CN109212684B - 光学插座、光纤短插芯以及光学组件 - Google Patents

光学插座、光纤短插芯以及光学组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光学插座。光学插座包括：插芯，其包括沿第一方向延伸的内孔以及具有内孔中的开口的远端面；光纤，其布置在内孔中，光纤具有从开口露出的第一端；金属部件，其包括沿第一方向延伸的第一通孔并将插芯保持在第一通孔中；金属主体，其包括沿第一方向延伸的第二通孔并将金属部件保持在第二通孔中；以及低介电常数材料，其形成在插芯的内部且在光纤的外部。低介电常数材料具有比插芯的介电常数低的介电常数。

Description

光学插座、光纤短插芯以及光学组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年7月5日提交的日本专利申请No.2017-131963的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及光学插座、光纤短插芯以及光学组件。
背景技术
日本未审查专利公开No.JP2006-106680公开一种具有光学插座结构的光学组件。光学组件包括短光纤插芯(光纤短插芯)、套管、保持件以及适配器。短光纤插芯将激光引导至与光学组件连接的光纤。套管保持短光纤插芯以及与光学组件连接的光纤的光学连接器插芯。保持件保持短光纤插芯以及固定至该短光纤插芯的套管。适配器将保持件与光学组件连接。日本未审查专利公开No.JP2008-151956公开一种示例性光学适配器。日本未审查专利公开No.JP 2013-50512公开一种示例性光收发器。
发明内容
本公开的一方面提供一种光学插座。光学插座包括：插芯，其包括沿第一方向延伸的内孔以及具有内孔的开口的远端面；光纤，其布置在内孔中，光纤具有从开口露出的第一端；金属部件，其包括沿第一方向延伸的第一通孔并将插芯保持在第一通孔中；主体，其包括沿第一方向延伸的第二通孔并将金属部件保持在第二通孔中；以及低介电常数材料，其形成在插芯的内部且在光纤的外部，低介电常数材料具有比插芯的介电常数低的介电常数。
本公开的一方面提供一种光纤短插芯。光纤短插芯包括：插芯，其包括沿第一方向延伸的内孔以及具有内孔的开口的远端面；光纤，其布置在内孔中，光纤具有从开口露出的第一端；以及低介电常数材料，其形成在插芯的内部且在光纤的外部，低介电常数材料具有比插芯的介电常数低的介电常数。
本发明的一方面提供一种光学组件。光学组件包括：上述光学插座；光学器件，其与光纤的第二端光学耦合；透镜，其布置在光纤的第二端与光学器件之间的光路中；以及封装件，其附接至金属部件或主体中的至少一者上，封装件在内部容纳光学器件和透镜。
附图说明
从下面参考附图对本发明的实施例进行的详细描述将更好地理解前述以及其它目的、方面和优点，其中：
图1是示出根据第一实施例的光学插座的侧视图；
图2是示出从前方观察到的根据第一实施例的光学插座的立体图；
图3是示出从后方观察到的根据第一实施例的光学插座的立体图；
图4是示出沿着图1中的线IV-IV截取的光学插座的纵截面图；
图5是示出沿着图1中的线V-V截取的光学插座的横截面图；
图6是示出插芯的第一区域以及金属部件的纵截面图；
图7是示出根据第二实施例的光学组件的构造的纵截面图；
图8是实例中的计算模型的横截面图；
图9是示出图8所示的计算模型中的电磁波的传播常数与低介电常数区域的直径比之间的相关性的计算的曲线图；以及
图10是曲线图，除了示出图8所示的计算模型中的电磁波的传播常数与低介电常数区域的直径比之间的相关性的计算之外还示出传播常数是虚数时的范围。
具体实施方式
[本公开要解决的技术问题]
