CN103091786A - 微透镜阵列以及光传输部件 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种微透镜阵列、以及具备该微透镜阵列的光传输部件，该微透镜阵列与导波通路等的光回路保持高的位置精度且连接操作容易。与本发明有关的微透镜阵列具备：多个微透镜（1），配置为阵列结构，且在光轴方向上长度相同；以及调芯用光纤（9），以使其光轴与微透镜（1）的光轴平行的方式配置在阵列结构的两端，光轴方向的长度与微透镜（1）的长度相同，且导波模直径比微透镜（1）的口径小。

Description

微透镜阵列以及光传输部件

技术领域

本发明涉及一种将在光通信领域中使用的平面光波回路与光电二极管等的光半导体元件阵列相互之间进行连接的微透镜阵列以及包含该微透镜阵列的光传输部件。

背景技术

在光通信中使用的折射率渐变型（下面称为GI）的多模光纤的折射率呈现将芯中心设为最大折射率的二次平方折射率分布，不仅是在作为原来的光传输路而且在作为微透镜而使用的情况下也表示出良好的透镜功能。因此，还利用在光回路与光电二极管（下面称为PD）等的光半导体元件的光耦合中。

图1是用于重要目的的以往型的微透镜阵列的一个例子（例如，参照专利文献1）。在图1中由GI光纤构成、且光轴设为Z轴方向的微透镜1的两个阵列以沿着平行于X轴的阵列轴进行排列的方式夹在V沟板2与上板3之间并用粘接剂4来固定。微透镜1的Z方向长度根据所期望的聚光位置、聚光直径而不同，但是通常为0.3~1mm左右。

专利文献1：日本特开2008-040028号公报

发明内容

考虑将图1所示的两个阵列的微透镜阵列如图2所示那样连接在1×2分支的光回路5的2分支侧。分支侧导波通路间隔设为与微透镜阵列的阵列间隔相同。这里光回路5由在基板上用芯以及包层构成的光导波通路7、以及用于在两端容易地连接光纤或其它的部件的保护板（protector board）构成。微透镜阵列的连接固定是在1输入侧的光回路端预先连接好光纤、其它的部件之后通过导波光、并一边用监视器PD6监视来自微透镜1的输出光一边固定在最大受光强度的位置。这里存在如下的问题。

图3是从X方向看上述调芯状态的图。在调芯固定时，为了最大限度地发挥出聚光能力等的透镜性能，需要使在光导波通路7中进行传输的导波模场分布的中心与微透镜1的中心位置一致。通常，光导波通路7的导波模直径是10μm以下，与此相对微透镜1的口径大到50μm以上，因此即使透镜中心从导波模中心错开，来自微透镜1的出射光也无衰减、扩散地到达监视器PD6的受光面，如图3（a）、图3（b）所示监视光量难以从光轴向半径方向变化。即，图3（b）的右端示出的位置-监视光强度曲线成为梯形状，没有以足够的精度来求出与导波通路中心一致的透镜中心位置。这里，导波模直径是指在图3所示的导波模场分布曲线中光强度从峰值变为1/e²的地方的直径。

因此作为用于解决该课题的方法，如图3（c）所示在监视器PD6之前设置与光导波通路7的导波模直径相同程度的孔径的狭缝8。由此，如图3（c）所示位置-监视光强度曲线在光导波通路7中进行传输的导波模与微透镜1的中心一致时具有峰值，从而能够实现对位。

但是，上述方法为了使狭缝8与光导波通路7的位置关系在图的XY面一致以使得在导波模中心与微透镜1的中心一致时来自微透镜1的出射光通过狭缝8，需要预先设定好足够的位置精度。因此，上述方法需要只用于光回路-透镜连接工序的专用装置等，透镜安装操作变得烦杂，存在成本下降困难这样的课题。

因此，为了解决这样的课题，本发明的目的在于提供一种与导波通路等的光回路保持高的位置精度且连接操作容易的微透镜阵列、以及具备该微透镜阵列的光传输部件。

为了达成上述目的，与本发明有关的微透镜阵列的特征在于，在配置为阵列状的微透镜的两端配置调芯用光纤。

具体地说，与本发明有关的微透镜阵列，具备：多个微透镜，配置为阵列结构，且在光轴方向上长度相同；以及调芯用光纤，以使其光轴与所述微透镜的光轴平行的方式配置在所述阵列结构的两端，光轴方向的长度与所述微透镜的长度相同，且导波模直径比所述微透镜的口径小。

从调芯用光纤出射的光的强度容易从光轴向半径方向变化。因此，不使用与导波通路的导波模直径相同程度的孔径的狭缝也能够使调芯用光纤与光回路等的导波通路双方的导波模中心高精度地一致。如果在与微透镜进行连接的光回路中以与信号用的导波通路并列的方式形成有调芯用的导波通路，则能够容易地对该调芯用的导波通路和本微透镜阵列的调芯用光纤进行对位，能够高精度地连接微透镜和导波通路。

