光插座及光模块的制作方法

本发明涉及光插座及光模块。

背景技术：

以往，在使用了光纤或光波导等光传输体的光通信中，使用具备面发射激光器(例如，vcsel：verticalcavitysurfaceemittinglaser，垂直腔面发射激光器)等发光元件的光模块。光模块具有光插座，该光插座使从发光元件射出的包含通信信息的光向光传输体的端面入射。

另外，光模块有时以相对于温度变化的发光元件的输出特性的稳定化或光输出的调整为目的，具有用于对从发光元件射出的光的强度或光量进行监视(monitor)的检测元件。

例如，专利文献1中记载了一种光模块，该光模块具有：光电转换装置，包括发光元件及检测元件；以及光插座，使发光元件与光传输体的端面光学连接。

专利文献1中记载的光模块具有光电转换装置及光插座。光插座具有：第一光学面，使从发光元件射出的光入射；光分离部，将由第一光学面入射的光，分离为朝向检测元件的监视光和朝向光传输体的端面的信号光；垂直面，使由光分离部分离并射出到光插座外部的信号光，再次入射至光插座内部；第二光学面，将由垂直面入射的信号光，以聚光于光传输体的端面的方式射出；第三光学面，使由光分离部分离出的监视光向检测元件射出。另外，光分离部具有：分割反射面，该分割反射面是相对于由反射面反射后的光的光轴的倾斜面，使由反射面反射后的光的一部分向检测元件反射；以及分割透射面，该分割透射面是相对于光轴的垂直面，使由反射面反射后的光的另一部分向第二光学面透射。

在专利文献1中记载的光模块中，从发光元件射出的光由第一光学面入射。由第一光学面入射的光被转换为准直光(平行光)，并且通过光分离部分离为信号光和监视光。由光分离部分离出的信号光在向光插座外部射出之后，由垂直面再次入射至光插座内部，从第二光学面向光传输体的端面射出。另一方面，由光分离部分离出的监视光从第三光学面向检测元件的受光面射出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-137507号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，在这样的光模块中，从发光元件射出的光的一部分有可能由光分离部或垂直面等的界面反射，作为返回光而返回至发光元件。朝向发光元件的返回光成为使从发光元件射出的光产生噪声的原因，因此期望比至今为止进一步减少朝向发光元件的返回光。

本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，提供能够高度减少朝向发光元件的返回光的光插座。另外，本发明的目的还在于，提供具有光插座的光模块。

解决问题的方案

本发明的光插座配置于光电转换装置与一个或两个以上的光传输体之间，用于将发光元件与所述光传输体的端面光学耦合，所述光电转换装置包括一个或两个以上的所述发光元件和用于监视从所述发光元件射出的出射光的一个或两个以上的检测元件，该光插座具有：一个或两个以上的第一光学面，使从所述发光元件射出的光入射；光分离部，将由所述第一光学面入射的光，分离为朝向所述检测元件的监视光和朝向所述光传输体的端面的信号光；一个或两个以上的第二光学面，使由所述光分离部分离出的信号光向所述光传输体的端面射出；以及一个或两个以上的第三光学面，使由所述光分离部分离出的监视光向所述检测元件射出，所述第一光学面以使光束腰(beamwaist)位于所述第一光学面与所述第二光学面之间的光路上的方式，使由所述第一光学面入射的光会聚。

本发明的光模块包括：光电转换装置，该光电转换装置具有：基板；一个或两个以上的发光元件，配置于所述基板上；和一个或两个以上的检测元件，配置于所述基板上，用于监视从所述发光元件射出的出射光；以及本发明的光插座。

发明效果

根据本发明，可提供能够高度减少朝向发光元件的返回光的光插座及具有该光插座的光模块。

附图说明

图1是本实施方式的光模块的剖面图。

图2a～图2c是表示本实施方式的光插座的结构的图。

图3a、图3b是表示光分离部的结构的图。

图4是比较用的光模块的剖面图。

图5是比较用的光模块中的光的光路图。

图6是本实施方式的光模块中的光的光路图。

图7是对从发光元件射出的出射光的光束腰的位置进行说明的剖面图。

图8是表示变形例的光模块的结构的图。

图9是表示变形例的光分离部的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

(光模块的结构)

