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JP2006126274A - Optical receiving module - Google Patents

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JP2006126274A
JP2006126274A JP2004310983A JP2004310983A JP2006126274A JP 2006126274 A JP2006126274 A JP 2006126274A JP 2004310983 A JP2004310983 A JP 2004310983A JP 2004310983 A JP2004310983 A JP 2004310983A JP 2006126274 A JP2006126274 A JP 2006126274A
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JP
Japan
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light
light receiving
fiber
receiving element
optical
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Pending
Application number
JP2004310983A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kamizono
隆司 神園
Nobuhiro Igarashi
信弘 五十嵐
Katsumi Narui
克己 成井
Noboru Otani
暢 大谷
Kenji Kono
健治 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Anritsu Corp filed Critical Anritsu Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical receiving module meeting the need for high-speed optical communication. <P>SOLUTION: The optical receiving module 10 is equipped with a spherical tip fiber 11 which emits, from an outgoing end face 11a formed by a radius of curvature R, a light beam that has entered; a photodetector 12 including a light-absorbing layer for converting a received light beam to a current signal; a sub-mount 13 for mounting the photodetector 12; a fiber-fixing part 14 for fixing the spherical tip fiber 11; a preamplifier IC 15, which converts the current signal outputted from the photodetector 12 into a voltage signal and amplifies it; a bonding wire 16 for transmitting electrical signals; a package 17 for sealing each component; and a terminal 18 for outputting the electrical signals. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光信号を受信して電気信号に変換する光受信モジュールに関する。   The present invention relates to an optical receiving module that receives an optical signal and converts it into an electrical signal.

従来の光受信モジュールは、平面切断された端面から光信号を出射する短尺光ファイバと、出射された光を受光する受光素子とを備え、また受光素子は広がった光ビームを受光するのに十分な広い受光部を有している(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−33667号公報(第3−4頁、第1図)
A conventional optical receiving module includes a short optical fiber that emits an optical signal from an end face that is cut in a plane, and a light receiving element that receives the emitted light, and the light receiving element is sufficient to receive a spread light beam. A wide light receiving portion (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-33667 A (page 3-4, FIG. 1)

光受信モジュールにおける受光素子の受光部エリアは、光通信速度の高速化とともに小さくなり、広がった光ビームでは効率良く受光できないため、高速光通信に必要な特性を十分に満足できないという問題があった。   The light receiving area of the light receiving element in the optical receiving module becomes smaller as the optical communication speed increases, and the spread light beam cannot receive light efficiently, so that there is a problem that the characteristics required for high speed optical communication cannot be sufficiently satisfied. .

ギガビット/秒を超える高速光通信においては、高域遮断周波数の制約により受光領域を低容量化する、すなわち受光部面積を小さくする必要がある。例えば、光通信速度が10ギガビット/秒の場合では、受光部の半径は10μm程度であるため、光ビームの広がり半径も10μm以下に抑えなければならなく、従来の光受信モジュールではレンズを用いることで光ビームの広がりを抑制し、10ギガビット/秒を超える高速光通信に対応していた。   In high-speed optical communication exceeding gigabit / second, it is necessary to reduce the capacity of the light receiving area, that is, to reduce the area of the light receiving section due to the restriction of the high cut-off frequency. For example, when the optical communication speed is 10 gigabits / second, the radius of the light receiving unit is about 10 μm, so the light beam spreading radius must also be suppressed to 10 μm or less, and a conventional optical receiver module uses a lens. With this, the spread of the light beam was suppressed, and high-speed optical communication exceeding 10 gigabits / second was supported.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、レンズを用いることなく光信号を受光素子に効率よく集光することができ、光通信の高速化に対応することができる光受信モジュールを提供するものである。   The present invention has been made to solve such a problem, and can efficiently collect an optical signal on a light receiving element without using a lens, and can cope with an increase in optical communication speed. An optical receiver module is provided.

