专利名称:光模块的制作方法
技术领域:
本发明涉及光通信中所用的光模块。
背景技术:
以往,例如,像下述的专利文献所公开的光发送接收模块那样, 已知有将光纤与光元件进行光学地耦合的光模块。作为这种光模块,
例如有被作为FTTH (光纤到户)的光用户线路终端装置而使用并通 过一根光纤进行双向传输的光发送接收模块。这种光发送接收模块例 如由搭载了与发光元件耦合用透镜的封装、搭载了与受光元件耦合用 透镜的封装、对发送与接收的波长进行合波分波的电介质多层膜滤光 片以及光纤构成。
从光模块的低成本化等观点出发提出了各种各样的构成。例如, 在下述的专利文献1所涉及的光发送接收模块中,将发光元件和受光 元件收纳于同一封装中,并使这些光元件经共用的透镜与光纤进行耦 合。这样,在专利文献l的技术中,谋求使透镜共用化而带来的零部 件个数的削减。另外,在专利文献l的技术中,将具有波长合波分波 功能的衍射光栅和透镜一体地进行成型。由此,实现零部件个数的进 一步削减。
专利文献1日本专利公开特开2004-264659号公报
专利文献2日本专利公开特开2000-28850号公报
专利文献3日本专利公开特开2005-331602号公报
专利文献4日本专利公开特开平9-325248号公报
专利文献5日本专利7>开特开昭62-89008号公报
专利文献6日本专利z^开特开2005-250117号〃>才艮
发明内容
(发明要解决的问题)
在以往的光模块中,通过适当确定光纤与透镜之间的距离(以下, 也称之为第 一距离)、和从透镜到发送元件或者接收元件的距离(以下, 也称之为第二距离)来构筑合适的光学系统。但是,在第一、二距离的 适当值对于两个光元件不同的情况下,有时候一个光元件的光学系统 的设计条件就成为对另一个光元件的光学系统的设计的不利制约。
本发明就是为了解决上述那样的课题而完成的,其目的是提供一 种能够在削减零部件个数的同时以更加宽松的条件进行设计的光模 块。
(解决问题的技术方案) 本发明的第一技术方案是为了达到上述目的而提供一种光模块,
其特征在于具备
光在其内部进行传播的光波导部件;
与上述光波导部件进行光学耦合并且对入射的光进行反射的光 路变换部件;
与上述光路变换部件进行光学耦合的透镜;以及
隔着上述透镜设置在与上述光路变换部件相对的位置并且都与 该透镜进行光学耦合的第一、二光元件,
其中,上述光路变换部件具备对在上述光波导部件与上述第一光 元件之间发射接收的第 一波长的光进行反射的第 一面,和设置在与该 第一面不同的位置上、对在上述光波导部件与上述第二光元件之间发 射接收的第二波长的光进行反射的第二面。
(技术效果)
根据本发明第一技术方案,耦合于第一光元件的光从透镜起经第 一面与光波导部件进行耦合,并且,耦合于第二光元件的光从透镜起 经第二面与光波导部件进行耦合。根据这种构成,对第一、二光光元
件而言,就能够独立地设计第一、二光元件与透镜的光学距离。进而, 在光波导部件与透镜之间也能够分别独立地设计与第一、二光元件有
关的光学系统的距离。其结果就能够减轻与光学系统的设计有关的制 约。而且,根据本发明第一技术方案,由于反射第一、二波长的光以 改变这些光的路径,所以对于第一、二波长的光而言,使它们的光路 不同就变得容易,独立地设计第一、二光元件的光学系统就变得容易。
图l是说明本发明实施方式l的光模块的构成的图。
图2是说明实施方式1的光模块的光学系统的图。
图3是说明实施方式1的光模块中的滤光片的厚度d、滤光片安
装角度e^ y方向偏移厶y的关系的图。
图4是说明实施方式1的光模块中的滤光片的厚度d、滤光片安
装角度e^ z方向偏移Az的关系的图。
图5是说明相对于实施方式1的比较例的构成的图。
图6是说明实施方式1的光模块的构成的图。
图7是说明相对于实施方式1的比较例的构成的图。
图8是说明相对于实施方式1的比较例的构成的图。
图9是同时示出实施方式1的光模块安装时的情形与比较例的图。
图10是说明实施方式2的光模块的构成的图。 图11是说明实施方式3的光模块的构成的图。 图12是说明实施方式4的光模块的构成的图。 图13是说明实施方式5的光模块的构成的图。 图14是说明实施方式6的光模块的构成的图。 图15是说明实施方式8的光模块的构成的图。 图16是说明实施方式9的光模块的构成的图。 图17是说明实施方式10的光模块的构成的图。 图18是说明实施方式11的光模块的效果的图。 符号说明
