CN114609708A - 第一侧具有非球面表面形状的微透镜阵列 - Google Patents

第一侧具有非球面表面形状的微透镜阵列 Download PDF

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Abstract

提出了一种其第一侧具有非球面表面形状的微透镜阵列。微透镜阵列被配置为使得分别具有非球面表面形状的透镜层被设置在微透镜阵列的第一侧上，由于工作距离(WD)被最小化到1.30±0.05mm，所以光学通信模块可以被小型化并且被集成化，并且由于每个透镜层的曲率半径(R1)为1.1至1.5，所以准直性能优异。

Description

第一侧具有非球面表面形状的微透镜阵列
技术领域
本发明涉及一种微透镜阵列，并且更具体地，涉及一种其第一侧具有非球面表面形状的微透镜阵列，其中由于工作距离WD最小化到1.30±0.05mm，可以使光学通信模块小型化和集成化，并且由于每个透镜层的曲率半径R1为1.1至1.5，准直性能优异。
背景技术
通常，光学通信模块广泛地使用通过使用波分复用(WDM)通过单个光纤发送不同波长的光学信号的方法，以便于增加传输容量。
图1是示出应用常规微透镜阵列的光学通信模块10的图。
参照图1，常规光学通信模块10包括：光源11；微透镜阵列12，微透镜阵列12用于用作准直透镜并且设置有一体形成于其中的多个透镜层，透镜层分别具有非球面表面形状；滤波器13，滤波器13用于选择性地仅透射入射穿过微透镜阵列的光束的特定波长；光学块14，光学块14用于反射入射穿过所述滤波器13的不同波长λ1、λ2、λ3和λ4的光束以彼此合并；以及微透镜15，微透镜15用于用作接收要聚焦到光纤16中的经合并的多波长光束的聚焦透镜。
此外，图2是示出微透镜阵列12的光束发散角(beam divergence angle)的图，并且参照图2，光束发散角是指由平行于光学轴的线L1和光束的扩散线L2形成的角θ2。
在常规光学通信模块10中，第一波长λ1的光束路径为约80mm，并且第四波长λ4的光束路径为约200mm，并且为了减少光损失并实现高性能，准直光束的发散角应较小。
更具体地，当作为设计为光束发散角为1mrad或更大的透镜的模块模拟的结果，光束路径为140mm或更大时，出现光学信号的损耗，因此确认性能急剧下降到60％或更小，并且因此为了即使在光束路径为200mm时也表现出90％或更大的性能，需要开发具有1mrad或更小的光束发散角的微透镜阵列。
另外，随着光学通信工业的发展，为了使光学通信模块小型化和集成化，有必要开发满足1mrad或更小的光束发散角同时使作为微透镜与光源之间的距离的工作距离WD最小化的微透镜阵列。
发明内容
已经设计了本发明以解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种微透镜阵列，其中光学通信模块可以由于工作距离WD被最小化而被小型化和集成化，并且由于光束发散角为1mrad或更小，所以准直性能优异。
本发明的目的不限于上述目的，并且从以下描述中可以清楚地理解本文未提及的其它目的。
为了实现上述目的，本发明提供了一种微透镜阵列，该微透镜阵列包括：多个透镜层，多个透镜层的第一侧具有非球面表面形状，其中，工作距离WD为1.30±0.05mm，每个透镜层具有1.1至1.5的曲率半径R1，并且光束发散角小于1mrad。
在优选的示例实施方式中，微透镜阵列可以具有1.60至1.86的折射率Nd。
在优选的示例实施方式中，微透镜阵列可以用在1290nm至1610nm的波长范围内。
在优选的示例实施方式中，微透镜阵列可以具有0.177或更小的数值孔径对象NAO。
在优选的示例实施方式中，微透镜阵列可以具有0.690mm至0.730mm的厚度和0.60mm或更小的光束直径BD。
另外，本发明还提供了一种光学通信模块，该光学通信模块包括：光源；微透镜阵列，微透镜阵列用作准直透镜；滤波器，滤波器用于选择性地仅透射入射穿过微透镜阵列的特定波长的光束；光学块，光学块用于反射入射穿过滤波器的不同波长的光束以彼此合并；以及微透镜，微透镜用作接收要聚焦到光纤中的经合并的多波长光束的聚焦透镜。
本发明具有以下优异的效果。
根据本发明的微透镜阵列，在微透镜阵列的第一侧上设置各自具有非球面表面形状的多个透镜层，其中，由于工作距离WD被最小化到1.30±0.05mm，所以光学通信模块可以被小型化和集成化，每个透镜层的曲率半径R1为1.1至1.5，折射率Nd为1.60至1.86，1290nm至1610nm的波长范围是可用的，并且光束发散角为1mrad或更小，从而具有即使在光束路径为200mm时也可以表现出90％或更大的准直性能的效果。
附图说明
图1是示出应用常规微透镜阵列的光学通信模块的图。
图2是示出微透镜阵列的光束发散角的图。
图3是示出根据本发明的示例实施方式的微透镜阵列的图。
图4是示出根据本发明的分析微透镜阵列的根据折射率和曲率半径比的准直性能(即，光束发散角)的结果的图。
图5是示出根据本发明的分析微透镜阵列的根据折射率的准直性能(即，光束发散角)的曲线图的图。
图6是示出根据本发明的分析微透镜阵列的根据波长的准直性能(即，光束发散角)的结果的图。
图7是示出根据本发明的分析微透镜阵列根据波长的准直性能(即，光束发散角)的曲线图的图。
具体实施方式
在本发明中使用的术语已经尽可能地从广泛使用的一般术语中选择，但是在特定情况下，还存在申请人任意选择的术语。在这种情况下，应当通过考虑在本发明的详细描述中描述或使用的术语的含义来解释含义，而不是仅通过使用术语的名称来解释。
在下文中，将参照附图中所示的优选示例性实施方式详细描述本发明的技术配置。
然而，本发明不限于本文描述的示例实施方式，并且可以以其它形式实现。在整个说明书中，相同的附图标记指示相同的组件。
图3是示出根据本发明的示例实施方式的微透镜阵列的图。
