WO2016016915A1 - Optical module and manufacturing method therefor - Google Patents
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- WO2016016915A1 WO2016016915A1 PCT/JP2014/004033 JP2014004033W WO2016016915A1 WO 2016016915 A1 WO2016016915 A1 WO 2016016915A1 JP 2014004033 W JP2014004033 W JP 2014004033W WO 2016016915 A1 WO2016016915 A1 WO 2016016915A1
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
Definitions
- the present invention relates to an optical module and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a reception front end module compatible with a digital coherent system and a manufacturing method thereof.
- an optical module for demodulation corresponding to the optical phase modulation method that is, the PQPSK transmission method and the DP-QPSK transmission method has been developed.
- an integrated coherent receiver ICR (Integrated Coherent Receiver)
- ICR integrated Coherent Receiver
- FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a configuration of an optical module 100 compatible with a conventional digital coherent method.
- 1A is a top perspective view of the optical module 100
- FIG. 1B is a side perspective view of the optical module 100.
- the optical module 100 is an ICR compatible with a digital coherent method (see Patent Document 1).
- the optical module 100 includes a housing unit 101, a lid 150, a single mode fiber 111 that makes signal light incident on the optical module 100, a polarization-maintaining fiber 112 that makes local light incident on the optical module 100, and a single mode fiber. 111 and a fiber block 113 that holds the polarization-maintaining fiber 112.
- the optical module 100 is connected to the fiber block 113 and has an optical signal processing circuit 120 configured by a planar optical waveguide circuit, and a lens 131 that collects the first output signal light emitted from the optical signal processing circuit 120. And a lens 132 that condenses the second output signal light emitted from the optical signal processing circuit 120, and converts the first and second output signal lights collected by the lenses 131 and 132 into electric signals, respectively. And a photoelectric conversion unit 140.
- the housing unit 101 and the lid 150 package the fiber block 113, the optical signal processing circuit 120, the lenses 131 and 132, and the photoelectric conversion unit 140.
- the photoelectric conversion unit 140 receives a photodiode 141 that receives the first output signal light from the lens 131, a photodiode 142 that receives the second output signal light from the lens 132, and an output voltage from the photodiode 141.
- An amplifier 143 for amplifying and an amplifier 144 for amplifying the output voltage from the photodiode 142 are provided.
- the optical signal processing circuit 120 performs signal processing on the incident signal light and the local transmission light, converts the phase difference between the signal light and the local transmission light into the light intensity of the output signal light of the optical signal processing circuit 120, and outputs the phase A polarization multiplexing hybrid circuit (DPOH: Dual Polarization Optical Hybrid) that generates a plurality of different output signal lights is used.
- DPOH Dual Polarization Optical Hybrid
- the signal light propagating through the single mode fiber 111 is incident on the signal light incident waveguide 121 of the optical signal processing circuit 120, and the locally transmitted light propagating through the polarization-maintaining fiber 112 is the optical signal processing circuit 120.
- the signal light and the locally transmitted light incident on the optical signal processing circuit 120 are subjected to signal processing in the optical signal processing circuit 120, and the phase difference between the signal light and the locally transmitted light is the output signal light of the optical signal processing circuit 120. It is converted into light intensity and converted into first output signal light and second output signal light having different phases.
- the first output signal light subjected to signal processing by the optical signal processing circuit 120 is received by the photodiode 141 of the photoelectric conversion unit 140 via the lens 131 and converted into an electric signal. Further, the second output signal light that has been subjected to signal processing by the optical signal processing circuit is received by the photodiode 142 of the photoelectric conversion unit 140 via the lens 132 and converted into an electrical signal.
- the single mode fiber 111 and the polarization plane holding fiber 112 are arrayed at a predetermined pitch and are connected to the optical module 100.
- the single mode fiber 111 and the polarization plane holding fiber 112 are held at a predetermined pitch by a fiber block 113 covered with glass, and are connected to the optical signal processing circuit 120 by a UV adhesive or the like. .
- the fiber block 113 In order to stably hold the single mode fiber 111 and the polarization plane holding fiber 112 having a predetermined length, the fiber block 113 needs to have high rigidity. However, the fiber block 113 increases in size when the rigidity is increased. As a result of the increase in size of the fiber block 113, there is a problem that the optical module 100 itself is also increased in size.
- the optical coupling between the single mode fiber 111 and the signal light incident waveguide 121 of the optical signal processing circuit 120, and the locally transmitted light incident waveguide 122 of the polarization plane holding fiber 112 and the optical signal processing circuit 120 are used. Are respectively coupled by bad coupling.
- the mode field diameter of the single mode fiber 111 and the signal light incident waveguide 121 of the optical signal processing circuit 120 are It is necessary to match the mode field diameter.
- the mode field diameter of the polarization-maintaining fiber 112 and the locally transmitted light incident guide It is necessary to match the mode field diameter of the waveguide 122.
- the optical module 100 needs to perform spot size conversion on the mode field diameters of the signal light incident waveguide 121 and the locally transmitted light incident waveguide 122 to match the mode field diameters of the single mode fiber 111 and the polarization-maintaining fiber 112, respectively. is there.
- the mode field diameters of the signal light incident waveguide 121 and the locally transmitted light incident waveguide 122 it is difficult to make the mode field diameters of the signal light incident waveguide 121 and the locally transmitted light incident waveguide 122 exactly match the mode field diameters of the single mode fiber 111 and the polarization-maintaining fiber 112, resulting in an increase in cost. It was also a factor. In addition, manufacturing errors may occur. Therefore, there are subtle differences between the mode field diameters of the signal light incident waveguide 121 and the locally transmitted light incident waveguide 122 and the mode field diameters of the single mode fiber 111 and the polarization-maintaining fiber 112, respectively. There was a problem that the coupling loss increased.
- the single mode fiber 111 and the polarization-maintaining fiber 112 are arrayed via the fiber block 113, and an array pitch shift is unavoidable due to manufacturing errors of the fiber block 113. Due to the deviation of the array pitch, a difference occurs between the pitch of the single mode fiber 111 and the polarization-maintaining fiber 112, and the pitch of the signal light incident waveguide 121 and the locally transmitted light incident waveguide 122 of the optical signal processing circuit 120. There has been a problem that variation occurs in the optical coupling efficiency between light and locally transmitted light.
- One aspect of the present invention is an optical module, wherein a single mode fiber that propagates signal light, a polarization-maintaining fiber that propagates locally transmitted light, the signal light is incident from the single-mode fiber, and the polarization plane
- the local transmission light is incident from a holding fiber, and is connected to the incident side end face of the optical signal processing circuit, an optical signal processing circuit that generates an output signal light by processing the signal light and the local transmission light, A first signal light incident side lens that transmits the signal light; and a first local light incident side lens that is connected to an incident side end face of the optical signal processing circuit and transmits the local transmitted light.
- the signal light is imaged on a connection surface of the first signal light incident side lens with the signal processing circuit, and the local portion is formed on the connection surface of the first local light incident side lens with the signal processing circuit.
- Outgoing light The position where the signal light is imaged and the signal light is imaged is located at the end face of the signal light incident waveguide of the optical signal processing circuit on the connection surface of the first signal light incident side lens with the signal processing circuit.
- the position at which the locally transmitted light is imaged is determined by the local transmitted light incident guide of the optical signal processing circuit on the connection surface of the first locally transmitted light incident side lens with the signal processing circuit. It is a portion where the end face of the waveguide is located.
- FIGS. 1 is a top perspective view showing the structure of the conventional optical module. It is a side perspective view which shows the structure of the conventional optical module.
- 1 is a top perspective view showing a configuration of an optical module according to an embodiment of the present invention. It is a side perspective view showing the composition of the optical module concerning one embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the 1st signal light incident side lens. It is a figure which shows the optical signal path
- 2A and 2B to the second signal light incident side lens or the second local oscillation light incident side lens, and the first signal light incident side
- 2A and 2B the imaging beam spot on the optical signal processing circuit connecting surface of the first signal light incident side lens or the optical signal processing circuit connecting surface of the first local light incident side lens in the optical module shown in FIGS.
- It is a figure which shows light intensity in three dimensions.
- FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a configuration of an optical module 200 according to one embodiment of the present invention.
