・ＳｉＯ_２コアの組み合わせによる石英導波路である。石英系導波路の方がポリマー導波路より低損失という利点がある。本発明は何れの場合も適用することができる。
【００４８】
［ＬＤ、ＰＤ_１、ＰＤ_２の数Ｍ］ 本発明は一つ或いは複数の光送受信モジュールを含む。送受信モジュールの数をＭとすると、Ｍ≧１というように書ける。複数のＭは４の倍数とするのが便利である。Ｍ＝４、Ｍ＝８、Ｍ＝１２、Ｍ＝２４等である。Ｍは送受信する光ファイバの数に等しくチャンネル数に等しい。本発明はＰＤ_１、ＬＤ、ＰＤ_２を上中下階に配分し横方向には占有面積が狭くなっているから複数組のＬＤ・２ＰＤを狭い空間に効率よく配列させ小型の素子とすることができる。だから特に多チャンネルの光通信装置として好適である。
【００４９】
光通信系は局側と加入者側を光ファイバによってつないだものである。λ１（１．３μｍ）が加入者から局への光信号の波長、λ２（１．４８μｍ）、λ３（１．５５μｍ）が局から加入者への光信号の波長という場合が一般である。しかし、それは加入者側から見たものである。局側では波長の関係は反対になる。だから、上のように下りが１．４８μｍ、１．５５μｍの場合、局側に設けるモジュールの場合は、λ１が１．５５μｍに、λ２が１．４８μｍに、λ３が１．３μｍになる。ただし、その場合においてＬＤが二つ、ＰＤが一つということになる。それは本発明の枠外の構造となる。
【００５０】
しかし加入者側が２ＬＤ・ＰＤの装置だとすれば、局側は１ＬＤ・２ＰＤの装置なり多チャンネルの局側の装置として有効である。
加入者側の数がＮであるとする。加入者側の場合は多くの場合、送信、受信手段が一つだけあれば良いのだからＭ＝１の送受信モジュールとなる。その場合は、送信光（ＬＤ光；１．３μｍ）がλ１に、第１受信光（ＰＤ_２；デジタル１．４８μｍ）がλ２、第２受信光（ＰＤ_２；アナログ１．５５μｍ）がλ３となる。そのシステムのためＭ＝１の送受信モジュールがＮ個必要になる。しかし多チャンネルがより好ましいこともある。Ｍ＝４、８、１６などの多チャンネルが要求されることもある。
【００５１】
［リードフレーム］ 上容器も下容器も樹脂とリードフレームを一体成形した複合容器である。ＰＤはリードフレームの上に載せるのであってＳｉベンチの上に載せない。導波路のＷＤＭによって反射された受信光は床穴を通ってＰＤに入射するが床穴はＳｉベンチに穿孔するのではなく金属薄板のリードフレームに穿孔するのだから配線部分とともに一挙瞬時に成形でき穴形成のための工程というものはない。
【００５２】
前述の従来例▲５▼特開平１１−２１８６５１号はＳｉ基板にドリルで貫通穴を開ける必要があり、それは時間のかかる工程となる。Ｓｉは硬いし機械穿孔は簡単ではない。ドライエッチングによってＳｉにそのように深い貫通穴を開けることはできない。穴造形の点で本発明は極めて有利である。
【００５３】
［光学的クロストーク］ 単位ＬＤ／ＰＤ対当たりの容積を節減できるというだけではなくて、光学的クロストークの抑制、電気的クロストークの低減という点でも意義多い構造である。３階構造になり、ＬＤの強い光からＰＤ_１、ＰＤ_２が中階、上階パッケージ床によって遮断されているので光学的クロストークを減らすことができる。Ｓｉは１〜１．６μｍの光を通すから光学的クロストークには無力である。パッケージは不透明なので光学的クロストーク遮断に最適である。
【００５４】
［電気的クロストーク］ またＬＤとＰＤ_１、ＰＤ２が横方向にも離れ縦方向にも離隔し中間にあるのは樹脂パッケージ（絶縁体）であるから電気的クロストークも減らすことができる。従来例▲５▼特開平１１−２１８６５１号はＳｉベンチがＬＤとＰＤの間に介在するがＳｉは半導体で電流をかなり流すので電気的なクロストークがかなり大きい。本発明はＳｉベンチよりも樹脂パッケージを主に用いＰＤ・ＬＤが樹脂パッケージによって隔てられているから電気的なクロストークを減らすことができる。
【００５５】
［電磁的クロストーク］ またＬＤとＰＤが横方向にも離れ縦方向にも離隔しグランド、電源電圧全て分離されているから電磁的クロストークも減らすことができる。▲５▼特開平１１−２１８６５１号はＰＤを取り付けたＳｉベンチと、ＬＤを取り付けたＳｉベンチを、その間にグランドメタライズ面を介在させて裏面同士を張り付けている。グランドはＬＤ回路、ＰＤ回路に共通のグランドである。グランドで両回路を仕切る構造だから電磁波をシールドできるはずである。
【００５６】
