CN110879441B - 发光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光模块。公开了一种发光模块，包括半导体发光元件、第一透镜、第二透镜和光纤插针。第一透镜准直从半导体发光元件输出的光。第二透镜是弯月形透镜，并将准直光会聚到光纤插针。第二透镜的光入射面具有其中曲率半径的增加率为零或更大的截面形状。第二透镜的光出射面包括第一区域和第二区域。第一区域具有截面形状，其中曲率半径的增加率的符号是正的。第二区域围绕第一区域并且具有截面形状，其中曲率半径的增加率的符号是负的。

Description

发光模块

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于在2018年9月6日提交的日本专利申请No.2018-166795的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种发光模块。

背景技术

JP2001-281501A公开了一种涉及激光二极管模块及其组装方法的技术。该文献中描述的激光二极管模块包括彼此固定的激光二极管组件和透镜-光纤组件。激光二极管组件包括载体和固定到载体的激光二极管。激光二极管被盖包围。盖包括激光束传输窗口。透镜-光纤组件包括彼此连通的第一和第二孔。将非球面透镜插入并固定到第一孔。容纳光纤的套圈被压入第二孔。非球面透镜将来自激光二极管的光输出朝向光纤聚集。

发明内容

本公开提供了一种发光模块。该发光模块包括半导体发光元件、第一透镜、第二透镜和光纤插针。第一透镜光学耦合到半导体发光元件，以准直从半导体发光元件输出的光。第二透镜是弯月形透镜。弯月面通过第一透镜光学耦合到半导体发光元件，以会聚准直光。光纤插针光学耦合到从第二透镜输出的会聚光。第二透镜的光入射面具有截面形状，其中曲率半径相对于距第二透镜的光轴的距离的增加率为零或更大。第二透镜的光出射面包括第一区域和第二区域。第一区域具有截面形状，其中曲率半径相对于距光轴的距离的增加率的符号是正的。第二区域围绕第一区域并且具有截面形状，其中曲率半径相对于距光轴的距离的增加率的符号是负的。

附图说明

通过以下参考附图对本公开的实施例的详细描述，将更好地理解前述和其他目的、方面和优点，在附图中：

图1是示出根据实施例的包括发光模块的双向光学子组件(BOSA)的透视图。

图2是示出发光模块的外观的透视图。

图3是示出除去盖的发光模块的透视图。

图4是发光模块的局部放大内部结构的截面图；

图5是示出发光模块的透镜的透视图；

图6是示出透镜的截面透视图。

图7是发光模块的沿光轴方向的截面的截面图。

图8A是示出从光轴方向观察时的聚光透镜的光入射面的前视图，并且图8B是示出从光轴方向观察的聚光透镜的光出射面的后视图。

图9A和9B是示出在包括光轴的截面中光入射面的曲率半径与距发光模块的光轴的距离之间的关系的一个示例的图形；

图10A和10B是示出在包括光轴的截面中的光出射面的曲率半径与距光轴的距离之间的关系的一个示例的图形；

图11是示出在偏心在-5μm至+5μm的范围内时的波前像差与距光轴的距离之间的关系的图形。

图12是示出在偏心在-5μm至+5μm的范围内时彗形像差与距光轴的距离之间的关系的图形。

图13是示出在偏心在-5μm至+5μm的范围内时的球面像差与距光轴的距离的关系的图形。

图14A和14B是概念性地示出通过聚光透镜的光被分成内光束和外光束的状态的图；以及

图15是示出聚光透镜的偏心与半导体激光器芯片和光纤之间的光耦合效率的减小量dη之间的关系的图形。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

作为光通信系统中的光发射器，使用包括诸如激光二极管的半导体发光元件的发光模块。例如，在JP2001-281501A中描述的激光二极管模块中，从容纳在包括杆和盖的封装中的激光二极管发射的光由位于封装外部的非球面透镜会聚。

