光通信模块以及光通信用的透镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于光通信等且例如将来自半导体激光等光学元件的光与光纤 或受光元件结合的光通信用的透镜以及光通信模块。
【背景技术】
[0002] 在光通信模块中，为了在半导体激光或者受光元件与光纤之间高效地使光结合， 使用光结合用的透镜。然而，在现有的光结合用的透镜中，主要广泛使用了利用不锈钢制的 腿部支承玻璃透镜的结构。然而，具有非球面的玻璃透镜通常价格高，存在导致明显的成本 升高这一问题。因此，存在如下尝试：用容易进行高精度的非球面的成形且能够大量生产的 塑料制的透镜替换玻璃制的透镜，尝试能否在半导体激光或者受光元件与光纤之间实现光 结合。
[0003] 这里，与玻璃透镜相比，树脂透镜的特征之一是，相对于温度变化的折射率变化及 面形状变化相对较大。虽然存在光通信用模块内部暴露于_40°C~+100°C这一范围宽的温 度环境下的可能性，但是在一般的树脂透镜的情况下，由于折射率及面形状与环境温度变 化相应地变化，所以会导致焦点位置的变动。然而，由于光向光纤端面的结合效率由光源的 横模（光束直径）决定，所以若因透镜的折射率变化及面形状变化而导致最佳焦点位置变 动，则存在结合效率变动大这一光通信用光学系统所固有的问题。因此，存在重用线膨胀系 数比较小的玻璃制的透镜这一实际情况。但是，如上述那样与树脂制相比，玻璃制的非球面 透镜的价格高，存在为了减少光通信用模块的成本而使用树脂制的透镜这一强烈需求。
[0004] 作为使用树脂制的透镜时的对策，虽然如专利文献1所示那样，通过采用光学元 件一透镜间隔因温度变化而变化这样的结构，能够抑制环境温度变化导致的焦点位置变 动，但是其效果不能说是充分达到完全消除折射率变化以及面形状变化导致的影响的程 度。即，其有效量完全不同，透镜光学面的温度变化所引起的焦点位置的变动起支配作用且 效力大，因此可以说校正效果微薄。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2011-003857号公报
[0008] 专利文献2 :日本特开平11-274646号公报
【发明内容】
[0009] 与此相对，如专利文献2所示，具有如下技术思想：对树脂制的透镜附加具有波长 依赖性的衍射结构，利用因半导体激光的温度而产生波长变动（cU/dT)这一点，消除环境 温度变化时的焦点位置变动。即，树脂制透镜的温度变化导致的膨胀收缩所产生的焦点位 置变动、以及半导体激光的波长变动导致的焦点位置变动在对透镜附加衍射结构的情况下 通常是相反方向，是彼此消除的方向。但是，在专利文献2的技术中，衍射光焦度相对于整 体光焦度的比小，在-40°C~+100°C这一宽的温度变化范围内始终不能充分地抑制焦点位 置的变动。
[0010] 除此之外，在透镜附加衍射结构的情况下，有助于焦点位置校正的焦点位置变动 量与温度变化导致的波长变动（d A/dT)成比例，因此，半导体激光的温度变化导致的波长 变动（cU/dT)大对伴随着温度变化的焦点位置变动的校正是有效的，专利文献2使用了 波长变动（cU/dT)大的激光，因此成为容易充分抑制半导体激光的波长变动导致的焦点 位置变动的发明。但是，在光通信中考虑到其性质方面波分复用等用途，要求光的波长大 致一定。由于近年来半导体激光的性能提高，存在要求温度变化导致的波长变动（cU/dT) 小的激光的倾向。因此，在专利文献2的发明中，产生如下问题：在使用温度变化导致的 波长变动（dA/dT)小的激光的情况下，难以抑制焦点的位置的变动。这样，在使用即使产 生-40°C~+100°C这一较大的温度变化也能够将波长变动（dA/dT)抑制得较小的半导体 激光时，衍射结构所产生的校正效果变小，不能充分地发挥温度变化时的焦点位置变动校 正功能。与此相对，虽然考虑进一步提高其衍射光焦度，但若提高衍射的光焦度则衍射结构 变得更微小，若衍射结构变得微小，则在透镜周边部衍射间距变小，成形模具的加工性、成 形性等制造难易程度升高，容易产生制造误差。若在成形后的透镜的衍射结构中产生制造 误差（微小结构的塌边等），则衍射效率降低，此外，若衍射间距成为波长数量级，则因接近 矢量衍射的区域而导致衍射效率降低，它们的协同效果导致透镜的结合效率降低并且增加 杂光。这种结合效率的降低、杂光的增加成为将树脂制的透镜用于光通信时的障碍。