しかし必ずしもそうではなく抵抗が大きく薄いグランド面は真のグランドではなくアンテナのように働く。ＬＤの電波を受けてグランド電位が変動する。ＰＤ側のグランドがＬＤ側の電圧変動に追随して変化する。そのためＰＤ側のＡＭＰやＰＤに電位が揺らいでしまいノイズが入るということが分かってきた。むしろＬＤとＰＤの間に広いグランド面がない方が良いのである。本発明の場合はＬＤとＰＤの間に広いグランド面が存在しないからアンテナになる部分がなくＬＤからの電磁波をＰＤが感受しないようになっている。そのために容器内部ではＰＤ回路とＬＤ回路は別々の回路になっている。外部でグランドを接続するが外部の電源インピーダンスは低いので外部回路を通じてＬＤからＰＤ側へノイズが入るということはない。こういう訳で電磁的クロストークをも減らすことができる。
【００５７】
【実施例】
［実施例１；上階ＰＤ_１、中階ＬＤ、下階ＰＤ２構造（図１〜４）］
図１はＰＤ_１を上階に、導波路・ＬＤを中階に、ＰＤ_２を下階に配置した実施例１にかかるＬＤ／ＰＤモジュールの縦断面図を示す。図２はＷＤＭ_２で反射され中階から下階のＰＤ_２に入る光線λ３の経路を示すための縦断面図である。図３はＷＤＭ_１で反射され中階から上階のＰＤ_１に入る光線λ２の経路を示すための縦断面図である。
パッケージが上中下三階になっており下容器３、中容器１、上容器２を重ねた構造となっている。これは４チャンネルのものであるが、８チャンネル、１６チャンネル、１チャンネルなど任意である。
【００５８】
中容器１は底板５、前壁６、後壁８、側壁９、９よりなる上部の開口した容器である。中容器１の内部が中階Ｂである。底板５の半ばに凹部がありＳｉベンチ４が収納される。Ｓｉベンチ４は矩形状のＳｉ単結晶の板である。Ｓｉベンチ上面中間部には光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄが設けられる。これは樹脂による光導波路でありフッ素化ポリイミドを用いたものである。不純物を添加して屈折率の差を与えてコア・クラッドの導波路構造とする。樹脂による光導波路は安価で簡単に作製できる。
【００５９】
もちろんＳｉ基板の表面を酸化してＳｉＯ_２の光導波路とすることもできる。誘電体導波路は製造工程が複雑でコスト高であるが損失が少ないという利点がある。図１は光軸方向に切った縦断面図であるから光導波路Ｇは１本しか現れないが、実際には図２のように４本の光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄが設けられる。４本に限らず、８本、１６本…など４の倍数の（Ｍ本の）光導波路を設けてもよい。図２、図３にはＭ＝４の例を具体的に示している。Ｓｉベンチ４には光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄが形成され、光導波路の終端には半導体レーザＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄを含む４チャンネルの送信系が構成されている。
【００６０】
Ｓｉベンチ４の光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄの前端部にはＶ溝Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃ、Ｖ_ｄがエッチングによって形成される。中容器１の前壁６を貫いて光コネクタ７が設けられる。光コネクタ（ＭＴコネクタ）７は４本の光ファイバＦＢ_ａ、ＦＢ_ｂ、ＦＢ_ｃ、ＦＢ_ｄを含むテープファイバの終端を保持している。光ファイバは光コネクタ７の後方で短く切断されている。
【００６１】
光ファイバＦＢ_ａ、ＦＢ_ｂ、ＦＢ_ｃ、ＦＢ_ｄの切断端部がＳｉベンチ４のそれぞれのＶ溝Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃ、Ｖ_ｄの中に埋め込まれ固定される。光ファイバの数、光導波路の数、Ｖ溝の数などは全て等しい。Ｓｉベンチ４の光導波路の後端部には４チャンネル分の半導体レーザＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄが設けられる。ＬＤの数も４個（Ｍ＝４）である。
【００６２】