在这种发光模块中，重要的是提高半导体发光元件和光纤之间的光耦合效率。当从半导体发光元件发射的光通过聚光透镜被引导到光纤时，需要通过在半导体发光元件、聚光透镜和光纤之中进行对准来提高相对位置精度。因此，考虑使用两个透镜代替在JP2001-281501A中描述的模块中使用的单个聚光透镜。也就是说，半导体发光元件的光输出由第一透镜准直，并且准直光通过第二透镜会聚到光纤。根据这样的配置，与使用单个聚光透镜的情况相比，通过提高对准精度，可以提高半导体发光元件和光纤之间的光耦合效率。

当第一和第二透镜插入在半导体发光元件和光纤之间时，与使用单个聚光透镜的情况相比，存在第二透镜和光纤之间的距离(后焦距：back focus)缩短的趋势。然而，取决于发光模块的结构，需要延长第二透镜和光纤之间的距离。在这种情况下，弯月形透镜可用作第二透镜。然而，位置偏移(轴向偏移)，即弯月形透镜的光入射面的光轴与弯月形透镜的光出射面的光轴之间的偏心很大程度上影响半导体发光元件和光纤之间的光耦合效率。偏心是由形成弯月形透镜的光入射面的模具和形成其光出射面的模具之间的相对位置偏移引起的。因此，由于偏心的大小取决于模具的精度，因此在抑制偏心方面存在限制。

[本公开的有利效果]

根据本公开，在通过使用第一透镜和第二透镜会聚从半导体发光元件发射的光的发光模块中，减小了由于第二透镜的偏心导致的光耦合效率的降低程度。

[本公开的实施例的描述]

将描述本公开的实施例的内容。根据实施例的发光模块包括半导体发光元件、第一透镜、第二透镜和光纤插针。第一透镜光学耦合到半导体发光元件，以准直从半导体发光元件输出的光。第二透镜是弯月形透镜。弯月形透镜通过第一透镜光学耦合到半导体发光元件，以会聚准直光。光纤插针光学耦合到从第二透镜输出的会聚光。第二透镜的光入射面具有截面形状，其中曲率半径相对于距第二透镜的光轴的距离的增加率为零或更大。第二透镜的光出射面包括第一区域和第二区域。第一区域具有截面形状，其中曲率半径相对于距光轴的距离的增加率的符号是正的。第二区域围绕第一区域，并且具有截面形状，其中曲率半径相对于距光轴的距离的增加率的符号是负的。

在发光模块中，从半导体发光元件输出的光首先到达第一透镜，并从第一透镜输出作为准直光。接下来，准直光到达第二透镜，并由第二透镜会聚。由于发光模块包括第一和第二透镜，因此与包括单个透镜的情况相比，对准精度高。因此，可以提高半导体发光元件和光纤之间的光耦合效率。此外，由于第二透镜是弯月形透镜，所以可以延长第二透镜的后焦距。

此外，在发光模块中，在第二透镜的光入射面中，曲率半径相对于距光轴的距离的增加率为零或更大。此外，在第二透镜的光出射面中，曲率半径相对于距光轴的距离的增加率的符号在第一区域中是正的，并且曲率半径相对于距光轴的距离的增加率的符号在围绕第一区域的第二区域中是负的。根据发明人的实验，由于作为弯月形透镜的第二透镜具有上述形状，因此可以减小由第二透镜的偏心引起的波前像差和彗形像差。因此，发光模块可以减小由于第二透镜的偏心引起的光耦合效率的降低程度。

发光模块还可包括其中容纳半导体发光元件和第一透镜的封装。封装可以包括开口，从半导体发光元件发射的光通过该开口。第二透镜可以附接到开口。因此，可以提供小的发光模块。

在发光模块中，第二透镜的后焦距可以是6mm或更大。如上所述，发光模块可以实现长后焦距。

发光模块还可包括设置在第二透镜和光纤插针之间的光学构件。

在发光模块中，包括第一透镜和第二透镜的透镜系统的倍率可以是5倍或更多倍。

在发光模块中，第一区域可以具有以光轴为中心的圆形形状。

在发光模块中，第二区域可以是以光轴为中心的圆环形形状。

[本公开的实施例的详细描述]

