JPH03145608A - レーザダイオードモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はケーブルテレビジョンシステム等のアナログ
信号の光伝送装置の光源に用いられるレーザダイオード
モジュールに関するものである。

［従来の技術］ 第３図は「“マルチギガピット伝送用〜ＬＤモジュール
“、三菱電機技報Ｖｏ１．６２Ｎｏ、　　上０（１９８
８）Ｊに掲載された従来のレーザダイオードモジュール
（以下ＬＤモジュールと略記する）を示す断面図で、図
において（１）はレーザダイオード素子（以下ＬＤ素子
と略記する）、（２）は第ルンズ、（３）は第２レンズ
、（４）はパッケージ、（５）は光ファイバである。

ＬＤ素子（↓）から出射された信号光は第ルンズ（２）
及び第２レンズ（３）によって光ファイバ（５）に集光
され入射しパッケージ（４）外に導波される。光ファイ
バ（５）の長さは通常１〜３ｍ程度である。

第４図は光ファイバ（５）の詳細を示す図で、図におい
て（６）はコア層、（７）はクラッド層、（８）は被覆
層である。コア層（６）の屈折率はクラッド層（７）の
屈折率より大きくなっており、コア層（６）に入射した
光はコア層（６）とクラッド層の境界で全反射を繰り返
しながらコア層（６）内を伝搬する。被覆層（８）は表
面保護及び曲げ強度の向１″の目的で設けられているｏ
　辿ｊ：’ｒ、被覆層（８）の材料はクラッド層（７）
より屈折率の大きいシリコン樹脂で、その厚さは数１　
ｕ　ｍである。クラッド層（７）に入射した光は被覆層
（８）に抜けるため減衰が大きいが、実際にはクラッド
層（７）と被差層（８）の境界で生じる軽微な反射及び
−度被覆層（８）に入った光が再びクラッド層（７）に
再入射する事によりクラッド層（７）内を伝搬する光が
存在する。一般に−に記りラッド層（７）内伝搬光をク
ラッドモードと呼んでいる。クラッドモードは伝搬中に
減衰し、３ｍ程度の長さでは１０ｄＢ程度減衰すると推
定される。

ＬＤ素子（１）を数百ＭＨｚの周波数で振幅変調した場
合に、基本波成分に対して−５０〜−７０ｄＢの割合で
第２高調波歪が発生ずることが知られている。また、Ｌ
Ｄ素子（土）を振幅変調した場合、変調に同期して発振
波長が変化するチャーブ現象が生ずる。発振波長の変化
によってＬ　Ｄ素子（１）の出射光パターンが変化する
ことからクラッドＪｉｍ（７）に入射する光量が変化す
るが、上記ＬＤ素子（１）出射光の振幅変化と発振波長
変化の関係は非線形である。またクラッド層（７）内の
伝搬損失も発振波長変化に対して非線形である。このた
めクラッド層（７）内を伝搬する光の第２高調波歪はＬ
Ｄ素子（１）本来の第２高調波歪より大きくなり一３０
ｄＢ程度の割合の付加第２高調波成分を持つ。

第５図はケーブルテレビジョンシステム等に用いられる
光信号伝送路を示す図で、図において（９）は第３図に
示す従来のＬＤモジュール、（工０）は受信用のフォト
ダイオードモジュール、（１１）は上記フォトダイオー
ドモジュール（王０）の光ファイバ、（↓２）は結合レ
ンズ、（１３）はフォトダイオード素子、（１４）はＬ
Ｄモジュール（９）の光ファイバ（５）とフォトダイオ
ードモジュール（１０）の光ファイバ（１↓）との接続
面、（１５）は接続コネクタ、（１６ａ）は金属スリー
ブａ、　　（１６ｂ）金属スリーブｂである。

ＬＤモジュール（９）から出射された光は光ファイバ（
５）中及びフォトダイオードモジュール（１０）の光フ
ァイバ（１１）中を伝搬し結合レンズ（１２）によって
フォトダイオード素子（１３）上に集光される。金属ス
リーブａ（１６ａ）及び金属スリーブｂ（１６ｂ）は接
続精度の向上のために取り付けられる。

