光通信用的透镜和光通信模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用于光通信等的、将来自例如半导体激光器等光学元件的光耦 合到光纤或受光元件的光通信用的透镜和光通信模块。
【背景技术】
[0002] 在光通信模块中，为了使半导体激光器或受光元件与光纤之间高效地光耦合而使 用光耦合用的透镜。另外，在以往的光耦合用的透镜中，主要广泛使用以不锈钢制的脚部支 承玻璃透镜的结构。然而，具有非球面的玻璃透镜一般为高价，存在招致显著的成本提高的 问题。因此，进行如下尝试：是否能够用高精度的非球面的成形容易而能够大量生产的塑料 制的透镜代替玻璃制的透镜来在半导体激光器或受光元件与光纤之间实现光耦合。
[0003] 在此，作为与玻璃透镜相比而言的塑料透镜的特征之一，有如下特征：相对于温度 变化的折射率变化比较大。光通信用模块内部有可能暴露于-40°c~+KKTC这样的大范围 的温度环境下，而在一般的塑料透镜的情况下，折射率根据环境温度变化而变化，因此，由 此招致焦点位置的变动。然而，光对光纤端面的耦合效率是由光源的横模（光束直径）来 决定的，因此，存在光通信用光学系统所固有的如下问题：如果由于透镜的折射率变化而最 佳焦点位置变动，则导致耦合效率大幅变动。因此，存在线膨胀系数比较小的玻璃制的透镜 被重用的实际情况。但是，如上所述那样玻璃制的非球面透镜与塑料制相比价格高，存在为 了削减光通信用模块的成本而希望使用塑料制的透镜这样的强烈的需求。
[0004] 作为使用塑料制的透镜时的对策，如专利文献1所记载的那样，通过设为光学元 件-透镜间隔根据温度变化而变化的结构，能够抑制因环境温度变化引起的焦点位置变 动，但是不能说其效果足以完全消除因折射率变化引起的影响。
[0005] 专利文献1 :日本特开2011-003857号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2006-235293号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的问题
[0008] 对此，有如下技术思想：对塑料制的透镜附加具有波长依赖性的衍射构造，利用产 生半导体激光器的基于温度的波长变动（cU/dT)这样的性质，消除环境温度变化时的焦 点位置变动。然而，在半导体激光器的因温度变化引起的波长变动（cU/dT)大时对于伴 随温度变化的焦点位置变动的校正更为有效，但是在光通信中以光的波长大致固定为前提 来进行信息通信，因此存在关于使用于光通信的一般的半导体激光器喜欢使用因温度变化 引起的波长变动（cU/dT)小的半导体激光器的倾向。因而，如果使用这种因温度变化引 起的波长变动（cU /dT)小的半导体激光器则波长的变动小，因此，即使在波长变化的情况 下，通过衍射构造得到的校正效果也小，无法充分地发挥温度变化时的焦点位置变动校正 功能。也就是说，在光通信用的透镜中通过衍射构造得到的校正效果小，因此要求更强的衍 射能力。对此，为了进一步提1?基于衍射能力的校正功能，还考虑使衍射构造更为微细。
[0009] 但是，如果衍射构造变得微细则成形模具的加工性、成形性等制造难易度变高，容 易产生制造误差。如果在成形出的透镜的衍射构造中产生制造误差则衍射效率降低，透镜 的耦合效率降低，并且无用光也增加。这种耦合效率的降低、无用光的增加成为将塑料制的 透镜使用于光通信时的障碍。
[0010] 此外，在专利文献2中公开了将衍射构造形成在一方的光学面上而成的光通信用 的透镜，但是专利文献2的透镜的衍射构造是利用发送用的光与接收用的光的波长彼此不 同的现象来通过衍射构造进行光路的分配，并不是校正因温度变化引起的焦点位置变动。 [0011] 本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种能够降低成本、制造容易、 并且即使产生大的环境温度变化也能够抑制焦点位置变动来实现高精度的光通信的光通 信用的透镜以及使用该透镜的光通信模块。
[0012] 用于解决问题的方案
[0013] 发明1所记载的光通信用的透镜是使从光学元件或光纤出射的光束会聚的光通 信用的透镜，其特征在于，
[0014] 所述光通信用的透镜是由塑料原材料形成的单个透镜，包括：具有用于校正因温 度变化引起的焦点位置变动的衍射构造的光纤侧的光学面（S2面）；以及作为凸面的光纤 相反侧的光学面（SI面），
