TWI803921B - 光連接器及光連接器模組 - Google Patents

光連接器及光連接器模組 Download PDF

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TWI803921B
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角田勝健
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日商京瓷股份有限公司
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    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G02B6/327—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends with angled interfaces to reduce reflections

Abstract

本揭示之光連接器(20)係安裝於具有基體(11)及積層於基體(11)之光波導部(12)之光傳輸路(10)之光連接器(20)，其具備：第1側面(A1)，其與光傳輸路(10)之端面對向；第2側面(A2)，其於光之傳播方向上位於第1側面(A1)之相反側；至少1個第1透鏡(225)，其形成於第1側面(A1)上，與光波導部(12)之端面對向；及複數個第2透鏡(226)，其等形成於第2側面(A2)中與第1透鏡(225)於傳播方向對向之位置；且第1透鏡(225)之數量少於第2透鏡(226)之數量。

Description

光連接器及光連接器模組
本揭示係關於一種光連接器及光連接器模組。
先前，已知有一種用以將光傳輸路彼此光耦合之光連接器。例如，專利文獻1中，揭示有一種可減少耦合損耗，且有助於小型化之光連接器。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：專利第6401888號公報
本揭示之一實施形態之光連接器係 安裝於具有基體及積層於上述基體之光波導部之光傳輸路者；且其具備： 第1側面，其與上述光傳輸路之端面對向； 第2側面，其於光之傳播方向上位於上述第1側面之相反側； 至少1個第1透鏡，其形成於上述第1側面上，與上述光波導部之端面對向；及 複數個第2透鏡，其等形成於上述第2側面中與上述第1透鏡於上述傳播方向對向之位置；且 上述第1透鏡之數量少於上述第2透鏡之數量。
本揭示之一實施形態之光連接器模組具備： 上述光連接器；及 折射率匹配劑，其介置於上述光傳輸路之端面與上述第1側面間，調整折射率。
專利文獻1記載之光連接器中，構成第1透鏡部之第1透鏡之數量、及構成第2透鏡部之第2透鏡之數量分別與構成光傳輸路之核心之數量相同。如此，第1透鏡與第2透鏡一對一對應之情形時，光連接器之性能受構成光連接器之材料之特性影響。例如，光連接器具有由樹脂材料形成之複數個透鏡之情形時，因製造中產生之構件之彎曲及收縮等，各透鏡之成形以及第1透鏡及第2透鏡彼此之高精度之光軸匹配較困難。結果，第1透鏡及第2透鏡彼此之光軸偏離，難以獲得期望之高精度之光學特性。
根據本揭示之一實施形態之光連接器及光連接器模組，即使具有第1透鏡及第2透鏡之情形時，亦可容易獲得期望之高精度之光學特性。
以下，一面參照隨附圖式，一面針對本揭示之一實施形態詳細說明。以下說明中之前後、左右及上下方向以圖中之箭頭方向為基準。各箭頭之方向於圖1至圖10B中，於不同之圖式彼此互相匹配。
本說明書中，「光之傳播方向」例如包含前後方向。「與光之傳播方向正交之第1方向」例如包含左右方向。「與光之傳播方向及第1方向正交之第2方向」例如包含上下方向。不限定於此，亦可為，與光之傳播方向正交之第1方向包含上下方向，與光之傳播方向及第1方向正交之第2方向包含左右方向。
圖1係俯視顯示包含一實施形態之光連接器20之光連接器模組1之外觀立體圖。一面參照圖1，一面說明光連接器模組1之構成及功能相關之概要。
光連接器模組1具有光傳輸路10、與光傳輸路10光學耦合之光連接器20、及調整光傳輸路10與光連接器20間之第1空間S1之折射率之折射率匹配劑30。
光連接器20基於包含複數個步驟之安裝方法對光傳輸路10安裝。安裝方法例如包含將光連接器20以對光傳輸路10載置之狀態進行定位之第1步驟。
安裝方法例如沿圖1之左右方向之箭頭所示，包含自第1步驟中被定位之光連接器20之左右兩側對光連接器20與光傳輸路10間塗佈劑料之第2步驟。第2步驟係使用此種劑料，用以對光傳輸路10固定光連接器20之步驟。本說明書中，「劑料」包含例如具有接著功能之任意填充劑。例如，劑料包含接著劑。
安裝方法例如圖1之沿上方向之箭頭所示，包含第3步驟，該第3步驟自第2步驟中對光傳輸路10固定之光連接器20之下方，對形成於光傳輸路10與光連接器20間之第1空間S1流入折射率匹配劑30。折射率匹配劑30具有用以將光連接器20對光傳輸路10固定之接著功能、及調整第1空間S1中之折射率之功能。第3步驟係使用此種折射率匹配劑30，用以將光連接器20對光傳輸路10固定之步驟。
光連接器模組1例如與光纖或光波導路等其他光傳輸路光學耦合。例如，光連接器模組1藉由使對光傳輸路10安裝之光連接器20與保持光纖之套圈連接，可進行光傳輸路10與光纖間之光耦合。例如，光連接器模組1藉由使對光傳輸路10安裝之光連接器20與同樣對光波導路安裝之其他光連接器連接，可進行光傳輸路10與光波導路之間之光耦合。
圖2係將圖1之光傳輸路10單體放大，並俯視顯示之外觀立體圖。一面參照圖2，一面主要對光傳輸路10之構成進行說明。一實施形態中，光傳輸路10具有基體11、及積層於基體11之光波導部12。