本発明の請求項1記載の光受信モジュールは、光ファイバと、前記光ファイバの光出射端面から所定の間隔をおいて対向配置され、光を電気信号に変換する受光素子とを備える光受信モジュールにおいて、前記光ファイバは、前記光出射端面が所定の曲率半径を有する球面状に形成された先球ファイバで、前記先球ファイバから出射される光のビームウェストの位置が前記受光素子の受光部よりも手前側であることを特徴とする構成を有している。   An optical receiver module according to claim 1 of the present invention is provided with an optical fiber and a light receiving element that is opposed to the optical output end face of the optical fiber at a predetermined interval and converts light into an electrical signal. The optical fiber is a tip spherical fiber formed in a spherical shape with the light emitting end face having a predetermined radius of curvature, and the position of the beam waist of the light emitted from the tip spherical fiber is the light receiving portion of the light receiving element. It has the structure characterized by being nearer than.

また、本発明の請求項2記載の光受信モジュールは、請求項1記載の光受信モジュールにおいて、前記受光素子が、アバランシェフォトダイオード(APD)であることを特徴とする構成を有している。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the optical receiver module according to the first aspect, wherein the light receiving element is an avalanche photodiode (APD).

さらに、本発明の請求項3記載の光受信モジュールは、請求項1乃至2記載の光受信モジュールにおいて、前記受光素子が裏面入射型であることを特徴とする構成を有している。   Furthermore, an optical receiver module according to claim 3 of the present invention is the optical receiver module according to claim 1 or 2, wherein the light receiving element is of a back-illuminated type.

これらの構成により、本発明の光受信モジュールは、所定の曲率半径を有する短尺光ファイバから光を出射し、受光素子の受光部における光ビームの広がり半径を微小化するので、光信号を受光素子に効率よく集光することができ、光通信の高速化に対応することができる。   With these configurations, the optical receiver module of the present invention emits light from a short optical fiber having a predetermined radius of curvature and miniaturizes the spread radius of the light beam at the light receiving portion of the light receiving element. Therefore, it is possible to condense light efficiently and cope with high speed optical communication.

本発明は、光信号を受光素子に効率よく集光することができ、光通信の高速化に対応することができるという効果を有する光受信モジュールを提供することができるものである。   The present invention can provide an optical receiver module capable of efficiently condensing an optical signal on a light receiving element and having an effect of being able to cope with high speed optical communication.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の実施の形態の光受信モジュールの構成について図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態の光受信モジュールの内部構造の概要を示す平面図、図2は、光受信モジュールの主要部の構成及び位置関係の説明図である。   First, the configuration of the optical receiver module according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing an outline of the internal structure of the optical receiver module according to the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration and positional relationship of the main part of the optical receiver module.

図1に示すように、本実施の形態の光受信モジュール10は、曲率半径Rで形成された光出射端面11aから光を出射する光ファイバ(以下「先球ファイバ」という。)11と、受光した光を電流信号に変換する光吸収層を含む受光素子12と、受光素子12を実装するサブマウント13と、先球ファイバ11を固定するファイバ固定部14と、受光素子12から出力される電流信号を電圧信号に変換するプリアンプIC15と、電気信号を伝送するボンディングワイヤ16と、各部品を封止するパッケージ17と、電気信号を出力する端子18とを備えている。   As shown in FIG. 1, the optical receiver module 10 of the present embodiment includes an optical fiber (hereinafter referred to as “front-end fiber”) 11 that emits light from a light emitting end face 11 a formed with a radius of curvature R, and light reception. Light receiving element 12 including a light absorption layer for converting the converted light into a current signal, a submount 13 for mounting the light receiving element 12, a fiber fixing portion 14 for fixing the tip fiber 11, and a current output from the light receiving element 12. A preamplifier IC 15 that converts a signal into a voltage signal, a bonding wire 16 that transmits an electrical signal, a package 17 that seals each component, and a terminal 18 that outputs the electrical signal are provided.

先球ファイバ11は、ガラスやプラスチック等の材料で形成され、入射された光信号を伝送して光出射端面11aから受光素子12に出射するようになっている。   The tip fiber 11 is formed of a material such as glass or plastic, and transmits an incident optical signal to be emitted from the light emitting end face 11a to the light receiving element 12.