- 2A is a top perspective view of the optical module 200
- FIG. 2B is a side perspective view of the optical module 200.
- the optical module 200 is an ICR that supports a digital coherent method.
- the optical module 200 includes a casing unit 201, a lid 250, a single mode fiber 211 that makes signal light incident on the optical module 200, a polarization plane holding fiber 212 that makes local light incident on the optical module 200, and a single mode fiber.
- a fiber holder 213 that connects 211 to the casing 201 and a fiber holder 214 that connects the polarization-maintaining fiber 212 to the casing 201 are provided.
- the optical module 200 includes a planar optical waveguide circuit, and an optical signal processing circuit 220 that performs signal processing of signal light from the single mode fiber 211 and local transmission light from the polarization plane holding fiber 212, and an optical signal processing circuit 220.
- a photoelectric conversion unit 240 that converts the first and second output signal lights collected by the H.232 into electric signals.
- a first signal light incident side lens 251 having a plano-convex shape is connected to a portion of the incident side end surface 223 of the optical signal processing circuit 220 where the signal light incident waveguide 221 is disposed.
- a plano-convex first local transmission light incident side lens 252 is connected to a portion where the waveguide 222 is disposed.
- a second signal light incident side lens 253 is provided on the light exit side of the single mode fiber 211 in the fiber holder 213, and a second light beam on the light exit side of the polarization plane holding fiber 212 in the fiber holder 214. Is provided with a lens 254 of the local transmission light incident side.
- the first signal light incident side lens 251 and the second signal light incident side lens 253 convert the signal light emitted from the single mode fiber 211 into the first signal light incident side lens 251 and the second signal light incident side.
- an imaging beam spot is formed at one point where the signal light incident waveguide 221 is disposed on the incident side end face 223 via the side lens 253, that is, a confocal system is configured.
- the first locally transmitted light incident side lens 252 and the second locally transmitted light incident side lens 254 also convert the locally transmitted light emitted from the polarization plane holding fiber 212 into the first locally transmitted light incident side lens.
- An imaging beam spot is formed at one point where the local transmission light incident waveguide 222 of the incident side end surface 223 is disposed via the 252 and the second local transmission light incident side lens 254, that is, a confocal system is formed. Ideally. However, there is no problem even if it is a pseudo-confocal system with high coupling efficiency and a low manufacturing tolerance at the time of manufacturing the module.
- the second signal light incident side lens 253 and the second local transmitted light incident side lens 254 can convert the signal light from the single mode fiber 211 and the local transmitted light from the polarization plane holding fiber 212 into parallel light. If so, the shape is not particularly limited.
- the casing unit 201 and the lid 250 include an optical signal processing circuit 220, a first signal light incident side lens 251, a first local transmission light incident side lens 252, output lenses 231 and 232, and photoelectric conversion.
- the part 240 is packaged.
- the single mode fiber 211 and the polarization plane holding fiber 212 are not arrayed and are independently connected to the casing unit 201.
- the single mode fiber 211 is connected to the housing 201 via a fiber holder 213 by spot welding such as YAG laser welding.
- the polarization-maintaining fiber 212 is connected to the housing 201 via a fiber holder 214 by spot welding such as YAG laser welding.
- the photoelectric conversion unit 240 receives the first output signal light emitted from the optical signal processing circuit 220 via the emission side lens 231 and emits from the optical signal processing circuit 220 via the output side lens 232.
- a photodiode 242 that receives the second output signal light, an amplifier 243 that amplifies the output voltage from the photodiode 241, and an amplifier 244 that amplifies the output voltage from the photodiode 242.
- the optical signal processing circuit 220 performs signal processing on the incident signal light and the local transmission light, and determines the phase difference between the signal light and the local transmission light as the output signal light of the optical signal processing circuit 220.
- a polarization multiplexing hybrid circuit (DPOH: Dual Polarization Optical Hybrid) that converts into intensity and generates a plurality of output signal lights having different phases is used.
- the signal light propagating through the single mode fiber 211 is incident on the signal light incident waveguide 221 of the optical signal processing circuit 220, and the locally transmitted light propagating through the polarization-maintaining fiber 212 is the optical signal processing circuit 220.
- the signal light and the locally transmitted light incident on the optical signal processing circuit 220 are subjected to signal processing in the optical signal processing circuit 220, and the phase difference between the signal light and the locally transmitted light is the output signal light of the optical signal processing circuit 220. It is converted into light intensity and converted into first output signal light and second output signal light having different phases.
- the first output signal light subjected to signal processing by the optical signal processing circuit 220 is received by the photodiode 241 of the photoelectric conversion unit 240 via the emission side lens 231 and converted into an electric signal.
- the second output signal light that has been subjected to signal processing by the optical signal processing circuit 220 is received by the photodiode 242 of the photoelectric conversion unit 240 via the emission side lens 232 and converted into an electrical signal.
- the optical module 200 has a configuration in which the signal light from the single mode fiber 211 enters the optical signal processing circuit 220 via the second signal light incident side lens 253 and the first signal light incident side lens 251.
- the optical module 200 transmits the locally transmitted light from the polarization plane holding fiber 212 to the optical signal processing circuit 220 via the second locally transmitted light incident side lens 254 and the first locally transmitted light incident side lens 252. It is the structure which injects. Therefore, the optical module 200 does not need to be provided with a fiber block for directly connecting an optical fiber to the optical signal processing circuit, the area of the housing 201 can be greatly reduced, and the miniaturization of the optical module can be realized. .
- a fiber block having a length of 6 mm is used, but the first optical module 200 according to the present embodiment shown in FIGS. 2A and 2B is used. Since the length of the signal light incident side lens is 1 mm, the module length can be reduced by 5 mm.
- the optical signal processing circuit 220 of the optical module 200 is connected to small lenses (the first signal light incident side lens 251 and the first locally transmitted light incident side lens 252) instead of a large fiber block. . Therefore, the load stress at the time of vibration impact in the height direction of the connection portion between the optical signal processing circuit 220 and the first signal light incident side lenses 251 and 252 is when a large fiber block is connected to the optical signal processing circuit 220. And the reliability of the optical module is improved.
- the optical module 200 has a configuration in which the single mode fiber 211 and the polarization plane holding fiber 212 are not arrayed but are held independently by the fiber holders 213 and 214 and fixed to the casing 201. Accordingly, the single mode fiber 211 and the polarization plane holding fiber 212 can be optically coupled and aligned independently.
- the image formation of the signal light on the incident side end face 223 of the optical signal processing circuit 220 is performed by adjusting the spatial distance (working distance) between the single mode fiber 211 and the second signal incident side lens 253.
- the shape of the beam spot can be converted into a shape that matches the mode field diameter of the signal light incident waveguide 221.
- the shape of the imaging beam spot of the locally transmitted light on the incident side end surface 223 is changed to the locally transmitted light incident guide. It can be converted into a shape that matches the mode field diameter of the waveguide 222.
- optical coupling alignment in the x-axis direction can be performed.
- optical coupling alignment in the y-axis and z-axis directions can be performed.
- the fiber block 113 is connected and fixed to the optical signal processing circuit 120 using a polymer material such as a UV adhesive, but the connection strength is maintained. Therefore, the connection area between the optical signal processing circuit 120 and the fiber block 113 has to be widened. Therefore, a large amount of UV adhesive was required.
- the fiber block is not connected to the optical signal processing circuit 220, and only small lenses (the first signal light incident side lens 251 and the first local oscillation light incident side lens 252) are connected. Since the first signal light incident side lens 251 and the first locally transmitted light incident side lens 252 are smaller than the fiber block 113 shown in FIGS.
- connection area with the optical signal processing circuit 220 is as shown in FIG. It is smaller than the connection area between the fiber block 113 and the optical signal processing circuit 120 shown in 1A and 1B. Therefore, the amount of UV adhesive used can be greatly reduced. Therefore, the outgas and the amount of moisture released from the UV adhesive are greatly reduced, and it becomes possible to provide a highly reliable optical module.
- FIG. 3 is a perspective view showing the first signal light incident side lens 251.
- the first signal light incident side lens 251 includes an incident side end surface 310 and an emission side end surface 320.
- the incident side end surface 310 includes a parallel light incident surface 311 formed in a convex shape.
