JP2016139716A - Light receiving module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受光モジュールに関する。 The present invention relates to a light receiving module.
光通信において、例えば伝送速度100Gbpsの通信を4波多重方式で実現する国際規格として、100GBASE―LR4や100GBASE―ER4が知られている(IEEE802.3ba)。そのような規格に適合した受光モジュールでは、光ファイバ等の入力光学系から入力された光を平行光に変えるコリメータ光学系、及び平行光を受光部に集光する集光光学系がそれぞれ複数備えられる場合がある。 In optical communication, for example, 100GBASE-LR4 and 100GBASE-ER4 are known as international standards for realizing communication at a transmission rate of 100 Gbps by a four-wave multiplexing method (IEEE 802.3ba). In the light receiving module conforming to such a standard, a plurality of collimator optical systems that convert light input from an input optical system such as an optical fiber into parallel light and a condensing optical system that condenses the parallel light on the light receiving unit are provided. May be.
また、例えばITU−T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)によって、受光モジュールの光反射減衰量(以降、ORL(Optical Return Loss)という)は、−27dB以下とすることが要求されている。ここで、ORLとは、受光モジュールへの入射光強度をPin[W/cm2]とし、受光モジュールからの反射光強度をPback[W/cm2]としたとき、ORL[dB]=−10×log10(Pin/Pback)で定義される量である。 Further, for example, by ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector), the light reflection attenuation amount of the light receiving module (hereinafter referred to as ORL (Optical Return Loss)) is required to be −27 dB or less. Here, ORL means that when the incident light intensity to the light receiving module is P in [W / cm 2 ] and the reflected light intensity from the light receiving module is P back [W / cm 2 ], ORL [dB] = It is an amount defined by −10 × log 10 (P in / P back ).
下記特許文献1には、バウンスキャビティに入射される光ビームに傾斜を与える傾斜機構を有する光アセンブリが記載されている。
また、特許文献2には、第1レンズの光軸が出射光の光軸に対して傾斜して配置されている光学モジュールが記載されている。 Patent Document 2 describes an optical module in which the optical axis of a first lens is arranged to be inclined with respect to the optical axis of outgoing light.
また、特許文献3には、斜めカットされた光ファイバの端面で反射した光が受光素子に達しないよう、開口の中心を偏心させた光送受信モジュールが記載されている。 Patent Document 3 describes an optical transceiver module in which the center of the opening is decentered so that the light reflected by the end face of the optical fiber cut obliquely does not reach the light receiving element.
また、特許文献4には、コリメータの特性可変パラメータを他のコリメータの特性可変パラメータと異ならせることにより、ビームウエストの大きさと位置を入出力でほぼ一致させる光機能モジュールが記載されている。 Patent Document 4 describes an optical functional module that makes the size and position of the beam waist substantially coincide with each other by making the characteristic variable parameters of the collimator different from the characteristic variable parameters of other collimators.
複数の光線を受光する受光モジュールでは、各光線について用いられる光学系(コリメート光学系及び集光光学系を含む)の位置についての公差が厳しく制限される。 In a light receiving module that receives a plurality of light beams, tolerances on the positions of optical systems (including collimating optical systems and condensing optical systems) used for the respective light beams are strictly limited.
図12は、光の結合効率(Coupling Efficiency)と焦点ずれ(Defocus:光学系の焦点距離からのずれ)の関係を表す模式図である。ここで、曲線Aは、受光部における光の結合効率(受光部で受光される光の光強度と、入力光学系から入力される光の光強度との比)と焦点ずれの関係を表す。また、曲線Bは、入力光学系における光の結合効率(受光部で反射され入力光学系に戻る光の光強度と、入力光学系から入力される光の光強度との比)と焦点ずれの関係を表す。入力光学系に戻る光は、往路と復路で2度光学系を通過することになるので、焦点ずれが同じ場合、入力光学系における光の結合効率は受光部における光の結合効率よりも小さくなる。 FIG. 12 is a schematic diagram showing the relationship between light coupling efficiency and defocus (defocus: deviation from the focal length of the optical system). Here, the curve A represents the relationship between the defocusing efficiency (the ratio between the light intensity of the light received by the light receiving unit and the light intensity of the light input from the input optical system) in the light receiving unit and the defocus. Curve B shows the coupling efficiency of light in the input optical system (ratio of the light intensity reflected from the light receiving unit and returning to the input optical system and the light intensity input from the input optical system) and the defocus. Represents a relationship. Since the light returning to the input optical system passes through the optical system twice in the forward path and the return path, the light coupling efficiency in the input optical system is smaller than the light coupling efficiency in the light receiving unit when the defocus is the same. .
図12中の点Pは、入力光学系における光の結合効率が0.5となる焦点ずれを表す。焦点ずれが点Pよりも大きい場合、受光モジュールのORLを十分に小さくすることができる。また、図12中の点Qは、受光部における光の結合効率が0.75となる焦点ずれを表す。焦点ずれが点Qよりも大きい場合、受光部における光の結合効率が不十分となり、受光効率が悪くなる。そのため、受光モジュールにおいて、十分に小さなORLと、十分に大きな受光効率とを両立するためには、焦点ずれを点Pと点Qの間に収めることが望ましい。 A point P in FIG. 12 represents a defocus at which the light coupling efficiency in the input optical system is 0.5. When the defocus is larger than the point P, the ORL of the light receiving module can be made sufficiently small. Further, a point Q in FIG. 12 represents a defocus at which the light coupling efficiency in the light receiving unit is 0.75. When the defocus is larger than the point Q, the light coupling efficiency in the light receiving unit becomes insufficient and the light receiving efficiency is deteriorated. For this reason, in the light receiving module, in order to achieve both a sufficiently small ORL and a sufficiently large light receiving efficiency, it is desirable to set the defocus between the point P and the point Q.
しかしながら、このような条件を各光学系の位置を調整することによって実現することとすると、各光学系の位置についての公差が厳しく制限されることとなり、各光学系の作成精度が十分であっても、受光モジュールのORLを十分に小さくできない場合がある。 However, if such a condition is realized by adjusting the position of each optical system, the tolerance for the position of each optical system is severely limited, and the production accuracy of each optical system is sufficient. However, the ORL of the light receiving module may not be sufficiently small.
そこで、本発明は、各光学系の位置の調整を精密に行わなくても、十分に小さなORLと、十分に大きな受光効率とを両立することができる受光モジュールを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light receiving module that can achieve both a sufficiently small ORL and a sufficiently large light receiving efficiency without precisely adjusting the position of each optical system.
(1)上記課題を解決するために、本発明に係る受光モジュールは、入力光学系から入力された入力光を受けて、前記入力光をコリメート光に変換する、1又は複数のレンズを含むコリメート光学系と、前記コリメート光を受けて、前記コリメート光を、非点収差を伴う収束光に変換する、1又は複数のレンズを含む集光光学系と、前記収束光を受光する受光部と、を備えることを特徴とする。 (1) In order to solve the above-described problem, a light receiving module according to the present invention includes a collimator including one or more lenses that receives input light input from an input optical system and converts the input light into collimated light. An optical system; a condensing optical system including one or a plurality of lenses that receives the collimated light and converts the collimated light into convergent light with astigmatism; and a light receiving unit that receives the convergent light; It is characterized by providing.
