CN104755977B - 光耦合元件和具备该光耦合元件的光模块 - Google Patents

光耦合元件和具备该光耦合元件的光模块 Download PDF

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Abstract

本发明的光耦合元件具备：使从多个发光元件(32)发射的光分别入射的具有规定曲率的多个入射面(111)；将分别入射至入射面(111)的来自多个发光元件(32)的光反射的具有规定曲率的反射面(1211)；以及使由反射面(1211)反射的来自多个发光元件(32)的光分别向光纤4的端面(41)射出的具有规定曲率的多个射出面(131)。对所述入射面、所述反射面以及所述射出面进行了用于使X方向的容差比Y方向的容差大的曲率调整。在将所述多个入射面以单一列的方式排列配置时，将所述排列方向定义为X方向，将所述光的行进方向定义为Z方向，将与所述X方向及所述Z方向正交的方向定义为Y方向。根据本发明，能够在实现提高制造效率及设计自由度的同时，有效地缓和光耦合效率的温度依赖性。

Description

光耦合元件和具备该光耦合元件的光模块
技术领域
本发明涉及光耦合元件及具备该光耦合元件的光模块，特别地，涉及适于将多个发光元件与多个光纤的端面光学耦合的光耦合元件及具备该光耦合元件的光模块。
背景技术
近年来，作为对于反映通信的高速化及通信设备的小型化的需求、以紧凑的结构实现多信道的光通信而言有效的光学部件，配置有多个透镜的透镜阵列的需要越来越高。
一直以来，能够在这种透镜阵列中安装具备多个发光元件(例如，VCSEL：VerticalCavity Surface Emitting Laser，垂直腔表面发射激光器)的光电变换装置及多个光纤。
而且，透镜阵列在配置于这些光电变换装置与多个光纤之间的状态下，能够将从光电变换装置的各发光元件射出的光在各光纤的端面进行光学耦合，来进行多信道的光通信。
另外，例如，如专利文献1～3所示，在这样的透镜阵列中，还有在发光元件的光的光路上具备反射面的透镜阵列。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-59484号公报
专利文献2：日本特开2001-51162号公报
专利文献3：日本特开平9-281302号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，一直以来，利用使用模具的树脂材料(例如，聚醚酰亚胺等)的射出成型法来形成透镜阵列是主流的。但是，这样的透镜阵列有可能伴随由激光自身的发热引起的温度变化、或服务器内等容易温度变化至高温的使用环境下的温度上升而发生变形(膨胀)。另外，这样的透镜阵列与常温时相比在低温时有可能收缩。
因此，这种透镜阵列需要即使在假定是由温度变化引起的变形(热变形)，而产生了变形的情况下，也维持发光元件与光纤的端面之间的光耦合效率。
另一方面，如果将考虑这样的温度变化下的光耦合效率的维持依赖于基于有源对准等的光电变换装置的高精度定位或模具的加工精度(尺寸精度)，则存在难以指望提高制造效率及设计自由度的问题。
本发明的目的在于，提供一种光耦合元件及具备该光耦合元件的光模块，其能够提高制造效率及设计自由度，并有效地缓和光耦合效率的温度依赖性。
解决问题的方案
本发明涉及以下的光耦合元件及光模块。
[1]一种光耦合元件，其构成为，在配置于多个发光元件和多个光纤之间的状态下，能够将所述多个发光元件和所述多个光纤的端面分别进行光学耦合，该光耦合元件具备：具有曲率的多个入射面，其在光耦合元件主体的所述多个发光元件侧的第一面上分别与所述多个发光元件对应配置，并分别使从所述多个发光元件发射的光入射；具有曲率的反射面，其在所述光耦合元件主体的所述第一面相反侧的第二面上相对于所述第一面倾斜地配置，并使分别入射至所述多个入射面的所述多个发光元件的光分别向所述多个光纤侧反射；以及具有曲率的多个射出面，其在所述光耦合元件主体的所述多个光纤侧的第三面上分别与所述多个光纤的端面对应配置，并使由所述反射面反射的所述多个发光元件的光分别向所述多个光纤的端面射出，在将所述多个入射面以仅呈现单一列的方式排列配置在所述单一列的排列方向上的情况下，将所述排列方向定义为“X方向”，将从所述多个发光元件发射的光的行进方向定义为“Z方向”，将与所述X方向及所述Z方向正交的方向定义为“Y方向”，当假定将所述多个发光元件从与所述多个光纤的端面之间的各自的光耦合效率表现出预先设定的最大效率的位置，移动到相对于所述最大效率表现出规定的光耦合效率降低的位置时，将移动前的位置与移动后的位置之间的所述X方向的距离定义为“X方向的容差”，将所述移动前的位置与所述移动后的位置之间的所述Y方向的距离定义为“Y方向的容差”的情况下，将所述入射面、所述反射面及所述射出面的曲率调整为，使所述X方向的容差比所述Y方向的容差大。
