JP4798106B2

JP4798106B2 - 双方向受発光モジュール

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Publication number: JP4798106B2
Application number: JP2007239204A
Authority: JP
Inventors: 潤二飯田; 章夫渡辺; 美喜男植村; 秀晴大上
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: US7734121B2; CN101170365B; CN101170365A; US20080101796A1; JP2008176279A

Description

本発明は、一本の光ファイバを共有して送受信を行う双方向受発光モジュールに係り、従来よりも製造コストの低減が図れる双方向受発光モジュールの改良に関するものである。

光ファイバ通信網の拡大に伴い１本の光ファイバを用いて双方向に光信号を伝送する通信システムの導入が進んできている。このような双方向光通信では、異なる波長の光を送受信するため双方向受発光モジュールが用いられている。

従来の双方向受発光モジュールの概略構成を図１０に示す。

図１０に示す双方向受発光モジュールでは、発光素子１０１から出射された波長λ１（例えば１３１０ｎｍ）の送信信号光は、第一結合レンズ１０２で集光され、波長選択フィルタ１０３を透過した後、光ファイバ１０８に入射し伝送される。一方、光ファイバ１０８から出射された波長λ２（例えば１４９０ｎｍ）の受信信号光は、波長選択フィルタ１０３で反射され、第二結合レンズ１１０で受光素子１０９に集光され信号が検出される。

また、上記発光素子１０１に高性能ではあるが反射戻り光の影響を受け易い分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）が適用された場合、反射戻り光を遮断するため、第一結合レンズ１０２と波長選択フィルタ１０３間の光路上に、偏光子１０４、ファラデー回転子１０５、検光子１０６および磁石１０７とで構成される光アイソレータが配置される。尚、発光素子１０１の偏光と垂直な方向の光であれば発振を不安定にする寄与が小さいため、偏光子１０４を省略する場合もある。このような双方向受発光モジュールの一例が特許文献１に開示されている。

ところで、上記光アイソレータを備える従来の双方向受発光モジュールでは、発光素子１０１から出射される送信信号光のビーム径が拡がった位置（すなわち、第一結合レンズ１０２と波長選択フィルタ１０３間の光路上）に光アイソレータが配置されるため、光アイソレータを構成する偏光子やファラデー回転子等の部品については開口径の大きなもの（概ね１ｍｍは必要）を用いる必要があり、高コストを余儀なくされていた。

尚、開口径の小さな光アイソレータを組み込む従来技術として、上記ビーム径が小さくなる位置（すなわち光ファイバ端）に一対の吸収型偏光子とファラデー回転子を一体化して構成した光アイソレータを貼り付けたものが知られている（特許文献２参照）。しかし、吸収型偏光子は、送信信号光だけでなく受信信号光に対しても偏光子として機能してしまい、損失要因となるため、このような光アイソレータを双方向受発光モジュールに適用することはできなかった。
特許第３０６２９４９号公報（第１図）特開２００２−１５６５５４号公報（図２、段落００２５）

本発明はこの様な問題に着目してなされたもので、その課題とするところは、低コストの光学素子（光アイソレータ）が搭載された双方向受発光モジュールを提供し、更に、光アイソレータより部品点数の少ない光学素子が搭載された双方向受発光モジュールを提供することにある。

すなわち、請求項１に係る発明は、
送信信号光を出射するための発光素子と、この発光素子から出射された上記送信信号光が入射される光ファイバと、この光ファイバから出射された受信信号光が入射される受光素子と、上記発光素子と光ファイバ間の光路上でかつ上記受光素子と光ファイバ間の光路上の各要件を満たす位置に設けられた波長選択フィルタとを備え、上記発光素子から出射される送信信号光が光ファイバを介して送信されると共に、送信信号光とは異なる少なくとも１波長以上の受信信号光が上記光ファイバを介して受信される双方向受発光モジュールにおいて、
上記光ファイバ端面に接着され若しくは近接配置された反射型偏光子と、この反射型偏光子に一体的に配置され若しくは近接配置されたファラデー回転子と、上記発光素子と波長選択フィルタ間の光路上に配置されかつ発光素子から出射した送信信号光を通過できる向きに透過軸が合わせられている吸収型偏光子とで構成される光学素子を備え、かつ、上記反射型偏光子が送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を有していると共に、送信信号光は上記ファラデー回転子において偏光面が４５度回転させられ、反射型偏光子の透過軸はファラデー回転子で４５度回転させられた送信信号光の偏光面と合わせられており、上記波長選択フィルタは、送信信号光の波長を透過し受信信号光の波長を反射するか、または、送信信号光の波長を反射し受信信号光の波長を透過することを特徴とし、
請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係る双方向受発光モジュールにおいて、
上記吸収型偏光子と波長選択フィルタが貼り合わされて一体化していることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、
直線偏光性が高い半導体レーザにより構成されかつ送信信号光を出射するための発光素子と、この発光素子から出射された上記送信信号光が入射される光ファイバと、この光ファイバから出射された受信信号光が入射される受光素子と、上記発光素子と光ファイバ間の光路上でかつ上記受光素子と光ファイバ間の光路上の各要件を満たす位置に設けられた波長選択フィルタとを備え、上記発光素子から出射される送信信号光が光ファイバを介して送信されると共に、送信信号光とは異なる少なくとも１波長以上の受信信号光が上記光ファイバを介して受信される双方向受発光モジュールにおいて、
上記光ファイバ端面に接着され若しくは近接配置された反射型偏光子と、この反射型偏光子に一体的に配置され若しくは近接配置されたファラデー回転子とで構成されると共に上記発光素子と波長選択フィルタ間の光路上に吸収型偏光子が配置されていない光学素子を備え、かつ、上記反射型偏光子が送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を有していると共に、送信信号光は上記ファラデー回転子において偏光面が４５度回転させられ、反射型偏光子の透過軸はファラデー回転子で４５度回転させられた送信信号光の偏光面と合わせられており、上記波長選択フィルタは、送信信号光の波長を透過し受信信号光の波長を反射するか、または、送信信号光の波長を反射し受信信号光の波長を透過することを特徴とし、
請求項４に係る発明は、
請求項３に記載の発明に係る双方向受発光モジュールにおいて、
直線偏光性が３０ｄＢ以上の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）により上記発光素子が構成されていることを特徴とする。

