(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しながら、本発明の光モジュールに係る好適な実施の形態について説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内ですべての変更が含まれることを意図する。また、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
【0013】
図1及び
図2は、本発明に係る光モジュールの一例を示す図である。
図1は、光モジュールの斜視図、
図2は、送信用光通信ユニットの図示を省略した状態での
図1の光モジュールの要部断面図である。
図1の光モジュール1は、1本の光ファイバで光信号を送受信する一芯双方向光モジュールであり、受信用信号光(以下、Rx光)を受信する光受信ユニット2、送信用信号光(Tx光)を送信する光送信ユニット3、光ファイバケーブルに付属する光コネクタが装着される光結合ユニット4を備える。また、光モジュール1は、これらユニット2〜4が取り付けられるハウジング5と、後述のWDM(Wavelength Division Multiplexing)フィルタが搭載されるフィルタホルダ6とを備える。光モジュール1では、フィルタホルダ6を介して光受信ユニット2はハウジング5に取り付けられている。
【0014】
光受信ユニット2は、本発明の「第2の光ユニット」に相当し、Rx光を受光するためにPD(Photodiode)等を搭載する。光送信ユニット3は、本発明の「第1の光ユニット」に相当し、Tx光を出力するためにLD(Laser Diode)等を搭載する。
光送信ユニット3は、光結合ユニットに装着される光ファイバの光軸の延長線上に位置し、光受信ユニット2は、上記光軸と90°をなす軸の延長線上に位置する。
図の例では、光送信ユニット3は、箱型の筐体から成る所謂バタフライパッケージを有するものであるが、光受信ユニット2と同様に円筒状の同軸型パッケージを有するものであってもよい。
【0015】
光結合ユニット4は、
図2に示すように、光コネクタのフェルールを受納するスリーブ4aと、スリーブ4aの根元側すなわちハウジング5側にその先端半分が挿入されるスタブ4bと、スタブ4bの根元側を保持するブッシュ4c、これらスリーブ4a、スタブ4b、ブッシュ4cを覆うカバー4dを含む。
スタブ4bは、その中心に結合ファイバ4eを保持しており、スタブ4bの先端と光コネクタのフェルールの先端とがスリーブ4a内にて当接することで物理接触(PC:Physical Contact)を実現し、結合ファイバ4eと光コネクタの光ファイバ(以下、外部光ファイバ)とが光結合する。結合ファイバ4eのハウジング5側の端部に対して光受信ユニット2、光送信ユニット3それぞれを光結合させることで、両ユニット2,3と外部ファイバとの光結合が実現する。
【0016】
光結合ユニット4とハウジング5とは、第1のジョイントスリーブ(以下、第1Jスリーブという)7bを介して固定される。具体的には、ハウジング5の光結合ユニット4側の端面上に、第1集光レンズ7cを保持する第1レンズホルダ7aが固定され、この第1レンズホルダ7aを覆うように第1Jスリーブ7bが固定される。すなわち、第1Jスリーブ7bの内孔に第1レンズホルダ7aが挿入され、この挿入深さにより、第1レンズホルダ7aに保持されている第1集光レンズ7cと結合ファイバ4eとの光結合についてそのZ方向の調心(光軸と平行方向)を行う。XY方向の調心(光軸と直交する平面内での調心)については、第1Jスリーブ7bの光結合ユニット4側の端面上にて光結合ユニット4をスライドさせることで行う。
【0017】
XY方向の調心は、結合ファイバ4eを介して外部光ファイバに与えられる光強度が最大となる位置を探索し、当該位置において第1Jスリーブ7bと光結合ユニット4とを固定する。一方、Z方向の調心においては、結合ファイバ4eを介して外部光ファイバに与えられる光強度が所定値となるようにレンズホルダ7aの挿入深さが調整される。最大結合効率を与えるZ軸調心では、規定により定められている最大出力強度(対レーザの安全性の観点も含めて設定されている)を上回る場合があるからである。
【0018】
光受信ユニット2及び光送信ユニット3の調心については後述する。
【0019】
以上の光モジュール1では、光送信ユニット3が出射するTx光は、後述のWDMフィルタ8と第1集光レンズ7cを透過し結合ファイバ4eに光結合され、結合ファイバ4eから出射されたRx光は第1集光レンズ7cを透過した後にWDMフィルタ8により反射され光受信ユニット2に受光される。
【0020】
図3は、
図1の光モジュール1の一部の分解断面図である。
図4は、ハウジング5の斜視図である。
図5は、WDMフィルタ8が取り付けられたフィルタホルダ6の斜視図であり、
