CN217279037U - 光插座及光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光插座及光模块。光插座配置于发光元件与光传输体之间，用于将发光元件与光传输体的端面进行光学耦合，该光插座具有：第一光学面，使从发光元件射出的光入射；以及第二光学面，使由第一光学面入射的光向光传输体的端面射出，在将第二光学面的中心轴与第二光学面的交点设为原点，将第二光学面的中心轴设为Z轴，将通过原点且与Z轴垂直的轴设为X轴，将通过原点且与Z轴及X轴垂直的轴设为Y轴时，第二光学面构成为，使得在准直光从光插座的内部入射至第二光学面的情况下，形成沿X轴的方向观察时观察到的第一焦点以及沿Y轴的方向观察时在比第一焦点更靠第二光学面侧观察到的第二焦点。由此，能够减少来自光传输体的返回光。

Description

光插座及光模块

技术领域

本实用新型涉及光插座及光模块。

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，使用具备光电转换元件(发光元件或受光元件)及光插座的光模块。在光模块作为发送用的光模块来使用的情况下，在光模块中，从发光元件射出的包含通信信息的光经由光插座入射至光传输体(例如光纤)的端面。此时，到达光传输体的端面的光的一部分由端面反射并返回至发光元件。这样，若光的一部分返回至发光元件，则来自发光元件的光的射出有可能出现问题，从而对光通信带来不良影响。专利文献1公开了：为了减少这样的反射返回光，将具有防反射镀膜的玻璃固定在保持多个光纤的端部的套管的端面上，或将套管的端面打磨成倾斜的面，或将套管的端面打磨成具有有限的曲率半径的曲面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-297245号公报

实用新型内容

实用新型要解决的问题

如上所述，在专利文献1中记载的光模块(多芯半导体激光模块)中是对套管进行加工而不是对光插座(透镜阵列)进行加工，由此减少了来自光传输体的端面的返回光。因此，在专利文献1记载的光模块中存在套管的结构较为复杂，从而制造成本增大的问题。

本实用新型的目的在于提供能够减少来自光传输体的端面的返回光的光插座及具有该光插座的光模块。

解决问题的方案

本实用新型的光插座配置于发光元件与光传输体之间，用于将所述发光元件与所述光传输体的端面进行光学耦合，所述光插座具有：第一光学面，使从所述发光元件射出的光入射；以及第二光学面，使由所述第一光学面入射的光向所述光传输体的端面射出，在将所述第二光学面的中心轴与所述第二光学面的交点设为原点，将所述第二光学面的中心轴设为Z轴，将通过所述原点且与所述Z轴垂直的轴设为X轴，将通过所述原点且与所述Z轴及所述X轴垂直的轴设为Y轴时，所述第二光学面构成为，使得在准直光从所述光插座的内部入射至所述第二光学面的情况下，形成沿所述X轴的方向观察时观察到的第一焦点以及沿所述Y轴的方向观察时在比所述第一焦点更靠所述第二光学面侧的位置观察到的第二焦点。

在本实用新型的另一方式的光插座中，所述第二光学面是XZ平面上的曲率比YZ平面上的曲率小的凸透镜面。

在本实用新型的另一方式的光插座中，所述第一焦点与所述第二焦点之间的距离为0.05mm以上且0.4mm以下。

在本实用新型的另一方式的光插座中，还具有反射面，所述反射面配置于所述第一光学面与所述第二光学面之间的光路上，使由所述第一光学面入射的光向所述第二光学面反射。

在本实用新型的另一方式的光插座中，构成为使所述光传输体的端面配置于与所述第一焦点一致的位置至与所述第二焦点一致的位置之间。

本实用新型的光模块具有发光元件以及上述的光插座。

实用新型效果

根据本实用新型，可提供能够减少来自光传输体的返回光的光插座及具有该光插座的光模块。

附图说明

图1是表示实施方式的光模块的图。

图2A～图2E是表示实施方式的光插座的图。

图3A、图3B、图3C是表示实施方式的光模块的光路的图。

图4A、图4B、图4C是表示比较例的光模块的光路的图。

图5A表示比较例的光模块的仿真结果，图5B表示实施方式的光模块的仿真结果。

附图标记说明

100、100’：光模块；

120：光电转换装置；

121：基板；

122：发光元件；

123：发光面；

125：端面；

140、140’：光插座；

141：第一光学面；

142、142’：第二光学面；

143：反射面；

160：光传输体(光纤)。

具体实施方式

下面，参照附图对本实用新型的一实施方式的光模块进行详细说明。

(光模块的结构)