(2)上記(1)に記載の受光モジュールであって、前記集光光学系は、非点収差を生じる非対称レンズを含む、ことを特徴とする。 (2) The light receiving module according to (1), wherein the condensing optical system includes an asymmetric lens that generates astigmatism.
(3)上記(1)に記載の受光モジュールであって、前記集光光学系は、前記コリメート光を収束させる対称レンズと、前記対称レンズで収束させた光を、非点収差を伴わせてさらに収束させる非対称片凸レンズと、を含み、前記非対称片凸レンズは、前記受光部の採光面に貼り付けられている、ことを特徴とする。 (3) In the light receiving module according to (1), the condensing optical system includes a symmetric lens for converging the collimated light and light converged by the symmetric lens with astigmatism. And a convergent asymmetrical single convex lens, wherein the asymmetrical single convex lens is affixed to the daylighting surface of the light receiving section.
(4)上記(1)に記載の受光モジュールであって、前記集光光学系は、シリンドリカルレンズを含む、ことを特徴とする。 (4) In the light receiving module according to (1), the condensing optical system includes a cylindrical lens.
(5)上記(1)に記載の受光モジュールであって、前記集光光学系は、前記コリメート光の進行方向と斜交するように配置された透明平板を含む、ことを特徴とする。 (5) In the light receiving module according to (1), the condensing optical system includes a transparent flat plate arranged so as to be oblique to a traveling direction of the collimated light.
(6)上記(2)に記載の受光モジュールであって、前記入力光が、波長λ、ビームウエスト半径wのガウシアンビームで近似される光である場合に、前記コリメート光学系の前記入力光学系側焦点距離f1と、前記非対称レンズの子午面内における前記受光部側焦点距離と球欠面内における前記受光部側焦点距離の平均焦点距離f2avと、前記非対称レンズの子午面内における前記受光部側焦点距離と球欠面内における前記受光部側焦点距離の差Δf2とが、|Δf2|>6πw2(f2av)2/λ(f1)2を満たす関係にある、ことを特徴とする。 (6) In the light receiving module according to (2), when the input light is light approximated by a Gaussian beam having a wavelength λ and a beam waist radius w, the input optical system of the collimating optical system a back focal length f 1, and the average focal length f 2AV of the light receiving portion side focal length of the light receiving unit side focal distance and the sagittal plane at the meridional plane of the asymmetric lens, the in the meridional plane of the asymmetric lens The difference Δf 2 between the light receiving unit side focal length and the light receiving unit side focal length in the spherical surface has a relationship satisfying | Δf 2 |> 6πw 2 (f 2av ) 2 / λ (f 1 ) 2. It is characterized by.
(7)上記(3)に記載の受光モジュールであって、前記入力光が、波長λ、ビームウエスト半径wのガウシアンビームで近似される光であり、前記非対称片凸レンズの主面から前記受光部の受光面までの距離がdである場合に、前記コリメート光学系の前記入力光学系側焦点距離f1と、前記対称レンズの前記受光部側焦点距離f3と、前記非対称片凸レンズの子午面内における前記受光部側焦点距離と球欠面内における前記受光部側焦点距離の平均焦点距離f4avと、前記非対称片凸レンズの子午面内における前記受光部側焦点距離と球欠面内における前記受光部側焦点距離の差Δf4とが、|Δf4|>6πw2(f3)2(f4av−d)2/λ(f1)2d2を満たす関係にある、ことを特徴とする。 (7) In the light receiving module according to (3), the input light is light approximated by a Gaussian beam having a wavelength λ and a beam waist radius w, and the light receiving unit extends from a main surface of the asymmetrical single convex lens. When the distance to the light receiving surface is d, the input optical system side focal length f 1 of the collimating optical system, the light receiving unit side focal length f 3 of the symmetric lens, and the meridional surface of the asymmetrical single convex lens The focal length f 4av of the light receiving portion side focal length in the light receiving portion side and the average focal length f 4av of the light receiving portion side focal length in the spherical surface, and the light receiving portion side focal length in the meridional surface of the asymmetrical single convex lens The light-receiving-part-side focal length difference Δf 4 satisfies the relationship of | Δf 4 |> 6πw 2 (f 3 ) 2 (f 4av −d) 2 / λ (f 1 ) 2 d 2. To do.
本発明により、各光学系の位置の調整を精密に行わなくても、十分に小さなORLと、十分に大きな受光効率とを両立することができる受光モジュールが提供される。 The present invention provides a light receiving module that can achieve both a sufficiently small ORL and a sufficiently large light receiving efficiency without precisely adjusting the position of each optical system.
以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail based on the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In addition, the figure shown below demonstrates the Example of embodiment to the last, Comprising: The magnitude | size of a figure and the reduced scale as described in a present Example do not necessarily correspond.
図1は、本発明の実施形態に係る受光モジュール1の機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る受光モジュール1は、光ファイバ5からの光信号を受信する受光モジュールであって、入力光学系10(Input OS)、コリメート光学系20(Collimating OS)、分波器30(DMP:Demultiplexer)、集光光学系40(Collecting OS)、及び受光器50(OR:Optical Receiver)を備えるものである。
