JP2018066771A - Coupling lens and laser optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、レーザ光源から射出されたレーザ光線を結合レンズで光ファイバに結合させるレーザ光学系および結合レンズに関する。 The present disclosure relates to a laser optical system and a coupling lens that couple a laser beam emitted from a laser light source to an optical fiber with a coupling lens.
本開示におけるレーザ光学系は、レーザ光源から出力された結合レンズを介して光ファイバに結合させる光学系を示す。レーザ光学系は、レーザ光源、結合レンズ、光ファイバと基台を有する。レーザ光源、結合レンズ、光ファイバは、それぞれの光軸が一致するように、基台上に配置される。 The laser optical system in the present disclosure indicates an optical system that is coupled to an optical fiber via a coupling lens output from a laser light source. The laser optical system includes a laser light source, a coupling lens, an optical fiber, and a base. The laser light source, the coupling lens, and the optical fiber are arranged on the base so that their optical axes coincide.
従来、このようなレーザ光学系に用いられる結合レンズは、光軸方向の平面視において外形が四角形となる構造が検討されている。つまり、この結合レンズは、本体部の入射側の主面及び出射側の主面にレンズ部が配置され、本体部の外形は、光軸方向から見た平面視において四角形であり、本体部の一つの側面が、基台に接続される実装面となる。 Conventionally, a coupling lens used in such a laser optical system has been studied for a structure having a quadrangular outer shape in plan view in the optical axis direction. That is, in this coupling lens, lens portions are arranged on the main surface on the incident side and the main surface on the emission side of the main body portion, and the outer shape of the main body portion is a quadrangle in a plan view when viewed from the optical axis direction. One side surface is a mounting surface connected to the base.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1から3が知られている。
For example,
このようなレーザ光学系を組み立てる場合、例えば、基台の上にレーザ光源と光ファイバを所定の位置に配置する。次に、レーザ光源と光ファイバの間に結合レンズを配置する。結合レンズの位置決めは、レーザ光源から射出された光線が光ファイバに集光する結合効率を確認しながら位置決めを行う。実際の結合レンズの位置決め作業は、基台の実装領域に接着剤を塗布した後に、マウンターにより位置決めを行い、基台の上に結合レンズが接続される。なお、接着剤は、温度や湿度などの環境条件により膨張や収縮が生じ、レーザ光学系における結合効率の低下に繋がる。したがって、この接着剤の形状変化の影響を低減するために接着剤は極力少なくする必要がある。 When assembling such a laser optical system, for example, a laser light source and an optical fiber are arranged at predetermined positions on a base. Next, a coupling lens is disposed between the laser light source and the optical fiber. The coupling lens is positioned while confirming the coupling efficiency for converging the light beam emitted from the laser light source onto the optical fiber. In actual positioning of the coupling lens, an adhesive is applied to the mounting area of the base, and then positioning is performed by the mounter, and the coupling lens is connected on the base. Note that the adhesive expands and contracts due to environmental conditions such as temperature and humidity, leading to a decrease in coupling efficiency in the laser optical system. Therefore, it is necessary to reduce the adhesive as much as possible in order to reduce the influence of the shape change of the adhesive.
一方、結合レンズを実装した際に、実装面に対する接着剤の回り込みが不十分であると基台に対して結合レンズが転倒しやすい不安定な状態となる。したがって、接着剤を少量化する場合、結合レンズを基台に位置決めしてから、実装面に接着剤を十分に回り込ませる間、結合レンズをマウンターで支持しなければならない。つまり、レーザ光学系の組み立て時間が長くなってしまうという問題があった。 On the other hand, when the coupling lens is mounted, if the adhesive does not sufficiently wrap around the mounting surface, the coupling lens is likely to fall over the base. Accordingly, when the amount of the adhesive is reduced, the coupling lens must be supported by the mounter while the coupling lens is positioned on the base and the adhesive is sufficiently wrapped around the mounting surface. That is, there is a problem that the assembly time of the laser optical system becomes long.
本開示は、このような問題を解決し、レーザ光学系の生産性を高めることを目的とする。 The present disclosure aims to solve such problems and increase the productivity of laser optical systems.