图1是本实施方式的光模块100的剖面图。图1中示出了光模块100的光路。此外，在图1中，为了表示光插座140内的光路而省略了光插座140的剖面的剖面线。

如图1所示，光模块100具有：包括发光元件122的基板安装型的光电转换装置120和光插座140。光模块100是发送用的光模块，将多个光传输体160通过套管162耦合(以下，也称作连接)到光插座140来使用光模块100。对于光传输体160的种类，不特别地进行限定，包括光纤、光波导等。在本实施方式中，多个光传输体160是以一定间隔排列成一列的多个光纤。光纤既可以是单模态方式，也可以是多模态方式。此外，也可以将光传输体160排列成两列以上。

光电转换装置120具有基板121、12个发光元件122和12个检测元件123。

基板121例如是柔性基板。在基板121上配置有12个发光元件122和12个检测元件123。

发光元件122配置在基板121上，在与配置有发光元件122的基板121的设置部垂直的方向上射出激光。不特别地限定发光元件122的数量。在本实施方式中，发光元件122的数量为12个。另外，也不特别地限定发光元件122的位置。在本实施方式中，12个发光元件以一定间隔排列成一列。发光元件122例如是垂直腔面发射激光器(vcsel)。此外，在将光传输体160排列成两列以上的情况下，发光元件122也可以以相同列数排列。

检测元件123接受用于对从发光元件122射出的出射光l的输出(例如，强度或光量)进行监视的监视光lm。检测元件123例如是光电探测器(photodetector)。不特别地限定检测元件123的数量。在本实施方式中，检测元件123的数量是12个。12个检测元件123与12个发光元件122对应地排列成一列。

光插座140配置在光电转换装置120的基板121上。光插座140在配置于光电转换装置120与光传输体160之间的状态下，使发光元件122的发光面124、和多个光传输体160的端面125分别光学连接。以下，对光插座140的结构进行详细说明。

(光插座的结构)

图2a～图2c是表示本实施方式的光插座140的结构的图。图2a是光插座140的俯视图，图2b是仰视图，图2c是主视图。

如图1及图2a～图2c所示，光插座140是大致长方体形状的部件。光插座140具有透光性，使从发光元件122的发光面124射出的出射光l向光传输体160的端面125射出。光插座140具有多个第一光学面141、反射面142、光分离部143、第四光学面144、多个第二光学面145、多个第三光学面146及固定部147。使用对于光通信中所用的波长的光具有透光性的材料，来形成光插座140。作为这样的材料的例子，包括：聚醚酰亚胺(pei)或环状烯烃树脂等透明的树脂。另外，例如，通过射出成型来制造光插座140。

第一光学面141是使从发光元件122射出的出射光l折射后向光插座140的内部入射的光学面。而且，第一光学面141以使光束腰w位于第一光学面141与第二光学面145之间的光路上的方式，使由第一光学面141入射的光会聚。由此，由光分离部143或第四光学面144等反射后的光随着接近发光元件122而扩展，因此能够减少朝向发光元件122的返回光。光束腰w是指光束径最小的部位。

从进一步减少朝向发光元件122的返回光的观点出发，第一光学面141优选以使光束腰w位于第一光学面141与第四光学面144之间的光路上的方式，使由第一光学面141入射的光会聚，更优选以使光束腰w位于第一光学面141与第四光学面144之间的光路上、且非光分离部上的区域的方式，使由第一光学面141入射的光会聚。