受光素子12は、例えば、複数の半導体層が台錐形状に積層されたメサ型のアバランシェフォトダイオード(以下「APD」という。)で構成されている。   The light receiving element 12 is configured by, for example, a mesa avalanche photodiode (hereinafter referred to as “APD”) in which a plurality of semiconductor layers are stacked in a trapezoidal shape.

サブマウント13は、例えば、配線パターンを有するアルミナ基板で構成され、受光素子12がフリップチップ実装できるようになっている。具体的には、サブマウント13は、受光素子12とのボンディング実装の際に生じるストレスの緩和及び実装時の強度確保のため、例えばAu/Snで構成されたバンプを有している。このバンプは、後述のn電極及びp電極に設けられ、受光素子12に所定の電圧を印加すると共に、受光素子12からの信号を授受するようになっている。   The submount 13 is made of, for example, an alumina substrate having a wiring pattern so that the light receiving element 12 can be flip-chip mounted. Specifically, the submount 13 has bumps made of, for example, Au / Sn in order to alleviate stress generated during bonding mounting with the light receiving element 12 and to ensure strength during mounting. The bumps are provided on an n electrode and a p electrode, which will be described later, so that a predetermined voltage is applied to the light receiving element 12 and a signal from the light receiving element 12 is transferred.

なお、受光素子12からサブマウント13までの接続、及び、サブマウント13からプリアンプIC15までのボンディングワイヤ16による接続は、寄生インダクタンスや浮遊容量が最小になるよう設計されている。   The connection from the light receiving element 12 to the submount 13 and the connection by the bonding wire 16 from the submount 13 to the preamplifier IC 15 are designed to minimize parasitic inductance and stray capacitance.

ファイバ固定部14は、パッケージ17に固着されるようになっており、例えば、先球ファイバ11を保持し、固定する溝を有している。   The fiber fixing portion 14 is fixed to the package 17 and has, for example, a groove for holding and fixing the front-end fiber 11.

プリアンプIC15は、受光素子12から出力される電流信号を電圧変換して増幅し、電圧信号として出力するトランスインピーダンスアンプ(以下「TIA」という。)を備えている。   The preamplifier IC 15 includes a transimpedance amplifier (hereinafter referred to as “TIA”) that converts a current signal output from the light receiving element 12 into a voltage, amplifies the signal, and outputs the voltage signal.

先球ファイバ11及び受光素子12は、図2に示すような構成及び位置関係を有している。すなわち、先球ファイバ11は、光信号を伝送する半径wのコア部11bと、コア部11bの外周に設けられたクラッド部11cとを備え、コア部11bの光出射端面11aは例えば研磨により形成された曲率半径Rの球面で構成されている。 The tip fiber 11 and the light receiving element 12 have the configuration and positional relationship as shown in FIG. That is, the tip fiber 11 includes a core portion 11b having a radius w 0 for transmitting an optical signal and a cladding portion 11c provided on the outer periphery of the core portion 11b. The light emitting end surface 11a of the core portion 11b is obtained by polishing, for example. The formed spherical surface has a radius of curvature R.

また、受光素子12は、厚さdの半導体基板12aと、半導体基板12a上に形成された受光部12bとを備えている。半導体基板12aは、先球ファイバ11からの光信号が入射される光入射面12cと、光入射面12cと対向する受光部形成面12dとを有している。 The light receiving element 12 includes a semiconductor substrate 12a having a thickness of d 2, and a light receiving portion 12b formed on the semiconductor substrate 12a. The semiconductor substrate 12a has a light incident surface 12c on which an optical signal from the tip fiber 11 is incident, and a light receiving portion forming surface 12d facing the light incident surface 12c.