- the emission side end surface 320 includes an optical signal processing circuit connection surface 321 connected to the optical signal processing circuit 220.
- the first local light incident side lens 252 has the same configuration as the first signal light incident side lens 251.
- the first signal light incident side lens 251 is made of glass or the like.
- the parallel light incident surface 311 condenses the signal light converted into the parallel light from the second signal light incident side lens 253 and forms an image on the optical signal processing circuit connection surface 321.
- the size of the parallel light incident surface 311 is set to about three times the parallel light flux of the signal light that is not affected by diffraction.
- the optical signal processing circuit connection surface 321 is inclined by a predetermined angle with respect to the light guiding direction. Further, in order to connect the optical signal processing circuit connection surface 321 to the incident side end surface 223 of the optical signal processing circuit 220 without any gap, the incident side end surface 223 of the optical signal processing circuit 220 is also the same as the optical signal processing circuit connection surface 321. It is inclined by the angle of. The connection is fixed with an adhesive or the like.
- the optical signal processing circuit connection surface 321 and the incident-side end surface 223 are preferably yz planes of FIGS. 2A and 2B from the viewpoint of ease of manufacturing the optical signal processing circuit 220 and the first signal light incident-side lens 251. However, it is preferable that the surface is inclined by about 8 degrees in the light guiding direction.
- the optical return loss (ORL: Optical Return Loss) is 40 dB or more can be secured.
- the optical signal processing circuit connection surface 321 and the incident side end surface 223 of the optical signal processing circuit 220 are inclined at the same angle and are connected without a gap. Therefore, the light field angle of the signal light collected by the first signal light incident side lens 251 is the same as the light beam angle of the signal light incident end face of the signal light incident waveguide 221 of the optical signal processing circuit 220. It propagates to the signal light incident waveguide 221 of the optical signal processing circuit 220 without causing any coupling loss.
- the first signal light incident side lens 251 and the incident side end surface 223 of the optical signal processing circuit 220 have a predetermined inclination, light reflection as a noise source is suppressed, and the light reflection resistance of the optical module 200 is improved. .
- FIG. 4 is a diagram showing an optical signal path from the single mode fiber 211 or the polarization plane holding fiber 212 to the optical signal processing circuit 220 in the optical module 200 shown in FIGS. 2A and 2B.
- the signal light emitted from the single mode fiber 211 enters the second signal light incident side lens 253 at a predetermined radiation angle.
- the signal light incident on the second signal light incident side lens 253 is converted into parallel light and incident on the first signal light incident side lens 251.
- the signal light incident on the first signal light incident side lens 251 is at a portion where the signal light incident end surface of the signal light incident path waveguide 221 of the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first signal light incident side lens 251 is located. Form an image.
- the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first signal light incident side lens 251 and the signal light incident end surface of the signal light incident waveguide 221 of the optical signal processing circuit 220 are connected, and the signal light is subjected to optical signal processing.
- the optical signal is coupled to the signal light incident waveguide 221 of the circuit 220 and propagates through the optical signal processing circuit 220.
- the locally transmitted light emitted from the polarization-maintaining fiber 212 is incident on the second locally transmitted light incident side lens 254 at a predetermined radiation angle.
- the locally transmitted light that has entered the second locally transmitted light incident side lens 254 is converted into parallel light and is incident on the first locally transmitted light incident side lens 252.
- the local transmitted light incident on the first local transmitted light incident side lens 252 is the local transmitted light incident end surface of the local transmitted light incident path waveguide 222 of the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first local transmitted light incident side lens 252.
- An image is formed at a portion where is located.
- the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first local transmission light incident side lens 252 and the local transmission light incident end surface of the local transmission light incident waveguide 222 of the optical signal processing circuit 220 are connected, and the signal light is
- the optical signal processing circuit 220 propagates through the optical signal processing circuit 220 by being optically coupled with the locally transmitted light incident waveguide 222.
- the end face of the single mode fiber 211 is inclined with respect to the light guiding direction at a predetermined angle, and light reflection that becomes a noise source is suppressed. Further, the end face of the polarization-maintaining fiber 212 is inclined at a predetermined angle with respect to the light guiding direction, and light reflection that becomes a noise source is suppressed.
- the optical module 200 includes the first signal light incident side lens 251 and the first local light incident side lens 252 and the second signal so that the signal light and the locally transmitted light enter the optical signal processing circuit 220.
- the light incident side lens 253 and the second locally transmitted light incident side lens 254 are used.
- the imaging beam spot size of the signal light on the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first signal light incident side lens 251 is adjusted to a desired size by setting the lens coupling magnification. Can do.
- the imaging beam spot size of the locally transmitted light on the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first locally transmitted light incident side lens 252 can be adjusted to a desired size.
- the mode field diameter of the single mode fiber 211 is 10 ⁇ m
- the mode field diameter of the signal light incident waveguide 221 of the optical signal processing circuit 220 is 7 ⁇ m.
- the imaging magnification of the lens can be obtained by the following equation (1).
- M F1 / F2 (1)
- F2 is the focal length of the second signal light incident side lens 253
- F1 is the focal length of the first signal light incident side lens 251.
- the focal length F1 of the first signal light incident side lens 251 is set to the focal length F2 of the second signal light incident side lens 253. What is necessary is just to set to 0.7 time.
- the spatial distance (working distance WD) between the fiber end of the single mode fiber 211 and the second signal light incident side lens 253 the imaging beam of the signal light incident on the signal light incident waveguide 221 is adjusted. It is possible to finely adjust the spot size.
- the working distance WD between the fiber end of the polarization-maintaining fiber 212 and the second locally transmitted light incident side lens 254 an imaging beam of the locally transmitted light incident on the locally transmitted light incident waveguide 222 is adjusted. It is possible to finely adjust the spot size.
- FIG. 5 shows the working distance WD and the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first signal light incident side lens 251 or the optical signal processing circuit connection surface of the first local light incident side lens 252 (321 in FIG. 3). Is a graph showing the relationship with the imaging beam spot radius.
- the imaging beam spot radius of the signal light or the locally transmitted light irradiated to the signal light incident waveguide 221 or the locally transmitted light incident waveguide 222 of the optical signal processing circuit 220 It can be seen that changes by about 0.3 ⁇ m. That is, in this embodiment, by making the working distance WD variable, the optical module 200 allows the subtle difference in mode field diameter in the signal light incident waveguide 221 or the locally transmitted light incident waveguide 222 of the optical signal processing circuit 220. Can be easily adjusted. By simplifying the adjustment of the mode field diameter, an optical module with good optical coupling efficiency can be provided.
- the working distance WD is optimized by moving the single mode fiber 211 in the optical waveguide direction within the fiber holder 213. Further, the polarization maintaining fiber 212 is also moved in the optical waveguide direction in the fiber holder 214 to optimize the working distance WD. After optimizing the working distance WD, the single mode fiber 211 is fixed to the fiber holder 213 and the polarization plane holding fiber 212 is fixed to the fiber holder 214 by spot welding such as YAG welding.
- FIG. 6 shows the connection on the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first signal light incident side lens 251 or the optical signal processing circuit connection surface (corresponding to 321 in FIG. 3) of the first locally transmitted light incident side lens 252. It is a figure which shows three-dimensionally the distribution of the light intensity of an image beam spot.
- the light intensity of the imaging beam spot is expressed by being converted in the height direction with respect to the beam irradiation surface. The stronger the light intensity, the higher the position. The light intensity is strongest at point C in FIG. 6 (the light intensity reaches a peak).
- the imaging beam spot on the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first signal light incident side lens 251 is reduced. It is necessary to match the center point with the center of the signal light incident waveguide 221.
- the center point of the imaging beam spot on the optical signal processing circuit connection surface (corresponding to 321 in FIG. 3) of the first locally transmitted light incident side lens 252 and the center of the locally transmitted light incident waveguide 222 are matched. There is a need.
- the center point of the imaging beam spot, the center of the signal light incident waveguide 221 and The connection position is adjusted so as to match the center of the locally transmitted light incident waveguide 222.
- FIG. 7 is a perspective view showing a subassembly 700 in which the first signal light incident side lens 251 and the first local oscillation light incident side lens 252 are connected to the optical signal processing circuit 220.