在本实施方式中，第一光学面141的形状是向发光元件122呈凸状的凸透镜面。对于由第一光学面141入射的光的光束腰w的位置，能够通过作为第一光学面141的凸透镜面的曲率来进行调整。例如，在使由第一光学面141入射的光的光束腰w的位置远离发光元件122的情况下，减小凸透镜的曲率即可，在使该光束腰w的位置接近发光元件122的情况下，增大凸透镜的曲率即可。

另外，在本实施方式中，多个(12个)第一光学面141在光插座140的底面以与发光元件122的发光面124分别对置的方式，在长边方向上排列成一列。另外，第一光学面141的俯视形状为圆形。由第一光学面141入射的光向光分离部143行进。此外，在将发光元件122排列成两列以上的情况下，第一光学面141也以相同列数排列。

反射面142是在光插座140的顶面侧形成的倾斜面。反射面142使由第一光学面141入射的出射光l向光分离部143反射。反射面142以随着从光插座140的底面靠近顶面而逐渐接近光传输体160的方式倾斜。在本实施方式中，反射面142相对于由第一光学面141入射的出射光l的光轴的倾斜角度为45°。由第一光学面141入射的出射光l以比临界角大的入射角内部入射至反射面142。由此，反射面142使入射的出射光l向沿着基板121的表面的方向进行全反射。

光分离部143将由第一光学面141入射的光(从发光元件122射出的出射光l)，分离为朝向检测元件123的监视光lm和朝向第二光学面(光传输体160的端面125)的信号光ls。光分离部143是由多个面构成的区域，配置于光插座140的顶面侧。

图3是表示光分离部143的结构的图。图3a是光分离部143的立体图，图3b是表示光分离部143的光路的局部放大剖面图。图3b中为了表示光插座140内的光路而省略了光插座140的剖面的剖面线。

如图3所示，光分离部143具有多个分离单元148。对于分离单元148的数量，不特别地进行限定，但在由第一光学面141入射的出射光l到达的区域内配置有4～6个单元。分离单元148分别包含一个分割反射面149、一个分割透射面150及一个分割台阶面151。即，光分离部143具有多个分割反射面149、多个分割透射面150及多个分割台阶面151。在以下的说明中，将分割反射面149的倾斜方向称作第一方向d1(参照图1、以及图3a和图3b所示的箭头d1)。分割反射面149、分割透射面150及分割台阶面151分别在第一方向d1上被分割。

分割反射面149是相对于由第一光学面141入射的出射光l的光轴的倾斜面。分割反射面149使由第一光学面141入射的出射光l的一部分向第三光学面146反射。在本实施方式中，分割反射面149以随着从光插座140的顶面靠近底面而逐渐接近第二光学面145(光传输体160)的方式倾斜。分割反射面149相对于由第一光学面141入射的出射光l的光轴的倾斜角为45°。分割反射面149在第一方向d1上被分割，且以规定的间隔配置。分割反射面149在第一方向d1上彼此平行地配置。

分割透射面150是形成在与分割反射面149不同的位置的、相对于由第一光学面141入射的出射光l的光轴的垂直面。分割透射面150使由第一光学面141入射的出射光l的一部分透射，并向光插座140的外部射出(参照图1)。分割透射面150也在第一方向d1上被分割，且以规定的间隔配置。多个分割透射面150在第一方向d1上彼此平行地配置。

分割台阶面151是配置在分割反射面149与分割透射面150之间的、与由第一光学面141入射的出射光l的光轴平行的面。分割台阶面151也在第一方向d1上被分割，且以规定的间隔配置。多个分割透射面150在第一方向d1上彼此平行地配置。

在一个分离单元148内，分割反射面149、分割台阶面151及分割透射面150按照该顺序在第一方向(从顶面朝向底面的方向)d1上排列。分割反射面149和分割台阶面151所成的角度中较小的角度是135°。另外，分割反射面149与(相邻的分离单元148的)分割透射面150所成的角度中较小的角度为135°。在光分离部143中，多个分离单元148在第一方向d1上排列。