[0015] 满足以下的式：
[0016] (J)SF>(i)SL (1)
[0017] I SgFmax-SgFmin I〈0· 05 (2)
[0018] 其中，
[0019] Φ SF :所述光纤侧的光学面的有效直径（mm)
[0020] Φ SL :所述光纤相反侧的光学面的有效直径（mm)
[0021] SgFmax :所述光纤侧的光学面的最大垂度量（mm)
[0022] SgFmin :所述光纤侧的光学面的最小垂度量（mm)。
[0023] 根据本发明，使用用于校正因温度变化引起的焦点位置变动的衍射构造。由此，利 用入射到所述透镜的光的波长根据温度而变化的现象，能够通过改变通过了所述衍射构造 的光的衍射能力来消除因所述塑料透镜的折射率变化引起的焦点位置的变动，即能够抑制 产生了环境温度变化时的焦点位置变动，能够提高光耦合效率。并且，通过以满足（1)式的 方式使所述光纤侧的光学面的有效直径大于所述光纤相反侧的光学面的有效直径，能够进 行如下设计：特别是在光纤侧光束的NA小于光纤相反侧光束的NA的情况下，能够确保各光 学面的光学能力（power)平衡，能够确保充分的轴上性能。而且，通过在有效直径大的所述 光纤侧的光学面设置衍射构造，与在Sl面设置衍射时相比能够加大衍射间距，能够提高制 造容易性。此外，通过满足（2)式，所述光纤侧的光学面的最突出的量（SgFmax)与最凹进 的量（SgFmin)之差变小，赋予衍射构造的光学面接近平面。例如在深的曲面形成衍射构造 的情况下，在具有使衍射构造成形的转印面的模具的加工中，周围的转印面的观察角（相 对于轴线的倾斜角）变大，容易产生工具的干扰。与此相对，通过如本发明那样使光学面接 近平面，容易形成衍射构造，能够提高制造容易性。此外，"光学面"是指从所述光学元件或 所述光纤出射的光束能够通过的、形成有衍射构造的范围的面。作为"光学元件"，例如能够 使用半导体激光器。另外，有效直径是指，从所述光学元件或所述光纤出射的光束中有助于 从所述光学元件向所述光纤的光耦合的光束或者有助于从所述光纤向所述光学元件内的 会聚的光束通过各光学面时的直径。另外，垂度量表示在将通过光学面与光轴的交点、且与 光轴垂直的面设为基准面时的向光轴方向的位移量，交点与最接近光纤侧的位置之差为最 大垂度量，交点与最接近光源侧的位置之差为最小垂度量，范围为光学面整体。
[0024] 发明2所记载的光通信用的透镜的特征在于，在发明1所记载的发明中，所述衍射 构造包括旋转对称的衍射面。
[0025] 通过设置旋转对称的衍射面，能够将基于所述衍射构造的衍射能力使用于因环境 变化引起的焦点位置变动的校正。
[0026] 发明3所记载的光通信用的透镜的特征在于，在发明1或2所记载的发明中，所述 光纤侧的光学面是在球面或非球面上形成所述衍射构造而成的。
[0027] 特别是，通过将形成衍射构造的面设为旋转对称的单纯球面，能够校正正弦条件。 另一方面，通过将形成衍射构造的面设为旋转对称的非球面，能够确保轴上性能，并且能够 更好地校正正弦条件，能够充分确保轴外性能。但是，也可以将所述光纤侧的光学面设为平 面。
[0028] 发明4所记载的光通信用的透镜的特征在于，在发明3所记载的发明中，所述光纤 侧的光学面具有拐点。
[0029] 由此，能够确保更高的轴上性能/轴外性能。"拐点"是指，在取透镜的光轴方向截 面时，对光学面趣出的切线的朝向在根据其位置而隔着光轴正交方向从正方向向负方向或 与其相反地变化时朝向光轴正交方向的位置。
[0030] 发明5所记载的光通信用的透镜的特征在于，在发明3或4所记载的发明中，所述 光纤侧的光学面中的Λ sag具有拐点。
[0031] 由此，能够确保更高的轴上性能/轴外性能。λ sag是指光学面的垂度量的变化 率。
[0032] 发明6所记载的光通信用的透镜的特征在于，在发明1~5中的任一个所记载的 发明中，所述透镜在_40°C~+100°C的范围内使用。
[0033] 本发明的透镜即使在所述大范围的温度环境下使用的情况下，也能够充分抑制焦 点位置变动。
[0034] 发明7所记载的光通信用的透镜的特征在于，在发明1~6中的任一个所记载的 发明中，所述光学元件的波长变动（d λ /dT)是0〈 (d λ /dT)〈0. 2 (nm/°C )。
[0035] 光通信用的光学元件的波长变动（d λ /dT)为0〈 (d λ /dT)〈0. 2 (nm/°C )的情况多， 在该条件下通过衍射构造来校正因温度变化引起的焦点位