中容器１の内部である中階Ｂにおいては、半導体レーザＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄと光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄ、光ファイバＦＢ_ａ、ＦＢ_ｂ、ＦＢ_ｃ、ＦＢ_ｄの軸心を厳密に合わせる必要があるからＳｉベンチ４を用いている。中容器１は後壁８を貫くように多数のリードピン１０がインサート成形されている。半導体レーザＬＤの電極（カソード、アノード）は対応するリードピン１０とワイヤ１２によって接続される。ここでは半導体レーザＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄは４つあり、必要なリードピン１０、ワイヤ１２は８本であるが図１では代表して一つだけ示している。光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄの中間部には二つの波長選択フィルタＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２が設けられる。
【００６３】
半導体レーザＬＤに近いＷＤＭ_１は上向き３０度に傾斜しており、光ファイバを伝搬してきた受信光のうちλ２を上向きに反射し、ＬＤのλ１光はそのまま透過させる。λ２光は上階Ａの受光素子ＰＤ_１によって受光される。
【００６４】
ファイバＦＢに近いＷＤＭ_２は下向き３０度に傾斜しており、光ファイバを伝搬してきた受信光のうちλ３を下向きに反射し、ＬＤのλ１光はそのまま透過させる。λ３光は下階Ｃの受光素子ＰＤ_２によって受光される。λ３は赤外光でありＳｉベンチ４はλ３に対し透明なので孔を不要とする。しかし中容器１の底板５は不透明だからλ３を通すため、通し穴Ｊ_ａ、Ｊ_ｂ、Ｊ_ｃ、Ｊ_ｄを穿っている。それとは別に透明樹脂５０を通すための通し穴４７、４８が中容器１の底板５に設けてある。
【００６５】
上容器２も上部の開口した樹脂製の矩形容器である。上容器２の内部が上階Ａである。上容器２は前壁１６、後壁１８、底板１５、側壁１９、１９などを持つ。底板１５の上に多数のメタライズパターン２２が印刷されている。メタライズパターン２２の適当な電極パッドの上に、中階Ｂの光導波路の第１ＷＤＭ_１から選択反射されたλ２を受信する４（Ｍ＝４）チャンネルの受光素子ＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、ＰＤ_１ｃ、ＰＤ_１ｄが設けられる。ここでは裏面入射型の受光素子を受光層が上にくるように取り付けたものを示している。上面入射型の受光素子をエピダウンで固定してもよい。
【００６６】
中階Ｂからの光を通すために、上容器２の底板１５には通し穴Ｈ_ａ、Ｈ_ｂ、Ｈ_ｃ、Ｈ_ｄが穿ってある。受光素子ＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、ＰＤ_１ｃ、ＰＤ_１ｄに隣接して光電流を前置増幅するＡＭＰ_１ａ、ＡＭＰ_１ｂ、ＡＭＰ_１ｃ、ＡＭＰ_１ｄが設けられる。またその周辺にノイズをカットするための電気素子２０が取り付けられる。上容器２の側壁１９、１９には多数のリードピン２３、２４が挿通固定されている。リードピン２３、２４に続いて底板１５の上には多数のメタライズパターン２２が設けられる。メタライズ２２とリードピン２３、２４はワイヤ２５、２６によって適当に接続されているが、ここでは詳細な接続は省略している。
【００６７】
受光素子ＰＤ_１と対応するＡＭＰ_１とはワイヤ２９によって接続されている。電気素子２０とこれらＰＤ_１、ＡＭＰ_１ともワイヤで接続しているが、それも図示を略した。これらのリードピンは、リードフレームとパッケージをインサート成形で一体に成形することによって設けられる。底板１５には樹脂の通し穴２７、２８がいくつか穿孔されている。後に述べるが、これは透明樹脂５０を通して中階Ｂ、下階Ｃの空間も透明樹脂によって充たすようにするためのものである。
【００６８】
下容器３も上部の開口した樹脂製の矩形容器である。下容器３の内部が下階Ｃである。下容器３は前壁３６、後壁３８、底板３５、側壁３９、３９などを持つ。底板３５の上に多数のメタライズパターン４２が印刷されている。メタライズパターン４２の適当な電極パッドの上に、中階Ｂの光導波路の第２ＷＤＭ_２から選択反射されたλ３を受信する４（Ｍ＝４）チャンネルの受光素子ＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、ＰＤ_２ｃ、ＰＤ_２ｄが設けられる。ここでは上面入射型の受光素子を受光層が上にくるように取り付けたものを示している。裏面入射型の受光素子をエピダウンで固定してもよい。
