CN111505775A - 光模块 - Google Patents

Abstract

一个实施方式所涉及的光模块具有：基板，其具有平面状的安装面；光回路元件，其具有对光进行传输的光波导、及将经过光波导的光作为平行光而射出的反射面；以及受光元件，其安装于安装面上，具有对从反射面射出的光进行聚光的透镜、及对由透镜聚光后的光进行受光的受光层。光相对于透镜的顶点的切平面而垂直地射入。射出光的光回路元件的反射面和透镜的顶点之间的距离设定为比规定值短。在从安装面的法线方向观察时，光的光轴和透镜的顶点之间的距离被设定为规定的偏移量。

Description

光模块

技术领域

本发明的一个方案涉及光模块。

背景技术

在日本特开2017－32731号公报中记载有波长复用光接收模块。波长复用光接收模块将包含波长彼此不同的多个信号光的波长复用光分割为单一的信号光而使各个信号光所包含的信号再现。波长复用光接收模块具有：光插座，其与外部光纤连接；以及封装件，其收容受光元件。在封装件的内部对光分波器和反射镜进行收容。光分波器将从在光插座的内部配置的准直透镜射出的波长复用光分波为彼此具有不同波长的多个信号光。反射镜对分波出的信号光进行反射。在封装件的内部配置透镜阵列和PD(Photo Diode光电二极管)，该透镜阵列对在反射镜反射出的光进行聚光，该PD对在透镜阵列聚光后的光进行受光。PD具有：单片透镜，其对来自透镜阵列的光进行受光；受光层，其对透过单片透镜后的光进行受光；以及反射层，其位于受光层的下部。

发明内容

本发明的一个方案所涉及的光模块具有：基板，其具有平面状的安装面；光回路元件，其具有对光进行传输的光波导、及将经过光波导的光作为平行光而射出的反射面；支撑部件，其在安装面上对光回路元件进行支撑；以及受光元件，其安装于安装面，具有对从反射面射出的光进行聚光的透镜、及对由透镜聚光后的光进行受光的受光层。平行光相对于透镜的顶点的切平面而垂直地射入。射出平行光的光回路元件的反射面和透镜的顶点之间的距离设定为比规定值短。在从安装面的法线方向观察时，平行光的光轴和透镜的顶点之间的距离被设定为规定的偏移量。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的光模块的斜视图。

图2是图1的光模块的侧视图。

图3是表示图1的光模块的光回路元件的图。

图4是图1的光模块的将基板、受光元件及光回路元件放大后的侧视图。

图5是图4的受光元件的将透镜放大后的侧视图。

图6是表示图4的受光元件的透镜和来自光回路元件的光束的俯视图。

图7是示意地表示从图3的光回路元件射出的光的图。

图8是表示对比例的光模块的受光元件及光回路元件的侧视图。

图9是表示与图8不同的对比例的光模块的受光元件及光回路元件的侧视图。

具体实施方式

[实施方式的详细内容]

下面，一边参照附图、一边对实施方式所涉及的光模块的具体例进行说明。本发明并不限定于以下的例示，而是由权利要求书示出，包含与权利要求书等同的范围内的全部变更。在附图的说明中对相同或相当的要素标注同一标号，适当省略重复的说明。就附图而言，为了使理解变得容易，有时将一部分简化或夸张，尺寸比率及角度并不限定于附图所记载的尺寸比率及角度。

图1是表示实施方式所涉及的光模块1的斜视图。图2是表示光模块1的侧视图。如图1及图2所示，光模块1具有：基板2，其搭载对电信号进行处理的电路，并且具有平面状的安装面2b；支撑部件3，其搭载于安装面2b；光回路元件4，其对多路复用的复用光信号进行分波；以及多个受光元件5，它们对通过光回路元件4分波出的各光L进行受光。受光元件5例如为PD(Photo Diode光电二极管)。光模块1例如是对从光纤多路复用的入射光L0进行受光的光接收器，且是通过光回路元件4将多路复用的入射光L0分波为各光L的光接收模块。基板2可以搭载有用于发送光信号的电路和发光元件(未图示)，光模块1可以是进行光信号的发送及接收的光收发器。多个受光元件5各自安装于在基板2的安装面2b搭载的PD支承件6。另外，在基板2的安装面2b安装有TIA(Trans-Impedance Amplifier跨阻放大器)7，TIA 7经由多个导线8而分别与各受光元件5电连接。下面，有时将在从基板2观察时设置光回路元件4的方向称为“上”，将其相反方向称为“下”。但是，这些方向只是为了便于说明，并不限定各部的方向。