用于光通信系统的光学组件包括光学插座和光学器件。光学插座与布置在光纤远端的光学连接器连接。光学器件例如是光发射元件或光接收元件。光学插座包括实现与光学连接器插芯的物理接触的光纤短插芯。物理接触是这样一种技术：将光纤所穿过的圆筒形光学连接器插芯的远端面以及包括光纤端面的光纤短插芯球形抛光，并且使光学连接器插芯和光纤短插芯相互抵接，由此在抵接部分处产生高应力场(赫兹应力(Hertzianstress))并消除光纤端面之间的间隙。该技术能够防止来自抵接部分的光返回到光发射元件，并且能够减少由光学连接器连接处的反射引起的损失。
作为电介质的陶瓷(例如，氧化锆)通常用作光纤短插芯的材料。因此，光纤短插芯用作将电磁波从光学组件的内部传输到外部的路径，从而会使光学组件的电磁兼容性(EMC)劣化。一种可能发生的现象是：光学组件中的高速电信号产生的电磁波在衰减的同时通过光纤短插芯，并被辐射到光学组件的外部。这种现象被认为倾向于在较高电信号速度下发生，例如当电信号的通信速率超过25Gbps时。
[本公开的效果]
利用本公开，能够减少由光纤短插芯引起的电磁兼容性的劣化。
[实施例的描述]
以下首先列出了本发明中的实施例的细节。在一个实施例中，光学插座包括：插芯，其包括沿第一方向延伸的内孔以及具有内孔中的开口的远端面；光纤，其布置在内孔中，光纤具有从开口露出的第一端；金属部件，其包括沿第一方向延伸的第一通孔并将插芯保持在第一通孔中；金属主体，其包括沿第一方向延伸的第二通孔并将金属部件保持在第二通孔中；以及低介电常数材料，其形成在插芯的内部且在光纤的外部，低介电常数材料具有比插芯的介电常数低的介电常数。
一般情况下，光学插座包括光纤短插芯，光纤短插芯具有插芯将光纤保持在该插芯中的结构。光学插座进一步包括金属部件将光纤短插芯保持在该金属部件的通孔中的结构。光学插座的这种结构可以被视作包括填充金属部件中的通孔的复合电介质(插芯和光纤)的圆筒形波导。波导具有截止频率并且截断具有等于或低于该截止频率的频率的电磁波。填充波导的介电材料的高介电常数使截止频率减小，使得具有高频率的电磁波倾向于通过波导。氧化锆具有33至46的特别高的相对介电常数，为石英的3.8的相对介电常数的大约十倍。这是使圆筒形波导的截止频率减小的一个因素。
为了解决这样的问题，上述光学插座包括形成在插芯的内部且在光纤的外部的低介电常数材料。插芯具有远端面以与光学连接器插芯进行物理接触。为此，使用具有高韧性和高杨氏模量的材料(例如，作为高介电常数材料的氧化锆)作为用于插芯的材料。低介电常数材料具有比插芯的介电常数低的介电常数。低介电常数材料的实例包括但不限于树脂。因此，低介电常数材料增加了由保持插芯的金属部件形成的波导的截止频率，使得具有高频率的电磁波难以通过由保持插芯的金属部件形成的波导。具体而言，利用具有前述波导结构的上述光学插座，能够减轻电磁兼容性的劣化。
在光学插座中，插芯可以进一步包括在第一方向上与远端面相反的近端面以及形成在近端面中的孔。低介电常数材料可以布置在孔中。这种构造使得能够容易地制造在插芯的内部形成有低介电常数材料的光学插座。在光纤外部的孔可以被低介电常数材料填充。在这种情况下，插芯的内孔可以从孔的底部贯穿到插芯的远端面。
在光学插座中，插芯可以包括渐缩部，渐缩部作为孔的一部分，并且渐缩部的内径朝向孔的底部逐渐减小。插芯可以包括主孔，主孔作为孔的另一部分，主孔具有圆柱形状，并且主孔可以从近端面延伸到渐缩部。插芯可以沿第一方向被压配合在第一通孔中，并且孔的底部位于在第一方向上与插芯与第一通孔之间的接触范围的更靠近远端面的端部相比更靠近远端面的位置处。这种布置使得能够在为插芯的被压配合在金属部件中的一部分保持充分强度的同时有效地屏蔽具有高频率的电磁波。因此孔可以做得更深。因此，在能够防止插芯的强度降低的同时，能够降低金属部件中的通孔内部的介电常数，从而能够有效地屏蔽具有高频率的电磁波。
在光学插座中，孔的内径可以是插芯的外径的0.5倍以下。孔的内径可以是插芯的外径的0.4倍以上。根据本发明人的发现，当孔的内径与插芯的外径之间保持这样的关系时，能够有效地屏蔽具有接近用于高速光通信的25GHz或更高的频率的电磁波。