光傳輸路10具有例如由硬式印刷配線基板構成之基體11、及積層於基體11之上表面之光波導部12。光波導部12例如以自基體11之上表面朝上方突出之方式形成凸字狀。光波導部12例如為了與光連接器20光耦合，以端面與基體11之端面一致之方式形成。光波導部12之端面例如沿基體11之端面形成為平面狀。光波導部12之波導模式亦可為單模式及多模式之任一者。
光波導部12具有在與基體11正交之積層方向上積層於基體11之核心121及包覆層122。更具體而言，光波導部12具有：第1包覆層122a，其積層於基體11之上表面；核心121，其積層於第1包覆層122a上；及第2包覆層122b，其與第1包覆層122a一起沿積層方向夾著核心121且包圍核心121。
核心121以於左右方向以特定之間隔互相離開之方式形成複數個。各核心121於前後方向延伸。核心121及包覆層122由例如石英系玻璃等適當之材料形成。核心121之折射率高於包覆層122之折射率。以下，以光波導部12例如為嵌入型光波導路進行說明，但不限定於此。光波導部12亦可為片型及半嵌入型等適當方式之光波導路。
光波導部12之波導模式為單模式之情形時，核心121之核心尺寸包含於例如5 μm以上15 μm以下之範圍內。光波導部12之波導模式為多模式之情形時，核心121之核心尺寸例如為35 μm以上62.5 μm以下。本說明書中，「核心尺寸」例如非模場直徑，包含核心121之實際大小。核心121之折射率例如為1.6。
光傳輸路10使用例如光微影製造。按第1包覆層122a、核心121及第2包覆層122b之順序實施製造方法。光傳輸路10之製造方法包含將構成光波導部12之第1包覆層122a在與基體11正交之積層方向上，積層於基體11上之步驟。光傳輸路10之製造方法包含將構成光波導部12之核心121積層於第1包覆層122a上之步驟。光傳輸路10之製造方法包含將構成光波導部12之第2包覆層122b與第1包覆層122a一起以於積層方向上夾著核心121之方式積層之步驟。
圖3係顯示圖1之光連接器20單體之外觀立體圖。一面參照圖3，一面主要對圖1之光連接器20之構成之一例進行說明。
光連接器20例如由透光性之樹脂材料形成為L字狀。與後述之光傳輸路10之端面對向之第1側面A1上所形成第1透鏡機構225(以下，簡稱為第1透鏡。)及位於第1側面A1之相反側之第2側面A2上所形成之第2透鏡機構226(以下，簡稱為第2透鏡。)由例如透光性之樹脂材料形成。例如，光連接器20由具有與光波導部12之核心121之折射率近似之折射率之材料形成。
光連接器20之材料係包含例如聚醚醯亞胺(Polyetherimide(PEI))。不限定於此，光連接器20之材料亦可包含例如聚碳酸酯(Polyca(PC))、及聚甲基丙烯酸甲酯(Poly Methyl Methacrylate(PMMA))等任意之其他樹脂材料。光連接器20之折射率包含於例如1.4以上1.7以下之範圍內。光連接器20之折射率根據傳播之光之波長及溫度而變化。不限定於以上，光連接器20之材料亦可包含樹脂材料以外之其他材料。此時，後述之光連接器20之第1透鏡225及第2透鏡226亦可由樹脂材料以外之其他材料形成。
光連接器20具有於前後方向延伸之第1基部21。光連接器20具有於第1基部21中與後述之側壁215之下表面成同一面之下表面211。光連接器20具有自第1基部21之左右方向之下表面211中央部向第1基部21之上方向，即內側凹陷一段之凹部212。
光連接器20具有自第1基部21之下表面211朝上下方向之外側突出一段之抵接部213。抵接部213相對於凹部212位於左右兩側。抵接部213包含位於第1基部21之下方向之最下部，即第1基部21之前端之抵接面213a。抵接面213a形成於第1基部21中朝光傳輸路10側最突出之位置。抵接面213a於第1基部21中構成下方之前端面。抵接部213及抵接面213a遍及第1基部21之大致全體於前後方向延伸。
光連接器20具有於第1基部21中在與抵接部213不同之區域上形成之第1接著部214。第1接著部214包含第1基部21之下表面211之一部分。第1接著部214相對於凹部212位於左右兩側且較抵接部213更靠左右方向之外側。第1接著部214包含第1基部21中相對於抵接面213a位於一段上方向，即一段內側之接著面214a。接著面214a於第1基部21中相對於抵接面213a位於光傳輸路10之相反側。第1基部21中，接著面214a之面積較抵接面213a更大。第1接著部214及接著面214a遍及第1基部21全體於前後方向延伸。
光連接器20具有構成第1基部21之側端部之側壁215。側壁215相對於凹部212位於左右兩側。第1接著部214形成於側壁215。第1接著部214之接著面214a構成側壁215之下表面，即下表面211之一部分。側壁215相對於後述之第2基部22，朝左右方向之兩側突出。側壁215於第1基部21之側端部中，遍及第1基部21全體於前後方向延伸。
光連接器20具有於第1基部21中以將抵接部213與第1接著部214隔開之方式形成之退避凹部216。退避凹部216例如作為退避槽形成為槽狀。退避凹部216夾於抵接部213與第1接著部214間，相對於凹部212位於左右兩側。退避凹部216遍及第1基部21全體於前後方向延伸。
光連接器20具有以與側壁215一起夾著抵接部213之方式凹設於第1基部21之定位部217。於其他觀點中，定位部217凹設於抵接部213之中央部。定位部217相對於凹部212位於左右兩側。定位部217遍及第1基部21全體於前後方向延伸。定位部217自後述之第2基部22之貫通孔221連續形成至第1基部21之後端。定位部217為剖視時形成為半圓狀之凹部。貫通孔221與定位部217互相形成為同心圓狀。