【００６９】
先述のように、中階Ｂからの下向きλ３光を通すために、中容器１の底板５には通し穴Ｊ_ａ、Ｊ_ｂ、Ｊ_ｃ、Ｊ_ｄが穿ってある。受光素子ＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、ＰＤ_２ｃ、ＰＤ_２ｄに隣接して光電流を前置増幅するＡＭＰ_２ａ、ＡＭＰ_２ｂ、ＡＭＰ_２ｃ、ＡＭＰ_２ｄが設けられる。また、その周辺にノイズをカットするための電気素子４０が取り付けられる。下容器３の側壁３９、３９には多数のリードピン４３、４４が挿通固定されている。リードピン４３、４４に続いて底板３５の上には多数のメタライズパターン４２が設けられる。
【００７０】
メタライズ４２とリードピン４３、４４はワイヤ４５、４６によって適当に接続されているが、ここでは詳細な接続は省略している。受光素子ＰＤ_２と対応するＡＭＰ_２とはワイヤ４９によって接続されている。電気素子４０とこれらＰＤ_２、ＡＭＰ_２ともワイヤで接続しているが、それも図示を略した。これらリードピンは、リードフレームとパッケージをインサート成形で一体に成形することによって設けられる。
【００７１】
中容器１を下容器３に重ね、上容器２を中容器１にかぶせて接着剤によって３つの容器を接合する。３階建て構造がはじめてできる。中階Ｂの光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄのすぐ上に対応する第１受光素子ＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、ＰＤ_１ｃ、ＰＤ_１ｄが並ぶ。中階Ｂの光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄのすぐ下に対応する第２受光素子ＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、ＰＤ_２ｃ、ＰＤ_２ｄが並ぶ。
【００７２】
第１ＷＤＭ_１の上向き反射光の軌跡上にＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、ＰＤ_１ｃ、ＰＤ_１ｄが丁度位置するようになっている。第２ＷＤＭ_２の下向き反射光の軌跡上にＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、ＰＤ_２ｃ、ＰＤ_２ｄが丁度位置するようになっている。コネクタ７は中容器１の穴によって挟まれる。
【００７３】
上容器２（上階Ａ）に低屈折率の透光性樹脂５０を注入する。例えばシリコーン系の透明樹脂（熱硬化性、紫外線硬化性）、アクリレート系の透明樹脂（熱硬化性、紫外線硬化性）である。これは流動状態のものであるから上容器２の底板１５の通し穴２７、２８を通って中階Ｂ（中容器１の内部）へも入り込み中階Ｂを隈なく満たす。さらに中容器１の底板５の通し穴４７、４８を通って下容器３の内部へ侵入し下階Ｃを隈なく充たす。
【００７４】
上階Ａでは、第１受光素子ＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、ＰＤ_１ｃ、ＰＤ_１ｄ、第１増幅器ＡＭＰ_１ａ、ＡＭＰ_１ｂ、ＡＭＰ_１ｃ、ＡＭＰ_１ｄ、ワイヤ２９、メタライズ２２などが透光性樹脂５０に密に接触する。中階ＢではＳｉベンチ４、光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄ、半導体レーザＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄ、ＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２、ワイヤ１２、リードピン１０などが透光性樹脂５０に密に接触する。下階Ｃでは、第２受光素子ＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、ＰＤ_２ｃ、ＰＤ_２ｄ、第２増幅器ＡＭＰ_２ａ、ＡＭＰ_２ｂ、ＡＭＰ_２ｃ、ＡＭＰ_２ｄ、ワイヤ４９、メタライズ４２などが透光性樹脂５０に密に接触する。
【００７５】