在光学插座中，插芯可以由氧化锆形成，并且低介电常数材料可以由树脂形成。该构造可以有利地实现与光学连接器插芯进行物理接触的插芯以及低介电常数材料两者，以通过降低金属部件中的通孔内部的介电常数来升高波导的截止频率。低介电常数材料可以包括环氧树脂。在光学插座中，插芯的近端面可以相对于与第一方向垂直的平面倾斜。低介电常数材料可以具有一定的相对介电常数，使得光学插座具有大于25GHz的截止频率。
在一个实施例中，光纤短插芯包括：插芯，其包括沿第一方向延伸的内孔以及具有内孔的开口的远端面；光纤，其布置在内孔中，光纤具有从开口露出的第一端；以及低介电常数材料，其形成在插芯的内部且在光纤的外部，低介电常数材料具有比插芯的介电常数低的介电常数。类似于上述光学插座，利用该光纤短插芯，可以减轻由光纤短插芯引起的电磁兼容性的劣化。
在一个实施例中，光学组件包括：根据上述方面中的任一方面的光学插座；光学器件，其与光纤的第二端光学耦合；透镜，其布置在光纤的第二端与光学器件之间的光路中；以及封装件，其附接至金属部件或金属主体中的至少一者上，封装件在内部容纳光学器件和透镜。利用包括上述光学插座的光学组件，可以减轻由光纤短插芯引起的电磁兼容性的劣化。
[实施例的详细描述]
下面参考附图来描述根据本发明实施例的光学插座、光纤短插芯以及光学组件的具体实例。应该注意的是，本发明不限于下面的示例性实施例，并且旨在包括由权利要求的范围所指示的以及落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有修改。在下面的描述中，贯穿附图，相似的附图标记表示相同或相应的组成部分，并且一旦详细说明过，将不再进一步阐述。
图1是示出根据第一实施例的光学插座1A的侧视图。图2是示出从前方观察到的光学插座1A的立体图。图3是示出从后方观察到的光学插座1A的立体图。图4是示出沿着图1中的线IV-IV截取的光学插座1A的纵截面图。图5是示出沿着图1中的线V-V截取的光学插座1A的横截面图。如图1至图5所示，第一实施例中的光学插座1A包括光纤短插芯(短光纤插芯)2A、金属部件40、套管50以及壳体(金属主体)60。如图3和图4所示，光纤短插芯2A包括插芯10、光纤11和低介电常数材料30。
插芯10具有圆筒形状(或圆柱形状)。插芯10具有以方向A1为纵长的中心轴线。插芯10具有与中心轴线垂直的圆形横截面。插芯10具有在方向A1上并排设置的近端面10a和远端面10b。远端面10b实现与待连接到光学插座1A上的光学连接器的插芯的物理接触。因此，远端面10b例如被球形抛光。近端面10a布置在与远端面10b相反的一侧。近端面10a面对用于安装光学插座1A的光学组件。近端面10a相对于与插芯10的中心轴线垂直的平面稍微倾斜(例如，约8度)。插芯10进一步具有作为圆柱面的外周面10c。
插芯10进一步具有保持光纤11的内孔21。内孔21沿着插芯10的中心轴线在方向A1上纵长地形成。内孔21具有圆形横截面，其内径稍大于光纤11的外径。内孔21中的第一开口被包含在远端面10b中，而内孔21中的第二开口被包含在近端面10a中。具体而言，内孔21从插芯10的近端面10a沿方向A1贯穿到插芯10的远端面10b。
光纤11例如是单模光纤，并且是没有被树脂外护套覆盖的裸光纤。光纤11例如由石英形成。光纤11以作为纵向方向(光轴方向)的方向A1为纵长。光纤11具有第一端11a和第二端11b。光纤11插入内孔21中，并且具有从内孔21的远端面10b中的第一开口露出的第一端11a以及从内孔21的近端面10a中的第二开口露出的第二端11b。第一端11a与待连接到光学插座1A上的光学连接器的光纤的远端接触。第二端11b与安装有光学插座1A的光学组件中内置的光学组成部分(例如，光发射元件或光接收元件)光学耦合。例如，光纤11具有125μm的外径。