- the center of the imaging beam spot on the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first signal light incident side lens 251 is the signal of the signal light incident waveguide 221 of the optical signal processing circuit 220.
- the optical signal processing circuit 220 is fixed to the incident side end surface 223 so as to coincide with the center of the light incident end surface.
- the first locally transmitted light incident side lens 252 has an optical signal processing centered on the imaging beam spot on the optical signal processing circuit connection surface (corresponding to 321 in FIG. 3) of the first locally transmitted light incident side lens 252.
- the optical signal processing circuit 220 is fixed to the incident side end face 223 so as to coincide with the center of the local outgoing light incident end face of the local outgoing light incident waveguide 222 of the circuit 220. Specifically, the light is incident from the parallel light incident surface of the first signal light incident side lens 251 and the light intensity emitted from the output side waveguide end surface of the optical signal processing circuit 220 is maximized.
- One signal light incident side lens 251 is fixed to the incident side end face 223 of the optical signal processing circuit 220. Further, the first local transmission light incident side lens 252 receives light from the parallel light incident surface, and the light intensity emitted from the output-side waveguide end surface of the optical signal processing circuit 220 is maximized.
- the locally transmitted light incident side lens 252 is fixed to the incident side end surface 223 of the optical signal processing circuit 220.
- the subassembly 700 is completed.
- the subassembly 700 is installed and fixed at a predetermined position in the housing 201.
- an ideal parallel beam is incident on the first signal light incident side lens 251 from the outside of the housing 201, and the output side lens 231 is light so that the light receiving sensitivity of the photodiode 241 of the photoelectric conversion unit 240 is maximized.
- an ideal parallel beam is incident on the first locally transmitted light incident side lens 252 from the outside of the housing 201, and the output side lens 232 is light so that the light receiving sensitivity of the photodiode 242 of the photoelectric conversion unit 240 is maximized.
- the housing 201 is filled with an inert gas such as nitrogen, and the lid 250 is fixed and sealed by resistance welding such as seam welding.
- the xyz axes in FIGS. 2A and 2B are set so that the imaging beam spot on the optical signal processing circuit connection surface 321 of the first signal light incident side lens 251 matches the mode field diameter of the signal light incident waveguide 221.
- the second signal light incident side lens 253 and the single mode fiber 211 are maximized so that the light intensity emitted from the end face of the emission side waveguide is maximum, that is, the light receiving sensitivity of the photodiode 241 is maximized.
- the second signal light incident side lens 253 is fixed to the housing 201 by spot welding such as YAG welding.
- the single mode fiber 211 and the fiber holder 213 are fixed by spot welding such as YAG welding, and the fiber holder 213 and the second signal light incident side lens 253 are fixed by spot welding such as YAG welding.
- the imaging beam spot on the optical signal processing circuit connecting surface (corresponding to 321 in FIG. 3) of the first locally transmitted light incident side lens 252 matches the mode field diameter of the locally transmitted light incident waveguide 222.
- Optical coupling alignment in the xyz-axis direction in FIGS. 2A and 2B is performed.
- the light intensity emitted from the end face of the exit side waveguide is maximized, that is, the light receiving sensitivity of the photodiode 242 is maximized, with respect to the second locally transmitted light incident side lens 254 and the polarization plane holding fiber 212. Align so that.
- the second locally transmitted light incident side lens 254 is fixed to the casing 201 by spot welding such as YAG welding.
- the polarization-maintaining fiber 212 and the fiber holder 214 are fixed by spot welding such as YAG welding, and the fiber holder 214 and the second locally transmitted light incident side lens 254 are fixed by spot welding such as YAG welding.
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Abstract
Description
本発明は、光モジュール及びその製造方法に関し、より詳細には、デジタルコヒーレント方式に対応した受信フロントエンドモジュール及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical module and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a reception front end module compatible with a digital coherent system and a manufacturing method thereof.
近年、通信容量の大型化に伴い100Gbit/sec以上の超高速光伝送システムが主流になりつつある。超高速光伝送システムにおいては、現在、デジタルコヒーレント伝送方式を利用した通信技術が主流となっている。超高速光伝送システムにおいて、近年、さらなる通信トラフィック増大に伴い、光位相変調方式すなわちPQPSK伝送方式やDP-QPSK伝送方式に対応した復調用光モジュールが開発されている。特に、超高速光伝送システムにおいて、デジタルコヒーレント方式に対応した受信フロントエンドモジュールである、統合型コヒーレント受信機(ICR(Integrated Coherent Receiver))はキーデバイスとなっている。 In recent years, with the increase in communication capacity, ultra high-speed optical transmission systems of 100 Gbit / sec or more are becoming mainstream. In the ultra-high-speed optical transmission system, the communication technology using the digital coherent transmission method is currently mainstream. In recent years, in the ultra-high-speed optical transmission system, along with further increase in communication traffic, an optical module for demodulation corresponding to the optical phase modulation method, that is, the PQPSK transmission method and the DP-QPSK transmission method has been developed. In particular, in an ultra-high-speed optical transmission system, an integrated coherent receiver (ICR (Integrated Coherent Receiver)), which is a reception front-end module compatible with a digital coherent method, is a key device.