なお、図示を省略したが、受光素子12は、メサ型のAPDで構成される場合、例えば、n+型InPからなる半導体基板12aの受光部形成面12d上に、n+型InPからなるバッファ層と、i型InGaAsからなり、入射した光を吸収してキャリアとしての電子と正孔との対を生成する光吸収層と、n+型InPからなる電界緩和層と、p−型InPからなる増倍層と、p+型InGaAsからなるコンタクト層とがエピタキシャル成長によりメサ部内に積層されて構成される。また、受光部形成面12d上にn電極が設けられ、コンタクト層に接してp電極が設けられている。   Although not shown, when the light receiving element 12 is formed of a mesa APD, for example, a buffer layer made of n + type InP is formed on the light receiving part forming surface 12d of the semiconductor substrate 12a made of n + type InP. , Made of i-type InGaAs, which absorbs incident light and generates electron-hole pairs as carriers, an electric field relaxation layer made of n + -type InP, and a multiplication made of p-type InP A layer and a contact layer made of p + -type InGaAs are stacked in the mesa portion by epitaxial growth. An n electrode is provided on the light receiving portion forming surface 12d, and a p electrode is provided in contact with the contact layer.

図2において、先球ファイバ11の光出射端面11aの頂点から出射された光ビームが最小のビームスポット半径wとなるビームウェスト位置(A面)までをd、ビームウェスト位置から受光素子12の光入射面12cまでの距離をdとする。また、光出射端面11aの頂点から光入射面12cまでの距離をzとする。 In FIG. 2, the light beam emitted from the apex of the light emitting end face 11a of the front-end fiber 11 is d 0 from the beam waist position to the beam waist position (A surface) where the minimum beam spot radius w 1 is reached. the distance to the light incident surface 12c and d 1. Further, the distance from the apex of the light emitting end surface 11a to the light incident surface 12c is z.

また、ビームウェスト位置におけるビームスポット半径をw、受光部12bにおけるビームスポット半径をwとする。このビームスポット半径wを、例えば10ギガビット/秒の光通信速度に対応させる場合、10μm程度以下に設定する。 The beam spot radius at the beam waist position is w 1 , and the beam spot radius at the light receiving unit 12b is w 2 . The beam spot radius w 2, when made to correspond to the optical communication speed of, for example, 10 Gbit / s, is set to less than about 10 [mu] m.

ここで、光受信モジュールの基本回路構成について図3を用いて説明する。図3は、APD及びTIAの等価回路を示したものである。   Here, the basic circuit configuration of the optical receiver module will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an equivalent circuit of APD and TIA.

図3に示すように、APDは、電流源と静電容量及び内部抵抗Rとの並列の等価回路で表すことができる。静電容量としては、サブマウント13に実装された際に発生する寄生容量Cと、受光部12bの構造に起因する素子容量Cとがある。 As shown in FIG. 3, APD can be represented by a parallel equivalent circuit of the current source and the capacitance and the internal resistance R 1. The electrostatic capacitance includes a parasitic capacitance C 0 generated when mounted on the submount 13 and an element capacitance C 1 resulting from the structure of the light receiving portion 12b.

また、TIAは、帰還抵抗Rを有する増幅器で構成され、帰還抵抗Rの値によって増幅器の増幅度が調整されるようになっている。TIAの入力インピーダンスRは帰還抵抗Rと比例関係にある。 Further, TIA is composed of an amplifier having a feedback resistor R f, so that the amplification factor of the amplifier is adjusted by the value of the feedback resistor R f. The input impedance R 0 of the TIA is proportional to the feedback resistance R f .

光受信モジュール10を高速光通信に対応させるためには、光受信モジュール10の周波数特性及び信号対雑音比(以下「SN比」という。)を向上させる必要がある。   In order to make the optical receiver module 10 compatible with high-speed optical communication, it is necessary to improve the frequency characteristics and the signal-to-noise ratio (hereinafter referred to as “SN ratio”) of the optical receiver module 10.

まず、光受信モジュール10の周波数特性は、前述の寄生容量C、素子容量C、入力インピーダンスR及び内部抵抗Rで決定される。この周波数特性を決定する高域遮断周波数f3dBは次式で表される。 First, the frequency characteristics of the optical receiving module 10 are determined by the parasitic capacitance C 0 , the element capacitance C 1 , the input impedance R 0, and the internal resistance R 1 . The high cut-off frequency f 3 dB that determines this frequency characteristic is expressed by the following equation.