光纤短插芯2A包括布置在插芯10内部的低介电常数材料30。图6是示出光纤短插芯2A的插芯10以及金属部件40的纵截面图。插芯10至少具有远端面10b；在第一实施例中，插芯10具有近端面10a、远端面10b和外周面10c。具体而言，插芯10具有如前所述为实心的圆柱形状，其具有位于中心轴线方向(方向A1)上的第一端上的圆形近端面10a以及位于中心轴线方向上的第二端上的圆形远端面10b。近端面10a不垂直于中心轴线并稍微倾斜以防止使光返回。插芯10例如由氧化锆(ZrO2)形成。由具有高韧性和高杨氏模量的氧化锆形成的插芯10能够在远端面10b上有利地实现物理接触。插芯10具有形成在近端面10a中的孔22。孔22形成为具有沿方向A1的深度方向。孔22具有与方向A1垂直的圆形横截面。孔22具有与插芯10的中心轴线对准的中心轴线。
孔22包括主部22a和渐缩部22b。主部22a具有从近端面10a沿方向A1延伸的圆柱形状。孔22的内径(具体而言为主部22a的内径L1)大于光纤11的外径并且小于插芯10的外径L2。主部22a的内径L1例如为插芯10的外径L2的0.4倍以上至0.5倍以下。插芯10的外径L2例如为1.25mm。渐缩部22b布置在主部22a与远端面10b、内孔21之间。渐缩部22b的内径从与主部22a的连接部朝向孔22的底部22c逐渐减小。孔22的底部(具体而言为渐缩部22b的顶点)22c布置在插芯10的中心轴线上。先前所述的内孔21从孔22的底部22c贯穿到远端面10b。
再次参考图1至图5。低介电常数材料30具有比插芯10的介电常数低的介电常数。插芯10(当由氧化锆形成时)具有38至40的相对介电常数。于是，低介电常数材料30的相对介电常数被设定为低于氧化锆的相对介电常数(例如，等于或低于光纤11的相对介电常数)。低介电常数材料30例如是树脂并且在一个实施例中是环氧树脂。低介电常数材料30被填充在光纤11外部的孔22中。换句话说，低介电常数材料30与孔22大致相同地成形并且与孔22的内表面接触。接触可以是表面接触。因此，低介电常数材料30具有中心轴线在方向A1上的大致圆柱形状。低介电常数材料30包括近端面10a的一部分(围绕插芯10的中心轴线的部分)。第一实施例中的低介电常数材料30保持从内孔21沿方向A1延伸的光纤11。
金属部件40具有以方向A1为纵长的通孔41并将光纤短插芯2A保持在通孔41中。金属部件40由诸如不锈钢等的金属材料形成。如图3所示，金属部件40具有沿方向A1延伸的圆筒形状。如图6所示，金属部件40具有近端面42、远端面43和外周面44。近端面42和远端面43在方向A1上彼此并排地布置。通孔41从近端面42贯穿到远端面43。通孔41具有与方向A1垂直的圆形横截面。近端面42例如抵靠在安装有光学插座1A的光学组件的外壳上。
如图6所示，金属部件40包括作为通孔41的第一部分41a和第二部分41b。第一部分41a与近端面42邻近。第二部分41b与远端面43邻近。第一部分41a从近端面42沿方向A1延伸到通孔41的中部附近的位置。第二部分41b从远端面43沿方向A1延伸到通孔41的中部附近的位置。第一部分41a在通孔41的中部附近的位置处与第二部分41b连接(连通)。第一部分41a的内径等于或稍小于先前描述的插芯10的外径L2。光纤短插芯2A的轮廓至少部分地基于插芯10的形状来确定。因此，第一部分41a的内径等于或稍小于光纤短插芯2A的外径L2。第二部分41b的内径大于插芯10的外径L2。因为光纤短插芯2A的轮廓至少部分地基于插芯10的形状来确定，所以第二部分41b的内径大于光纤短插芯2A的外径L2。因为如上所述第一部分41a的内径小于第二部分41b的内径，所以在第一部分41a与第二部分41b之间形成有肩表面45。肩表面45是围绕插芯10的中心轴线并且与方向A1相交的环形表面。虽然在图6中肩表面45布置在通孔41的中部附近，但该布置仅是说明性的而不是限制性的。肩表面45可以例如布置成更靠近近端面42或远端面43，这取决于光学插座1A的形状。