図1A及び図1Bは、従来のデジタルコヒーレント方式に対応した光モジュール100の構成を示す図である。図1Aは光モジュール100の上面透視図であり、図1Bは光モジュール100の側面透視図である。光モジュール100は、デジタルコヒーレント方式に対応したICRである(特許文献1参照)。光モジュール100は、筐体部101と、蓋150と、光モジュール100に信号光を入射するシングルモードファイバ111と、光モジュール100に局部発信光を入射する偏波面保持ファイバ112と、シングルモードファイバ111及び偏波面保持ファイバ112を保持するファイバブロック113とを備える。また、光モジュール100は、ファイバブロック113に接続され、平面光導波路回路で構成された光信号処理回路120と、光信号処理回路120から出射された第1の出力信号光を集光するレンズ131と、光信号処理回路120から出射された第2の出力信号光を集光するレンズ132と、レンズ131及び132により集光された第1及び第2の出力信号光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換部140とを備える。筐体部101と蓋150とは、ファイバブロック113と、光信号処理回路120と、レンズ131及び132と、光電変換部140とをパッケージングする。光電変換部140は、レンズ131からの第1の出力信号光を受光するフォトダイオード141と、レンズ132からの第2の出力信号光を受光するフォトダイオード142と、フォトダイオード141からの出力電圧を増幅する増幅器143と、フォトダイオード142からの出力電圧を増幅する増幅器144とを備える。
1A and 1B are diagrams showing a configuration of an
光信号処理回路120は、入射された信号光と局部発信光とを信号処理し、信号光と局部発信光との位相差を光信号処理回路120の出力信号光の光強度に変換し、位相の異なる複数の出力信号光を生成する偏波多重ハイブリッド回路(DPOH:Dual Polarization Optical Hybrid)が使用される。
The optical
光モジュール100において、シングルモードファイバ111を伝搬する信号光は、光信号処理回路120の信号光入射導波路121に入射され、偏波面保持ファイバ112を伝搬する局部発信光は、光信号処理回路120の局部発信光入射導波路122に入射される。光信号処理回路120に入射された信号光と局部発信光とは、光信号処理回路120内において信号処理され、信号光と局部発信光との位相差が光信号処理回路120の出力信号光の光強度に変換され、位相の異なる第1の出力信号光と第2の出力信号光とに変換される。光信号処理回路120により信号処理された第1の出力信号光はレンズ131を介して光電変換部140のフォトダイオード141により受光され、電気信号に変換される。また、光信号処理回路により信号処理された第2の出力信号光はレンズ132を介して光電変換部140のフォトダイオード142により受光され、電気信号に変換される。
In the
シングルモードファイバ111と偏波面保持ファイバ112とは、所定のピッチでアレイ化されて配列され、光モジュール100に接続されている。光モジュール100内において、シングルモードファイバ111と偏波面保持ファイバ112とは、ガラスで覆われたファイバブロック113により所定のピッチで保持され、光信号処理回路120とUV接着剤等で接続されている。
The
所定の長さを有するシングルモードファイバ111及び偏波面保持ファイバ112を安定して保持するためには、ファイバブロック113は、剛性を高くする必要がある。しかし、ファイバブロック113は、剛性を高くすると大型化してしまう。ファイバブロック113が大型化してしまう結果、光モジュール100自体も大型化するという課題があった。
In order to stably hold the
また、光モジュール100製造時には、シングルモードファイバ111と光信号処理回路120の信号光入射導波路121との光結合と、偏波面保持ファイバ112と光信号処理回路120の局部発信光入射導波路122との光結合は、それぞれバッドカップリングにより行われる。この場合、シングルモードファイバ111と、信号光入射導波路121との良好な光結合効率を得るために、シングルモードファイバ111のモードフィールド径と、光信号処理回路120の信号光入射導波路121のモードフィールド径を合致させる必要がある。また、偏波面保持ファイバ112と、光信号処理回路120の局部発信光入射導波路122との良好な光結合効率を得るために、偏波面保持ファイバ112のモードフィールド径と、局部発信光入射導波路122のモードフィールド径を合致させる必要がある。
Further, when the
そこで、光モジュール100は、信号光入射導波路121及び局部発信光入射導波路122のモードフィールド径をスポットサイズ変換し、それぞれシングルモードファイバ111及び偏波面保持ファイバ112のモードフィールド径と合わせる必要がある。
Therefore, the
しかしながら、信号光入射導波路121及び局部発信光入射導波路122のモードフィールド径を、シングルモードファイバ111及び偏波面保持ファイバ112のモードフィールド径と完全に合致させることは製造上困難でありコストアップの要因でもあった。また、製造誤差が発生する恐れもあった。したがって、信号光入射導波路121及び局部発信光入射導波路122のモードフィールド径と、シングルモードファイバ111及び偏波面保持ファイバ112のモードフィールド径との間に、それぞれ微妙な差異が発生し、光結合損失が増加するという課題があった。
However, it is difficult to make the mode field diameters of the signal
さらに、シングルモードファイバ111及び偏波面保持ファイバ112は、ファイバブロック113を介してアレイ化されており、ファイバブロック113の製造誤差からアレイピッチずれは避けられない。アレイピッチのずれにより、シングルモードファイバ111と偏波面保持ファイバ112とのピッチと、光信号処理回路120の信号光入射導波路121と局部発信光入射導波路122のピッチとに差異が生じ、信号光と局部発信光の光結合効率にバラツキが発生するという課題があった。
Furthermore, the
本発明の一態様は、光モジュールであって、信号光を伝搬するシングルモードファイバと、局部発信光を伝搬する偏波面保持ファイバと、前記シングルモードファイバから前記信号光が入射され、前記偏波面保持ファイバから前記局部発信光が入射され、前記信号光と前記局部発信光とを信号処理して出力信号光を発生する光信号処理回路と、前記光信号処理回路の入射側端面に接続され、前記信号光を透過する第1の信号光入射側レンズと、前記光信号処理回路の入射側端面に接続され、前記局部発信光を透過する第1の局部発信光入射側レンズとを備えており、前記第1の信号光入射側レンズの前記信号処理回路との接続面に前記信号光が結像され、前記第1の局部発信光入射側レンズの前記信号処理回路との接続面に前記局部発信光が結像され、前記信号光の結像される位置は、前記第1の信号光入射側レンズの前記信号処理回路との前記接続面の、前記光信号処理回路の信号光入射導波路端面が位置する部分であり、前記局部発信光の結像される位置は、前記第1の局部発信光入射側レンズの前記信号処理回路との前記接続面の、前記光信号処理回路の局部発信光入射導波路端面が位置する部分であることを特徴とする。 One aspect of the present invention is an optical module, wherein a single mode fiber that propagates signal light, a polarization-maintaining fiber that propagates locally transmitted light, the signal light is incident from the single-mode fiber, and the polarization plane The local transmission light is incident from a holding fiber, and is connected to the incident side end face of the optical signal processing circuit, an optical signal processing circuit that generates an output signal light by processing the signal light and the local transmission light, A first signal light incident side lens that transmits the signal light; and a first local light incident side lens that is connected to an incident side end face of the optical signal processing circuit and transmits the local transmitted light. The signal light is imaged on a connection surface of the first signal light incident side lens with the signal processing circuit, and the local portion is formed on the connection surface of the first local light incident side lens with the signal processing circuit. Outgoing light The position where the signal light is imaged and the signal light is imaged is located at the end face of the signal light incident waveguide of the optical signal processing circuit on the connection surface of the first signal light incident side lens with the signal processing circuit. The position at which the locally transmitted light is imaged is determined by the local transmitted light incident guide of the optical signal processing circuit on the connection surface of the first locally transmitted light incident side lens with the signal processing circuit. It is a portion where the end face of the waveguide is located.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2A及び図2Bは、本発明の1実施形態にかかる光モジュール200の構成を示す図である。図2Aは光モジュール200の上面透視図であり、図2Bは光モジュール200の側面透視図である。光モジュール200は、デジタルコヒーレント方式に対応したICRである。光モジュール200は、筐体部201と、蓋250と、光モジュール200に信号光を入射するシングルモードファイバ211と、光モジュール200に局部発信光を入射する偏波面保持ファイバ212と、シングルモードファイバ211を筐体部201に接続するファイバホルダ213と、偏波面保持ファイバ212を筐体部201に接続するファイバホルダ214とを備える。また、光モジュール200は、平面光導波路回路で構成され、シングルモードファイバ211からの信号光と偏波面保持ファイバ212からの局部発信光を信号処理する光信号処理回路220と、光信号処理回路220から出射された第1の出力信号光を集光する出射側レンズ231と、光信号処理回路220から出射された第2の出力信号光を集光する出射側レンズ232と、出射側レンズ231及び232により集光された第1及び第2の出力信号光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換部240とを備える。
