JP5823198B2 - フォトモジュール - Google Patents

Description

本発明は、伝送経路中の信号強度を計測するフォトモジュールにおいて、フォトモジュールに導光した信号光を受光素子に集光するとともに、フォトモジュールから戻った反射光を伝送経路中に再入射させないようにする技術に関する。

伝送経路中の信号強度を計測することにより、伝送経路中の通信状態を監視するフォトモジュールがある（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に開示されたラインモニタは、入射光ファイバ、出射光ファイバ、ロッドレンズ、透光部を含む反射膜及び受光検出素子から構成される。伝送経路から導光された光信号は、入射光ファイバ及びロッドレンズを経て、反射膜に到達する。反射膜のうち透光部に到達した光信号は、受光検出素子で検出される。反射膜のうち反射部に到達した光信号は、ロッドレンズ及び出射光ファイバを経て、伝送経路に出力される。

特開平２−１４１７０９号公報

このように、特許文献１においては、出射光ファイバ及び反射膜を設けることにより、伝送経路から導光した光信号のうち、一部を受光検出素子で検出し、残りを伝送経路に出力する。ところで、特許文献１を応用して、出射光ファイバ及び反射膜を設けることなく、伝送経路から導光した光信号を、全て受光検出素子で検出することが考えられる。

従来技術のフォトモジュールの構成を図１に示す。従来技術のフォトモジュールは、入射光ファイバ１、屈折率分布型レンズ２及び受光素子３から構成される。入射光ファイバ１は、入射光を導波する。屈折率分布型レンズ２は、入射光ファイバ１の出射端に接合され、入射光ファイバ１と異なる光軸２１を有し、入射光の波長に対して１／４周期長を有し、光軸２１に略垂直な両端面を有する。受光素子３は、屈折率分布型レンズ２からの出射光の光路位置に配置され、屈折率分布型レンズ２からの出射光の強度を計測する。

従来技術のフォトモジュールにおける光信号の光路について説明する。伝送経路からの光信号は、入射光ファイバ１において、光路Ａ上を導光され、屈折率分布型レンズ２において、光軸２１から外れた点２２に到達する。屈折率分布型レンズ２の周期長は、入射光の波長に対して１／４周期長であるため、点２２に到達した光信号は、屈折率分布型レンズ２において、光路Ｂ上を導光され、光軸２１上にある点２３に到達する。点２３に到達した光信号は、光路Ｃ上を導光され、受光素子３において、点３１に到達する。

ここで、光信号の光路は、ある程度の拡がりを有する。点２２に到達した光信号は、屈折率分布型レンズ２において、光路Ｂから拡がりの分だけ外れた光路Ｂ−１、Ｂ−２を導光され、それぞれ点２３から拡がりの分だけ外れた点２５、２６に到達する。屈折率分布型レンズ２の周期長は、入射光の波長に対して１／４周期長であるため、点２５、２６に到達した光信号は、それぞれ光路Ｃに平行な光路Ｃ−１、Ｃ−２を導光され、受光素子３において、それぞれ点３１から拡がりの分だけ外れた点３２、３３に到達する。よって、従来技術のフォトモジュールでは、信号光は、受光素子３に集光されにくい。

そして、点２３、２５、２６に到達した光信号のうち、一部は受光素子３に向かって透過され、残りは入射光ファイバ１に向かって反射される。屈折率分布型レンズ２の周期長は、入射光の波長に対して１／４周期長であるため、点２３、２５、２６で反射された光信号は、屈折率分布型レンズ２において、それぞれ光路Ｄ、Ｄ−１、Ｄ−２を導光され、点２４に集光する。ここで、点２２、２４は、光軸２１に関して対称な位置にある。点２４で反射された光信号は、屈折率分布型レンズ２において、光路Ｄ、Ｄ−１、Ｄ−２を導光され、それぞれ点２３、２５、２６に到達する。点２３、２５、２６で反射された光信号は、屈折率分布型レンズ２において、それぞれ光路Ｂ、Ｂ−１、Ｂ−２を導光され、点２２に集光する。よって、従来技術のフォトモジュールでは、光信号は、屈折率分布型レンズ２内の多重反射のため、入射光ファイバ１に反射されやすい。

