JP7230709B2 - 光受信器 - Google Patents

Description

本発明は、光受信器に関する。

特許文献１には、互いに波長の異なる複数の信号光を含む入力光を波長分割してそれぞれの信号光に含まれる電気信号を再生する光受信器が記載されている。このような光受信器は、光学部品、受光素子、及び信号増幅ＩＣ（ＴＩＡ：Transimpedance Amplifier）等を含んで構成されている。

特開２０１７－３２７３１号公報

ここで、伝送装置内においては、光送信器及び光受信器等を一体とした光トランシーバが多数並列に設けられる。光受信器を小型化することができれば、トランシーバの並列数を増やすことができ、伝送装置全体として高速・広帯域の通信が可能となる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、小型化に適した光受信器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る光受信器は、互いに波長の異なる複数の単一光が多重化された光信号を受信する光受信器であって、光信号を伝達する光ファイバを内包するスタブと、光信号を複数の単一光に分波する光分波器と、光分波器によって分波された複数の単一光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、複数の受光素子から出力される複数の電気信号を増幅する増幅器と、第１凹部、第２凹部、第１反射面、第２反射面、及び第３反射面を有し、第１凹部はスタブを保持し、第２凹部は光分波器を収容し、第１反射面及び第２反射面はスタブの端面から出射した光信号がスタブ方向に折り返されて光分波器に入射するように光信号を順次反射し、第３反射面は光分波器から出射した複数の単一光を複数の受光素子に向けて反射する、光学ブロックと、第１面を有し、第１面上に複数の受光素子及び増幅器が実装され、第１面上に複数の受光素子及び増幅器を覆うように光学ブロックが配置される回路基板と、を備える。

本発明によれば、小型化に適した光受信器を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る光受信器の内部透過斜視図である。 図２は、図１に示される光受信器の斜視図である。 図３は、図１に示される光受信器の内部透過平面図である。 図４は、図１に示される光受信器の断面図である。 図５は、光受信器に含まれる光分波器の説明図である。 図６は、比較例に係る光受信器の断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。一実施形態に係る光受信器は、互いに波長の異なる複数の単一光が多重化された光信号を受信する光受信器であって、光信号を伝達する光ファイバを内包するスタブと、光信号を複数の単一光に分波する光分波器と、光分波器によって分波された複数の単一光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、複数の受光素子から出力される複数の電気信号を増幅する増幅器と、第１凹部、第２凹部、第１反射面、第２反射面、及び第３反射面を有し、第１凹部はスタブを保持し、第２凹部は光分波器を収容し、第１反射面及び第２反射面はスタブの端面から出射した光信号がスタブ方向に折り返されて光分波器に入射するように光信号を順次反射し、第３反射面は光分波器から出射した複数の単一光を複数の受光素子に向けて反射する、光学ブロックと、第１面を有し、第１面上に複数の受光素子及び増幅器が実装され、第１面上に複数の受光素子及び増幅器を覆うように光学ブロックが配置される回路基板と、を備える。

光受信器においては、スタブの端面から出射した光信号が光分波器において複数の単一光に分波され、該複数の単一光がそれぞれ複数の受光素子において受光され、受光素子から出力される複数の電気信号が増幅器によって増幅される。このため、通常の光受信器では、スタブの端面から出射する光信号の出射方向において、光分波器、受光素子、及び増幅器が順に並ぶこととなる。このような構成においては、受光素子の位置は光分波器の全長以上奥まった位置（出射方向において奥まった位置）に配置されることとなり、さらに、受光素子の後段（より奥まった位置）に増幅器が配置されるため、光受信器の全長は、少なくとも光分波器の全長及び増幅器の全長の和より大きくなってしまう。この点、本実施形態に係る光受信器では、スタブの端面から出射した光信号が第１反射面及び第２反射面によってスタブ方向に折り返されて光分波器に入射する。そして、光受信器では、光分波器から出射した複数の単一光が第３反射面によって複数の受光素子に向けて反射される。このような構成によれば、光信号がスタブ方向に折り返されて光分波器に入射するため、受光素子を、例えば光分波器よりもスタブの端面側に配置することが可能になる。このことで、上述したように光分波器、受光素子、及び増幅器が順に（一方向に）並んだ構成と比べて、光受信器の全長を小さくすることができる。以上のように、本実施形態に係る構成によれば、小型化に適した光受信器を提供することができる。

