CN112639563A - 光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光模块，该光模块能够在保持信号光及接收光的光耦合效率的同时，进行双向的光通信。本发明的光模块具有光电转换装置及光插座。光插座具有：第一光学面、第二光学面、透射反射部、凹部、以及第三光学面。在透射反射部中处于信号光的光路以外的位置，将透射反射部固定于凹部的内表面，使由第一光学面入射的信号光向第二光学面透射，且使由第二光学面入射的接收光向第三光学面反射。在沿着基板的法线方向观察时，凹部内的光路相对于第二光学面与凹部之间的光路倾斜。

Description

光模块
技术领域
本发明涉及光模块。
背景技术
以往，在使用了光纤或光波导等光传输体的光通信中，使用具备发光二极管等发光元件及光电探测器等受光元件的光模块(光传输模块)。光模块具有使从发光元件射出的包含通信信息的光向光传输体的端面入射，并使从光传输体射出的包含通信信息的光向受光元件的端面入射的光插座(光学部件)(例如，参照专利文献1)。
例如，在专利文献1中记载了一种光传输模块，该光传输模块具有：包括发送用光学元件及接收用光学元件的光元件组件、光纤及光学部件。光学部件使来自发送用光学元件的光信号向光纤入射，或者使来自光纤的光信号向接收用光元件入射。光学部件具有：发送用透镜，与发送用光学元件对置地配置；光纤用透镜，与光纤对置地配置；接收用透镜，与接收用光学元件对置地配置；滤光器，使由发送用透镜入射的信号光向光纤用透镜反射，或者使由光纤用透镜入射的接收光透射；以及反射面，使从滤光器透射后的接收光向接收用透镜反射。滤光器面向滤光器搭载部的滤光器搭载面配置，以利用透明的粘接剂填埋滤光器搭载部的方式固定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-251375号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1中记载的光传输模块中，粘接剂位于信号光或接收光的光路上，因此信号光或接收光的光路会会根据固化的粘接剂的折射率、粘接剂的固化状态、或固化的粘接剂中所混入的气泡等发生变化。由此，有时信号光或接收光的光耦合效率变低。
本发明的目的在于，提供一种光模块，该光模块能够在保持信号光及接收光的光耦合效率的同时，进行双向的光通信。
解决问题的方案
本发明的光模块包括：光电转换装置，具有基板、在所述基板上配置的发光元件、在所述基板上配置的受光元件；以及光插座，配置于所述光电转换装置之上，用于在与光传输体连接的情况下，将所述发光元件及所述受光元件分别与所述光传输体的端面光学耦合，所述光插座具有：第一光学面，用于使从所述发光元件射出的信号光入射；第二光学面，用于使由所述第一光学面入射的信号光向所述光传输体的端面射出，且使从所述光传输体射出的接收光入射；透射反射部，用于使由所述第一光学面入射的信号光向所述第二光学面透射，且使由所述第二光学面入射的接收光向所述受光元件反射；凹部，用于容纳所述透射反射部；以及第三光学面，用于使在所述透射反射部反射后的接收光向所述受光元件射出，在所述透射反射部中处于所述信号光的光路以外的位置，将所述透射反射部固定于所述凹部的内表面，在沿着所述基板的法线方向观察时，所述凹部内的光路相对于所述第二光学面与所述凹部之间的光路倾斜。
本发明的另一个光模块包括：光电转换装置，具有基板、在所述基板上配置的发光元件、在所述基板上配置的受光元件；以及光插座，配置于所述光电转换装置之上，用于在与光传输体连接的情况下，将所述发光元件及所述受光元件分别与所述光传输体的端面光学耦合，所述光插座具有：第一光学面，用于使从所述发光元件射出的信号光入射；第二光学面，用于使由所述第一光学面入射的信号光向所述光传输体的端面射出，且使从所述光传输体射出的接收光入射；透射反射部，用于使由所述第一光学面入射的信号光向所述第二光学面反射，且使由所述第二光学面入射的接收光向所述受光元件透射；凹部，用于容纳所述透射反射部；以及第三光学面，用于使由所述透射反射部透射后的接收光向所述受光元件射出，在所述透射反射部中处于所述信号光的光路以外的位置，将所述透射反射部固定于所述凹部的内表面，在沿着所述基板的法线方向观察时，所述凹部内的光路相对于所述第一光学面与所述凹部之间的光路倾斜。
