CN1412585A - 光耦合模块 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种光耦合模块，这种光耦合模块光学地耦合安装在箍上的对光进行入射、出射的光纤、透镜元件和光学元件。箍由合成树脂成型并形成至少1个光纤孔。

Description

光耦合模块
(1)技术领域
本发明涉及在光通信和光测量中使用的光耦合模块。
(2)背景技术
在光耦合模块中使用的箍中，用玻璃和氧化锆作成固定光纤的毛细管。
玻璃做的毛细管用加热拉伸以及切断进行制造，在将金属丝通过光纤孔并流过研磨剂进行研磨的同时，对外侧进行切削成为规定的规格。氧化锆做的毛细管虽然在烧结后压入到元件中成为箍，但为了成为规定的规格，进行与玻璃做的毛细管相同的加工。
但是，以往的光耦合模块因如前所述地制造毛细管，所以有在加工中花费人工和时间使箍价高的问题。
此外，毛细管在对光纤孔进行研磨加工后，在多个光纤孔的场合难于做到光纤孔相互的平行度。因此，在用这种毛细管的箍组装的光耦合模块中，入射光纤和出射光纤中的光束的入射方向和出射方向不同，有与其它光元件的耦合损耗大的问题。
另一方面，能将毛细管使用在光耦合模块中，这种光耦合模块将光纤孔的间隔设定在光纤的直径上，邻接配置多个光纤孔、例如2个光纤孔，并通过透镜将从两个光纤出射的光、入射到滤光镜中
这种光耦合模块中，因2根光纤的光轴偏离毛细管的中心，而偏离从透镜的光轴，所以有通过透镜入射到滤光镜中的光束的入射角度增大，偏振光依赖损耗(PDL：Polarization Dependent Loss)增大的问题。例如，当前述透镜的焦距为1.8mm时，入射到前述滤光镜中的入射角为4度。
这种PDL的增加，是即使在1根光纤的场合光纤的光轴偏离透镜的光轴，入射到滤光镜的光束的入射角增大时也会发生的问题。
但是，如果使光纤孔的间隔接近，则有毛细管在研磨等加工时邻接的光纤孔的壁破损的问题。
(3)发明内容
本发明要解决的技术问题是提供能高精度形成光纤孔并能将偏振光依赖损耗PDL抑制成很小的光耦合模块。
本发明为达到前述目的，在安装在箍中光学耦合对光进行入射、出射的光纤、以及透镜元件和光学元件的光耦合模块中，前述箍为由合成树脂形成并至少形成1个光纤孔的结构。
下面，参照附图进行详细地说明，能进一步理解本发明的前述和其它的目的、特征和优点。
(4)附图说明
图1A表示本发明的光耦合模块的一实施形态的侧视图。
图1B表示本发明的光耦合模块的变形例的侧视图。
图2表示在图1A、图1B的光耦合模块中使用的箍的立体图。
图3A表示沿中心切断图2的箍的剖视图。
图3B表示沿图3的C1-C1线切断的剖视图。
图4表示光纤孔为1个的箍中的、用设计值和位置公差的关系说明光纤孔的位置的主视图。
图5表示光纤孔为2个的箍中的、用设计值和位置公差的关系说明光纤孔位置的主视图。
图6表示2个光纤孔隔开规定间隔对称形成的箍中的、用设计值和位置公差的关系说明光纤孔位置的主视图。
图7表示以中央的光纤孔为中心对称形成3个光纤孔的箍中的、用设计值和位置公差的关系说明光纤孔位置的主视图。
图8表示4个光纤孔对于中心对称形成的箍中的、用设计值和位置公差的关系说明光纤孔位置的主视图。
图9A～图9D表示将2个光纤孔汇集成1个的各种形态箍的主视图。
图10表示在图1A、图1B的光耦合模块中使用的箍的变形例的立体图。
图11表示在图1A、图1B的光耦合模块中使用的箍的其它变形例的立体图。
图12表示在图1A、图1B的光耦合模块中使用的箍的另外其它变形例的立体图。
图13表示在图1A、图1B的光耦合模块中使用的箍的其它变形例的立体图。
图14A～图14D从箍的前侧表示在图1A、图1B的光耦合模块中使用的箍中所用的套管的各种变形例的主视图。
图15A～图15C从箍的前侧表示施行对于箍的止转对策的套管的各种变形例的主视图。
图16A、图16B沿着长度方向切开来表示施行对于箍的止脱对策的箍的各种变形例的剖视图。
图17沿着长度方向切开来表示施行止转对策和止脱对策的箍的变形例的剖视图。
图18A表示施行止转对策和止脱对策的箍的变形例的立体图。
