WO2014073305A1 - 光通信モジュール及び光通信用のレンズ - Google Patents

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WO2014073305A1
WO2014073305A1 PCT/JP2013/077200 JP2013077200W WO2014073305A1 WO 2014073305 A1 WO2014073305 A1 WO 2014073305A1 JP 2013077200 W JP2013077200 W JP 2013077200W WO 2014073305 A1 WO2014073305 A1 WO 2014073305A1
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lens
optical communication
communication module
diffraction
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大輔 棚橋
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コニカミノルタ株式会社
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    • G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power
    • G02B5/1895—Structurally combined with optical elements not having diffractive power such optical elements having dioptric power

Definitions

  • the present invention relates to a lens for optical communication and an optical communication module which 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.
  • an optical coupling lens is used in order to efficiently perform optical coupling between a semiconductor laser or a light receiving element and an optical fiber.
  • the structure which mainly supports a glass lens with a stainless steel leg part is widely used.
  • 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.
  • 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 optical communication modules may be exposed to a wide range of temperatures from -40 ° C to + 100 ° C, but in the case of general resin lenses, the refractive index and surface shape change according to changes in the environmental temperature. As a result, the focus position varies.
  • 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.
  • Patent Document 1 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.
  • 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.
  • JP 2011-003857 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-274646
  • Patent Document 2 a wavelength-dependent diffraction structure is added to a resin lens, and wavelength fluctuations (d ⁇ / dT) due to the temperature of the semiconductor laser are generated.
  • 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.
  • 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.
  • the amount of focus position variation that contributes to focus position correction is proportional to the wavelength variation due to temperature change (d ⁇ / dT), so the wavelength variation due to semiconductor laser temperature variation (d ⁇ / 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 (d ⁇ / dT), focus position fluctuations due to semiconductor laser wavelength fluctuations. It is an invention that is easy to hold down.
  • the wavelength of light is required to be substantially constant in consideration of applications such as wavelength multiplexing communication.
  • the performance of semiconductor lasers has improved, and there is a tendency for lasers with smaller wavelength variations (d ⁇ / dT) due to temperature changes to be demanded.
  • 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 (d ⁇ / dT) due to a temperature change is used.
  • a semiconductor laser capable of suppressing the wavelength fluctuation (d ⁇ / dT) to be small even when a large temperature change of ⁇ 40 ° C. to + 100 ° C. occurs the correction effect due to the diffraction structure is reduced, and the temperature change
  • the focus position fluctuation correction function cannot be fully used.
  • the diffractive structure becomes finer. If the diffractive structure becomes finer, the diffraction pitch becomes smaller at the periphery of the lens. 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.
  • 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.
  • 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.
  • dP diffraction power [1 / mm] by the optical path difference providing structure
  • P Power of the entire lens system [1 / mm]
  • d ⁇ / dt wavelength variation due to temperature change of the optical element (nm / ° C.)
  • the diffractive structure for correcting the focus position fluctuation caused by the temperature change is used.
  • 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.
  • an optical element having a small wavelength variation in a range such as the equation (2) may be used.
  • the value of the expression (1) exceeds the lower limit, sufficient diffraction power can be obtained to cancel the variation of the focus position generated in the resin lens in a wide environmental temperature range of, for example, -40 ° C to + 100 ° C. .
  • 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.
  • optical element for example, a semiconductor laser can be used, but any optical wavelength can be used as long as the wavelength changes due to a temperature change.
  • optical path difference providing structure is, for example, a diffractive structure.
  • the numerical aperture (NA) is relatively smaller on the optical fiber side than on the light source side, the light incident angle on the lens optical surface becomes smaller. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the diffractive structure referred to in this specification is a general term for structures that have a step and have a function of converging or diverging a light beam by diffraction.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the optical path difference providing structure has a plurality of concentric annular zones with the optical axis as the center.
  • 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 staircase structure.
  • the optical path difference providing structure is preferably a structure in which a certain unit shape is periodically repeated.
  • the unit shape is periodically repeated here naturally includes shapes in which the same shape is repeated in the same cycle.
  • 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”.
  • the luminous flux emitted from the light source and passing through the optical path difference providing structure of the lens makes the X-order diffracted light quantity larger than any other order diffracted light quantity.
  • 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.
  • the optical communication module according to claim 2 is the optical communication module according to claim 1, wherein the optical path difference providing structure is a lens for optical communication including a rotationally symmetric diffraction 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 imparted 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.
  • the optical surface on the optical fiber side may be a flat surface.
  • 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.
  • the diffraction pitch of the optical path difference providing structure can be easily increased, and the manufacturability can be improved.
  • 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.
  • An optical communication module 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)
  • An optical communication module 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
  • 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.
  • the lens is formed integrally with the holder.
  • the lens is preferably a cap type in which legs integrally formed from the same plastic material are connected.
  • 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.
  • An optical communication module is characterized in that the optical communication lens according to any one of claims 1 to 6 is assembled to a substrate that supports the optical element.
  • optical communication lens according to claim 8 is mounted on the optical communication module according to any one of claims 1 to 7.
  • the lens is preferably a cap type in which legs integrally molded from the same plastic material are connected.
  • 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.
  • 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 fluctuation due to a change in operating temperature.
  • the wavelength variation (d ⁇ / dT) of the optical element is preferably 0.2 (nm / ° C.) or less.
  • (d ⁇ / dT) is preferably 0.01 (nm / ° C.) or more, and more preferably 0.1 or less.
  • 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. In addition, it is desirable to keep the focus fluctuation amount to several tens of ⁇ m, for example, about 30 to 35 ⁇ m within the temperature range of -40 ° C to + 100 ° C.
