JPWO2014073305A1 - Optical communication module and optical communication lens - Google Patents

Optical communication module and optical communication lens Download PDF

Info

Publication number
JPWO2014073305A1
JPWO2014073305A1 JP2014545614A JP2014545614A JPWO2014073305A1 JP WO2014073305 A1 JPWO2014073305 A1 JP WO2014073305A1 JP 2014545614 A JP2014545614 A JP 2014545614A JP 2014545614 A JP2014545614 A JP 2014545614A JP WO2014073305 A1 JPWO2014073305 A1 JP WO2014073305A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
lens
optical communication
communication module
focus position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014545614A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大輔 棚橋
大輔 棚橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Publication of JPWO2014073305A1 publication Critical patent/JPWO2014073305A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4283Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element with major temperature dependent properties
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/189Structurally combined with optical elements not having diffractive power
    • G02B5/1895Structurally combined with optical elements not having diffractive power such optical elements having dioptric power
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206Optical features

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

コストを低減でき、製造容易でありながら、大きい環境温度変化が生じてもピント位置変動を抑えて高精度な光通信を実現できる光通信用のレンズ及びそれを用いた光通信モジュールを提供する。温度変化に起因したピント位置変動を補正するための回折構造を用いることにより、レンズに入射した光の波長が温度に応じて変化することを利用し、樹脂製レンズの屈折率変化によるピント位置の変動を、回折構造を通過した光の回折パワーを変化させることによってキャンセルすることができる。すなわち、環境温度変化が生じたときのピント位置変動を抑制でき、光結合効率を高めることができる。光通信用途に使用される光の波長は環境の変化によらず略一定であることが望ましい為、(2)式のような範囲の温度変化による波長変動が小さい光学素子が使用されることが望ましい。(1)式の値が下限を上回ると、例えば-40℃〜+100℃という広い環境温度範囲において、樹脂製のレンズに生じるピント位置の変動をキャンセルできるほど十分な回折パワーを得ることができる。一方、(1)式の値が上限を下回ると、回折構造の回折ピッチが小さくなりすぎず、加工しやすくなるため製造容易になる。(1)式を満たす範囲に回折パワーをバランスさせることで、ピント位置の変動を抑制しつつ、製造容易性を確保したレンズを提供できる。0.6≦dP/P≦0.8 (1) 0<dλ/dt≦0.2 (2)但し、dP:光路差付与構造による回折パワー[1/mm]P:レンズ全系のパワー[1/mm]dλ/dt:光学素子の温度変化による波長変動Provided are an optical communication lens and an optical communication module using the same, which can reduce cost and are easy to manufacture, and can realize high-precision optical communication by suppressing focus position fluctuation even when a large environmental temperature change occurs. By using a diffractive structure to correct focus position fluctuations caused by temperature changes, the fact that the wavelength of the light incident on the lens changes according to temperature changes the focus position due to the refractive index change of the resin lens. The fluctuation can be canceled by changing the diffraction power of the light that has passed through the diffractive structure. That is, it is possible to suppress the focus position fluctuation when the environmental temperature change occurs, and to increase the optical coupling efficiency. Since it is desirable that the wavelength of light used in optical communication applications is substantially constant regardless of environmental changes, optical elements with small wavelength fluctuations due to temperature changes in the range shown in equation (2) may be used. desirable. When the value of the formula (1) exceeds the lower limit, for example, sufficient diffraction power can be obtained in a wide environmental temperature range of −40 ° C. to + 100 ° C. so that the fluctuation of the focus position occurring in the resin lens can be canceled. On the other hand, when the value of the formula (1) is below the upper limit, the diffraction pitch of the diffractive structure does not become too small, and it becomes easy to process because it is easy to manufacture. By balancing the diffraction power within a range that satisfies the expression (1), it is possible to provide a lens that secures manufacturability while suppressing variations in focus position. 0.6 ≦ dP / P ≦ 0.8 (1) 0 <dλ / dt ≦ 0.2 (2) where dP: diffraction power due to optical path difference providing structure [1 / mm] P: power of entire lens system [ 1 / mm] dλ / dt: wavelength variation due to temperature change of optical element

Description

本発明は、光通信等に用いられ、例えば半導体レーザ等の光学素子からの光を光ファイバーもしくは受光素子に結合する光通信用のレンズ及び光通信モジュールに関する。   The present invention relates to a lens for optical communication and an optical communication module that are used for optical communication or the like and couple light from an optical element such as a semiconductor laser to an optical fiber or a light receiving element.

光通信モジュールにおいて、半導体レーザまたは受光素子と、光ファイバーとの間で効率よく光結合させるために、光結合用のレンズが用いられている。ところで、従来の光結合用のレンズでは、主にガラスレンズをステンレス製の脚部で支持する構成が広く用いられている。しかるに、非球面を有するガラスレンズは一般的に高価であり、顕著なコスト高を招くという問題がある。そこで、高精度な非球面の成形が容易で大量生産を可能とするプラスチック製のレンズを、ガラス製のレンズに置き換えて、半導体レーザまたは受光素子と、光ファイバーとの間で光結合を実現できないかという試みがある。   In an optical communication module, a lens for optical coupling is used for efficient optical coupling between a semiconductor laser or a light receiving element and an optical fiber. By the way, in the conventional lens for optical coupling, the structure which mainly supports a glass lens with a stainless steel leg part is widely used. However, a glass lens having an aspheric surface is generally expensive, and there is a problem that the cost is significantly increased. Therefore, is it possible to replace the plastic lens, which enables easy high-precision aspherical molding and mass production, with a glass lens and realize optical coupling between the semiconductor laser or light receiving element and the optical fiber? There is an attempt.

ここで、ガラスレンズと比較して樹脂レンズの特徴の一つに、温度変化に対する屈折率変化及び面形状変化が比較的大きいということがある。光通信用モジュール内部は-40℃〜+100℃という幅広い温度環境下にさらされる可能性があるが、一般的な樹脂レンズの場合、環境温度変化に応じて屈折率及び面形状が変化するので、それによりピント位置の変動を招くことになる。しかるに、光ファイバー端面への光の結合効率が光源の横モード(ビーム径)で決まることから、レンズの屈折率変化及び面形状変化によりベストフォーカス位置が変動すると、結合効率が大きく変動してしまうという光通信用光学系に固有の問題がある。そのために、線膨張係数が比較的小さいガラス製のレンズが重用されてきたという実情がある。しかし、上述したようにガラス製の非球面レンズは樹脂製と比較して高価であり、光通信用モジュールのコスト削減のためには樹脂製のレンズを用いたいという強いニーズがある。   Here, one of the characteristics of the resin lens compared to the glass lens is that the refractive index change and the surface shape change with respect to the temperature change are relatively large. The inside of the module for optical communication may be exposed to a wide temperature environment of -40 ° C to + 100 ° C, but in the case of a general resin lens, the refractive index and surface shape change according to the environmental temperature change. As a result, the focus position varies. However, since the coupling efficiency of light to the end face of the optical fiber is determined by the transverse mode (beam diameter) of the light source, if the best focus position varies due to a change in the refractive index and the surface shape of the lens, the coupling efficiency varies greatly. There are problems inherent in optical systems for optical communications. For this reason, there is a fact that glass lenses having a relatively small linear expansion coefficient have been heavily used. However, as described above, the glass aspherical lens is more expensive than the resin, and there is a strong need to use a resin lens in order to reduce the cost of the optical communication module.

