光插座和光模块的制作方法

1.本发明涉及光插座及具有该光插座的光模块。


背景技术：

2.以往，在利用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：vertical cavity surface emitting laser，垂直腔面发射激光器)等发光元件的光模块。光模块具有使从发光元件射出的包含通信信息的光入射至光传输体的端面的光插座。
3.例如，专利文献1公开了能够使从发光元件射出的光通过光插座入射至光纤的端面的光插座。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2013
‑
137507号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.近年来，在光通信中发送接收的信息越来越大容量化，而在光通信中使用的光模块越来越小型化。在这样的情况下，在将光插座组装为光模块时，若发光元件与光插座之间的位置错开，则有时会发生极端的输出降低。
9.本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够扩大光电转换元件与光插座之间的错位的容许范围(错位公差范围)的光插座。
10.解决问题的方案
11.本发明的光插座配置于光电转换元件与光传输体之间，用于将所述光电转换元件与所述光传输体的端面光学耦合，该光插座具有：第一光学面，使从所述光电转换元件射出的光入射，或使从所述光传输体的端面射出并在所述光插座的内部通过的光向所述光电转换元件射出；第二光学面，使从所述光电转换元件射出并在所述光插座的内部通过的光向所述光传输体射出，或使从所述光传输体射出的光入射；以及第三光学面和第四光学面，以在所述第一光学面与所述第二光学面之间的光路上彼此对置的方式配置，所述第三光学面使由所述第一光学面入射的光射出到所述光插座的外部，或使从所述第四光学面射出到所述光插座的外部的光入射至所述光插座的内部，所述第四光学面使由所述第二光学面入射的光射出到所述光插座的外部，或使从所述第三光学面射出到所述光插座的外部的光入射至所述光插座的内部，所述第三光学面或所述第四光学面为透镜面。
12.本发明的光模块具有一个或两个以上的光电转换元件以及本发明的光插座。
13.发明效果
14.根据本发明，可提供能够扩大光电转换元件与光插座之间的错位的容许范围(错位公差范围)的光插座。
附图说明
15.图1是本发明的实施方式的光模块的剖面图。
16.图2a、图2b是本发明的实施方式的光插座的立体图。
17.图3a、图3b是将在仿真中使用的透镜面的剖面的一部分在xy平面上示出的图表。
18.图4是表示仿真的结果的图表。
具体实施方式
19.下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
20.(光模块的结构)
21.图1是本发明的一实施方式的光模块10的剖面图。此外，在图1中，为了表示光路，省略了各构成要素的剖面的剖面线。单点划线表示光束的光轴la，虚线表示光束的外缘。
22.如图1所示，光模块10具有光电转换元件21和光插座30。在将光传输体50通过套管连接到光插座30的状态下使用光模块10。
23.在光模块10是发送用的光模块的情况下，光电转换元件21是向光插座30射出光的发光元件。从发光元件射出的光在光插座30的内部通过后到达光传输体50的端面23。不特别地限定发光元件的种类。发光元件例如是垂直腔面发射激光器(vcsel)。
24.另一方面，在光模块10是接收用的光模块的情况下，光电转换元件21是对从光传输体50的端面23射出的、在光插座30的内部通过后的光进行检测的受光元件。不特别地限定受光元件的种类。受光元件例如是光电二极管(pd:photodiode)。
25.对于光电转换元件21的数量，不特别地进行限定，可以是一个，也可以是多个。此外，在光电转换元件21的数量为多个情况下，多个光电转换元件21既可以配置成一列，也可以排列成两列以上。在本实施方式中，光电转换元件21的数量为一个。
26.光插座30配置于光电转换元件21与光传输体50之间，使光电转换元件21与光传输体50的端面23光学耦合。光插座30具有透光性，使从光电转换元件21或光传输体50射出的光入射。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30。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，例如通过注射成型来制造光插座30。关于光插座30的结构，将另行详细说明。