3dB=1/(2π(C+C)(R+R)) (1)
一方、光受信モジュール10のSN比を向上させるためには、TIA内の帰還抵抗Rを大きくする必要がある。
f 3 dB = 1 / (2π (C 0 + C 1 ) (R 0 + R 1 )) (1)
On the other hand, in order to improve the SN ratio of the optical receiving module 10, it is necessary to increase the feedback resistance Rf in the TIA.

しかしながら、帰還抵抗Rは、入力インピーダンスRと比例関係にあり、帰還抵抗Rを大きくしてSN比を上げようとすると入力インピーダンスRが大きくなって高域遮断周波数f3dBが低下してしまうので、帰還抵抗Rを必要以上に大きくすることは困難である。 However, the feedback resistor R f is proportional to the input impedance R 0, and increasing the feedback resistor R f to increase the S / N ratio increases the input impedance R 0 and decreases the high-frequency cutoff frequency f 3 dB. Therefore, it is difficult to increase the feedback resistance Rf more than necessary.

そこで、高域遮断周波数f3dBを高くするには、寄生容量C及び素子容量Cを低減しなければならない。寄生容量Cは、サブマウント13のパターン設計や実装上のばらつき等を制御することにより低減することができるので、APDの構造に起因する素子容量Cを低減する必要がある。すなわち、受光部12bの受光面積を小さくして素子容量Cを低減することによって、光受信モジュール10を高速光通信に対応させることができる。 Therefore, in order to increase the high frequency cutoff frequency f 3 dB , the parasitic capacitance C 0 and the element capacitance C 1 must be reduced. Since the parasitic capacitance C 0 can be reduced by controlling variations in pattern design and mounting of the submount 13, it is necessary to reduce the element capacitance C 1 resulting from the APD structure. That is, by reducing the device capacitance C 1 by reducing the light receiving area of the light receiving portion 12b, and an optical receiver module 10 can correspond to high-speed optical communication.

例えば、10ギガビット/秒の光通信速度に対応させる場合、検討結果によれば、受光部12bの素子容量Cを250fF程度にする必要があり、このときの受光部12bは一般的な受光感度を有する受光素子の空乏層の伸び(長さ)を考慮すると半径10μm程度の値が得られる。したがって、受光部12bに入射する光信号のビームスポット半径wを10μm程度以下にしなければならない。 For example, 10 when made to correspond to the optical communication gigabit / second speed, according to the study results, it is necessary to the device capacitance C 1 of the light receiving portion 12b to approximately 250 fF, the light receiving portion 12b in this case is common receiving sensitivity Considering the elongation (length) of the depletion layer of the light receiving element having a radius of about 10 μm, a value can be obtained. Therefore, should the beam spot radius w 2 of the optical signals incident on the light receiving portion 12b below about 10 [mu] m.

次に、ビームスポット半径wを10μm程度以下にするため、光出射端面11aの曲率半径R及び距離zの設定について説明する。 Next, to the beam spot radius w 2 below about 10 [mu] m, will be described setting of the radius of curvature R and the distance z of the light emitting end face 11a.

図4は、光出射端面11aの曲率半径Rと受光部12bにおけるビームスポット半径wとの関係を示すグラフであり、図2において、w=4μm、d=100μmとし、距離zをパラメータとしたときの計算結果である。 4 is a graph showing a relation between the beam spot radius w 2 in the radius of curvature R and the light receiving portion 12b of the light emitting end face 11a, in FIG. 2, w 0 = 4 [mu] m, and d 2 = 100 [mu] m, the distance z parameters This is the calculation result.

図4に示すように、ビームスポット半径wを10μm以下にするには、距離zを40μm以下にし、光出射端面11aの曲率半径Rを約15μm以上、好ましくは20μm以上に設定するのが望ましい。 As shown in FIG. 4, the beam spot radius w 2 To 10μm or less, the distance z to 40μm or less, the radius of curvature R of the light-emitting end face 11a of about 15μm or more, preferably it is desirable to set the above 20μm .