樹脂製のレンズを用いる際の対策として、特許文献1に示すように、温度変化によって光学素子−レンズ間隔が変化するような構成とすることで、環境温度変化によるピント位置変動を抑えることができるが、その効果は屈折率変化及び面形状変化による影響を完全に打ち消すほどに十分とはいえない。すなわち、その効き量が全く異なり、レンズ光学面の温度変化に起因するピント位置の変動の方が支配的で効きが大きいため、補正効果が薄いといえる。   As a countermeasure when using a resin lens, as shown in Patent Document 1, by adopting a configuration in which the distance between the optical element and the lens changes due to a temperature change, it is possible to suppress a focus position fluctuation due to an environmental temperature change. However, the effect is not sufficient to completely cancel the influence of the refractive index change and the surface shape change. That is, the effect amount is completely different, and the correction effect is weak because the fluctuation of the focus position due to the temperature change of the lens optical surface is dominant and the effect is greater.

特開2011-003857号公報JP 2011-003857 A 特開平11-274646号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-274646

これに対し、特許文献2に示すように、樹脂製のレンズに波長依存性のある回折構造を付加し、半導体レーザの温度による波長変動(dλ/dT)が生じることを利用して、環境温度変化時のピント位置変動をキャンセルするという技術思想がある。すなわち、樹脂製レンズの温度変化による膨張・収縮によるピント位置変動と、半導体レーザの波長変動によるピント位置変動はレンズに回折構造を付加した場合通常逆方向であり、お互いに打ち消す方向ではある。しかし、特許文献2の技術では、全体パワーに対する回折パワーの比が小さく、-40℃〜+100℃という広い温度変化において常にピント位置の変動を十分に抑えることはできない。   On the other hand, as shown in Patent Document 2, a wavelength-dependent diffraction structure is added to a resin lens, and wavelength fluctuations (dλ / dT) due to the temperature of the semiconductor laser are generated. There is a technical idea of canceling the focus position fluctuation at the time of change. That is, the focus position fluctuation due to expansion / contraction due to temperature change of the resin lens and the focus position fluctuation due to the wavelength fluctuation of the semiconductor laser are usually in the opposite directions when adding a diffractive structure to the lens, and are directions to cancel each other. However, with the technique of Patent Document 2, the ratio of the diffraction power to the total power is small, and it is not always possible to sufficiently suppress the variation of the focus position over a wide temperature change of −40 ° C. to + 100 ° C.

加えて、レンズに回折構造を付加した場合、ピント位置補正に寄与するピント位置変動量は温度変化による波長変動(dλ/dT)に比例する為、半導体レーザの温度変化による波長変動(dλ/dT)が大きい方が、温度変化に伴うピント位置変動の補正には有効であり、引用文献2は波長変動(dλ/dT)が大きいレーザを用いているため、半導体レーザの波長変動によるピント位置変動を十分に押さえやすい発明となっている。しかし光通信ではその性質上波長多重通信などの用途を考慮し光の波長が略一定であることが求められる。そして近年半導体レーザの性能が向上したことにより、より温度変化による波長変動(dλ/dT)が小さいレーザが求められる傾向にある。そのため引用文献2の発明では温度変化による波長変動(dλ/dT)が小さいレーザを用いた場合にはピントの位置の変動を抑えることが困難になるという問題も生じる。このように、-40℃〜+100℃という大きな温度変化が生じても波長変動(dλ/dT)を小さく抑えることができる半導体レーザを用いると、回折構造による補正効果が小さくなり、温度変化時のピント位置変動補正機能を十分に発揮できなくなる。これに対し、その回折パワーをより高めることが考えられるが、回折のパワーを高めると回折構造がより微細となり、回折構造が微細になると、レンズ周辺部で回折ピッチが小さくなり、成形金型の加工性や成形性など製造難易度が高まり、製造誤差が生じやすくなる。成形したレンズの回折構造に製造誤差(微細構造のダレ等)が生じると回折効率が低下し、また回折ピッチが波長オーダーになるとベクトル回折の領域に近づくため回折効率が低下し,それらの相乗効果でレンズの結合効率が低下するとともに不要光も増加する。このような結合効率の低下や不要光の増加は、樹脂製のレンズを光通信に用いる際の障害となっている。   In addition, when a diffractive structure is added to the lens, the amount of focus position variation that contributes to focus position correction is proportional to the wavelength variation due to temperature change (dλ / dT), so the wavelength variation due to semiconductor laser temperature variation (dλ / dT) ) Is more effective in correcting focus position fluctuations due to temperature changes, and since cited reference 2 uses a laser having a large wavelength fluctuation (dλ / dT), focus position fluctuations due to semiconductor laser wavelength fluctuations. It is an invention that is easy to hold down. However, in optical communication, the wavelength of light is required to be substantially constant in consideration of applications such as wavelength multiplexing communication. In recent years, the performance of semiconductor lasers has improved, and there is a tendency for lasers with smaller wavelength fluctuations (dλ / dT) due to temperature changes to be demanded. For this reason, the invention of the cited document 2 has a problem that it becomes difficult to suppress the fluctuation of the focus position when a laser having a small wavelength fluctuation (dλ / dT) due to a temperature change is used. As described above, when a semiconductor laser capable of suppressing the wavelength variation (dλ / dT) to be small even when a large temperature change of −40 ° C. to + 100 ° C. occurs, the correction effect by the diffraction structure is reduced, and the temperature change The focus position fluctuation correction function cannot be fully used. On the other hand, it is conceivable to increase the diffraction power. However, if the diffraction power is increased, the diffraction structure becomes finer. Manufacturing difficulty such as processability and formability increases, and manufacturing errors are likely to occur. If manufacturing errors (such as sagging of the fine structure) occur in the diffractive structure of the molded lens, the diffraction efficiency decreases. When the diffraction pitch reaches the wavelength order, the diffraction efficiency decreases because it approaches the region of vector diffraction. As a result, the coupling efficiency of the lens decreases and unnecessary light increases. Such a decrease in coupling efficiency and an increase in unnecessary light are obstacles when a resin lens is used for optical communication.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、コストを低減でき、製造容易でありながら、大きい環境温度変化が生じてもピント位置変動を抑えて高精度な光通信を実現できる光通信用のレンズ及びそれを用いた光通信モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and is capable of reducing costs and is easy to manufacture, and realizes highly accurate optical communication by suppressing focus position fluctuations even when a large environmental temperature change occurs. An object of the present invention is to provide a lens for optical communication and an optical communication module using the same.

請求項1に記載の光通信用モジュールは、光学素子と、光ファイバーと、光学素子もしくは光ファイバーから出射された光束を集光する光通信用のレンズと、を有する光通信用モジュールであって、
樹脂素材から形成された単一のレンズであり、前記光ファイバー側の光学面(S2面)と、前記光ファイバーとは反対側の光学面(S1面)を有し、前記光ファイバー側の光学面(S2面)に温度変化に起因したピント位置変動を補正するための光路差付与構造を形成しており、以下の式を満足することを特徴とする。
0.6≦dP/P≦0.8 (1)
0<dλ/dt≦0.2 (2)
但し、
dP:前記光路差付与構造による回折パワー[1/mm]
P:前記レンズ全系のパワー[1/mm]
dλ/dt:前記光学素子の温度変化による波長変動(nm/℃)
The optical communication module according to claim 1 is an optical communication module having an optical element, an optical fiber, and a lens for optical communication that collects the optical element or a light beam emitted from the optical fiber,
It is a single lens formed of a resin material, and has an optical surface (S2 surface) on the optical fiber side and an optical surface (S1 surface) opposite to the optical fiber, and an optical surface (S2) on the optical fiber side. The optical path difference providing structure for correcting the focus position fluctuation caused by the temperature change is formed on the surface), and the following equation is satisfied.
0.6 ≦ dP / P ≦ 0.8 (1)
0 <dλ / dt ≦ 0.2 (2)
However,
dP: diffraction power [1 / mm] by the optical path difference providing structure
P: Power of the entire lens system [1 / mm]
dλ / dt: wavelength variation due to temperature change of the optical element (nm / ° C.)