FIG. 1 is a functional block diagram of a
入力光学系10は、例えば光ファイバであって、光ファイバ5を介して伝送される光信号を受光モジュール1の内部に導き、入力光を与えるものである。入力光学系10と光ファイバ5の接続は、接続箇所で光の反射等が起こらないように、ファイバ端面の軸合わせや角度合わせが行われることが望ましい。
The input
なお、以下に示す実施形態において、説明を簡単化するため、入力光学系10より出射される光を、波長λ、ビームウエスト半径wのガウシアンビームで近似する。ここで、ビームウエスト半径とは、ビームの強度がビーム中心の強度と比較して1/e2(eは自然対数の底)となる半径(1/e2半径)のうち最小の半径をいう。入力光学系10より出射される光の場合、入力光学系10を構成する光ファイバの出射側端面における1/e2半径が、ビームウエスト半径となる。
In the embodiment described below, in order to simplify the description, the light emitted from the input
また、本明細書では、光学系による光の変換を解析するにあたって、幾何光学近似を用いることとする。その場合、入力光学系10より出射されるガウシアンビームを複数本の光線の束とみなし、1/e2半径における光線を光の外縁と定義する。加えて、光線追跡を行うにあたって、各光学系を構成するレンズの厚みを無視する薄レンズ近似を用い、必要に応じて近軸近似を用いることとする。もっとも、これらの近似は専ら説明の簡単化のために用いるのであって、近似が成り立たたない場合であっても本発明を適用できるのは言うまでもない。また、仮に、入力光学系10より出射される光がガウシアンビームで精度良く近似できない場合、例えばエルミートガウシアンビームやラゲールガウシアンビームとして表すことが適切な場合、ビームの強度がビームの最大強度と比較して1/e2になる位置を光の外縁と定義して、ビームを複数本の光線の束とみなして幾何光学近似を適用等すればよい。
In this specification, geometrical optical approximation is used in analyzing the conversion of light by the optical system. In that case, the Gaussian beam emitted from the input
コリメート光学系20は、例えば両凸レンズであり、入力光学系10側焦点距離f1のレンズである。コリメート光学系20は、入力光学系10側の焦点を通る入力光をコリメート光(平行光)に変換するコリメータレンズである。コリメート光学系20は、入力光学系10側が平面となった平凸レンズで構成してもよいし、凹レンズと凸レンズの組み合わせや、凸レンズと凸レンズの組み合わせを用いて構成してもよい。
The collimating
分波器30は、光信号を波長ごとに分解するものであり、回折格子等を含む。4波多重方式等、複数の波長の光を重ね合わせて光信号を伝送する伝送方式の場合、受信モジュール1において、重ね合わされた光を波長ごとに分解しなければならないため分波器30が必要となる。分波器30は、例えば受信モジュール1が4波多重方式の光信号を受信する場合であれば、1つの入力光信号を4つの出力光信号に分波する。なお、図1では繰り返しの記載による煩雑さを避けるため、2つの出力光信号を図示し、他は省略している。
The
集光光学系40は、コリメート光学系20から出射されたコリメート光のうち、分波器30で分波された波長のコリメート光を受けて、非点収差を伴う収束光に変換する光学系であり、1又は複数のレンズを含む光学系である。ここで、非点収差とは、子午面(光軸を含む断面、meridional surface)と球欠面(子午面に直交する断面、sagittal surface)において焦点距離が異なるような収差をいう。現実のレンズは光軸に関して完全に対称とはならないことが通常であるから、どのようなレンズであっても非点収差を少なからず伴うとも考えられる。本明細書において、非点収差を伴う光学系(非対称光学系)とは、その光学系の子午面における焦点距離と球欠面における焦点距離の差の絶対値が、伝送する光の波長のうち最も長い波長以上であるものをいうこととする。また、本明細書において、非点収差を伴わない光学系(対称光学系)とは、その光学系の子午面における焦点距離と球欠面における焦点距離の差の絶対値が、伝送する光の波長のうち最も短い波長以下であるものをいうこととする。ここで、非点収差を伴う光学系であるには、その光学系における子午面における焦点距離と球欠面における焦点距離の差の絶対値が、その光学系の寸法に関する公差より大きいことが望ましい。同様に、非点収差を伴わない光学系であるには、その光学系の子午面における焦点距離と球欠面における焦点距離の差の絶対値が、その光学系の寸法に関する公差より小さいことが望ましい。集光光学系40の詳細については、後に説明する。
The condensing
受光器50は、例えばフォトダイオードを含み、集光光学系40からの収束光の強度に応じた電気信号を出力する。各受光器50から出力された電気信号は受光モジュール1の外部に送られ、光信号として符号化された情報の内容が読み取られる。
The
図2は、光学系100(OS)による光線の変換を示す図である。図2では、x軸方向(光軸方向)についてx1の位置で、y軸方向(光軸と直交する方向)についてh1の位置から角度α1(>0、単位はラジアン)で進行する光が、光学系100によって変換され、x軸方向についてx2の位置で、y軸方向についてh2(<h1)の位置で角度α2(<0)の方向に進行する光になる様子が示されている。ここで、角度はx軸方向と光の進行方向のなす角度であり、x軸方向を基準にx−y平面において反時計回りを正、時計回りを負として測っている。このような光線の変換は、y軸方向についての位置hと光線の進行角度αを2成分のベクトルとして(h,α)tとまとめて表すこととすると、以下(数式1)のように表すことができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating light beam conversion by the optical system 100 (OS). In FIG. 2, it proceeds at the position of x 1 in the x-axis direction (optical axis direction) and at an angle α 1 (> 0, unit is radians) from the position of h 1 in the y-axis direction (direction orthogonal to the optical axis). The light is converted by the
ここで、M11、M12、M21、M22の各行列成分を有する2×2行列Mは、光学系100を特徴付けるパラメータである。行列Mの各成分は、それぞれA、B、C、Dで表されることもあり、しばしばABCD行列と呼ばれる。例えば、光学系100として長さLの自由空間(レンズ等が無い空間であり、本発明の実施形態では空気とするが、これに限定されることはなく、他のガスで充填される空間であっても真空空間であってもよい)を考えると、h2=h1+Lα1、α2=α1であるから、M11=1、M12=L、M21=0、M22=1となることがわかる。なお、自由空間(空気)の屈折率は1で一定とする。
Here, the 2 × 2 matrix M having matrix components of M 11 , M 12 , M 21 , and M 22 is a parameter that characterizes the
また、焦点距離がfである薄レンズ(肉厚が無視できるレンズ)においては、主面前後で光線のy軸方向の位置は変わらず(h2=h1)、角度はα2=α1−h1/fとなるから、M11=1、M12=0、M21=−1/f、M22=1となることがわかる。なお、レンズの肉厚が無視できない場合であっても、レンズの屈折率と厚さを用いて各行列要素を表すことができ、以下に示すのと同様の解析を行うことができる。 Further, in a thin lens having a focal length f (a lens with negligible thickness), the position of the light beam in the y-axis direction does not change before and after the main surface (h 2 = h 1 ), and the angle is α 2 = α 1. Since −h 1 / f, it can be seen that M 11 = 1, M 12 = 0, M 21 = −1 / f, and M 22 = 1. Even if the lens thickness cannot be ignored, each matrix element can be expressed using the refractive index and thickness of the lens, and the same analysis as described below can be performed.