图18B表示沿着长度方向切断图18A的箍的剖视图。
图19表示具有套管的箍的其它变形例的立体图。
图20表示在图10的箍上设置套管的变形例的立体图。
图21表示在图12的箍上设置套管的变形例的侧视图。
(5)具体实施方式
下面，参照图1A到图21对与本发明的关耦合模块的实施形态详细地进行说明。
如图1A所示，光耦合模块1具有第1箍2、光学元件3、透镜4和第2箍5。
用安装1根光纤2a的单芯箍，由合成树脂、例如热可塑性的环氧树脂和热硬化性的硫化聚苯(PPS)等的工程塑料，或者使其含有60％重量以上的二氧化硅、金属氧化物等的填充物的成为1.0％以下的低成型收缩率的工程塑料，进行插入成型、传递成型、注入成型，形成第1箍2。
光学元件3用例如特定波长中具有最大穿透率的介质多层膜组成的窄带域滤光镜，能使入射角接近于0°、即滤光镜的入射角度越接近于0°，越能减小偏振光依赖损耗PDL。此外，光学元件3也可以配置例如多折射结晶板、法拉第转子、λ/2波长板等。
透镜4是焦距为例如1.8mm左右的非球面透镜。
形成第2箍5具有光纤5a、5b。用127μm的间隔配置光纤5a、5b，使得对光学元件3的光入射角尽可能接近于0°。此外，对第2箍5进行位置调整，使得光纤5a与光纤2a位于相同的轴上。这里，与第1箍2相同，由合成树脂形成第2箍5。
如前所述构成的的光耦合模块1具有分波器的功能，这种分波器当用透镜4对例如由光纤5a传送来的多个波长的光组成的波长多重光进行聚光并入射到光学元件3中时，在光学元件3中使特定波长的光透过、同时反射其它多个波长的光，并再次用透镜4进行聚光，出射到光纤5b中。
这时，不使用如以往的光耦合模块那样由玻璃制或者氧化锆制的毛细管，而由合成树脂形成第1和第2箍2、5。因此，因第1和第2箍2、5能高精度地形成光纤2a、5a的光纤孔，所以光纤2a、5a的光轴不会从透镜4的光轴偏离。因此光耦合模块1通过透镜4入射到光元件3中的光的入射角度变小，其结果能抑制偏振光依赖损耗PDL。
此外，如图1B所示，光学元件3为包括多折射结晶板3a～3c、法拉第转子3d、3e、λ/2波长板3f、3g的结构，并用透镜4a、4b代替透镜4。
采用这种结构，则光耦合模块1具有分别将从光纤5a入射的光出射到光纤2a、将从光纤2a入射的光出射到光纤5b的循环器的功能。此外，虽然未图示，但也可以配置将光路变更成第2箍5侧的透镜4b与多折射结晶板3c之间的棱镜。
这里，也可以由合成树脂形成在本发明的的光耦合模块1中使用的箍，并至少有1个光纤孔。因此，能使用以下说明的各种各样箍。
首先，如图2和3A、3B所示的箍7那样，在圆柱形的主体7a中这种长轴方向上，通过锥形孔7c，形成3个光纤孔7b和与光纤孔7b相连的引导孔7d。箍7以光纤孔7b侧的端面为前面7e，引导孔7d侧的端面为插通光纤的后面7f。其中，也可以与锥形孔7c和引导孔7d一起，至少形成1个光纤孔7b。
由合成树脂、例如热可塑性的环氧树脂和热硬化性的硫化聚苯(PPS)等的工程塑料，或者使其含有60％重量以上的二氧化硅、金属氧化物等的填充物的成为1.0％以下的低成型收缩率的工程塑料，进行插入成型、传递成型、注入成型，形成箍7。
这时，箍7使用前述工程塑料中的透明或者半透明的坯料。较佳的是这样的话，箍7在组装光耦合模块时，因能目视将光纤从引导孔7d插通到光纤孔7b中、用粘接剂进行固定粘接的作业。
此外，箍7也可以在外周上进行镍、镍铬金、镍金等的电镀处理。较佳的是进行这种电镀处理，则能将焊锡附在箍1上。
这里，因光纤孔7b在与连接的光纤的直径相合、直径d在d＝0.124～0.250mm的设计范围内，所以能设定粘接剂最少量的直径。这时，光纤7b如果位置精度为位置公差T，则用前述形成的方法，位置公差在±0.005mm范围内。
因此，如图4所示以主体8a的中心为原点O，相互正交设定的X轴和Y轴，以便箍在例如光纤孔为1个的场合、成为如图4所示的箍8那样。这时，假设设计值为A(＝0～0.3mm)、位置公差为T，则光纤孔8b的X轴上的位置X1由下式提供。
        X1＝A+T