透光性樹脂５０は熱によって、あるいは紫外線によって硬化する樹脂である。硬化した透光性樹脂５０は光ファイバ（石英ガラス）とよく似た屈折率（１．４〜１．５）をもつので光ファイバ端面での反射減衰を小さくできる。
【００７６】
これまでの工程によって、３階構造の素子ができたが、上容器２、中容器１、下容器３を包囲するように外郭樹脂５２によってトランスファモールドする。この外郭樹脂５２は透明でなく機械的にも堅牢であって水分を通さないようなものがよい。例えばエポキシ樹脂とする。
【００７７】
図４は樹脂パッケージした後の光通信装置の斜視図である。樹脂パッケージ５２によって全体が覆われているが後方へＬＤ用リードピン１０が平行に突出している。それは中階ＢのＬＤ用のリードフレームの一部である。上方（上階Ａ）左右両側にはＰＤ_１用リードピン２３、２４が突き出ている。下方（下階Ｃ）左右両側にはＰＤ_２用リードピン４３、４４が突き出ている。
【００７８】
素子の前面には光コネクタ７が見える。光コネクタ７の前面には光ファイバＦＢ_ａ、ＦＢ_ｂ、ＦＢ_ｃ、ＦＢ_ｄの端部が面一に現れている。光ファイバのピッチは０．２５ｍｍ（２５０μｍ）である。４つの光ファイバを光コネクタに貫通させているから光ファイバの広がりは、２５０×３＋１２５＝８７５μｍである。光コネクタ７の両側のガイドピン１１によって、光ファイバを有する別の光コネクタに着脱する。このデバイスの横幅は１０ｍｍ、長手方向の寸法（奥行き）は３５ｍｍ、厚さは６ｍｍである。
【００７９】
３階建ての送受信モジュールの作用を述べる。中階ＢにＭチャンネルの送信部があり、上階Ａに４チャンネルのλ２受信部があり、下階Ｃに４チャンネルのλ３受信部がある。
【００８０】
中階ＢのＭチャンネルの半導体レーザＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄから波長λ１の送信光が発振され光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄを伝わり、光ファイバＦＢ_ａ、ＦＢ_ｂ、ＦＢ_ｃ、ＦＢ_ｄへと伝送されてゆく。
【００８１】
反対に、光ファイバＦＢ_ａ、ＦＢ_ｂ、ＦＢ_ｃ、ＦＢ_ｄから伝送されてきたλ２受信光は第１ＷＤＭ_１によって上方へ選択反射されて穴Ｈ_ａ、Ｈ_ｂ、Ｈ_ｃ、Ｈ_ｄを通過し、それぞれ対応する受光素子ＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、ＰＤ_１ｃ、ＰＤ_１ｄに入射し光電流に変換される。光電流はすぐに直近の対応する前置増幅器ＡＭＰ_１ａ、ＡＭＰ_１ｂ、ＡＭＰ_１ｃ、ＡＭＰ_１ｄによって増幅されてリードピンを通じ外部回路へ出てゆく。
【００８２】
光ファイバＦＢ_ａ、ＦＢ_ｂ、ＦＢ_ｃ、ＦＢ_ｄから伝送されてきたλ３受信光は第２ＷＤＭ_２によって下方へ選択反射されて穴Ｊ_ａ、Ｊ_ｂ、Ｊ_ｃ、Ｊ_ｄを通過し、それぞれ対応する受光素子ＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、ＰＤ_２ｃ、ＰＤ_２ｄに入射し光電流に変換される。光電流はすぐに直近の対応する前置増幅器ＡＭＰ_２ａ、ＡＭＰ_２ｂ、ＡＭＰ_２ｃ、ＡＭＰ_２ｄによって増幅されてリードピンを通じ外部回路へ出てゆく。
【００８３】
［実施例１の製造方法］
実施例１の４チャンネル光送受信モジュールの製造工程を述べる。１．５ｍｍ×７．５ｍｍ×厚さ１ｍｍのＳｉ基板４の上に、２５０μｍピッチで直線状のポリマー光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄを形成する。実際には、厚み１ｍｍの（直径２０ｃｍ〜３０ｃｍの）円板状のＳｉウエハの上にその大きさのチップ単位を想定してウエハプロセスによって光導波路、Ｖ溝や段部、メタライズを形成し、そのあと１．５ｍｍ×７．５ｍｍのサイズに切断する。
【００８４】
スピンコート法によって透明の導波路用樹脂をＳｉウエハに塗布する。クラッド材樹脂を１０μｍ厚みに、コア材樹脂５μｍ厚みに成膜する。フォトリソグラフィとドライエッチングによってコアの線路幅を６．５μｍとなるようにする。その上に１０μｍ厚みのクラッド材樹脂を塗布しクラッド／コア／クラッドの３重構造とする。コアは高さ５μｍ、幅６．５μｍの矩形断面コアとなる。
【００８５】