ここで、光信号が点２２、２４や点２３、２５、２６で反射されることにより入射光ファイバ１に反射されることがないように、屈折率分布型レンズ２の点２２、２４側や点２３、２５、２６側の端面において、略直角研磨ではなく斜角度研磨を施すことや略直角研磨面に対して反射防止膜を設けることが考えられる。しかし、斜角度研磨を施すことや反射防止膜を設けることは、製造工程を多くしコストを高くする。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、伝送経路中の信号強度を計測するフォトモジュールにおいて、製造工程を多くすることなくかつコストを高くすることなく、フォトモジュールに導光した信号光を受光素子に集光するとともに、フォトモジュールから戻った反射光を伝送経路中に再入射させないようにする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、屈折率分布型レンズの光軸を、入射光ファイバの光軸と異ならせ、屈折率分布型レンズの周期長を、入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さくし、屈折率分布型レンズの両端面のうち、入射端面には斜角度研磨を施す一方で、出射端面には略直角研磨を施すこととした。

具体的には、本発明は、入射光を導波する入射光ファイバと、前記入射光ファイバと異なる光軸を有し、前記入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さい周期長を有し、前記光軸に垂直な面と有限の角度をなす面において前記入射光ファイバと接合され、前記光軸に略垂直な面を出射光の出射面として有する屈折率分布型レンズと、を備えることを特徴とするフォトモジュールである。

また、本発明は、前記出射光の集光位置に配置され、前記出射光の強度を計測する受光素子と、前記屈折率分布型レンズ及び前記受光素子の間に配置され、前記光軸に略垂直な面において前記屈折率分布型レンズと接合される受光素子封止窓材と、をさらに備えることを特徴とするフォトモジュールである。

この構成によれば、屈折率分布型レンズの受光素子側の一端において、光信号の光路の拡がりは、受光素子に向かう方向に集光する。そして、屈折率分布型レンズの入射光ファイバ側の一端において、光信号の光路の拡がりは、従来技術と異なり集光しない。

そして、光信号の入射光ファイバへの反射を防止するためには、屈折率分布型レンズの入射光ファイバ側の一端では、斜角度研磨を施すことが望ましいが、屈折率分布型レンズの受光素子側の一端では、屈折率分布型レンズの周期長を調節したことにより、斜角度研磨を施す必要はなく略直角研磨を施せば十分である。さらに、屈折率分布型レンズの受光素子側の一端において、略直角研磨を施す場合には斜角度研磨を施す場合より、受光素子の受光面において、集光効率を向上させる効果を見込むこともできる。

よって、製造工程を多くすることなくかつコストを高くすることなく、フォトモジュールに導光した信号光を受光素子に集光するとともに、フォトモジュールから戻った反射光を伝送経路中に再入射させないようにすることができる。

本発明は、伝送経路中の信号強度を計測するフォトモジュールにおいて、製造工程を多くすることなくかつコストを高くすることなく、フォトモジュールに導光した信号光を受光素子に集光するとともに、フォトモジュールから戻った反射光を伝送経路中に再入射させないようにする技術を提供することができる。