[2]根据[1]中记载的光耦合元件，其中，当所述多个入射面被配置成，使规定数以上的所述入射面而成的单位列沿着与该单位列的排列方向正交的并列方向并列多列的状态的情况下，将所述排列方向和所述并列方向中的、与连结所述第一面上的所述光耦合元件主体的热变形的规定的基准点和距该基准点最远的所述入射面的中心点的假想直线之间的夹角更小的一方定义为“X方向”。
[3]根据[1]或[2]中记载的光耦合元件，其中，所述多个入射面是所述X方向的曲率和所述Y方向的曲率彼此不同的、凸向所述发光元件侧的双锥面，所述反射面是在YZ剖面具有曲率并且在XY剖面及XZ剖面不具有曲率的、凹向所述发光元件侧及所述光纤的端面侧的圆柱形面，所述多个射出面是在XZ剖面具有曲率并且在XY剖面及YZ剖面不具有曲率的、凸向所述光纤的端面侧的圆柱形面。
[4]根据[1]或[2]中记载的光耦合元件，其中，所述多个入射面是所述X方向的曲率和所述Y方向的曲率彼此相同的、凸向所述发光元件侧的非球面，
所述反射面是在YZ剖面具有曲率并且在XY剖面及XZ剖面不具有曲率的、凹向所述发光元件侧及所述光纤的端面侧的圆柱形面，所述多个射出面是在XZ剖面具有曲率并且在XY剖面及YZ剖面不具有曲率的、凸向所述光纤的端面侧的圆柱形面。
[5]根据[1]～[4]中任意一项记载的光耦合元件，其中，所述Y方向的容差与以下情况下的容差等值，并进行了用于使所述X方向的容差比该值大的所述曲率调整，该情况是：将所述多个入射面假定为所述X方向的曲率和所述Y方向的曲率彼此相同的、凸向所述发光元件侧的非球面，将所述多个射出面假定为所述X方向的曲率和所述Y方向的曲率彼此相同的、凸向所述光纤的端面侧的非球面，并且，将所述反射面假定为平面的情况。
[6]根据[1]～[5]中任意一项记载的光耦合元件，其中，进行了用于使所述X方向的容差比所述Y方向的容差大1.2倍以上的所述曲率调整。
[7]根据[1]～[6]中任意一项记载的光耦合元件，其中，所述反射面是使来自所述多个发光元件的光分别向所述多个射出面全反射的全反射面。
[8]一种光模块，具有：[1]～[7]中任意一项记载的光耦合元件；以及发光元件。
发明效果
根据本发明，能够在实现提高制造效率及设计自由度的同时，有效地缓和光耦合效率的温度依赖性。
根据[1]的技术方案，能够通过入射面、反射面及射出面的曲率调整，使容易产生由于热变形引起的对光耦合效率的影响的X方向的容差比Y方向的容差大。因此，能够缓和发光元件所要求的位置精度，能够在实现提高制造效率及设计自由度的同时，有效地缓和光耦合效率的温度依赖性。
根据[2]的技术方案，即使在将入射面并列多列的情况下，也能够使最容易产生热变形的影响的方向(X方向)的容差变大。因此，能够灵活地与发光元件的配置方式的多样化对应。
根据[3]的技术方案，能够有效地改善容差。
根据[4]的技术方案，能够可靠地改善容差。
根据[5]的技术方案，能够与以往相比更主动地提高X方向的容差。因此，能够进一步有效地缓和发光元件所要求的位置精度。
根据[6]的技术方案，能够充分地提高X方向的容差。
根据[7]的技术方案，能够仅利用光耦合元件主体的表面形状构成反射面。因此，能够通过部件件数及制造工时的削減来实现制造效率的进一步提高。
根据[8]的技术方案，能够实现提高制造效率及设计自由度并缓和光耦合效率的温度依赖性。
附图说明
图1是表示作为实施方式1的光耦合元件的透镜阵列及光模块的结构的图。
图2是透镜阵列的主视图。
图3是透镜阵列的仰视图。
图4是透镜阵列的后视图。
图5中，图5A～图5C是透镜阵列的示意图。
图6是表示以往的透镜阵列的结构的示意图。
图7是用于说明实施方式1的效果的图。
图8是使用实施方式1的透镜阵列的容差的仿真结果。
图9是使用实施方式2的透镜阵列的容差的仿真结果。
图10是实施方式3的透镜阵列的剖面图。
图11是透镜阵列的主视图。
图12是透镜阵列的仰视图。
图13是透镜阵列的后视图。
图14是实施方式3中用于说明X方向的图。
图15是实施方式3中表示变形例的示意图。
图16是表示实施方式3的其他变形例的示意图。
符号说明
1 透镜阵列
11 前端面
111 第一透镜面
12 后端面
1211 全反射面
13 下端面
131 第二透镜面