发明效果
根据本发明，能够提供能够在保持信号光及接收光的光耦合效率的同时，进行双向的光通信的光模块。
附图说明
图1是实施方式1的光模块的剖面图。
图2是实施方式1的光模块的俯视图。
图3A、图3B是用于说明凹部的倾斜角度图。
图4A～图4D是表示实施方式2的光模块的结构的图。
图5A～图5D是表示实施方式2的光模块的结构的另一图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行详细说明。
[实施方式1]
(光模块的结构)
图1是实施方式1的光模块100的剖面图。图2是本实施方式的光模块100的俯视图。图3A是用于说明凹部的倾斜角度的图，图3B是用于说明与基板121平行的剖面中的、透射反射部143相对于在凹部144内通过的接收光Lr的光轴的倾斜角度的图。图1中示出了光模块100中的光路。另外，图3中示出了光模块100中的光路的光轴。此外，图1中，为了表示光插座140内的光路，省略了光插座140的剖面的剖面线。
如图1及图2所示，光模块100具有：包括发光元件122及受光元件123的基板安装型的光电转换装置120、以及光插座140。光模块100是双向光通信用的光模块，将光传输体160通过套管162耦合(以下，也称作“连接”)到光插座140来使用光模块100。不特别地限定光传输体160的种类，其包括光纤、光波导等。在本实施方式中，光传输体160是光纤。光纤既可以是单模态方式，也可以是多模态方式。不特别地限定光传输体160的数量。在本实施方式中，光传输体160的数量为一根。
光电转换装置120具有基板121、发光元件122及受光元件123。
基板121例如是玻璃复合基板、环氧玻璃基板、柔性基板等。在基板121上配置有发光元件122及受光元件123。
发光元件122配置在基板121上，并向相对于基板121垂直的方向射出光。发光元件例如是发光二极管或垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser：VCSEL)。不特别地限定发光元件122的数量。在本实施方式中，发光元件122的数量为一个。另外，也不特别地限定发光元件122的位置。另外，从防止来自光传输体160的反射光返回到发光元件122的角度出发，也可以使从发光元件122射出的信号光Ls的凹部144内的光轴相对于光传输体160的端面125倾斜。
受光元件123配置在基板121上，接收从光传输体160射出的接收光Lr。受光元件123例如是光电探测器。不特别地限定受光元件123的数量，例如与发光元件122的数量相同。在本实施方式中，受光元件123的数量为一个。
光插座140配置在光电转换装置120的基板121上。光插座140在配置于光电转换装置120与光传输体160之间的状态，使发光元件122的发光面124与光传输体160的端面125光学耦合，且使光传输体160的端面125与受光元件123的受光面126光学耦合。下面，对光插座140的结构进行详细说明。
(光插座的结构)
光插座140具有透光性，使从发光元件122的发光面124射出的信号光Ls向光传输体160的端面125射出。另外，光插座140使从光传输体160的端面125射出的接收光Lr的一部分向受光元件123的受光面126射出。光插座140具有：第一光学面141、反射面142、透射反射部143、凹部144、第二光学面145及第三光学面146。
使用对于光通信中使用的波长的光具有透光性的材料来形成光插座140。这样的材料的例子包括：聚醚酰亚胺(PEI)或环状烯烃树脂等透明的树脂。另外，例如，通过射出成型来制造光插座140。
第一光学面141是使从发光元件122射出的信号光Ls折射后向光插座140的内部入射的光学面。第一光学面141能使从发光元件122射出的信号光Ls转换为准直光、会聚光、或漫射光。在本实施方式中，第一光学面141使从发光元件122射出的信号光Ls转换为准直光。在本实施方式中，第一光学面141的形状是朝向发光元件122呈凸状的凸透镜面。另外，第一光学面141的俯视形状为圆形。优选地，第一光学面141的中心轴与发光元件122的发光面124垂直。另外，优选地，第一光学面141的中心轴与从发光元件122射出的信号光Ls的光轴一致。