27.将光传输体50通过套管连接到光插座30。不特别地限定光传输体50的种类。光传输体50的例子包括光纤、光波导。光纤既可以是单模态方式，也可以是多模态方式。对于光传输体50的数量也不特别地进行限定，既可以是一根，也可以是多根。通常，光电转换元件21的数量与光传输体50的数量相同。在本实施方式中，光传输体50是一根光纤。此外，在光传输体50的数量为多个情况下，多个光传输体50既可以配置成一列，也可以排列成两列以上。
28.(光插座的结构)
29.图2a和图2b是本发明的实施方式的光插座30的立体图。图2a示出后述的第三光学面33为透镜面的光插座30，图2b示出后述的第四光学面34为透镜面的光插座30。
30.如图1、图2a及图2b所示，光插座30具有：第一光学面31、第二光学面32、第三光学面33、第四光学面34及反射面35。
31.第一光学面31以与光电转换元件21对置的方式配置，使从光电转换元件(发光元
件)21射出的光入射，或使从光传输体50的端面23射出并在光插座30的内部通过的光向光电转换元件(受光元件)21射出。在本实施方式中，第一光学面31配置于光插座30的下表面侧，是向光电转换元件21呈凸状的凸透镜面。在本实施方式中，第一光学面31使从光电转换元件(发光元件)21射出的光转换为准直光，或使在光插座30的内部通过后的光向光电转换元件(受光元件)21聚光。
32.对于第一光学面31的数量，不特别地进行限定，可以是一个，也可以是多个。在本实施方式中，第一光学面31的数量为一个。此外，也可以是，在将多个光电转换元件21配置成一列的情况下，将与光电转换元件21相同数量的第一光学面31配置成一列。并且，也可以是，在将光电转换元件21排列成两列以上的情况下，第一光学面31也以相同列数排列。
33.第二光学面32以与光传输体50的端面23对置的方式配置，使从光电转换元件21射出并在光插座30的内部通过的光向光传输体50射出，或使从光传输体50射出的光入射。在本实施方式中，第二光学面32配置于光插座30的正面侧，是向光传输体50呈凸状的凸透镜面。在本实施方式中，第二光学面32使通过了光插座30的内部的光向光传输体50的端面23聚光，或使从光传输体50的端面23射出的光转换为准直光。
34.对于第二光学面32的数量，不特别地进行限定，可以是一个，也可以是多个。在本实施方式中，第二光学面32的数量为一个。此外，也可以是，在将多个光传输体50配置成一列的情况下，将与光传输体50相同数量的第二光学面32配置成一列。并且，也可以是，在将光传输体50排列成两列以上的情况下，第二光学面32也以相同列数排列。
35.第三光学面33和第四光学面34以在第一光学面31与第二光学面32之间的光路上彼此对置的方式配置。在本实施方式中，以在光插座30的顶面开口且与第一光学面31和第二光学面32之间的光路相交的方式，形成有大致四棱台形状的凹部。在构成该凹部的五个面中的、彼此对置的两个面与第一光学面31和第二光学面32之间的光路相交。在这两个面中，靠近第一光学面31(反射面35)侧的面上的与光路相交的区域是第三光学面33；靠近第二光学面32侧的面上的与光路相交的区域是第四光学面34。第三光学面33和第四光学面34隔着凹部内的空间(空气)而对置。此外，对于凹部的形状，不特别地进行限定，例如可以是大致长方体等。
36.第三光学面33使由第一光学面31入射的光射出到光插座30的外部，或使从第四光学面34射出到光插座30的外部的光入射至光插座30的内部。在本实施方式中，第三光学面33使从光电转换元件21射出、由第一光学面31入射至光插座30、并由反射面35反射后的光，射出到光插座30的外部。或者，在本实施方式中，第三光学面33使从光传输体50的端面23射出后由第二光学面32入射至光插座30，并由第四光学面34射出到光插座30的外部的光入射至光插座30的内部。由第三光学面33入射至光插座30内的光朝向反射面35。
37.第四光学面34使由第二光学面32入射的光射出到光插座30的外部，或使从第三光学面33射出到光插座30的外部的光入射至光插座30的内部。在本实施方式中，第四光学面34使从光传输体50的端面23射出并由第二光学面32入射至光插座30的光射出到光插座30的外部。或者，在本实施方式中，第四光学面34使从光电转换元件21射出后由第一光学面31入射至光插座30，并由反射面35反射且由第三光学面33射出到光插座30的外部的光入射至光插座30的内部。由第四光学面34入射至光插座30内的光朝向第二光学面32。
38.在本实施方式的光插座30中，第三光学面33和第四光学面34的至少一者是透镜面
(参照图2a和图2b)。在此，透镜面是指非平面。透镜面既可以是球面，也可以是非球面。从在到达透镜面的光从所期望的位置错开的情况下，以使光靠近所期望的位置的方式控制光的行进方向的角度来看，优选地，透镜面的周边部以使光向中心侧折射(聚光)的方式倾斜。另一方面，透镜面的中央部不需要使光向中心侧折射(聚光)，因此可以是平面或凹面。
39.如图2a、图2b所示，，第三光学面33或第四光学面34是透镜面，优选地，透镜面具有旋转对称形状的中央部和配置于所述中央部的周围的周边部，所述中央部包含相对于与其对称轴垂直的虚拟基准面的倾斜度为