32 发光元件
4 光纤
41 端面
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。
[实施方式1]
图1是作为实施方式1的光耦合元件的透镜阵列(透镜阵列主体)1的纵剖面图(图2的A-A剖面图)。图1中，也表示了具备透镜阵列1的光模块2的概要。图2是图1所示的透镜阵列1的主视图。图3是图1所示的透镜阵列1的仰视图。图4是图1所示的透镜阵列1的后视图。
如图1所示，透镜阵列1配置在光电变换装置3和光纤4之间。透镜阵列1将发光元件32与光纤4的端面41光学耦合。透镜阵列1由透光性的树脂材料(例如聚醚酰亚胺等)一体形成。也可以例如通过射出成型法形成透镜阵列1。
(发光元件的结构)
光电变换装置3具有多个发光元件32。发光元件32向与半导体基板31的面对透镜阵列1的面垂直的方向(图1中的右方方向)射出(发光)激光L(参照图5A)。发光元件32构成垂直腔面发光激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。此外，多个发光元件32配置在图1的纸面垂直方向。光电变换装置3例如以半导体基板31的透镜阵列1侧的面与透镜阵列1抵接的方式，与透镜阵列1相对配置。而且，利用公知的固定方式将光电变换装置3安装于透镜阵列1。
(光纤的结构)
在与各发光元件32的排列方向相同的方向(图1的纸面垂直方向)配置光纤4。光纤4的数量与发光元件32相同。以与多个发光元件32相同的间距排列多个光纤4。在端面41侧的部位保持在多芯总括型的连接器42内的状态下，利用公知的固定方式将光纤4安装于透镜阵列1。
此外，光纤4既可以是多模光纤，也可以是单模光纤。
如图1及图2所示，透镜阵列1具有多个第一透镜面111(入射面)、全反射面1211(反射面)、以及多个第二透镜面131。
(入射面的结构)
第一透镜面111配置在安装有光电变换装置3(发光元件32)的前端面11(第一面)上。本实施方式中，第一透镜面111的数量是12个，与发光元件32的数量相同。如图1所示，前端面11中的形成有各第一透镜面111的区域(以下，称为第一透镜形成区域)112是比前端面11中的第一透镜形成区域112以外的区域靠全反射面1211侧而形成的凹部的内表面。另外，第一透镜形成区域112和除此之外的区域是彼此平行的平面。如图1及图2所示，多个第一透镜面111以分别与多个发光元件32相对的方式，配置在规定的方向(图1的纸面垂直方向、图2的左右方向)上。另外，以与发光元件32相同的间距形成各第一透镜面111。并且，优选各第一透镜面111上的中心轴OA(1)(参照图1)与从分别与各第一透镜面111对应的各发光元件32发射的激光L(参照图5)的光轴一致。
(反射面的结构)
如图1及图4所示，全反射面1211是具有规定的曲率的反射面。全反射面1211配置在透镜阵列1的后端面12(第二面)上。全反射面1211是形成在后端面12的楔形的凹部121的内底面。另外，全反射面1211的上端部位于比下端部靠近光电变换装置3侧的位置。此外，如图5A所示，全反射面1211相对于前端面11的倾斜角θ(前端面11与将全反射面1211的上端部和下端部连结的直线所成的角度中的较小的角度；倾斜角θ)也可以是45°。
(射出面的结构)
第二透镜面131(射出面)具有规定的曲率，配置在安装光纤4的下端面13(第三面)上。本实施方式中，第一透镜面111的数量是12个，与发光元件32相同。此外，如图1及图3为示，下端面13中的形成有各第二透镜面131的区域(以下，称为第二透镜形成区域)132，是比下端面13中的第二透镜形成区域132外侧的区域靠全反射面1211侧所形成的凹部的内面。另外，第二透镜形成区域132与外侧的区域是彼此平行的平面。下端面13与前端面11在与第一透镜面111的配置方向正交的方向上邻接。
如图1所示，多个第二透镜面131与多个光纤4的端面41对应，配置在图1的纸面垂直方向(图3中的横向)。第二透镜面131的配置方向与第一透镜面111的配置方向相同。以与第一透镜面111相同的间距形成第二透镜面131。第二透镜面131与光学上对应的第1透镜面111在配置方向上的位置相同。此外，优选各第二透镜面131上的中心轴OA(2)(参照图1)和分别与各第二透镜面131对应的各光纤4的端面41的中心轴一致。