更に、請求項５に係る発明は、
送信信号光を出射するための発光素子と、この発光素子から出射された上記送信信号光が入射される光ファイバと、この光ファイバから出射された受信信号光が入射される受光素子と、上記発光素子と光ファイバ間の光路上でかつ上記受光素子と光ファイバ間の光路上の各要件を満たす位置に設けられた波長選択フィルタとを備え、上記発光素子から出射される送信信号光が光ファイバを介して送信されると共に、送信信号光とは異なる少なくとも１波長以上の受信信号光が上記光ファイバを介して受信される双方向受発光モジュールにおいて、
上記波長選択フィルタが、発光素子から出射された送信信号光の波長については上記発光素子から出射された送信信号光と同じ向きの偏光は通過するが垂直な向きの偏光を反射し、受信信号光の波長については上記発光素子から出射された送信信号光と同じ向きの偏光および垂直な向きの偏光の両方を反射する偏光分離機能を有し、上記光ファイバ端面に接着され若しくは近接配置された反射型偏光子とこの反射型偏光子に一体的に配置され若しくは近接配置されたファラデー回転子とで構成されると共に上記発光素子と波長選択フィルタ間の光路上に吸収型偏光子が配置されていない光学素子を備え、上記反射型偏光子が送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を有しており、かつ、送信信号光は上記ファラデー回転子において偏光面が４５度回転させられ、反射型偏光子の透過軸はファラデー回転子で４５度回転させられた送信信号光の偏光面と合わせられており、更に、上記波長選択フィルタと受光素子間の光路上に受信信号光は透過するが送信信号光は遮断されるカットフィルタが設けられていることを特徴とする。

次に、請求項６に係る発明は、
請求項１、３または５に記載の発明に係る双方向受発光モジュールにおいて、
ファラデー回転子表面に上記反射型偏光子が直接形成されていることを特徴とし、
請求項７に係る発明は、
請求項５に記載の発明に係る双方向受発光モジュールにおいて、
送信信号光に対して偏光分離機能を有する上記波長選択フィルタの送信信号波長における偏光消光比が、少なくとも１０ｄＢ以上であることを特徴とし、
請求項８に係る発明は、
請求項１、３または５に記載の発明に係る双方向受発光モジュールにおいて、
上記反射型偏光子が、ナノインプリント法によって作製されたワイヤーグリッド型偏光子で構成されていることを特徴とし、
また、請求項９に係る発明は、
請求項１、３または５に記載の発明に係る双方向受発光モジュールにおいて、
上記ファラデー回転子の近傍に配置されてファラデー回転子を磁気的に飽和させる磁石が組み込まれていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明に係る双方向受発光モジュールによれば、
光学素子（光アイソレータ）を構成する２枚の偏光子の内の１枚を反射型偏光子とし、受信信号光に対して損失とはならない上記反射型偏光子とファラデー回転子をビーム径が小さくなる位置（すなわち光ファイバ端近傍）に配置しているため、反射型偏光子とファラデー回転子に必要な開口径が小さくて済む（例えば、開口径が０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の反射型偏光子とファラデー回転子を適用することが可能）ことから製造コストの低減が図れる。

また、請求項３に記載の発明に係る双方向受発光モジュールによれば、
直線偏光性が高い半導体レーザにより構成された発光素子の適用により上記吸収型偏光子が省略されるため、請求項１に係る双方向受発光モジュールと較べて部品点数を低減できる分、製造コストを更に低減することが可能となる。

更に、請求項５に記載の発明に係る双方向受発光モジュールによれば、
請求項１に係る双方向受発光モジュールと同様、受信信号光に対して損失とはならない反射型偏光子とファラデー回転子をビーム径が小さくなる位置（すなわち光ファイバ端近傍）に配置しているため、反射型偏光子とファラデー回転子に必要な開口径が小さくて済むことから製造コストの低減が図れ、かつ、上記発光素子から出射された送信信号光と同じ偏光は通過するが垂直な偏光は通過しない偏光分離機能を有する波長選択フィルタが適用されているため、請求項３に係る双方向受発光モジュールと同様、吸収型偏光子が省略されて部品点数を低減でき、製造コストを更に低減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