10、 110光发送接收模块 20、 120 发光元件
26、 126 受光元件30、 130 透镜
40、140 电介质多层膜滤光片42 第一面44第二面50、 54、 56、 58、 150 光纤
70发光元件76 受光元件
80透镜90 电介质多层膜滤光片
112衬底132 金属盖
160框体162 管座
164馈电端子
具体实施例方式
实施方式1
(第1变形例)
在实施方式l中,采用了具有发光元件和受光元件的光发送接收 模块。但是,本发明并不限于此。还能够依照各种用途将实施方式1 的构成应用于其他的光模块的形态。也就是说,既可以将实施方式1 的构成中的两个光元件都设为发光元件,或者将两个光元件都设为受 光元件。
(第2变形例)
在实施方式1中,将光发送接收模块110的透镜130设成球透镜。 但是,本发明并不限于此。也就是说,还可以取代透镜130而将实施 方式1的光发送接收模块10的构成中所用的凸透镜用于光发送接收 模块IIO。此外,由于球透镜廉价,所以根据实施方式1的光发送接 收模块110的构成,可取得低成本化的效果。
(第3变形例)
在实施方式1中,就具备光纤50的光发送接收模块进行了说明。 但是,本发明并不限于此。不限于光纤50,还能够利用作为光波导发 挥功能的各种光波导部件来构成根据本发明的光模块。
(第4变形例)
在实施方式l中,在透镜与光纤之间设置电介质多层膜滤光片。 也就是说,在本实施方式中,设置各种膜并采用使光路变换和光合波 分波之类的功能一体化而成的滤光片,来构成光发送接收模块。但是, 实现本发明的构成并不限于电介质多层膜滤光片。从借助于反射来变 换光的路径的角度来看,例如还可以取代电介质多层膜滤光片而使用 棱镜的构成。
实施方式2
图IO是用于说明本发明实施方式2的图。此外,在以下的说明 中,在与实施方式l相同的构成上标以相同的标记,并省略其说明。
实施方式2的光发送接收模块210是在与实施方式1同样的构成中, 将发送光与接收光进行了调换。在管座262上设置有发光元件220和 受光元件226。实施方式2中使用的电介质多层膜滤光片240在第一 面(纸面左侧的面)上设置有具有反射发送光且透过接收光的功能的 膜。另外,在第二面(纸面右侧的面)上设置有具有反射接收光的功能 的膜。
根据这种构成,与实施方式l不同,形成当增大发送侧的光学系 统的倍率时接收侧的倍率比l倍小这样的关系。在使用了像差较大的 透镜的情况下,若接收侧的倍率很大地偏离l倍,则有时候耦合的损 失将会增加,但通过使用像差较小的透镜就能够成为实施方式2的构 成。这样,就可以对光元件的配置进行适当变更。
实施方式3
图11是用于说明实施方式3的光发送接收模块310的构成的图。 在与上述实施方式相同的构成上标以相同的标记,并省略其说明。光 发送接收模块310在框体360中具有监控用受光元件324。监控用受 光元件324是对发光元件的光输出功率进行监控的受光元件。经过气 密密封的封装内的发光元件120与受光元件126被接近配置。为此, 难以安装可被安装在一般的发送模块上的监控用受光元件。
因而,在本实施方式中,将在电介质多层膜滤光片340的第二面 (朝向纸面右上侧的面)上设置的膜设为具有反射发送光的功能、且可 以透过该反射光的一部分的膜。这样一来,发送光的一部分耦合到框 体360的顶部配置的监控用受光元件324。通过测量监控用受光元件 324的电流值就能够测定发光元件120的输出。
实施方式4
图12是用于说明根据本发明实施方式4的光发送接收模块410 的构成的图。光发送接收模块410是将从在光纤150中传播来的光分 成两种不同波长的光来接收的模块。在以下的说明中,将这两个接收 光称为第一、二接收光。
光发送接收模块410在框体460中具备两个气密封装。第一气密
封装包含透镜430、发光元件420和受光元件426,并用金属盖132 进行气密密封而构成。第二气密封装包含透镜432和受光元件428, 并用金属盖434进行气密密封而构成。管座462具有第一封装,管座 466具有第二封装。另外,各管座分别具备馈电端子(馈电端子464、 468)。