如图3b所示，由第一光学面141入射的出射光l的一部分的光以比临界角大的入射角内部入射至分割反射面149。分割反射面149使由第一光学面141入射的出射光l的一部分的光向第三光学面146反射，生成监视光lm。另一方面，分割透射面150使由第一光学面141入射的出射光l的一部分的光透射，生成朝向光传输体160的端面125的信号光ls。此时，分割透射面150由于是相对于出射光l的垂直面，所以信号光ls不折射地射出。

对于信号光ls与监视光lm的光量比，只要能够在得到所希望的光量的信号光ls的同时，得到能够对从发光元件122射出的光l的强度或光量进行监视的监视光lm，不特别地进行限定。优选信号光ls与监视光lm的光量比为，信号光ls：监视光lm＝6：4～8：2。进一步优选信号光ls与监视光lm的光量比为，信号光ls：监视光lm＝7：3。

第四光学面144是配置在光插座140的顶面侧的、相对于由光分离部143分离出的信号光ls的光轴大致垂直的面。大致垂直的面是指相对于与由光分离部143分离出的信号光ls的光轴垂直的线为±5°以下的面，优选为0°的面。第四光学面144使由光分离部143分离并射出到光插座140外部的信号光ls，再次入射至光插座140内部。由此，能够使朝向光传输体160的端面125的信号光ls不折射地再次入射至光插座140内。

第二光学面145是使由光分离部143分离出的信号光ls(在本实施方式中为在由光分离部143分离、射出到光插座140外部之后，由第四光学面144再次入射至光插座140内部的信号光ls)，向光传输体160的端面125射出的光学面。在本实施方式中，多个第二光学面145在光插座140的正面以与光传输体160的端面125分别对置的方式，在长边方向上排列成一列。第二光学面145的形状是向光传输体160的端面125呈凸状的凸透镜面。由此，能够使由第一光学面141入射并由光分离部143分离出的信号光ls聚光并高效地连接到光传输体160的端面125。此外，在将光传输体160排列成两列以上的情况下，第二光学面145也以相同列数排列。

第三光学面146在光插座140的底面侧以与检测元件123对置的方式配置。在本实施方式中，第三光学面146是向检测元件123呈凸状的凸透镜面。第三光学面146使由光分离部143分离出的监视光lm会聚后向检测元件123射出。由此，能够将监视光lm高效地耦合到检测元件123。优选第三光学面146的中心轴与检测元件123的受光面(基板121)垂直。

固定部147将保持于套管162的光传输体160的端面125固定于光插座140的规定位置。该固定部147以使从第二光学面145射出的信号光ls在比该第二光学面145的焦点远的位置到达光传输体160的端面125的方式，对光传输体160进行固定。固定部147配置在光插座140的正面，具有定位用凹部152及定位用孔153(参照图2c)。定位用凹部152配置在光插座140的正面的中央部分。另外，在定位用凹部152的底部配置有多个第二光学面145。不特别地限定定位用凹部152的俯视形状。定位用凹部152的俯视形状是与套管162的俯视形状相似的形状。在定位用凹部152配置有用于对套管162进行定位的台阶部154。台阶部154形成为，从定位用凹部152的内壁向朝向其内部的方向突出。另外，在定位用凹部152的长边方向的外侧两端部，与套管162的定位突起(图示省略)对应地配置定位用孔153。套管162的定位用突起插入到光插座140的定位用孔153。这样，相对于光插座140的定位用孔153将套管162的定位用突起插入，并且套管162的端面与台阶部154抵接，由此，将套管162(光传输体160的端面125)定位固定于光插座140。

与以往的光模块相比，本实施方式的光模块100中，相对于从发光元件122射出的出射光l的、由光分离部143或第四光学面144等反射后返回至发光元件122的光(返回光)的比例减少。其理由虽然未表明，但可按以下方式考虑。

图4是比较用的光模块10的剖面图。图5是比较用的光模块10中的光的光路图。图6是本实施方式的光模块100中的光的光路图。以下，对第四光学面44或144处的反射的例子进行说明。因此，在图5及图6中，仅示出发光元件122、第一光学面41或141、反射面42或142、第四光学面44或144、第二光学面45或145、以及光传输体160。