下面将参考附图描述根据本公开的实施例的发光模块的详细示例。此外，本发明不旨在限于这些示例，由权利要求示出，并且包括与权利要求等同的含义以及该范围内的所有修改。在下面的描述中，相同的附图标记将被给予附图说明中的相同部件，并且将省略其冗余描述。

图1是示出双向光发送/接收模块的透视图，该双向光发送/接收模块是双向光学子组件(BOSA)，包括根据实施例的发光模块。光发送/接收模块1用作例如光收发器，例如10千兆位以太网无源光网络(10G-EPON)、XG-PON、NG-PON、NG-PON2和25G-PON。

光发射/接收模块1包括发光模块2、光接收模块3、接头4和套管5。接头4和套管5具有圆柱形状，其具有共同的中心轴线。套管5的一端沿纵向固定到接头4的一端。将光纤与附接到光纤前端部分的套圈一起插入套管5的另一端。光纤插针OS位于套管5的内部。光纤的前端与光纤插针OS的一端接触，以光学连接到光纤插针OS。

发光模块2固定在接头4的另一端，并向接头4内形成的孔输出透射光。透射光穿过接头4内形成的孔并到达光纤插针OS的另一端。发光模块2包括封装10和半导体发光元件。封装10包括杆11和盖12。半导体发光元件是位于封装10中的激光二极管。多个引脚13穿过杆11，并且通过引脚13为封装10的内部提供电源电压和电传输信号。电源电压和电传输信号用于驱动半导体发光元件。

光接收模块3固定到接头4的侧表面。光接收模块3接收从光纤输出然后穿过接头4内形成的孔的接收光。光接收模块3包括封装15和光接收元件。封装15包括杆16和盖17。光接收元件是位于封装15中的光电二极管。多个引脚18穿过杆16。施加到光接收元件的偏压通过引脚18被提供给封装15的内部。通过引脚18为封装15的外部提供由光接收元件产生的电接收信号。

波长解复用滤波器位于接头4内。从发光模块2输出的传输光通过波长解复用滤波器，然后进入光纤插针OS。从光纤通过光纤插针OS发射的接收光被波长解复用滤波器反射，然后到达光接收模块3。隔离器可以进一步设置在波长解复用滤波器和发光模块2之间。

在本实施例中，已经举例说明了包括发光模块2和光接收模块3两者的光发送/接收模块1，但是发光模块可以包括在光传输模块中，该光传输模块是发送器光学子组件(TOSA)，其仅包括发光模块2。或者，发光模块可以包括在通过布置具有不同波长的多个发光模块2并通过诸如滤波器和镜子的光学部件整合具有这些波长的光束而获得的集成光传输模块中。

图2是示出发光模块2的外观的透视图。图3是示出发光模块2的透视图，盖12被从该发光模块2移除。图4是示出发光模块2的局部放大的内部结构的截面图。在这些图中，示出了XYZ正交坐标系。X轴沿着发光模块2的光轴和图1中所示的接头4和套管5的中心轴。在下文中，将在假设Z轴方向是上下方向并且Y轴方向是左右方向的情况下进行描述。

如上所述，发光模块2包括封装10。封装10是所谓的CAN封装，并且包括杆11和盖12。杆11和盖12都由金属形成。杆11和盖12通过电阻焊接彼此结合，并且封装10内的空间保持气密。杆11形成为大致圆板形状，并且包括面向封装10的内部空间的主表面11a。多个引脚13穿过杆11，并且用作用于供电、接地、输入/输出电信号的端子。盖12具有基本上圆柱形的形状并包括形成在一个轴向端部中的端壁14。圆形开口14a形成在端壁14的中心。聚光透镜19附接到开口14a中。当发光模块安装在诸如小型可插拔(SFP)或SFP+的小型光学收发器上时，作为示例，封装10的直径(外径尺寸)可以是5.6mm。

