CN103308998B - 发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明实现能够独立、容易且高精度地调整发光部与光波导之间的高度偏移的发光装置。发光装置具备：多个发光部；光合波器，在来自该多个发光部的光的入射端中具备多个光波导的开口部、以及在光的出射端中具备将多个光波导汇总为一个的光波导的开口部；以及多个驱动部，沿着相对于形成了光波导的面以规定的角度倾斜了的面的倾斜了的方向，分别驱动多个发光部，以使来自其发光方向的中心轴与光波导的形成面平行那样的角度配置了发光部。

Description

发光装置

本申请要求基于在2012年3月15日申请的日本专利厅申请号日本特愿2012－59027的优选权。该作为基础的专利申请的公开内容将通过参照整体地包含在本申请中。

技术领域

本发明涉及具备发光部和光合波器的发光装置。

背景技术

在具备发光部和光纤、光波导等光波导系统，将来自发光部的光经由光波导系统输出的发光装置中，耦合效率大是重要的。耦合效率是指，波导光的功率相对入射到光波导系统的光的功率的比，而此处设为表示波导光的功率相对由发光部发生的光的功率的比的用语。

为了提高该耦合效率，减小发光部的发光点和光波导系统的光入射部的高度的偏移是重要的。通常，在发光部与光波导系统之间配置透镜，使从发光部出射的光会聚而导入光波导系统的光入射部，从而进一步改善耦合效率。

但是，在安装发光部、透镜、以及光波导系统来构成发光装置的情况下，发光部的发光点的高度和光波导系统的光入射部中心的高度通常存在偏移（高度偏移），如果不调整高度，则耦合效率变低。

例如，在发光装置中作为发光部由1个光半导体器件和1个透镜构成并作为光波导系统由1根光纤构成的情况下，通过按照光半导体器件、透镜、光纤的顺序安装，能够针对光半导体器件的发光点调整透镜和光纤的高度，而能够避免发光点高度的安装位置偏移所致的耦合效率降低。

另一方面，在具备多个发光部、和作为光波导系统代替光纤而具有与发光部的数量对应的数量的多个光波导（将发光部和与各发光部对应的光波导汇总称为通道）的光合波器的发光装置中，在安装各发光部时的高度中产生偏差，所以需要针对各通道的每一个，调整光波导的光入射部的高度。

在这样的情形下，针对1个通道，能够通过与发光部是1个且光波导系统由1根光纤构成的情况同样的组装步骤，降低发光部的发光点的高度和与其对应的光波导的高度的安装位置偏移。但是，对于其他通道，由于已经安装了光合波器，所以难以通过光合波器来调整发光部的发光点高度的安装位置偏移而使与该发光部对应的光波导的光入射部的高度对齐。

另外，不仅是发光部的发光点的高度的偏差，而且还需要调整光合波器中形成的多个光波导的高度的偏差。如果不能进行这样的调整，则多个发光部与光合波器之间的平均的光耦合效率降低。

已公开为了改善这样的多个发光部和光合波器的各通道每一个的发光部的发光点与光波导之间的高度偏移所致的耦合效率降低的现象，在作为发光部的光半导体器件与光合波器之间放入透镜，并针对每个通道对透镜三维地进行位置调整，从而改善耦合效率的发明（专利文献1）。作为安装步骤，在可三维地移动的机构部中安装透镜，并通过机构部使透镜位置移动到最佳位置之后，通过加热器使焊锡融化来固定机构部。

【专利文献1】美国专利申请公开第2011/0013869号说明书

发明内容

这样，根据专利发明1，通过透镜的三维位置调整，减轻了发光部的发光点高度和光合波器中形成的光波导的高度的偏移所致的耦合效率降低，但其效果并不充分。另外，由于所需的调整精度（1/100μm左右）严格，所以不易独立地调整发光部与光波导之间的高度偏移。