光纤短插芯2A沿方向A1被压配合在金属部件40中的通孔41的第一部分41a中。具体而言，光纤短插芯2A(插芯10)具有与第一部分41a的内表面接触的外周面10c。该接触可以是表面接触。利用该构造，光纤短插芯2A被固定到金属部件40上。具体而言，插芯10的靠近近端面10a的一部分从肩表面45朝向近端面42被压配合在第一部分41a。近端面10a位于第一部分41a的内部，并且接近插芯10的远端面10b的其余部分从肩表面45沿方向A1向前突出。孔22的底部22c定位成在方向A1上比插芯10与通孔41之间的接触范围(图6中的范围C)的靠近远端面10b的端部(具体而言是肩表面45)更靠近远端面10b。换句话说，低介电常数材料30具有比接触范围C长的在方向A1上的长度(近端面10a与孔22的底部22c之间的距离)。接触范围C的长度例如为0.9mm。
再次参考图1至图5。套管50是沿方向A1延伸的圆筒形部件，并且例如由陶瓷形成。套管50由与用于插芯10的材料(例如，氧化锆)相同的材料形成。套管50的内径与光纤短插芯2A的外径大致相同。套管50具有在方向A1上并排设置的近端51和远端52。套管50具有外周面53和内周面54。从套管50的近端51中的开口插入光纤短插芯2A。换句话说，套管50的靠近近端51的一部分被插入插芯10的外周面10c与金属部件40中的通孔41的第二部分41b之间的间隙中。因此，套管50的近端51与肩表面45接触，套管50的外周面53与第二部分41b接触，并且套管50的内周面54与光纤短插芯2A的外周面10c接触。从套管50的远端52的开口插入光学连接器插芯。光纤短插芯2A的远端面10b与套管50内部的光学连接器插芯的远端面接触。该接触允许在由插芯10保持的光纤11与由光学连接器插芯保持的光纤之间的光学耦合能提供高的耦合效率。
壳体(金属主体)60保持金属部件40并且与光学连接器连接。壳体60具有沿方向A1延伸的圆筒形状并且由诸如不锈钢等的金属材料形成。壳体60包括凸缘61并且具有以方向A1为纵长的通孔62。壳体60具有近端面63和远端64。近端面63和远端64在方向A1上彼此并排设置。凸缘61是从壳体60向外突出的盘状部分。凸缘61布置为与壳体60的近端面63邻近。凸缘61的第一面构成近端面63。通孔62从近端面63贯穿到远端64。通孔62具有与方向A1垂直的圆形横截面。通孔62的中心轴线与光纤短插芯2A和金属部件40的中心轴线重叠。壳体60包括作为通孔62的一部分的第一部分62a和第二部分62b。第一部分62a从近端面63朝向远端64延伸。第二部分62b与远端64邻近。第一部分62a从近端面63沿方向A1朝向远端64附近的位置延伸。第二部分62b从远端64沿方向A1延伸。第一部分62a在套管50的远端52与远端64之间的位置处与第二部分62b连接(连通)。第一部分62a的内径大于套管50的外周面53的外径并且大致等于金属部件40的外周面44的外径。第二部分62b的内径小于金属部件40的外周面44的外径并且稍大于套管50的内周面54的内径。因为如上所述第一部分62a的内径大于第二部分62b的内径，所以在第一部分62a与第二部分62b之间形成有肩表面65。肩表面65面对套管50的远端52。
下面描述具有上述构造的第一实施例中的光学插座1A和光纤短插芯2A所实现的效果。光纤短插芯2A具有插芯10将光纤11保持在该插芯10中的结构。光学插座1A具有金属部件40将光纤短插芯2A保持在通孔41中的结构。光学插座1A的结构可以被视作包括填充金属部件40中的通孔41的复合电介质(插芯10和光纤11)的圆筒形波导。波导具有截止频率并且截断具有等于或低于该截止频率的频率的电磁波。填充波导的介电材料的高介电常数使截止频率减小，使得具有高频率的电磁波倾向于通过波导。氧化锆具有33至46的特别高的相对介电常数，为石英的3.8的相对介电常数的大约十倍。这可以使圆筒形波导的截止频率减小。考虑具有1.25mm的内径的圆筒形波导被氧化锆(相对介电常数33)填充的情况。截止频率在这种情况下计算为24.47GHz。同时，由作为当前主流光通信标准的IEEE 802.3规定的100G Base-Lx的波特率为25.78125Gb/s。因此，例如，时钟频率的二次谐波分量高于上述截止频率，从而在包括传统光纤短插芯的光学插座中可能发生电磁波的泄漏。
