JP2018124429A - 光モジュールおよび光出力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力する光信号の強度を正確に計測し、安定した出力を行うことができる光モジュールを得る。【解決手段】光モジュールを、分岐部１と、透過部２と、遮光部３と、受光部４を備える構成とする。分岐部１は、入射された信号光を第１の方向の第１の信号光と第２の方向の第２の信号光に分岐する。透過部２は、分岐部１の第２の方向の表面の第２の信号光の光路上に形成され、第２の信号光を透過させる。遮光部３は、分岐部１の第２の方向の表面に形成され、第２の方向とは異なる向きの光を遮光する。受光部４は、第２の信号光の強度を計測する。また、分岐部１の表面のうち、少なくとも１つの表面に光を散乱させることで光を透過させない遮光層が形成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号の強度を計測する技術に関するものであり、特に、光信号の強度の計測の精度を向上する技術に関するものである。

光通信システムの信号光の送信器として用いられる光モジュールは、多機能化が進み光モジュール内の光学部品の数が増加している。一方で、信号光を波長多重化して送信する際に、送信装置では複数の光モジュールが用いられるため、各光モジュールはできるだけ小型であることが望ましい。また、信号光を出力する光モジュールは、出力する信号光の強度が安定していることが要求される。

出力する信号光の強度を安定化させる際に、出力する信号光を分岐して計測し、計測結果を基に出力する信号光の強度を制御する方法が用いられることがある。信号光は、プリズム等を用いて分岐されるが、必要な方向にのみ分岐できるだけではなく、一部の光が不要光として分散する。そのような不要光が迷光として、信号光の強度を計測する受光素子の受光面に回り込むことで、計測結果のＳ／Ｎ（Signal/Noise）比の劣化が生じる。

計測結果のＳ／Ｎ比の劣化を抑制するためには、迷光が受光素子の受光面に入らないように、迷光を遮断する遮光板や遮光用フィルムなどを追加実装した光モジュールが用いられることがある。しかし、部品点数の増加および光モジュールの小型化によって、遮光板等を配置する十分なスペースを確保することが困難であることが多く、遮光板等を用いないで迷光の影響を抑制できることが望ましい。そのため、遮光板等を用いないで迷光の影響を抑制する技術の開発が行われている。そのような、遮光板等を用いないで迷光の影響を抑制する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１は、入射された光をミラーで２方向に分岐し、一方の方向の光の向きをプリズムで変換する光学装置に関するものである。特許文献１のプリズムは、迷光の予防のために、光の入射面の入射部と出射面の出射部を除く部分に遮光性塗料が塗布されている。

特開２００５−９９２９３号公報

しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。特許文献１では、光の向きを変換するプリズムの全ての面に遮光性を有する吸光塗料を塗布している。よって、連続的に光信号を入射するような用途に用いた場合に、吸光性の塗料の部分の温度が上昇によりプリズムの光学特性が変動する恐れがある。そのため、特許文献１の技術では、光モジュールから光信号を安定して出力できない恐れがある。

本発明は、上記の課題を解決するため、出力する光信号の強度を正確に計測し、安定した出力を行うことができる光モジュールを得ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の光モジュールは、分岐部と、透過部と、遮光部と、受光部を備えている。分岐部は、入射された信号光を第１の方向の第１の信号光と第２の方向の第２の信号光に分岐する。透過部は、分岐部の第２の方向の表面の第２の信号光の光路上に形成され、第２の信号光を透過させる。遮光部は、分岐部の第２の方向の表面に形成され、第２の方向とは異なる向きの光を遮光する。受光部は、第２の信号光の強度を計測する。また、分岐部の表面のうち、少なくとも１つの表面に光を散乱させることで光を透過させない遮光層が形成されている。

本発明の光出力方法は、入射された信号光を第１の方向の第１の信号光と第２の方向の第２の信号光に分岐部において分岐する。本発明の光出力方法は、分岐部の第２の方向の表面の第２の信号光の光路上に形成された透過部において、第２の信号光を透過させる。本発明の光出力方法は、分岐部の第２の方向の表面に形成された遮光部において、第２の方向とは異なる向きの光を遮光する。本発明の光出力方法は、分岐部の表面のうち、少なくとも１つの表面に形成された遮光層において光を散乱させることで光を遮光する。本発明の光出力方法は、第２の信号光の強度を計測する。