如图4所示，在比较用的光模块10中，从发光元件122射出的出射光l由第一光学面41入射至光插座40。由第一光学面41入射的光被转换为准直光，并且在由反射面42反射之后，由光分离部43分离为朝向检测元件123的监视光lm、和朝向光传输体160的信号光ls。朝向检测元件123的监视光lm从第三光学面46射出，并到达检测元件123。另一方面，朝向光传输体160的信号光ls向光插座40的外部射出，由第四光学面44再次入射至光插座40的内部。由第四光学面44再次入射至光插座40的光从第二光学面45射出，到达光传输体160的端面125。

此时，如图5所示，由光分离部43分离并朝向光传输体160的信号光ls(参照实线箭头)的一部分由第四光学面44反射。由第四光学面44反射后的光(参照虚线箭头)作为与光轴平行的光(准直光)前进，其一部分在光分离部43透射，并由反射面42反射之后，作为返回光而从第一光学面41向发光元件122射出。这样，由第四光学面44反射后的光作为准直光前进，因此在光分离部43透射后的光的几乎全部易于返回至发光元件122。

相对于此，如图1所示，在本实施方式的光模块100中，从发光元件122射出的出射光l由第一光学面141入射至光插座140。由第一光学面141入射的光被转换为，以光束腰w位于第一光学面141与第二光学面145之间的光路上的方式会聚的光，并且在由反射面142反射之后，由光分离部143分离为朝向检测元件123的监视光lm、和朝向光传输体160的信号光ls。朝向检测元件123的监视光lm从第三光学面146射出，到达检测元件123。另一方面，朝向光传输体160的信号光ls从光插座140射出，并由第四光学面144再次入射至光插座140。由第四光学面144再次入射至光插座140的光从第二光学面145射出，到达光传输体160的端面125。

此时，如图6所示，由光分离部143分离并朝向光传输体160的信号光ls(参照实线箭头)的一部分由第四光学面144反射。由第四光学面144反射后的光(参照虚线箭头)作为在远离光轴的方向上扩展的光(漫射光)前进，其一部分在光分离部143透射，并在由反射面142反射之后，作为返回光从第一光学面144向发光元件122射出。这样，由第四光学面144反射后的信号光作为漫射光前进，因此在光分离部143透射后的光的一部分易于在远离光轴的方向上漫射。由此，能够减少返回至发光元件122的光。

(仿真)

对改变了从发光元件122射出的出射光l的光束腰w的位置时的、相对于从发光元件122射出的光的量的、由各光学面(光传输体160的端面125、第二光学面145、第四光学面144、光分离部143、第一光学面141)反射并向发光元件122返回的光(返回光)的比例进行了仿真。

图7是对从发光元件122射出的出射光l的光束腰w的位置进行说明的剖面图。如图7所示，使用分析软件对使用了以下光插座的光模块100(参照图1)中的、相对于从发光元件122射出的出射光l的返回光的比例(％)分别进行了仿真：从发光元件122射出的出射光l的光束腰w处于第二光学面145与第四光学面144之间(区间a)的本实施方式的光插座1、该光束腰w处于第四光学面144与光分离部143之间(区间b)的本实施方式的光插座2、该光束腰w处于光分离部143上(点c上)的本实施方式的光插座3、以及该光束腰w处于光分离部143与第一光学面141之间(区间d)的本实施方式的光插座4。

另外，作为比较用，针对使用了比较用的光插座5的光模块10(参照图4)也同样地进行了仿真，该比较用的光插座5使从发光元件122射出的出射光l成为准直光(不具有光束腰w)。

在仿真中，作为发光元件122，使用了数值孔径(na：numericalaperture)为0.25、发光直径φ为8μm的垂直腔面发射激光器(vcsel)。作为光传输体160，使用了数值孔径(na)为0.20、芯径为φ50μm的光纤。仿真结果如表1所示。