また、図5は、距離zとビームスポット半径wとの関係について、本発明の先球ファイバ11と従来の平面切断されたフラットファイバとを比較したグラフであり、図2において、w=4μm、d=100μmとしたときの計算結果である。 FIG. 5 is a graph comparing the tip ball fiber 11 of the present invention and a conventional flat-cut flat fiber with respect to the relationship between the distance z and the beam spot radius w 2. In FIG. 2, w 0 = This is a calculation result when 4 μm and d 2 = 100 μm.

図5に示すように、光出射端面11aの曲率半径Rを20μmに設定した場合、距離zが小さくなるに従って、本発明の先球ファイバ11によるビームスポット半径wの方が従来のフラットファイバによるものよりも小さくなる傾向が強い。ビームスポット半径wを10μm程度以下にするには、距離zを0〜45μm程度の範囲内に設定すればよく、部品のばらつきや製造上の作業性を考慮すると距離zを20μm程度に設定するのが望ましい。 As shown in FIG. 5, if you set the radius of curvature R of the light-emitting end face 11a to 20 [mu] m, with the distance z decreases, towards the beam spot radius w 2 by hemispherically fiber 11 of the present invention according to conventional flat fiber It tends to be smaller than things. In order to set the beam spot radius w 2 to about 10 μm or less, the distance z may be set within a range of about 0 to 45 μm, and the distance z is set to about 20 μm in consideration of component variations and manufacturing workability. Is desirable.

次に、本実施の形態の光受信モジュール10の製造方法について図1及び図2を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the optical receiver module 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、プリアンプIC15がパッケージ17の所定位置に固着され、プリアンプIC15及びパッケージ17にそれぞれ設けられた電極がボンディングワイヤ16によって電気的に接続される。次いで、受光素子12が実装されたサブマウント13が、例えばパッケージ17に設けられた位置出し部材(図示せず)に固着される。受光素子12は、サブマウント13の所定の位置に予め位置決めされ、例えば半田付けによって固着されている。   First, the preamplifier IC 15 is fixed to a predetermined position of the package 17, and the electrodes provided on the preamplifier IC 15 and the package 17 are electrically connected by the bonding wire 16. Next, the submount 13 on which the light receiving element 12 is mounted is fixed to a positioning member (not shown) provided in the package 17, for example. The light receiving element 12 is previously positioned at a predetermined position of the submount 13, and is fixed by, for example, soldering.

さらに、プリアンプIC15及びサブマウント13に設けられた電極がボンディングワイヤ16によって電気的に接続される。   Further, the electrodes provided on the preamplifier IC 15 and the submount 13 are electrically connected by bonding wires 16.

次いで、先球ファイバ11が、パッケージ17に固着されたファイバ固定部14上において位置出しされ固着される。先球ファイバ11は、X軸及びY軸方向に移動するXY位置調整治具によって保持され、受光部12bに対する光軸が調整されるようになっている。なお、X軸はファイバ固定部14の上面に接してZ軸と直交する方向を表し、Y軸はX軸と直交する紙面に向かう方向、Z軸は先球ファイバ11の長手方向を表す。   Next, the tip spherical fiber 11 is positioned and fixed on the fiber fixing portion 14 fixed to the package 17. The front-end fiber 11 is held by an XY position adjusting jig that moves in the X-axis and Y-axis directions, and the optical axis with respect to the light receiving unit 12b is adjusted. The X axis represents the direction perpendicular to the Z axis in contact with the upper surface of the fiber fixing portion 14, the Y axis represents the direction toward the paper surface orthogonal to the X axis, and the Z axis represents the longitudinal direction of the tip fiber 11.