为了解决上述问题，在第一实施例的光学插座1A中，光纤短插芯2A包括插芯10和布置在插芯10内部的低介电常数材料30。具有远端面10b的插芯10与光学连接器插芯进行物理接触。因此，使用具有高韧性和高杨氏模量的材料(例如，作为高介电常数材料的氧化锆)作为用于插芯10的材料。同时，低介电常数材料30具有比插芯10的介电常数低的介电常数。用于低介电常数材料30的材料的实例包括但不限于树脂。因此，利用低介电常数材料30而升高由内部压配合有光纤短插芯2A的金属部件40形成的波导的截止频率，使得具有高频率的电磁波倾向于不通过由内部压配合有光纤短插芯2A的金属部件40形成的波导。具体而言，具有前述波导结构的光学插座1A可以减轻传统光纤短插芯几乎不能防止的电磁兼容性的劣化。
在光学插座1A中，插芯10进一步具有形成在近端面10a中的孔22，并且低介电常数材料30可以由填充在光纤11外部的孔22中的具有比插芯10的介电常数低的介电常数的材料形成。该构造使得能够容易地制造如下的光纤短插芯2A：其包括在内部布置有低介电常数材料30的插芯10。
当孔22相对于近端10a位于更深处时，低介电常数材料30在方向A1上的长度较长，从而能够更有效地衰减和屏蔽具有高频率的电磁波。然而，在将光纤短插芯2A压配合在金属部件40中时，要求光纤短插芯2A的压配合部分具有足够的强度(耐破损性)。通过对插芯的近端面进行镗孔来形成孔22可能导致插芯的材料相对于在将插芯压配合在金属部件40中时所受到的应力是脆弱的。因此，为了减少压配合时产生的应力的变动，要求严格控制加工尺寸。孔22的深度因此可能小于压配合部分的长度(接触范围C的长度)。
在光学插座1A中，为了在维持光纤短插芯2A的被压配合在金属部件40中的一部分的充分强度的同时有效地屏蔽具有高频率的电磁波，孔22可以包括渐缩部22b，渐缩部22b的内径朝向底部22c减小。因此孔22实际上可以做得更深。因此可以在防止插芯10的强度降低的同时减小光纤短插芯2A的介电常数，从而可以有效地屏蔽具有高频率的电磁波。例如，如下构造是可能的：孔22的底部22c定位成在方向A1上与光纤短插芯2A与通孔41之间的接触范围C的更靠近远端面10b的端部相比更靠近远端面10b。
光学插座1A中的孔22的内径L1可以是光纤短插芯2A的外径L2的0.4倍以上至0.5倍以下。作为替代方案，因为光纤短插芯2A的外径L2至少部分地基于插芯10来确定(或等于插芯10的外径)，所以孔22的内径L1可以是插芯10的外径的0.4倍以上至0.5倍以下。正如将在后面描述的实例中所描述的那样，当孔22的内径L1和光纤短插芯2A的外径L2具有上述关系时，可以有效地屏蔽具有接近用于高速光通信的25GHz或更高的频率的电磁波。
在光学插座1A中，插芯10可以由氧化锆形成，并且低介电常数材料30可以由树脂形成。这样的布置可以有利地实现与光学连接器插芯进行物理接触的插芯10以及用于通过降低光纤短插芯2A的介电常数来升高波导的截止频率的低介电常数材料30。
图7是示出根据第二实施例的光学组件3A的构造的纵截面图，并且示出了对应于图4的纵截面图。如图7所示，第二实施例中的光学组件3A包括第一实施例中的光学插座1A、光学器件72、透镜73以及封装件70。光学器件72与光纤11的第二端11b经由透镜73光学耦合。光学器件72是诸如光接收元件或光发射元件等的有源元件。例如，光接收元件是光电二极管。例如，光发射元件是像激光二极管那样的半导体激光元件。透镜73布置在光纤11的第二端部11b与光学器件72之间的光路上。封装件70固定至金属部件40和壳体(金属主体)60中的至少任一者上，并且容纳光学器件72和透镜73。在一个实例中，封装件70固定至金属部件40的近端面42上。封装件70由用于光学器件72的电磁屏蔽的金属形成。金属部件40的近端面42例如通过焊接被接合至封装件70的第一端面。封装件70在第一端面中具有开口70a。开口70a允许信号光L通过。开口70a与金属部件40中的通孔41的第一部分41a连通。多个引线端子74从封装件70的第二端面突出。引线端子74提供与外部装置的电连接。