まず、第一の実施の形態に係る双方向受発光モジュールは、図１（Ａ）に示すように送信信号光を出射するための発光素子１と、この発光素子１から出射されかつ第一結合レンズ２で集光された上記送信信号光が入射される光ファイバ８と、この光ファイバ８から出射されかつ第二結合レンズ１０で集光された受信信号光が入射される受光素子９と、上記発光素子１と光ファイバ８間の光路上でかつ上記受光素子９光ファイバ８間の光路上の各要件を満たす位置に設けられた波長選択フィルタ４とを備え、発光素子１から出射される送信信号光が光ファイバ８を介して外部へ送信されると共に送信信号光とは異なる少なくとも１波長以上の受信信号光が光ファイバ８を介して受信されるようになっている。

また、この双方向受発光モジュールには、図１（Ｂ）に示すように光ファイバ８端面に接着され若しくは近接配置された反射型偏光子６と、この反射型偏光子６に一体的に配置され若しくは近接配置されたファラデー回転子５と、上記発光素子１と波長選択フィルタ４間の光路上に配置された吸収型偏光子３とで構成される光アイソレータが組み込まれている。

尚、上記反射型偏光子６は、送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を備えている必要があり、このような特性を有する偏光子として、自己クローニング法によって作製されたフォトニック結晶からなる偏光子（例えば、特許３２８８９７６号公報参照）や、ナノインプリント法によって作製されたワイヤーグリッド型偏光子（例えば、特表２００６−５１４７５１号公報参照）が例示される。

また、上述したように反射型偏光子６は光ファイバ８端面に接着され若しくは近接配置され、ファラデー回転子５は上記反射型偏光子６に一体的に配置され若しくは近接配置されている。この場合、ファラデー回転子５を反射型偏光子６に近接配置するより接着剤などを用いファラデー回転子５と反射型偏光子６を一体化して配置した方が好ましい。この理由は、ファラデー回転子５を近接配置するより、ファラデー回転子５と反射型偏光子６が一体化された光学素子を配置する方がモジュールの組立て作業を容易にでき、かつ、一体化された上記光学素子を送信信号光のビームが細く絞られた光ファイバ端面により接近させることができ、必要な開口径を小さくできるからである。

更に、上記反射型偏光子６については、ファラデー回転子を基板とし、このファラデー回転子表面に直接形成することも可能である。ファラデー回転子表面に反射型偏光子を直接形成した場合、反射型偏光子の基板が省略される分、ファラデー回転子と反射型偏光子の厚さ合計が薄くなってこれ等が光ファイバ端面により接近し、これ等ファラデー回転子と反射型偏光子の開口径を更に小さくすることが可能となる。

通常、ファラデー回転子と反射型偏光子を一体化した光学素子は、１０ｍｍ角程度のファラデー回転子と反射型偏光子を一体化したものを０．５ｍｍ角といった小片に切断することで作られる。この場合、一体化された光学素子の厚さ合計が薄い方が容易に切断できるため、小片に切断する際の歩留まりが高くなるという効果がある。

ここで、図１（Ａ）に示す双方向受発光モジュールにおいては、波長選択フィルタ４として、発光素子１からの送信信号光は透過するが、送信信号光とは波長の異なる受信信号光は反射するタイプの波長選択フィルタを適用しているが、発光素子１からの送信信号光は反射するが、送信信号光とは波長の異なる受信信号光は透過するタイプの波長選択フィルタを用いることも可能である。

また、図１（Ａ）に示す双方向受発光モジュールにおいては、ファラデー回転子５の近傍に配置され、ファラデー回転子５を磁気的に飽和させてその偏光面を４５度回転させる磁石７が組み込まれている（図１Ｂ参照）。しかし、外部磁場が無くても磁気的に飽和した状態を保持し続ける高保磁力型の磁性ガーネット膜をファラデー回転子に適用した場合には、上記磁石の組み込みが省略できる。

そして、図１（Ａ）に示す双方向受発光モジュールにおいて、発光素子１から出射した送信信号光は第一結合レンズ２で集光され、まず吸収型偏光子３を通過するが、吸収型偏光子３の透過軸は送信信号光が通過できる向きに合わせられている。次に、送信信号光は、波長選択フィルタ４を通過し、ファラデー回転子５において偏光面が４５度回転させられかつ反射型偏光子６を通過した後、光ファイバ８から双方向受発光モジュール外に送信される。当然のことながら、反射型偏光子６の透過軸はファラデー回転子で４５度回転させられた送信信号光の偏光面と合わせられている。

一方、双方向受発光モジュール外で反射されて戻ってきた送信信号光は、反射型偏光子６を通過したとしても、ファラデー回転子５により吸収型偏光子３の透過軸に垂直な向きに偏光面が回転させられてしまうため、吸収型偏光子３で遮断されて発光素子１に戻ることは無い。

ところで、一般の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）は直線偏光性が３０ｄＢ程度と極めて高く、これは半導体レーザ共振器内において発振光の偏光と垂直な偏光は利得が低く発振への寄与が低いことを意味している。このため、発光素子１の偏光と垂直な方向の光が仮に戻ってきた場合でも、平行な光が戻ってきた場合と較べて発振を不安定にする寄与は小さいと考えられる。このような理由から、図１（Ａ）に示す双方向受発光モジュールにおいて、吸収型偏光子３の組み込みが省略された上記反射型偏光子６とファラデー回転子５とで構成される光学素子においてもアイソレータとしてある程度機能すると考えられる。尚、反射型偏光子６とファラデー回転子５とで構成される光学素子を光ファイバ８端面に取り付ける際、光学素子を透過した戻り光における偏光の上記発光素子１から出射される直線偏光である送信信号光の偏光方向への射影成分が、発光素子１に戻り、発振を不安定にする場合があるため、反射型偏光子６とファラデー回転子５とで構成される上記光学素子における反射型偏光子６の向きを精度良く光ファイバ８端面に取り付ける必要がある。