第６図は上記ＬＤモジュール（９）の光ファイバ（５）
と上記フォトダイオードモジュール（１０）の光ファイ
バ（↓１）との接続状態を示す図で、図において（５）
〜（８）は第４図に示したものと同一まもの、（１１）
は第５図に示したちのと同一のものである。（１７）は
上記光ファイバ（１王）のコア層、（」−８）は−上記
先光ファイバ１土）のクラッド層、（↓９）は上記光フ
ァイバ（↓１）の被覆層、（２０）はクラッド・コア伝
搬径路である。接続点（１４）ではＬＤモジュール（９
）の光ファイバ（５）のコア層（６）とフォトダイオー
ドモジュール（１０）の光ファイバ（１１）のコア層（
↓７）の外周が完全に一致するのが理想的であるが、実
際には接続コネクタ（１５）、金属スリーブａ（↓６ａ
）、金属スリーブｂ（１６ｂ）の工作精度により↓ｕｍ
〜２ｕｍの中心軸ずれが生じてしまう。このためＬ　Ｄ
モジュール（９）の光ファイバ（５）のコア層（６）を
伝搬してきた光がフォトダイオードモジュール（１０）
の光ファイバ（１ｔ）のコア層（１７）に入射する本来
の径路の他に、ＬＤモジュール（９）の光ファイバ（５
）のクラッド層（７）を伝搬してきた光がフォトダイオ
ードモジュール（１０）の光ファイバ（↓工）のコア層
（１７）に入射する伝搬径路（２０）が生じる。

先に述べたようにＬＤ素子（１）の発振波長変化に伴う
光ファイバ（５）のクラッド層（７）内での付加第２高
調波歪は一３０ｃｌＢで、ＬＤ素子（１）の変調時に発
生する第２高調波歪−５０〜７０ｄＢに比べて大きいた
め、伝搬径路（２０）の伝搬光の第２高調波歪はほぼ〜
３０６．　Ｂである。

フォトダイオード素子（１３）にはＬ　Ｄモジュル（９
）の光ファイバ（５）のコア層（６）及びフォトダイオ
ードモジュール（１０）の光ファイバ（１１）のコア肋
（↓７）を伝搬する本来の径路の光も同時に集光される
。ＬＤ素子（１）で発生する第２高調波歪が一６０ｄＢ
で、ＬＤモジュール（９）内でコア層（６）に入射する
光量とクラッド層（７）に入射する光量が同程度の場合
、伝搬径路（２０）の伝搬光は光ファイバ（５）のクラ
ッド層（７）内での１０ｄＢの減衰と接続面（１４）で
の２０ｄＢの減衰をするため、最終的にフォトダイオー
ド素子（１３）に集光される光の第２高調波歪は約−５
７ｄＢになる。

ケーブルテレビジョンシステム等の用途においては、一
般的に一６０ｄＢ以下の低い第２高調波歪を持つ光信号
伝送路が要求される。ＬＤ素子（１）の変調時に発生す
る第２高調波歪が要求を満たす一６０ｄＢの場合であっ
ても、フォトダイオード素子（１３）に集光された光の
第２高調波歪は上記のように約−５７ｄＢに増加し要求
を満足できない。

この対策として、上記ＬＤモジュール（９）を光伝送装
置の光源として実使用する場合には、ＬＤモジュール（
９）の光ファイバ（５）と伝送路の光ファイバを融着に
よって永久接続することが多い。現在の融着技術によれ
ば、接続点でのコア層の中心軸ずれは０．２ｕｍ〜０．
３ｕｍに抑えることが可能である。このため伝搬径路（
２０）の接続面での損失は４０ｄＢ以上に大きくなり、
伝搬径路（２０）の影響は考慮する必要がなく、フォト
ダイオード素子（１３）に集光される光の第２高調波歪
はＬＤ素子（１）で発生する一６０ｄＢである。

しかし、送信側のシステム構成をひんばんに変更するテ
ストシステムに適用する場合には融着接続よりもコネク
タ接続の方が変更が容易である。

また、Ｌ　Ｄモジュールの光ファイバにタララドモード
ストリッパを取り付けてクラッドモードを除去する方法
はＬＤモジュールが大型化する。

また、ＬＤモジュールの光ファイバ長を数十ｍに長くし
てクラッド層内を伝搬する光を減衰させる方法は、光フ
ァイバのコストが高くなりかつ組み立て時の取扱いが繁
雑になる。

［発明が解決しようとする逼黒鎮ｉ］ 従来のＬＤモジュールは上記のように構成されているた
め、受光用のフォトダイオードモジュールとの接続状態
によっては第２高調波歪が増加してしまうという問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、コネクタを用いた簡易接続状態においてもＬ
Ｄ素子が発生する本来の第２高調波歪を維持できるＬＤ
モジュールを得ることを目この発明に係わるＬＤモジュ
ールは、被覆層をクラッド層の屈折率より大きい屈折率
を持つと共にＬ　Ｄ素子の発振波長域で吸収特性を持つ
材料にした光ファイバを用いたものである。