此外，设计使用箍8的光耦合模块，以便光纤孔8b的中心和透镜的光轴通过原点O、使箍8和离开箍8规定距离配置的透镜与图4中的纸面正交。采用这种设计，则因将固定连接的光纤(未图示)传送到光纤孔8b中，并且从这种光纤出射的光束与从外部入射到前述光纤中的光束在同一个轴上进行入射、出射，所以使用箍8的光耦合模块是理想的。
此外，箍8将设计值A设定为0～0.3mm范围内从任意值，能使图4中的光纤孔8b适当地偏离原点，使光束用所要的角度入射、出射到光纤上。
另一方面，在例如箍上形成的光纤孔为例如2个的场合，如图5、6所示的箍9、10那样地形成本发明的光耦合模块1。也就是说，图5所示的箍9当以主体9a的中心为原点O时，分别将光纤孔9b1形成在原点的位置上，将光纤孔9b2形成在从光纤孔9b1的中心偏离间隔W12的位置上。
这时，光纤孔9b1、9b2的平行度在3度以下。假设光纤孔9b1的X轴上的位置X2为原点、设计值为A＝0后、位置公差为T，则X2为
            X2＝T
另一方面，假设设计值为A(＝0～0.3mm)、位置公差为T、光纤孔9b1、9b2是直径分别是d1、d2＝(＝0.124～0.250mm)，则光纤孔9b1、9b2的间隔W12为
          W12＝(d1/2)+(d2/2)+A+T
此外，图6所示的箍10当以主体10a的中心为原点O时，将光纤孔10b1、10b2分别形成在与原点O对称的位置上。光纤孔10b1、10b2的间隔W12是任意的，与前述相同，光纤孔10b1、10b2的平行度在3度以下。
这时，假设光纤孔10b1的设计值为A(＝0～0.3mm)、假设光纤孔10b2的设计值为B(＝0～0.3mm)、位置公差为T、光纤孔10b1、10b2的直径分别为d1、d2(＝0.124～0.250mm)，则光纤孔10b1、10b2的X轴上的位置X1、X2以及光纤孔10b1、10b2的的间隔W12分别为
          X1＝(d1/2)+(d2/2)+A+T
          X2＝(d1/2)+(d2/2)+B+T
          W12＝(d1/2)+(d2/2)+A+B+T
此外，在光纤孔为3个的场合，如图7所示的箍11那样地形成。
图7所示的箍11当以主体11a的中心为原点O时，分别将光纤孔11b1形成在原点的O位置上，将光纤孔11b2、11b3对于原点O对称、形成在与光纤孔11b1邻接的位置上。与前述相同，光纤孔11b1～11b3的平行度在3度以下。
此外，在光纤孔为4个的场合，如图8所示的箍12那样地形成。
图8所示的箍12当以主体12a的中心为原点O时，分别与原点的O对称地邻接配置光纤孔12b1、12b2，同时在光纤孔12b1、12b2外侧对于原点O对称、将光纤孔12b3、12b4形成在与光纤孔12b1、12b2邻接的位置上。与前述相同，光纤孔12b1～12b4的平行度在3度以下。
如前所述，本发明的光耦合模块1中使用的箍，在光纤孔总数为奇数的场合，当将1个光纤孔配置在原点O上时，将其它的光纤孔形成在与原点O对称的位置上。另一方面，在光纤孔总数为偶数的场合，将全部光纤孔形成在与原点O对称的位置上。
这里，光纤孔可以如图9A所示的箍13那样，在例如将2个光纤孔形成在与原点对称的位置上时，成型为长方形，以便2根光纤进入到主体13a中形成的光纤孔13b中，也可以如图9B所示的箍13b那样，成型为与2个光纤孔连接的椭圆形。或者，可以如图9C所示的箍13b那样，成型为椭圆形。以便能插通2根光纤，也可以如图9D所示的箍13b那样，成型为连接以规定间隔配置的2个光纤孔的椭圆形。
另一方面，如图10所示的箍14那样，在箍将多个光纤固定在光纤孔中的类型中，在主体14a的前面14e上形成阶梯部14g。因此，箍14借助于利用阶梯部14g作为标记，能简单地知道多个光纤孔14b，从而能知道固定连接在光纤孔14b上的多个光纤的排列方向。
这时，也可以如图20所示，箍14将金属制的套管20设置在外侧。
将套管20成型为筒形，这种筒形例如利用金属注入而具有光纤孔20a，并设置利用附以焊锡和YAG激光等的焊接，将箍14安装在其它的构件上。为此，套管20除用铝、铜、钨等外，还使用铜钨合金、不锈钢(SUS304)、镍铁钴合金等的合金，使得附以焊锡和焊接容易。