反射面142是形成于光插座140的顶面侧的倾斜面，配置于第一光学面141与凹部144(透射反射部143)之间的光路上。反射面142使由第一光学面141入射的光(从发光元件122射出的信号光Ls)向凹部144(透射反射部143)进行内反射。反射面142以随着从光插座140的底面靠近顶面而逐渐接近光传输体160的方式倾斜。在本实施方式中，反射面142相对于由第一光学面141入射的信号光Ls的光轴的倾斜角度为45°。由第一光学面141入射的信号光Ls以比临界角大的入射角内部入射至反射面142。由此，反射面142使入射的信号光Ls向沿着基板121的表面的方向进行全反射。
透射反射部143使由反射面142反射后的信号光Ls向第二光学面145透射，且使由第二光学面145入射的接收光Lr的至少一部分向受光元件123反射。不特别地限定透射反射部143的结构，只要能够发挥上述的功能即可。在本实施方式中，透射反射部143是使信号光Ls的波长的光透射，且使接收光Lr的波长的光反射的波长分离滤波器。在本实施方式中，透射反射部143以随着从光插座140的底面靠近顶面而逐渐接近第二光学面145(光传输体160)的方式倾斜。在从侧面观察光插座140时(从沿着基板121的表面的方向观察时)，透射反射部143相对于由第二光学面145入射的接收光Lr的光轴的倾斜角为45°。
透射反射部143固定于凹部144的内表面。在透射反射部143中处于信号光Ls的光路以外的位置，将透射反射部143相对于凹部144固定。不特别地限定透射反射部143相对于凹部144的固定方法。在本实施方式中，凹部144的第一侧面144a与透射反射部143的第一侧面144a侧的端部、以及凹部144的第二侧面144b与透射反射部143的第二侧面144b侧的端部分别通过粘接剂固定。另外，在本实施方式中，透射反射部143的外形被加工为，在透射反射部143配置于凹部144内时，在从侧面观察光插座140时(从沿着基板121的表面的方向观察时)，透射反射部143相对于接收光Lr的光轴倾斜45°。
如图3B所示，在与基板121的表面平行的剖面中，透射反射部143以相对于在凹部144的内部通过的接收光Lr(信号光Ls)的光轴垂直的方式倾斜。
凹部144在其内部容纳透射反射部143。不特别地限定凹部144的形状，只要能够容纳透射反射部143即可。在本实施方式中，凹部144是具有第一侧面144a及第二侧面144b的大致长方体形状。
第一侧面144a是反射面142侧的内侧面。不特别地限定第一侧面144a的形状。在本实施方式中，第一侧面144a是平面。不特别地限定俯视光插座140时的、入射至第一侧面144a的信号光Ls与第一侧面144a所成的角度中的较小的角度θ1。该角度θ1优选为70°～88°，更优选为55°～86°。在该角度θ1小于70°的情况下，有可能一部分的光会反射。另一方面，在该角度θ1超过88°的情况下，有可能来自光传输体160的反射光会返回到发光元件122，从而在信号光Ls中产生噪声。
第二侧面144b是第二光学面145侧的内侧面。不特别地限定第二侧面144b的形状。在本实施方式中，第二侧面144b是平面。不特别地限定俯视光插座140时的、由第二侧面144b入射的信号光Ls与第二侧面144b所成的角度中的较小的角度θ2。该角度θ2为55°～88°，更优选为75°～86°，更优选为与θ1相等的角度。在该角度θ2小于70°的情况下，有可能一部分的光会反射。另一方面，在该角度θ2超过88°的情况下，有可能来自光传输体160的反射光会返回到发光元件122，从而在信号光Ls中产生噪声。换言之，第二侧面144b相对于由第二光学面145入射的接收光Lr倾斜。
优选地，在俯视光插座140时，第一侧面144a与第二侧面144b平行。即，优选角度θ1与角度θ2是相同的角度。若第一侧面144a和第二侧面144b平行，则在通过凹部144中之前及通过之后的光线(由第一侧面144a向凹部144内射出之前的光线、与由第二侧面144b再入射至光插座140内的光线)是平行的，因此光插座140的设计容易(参照图3的点线)。