图1是表示本实用新型的实施方式的光模块100的结构的图。在图1中示出光模块100中的、作为发送用的光模块发挥功能的部分的剖面。

如图1所示，光模块100具有光插座140以及包括发光元件122和受光元件的基板安装型的光电转换装置120。在本实施方式中，光模块100是发送和接收用的光模块，将多个光传输体160耦合(以下，也称作“连接”)到光插座140，来使用光模块100。

光电转换装置120具有基板121、发光元件122以及受光元件(未图示)。

基板121支撑发光元件122和受光元件，并且固定于光插座140。基板121例如是玻璃复合基板、环氧玻璃基板及柔性基板等。在基板121上配置有发光元件122和受光元件。

发光元件122射出朝向光传输体160的端面125的光。发光元件122例如是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。不特别地限定发光元件122的数量，可配合光插座140的结构来选择。在本实施方式中，发光元件122的数量为一个。优选地，发光元件122以发光面123与光插座140的第一光学面141的焦点一致的方式配置。

受光元件对从光传输体160的端面125射出的光进行检测。受光元件例如是光电探测器。不特别地限定受光元件的数量，可配合光插座140的结构来选择。在本实施方式中，受光元件的数量为一个。优选地，受光元件以受光面与光插座140的第一光学面141的焦点一致的方式配置。

光插座140配置于光电转换装置120的基板121上。光插座140在配置于发光元件122与光传输体160之间的状态下，使发光元件122的发光面123与光传输体160的端面125进行光学耦合。在本实施方式中，光插座140使一个发光元件122的发光面123与一个光传输体160的端面125进行光学耦合，并使一个受光元件的受光面与一个光传输体160的端面125进行光学耦合，但也可以是，光插座140仅使一个发光元件122的发光面123与一个光传输体160的端面125进行光学耦合。关于光插座140的结构，将另行详细说明。

不特别地限定光传输体160的种类。光传输体160的种类的例子包括光纤和光波导。在本实施方式中，光传输体160是光纤。不特别地限定光传输体160的数量，可配合光插座140的结构来选择。光传输体160的数量可以是一个，也可以是多个。在本实施方式中，光传输体160的数量为两个。

(光插座的结构)

图2A～图2E是表示本实用新型的实施方式的光插座140的结构的图。图2A是光插座140的俯视图，图2B是主视图，图2C是仰视图，图2D是以图2A的D-D线剖开的剖面图，图2E是以图2B的E-E线剖开的剖面图。

如上所述，在本实施方式中，光模块100是发送和接收用的光模块。在图2A～图2C中，光插座140的左半部分作为发送用的光模块的一部分发挥功能，光插座140的右半部分作为接收用的光模块的一部分发挥功能。在本实施方式中，第二光学面142的形状在光插座140的左半部分和右半部分是不同的。在图2D、图2E中，与图1同样地，示出作为发送用的光模块的一部分发挥功能的部分的剖面。

光插座140具有透光性，具有第一光学面141和第二光学面142。另外，在本实施方式中，光插座140还具有反射面143，该反射面143配置于第一光学面141与第二光学面142之间的光路上。应予说明，反射面143是任意的构成要素，也可以不存在。在没有反射面143的情况下，第一光学面141和第二光学面142以彼此相对的方式配置。另外，在本实施方式中，第一光学面141和第二光学面142的数量都为多个。

光插座140是使用对于在光通信中使用的波长的光具有透光性的材料来形成的。这样的材料的例子包括：聚醚酰亚胺(PEI)和环状烯烃树脂等透明的树脂。另外，光插座140例如通过注射成型来制造。

在作为发送用的光模块的一部分发挥功能的部分中，第一光学面141是使从发光元件122射出的光入射至光插座140的内部的光学面。另外，在作为接收用的光模块的一部分发挥功能的部分中，第一光学面141是使由第二光学面142入射并在光插座140的内部行进过来的光向受光元件射出的光学面。

在作为发送用的光模块的一部分发挥功能的部分中，第一光学面141能使从发光元件122射出的光转换为准直光、会聚光或漫射光。在本实施方式中，第一光学面141以将从发光元件122射出的光的光束收窄的方式对该光进行转换，以使该光转换为准直光。如下文所述，经收窄的光束在由反射面143全反射后朝向第二光学面142。

在作为接收用的光模块的一部分发挥功能的部分中，第一光学面141能使在光插座140的内部行进过来的光转换为会聚光。在本实施方式中，第一光学面141以将在光插座140的内部行进过来的光的光束收窄的方式对该光进行转换，以使该光转换为会聚光。经收窄的光束朝向受光元件的受光面。

在本实施方式中，第一光学面141是向发光元件122呈凸状的凸透镜面。另外，在本实施方式中，第一光学面141关于其中心轴CA旋转对称(圆对称)。

不特别地限定第一光学面141的大小，但优选为与发光元件122的发光面123的大小相同或比发光面123的大小更大。优选地，第一光学面141的中心轴CA与发光元件122的发光面123(或受光元件的受光面)垂直。优选地，第一光学面141的中心轴CA与从发光元件122的发光面123射出的光的光轴OA(或向受光元件的受光面入射的光的光轴OA)一致。