図5(A)はフィルタ側から見た様子を示し、
図5(B)はその反対側から見た様子を示す。
図3及び
図4のハウジング5は、金属製であり、円筒状の外形を有し、結合ファイバ4e(
図2参照)の光軸に沿ってハウジング5を貫通する第1送信用光学孔(以下第1Tx孔)5aと、該第1Tx孔5aに垂直な有底穴5bとを有する。第1Tx孔5aの光送信ユニット3(
図1参照)側の端部にはアイソレータ5cが埋め込まれている。光送信ユニット3は、ハウジング5の光送信ユニット3側の端部に設けられたフランジ5dに隅肉溶接により固定される。
【0021】
ハウジング5の特徴は、フィルタホルダ6が挿入される有底穴5bがハウジング5の外側面に形成された平坦面5eから穿たれており、この平坦面5eに対して斜面5fを介して段差面5gが形成されていることにある。
斜面5fは、結合ファイバ4eの光軸すなわち送信ユニット3の光軸に沿って、互いに対向する位置、言い換えると、有底穴5bを挟み込む2箇所に形成され、段差面5gはそれぞれの斜面5fの外側に形成されている。後述するように、フィルタホルダ6にも斜面6iが形成されており、ハウジング5の斜面5fとフィルタホルダ6の斜面6iとの擦り合わせにより、フィルタホルダ6の回転を抑制することができる。
【0022】
図3、
図5(A)及び
図5(B)のフィルタホルダ6は、金属製であり、一端が切り欠かれ他端にフランジ6aが設けられた円筒形に形成されている。このフィルタホルダ6のフランジ6aは、基部6bと、該基部6bより小径の段差部6cとを有し、段差部6cの中央に柱6dを有する。また、基部6b、段差部6c及び柱6dは互いに同心であり、柱6dの先端には基部6bの主面に対して45°の角度を有する傾斜面6eが設けられ、該傾斜面6eにWDMフィルタ8が貼りつけられる。WDMフィルタ8は本発明の「分割フィルタ」の一例である。
【0023】
フランジ6aの基部6bから柱6dの中央に連通するように受光用光学孔(以下、Rx孔)6fが穿たれており、また、柱6dの高さ方向についての中ほどに第2送信用光学孔(以下、第2Tx孔)6gが穿たれている。Rx孔6fと第2Tx孔6gとはWDMフィルタ8の表面上でほぼ直角に交差する。さらに、フィルタホルダ6は、段差部6cにおける第2Tx孔6gの中心軸上の位置に、すなわち、光送信ユニット3及び光結合ユニット4の光軸上の位置に、斜面6iを2つ有する。
【0024】
図3を参照すると、Rx孔6fには段差が形成されており、当該段差に受信用フィルタ6hが装着される。この受信用フィルタ6hは、光送信ユニット3からの光を遮断する。本例の光モジュール1は、Tx光の波長λ
TxとRx光の波長λ
Rxとがλ
Tx<λ
Rxの関係を有するシステムに使用されることを前提としている。したがって、光送信ユニット3はRx光に影響されない、すなわち、光送信ユニット3に実装されるLDはRx光に対しては透明となる。しかし、光受信ユニット2はTx光の影響を受ける。具体的には、光受信ユニット2に装着されるPDはTx光の影響を受ける。特に、光送信ユニット3で生成された信号光がWDMフィルタ8を透過して一旦モジュール外に出力され、モジュール外の遠点でフレネル反射を受け再度モジュール内に帰還した場合、WDMフィルタ8でその一部が反射されて光受信ユニット2に至る場合がある。このような光は、光受信ユニット2にとっては全て雑音となってしまう。ゆえに、光受信ユニット2の入力端に光受信ユニット2に関連する波長成分の光のみを透過しその他を反射する受信用フィルタ6hを設ける方がよい。
【0025】
図6は、ハウジング5内に挿入されたフィルタホルダ6を示す断面図である。図の右側の面に光結合ユニット4が、左側の面に光送信ユニット3が、上側の面に光受信ユニット2がそれぞれ溶接される。フィルタホルダ6の柱6dは、ハウジング5の有底穴5bに挿入されている。ハウジング5の第1Tx孔5aの中心軸は、フィルタホルダ6の第2Tx孔6gの中心軸と一致し、またフィルタホルダ6のRx孔6fの中心軸とはハウジング5のほぼ中央で交差する。
【0026】
柱6dの先端と有底穴5bの底との間には隙間があり、また、フィルタホルダ6の基部6bとハウジング5の段差面5gとの間にも隙間あり、更に、図では見づらいが、ハウジング5の有底穴5bの内周面とフィルタホルダ6の柱6dの外面との間にも隙間がそれぞれ生じている。しかし、フィルタホルダ6の2箇所の斜面6iと、ハウジング5の平坦面に設けられた2箇所の斜面5fとはそれぞれ密に接触している。
【0027】
これら斜面6i,5fは、光受信ユニット2の光軸に直交すると共に光送信ユニット3の光軸に直交する方向に延在する斜面である。したがって、両斜面6i,5fが密接しているということは、フィルタホルダ6はこれら両方の軸方向への移動が妨げられ、斜面6i,5fに平行な方向(斜面6i,5fの延在方向)にのみ移動可能である。