2A and 2B are diagrams showing a configuration of an
光信号処理回路220の入射側端面223の信号光入射導波路221が配置される部分には平凸形状の第1の信号光入射側レンズ251が接続され、入射側端面223の局部発信光入射導波路222が配置される部分には平凸形状の第1の局部発信光入射側レンズ252が接続される。また、ファイバホルダ213内のシングルモードファイバ211の光出射側には、第2の信号光入射側レンズ253が設けられ、ファイバホルダ214内の偏波面保持ファイバ212の光出射側には、第2の局部発信光入射側レンズ254が設けられる。第1の信号光入射側レンズ251と第2の信号光入射側レンズ253とは、シングルモードファイバ211から出射された信号光を、第1の信号光入射側レンズ251と第2の信号光入射側レンズ253とを介して入射側端面223の信号光入射導波路221が配置される部分の一点に結像ビームスポットを形成する、すなわち共焦点系を構成していることが理想である。また、第1の局部発信光入射側レンズ252と第2の局部発信光入射側レンズ254とについても、偏波面保持ファイバ212から出射された局部発信光を、第1の局部発信光入射側レンズ252と第2の局部発信光入射側レンズ254とを介して入射側端面223の局部発信光入射導波路222が配置される部分の一点に結像ビームスポットを形成する、すなわち共焦点系を構成していることが理想である。ただし、結合効率が高く、モジュールの製作時における作製トレランスが緩い疑似共焦点系であっても問題はない。なお、第2の信号光入射側レンズ253及び第2の局部発信光入射側レンズ254は、シングルモードファイバ211からの信号光及び偏波面保持ファイバ212からの局部発信光を平行光に変換できるものであれば、形状については特に限定されるものではない。
A first signal light
筐体部201と蓋250とは、光信号処理回路220と、第1の信号光入射側レンズ251と、第1の局部発信光入射側レンズ252と、出射側レンズ231及び232と、光電変換部240とをパッケージングする。シングルモードファイバ211と偏波面保持ファイバ212とは、アレイ化されず、独立して筐体部201に接続されている。シングルモードファイバ211は、ファイバホルダ213を介して筐体201にYAGレーザ溶接などのスポット溶接により接続される。また、偏波面保持ファイバ212は、ファイバホルダ214を介して筐体201にYAGレーザ溶接などのスポット溶接により接続される。
The
光電変換部240は、出射側レンズ231を介して光信号処理回路220から出射された第1の出力信号光を受光するフォトダイオード241と、出力側レンズ232を介して光信号処理回路220から出射された第2の出力信号光を受光するフォトダイオード242と、フォトダイオード241からの出力電圧を増幅する増幅器243と、フォトダイオード242からの出力電圧を増幅する増幅器244とを備える。
The
光信号処理回路220は、本実施形態においては、入射された信号光と局部発信光とを信号処理し、信号光と局部発信光との位相差を光信号処理回路220の出力信号光の光強度に変換し、位相の異なる複数の出力信号光を生成する偏波多重ハイブリッド回路(DPOH:Dual Polarization Optical Hybrid)が使用される。
In the present embodiment, the optical
光モジュール200において、シングルモードファイバ211を伝搬する信号光は、光信号処理回路220の信号光入射導波路221に入射され、偏波面保持ファイバ212を伝搬する局部発信光は、光信号処理回路220の局部発信光入射導波路222に入射される。光信号処理回路220に入射された信号光と局部発信光とは、光信号処理回路220内において信号処理され、信号光と局部発信光との位相差が光信号処理回路220の出力信号光の光強度に変換され、位相の異なる第1の出力信号光と第2の出力信号光に変換される。光信号処理回路220により信号処理された第1の出力信号光は、出射側レンズ231を介して光電変換部240のフォトダイオード241により受光され、電気信号に変換される。また、光信号処理回路220により信号処理された第2の出力信号光は、出射側レンズ232を介して光電変換部240のフォトダイオード242により受光され、電気信号に変換される。
In the
光モジュール200は、第2の信号光入射側レンズ253と第1の信号光入射側レンズ251とを介して、シングルモードファイバ211からの信号光を光信号処理回路220に入射する構成である。また、光モジュール200は、第2の局部発信光入射側レンズ254と第1の局部発信光入射側レンズ252とを介して、偏波面保持ファイバ212からの局部発信光を光信号処理回路220に入射する構成である。したがって、光モジュール200は、光信号処理回路に光ファイバを直接接続するためのファイバブロックを設ける必要がなく、筐体201の面積を大幅に縮小することができ、光モジュールの小型化が実現できる。実際には、図1A及び図1Bに記載の従来の光モジュール100では6mm長のファイバブロックを使用していたが、図2A及び図2Bに記載の本実施形態にかかる光モジュール200の第1の信号光入射側レンズの長さは1mmであるため、モジュール長を5mm縮小することができる。
The
また、光モジュール200の光信号処理回路220には、大型のファイバブロックではなく小型のレンズ(第1の信号光入射側レンズ251及び第1の局部発信光入射側レンズ252)が接続されている。したがって、光信号処理回路220と第1の信号光入射側レンズ251及び252との接続部の高さ方向に対する振動衝撃時の負荷応力は、光信号処理回路220に大型のファイバブロックを接続したときよりも軽減され、光モジュールの信頼性が向上する。
The optical
また、光モジュール200は、シングルモードファイバ211と偏波面保持ファイバ212とをアレイ化せず、各々独立にファイバホルダ213及び214により保持し、筐体201に固定する構成である。したがって、シングルモードファイバ211と偏波面保持ファイバ212とがそれぞれ独立に光結合調芯が可能になる。光結合調芯においては、シングルモードファイバ211と第2の信号入射側レンズ253との空間距離(作動距離)を調整することにより、光信号処理回路220の入射側端面223における信号光の結像ビームスポットの形状を、信号光入射導波路221のモードフィールド径に合致した形状に変換できる。また、偏波面保持ファイバ212と第2の局部発信光入射側レンズ254との空間距離を調整することにより、入射側端面223における局部発信光の結像ビームスポットの形状を、局部発信光入射導波路222のモードフィールド径に合致した形状に変換できる。結像ビームスポットの形状を変換することにより、x軸方向の光結合調心ができる。また、第2の信号入射側レンズ253及び第2の局部発信光入力側レンズ254のy-z平面に対する角度を調整することにより、y軸及びz軸方向の光結合調心ができる。xyz軸方向の光結合調心により、安定した光結合が可能となり、部材公差による光結合損失を簡易に抑制することができる。
Also, the
また、図1A及び図1Bに記載の従来の光モジュール100では、UV接着剤などの高分子材料を用いて光信号処理回路120にファイバブロック113を接続固定していたが、接続強度を保持するために、光信号処理回路120にファイバブロック113との接続面積を広くしなければならなかった。したがって、多量のUV接着剤量を必要としていた。しかし、光モジュール200においては、ファイバブロックを光信号処理回路220に接続せず、小型のレンズ(第1の信号光入射側レンズ251及び第1の局部発信光入射側レンズ252)しか接続されない。第1の信号光入射側レンズ251及び第1の局部発信光入射側レンズ252は、図1A及び図1Bに記載のファイバブロック113よりも小さいため、光信号処理回路220との接続面積は、図1A及び図1Bに記載のファイバブロック113と光信号処理回路120との接続面積よりも小さい。したがって、使用するUV接着剤量を大幅に低減できる。よって、UV接着剤から放出されるアウトガス、水分量が大幅に減少し、信頼性の高い光モジュールを提供することが可能となる。
Further, in the conventional
次に、光信号処理回路220に接続される第1の信号光入射側レンズ251及び第1の局部発信光入射側レンズ252について、詳細に説明する。図3は、第1の信号光入射側レンズ251を示す斜視図である。第1の信号光入射側レンズ251は、入射側端面310と、出射側端面320とを備える。入射側端面310は、凸型状に形成された平行光入射面311を備える。出射側端面320は光信号処理回路220に接続する光信号処理回路接続面321を備える。なお、第1の局部発信光入射側レンズ252も、第1の信号光入射側レンズ251と同一の構成である。第1の信号光入射側レンズ251はガラス等により形成される。
Next, the first signal light
平行光入射面311は、第2の信号光入射側レンズ253からの平行光に変換された信号光を集光し、光信号処理回路接続面321に結像させる。本実施形態において、平行光入射面311の大きさは、回折の影響を受けない信号光の平行光束の3倍程度に設定されている。
The parallel
光信号処理回路接続面321は、光の導波方向に対して所定の角度だけ傾斜している。また、光信号処理回路接続面321を、光信号処理回路220の入射側端面223と隙間なく接続するために、光信号処理回路220の入射側端面223も、光信号処理回路接続面321と同一の角度だけ傾斜している。接続は、接着剤等により固定される。光信号処理回路接続面321及び入射側端面223は、光信号処理回路220及び第1の信号光入射側レンズ251の製造上の容易性から、好ましくは、図2A及び図2Bのy-z平面に対して光の導波方向に8度程度傾斜した面により構成されるのがよい。第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321及び光信号処理回路220の入射側端面223の傾斜角度を8度とした場合、光反射減衰量(ORL:Optical Return Loss)は40dB以上確保できる。
The optical signal processing
光信号処理回路接続面321と、光信号処理回路220の入射側端面223とは、同一の角度で傾斜しており、隙間なく接続されている。したがって、第1の信号光入射側レンズ251により集光された信号光の光線画角は、光信号処理回路220の信号光入射導波路221の信号光入射端面の光線画角と同一になり、結合損失が発生することなく光信号処理回路220の信号光入射導波路221に伝搬していく。また、第1の信号光入射側レンズ251及び光信号処理回路220の入射側端面223に所定の傾斜がつくため、ノイズ源となる光反射が抑えられ、光モジュール200の光反射耐性が向上する。
The optical signal processing
図4は、図2A及び図2Bに記載の光モジュール200において、シングルモードファイバ211又は偏波面保持ファイバ212から、光信号処理回路220までの光信号パスを示す図である。シングルモードファイバ211から出射された信号光は、所定の放射角度で第2の信号光入射側レンズ253に入射する。第2の信号光入射側レンズ253に入射した信号光は、平行光に変換され第1の信号光入射側レンズ251に入射する。第1の信号光入射側レンズ251に入射した信号光は、第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321の信号光入射道波路221の信号光入射端面が位置する部分において結像する。第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321と、光信号処理回路220の信号光入射導波路221の信号光入射端面とは接続されており、信号光は、光信号処理回路220の信号光入射導波路221と光結合して光信号処理回路220内を伝搬していく。
FIG. 4 is a diagram showing an optical signal path from the