热电转换元件21、载体22、子载体30、作为半导体发光元件的半导体激光器芯片40、监视器光电二极管(监视器PD)50和透镜60容纳在封装10中。

热电转换元件21例如是珀耳帖元件。热电转换元件21形成为使得一个表面是响应于供电电流的方向的吸热表面或散热表面中的一个，并且另一个表面是吸热表面或散热表面中的另一个。热电转换元件21位于一对板状体23和24之间。热电转换元件位于杆11的主表面11a上板状体23。这些板状体23和24是由诸如AlN或Al₂O₃的绝缘材料形成。由于热电转换元件21位于封装10内部，所以半导体激光器芯片40的温度保持恒定。因此，可以执行例如在10Gbps或25Gbps处的高速光通信。半导体激光器芯片40的温度在很宽的温度范围内调节，例如，从-40℃到80℃。

子载体30形成为矩形板状，并且由例如绝缘材料形成，例如，诸如AlN的陶瓷。在光轴方向(X轴方向)上发光的半导体激光器芯片40安装在子载体30的上表面(主表面)31上。半导体激光器芯片40具有单片结构，其中激光二极管和光调制器集成在公共衬底上。子载体30通过金属化设置有高频布线42。高频布线42通过金属化电连接到形成在设置在杆11的主表面11a上的陶瓷基板45上的高频布线45a。例如，高频布线42和高频布线45a可以通过直径为25μm的Au线彼此连接。阻抗为50Ω.。

在图中所示的示例中，热敏电阻器46和电容器47安装在子载体30的上表面上。热敏电阻器46产生指示半导体激光器芯片40附近温度的电信号。该电信号通过引脚13输出到发光模块2的外部。基于电信号控制热电转换元件21。电容器47连接在参考电位线和连接到半导体激光器芯片40的激光二极管的偏置布线之间。提供电容器47以稳定提供给激光二极管的偏置电流。

载体22设置在板状体24上。载体22由与子载体30的绝缘材料相同的绝缘材料形成。如图4所示，载体22包括形成在其上表面上的突起22a。也就是说，载体22包括上表面25和26以及连接上表面25和26的连接表面27。上表面26形成在低于上表面25的位置处。半导体激光器芯片40的光轴S1和上表面26之间的距离大于光轴S1和上表面25之间的距离。上表面25和26都形成为平坦表面，并且连接表面27在垂直于上表面25和26的方向上延伸。此外，连接表面27和上表面26之间的边界可以平滑地弯曲。子载体30安装在载体22的上表面25上。

监视器PD 50监视半导体激光器芯片40的发射光。在图中所示的示例中，监视器PD50设置在板状体24上的半导体激光器芯片40的后面。监视器PD 50接收从半导体激光器芯片40的后侧发射的后表面光，并响应于后表面光的光强度产生电信号。电信号通过引脚13输出到发光模块2的外部。半导体激光器芯片40的激光二极管的发光强度基于电信号被控制。

透镜60通过粘合剂75固定到载体22的上表面26上，并且光学耦合到半导体激光器芯片40。来自半导体激光器芯片40的发射光La进入透镜60。作为示例，透镜60是表面安装的树脂透镜。该实施例的粘合剂75是通过紫外线固化的树脂粘合剂。透镜60例如是准直透镜，其准直来自半导体激光器芯片40的发射光La。

图5是示出透镜60的透视图。图6是示出透镜60的截面透视图。透镜60形成为大致长方体形状，并且包括透镜主体61、凸缘63和固定部分65。透镜主体61是非球面透镜并且包括光入射面61a和光出射面61b。从半导体激光器芯片40发射的光进入光入射面61a，并且进入光入射面61a的光从光出射面61b输出。光入射面61a和光出射面61b都是弯曲表面。在附图所示的示例的透镜60中，光入射面61a的曲率大于光出射面61b的曲率。也就是说，光入射面61a的曲率半径小于光出射面61b的曲率半径。这是因为光入射面61a和半导体激光器芯片40的光发射端之间的距离窄，并且光通量由光出射面61b准直。固定部分65是通过粘合剂75固定到载体22的上表面26的部分。固定部分65形成在凸缘63的周缘的至少一部分中。

作为示例，当在光轴方向上观察时，透镜60的外部尺寸可以是0.6mm见方、1mm见方、1.5mm见方或0.6mm×1.0mm矩形等。透镜60在光轴方向上的厚度为约0.5mm至1mm，并且根据焦距的设计确定。从发光模块2发射的准直光的直径的大小例如是大约0.5mm。