本発明によれば、温度変化に起因したピント位置変動を補正するための回折構造を用いている。これにより、前記レンズに入射した光の波長が温度に応じて変化することを利用し、前記樹脂製レンズの屈折率変化及び面形状変化によるピント位置の変動を、前記回折構造を通過した光の回折パワーを変化させることによってキャンセルすることができ、すなわち環境温度変化が生じたときのピント位置変動を抑制でき、光結合効率を高めることができる。ここで、光通信用途に使用される光の波長は環境の変化によらず略一定であることが望ましい為、(2)式のような範囲の波長変動が小さい光学素子が使用されることが望ましいが、波長変動量が非常に小さいため、レンズの光学面に光路差付与構造を形成した場合に温度変化に伴うピント位置変動の補正が行いにくい。しかし(1)式の値が下限を上回ると、例えば-40℃〜+100℃という広い環境温度範囲において、樹脂製のレンズに生じるピント位置の変動をキャンセルできるほど十分な回折パワーを得ることができる。一方、(1)式の値が上限を下回ると、回折構造の回折ピッチが小さくなりすぎず、加工しやすくなるため製造容易になる。従って、(1)式を満たす範囲に回折パワーをバランスさせることで、ピント位置の変動を抑制しつつ、製造容易性を確保したレンズを有した光通信用モジュールを提供できる。尚、以下の式を満たすと,より好ましい。
0.62≦dP/P≦0.77 (1’)
According to the present invention, the diffractive structure for correcting the focus position fluctuation caused by the temperature change is used. Thus, the fact that the wavelength of the light incident on the lens changes according to temperature changes the focus position due to the refractive index change and the surface shape change of the resin lens. It can be canceled by changing the diffraction power, that is, the focus position fluctuation when the environmental temperature change occurs can be suppressed, and the optical coupling efficiency can be increased. Here, since it is desirable that the wavelength of light used for optical communication applications is substantially constant regardless of environmental changes, an optical element having a small wavelength variation in a range such as the equation (2) may be used. Although it is desirable, since the amount of wavelength fluctuation is very small, it is difficult to correct the focus position fluctuation accompanying the temperature change when the optical path difference providing structure is formed on the optical surface of the lens. However, if the value of the expression (1) exceeds the lower limit, for example, sufficient diffraction power can be obtained in a wide environmental temperature range of −40 ° C. to + 100 ° C. so as to cancel the variation of the focus position generated in the resin lens. . On the other hand, when the value of the formula (1) is below the upper limit, the diffraction pitch of the diffractive structure does not become too small, and it becomes easy to process because it is easy to manufacture. Therefore, by balancing the diffraction power within a range satisfying the expression (1), it is possible to provide an optical communication module having a lens that secures manufacturability while suppressing variations in focus position. It is more preferable that the following expression is satisfied.
0.62 ≦ dP / P ≦ 0.77 (1 ′)

「光学素子」とは、例えば半導体レーザを用いることができるが、温度変化による波長変動が生じるものであれば使用できる。「光路差付与構造」とは、例えば回折構造である。   As the “optical element”, for example, a semiconductor laser can be used. The “optical path difference providing structure” is, for example, a diffractive structure.

一般的な送信用光学系においては光ファイバー側の方が光源側より相対的に開口数(NA)が小さいため、レンズ光学面への光線入射角度は小さくなる。光学面への入射角が小さいほど光の回折効率は大きくなる為、前記光路差付与構造が前記光ファイバー側の光学面(S2面)に形成されていることで回折効率を高めることができる。   In a general transmission optical system, the numerical aperture (NA) is relatively smaller on the optical fiber side than on the light source side, so that the light incident angle on the lens optical surface is small. Since the diffraction efficiency of light increases as the incident angle to the optical surface decreases, the diffraction efficiency can be increased by forming the optical path difference providing structure on the optical surface (S2 surface) on the optical fiber side.

なお、本明細書でいう光路差付与構造とは、入射光束に対して光路差を付加する構造の総称である。光路差付与構造には、位相差を付与する位相差付与構造も含まれる。また、位相差付与構造には回折構造が含まれる。本発明の光路差付与構造は回折構造であることが好ましい。光路差付与構造は、段差を有し、好ましくは段差を複数有する。この段差により入射光束に光路差及び/又は位相差が付加される。光路差付与構造により付加される光路差は、入射光束の波長の整数倍であっても良いし、入射光束の波長の非整数倍であっても良い。段差は、光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。また、光路差付与構造を設けたレンズが単玉非球面レンズの場合、光軸からの高さによって光束のカップリングレンズへの入射角が異なるため、光路差付与構造の段差量は各輪帯毎に若干異なることとなる。
例えば、レンズが単玉非球面の凸レンズである場合、同じ光路差を付与させる光路差付与構造であっても、一般的に光軸から離れる程、段差量が大きくなる傾向となる。
In addition, the optical path difference providing structure in this specification is a general term for structures that add an optical path difference to an incident light beam. The optical path difference providing structure also includes a phase difference providing structure for providing a phase difference. The phase difference providing structure includes a diffractive structure. The optical path difference providing structure of the present invention is preferably a diffractive structure. The optical path difference providing structure has a step, preferably a plurality of steps. This step adds an optical path difference and / or phase difference to the incident light flux. The optical path difference added by the optical path difference providing structure may be an integer multiple of the wavelength of the incident light beam or a non-integer multiple of the wavelength of the incident light beam. The steps may be arranged with a periodic interval in the direction perpendicular to the optical axis, or may be arranged with a non-periodic interval in the direction perpendicular to the optical axis. In addition, when the lens provided with the optical path difference providing structure is a single aspherical lens, the incident angle of the light flux to the coupling lens differs depending on the height from the optical axis. Each will be slightly different.
For example, when the lens is a single lens aspherical convex lens, even if it is an optical path difference providing structure that provides the same optical path difference, generally the distance from the optical axis tends to increase.

また、本明細書でいう回折構造とは、段差を有し、回折によって光束を収束あるいは発散させる作用を持たせる構造の総称である。例えば、単位形状が光軸を中心として複数並ぶことによって構成されており、それぞれの単位形状に光束が入射し、透過した光の波面が、隣り合う輪帯毎にズレを起こし、その結果、新たな波面を形成することによって光を収束あるいは発散させるような構造を含むものである。回折構造は、好ましくは段差を複数有し、段差は光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。また、回折構造を設けたレンズが単玉非球面レンズの場合、光軸からの高さによって光束のレンズへの入射角が異なるため、回折構造の段差量は各輪帯毎に若干異なることとなる。例えば、レンズが単玉非球面の凸レンズである場合、同じ回折次数の回折光を発生させる回折構造であっても、一般的に光軸から離れる程、段差量が大きくなる傾向となる。   In addition, the diffractive structure referred to in this specification is a general term for structures that have a step and have an action of converging or diverging a light beam by diffraction. For example, a plurality of unit shapes are arranged around the optical axis, and a light beam is incident on each unit shape, and the wavefront of the transmitted light is shifted between adjacent annular zones, resulting in new It includes a structure that converges or diverges light by forming a simple wavefront. The diffractive structure preferably has a plurality of steps, and the steps may be arranged with a periodic interval in the direction perpendicular to the optical axis, or may be arranged with a non-periodic interval in the direction perpendicular to the optical axis. In addition, when the lens provided with the diffractive structure is a single aspherical lens, the incident angle of the light flux to the lens differs depending on the height from the optical axis, and therefore the step amount of the diffractive structure is slightly different for each annular zone. Become. For example, when the lens is a single aspherical convex lens, even if it is a diffractive structure that generates diffracted light of the same diffraction order, generally, the distance from the optical axis tends to increase.