また、偏波面保持ファイバ212から出射された局部発信光は、所定の放射角度で第2の局部発信光入射側レンズ254に入射する。第2の局部発信光入射側レンズ254に入射した局部発信光は、平行光に変換され第1の局部発信光入射側レンズ252に入射する。第1の局部発信光入射側レンズ252に入射した局部発信光は、第1の局部発信光入射側レンズ252の光信号処理回路接続面321の局部発信光入射道波路222の局部発信光入射端面が位置する部分において結像する。第1の局部発信光入射側レンズ252の光信号処理回路接続面321と、光信号処理回路220の局部発信光入射導波路222の局部発信光入射端面とは接続されており、信号光は、光信号処理回路220の局部発信光入射導波路222と光結合して光信号処理回路220内を伝搬していく。
In addition, the locally transmitted light emitted from the polarization-maintaining
シングルモードファイバ211の端面は所定の角度で光の導波方向に対して傾斜しており、ノイズ源となる光反射が抑えられる。また、偏波面保持ファイバ212端面は所定の角度で光の導波方向に対して傾斜しており、ノイズ源となる光反射が抑えられる。
The end face of the
また、光モジュール200は、信号光と局部発信光とを光信号処理回路220に入射するために第1の信号光入射側レンズ251及び第1の局部発信光入射側レンズ252と第2の信号光入射側レンズ253及び第2の局部発信光入射側レンズ254とを使用する構成である。本実施形態においては、レンズ結合倍率を設定することにより、第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321における信号光の結像ビームスポットサイズを、所望のサイズに調整することができる。また、第1の局部発信光入射側レンズ252の光信号処理回路接続面321における局部発信光の結像ビームスポットサイズを、所望のサイズに調整することができる。
In addition, the
例えば、シングルモードファイバ211のモードフィールド径が10μm、光信号処理回路220の信号光入射導波路221のモードフィールド径が7μmであるとする。このとき、レンズの結像倍率を0.7倍にすれば、第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321における結像ビームスポットサイズを、信号光入射導波路221のモードフィールド径に合致させることができる。レンズの結像倍率は、以下の(1)式により求めることができる。
M=F1/F2・・・(1)
ここで、Mは結像倍率であり、F2は、第2の信号光入射側レンズ253の焦点距離であり、F1は、第1の信号光入射側レンズ251の焦点距離である。(1)式から、結像倍率Mを0.7に設定するためには、第2の信号光入射側レンズ253の焦点距離F2に対し第1の信号光入射側レンズ251の焦点距離F1を0.7倍に設定すればよい。
For example, it is assumed that the mode field diameter of the
M = F1 / F2 (1)
Here, M is the imaging magnification, F2 is the focal length of the second signal light
さらに、シングルモードファイバ211のファイバ端と、第2の信号光入射側レンズ253との空間距離(作動距離WD)を調整することにより、信号光入射導波路221に入射する信号光の結像ビームスポットサイズを微調整することが可能である。また、偏波面保持ファイバ212のファイバ端と、第2の局部発信光入射側レンズ254との作動距離WDを調整することにより、局部発信光入射導波路222に入射する局部発信光の結像ビームスポットサイズを微調整することが可能である。
Further, by adjusting the spatial distance (working distance WD) between the fiber end of the
図5は、作動距離WDと、第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321、又は第1の局部発信光入射側レンズ252の光信号処理回路接続面(図3の321に対応)における結像ビームスポット半径と関係を示すグラフである。
5 shows the working distance WD and the optical signal processing
作動距離WDを、設計中心から±20μm変化させると、光信号処理回路220の信号光入射導波路221又は局部発信光入射導波路222に照射される信号光又は局部発信光の結像ビームスポット半径は0.3μmほど変化することがわかる。すなわち、本実施形態において、作動距離WDを可変にすることで、光モジュール200は、光信号処理回路220の信号光入射導波路221又は局部発信光入射導波路222における微妙なモードフィールド径の差異を簡易に調整することが可能となる。モードフィールド径の調整を簡易にすることにより、光結合効率が良好な光モジュールを提供することができる。
When the working distance WD is changed by ± 20 μm from the design center, the imaging beam spot radius of the signal light or the locally transmitted light irradiated to the signal
本実施形態においては、シングルモードファイバ211をファイバホルダ213内において光導波方向に可動させ作動距離WDを最適化している。また偏波面保持ファイバ212もファイバホルダ214内において光導波方向に可動させ作動距離WDを最適化している。作動距離WDを最適化した後、シングルモードファイバ211はファイバホルダ213に、偏波面保持ファイバ212はファイバホルダ214にYAG溶接などのスポット溶接により固定される。
In the present embodiment, the working distance WD is optimized by moving the
図6は、第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321、又は第1の局部発信光入射側レンズ252の光信号処理回路接続面(図3の321に対応)における結像ビームスポットの光強度の分布を立体的に示す図である。図6において、結像ビームスポットの光強度は、ビーム照射面に対して、高さ方向に変換されて表され、光強度が強い部分ほど、高い部分に位置する。光強度は、図6のC点において最も強くなる(光強度がピークとなる)。ここで、C点を結像ビームスポットの中心点とすると、高い光結合効率を実現するためには、第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321における結像ビームスポットの中心点と、信号光入射導波路221の中心とを合致させる必要がある。また、第1の局部発信光入射側レンズ252の光信号処理回路接続面(図3の321に対応)における結像ビームスポットの中心点と、局部発信光入射導波路222の中心とを合致させる必要がある。したがって、第1の信号光入射側レンズ251及び第1の局部発信光入射側レンズ252を信号処理回路220に接続する場合、結像ビームスポットの中心点と、信号光入射導波路221の中心及び局部発信光入射導波路222の中心とを合致させるように接続位置を調整する。
FIG. 6 shows the connection on the optical signal processing
次に、本実施形態の光モジュール200の製造工程について説明する。本実施形態の光モジュール200は、まず、光信号処理回路220に第1の信号光入射側レンズ251と第1の局部発信光入射側レンズ252とが接続されたサブアセンブリを作製する。図7は光信号処理回路220に第1の信号光入射側レンズ251と第1の局部発信光入射側レンズ252とが接続されたサブアセンブリ700を示す斜視図である。
Next, the manufacturing process of the
第1の信号光入射側レンズ251は、第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321での結像ビームスポット中心が光信号処理回路220の信号光入射導波路221の信号光入射端面の中心に一致するように光信号処理回路220の入射側端面223に固定する。また、第1の局部発信光入射側レンズ252は、第1の局部発信光入射側レンズ252の光信号処理回路接続面(図3の321に対応)での結像ビームスポット中心が光信号処理回路220の局部発信光入射導波路222の局部発信光入射端面の中心に一致するように光信号処理回路220の入射側端面223に固定する。具体的には、第1の信号光入射側レンズ251の平行光入射面から光を入射し、光信号処理回路220の出射側導波路端面から出射される光強度が最大となるように、第1の信号光入射側レンズ251を光信号処理回路220の入射側端面223に固定する。また、第1の局部発信光入射側レンズ252の平行光入射面から光を入射し、光信号処理回路220の出射側導波路端面から出射される光強度が最大となるように、第1の局部発信光入射側レンズ252を光信号処理回路220の入射側端面223に固定する。第1の信号光入射側レンズ251と第1の局部発信光入射側レンズ252とを固定するとサブアセンブリ700が完成する。サブアセンブリ700は筐体201内の所定の位置に設置され固定される。
In the first signal light
次に、筐体201の外から第1の信号光入射側レンズ251に理想平行ビームを入射させ、出射側レンズ231を、光電変換部240のフォトダイオード241の受光感度が最大になるように光結合調芯し、筐体201に固定する。また、筐体201の外から第1の局部発信光入射側レンズ252に理想平行ビームを入射させ、出射側レンズ232を、光電変換部240のフォトダイオード242の受光感度が最大になるように光結合調芯し、筐体201に固定する。筐体201は、内部を窒素などの不活性ガスで充填し、蓋250をシーム溶接などの抵抗溶接により固定し密封する。
Next, an ideal parallel beam is incident on the first signal light
次に、第1の信号光入射側レンズ251の光信号処理回路接続面321における結像ビームスポットと信号光入射導波路221のモードフィールド径とが合致するように図2A及び図2Bのxyz軸方向の光結合調芯を行う。光結合調芯は、第2の信号光入射側レンズ253とシングルモードファイバ211とを、出射側導波路端面から出射される光強度が最大、すなわちフォトダイオード241の受光感度が最大になるように位置合わせする。位置合わせの後、YAG溶接などのスポット溶接により、第2の信号光入射側レンズ253を筐体201に固定する。次にシングルモードファイバ211とファイバホルダ213とをYAG溶接などのスポット溶接で固定し、ファイバホルダ213と第2の信号光入射側レンズ253とをYAG溶接などのスポット溶接により固定する。
Next, the xyz axes in FIGS. 2A and 2B are set so that the imaging beam spot on the optical signal processing
また、第1の局部発信光入射側レンズ252の光信号処理回路接続面(図3の321に対応)における結像ビームスポットと局部発信光入射導波路222のモードフィールド径とが合致するように図2A及び図2Bのxyz軸方向の光結合調芯を行う。光結合調芯は、第2の局部発信光入射側レンズ254と偏波面保持ファイバ212とを、出射側導波路端面から出射される光強度が最大、すなわちフォトダイオード242の受光感度が最大になるように位置合わせする。位置合わせの後、YAG溶接などのスポット溶接により、第2の局部発信光入射側レンズ254を筐体201に固定する。次に偏波面保持ファイバ212とファイバホルダ214をYAG溶接などのスポット溶接で固定し、ファイバホルダ214と第2の局部発信光入射側レンズ254とをYAG溶接などのスポット溶接により固定する。
Further, the imaging beam spot on the optical signal processing circuit connecting surface (corresponding to 321 in FIG. 3) of the first locally transmitted light
上述した製造工程の結果、受光感度が高く小型であり、高信頼性を有する光モジュール(ICR)が提供できる。 As a result of the manufacturing process described above, it is possible to provide an optical module (ICR) having high light receiving sensitivity, small size, and high reliability.