また、この発明の別の発明に係わるＬＤモジュールは、
クラッド層外周表面をＬＤ素子の発振波長の０．７倍以
上の最大あらさに粗した光ファイバを用いたものである
。

［作用］ この発明に係わるＬＤモジュールにおいては、Ｌ　Ｄ素
子から出射され光ファイバのクラッド層に入射しさらに
被覆層に入射した光は被覆層内で吸収されクラッド層に
再入射することが無いため、光ファイバのクラッド層内
を伝搬する光の伝搬損失が高くなりコネクタ接続によっ
てフォトダイオードモジュールの光ファイバのコア層に
入る光量は少なくなり本来の径路を伝搬する光の第２高
調波成分の大きさに比べて無視できる程度となるため、
ＬＤ素子で発生する第２高調波歪が維持できる。

また、この発明の別の発明に係わるＬＤモジュ０ −ルにおいては、ＬＤ素子から出射され光ファイバのク
ラッド層に入射した光はクラッド層と被覆層の境界のあ
らさによって乱反射されるため、光ファイバのクラッド
層内を伝搬する光の伝搬損失が高くなりコネクタ接続に
よってフォトダイオードモジュールの光ファイバのコア
層に入る光量は少なくなり本来の径路を伝搬する光の第
２高調波成分の大きさに比べて無視できる程度となるた
め、ＬＤ素子で発生する第２高調波歪が維持できる。

［発明の実施例］ 以下この発明の一実施例について示す。第１図はこの発
明のＬＤモジュールの一実施例を示す図で、図において
（１）；　　（４）、（６）、（７）。

は従来装置と同一ものである。（２１）は球レンズ、（
２２）は金属スリーブ、（２３）は吸収被覆層、（２４
）は吸収被覆層付き光ファイバである。

ＬＤ素子（１）および球レンズ（２１）がパッケージ（
４）内に搭載されており、金属スリーブ（２２）を取り
付けた吸収被覆層付き光ファイバ（２４）がＬＤ素子（
１）の出射光に対して光学的に結合されパッケージ（４
）に固定される。

ＬＤ素子（１）の出射光は吸収被覆層付き光ファイバ（
２４）のコア層（６）及びクラッド層（７）に入射する
。コア層（６）に入射した光は従来装置と同様にＬＤ素
子（１）の変調時の第２高調波歪を保ったままコア層（
６）内を伝搬し、クラッド層（７）内に入射した光は波
長変化の非線形によって第２高調波歪が高くなる。吸収
被覆層（２３）の屈折率はクラッド層（７）の屈折率よ
り大きいため、クラッド層（７）内の光は吸収被覆層（
２３）に抜けていく。吸収被覆層（２３）はＬＤ素子（
１）の発振波長域で吸収特性を持ち、吸収被覆層（２３
）に入射した光は大きく減衰されるためクラッド層に再
入射することは無い。結局クラッド層（７）内にはクラ
ッド層（７）と吸収被覆層（２３）の境界の不完全さに
よるわずかな反射に起因する伝搬光が存在するが、光量
は従来装置のクラッドモードに比べ一１０ｄＢ以下であ
る。このため、フォトダイオードモジュールをコネクタ
接続した場合に生じるクラッドモードのフォトダイオー
ドモジュールの光ファイバのコア層への入射光量も従来
装置の一１０ｄＢ以下の大きさとなり、−１−記入射光
の第２高調波成分はコア層（６）内を伝搬してきた光の
第２高調波成分に比べ一１０ｄＢ以下の大きさとなり、
フォトダイオード素子ではコア層（６）を伝搬してきた
光の第２高調波歪すなわちＬＤ素子（１）本来の第２高
調波歪が得られる。

第２図はこの発明の別の発明の一実施例を示す図で、図
において（１）、（４）、　　（６）、（８）は従来装
置と同一もの、（２１）、　　（２２）は第１図と同一
のものである。（２５）外周表面を最大粗さがＬＤ素子
（１）の発振波長の０．７倍以上に粗したクラッド層、
（２６）は乱反射境界付き光ファイバである。

ＬＤ素子（１）および球レンズ（２ｔ）がパッケージ（
４）内に搭載されており、金属スリーブ（２２）を取り
付けた乱反射境界付き光ファイバ（２６）がＬ　Ｄ素子
（１）の出射光に対して光学３ 的に結合されパッケージ（４）に固定される。ＬＤ素子
（１）の出射光は乱反射境界付き光ファイバ（２６）の
コア層（６）及び外周表面を粗したクラッド層（２５）
に入射する。コア層（６）に入射した光は従来装置と同
様にＬＤ素子（↓）の変調時の第２高調波歪を保ったま
まコア層（６）内を伝搬する。

最大あらさが波長の０．７倍程度以」二のあらさを持つ
面に光が照射された場合、散乱によって乱反射が生じる
ことが良く知られている。同様に外周表面をＬ　Ｄ素子
（１）の発振波長の０．７倍以上の最大あらさに粗した
クラッド層（２５）に入射した光は被覆層（８）との境
界で乱反射される。