图7是沿光轴方向截取的截面中的发光模块2的截面图。如上所述，发光模块2还包括聚光透镜19。聚光透镜19是树脂透镜或玻璃透镜。聚光透镜19通过透镜60光学耦合到半导体激光器芯片40，并将从透镜60发射的准直光会聚到焦点P。该会聚光光学耦合到位于套管5内部的光纤插针OS，并且通过光纤插针OS与光纤光耦合。当在光轴方向上观察时，聚光透镜19的形状是例如圆形。盖12的端壁14设置有圆形开口14a，从半导体激光器芯片40输出的光通过该圆形开口14a。聚光透镜19装配到开口14a以固定到端壁14。透镜60的光轴与聚光透镜19的光轴匹配。

如上所述，隔离器和波长解复用滤波器设置在发光模块2和焦点P之间。用于将接收光引导到光接收模块3的镜筒可以设置在发光模块2和焦点P之间。例如，诸如隔离器、波长解复用滤波器和镜筒之类的光学构件(OC)可以设置在聚光透镜19和光纤插针OS之间。因此，从端壁14的外表面到焦点P的距离L1设定为6mm或更大，例如6.6mm。从聚光透镜19的光出射面19b到焦点P的距离L2(后焦距)被设定为6mm或更大(例如，6.75mm)。从杆11的主表面11a到焦点P的距离L3设定为12mm或更大(例如，12.2mm)。

半导体激光器芯片40的数值孔径(NA)例如是0.5，并且设置在套管5中的光纤插针OS的NA例如是0.1。为了在它们之间实现高光学耦合，包括透镜60和聚光透镜19的透镜系统的图像放大率可以设置为5倍或更多(例如，5.4倍)。作为示例，透镜60的焦距设定为0.65，聚光透镜19的焦距设定为3.52。

当距离L2为6mm或更大时，该距离明显长于两个透镜系统的一般距离(约3至4mm)。因此，弯月形透镜用作聚光透镜19。聚光透镜19包括光入射面19a和光出射面19b。光入射面19a是弯曲表面，并且朝向光出射面19b凹入。光出射面19b是弯曲表面，并且朝向与光入射面19a相对的一侧凸出。光出射面19b的曲率大于光入射面19a的曲率。由于聚光透镜19是弯月形透镜，因此可以设定例如6mm或更大的后焦距。此外，聚光透镜19的侧表面设置有台阶19c，并且光出射面19b侧上的聚光透镜19的外径大于光入射面19a侧上的聚光透镜19的外径。台阶19c与形成在开口14a的内表面上的台阶14b接触，以确定在光轴方向上的聚光透镜19相对于盖12的相对位置。

这里，将描述聚光透镜19的详细形状。图8A是在光轴方向观察的光入射面19a的主视图。如图8A所示，光入射面19a包括单个区域19a1(图中的阴影部分)。区域19a1是圆形区域，并且中心与聚光透镜19的中心轴(光轴)S2匹配。光入射到光入射面19a的范围(有效透镜直径)与区域19a1匹配。图8B是示出在光轴方向观察的光出射面19b的后视图。如图8B所示，光出射面19b包括区域19b1(第一区域)和区域19b2(第二区域)。区域19b1是圆形区域，并且中心与聚光透镜19的中心轴(光轴)S2匹配。区域19b2是围绕区域19b1的圆环形区域，并且中心与聚光透镜19的中心轴(光轴)S2匹配。在该实施例中，区域19b1和区域19b2彼此相邻。光输出到光出射面19b的范围(有效透镜直径)与通过组合区域19b1和19b2获得的区域匹配。