光連接器20具有形成為L字狀，且沿第1基部21之延伸方向所正交之方向自第1基部21伸出之第2基部22。第2基部22朝第1基部21之前方突出，以與第1基部21連續之方式形成。第2基部22以自第1基部21朝下方伸出之方向形成。於第2基部22，形成有後述之第1側面A1及第2側面A2。
光連接器20具有自第2基部22之前面貫通至後面，且剖視時為圓形狀之貫通孔221。貫通孔221以與第1基部21之定位部217對應，相對於第1基部21之凹部212位於左右兩側之方式，形成於第2基部22之左右兩端。
光連接器20具有將第2基部22之內表面，即，將後面切割至第1側面A1之第1缺口部222。第1缺口部222以凹形狀形成。光連接器20具有：第2接著部223，其由構成第1缺口部222之上下左右之4個側面、第1側面A1、及位於第1缺口部222之正下之第2基部22之內表面構成。
光連接器20具有將第2基部22之外表面，即，將前面切割至第2側面A2之第2缺口部224。第2缺口部224以凹形狀形成。
光連接器20具有於構成第1缺口部222之一部分之第1側面A1中，遍及左右方向之大致全體以大曲率半徑形成之例如1個第1透鏡225。例如，第1透鏡225為第1側面A1中沿左右方向和緩彎曲之單一透鏡。例如，第1透鏡225與光傳輸路10之核心121之數量不同，僅形成一個。第1透鏡225之數量少於後述之第2透鏡226之數量。
光連接器20具有構成第2缺口部224之一部分，且於光之傳播方向上形成於位於第1側面A1之相反側之第2側面A2之複數個第2透鏡226。複數個第2透鏡226在與光之傳播方向正交之第1方向排列為一行。複數個第2透鏡226於第2側面A2中遍及左右方向之大致全體形成。各第2透鏡226形成於第2側面A2中與第1透鏡225於光之傳播方向上對向之位置。第2透鏡226為以較第1透鏡225之曲率半徑足夠小之曲率半徑彎曲之透鏡。第2透鏡226之數量與光傳輸路10之核心121之數量對應。
圖4係自正面模式性顯示圖1之光連接器模組1之剖面之圖。一面參照圖4，一面主要對與光傳輸路10關聯之光連接器20之構成及功能進行說明。
上述安裝方法之第1步驟中，若將光連接器20自光傳輸路10之上方載置於光波導部12上，則第1基部21載置於光傳輸路10。例如，形成於第1基部21之抵接部213與光傳輸路10之載置面抵接。例如，第1基部21中作為前端面形成之抵接面213a與光波導部12之第1包覆層122a之上表面抵接。
如此，光連接器20相對於光傳輸路10之上下方向之位置基於第1基部21之抵接面213a與光波導部12之第1包覆層122a之上表面之抵接而決定。
此外，上述安裝方法之第1步驟中，光連接器20亦可相對於光傳輸路10，根據適當方法定位於前後左右方向。例如，光連接器20亦可藉由定位部217與形成於第1包覆層122a上之螺柱銷卡合，而沿前後左右方向定位。
第1接著部214與光傳輸路10之表面分開。例如，第1基部21中相對於抵接面213a位於一段內側之抵接面214a與光波導部12之第1包覆層122a之上表面分開。此時，於第1接著部214與光傳輸路10之表面間，形成將光連接器20安裝於光傳輸路10之劑料A介置之第2空間S2。第2空間S2由光傳輸路10之表面、接著面214a及抵接面213包圍。更具體而言，第2空間S2由第1包覆層122a之上表面、接著面214a及抵接部213之左右方向之外側之壁包圍。
上述安裝方法之第2步驟中，劑料A自光連接器20之左右兩側，對形成於光連接器20與光傳輸路10間之第2空間S2填充。此時，劑料A於光連接器20之側壁215之角C附近形成填角F。假設劑料A之量過量，劑料A之剩餘部分亦收容於退避凹部216。
根據以上，塗佈劑料A之第2步驟中，光連接器20藉由劑料A對光傳輸路10固定。此時，光連接器20之接著面214a與劑料A接著。同樣，光傳輸路10之第1包覆層122a之上表面與劑料A接著。
圖5係沿圖1之V-V箭線之剖視圖。圖6係將圖5之虛線包圍部VI放大之放大圖。圖7係將圖6之虛線包圍部VII進而放大之放大圖。一面參照圖5至圖7，一面主要就折射率匹配劑30相關之構成及功能、以及光連接器20之光學功能進行說明。
如圖1所示，光連接器20自光傳輸路10之上方載置於光波導部12上。光連接器20係第1基部21與光波導部12之上表面抵接，以覆蓋光傳輸路10之一部分之狀態配置。第2基部22以自基體11之端部突出至前方，自第1基部21朝下方伸出之方式配置。第2基部22以其下表面進而位於較光波導部12之上下位置更下方之方式，朝下方突出。第2基部22係與光傳輸路10之表面，即上表面所正交之光傳輸路10之端面對向。
此時，如圖5所示，於光傳輸路10與光連接器20間，形成有第1空間S1。光連接器20之形成有第1缺口部222之第2基部22之內表面，係與基體11之端面分開。
上述安裝方法之第3步驟中，折射率匹配劑30以填滿第1空間S1之方式自下方填充。折射率匹配劑30係藉由具有與光傳輸路10之核心121之折射率近似之折射率之材料構成。將折射率匹配劑30之材料，決定為適合光傳輸路10之核心121之折射率之最佳材料。
折射率匹配劑30之材料例如包含聚合物。折射率匹配劑30亦可為所謂之匹配油。折射率匹配劑30之折射率包含於例如1.3以上1.8以下之範圍內。折射率匹配劑30之折射率根據傳播之光之波長及溫度變化。
例如，光連接器20之折射率n1與折射率匹配劑30之折射率n2，具有如以下式1之關係。折射率n1與折射率n2間之差量，包含於折射率n2之15%以內。此時，折射率n1之值大於折射率n2之值、或與折射率n2之值相同。 [數1] 1≦n1/n2≦1.15(式1)