如图5A所示，从各发光元件32射出的激光L在各第一透镜面111入射。这时，激光L根据透镜面111的折光力(折射率)而会聚，并向透镜阵列1的内部行进。已入射的激光L以比临界角大的入射角到达全反射面1211。而且，到达全反射面1211的激光L向光纤4侧(下侧)全反射。由全反射面1211全反射后的光到达第二透镜面131。到达第二透镜面131的光分别向所对应的各光纤4的端面41射出。这样，各发光元件32和各光纤4的端面41通过各第一透镜面111、全反射面1211及各第二透镜面131而光学耦合。
(入射面、反射面及射出面的曲率调整)
本实施方式中，为了使X方向的容差比Y方向的容差大，在相同光学面内及不同光学面之间对第一透镜面111、全反射面1211及第二透镜面131进行了曲率调整。
这里，所谓“X方向”，在如本实施方式那样将多个第一透镜面111配置为一列的情况下，定义为该单一列的排列方向(参照图2及图3)。
本实施方式中，将透镜阵列1中的各发光元件32的激光L的行进方向定义为“Z方向”。此外，如图5所示，本实施方式中，由于构成为在全反射面1211光路进行弯折，所以前端面11上的Z方向和下端面13上的Z方向彼此不同(正交)。
所谓“Y方向”定义为与X方向及Z方向正交的方向(参照图2及图5)。
所谓“X方向的容差”定义为如下情况下的移动前的发光元件32的位置与移动后的发光元件32的位置之间的X方向的距离，即：假定将多个发光元件32(换言之，光电变换装置3)沿X方向从与多个光纤4的端面41之间的各自的光耦合效率表示预先设定的最大效率的位置移动到表示相对于最大效率降低规定的光耦合效率的位置的情况。
所谓“Y方向的容差”定义为如下情况下的移动前的发光元件32的位置与移动后的发光元件32的位置之间的Y方向的距离，即：假定将多个发光元件32(换言之，光电变换装置3)沿Y方向从与多个光纤4的端面41之间的光耦合效率表示上述的最大效率的位置移动到表示相对于最大效率降低规定的光耦合效率的的位置的情况。
另外，如图6所示，“Y方向的容差”与在将多个第一透镜面111假定为使X方向的曲率和Y方向的曲率彼此相同的凸向发光元件32侧的非球面、将多个第二透镜面131假定为使X方向的曲率和Y方向的曲率彼此相同的向光纤4的端面41侧凸的非球面、并将全反射面1211假定为平面的情况下的容差等值。可以将该值称为具备反射面的以往的透镜阵列的容差。
因此，曲率调整用于主动地使X方向的容差比这样的以往的容差大。
此外，成为容差的基准的规定的光耦合效率的降低量，也可以是相对于最大效率为18％(-1dB)。
而且，作为这样的曲率调整的结果，本实施方式中，各第一透镜面111是使X方向的曲率和Y方向的曲率彼此不同那样的、凸向发光元件32侧的双锥面。
另外，本实施方式中，如图5A及图5B所示，全反射面1211是相对于发光元件32侧及光纤4的端面41为凹的圆柱形面。全反射面1211在YZ剖面具有曲率(换言之，是曲线形状)。另外，全反射面1211在XY剖面及XZ剖面不具有曲率(换言之，是直线形状)。
并且，本实施方式中，如图5A及图5C所示，各第二透镜面131是凸向光纤4的端面41侧的圆柱形面。各第二透镜面131在XZ剖面具有曲率，并且在XY剖面及YZ剖面不具有曲率。
(其他结构)
另外，如图2所示，相对于第一透镜形成区域112在第一透镜面111的配置方向(即，本实施方式的X方向)的两外侧位置，分别形成有平面圆形状的孔部113。这些孔部113通过与形成在半导体基板31侧的销(图示省略)嵌合，来用于将光电变换装置3固定于透镜阵列1时的光电变换装置3的机械定位。
并且，如图1及图3所示，相对于第二透镜形成区域132在第二透镜面131的配置方向(本实施方式的X方向)的两外侧位置，竖立设置有平面圆形状的销133。销133通过插入形成在光纤4的连接器42侧的未图示的孔部，来用于将光纤4机械地定位于透镜阵列1。
(作用及效果)
根据本实施方式，如上所述，将第一透镜面111设为双锥面，将全反射面1211设为在YZ剖面具有主要的折光力的圆柱形反射镜面，将第二透镜面131设为在XZ剖面具有主要的折光力的圆柱形面。由此，能够使容易产生由于热变形引起的对光耦合效率的影响的X方向的容差比Y方向的容差大，且与以往的容差相比更主动地提高。另外，能够缓和发光元件32所要求的位置精度。
其结果，实施方式1的透镜阵列1能够在实现提高制造效率及设计自由度的同时，有效地缓和光耦合效率的温度依赖性。
另外，图6所示的以往的透镜阵列中，若将X方向的容差设为Δ(delta)X，将Y方向的容差设为ΔY，将本实施方式的透镜阵列1中的X方向的容差设为ΔX’，将Y方向的容差设为ΔY’，则在这些参数之间，式(1)成立。
ΔX’>ΔY’＝ΔY＝ΔX (1)
另外，将由于透镜阵列1的热变形(膨胀或收缩)引起的第一透镜面111的位置变化量设为ΔL，则能够以式(2)表示ΔL。