本発明によると、出力する光信号の強度を正確に計測し、安定した出力を行うことができる光モジュールを得ることができる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の信号光の経路を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態と対比した構成の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態と対比した構成の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の他の構成の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の構成の概要を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の光モジュールの構成の概要を示したものである。本実施形態の光モジュールは、分岐部１と、透過部２と、遮光部３と、受光部４を備えている。分岐部１は、入射された信号光を第１の方向の第１の信号光と第２の方向の第２の信号光に分岐する。透過部２は、分岐部１の第２の方向の表面の第２の信号光の光路上に形成され、第２の信号光を透過させる。遮光部３は、分岐部１の第２の方向の表面に形成され、第２の方向とは異なる向きの光を遮光する。受光部４は、第２の信号光の強度を計測する。また、分岐部１の表面のうち、少なくとも１つの表面に光を散乱させることで光を透過させない遮光層が形成されている。

本実施形態の光モジュールは、分岐された第２の信号光の経路側の分岐部１の表面に遮光部３を備えている。よって、受光部４において第２の信号光の強度を計測する際の迷光の影響を抑制することができる。そのため、本実施形態の光モジュールは、第２の信号光の強度を正確に計測することができる。また、本実施形態の光モジュールの分岐部１は、いずれかの表面に、光を散乱させることで光を透過させない遮光層を備えている。本実施形態の遮光層は、光の吸収を行わないので、分岐部１の特性変動を抑制することができる。以上より、本実施形態の光モジュールは、出力する光信号の強度を正確に計測し、安定した出力を行うことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態の光モジュールの構成を示したものである。

本実施形態の光モジュールは、光学回路１１と、プリズム１２と、モニタ受光部１３を備えている。また、プリズム１２は、遮光層１４をさらに備えている。

光学回路１１は、信号光を出力する信号光出力回路である。光学回路１１は、半導体レーザ等を備え、信号光を生成して出力する。光学回路１１は、例えば、光通信システムの送信器における光信号の出力回路として形成されている。光学回路１１は、測定用の光源としての光の出力等の通信用途以外の光を出力する回路であってもよい。本実施形態の光学回路１１は、モニタ受光部１３から送られてくる信号光の強度の計測結果に基づいて信号光の出力強度が設定値になるように制御する。出力強度の設定値は、光モジュールが用いられるシステムの設計等に基づいて設定されている。

プリズム１２は、光学回路１１から入射される信号光を光モジュールからの出力側と、モニタ受光部１３側の２つの経路に分岐する。プリズム１２は、直角プリズムを２つ貼り合わせたビームスプリッターとして形成されている。プリズム１２は、光学回路１１から入射される信号光を、反射面において、光モジュールから出力される第１の方向の第１の信号光と、モニタ受光部１３に入射される第２の方向の第２の信号光に分岐する。

プリズム１２において分岐された出力側の信号光、すなわち、第１の信号光は、光モジュールから出力される。プリズム１２において分岐された出力側の信号光は、光モジュール内の他のユニットを介して出力されてもよい。

プリズム１２は、周囲に遮光層１４を備えている。また、遮光層１４は、光学回路１１で生成された信号光がプリズム１２に入射される信号光の光路上には形成されていない。本実施形態では、プリズム１２の表面のうち、モニタ受光部１３側に第２の信号光を出力する光路上の領域をモニタ側透過部１５と呼ぶ。モニタ側透過部１５には、遮光層１４には形成されていない。また、本実施形態のモニタ側透過部１５は、第１の実施形態の透過部２に相当する。

プリズム１２の表面のうち、出力側に第１の信号光を出力する光路上の領域を出力側透過部１６と呼ぶ。出力側透過部１６には、遮光層１４には形成されていない。すなわち、プリズム１２によって分岐された各信号光は、遮光層１４の影響を受けずに出力される。

また、プリズム１２の表面のうち、プリズム１２に光学回路１１から信号光が入射される光路上の領域を入射側透過部１７と呼ぶ。入射側透過部１７には、遮光層１４には形成されていない。すなわち、プリズム１２に入射される信号光は、遮光層１４の影響を受けない。また、本実施形態のプリズム１２は、第１の実施形態の分岐部１に相当する。

遮光層１４は、プリズム１２の表面に形成され、迷光、すなわち、第１の信号光および第２の信号光以外の光を散乱させる。そのため、遮光層１４は、プリズム１２から外部への迷光の放射を抑制する。本実施形態の遮光層１４は、プリズム１２のモニタ受光部１３側に形成されている。遮光層１４は、プリズム１２から生じる迷光を抑制することで、迷光がモニタ受光部１３の計測結果に与える影響を低減することができる。