当光学器件72是光接收元件时，来自与光学插座1A连接的光学连接器的信号光L(其经过高速调制且到达光纤11的第二端11b)被从第二端11b发射并由透镜73聚焦到光学器件72的光接收面上。光学器件72产生与入射到光学器件72上的信号光L的强度对应的电信号。电信号通过引线端子74中的任一个被输出到光学组件3A的外部。当光学器件72是光发射元件时，光学器件72经由引线端子74中的任一个接收经高速调制的电信号，并发射对应于电信号的信号光L。信号光L由透镜73聚焦到光纤11的第二端11b上，并且穿过光纤11。到达光纤11的第一端11a的信号光L被传输到与光学插座1A连接的光学连接器。
包括第一实施例中的光学插座1A的光学组件3A可以减轻传统光纤短插芯几乎不能防止的电磁兼容性的劣化。具体而言，虽然在光学组件3A中由金属封装件70提供了光学器件72的电磁屏蔽，但是电磁波可以通过开口70a和通孔41。因此，第一实施例的结构适用于布置在通孔41中的光纤短插芯2A。这种布置允许改善光学器件72的电磁屏蔽，以及提高信号光L的检测精度或输出功率精度。
[实例]
如图8所示，下面描述对于包括布置在圆筒形波导D内侧的区域A和区域B的构造的电磁波的传播特性的计算。区域A具有圆形横截面(直径a)且具有一定相对介电常数ε1。区域B布置为包围区域A，并且具有环形横截面(直径b)且具有一定相对介电常数ε2。区域A对应于第一实施例中的低介电常数材料30和光纤11。区域B对应于第一实施例中的插芯10。假定电磁波的频率为25GHz，并且b＝1.25mm＝0.102×λ1(其中，λ1是电磁波的波长)。还假定ε2＝10×ε1。例如，第一区域20中的氧化锆的相对介电常数(33至46)为光纤11的石英的相对介电常数(3.8)的大约十倍。
图9是示出图8所示的计算模型中的电磁波的传播常数kz与直径a和直径b的比率(a/b)之间的相关性的计算的曲线图。横轴表示比率(a/b)，并且纵轴表示传播常数kz除以波数k1的值(kz/k1)。如图8所示，值(kz/k1)随着比率(a/b)的减小而增大，这说明电磁波在较小比率(a/b)下更易于传播。例如，当比率(a/b)是0.1时(具体而言，对于包括仅由光纤11形成的区域A的传统光纤短插芯来说)，值(kz/k1)超过1.2并且25GHz的电磁波更容易通过光纤短插芯。相比之下，当比率(a/b)超过0.1时(具体而言，对于包括由光纤11和低介电常数材料30形成的区域A的第一实施例中的光纤短插芯2A来说)，值(kz/k1)随着比率(a/b)的增大而减小，从而25GHz的电磁波难以通过光纤短插芯2A。特别情况下，当(a/b)＝0.238时，(kz/k1)为零并且没有传播25GHz的电磁波(理论上，电磁波完全被屏蔽)。
图10是另外包括比率(a/b)大于0.238的范围(具体而言，传播常数kz是虚数时的范围(虚数kz被称为衰减常数))的曲线图。如图10所示，传播常数kz增大，并且25GHz的电磁波的衰减量随着比率(a/b)的增大而增大。因此，通过将比率(a/b)设定为大于0.238的值，可以更有效地屏蔽25GHz的电磁波。电磁波的衰减量还取决于区域A的在电磁波传播方向上的更长的长度(具体而言，第二区域30的在方向A1上的长度)。例如，电磁波的衰减量随着区域A的长度增大而增大，从而可以进一步防止25GHz的电磁波通过光纤短插芯2A辐射到光学插座1A的外部。
在图10中，当比率(a/b)为0.5时，(kz/k1)约为2。在这种情况下，假定区域A为0.9mm长，则25GHz的电磁波在通过圆筒形波导D时衰减约16dB。如图10的曲线图所示，当比率(a/b)等于或大于0.4且等于或小于0.5时，25GHz的电磁波衰减12dB以上，并且可以实现充分的电磁波屏蔽效果。利用超过0.5的比率(a/b)，可以获得更显著的屏蔽效果；然而，存在这样的担忧：由于增大孔22的体积而减小了插芯10的强度。例如，与插芯10中的氧化锆相比，即使填充有树脂的孔22也具有显著降低的强度。因此，优选地，比率(a/b)等于或大于0.4且等于或小于0.5。关于第一实施例中的光纤短插芯2A，优选地，孔22的内径L1为光纤短插芯2A(或插芯10)的外径L2的0.4倍以上且0.5倍以下。