因而，本发明能够提供一种与导波通路等的光回路保持高的位置精度且连接操作容易的微透镜阵列。

与本发明有关的微透镜阵列的所述微透镜，其特征在于，所述微透镜是多模折射率渐变型光纤，所述调芯用光纤是单模光纤。

能够使调芯用光纤的导波模直径比微透镜的口径足够小，能够提高对位的精度。

与本发明有关的光传输部件，其特征在于，具备：所述微透镜阵列；以及光回路，具备与所述微透镜进行光连接的光导波通路、以及与所述调芯用光纤的芯进行光连接的调芯用光导波通路。

在光回路中以与信号用的导波通路并列的方式形成有调芯用的导波通路。能够容易地对该调芯用的导波通路和微透镜阵列的调芯用光纤进行对位，因此能够容易且高精度地连接微透镜和光回路的导波通路。

因而，本发明能够提供一种尽管导波通路等的光回路与微透镜阵列的连接精度高但是制造容易的光传输部件。

根据本发明，能够提供一种与导波通路等的光回路保持高的位置精度且连接操作容易的微透镜阵列、以及具备该微透镜阵列的光传输部件。

附图说明

图1是以往的微透镜阵列的立体图。

图2是表示以往的微透镜阵列与光回路的连接操作的立体图。

图3是表示以往的微透镜阵列与光回路的连接操作的截面图。（a）是导波通路与透镜光轴错开时的图。（b）是导波通路与透镜光轴错开时的图。（c）是说明使用狭缝来对准导波通路和透镜光轴的图。

图4是表示与本发明有关的微透镜阵列与光回路的连接操作的截面图。

图5是与本发明有关的微透镜阵列的立体图。

图6是表示与本发明有关的微透镜阵列与光回路的连接操作的立体图。

图7是光导波通路与微透镜的位置-监视光强度曲线的比较曲线图。

图8是光导波通路与微透镜的位置-监视器强度曲线的最优调芯位置附近的放大比较曲线图。

附图标记说明

1：微透镜；2：V沟板；3：上板；4：粘接剂；5：光回路；6：监视器PD；7：光导波通路；8：狭缝；9：调芯用光纤；10：调芯用导波通路；11：光纤。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式。下面说明的实施方式是本发明的实施例，本发明不限于下面的实施方式。

在图3所示的结构中，将微透镜1替换为作为与光导波通路7同等的导波模直径的单模光纤的调芯用光纤9来视作图4所示的结构。由此在监视器PD6中接收到的位置-监视光强度曲线成为如下峰值曲线：如图中示意性地所示，调芯用光纤9短到仅仅1mm以下，因此背景光强度变高，但是在调芯用光纤9的导波模中心与光导波通路7的导波模中心一致的情况下成为最大。因此为了解决所述的问题只要如下即可。

本实施方式的微透镜阵列具备：多个微透镜1，配置为阵列结构，且在光轴方向上长度相同；以及调芯用光纤9，以使其光轴与微透镜1的光轴平行的方式配置在阵列结构的两端，调芯用光纤9的光轴方向的长度与微透镜1的长度相同，且导波模直径比微透镜1的口径小。

另外，微透镜1是多模折射率渐变型光纤，调芯用光纤9是单模光纤。

图5表示本实施方式的微透镜阵列的立体图。微透镜阵列具有：微透镜1的两个阵列，该微透镜1由GI光纤构成；以及调芯用光纤9，在该两个阵列的两侧由包层直径与GI光纤相同、且与光导波通路7的导波模直径相同的导波模直径的单模光纤构成。并且，微透镜阵列成为如下结构：还具有以平行于X轴的直线为阵列轴、在垂直于该阵列轴的Z轴方向形成了4根平行的相同形状的V沟的V沟板2和上板3，在V沟板2与上板3之间夹入微透镜1和调芯用光纤9并用粘接剂4来固定。

微透镜1的间隔与应该连接的光回路的导波通路间隔相一致。与图1所示的以往型的不同之处在于，在微透镜1的阵列结构的两侧具备有2根调芯用光纤9。微透镜1和调芯用光纤9的包层直径相同，因此微透镜1和调芯用光纤9的中心自动地排列在一条直线上。

另一个不同之处在于，如作为该微透镜阵列的适用图的图6所示，与2根调芯用光纤9相应地在光回路5中也具备调芯用导波通路10以及与其连接的光纤11。

微透镜阵列向光回路5的调芯固定是由监视器PD6来接收来自调芯用导波通路10的监视光。其位置-监视光强度曲线如先前所示的图4那样具有峰值，能够通过设置在阵列结构的两端的调芯用导波通路10和调芯用光纤9的调芯操作来进行光回路5与微透镜阵列的2轴调芯固定。

此外，还假定作为微透镜1而使用的GI光纤和调芯用光纤9的包层直径不同的情况。在这种情况下，在V沟板2中将微透镜1和与调芯用光纤9相对应的V沟设为不同的深度，只要微透镜1和调芯用光纤9的中心排列在一条直线上即可。另外，上板3也相同地除了设置V沟板之外，还可以通过设置凸部或者凹部以便能够压住微透镜1和调芯用光纤地进行固定。