在实施方式4中,构成为在将电介质多层膜滤光片440设为在实 施方式1至3的电介质多层膜滤光片的设计的基础上,第二接收光透 过第一面和第二面。也就是说,电介质多层膜滤光片440在第一面上 具备的膜和在第二面上具备的膜都被设为可以透过第二接收光的波 长的光的膜。由此,就能够使第二接收光耦合到受光元件428中。
在以往的技术中,为了获得接收两种接收光的光模块,需要采用 其中具备也包含发送在内的3个封装和透镜的光模块。相对于此,在 本实施例的构成中,能够用两个封装的构成实现同样的功能。
实施方式5
实施方式5是对实施例4进行了改良得到的。图13是用于说明 实施方式5的光发送接收模块510的构成的图。在管座562中具备受 光元件526、 528,在管座566中具备发光元件520。为了接收两种接 收光,电介质多层膜滤光片540的第一面具备具有使第一接收光反射 并使第二接收光以及发送光透过的功能的膜。第二面具备具有使第二 接收光反射并使发送光透过的功能的膜。
接收第一接收光的受光元件526和接收第二接收光的受光元件 528被搭载于同一封装中,并用共用的透镜530进行耦合。搭载了发 光元件520和耦合用的透镜532的封装,如图13所示那样放置于其 他的位置,使其与光纤150耦合。根据这种构成,与实施方式4不同, 能够将发光元件和两种受光元件的封装分开。通过将电信号较大的发 光元件、和电信号较小的受光元件的封装分开,就可以荻得防止发送 接收间干涉的效果。
实施方式6
本实施方式可以将实施方式4、 5进一步简化。图14是用于说明根据实施方式6的光发送接收模块610的构成的图。光发送接收模块 610在框体160内具备透镜630、光纤150、发光元件620、受光元件 626、 628以及电介质多层膜滤光片640。发光元件620、受光元件626、 628被设置于管座162上,与实施方式1同样地进行气密密封。受光 元件626与第一接收光进行耦合,受光元件628与第二接收光进行耦 合。
在本实施方式中,电介质多层膜滤光片640采用三层构造。电介 质多层膜滤光片640的第一面642具备具有将第二接收光反射并使第 一接收光、发送光透过的功能的膜。第二面644具备具有将接收光1 反射并使发送光透过的功能的膜。第三面646具备具有使发送光反射 的功能的膜。由此,因为三种波长的光在封装的各自不同的点上进行 成像,所以能够将发光元件620、受光元件626、 628搭载在一个封装 之中。成为能够在一个封装中实现三种波长的合波分波的构成。
也就是说,换言之,将电介质多层膜滤光片640设为第一层(第 一面的膜)、第一衬底、第二层(第二面的膜)、第二衬底、第三层(第三 面的膜)顺次层叠而成,以三种膜隔着两片衬底重叠的方式而设置的构 造。根据上述的本实施方式的第二面相当于第一衬底与第二衬底的界 面。
实施方式7
在实施方式7中,实施方式8的耦合用透镜使用廉价的球透镜。 由此,就能够谋求部件成本的降低。关于作为球透镜的缺点的球面像 差,通过使用折射率较高的玻璃,发送的耦合效率就能够实现25%以 上。对与发送光的输出功率上更高的FTTH的光用户线路终端装置而 言,性能是足够的。
实施方式8
图15是用于说明根据实施方式8的光发送接收模块810的构成 的图。光发送接收模块810的特征在于用于耦合的透镜830是非球面 透镜。球透镜虽然廉价,但是有若欲获得较长的焦点距离,则因球面 像差的影响而使耦合效率降低的问题。另外,根据像差和模式耦合倍
率的折衷选择关系,发送光的耦合效率至多是20%~35%。
由于非球面透镜具有对球面像差进行校正的功能,所以可以使发 送光以50%以上的效率进行耦合。与此同时,由于能够使用长焦点距 离的透镜,所以能够使后焦距(从透镜端面到光纤的距离)变大。由于 在后焦距上有富余,所以可以插入如图15所示那样的隔离器 (isolator) 870。可以插入高耦合效率和隔离器870的本构成,不仅 在用户终端装置还可以在站点的终端装置内的光发送接收模块上应 用。
实施方式9
在本实施方式中,将图15中的实施方式8的隔离器为更优选的 形态。也就是说,在实施方式9中,在图15的光发送接收模块中取 代隔离器870而适用以下将说明的隔离器。因而,省略对与图15重 复的构成的说明,仅对作为本实施方式的特征的隔离器的构成进行说 明。
在本实施方式中,在滤光片与光纤之间安装使用了法拉第转子和 两个双折射晶体的偏振无关型的隔离器。在此配置中,由于发送光、 接收光全都通过隔离器,所以在偏振无关型隔离器中,有时候接收光 会因偏振方向而不通过隔离器。因而,在本实施方式的配置中仅限于 偏振无关型的隔离器。