次に、図１（Ａ）に示す双方向受発光モジュールにおいて上記反射型偏光子６は、送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を備えている。このため、双方向受発光モジュール外から送られてきた受信信号光は、上記反射型偏光子６が受信信号光に対しては単なる透明体として作用することからそのまま反射型偏光子６を通過し、ファラデー回転子５を経て波長選択フィルタ４に入射する。そして、受信信号光は波長選択フィルタ４で反射され、光路が９０度曲げられた後、第二結合レンズ１０で集光され、受光素子９に入射して信号が受信される。

また、図２（Ａ）（Ｂ）は、第一の実施の形態の変形例に係る双方向受発光モジュールを示している。この双方向受発光モジュールにおいては吸収型偏光子３と波長選択フィルタ４が貼り合わされて一体化している。このため、モジュール内に吸収型偏光子と波長選択フィルタを個別に組み込んだ図１（Ａ）に示す双方向受発光モジュールに較べ、モジュール内への組み込み作業が容易となり好ましい。

尚、図１（Ａ）と図２（Ａ）に示された双方向受発光モジュールにおいては、上記発光素子１から出射された送信信号光が第一結合レンズ２で集光され、また、光ファイバ８から出射された受信信号光が別の第二結合レンズ１０で集光される構造になっているが、上記第一結合レンズ２と第二結合レンズ１０の組み込みを省略して、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように波長選択フィルタ４と光ファイバ８間の光路上に配置した第三結合レンズ１２により送信信号光と受信信号光をそれぞれ集光させる構造にしてもよい。

次に、図４（Ａ）（Ｂ）は、図１（Ａ）に示された双方向受発光モジュールの波長選択フィルタ４について、発光素子１から出射される送信信号光に対する偏光分離機能を具備させることにより上記吸収型偏光子３の組み込みが省略された第二の実施の形態に係る双方向受発光モジュールを示している。

すなわち、この第二の実施の形態に係る双方向受発光モジュールは、図４（Ａ）に示すように送信信号光を出射するための発光素子１と、この発光素子１から出射されかつ第一結合レンズ２で集光された上記送信信号光が入射される光ファイバ８と、この光ファイバ８から出射されかつ第二結合レンズ１０で集光された受信信号光が入射される受光素子９と、上記発光素子１と光ファイバ８間の光路上でかつ上記受光素子９と光ファイバ８間の光路上の各要件を満たす位置に設けられると共に、発光素子１から出射された送信信号光と同じ偏光は通過するが垂直な偏光は通過しない偏光分離機能を有する波長選択フィルタ４と、この波長選択フィルタ４と受光素子９と間の光路上に設けられると共に受信信号光は透過するが送信信号光は遮断されるカットフィルタ１１とを備え、発光素子１から出射される送信信号光が光ファイバ８を介して外部へ送信されると共に送信信号光とは異なる少なくとも１波長以上の受信信号光が光ファイバ８を介して受信されるようになっている。

また、この双方向受発光モジュールには、図４（Ｂ）に示すように光ファイバ８端面に接着され若しくは近接配置された反射型偏光子６と、この反射型偏光子６に一体的に配置され若しくは近接配置されたファラデー回転子５とで構成される光学素子が組み込まれ、図４（Ａ）に示す偏光分離機能を有する波長選択フィルタ４と上記光学素子とを組み合わせることで光アイソレータを構成している。ここで、上記波長選択フィルタ４に偏光分離機能を付与するには誘電体多層膜の膜構成を工夫することで実現できる。尚、誘電体多層膜の膜構成により上記波長選択フィルタ４に偏光分離機能を付与させる場合、波長の異なる２つの光の内、波長が長い方の光に対して偏光子として機能するようにした方が、偏光子として機能する波長範囲を広くすることができるので好ましい。また、図１（Ａ）に示した双方向受発光モジュールの場合と同様、上記反射型偏光子６は、送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を備えている必要があり、このような特性を有する偏光子として、自己クローニング法によって作製されたフォトニック結晶からなる偏光子（例えば、特許３２８８９７６号公報参照）や、ナノインプリント法によって作製されたワイヤーグリッド型偏光子（例えば、特表２００６−５１４７５１号公報参照）が例示される。

また、反射型偏光子６は光ファイバ８端面に接着され若しくは近接配置され、ファラデー回転子５は上記反射型偏光子６に一体的に配置され若しくは近接配置されている。この場合、ファラデー回転子５を反射型偏光子６に近接配置するより接着剤などを用いファラデー回転子５と反射型偏光子６を一体化して配置した方が好ましい。この理由は、図１（Ａ）に示した双方向受発光モジュールの場合と同様、ファラデー回転子５を近接配置するより、ファラデー回転子５と反射型偏光子６が一体化された光学素子を配置する方がモジュールの組立て作業を容易にでき、かつ、一体化された上記光学素子を送信信号光のビームが細く絞られた光ファイバ端面により接近させることができ、必要な開口径を小さくできるからである。更に、上記反射型偏光子６については、ファラデー回転子５を基板とし、このファラデー回転子５表面に直接形成することも可能である。ファラデー回転子５の表面に反射型偏光子６を直接形成した場合、反射型偏光子６の基板が省略される分、ファラデー回転子５と反射型偏光子６の厚さ合計が薄くなってこれ等が光ファイバ８端面により接近し、これ等ファラデー回転子５と反射型偏光子６の開口径を更に小さくすることが可能となる。通常、ファラデー回転子５と反射型偏光子６を一体化した光学素子は、１０ｍｍ角程度のファラデー回転子５と反射型偏光子６を一体化したものを０．５ｍｍ角といった小片に切断することで作られる。この場合、一体化された光学素子の厚さ合計が薄い方が容易に切断できるため、小片に切断する際の歩留まりが高くなるという効果がある。