ところで、光路差付与構造は、光軸を中心とする同心円状の複数の輪帯を有することが好ましい。また、光路差付与構造は、一般に、様々な断面形状(光軸を含む面での断面形状) をとり得、光軸を含む断面形状がブレーズ型構造と階段型構造とに大別される。   By the way, it is preferable that the optical path difference providing structure has a plurality of concentric annular zones centered on the optical axis. The optical path difference providing structure can generally have various cross-sectional shapes (cross-sectional shapes on the plane including the optical axis), and the cross-sectional shapes including the optical axis are roughly classified into a blazed structure and a step structure.

尚、光路差付与構造は、ある単位形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。 ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の1単位となる単位形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「単位形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。   The optical path difference providing structure is preferably a structure in which a certain unit shape is periodically repeated. As used herein, “unit shape is periodically repeated” naturally includes shapes in which the same shape is repeated in the same cycle. In addition, the unit shape that is one unit of the cycle has regularity, and the shape in which the cycle gradually increases or decreases gradually is also included in the “unit shape is periodically repeated”. Suppose that

光源から出射して、レンズの光路差付与構造を通過した光束は、X次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする。回折構造は、波長変化時の効率低下を抑制するためX=1の1次回折光を用いることが好ましいがこの限りではない。   The light beam emitted from the light source and passed through the optical path difference providing structure of the lens makes the X-order diffracted light amount larger than any other order diffracted light amount. The diffraction structure preferably uses first-order diffracted light with X = 1 in order to suppress a decrease in efficiency when the wavelength changes, but this is not restrictive.

温度変化に起因したピント位置変動を補正するための光路差付与構造とは、通信モジュールの周辺温度が変化した場合、光通信用のレンズのピント位置が補正される機能を有する光路差付与構造である。   The optical path difference providing structure for correcting the focus position fluctuation caused by the temperature change is an optical path difference providing structure having a function of correcting the focus position of the lens for optical communication when the ambient temperature of the communication module changes. is there.

請求項2に記載の光通信モジュールは、請求項1に記載の発明において、前記光路差付与構造は、回転対称な回折面を含む光通信用のレンズであることを特徴とする。   An optical communication module according to a second aspect of the present invention is the optical communication module according to the first aspect, wherein the optical path difference providing structure is a lens for optical communication including a rotationally symmetric diffraction surface.

回転対称な回折面を設けることで、前記レンズの両面で屈折パワーを分散でき、前記回折構造による回折パワーを環境変化によるピント位置変動の補正に使用でき、正弦条件を適切に補正することが可能となる。「回転対称な回折面」とは、回折構造を付与するベースの面が球面もしくは非球面をいう。特に、回折構造を形成する面を回転対称な非球面とすることで、軸上性能/軸外性能を確保することが可能となる。但し、前記光ファイバー側の光学面を平面としても良い。   By providing a rotationally symmetric diffractive surface, the refractive power can be dispersed on both surfaces of the lens, and the diffractive power generated by the diffractive structure can be used to correct focus position fluctuations due to environmental changes, and sine conditions can be corrected appropriately. It becomes. The “rotationally symmetric diffractive surface” means that the surface of the base to which the diffractive structure is provided is a spherical surface or an aspherical surface. In particular, it is possible to ensure on-axis performance / off-axis performance by making the surface forming the diffractive structure a rotationally symmetric aspherical surface. However, the optical surface on the optical fiber side may be a flat surface.

請求項3に記載の光通信モジュールは、請求項1又は2に記載の発明において、前記光ファイバー側の光学面の曲率半径の絶対値は、前記光ファイバーとは反対側の光学面の曲率半径の絶対値よりも大きい光通信用のレンズであることを特徴とする。   The optical communication module according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the absolute value of the radius of curvature of the optical surface on the optical fiber side is the absolute value of the radius of curvature of the optical surface on the side opposite to the optical fiber. It is a lens for optical communication larger than the value.

曲率半径の絶対値が大きい方の前記光ファイバー側の光学面に、前記光路差付与構造を付加することで、前記光路差付与構造の回折ピッチを大きくしやすくなり、製造容易性を高めることができる。また、前記光路差付与構造を付与した光学面への光線入射角が小さくなり、回折効率の低下を防ぐことができる。   By adding the optical path difference providing structure to the optical surface on the side of the optical fiber having the larger absolute value of the radius of curvature, the diffraction pitch of the optical path difference providing structure can be easily increased, and the manufacturability can be improved. . In addition, the light incident angle on the optical surface provided with the optical path difference providing structure is reduced, and a reduction in diffraction efficiency can be prevented.

請求項4に記載の光通信モジュールは、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たす光通信用のレンズであることを特徴とする。
dP>0.5 (3)
An optical communication module according to a fourth aspect of the present invention is the optical communication module according to any one of the first to third aspects, wherein the optical communication module satisfies the following expression.
dP> 0.5 (3)

前記光路差付与構造の回折パワーが式(3)を満たすことで、例えば-40℃〜+100℃という広い環境温度範囲において、光結合効率を良好に保つことが可能となる。以下の式を満たすとより好ましい。
0.5<dP<0.7 (3’)
When the diffraction power of the optical path difference providing structure satisfies the expression (3), it is possible to maintain good optical coupling efficiency in a wide environmental temperature range of, for example, −40 ° C. to + 100 ° C. It is more preferable to satisfy the following formula.
0.5 <dP <0.7 (3 ′)

請求項5に記載の光通信用モジュールは、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たす光通信用のレンズであることを特徴とする。
dP/M・P≧0.2 (4)
但し、
M:前記レンズの光学系倍率
An optical communication module according to a fifth aspect is the optical communication module according to any one of the first to fourth aspects, wherein the optical communication module satisfies the following expression.
dP / M · P ≧ 0.2 (4)
However,
M: Optical system magnification of the lens

式(4)を満たすことで前記光路差付与構造の回折効率の極端な低下を招くことなく、例えば-40℃〜+100℃という広い環境温度範囲において、光結合効率を良好に保つことが可能となる。以下の式を満たすとより好ましい。
0.2≦dP/M・P≦0.25 (4’)
By satisfying the formula (4), the optical coupling efficiency can be kept good in a wide environmental temperature range of, for example, −40 ° C. to + 100 ° C. without causing an extreme decrease in the diffraction efficiency of the optical path difference providing structure. Become. It is more preferable to satisfy the following formula.
0.2 ≦ dP / M · P ≦ 0.25 (4 ′)

請求項6に記載の光通信用のモジュールは、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記レンズは、ホルダと一体に形成されている光通信用のレンズであることを特徴とする。   The optical communication module according to claim 6 is the optical communication module according to any one of claims 1 to 5, wherein the lens is an optical communication lens formed integrally with a holder. To do.