不限定於此，折射率n1之值n1係亦可為折射率n1與折射率n2間之差量包含於折射率n2之15%以內之範圍內，且小於折射率n2之值。
式1之條件係以光連接器模組1具有期望之高精度光學特性之方式，由司乃耳定律算出者。本說明書中，「期望之高精度光學特性」例如包含經由光傳輸路10與光連接器20間之折射率匹配劑30之光耦合效率，即基於要求之樣式之高於特定值之耦合效率。
折射率匹配劑30介置於光傳輸路10之端面與第1側面A1間，調整核心121與第1側面A1間之光路上之折射率。例如，折射率匹配劑30介置於光波導部12之端面與第1透鏡225間。此時，光連接器20之第2接著部223與折射率匹配劑30接著。同樣，光傳輸路10之端面與折射率匹配劑30接著。折射率匹配劑30以填充於第1透鏡225及第1缺口部222內部之狀態，與第2接著部223及光傳輸路10之端面密著。根據以上，光連接器20藉由折射率匹配劑30相對於光傳輸路10固定。
光連接器20以對光傳輸路10固定之狀態，與光傳輸路10所含之光波導部12光學耦合。如圖6所示，第1側面A1與光傳輸路10之端面，例如核心121之端面對向。同樣，第1透鏡225與光波導部12之端面，例如核心121之端面對向。折射率匹配劑30介置於第1透鏡225與核心121之端面間。
如圖6所示，第2透鏡226經由光連接器20之第2基部22與第1透鏡225對向。作為一例，第2透鏡226於第2側面A2中以凸形狀形成。第2透鏡226於第2側面A2中以凸透鏡形成。第2透鏡226於沿光之傳播方向之如圖6之剖視圖中，形成為圓弧狀。第2透鏡226之上下方向之半寬(半徑)大於光傳輸路10之核心121之半徑。
與光之傳播方向及第1方向正交之第2方向上，光軸通過之第1透鏡225之中心P1與複數個第2透鏡226全體之中心P2互相一致。第1透鏡225之中心P1之上下位置與第2透鏡226之中心P2之上下位置互相一致。
使用圖6，作為一例，對光自光傳輸路10之端面出射時之光之傳播狀況進行說明。光傳輸路10說明為傳輸來自發光元件之光。不限定於此，光傳輸路10亦可向受光元件傳輸光。該情形時，應理解以下之說明於光之傳播方向完全相反之狀態下適用。
折射率匹配劑30以具有與核心121之折射率近似之折射率之材料構成之情形時，入射至折射率匹配劑30與核心121之邊界面之光之菲涅爾反射藉由折射率之匹配而被抑制。因此，入射至該邊界面之光以高透過率向折射率匹配劑30之內部出射。
自核心121出射之光於折射率匹配劑30之內部藉由繞射效應一面擴散一面向第1透鏡225入射。光連接器20由具有與折射率匹配劑30之折射率近似之折射率之材料形成之情形時，入射至光連接器20與折射率匹配劑30之邊界面之光之菲涅爾反射藉由折射率之匹配而被抑制。因此，入射至該邊界面之光以高透過率，向光連接器20，例如第2基部22之內部出射。
如後述，第1透鏡225作為凹透鏡形成之情形時，向第2基部22之內部出射之光一面進而擴散一面向第2透鏡226入射。第2透鏡226作為凸透鏡形成之情形時，入射至外部與光連接器20之邊界面之光例如藉由第2透鏡226準直。如此，光連接器模組1例如將自光傳輸路10出射之光以準直狀態向外部傳播。
自光連接器模組1出射之光與其他光傳輸路耦合。例如，光與連接於光連接器20之套圈所保持之光纖耦合。例如，光與安裝有連接於光連接器20之其他光連接器之光波導路耦合。
圖7顯示圖1之光傳輸路10之端面之狀況。如圖7所示，光波導部12之端面與基體11之端面一致。核心121及包覆層122之端面沿基體11之端面，形成於同一平面上。然而，不限定於此，光波導部12之端面，例如核心121之端面亦可為突出至光連接器20側之曲面。例如，核心121之端面亦可為較包覆層122之端面更突出至光連接器20側之曲面。
圖8係沿圖1之VIII-VIII箭線之放大剖視圖。圖8中，顯示光傳輸路10包含之複數個傳輸通道中，自左端通道CH1至位於左右方向之中心部之中心通道CH2之區域。
作為一例，第1透鏡225於第1側面A1以凹形狀形成。第1透鏡225於第1側面A1中以凹透鏡形成。第1透鏡225沿與光之傳播方向正交之第1方向，和緩地形成為圓弧狀。第1透鏡225之曲率半徑較第2透鏡226之曲率半徑足夠大。
第1透鏡225以在與光之傳播方向正交之第1方向上，與複數個第2透鏡226全體重疊之方式形成。與光之傳播方向正交之第1方向上，光軸通過之第1透鏡225之中心P1、與複數個第2透鏡226全體之中心P2互相一致。第1透鏡225之沿左右方向之圓弧之中心P1與複數個第2透鏡226全體之左右方向之中心P2一致。
例如，第1透鏡225之曲率半徑包含於200 mm以上400 mm以下之範圍內。例如，第1透鏡225之曲率半徑亦可為250 mm。例如，第2透鏡226之曲率半徑包含於0.2 mm以上0.5 mm以下之範圍內。
例如，圖8所示之面間距離L意指第1透鏡225之透鏡面與第2透鏡226之透鏡面間之光路長。此種面間距離L依存於第2透鏡226之左右方向之位置變化。例如，面間距離L包含於1.0 mm以上2.0 mm以下之範圍內。
例如，圖8所示之通道間間距P意指一個第2透鏡226之左右方向之中心、與一個第2透鏡226所相鄰之另一第2透鏡226之左右方向之中心間之距離。此種通道間間距P包含於例如0.125 mm以上0.250 mm以下之範圍內。通道間間距P亦可相對於複數個第2透鏡226之各者為相同值。複數個第2透鏡226亦可於左右方向等間隔地形成。此時，光傳輸路10之複數個傳輸通道亦於左右方向等間隔配置，第2透鏡226之左右位置與對應之傳輸通道之左右位置相同或近似。