本发明是鉴于上述事情而完成的，其目的在于实现一种能够独立、容易且高精度地调整发光部与光波导之间的高度偏移的发光装置。

本发明的发光装置的特征在于，具备：多个发光部；光合波器，在来自该多个发光部的光的入射端具备多个光波导的开口部，且在光的出射端具备将所述多个光波导汇总为一个的光波导的开口部；以及多个驱动部，沿着相对于形成了所述光波导的面以规定的角度倾斜了的面的该倾斜了的方向，分别驱动所述多个发光部，以使其发光方向的中心轴与所述光波导的形成面平行那样的角度配置了所述发光部。

根据上述发明的发光装置，能够调整发光部各自的高度，独立、容易且高精度地降低发光部与光波导之间的高度偏移。因此，能够通过该调整改善耦合效率。

通过使以下的详细说明与以下的附图相关联，将更加完整地理解本申请。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的发光装置的结构例的俯视图。

图2是实施方式1的发光装置的A－A’剖面图。

图3是实施方式1的发光装置的B－B’剖面图。

图4是示出实施方式1的发光装置的耦合效率的改善例的图。

图5是实施方式1的变形例的发光装置的B－B’剖面图。

图6是本发明的实施方式2的发光装置的A－A’剖面图。

图7是示出实施方式2的发光装置的耦合效率的改善例的图。

（附图标记说明）

1：发光装置；2：发光部；3：第1透镜；4：光合波器；5：驱动部；6：发光部基板；7：发光部载体；8：透镜保持器；9：第2透镜；10：透镜载体；11：馈通部；12：图案；13：发光部电线；14：信号电线；15：封装载体；16：封装；17：封装盖；40：光波导；41：光合波部；42：光波导；50：驱动轴。

具体实施方式

（实施方式1）

图1用俯视图示出实施方式1的发光装置的结构例。另外，图2示出图1的A－A’的剖面图，图3示出B－B’的剖面图。在图3中，上部示出B－B’剖面图，下部示出作为其中的单点划线包围的部分的C部的放大图。图1~3示出X、Y、Z方向。关于X、Y、Z方向的定义将后述。

发光装置1具备多个发光部2、多个第1透镜3、光合波器4、以及多个驱动部5而作为构成要素，并且具备多个发光部基板6、多个发光部载体（carrier）7、多个透镜保持器（lensholder）8、第2透镜9、透镜载体10、馈通部（feed-through）11、多个图案（pattern）12、多个发光部电线13、多个信号电线14、封装载体15（仅在图2、图3中显示）、封装（package）16、以及封装盖17（仅在图2、图3中显示）。设为多个的上述各构成要素分别对应于多个发光部2。

多个发光部2分别例如由激光二极管等光半导体器件构成，发生发光装置1用的光。另外，在图1~3中，将多个发光部2例示为4个发光部2。

多个第1透镜3分别对应于多个发光部2，各第1透镜3设置于各发光部2、和光合波器4的与各发光部2对应的入射端的光波导40的开口部之间，将从各发光部2的发光点放出的光会聚到对应的光波导40的光的入射端开口部。

光合波器4具备多个光波导40、1个光波导42、以及光合波部41，将入射到多个光波导40的入射端开口部的光通过光波导40导入光合波部41而合波，并将合波了的光经由光波导42的出射端开口部输出。多个光波导40的入射端开口部隔着第1透镜3而与多个发光部2的发光点分别对置。光波导40的长度方向、即光的波导方向是Y方向。光合波器4的多个光波导40排列的方向是X方向（还称为光合波器4的宽度方向），与X以及Y方向正交的方向是Z方向，该Z方向成为高度方向。

多个驱动部5与多个发光部2分别对应，各驱动部5驱动对应的发光部2来调整其高度位置。详细内容将后述。

多个发光部基板6分别是形成了用于使用发光部2的电路图案的基板，在各发光部基板6之上安装发光部2。对于发光部2和发光部基板6，连结有用于向发光部2的电源供给以及信号发送接收的电线。图示的发光部电线13代表性地表示这些电线。另外，在发光部基板6与馈通部11上的图案12之间，同样地连结有用于电源供给以及信号发送接收的电线。图示的信号电线14表示这些电线。

