CN112585516B

CN112585516B - 光插座及光模块

Info

Publication number: CN112585516B
Application number: CN201980053266.3A
Authority: CN
Inventors: 今亚耶乃
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2039-08-09
Also published as: JP2020027202A; US11480748B2; CN112585516A; WO2020036140A1; US20210341693A1

Abstract

本发明的光插座具有：第一光学面，使从VCSEL射出的光入射；第一反射部，使由第一光学面入射的光的一部分作为朝向检测元件的监视光反射；光分离部，将由第一光学面入射的光的另一部分分离为朝向检测元件的监视光和朝向光传输体的端面的信号光；第二光学面，使信号光向光传输体的端面射出；以及第三光学面，使由第一反射部反射后的监视光和由光分离部分离出的监视光向检测元件射出。光分离部的两个第二反射部以满足规定的条件的方式配置为位于由第一光学面入射的光的光束内。

Description

光插座及光模块

技术领域

本发明涉及光插座及光模块。

背景技术

以往，在利用光纤或光波导等光传输体的光通信中，使用具备垂直腔面发射激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等发光元件的光模块。光模块具有使从发光元件射出的包含通信信息的光向光传输体的端面入射的光插座。

另外，在光模块中，有的是以发光元件的输出特性相对于温度变化的稳定化或光输出的调整为目的，而具有对从发光元件射出的光的强度或光量进行监视(monitoring)的检测元件。

例如，专利文献1中记载了一种光模块，该光模块具有：光电转换装置，包括发光元件和检测元件；以及光插座，使发光元件与光传输体的端面光学连接。光插座具有：第一面，使从发光元件射出的光入射；第一反射面，使由第一面入射的光向光传输体的端面反射；透射部，使由第一反射面反射后的光的一部分作为朝向光传输体的端面的信号光透射；第二反射面，使由第一反射面反射后的光的剩余部分作为朝向检测元件的监视光反射；第二面，将在透射部透射后的信号光以聚光于光传输体的端面的方式射出；以及第三透镜面，使由第二反射面反射后的监视光向检测元件射出。

在专利文献1中记载的光模块中，从发光元件射出的光由第一面入射。由第一面入射的光由第一反射面反射。由第一反射面反射后的光的一部分作为信号光在透射部透射，剩余部分作为监视光由第二反射面反射。在透射部透射后的信号光从第二面向光传输体的端面射出。另一方面，由第二反射面反射后的监视光从第三透镜面向检测元件的受光面射出。

另外，已知，对于垂直腔面发射激光器，光强度的分布会根据流过的电流的大小的不同而异(例如，参照非专利文献1)。在非专利文献1中，以曲线图(曲线)表示垂直腔面发射激光器的出射角度与光强度之间的关系。

图1是表示非专利文献1的改变后的图11的示意性的曲线图。位于下方的曲线是电流较小时的光强度分布，位于上方的曲线是电流较大时的光强度分布。如图1所示，在垂直腔面发射激光器中，在电流较小的情况下，该曲线为单峰性，在使用的电流较大的情况下，该曲线为双峰性。在该曲线中，随着使用的电流变大，顶部与底部之差变大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-24918号公报

非专利文献

非专利文献1：Ian Aeby，et al.，"VCSELs for high speed data communicationin TO packages，pushing the envelope"，Proceedings of SPIE， Vol.5737，p.91-100.

发明内容

发明要解决的问题

然而，当在专利文献1中记载的光模块中使用垂直腔面发射激光器作为发光元件的情况下，若流经垂直腔面发射激光器的电流发生变化，则信号光和监视光的比例会较大地变动。因此，有可能没有足够的光到达检测元件，从而无法适当地监视从发光元件(垂直腔面发射激光器)射出的光的输出。

本发明的目的在于，提供即使流经垂直腔面发射激光器的电流发生变化，也能够适当地监视从垂直腔面发射激光器射出的光的输出的光模块以及该光模块中使用的光插座。

解决问题的方案

本发明的光插座用于在配置于包括垂直腔面发射激光器和检测元件的光电转换装置与光传输体之间时将所述垂直腔面发射激光器与所述光传输体的端面光学耦合，所述检测元件用于对从所述垂直腔面发射激光器射出的光进行监视，所述光插座具有：

第一光学面，使从所述垂直腔面发射激光器射出的光入射；

第一反射部，使由所述第一光学面入射的光的一部分作为朝向所述检测元件的监视光反射；

光分离部，将由所述第一光学面入射的光的另一部分分离为朝向所述检测元件的监视光和朝向所述光传输体的端面的信号光；

第二光学面，使由所述光分离部分离出的信号光向所述光传输体的端面射出；以及

第三光学面，使由所述第一反射部反射后的监视光和由光分离部分离出的监视光向所述检测元件射出，

所述光分离部具有：

两个第二反射部，是相对于由所述第一光学面入射的光的光轴倾斜的倾斜面，使入射至所述光分离部的光的一部分作为所述监视光向所述第三光学面反射；以及

透射部，至少配置于所述两个第二反射部之间，使入射至所述光分离部的光的另一部分作为所述信号光透射，

所述两个第二反射部以满足以下的第二反射部的配置方法的方式，配置为位于由所述第一光学面入射的光的光束内。

[第二反射部的配置方法]