また、第二の実施の形態に係る双方向受発光モジュールにおいては、ファラデー回転子５の近傍に配置され、ファラデー回転子５を磁気的に飽和させてその偏光面を４５度回転させる磁石７が組み込まれている（図４Ｂ参照）。しかし、外部磁場が無くても磁気的に飽和した状態を保持し続ける高保磁力型の磁性ガーネット膜をファラデー回転子に適用した場合には、図１（Ａ）に示した双方向受発光モジュールの場合と同様、上記磁石の組み込みが省略できる。

そして、図４（Ａ）に示す双方向受発光モジュールにおいて、発光素子１から出射した送信信号光は、第一結合レンズ２で集光され、次に偏光分離機能を有する波長選択フィルタ４を通過し、ファラデー回転子５において偏光面が４５度回転させられかつ反射型偏光子６を通過した後、光ファイバ８から双方向受発光モジュール外に送信される。当然のことながら、反射型偏光子６の透過軸はファラデー回転子５で４５度回転させられた送信信号光の偏光面と合わせられている。

一方、双方向受発光モジュール外で反射されて戻ってきた送信信号光は、反射型偏光子６を通過したとしても、ファラデー回転子５により波長選択フィルタ４の送信信号光の偏光透過軸に垂直な向きに偏光面が回転させられてしまうため、波長選択フィルタ４の偏光分離機能により反射されて発光素子１に戻ることは無い。但し、波長選択フィルタ４で反射された送信信号光は受信信号光と同一光路を通って受光素子９に向かうため、波長選択フィルタ４と受光素子９と間の光路上に、受信信号光は透過するが送信信号光は遮断されるカットフィルタ１１が配置されており、双方向受発光モジュール外で反射されて戻ってきた送信信号光が受光素子９に入射するのを防止するようになっている。尚、このようなカットフィルタ１１として誘電体多層膜により構成されるミラーが使用できる。この誘電体多層膜により構成されるミラーが適用されたカットフィルタでは、送信信号光を反射することで送信信号光が受光素子に入射しないようにしていることから、カットフィルタで反射された送信信号光が元の光路を再び辿らないようにするには、上記カットフィルタを入射光に対して若干傾け、垂直入射しないようにするのが有効である。

また、図４（Ａ）に示す双方向受発光モジュールにおいて、上記反射型偏光子６は、送信信号光に対し偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を備えている。このため、双方向受発光モジュール外から送られてきた受信信号光は、上記反射型偏光子６が受信信号光に対しては単なる透明体として作用することからそのまま反射型偏光子６を通過し、ファラデー回転子５を経て、送信信号光に対して偏光分離機能を有する波長選択フィルタ４に入射する。そして、受信信号光は、上記波長選択フィルタ４で反射されて光路が９０度曲げられ、カットフィルタ１１を通過した後、第二結合レンズ１０で集光され、受光素子９に入射して信号が受信される。尚、図１（Ａ）に示された双方向受発光モジュールと同様、上記第一結合レンズ２と第二結合レンズ１０の組み込みを省略し、波長選択フィルタ４と光ファイバ８間の光路上に配置した第三結合レンズ（図示せず）により送信信号光と受信信号光をそれぞれ集光させる構造にしてもよい。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

実施例１に係る双方向受発光モジュールは、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように吸収型偏光子３と波長選択フィルタ４が貼り合わされて一体化されている。

また、発光素子１には、波長１３１０ｎｍの光信号を出射する分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）を用いた。

発光素子１から出射された１３１０ｎｍの直線偏光の送信信号光は、図５（Ａ）に示すように上記送信信号光を収束させる第一結合レンズ２を通して吸収型偏光子３に至る。この吸収型偏光子３は、発光素子１から出射された直線偏光の送信信号光が透過する方向に配置されている。このため、送信信号光が減衰することなく波長選択フィルタ４に至る。

波長選択フィルタ４には、波長１３１０ｎｍの送信信号光を透過するが、受信信号光である波長１４９０ｎｍは反射するフィルタを用いているため、送信信号光は波長選択フィルタ４を透過し、ファラデー回転子５に至る。

次に、送信信号光は、磁石７で磁気的に飽和した磁性ガーネット膜からなる上記ファラデー回転子５により偏光面が４５度回転し、反射型偏光子６に入射される。この反射型偏光子６は、予め吸収型偏光子３の透過軸に対して４５度透過軸をずらしており、ファラデー回転子５により偏光面が４５度回転した送信信号光は、反射型偏光子６の透過軸と一致するため、減衰することなく光ファイバ８を通りモジュール外に送信される。