続いて、光受信モジュール10を駆動する電源装置及び光受信モジュール10の出力をモニタする測定装置が端子18に接続され、先球ファイバ11に光が入射される。次いで、XY位置調整治具によって、先球ファイバ11が位置調整されてファイバ固定部14に固着される。具体的には、Z軸方向に関しては、光出射端面11aの頂点から光入射面12cまでの距離zが約20μmに設定され、X軸及びY軸方向に関しては、受光素子12からの出力レベルが所定値になる位置に設定され、固着される。そして、上面開口部が封止用カバー(図示せず)によって封止固定される。   Subsequently, a power supply device that drives the light receiving module 10 and a measuring device that monitors the output of the light receiving module 10 are connected to the terminal 18, and light is incident on the front-end fiber 11. Next, the position of the tip spherical fiber 11 is adjusted by the XY position adjusting jig and fixed to the fiber fixing portion 14. Specifically, with respect to the Z-axis direction, the distance z from the apex of the light emitting end surface 11a to the light incident surface 12c is set to about 20 μm, and the output level from the light receiving element 12 is set with respect to the X-axis and Y-axis directions. The position is set to a predetermined value and fixed. The upper surface opening is sealed and fixed by a sealing cover (not shown).

次に、本実施の形態の光受信モジュール10の動作について図1及び図2を用いて説明する。   Next, the operation of the optical receiver module 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、先球ファイバ11に入射された光信号は、コア部11bを伝送して光出射端面11aに達し、光出射端面11aから出射される。   First, the optical signal incident on the tip fiber 11 is transmitted through the core portion 11b, reaches the light emitting end face 11a, and is emitted from the light emitting end face 11a.

光出射端面11aから出射された光ビームは、出射されてからビーム径が徐々に小さくなり、ビームウェスト位置において最小のビーム半径wとなる。ビームウェスト位置からはビーム径は徐々に大きくなって受光素子12の光入射面12cに入射される。そして、スネルの法則を満たす角度で半導体基板12a内を広がりながら受光部12bに達し、ビームスポット半径wとなる。 The light beam emitted from the light emitting end face 11a, the beam diameter after being emitted is gradually reduced, and the minimum beam radius w 1 at the beam waist position. From the beam waist position, the beam diameter gradually increases and enters the light incident surface 12 c of the light receiving element 12. Then, while spreading within the semiconductor substrate 12a at an angle satisfying the Snell's law reaches the light receiving portion 12b, a beam spot radius w 2.

引き続き、受光部12bに入射された光は、光吸収層で吸収されることにより、電子と正孔との対が生成され、それぞれ、サブマウント13の電極に移動する。具体的には、電子は、受光素子12のn電極を介してサブマウント13の電極に移動し、正孔は、受光素子12の増倍層に移動して増倍されてp電極に移動した後、サブマウント13の電極に移動する。   Subsequently, the light incident on the light receiving portion 12b is absorbed by the light absorption layer, and a pair of electrons and holes is generated and moves to the electrode of the submount 13 respectively. Specifically, electrons move to the electrode of the submount 13 through the n electrode of the light receiving element 12, and the holes move to the multiplication layer of the light receiving element 12 and are multiplied to move to the p electrode. After that, it moves to the electrode of the submount 13.

次いで、サブマウント13の電極に移動したメインキャリアの正孔によって、受光素子12から電流信号が出力されプリアンプIC15に入力される。そして、プリアンプIC15によって、受光素子12から出力される電流信号が電圧変換されて増幅され、ボンディングワイヤ16を介して端子18から出力される。   Next, a current signal is output from the light receiving element 12 and input to the preamplifier IC 15 by the holes of the main carrier that has moved to the electrode of the submount 13. Then, the current signal output from the light receiving element 12 is voltage-converted and amplified by the preamplifier IC 15 and output from the terminal 18 via the bonding wire 16.

以上のように、本実施の形態の光受信モジュール10によれば、先球ファイバ11は、曲率半径Rを有し、受光部12bにおける光ビームのビームスポット半径wを10μm程度に絞り込む構成としたので、光信号を受光部12bに効率よく集光することができ、光通信の高速化に対応することができる。 As described above, according to the optical receiving module 10 of the present embodiment, hemispherically fiber 11 has a radius of curvature R, the configuration to narrow a beam spot radius w 2 of the light beam at the light receiving portion 12b to about 10μm Therefore, the optical signal can be efficiently collected on the light receiving unit 12b, and the optical communication can be speeded up.

なお、本実施の形態において、受光素子12がメサ型のAPDで構成される例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば受光素子12がプレーナ型のpin型半導体受光素子で構成される場合でも同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the light receiving element 12 is described as an example of a mesa APD. However, the present invention is not limited to this example. For example, the light receiving element 12 is a planar pin type. A similar effect can be obtained even when the semiconductor light receiving element is used.