[第1の実施形態]
図3は、本発明の第1の実施形態に係る受光モジュール1に含まれる光学系を示す図である。本実施形態に係る受光モジュール1は分波器30を含むものであるが、図3では、受光器50等の繰り返し記載による煩雑さを避けるために分波器30は記載せず、入力光学系10から受光器50に至る一単位の光学系のみを示している。図3には、入力光学系10、コリメート光学系20、集光光学系40としての非対称レンズ42、及び受光器50を示している。図中の実線による矢印は入力光学系10より出射された光の進行方向を示し、点線による矢印は受光器50で反射された光が入力光学系10へ戻る戻り光の進行方向を示す。
[First Embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing an optical system included in the
本実施形態では、入力光学系10を構成する光ファイバの端面からコリメート光学系20を構成する両凸レンズの主面までの距離をd1とし、コリメート光学系20を構成する両凸レンズの主面から非対称レンズ42の主面までの距離をLとし、非対称レンズ42の主面から受光器50の受光面までの距離をd2とする。
In the present embodiment, the distance from the end face of the optical fibers constituting the
また、コリメート光学系20を構成する両凸レンズ焦点距離はf1であり、非対称レンズ42の子午面内における受光器50側の焦点距離はf2merであり、非対称レンズ42の球欠面内における受光器50側の焦点距離はf2sagであるとする。ここで、非対称レンズ42の子午面内における受光器50側の焦点距離と球欠面内における受光器50側の焦点距離の平均焦点距離をf2av=(f2mer+f2sag)/2と表し、非対称レンズ42の子午面内における受光器50側の焦点距離と球欠面内における受光器50側の焦点距離の差をΔf2=f2mer−f2sagと表すこととする。
The focal length of the biconvex lens constituting the collimating
本実施形態では、非対称レンズ42として両凸の楕円レンズを用いることとする。その他に、例えば、アナモルフィックレンズ、バイコーニックレンズを用いることとしてもよい。いずれの場合であっても、子午面と球欠面で異なる焦点距離(f2mer≠f2sag)を有し、その差は伝送する光の波長以上(Δf2>λ)であるようなレンズを用いることが望ましい。非対称レンズ42は、光軸に関して非対称なレンズである。すなわち、非対称レンズ42は、光軸に関する回転対称性を有さないレンズである。
In the present embodiment, a biconvex elliptical lens is used as the
入力光学系10から出射された光の戻り光について解析するために、各光学系による光線の変換を考え、光線追跡を行う。はじめに、長さd1の自由空間と焦点距離f1の薄レンズで構成されるコリメート光学系20により変換される光線を考えると、変換行列M20←10は以下(数式2)のように表される。ただし、コリメート光学系20は理想的なコリメート光をつくることができるものとして、d1=f1とする。
In order to analyze the return light of the light emitted from the input
続いて、コリメート光学系20と非対称レンズ42の間には長さLの自由空間が存在するから、光線の変換行列M42←20は以下(数式3)のように表される。
Subsequently, since there is a free space of length L between the collimating
最後に、子午面における焦点距離f2mer、及び球欠面における焦点距離f2sagを有する非対称レンズ42と長さd2の自由空間による光線の変換を考えると、子午面及び球欠面のそれぞれで、光線の変換行列M50←42 mer(sag)は以下(数式4)のように表される。ただし、数式中のf2mer(sag)は、子午面における光線を考える場合はf2merを用い、球欠面における光線を考える場合はf2sagを用いることを表す。
Finally, the focal length f 2mer in the meridian plane, and considering the focal length light conversion by the free space of the
受光器50に到達した光のうち、おおよそ1%は受光面等で反射して戻り光となる。戻り光についても、同様に光線の変換行列を考えると、受光器50側から順に、それぞれ以下(数式5−7)のように表される。
Approximately 1% of the light reaching the
以上の6つの変換行列をかけ合わせることで、入力光学系10から出射される(hin,αin)tという位置及び角度の光線が、子午面200及び球欠面300のそれぞれで、どのような位置及び角度で入力光学系10に戻るかを表す(hback mer(sag),αback mer(sag))tという値を以下(数式8)のように求めることができる。
By multiplying the above six transformation matrices, how the rays with the position and angle of (h in , α in ) t emitted from the input
ORLの詳細を説明する前に、本実施形態において、いかにして戻り光を減らすことができるかを説明する。図4は、本発明の第1の実施形態において用いられる非対称レンズ42の斜視図である。ここで、非対称レンズ42の光軸を含む面である子午面200(図中のx−y平面)と、子午面200に直交する面である球欠面300(図中のx−z平面)が仮想的に図示されている。
Before describing the details of the ORL, it will be described how the return light can be reduced in this embodiment. FIG. 4 is a perspective view of the
図5は、非対称レンズ42の子午面200(図中のx−y平面)における焦点距離f2merを示す図であり、図6は、非対称レンズ42の球欠面300(図中のx−z平面)における焦点距離f2sagを示す図である。本実施形態では、f2sag>f2merであり、両者は一致しない。そのため、非対称レンズ42の主面から受光器50の受光面までの距離d2をどのように選んだとしても、非対称レンズ42で収束された光は、子午面200もしくは球欠面300の少なくとも一方において、受光器50の受光面で像を結ばない。
FIG. 5 is a diagram showing a focal length f2mer on the meridian plane 200 (xy plane in the drawing) of the
本実施形態によれば、例えばd2=f2avに位置合わせすることとすると、非対称レンズ42の位置(もしくは受光器50の位置)が光軸方向に沿ってどちらの方向にずれたとしても、受光器50の受光面における像は同程度にボケたままとなる。そのため、いずれの方向にずれが生じたとしても、ORLはあまり増大せず、受光器50の受光効率はあまり減少しないため、各光学系の位置の調整を精密に行わなくても、十分に小さなORLと、十分に大きな受光効率とを両立することができる。一方、集光光学系40として通常のレンズを用いる場合、集光光学系40及び受光器50の位置が光軸方向に沿ってずれると、像がより鮮明となりORLが増大するか、像がより不鮮明となり受光器50の受光効率が減少するか、どちらかの不都合が生じるおそれがある。
According to the present embodiment, for example, when positioning to d 2 = f 2av , regardless of which direction the position of the asymmetric lens 42 (or the position of the light receiver 50) is shifted in any direction along the optical axis direction, The image on the light receiving surface of the
以下、hin=0としてORLを解析する。解析にあたって、d2については、d2=f2av+Δd2とおき、Δd2の1次までを残すこととする。ここでΔd2は、d2=f2avという非対称レンズ42と受光器50の理想的な位置関係からのずれを表す。また、子午面200における焦点距離f2mer=f2av+Δf2/2、及び球欠面300における焦点距離f2sag=f2av−Δf2/2について、それぞれΔf2の1次までを残すこととする。
Hereinafter, ORL is analyzed with h in = 0. In the analysis, d 2 is set as d 2 = f 2av + Δd 2 and the first order of Δd 2 is left. Here, Δd 2 represents a deviation from the ideal positional relationship between the
入力光学系10への戻り光の結合効率ηは、η=(ηmerηsag)1/2で求められる。ここで、ηmerは子午面200における光の結合効率であり、ηsagは球欠面300における光の結合効率である。ηmerは、子午面200における戻り光の倍率mmer=−αin/αback merと、子午面200における戻り光の焦点位置のずれΔzmer=−hback mer/αback merを用いて、以下(数式9)のように求められる。ここで、戻り光の焦点位置のずれΔzmerは、コリメート光学系20の主面から入力光学系10を構成する光ファイバの端面までの距離が、子午面200における焦点位置に一致する場合に0となるものであるとする。
The coupling efficiency η of the return light to the input
ηsagについても、球欠面300における戻り光の倍率msag=−αin/αback sagと、球欠面300における戻り光の焦点位置のずれΔzsag=−hback sag/αback sagを用いて、同様に求めることができる。結果は、数式9におけるmmer及びΔzmerを、それぞれmsag及びΔzsagに置き換えたものとなる。
Also for η sag , the return light magnification m sag = −α in / α back sag on the
以下、|Δd2/f2mer(sag)|<<1、|Δf2/f2mer(sag)|<<1、かつ、f2av/L〜1の場合を考える。これは、非対称レンズ42の位置ずれが非対称レンズ42の子午面200(もしくは球欠面300)における焦点距離よりも十分に小さく、非対称レンズ42の子午面200における焦点距離と球欠面300における焦点距離の差が非対称レンズ42の子午面200(もしくは球欠面300)における焦点距離よりも十分に小さく、かつ、非対称レンズ42の平均焦点距離が非対称レンズ42の主面からコリメート光学系20の主面までの距離と同程度である場合を意味する。この場合、入力光学系10への戻り光の結合効率ηは、以下(数式10)のように求まる。