尚、反射型偏光子６としては、ナノインプリント法によって作製されたワイヤーグリッド型偏光子を使用した。また、ファラデー回転子５に反射型偏光子６を直接形成させ、０．５ｍｍ角にカットした光学素子を使用し、光ファイバ８端面に光学素子の反射型偏光子６側を接着した。

次に、光ファイバ８の結合端面やその他不連続界面からの反射戻り光は、先ほどの順番とは逆方向に通る。図５（Ａ）に示すように、反射型偏光子６の透過軸方向の光だけが反射型偏光子６を通り、ファラデー回転子５に反射戻り光として入る。それ以外の光成分は、反射型偏光子６で反射して光ファイバ８に戻ってしまうが、予め光ファイバ８端面を６度以上傾けた構造にしておくことにより、この光信号は光ファイバ８を導波できず減衰してしまう。

ファラデー回転子５に戻った光信号は、偏光面が４５度回転させられるが、吸収型偏光子３の透過軸に対して直交するように偏光面が回転させられ、波長選択フィルタ４に戻る。次に、波長選択フィルタ４を通り、上記吸収型偏光子３に至るが、戻ってきた光信号は、吸収型偏光子３の透過軸に対して直交する光信号のため、吸収型偏光子３により吸収される。このため、反射戻り光の影響を受け易い分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）で構成される発光素子１には光信号が戻ってこないことになる。

ところで、吸収型偏光子３の組み込みを省略する場合には、反射型偏光子６とファラデー回転子５とで構成される光学素子を通って発光素子１へ戻ってくる光の偏光に関し、発光素子１から出射される直線偏光である送信信号光の偏光方向に垂直な方向に対して上記戻ってくる光の偏光のなす角が、＋／−５°程度以内になるように上記光学素子を配置することにより、発光素子１の発振を不安定にする戻り光を充分に抑制することができる。

今回使用した反射型偏光子６の特性を図６に示す。この反射型偏光子は、透過軸方位に垂直な方向の偏光が入射すると、図６のグラフ図において破線で示されているように波長１３１０ｎｍの光信号に対しては透過率が低く（ほぼ０％）、透過できずに反射してしまうが、波長１４９０ｎｍの光信号に対しては透過率が高く（ほぼ１００％）、反射されることなく透過する。反対に、透過軸方向に水平方向の偏光に対しては、図６のグラフ図において実線で示されているように、波長１３１０ｎｍの光に対しても、波長１４９０ｎｍの光に対しても透過率が高く（ほぼ１００％）、光信号は反射されることなく透過する。つまり、波長１３１０ｎｍの光に対しては反射型偏光子として作用するが、波長１４９０ｎｍの光に対しては偏光子として作用せず、単なる透明体である。従って、波長１４９０ｎｍの光信号を光ファイバから受信するときは、図５（Ｂ）に示すように光ファイバ８からどのような方位の偏光の波長１４９０ｎｍの光信号が入ってきても反射型偏光子６を透過し、ファラデー回転子５を経て波長選択フィルタ４に入る。波長選択フィルタ４に入射した波長１４９０ｎｍの光信号は、波長選択フィルタ４で反射され、第二結合レンズ１０を通り、受光素子９に入る。

このように光アイソレータを構成する２つの偏光子とファラデー回転子の内、ファラデー回転子と反射型偏光子を光ファイバ端面に配置することで、小型の光アイソレータの機能を有し、かつ、双方向受発光モジュールの機能を具備させることができる。

尚、実施例１の双方向受発光モジュールについて各部品のみの位置関係を概略図によって説明したが、各部品は樹脂または金属製のパッケージに収納されて双方向受発光モジュールを構成している。その際、発光素子はパッケージに収納され、光ファイバはパッケージに接合されているものである。

実施例２に係る双方向受発光モジュールは、発光素子１に波長１４９０ｎｍの光信号を出射する分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）を用いた。

発光素子１から出射された１４９０ｎｍの直線偏光の送信信号光は、図７（Ａ）に示すように送信信号光を収束させる第一結合レンズ２を通過して、送信信号に対し偏光分離機能を有する波長選択フィルタ４に至る。

波長選択フィルタ４には、発光素子１から出射された波長１４９０ｎｍの直線偏光の送信信号光は透過するが、この直線偏光と直交する直線偏光および受信信号光である波長１３１０ｎｍの光は反射する誘電体多層膜フィルタを用いているため、送信信号光は波長選択フィルタ４を透過しファラデー回転子５に至る。

次に、送信信号光は、磁石７で磁気的に飽和した磁性ガーネット膜からなる上記ファラデー回転子５により偏光面が４５度回転し、反射型偏光子６に入射される。この反射型偏光子６は、予め波長選択フィルタ４の送信信号光の偏光透過軸に対して４５度透過軸をずらしており、ファラデー回転子５により偏光面が４５度回転した送信信号光は、反射型偏光子６の透過軸と一致するため、減衰することなく光ファイバ８を通りモジュール外に送信される。

次に、光ファイバ８の結合端面やその他不連続界面からの送信信号の反射戻り光は、先ほどの順番とは逆方向に通る。図７（Ａ）に示すように、反射型偏光子６の透過軸方向の光だけが反射型偏光子６を通り、ファラデー回転子５に反射戻り光として入る。それ以外の光成分は、反射型偏光子６で反射して光ファイバ８に戻ってしまうが、予め光ファイバ８端面を６度以上傾けた構造にしておくことにより、この光信号は光ファイバ８を導波できず減衰してしまう。