第二光学面145是使从透射反射部143透射后的信号光Ls向光传输体160的端面125射出，且使从光传输体160射出的接收光Lr折射后向光插座140的内部入射的光学面。第二光学面145能使从光传输体160射出的接收光Lr转换为准直光、会聚光、或漫射光。在本实施方式中，第二光学面145使从光传输体160射出的接收光Lr转换为准直光。在本实施方式中，第二光学面145在光插座140的侧方的面上，以与光传输体160的端面125对置的方式配置。第二光学面145的形状是朝向光传输体160的端面125呈凸状的凸透镜面。由此，能够使由第一光学面141入射并从透射反射部143透射后的信号光Ls聚光，并高效地连接到光传输体160的端面125。
第三光学面146在光插座140的底面侧以与受光元件123对置的方式配置。在本实施方式中，第三光学面146是朝向受光元件123呈凸状的凸透镜面。第三光学面146使由透射反射部143反射后的接收光Lr会聚并向受光元件123射出。由此，能够将接收光Lr高效地耦合到受光元件123。第三光学面146的中心轴既可以相对于受光元件123的受光面126(基板121)垂直，也可以相对于受光元件123的受光面126(基板121)倾斜。
(光插座内的光路)
在此，对光插座140内的光路进行说明。从发光元件122射出的信号光Ls由第一光学面141入射至光插座140的内部。由第一光学面141入射的信号光Ls由反射面142向凹部144(透射反射部143)进行内反射。由反射面142进行内反射后的信号光Ls从凹部144及透射反射部143透射后，从第二光学面145向光传输体160的端面125射出。此时，在透射反射部143中处于信号光Ls的光路以外的位置，将透射反射部143固定于凹部144的内部，因此不会由透射反射部143的固定手段(例如，粘接剂)妨碍信号光Ls的行进。另外，由反射面142反射后的信号光Ls由第一侧面144a折射后向凹部144的内部射出。而且，从透射反射部143透射并由第二侧面144b折射后再次入射至光插座140的内部。
另一方面，从光传输体160射出的接收光Lr由第二光学面145入射至光插座140的内部。由第二光学面145入射的接收光Lr中的一部分的光从凹部144的第二侧面144b透射，并由透射反射部143向第三光学面146反射。另外，由第二光学面145入射的接收光Lr中的另一部分的光由凹部144的第二侧面144b反射。此时，在俯视反射面142与第二光学面145之间的光路时，凹部144内的光路相对于第二光学面145与凹部144之间的光路倾斜。即，在沿着基板121的法线方向观察时，第二侧面144b相对于由第二光学面145入射的接收光Lr倾斜。因此，接收光Lr不会向第三光学面146(光传输体160)反射。由透射反射部143反射后的接收光Lr从第三光学面146射出并到达受光元件123。
(效果)
如上所述，在本实施方式的光模块100中，在透射反射部143中处于信号光Ls的光路以外的位置，将透射反射部固定于凹部144的内部，因此不管与固定方法如何，能够保持信号光Ls和接收光Lr的光耦合效率。另外，在本实施方式的光模块100中，第二侧面144b相对于由第二光学面145入射的接收光Lr倾斜，因此接收光Lr不会向第二光学面145(光传输体160)反射。
此外，光插座140也可以不具有反射面142。在该情况下，发光元件122及第一光学面141配置于光插座140的侧方。
[实施方式2]
实施方式2的光模块的光插座240是与光发送的多信道化对应的透镜阵列型的光插座，除此以外，与实施方式1的光模块的光插座140相同。因此，对于与实施方式1相同的结构，标以相同的附图标记并省略其说明。
(光插座的结构)
图4A～图4D是表示未配置透射反射部143的光插座240的结构的图，图5A～图5D是表示配置有透射反射部143的光插座240的结构的图。图4A、图5A是实施方式2的光模块的光插座240的俯视图，图4B、图5B是仰视图，图4C、图5C是右视图，图4D、图5D是图4A、图5A所示的A-A线的剖面图。