上面描述的根据本发明的实施例的光学插座、光纤短插芯以及光学组件仅是说明性的而不是限制性的，并且可以进行各种修改。例如，在图6中，渐缩部22b具有圆锥形的内表面形状(沿着中心轴线的纵截面由直线段限定)。尽管如此，仍然只要求渐缩部的内径朝向底部逐渐减小。例如，渐缩部可以具有半球形内表面(沿着中心轴线的纵截面由曲线段限定)。实施例中的作为用于插芯10的示例性材料的氧化锆以及作为用于低介电常数材料30的示例性材料的树脂仅是说明性的而不是限制性的。在上述实施例中，孔22形成在插芯10的近端面10a中，并且低介电常数材料30布置在孔22的内部。尽管如此，低介电常数材料也可以布置在插芯的内部，或者布置在形成于插芯的外周面中的孔内。

Claims (13)

1.一种光学插座，包括：
插芯，其包括沿第一方向延伸的内孔以及具有所述内孔的开口的远端面；
光纤，其布置在所述内孔中，所述光纤具有从所述开口露出的第一端；
金属部件，其包括沿所述第一方向延伸的第一通孔并将所述插芯保持在所述第一通孔中；
主体，其包括沿所述第一方向延伸的第二通孔并将所述金属部件保持在所述第二通孔中；以及
低介电常数材料，其形成在所述插芯的内部且在所述光纤的外部，所述低介电常数材料具有比所述插芯的介电常数低的介电常数，
其中，所述插芯包括在所述第一方向上与所述远端面相反的近端面以及形成在所述近端面中的孔，并且所述低介电常数材料布置在所述孔中，
所述孔的内径是所述插芯的外径的0.5倍以下。
2.根据权利要求1所述的光学插座，其中，在所述光纤外部的所述孔被所述低介电常数材料填充。
3.根据权利要求1或2所述的光学插座，其中，所述内孔从所述孔的底部贯穿到所述插芯的所述远端面。
4.根据权利要求1或2所述的光学插座，其中，所述插芯包括渐缩部，所述渐缩部作为所述孔的一部分，并且所述渐缩部的内径朝向所述孔的底部逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的光学插座，其中，所述插芯进一步包括主孔，所述主孔作为所述孔的另一部分，所述主孔具有圆柱形状，并且所述主孔从所述近端面延伸到所述渐缩部。
6.根据权利要求1或2所述的光学插座，其中，所述插芯沿所述第一方向被压配合在所述第一通孔中，并且所述孔的底部位于在所述第一方向上与所述插芯与所述第一通孔之间的接触范围的更靠近所述远端面的端部相比更靠近所述远端面的位置处。
7.根据权利要求1或2所述的光学插座，其中，所述孔的内径是所述插芯的外径的0.4倍以上。
8.根据权利要求1或2所述的光学插座，其中，所述近端面相对于与所述第一方向垂直的平面倾斜。
9.根据权利要求1或2所述的光学插座，其中，所述插芯由氧化锆形成，并且所述低介电常数材料由树脂形成。
10.根据权利要求9所述的光学插座，其中，所述树脂包括环氧树脂。
11.根据权利要求1或2所述的光学插座，其中，所述低介电常数材料具有一相对介电常数，使得所述光学插座具有大于25GHz的截止频率。
12.一种光纤短插芯，包括：
插芯，其包括沿第一方向延伸的内孔以及具有所述内孔的开口的远端面；
光纤，其布置在所述内孔中，所述光纤具有从所述开口露出的第一端；以及
低介电常数材料，其形成在所述插芯的内部且在所述光纤的外部，所述低介电常数材料具有比所述插芯的介电常数低的介电常数，
其中，所述插芯包括在所述第一方向上与所述远端面相反的近端面以及形成在所述近端面中的孔，并且所述低介电常数材料布置在所述孔中，
所述孔的内径是所述插芯的外径的0.5倍以下。
13.一种光学组件，包括：
根据权利要求1所述的光学插座；
光学器件，其与所述光纤的第二端光学耦合；
透镜，其布置在所述光纤的所述第二端与所述光学器件之间的光路中；以及
封装件，其附接至所述金属部件或所述主体中的至少一者上，所述封装件在内部容纳所述光学器件和所述透镜。
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