‑
0.5
°
以上且0
°
以下的面，所述周边部包含相对于所述虚拟基准面的倾斜度为0.3
°
以上且3
°
以下的面。在此，对于透镜面的特定的点处的倾斜度(角度)，将以越接近透镜面的中央部的对称轴则越接近凹部的方式倾斜时的倾斜度设为正值(超过0
°
)，将以越接近透镜面的中央部的对称轴则越远离凹部的方式倾斜时的倾斜度设为负值(小于0
°
)。例如，在透镜面整体为凸透镜的情况下，透镜面的各点处的倾斜度为正值(超过0
°
)。在透镜面整体为凹透镜的情况下，透镜面的各点处的倾斜度为负值(小于0
°
)。
40.如图2a所示，在第三光学面33为透镜面的情况下，透镜面例如具有使图3a的xy平面中示出的线以y轴为中心旋转而得的形状。在该xy平面中，上侧为凹部(第四光学面34)侧，下侧为反射面35侧。即，该透镜面向凹部侧突出。另一方面，如图2b所示，在第四光学面34为透镜面的情况下，透镜面例如具有使图3b的xy平面中示出的线以y轴为中心旋转而得的形状。在该xy平面中，上侧为凹部(第三光学面33)侧，下侧为第二光学面32侧。即，该透镜面也向凹部侧突出。
41.图3a和图3b所示的第三光学面33和第四光学面34具有大致圆锥台状的形状。圆锥台的顶面(上底)相当于上述的中央部，圆锥台的侧面相当于上述的周边部。透镜面具有这样的形状，由此，在透镜面的中央部通过的光沿着光轴直线前进，在透镜面的周边部通过的光以接近光轴的方式折射。在到达透镜面的光束的位置错开的情况下，在透镜面的中央部通过的光减少，在透镜面的周边部通过的光增加，而在透镜面的周边部通过的光以接近光轴的方式折射，因此光束的位置得到修正。这样，通过将第三光学面33和第四光学面34的至少一者设为规定形状的透镜面，即使光插座30的位置相对于光电转换元件21而错开的情况下，也能够对在光插座30内行进的光束的位置进行修正。其结果，能够扩大光插座30相对于光电转换元件21的错位公差范围。
42.优选地，将透镜面的中央部和周边部的与光轴(中心轴)垂直的方向上的大小设定为能够发挥上述功能。具体而言，优选地将透镜面的中央部的位置和大小设定为，在没有光束的错位的情况下，光束整体在透镜面的中央部通过。另外，优选地将透镜面的周边部的位置和大小设定为，在光束错开的情况下，光束的外缘部在透镜面的周边部通过。
43.反射面35使由第一光学面31入射的光向第三光学面33反射，或使由第三光学面33入射的光向第一光学面31反射。
44.在本实施方式中，反射面35配置于光插座30的顶面侧，以随着从光插座30的顶面靠近底面而远离光传输体50的方式倾斜。在本实施方式中，反射面35的形状为平面。对于反射面35的倾斜角，只要能够使由第一光学面31入射的光向第三光学面33反射即可，不特别地进行限定。在本实施方式中，以使由第一光学面31入射的光全反射的方式，设定反射面35的倾斜角。
45.(仿真)
46.在本实施方式的光模块10中，进行了如下仿真，即，对使光电转换元件21相对于光插座30在与光轴垂直的方向上从最大耦合效率的位置起移动的情况下的、光电转换元件21与光传输体50之间的耦合效率的变化进行了仿真。
47.图4是表示仿真结果的图表。横轴表示光电转换元件21的移动量，纵轴表示最大耦合效率的变化。实线表示第三光学面33和第四光学面34为平面的光插座(比较例)的仿真结果。虚线是将第三光学面33设为图3a所示的形状的透镜面的光插座30(实施例1)的仿真结果。单点划线是将第四光学面34设为图3b所示的形状的透镜面的光插座30(实施例2)的仿真结果。
48.由图4可知，若第三光学面33或第四光学面34为透镜面，则即使光电转换元件21与光插座30错位，耦合效率的降低也会受到抑制。
49.具体而言，在将耦合效率的降低为0.50db以下的光电转换元件21与光插座30之间的错位范围定义为“错位公差范围”的情况下，在比较例的光插座中，错位公差范围为约0.02mm。另一方面，在将第三光学面33或第四光学面34设为透镜面的实施例1和实施例2的光插座中，错位公差范围扩大至0.027mm。
50.(效果)
51.如上所述，本发明的光插座30与以往的光插座相比，错位公差范围更大。因此，通过使用本发明的光插座30，能够以低成本制造高性能的光模块10。
52.本技术主张基于2019年3月7日提出的日本专利申请特愿2019
‑
041656号的优先权。将该申请说明书和附图中记载的内容全部引用于本技术说明书中。
53.工业实用性
54.本发明的光插座和光模块例如在使用了光传输体的光通信中是有用的。
55.附图标记说明
56.10 光模块
57.21 光电转换元件
58.23 端面
59.30 光插座
60.31 第一光学面
61.32 第二光学面
62.33 第三光学面
63.34 第四光学面
64.35 反射面
65.50 光传输体
66.la 光轴。