反射面143是在光插座140中所形成的倾斜面，配置于第一光学面141与第二光学面142之间的光路上。应予说明，在本实施方式中，反射面143配置于光插座140的底面侧。在作为发送用的光模块的一部分发挥功能的部分中，反射面143使由第一光学面141入射的光(从发光元件122射出的光)向第二光学面142反射。在作为接收用的光模块的一部分发挥功能的部分中，反射面143使由第二光学面142入射的光(从光传输体160的端面125射出的光)向第一光学面141反射。

反射面143可以是平面，也可以是曲面。在本实施方式中，反射面143是平面。反射面143以随着从光插座140的顶面靠近底面而接近光传输体160(第二光学面142)的方式倾斜。在本实施方式中，反射面143相对于由第一光学面141入射的光的光轴(或由第二光学面142入射的光的光轴)的倾斜角度为45°。由第一光学面141入射的光(或由第二光学面142入射的光)以比临界角大的入射角向反射面143进行内部入射。由此，反射面143以使入射的光与基板121的表面平行(或垂直)的方式使该光全反射。

在作为发送用的光模块的一部分发挥功能的部分中，第二光学面142是使由第一光学面141入射并在光插座140的内部行进过来的光向光传输体160的端面125射出的光学面。另外，在作为接收用的光模块的一部分发挥功能的部分中，第二光学面142是使从光传输体160的端面125射出的光入射至光插座140的内部的光学面。在本实施方式中，第二光学面142以与光传输体160的端面125相对的方式配置。

在本实施方式中，第二光学面142是向光传输体160的端面125呈凸状的凸透镜面。另外，在作为接收用的光模块的一部分发挥功能的部分中，第二光学面142关于其中心轴旋转对称(圆对称)。另一方面，在作为发送用的光模块的一部分发挥功能的部分中，第二光学面142关于其中心轴旋转对称(二重对称)。本实施方式的光插座140的特征之一在于，作为发送用的光模块的一部分发挥功能的部分中的第二光学面142的形状。于是，对该第二光学面142的形状进行说明。

图3A是表示在作为发送用的光模块的一部分发挥功能的部分中，使准直光从光插座140的内部入射至第二光学面142时的情况的图。如图3A所示，在准直光入射至第二光学面142时，会聚于第一焦点和第二焦点。

更具体地，以如下方式构成第二光学面142。即，在将第二光学面142的中心轴与第二光学面142的交点设为原点，将第二光学面142的中心轴设为Z轴，将通过原点且与Z轴垂直的轴设为X轴，将通过原点且与Z轴及X轴垂直的轴设为Y轴时，第二光学面142构成为，使得在准直光从光插座140的内部入射至第二光学面142的情况下，形成沿X轴的方向观察时观察到的第一焦点以及沿Y轴的方向观察时在比第一焦点更靠第二光学面142侧的位置观察到的第二焦点。从相反的角度而言，X轴和Y轴被设定为，使得能够如上述那样地观察到第一焦点和第二焦点。

如上所述，在本实施方式中，第二光学面142是凸透镜面，具有如下的形状。即，在第二光学面142中，XZ平面中的曲率比YZ平面中的曲率小(参照图3B、图3C)。通过具有这样的形状，从而如上述那样地入射至第二光学面142的准直光能够如上述那样地形成第一焦点和第二焦点。从减少返回光的观点来看，第一焦点与第二焦点之间的距离优选为0.05mm以上，更优选为0.1mm以上。另一方面，从保持发光元件122与光传输体160的端面125的耦合效率的观点来看，第一焦点与第二焦点之间的距离优选为0.4mm以下，更优选为0.25mm以下。

另外，从使从第二光学面142射出的光在光传输体160内适当地传播的观点来看，优选地，第二光学面142的以XZ平面观察时的数值孔径(NAx)和以YZ平面观察时的数值孔径(NAy)满足下式(1)和(2)。在此，θx是以XZ平面观察时的、从第二光学面142向光传输体160的端面入射的光相对于光轴OA的最大角度。θy是以YZ平面观察时的、从第二光学面142向光传输体160的端面入射的光相对于光轴OA的最大角度。

NAx＝1·sinθx<0.2…式(1)

NAy＝1·sinθy<0.2…式(2)

应予说明，在上述中，对发送和接收用的光模块100进行了说明，但本实用新型的光模块也可以是发送专用的光模块。在该情况下，光电转换装置120不需要具备受光元件，光插座140也不需要具备接收用的第一光学面141和第二光学面142。