本開示における結合レンズの一態様は、四角柱状の本体部と、本体部の第一の主面に配置された第一のレンズ部と、本体部における第一の主面と背向する第二の主面に配置され
た第二のレンズ部と、を備え、本体部における第一の側面は、第一の主面と直交する平坦な実装面を有し、本体部における第一の側面と直交する側面を第二の側面6dとし、第二の側面6dと直交する方向を第一の方向として、第一の方向における実装面の幅が、第一の方向における本体部の幅の5割から8割の範囲にされている。
One aspect of the coupling lens in the present disclosure includes a quadrangular prism-shaped main body portion, a first lens portion disposed on the first main surface of the main body portion, and a second back facing the first main surface of the main body portion. A second lens portion disposed on the main surface of the main body portion, the first side surface of the main body portion has a flat mounting surface orthogonal to the first main surface, and the first side surface of the main body portion, The width of the mounting surface in the first direction is 50% of the width of the main body in the first direction, with the side surface orthogonal to the
本開示におけるレーザ光学系の一態様は、基台と、基台の上に配置されたレーザ光源と、基台の上であって、レーザ光源から射出される光線の光軸上に配置された結合レンズと、基台の上であって、光軸上に配置された光ファイバと、を備え、結合レンズは、四角柱状の本体部と、本体部の第一の主面に配置された第一のレンズ部と、本体部における第一の主面と背向する第二の主面に配置された第二のレンズ部と、を備え、本体部における第一の側面は、第一の主面と直交する平坦な実装面を有し、本体部における第一の側面と直交する側面を第二の側面とし、第二の側面と直交する方向を第一の方向とし、第一の方向における実装面の幅が、第一の方向における本体部の幅の5割から8割の範囲に設定されている。 An aspect of the laser optical system according to the present disclosure includes a base, a laser light source disposed on the base, and the base on the optical axis of the light beam emitted from the laser light source. A coupling lens and an optical fiber disposed on the base and on the optical axis, wherein the coupling lens is a quadrangular columnar main body and a first main surface disposed on the first main surface of the main body. One lens portion and a second lens portion disposed on a second main surface facing away from the first main surface of the main body portion, and the first side surface of the main body portion is the first main surface A flat mounting surface orthogonal to the surface, the side surface orthogonal to the first side surface in the main body portion is the second side surface, the direction orthogonal to the second side surface is the first direction, in the first direction The width of the mounting surface is set in the range of 50% to 80% of the width of the main body in the first direction.
この構成により、レーザ光学系の生産性を高めることができる。 With this configuration, the productivity of the laser optical system can be increased.
以下、本開示の一実施の形態について図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present disclosure. Accordingly, the shapes, materials, components, arrangement of components, connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present disclosure. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.
図1は、レーザ光源1から射出された光線2を光ファイバ3に結合させるレーザ光学系100である。レーザ光学系100は、例えば、光通信システムに用いられる。レーザ光学系100は、基台4の上にレーザ光源1、結合レンズ5、光ファイバ3を配置することで構成される。
FIG. 1 shows a laser
基台4はシリコン基板で構成される。基台4におけるレーザ光源1が配置される部分は、上方に突出した光源用台座部4aが設けられている。光源用台座部4aの高さは、レーザ光源1と結合レンズ5と高さ方向において光軸2aが一致するように設定されている。基台4における光ファイバ3が配置される部分は、上方に突出した光ファイバ用台座部4bが設けられている。光ファイバ用台座部4bの上部にはV字状の溝(特に図示せず)が設けられている。V字状の溝に光ファイバ3を配置することで、光ファイバ3を光軸2aの高さに位置決めされる。
The
レーザ光源1は、レーザダイオードを用いることができる。例えば、レーザ光学系10
0を光通信システムにおける送信システムに用いる場合、レーザ光源1から射出される光線の波長は1310nmに設定される。レーザ光学系100を光通信システムにおける送信システムに用いる場合、レーザ光源1から射出される光線の波長は1550nmに設定される。
The
When 0 is used for a transmission system in an optical communication system, the wavelength of light emitted from the