【0028】
さらに、両斜面6i,5fにより、フィルタホルダ6に求められるもっとも重要な要素である、Rx孔6fの中心軸を中心にした回転運動が完全に規制/抑制される。言い換えると、結合ファイバ4eに対するWDMフィルタ8の向きのズレが抑制される。このため、光結合ユニット4から光受信ユニット2に向かう受信光は光受信ユニット2に適切に導かれ、また、光送信ユニット3から光結合ユニット4に向かう送信光も適切に設計範囲内で光結合ユニット4に導くことができる。少なくとも光受信ユニット2をハウジング5(本例ではフィルタホルダ6)の光受信ユニット取付面上でスライドさせ、光結合効率の最大値を与える位置を探索するアクティブ調心を行える範囲に受信光を導入することができる。
【0029】
ここで、フィルタホルダ6の回転抑制の機能のみを考えると、本発明の擦り合わせ斜面を用いた機構以外のものも想定され得る。例えば、フィルタホルダ、ハウジングの一方に断面三角形のリブ、他方にこのリブを受けるV溝を形成してもよい。あるいは、一方にピン、他方にこのピンを受ける孔、という機構も想定される。しかし、これらの嵌め合わせによる機構では、嵌め合わせのための寸法尤度が必要である。尤度をゼロとすると嵌め合わせに支障を来す。
【0030】
一方で、この尤度は結局WDMフィルタ8の設置位置のガタ(ズレ)に直結する。設計仕様の波長分別機能をWDMフィルタ8に要求する場合、WDMフィルタ8の搭載角度に許容されるのは設計基準値から±0.5°が限界である。この値を超えてWDMフィルタ8が固定された場合、WDMフィルタ8に対する射角がずれ、Rx光、Tx光の波長分別機能が低下してしまう。
例えばTx光の波長が1.3μm帯でRx光の波長が1.55μm帯の場合には、両者に大きな差を設定することができるので、WDMフィルタ8の波長分別機能にはさほど精密差が要求されることはない。しかし、Tx光の波長が1.48μm帯の場合には、Rx光の波長との差を大きく設定することができない。WDMフィルタ8の波長分別機能すなわちWDMフィルタ8の搭載角度に高い精度が要求される。
また、WDMフィルタ8の角度がずれると、受信用フィルタ6hに対する光の入射角もずれ、受信用フィルタ6hの光透過特性に影響を与えてしまう。
【0031】
WDMフィルタ8は一般に光学多層膜を母材表面に形成して作製される。多層膜の層数を多くすると急峻な波長遮断特性が得られる。しかし、多層にするほど透過率は低下する。また、急峻な特性の場合にはその透過帯域の中心波長精度に極めて高い度合いが要求される。
光モジュール1の擦り合わせ斜面構造は、一意にWDMフィルタ8の角度が設定されるので、上述の急峻な特性を備えるWDMフィルタ8に対しても適用可能である。
【0032】
以上の例では光送信ユニットと光受信ユニットを組み合わせた形態であったが、光受信ユニットに代えて別の光送信ユニットを備えることも可能である。この場合、2つの送信ユニットの送信信号光の波長間隔はさらに小さい場合が一般的であり、光学多層膜をもってしては十分な波長分別機能を実現することができない。一般に、両者の送信信号光を、一方をp波、他方をs波として偏光分離することが行われるが、偏光分離により波長分別を行う場合には、さらに高い精度のフィルタ角の設定が必要となる。
【0033】
また、以上の例では、ハウジング及びフィルタホルダにはそれぞれ、光受信ユニットへ向いた平面から成る斜面が2つ設けられていたが、1つであってもよい。
【0034】
なお、上述の光モジュール1の調芯手順は以下の通りである。
【0035】
(手順1)
光送信ユニット3をハウジング5に対してその設計位置に固定する。この固定は、フランジ5dを隅肉溶接することで行われる。この固定の際、調芯は行わない。
【0036】
(手順2)
光送信ユニット3を実際に発光させ、その出射光を光結合ユニット4に導入しつつ、光結合ユニット4(及び第1Jスリーブ7b)のアクティブ調芯を行い、最適位置で光結合ユニット4の端部を溶接固定する。
【0037】
(手順3)
光結合ユニット4を介して光を導入しつつ、光受信ユニット2をハウジング5に対して調芯する。
図3を参照すると、光受信ユニット2もレンズ9cを収納した第2レンズホルダ9b及び第2Jスリーブ9aを介して固定されており、光結合ユニット4と同様にハウジング5に対して3軸調芯が可能である。つまり、XY調芯を第2レンズホルダ9bとフィルタホルダ6の間で行い、Z調芯を第2Jスリーブ9aと第2レンズホルダ9bとの間で行う。なお、光受信ユニット2のステム2aとカバー2bとは予め組み立てられており、上記調芯工程ではカバー2bと第2Jスリーブ9aは予め溶接されている。これに代えて、カバー2bと第2Jスリーブ9aを仮固定しておき、Z調芯を行った後に、カバー2bと第2Jスリーブ9aとを溶接してもよい。