参照图3，根据本发明的示例实施方式的微透镜阵列100是用作准直透镜或聚焦透镜的微透镜阵列，并且各自具有非球面表面形状的多个透镜层110设置在其第一侧上。
这里，透镜层110整体地形成为单个主体，并且以彼此相等的间隔设置。
另外，微透镜阵列100的工作距离WD满足1.30±0.05mm。
以这种方式，工作距离被最小化，使得光束的直径减小，从而实现光学通信模块的小型化和集成化。
另外，优选的是，微透镜阵列100的每个透镜层110的曲率半径R1为1.1至1.5。
另外，每个透镜层110可以具有彼此相同的曲率半径R1。
此外，优选的是，微透镜阵列100的折射率Nd为1.60至1.86。
以这种方式，微透镜阵列100的每个透镜层具有1.1至1.5的曲率半径值以及1.60至1.86的折射率Nd，使得光束发散角形成为1mrad或更小，从而具有即使在光束路径为200mm时也表现出90％或更大的准直性能的优点。
在这种情况下，微透镜阵列100可以用在1290nm至1610nm的波长范围内。
此外，微透镜阵列100被设置为具有0.177或更小的数值孔径对象NAO、0.690mm至0.730mm的厚度D以及0.60mm或更小的光束直径BD。
这里，数值孔径对象NAO被计算为sinθ，其中θ指的是由与光轴平行的线和光源LD的扩散线形成的角度。
图4和图5是示出根据本发明的分析微透镜阵列根据折射率和曲率半径比的准直性能(即，光束发散角)的结果的图。
参照图4和图5，作为通过将工作距离WD固定为1.30mm并且用折射率为1.51633至1.864的各种材料(即，K-BK7(SUMITA)、K-VC78(SUMITA)、K-VC82(SUMITA)、K-LAFK50(SUMITA)、K-VC89(SUMITA)、L-TIH53(OHARA)、K-VC90(SUMITA)、L-LAH83(OHARA))来制造微透镜从而检查光学的发散角的结果，确认光束的发散角在折射率为1.60至1.86时小于1mrad。
另外，当每个透镜层110的曲率半径的值为1.1至1.5时，确认光束的发散角小于1mrad。
图6和图7是示出根据本发明的分析微透镜阵列根据波长的准直性能(即光束发散角)的结果的图。
参照图6和图7，作为通过将工作距离WD固定为1.30mm并且用折射率为1.51633至1.864的各种材料(即，K-BK7(SUMITA)、K-VC78(SUMITA)、K-VC82(SUMITA)、K-LAFK50(SUMITA)、K-VC89(SUMITA)、L-TIH53(OHARA)、K-VC90(SUMITA)、L-LAH83(OHARA))来制造微透镜从而检查光束的发散角微透镜的结果，确认在应用光学通信模块的1290nm至1610nm的波长范围内，光束的发散角被形成为小于1mrad。
另外，本发明可以被设置为包括根据本发明的微透镜阵列100的光学通信模块。
光学通信模块包括：多个光源、微透镜阵列、滤波器、光学块和微透镜。
这里，光源用于生成不同波长的光束，微透镜阵列用作用于准直从光源生成的光束的准直透镜，并且滤波器选择性地仅透射入射穿过微透镜阵列的特定波长的光束。
另外，光学块使入射穿过滤波器的不同波长的光束反射并彼此合并，并且微透镜用作接收通过光学块合并的多个波长的光束并将光束聚焦到光纤中的聚焦透镜。
如上所述，在根据本发明的其第一侧具有非球面表面形状的微透镜阵列100中，多个透镜层各自具有一体地形成并设置在其第一侧上的非球面表面形状，其中由于工作距离WD被最小化为1.30±0.05mm，所以光学通信模块可以小型化和集成化，每个透镜层的曲率半径R1为1.1至1.5，折射率Nd为1.60至1.86，1290nm至1610nm的波长范围是可用的，并且光束发散角为1mrad或更小，从而具有如下效果：即使当光束路径为200mm时，也可以表现出90％或更大的准直性能。
如上所述，已经参照优选的示例实施方式示出和描述了本发明，但不限于上述示例实施方式，并且在不脱离本发明的精神的情况下，本发明所属领域的技术人员可以实现各种改变和修改。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月9日提交的韩国专利申请第10-2020-0171648号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

Claims (6)

1.一种微透镜阵列，该微透镜阵列包括：
多个透镜层，所述多个透镜层的第一侧具有非球面表面形状，
其中，工作距离WD为1.30±0.05mm，
每个透镜层具有1.1至1.5的曲率半径R1，并且
光束发散角小于1mrad。
2.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列具有1.60至1.86的折射率Nd。
3.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列用在1290nm至1610nm的波长范围内。
4.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列具有0.177或更小的数值孔径对象NAO。
5.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列具有0.690mm至0.730mm的厚度和0.60mm或更小的光束直径BD。
6.一种光学通信模块，该光学通信模块包括：
光源；
根据权利要求1所述的微透镜阵列，所述微透镜阵列用作准直透镜；
滤波器，所述滤波器用于选择性地仅透射入射穿过所述微透镜阵列的特定波长的光束；
光学块，所述光学块用于反射入射穿过所述滤波器的不同波长的光束以彼此合并；以及
微透镜，所述微透镜用作接收要聚焦到光纤中的经合并的多波长光束的聚焦透镜。
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