包含如上之第1透鏡225之曲率半徑、第2透鏡226之曲率半徑、面間距離L、通道間間距P、及光連接器20之折射率n1之光連接器20之參數以亦與核心121之核心尺寸及折射率、包覆層122之折射率以及折射率匹配劑30之折射率n2關聯且獲得期望之高精度光學特性之方式決定。
例如，光連接器20之參數以自光傳輸路10之核心121出射之擴散光通過折射率匹配劑30入射至第1透鏡225，且自第2透鏡226作為平行光朝光連接器20之外部出射之方式決定。例如，光連接器20之參數以自光連接器20之外部入射至第2透鏡226之平行光通過第1透鏡225及折射率匹配劑30，對光傳輸路10之核心121聚光之方式決定。
例如，第1透鏡225之曲率半徑及第2透鏡226之曲率半徑依存於面間距離L決定。
圖9A係顯示不存在折射率匹配劑30之情形時，圖8之端通道CH1中傳播之光之狀況之模式圖。圖9B係顯示不存在折射率匹配劑30之情形時，圖8之中心通道CH2中傳播之光之狀況之模式圖。
圖9A及圖9B所示之實例中，與本揭示不同，於光連接器20與光傳輸路10間不存在折射率匹配劑30，光於空氣中傳播。於使用圖10A及圖10B對折射率匹配劑30之光學功能加以後述前，作為其比較，主要對不存在折射率匹配劑30時之光之傳播進行說明。
圖9A中，為強調端通道CH1中之第1透鏡225之圓弧形狀且更簡便地說明，使第1透鏡225之左右方向之端部如傾斜面般大幅傾斜而模式性顯示。然而，實際上，第1透鏡225之左右方向之端部構成沿左右方向和緩彎曲之圓弧之一部分。
如圖9A及圖9B所示，光束直徑ϕ之光自光連接器20之外部對與各通道對應之第2透鏡226入射。光束直徑ϕ包含於例如75 μm以上100 μm以下之範圍內。
此時，例如於中心通道CH2中，入射至第2透鏡226，且通過光連接器20內部之光入射至與沿光之傳播方向所正交之第1方向之平面近似之第1透鏡225之透鏡面。
於中心通道CH2中，入射至第1透鏡225之透鏡面之光使用光連接器20之折射率n1與空氣之折射率，以藉由司乃耳定律引導之角度折射。例如，空氣之折射率小於光連接器20之折射率n1，且第1透鏡225之透鏡面近似於平面。此時，通過第1透鏡225之光收斂，光之一部分聚光於光傳輸路10之核心121。
同樣，例如於端通道CH1中，入射至第2透鏡226，且通過光連接器20內部之光沿與光之傳播方向正交之第1方向，入射至與以特定之角度傾斜之傾斜面近似之第1透鏡225之透鏡面。
端通道CH1中，入射至第1透鏡225之透鏡面之光使用光連接器20之折射率n1與空氣之折射率，以藉由司乃耳定律引導之角度折射。例如，空氣之折射率小於光連接器20之折射率n1，且第1透鏡225之透鏡面近似於傾斜面。此時，通過第1透鏡225之光收斂，僅光之極小一部分與光傳輸路10之核心121耦合。光之大部分於光傳輸路10中照射至與核心121不同之部分。
如圖9A及圖9B所示，不存在折射率匹配劑30，於光連接器20與空氣間產生較大折射率差之情形時，光連接器20之第1透鏡225之透鏡面之折射效應變大。此外，第1透鏡225形成為沿左右方向和緩彎曲之圓弧狀，該透鏡面之形狀依存於各通道之左右位置，按各通道變化。因此，自光連接器20之第1透鏡225出射之光相對於光傳輸路10之耦合效率按各通道不同。
本揭示之折射率匹配劑30抑制如上所述之通道間之光耦合效率之不均。圖10A係與存在折射率匹配劑30時之圖9A對應之模式圖。圖10B係與存在折射率匹配劑30時之圖9B對應之模式圖。
圖10A及圖10B所示之實例中，與圖9A及圖9B所示之實例不同，於光連接器20與光傳輸路10間存在折射率匹配劑30，光於折射率匹配劑30中傳播。使用圖10A及圖10B，主要對本揭示之折射率匹配劑30相對於圖9A及圖9B之實例之有效性進行說明。
如圖10A及圖10B所示，光束直徑ϕ之光自光連接器20之外部對與各通道對應之第2透鏡226入射。與圖9A及圖9B同樣，光束直徑ϕ包含於例如75 μm以上100 μm以下之範圍內。
此時，例如於中心通道CH2中，入射至第2透鏡226，且通過光連接器20內部之光入射至與沿光之傳播方向所正交之第1方向之平面近似之第1透鏡225之透鏡面。
由於光連接器20之折射率n1與折射率匹配劑30之折射率n2滿足如式1般之關係，且互相近似，故抑制中心通道CH2中入射至第1透鏡225之透鏡面之光之折射效應。抑制中心通道CH2中入射至第1透鏡225之透鏡面之光之折射所致之角度變化。此時，若忠於以滿足期望之高精度之光學特性之方式決定之光連接器20之各參數而形成光連接器20，則大致全體之光有效聚光於光傳輸路10之核心121。
同樣，例如於端通道CH1中，入射至第2透鏡226，且通過光連接器20內部之光沿與光之傳播方向正交之第1方向，入射至與以特定角度傾斜之傾斜面近似之第1透鏡225之透鏡面。
由於光連接器20之折射率n1與折射率匹配劑30之折射率n2滿足如式1般之關係，且互相近似，故於端通道CH1中亦與中心通道CH2同樣，抑制入射至第1透鏡225之透鏡面之光之折射效應。抑制端通道CH1中入射至第1透鏡225之透鏡面之光之折射所致之角度變化。此時，若忠於以滿足期望之高精度之光學特性之方式決定之光連接器20之各參數而形成光連接器20，則大致全體之光有效聚光於光傳輸路10之核心121。
如圖10A及圖10B所示，存在折射率匹配劑30，且光連接器20與折射率匹配劑30間之折射率差較小之情形時，光連接器20之第1透鏡225之透鏡面之折射效應變小。因此，即使第1透鏡225形成為沿左右方向和緩彎曲之圓弧狀，其透鏡面之形狀依存於各通道之左右位置，且按各通道變化，亦遍及左右方向同樣抑制光通過第1透鏡225之透鏡面時之光之折射所致之角度變化。其結果，自光連接器20之第1透鏡225出射之光相對於光傳輸路10之耦合效率遍及左右方向同樣提高。