如图4A～图4D及图5A～图5D所示，实施方式2的光模块的光插座240具有：多个第一光学面141、反射面142、透射反射部143、多个凹部144、多个第二光学面145、多个第三光学面146。在本实施方式中，多个光传输体160在容纳于多芯总括型的连接器内的状态通过公知的安装手段安装于光插座。
不特别地限定光传输体160、发光元件122及受光元件123的数量，只要是多个即可。在本实施方式中，光传输体160、发光元件122及受光元件123的数量分别各为四个。
(效果)
如上所述，本实施方式的光模块具有实施方式1的光模块相同的效果。
本申请主张基于2018年9月3日提出的日本专利申请特愿2018-164292号的优先权。将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中。
工业实用性
本发明的光模块例如在使用了光传输体的光通信中是有用的。
附图标记说明
100 光模块
120 光电转换装置
121 基板
122 发光元件
123 受光元件
124 发光面
125 端面
126 受光面
140、240 光插座
141 第一光学面
142 反射面
143 透射反射部
144 凹部
144a 第一侧面
144b 第二侧面
145 第二光学面
146 第三光学面
160 光传输体
162 套管
Lr 接收光
Ls 信号光

Claims (5)

1.一种光模块，其特征在于，包括：
光电转换装置，具有基板、在所述基板上配置的发光元件、在所述基板上配置的受光元件；以及
光插座，配置于所述光电转换装置之上，用于在与光传输体连接的情况下，将所述发光元件及所述受光元件分别与所述光传输体的端面光学耦合，
所述光插座具有：
第一光学面，用于使从所述发光元件射出的信号光入射；
第二光学面，用于使由所述第一光学面入射的信号光向所述光传输体的端面射出，且使从所述光传输体射出的接收光入射；
透射反射部，用于使由所述第一光学面入射的信号光向所述第二光学面透射，且使由所述第二光学面入射的接收光向所述受光元件反射；
凹部，用于容纳所述透射反射部；以及
第三光学面，用于使在所述透射反射部反射后的接收光向所述受光元件射出，
在所述透射反射部中处于所述信号光的光路以外的位置，将所述透射反射部固定于所述凹部的内表面，
在沿着所述基板的法线方向观察时，所述凹部内的光路相对于所述第二光学面与所述凹部之间的光路倾斜。
2.如权利要求1所述的光模块，其中，
还具有反射面，该反射面配置于所述第一光学面与所述凹部之间的光路上，用于使由所述第一光学面入射的光向所述透射反射部反射。
3.一种光模块，其特征在于，包括：
光电转换装置，具有基板、在所述基板上配置的发光元件、在所述基板上配置的受光元件；以及
光插座，配置于所述光电转换装置之上，用于在与光传输体连接的情况下，将所述发光元件及所述受光元件分别与所述光传输体的端面光学耦合，
所述光插座具有：
第一光学面，用于使从所述发光元件射出的信号光入射；
第二光学面，用于使由所述第一光学面入射的信号光向所述光传输体的端面射出，且使从所述光传输体射出的接收光入射；
透射反射部，用于使由所述第一光学面入射的信号光向所述第二光学面反射，且使由所述第二光学面入射的接收光向所述受光元件透射；
凹部，用于容纳所述透射反射部；以及
第三光学面，用于使由所述透射反射部透射后的接收光向所述受光元件射出，
在所述透射反射部中处于所述信号光的光路以外的位置，将所述透射反射部固定于所述凹部的内表面，
在沿着所述基板的法线方向观察时，所述凹部内的光路相对于所述第一光学面与所述凹部之间的光路倾斜。
4.如权利要求3所述的光模块，其中，
还具有反射面，该反射面配置于所述凹部与所述第二光学面之间的光路上，用于使从所述凹部透射后的接收光向所述第二光学面反射。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的光模块，其中，
在沿着所述基板的表面的剖面中，所述透射反射部与所述凹部内的光路垂直地配置。
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