上述した光受信器において、スタブの端面から出射する光信号の出射方向において、受光素子の受光面は、スタブの端面と光分波器との間に配置されていてもよい。このような構成によれば、受光素子が、光分波器よりもスタブの端面側に確実に配置されることとなり、光受信器の全長を小さくすることができる。

上述した光受信器において、第３反射面は、受光素子の受光面に対する複数の単一光の入射角度が垂直とならないように、複数の単一光を反射してもよい。受光素子の受光面に対して垂直に複数の単一光が入射した場合には、受光面における反射光が第３反射面に戻る（戻り光となる）おそれがある。この点、受光面に対する入射角度が垂直とならないように複数の単一光が反射されることにより、上述した戻り光の発生を抑制することができる。

上述した光受信器において、光学ブロックは、回路基板に向かって延びる位置決め部を有し、位置決め部は、回路基板に形成された挿入孔に挿入可能に形成されていてもよい。このような構成によれば、位置決め部を挿入孔に挿入することによって、回路基板に対する光学ブロックの位置決めを容易且つ確実に行うことができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光受信器の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１～図４は、本実施形態に係る光受信器１を模式的に示す図である。本実施形態に係る光受信器１は、互いに波長の異なる複数の信号光（単一光）が多重化された光信号を受信し、該光信号を波長分割して、それぞれの信号光に含まれる信号を再生する波長多重光受信モジュールである。

図１～図４に示されるように、光受信器１は、スタブ１０と、光学ブロック２０と、光分波器３０と、複数の受光素子４０と、ＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）５０と、回路基板６０（図４参照）と、コネクタ部７０と、を備えている。

スタブ１０は、光信号を光受信器１の内部に伝送する光ファイバ９０を内包する構成である。スタブ１０は、コネクタ部７０の内部に収容されており、コネクタ部７０の内部において他のスタブ（不図示）と光学的に結合する。すなわち、スタブ１０は、内包する光ファイバ９０と他のスタブの光ファイバ９０とがコンタクトすることにより、光結合を形成する。光ファイバ９０が伝送する光信号は、スタブ１０の端面１０ｘから光学ブロック２０のコリメートレンズ２６（後述）方向に出射する。

光学ブロック２０は、一体的に形成されたレンズ部品（樹脂部材）である。図４に示されるように、光学ブロック２０は、第１凹部２１と、第２凹部２２と、第１反射面２３と、第２反射面２４と、第３反射面２５と、コリメートレンズ２６と、透過面２７，２８と、位置決め部２９（図１参照）と、を有している。

第１凹部２１は、スタブ１０を保持する凹部である。すなわち、スタブ１０は、第１凹部２１に嵌め込まれることにより光学ブロック２０に対して位置決めされている。第２凹部２２は、光分波器３０を収容する凹部である。なお、光分波器３０を第２凹部２２に収納する際に、光分波器３０を第２凹部２２に嵌め込むようにしてもよい。例えば、光分波器３０の外形を第２凹部２２に設けられた突起等で保持することにより嵌め込むようにする。光分波器３０を、第２凹部２２に嵌め込むことにより、光分波器３０を光学ブロック２０に対して位置決めすることができる。なお、以下の説明においては、スタブ１０の端面１０ｘからコリメートレンズ２６に向かって出射する光信号の出射方向をＺ方向、Ｚ方向に交差する方向であって受光素子４０の受光面に交差する方向をＹ方向、Ｚ方向及びＹ方向に交差する方向をＸ方向として説明する場合がある。また、より詳細に、Ｚ方向のうち、スタブ１０の端面１０ｘからコリメートレンズ２６に向かう方向を＋Ｚ方向、反対の方向を－Ｚ方向として説明する場合がある。また、より詳細に、Ｙ方向のうち、受光素子４０の受光面に向かう方向（例えば図４中の下向き方向）を－Ｙ方向、反対の方向を＋Ｙ方向として説明する場合がある。

コリメートレンズ２６は、スタブ１０の端面１０ｘから出射した光信号をコリメート光に変換する。コリメートレンズ２６を経た光信号は、第１反射面２３に向かって＋Ｚ方向に進む。

第１反射面２３は、光信号を＋Ｙ方向に反射するように形成されている。第１反射面２３にて反射された光信号は、第２反射面２４に向かって進む。なお、第１反射面２３により反射する方向については、＋Ｙ方向に限らない。＋Ｙ方向からＺ方向に傾斜していてもよい。