ファラデー回転子５に戻った光信号はその偏光面が４５度回転させられるが、波長選択フィルタ４の送信信号光における偏光透過軸に対し直交するように偏光面が回転させられるので、波長選択フィルタ４により反射される。このため、反射戻り光の影響を受け易い分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）で構成される発光素子１には光信号が戻ってこないことになる。尚、波長選択フィルタ４で反射された送信信号光は、受信信号光と同一光路を通って受光素子９へ向かうが、受光素子９の手前に配置されたカットフィルタ１１により遮断されるため受光素子９に入射することはない。

本実施例で使用した反射型偏光子６の特性を図８に示す。この反射型偏光子６は、透過軸方位に垂直な方向の偏光が入射すると、図８のグラフ図において実線で示されているように波長１４９０ｎｍの光信号に対しては透過率が低く（ほぼ０％）、透過できずに反射してしまうが、波長１３１０ｎｍの光信号に対しては透過率が高く（ほぼ１００％）、反射されることなく透過する。反対に、透過軸方向に水平方向の偏光に対しては、図８のグラフ図において破線で示されているように、波長１４９０ｎｍの光に対しても、波長１３１０ｎｍの光に対しても透過率が高く（ほぼ１００％）、光信号は反射されることなく透過する。すなわち、波長１４９０ｎｍの光に対しては反射型偏光子として作用するが、波長１３１０ｎｍの光に対しては偏光子として作用せず、単なる透明体である。従って、波長１３１０ｎｍの光信号を光ファイバから受信するときは、図７（Ｂ）に示すように光ファイバ８からどのような方位の偏光の波長１３１０ｎｍの光信号が入ってきても反射型偏光子６を透過し、ファラデー回転子５を経て波長選択フィルタ４に入る。波長選択フィルタ４に入射した波長１３１０ｎｍの光信号は、波長選択フィルタ４で反射され、カットフィルタ１１と第二結合レンズ１０を通り、受光素子９に入る。

今回使用した波長選択フィルタ４の特性を図９に示す。波長１３１０ｎｍに対してはＰ偏光、Ｓ偏光ともほぼ完全に反射するが、波長１４９０ｎｍに対してＳ偏光はほぼ完全に反射するが、Ｐ偏光に関してはほぼ完全に通過し、偏光子として機能していることがわかる。尚、波長選択フィルタのガラス基板の反対面には、波長１４９０ｎｍ用の無反射コートが施されている。また、実施例２で使用した波長選択フィルタの送信信号光に対する偏光消光比は３０ｄＢ以上であったが、実際の双方向受発光モジュールでは偏光消光比が１０ｄＢ以上あれば光アイソレータとして充分に機能する。

このように光アイソレータを構成する２つの偏光子とファラデー回転子の内、ファラデー回転子と波長特性を持つ反射型偏光子を光ファイバ端面に配置し、もう一つの偏光子の機能を波長選択フィルタに持たせることにより、小型の光アイソレータの機能を有しかつ双方向受発光モジュールの機能を具備させることができる。

尚、実施例２の双方向受発光モジュールについても各部品のみの位置関係を概略図によって説明したが、各部品は樹脂または金属製のパッケージに収納されて双方向受発光モジュールを構成している。その際、発光素子はパッケージに収納され、光ファイバはパッケージに接合されているものである。

本発明に係る双方向受発光モジュールは、従来のモジュールと較べて製造コストの低減が図れるため産業上の利用可能性を有している。

図１（Ａ）は第一の実施の形態に係る双方向受発光モジュールの概略構成説明図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の部分拡大図。図２（Ａ）は第一の実施の形態の変形例に係る双方向受発光モジュールの概略構成説明図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の部分拡大図。図３（Ａ）は第一の実施の形態の別の変形例に係る双方向受発光モジュールの概略構成説明図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の部分拡大図。図４（Ａ）は第二の実施の形態に係る双方向受発光モジュールの概略構成説明図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の部分拡大図。図５（Ａ）（Ｂ）は実施例１に係る双方向受発光モジュールの概略構成説明図。実施例１に係る双方向受発光モジュールに組み込まれた反射型偏光子の透過率と波長依存性を示すグラフ図。図７（Ａ）（Ｂ）は実施例２に係る双方向受発光モジュールの概略構成説明図。実施例２に係る双方向受発光モジュールに組み込まれた反射型偏光子の透過率と波長依存性を示すグラフ図。実施例２に係る双方向受発光モジュールに組み込まれた波長選択フィルタの反射率の波長依存性および偏光依存性を示すグラフ図。従来例に係る双方向受発光モジュールの概略構成説明図。

符号の説明

１：発光素子
２：第一結合レンズ
３：吸収型偏光子
４：波長選択フィルタ
５：ファラデー回転子
６：反射型偏光子
７：磁石
８：光ファイバ
９：受光素子
１０：第二結合レンズ
１１：カットフィルタ
１２：第三結合レンズ
１０１：発光素子
１０２：第一結合レンズ
１０３：波長選択フィルタ
１０４：偏光子
１０５：ファラデー回転子
１０６：検光子
１０７：磁石
１０８：光ファイバ
１０９：受光素子
１１０：第二結合レンズ