多个发光部载体7与多个发光部2分别对应，在其上表面，隔着发光部基板6设置了发光部2，并通过驱动部5驱动。发光部载体7构成为通过驱动而改变其位置，从而使其高度变化。由此，调整发光部2的高度方向（Z方向）的位置。具体而言，如图3的单点划线包围的C部所示，关于发光部载体7，相对于设置了发光部基板6的面，其相反侧的面以角度θ倾斜。倾斜的方向是在形成了光波导40的面（X－Y平面）上以与光波导40的长度方向（Y方向）正交的方向（X方向）为基准的向高度方向的仰角θ的方向。

多个透镜保持器8与多个第1透镜3分别对应，以在透镜载体10上可三维地调整位置的形式，保持第1透镜3。三维的位置调整是指，X、Y、Z的各轴方向以及绕各轴的旋转方向上的位置调整这样的意思。

第2透镜9使来自光合波器4的输出光会聚。

透镜载体10是安装透镜保持器8和第2透镜9，且能够经由透镜保持器8调整第1透镜3的位置的基盘。另外，还作为用于设置发光部载体7、光合波器4的基盘。设置发光部载体7的部分的透镜载体10如图3的单点划线包围的C部所示，由以与发光部载体7的倾斜面相同的角度θ在相同的方向上倾斜的面构成。发光部载体7通过驱动部5，在透镜载体10的倾斜面上沿着倾斜方向被驱动而改变其位置。由此，发光部载体7的高度被调整，因此在其上部设置的发光部2的发光点的高度被调整。

馈通部11为了电源供给以及各种信号的发送接收而连接封装16的内外。具体而言，通过在馈通部11上形成的图案12接受信号电线14，经由信号电线14，从封装16的外部接受电源供给，在与外部之间进行信号的发送接收。

封装载体15是用于支撑透镜载体10，并在封装16内设置并调整为规定的配置的支撑基盘（参照图2、图3）。

封装16收纳以上的构成要素。封装16通过封装盖17被密闭（参照图2、图3）。

接下来，说明实施方式1的发光装置1的动作。由多个发光部2发生的光分别通过对应的第1透镜3会聚，入射到光合波器4的分别对应的光波导40的入射端开口部。入射到光合波器4的各光波导40的入射端开口部的光通过光合波部41合波，经由光波导42出射到第2透镜9。第2透镜9使该光会聚而输出到发光装置1的外部。另外，在图1~3中，对于进行从封装16的光输出的取出部，省略了图示。

如以上说明，在装配起来的发光装置1中，发光部2的发光点的高度和光波导40的光入射部的高度分别由于各种误差而出现偏差，因此在两者之间的高度中，通常产生偏移（高度偏移）。

对于发光部2的发光点的高度，在由光半导体器件构成了发光部2的情况下，由于其制造偏差、发光部基板6、发光部载体7、透镜载体10的制造公差，相对最佳高度，作为一个例子，最大偏差为±0.065mm。另一方面，对于光波导40的高度，由于光波导40的制造公差、透镜载体10的制造公差，相对最佳高度，作为一个例子，最大偏差为±0.058mm。因此，在该情况下，光波导40的高度相对发光部2的发光点的高度最大可产生－0.123mm的高度偏移。如果产生这样的高度的偏移，则即使进行专利文献1公开的第1透镜3的三维的位置调整，耦合效率的改善也不充分。