乱反射された光に一部はクラッドモードとして残るが、
はとんどは被覆層（８）に入射しさらに乱反射境界付き
光ファイバ（２６）外に抜けていく。

また、被覆層（８）からクラッド層（２５）に再入射し
てくる光量も少なくなる。上記のような乱反射を繰り返
すことにより、外周表面を粗したクラッド層（２５）を
伝搬する光の光量は従来装置４ の−１０ｄＢ以下である。従って、上記の実施例と同様
にフォトダイオードモジュールをコネクタ接続した場合
でも、フォトダイオード素子ではＬＤ素子（１）本来の
第２高調波歪が得られる。

なお、上記実施例では結合光学系に球レンズを用いた場
合について示したが、光フアイバ先端ををレンズ加工す
る等の他の光学系を用いた場合あるいは光学フィルタ等
の光学部品を付加した場合にも同様の発明の効果が得ら
れる。

また、上記実施例ではＬ　Ｉ）素子を用いた場合につい
て示したが、ＬＥＤＬＤ素子部変調光素子、双安定窓光
素子等を用いた場合にも同様の発明の効果が得られる。

［発明の効果］ 上記のようにこの発明によれば光ファイバにＬＤ素子の
発振波長域で吸収特性を持つ吸収被覆層を設けることに
より、クラッド層から吸収被覆層に入射した光は吸収被
覆層で吸収されクラッド層に再入射せずクラッドモード
は大きく減衰されるため、一般的なフォトダイオードモ
ジュールとコネクタ接続した場合でも第２高調波歪が増
加しない。

またこの発明の別の発明によれば光ファイバの）クラッ
ド層外周表面をＬＤ素子の発振波長の０゜７倍以上の最
大あらさに粗すことにより、クラッド層に入射した光は
被覆層との境界で乱反射されクラッドモードは大きく減
衰されるため、一般的なフォトダイオードモジュールと
コネクタ接続した場合でも第２高調波歪が増加しない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のＬ　Ｄモジュールの一実施例を示す
断面図、第２図はこの発明の別の発明の一実施例を示す
断面図、第３図は従来装置を示す断面図、第４図は光フ
ァイバの詳細を示す図、第５図は光信号伝送路を示す図
、第６図はＬＤモジュールの光ファイバとフォトダイオ
ードモジュールの光ファイバとの接続状態を示す図であ
る。 図において、（１）はレーザダイオード素子、（２）は
第１−レンズ、（３）は第２レンズ、（４）はパッケー
ジ、（５）はＬ　Ｄモジュールの光ファイバ、　　（６
）はＬＤモジュールの光ファイバのコア層、（７）はＬ
Ｄモジュールの光ファイバのクラッド層、（８）はＬ　
Ｄモジュールの光ファイバの被覆層、（９）は従来のＬ
Ｄモジュール、（１０）はフォトダイオードモジュール
、（１１）はフォトダイオードモジュールの光ファイバ
、（１２）は結合レンズ、（１３）はフォトダイオード
素子、（１４）はＬＤモジュールの光ファイバとフォト
ダイオードモジュールの光ファイバの接続面、（１５）
は接続コネクタ、（１６ａ）は金属スリーブａ、　　（
１６ｂ）は金属スリーブｂ１　（１７）はフォトダイオ
ードモジュールの光ファイバのコア層、（工８）はフォ
トダイオードモジュールの光ファイバのクラッド層、（
１９）はフォトダイオードモジュールの光ファイバの被
覆層、（２０）はクラッド・コア伝搬径路、（２１）は
球レンズ、（２２）は金属スリーブ、（２３）は吸収被
覆層、（２４）は吸収被覆層付き光ファイバ、（２５）
外周表面を粗したクラッド層、（２６）は乱反射境界付
き光ファイバである。 ］７ なお、 図中同一符号は、 同一または相当部分を 示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザダイオード素子がパッケージ内に収納され
   、上記レーザダイオード素子と光結合された光ファイバ
   が上記パッケージ外に導き出されたレーザダイオードモ
   ジュールにおいて、光ファイバとしてクラッド層の屈折
   率より大きい屈折率を持ち上記レーザダイオード素子の
   発振波長域で吸収特性を持つ材料を上記クラッド層の外
   側に被覆した光ファイバを用いたことを特徴とするレー
   ザダイオードモジュール。
2. （２）レーザダイオード素子がパッケージ内に収納され
   、上記レーザダイオード素子と光結合された光ファイバ
   が上記パッケージ外に導き出されたレーザダイオードモ
   ジュールにおいて、光ファイバとしてクラッド層外周表
   面を上記レーザダイオード素子の発振波長の０．７倍以
   上の最大あらさに粗した光ファイバを用いたことを特徴
   とするレーザダイオードモジュール。