(1)在包含通过所述垂直腔面发射激光器的发光面的中心的法线且与所述两个第二反射部的排列方向平行的剖面中，在将沿着所述法线的方向设为0°的情况下，求出第一曲线，所述第一曲线表示使能够使用的最大电流流经所述垂直腔面发射激光器时的、相对于所述法线的角度与从所述发光面射出的光的光强度之间的关系。

(2)在所述第一曲线中，在将所述剖面中的所述法线的一方侧的相对于所述法线的角度设为负，将另一方侧的相对于所述法线的角度设为正的情况下，求出第一最大值和第二最大值，所述第一最大值是所述第一曲线中的、所述角度为负的区域中的光强度的最大值，所述第二最大值是所述第一曲线中的、所述角度为正的区域中的光强度的最大值。

(3)在所述剖面中，在将沿着所述法线的方向设为0°的情况下，求出第二曲线，所述第二曲线表示使能够使用的最小电流流经所述垂直腔面发射激光器时的、相对于所述法线的角度与从所述垂直腔面发射激光器射出的光的光强度之间的关系。

(4)在所述角度从0°至与所述第一最大值对应的角度为止的范围内，求出所述第一曲线中的光强度与所述第二曲线中的光强度之差最小时的角度即第一最小差角度。

(5)在所述角度从0°至与所述第二最大值对应的角度为止的范围内，求出所述第一曲线中的光强度与所述第二曲线中的光强度之差最小时的角度即第二最小差角度。

(6)将所述两个第二反射部分别配置于以所述第一最小差角度射出的光到达的位置和以所述第二最小差角度射出的光到达的位置。

本发明的光模块包括：光电转换装置，具有基板、在所述基板上配置的垂直腔面发射激光器以及在所述基板上配置且用于对从所述垂直腔面发射激光器射出的出射光进行监视的检测元件；以及本发明的光插座。

发明效果

根据本发明，可提供即使流经垂直腔面发射激光器的电流发生变化，也能够适当地监视从垂直腔面发射激光器射出的光的输出的光模块。

附图说明

图1是表示非专利文献1的改变后的图11的曲线图。

图2是实施方式1的光模块的剖面图。

图3是实施方式1的光插座的立体图。

图4A～图4D是表示实施方式1的光插座的结构的图。

图5是实施方式1的光插座的剖面图。

图6A、图6B是说明第二反射部的配置方法的图。

图7是表示实施方式2的光插座的结构的图。

图8是实施方式2的光插座的立体图。

图9A～图9C是表示实施方式2的光插座的结构的图。

图10A、图10B是实施方式2的光插座的剖面图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

[实施方式1]

(光模块的结构)

图2是实施方式1的光模块100的剖面图。图2中示出了光模块100的光路。此外，在图2中，为了表示光插座140内的光路而省略了光插座140 的剖面的剖面线。

如图2所示，光模块100具有：包括作为发光元件的垂直腔面发射激光器(VCSEL)122的基板安装型的光电转换装置120以及光插座140。光模块100 是发送用的光模块，将光传输体160通过套管162耦合(以下，也称作连接) 到光插座140来使用光模块100。对于光传输体160的种类不特别地进行限定，包括光纤、光波导等。在本实施方式中，光传输体160是光纤。光纤既可以是单模态方式，也可以是多模态方式。不特别地限定光传输体160的数量。在本实施方式中，光传输体160的数量为一根。

光电转换装置120具有基板121、一个垂直腔面发射激光器122以及一个检测元件123。

基板121例如是玻璃复合基板、环氧玻璃基板、柔性基板等。在基板121 上配置有垂直腔面发射激光器122和检测元件123。

垂直腔面发射激光器122配置在基板121上，向垂直于基板121的方向射出激光。不特别地限定垂直腔面发射激光器122的数量。在本实施方式中，垂直腔面发射激光器122的数量为一个。另外，也不特别地限定垂直腔面发射激光器122的位置。

检测元件123接受用于对从垂直腔面发射激光器122射出的出射光L的输出(例如，强度或光量)进行监视的监视光Lm。检测元件123例如是光电探测器。对于检测元件123的数量，不特别地进行限定，例如与垂直腔面发射激光器122的数量相同。在本实施方式中，检测元件123的数量为一个。另外，从防止来自检测元件123的反射光返回到光插座140内的角度出发，也可以使向检测元件123入射的监视光Lm的光轴相对于检测元件123的受光面 126倾斜。