使用图16就根据本实施方式的偏振无关型的隔离器的构造和功 能进行说明。图16所示的实线箭头以及虚线箭头表示经由偏振无关 型隔离器与光纤950进行耦合的光。实线箭头是纸面的垂直方向的偏 振光,即在与纸面垂直的方向上振动的光。虚线箭头是纸面的平面方 向的偏振光,即在与纸面平行的方向上振动的光。此外,在线上,标 记了点("的情况意味着在纸面垂直方向上进行振动,而标记了上下箭 头的情况意味着在纸面平行方向上进行振动。此外,在从发光元件920 到双折射晶体901之间,由于尚未形成偏振,所以标记有点("和上下 箭头两者。
图16(a)示出从发光元件出射的发送光的路径。示出了使光从发
光元件920发出,经偏振无关型隔离器而到达光纤950的情形。因两 片双折射晶体(双折射晶体901、 902)和法拉第转子903的效果,从发 光元件侧出来的两个偏振分量被分离。 一般而言,由于光通信模块中 的发光元件被限定于一个偏振方向(在图中为纸面垂直方向),所以以 仅一个偏振方向的光进行耦合的方式来决定光纤的位置即可。
图16(b)示出了来自光纤950的发送光的返回光的路径。虽然返 回光的偏振方向是随机的,但无论是纸面垂直方向还是平行方向的偏 振光,若通过双折射晶体和法拉第转子,则都返回到从发光元件的出 射点偏移了的位置。发光元件920的光斑尺寸dh十分小,为ljim左 右。为此,如果使该位置偏移量比光斑尺寸充分大,则发送光的返回 光就不会耦合到发光元件920中。这样,隔离器的功能就得以发挥。
通过隔离器的接收光也具有随机的偏振,且沿着与发送光同样的 路径。可是,受光元件的受光面926为20nm 80nm左右,与发光元 件的光斑尺寸相比较充分大。为此,如果波束的偏移量比受光面926 的尺寸dj充分小,则接收光耦合到受光元件中(图16(c))。因而,在本 实施方式中,构成偏振无关型的隔离器以使得在反方向上传播的两个 偏振光的偏移量大于等于发光元件的光斑尺寸,且小于受光元件的受 光面的直径。这样一来,不会给接收光的耦合带来影响,能够作为发 送光的隔离器发挥功能。
实施方式10
图17是用于说明实施方式10的光发送接收模块1010的构成的 图。在本实施方式中,第一面与第二面采用非平行的电介质多层膜滤 光片(以下还称为"楔形滤光片")1040。本实施方式的特征是能够通过 使用楔形滤光片1040而改变发送光和接收光的角度。此外,标记1062 指管座,标记1020指发光元件,标记1026指受光元件。
通过改变第一面与第二面的角度92,发送光、接收光通过透镜 1030的位置变化。从而,通过恰当地确定角度92,就能够使发送光、 接收光均通过透镜130的中心。由此,与实施方式1 8比较,在本 构成中,就能够使作为球透镜的透镜1030的彗形像差的影响最小,
能够防止耦合效率的恶化。另外,通过改变角度92就能够增大发光元
件1020和受光元件1026的分离距离,能够削减串扰,并使元件安装 时的余隙(clearance)变大。
另外,利用根据本实施方式的楔形滤光片,通过调整第一、二面 的角度02,设计自由度的进一步增加就成为可能。图18是说明通过 采用与实施方式10有关的思想,使设计自由度增加的效果的图。如 在实施方式l中所述那样,如果在光纤1150与透镜1130之间配置滤 光片,就可以独立地设计有关发光元件1120的光学距离(L^, La)和 有关受光元件1126的光学距离(Lu, L2j)。而且,通过对光纤1150的 位置(图18的纸面横方向的位置)、及滤光片的厚度d进行适当调整, 就能够进行光学距离的调整。
根据实施方式IO,除这些控制参数外,还能够通过使角度02变 化来进行光学距离的控制。其结果就是可以获得在防止耦合效率降 低,确保光元件的分离距离的效果的同时,还可以达到设计自由度的 增加的、相乘的效果。
此外,在实施方式10中,第一、二面为平坦面。但是,本发明 并不限于此。在不脱离本发明精神的范围内可以进行适当变更。例如, 第一、二面也可以不完全地构成为平坦面,也可以包含曲面。另外, 还可以包含凹凸。