従来技術のフォトモジュールの構成を示す図である。 本発明のフォトモジュールの構成を示す図である。 本発明のアレイ型フォトモジュールの構成を示す図である。 本発明のアレイ型フォトモジュールの矢視Ｘ−Ｘ断面を示す図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（フォトモジュールの構成）
本発明のフォトモジュールの構成を図２に示す。本発明のフォトモジュールは、入射光ファイバ１、屈折率分布型レンズ２及び受光素子３から構成される。入射光ファイバ１は、入射光を導波する。屈折率分布型レンズ２は、入射光ファイバ１の出射端に接合され、入射光ファイバ１と異なる光軸２１を有し、入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さい周期長を有する。屈折率分布型レンズ２は、光軸２１に垂直な面と有限の角度をなす面において入射光ファイバ１と接合され、光軸２１に略垂直な面を出射光の出射面として有する。受光素子３は、屈折率分布型レンズ２からの出射光の集光位置に配置され、屈折率分布型レンズ２からの出射光の強度を計測する。ここで、略垂直（略直角）とは、垂直（直角）に対して公差を含む概念である。

本発明のフォトモジュールにおける光信号の光路について説明する。伝送経路からの光信号は、入射光ファイバ１において、光路Ａ上を導光され、屈折率分布型レンズ２において、光軸２１から外れた点２２に到達する。屈折率分布型レンズ２の周期長は、入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さい周期長であるため、点２２に到達した光信号は、屈折率分布型レンズ２において、光路Ｅ上を導光され、入射光ファイバ１側の一端から１／４周期長において、光軸２１上にある点２３に到達し、受光素子３側の一端において、光軸２１から外れた点２７に到達する。点２７に到達した光信号は、光路Ｆ上を導光され、受光素子３において、点３１に到達する。

ここで、光信号の光路は、ある程度の拡がりを有する。点２２に到達した光信号は、屈折率分布型レンズ２において、光路Ｅから拡がりの分だけ外れた光路Ｅ−１、Ｅ−２を導光され、入射光ファイバ１側の一端から１／４周期長において、それぞれ点２３から拡がりの分だけ外れた点２５、２６に到達し、受光素子３側の一端において、それぞれ点２７から拡がりの分だけ外れた点２８、２９に到達する。屈折率分布型レンズ２の周期長は、入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さい周期長であるため、点２８、２９に到達した光信号は、それぞれ受光素子３に向かうに従って光路Ｆに近づく光路Ｆ−１、Ｆ−２を導光され、受光素子３において、点３１に到達する。よって、本発明のフォトモジュールでは、信号光は、受光素子３に集光されやすい。

そして、点２７、２８、２９に到達した光信号のうち、一部は受光素子３に向かって透過され、残りは入射光ファイバ１に向かって反射される。屈折率分布型レンズ２の周期長は、入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さい周期長であるため、点２７、２８、２９で反射された光信号は、屈折率分布型レンズ２において、点２２、２４に集光しない。ここで、点２２、２４は、光軸２１に関して対称な位置にある。よって、本発明のフォトモジュールでは、光信号は、屈折率分布型レンズ２内の多重反射があるとしても、入射光ファイバ１に反射されにくい。

ここで、屈折率分布型レンズ２の入射光ファイバ１側の一端では、光信号が光路Ａから光路Ａへと反射されないように、光軸２１に垂直な面と有限の角度をなす面を入射光ファイバ１との接合面とする斜角度研磨を施すことが望ましい。しかし、屈折率分布型レンズ２の受光素子３側の一端では、光信号が点２７、２８、２９で反射されても光路Ａに反射されることはほとんどないため、光軸２１に垂直な面と有限の角度をなす面を出射光の出射面とする斜角度研磨を施す必要はなく、光軸２１に略垂直な面を出射光の出射面とする略直角研磨を施せば十分である。さらに、屈折率分布型レンズ２の受光素子３側の一端において、略直角研磨を施す場合には斜角度研磨を施す場合より、受光素子３の受光面において、集光効率を向上させる効果を見込むこともできる。

屈折率分布型レンズ２の周期長は、実施形態では、入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さい周期長であったが、変形例として、ｎが自然数であるとき、入射光の波長に対して（１／４＋ｎ／２）周期長より大きく（１／２＋ｎ／２）周期長より小さい周期長であってもよい。ただし、フォトモジュールの小型化及び低コスト化のためには、屈折率分布型レンズ２の周期長は、入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さい周期長であることが望ましい。