Hereinafter, a case where | Δd 2 / f 2mer (sag) | << 1, | Δf 2 / f 2mer (sag) | << 1 and f 2av / L˜1 is considered. This is because the position shift of the
数式10から読み取れるように、本実施形態に係る受光モジュール1では、非対称レンズ42の位置(もしくは受光器50の位置)が光軸方向のどちらにずれても、すなわちΔd2が正負どちらの値をとっても、入力光学系10への戻り光の結合効率ηは同じ変化をする。言い換えれば、入力光学系10への戻り光の結合効率ηは、Δd2に関して偶関数となっている。また、入力光学系10への戻り光の結合効率ηは、Δd2=0で最大値をとる。そのため、本実施形態に係る受光モジュール1では、非対称レンズ42や受光器50の位置合わせが精密に行われなくても、入力光学系10への戻り光の結合効率ηはΔd2=0の場合(非対称レンズ42や受光器50の位置合わせが完全に行われた場合)よりも小さくなるし、非対称レンズ42や受光器50の位置が光軸に沿ってどちらの方向にずれても入力光学系10への戻り光の結合効率ηは同じように減少する。
As seen from
入力光学系10への戻り光の結合効率ηを十分に小さくするには、コリメート光学系20の焦点距離f1、非対称レンズ42の平均焦点距離f2av、及び非対称レンズ42の焦点距離の差Δf2が以下に示す条件を満たすようにすればよい。入力光学系10への戻り光の結合効率ηはΔd2=0で最大となるから、Δd2=0の場合にηに上限値を課して、f1、f2av、Δf2が満たすべき条件を求めれば十分である。
In order to sufficiently reduce the coupling efficiency η of the return light to the input
本実施形態では、ORLとして−30dBを達成するため、η|Δd2=0<0.1という上限値を課す。この場合、Δd2がどのような値をとっても、入力光学系10への戻り光の結合効率ηは0.1より小さくなる。本実施形態では、受光器50の受光面における光の反射は1%程度であるから、η<0.1であれば、入力光学系10から出射される光の光強度Pinと、入力光学系10に戻る光の光強度Pbackの比は、最大でもPin/Pback=103となる。従って、ORLは、最大でもORL=−10×log10(Pin/Pback)=−30[dB]となり、−27dB以下という十分小さなORLを達成することができる。
In this embodiment, in order to achieve −30 dB as the ORL, an upper limit value of η | Δd2 = 0 <0.1 is imposed. In this case, the coupling efficiency η of the return light to the input
η|Δd2=0<0.1という条件を変形して、f1、f2av、Δf2が満たすべき条件を求めると、以下(数式11)のようになる。 When the condition of η | Δd2 = 0 <0.1 is modified and the conditions to be satisfied by f 1 , f 2av , and Δf 2 are obtained, the following (Formula 11) is obtained.
ここで、例えば、波長λ=1.5μm、ビームウエスト半径w=5μmとすると、|Δf2|>300(f2av)2/(f1)2[μm]となる。よって、例えば、f1=f2avであれば、|Δf2|>0.3[mm]であればORLを−30dB以下に抑えることができるとわかる。また、f2av/f1<1を満たすレンズを選べば、f2av/f1の2乗で|Δf2|の下限値が決まるので、より小さな非点収差を伴う非対称レンズ42であっても−30dB以下のORLが達成できる。
Here, for example, assuming that the wavelength λ = 1.5 μm and the beam waist radius w = 5 μm, | Δf 2 |> 300 (f 2av ) 2 / (f 1 ) 2 [μm]. Therefore, for example, if f 1 = f 2av , it can be seen that ORL can be suppressed to −30 dB or less if | Δf 2 |> 0.3 [mm]. Further, if a lens satisfying f 2av / f 1 <1 is selected, the lower limit value of | Δf 2 | is determined by the square of f 2av / f 1 , so even an
より望ましい場合として、|Δd2/f2mer(sag)|<<1、|Δf2/f2mer(sag)|<<1、かつ、f2av/L<<1が満たされる場合を考える。これは、非対称レンズ42の位置ずれが非対称レンズ42の子午面200(もしくは球欠面300)における焦点距離よりも十分に小さく、非対称レンズ42の子午面200における焦点距離と球欠面300における焦点距離の差が非対称レンズ42の子午面200(もしくは球欠面300)における焦点距離よりも十分に小さく、かつ、非対称レンズ42の平均焦点距離が非対称レンズ42の主面からコリメート光学系20の主面までの距離より十分に小さい場合を意味する。この場合、ηmer(もしくはηsag)中の(mmer+(mmer)−1)2の項が1より大きくなり、入力光学系10への戻り光の結合効率ηはさらに小さくなる。
As a more desirable case, let us consider a case where | Δd 2 / f 2mer (sag) | << 1, | Δf 2 / f 2mer (sag) | << 1 and f 2av / L << 1. This is because the position shift of the
具体的には、L>f1+6f2av程度であれば、倍率mの寄与も加わって、入力光学系10への戻り光の結合効率ηはさらに小さくなる。もっとも、|Δd2/f2mer(sag)|<<1、|Δf2/f2mer(sag)|<<1、かつ、f2av/L〜1の場合であっても、f1、f2av、Δf2が数式11の関係を満たせばORLを−30dB以下に抑えることができる。L>f1+6f2avという条件(f2av/L<<1という条件)が満たされれば、ORLをさらに低減させることができるのであって、この条件が満たされなければORLを−30dB以下に低減させることができないということではない。
Specifically, if L> f 1 + 6f 2av , the contribution of magnification m is added, and the coupling efficiency η of the return light to the input
従来、複数の光線を受光する受光モジュールでは、各光線についての各光学系の位置合わせの公差が厳しく制限されていた。例えば、4波多重方式の光通信で用いられる受光モジュールであれば、1つの光線を扱う場合に比べておおよそ4倍の部品について位置合わせが必要とされる。そのため、公差の累積により、各光学系の位置についての公差がより厳しく制限されることになる。従って、多重方式で扱う光信号の数が増すほど、十分に小さなORLと、十分に大きな受光効率とを、各光学系の位置を調整することによって両立させることは困難だった。しかし、本実施形態に係る受光モジュール1によれば、数式11の条件を満たせば十分に小さなORLを達成できる。そのため、本実施形態に係る受光モジュール1は、多重方式の光信号を受光する場合に好適といえる。本発明に係る受光モジュールは、本実施形態に係る受光モジュール1のように、多重方式の光信号を扱う受光モジュールに限定されることはなく、1単位の光学系(入力光学系10、コリメート光学系20、集光光学系40、受光器50)を含み、1つの光線(1つの光信号)を受光する受光モジュールであってもよい。もっとも、多重方式の光信号を扱う場合、各光学系の位置についての公差がより厳しく制限されることとなるため、本発明は多重方式の光信号を受光する受光モジュールの場合により大きな効果を奏する。
Conventionally, in a light receiving module that receives a plurality of light beams, the tolerance of alignment of each optical system for each light beam has been severely limited. For example, in the case of a light receiving module used in four-wave multiplex optical communication, alignment is required about four times as many parts as in the case of handling one light beam. For this reason, the tolerances on the positions of the optical systems are more strictly limited due to the accumulation of tolerances. Therefore, as the number of optical signals handled by the multiplexing system increases, it has been difficult to achieve both a sufficiently small ORL and a sufficiently large light receiving efficiency by adjusting the position of each optical system. However, according to the
以上の説明において、ビームはシングルモードであるとして考えたが、マルチモードであればビームウエスト半径w等がモードの数だけ存在することになり、各モードについての結合効率の値を、それらの寄与度をかけて総和したものがマルチモードビーム全体の結合効率となる。従って、以上の解析をマルチモードの場合にも適用することができる。 In the above description, the beam is considered to be a single mode. However, if it is a multi-mode, there are as many beam waist radii w as the number of modes, and the coupling efficiency value for each mode is determined by their contribution. The sum total over time is the coupling efficiency of the entire multimode beam. Therefore, the above analysis can also be applied to the multimode.