結合レンズ5は、四角柱状の本体部6と、本体部6におけるレーザ光源1に面する第一の主面6aに配置した第一のレンズ部7と、本体部6における光ファイバ3に面する第二の主面6bに配置した第二のレンズ部8とを有する。図2に結合レンズ5を光軸方向から見た正面図を示す。本体部6は、第一の主面6a、第二の主面6b及び第一から第四の側面6c〜6fを有する。本体部6において第一の主面6aと第二の主面6bは背向する。第一の側面6cは、図3に示すように平坦な実装面9を有する。図3は、結合レンズ5の下面図である。実装面9は基台4に接着される領域である。第二の側面6dは第一の側面6cと直交する。第三の側面6eは第一の側面6cと直交し、第二の側面6dと背向する。第四の側面6fは第一の側面6cと背向する。
The
また、図2における破線7aは第一のレンズ部7と第一の主面6aの境界を示す。実線8aは第二のレンズ部8と第二の主面6bの境界を示す。これらの境界は円形状となっており、この境界を示す円の直径を加工径と呼ぶ。結合レンズ5における本体部6は、四角柱形状である。ただし、本体部6における面と面の接続部分は、いずれも曲面により接続されている。なお、本体部6における面と面との接続部分とは、例えば、第一の主面6aと第一の側面6cの稜線にあたる部分や、第一の側面6cと第二の側面6dの稜線にあたる部分を示す。本開示における四角柱形状という表現は、本体部6における稜線部が曲面である形状を示している。また、第一の主面6aおよび第二の主面6bは、稜線部の曲面を除き平坦面である。なお、本体部6の大きさは、例えば、高さHが1mm、幅Wが1mm、厚みDが0.47mmである。また、第一の主面6aにおける加工径Aは0.6mm、第二の主面6bにおける加工径Bは0.74mmである。実装面9における光軸方向の幅W1は0.65mm、光軸2aと直交する方向の幅W2は0.38mmである。なお光軸2aに直交する方向は、第二の側面6dに直交する方向と同じである。結合レンズ5は、図3に示すように、本体部6から突出する第二のレンズ部8の突出量が、第一のレンズ部7の突出量より大きい。
Moreover, the
なお、この本体部6の稜線部を曲面としている理由は、結合レンズ5の製造方法に起因する。次に、結合レンズ5の製造方法について説明する。
The reason why the ridge line portion of the
図4は結合レンズ5の成形工程を示す模式図である。プレス成形機は、下金型20と上金型21と胴型22とを有する。下金型20の上面は結合レンズ5における第二の主面6bを転写する成形面20aを有する。上金型21の上面は結合レンズ5における第一の主面6aを転写する成形面を有する。胴型22は四角形状の貫通孔を有する。下金型20は、胴型22の下側から挿入され固定される。上金型21は、胴型22の上端から摺動可能に挿入される。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a molding process of the
結合レンズ5のプレス成形は、先ず、下金型20と胴型22で形成される空間に硝材30を配置する。硝材30は球状に加工した光学ガラスからなる。次いで、胴型22の上端から上金型21を挿入する。この状態で硝材30を加熱し昇温させる。硝材30が熱点移転温度以上の成形可能温度範囲まで昇温してから上金型21を下方に摺動させ硝材30を変形させる。上金型21と下金型20の間隔が所望の値に達した時点で上金型21の摺動を停止する。上金型21の位置を保ったまま硝材30を冷却する。硝材30がプレス成形機から取り出し可能な温度まで降温したら上金型21を上方に摺動させ硝材30をプレス成形機から取り出す。なお、プレス成形された硝材30は、結合レンズ5を意味する。
In press molding of the
このようなプレス成形工程では、硝材30の体積をプレス成形空間の体積に対して小さく設定することが重要である。なお、プレス成形空間とは、上金型21と下金型20の間隔が所望の値に達した時点における上金型21、下金型20および胴型22で囲まれた空間を意味する。硝材30の体積がプレス成形空間の体積より大きい場合、上金型21と胴型22の間や下金型20と胴型22の間の隙間に硝材30の余剰部分が入り込む。この余剰部分の入り込みは、上金型21の摺動や型開きの不良を引き起こす原因となる。したがって、加工バラツキを含めて硝材30の余剰部分が発生しないように、硝材30の体積を、予めプレス成形空間の体積より体積を小さく設定している。このように、硝材30の体積がプレス成形空間の体積より小さく設定されたことで、上述した胴型22と接する上金型21の外周部分や、胴型22と接する下金型20の外周部分に硝材30が回り込まなくなる。この結果、プレス成形された結合レンズ5における本体部6の稜線部が曲面形状となる。本体部6の稜線部の曲面は、成形面が転写されていない自由曲面である。また、この稜線部の曲面の占める割合は硝材30の体積により調節することが出来る。
In such a press molding process, it is important to set the volume of the
そして、この結合レンズ5では、第二の側面6dと直交する方向における実装面9の幅が、第二の側面6dと直交する方向における前記本体部6の幅の5割以上かつ8割以下の範囲に設定されている。このように実装面9の幅を規定することによりレーザ光学系100の生産性を高めることができる。
In this
すなわち、結合レンズ5における実装面9の幅を小さくすることで実装面9の面積が小さくなる。実装面9の面積が小さくなることで、基台4に対する接着の際の接着剤が回り込むのに必要な時間が短くなる。したがって、マウンターによる結合レンズ5を支持する時間が短縮され生産性が高められる。なお、実装面9の幅を本体部6の幅の8割以上とすれば、実装面9の面積の削減効果が十分でない。また、実装面9の幅を本体部6の幅の5割未満とすれば、実装面9の面積の小さくなりすぎて、結合レンズ5を基台4に接着した際の安定性が悪くなる。
That is, the area of the mounting surface 9 is reduced by reducing the width of the mounting surface 9 in the
また、この結合レンズ5では、第二のレンズ部8の加工径Bが第一のレンズ部7の加工径Aより大きい。この構成に基づいて、加工径Bの上限を実装面9の幅W1により制限している。加工径Bは、プレス成形機における下金型20の耐久性に影響を及ぼす要素である。下金型20の成形面20aには、第二のレンズ部8に相当するお椀型の凹部が形成される。したがって、加工径Bが大きいと、凹部の開口端から上金型21外周までの距離が小さくなる。この結果、上金型21の耐久性が低下してしまう。一方で、本開示によれば、上述したように、実装面9の幅W1が本体部6の幅Wの8割以下かつ5割以上に限定されている。よって、実装面9の幅W1は加工径Bにより制限されるので、金型耐久性を確保することができる。なお、第二のレンズ部8の加工径Bが第一のレンズ部7の加工径Aより小さい場合、第一のレンズ部7の加工径Aを実装面9の幅W1より小さくすればよい。また、第一のレンズ部7の加工径Aと第二のレンズ部8の加工径Bが等しい場合、第一のレンズ部7の加工径Aおよび第二のレンズ部8の加工径Bの両方をともに実装面9の幅W1より小さくすればよい。
In the coupled
本開示における結合レンズおよびレーザ光学系は、例えばQFSP(Quad Small Form−factor Pluggable)などの小型の光通信システム用途において有用である。 The coupling lens and the laser optical system according to the present disclosure are useful in a small optical communication system application such as a QFSP (Quad Small Form-factor Pluggable).