  • 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.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view in the optical axis direction of an optical communication module 10 according to the present embodiment. It is sectional drawing of the lens concerning a comparative example.
  • 1 is a cross-sectional view of a lens according to Example 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a lens according to Example 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a lens according to Example 3.
  • FIG. It is a figure which shows the optical coupling rate change by the temperature change in a comparative example. It is a figure which shows the optical coupling rate change by the temperature change in Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the optical coupling rate change by the temperature change in Example 3.
  • FIG. It is optical axis direction sectional drawing of the optical communication module 10 concerning another embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view in the optical axis direction of an optical communication module 10 according to the present embodiment.
  • 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 (d ⁇ / dT) is about 0.1 (nm / ° C.).
  • the lens 20 is arranged 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.
  • 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 ⁇ m or more.
  • the optical surface (S2 surface) on the optical fiber side having an effective diameter ⁇ SF preferably has an inflection point.
  • the optical surface (S1 surface) opposite to the optical fiber having an effective diameter ⁇ SL ( ⁇ SF) 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 ⁇ d ⁇ / dt ⁇ 0.2 (2) However, dP: diffraction power by diffraction structure [1 / mm] P: Power of the entire lens system [1 / mm] d ⁇ / dt: wavelength variation due to temperature change of the laser chip 15 (nm / ° C.)
  • a cylindrical stainless steel holder 30 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.
  • the optical communication module 10 of the present embodiment 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.
  • 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.
  • a temperature change occurs in the optical communication module 10
  • a wavelength change occurs in the light emitted from the laser chip 15.
  • 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, the optical coupling efficiency can be maintained even when the environmental temperature changes in the range of ⁇ 40 ° C. to + 100 ° C.
  • 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.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view in the optical axis direction of an optical communication module 10 according to another 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.
  • 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).
  • 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.
  • a power of 10 (for example, 2.5 ⁇ 10 ⁇ 3 ) may be expressed using E (for example, 2.5 ⁇ E ⁇ 3).
  • the optical surfaces (S1 surface, S2 surface) of the lens are formed as aspherical surfaces that are axisymmetric about the optical axis and are defined by mathematical formulas obtained by substituting the coefficients shown in Table 1 into Formula 1.
  • X is an axis in the optical axis direction (the light traveling direction is positive)
  • ⁇ is a conical coefficient
  • a 2i is an aspherical coefficient
  • h is a height from the optical axis
  • r is a paraxial radius of curvature.
  • 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.
  • ⁇ 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
  • C 1 is the optical path difference function coefficient. Note that ⁇ B 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.
  • 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.
  • LD is a light emission part
  • FB is an end surface of an optical fiber
  • 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 ⁇ SL of the S1 surface is 1.205 mm
  • the effective diameter ⁇ SF of the S2 surface is 0.821 mm.
  • the radius of curvature of the S2 surface is smaller than that of the S1 surface.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the lens LS according to the first embodiment.
  • Table 2 shows lens data of Example 1.
  • LD is a light emission part
  • FB is an end surface of an optical fiber
  • 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 ⁇ SL of the S1 surface is 1.345 mm
  • the effective diameter ⁇ SF of the S2 surface is 0.999 mm.
  • 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.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the lens LS according to the second embodiment.
  • Table 3 shows lens data of Example 2.
  • LD is a light emission part
  • FB is an end surface of an optical fiber
  • 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 ⁇ SL of the S1 surface is 1.331 mm
  • the effective diameter ⁇ SF of the S2 surface is 1.003 mm.
  • 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.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the lens LS according to the third embodiment.
  • Table 4 shows lens data of Example 3.
  • LD is a light emission part
  • FB is an end surface of an optical fiber
  • 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 ⁇ SL of the S1 surface is 1.314 mm
  • the effective diameter ⁇ SF of the S2 surface is 1.008 mm.
  • 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.
  • Table 5 summarizes the values of the comparative example and Examples 1 to 3.
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in optical coupling rate with respect to a temperature change according to a comparative example
  • FIGS. 7 to 9 are diagrams showing a change in optical coupling rate with respect to a temperature change in Examples 1 to 3.
  • FIGS. 7 to 9 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%.
  • any of Examples 1 to 3 can suppress the decrease in the optical coupling efficiency within 10%.
  • Example 3 has almost no decrease in optical coupling efficiency and has optical performance comparable to a glass lens.
  • the lens of the present invention may be used to collect light emitted from an optical fiber on a light receiving element.

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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

Description

光通信モジュール及び光通信用のレンズ
　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。
　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。
　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。
　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。
特開2011-003857号公報 特開平11-274646号公報
　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。
　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。
　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。
　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／℃）
　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’）
　「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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）
　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’）
　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
　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’）
　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。
　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。
　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。
　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。
　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
　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。
　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
　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。
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。 比較例にかかるレンズの断面図である。 実施例１にかかるレンズの断面図である。 実施例２にかかるレンズの断面図である。 実施例３にかかるレンズの断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。
　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。
　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。
　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／℃）
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
（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。
　表５に、比較例と実施例１～３の各値をまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　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。
　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。
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

Claims (8)

  1. 　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／℃）
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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）
  5. 　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
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
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