图3是从下方观察光回路元件4的仰视图。在图3中例示的光回路元件4具有阵列波导型衍射光栅元件(AWG；Arrayed Waveguide Grating)。光回路元件4例如具有供来自光纤的光进行传输的光波导。在光回路元件4中，作为该光波导而具有被输入4个波长的波长复用光的输入波导4b、输入侧平板波导4c、阵列波导4d、输出侧平板波导4f、以及4根输出波导4g。输入波导4b、输入侧平板波导4c、阵列波导4d、输出侧平板波导4f及输出波导4g形成于光回路元件4的与安装面2b相对的下表面4h。从光纤输入至输入波导4b的入射光L0，经由输入侧平板波导4c而输入至阵列波导4d。入射光L0通过阵列波导4d而分波为波长彼此不同的4个光L1、L2、L3、L4。分波出的光L1、L2、L3、L4各自经由输出侧平板波导4f及4根输出波导4g分别向光回路元件4的外部射出。此外，在本实施方式中，将光L1、L2、L3、L4各自汇总而称为光L。

图4是表示光回路元件4的光L的出射部分、基板2、受光元件5、PD支承件6、TIA 7及导线8的侧视图。如图4所示，例如在光回路元件4的端部形成有反射面4j。反射面4j设为在光回路元件4的下表面4h相对于上下方向为90°时，形成相对于上下方向呈45°的角度的锥面(taper)的切面，将在形成于下表面4h的光波导中传输而来的光L的行进方向弯折90°。即，反射面4j将沿光回路元件4的下表面4h传输的光L向下方反射。反射面4j将在光回路元件4的各输出波导4g中经过的光L作为平行光而向下方射出，从反射面4j向下方射出的光L射入至受光元件5。支撑部件3例如形成为长方体状的形状。支撑部件3具有：上表面3a，其与光回路元件4的下表面4h面接触；以及下表面3b，其与基板2的安装面2b面接触(参照图2)。以上表面3a和下表面3b彼此成为平行的方式将支撑部件3成型，由此能够使从反射面4j射出的光L的光轴的方向与基板2的法线方向一致。即，光L相对于基板2垂直地射出。

受光元件5经由PD支承件6而安装于基板2的安装面2b。受光元件5具有：透镜5b，其对从光回路元件4的反射面4j射出的平行光即光L进行聚光；以及受光层5c，其对通过透镜5b聚光后的光L进行受光。例如，受光层5c设为圆板状。透镜5b例如设为向光回路元件4侧凸出的凸透镜，具有在上下与反射面4j相对的曲面(作为一个例子是球面)。射入至透镜5b的光L在透镜5b处被聚光，由透镜5b聚光后的光L向受光层5c射入。射入至受光层5c的光L被变换为电信号(光电流)而经由前述的导线8传送至TIA 7。来自反射面4j的光L相对于透镜5b的顶点5d的切平面S而垂直地射入。光L向透镜5b的入射位置从顶点5d以规定的偏移量F偏离，例如光L不会射入至顶点5d。即，在从安装面2b的法线方向观察时，光L的光轴X从顶点5d的位置以偏移量F分离。

说明对比例的光模块101，如图8所示，来自光回路元件104的反射面104j的光L相对于受光元件105的顶点105d的切平面S而垂直地射入，并且向透镜105b的光L射入至顶点105d。此外，关于光模块101和光模块1，光L相对于透镜的入射位置不同，在除此以外的方面彼此相同。在光模块101的情况下，透镜105b为球形状且光L垂直地射入至顶点105d。即，切平面S成为相对于光L垂直的透镜面。垂直地射入至透镜105b的光L，在透镜105b(顶点105d)处进行180°反射，因此有可能成为向光回路元件104的返回光。在光模块101中，如上述所示，光L成为向光回路元件104的返回光，由此有可能发生下述问题，即，ORL(OpticalReturn Loss光回波损耗)增大。

作为针对上述问题的对策，例如如图9所示，考虑通过取代光回路元件104，而是使用具有相对于安装面2b的倾斜角度不是45°(作为一个例子为40°)的反射面204j的光回路元件204，由此以使光轴X从上下方向倾斜的方式改变光L向透镜105b的出射方向。在该情况下，光L不是相对于受光元件105的顶点105d的切平面垂直地射入。但是，即使在如上述所示地改变了光L的出射方向的情况下，在透镜105b的曲面上仍存在光L的出射方向等于法线方向的切平面，因此该成分的光L有可能成为向光回路元件204的返回光。因此，即使在使用光回路元件204而改变了光L的出射方向的情况下，依然有可能发生ORL增大的问题。