ΔL＝α×ΔT×L (2)
其中，式(2)中，α是形成透镜阵列1的树脂材料的线膨胀系数，ΔT是温度差(例如，透镜阵列1的温度与常温之间的差)。L是前端面11上的透镜阵列1的热变形的规定的基准点(变形中心点)与距该基准点最远的第一透镜面111的中心点之间的X方向上的距离。此外，如图7所示，定义L的热变形的基准点P为前端面11的中心点的情况较多。但是，本实施方式中，除这样的方式以外，还可以与通过仿真等预先求得的各种位置的基准点对应。
并且，根据上述的容差的含义，在ΔX’和ΔL之间，式(3)成立。
ΔX’>ΔL＝α·ΔT·L (3)
而且，将式(3)针对ΔT进行求解，则成为式(4)那样。
ΔT<ΔX’/(α·L) (4)
这里，由于式(4)中的ΔX’比以往的透镜阵列的ΔX大，所以左边的值ΔT也可以比以往的透镜阵列大。
即，根据本实施方式，能够与以往相比将可使用的温度范围扩大。此外，根据本实施方式，即使在透镜阵列1的温度变化较小或为零的情况下，容差也变大，不用增强设备(VCSEL等)与光纤之间的位置精度而能够使用。
另一方面，将式(3)针对L进行求解，则成为式(5)那样。
L<ΔX’/(α·ΔT) (5)
这里，与式(4)同样，由于式(5)中的ΔX’比以往的透镜阵列的ΔX大，所以左边的值L也可以比以往的透镜阵列大。
即，根据本实施方式，能够与以往相比增加信道数量(发光元件32、透镜面111、131、光纤4的数量)。
(仿真)
将实施方式1的透镜阵列1的各参数如表1所示那样进行了设定。表1的R是光学面的曲率半径，Rx是X方向的曲率半径(mm)，Ry是Y方向的曲率半径(mm)。另外，表1中，D是到下一个光学面的距离(mm)。n是与使用波长850nm对应的透镜阵列1(树脂材料)的折射率。K是光学面的圆锥系数，Kx是X方向的圆锥系数，Ky是Y方向的圆锥系数。
表1
另外，将作为比较例的图6所示的以往的透镜阵列的各参数如表2所示那样进行了设定。表2中的各参数的含义与表1同样。
表2
光学面 R D n K
基板(设备)面 0 0.25 - -
入射面(非球面) 0.14 1.0 1.64 -2.26
反射面(平面) 0 0.9 - 0
出射面(非球面) 0.32 0.35 - 0.86
光纤端面 0 - - -
使用将各参数设定为规定的值的实施方式1及比较例的透镜阵列，进行了容差的仿真。图8是使用实施方式1及比较用的透镜阵列的容差的仿真结果。图8的横轴表示发光元件32的移动距离。另外，纵轴表示光的耦合效率。图8中，表示了如下内容：相对于实施方式1及比较例的各透镜阵列，将发光元件32从表示光耦合效率的最大效率的位置分别沿着X方向及Y方向移动时光耦合效率的变化。能够基于这样的光耦合效率的变化特性求出X方向及Y方向的各自的容差。
如图8所示，实施方式1的透镜阵列1的X方向的容差ΔX’比比较例的透镜阵列的X方向的容差ΔX大1.5倍以上。另外，X方向的容差ΔX’比Y方向的容差ΔY’大1.5倍以上(即，1.2倍以上)。实施方式1中，将光耦合效率相对于最大效率最多仅降低5％的发光元件32的移动量设为容差。但是，可知，即使在光学性能方面对容差的基准严格地(变小)进行设定的情况，也表示有意义的容差的提高。
[实施方式2]
接着，参照图9，以与实施方式1的透镜阵列的差异为中心，对本发明实施方式2的透镜阵列进行说明。
实施方式1的透镜阵列1与实施方式2的透镜阵列的不同点是第一透镜面111的曲率调整的方式。具体而言，实施方式2的透镜阵列中，第一透镜面111的X方向的曲率和Y方向的曲率相同。另外，第一透镜面111是凸向发光元件32侧的非球面。
与实施方式1相同，实施方式2的透镜阵列能够使X方向的容差比Y方向的容差大，能够缓和发光元件32所要求的位置精度。
(仿真)
将实施方式2的透镜阵列1的各参数如表3所示那样进行了设定。表3中的参数与表1同样。另外，作为比较例而使用的以往的透镜阵列与实施方式1相同。
表3
使用将各参数设定为规定的值的实施方式2及比较例的透镜阵列，进行了容差的仿真。将仿真的结果在图9中表示。图9的横轴表示发光元件32的移动距离。另外，纵轴表示光的耦合效率。
如图9所示，在本实施方式中，实施方式2的透镜阵列1的X方向的容差ΔX’也比比较例的透镜阵列的X方向的容差ΔX大1.5倍以上。另外，X方向的容差ΔX’比Y方向的容差ΔY’大1.5倍以上。即使实施方式2中，也将光耦合效率相对于最大效率最多仅降低5％的发光元件32的移动量设为容差。但是，可知即使在光学性能方面对容差的基准严格地(变小)进行设定的情况下，也示出有意义的容差的提高。