图9A中所示的图形G11和图9B中所示的图形G13是示出在包括光轴S2的截面中距光轴S2的距离与光入射面19a的曲率半径之间的关系的一个示例的图形。横轴指示与光轴S2正交的方向的坐标位置(单位：mm)。原点是光轴S2。图9A的纵轴指示曲率半径(单位：mm)。图9B的纵轴指示曲率半径相对于透镜中心的增加和减少率(单位：％)。为了比较，图9A和9B分别示出了传统光入射面的图形G12和G14。图中的箭头A指示区域19a1的范围。在该示例中，区域19a1被设定为距光轴的距离为0.40mm或更小的范围。在示例和比较示例中，由于后焦距(距离L2)是6.75mm并且聚光透镜19的焦距是3.52mm，因此光轴S2上的光入射面19a的曲率半径被设定为0.75mm，并且光轴S2上的光出射面19b的曲率半径被设定为1.1mm。

如图形G11和G13所示，聚光透镜19的光入射面19a具有截面形状，其中在区域19a1的整个范围中曲率半径相对于距光轴S2的距离的增加率为零(0)或更大。这里，“曲率半径的增加率”是指距光轴S2的距离的微小增加量ΔY与曲率半径的增加量ΔR之间的比率(ΔR/ΔY)。本实施例的光入射面19a是凹曲面，但是曲率半径的符号被定义为正。光入射面19a的曲率半径在光轴S2中最小，并且随着距光轴S2的距离增加而增大。在示例中，曲率半径是恒定的，直到距光轴S2的距离超过-0.15mm至+0.15mm的范围，并且曲率半径从距光轴S2的距离为-0.15mm或+0.15mm的位置逐渐增加。在比较示例的图形G12和G14中，曲率半径相对于距光轴S2的距离的增加率为零(0)或更小。也就是说，光入射面的曲率半径在光轴S2中最大，并且随着距光轴S2的距离增加而减小。

图10A中所示的图形G21和图10B中所示的图形G23是示出在包括在光轴S2的截面中光出射面19b的曲率半径与距光轴S2的距离之间的关系的一个示例的图形。横轴指示在与光轴S2正交的方向的坐标位置(单位：mm)。原点指示光轴S2。图10A的纵轴指示曲率半径(单位：mm)。图10B的纵轴指示相对于透镜中心的曲率半径的增加和减少率(单位：％)。为了比较，图10A和10B分别示出了传统光出射面的图形G22和G24。图中的箭头B1指示区域19b1的范围。在该示例中，区域19b1被设定为其中距光轴S2的距离在-0.80mm至+0.80mm的范围内的范围。图中的箭头B2指示区域19b2的范围。在该示例中，区域19b2被设置为其中距光轴S2的距离在+0.80至+1.00mm的范围内的范围和其中距光轴S2的距离在从-0.80至-1.00mm的范围内的范围。

如图形G21和G23所示，聚光透镜19的光出射面19b具有这样的截面形状，其中在区域19b1的范围中曲率半径相对于距光轴S2的距离的增加率的符号是正的。光出射面19b具有这样的截面形状，其中曲率半径相对于距光轴S2的距离的增加率的符号在围绕区域19b1的区域19b2的范围内是负的。曲率半径的增加率的定义与光入射面19a的定义相同。该实施例的光出射面19b是凹曲面，但曲率半径的符号被定义为与光入射面19a类似地为正。区域19b1的曲率半径在光轴S2中最小，并且随着距光轴S2的距离的增加而增大。区域19b2的曲率半径在光轴S2中最大，并且随着距光轴S2的距离的增加而减小。在比较示例的图形G22和G24中，曲率半径相对于距光轴S2的距离的增加率的符号在区域19b1和19b2中都是正的。也就是说，光入射面的曲率半径在光轴S2中最小，并且随着与光轴S2的距离的增加而增加，而与区域无关。区域19b2的内径例如是区域19b2的外径的80％。

将描述由上述实施例的发光模块2获得的操作和效果。在发光模块2中，从半导体激光器芯片40输出的光首先到达透镜60，并且作为准直光从透镜60输出。接下来，准直光到达聚光透镜19，并由聚光透镜19会聚。由于发光模块2包括两个透镜系统(包括透镜60和聚光透镜19)，因此与包括单个透镜的情况相比，对准精度高。因此，可以提高半导体激光器芯片40和光纤之间的光耦合效率。此外，由于聚光透镜19是弯月形透镜，因此可以延长聚光透镜19的后焦距。