なお、反射戻り光をさらに低減させるために、入力光学系10を構成する光ファイバの端面を囲むように、円形のいわゆるアパーチャを配置することとしてもよい。そのような構成を採用した場合、アパーチャによって戻り光の一部を遮光することができるため、ORLをさらに低減することができる。
In order to further reduce the reflected return light, a circular so-called aperture may be arranged so as to surround the end face of the optical fiber constituting the input
また、入力光学系10を構成する光ファイバの端面を、光ファイバの中心軸と直交する面から測って6〜8°傾くように斜めにカットすることとしてもよい。その場合、光ファイバからの出射光の光軸は2.7〜3.8°傾くことになり、光ファイバをコリメート光学系20の主面に沿った方向にずらして配置することで、光ファイバ自体での反射戻り光を抑制することができ、さらにORLを低減させることができる。
Further, the end face of the optical fiber constituting the input
なお、本実施形態において用いるレンズとしては、球面レンズや非球面レンズの他、回折レンズ、屈折率分布レンズ、ホログラムレンズ、プラズモンやポラリトンといった共鳴現象を用いたレンズ等、レンズとしての集光作用を持つものならどのようなものでも用いることができる。また、それらのレンズの組合せを用いることとしてもよい。 In addition, as a lens used in this embodiment, in addition to a spherical lens and an aspherical lens, a condensing function as a lens, such as a diffraction lens, a refractive index distribution lens, a hologram lens, a lens using a resonance phenomenon such as plasmon or polariton, etc. Anything you have can be used. A combination of these lenses may be used.
受光器50を構成する受光素子については、本実施形態ではフォトダイオードを用いることとしたが、導波路や導光路を備えた光素子を用いることとしてもよい。その場合、受光モジュール1は、筐体の外に光信号を出力するものとなり、反射戻り光を生じる反射面は、導波路や導光路を備えた光素子の端面となる。
As the light receiving element constituting the
また、非点収差の大きさΔf2については、大きければ大きい程ORLを低減させることができるが、あまりに大きければ受光器50に対する光の結合効率が低下してしまう。そのため、Δf2は、受光器50に向かって収束する収束光のレーリー長(収束するガウシアンビームの半径が2−1/2倍になる距離、zR=πw2/λ)程度かそれ以下にすることが望ましい。
As for the astigmatism magnitude Δf 2 , the ORL can be reduced as the magnitude of the astigmatism increases. However, if the magnitude is too large, the light coupling efficiency with respect to the
[第2の実施形態]
図7は、本発明の第2の実施形態に係る受光モジュール1に含まれる光学系を示す図である。本実施形態に係る受光モジュール1も分波器30を含むものであるが、第1の実施形態と同様、図7では分波器30を記載せず、入力光学系10から受光器50に至る一単位の光学系のみを示している。図7には、入力光学系10、コリメート光学系20、集光光学系40としての対称レンズ44a及び非対称光学系46、及び受光器50を示している。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a diagram showing an optical system included in the
第1の実施形態と第2の実施形態の違いは、集光光学系40の構成にある。第2の実施形態では、集光光学系40は、対称レンズ44a及び非対称光学系46より構成される。対称レンズ46aは、例えば球面両凸レンズであり、非点収差を伴わない通常のレンズである。対称レンズ46aは、光軸に関して対称なレンズである。非対称光学系46としては、以下に示す具体例のうちいずれかを採用するものとする。
The difference between the first embodiment and the second embodiment is the configuration of the condensing
図8は、非対称光学系46の第1の具体例である、シリンドリカルレンズ46aの斜視図である。図8では、シリンドリカル46aの子午面200(図中のx−y平面)、及び球欠面300(図中のx−z平面)を仮想的に図示している。シリンドリカル46aに対称レンズ44aで集光された光が入射すると、子午面200においては光がさらに収束され、球欠面300においては収束も拡散もされずにそのまま出射されることとなる。結果として、対称レンズ44a及びシリンドリカル46aで構成される集光光学系40を通過した光は、子午面200における焦点距離が球欠面300における焦点距離よりも小さくなり、両焦点距離は一致しないこととなる。そのため、第1の実施形態で説明したのと同じ理由によって、入力光学系10への戻り光の結合効率ηを低減させることができ、ORLを−30dB以下に抑えることができる。
FIG. 8 is a perspective view of a
図9は、非対称光学系46の第2の具体例である、透明平板46bの斜視図である。図9においても、透明平板46bの子午面200(図中のx−y平面)、及び球欠面300(図中のx−z平面)を仮想的に図示している。透明平板46bは、コリメート光学系20から出射されたコリメート光の進行方向に斜交するように配置されている。言い換えると、透明平板46bは、球欠面300に対してθ(0<θ<π/2)傾いて配置されている。そのため、対称レンズ44aで集光された光が入射すると、子午面200においては光がさらに収束され、球欠面300においては収束も拡散もされずにそのまま出射されることとなり、対称レンズ44a及び透明平板46bで構成される集光光学系40を通過した光は、子午面200における焦点距離が球欠面300における焦点距離よりも小さくなり、第1の実施形態で説明したのと同じ理由によって、入力光学系10への戻り光の結合効率ηを低減させることができ、ORLを−30dB以下に抑えることができる。
FIG. 9 is a perspective view of a transparent
[第3の実施形態]
図10は、本発明の第3の実施形態に係る受光モジュール1に含まれる光学系を示す図である。本実施形態に係る受光モジュール1も分波器30を含むものであるが、第1の実施形態と同様、図10では分波器30を記載せず、入力光学系10から受光器50に至る一単位の光学系のみを示している。図10には、入力光学系10、コリメート光学系20、集光光学系40としての対称レンズ44a及び非対称片凸レンズ48、及び受光器50を示している。非対称片凸レンズ48は、受光器50の採光面に貼り付けられている。
[Third Embodiment]
FIG. 10 is a diagram showing an optical system included in the
ここで、入力光学系10を構成する光ファイバの端面からコリメート光学系20の主面までの距離はd1、コリメート光学系20の主面から対称レンズ44aの主面までの距離はL、対称レンズ44aの主面から非対称片凸レンズ48の主面までの距離はd3、非対称片凸レンズ48の主面から受光器50の受光面までの距離はdである。また、コリメート光学系20を構成する両凸レンズの入力光学系10側の焦点距離はf1であり、対称レンズ44aの受光器50側焦点距離はf3であるとする。さらに、非対称片凸レンズ48の子午面内における受光器50側の焦点距離はf4merであり、非対称片凸レンズ48の球欠面内における受光器50側の焦点距離はf4sagであるとする。ここで、非対称片凸レンズ48の子午面内における受光器50側の焦点距離と球欠面内における受光器50側の焦点距離の平均焦点距離をf4av=(f4mer+f4sag)/2と表し、非対称片凸レンズ48の子午面内における受光器50側の焦点距離と球欠面内における受光器50側の焦点距離の差をΔf4=f4mer−f4sagと表すこととする。
Here, the distance from the end face of the optical fiber constituting the input
本実施形態における入力光学系10への戻り光の結合効率ηを求めるには、各光学系における光の変換行列M20←10、M44a←20、M50←48←44a mer(sag)、M44a←48←50 mer(sag)、M20←44a、M10←20を知る必要がある。ここで、M20←10及びM10←20は、それぞれ数式2及び数式7と同じである。また、M44a←20=M42←20(数式3)であり、M20←44a=M20←42(数式6)である。残りについては、以下(数式12及び13)を計算することで求められる。
In order to obtain the coupling efficiency η of the return light to the input
以上の6つの変換行列をかけ合わせることで、入力光学系10から出射される(hin,αin)tという光が、子午面200及び球欠面300のそれぞれで、どのような位置及び角度で入力光学系10に戻るかを表す(hback mer(sag),αback mer(sag))tという値を以下(数式14)のように求めることができる。
By multiplying the above six transformation matrices, the position and angle of the light (h in , α in ) t emitted from the input