1 レーザ光源
2a 光軸
3 光ファイバ
4 基台
5 結合レンズ
6 本体部
6a 第一の主面
6b 第二の主面
6c 第一の側面
6d 第二の側面
7 第一のレンズ部
8 第二のレンズ部
9 実装面
100 レーザ光学系
A、B 加工径
W 本体部の幅
W1 実装面の幅
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記本体部の第一の主面に配置された第一のレンズ部と、
前記本体部における前記第一の主面と背向する第二の主面に配置された第二のレンズ部と、を備え、
前記本体部における第一の側面は、前記第一の主面と直交する平坦な実装面を有し、
前記本体部における前記第一の側面と直交する側面を第二の側面とし、
前記第二の側面と直交する方向を第一の方向とし、
前記第一の方向における前記実装面の幅が、前記第一の方向における前記本体部の幅の5割から8割の範囲に設定された、
結合レンズ。 A quadrangular prism main body,
A first lens portion disposed on a first main surface of the main body portion;
A second lens portion disposed on the second main surface facing away from the first main surface in the main body portion, and
The first side surface of the main body has a flat mounting surface orthogonal to the first main surface,
A side surface orthogonal to the first side surface in the main body portion is a second side surface,
The direction perpendicular to the second side surface is the first direction,
The width of the mounting surface in the first direction is set in a range of 50% to 80% of the width of the main body in the first direction.
Combined lens.
前記第一の方向における前記実装面の幅が、前記第二のレンズ部の加工径より小さい、
請求項1に記載の結合レンズ。 The processing diameter of the second lens portion is larger than the processing diameter of the first lens,
A width of the mounting surface in the first direction is smaller than a processing diameter of the second lens portion;
The coupling lens according to claim 1.
前記基台の上に配置されたレーザ光源と、
前記基台の上であって、前記レーザ光源から射出される光線の光軸上に配置された結合レンズと、
前記基台の上であって、前記光軸上に配置された光ファイバと、
を備え、
前記結合レンズは、
四角柱状の本体部と、
前記本体部の第一の主面に配置された第一のレンズ部と、
前記本体部における前記第一の主面と背向する第二の主面に配置された第二のレンズ部と、を備え、
前記本体部における第一の側面は、前記第一の主面と直交する平坦な実装面を有し、
前記本体部における前記第一の側面と直交する側面を第二の側面とし、
前記第二の側面と直交する方向を第一の方向とし、
前記第一の方向における前記実装面の幅が、前記第一の方向における前記本体部の幅の5割から8割の範囲に設定された、
レーザ光学系。 The base,
A laser light source disposed on the base;
A coupling lens disposed on the base and on an optical axis of a light beam emitted from the laser light source;
An optical fiber disposed on the optical base and on the optical axis;
With
The coupling lens is
A quadrangular prism main body,
A first lens portion disposed on a first main surface of the main body portion;
A second lens portion disposed on the second main surface facing away from the first main surface in the main body portion, and
The first side surface of the main body has a flat mounting surface orthogonal to the first main surface,
A side surface orthogonal to the first side surface in the main body portion is a second side surface,
The direction perpendicular to the second side surface is the first direction,
The width of the mounting surface in the first direction is set in a range of 50% to 80% of the width of the main body in the first direction.
Laser optical system.
前記第一の方向における前記実装面の幅が、前記第二のレンズ部の加工径より小さい、
請求項3に記載のレーザ光学系。 The processing diameter of the second lens portion is larger than the processing diameter of the processing diameter of the first lens,
A width of the mounting surface in the first direction is smaller than a processing diameter of the second lens portion;
The laser optical system according to claim 3.
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