レンズは、ホルダと一体に形成されたものであり,例えば同じプラスチック素材から一体成形された脚部が連結されたキャップ型であると好ましい。特に、その脚部が基板上に固定されていると、温度変化による樹脂製の脚部の膨張・収縮によって光学素子とレンズ光学面との間隔が変化するため、デフォーカス補正に有利である。   The lens is formed integrally with the holder. For example, the lens is preferably a cap type in which legs integrally formed from the same plastic material are connected. In particular, when the leg portion is fixed on the substrate, the distance between the optical element and the lens optical surface changes due to expansion / contraction of the resin leg portion due to temperature change, which is advantageous for defocus correction.

請求項7に記載の光通信モジュールは、請求項1〜6のいずれかに記載の光通信用のレンズを、前記光学素子を支持する基板に組み付けてなることを特徴とする。   An optical communication module according to a seventh aspect is characterized in that the optical communication lens according to any one of the first to sixth aspects is assembled to a substrate that supports the optical element.

請求項8に記載の光通信用のレンズは、請求項1〜7のいずれかに記載の光通信モジュールに搭載されることを特徴とする。   An optical communication lens according to an eighth aspect is mounted on the optical communication module according to any one of the first to seventh aspects.

レンズは、同じプラスチック素材から一体成形された脚部が連結されたキャップ型であると好ましい。例えば、その脚部が基板上に固定されていると、温度変化による樹脂製の脚部の膨張・収縮によって光学素子とレンズ光学面との間隔が変化するため、デフォーカス補正に有利である   The lens is preferably a cap type in which legs integrally molded from the same plastic material are connected. For example, if the leg portion is fixed on the substrate, the distance between the optical element and the lens optical surface changes due to expansion / contraction of the resin leg portion due to temperature change, which is advantageous for defocus correction.

また、レンズ全系のパワーのうち回折のパワーの占める割合が大きいため、使用温度変化による波長変動が小さい光学素子(例えば半導体レーザ)に使用することが可能となる。光学素子の波長変動(dλ/dT)は、0.2(nm/℃)以下であるのが好ましい。但し、適切な補正効果を得るためには、(dλ/dT)は、0.01(nm/℃)以上であることが良く、更に0.1以下であることが望ましい。   Further, since the ratio of the diffraction power in the power of the entire lens system is large, it can be used for an optical element (for example, a semiconductor laser) having a small wavelength variation due to a change in operating temperature. The wavelength variation (dλ / dT) of the optical element is preferably 0.2 (nm / ° C.) or less. However, in order to obtain an appropriate correction effect, (dλ / dT) is preferably 0.01 (nm / ° C.) or more, and more preferably 0.1 or less.

レンズは、-40℃〜+100℃の範囲で使用されることが好ましい。光ファイバー側の光学面に変曲点(光軸付近が凸状で周辺が凹状であること、又はその逆)があると、高NAの光を入射しても容易に球面収差補正が可能なため、望ましい。また、ピント変動量は-40℃〜+100℃の温度域内で数十μm、例えば30〜35μm程度に抑えることが望ましい   The lens is preferably used in the range of −40 ° C. to + 100 ° C. If there is an inflection point on the optical surface on the optical fiber side (the vicinity of the optical axis is convex and the periphery is concave, or vice versa), spherical aberration can be easily corrected even when high NA light is incident. ,desirable. Further, it is desirable that the focus fluctuation amount is suppressed to several tens of μm, for example, about 30 to 35 μm within a temperature range of −40 ° C. to + 100 ° C.

本発明によれば、コストを低減でき、製造容易でありながら、大きい環境温度変化が生じてもピント位置変動を抑えて高精度な光通信を実現できる光通信用のレンズ及びそれを用いた光通信モジュールを提供することができる。   According to the present invention, a lens for optical communication capable of reducing costs and realizing high-accuracy optical communication by suppressing focus position fluctuations even when a large environmental temperature change occurs, and cost can be reduced, and light using the same. A communication module can be provided.

本実施の形態にかかる光通信モジュール10の光軸方向断面図である。1 is a cross-sectional view in the optical axis direction of an optical communication module 10 according to the present embodiment. 比較例にかかるレンズの断面図である。It is sectional drawing of the lens concerning a comparative example. 実施例1にかかるレンズの断面図である。1 is a cross-sectional view of a lens according to Example 1. FIG. 実施例2にかかるレンズの断面図である。6 is a cross-sectional view of a lens according to Example 2. FIG. 実施例3にかかるレンズの断面図である。6 is a cross-sectional view of a lens according to Example 3. FIG. 比較例における温度変化による光結合率変化を示す図である。It is a figure which shows the optical coupling rate change by the temperature change in a comparative example. 実施例1における温度変化による光結合率変化を示す図である。It is a figure which shows the optical coupling rate change by the temperature change in Example 1. FIG. 実施例2における温度変化による光結合率変化を示す図である。It is a figure which shows the optical coupling factor change by the temperature change in Example 2. FIG. 実施例3における温度変化による光結合率変化を示す図である。It is a figure which shows the optical coupling rate change by the temperature change in Example 3. FIG. 別の実施の形態にかかる光通信モジュール10の光軸方向断面図である。It is optical axis direction sectional drawing of the optical communication module 10 concerning another embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態にかかる光通信モジュール10の光軸方向断面図である。光通信モジュール10内は、−40℃〜+100℃の範囲で温度変化が生じうる。給電用の棒状の端子11を有する円板状のステム12の中央に、チップ搭載部13が取り付けられ、チップ搭載部13の側面にヒートシンク14を介して発光素子としてのレーザチップ15が取り付けられている。レーザチップ15は、不図示の配線を介して端子11に接続されており、その波長変動(dλ/dT)は、約0.1(nm/℃)程度である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view in the optical axis direction of an optical communication module 10 according to the present embodiment. In the optical communication module 10, a temperature change can occur in the range of −40 ° C. to + 100 ° C. A chip mounting portion 13 is attached to the center of a disk-shaped stem 12 having rod-shaped terminals 11 for feeding power, and a laser chip 15 as a light emitting element is attached to a side surface of the chip mounting portion 13 via a heat sink 14. Yes. The laser chip 15 is connected to the terminal 11 via a wiring (not shown), and the wavelength variation (dλ / dT) is about 0.1 (nm / ° C.).

レーザチップ15の外側を覆うようにして、レンズ20が配置されている。レンズ20は、プラスチック製であり、略円筒状の脚部21と、脚部21の端部に設けられたレンズ部22とから一体的に形成されている。脚部21の先端21bをステム12に接着することで、レンズ20はステム(光学素子を支持する基板)12に取り付けられている。尚、脚部21の先端21bは、取り付け基準面である。又、レンズ20に脚部を設けず、別体のホルダでステム12に固定しても良い。   A lens 20 is disposed so as to cover the outside of the laser chip 15. The lens 20 is made of plastic, and is integrally formed from a substantially cylindrical leg portion 21 and a lens portion 22 provided at an end portion of the leg portion 21. The lens 20 is attached to the stem (substrate that supports the optical element) 12 by bonding the tip 21b of the leg 21 to the stem 12. The tip 21b of the leg 21 is an attachment reference plane. Further, the lens 20 may be fixed to the stem 12 with a separate holder without providing a leg portion.