例如，即使第1透鏡225之形狀對於各光連接器20於製造上偏差，亦因存在折射率匹配劑30，故自第1透鏡225出射之光相對於光傳輸路10之耦合效率對於各個體同樣提高。
根據如上所述之一實施形態之光連接器20，具有第1透鏡225及第2透鏡226之情形時，亦可容易獲得期望之高精度之光學特性。例如，藉由第1透鏡225之數量少於第2透鏡226之數量，與第2透鏡226之數量不同，而無需使第1透鏡225與第2透鏡226一對一對應。無需如先前技術所示，一對一精度良好地進行第1透鏡及第2透鏡彼此之光軸匹配。
因此，第1透鏡225及第2透鏡226之光學設計相關之自由度增大。例如，亦可使第1透鏡225之曲率半徑大於第2透鏡226之曲率半徑。即使假設因構成光連接器20之材料之特性引起熱變形等，於製造中產生光連接器20之構件彎曲及收縮等，第2透鏡226之光學設計值相對於第1透鏡225稍微偏差，亦可容易實現第1透鏡225及第2透鏡226相關之期望之光學設計。藉此，對於光連接器模組1，容易維持期望之高精度之光學特性。
光連接器20具有第1透鏡225及第2透鏡226，藉此可利用使該等組合之透鏡系統進行光學調整。光連接器20可藉由2個透鏡提高光學調整之自由度。藉此，光連接器模組1可容易提供具有期望之光束狀態之出射光。
第1透鏡225之數量為1個，藉此僅對1個第1透鏡225決定複數個第2透鏡226之形成位置即可。藉此，第1透鏡225及第2透鏡226之光學設計相關之自由度進而增大，對於光連接器模組1，更容易維持期望之高精度之光學特性。
此外，與第1側面A1中形成複數個第1透鏡225般之情形比較，無需細微之成形加工，容易進行第1側面A1中之第1透鏡225之成形加工。
藉由1個第1透鏡225形成為於第1側面A1中沿左右方向和緩彎曲之圓弧狀，與第1側面A1中未形成第1透鏡225，而是形成第1側面A1作為完全平面之情形比較，成形加工亦變得容易。例如，如光連接器20般基於樹脂材料進行成形加工之情形時，光連接器20之製造中易產生構件之彎曲及收縮等。因此，第1側面A1中形成光學上要求之理想平面較困難。本揭示中，相反地利用此種構件之彎曲及收縮等，可容易形成第1側面A1中沿左右方向和緩彎曲之圓弧狀之1個第1透鏡225。
藉由複數個第2透鏡226沿光之傳播方向所正交之第1方向排列為一行，光連接器20亦可相對於具有沿同一方向排列為一行之複數個傳輸通道之光傳輸路10光耦合。因此，光連接器模組1可基於遍及光傳輸路10及光連接器20形成之複數個傳輸通道，並行傳輸複數個光信號。藉此，使用光連接器模組1之光信號之傳輸效率提高。
藉由第1透鏡225以沿光之傳播方向所正交之第1方向與複數個第2透鏡226全體重疊之方式形成，可使第1透鏡225對通過複數個第2透鏡226各者之光進行光學作用。藉此，可對光連接器模組1中之複數個傳輸通道之各者，利用使第1透鏡225及第2透鏡226組合之透鏡系統進行光學調整。光連接器模組1可對複數個傳輸通道之各者，藉由2個透鏡提高光學調整之自由度。藉此，光連接器模組1可容易對複數個傳輸通道之各者提供具有期望之光束狀態之出射光。
與光之傳播方向正交之第1方向以及與光之傳播方向及第1方向正交之第2方向上，光軸通過之第1透鏡225之中心P1、與複數個第2透鏡226全體之中心P2互相一致，藉此形成為圓弧狀之第1透鏡225相對於複數個第2透鏡226全體於上下左右方向對稱配置。藉此，相對於光連接器模組1之左右方向之中心位於左側及右側各者之複數個傳輸通道中，獲得彼此相同之光學特性。藉此，遍及光連接器模組1中之複數個傳輸通道全體，光學特性之同樣性提高。
藉由第1透鏡225之曲率半徑大於第2透鏡226之曲率半徑，對於形成於第1側面A1之第1透鏡225，無需如形成於第2側面A2之第2透鏡226般之細微構造。因此，容易形成第1側面A1中之第1透鏡225。
藉由第1透鏡225以凹透鏡形成，光連接器20可將自光傳輸路10之核心121出射之光強制性擴散。例如，藉由於第1側面A1中與核心121對向之位置形成有凹透鏡，可於出射後之早期階段，將由折射率匹配劑30抑制擴散之光強制性擴散。相反，自光連接器20之外部通過第2透鏡226入射至第1透鏡225之光可被聚光，且效率良好地與核心121耦合。
藉由第2透鏡226形成為凸透鏡，光連接器20例如可將藉由凹透鏡之第1透鏡225擴散之光轉換為準直光。光連接器20可藉由第1透鏡225及第2透鏡226之凹透鏡及凸透鏡之組合，提供大口徑之準直光。藉此，光連接器20可提供效率良好地聚光為更小光點之準直光。光連接器20可照射特性優異之準直光。
光連接器20可藉由大口徑之準直光，擴大光耦合之容許範圍。換言之，光連接器20即使與成為光耦合對象之其他光傳輸路之間，光軸稍微偏移，亦可於特定之容許範圍內進行光耦合。
藉由第2透鏡226形成為凸透鏡，光連接器20可將作為準直光入射至第2透鏡226之光聚光。光連接器20可藉由第1透鏡225及第2透鏡226之凹透鏡及凸透鏡之組合，將光有效聚光。藉此，光連接器20可使光效率良好地與光傳輸路10之核心121耦合。
光連接器20藉由第1基部21及第2基部22形成為L字狀，第1側面A1及第2側面A2形成於與光傳輸路10之端面對向之第2基部22，藉此，第1透鏡225及第2透鏡226可於L字之前端緊密配置。因此，即使為光連接器20小型化之狀態，亦容易獲得期望之高精度之光學特性。
藉由以樹脂材料形成光連接器20，於光連接器20之製造中易產生構件之彎曲及收縮等。此種情形時，如上所述，可容易實現第1透鏡225及第2透鏡226相關之期望之光學設計。藉此，光連接器模組1容易維持期望之高精度之光學特性。