[实施方式3]
接着，参照图10～图15，以与实施方式1的透镜阵列1的差异为中心，对本发明的实施方式3的透镜阵列1进行说明。
图10是本实施方式中的透镜阵列1的纵剖面图(图11的B-B剖面图)。图11是图10所示的透镜阵列1的主视图。图12是图10所示的透镜阵列1的仰视图。图13是图10所示的透镜阵列1的后视图。图14是实施方式3中用于说明X方向的图。图15是实施方式3中表示变形例的示意图。
如图11所示，实施方式3的透镜阵列1的第一透镜面111并列两列而配置。另外，第二透镜面131是具有分别与各列的第一透镜面111对应的大小的圆柱面。并且，全反射面1211是分别与各列的第一透镜面111对应的、具有2种曲率的圆柱反射面。虽然未特别地图示，但是发光元件32及光纤4以与透镜阵列1的结构对应的方式，各配置两列。
实施方式1中，由于多个第一透镜面111排列而成的单位列的数量是1列，所以将透镜列的配置方向作为最容易产生由于热变形引起的对光耦合效率的影响的方向，定义为X方向。
相对于此，实施方式3中，在将由多个(例如三个)第一透镜面111排列而成的单位列沿着与该单位列的排列方向(图14中的横向)正交的并列方向(图14中的纵向)并列多列(图14中为两列)而配置的情况下，如以下那样对“X方向”进行了定义。
实施方式3中，将排列方向和并列方向中的、与将前端面11中的透镜阵列1的热变形的基准点P和距该基准点P最远的第一透镜面111的中心点O连结的假想直线l所成的角度相对较小的一方定义为“X方向”。
具体而言，图14中，排列(横)方向与假想直线l所成的角度为θ1、并列(纵)方向与假想直线l所成的角度为θ2，这些角度中，θ1较小。
因此，实施方式3中，将图14中的横向定义为X方向，并且将纵向定义为Y方向。在该前提下，与实施方式1同样地，为了使X方向的容差比Y方向的容差大，进行了上述那样的各光学面111、1211、131的曲率调整。
如上所述，即使在将具有多个第一透镜面111的单位列并列配置的情况下，也将最容易产生热变形的影响的方向定义为X方向。在该情况下，由于也能够使X方向的容差比Y方向的容差大，所以能够灵活地与发光元件32的配置方式的多样化对应。
此外，即使在与图14同样的配置为两列的透镜面111结构中，也如图15所示，在并列方向(纵向)与假想直线l所成的角度θ2最小的情况下，并列方向成为X方向，排列方向(横向)成为Y方向。
本发明不限定于上述的实施方式，也可以在不损害本发明的特征的限度内进行各种变更。
例如，也可以是，在将第一透镜面111例如棋盘格那样在沿多个方向的任意方向观察的情况下也是成多列地排列配置的情况下，将这些多个方向中的、第一透镜面111的排列数最多的方向设为排列方向，将与此正交的方向设为并列方向，在此基础上来决定“X方向”。
另外，如图16所示，在第一透镜面111的排列数较少，无法想象排列规定数(例如三个)以上的第一透镜面111而成的单位列的情况下，也可以将连结各第一透镜面111的中心点彼此的线段方向(同图中虚线部分)中的、与将热变形的基准点P和距该基准点P最远的第一透镜面111的中心点O连结的线段l所成的角度最小(同图中的θ1)的线段方向定义为“X方向”。
本申请主张基于在2012年10月10日提出的日本专利申请特愿2012-225197号的优先权。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。
工业实用性
本发明的光耦合元件及光模块例如对使用光纤的光通信是有用的。

Claims (8)

1.一种光耦合元件，其构成为在配置于多个发光元件和多个光纤之间的状态下，能够将所述多个发光元件和所述多个光纤的端面分别进行光学耦合，该光耦合元件具备：
具有曲率的多个入射面，其在光耦合元件主体的所述多个发光元件侧的第一面上分别与所述多个发光元件对应配置，并分别使从所述多个发光元件发射的光入射；
具有曲率的反射面，其在所述光耦合元件主体的所述第一面相反侧的第二面上相对于所述第一面倾斜地配置，并使分别入射至所述多个入射面的所述多个发光元件的光分别向所述多个光纤侧反射；以及
具有曲率的多个射出面，其在所述光耦合元件主体的所述多个光纤侧的第三面上分别与所述多个光纤的端面对应配置，并使由所述反射面反射的所述多个发光元件的光分别向所述多个光纤的端面射出，
在将所述多个入射面以仅呈现单一列的方式排列配置在所述单一列的排列方向上的情况下，将所述排列方向定义为“X方向”，
将从所述多个发光元件发射的光的行进方向定义为“Z方向”，