遮光層１４は、例えば、プリズム１２の表面の多数の微小なスリットとして形成される。遮光層１４に形成される微小なスリットは、プリズム１２の各表面のうち各透過部以外の領域全てに形成される。微小なスリットは、プリズム１２の１つの表面全体で見たときにスリットの平均的な向きが揃わないように形成される。遮光層の形成領域に微小なスリットを多数、方向が揃わないように形成することで、遮光層１４の表面で迷光がランダムな方向に散乱されて互いに打ち消しあう。そのため、プリズム１２の表面から外部に出射される迷光を抑制することができる。微小なスリットは、例えば、プリズム１２の表面を、メタルマスクを用いてエッチングすることで形成される。微小なスリットをエッチングによって形成する際に、各透過部は、メタルマスクによって保護される。微小なスリットは、フォトレジストを用いてパターニングされてもよい。

また、遮光層１４は、プリズム１２の表面のうち遮光層１４を形成する部分の表面粗さを上げることで光の散乱層として形成されてもよい。例えば、各透過部をメタルマスクで保護して、プリズム１２の表面にプラズマを照射することで、プリズム１２の表面に微小な凹凸を形成することができる。プリズム１２の表面に微小な凹凸は、迷光を表面で迷光をランダムに散乱させるため、遮光層１４として機能する。そのような構成とする場合は、各透過部に比べて、遮光層１４の表面粗度が高い状態となる。また、各透過部には、遮光層１４を形成した後に、透過率を向上させるために研磨やクリーニングが施されてもよい。

本実施形態の遮光層１４のうち、プリズム１２のモニタ受光部１３側の面に形成された遮光層１４は、第１の実施形態の遮光部３に相当する。

モニタ受光部１３は、フォトダイオードを用いて構成されている。モニタ受光部１３は、プリズム１２で分岐される信号光を電気信号に変換して強度を計測する。モニタ受光部１３は、プリズム１２で分岐される信号光の強度の計測結果を、光学回路１１に送る。信号光の強度の計測結果は、光学回路１１以外の計測結果を用いる他の回路に出力されてもよい。また、本実施形態のモニタ受光部１３は、第１の実施形態の受光部４に相当する。

本実施形態の光モジュールの動作について説明する。光モジュールが動作を開始すると、始めに光モジュールの光学回路１１からプリズム１２に信号光が出力される。信号光は、入射側透過部１７からプリズム１２に入射される。信号光が入射されると、プリズム１２は、信号光を出力側と、モニタ受光部１３側の２つの経路に第１の信号光および第２の信号光として分岐する。分岐された第１の信号光および第２の信号光は、光モジュールの出力側とモニタ受光部１３に出力側透過部１６およびモニタ側透過部１５を介してそれぞれ出力される。

プリズム１２に入力された信号光は、２つに分岐されるが、その際にプリズム１２内で迷光が生じる。プリズム１２で発生した迷光は、プリズム１２の周辺部に進む。プリズム１２の表面部には、遮光層１４が形成されているので、迷光は、プリズム１２の表面の遮光層１４でランダムな方向に散乱される。そのため、強度の強い迷光はプリズム１２から放射されない。すなわち、迷光は、遮光層１４で遮蔽されてプリズム１２の外部には出て行かない。そのため、モニタ受光部１３は、信号光の強度の計測において、プリズム１２に起因する迷光の影響を受けにくい。

プリズム１２で分岐されて光モジュールの出力側に送られた第１の信号光は、光モジュールから出力される。また、プリズム１２で分岐されてモニタ受光部１３に送られた第２の信号光は、モニタ受光部１３のフォトダイオードで受光される。

モニタ受光部１３は、プリズム１２で分岐された第２の信号光を受光すると、第２の信号光の強度を計測する。第２の信号光の強度を計測すると、モニタ受光部１３は、計測結果を光学回路１１に送る。光学回路１１は、第２の信号光の強度の計測結果を受け取ると、出力する信号光の強度が設定値になるように制御し、信号光をプリズム１２に出力する。光モジュールは、以上の動作を繰り返すことで、安定した強度の信号光を出力することができる。

図４は、本実施形態の光モジュールの構成と対比した構成の例として、プリズムに遮光層が形成されていない光モジュールの構成の例を示したものである。図４の光モジュールでは、プリズムの表面で迷光の強度が弱められないので、プリズムから外部に放射された迷光が光モジュールの内部の側壁等で反射され、モニタ受光部に入光している。よって、図４の光モジュールでは、モニタ受光部で迷光を雑音として検知するため、光学回路からの出力光を分岐した信号光の強度を正確に計測することができない。そのため、図４の光モジュールの光学回路は、安定した強度の信号光を出力することができない。