藉由光連接器模組1具有介置於光傳輸路10之端面與第1側面A1間之折射率匹配劑30，可減少光傳輸路10與光連接器20間之耦合損耗。例如，藉由折射率匹配劑30介置於光波導部12之端面與第1透鏡225間，光連接器模組1可減少因繞射效應所致之損耗、因自外部混入至第1空間S1之異物所致之光散射或吸收所伴隨之損耗、及因菲涅爾反射所致之損耗等。
具體而言，光連接器模組1藉由將具有與核心121之折射率近似之折射率之折射率匹配劑30配置於光路中，與空氣中之情形比較可抑制因繞射效應所致之光擴散。藉此，光連接器模組1可減少自核心121出射之光中，因繞射效應而未與第1透鏡225耦合之光的比例。
折射率匹配劑30亦發揮抑制異物混入之作用。光連接器模組1藉由以折射率匹配劑30填充第1空間S1，可抑制異物自外部混入。藉此，光連接器模組1可抑制因來自外部之異物所致之光散射或吸收所伴隨之損耗，且減少耦合損耗。
由於光連接器模組1係折射率匹配劑30之折射率與核心121之折射率及光連接器20之折射率之各者近似，故可抑制各邊界面之菲涅爾反射。光連接器模組1可使光以高透過率自核心121出射，提高耦合效率。光連接器模組1可使光以高透過率自光連接器20出射，提高耦合效率。
光連接器模組1藉由利用折射率匹配劑30固定光傳輸路10與光連接器20，可抑制因使用或經時劣化等所致之光軸偏移。因此，光連接器模組1可以根據最初之定位規定彼此之相對位置之狀態，長期維持相同之光學特性。如此，光連接器模組1可提高作為製品之品質。
光連接器模組1之光連接器20亦與折射率匹配劑30一起，由具有與核心121之折射率近似之折射率之材料形成，藉此可抑制菲涅爾反射，減少耦合損耗。
對於本領域技術人員而言，當明確本揭示可未脫離其精神或本質之特徵而以上述實施形態以外之特定形態實現。因此，以上之敘述為例示，不限定於此。揭示之範圍不根據上述記述，而由附加之技術方案定義。所有變更中其均等範圍內之若干變更包含於其中。
例如，上述各構成部之形狀、配置、朝向及個數不限定於上述之說明及圖式中圖示之內容。若為可實現其功能者，則各構成部之形狀、配置、朝向及個數亦可任意構成。
例如，光傳輸路10、光連接器20及折射率匹配劑30相關之各參數之數值不限定於上述值。各參數亦可包含光連接器模組1中獲得期望之高精度之光學特性之任意值。
上述實施形態中，說明了光傳輸路10之核心121之核心尺寸包含於例如5 μm以上15 μm以下之範圍內，但不限定於此。例如，核心121之核心尺寸亦可為0.2 μm。例如，光傳輸路10之核心121之折射率亦可包含於例如3.0以上4.0以下之範圍內。同樣，折射率匹配劑30之折射率亦可包含於例如3.0以上4.0以下之範圍內。同樣，光連接器20之折射率亦可包含於例如3.0以上4.0以下之範圍內。
上述實施形態中，以折射率n1與折射率n2間之差量包含於折射率n2之15%以內進行說明，但不限定於此。例如，折射率n1與折射率n2間之差量亦可包含於折射率n2之20%以內，又可包含於25%以內。
上述實施形態中，說明了第1透鏡225之數量為1個，但不限定於此。若第1透鏡225之數量少於第2透鏡226之數量，則亦可為2個以上。
圖11係與顯示光連接器模組1之變化例之圖8對應之放大剖視圖。例如，如圖11所示，第2透鏡226全體之數量為12個，相對於此，第1透鏡225之數量亦可為6個。此時，例如在與光之傳播方向正交之第1方向上，光軸通過之一個第1透鏡225之中心、及與一個第1透鏡225對應之2個第2透鏡226之中心亦可互相一致。此外，一個第1透鏡225以於光之傳播方向所正交之第1方向上與對應之2個第2透鏡226重疊之方式形成。
上述實施形態中，說明了複數個第2透鏡226於光之傳播方向所正交之第1方向上排列為一行，但不限定於此。沿與光之傳播方向正交之第1方向之第2透鏡226之行亦可於上下方向形成複數個。此時，第1透鏡225可相對於第2透鏡226之複數行形成為一個或一行，亦可配合第2透鏡226之複數行，形成為上下方向之複數行。
上述實施形態中，說明了複數個第2透鏡226於左右方向等間隔形成，但不限定於此。複數個第2透鏡226亦可於左右方向非等間隔形成。此時，光傳輸路10之複數個傳輸通道亦可於左右方向非等間隔配置。
上述實施形態中，說明了第1透鏡225以於光之傳播方向所正交之第1方向上，與複數個第2透鏡226全體重疊之方式形成，但不限定於此。例如，第1透鏡225亦可以於光之傳播方向所正交之第1方向上，與複數個第2透鏡226之一部分重疊之方式形成。
上述實施形態中，說明了於光之傳播方向所正交之第1方向上，第1透鏡225之中心P1、與複數個第2透鏡226全體之中心P2互相一致，但不限定於此。例如，第1透鏡225之中心P1、與複數個第2透鏡226全體之中心P2亦可於左右方向上互相不一致。
上述實施形態中，說明了於光之傳播方向及第1方向所正交之第2方向上，第1透鏡225之中心P1、與複數個第2透鏡226全體之中心P2互相一致，但不限定於此。例如，第1透鏡225之中心P1、與複數個第2透鏡226全體之中心P2亦可於上下方向上互相不一致。
上述實施形態中，說明了第1透鏡225之曲率半徑大於第2透鏡226之曲率半徑，但不限定於此。例如，第1透鏡225之曲率半徑亦可與第2透鏡226之曲率半徑相同。
上述實施形態中，說明了第1透鏡225形成為凹透鏡，但不限定於此。若獲得期望之高精度之光學特性，則第1透鏡225亦可為凸透鏡等任意類型之透鏡。
上述實施形態中，說明了第2透鏡226形成為凸透鏡，但不限定於此。若獲得期望之高精度之光學特性，則第2透鏡226亦可為凹透鏡等任意類型之透鏡。
上述實施形態中，說明了第1透鏡225及第2透鏡226之形狀於剖視時為圓弧狀，但不限定於此。第1透鏡225及第2透鏡226之形狀可為球面，亦可為非球面。