また、本実施の形態において、光信号が入射される光入射面12cと対向する受光部形成面12dに受光部12bが設けられた裏面入射型の受光素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば受光部12bが光入射面12cに設けられたものであっても同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the back-illuminated light receiving element in which the light receiving portion 12b is provided on the light receiving portion forming surface 12d facing the light incident surface 12c on which the optical signal is incident has been described as an example. The invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the light receiving portion 12b is provided on the light incident surface 12c, for example.

以上のように、本発明に係る光受信モジュールは、光信号を受光素子に効率よく集光することができ、光通信の高速化に対応することができるという効果を有し、光信号を受信して電気信号に変換する光受信モジュール等として有用である。   As described above, the optical receiver module according to the present invention has an effect that the optical signal can be efficiently collected on the light receiving element, and the optical communication speed can be increased, and the optical signal is received. Thus, it is useful as an optical receiver module that converts an electrical signal.

本発明の実施形態に係る光受信モジュールの内部構造の概要を示す平面図The top view which shows the outline | summary of the internal structure of the optical receiver module which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係る光受信モジュールの主要部の構成及び位置関係の説明図Explanatory drawing of a structure and positional relationship of the principal part of the optical receiver module which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係る光受信モジュールのAPD及びTIAの等価回路を示す図The figure which shows the equivalent circuit of APD and TIA of the optical receiver module which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係る光受信モジュールにおける曲率半径Rとビームスポット半径wとの関係を示す図Diagram showing the relationship between the radius of curvature R and the beam spot radius w 2 in the optical receiver module according to the embodiment of the present invention 本発明の実施形態に係る光受信モジュールにおける距離zとビームスポット半径wとの関係を示す図Shows the relationship between the distance z and the beam spot radius w 2 in the optical receiver module according to the embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

10 光受信モジュール
11 先球ファイバ
11a 光出射端面
11b コア部
11c クラッド部
12 受光素子
12a 半導体基板
12b 受光部
12c 光入射面
12d 受光部形成面
13 サブマウント
14 ファイバ固定部
15 プリアンプIC
16 ボンディングワイヤ
17 パッケージ
18 端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical receiving module 11 Tip spherical fiber 11a Light emission end surface 11b Core part 11c Clad part 12 Light receiving element 12a Semiconductor substrate 12b Light receiving part 12c Light incident surface 12d Light receiving part formation surface 13 Submount 14 Fiber fixing part 15 Preamplifier IC
16 Bonding wire 17 Package 18 Terminal

Claims (3)

光ファイバ(11)と、前記光ファイバの光出射端面(11a)から所定の間隔をおいて対向配置され、光を電気信号に変換する受光素子(12)とを備える光受信モジュールにおいて、
前記光ファイバは、前記光出射端面が所定の曲率半径を有する球面状に形成された先球ファイバで、前記先球ファイバから出射される光のビームウェストの位置が前記受光素子の受光部(12b)よりも手前側であることを特徴とする光受信モジュール。
In an optical receiver module comprising: an optical fiber (11); and a light receiving element (12) that is disposed to face the light emitting end face (11a) of the optical fiber at a predetermined interval and converts light into an electrical signal.
The optical fiber is a front-end fiber formed in a spherical shape with a light-emitting end face having a predetermined radius of curvature, and the position of the beam waist of the light emitted from the front-end fiber is the light-receiving portion (12b) of the light-receiving element. An optical receiver module which is on the near side of the above.
前記受光素子が、アバランシェフォトダイオード(APD)であることを特徴とする請求項1記載の光受信モジュール。   The optical receiver module according to claim 1, wherein the light receiving element is an avalanche photodiode (APD). 前記受光素子が裏面入射型であることを特徴とする請求項1乃至2記載の光受信モジュール。   3. The optical receiver module according to claim 1, wherein the light receiving element is a back-illuminated type.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112558236A (en) * 2019-09-26 2021-03-26 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 Optical module

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