光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄの途中には、導波路を横切るように幅２０μｍの斜溝を前後２本ダイシング加工する。斜溝法線は導波路に対して±３０度傾斜している。これらは、第１ＷＤＭ_１、第２ＷＤＭ_２を挿入固定すべき溝である。導波路の終端部を低い段部としメタライズする。ここまでをウエハプロセスによって行い、ダイシングによって１．５ｍｍ×７．５ｍｍ×１ｍｍのＳｉベンチに切り出す。
【００８６】
個々のＳｉベンチになってから、導波路の終端部に１．３μｍ帯半導体レーザＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄをＡｕＳｎ半田によって固定する。標識に従って半導体レーザＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄを実装するから調芯しないが光導波路Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄと結合する。導波路途中の二つの斜溝にはＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２を挿入固定する。ＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２はポリマー基板の上に誘電体多層膜を積層したものである。ＷＤＭ_１は３０傾斜して入射した１．３μｍ光を透過し、１．４８μｍ光を反射するような特性のＷＤＭである。ＷＤＭ_２は３０度傾斜して入射した１．３μｍ光を透過し、１．５５μｍ光を反射するような特性のＷＤＭである。
【００８７】
中容器１は配線パターンを有するリードフレームと液晶ポリマーを金型によってインサート成形したものである。中容器１の大きさは５ｍｍ×２５ｍｍ×１．５ｍｍである。中容器１の底板には樹脂を通すための穴と、光を通すための通し穴、Ｓｉベンチを戴置するための窪み等が造形されている。中容器１の底板の窪部にＳｉベンチ４を埋め込んで固定する。
【００８８】
上容器２も配線パターンを有するリードフレームと液晶ポリマーを金型によってインサート成形したものである。このリードフレームにはＰＤ_１、ＡＭＰ_１の配線が形成されており、０．１ｍｍφの床穴Ｈ_ａ、Ｈ_ｂ、Ｈ_ｃ、Ｈ_ｄが穿孔されている。金属薄板だからピンや配線、穴はパンチ加工で一度に作られる。上容器２の大きさは５ｍｍ×２５ｍｍ×１．５ｍｍである。
【００８９】
上容器２のリードフレームの配線の上にＰＤ_１、ＡＭＰ_１を実装する。必要によっては、ノイズ除去用のコンデンサ、コイル、抵抗を銀ペーストによってリードフレーム上に実装することもある。ここではコンデンサを図示しているが、これらは必須ではない。２５μｍφのＡｕワイヤによってリードフレームの配線パターンとＰＤ_１、ＡＭＰ_１などの電極がワイヤボンデイングされる。
【００９０】
下容器３も配線パターンを有するリードフレームと液晶ポリマーを金型によってインサート成形したものである。このリードフレームにはＰＤ_２、ＡＭＰ_２の配線が形成されている。下容器３の大きさは５ｍｍ×２５ｍｍ×１．５ｍｍである。
【００９１】
下容器３のリードフレームの配線の上にＰＤ_２、ＡＭＰ_２を実装する。必要によっては、ノイズ除去用のコンデンサ、コイル、抵抗を銀ペーストによってリードフレーム上に実装することもある。ここではコンデンサを図示しているが、これらは必須ではない。２５μｍφのＡｕワイヤによってリードフレームの配線パターンとＰＤ_２、ＡＭＰ_２などの電極がワイヤボンディングされる。
【００９２】
下容器３に固定した受光素子群ＰＤ_２の上に予めマーク（標識）を付けておく。また中容器１のＳｉベンチにも標識（マーク）を付けておく。中容器１のＳｉベンチマークと、下容器３のＰＤ_２マークを顕微鏡を通し画像処理して、上下面に紫外線硬化樹脂を塗布し下容器３と中容器１を位置合わせして接合固定する。中容器１と上容器２も同様にして接合固定する。そうして３階の積層容器構造ができる。
【００９３】
最終的にはトランスファモールドして樹脂封止され所望の形状に成形される。図４のような外形の素子が完成する。その素子の大きさ（リードを含まない）は１０ｍｍ×３５ｍｍ×６ｍｍである。
【００９４】
［実施例２；Ｍ＝８；ＰＤ_１／ＬＤ／ＰＤ_２（図５〜７）］
本発明は省スペースに優れ多チャンネルにおいて、その利点がはっきりするのでＭ＝８の場合を図５、６、７に示す。基本的な構造はＭ＝４の実施例１と同様である。
【００９５】