此外，在表面电镀镍、镍铬金、镍金等，则套管20能更加容易附以焊锡。
此外，本发明的光耦合模块1中使用的箍，也可以对应于使用形态如图11所示的箍15那样，将主体15a成型为长方体，通过锥形孔(未图示)，形成多个、例如3个在主体15a的长轴方向上的光纤孔15b和连接光纤孔15b的未图示的引导孔的结构。
如前所述结构的箍15在由前述工程塑料进行插入成型、传递成型、注入成型等成型后，在用粘接剂将光纤固定在光纤孔15b中后，将前端面与光纤的端面一起进行光学研磨做成光耦合模块。这时，箍15也可以在前述前面15e上与前述光纤的端面一起形成对于空气和粘接剂的防止反射膜和波长选择膜等的光学薄膜。
此外，如图12所示的箍16那样，用粘接剂将光纤固定在光纤孔中后，倾斜地研磨主体16a的前面16e。采用这种结构的箍16，则能防止由于光纤传送来的光在前面16e上反射引起的反射损耗(return loss)。
这时，如图21所示，箍16在外侧设置与套管相同结构的金属制的套管21，则能容易地进行基于对其它元件的附以焊锡和YAG激光等的的焊接。在表面电镀镍、镍铬金、镍金等，则套管21能更加容易附以焊锡。
此外，固定在箍上的光纤除用偏振光保持型单模式光纤、稀土类添加单模光纤、稀土类添加偏振光保持型单模式光纤等的单模式光纤外，也能使用多模式光纤。
另一方面，如图13所示，在本发明的光耦合模块1中使用的箍，也可以在图2所示的箍7的外侧设置金属制的套管17。
设置套管17，以便例如由金属射出具有箍孔17a的筒形形成，并由附以焊锡和由YAG激光等焊接、将箍7设置在其它的元件上。
为此，套管17除用铝、铜、钨等外，还使用铜钨合金、不锈钢(SUS304)、镍铁钴合金等的合金，使得附以焊锡和焊接容易。
此外，在表面电镀镍、镍铬金、镍金等，则套管17能更加容易附以焊锡。
将前述工程塑料在套管17上制模，制造如前所述结构的箍7。
这时，本实施形态的箍7，在套管17的箍孔17a的内周面形成至少深0.005mm的槽或凹部，或者至少高0.005mm的突起或突条，以最大高度(Ry)至少1μm的粗糙面作为套管17的内面。这样的话，则本实施形态的箍，在制造后对于构成箍7的前述工程塑料的收缩或者套管17的膨胀，成为套管17对于箍7不转动的止转对策。
因此，具有套管17的箍7在箍孔17a的内周面上沿着长轴方向形成深度或者高度超过0.005mm的、例如图14A所示的凹槽17b、图14b所示的椭圆槽17c、图14C所示的V型槽17d或者图14D所示的剖面长方形的突条17e，则作为对于前述以上良好的箍7的套管17的止转对策。
这时，凹槽17b、椭圆槽17c、V型槽17d、突条17e沿着长轴方向，可以螺旋状地1个螺距地形成，也可以断续地形成。
此外，本实施形态的箍7，如图15A所示的椭圆形、图16B所示的六角形、或者图15C所示的星形那样，即使形成多边形，也能作为对于箍7的套管17的止转对策。
另一方面，如图16A所示，套管17沿着长轴方向固定地设定箍孔17a的直径比箍7两端的直径小，或者如图16B所示，在中间最大并沿着长轴方向变化，使箍孔17a的直径比箍7的直径小。这样的话，则箍7，在制造后对于构成箍7的前述工程塑料的收缩或者套管17的膨胀，成为套管17不会从箍7脱离的止脱对策。这种场合，套管17也可以在这些止脱对策的基础上，形成前述止转对策的槽或凹部或者突起或突条，以最大高度(Ry)至少1μm的粗糙面作为套管17的内面。
此外，如图17所示，套管17在半径方向上形成穿通的孔17f，则在成型时前述工程塑料侵入到孔17f中，能达到对于箍7的套管17的止转和止脱两个方面的效果。
此外，如图18A、18B所示，套管17沿着长轴方向固定设定箍孔17a的直径，使其比箍7两端的直径小，同时在套管17的长轴方向两端在半径方向上形成止脱槽17g，也能达到对于箍7的套管17的止转和止脱两个方面的效果。
另一方面，如图19所示的箍那样，在本发明的光耦合模块1中使用的箍，也可以在图11所示的长方体的箍15的外侧设置长方形筒状的金属制的套管18。
此外，套管除外形是长方形外，也可以是六边形等的多边形。