レンズ部22は、光ファイバー側の光学面(S2面)を回転対称である凸状もしくは凹状の球面もしくは非球面としており(但し平面でも良い)、温度変化に起因したピント位置変動を補正するための回転対称な回折構造Dを形成している。図1では誇張して示された回折構造Dは、光軸を中心とした複数の輪帯形状であって回折面を含み、回折ピッチは3μm以上である。有効径φSFの光ファイバー側の光学面(S2面)は、変曲点を有すると好ましい。又、レンズ部22は、有効径φSL(<φSF)の光ファイバーと反対側の光学面(S1面)を回転対称である凸面の球面もしくは非球面としている。更にレンズ部22は、以下の式を満足する。
0.6≦dP/P≦0.8 (1)
0<dλ/dt≦0.2 (2)
但し、
dP:回折構造による回折パワー[1/mm]
P:レンズ全系のパワー[1/mm]
dλ/dt:レーザチップ15の温度変化による波長変動(nm/℃)
The lens unit 22 has an optical surface (S2 surface) on the optical fiber side that is a rotationally symmetrical convex or concave spherical surface or aspherical surface (however, it may be a flat surface), and is used to correct a focus position variation caused by a temperature change. A rotationally symmetric diffraction structure D is formed. The diffractive structure D shown exaggerated in FIG. 1 has a plurality of ring-shaped shapes around the optical axis, includes a diffractive surface, and has a diffraction pitch of 3 μm or more. The optical surface (S2 surface) on the optical fiber side having an effective diameter φSF preferably has an inflection point. In the lens unit 22, the optical surface (S1 surface) opposite to the optical fiber having an effective diameter φSL (<φSF) is a convex spherical surface or aspherical surface that is rotationally symmetric. Furthermore, the lens unit 22 satisfies the following expression.
0.6 ≦ dP / P ≦ 0.8 (1)
0 <dλ / dt ≦ 0.2 (2)
However,
dP: diffraction power by diffraction structure [1 / mm]
P: Power of the entire lens system [1 / mm]
dλ / dt: wavelength variation due to temperature change of the laser chip 15 (nm / ° C.)

レンズ20の光軸直交方向外側に、隙間を空けて円筒状のステンレス製であるホルダ30が、ステム12に溶接されるようにして取り付けられている。ホルダ30の先端には、より小さい径の円筒状のスリーブ31が固定され、その内部に光ファイバーFBが挿入されているフェルール32が挿入されており、光ファイバーFBの端部はレンズ部22に対向している。   A cylindrical holder 30 made of stainless steel is attached to the outside of the lens 20 in the direction orthogonal to the optical axis so as to be welded to the stem 12 with a gap. A cylindrical sleeve 31 having a smaller diameter is fixed to the tip of the holder 30, and a ferrule 32 into which the optical fiber FB is inserted is inserted therein. The end of the optical fiber FB faces the lens unit 22. ing.

本実施の形態の光通信モジュール10の動作を説明する。端子11を介して給電が行われると、レーザチップ15が発光し、その出射光束は、レンズ部22に入射するが、光学面S1で屈折され、更に光学面S2の回折面で回折され、且つ光学面S2が屈折面であるときは屈折パワーが加わり、この作用で、光ファイバーFBの端面に集光し、その後光ファイバーFB内を伝播することとなる。ここで、光通信モジュール10内で温度変化が生じた場合、レーザチップ15の発光光に波長変化が生じる。一方、レンズ部22の温度変化に起因した屈折率変化及び面形状変化によりピント位置変動が生じるが、入射光の波長変化により生じた回折パワー変化によって、かかるピント位置変動をキャンセルできる。従って、−40℃〜+100℃の範囲で環境温度変化が生じても、光結合効率を維持できる。尚、本実施の形態では、脚部21を樹脂で一体成形しているので、脚部21の熱膨張によりピント位置変動を補助的にキャンセルする効果もある。また、レンズの軸上厚が厚いほうが、脚部21の長さが長いほうが環境変動によるピント位置変動をキャンセルでき、より抑えることができる。   An operation of the optical communication module 10 of the present embodiment will be described. When power is supplied through the terminal 11, the laser chip 15 emits light, and the emitted light beam enters the lens unit 22, but is refracted by the optical surface S1, and further diffracted by the diffraction surface of the optical surface S2. When the optical surface S2 is a refracting surface, refraction power is added, and this action causes light to be condensed on the end surface of the optical fiber FB and then propagated through the optical fiber FB. Here, when a temperature change occurs in the optical communication module 10, a wavelength change occurs in the light emitted from the laser chip 15. On the other hand, the focus position fluctuation is caused by the refractive index change and the surface shape change caused by the temperature change of the lens unit 22, but the focus position fluctuation can be canceled by the diffraction power change caused by the wavelength change of the incident light. Therefore, even if the environmental temperature changes in the range of −40 ° C. to + 100 ° C., the optical coupling efficiency can be maintained. In the present embodiment, since the leg portion 21 is integrally formed of resin, there is also an effect that the focus position change is supplementarily canceled by the thermal expansion of the leg portion 21. Further, when the lens axial thickness is thicker, the longer the leg portion 21 is, the more the focus position variation due to the environmental variation can be canceled and further suppressed.

図10は、別の実施の形態にかかる光通信モジュール10の光軸方向断面図である。本実施の形態では、レーザチップの代わりに,ステム12上に搭載部13を介して受光素子16を配置している。それ以外の構成は,上述した実施の形態と同様である。   FIG. 10 is a cross-sectional view in the optical axis direction of an optical communication module 10 according to another embodiment. In the present embodiment, the light receiving element 16 is arranged on the stem 12 via the mounting portion 13 instead of the laser chip. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.

本実施の形態の動作を説明すると、光ファイバーFBの端面から出射した光束は、レンズ部22に入射するが、光学面S2の回折面で回折され(光学面S2が屈折面であるときは屈折パワーが加わり)、更に光学面S1で屈折されるので、受光素子16の受光面に適切に集光することとなる。レンズ部22の温度変化に起因した屈折率変化及び面形状変化によりピント位置変動が生じても、同様の温度変化により光ファイバーFBから出射される光束に波長変化が生じるから、入射光の波長変化により生じた回折パワー変化によって、かかるピント位置変動をキャンセルできる。   Explaining the operation of the present embodiment, the light beam emitted from the end face of the optical fiber FB is incident on the lens unit 22, but is diffracted by the diffractive surface of the optical surface S2 (when the optical surface S2 is a refracting surface, the refractive power). In addition, since the light is further refracted by the optical surface S1, the light is appropriately condensed on the light receiving surface of the light receiving element 16. Even if the focus position changes due to the refractive index change and the surface shape change caused by the temperature change of the lens unit 22, the wavelength change occurs in the light beam emitted from the optical fiber FB due to the same temperature change. Such a change in focus position can be canceled by the generated diffraction power change.

以下、比較例と比較して、本実施の形態に好適な実施例について説明する。尚、これ以降(表のレンズデータ含む)において、10のべき乗数(例えば、2.5×10-3)を、E(例えば、2.5×E−3)を用いて表す場合がある。また、レンズの光学面(S1面、S2面)は、それぞれ数1式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。Hereinafter, examples suitable for the present embodiment will be described in comparison with comparative examples. In the following (including lens data in the table), a power of 10 (for example, 2.5 × 10 −3 ) may be expressed using E (for example, 2.5 × E−3). Further, the optical surfaces (S1 surface, S2 surface) of the lens are each formed as an aspherical surface that is symmetric about the optical axis and is defined by mathematical formulas in which the coefficients shown in Table 1 are substituted into Formula 1.

Figure 2014073305
Figure 2014073305

ここで、Xは光軸方向の軸(光の進行方向を正とする)、κは円錐係数、A2iは非球面係数、hは光軸からの高さ、rは近軸曲率半径である。   Here, X is an axis in the optical axis direction (the light traveling direction is positive), κ is a conical coefficient, A2i is an aspherical coefficient, h is a height from the optical axis, and r is a paraxial radius of curvature.