将与所述X方向及所述Z方向正交的方向定义为“Y方向”，
当假定将所述多个发光元件从与所述多个光纤的端面之间的各自的光耦合效率表现出预先设定的最大效率的位置，移动到相对于所述最大效率表现出规定的光耦合效率降低的位置时，将移动前的位置与移动后的位置之间的所述X方向的距离定义为“X方向的容差”，
将所述移动前的位置与所述移动后的位置之间的所述Y方向的距离定义为“Y方向的容差”的情况下，
将所述入射面、所述反射面及所述射出面的曲率调整为，使所述X方向的容差比所述Y方向的容差大。
2.根据权利要求1所述的光耦合元件，其中，
当所述多个入射面被配置成，使规定数以上的所述入射面排列而成的单位列沿着与该单位列的排列方向正交的并列方向并列多列的状态的情况下，将所述排列方向和所述并列方向中的、与连结所述第一面上的所述光耦合元件主体的热变形的规定的基准点和距该基准点最远的所述入射面的中心点的假想直线之间的夹角更小的一方定义为“X方向”。
3.根据权利要求1或2所述的光耦合元件，其中，
所述多个入射面是所述X方向的曲率和所述Y方向的曲率彼此不同的、凸向所述发光元件侧的双锥面，
所述反射面是在YZ剖面具有曲率并且在XY剖面及XZ剖面不具有曲率的、凹向所述发光元件侧及所述光纤的端面侧的圆柱形面，
所述多个射出面是在XZ剖面具有曲率并且在XY剖面及YZ剖面不具有曲率的、凸向所述光纤的端面侧的圆柱形面。
4.根据权利要求1或2所述的光耦合元件，其中，
所述多个入射面是所述X方向的曲率和所述Y方向的曲率彼此相同的、凸向所述发光元件侧的非球面，
所述反射面是在YZ剖面具有曲率并且在XY剖面及XZ剖面不具有曲率的、凹向所述发光元件侧及所述光纤的端面侧的圆柱形面，
所述多个射出面是在XZ剖面具有曲率并且在XY剖面及YZ剖面不具有曲率的、凸向所述光纤的端面侧的圆柱形面。
5.根据权利要求1所述的光耦合元件，其中，
所述Y方向的容差与以下情况下的容差等值，并进行了用于使所述X方向的容差比该值大的所述曲率调整，该情况是：
将所述多个入射面假定为所述X方向的曲率和所述Y方向的曲率彼此相同的、凸向所述发光元件侧的非球面，
将所述多个射出面假定为所述X方向的曲率和所述Y方向的曲率彼此相同的、凸向所述光纤的端面侧的非球面，并且，
将所述反射面假定为平面的情况。
6.根据权利要求1所述的光耦合元件，其中，
进行了用于使所述X方向的容差比所述Y方向的容差大1.2倍以上的所述曲率调整。
7.根据权利要求1所述的光耦合元件，其中，
所述反射面是使来自所述多个发光元件的光分别向所述多个射出面全反射的全反射面。
8.一种光模块，具有：
权利要求1～7中任意一项所述的光耦合元件；以及
发光元件。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014057666A1 (ja) * 2012-10-10 2014-04-17 株式会社エンプラス 光結合素子およびこれを備えた光モジュール
JPWO2016080296A1 (ja) * 2014-11-18 2017-08-24 コニカミノルタ株式会社 光路変更素子及び光結合装置
JP6621241B2 (ja) * 2015-02-02 2019-12-18 株式会社エンプラス 光モジュール
JP2018087869A (ja) * 2016-11-28 2018-06-07 株式会社エンプラス 光モジュールおよび光モジュールの製造方法
US10168494B2 (en) * 2016-11-30 2019-01-01 International Business Machines Corporation Off-axis micro-mirror arrays for optical coupling in polymer waveguides
CN106597614A (zh) * 2016-12-15 2017-04-26 武汉联特科技有限公司 单光口多路并行光接收耦合系统组件封装装置及其系统
US10222555B2 (en) * 2017-01-10 2019-03-05 International Business Machines Corporation Integrated optoelectronic chip and lens array
WO2022145001A1 (ja) * 2020-12-28 2022-07-07 株式会社エンプラス 光レセプタクルおよび光モジュール