入力光学系10への戻り光の結合効率ηは、第1の実施形態の場合と同様に、η=(ηmerηsag)1/2で求められる。ここで、ηmerは数式9によって求めることができ、ηsagについても同様である。hin=0として、d3=(f3−f4avd/(f4av−d))+Δd3とおき、Δd3の1次までを残すこととし、非対称片凸レンズ48の子午面200における焦点距離f4mer=f4av+Δf4/2、及び球欠面300における焦点距離f4sag=f4av−Δf4/2について、それぞれΔf4の1次までを残すこととすると、第1の実施形態の場合と同様の解析を行うことになる。なお、d3=(f3−f4avd/(f4av−d))であれば、収束光の子午面200における焦点位置と球欠面300における焦点位置の中間位置が、受光器50の受光面の位置に一致することとなる。ただし、対称レンズ44a及び非対称片凸レンズ48の合成光学系が正の実効焦点距離を有するために、f4av>dである必要がある。
The coupling efficiency η of the return light to the input
ここで、|Δd3/f4mer(sag)|<<1、|Δd3/f3|<<1、|Δf4/f4mer(sag)|<<1、|Δf4/f3|<<1、かつ、f3/L〜1の場合を考える。これは、対称レンズ44aの位置ずれが非対称片凸レンズ48の子午面200(もしくは球欠面300)における焦点距離、及び対称レンズ44aの焦点距離よりも十分に小さく、非対称片凸レンズ48の子午面200における焦点距離と球欠面300における焦点距離の差が非対称片凸レンズ48の子午面200(もしくは球欠面300)における焦点距離、及び対称レンズ44aの焦点距離よりも十分に小さく、かつ、対称レンズ44aの焦点距離が対称レンズ44aの主面からコリメート光学系20の主面までの距離と同程度である場合を意味する。このような場合に、η|Δd3=0に上限値を課して、f1、f3、f4av、Δf4、dが満たすべき条件を求める。本実施形態においても、受光器50の受光面で1%程度の光が反射されるから、ORLが−30dB以下となる条件としてη|Δd3=0<0.1を課す。その場合、f1、f4av、Δf4、dが満たすべき条件は以下(数式15)のようになる。
Here, | Δd 3 / f 4mer (sag) | << 1, | Δd 3 / f 3 | << 1, | Δf 4 / f 4mer (sag) | << 1, | Δf 4 / f 3 | < Consider the case of <1 and f 3 / L˜1. This is because the displacement of the
ここで、0<(f4av−d)/d<1となるように非対称片凸レンズ48を選べば、(f4av−d)2/d2の項は|Δf4|の下限値を小さくする役割を果たし、より小さな非点収差を伴う非対称片凸レンズ48であっても、ORLを−30dB以下とすることができるようになる。また、f3/f1<1を満たすレンズを選ぶことでも、より小さな非点収差を伴う非対称片凸レンズ48であっても、ORLを−30dB以下とすることができるようになる。
Here, if the asymmetrical single-
より望ましい場合として、|Δd3/f4mer(sag)|<<1、|Δd3/f3|<<1、|Δf4/f4mer(sag)|<<1、|Δf4/f3|<<1、かつ、f3/L<<1が満たされる場合を考える。これは、対称レンズ44aの位置ずれが非対称片凸レンズ48の子午面200(もしくは球欠面300)における焦点距離、及び対称レンズ44aの焦点距離よりも十分に小さく、非対称片凸レンズ48の子午面200における焦点距離と球欠面300における焦点距離の差が非対称片凸レンズ48の子午面200(もしくは球欠面300)における焦点距離、及び対称レンズ44aの焦点距離よりも十分に小さく、かつ、対称レンズ44aの焦点距離が対称レンズ44aの主面からコリメート光学系20の主面までの距離よりも十分に小さい場合を意味する。この場合、第1の実施形態の場合と同様に、倍率mの寄与も加わって、入力光学系10への戻り光の結合効率ηはさらに小さくなる。
More desirably, | Δd 3 / f 4mer (sag) | << 1, | Δd 3 / f 3 | << 1, | Δf 4 / f 4mer (sag) | << 1, | Δf 4 / f 3 Consider a case where | << 1 and f 3 / L << 1 are satisfied. This is because the displacement of the
具体的には、L>f1+f3+5(f3)2(f4av−d)2/f4avd2程度であれば、倍率mの寄与も加わって、入力光学系10への戻り光の結合効率ηはさらに小さくなる。もっとも、|Δd3/f4mer(sag)|<<1、|Δd3/f3|<<1、|Δf4/f4mer(sag)|<<1、|Δf4/f3|<<1、かつ、f3/L〜1の場合であっても、f1、f4av、Δf4、dが数式15の条件を満たせばORLを−30dB以下に抑えることができる。L>f1+f3+5(f3)2(f4av−d)2/f4avd2という条件(f3/L<<1という条件)が満たされれば、ORLをさらに低減させることができるのであって、この条件が満たされなければORLを−30dB以下に低減させることができないということではない。
Specifically, if L> f 1 + f 3 +5 (f 3 ) 2 (f 4av −d) 2 / f 4av d 2 , the return light to the input
[第4の実施形態]
図11は、本発明の第4の実施形態に係る受光モジュール1に含まれる光学系を示す図である。第1−3の実施形態の場合をそれぞれ示す図3、図7、及び図10とは異なり、図11では分波器30を図示し、受光モジュール1に含まれる光学系の全体を示している。図11には、入力光学系10、コリメート光学系20、分波器30、集光光学系40としての一体型対称レンズ44b及び非対称片凸レンズ48、及び受光器50を示している。第4の実施形態では、集光光学系40として、一体型対称レンズ44b及び非対称片凸レンズ48を用いている。ここで、一体型対称レンズ44bは、分波器30で分波された複数の光線にまたがるように配置され、各光線が入射する部分に凸レンズが形成されるものである。かかる部分に両凸レンズが形成されるのが望ましい。一体型対称レンズ44bは、例えばポリカーボネート等の合成樹脂を射出成形することにより作成することができる。そのため、レンズを個別に作成する場合に比べて、安価かつ短時間に受光モジュール1の部品を作成することができるというメリットがある。また、4つの非対称片凸レンズ48がそれぞれ貼り付けられた4つの受光器50は、共通の台座に備えられている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 is a diagram showing an optical system included in the
本実施形態では、一体型対称レンズ44b、及び共通の台座に備えられた受光器50の採光面に貼り付けられた非対称片凸レンズ48を採用したことで、集光光学系40の位置をレンズ毎に合わせる必要がなくなっている。このような構成を採用することで、1単位の光学系を数式15の条件を満たすように調整すれば、4単位の光学系全てについて、ORLを−30dB以下にすることができる。
In this embodiment, the position of the condensing
この他に、非対称片凸レンズ48を用いず、一体型対称レンズ44bと、4つの受光器50にまたがるように配置したシリンドリカルレンズ46a、もしくは透明平板46bを用いることとしてもよい。また、4つの受光器50は、必ずしも共通の台座に備えられている必要はなく、それぞれ個別に位置合わせできるようにしてもよい。当然ながら、以上に説明した構成の組み合わせを用いることとしてもよいし、入力光学系10を構成する光ファイバの端面を囲うようにアパーチャを配置することとしてもよいし、入力光学系10を構成する光ファイバの端面を斜めにカットする構成を採用することとしてもよい。
In addition, instead of using the asymmetrical single
以上説明した受光モジュール1によれば、各光学系の位置の調整を精密に行わなくても、十分に小さなORLと、十分に大きな受光効率とを両立することができる受光モジュール1が提供される。
According to the
1 受光モジュール、5 光ファイバ、10 入力光学系、20 コリメート光学系、30 分波器、40 集光光学系、42 非対称レンズ、44a 対称レンズ、44b 一体型対称レンズ、46 非対称光学系、46a シリンドリカルレンズ、46b 透明平板、48 非対称片凸レンズ、50 受光器、100 光学系、200 子午面、300 球欠面。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記コリメート光を受けて、前記コリメート光を、非点収差を伴う収束光に変換する、1又は複数のレンズを含む集光光学系と、
前記収束光を受光する受光部と、
を備えることを特徴とする受光モジュール。 A collimating optical system including one or a plurality of lenses that receives input light from the input optical system and converts the input light into collimated light;
A condensing optical system including one or a plurality of lenses that receives the collimated light and converts the collimated light into convergent light with astigmatism;
A light receiving unit for receiving the convergent light;
A light receiving module comprising:
前記集光光学系は、
非点収差を生じる非対称レンズを含む、