另外，在上述中，对第二光学面142是凸透镜面的例子进行了说明，但第二光学面142的结构只要是能够形成上述的第一焦点和第二焦点的即可，不特别地进行限定。第二光学面142例如也可以是衍射透镜。

(仿真)

以下，关于实施方式的光模块和比较例的光模块，参照图3A～图5B，对耦合效率与返回光之间的关系进行说明。

如上所述，在实施方式的光模块110中，光插座140的第二光学面142是二重对称的，且构成为XZ平面中的曲率比YZ平面中的曲率小。另一方面，在比较例的光模块100’中，光插座140’的第二光学面142’是圆对称的，且构成为XZ平面中的曲率与YZ平面中的曲率相同。

图4A是表示在比较例的光模块100’中，使准直光从光插座140’的内部入射至第二光学面142’时的情况的图。如图4A所示，在准直光入射至第二光学面142’时，会聚于一个焦点。这是因为，在比较例的光模块100’中，第二光学面142’关于Z轴圆对称，XZ平面中的曲率与YZ平面中的曲率相同(参照图4B、图4C)。

图5A是表示图4A、图4B、图4C所示的比较例的光模块100’中的、光传输体160的端面125的位置与光的耦合效率及返回光之间的关系的曲线图。图5B是表示图3A、图3B、图3C所示的实施方式的光模块100中的、光传输体160的端面125的位置与光的耦合效率及返回光之间的关系的曲线图。

在图5A的曲线图中，横轴表示光传输体160的端面125相对于第二光学面142’的位置。如图4A所示，以如下方式示出了光传输体160的端面125相对于第二光学面142’的焦点的位置：将第二光学面142’的焦点设为基准位置(Z＝0)，在使光传输体160的端面125接近第二光学面142’时为负值(Z<0)，远离第二光学面142’时为正值(Z>0)。

同样地，在图5B的曲线图中，横轴表示光传输体160的端面125相对于第二光学面142的位置。如图3A所示，以如下方式示出了光传输体160的端面125相对于第二光学面142的焦点的位置：将第二光学面142的第二焦点设为基准位置(Z＝0)，在使光传输体160的端面125接近第二光学面142时为负值(Z<0)，远离第二光学面142时为正值(Z>0)。

根据图5A可知，在比较例的光模块100’中，在Z＝0时耦合效率最大，而返回光也最大。因此，无法同时实现耦合效率的提高和返回光的减少，有可能使得来自发光元件122的光的射出出现问题。

相对于此，根据图5B可知，在实施方式的光模块100中，在0≦Z≦0.05时耦合效率几乎成为最大，但返回光并非最大。返回光几乎成为最大的情况出现在0.06≦Z≦0.07时。因此，在实施方式的光模块100中，能够同时实现耦合效率的提高和返回光的减少，进而能够实现更准确的信息传递。

(效果)

根据本实用新型的光插座及光模块，能够减少来自光传输体的返回光，因此能够实现稳定的光通信。

工业实用性

本实用新型的光插座及光模块在使用了光传输体的光通信中是有用的。

Claims (6)

1.一种光插座，配置于发光元件与光传输体之间，用于将所述发光元件与所述光传输体的端面进行光学耦合，所述光插座的特征在于，具有：

第一光学面，使从所述发光元件射出的光入射；以及

第二光学面，使由所述第一光学面入射的光向所述光传输体的端面射出，

在将所述第二光学面的中心轴与所述第二光学面的交点设为原点，将所述第二光学面的中心轴设为Z轴，将通过所述原点且与所述Z轴垂直的轴设为X轴，将通过所述原点且与所述Z轴及所述X轴垂直的轴设为Y轴时，

所述第二光学面构成为，使得在准直光从所述光插座的内部入射至所述第二光学面的情况下，形成沿所述X轴的方向观察时观察到的第一焦点以及沿所述Y轴的方向观察时在比所述第一焦点更靠所述第二光学面侧的位置观察到的第二焦点。

2.如权利要求1所述的光插座，其特征在于，

所述第二光学面是XZ平面中的曲率比YZ平面中的曲率小的凸透镜面。

3.如权利要求1所述的光插座，其特征在于，

所述第一焦点与所述第二焦点之间的距离为0.05mm以上且0.4mm以下。

4.如权利要求1所述的光插座，其特征在于，

还具有反射面，所述反射面配置于所述第一光学面与所述第二光学面之间的光路上，使由所述第一光学面入射的光向所述第二光学面反射。

5.如权利要求1所述的光插座，其特征在于，

构成为使所述光传输体的端面配置于与所述第一焦点一致的位置至与所述第二焦点一致的位置之间。

6.一种光模块，其特征在于，具有：

发光元件；以及

权利要求1～5中任意一项所述的光插座。

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