（アレイ型フォトモジュールの構成）
本発明のアレイ型フォトモジュールの構成を図３に示す。アレイ型フォトモジュールＭは、入射光ファイバアレイ１Ａ、屈折率分布型レンズアレイ２Ａ、受光素子封止窓材パッケージ３Ｐ及び受光素子パッケージ４Ｐから構成される。

入射光ファイバアレイ１Ａは、各チャンネルについて、入射光ファイバ１を有する。屈折率分布型レンズアレイ２Ａは、各チャンネルについて、屈折率分布型レンズ２を有する。受光素子封止窓材パッケージ３Ｐは、屈折率分布型レンズアレイ２Ａ及び受光素子パッケージ４Ｐの間に配置され、各チャンネルについて、光路Ｆ、Ｆ−１、Ｆ−２の伝送媒質を有する。受光素子パッケージ４Ｐは、各チャンネルについて、受光素子３を有する。

本発明のアレイ型フォトモジュールの矢視Ｘ−Ｘ断面を図４に示す。図４の矢視Ｘ−Ｘ断面は、各チャンネルについての入射光ファイバ１及び屈折率分布型レンズ２を切断する断面である。屈折率分布型レンズ２の入射光ファイバ１側の一端では、光軸２１に垂直な面Ｐと有限の角度（α）をなす面Ｑを入射光ファイバ１との接合面とする斜角度研磨を施している。よって、入射光ファイバ１の屈折率分布型レンズ２側の一端では、光軸２１に垂直な面Ｐと有限の角度（−α）をなす面Ｑを屈折率分布型レンズ２との接合面とする斜角度研磨を施す。屈折率分布型レンズ２の受光素子３側の一端では、光軸２１に略垂直な面Ｒを出射光の出射面とする略直角研磨を施している。よって、受光素子封止窓材パッケージ３Ｐの屈折率分布型レンズ２側の一端では、光軸２１に略垂直な面Ｒを屈折率分布型レンズ２との接合面とする略直角研磨を施す。

入射光ファイバアレイ１Ａの入射光ファイバ１、屈折率分布型レンズアレイ２Ａの屈折率分布型レンズ２、及び受光素子パッケージ４Ｐの受光素子３について、配置の方向及び配置の間隔は同一であり、各チャンネルについて、導光方向は平行に並列される。これにより、アレイ型フォトモジュールＭにおいて、容易にかつ安価に製造することができるうえに、高密度アレイ化を実現することができる。

本発明に係るフォトモジュールは、チャンネル数が単数であるか複数であるかに関わらず、伝送経路中の信号強度を計測するときに適用することができる。

１：入射光ファイバ
２：屈折率分布型レンズ
３：受光素子
Ｍ：アレイ型フォトモジュール
１Ａ：入射光ファイバアレイ
２Ａ：屈折率分布型レンズアレイ
３Ｐ：受光素子封止窓材パッケージ
４Ｐ：受光素子パッケージ

Claims (2)

1. 入射光を導波する入射光ファイバと、
   前記入射光ファイバと異なる光軸を有し、前記入射光の波長に対して１／４周期長より大きく１／２周期長より小さい周期長を有し、前記光軸に垂直な面と有限の角度をなす面において前記入射光ファイバと接合され、前記光軸に略垂直な面を出射光の出射面として有する屈折率分布型レンズと、
   を備え、前記出射光の出射面で反射された光信号が、前記入射光ファイバへと再入射されないように、前記入射光ファイバとの接合位置で集光されないことを特徴とするフォトモジュール。
2. 前記出射光の集光位置に配置され、前記出射光の強度を計測する受光素子と、
   前記屈折率分布型レンズ及び前記受光素子の間に配置され、前記光軸に略垂直な面において前記屈折率分布型レンズと接合される受光素子封止窓材と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のフォトモジュール。

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