Claims

送信信号光を出射するための発光素子と、この発光素子から出射された上記送信信号光が入射される光ファイバと、この光ファイバから出射された受信信号光が入射される受光素子と、上記発光素子と光ファイバ間の光路上でかつ上記受光素子と光ファイバ間の光路上の各要件を満たす位置に設けられた波長選択フィルタとを備え、上記発光素子から出射される送信信号光が光ファイバを介して送信されると共に、送信信号光とは異なる少なくとも１波長以上の受信信号光が上記光ファイバを介して受信される双方向受発光モジュールにおいて、
上記光ファイバ端面に接着され若しくは近接配置された反射型偏光子と、この反射型偏光子に一体的に配置され若しくは近接配置されたファラデー回転子と、上記発光素子と波長選択フィルタ間の光路上に配置されかつ発光素子から出射した送信信号光を通過できる向きに透過軸が合わせられている吸収型偏光子とで構成される光学素子を備え、かつ、上記反射型偏光子が送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を有していると共に、送信信号光は上記ファラデー回転子において偏光面が４５度回転させられ、反射型偏光子の透過軸はファラデー回転子で４５度回転させられた送信信号光の偏光面と合わせられており、上記波長選択フィルタは、送信信号光の波長を透過し受信信号光の波長を反射するか、または、送信信号光の波長を反射し受信信号光の波長を透過することを特徴とする双方向受発光モジュール。
上記吸収型偏光子と波長選択フィルタが貼り合わされて一体化していることを特徴とする請求項１に記載の双方向受発光モジュール。
直線偏光性が高い半導体レーザにより構成されかつ送信信号光を出射するための発光素子と、この発光素子から出射された上記送信信号光が入射される光ファイバと、この光ファイバから出射された受信信号光が入射される受光素子と、上記発光素子と光ファイバ間の光路上でかつ上記受光素子と光ファイバ間の光路上の各要件を満たす位置に設けられた波長選択フィルタとを備え、上記発光素子から出射される送信信号光が光ファイバを介して送信されると共に、送信信号光とは異なる少なくとも１波長以上の受信信号光が上記光ファイバを介して受信される双方向受発光モジュールにおいて、
上記光ファイバ端面に接着され若しくは近接配置された反射型偏光子と、この反射型偏光子に一体的に配置され若しくは近接配置されたファラデー回転子とで構成されると共に上記発光素子と波長選択フィルタ間の光路上に吸収型偏光子が配置されていない光学素子を備え、かつ、上記反射型偏光子が送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を有していると共に、送信信号光は上記ファラデー回転子において偏光面が４５度回転させられ、反射型偏光子の透過軸はファラデー回転子で４５度回転させられた送信信号光の偏光面と合わせられており、上記波長選択フィルタは、送信信号光の波長を透過し受信信号光の波長を反射するか、または、送信信号光の波長を反射し受信信号光の波長を透過することを特徴とする双方向受発光モジュール。
直線偏光性が３０ｄＢ以上の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）により上記発光素子が構成されていることを特徴とする請求項３に記載の双方向受発光モジュール。
送信信号光を出射するための発光素子と、この発光素子から出射された上記送信信号光が入射される光ファイバと、この光ファイバから出射された受信信号光が入射される受光素子と、上記発光素子と光ファイバ間の光路上でかつ上記受光素子と光ファイバ間の光路上の各要件を満たす位置に設けられた波長選択フィルタとを備え、上記発光素子から出射される送信信号光が光ファイバを介して送信されると共に、送信信号光とは異なる少なくとも１波長以上の受信信号光が上記光ファイバを介して受信される双方向受発光モジュールにおいて、
上記波長選択フィルタが、発光素子から出射された送信信号光の波長については上記発光素子から出射された送信信号光と同じ向きの偏光は通過するが垂直な向きの偏光を反射し、受信信号光の波長については上記発光素子から出射された送信信号光と同じ向きの偏光および垂直な向きの偏光の両方を反射する偏光分離機能を有し、上記光ファイバ端面に接着され若しくは近接配置された反射型偏光子とこの反射型偏光子に一体的に配置され若しくは近接配置されたファラデー回転子とで構成されると共に上記発光素子と波長選択フィルタ間の光路上に吸収型偏光子が配置されていない光学素子を備え、上記反射型偏光子が送信信号光に対しては偏光子として機能するが受信信号光に対しては偏光子として機能しない波長依存性を有しており、かつ、送信信号光は上記ファラデー回転子において偏光面が４５度回転させられ、反射型偏光子の透過軸はファラデー回転子で４５度回転させられた送信信号光の偏光面と合わせられており、更に、上記波長選択フィルタと受光素子間の光路上に受信信号光は透過するが送信信号光は遮断されるカットフィルタが設けられていることを特徴とする双方向受発光モジュール。
ファラデー回転子表面に上記反射型偏光子が直接形成されていることを特徴とする請求項１、３または５に記載の双方向受発光モジュール。
送信信号光に対して偏光分離機能を有する上記波長選択フィルタの送信信号波長における偏光消光比が、少なくとも１０ｄＢ以上であることを特徴とする請求項５に記載の双方向受発光モジュール。
上記反射型偏光子が、ナノインプリント法によって作製されたワイヤーグリッド型偏光子で構成されていることを特徴とする請求項１、３または５に記載の双方向受発光モジュール。
上記ファラデー回転子の近傍に配置されてファラデー回転子を磁気的に飽和させる磁石が組み込まれていることを特徴とする請求項１、３または５に記載の双方向受発光モジュール。