在图4中用白圈表示此时的耦合效率。图4是示出实施方式1的发光装置的耦合效率的改善例的图，作为比较对象，用白圈示出以往的耦合效率。横轴是高度的偏移量，在上述例中是－0.123mm，此时的耦合效率成为－3.3dB。对于该耦合效率，在作为目标的耦合效率是例如0~－2.5dB的情况下，无法满足该目标，所以无法将该发光装置1应用于需要0~－2.5dB的耦合效率的用途的产品。

在实施方式1的发光装置1中，如图3的单点划线包围的C部所示，将发光部载体7的与透镜载体10相接的面设为在形成了光波导40的面（X－Y面）上以与光波导40的长度方向（Y方向）正交的方向（X方向）为基准而向高度方向倾斜了仰角θ的面，将与该倾斜了的面对置地相接的透镜载体10的面也同样地设为倾斜了相同的角度θ的面。驱动部5经由驱动轴50使发光部载体7沿着透镜载体10的倾斜面而移动（图3的箭头的方向）。在发光部载体7上隔着发光部基板6安装了发光部2，所以如果发光部载体7沿着透镜载体10的倾斜面、即在图3的箭头所示的方向上移动，则发光部2的高度变化。此时，发光部2被设置为与形成了光波导40的面即X－Y平面平行，在高度调整中该平行状态也被保持。即，来自发光部2的光的中心轴（光轴）维持与形成了光波导40的面平行的状态。

在高度的偏移量是－0.123mm的上述例中，例如，在将角度θ设为13°的情况下，当使发光部载体7在X方向上移动了0.3mm时，发光部2的发光点的高度变低0.09mm，能够将发光部2的发光点和光波导40的高度的偏移量从以往的－0.123mm降低为－0.033mm。针对该高度偏移量的耦合效率如图4的黑圈所示，成为－1.4dB，而满足目标耦合效率0~－2.5dB。

另外，在将角度θ设为5°的情况下，当使发光部载体7在X方向上移动了0.3mm时，发光部2的发光点的高度变低0.03mm，能够将发光部2的发光点和光波导40的高度的偏移量从以往的－0.123mm降低为－0.093mm。针对该高度偏移量的耦合效率如图4的黑圈所示，成为－2.4dB，而满足目标耦合效率0~－2.5dB。

另外，角度θ越小，高度的调整精度越提高，但进行相同量的高度调整的情况下的X方向的移动量增加。对于光波导40，相比于高度方向（Z方向）的宽度，X方向的宽度更大，所以X方向的位置偏移相比于高度方向的位置偏移，针对耦合效率的降低的裕度更大。但是，即使是X方向的位置偏移，如果变得过大，则耦合系数降低，所以需要抑制为规定的范围。上述0.3mm是该规定的范围的一个例子。

图5示出实施方式1的变形例的发光装置的结构例。在图5中，上部示出图1的B－B’的剖面图，下部示出作为其中的单点划线包围的部分的D部的放大图。

在该变形例中，省略发光部载体7，驱动部5直接驱动发光部基板6。因此，发光部2通过以沿着透镜载体10的倾斜面倾斜的形式移动来调整发光点的高度。另外，在该变形例中，不与形成了光波导40的面即X－Y平面平行而倾斜地设置了发光部2。但是，发光部2的光轴与形成了光波导40的面平行，即使在调整高度时，也维持该平行的状态。

根据本实施方式1的发光装置1，包括变形例在内，能够针对光合波器4各自的光波导40，独立、容易且高精度地调整与其对应的发光部2的高度。因此，能够通过该调整改善耦合效率。另外，在调整高度时，发光部2的光轴维持与形成了光波导40的面平行的状态。因此，发光部2的高度调整直接对应于光轴的高度调整，高度偏移的调整变得容易。

在上述变形例中，即使发光部载体7作为平板留下，并将发光部基板6设置于该平板上，也能够起到与上述同样的效果。在放置平板的情况下，无需对发光部基盘6直接进行驱动而能够驱动作为平板的发光部载体7，所以相比于变形例，能够减少与和驱动轴50的连接相伴的发光部基板6破损的危险性，能够确保作为发光装置1的可靠性。