下面叙述实施例。在实施例中，工作波长设为1.55μm。

作为光回路5，使用了NA为0.21、导波模直径7μm的石英系平面光波回路。在微透镜1中使用了NA为0.28、芯径62.5μm（即透镜口径62.5μm）、包层直径125μm的GI型光纤。另外，作为应该配置在其两侧的调芯用光纤9，使用了NA为0.14、导波模直径9.2μm、包层直径125μm的单模光纤。将它们构成为由Pyrex（注册商标）玻璃构成并以250μm间隔切割的60度V沟板2、粘接剂4、以及与V沟板2相同地由Pyrex（注册商标）玻璃平板构成的上板3构成的光纤模块，之后切为长度0.411mm来形成250μm间隔的微透镜阵列。

该带调芯用光纤的微透镜阵列向上述光回路5的调芯操作时的位置-监视光强度曲线表示在图7以及图8中。这里使用的监视器PD6的受光径是

在这些图中为了比较而表示作为以往方法的由微透镜1（图中GIF）自身来进行调芯的情况（不使用狭缝8）、以及使用本发明的调芯用光纤9（图中SMF）的情况的两者。图7是以光回路5的导波通路芯与微透镜1的中心大致一致的点为中心士50μm的范围内的位置-监视光强度曲线。在士10μm以上的范围内，导波通路芯与调芯光纤9的位置大幅地错开，因此监视器PD6将穿过调芯用光纤9的包层而来的光作为背景光来接受从而背景光强度比GI透镜的情况强。另一方面，在士10μm以下的范围内，判断为表示出比GI透镜透射光更尖锐的峰值。图8是士5μm的范围的放大曲线图。如图中明确那样，在GI透镜中X方向为士3μm、Y方向为士2μm的区域内位置-监视光强度曲线变为恒定，无法以这以上的精度来判别峰值。另一方面，在作为调芯用光纤9而使用了单模光纤的调芯中，峰值清楚，能够以亚μm的精度来判别调芯最优位置。

此外，在本实施方式中，以两个阵列来说明了微透镜的阵列结构，但是阵列结构不限于此。另外，调芯用光纤不限于单模光纤，也可以是多模光纤。在任意的光纤的情况下，都以导波模直径比微透镜的口径小为条件。此外，“小”意味着调芯用光纤的导波模直径比0大且比微透镜的口径小。关于调芯精度，在光导波通路7的导波模直径与调芯用光纤9的导波模直径一致的情况下获得最大精度。这是因为，在这种情况下光导波通路7与调芯用光纤9的光耦合变得最大、背景光变得最低而获得最尖锐的调芯峰值曲线，从而能够实现S／N低的峰值识别。

（实施方式的效果）

如上所述，根据本实施方式，能够期待如下的效果。

首先，在本实施方式中，在微透镜1的阵列的两侧附加调芯用光纤9、在光回路的输入侧也附加相对应的光纤11。但是，光纤11在保证外径精度为士1μm以内的前提下单价便宜，利用了V沟的光纤模块制作技术、多阵列化技术也已有进步，不存在技术上的困难。

另外，在光回路5中也需要附加调芯用导波通路10，但是只使用在调芯操作中，不必关心导波通路本身的品质而只在设计的阶段附加在光掩模上。

因而，采用本结构对成本上升的影响很小。

接着，叙述本发明的进一步的优点。

首先第一点在于，2轴调芯工序可以是与通常的导波通路连接完全相同的工序。通过援用技术改良后的光纤阵列制作技术，以调芯用光纤来代用要求高精度的位置精度的狭缝8的作用，不对以往的导波通路连接装置进行任何的高功能化就能够直接使用。

第二点在于，在利用了电光效应、热光效应等的高功能的光回路中也不使这些回路进行动作就能够连接微透镜阵列。在上述高功能回路中往往成为常闭的设定，以往为了获得监视光需要在连接操作时驱动回路。在本实施方式中使用调芯用导波通路，因此连这种驱动装置也不需要。

如上所述，本发明在光回路中高精度地安装微透镜阵列，因此对以预测伴随着今后的光通信的日益的大容量化而需求增加的20GHz以上的带宽为目标的20μm以下的窄受光径的超高速光电二极管等与光回路之间的连接有效。

Claims (4)

1.一种微透镜阵列，其特征在于，具备：

多个微透镜，配置为阵列结构，且在光轴方向上长度相同；以及

调芯用光纤，以使其光轴与所述微透镜的光轴平行的方式配置在所述阵列结构的两端，所述调芯用光纤的光轴方向的长度与所述微透镜的长度相同，且导波模直径比所述微透镜的口径小。

2.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，

所述微透镜是多模折射率渐变型光纤，

所述调芯用光纤是单模光纤。

3.一种光传输部件，其特征在于，具有：

权利要求1所述的微透镜阵列；以及

光回路，具备与所述微透镜进行光连接的光导波通路、以及与所述调芯用光纤的芯进行光连接的调芯用光导波通路。

4.一种光传输部件，其特征在于，具有：

权利要求2所述的微透镜阵列；以及

光回路，具备与所述微透镜进行光连接的光导波通路、以及与所述调芯用光纤的芯进行光连接的调芯用光导波通路。

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