[0011]本发明是鉴于这种问题而做出的，其目的在于提供一种能够减少成本、制造容易、 并且即使产生大的环境温度变化也能够抑制焦点位置变动而实现高精度的光通信的光通 信用的透镜以及使用了该光通信用的透镜的光通信模块。
[0012] 技术方案1所述的光通信用模块的特征在于，该光通信用模块具有光学元件、光 纤、用于聚集从光学元件或光纤射出的光束的光通信用的透镜，
[0013] 所述透镜是由树脂材料形成的单一的透镜，具有所述光纤侧的光学面（S2面）、与 所述光纤相反一侧的光学面（S1面），在所述光纤侧的光学面（S2面）形成有用于校正因温 度变化引起的焦点位置变动的光程差附加结构，并满足以下的式子：
[0014] 0.6 彡 dP/P 彡 0.8 (1)
[0015] 0<cU/dt 彡 0.2 (2)
[0016] 其中，
[0017] dP :所述光程差附加结构产生的衍射光焦度[1/_]
[0018] P :所述透镜整个系统的光焦度[1/mm]
[0019] d A /dt :所述光学元件的温度变化导致的波长变动（nm/°C )。
[0020] 根据本发明，使用了用于校正因温度变化引起的焦点位置变动的衍射结构。由此， 利用入射到所述透镜的光的波长与温度相应地变化这一点，通过使通过所述衍射结构的光 的衍射光焦度变化来消除所述树脂制透镜的折射率变化以及面形状变化所导致的焦点位 置的变动，即，能够抑制产生环境温度变化时的焦点位置变动，能够提高光结合效率。这里， 由于期望的是光通信用途所使用的光的波长与环境的变化无关而大致一定，所以虽然期望 使用（2)式子那种范围的波长变动小的光学元件，但由于波长变动量非常小，所以在透镜 的光学面形成光程差附加结构的情况下难以进行伴随着温度变化的焦点位置变动的校正。 但是，在（1)式子的值在下限以上时，例如在_40°C~+100°C这一宽的环境温度范围内，能 够获得消除树脂制的透镜所产生的焦点位置的变动这样程度的足够的衍射光焦度。另一方 面，在（1)式子的值在上限以下时，衍射结构的衍射间距不会变得过小，易于加工，因此制 造容易。因此，通过在满足（1)式子的范围内使衍射光焦度平衡，能够提供一种具有既抑制 焦点位置的变动、又确保制造容易性的透镜的光通信用模块。另外，更优选的是，满足以下 的式子。
[0021] 0. 62 ^ dP/P ^ 0. 77 (1'）
[0022] "光学元件"是指，例如能够使用半导体激光、但只要是因温度变化而产生波长变 动的元件就能够使用。"光程差附加结构"是指，例如衍射结构。
[0023] 在通常的发送用光学系统中，由于光纤侧的数值孔径（NA)比光源侧的数值孔径 (NA)小，所以光线向透镜光学面的入射角度变小。由于向光学面的入射角越小光的衍射效 率越大，所以通过将所述光程差附加结构形成于所述光纤侧的光学面（S2面），能够提高衍 射效率。
[0024] 此外，在本说明书中所说的光程差附加结构是指，对入射光束施加光程差的结构 的总称。在光程差附加结构中也包含施加相位差的相位差施加结构。另外，在相位差施加 结构中包含衍射结构。本发明的光程差附加结构优选的是衍射结构。光程差附加结构具有 台阶，优选的是具有多个台阶。利用该台阶对入射光束施加光程差及/或相位差。由光程 差附加结构施加的光程差既可以是入射光束的波长的整数倍，也可以是入射光束的波长的 非整数倍。台阶既可以沿光轴垂直方向隔开周期性的间隔而配置，也可以沿光轴垂直方向 隔开非周期性的间隔而配置。另外，在设有光程差附加结构的透镜是单片非球面透镜的情 况下，因距光轴的高度不同导致光束向耦合透镜的入射角不同，因此光程