光插座140配置在光电转换装置120的基板121上。光插座140在配置于光电转换装置120与光传输体160之间的状态下，使垂直腔面发射激光器 122的发光面124与光传输体160的端面125光学耦合。以下，对光插座140 的结构进行详细说明。

(光插座的结构)

图3、图4A～图4D及图5是表示本实施方式的光插座140的结构的图。图3是光插座140的立体图，图4A是实施方式1的光插座140的俯视图，图 4B是仰视图，图4C是右视图，图4D是图4A所示的A-A线的剖面图。图5 是图4A所示的B-B线的剖面图。

如图3、图4A～图4D及图5所示，光插座140具有透光性，使从垂直腔面发射激光器122的发光面124射出的出射光L的一部分作为信号光Ls向光传输体160的端面125射出，使另一部分作为监视光Lm向检测元件123 射出。光插座140具有第一光学面141、反射面142、第一反射部143、光分离部144、第二光学面145以及第三光学面146。光分离部144具有第二反射部144A和透射部144B。在本实施方式中，第一光学面141、第一反射部143、透射部144B、第二光学面145以及第三光学面146的数量分别为一个。另外，在本实施方式中，第二反射部144A的数量为两个。

使用对于在光通信中使用的波长的光具有透光性的材料，来形成光插座 140。这样的材料的例子包括：聚醚酰亚胺(PEI)或环状烯烃树脂等透明的树脂。另外，例如，通过注射成型来制造光插座140。

第一光学面141是使从垂直腔面发射激光器122射出的出射光L折射后向光插座140的内部入射的光学面。第一光学面141能够使从垂直腔面发射激光器122射出的出射光L转换为准直光、会聚光或漫射光。在本实施方式中，第一光学面141使从垂直腔面发射激光器122射出的出射光L转换为准直光。在本实施方式中，第一光学面141的形状是向垂直腔面发射激光器122 呈凸状的凸透镜面。另外，第一光学面141的俯视形状为圆形。优选地，第一光学面141的中心轴与垂直腔面发射激光器122的发光面124垂直。另外，优选地，第一光学面141的中心轴与从垂直腔面发射激光器122射出的出射光L的光轴一致。

反射面142是形成于光插座140的顶面侧的倾斜面，配置于第一光学面 141与第一反射部143之间以及第一光学面141与光分离部144之间的光路上。反射面142使由第一光学面141入射的光(从垂直腔面发射激光器122射出的出射光L)向第一反射部143和光分离部144反射。反射面142以随着从光插座140的下表面靠近顶面而接近光传输体160的方式倾斜。在本实施方式中，反射面142相对于由第一光学面141入射的出射光L的光轴的倾斜角度为45°。由第一光学面141入射的出射光L以比临界角大的入射角内部入射至反射面 142。由此，反射面142使入射的光L向沿着基板121的表面的方向全反射。

第一反射部143是使由第一光学面141入射的光的一部分作为朝向检测元件123的监视光Lm反射的区域。第一反射部143以与光分离部144的第二反射部144A和透射部144B相接的方式配置。在本实施方式中，第一反射部 143是以随着从光插座140的顶面靠近下表面而接近第二光学面145(光传输体 160)的方式倾斜的倾斜面。第一反射部143相对于由第一光学面141入射的光的光轴的倾斜角度为45°。另外，在本实施方式中，第一反射部143与光分离部144之间的边界的一部分是直线(参照图6B)。

光分离部144将由第一光学面141入射的光的另一部分(优选为剩余部分) 分离为朝向第三光学面146(检测元件123)的监视光Lm和朝向第二光学面 145(光传输体160的端面125)的信号光Ls。光分离部144具有第二反射部144A 和透射部144B(参照图6B)。

两个第二反射部144A在光分离部144内配置于光插座140的顶面侧。第二反射部144A是相对于由第一光学面141入射的光的光轴倾斜的倾斜面，使入射至光分离部144的所述另一部分的光的一部分向第三光学面146反射。在本实施方式中，第二反射部144A是以随着从光插座140的顶面靠近下表面而接近第二光学面145(光传输体160)的方式倾斜的倾斜面。第二反射部144A 相对于由第一光学面141入射的光的光轴的倾斜角度为45°。在本实施方式中，第二反射部144A的表面与第一反射部143的表面以位于相同平面上的方式配置。不特别地限定第二反射部144A的形状。在本实施方式中，第二反射部 144A的形状为大致半圆(参照图6B)。关于第二反射部144A的配置，将在后面进行说明。