また、図５は、本実施形態の光モジュールの構成と対比した他の構成の例として、モニタ用ダイオードに入射する迷光を除去するため遮光板を備えた光モジュールの構成の例を示したものである。図５ように遮光板を備えることで、モニタ受光部への迷光の影響を低減し得るが、遮光板を配置するために光モジュールの大型化が生じる。また、適切な遮光板を配置するために光モジュールの設計の自由度が低下する。

図４および図５のような構成の光モジュールに対し、本実施形態の光モジュールは、プリズム１２の表面に遮光層１４を備えることで、プリズム１２から生じる迷光が、モニタ受光部１３側に放射されることを抑制している。そのため、モニタ受光部１３における信号光の強度計測の際に、迷光の影響を受けにくいので、信号光の強度を正確に計測することができる。その結果、本実施形態の光モジュールは、出力する信号光の強度を安定して保つことができる。

また、本実施形態の光モジュールのプリズム１２は全ての面に遮光層１４が形成されているが、図６のようにモニタ受光部１３側の面にのみ遮光層１４が形成されていてもよい。図６は、モニタ受光部１３側の面にのみ遮光層１４が形成されたプリズム１２を備える光モジュールの構成の例を示したものである。モニタ受光部１３側の面にのみ遮光層１４が形成された構成とする場合には、プリズム１２の他の面からの迷光の影響を抑制する遮光構造を備えてもよい。また、プリズム１２のモニタ受光部１３側の面と、その面と隣り合う面にのみ遮光層１４を形成してもよい。そのような構成とすることで、モニタ受光部１３への影響が最も小さい面から迷光をプリズム１２の外に逃がすことができる。

本実施形態の光モジュールは、プリズム１２の表面に形成された遮光層１４において、信号光以外の迷光の向きを散乱によって変化させ、プリズム１２から放射される迷光の影響を抑制している。よって、プリズム１２で分岐された信号光の強度をモニタ受光部１３において計測する際に、迷光によって生じる雑音を抑制することができるので信号光の強度を正確に計測することができる。そのため、光学回路１１において正確な信号光の強度の計測結果を基に、出力する信号光を安定して制御することが可能になる。その結果、本実施形態の光モジュールは、出力する光信号の強度を正確に計測し、安定した出力を行うことができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図７は、本実施形態の光モジュールの構成の概要を示したものである。第２の実施形態では、モニタ受光部１３側のプリズム１２の表面に光の散乱を用いた遮光層１４を形成していたが、本実施形態の光モジュールのプリズム１２は、吸光層、すなわち、吸光性の膜による遮光層を備えることを特徴とする。

本実施形態の光モジュールは、光学回路１１と、プリズム１２と、モニタ受光部１３を備えている。また、プリズム１２は、遮光層１４および吸光層２１をさらに備えている。本実施形態の光学回路１１およびモニタ受光部１３の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位とそれぞれ同様である。

プリズム１２本体の構成と機能は、第２の実施形態のプリズム１２と同様である。また、本実施形態のプリズム１２のモニタ受光部１３側の面には吸光層２１が形成されている。また、吸光層２１が形成されている面以外には、遮光層１４が形成されている。

また、光学回路１１からの信号光の入射側と、分岐した信号光を出力する光路上には、第２の実施形態と同様に、入射側透過部１７、モニタ側透過部１５および出力側透過部１６がそれぞれ形成されている。

吸光層２１は、吸光材料、すなわち、光を吸収する材料を成膜することで形成されている。吸光層２１は、吸光材料を塗布または印刷によって成膜することで形成されている。

本実施形態の光モジュールの動作について説明する。本実施形態において光学回路１１からプリズム１２に入射された信号光が、第１の信号光と第２の信号光に分岐され、第２の信号光の強度の計測結果を基に、光学回路１１から出力される信号光の強度の制御を行う際の動作は第２の実施形態と同様である。よって、以下では、信号光を入射および分岐した際にプリズム１２において生じる迷光の挙動についてのみ説明する。