上述實施形態中，說明了光波導部12形成於基體11之上表面，但不限定於此。例如，光波導部12亦可嵌入至基體11內部。該情形時，亦可以光波導部12之端面與基體11之端面一致，核心121之端面自基體11之端面露出之方式形成。
上述實施形態中，說明了折射率匹配劑30僅填滿第1空間S1，但不限定於此。例如，折射率匹配劑30亦可以除第1空間S1外，填滿覆蓋光傳輸路10之光連接器20之凹部212之方式填充。
上述實施形態中，說明了折射率匹配劑30介置於光波導部12之端面與第1透鏡225間，但不限定於此。折射率匹配劑30亦可於光傳輸路10之端面與第1側面A1間，介置於除光波導部12之端面與第1透鏡225間外之其他任意部分。於此種情形時，折射率匹配劑30亦發揮抑制異物混入之作用。藉此，光連接器模組1可如上述般抑制因來自外部之異物所致之光散射或吸收所伴隨之損耗，減少耦合損耗。
上述實施形態中，說明了光連接器模組1具有具備基體11及積層於基體11之光波導部12之光傳輸路10，但不限定於此。光連接器模組1亦可不具有光傳輸路10，僅具有光連接器20及折射率匹配劑30。 [相關申請案之交叉參考]
本申請案係主張2020年7月29日於日本申請之特願2020-128660號之優先權者，且用於參照將該申請案之揭示全體併入本文。
1:光連接器模組 10:光傳輸路 11:基體 12:光波導部 20:光連接器 21:第1基部 22:第2基部 30:折射率匹配劑 121:核心 122:包覆層 122a:第1包覆層 122b:第1包覆層 211:下表面 212:凹部 213:抵接部 213a:抵接面 214:第1接著部 214a:接著面 215:側壁 216:退避凹部 217:定位部 221:貫通孔 222:第1缺口部 223:第2接著部 224:第2缺口部 225:第1透鏡 226:第2透鏡 A:劑料 A1:第1側面 A2:第2側面 C:角 CH1:端通道 CH2:中心通道 F:填角 L:面間距離 P:通道間間距 P1:中心 P2:中心 S1:第1空間 S2:第2空間 n1:折射率 n2:折射率 ϕ:光束直徑
圖1係以俯視顯示包含一實施形態之光連接器之光連接器模組之外觀立體圖。 圖2係將圖1之光傳輸路單體放大且俯視顯示之外觀立體圖。 圖3係顯示圖1之光連接器單體之外觀立體圖。 圖4係自正面模式性顯示圖1之光連接器模組之剖面之圖。 圖5係沿圖1之V-V箭線之剖視圖。 圖6係將圖5之虛線包圍部VI放大之放大圖。 圖7係將圖6之虛線包圍部VII進而放大之放大圖。 圖8係沿圖1之VIII-VIII箭線之放大剖視圖。 圖9A係不存在折射率匹配劑之情形時，於圖8之端通道中傳播之光之狀況之模式圖。 圖9B係顯示不存在折射率匹配劑之情形時，於圖8之中心通道中傳播之光之狀況之模式圖。 圖10A係與存在折射率匹配劑時之圖9A對應之模式圖。 圖10B係與存在折射率匹配劑時之圖9B對應之模式圖。 圖11係與顯示光連接器模組之變化例之圖8對應之放大剖視圖。
1:光連接器模組
10:光傳輸路
12:光波導部
20:光連接器
21:第1基部
22:第2基部
30:折射率匹配劑
121:核心
122:包覆層
222:第1缺口部
224:第2缺口部
225:第1透鏡
226:第2透鏡
A1:第1側面
A2:第2側面
CH1:端通道
CH2:中心通道
L:面間距離
P:通道間間距
P1:中心
P2:中心
S1:第1空間

Claims (12)

  1. 一種光連接器，其係安裝於包含基體及積層於上述基體之光波導部之光傳輸路者；且包含：第1側面，其與上述光傳輸路之端面對向；第2側面，其於光之傳播方向上位於上述第1側面之相反側；至少1個第1透鏡，其形成於上述第1側面上，與上述光波導部之端面對向；及複數個第2透鏡，其等形成於上述第2側面中與上述第1透鏡於上述傳播方向對向之位置；且上述第1透鏡之數量，少於上述第2透鏡之數量；且上述第1透鏡之透鏡面之形狀依據上述第2透鏡面之形成位置而變化。
  2. 如請求項1之光連接器，其中上述第1透鏡之數量為1個。
  3. 如請求項2之光連接器，其中複數個上述第2透鏡在與上述傳播方向正交之第1方向上排列為一行。
  4. 如請求項2或3之光連接器，其中上述第1透鏡以在與上述傳播方向正交之第1方向上，與複數個上述 第2透鏡全體重疊之方式形成。
  5. 如請求項2或3之光連接器，其中在與上述傳播方向正交之第1方向、以及與上述傳播方向及上述第1方向正交之第2方向上，光軸通過之上述第1透鏡之中心與複數個上述第2透鏡全體之中心係互相一致。
  6. 如請求項1至3中任一項之光連接器，其中上述第1透鏡之曲率半徑，大於上述第2透鏡之曲率半徑。
  7. 如請求項1至3中任一項之光連接器，其中上述第1透鏡於上述第1側面中以凹透鏡形成。
  8. 如請求項1至3中任一項之光連接器，其中上述第2透鏡於上述第2側面中以凸透鏡形成。
  9. 如請求項1至3中任一項之光連接器，其包含：第1基部，其載置於上述光傳輸路；及第2基部，其在與上述第1基部之延伸方向正交之方向上自上述第1基部伸出，與上述光傳輸路之端面對向；且上述第1側面及上述第2側面，形成於上述第2基部。
  10. 如請求項1至3中任一項之光連接器， 其係由樹脂材料形成。
  11. 一種光連接器模組，其包含：請求項1至10中任一項之光連接器；上述光傳輸路，其包含上述基體、及積層於上述基體之上述光波導部；及折射率匹配劑，其介置於上述光傳輸路之端面與上述第1側面間，調整折射率。
  12. 如請求項11之光連接器模組，其中上述折射率匹配劑介置於上述光波導部之端面與上述第1透鏡之間。
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