第２反射面２４は、光信号を－Ｚ方向に反射するように形成されている。このように、第１反射面２３及び第２反射面２４は、スタブ１０の端面１０ｘから出射した光信号がスタブ１０方向に折り返す（すなわち－Ｚ方向に向かう）ように、光信号を順次反射する。第２反射面２４にて反射された光信号は、透過面２７を経て、第２凹部２２に設けられた光分波器３０に到達する。そして、光分波器３０において分波された波長毎の４つの単一光は、透過面２８を経て再度レンズ部品内に入射し、第３反射面２５に到達する。

第３反射面２５は、光分波器３０から出射した４つ（複数）の単一光を複数の受光素子４０に向けて反射するように形成されている（図１参照）。第３反射面２５は、受光素子４０の受光面に対する複数の単一光の入射角度が垂直とならないように、複数の単一光を反射する。すなわち、第３反射面２５は、各単一光を完全な－Ｙ方向（受光素子４０の受光面に完全に垂直な方向）ではなく、ややＺ方向（例えば＋Ｚ方向）に傾斜した方向に反射する。第３反射面２５にて反射された各単一光は、出射レンズ２０ｘ（図４参照）により受光素子４０の受光面（表面）に集光される。

位置決め部２９は、図１に示されるように、光学ブロック２０における回路基板６０（図４参照）に対向する部分に設けられており、回路基板６０に向かって延びる円筒状部分である。光学ブロック２０には、複数（例えば２つ）の位置決め部２９が設けられている。位置決め部２９は、回路基板６０に形成された挿入孔（不図示）に挿入可能に形成されている。位置決め部２９が回路基板６０の挿入孔に挿入されることにより、回路基板６０に対して光学ブロック２０を位置決めすることができる。なお、位置決め部２９より回路基板６０の挿入孔を大きくして調芯して位置決めを行ってもよい。また、位置決め部２９を回路基板６０の挿入孔に圧入することによって、調芯することなく位置決めを行ってもよい。

光分波器３０は、光信号を複数の単一光に分波する構成である。光分波器３０は、第２凹部２２に設けられており、第２反射面２４にて反射された光信号（波長多重光）を波長に基づいてそれぞれの信号光（単一光）に分波する。光分波器３０は、入射した波長多重光を順次それぞれの波長分割フィルタ３０ｂ（図５参照）に導くために、図３に示されるように、Ｘ方向に対して有意な角度を持って搭載される。

図５は、光受信器１に含まれる光分波器３０の説明図である。図５に示されるように、光分波器３０は、単一の反射部材３０ａと、波長透過帯域が互いに異なる複数の波長分割フィルタ３０ｂと、を透明光学部材３０ｃにより一体化したものである。波長分割フィルタ３０ｂは、例えば誘電体多層膜（フィルタ群）により構成することができる。具体的には、光分波器３０では、互いに異なる複数の波長（λ０，λ１，λ２，λ３）の信号光を含む光信号が入射されると、まず１番目に配列された波長分割フィルタ３０ｂに当該光信号が入射し、波長λ３の信号光のみ透過し、その他の波長の信号光（λ０，λ１，λ２）が反射される。反射された信号光は反射部材３０ａを介して２番目の波長分割フィルタ３０ｂに入射し、波長λ２の信号光のみ透過し、その他の波長の信号光（λ０，λ１）が反射される。以下、同様に透過と反射を繰り返して、入力波長多重光は、波長が異なる複数の信号光に分波される。

複数の受光素子４０は、光分波器３０によって分波された後に第３反射面２５にて反射された複数の単一光をそれぞれ受光する素子である。本実施形態では、光受信器１は、分波された４つの単一光それぞれに対応するように４つの受光素子４０を有している（図３参照）。受光素子４０は、受光した単一光を電気信号（電流信号）に変換して出力する。複数の受光素子４０は、回路基板６０のＦＰＣ（Flexible printed circuits）６１の実装面６１ｘ（第１面）上に実装されている。図４に示されるように、複数の受光素子４０における受光面は、Ｚ方向においてスタブ１０の端面１０ｘと光分波器３０との間に配置されている。

ＴＩＡ５０は、複数の受光素子４０から出力された電気信号（電流信号）を電圧信号に変換すると共に増幅する増幅器である。ＴＩＡ５０は、回路基板６０のＦＰＣ６１の実装面６１ｘ（第１面）上に実装されており、複数の受光素子４０に対して＋Ｚ方向で隣接して配置されている。ＴＩＡ５０から出力される電気信号（電圧信号）は、ＦＰＣ６１を介して外部に出力される。