WO2022144999A1 (ja) * 2020-12-28 2022-07-07 株式会社エンプラス 光レセプタクルおよび光モジュール

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05232359A (ja) * 1992-02-26 1993-09-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 平板マイクロレンズおよび平板マイクロレンズ付きファイバ
JP3537881B2 (ja) * 1994-03-29 2004-06-14 株式会社リコー Ｌｅｄアレイヘッド
DE19610881B4 (de) * 1995-12-07 2008-01-10 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Mikrosystembaustein
JPH09281302A (ja) 1996-04-17 1997-10-31 Nippon Sheet Glass Co Ltd 反射面付き平板マイクロレンズアレイおよびその製造方法
JP2001051162A (ja) * 1999-06-04 2001-02-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光結合部品
JP2001188151A (ja) * 1999-10-18 2001-07-10 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光モジュール
JP2001174671A (ja) * 1999-12-16 2001-06-29 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光素子モジュール
JP2003107295A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Opnext Japan Inc 光伝送モジュール
JP2004302459A (ja) * 2003-03-20 2004-10-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 光モジュール
JP5050361B2 (ja) * 2006-02-07 2012-10-17 富士ゼロックス株式会社 光コネクタ
CN101794005B (zh) * 2007-03-12 2013-12-18 日立电线株式会社 光学块增强件和光学块以及使用它们的光模块
JP2009020360A (ja) * 2007-07-12 2009-01-29 Mitsubishi Electric Corp 光モジュール
CN201331603Y (zh) * 2008-12-08 2009-10-21 王仲明 一种将多路半导体激光耦合入单根光纤的激光模块
JP5238651B2 (ja) 2009-09-11 2013-07-17 株式会社フジクラ 光路変更部材、光接続方法
JP2011248312A (ja) * 2010-04-26 2011-12-08 Nippon Electric Glass Co Ltd 光学素子及びそれを備える光学装置
JP5702596B2 (ja) * 2010-10-28 2015-04-15 株式会社エンプラス レンズアレイおよびこれを備えた光モジュール
EP2761345B1 (en) * 2011-09-26 2017-11-08 3M Innovative Properties Company Optical substrate having a plurality of staggered light redirecting features on a major surface thereof
JP2013235243A (ja) * 2012-04-09 2013-11-21 Fujikura Ltd 光路変更部材
EP2856231A1 (en) * 2012-05-29 2015-04-08 3M Innovative Properties Company Optical interconnect
WO2014057666A1 (ja) * 2012-10-10 2014-04-17 株式会社エンプラス 光結合素子およびこれを備えた光モジュール

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