Claims (22)

1.一种光耦合模块，光学地耦合安装在箍上的对光进行入射、出射的光纤、透镜元件和光学元件，其特征在于，
所述箍由合成树脂成型并形成至少1个光纤孔。
2.如权利要求1所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍成型为筒状并形成多个光纤孔、同时将相邻的光纤孔的间隔设定成小于250μm。
3.如权利要求1所述的光耦合模块，其特征在于，
所述光纤孔插入多根光纤。
4.如权利要求2所述的光耦合模块，其特征在于，
所述光纤孔插入多根光纤。
5.如权利要求1所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍将由金属或者非金属组成的套管设置在外侧。
6.如权利要求2所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍将由金属或者非金属组成的套管设置在外侧。
7.如权利要求3所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍将由金属或者非金属组成的套管设置在外侧。
8.如权利要求5所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍由插入成型对合成树脂进行成型并设置在所述套管的内侧。
9.如权利要求6所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍由插入成型对合成树脂进行成型并设置在所述套管的内侧。
10.如权利要求7所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍由插入成型对合成树脂进行成型并设置在所述套管的内侧。
11.如权利要求5所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍和所述套管形成止转装置。
12.如权利要求6所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍和所述套管形成止转装置。
13.如权利要求7所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍和所述套管形成止转装置。
14.如权利要求1所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍对于光纤的光轴，倾斜研磨端面。
15.如权利要求2所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍对于光纤的光轴，倾斜研磨端面。
16.如权利要求3所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍对于光纤的光轴，倾斜研磨端面。
17.如权利要求6所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍对于光纤的光轴，倾斜研磨端面。
18.如权利要求5所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍设置止脱部，所述止脱部形成至少一部分的外径比所述套管的内径大。
19.如权利要求1所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍形成阶梯部。
20.如权利要求2所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍形成阶梯部。
21.如权利要求6所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍形成阶梯部。
22.如权利要求1所述的光耦合模块，其特征在于，
所述箍被形成为长方体形状。
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