また、回折構造を用いた実施例の場合、その回折構造により光源波長の光束に対して与えられる光路差は、数2式の光路差関数に、それぞれ示す係数C1を代入した数式で規定される。Further, in the case of the embodiment using the diffractive structure, the optical path difference given to the light flux of the light source wavelength by the diffractive structure is defined by an equation obtained by substituting the coefficient C 1 shown in the formula 2 for the optical path difference function. The

Figure 2014073305
Figure 2014073305

ここで、λB:ブレーズ化波長(回折効率が最も高くなる波長)、h:光軸から光軸垂直方向の距離、C1:光路差関数係数である。尚、本明細書中の実施例及び比較例のλBは全て1310nmである。尚、本明細書中の実施例及び比較例の回折次数は全て1次である。Where λ B is the blazed wavelength (the wavelength at which the diffraction efficiency is highest), h is the distance from the optical axis in the direction perpendicular to the optical axis, and C 1 is the optical path difference function coefficient. Note that λB in the examples and comparative examples in this specification are all 1310 nm. The diffraction orders of the examples and comparative examples in this specification are all the first order.

(比較例)
図2は、比較例にかかるレンズLSの断面図である。表1に比較例のレンズデータを示す。尚、LDは発光部であり、FBが光ファイバーの端面であり、Sは絞りである。レンズLSは、S1面及びS2面が凸状の非球面であって、S2面に回折構造を設けている。S1面の有効径φSL=1.205mmであり、S2面の有効径φSF=0.821mmである。図2に示すように、比較例では、S1面に比べS2面の曲率半径が小さくなっている。
(Comparative example)
FIG. 2 is a cross-sectional view of a lens LS according to a comparative example. Table 1 shows lens data of the comparative example. In addition, LD is a light emission part, FB is an end surface of an optical fiber, and S is a stop. The lens LS has a convex aspheric surface on the S1 and S2 surfaces, and a diffractive structure is provided on the S2 surface. The effective diameter φSL of the S1 surface is 1.205 mm, and the effective diameter φSF of the S2 surface is 0.821 mm. As shown in FIG. 2, in the comparative example, the radius of curvature of the S2 surface is smaller than that of the S1 surface.

Figure 2014073305
Figure 2014073305

(実施例1)
図3は、実施例1にかかるレンズLSの断面図である。表2に実施例1のレンズデータを示す。尚、LDは発光部であり、FBが光ファイバーの端面であり、Sは絞りである。レンズLSは、S1面及びS2面が凸状の非球面であって、S2面に回折構造を設けている。実施例1においては、S1面の有効径φSL=1.345mmであり、S2面の有効径φSF=0.999mmである。図3に示すように、実施例1では、S2面は平坦に近くなり(S1面に比べS2面の曲率半径が大きく)、光軸付近が凸状で周辺が凹状で,すなわち変曲点を持つ。
Example 1
FIG. 3 is a cross-sectional view of the lens LS according to the first embodiment. Table 2 shows lens data of Example 1. In addition, LD is a light emission part, FB is an end surface of an optical fiber, and S is a stop. The lens LS has a convex aspheric surface on the S1 and S2 surfaces, and a diffractive structure is provided on the S2 surface. In Example 1, the effective diameter φSL of the S1 surface is 1.345 mm, and the effective diameter φSF of the S2 surface is 0.999 mm. As shown in FIG. 3, in Example 1, the S2 surface is nearly flat (the radius of curvature of the S2 surface is larger than that of the S1 surface), and the vicinity of the optical axis is convex and the periphery is concave. Have.

Figure 2014073305
Figure 2014073305

(実施例2)
図4は、実施例2にかかるレンズLSの断面図である。表3に実施例2のレンズデータを示す。尚、LDは発光部であり、FBが光ファイバーの端面であり、Sは絞りである。レンズLSは、S1面及びS2面が凸状の非球面であって、S2面に回折構造を設けている。実施例2においては、S1面の有効径φSL=1.331mmであり、S2面の有効径φSF=1.003mmである。図4に示すように、実施例2では、S2面は平坦に近くなり(S1面に比べS2面の曲率半径が大きく)、光軸付近が凸状で周辺が凹状で,すなわち変曲点を持つ。
(Example 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the lens LS according to the second embodiment. Table 3 shows lens data of Example 2. In addition, LD is a light emission part, FB is an end surface of an optical fiber, and S is a stop. The lens LS has a convex aspheric surface on the S1 and S2 surfaces, and a diffractive structure is provided on the S2 surface. In Example 2, the effective diameter φSL of the S1 surface is 1.331 mm, and the effective diameter φSF of the S2 surface is 1.003 mm. As shown in FIG. 4, in Example 2, the S2 surface is nearly flat (the radius of curvature of the S2 surface is larger than that of the S1 surface), and the vicinity of the optical axis is convex and the periphery is concave. Have.

Figure 2014073305
Figure 2014073305

(実施例3)
図5は、実施例3にかかるレンズLSの断面図である。表4に実施例3のレンズデータを示す。尚、LDは発光部であり、FBが光ファイバーの端面であり、Sは絞りである。レンズLSは、S1面及びS2面が凸状の非球面であって、S2面に回折構造を設けている。実施例3においては、S1面の有効径φSL=1.314mmであり、S2面の有効径φSF=1.008mmである。図5に示すように、実施例3では、S2面は平坦に近くなり(S1面に比べS2面の曲率半径が大きく)、光軸付近が凸状で周辺が凹状で,すなわち変曲点を持つ。
(Example 3)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the lens LS according to the third embodiment. Table 4 shows lens data of Example 3. In addition, LD is a light emission part, FB is an end surface of an optical fiber, and S is a stop. The lens LS has a convex aspheric surface on the S1 and S2 surfaces, and a diffractive structure is provided on the S2 surface. In Example 3, the effective diameter φSL of the S1 surface is 1.314 mm, and the effective diameter φSF of the S2 surface is 1.008 mm. As shown in FIG. 5, in Example 3, the S2 surface is almost flat (the radius of curvature of the S2 surface is larger than that of the S1 surface), and the vicinity of the optical axis is convex and the periphery is concave. Have.

Figure 2014073305
Figure 2014073305

表5に、比較例と実施例1〜3の各値をまとめて示す。   In Table 5, each value of a comparative example and Examples 1-3 is shown collectively.

Figure 2014073305
Figure 2014073305

比較例および実施例1〜3のレンズについて、温度変化に対する光結合率の変化を測定した。この測定前にファイバー結合効率が最大となる位置になるよう光ファイバーの位置を微調整した。図6は、比較例にかかる温度変化に対する光結合率の変化を示す図であり、図7〜9は、実施例1〜3にかかる温度変化に対する光結合率の変化を示す図である。図6に示す比較例の場合、環境温度が常温(20℃)から+100℃に上昇すると、光結合効率は30%近く低下することがわかる。これに対し、図7〜9に示すように、実施例1〜3のいずれも、光結合効率の低下を10%以内に抑えることができる。特に、実施例3は光結合効率の低下が殆どなく、ガラス製のレンズに匹敵する光学性能を有する。   For the lenses of the comparative example and Examples 1 to 3, the change in the optical coupling rate with respect to the temperature change was measured. Prior to this measurement, the position of the optical fiber was finely adjusted so that the fiber coupling efficiency was maximized. FIG. 6 is a diagram illustrating a change in the optical coupling rate with respect to a temperature change according to the comparative example, and FIGS. 7 to 9 are diagrams illustrating a change in the optical coupling rate with respect to the temperature change according to the first to third examples. In the case of the comparative example shown in FIG. 6, it can be seen that when the environmental temperature increases from room temperature (20 ° C.) to + 100 ° C., the optical coupling efficiency decreases by nearly 30%. On the other hand, as shown to FIGS. 7-9, all of Examples 1-3 can suppress the fall of optical coupling efficiency within 10%. In particular, Example 3 has almost no decrease in optical coupling efficiency and has optical performance comparable to a glass lens.