ことを特徴とする受光モジュール。 The light receiving module according to claim 1,
The condensing optical system is
Including asymmetric lenses that produce astigmatism,
A light receiving module characterized by that.
前記集光光学系は、
前記コリメート光を収束させる対称レンズと、
前記対称レンズで収束させた光を、非点収差を伴わせてさらに収束させる非対称片凸レンズと、を含み、
前記非対称片凸レンズは、前記受光部の採光面に貼り付けられている、
ことを特徴とする受光モジュール。 The light receiving module according to claim 1,
The condensing optical system is
A symmetric lens for converging the collimated light;
An asymmetrical single convex lens that further converges the light converged by the symmetric lens with astigmatism, and
The asymmetrical single convex lens is affixed to the daylighting surface of the light receiving unit,
A light receiving module characterized by that.
前記集光光学系は、
シリンドリカルレンズを含む、
ことを特徴とする受光モジュール。 The light receiving module according to claim 1,
The condensing optical system is
Including cylindrical lenses,
A light receiving module characterized by that.
前記集光光学系は、
前記コリメート光の進行方向と斜交するように配置された透明平板を含む、
ことを特徴とする受光モジュール。 The light receiving module according to claim 1,
The condensing optical system is
Including a transparent flat plate arranged obliquely with the traveling direction of the collimated light,
A light receiving module characterized by that.
前記入力光が、波長λ、ビームウエスト半径wのガウシアンビームで近似される光である場合に、
前記コリメート光学系の前記入力光学系側焦点距離f1と、
前記非対称レンズの子午面内における前記受光部側焦点距離と球欠面内における前記受光部側焦点距離の平均焦点距離f2avと、
前記非対称レンズの子午面内における前記受光部側焦点距離と球欠面内における前記受光部側焦点距離の差Δf2とが、
|Δf2|>6πw2(f2av)2/λ(f1)2を満たす関係にある、
ことを特徴とする受光モジュール。 The light receiving module according to claim 2,
When the input light is light approximated by a Gaussian beam having a wavelength λ and a beam waist radius w,
The input optical system side focal length f 1 of the collimating optical system;
An average focal length f 2av of the light receiving unit side focal length in the meridional surface of the asymmetric lens and the light receiving unit side focal length in the spherical surface ,
A difference Δf 2 between the light receiving unit side focal length in the meridional plane of the asymmetric lens and the light receiving unit side focal length in the spherical surface is,
| Δf 2 |> 6πw 2 (f 2av ) 2 / λ (f 1 ) 2
A light receiving module characterized by that.
前記入力光が、波長λ、ビームウエスト半径wのガウシアンビームで近似される光であり、
前記非対称片凸レンズの主面から前記受光部の受光面までの距離がdである場合に、
前記コリメート光学系の前記入力光学系側焦点距離f1と、
前記対称レンズの前記受光部側焦点距離f3と、
前記非対称片凸レンズの子午面内における前記受光部側焦点距離と球欠面内における前記受光部側焦点距離の平均焦点距離f4avと、
前記非対称片凸レンズの子午面内における前記受光部側焦点距離と球欠面内における前記受光部側焦点距離の差Δf4とが、
|Δf4|>6πw2(f3)2(f4av−d)2/λ(f1)2d2を満たす関係にある、
ことを特徴とする受光モジュール。 The light receiving module according to claim 3,
The input light is light approximated by a Gaussian beam having a wavelength λ and a beam waist radius w;
When the distance from the main surface of the asymmetrical single convex lens to the light receiving surface of the light receiving unit is d,
The input optical system side focal length f 1 of the collimating optical system;
And the light receiving unit side focal length f 3 of the symmetrical lens,
An average focal length f 4av of the light receiving unit side focal length in the meridional surface of the asymmetrical convex lens and the light receiving unit side focal length in the spherical surface ,
A difference Δf 4 between the light receiving unit side focal length in the meridional plane of the asymmetrical single convex lens and the light receiving unit side focal length in the spherical surface is,
| Δf 4 |> 6πw 2 (f 3 ) 2 (f 4av −d) 2 / λ (f 1 ) 2 d 2
A light receiving module characterized by that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015014117A JP2016139716A (en) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | Light receiving module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015014117A JP2016139716A (en) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | Light receiving module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016139716A true JP2016139716A (en) | 2016-08-04 |
Family
ID=56560478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015014117A Pending JP2016139716A (en) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | Light receiving module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016139716A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022144999A1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 | 株式会社エンプラス | Optical receptacle and optical module |
-
2015
- 2015-01-28 JP JP2015014117A patent/JP2016139716A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022144999A1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 | 株式会社エンプラス | Optical receptacle and optical module |
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