Claims (6)
局部発信光を伝搬する偏波面保持ファイバと、
前記シングルモードファイバから前記信号光が入射され、前記偏波面保持ファイバから前記局部発信光が入射され、前記信号光と前記局部発信光とを信号処理して出力信号光を発生する光信号処理回路と、
前記光信号処理回路の入射側端面に接続され、前記信号光を透過する第1の信号光入射側レンズと、
前記光信号処理回路の入射側端面に接続され、前記局部発信光を透過する第1の局部発信光入射側レンズと
を備え、
前記第1の信号光入射側レンズの前記信号処理回路との接続面に前記信号光が結像され、前記第1の局部発信光入射側レンズの前記信号処理回路との接続面に前記局部発信光が結像され、
前記信号光の結像される位置は、前記第1の信号光入射側レンズの前記信号処理回路との前記接続面の、前記光信号処理回路の信号光入射導波路端面が位置する部分であり、
前記局部発信光の結像される位置は、前記第1の局部発信光入射側レンズの前記信号処理回路との前記接続面の、前記光信号処理回路の局部発信光入射導波路端面が位置する部分であることを特徴とする光モジュール。 A single mode fiber that propagates signal light;
A polarization maintaining fiber that propagates locally transmitted light; and
An optical signal processing circuit in which the signal light is incident from the single mode fiber, the local oscillation light is incident from the polarization-maintaining fiber, and the signal light and the local oscillation light are signal-processed to generate output signal light. When,
A first signal light incident side lens that is connected to an incident side end face of the optical signal processing circuit and transmits the signal light;
A first locally transmitted light incident side lens connected to the incident side end face of the optical signal processing circuit and transmitting the locally transmitted light;
The signal light is imaged on the connection surface of the first signal light incident side lens with the signal processing circuit, and the local transmission is generated on the connection surface of the first local light incident side lens with the signal processing circuit. The light is imaged,
The position where the signal light is imaged is a portion where the end face of the signal light incident waveguide of the optical signal processing circuit is located on the connection surface of the first signal light incident side lens with the signal processing circuit. ,
The position at which the locally transmitted light is imaged is located at the end surface of the locally transmitted light incident waveguide of the optical signal processing circuit of the connection surface with the signal processing circuit of the first locally transmitted light incident side lens. An optical module characterized by being a part.
前記偏波保持ファイバを保持する第2のファイバホルダと、
前記第1のファイバホルダ内の前記シングルモードファイバの光出射側に設けられた第2の信号光入射側レンズと、
前記第2のファイバホルダ内の前記偏波保持ファイバの光出射側に設けられた第2の局部発信光入射側レンズと
を備え、前記第1の信号光入射側レンズと前記第2の信号光入射側レンズとは共焦点系を構成し、前記第1の局部発信光入射側レンズと前記第2の局部発信光入射側レンズとは共焦点系を構成することを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。 A first fiber holder holding the single mode fiber;
A second fiber holder for holding the polarization maintaining fiber;
A second signal light incident side lens provided on the light exit side of the single mode fiber in the first fiber holder;
A second locally transmitted light incident side lens provided on the light output side of the polarization maintaining fiber in the second fiber holder, and the first signal light incident side lens and the second signal light. The incident side lens constitutes a confocal system, and the first local oscillation light incidence side lens and the second local oscillation light incidence side lens constitute a confocal system. The optical module as described.
前記光信号処理回路に前記第1の信号光入射側レンズと前記第1の局部発信光入射側レンズとを接続してサブアセンブリを作製するステップであって、前記第1の信号光入射側レンズは、前記光信号処理回路との前記接続面での結像ビームスポット中心が前記光信号処理回路の信号光入射導波路の信号光入射端面の中心に一致するように前記光信号処理回路の入射側端面に固定され、前記第1の局部発信光入射側レンズは、前記光信号処理回路との前記接続面での結像ビームスポット中心が前記光信号処理回路の局部発信光入射導波路の局部発信光入射端面の中心に一致するように前記光信号処理回路の入射側端面に固定される、ステップと、
前記サブアセンブリを前記筐体内の所定の位置に固定するステップと、
前記筐体に、前記第2の信号光入射側レンズと前記シングルモードファイバとを固定するステップであって、前記第2の信号光入射側レンズと前記シングルモードファイバとは、前記第1の信号光入射側レンズの前記光信号処理回路の接続面における前記結像ビームスポットと前記信号光入射導波路のモードフィールド径とが合致するように位置合わせされる、ステップと、
前記筐体に、前記第2の局部発信光入射側レンズと前記偏波面保持ファイバとを固定するステップであって、前記第2の局部発信光入射側レンズと前記偏波面保持ファイバとは、前記第1の局部発信光入射側レンズの前記光信号処理回路の接続面における前記結像ビームスポットと前記局部発信光入射導波路のモードフィールド径とが合致するように位置合わせされる、ステップと
を含むことを特徴とする製造方法。 It is a manufacturing method of the optical module according to claim 5,
Connecting the first signal light incident side lens and the first local light incident side lens to the optical signal processing circuit to produce a subassembly, wherein the first signal light incident side lens Is incident on the optical signal processing circuit so that the center of the imaging beam spot on the connection surface with the optical signal processing circuit coincides with the center of the signal light incident end surface of the signal light incident waveguide of the optical signal processing circuit. The first locally transmitted light incident side lens fixed to the side end surface is such that the imaging beam spot center at the connection surface with the optical signal processing circuit is a local part of the locally transmitted light incident waveguide of the optical signal processing circuit. Fixed to the incident side end face of the optical signal processing circuit so as to coincide with the center of the outgoing light incident end face; and
Fixing the subassembly in place within the housing;
The step of fixing the second signal light incident side lens and the single mode fiber to the housing, wherein the second signal light incident side lens and the single mode fiber are the first signal Aligning the imaging beam spot on the connection surface of the optical signal processing circuit of the light incident side lens with the mode field diameter of the signal light incident waveguide, and
The step of fixing the second locally transmitted light incident side lens and the polarization plane holding fiber to the housing, wherein the second locally transmitted light incident side lens and the polarization plane holding fiber are: A step of aligning the imaging beam spot on the connection surface of the optical signal processing circuit of the first locally transmitted light incident side lens with the mode field diameter of the locally transmitted light incident waveguide; and A manufacturing method comprising:
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