另外,在实施方式10中,确定楔形滤光片1040的角度02,以使 得第一面相对于光纤150的角度成为接收光在第一面进行反射并通过 透镜1030的中心侧的角度,且第二面相对于光纤150的角度成为发 送光在第二面进行反射并通过透镜1030的中心侧的角度。但是,本 发明并不限于此,从发光元件和受光元件的光学系统的最佳化等角度 出发,能够使第一、二面的角度变成适当的值。
权利要求
1.一种光模块,其特征在于具备光在其内部进行传播的光波导部件;与上述光波导部件进行光学耦合并对入射的光进行反射的光路变换部件;与上述光路变换部件进行光学耦合的透镜;以及隔着上述透镜设置在与上述光路变换部件相对的位置上、并且都与该透镜进行光学耦合的第一、二光元件,其中,上述光路变换部件具备对在上述光波导部件与上述第一光元件之间发射接收的第一波长的光进行反射的第一面、和设置在与该第一面不同的位置上且对在上述光波导部件与上述第二光元件之间发射接收的第二波长的光进行反射的第二面。
2. 按照权利要求l所述的光模块,其特征在于 上述光路变换部件是上述第一面与上述第二面以重叠的方式设置的滤光片,上述滤光片将上述第一面和上述第二面之中的该第一面侧朝向 上述光波导部件侧进行配置,并分别在该第一面上具备对上述第一波 长的光进行反射且使上述第二波长的光透过的膜,在该第二面上具备 对该第二波长的光进行反射的膜。
3. 按照权利要求2所述的光模块,其特征在于 上述滤光片的上述第一面和上述第二面相对于上述光波导部件的角度不同。
4. 按照权利要求3所述的光模块,其特征在于 上述第一面相对于上述光波导部件的角度是与该光波导部件进行光学耦合的上述第一波长的光在该第一面进行反射并通过上述透 镜的中心侧的角度,上述第二面相对于上述光波导部件的角度是与该光波导部件进 行光学耦合的上述第二波长的光在该第二面进行反射并通过上述透
5. 按照权利要求3或4所述的光模块,其特征在于 上述第一、二光元件之中的一个是发光元件,另一个是受光元件。
6. 按照权利要求1或3所述的光模块,其特征在于 上述第一、二光元件中至少一个是发光元件, 上述光路变换部件的上述第一、二面之中反射上述发光元件所发出的光的发出光反射面使该发光元件发出的光的一部分透过,还具备接收透过了上述发出光反射面的光的监控用受光元件。
7. 按照权利要求1或3所述的光模块,其特征在于 上述透镜为球透镜。
8. 按照权利要求1或3所述的光模块,其特征在于 上述透镜为非球面透镜。
9. 按照权利要求1或3所述的光模块,其特征在于 上述光路变换部件的上述第二面使该第二波长的光的一部分透过,并且具备与透过了上述第二面的上述第二波长的光进行耦合的第二透镜;以及隔着上述第二透镜设置在与上述光路变换部件相对的位置上并 与该第二透镜进行光学耦合的第二透镜侧光元件。
10. 按照权利要求9所述的光模块,其特征在于 上述第一、二光元件和上述第二透镜侧光元件中, 一个为发光元件,另一个为受光元件。
11. 按照权利要求9所述的光模块,其特征在于 上述第二透镜为球透镜。
12. 按照权利要求9所述的光模块,其特征在于 上述第二透镜为非球面透镜。
13. 按照权利要求2或3所述的光模块,其特征在于 还具备经由上述第一、二光元件耦合的上述透镜与上述光波导部件发射接收不同于上述第一、二波长的第三波长的光的第三光元件,上述第一、二面上所具有的膜为透过上述第三波长的光的膜, 在上述第二面上重叠设置光透过层,并在该光透过层中的与该第 二面相反侧的面上具有对上述第三波长的光进行反射的膜。
14. 按照权利要求1或3所述的光模块,其特征在于 上述第一、二光元件收纳在一个气密封装中。
15. 按照权利要求1或3所述的光模块,其特征在于 还具备介于上述光波导部件与上述光路变换部件之间的隔离器。
全文摘要
本发明提供一种能够在削减零部件个数的同时以更加宽松的条件进行设计的光模块。该光模块是具备发光元件(20)、受光元件(26)、透镜(30)、电介质多层膜滤光片(40)、光纤(50)的光发送接收模块(10)。电介质多层膜滤光片(40)被配置在透镜(30)与光纤(50)之间。电介质多层膜滤光片(40)在第一面(42)具备反射接收光并透过发送光的膜,在第二面(44)具备反射发送光的膜。
文档编号G02B6/42GK101344625SQ200810128448
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月1日 优先权日2007年7月12日
发明者八田龙夫, 河村敦志 申请人:三菱电机株式会社