図５は上容器２の平面図である。上容器２は底板１５、前壁１６、後壁１８、側壁１９、１９を有し、底板にはリードピン２３、２４、メタライズパターンなどが形成してある。図５ではメタライズパターンの詳細は省略してある。底板１５のメタライズの上に８つの受光素子ＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、…、ＰＤ_１ｈが設けられる。それらの光信号を増幅するＡＭＰ_１ａ、ＡＭＰ_１ｂ、…、ＡＭＰ_１ｈも近接して実装される。それ以外にも電気素子２０が取り付けられる。それらの光素子、ＡＭＰ、電気素子２０などはワイヤによって接続される。
【００９６】
図６は中容器１の平面図である。中容器１は底板５、前壁６、後壁８、側壁９、９などを有する。底板５は中央に凹部をもち、樹脂の通し穴をもつ。中央凹部には矩形状のＳｉベンチ４が収容される。Ｓｉベンチ４は前述のようにＳｉウエハの段階で、フォトリソグラフィ、蒸着、ＣＶＤ法などによって、Ｖ溝、光導波路、メタライズ配線、斜溝などが設けられている。それを切り出して個々のＳｉベンチとする。Ｓｉベンチ４には８本のＶ溝Ｖ_ａ、…、Ｖ_ｈ、８本の光導波路Ｇ_ａ、…、Ｇ_ｈ、第１ＷＤＭ_１、第２ＷＤＭ_２、８個の半導体レーザＬＤ_ａ、…、ＬＤ_ｈなどが実装されている。８本の光ファイバのテイルを有するＭＴコネクタ７が前壁６の穴に挿通固定されている。光ファイバのテイルがＶ溝にそれぞれ固定される。ＬＤやメタライズパターンとリードフレーム１０がワイヤで接続されている。
【００９７】
図７は下容器３の平面図である。下容器３は底板３５、前壁３６、後壁３８、側壁３９、３９を有し、底板にはリードピン４３、４４、メタライズパターンなどが形成してある。図７ではメタライズパターンの詳細は省略してある。底板３５のメタライズの上に８つの受光素子ＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、…、ＰＤ_２ｈが設けられる。それらの光信号を増幅するＡＭＰ_２ａ、ＡＭＰ_２ｂ、…、ＡＭＰ_２ｈも近接して実装される。それ以外にも電気素子４０が取り付けられる。それらの光素子、ＡＭＰ、電気素子４０などはワイヤによって接続される。
【００９８】
これらの上容器２、中容器１、下容器３が上下に積み重ねられて接着され透明樹脂５０を注入し、さらに外殻樹脂５２で一体の素子とする。それは実施例１と同様である。
【００９９】
【発明の効果】
本発明は上中下３階建て構造となっておりＰＤ_１、ＰＤ_２とＬＤを異なる階に振り分け上中下３層に分配配置することができる。ＰＤ_１、ＰＤ_２とＬＤが上下に離れるので電気的クロストーク、光学的クロストーク、電磁的クロストークを減らすことができる。また横方にＰＤとＬＤを配置する場合に比べて占有面積が少なくなり、より小型の素子にすることができる。ＰＤ_１／ＬＤ／ＰＤ_２の組が一つでなくて複数である場合上下配分によって容積を低減できて特に有用である。モジュール数Ｍが４、８、１６…などの素子を作ることができる。多チャンネルの光通信装置としてきわめて有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１にかかる光通信装置の上容器（ＰＤ_１側）、中容器（光導波路・ＬＤ側）、下容器（ＰＤ_２側）を組み合わせた状態の軸線に平行な面で切った縦断面図。
【図２】４チャンネル用光通信装置である実施例１において中容器の第２ＷＤＭ_２から反射されたλ３受信光が下容器のＰＤ_２に入射することを示すための下容器ＰＤ_２を横切る断面で切った断面図。
【図３】実施例１において中容器の第１ＷＤＭ１から反射されたλ２受信光が上容器のＰＤ_１に入射することを示すための上容器ＰＤ_１を横切る断面で切った断面図。
【図４】実施例１の光通信装置において上容器、中容器、下容器を組み合わせ樹脂封止してデバイスとして完成した状態の斜視図。
【図５】８チャンネル用光通信装置である実施例２における上容器の平面図。
【図６】８チャンネル用光通信装置である実施例２における中容器の平面図。
【図７】８チャンネル用光通信装置である実施例２における下容器の平面図。
【図８】ＷＤＭを中心に３方向に離隔して、光ファイバ、ＬＤ、ＰＤを設けた従来例にかかる光送受信モジュールの平面図。
【図９】特開平１１−２１８６５１号が提案した光送受信モジュールの縦断面図。
【符号の説明】
１ 中容器
２ 上容器
３ 下容器
４ Ｓｉベンチ
５ 中容器底板
６ 中容器前壁
７ 光コネクタ
８ 中容器後壁