在弯月形透镜中，位置偏移(轴向偏移)，即光入射面的光轴和光出射面的光轴之间的偏心影响半导体激光器芯片40和光纤之间的光耦合效率。为了防止由偏心引起的光耦合效率的降低，在本实施例中，曲率半径相对于距光轴的距离的增加率在聚光透镜19的光入射面19a中为零(0)或更大(参见图9A和9B的图形G11和G13)。另外，在聚光透镜19的光出射面19b中，曲率半径相对于距光轴的距离的增加率的符号在区域19b1中是正的，并且曲率半径相对于距光轴的距离的增加率的符号在围绕区域19b1的区域19b2中是负的(参见图10A和10B的图形G21和G23)。

在示例和比较示例中，研究了聚光透镜的像差和半导体激光器芯片40与光纤之间的耦合效率是如何不同的。在示例中，使用聚光透镜19。聚光透镜19包括光入射面19a和光出射面19b，光入射面19a具有图9A和9B的图形G11和G13中所示的形状，光出射面19b具有图10A和10B的图形G21和G23所示的形状。在比较示例中，使用聚光透镜。聚光透镜包括光入射面和光出射面，光入射面具有图9A和9B的图形G12和G14中所示的形状，光出射面具有图10A和10B的图形G22和G24所示的形状。

图11是示出当偏心在-5μm至+5μm的范围内时波前像差与距光轴S2的距离之间的关系的图形。在图11中，图形G31指示示例的聚光透镜19的波前像差。图形G32指示比较示例的聚光透镜的波前像差。如图11所示，与比较示例的聚光透镜的波前像差相比，示例的聚光透镜19的波前像差显著降低。具体地，将距光轴S2的距离为0.15mm的位置用作分支点，并且示例和比较示例的波前像差的差异相同达到0.15mm，但是在超过0.15mm的区域中随着距光轴S2的距离的增加而增加。例如，在比较示例中，当距光轴S2的距离超过0.30mm时，波前像差超过10mλrms。相反，在示例中，无论距光轴S2的距离如何，波前像差都被抑制到7mλrms或更小。此外，在距光轴S2的距离超过0.30mm的区域中，相对于比较示例的波前像差，示例的波前像差改善了5mλrms或更多。

图12是示出当偏心在-5μm至+5μm的范围内时彗形像差与距光轴S2的距离之间的关系的图形。在图12中，图形G41指示示例的聚光透镜19的彗形像差。图形G42指示比较示例的聚光透镜的彗形像差。如图12所示，与比较示例的聚光透镜的彗形像差相比，示例的聚光透镜19的彗形像差显著降低。具体地，距光轴S2的距离为0.10mm的位置用作分支点，并且示例的彗形像差相同达0.10mm，但相对于超过0.10mm的区域中的比较示例的彗形像差稳定地减小。例如，在比较示例中，当距光轴S2的距离超过0.15mm时，彗形像差超过10mλrms。相反，在示例中，无论距光轴S2的距离如何，彗形像差都被抑制到6mλrms或更小。此外，在距光轴S2的距离超过0.10mm的区域中，相对于比较示例的彗形像差，示例的彗形像差提高了5mλrms或更多。

图13是示出当偏心在-5μm至+5μm的范围内时球面像差与距光轴S2的距离之间的关系的图形。在图13中，图形G51指示示例的聚光透镜19的球面像差。图形G52指示比较示例的聚光透镜的球面像差。如图13所示，与比较示例的聚光透镜的球面像差相比，示例的聚光透镜19的球面像差显著降低。特别是，在距光轴S2的距离超过0.30mm的区域中，球面像差基本为零。此外，在距光轴S2的距离超过0.10mm的区域中，相对于比较示例的球面像差，示例的球面像差提高了3.4mλrms或更多。

图14A和14B是示意性地示出通过聚光透镜19的光被分成内光束BA和外光束BB的状态的图。下面的表格1示出了在示例和比较示例的每一个中的距光轴S2的距离与外光束BB耦合到光纤的比率(通过聚光透镜19的光束BB中的入射到光纤的光的量的比率)之间的关系。外光束BB耦合到光纤的比率是通过聚光透镜19的光束BB中进入光纤的光的量的比率。即，表格1示出了准直光(高斯光束)尾部处的光对耦合效率有贡献的程度。