本発明は、明細書に記載の実施形態や実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態・実施例・技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、光ファイバーから出射した光を受光素子に集光するために、本発明のレンズを用いても良い。   The present invention is not limited to the embodiments and examples described in the specification, and includes other examples and modifications based on the embodiments, examples, and technical ideas described in the present specification. It will be apparent to those skilled in the art. For example, the lens of the present invention may be used to collect light emitted from an optical fiber on a light receiving element.

10 光通信モジュール
11 端子
12 ステム
13 チップ搭載部
14 ヒートシンク
15 レーザチップ
20 レンズ
21 脚部
21b 先端
22 レンズ部
30 ホルダ
31 スリーブ
32 フェルール
FB 光ファイバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical communication module 11 Terminal 12 Stem 13 Chip mounting part 14 Heat sink 15 Laser chip 20 Lens 21 Leg part 21b Tip 22 Lens part 30 Holder 31 Sleeve 32 Ferrule FB Optical fiber

Claims (8)

光学素子と、光ファイバーと、光学素子もしくは光ファイバーから出射された光束を集光する光通信用のレンズと、を有する光通信用モジュールあって、
前記レンズは樹脂素材から形成された単一のレンズであり、前記光ファイバー側の光学面(S2面)と、前記光ファイバーとは反対側の光学面(S1面)を有し、前記光ファイバー側の光学面(S2面)に温度変化に起因したピント位置変動を補正するための光路差付与構造を形成しており、以下の式を満足することを特徴とする光通信用モジュール。
0.6≦dP/P≦0.8 (1)
0<dλ/dt≦0.2 (2)
但し、
dP:前記光路差付与構造による回折パワー[1/mm]
P:前記レンズ全系のパワー[1/mm]
dλ/dt:前記光学素子の温度変化による波長変動(nm/℃)
An optical communication module having an optical element, an optical fiber, and an optical communication lens that collects the optical element or a light beam emitted from the optical fiber,
The lens is a single lens made of a resin material, and has an optical surface (S2 surface) on the optical fiber side and an optical surface (S1 surface) on the side opposite to the optical fiber. An optical communication module characterized in that an optical path difference providing structure for correcting a focus position variation caused by a temperature change is formed on the surface (S2 surface) and satisfies the following expression.
0.6 ≦ dP / P ≦ 0.8 (1)
0 <dλ / dt ≦ 0.2 (2)
However,
dP: diffraction power [1 / mm] by the optical path difference providing structure
P: Power of the entire lens system [1 / mm]
dλ / dt: wavelength variation due to temperature change of the optical element (nm / ° C.)
前記光路差付与構造は、光軸における回転対称な回折面を含むレンズであることを特徴とする請求項1に記載の光通信用モジュール。   The optical communication module according to claim 1, wherein the optical path difference providing structure is a lens including a rotationally symmetric diffraction surface on an optical axis. 前記光ファイバー側の光学面の曲率半径の絶対値は、前記反光ファイバー側の光学面の曲率半径の絶対値よりも大きいレンズであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光通信用モジュール。   3. The optical communication module according to claim 1, wherein an absolute value of a curvature radius of the optical surface on the optical fiber side is a lens larger than an absolute value of a curvature radius of the optical surface on the anti-optical fiber side. . 以下の式を満たすレンズであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光通信用モジュール。
dP>0.5 (3)
The optical communication module according to claim 1, wherein the optical communication module is a lens satisfying the following formula.
dP> 0.5 (3)
以下の式を満たすレンズであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光通信用モジュール。
dP/M・P≧0.2 (4)
但し、
M:前記レンズの光学系倍率
The optical communication module according to claim 1, wherein the optical communication module is a lens satisfying the following formula.
dP / M · P ≧ 0.2 (4)
However,
M: Optical system magnification of the lens
前記レンズは、ホルダと一体に形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光通信用モジュール。   The optical communication module according to claim 1, wherein the lens is formed integrally with a holder. 前記レンズを、前記光学素子を支持する基板に組み付けてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光通信用モジュール。   The optical communication module according to claim 1, wherein the lens is assembled to a substrate that supports the optical element. 請求項1〜7のいずれかに記載の光通信モジュールに搭載されることを特徴とする光通信用のレンズ。   A lens for optical communication, which is mounted on the optical communication module according to claim 1.
JP2014545614A 2012-11-06 2013-10-07 Optical communication module and optical communication lens Pending JPWO2014073305A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012244490 2012-11-06
JP2012244490 2012-11-06
PCT/JP2013/077200 WO2014073305A1 (en) 2012-11-06 2013-10-07 Optical communication module and lens for optical communication

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2014073305A1 true JPWO2014073305A1 (en) 2016-09-08

Family

ID=50684422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014545614A Pending JPWO2014073305A1 (en) 2012-11-06 2013-10-07 Optical communication module and optical communication lens

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2014073305A1 (en)
CN (1) CN104781712A (en)
WO (1) WO2014073305A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6365803B1 (en) * 2017-09-12 2018-08-01 三菱電機株式会社 Manufacturing method of optical module
CN117111235B (en) * 2023-10-17 2023-12-19 成都光创联科技有限公司 Compensation system, manufacturing and compensation method for high-low temperature power drop of optical device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000035535A (en) * 1998-07-21 2000-02-02 Konica Corp Objective lens for pickup
US6199984B1 (en) * 1999-03-17 2001-03-13 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Progressive addition lenses with varying power profiles
JP2012212753A (en) * 2011-03-31 2012-11-01 Konica Minolta Advanced Layers Inc Optical communication lens unit and semiconductor module

Also Published As

Publication number Publication date
CN104781712A (en) 2015-07-15
WO2014073305A1 (en) 2014-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5892918B2 (en) Semiconductor laser device and laser beam generation method
CN110806621B (en) Light source assembly
EP1715364A1 (en) Optical communication module and optical element for optical communication module
US6829284B2 (en) Light source device and optical pickup
WO2014073305A1 (en) Optical communication module and lens for optical communication
JP5786934B2 (en) Optical communication lens and semiconductor module
JP4724648B2 (en) OPTICAL ELEMENT AND OPTICAL MODULE HOLDER INCLUDING THE SAME, OPTICAL MODULE, AND OPTICAL CONNECTOR
JP4867033B2 (en) Beam shaping optical system and laser beam printer optical system
CN108292026B (en) Athermal optical assembly
WO2014050442A1 (en) Optical communication lens and optical communication module
JP6625151B2 (en) Laser module
JP2018531430A6 (en) Athermal optical assembly
JP4931137B2 (en) Light projecting optical system capable of changing light projecting range and light projecting apparatus equipped with the same
JP2014202986A (en) Teleconverter lens
JP2005024617A (en) Optical transmitter
JP2012083401A (en) Optical member, optical communication module employing the same and aligning method
JP2005352075A (en) Optical semiconductor element module
JP4293952B2 (en) Scanning lens
JP2012212753A (en) Optical communication lens unit and semiconductor module
KR101061324B1 (en) Light source device and optical pickup device
JP2012133191A (en) Optical device
JP2006227366A (en) Coupling lens for optical communications, and optical communication module
JP2009258154A (en) Optical transmission module and manufacturing method therefor
CN216646943U (en) Lens system, projection module and 3D camera
JP4599514B2 (en) Line generator