因此，在本实施方式中，通过与图9不同的方法减少了ORL。图5是表示本实施方式所涉及的光L、受光元件5的透镜5b及受光层5c的侧视图。图6是示意地表示在本实施方式中从安装面2b的法线方向观察的光L及透镜5b的俯视图。如图5及图6所示，光L作为具有一定的光束直径R的平行光而从反射面4j向透镜5b射出。反射面4j和透镜5b的顶点5d之间的上下方向的距离D与规定值相比设定得短，该规定值例如比后面记述的瑞利长度短。如前述所示，作为平行光的光L相对于顶点5d的切平面S垂直地向透镜5b射入，且光L向透镜5b的除了顶点5d以外的部分射入。因此，在透镜5b的曲面上的光L射入的范围内，由于不存在光L的出射方向等于法线方向的切平面，因此不产生向光回路元件4的返回光。另外，关于光轴X相对于透镜5b的顶点5d偏移的方向，只要光轴X位于透镜5b的同心圆上、即从顶点5d算起的距离相等的轨迹Z上，则能够适当变更。

作为一个例子，透镜5b的口径A1为100μm，透镜5b的曲率半径A2为70μm。例如，光L的光束直径R为10μm，从透镜5b的顶点5d算起的光轴X的偏移量F大于或等于10μm。在偏移量F为10μm的情况下，光L相对于透镜5b的入射角大于或等于4.0°且小于或等于12.6°，因此抑制光L向光回路元件4的返回。在光L向透镜5b射入的观点下，偏移量F的上限可以为45μm。受光元件5的芯片厚度A3为150μm，受光元件5的受光层5c的直径A4为15μm。但是，这些值能够适当变更。

图7是示意地表示从反射面4j射出的光L的侧视图。如前述所示，从反射面4j射出作为平行光的光L。另外，光L在反射面4j的出射部附近形成光束腰W，在其前后作为光束直径R的平面波(准直光)行进。如果光L从反射面4j的出射部就分离得比瑞利长度长，则光L平缓地发散。在本实施方式中，将光L沿作为平面波的光L的光轴X的方向的长度设为瑞利长度，瑞利长度与光束腰W的半径的平方成正比。光束腰W的半径小于光束直径，但也可以作为近似而将光束腰W的半径设为R。通过将反射面4j和透镜5b之间的距离设为比瑞利长度短，从而能够使光L在以光束直径R行进的状态下射入至透镜5b。

在本实施方式中，进行了使用受光层11的受光直径为50μm的表面入射型的PD(Photo Diode)而估计瑞利长度的实验。在该实验中，首先将受光层11和光回路元件4的光L的光轴X设定于受光层11的受光直径的中心，使受光层11从光回路元件4算起的距离变化而取得了PD的受光灵敏度。其结果，在光回路元件4和受光层11之间的距离Y大于或等于75μm的情况下PD的受光灵敏度开始降低。因此，75μm被推定为比瑞利长度长的值。与此相对，在光回路元件4和受光层11之间的距离Y小于或等于50μm的情况下PD的受光灵敏度没有降低。因此，50μm被认为是与瑞利长度相比短的值。

通过以上的实验，如图4所示，射出光L的光回路元件4的反射面4j和透镜5b的顶点5d之间的距离D优选比作为本实施方式的瑞利长度的50μm短。即，光L从光回路元件4的出射位置和受光元件5的透镜5b之间的距离，比检测到作为平行光射出的光L的扩展的距离短，例如小于或等于50μm。距离D例如通过对装载于安装面2b的支撑部件3的高度H进行调整而能够适当变更。支撑部件3的高度H等于上表面3a和下表面3b之间的距离。

接下来，对通过本实施方式所涉及的光模块1得到的作用效果详细地进行说明。在光模块1中，在基板2的平面状的安装面2b经由支撑部件3而支撑有光回路元件4。光回路元件4具有供入射光L0进行传输的光波导即输入波导4b、输入侧平板波导4c、阵列波导4d、输出侧平板波导4f、输出波导4g、及对经过输出波导4g的光L进行反射的反射面4j。从反射面4j射出作为平行光的光L，从反射面4j射出的光L射入至透镜5b。反射面4j和透镜5b的顶点5d之间的距离D设定得比规定值短。平行光在向远方传输的情况下有时发生扩展，如果向透镜5b射入的平行光发生扩展，则有可能产生光的损耗。与此相对，在光模块1中，射出光L的光回路元件4的反射面4j和透镜5b的顶点5d之间的距离D设定得比规定值短。由此，来自反射面4j的光L射入至透镜5b而不会扩展。因此，能够减少光发生损耗的可能性，因此能够提高受光灵敏度。