回路基板６０は、図４に示されるように、ＦＰＣ６１と、補強基板６２とを有している。補強基板６２は、薄いＦＰＣ６１を補強する基板であり、ＦＰＣ６１を載置するように設けられている。ＦＰＣ６１は、柔軟性があるプリント基板である。ＦＰＣ６１は、実装面６１ｘ（第１面）を有している。実装面６１ｘは、複数の受光素子４０及びＴＩＡ５０を実装する。回路基板６０においては、ＦＰＣ６１の実装面６１ｘ上に、複数の受光素子４０及びＴＩＡ５０を覆うように光学ブロック２０が配置される。

次に、本実施形態に係る光受信器１の作用効果について説明する。

まず、比較例に係る光受信器１００について、図６を参照して説明する。図６に示されるように、比較例に係る光受信器１００は、本実施形態に係る光受信器１と同様に、スタブ１１７と、光分波器１２６と、受光素子１２９と、ＴＩＡ１３２とを備えている。ここで、比較例に係る光受信器１００では、スタブ１１７の端面から出射された光信号が光分波器１２６に入射し、光分波器１２６によって分波された複数の単一光が反射部材１２７によって受光素子１２９方向に反射され、受光素子１２９によって受光されて、複数の受光素子１２９から出力される電気信号がＴＩＡ１３２によって増幅される。このような光受信器１００では、スタブ１１７の端面から出射される光信号の出射方向において、光分波器１２６、受光素子１２９、及びＴＩＡ１３２が順に並ぶ構成となる。このような構成においては、受光素子１２９の位置は光分波器１２６の全長以上奥まった位置（出射方向において奥まった位置）に配置されることとなり、さらに、受光素子１２９の後段（より奥まった位置）にＴＩＡ１３２が配置されるため、光受信器１００の全長は、少なくとも光分波器１２６の全長及びＴＩＡ１３２の全長の和より大きくなってしまう。

これに対して、本実施形態に係る光受信器１は、図４に示されるように、互いに波長の異なる複数の単一光が多重化された光信号を受信する光受信器であって、光信号を伝達する光ファイバ９０を内包するスタブ１０と、光信号を複数の単一光に分波する光分波器３０と、光分波器３０によって分波された複数の単一光をそれぞれ受光する複数の受光素子４０と、複数の受光素子４０から出力される複数の電気信号を増幅するＴＩＡ５０と、第１凹部２１、第２凹部２２、第１反射面２３、第２反射面２４、及び第３反射面２５を有し、第１凹部２１はスタブ１０を保持し、第２凹部２２は光分波器３０を収容し、第１反射面２３及び第２反射面２４はスタブ１０の端面１０ｘから出射した光信号がスタブ１０方向に折り返されて光分波器３０に入射するように光信号を順次反射し、第３反射面２５は光分波器３０から出射した複数の単一光を複数の受光素子４０に向けて反射する、光学ブロック２０と、実装面６１ｘを有し、実装面６１ｘ上に複数の受光素子４０及びＴＩＡ５０が実装され、実装面６１ｘ上に複数の受光素子４０及びＴＩＡ５０を覆うように光学ブロック２０が配置される回路基板６０と、を備える。

このような光受信器１では、スタブ１０の端面１０ｘから出射した光信号が第１反射面２３及び第２反射面２４によってスタブ１０方向に折り返されて光分波器３０に入射する。そして、光受信器１では、光分波器３０から出射した複数の単一光が第３反射面２５によって複数の受光素子４０に向けて反射される。このような構成によれば、光信号がスタブ１０方向に折り返されて光分波器３０に入射するため、受光素子４０を、例えば光分波器３０よりもスタブ１０の端面１０ｘ側に配置することが可能になる。このことで、上述したように光分波器、受光素子、及び増幅器が順に（一方向に）並んだ構成（図６に示される、比較例に係る光受信器１００の構成）と比べて、光受信器の全長を小さくすることができる。具体的には、例えば比較例に係る光受信器１００では全長（スタブ１１７の端面からパッケージの端部）が２０ｍｍ程度必要になるのに対して、本実施形態に係る光受信器１では光分波器３０の下部にＴＩＡ５０を配置することができるので光受信器１の全長（スタブ１０の端面１０ｘからパッケージの端部）がＴＩＡ５０の全長に依存することなく、１５ｍｍ程度となる。すなわち、本実施形態に係る光受信器１は、一例として、比較例に係る光受信器１００よりも５ｍｍ程度小型化される。以上のように、本実施形態に係る構成によれば、小型化に適した光受信器１を提供することができる。このことにより、伝送装置内で光受信器１を多数配置する場合に、より高密度の実装が可能となり、実装面積当たりの通信帯域を広げることができる。また、光受信器１を光送信器や電子回路と組み合わせて光送受信モジュール（光トランシーバ）とすることを考えた場合においても、従来と比べて光トランシーバの寸法低減が可能となり、伝送装置内での多数配置が可能となるので、より多数の光トランシーバを実装して実装面積当たりの通信帯域を広げることができる。