プリズム１２に入射された信号光は、２つに分岐されるが、その際に第２の実施形態と同様にプリズム１２内で迷光が生じる。プリズム１２で発生した迷光は、プリズム１２の周辺部に進む。プリズム１２の表面部には、遮光層１４および吸光層２１が形成されている。遮光層１４が形成されている面に進んだ迷光は、プリズム１２の表面の遮光層１４で散乱されるため強度の強い光はプリズム１２から放射されない。そのため、迷光は、遮光層１４で遮蔽されてプリズム１２の外部には出て行かない。また、吸光層２１が形成されている面に進んだ迷光は、プリズム１２の表面に形成された吸光層２１で吸光される。そのため、吸光層２１が形成されている面に進んだ迷光は、吸光層２１から放射されない。すなわち、プリズム１２内で生じた迷光は、プリズム１２のいずれの面からも放射されない。よって、プリズム１２から生じる迷光は、モニタ受光部１３における第２の信号光の強度の計測に影響を与えない。その結果、光学回路１１は、第２の信号光の強度の計測結果を基に出力する信号光の制御を安定して行うことができる。

本実施形態の光モジュールは、第２の実施形態の光モジュールと同様の効果を有する。また、本実施形態の光モジュールは、プリズム１２のモニタ受光部１３側の表面に吸光層２１を備えている。そのため、吸光層２１で迷光を吸光によって完全に遮断できるので、モニタ受光部１３側に放射される迷光を大きく低減することができる。そのため、本実施形態では、モニタ受光部１３におけるプリズム１２で分岐された信号光の強度の計測をより正確に行うことができる。また、本実施形態の光モジュールでは、モニタ受光部１３側以外の表面を遮光層１４で遮光し、プリズム１２から放射される迷光を散乱によって低減している。よって、モニタ受光部１３側以外の表面では、迷光の吸収を行わないので、温度上昇等によるプリズム１２の特性変動等は生じにくい。そのため、本実施形態のプリズム１２は、信号光の分岐および出力をより安定して行うことができる。その結果、本実施形態の光モジュールは、出力する光信号の強度をより正確に計測し、安定した出力を行うことができる。

１ 分岐部
２ 透過部
３ 遮光部
４ 受光部
１１ 光学回路
１２ プリズム
１３ モニタ受光部
１４ 遮光層
１５ モニタ側透過部
１６ 出力側透過部
１７ 入射側透過部
２１ 吸光層

Claims (10)

1. 入射された信号光を第１の方向の第１の信号光と第２の方向の第２の信号光に分岐する分岐部と、
   前記分岐部の前記第２の方向の表面の前記第２の信号光の光路上に形成され、前記第２の信号光を透過させる透過部と、
   前記分岐部の前記第２の方向の表面に形成され、前記第２の方向とは異なる向きの光を遮光する遮光部と、
   前記第２の信号光の強度を計測する受光部と
   を備え、
   前記分岐部の表面のうち、少なくとも１つの前記表面に光を散乱させることで前記光を透過させない遮光層が形成されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記遮光層は、前記第２の方向の表面の前記遮光部として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第２の方向の表面の前記遮光部は、吸光性の膜によって形成され、前記遮光層は、前記２の方向以外の前記表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記遮光層は、スリットパターンによって前記光を散乱させることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の光モジュール。
5. 前記遮光層は、前記透過部よりも表面の粗度が高くなるように形成されていることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の光モジュール。
6. 前記分岐部に入射される前記信号光を生成して出力する信号光生成部をさらに備え、
   前記信号光生成部は、前記受光部が計測する前記第２の信号光の強度に基づいて、出力する前記信号光の強度を制御することを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の光モジュール。
7. 入射された信号光を第１の方向の第１の信号光と第２の方向の第２の信号光に分岐する分岐部において分岐し、
   前記分岐部の前記第２の方向の表面の前記第２の信号光の光路上に形成された透過部において、前記第２の信号光を透過させ、
   前記分岐部の前記第２の方向の表面に形成された遮光部において、前記第２の方向とは異なる向きの光を遮光し、
   前記分岐部の表面のうち、少なくとも１つの前記表面に形成された遮光層において光を散乱させることで前記光を遮光し、
   前記第２の信号光の強度を計測することを特徴とする光出力方法。
8. 前記遮光層は、前記遮光部として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光出力方法。
9. 前記第２の方向の表面の前記遮光部は、吸光性の膜によって形成され、前記遮光層は、前記２の方向以外の前記表面に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光出力方法。
10. 前記分岐部に入射される前記信号光を生成して前記分岐部に出力し、
    計測した前記第２の信号光の強度に基づいて、前記分岐部に出力する前記信号光の強度を制御することを特徴とする請求項７から９いずれかに記載の光出力方法。

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