【表1】

如表1所示，可知，与比较用的光插座5相比，在本实施方式的光插座1～4中，朝向发光元件122的返回光的比例少。这可以认为是由于，由光分离部143的分割透射面150或第四光学面144反射后的光随着接近发光元件122而逐渐扩展。

尤其是，可知，与光束腰w处于区间a的光插座1相比，光束腰w处于区间b、点c或区间d的光插座2～4中，向发光元件122返回的光的比例进一步少。这可以认为是由于，在光束腰w处于区间a的光插座1中，由第四光学面144反射后的信号光在会聚之后扩展，因此扩展角度比较小，相对于此，在光束腰w处于区间b、点c或区间d的光插座2～4中，由第四光学面144反射后的信号光不会聚而直接扩展，因此扩展角度比较大。并且，可知，与光束腰w在点c上的光插座3相比，光束腰w不在点c上的光插座2及4中，向发光元件122返回的光的比例进一步少。

(效果)

如上所述，在本实施方式的光模块100中，光插座140的第一光学面141构成为，以光束腰w位于第一光学面141与第二光学面145之间的光路上的方式，使由第一光学面141入射的光会聚。由此，能够使由光分离部143或第四光学面144等反射后的光，随着接近发光元件122而逐渐扩展，因此能够减少朝向发光元件122的返回光。因此，只要改变第一光学面141的结构，即使不对光插座140实施衰减涂层，或者不将光分离部143的结构较大地改变，也能够减少返回光。

此外，在本实施方式中，图1中示出了光插座140具有反射面142的例子，但不限于此。

图8是变形例的光模块200的剖面图。如图8所示，光模块200具有：包括发光元件122的光电转换装置220、以及光插座240。光插座240中，第一光学面141配置于光插座240的背面，且不具有反射面142，除此以外，可构成为与图1的光插座相同。光电转换装置220的基板221以发光元件122与光插座240的第一光学面141对置，且检测元件123与第三光学面146对置的方式配置。

另外，在本实施方式中，在图2b中，示出了将12个第一光学面141都作为发送用的第一光学面来使用(将光模块100作为发送用的光模块来使用)的例子，但不限于此。例如，既可以将12个第一光学面141都作为接收用的第一光学面来使用(将光模块100作为接收用的光模块来使用)，也可以将右侧和左侧中的任意一侧的六个第一光学面141，作为接收用的第一光学面141来使用(将光模块100兼作发送用和接收用的光模块来使用)。

另外，在本实施方式中，在图3中，示出了光分离部143的分离单元148具有分割台阶面151的例子，但不限于此，也可以不具有分割台阶面151。

另外，如图9所示，光分离部143的分离单元也可以以成为矩阵状的方式，在第一方向d1及与第一方向d1正交的第二方向d2上交替配置。在此，“第二方向”是指沿着分割反射面249且与第一方向d1正交的方向d2(参照图9所示的箭头d2)。

另外，在本实施方式中，示出了光分离部143具有多个分离单元148的例子，但不限于此，例如也可以由半反射镜构成。

本申请主张基于2017年5月31日提出的日本专利申请特愿2017-108071号的优先权。将该申请说明书及附图中记载的内容全部引用于本申请说明书中。

工业实用性

本发明的光插座及光模块在使用了光传输体的光通信中是有用的。

附图标记说明

100、200光模块；

120、220光电转换装置；

121、221基板；

122发光元件；

123检测元件；

124发光面；

125端面；

140、240光插座；

141第一光学面；

142反射面；

143、243光分离部；

144第四光学面；

145第二光学面；

146第三光学面；

147固定部；

148分离单元；

149、249分割反射面；

150分割透射面；

151分割台阶面；

152定位用凹部；

153定位用孔；

154台阶部；

160光传输体；

162套管；

w光束腰；

l出射光；

lm监视光；

ls信号光。