上述した光受信器１において、スタブ１０の端面１０ｘから出射する光信号の出射方向において、受光素子４０の受光面は、スタブ１０の端面１０ｘと光分波器３０との間に配置されていてもよい。このような構成によれば、受光素子４０が、光分波器３０よりもスタブ１０の端面１０ｘ側に確実に配置されることとなり、光受信器１の全長をより小さくすることができる。

上述した光受信器１において、第３反射面２５は、受光素子４０の受光面に対する複数の単一光の入射角度が垂直とならないように、複数の単一光を反射してもよい。受光素子４０の受光面に対して垂直に複数の単一光が入射した場合には、受光面における反射光が第３反射面２５に戻る（戻り光となる）おそれがある。この点、受光面に対する入射角度が垂直とならないように複数の単一光が反射されることにより、上述した戻り光の発生を抑制することができる。

上述した光受信器１において、光学ブロック２０は、回路基板６０に向かって延びる位置決め部２９（図１参照）を有し、位置決め部２９は、回路基板６０に形成された挿入孔（不図示）に挿入可能に形成されていてもよい。このような構成によれば、位置決め部２９を挿入孔に挿入することによって、回路基板６０に対する光学ブロック２０の位置決めを容易且つ確実に行うことができる。

１…光受信器、１０…スタブ、１０ｘ…端面、２０…光学ブロック、２０ｘ…出射レンズ、２１…第１凹部、２２…第２凹部、２３…第１反射面、２４…第２反射面、２５…第３反射面、２６…コリメートレンズ、２７，２８…透過面、２９…位置決め部、３０…光分波器、３０ａ…反射部材、３０ｂ…波長分割フィルタ、３０ｃ…透明光学部材、４０…受光素子、５０…ＴＩＡ（増幅器）、６０…回路基板、６１ｘ…実装面（第１面）、６２…補強基板、７０…コネクタ部、９０…光ファイバ。

Claims (4)

1. 互いに波長の異なる複数の単一光が多重化された光信号を受信する光受信器であって、
   前記光信号を伝達する光ファイバを内包するスタブと、
   前記光信号を前記複数の単一光に分波する光分波器と、
   前記光分波器によって分波された前記複数の単一光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、
   前記複数の受光素子から出力される複数の電気信号を増幅する増幅器と、
   第１凹部、第２凹部、第１反射面、第２反射面、及び第３反射面を有し、前記第１凹部は前記スタブを保持し、前記第２凹部は前記光分波器を収容し、前記第１反射面及び前記第２反射面は前記スタブの端面から出射した前記光信号が前記スタブ方向に折り返されて前記光分波器に入射するように前記光信号を順次反射し、前記第３反射面は前記光分波器から出射した前記複数の単一光を前記複数の受光素子に向けて反射する、光学ブロックと、
   第１面を有し、前記第１面上に前記複数の受光素子及び前記増幅器が実装され、前記第１面上に前記複数の受光素子及び前記増幅器を覆うように前記光学ブロックが配置される回路基板と、
   を備える光受信器。
2. 前記スタブの端面から出射する前記光信号の出射方向において、前記受光素子の受光面は、前記スタブの端面と前記光分波器との間に配置されている、請求項１に記載の光受信器。
3. 前記第３反射面は、前記受光素子の受光面に対する前記複数の単一光の入射角度が垂直とならないように、前記複数の単一光を反射する、請求項１又は請求項２に記載の光受信器。
4. 前記光学ブロックは、前記回路基板に向かって延びる位置決め部を有し、
   前記位置決め部は、前記回路基板に形成された挿入孔に挿入可能に形成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光受信器。

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