[表格1]

距光轴S2的距离	比较示例	示例	改善率
				0.1μm	62.5％	62.6％	0.1％
0.15μm	47.1％	47.3％	0.4％
				0.20μm	31.5％	32.6％	3.4％
0.25μm	16.0％	16.9％	6.1％
				0.30μm	7.5％	8.9％	18.6％
0.35μm	0.0％	0.0％	0.0％

图15是示出聚光透镜19的偏心与半导体激光器芯片40与光纤之间的光耦合效率的减小量dη之间的关系的图形。横轴指示聚光透镜19的偏心(单位：μm)。纵轴指示偏心为0μm时的光耦合效率的减小量dη(单位：dB)。图形G31指示示例，图形G32指示比较示例。参考图15，在比较示例(图形G32)中，当偏心在-5μm至+5μm的范围内时，光耦合效率的减小量dη约为0.2dB。相反，在示例(图形G31)中，当偏心在-5μm到+5μm的范围内时，光耦合效率的减小量dη减小到0.075dB。以这种方式，在示例中，外光束BB有助于与光纤的耦合效率的程度得到改善，并且呈现出相对于偏心的光耦合效率的降低。这是通过减小波前像差、彗形像差和球面像差而获得的效果。也就是说，根据该实施例的聚光透镜19，可以减小由于偏心导致的光耦合效率的降低程度。

在该实施例中，封装10包括开口14a，从半导体激光器芯片40输出的光通过该开口14a。聚光透镜19可以附接到开口14a。因此，与聚光透镜19位于封装10外部的情况相比，可以提供小的发光模块2。

在该实施例中，聚光透镜19的后焦距(距离L2)可以是6mm或更大。如上所述，该实施例的发光模块2可以实现长后焦距。

根据本公开的发光模块不限于上述实施例，并且可以修改为各种其他形式。例如，在上述实施例中，已经例示了将聚光透镜19附接到封装10的端壁14的情况，但是聚光透镜19可以附接到除封装10之外的部件。在这种情况下，聚光透镜19可以设置在封装10的外部，或者可以设置在封装10的内部。

Claims (7)

1.一种发光模块，包括：

半导体发光元件；

第一透镜，所述第一透镜光学耦合到所述半导体发光元件，以准直从所述半导体发光元件输出的光；

第二透镜，所述第二透镜是弯月形透镜，所述弯月形透镜通过所述第一透镜光学耦合到所述半导体发光元件以会聚准直光；以及

光纤插针，所述光纤插针光耦合到从所述第二透镜输出的会聚光，

其中，所述第二透镜的光入射面具有曲率半径的增加率相对于距所述第二透镜的光轴的距离为零或更大并且所述曲率半径的所述增加率的符号为正的截面形状，并且

其中，所述第二透镜的光出射面包括：

第一区域，所述第一区域具有曲率半径的增加率的符号相对于距所述光轴的距离是正的截面形状，以及

第二区域，所述第二区域围绕所述第一区域并且具有曲率半径的增加率的符号相对于距所述光轴的距离是负的截面形状。

2.根据权利要求1所述的发光模块，还包括：

封装，所述封装在其中容纳所述半导体发光元件和所述第一透镜，所述封装包括开口，从所述半导体发光元件输出的光通过所述开口，并且所述第二透镜附接至所述开口。

3.根据权利要求1或2所述的发光模块，其中，所述第二透镜的后焦距为6mm或更大。

4.根据权利要求1或2所述的发光模块，还包括：

光学构件，所述光学构件设置在所述第二透镜和所述光纤插针之间。

5.根据权利要求1或2所述的发光模块，其中，包括所述第一透镜和所述第二透镜的透镜系统的倍率是5倍或更多倍。

6.根据权利要求1或2所述的发光模块，其中，所述第一区域具有以所述光轴为中心的圆形形状。

7.根据权利要求6所述的发光模块，其中，所述第二区域具有以所述光轴为中心的圆环形形状。

Images