９ 中容器側壁
１０ 中容器リードピン
１１ ガイドピン
１２ ワイヤ
１５ 上容器底板
１６ 上容器前壁
１８ 上容器後壁
１９ 上容器側壁
２０ 電気素子
２２ メタライズパターン
２３ 上容器リードピン
２４ 上容器リードピン
２５ ワイヤ
２６ ワイヤ
２７ 樹脂通し穴
２８ 樹脂通し穴
２９ ワイヤ
３５ 下容器底板
３６ 下容器前壁
３８ 下容器後壁
３９ 下容器側壁
４０ 電気素子
４２ メタライズパターン
４３ 下容器リードピン
４４ 下容器リードピン
４５、４６ ワイヤ
４７、４８ 樹脂通し穴
４９ ワイヤ
５０ 透明樹脂
５２ 外殻樹脂
８５ 光ファイバ
８６ ＬＤ
８７ ＷＤＭ
８８ ＰＤ
９５ 第１基板
９６ 光導波路
９７ ＷＤＭ
９８ ＬＤ
９９ 第２基板
１０２ ＰＤ
１０３ ＡＭＰ
１０５ 光ファイバ
Ｇ_ａ、Ｇ_ｂ、Ｇ_ｃ、Ｇ_ｄ 光導波路
ＦＢ_ａ、ＦＢ_ｂ、ＦＢ_ｃ、ＦＢ_ｄ 光ファイバ
ＡＭＰ_１ａ、ＡＭＰ_１ｂ、ＡＭＰ_１ｃ、ＡＭＰ_１ｄ 上容器の第１前置増幅器
ＡＭＰ_２ａ、ＡＭＰ_２ｂ、ＡＭＰ_２ｃ、ＡＭＰ_２ｄ 下容器の第２前置増幅器
ＰＤ_１ａ、ＰＤ_１ｂ、ＰＤ_１ｃ、ＰＤ_１ｄ 上容器の第１受光素子
ＰＤ_２ａ、ＰＤ_２ｂ、ＰＤ_２ｃ、ＰＤ_２ｄ 下容器の第２受光素子
ＬＤ_ａ、ＬＤ_ｂ、ＬＤ_ｃ、ＬＤ_ｄ 中容器の発光素子
λ１ 第１波長
λ２ 第２波長
λ３ 第３波長
ＷＤＭ_１ λ１を通しλ２を反射する第１波長選択フィルタ
ＷＤＭ_２ λ１を通しλ３を反射する第２波長選択フィルタ
Ｈ_ａ、Ｈ_ｂ、Ｈ_ｃ、Ｈ_ｄ 上容器に穿孔された受信光通し穴
Ｊ_ａ、Ｊ_ｂ、Ｊ_ｃ、Ｊ_ｄ 中容器に穿孔された受信光通し穴

Claims (6)

1. 一つの送信光λ１と二つの受信光λ２、λ３を送受信するためのＭチャンネルの装置であって、リードピンを有しλ２受信光を通す通し穴を穿孔してありＭ個（Ｍ≧１）のλ２受信用受光素子（ＰＤ_１）を実装した上容器と、Ｍ本のＶ溝とＭ本の平行な光導波路と光導波路の半ばに設けられλ１を透過しλ２を反射する第１波長選択素子ＷＤＭ_１と、光導波路の半ばに設けられλ１を透過しλ３を反射する第２波長選択素子ＷＤＭ_２と光導波路終端に設けられ送信光λ１を発生するＭ個の発光素子（ＬＤ）を有するＳｉベンチと、ＳｉベンチのＶ溝に保持されるＭ本の光ファイバ端部をもつ光コネクタとリードピンを有しλ３受信光を通す通し穴を穿孔してあり前記Ｓｉベンチを保持する中容器と、リードピンを有しＭ個（Ｍ≧１）のλ３受信用受光素子（ＰＤ_２）を実装した下容器とを含み、上容器、中容器、下容器を上下に組み合わせ一体とし、上容器、中容器、下容器は不透明かつ絶縁体であり、透光性樹脂を充填してあり、上容器内の第１受光素子ＰＤ_１の電気配線、中容器内の発光素子の電気配線、下容器内の第２受光素子ＰＤ_２の電気配線は相互に分離され、光ファイバから入射し光導波路を伝搬する第１受信光λ２は第１ＷＤＭ_１によって反射され透光性樹脂の存在する空間と通し穴を通り上容器内にある第１受光素子ＰＤ_１に入射し、光ファイバから入射し光導波路を伝搬する第２受信光λ３は第２ＷＤＭ_２によって反射され、通し穴と透光性樹脂の存在する空間を通り下容器内にある第２受光素子ＰＤ_２に入射し、半導体レーザＬＤから生じた送信光λ１はＷＤＭ_１、ＷＤＭ_２を透過して光ファイバへ入るようにしてあることを特徴とする光通信装置。
2. 上容器、又は下容器においてＭ個の受光素子（ＰＤ）の近傍に、ＰＤの光電流を増幅するＭ個の増幅器（ＡＭＰ）を設けた事を特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
3. 下容器、中容器および上容器がリードフレームと一体成形された樹脂製の容器である事を特徴とする請求項１又は２に記載の光通信装置。
4. 下容器、中容器および上容器が配線パターンが描かれリードピンが接合されたセラミック容器であることを特徴とする請求項１または２に記載の光通信装置。
5. 光導波路がポリマーによって形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光通信装置。
6. 光導波路が石英系の導波路である事を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光通信装置。

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