在光模块1中，来自反射面4j的光L相对于透镜5b的顶点5d的切平面S垂直地射入，在从安装面2b的法线方向(即上下方向)观察时透镜5b的顶点5d的位置和光L的光轴X之间的距离设定为规定的偏移量F。因此，向透镜5b射入的光L相对于透镜5b的曲面而不会垂直地射入，因此能够抑制从该曲面反射的返回光。由此，能够抑制返回光的发生，因此能够使ORL减少而提高受光灵敏度。

前述的规定值也可以由支撑部件3的高度H决定。在该情况下，通过夹设在基板2和光回路元件4之间的支撑部件3的高度H而决定反射面4j和透镜5b的顶点5d之间的距离D。因此，通过将调整了高度H的支撑部件3载置于基板2，能够决定反射面4j和透镜5b的顶点5d之间的距离D。由此，能够容易且准确地设定反射面4j和透镜5b的顶点5d之间的距离D。

偏移量F也可以大于或等于光L的光束直径R。在该情况下，光L的光轴X从透镜5b的顶点5d算起的偏移量F大于或等于光束直径R，因此能够可靠地使得光L不射入至透镜5b的顶点5d。因此，能够使得光L不射入至透镜5b的顶点5d，因此能够更有效地减少ORL。

前述的规定值也可以比光L的瑞利长度短。在该情况下，反射面4j和透镜5b的顶点5d之间的距离D比瑞利长度短，因此能够在来自反射面4j的光L扩展之前使光L射入至透镜5b。因此，能够更可靠地抑制向透镜5b的曲面的垂直入射光的发生，因此能够更有效地减少ORL。

以上，对本发明所涉及的光模块的实施方式进行了说明。但是，本发明并不限定于前述的实施方式。即，本发明能够在由权利要求书记载的主旨的范围内进行各种变形及变更，对于本领域技术人员来说是容易知晓的。例如，在前述的实施方式中，对反射面4j设置于光回路元件4的端部的例子进行了说明。但是，反射面的位置能够适当变更。另外，在前述的实施方式中，对AWG即光回路元件4进行了说明。但是，光回路元件的种类能够适当变更。

在前述的实施方式中，对在基板2的安装面2b经由PD支承件6而搭载4个受光元件5、在基板2的安装面2b搭载TIA 7，并且在基板2的安装面2b经由支撑部件3而搭载光回路元件4的例子进行了说明。但是，在基板2的安装面2b搭载的支撑部件、光回路元件及受光元件的搭载的方式能够适当变更。并且，在前述的实施方式中，对作为光接收器的光模块1进行了说明。但是，本发明例如也能够应用于光发送器等除了光接收器以外的光模块。

Claims (10)

1.一种光模块，其具有：

基板，其具有平面状的安装面；

光回路元件，其具有在与所述安装面平行的传输方向对光信号进行传输的光波导、及对在所述光波导中传输的光信号进行反射而将所述光信号朝向所述基板作为光束射出的反射面；

支撑部件，其在所述安装面的上方对所述光回路元件进行支撑；以及

受光元件，其设置于所述安装面，并且具有聚光透镜及受光层，且所述聚光透镜将所述光束聚光于所述受光层的上表面，所述受光层与所述安装面平行，

从所述反射面射出的所述光束沿相对于所述聚光透镜的顶点的切平面垂直的方向射入至所述聚光透镜，

所述光束沿从所述反射面向所述切平面的光路行进，所述光路具有与规定值相比设定得短的最小距离，

从与所述安装面垂直的方向观察时，所述光束具有从所述聚光透镜的顶点偏移了规定的偏移量的光轴。

2.根据权利要求1所述的光模块，其中，

所述支撑部件的高度与所述安装面和所述光回路元件之间的距离一致，

通过变更所述支撑部件的高度而调整所述最小距离。

3.根据权利要求1或2所述的光模块，其中，

所述偏移量设定为比所述光束的光束直径长的距离。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光模块，其中，

所述最小距离设定得比所述光束的瑞利长度短。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其中，

所述光束是准直光。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光模块，其中，

所述反射面是相对于所述安装面呈45°的角度，并且将所述光信号朝向所述安装面反射的反射面。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光模块，其中，

所述偏移量比所述聚光透镜的半径和所述光束的半径之间的差值距离短。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光模块，其中，

还具有在所述安装面设置的支承件，所述受光元件设置于所述支承件。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其中，

从与所述安装面垂直的方向观察时，所述受光层的中心点与所述聚光透镜的中心点一致。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光模块，其中，

所述支撑部件是平行六面体。

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