发光装置1也可以在封装16内根据用途而包括其他构成要素。另外，无需具备图1~3以及5所示的所有构成要素，而也可以汇总几个构成要素。

（实施方式2）

实施方式2的发光装置1的结构如果用俯视图表示则与图1基本上相同。图6示出与实施方式1的差异。在图6中，上部示出图1的A－A’的剖面图，下部示出作为其中的单点划线包围的部分的E部的放大图。

与实施方式1的不同点在于，将发光部载体7的与透镜载体10相接的面设为：相对形成了光波导40的面（X－Y面），以与光波导40的长度方向（Y方向）相反的方向为基准，向高度方向倾斜了规定的仰角θ的面。并将与该倾斜了的面对置地相接的透镜载体10的面也同样地设为倾斜了相同的角度θ的面。驱动部5经由驱动轴50使发光部载体7沿着透镜载体10的倾斜面在图6的箭头的方向上移动。在发光部载体7中隔着发光部基板6安装了发光部2，所以如果发光部载体7沿着透镜载体10的倾斜面移动，则发光部2的高度变化。另外，在调整高度时，来自发光部2的光的中心轴维持与形成了光波导40的面平行的状态。

在图6所示的例子中，伴随高度调整，发光部2的发光点的位置在光波导40的长度方向（Y方向）上移动。因此，在第1透镜3是固定状态的情况下，Y方向的会聚点的位置变化，光波导40的光入射部中的会聚光点的大小变化。在会聚光点的尺寸变大的情况、即焦点模糊了的情况下，向光波导40的光的入射率降低，所以耦合效率降低。但是，该影响小于高度的变化所致的影响。因此，只要不使倾斜角度θ过小，实质上可以认为没有问题。进而，通过调整第1透镜3的Y方向位置，还能够减小会聚点的位置变化。

根据本实施方式2的发光装置1，能够针对光合波器4各自的光波导40，独立、容易且高精度地调整与其对应的发光部2的高度。因此，能够独立、容易且高精度地调整发光部2和与其对应的光波导40之间的高度偏移，能够改善耦合效率。另外，在调整高度时，发光部2的光轴维持与形成了光波导40的面平行的状态。因此，发光部2的高度调整与光轴的高度调整直接对应，高度偏移的调整变得容易。

根据实施方式2的发光装置1，通过调整高度，发光点与光波导40的光入射部之间的距离变化。因此，光波导40的光入射部中的会聚光点的大小变化。但是，其导致的耦合效率的降低程度小于高度的偏移的情况。另外，通过调整第1透镜3的位置，能够减小会聚光点的尺寸，所以在该情况下，耦合效率的降低程度进一步变小。

【产业上的可利用性】

发光装置1使用于作为用于相互变换电信号和光信号的电子部件的光模块等。

Claims (5)

1.一种发光装置，具备：

多个发光部；以及

光合波器，在来自该多个发光部的光的入射端具备多个光波导的开口部，且在光的出射端具备将所述多个光波导汇总为一个的光波导的开口部，

所述发光装置的特征在于，

具备多个驱动部，该多个驱动部沿着相对于形成了所述光波导的面以规定的角度倾斜了的面的该倾斜了的方向，分别驱动所述多个发光部，

以使来自发光部的光的发光方向的中心轴与所述光波导的形成面平行那样的角度配置了所述发光部。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述倾斜了的面是：以所述光波导的长度方向的反方向为基准，具有向高度方向的规定的仰角的倾斜了的面。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述倾斜了的面是：在与形成了所述光波导的面平行的面上，以与所述光波导的长度方向正交的方向为基准，具有向高度方向的规定的仰角的倾斜了的面。

4.根据权利要求2或者3所述的发光装置，其特征在于，

所述发光部是与形成了所述光波导的面平行地配置的。

5.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，

所述发光部是与所述倾斜了的面平行地配置的。