透射部144B与第二反射部144A相邻地配置，使入射至光分离部144的所述另一部分的光的一部分(由第二反射部144A反射的光以外的光)作为信号光Ls而透射。透射部144B至少配置于两个第二反射部144A之间。在本实施方式中，透射部144B不仅配置于两个第二反射部144A之间，还配置于两个第二反射部144A的外侧和下侧。优选地，透射部144B与第一反射部143相接。

第二光学面145是使由光分离部144分离出的信号光Ls向光传输体160 的端面125射出的光学面。在本实施方式中，第二光学面145在光插座140 的正面以与光传输体160的端面125对置的方式配置。第二光学面145的形状是向光传输体160的端面125呈凸状的凸透镜面。由此，能够使由第一光学面141入射并由光分离部144分离出的信号光Ls聚光，并高效地连接到光传输体160的端面125。

第三光学面146在光插座140的下表面侧以与检测元件123对置的方式配置。在本实施方式中，第三光学面146是向检测元件123呈凸状的凸透镜面。第三光学面146使由第一反射部143和光分离部144的第二反射部144A 分离出的监视光Lm会聚，并向检测元件123射出。由此，能够将监视光Lm 高效地耦合到检测元件123。第三光学面146的中心轴既可以与检测元件123 的受光面126(基板121)垂直，也可以相对于该受光面126倾斜。

在此，对第二反射部144A的配置方法进行说明。图6A和图6B是说明第二反射部144A的配置方向的图。

(1)在包含通过垂直腔面发射激光器122的发光面124的中心的法线且与两个第二反射部144A的排列方向(图2中与纸面垂直的方向)平行的剖面中，求出第一曲线C1，所述第一曲线C1表示使能够使用的最大电流流经垂直腔面发射激光器122时的、相对于所述法线的角度与从垂直腔面发射激光器122 射出的光的光强度之间的关系(参照图6A)。此时，将沿着所述法线的方向设为0°。

(2)在第一曲线C1中，在将所述剖面中的所述法线的一方侧(图6A中为左侧)的相对于所述法线的角度设为负，将另一方侧(图6A中为右侧)的相对于所述法线的角度设为正的情况下，求出第一最大值M1和第二最大值M2，所述第一最大值M1是第一曲线C1中的、该角度为负的区域中的光强度的最大值，所述第二最大值M2是所述第一曲线C1中的、该角度为正的区域中的光强度的最大值。

(3)在所述剖面中，求出第二曲线C2，所述第二曲线C2表示使能够使用的最小电流流经垂直腔面发射激光器122时的、相对于所述法线的角度与从垂直腔面发射激光器122射出的光的光强度之间的关系。此时也将沿着所述法线的方向设为0°。

(4)在所述角度从0°至与第一最大值M1对应的角度θ1为止的范围内，确定第一曲线C1中的光强度与第二曲线C2中的光强度之差最小的第一最小差 d1，并求出那时的角度即第一最小差角度θ3。

(5)在所述角度从0°至与第二最大值M2对应的角度θ2为止的范围内，确定第一曲线C1中的光强度与第二曲线C2中的光强度之差最小的第二最小差 d2，并求出那时的角度即第二最小差角度θ4。

(6)将两个第二反射部144A配置于以第一最小差角度θ3和第二最小差角度θ4射出的光到达的位置。具体而言，如图6B所示，以使从垂直腔面发射激光器122以角度θ3和角度θ4射出的光透射的方式，配置两个透射部144B。

(效果)

如上所述，在本实施方式的光模块100中，在光插座140中的、电流的变化所引起的光强度的变动较小的出射角度的光到达的部分配置有用于生成监视光的第二反射部144A。因此，在本实施方式的光模块100中，即使来自垂直腔面发射激光器122的光的强度因电流的变化而变动，也能够确保到达检测元件123的监视光的光量，因此能够适当地监视从垂直腔面发射激光器 122射出的光的输出。

[实施方式2]

(光模块的结构)

实施方式2的光模块200与实施方式1的光模块100的不同之处在于，光插座240为透镜阵列型，构成为能够支持光发送的多信道化(在本实施方式中为4信道化)。以下，对于与实施方式1相同的结构，标以相同的附图标记并省略其说明。

图7是实施方式2的光模块200的剖面图。如图7所示，光模块200具有：包括垂直腔面发射激光器122的基板安装型的光电转换装置220和光插座240。

在本实施方式的光模块200中，光传输体160在容纳于多芯总括型的连接器内的状态下通过公知的安装手段安装于光插座240。在本实施方式中，四条光传输体160以等间隔排列成一列。此外，光传输体160也可以排列成两列以上。

光电转换装置220具有基板121、多个垂直腔面发射激光器122以及多个检测元件123。对于垂直腔面发射激光器122和检测元件123的数量，只要是多个即可，不特别地进行限定。在本实施方式中，垂直腔面发射激光器122 和检测元件123的数量分别为四个。

四个垂直腔面发射激光器122在基板121上排列成一列。在图7中，四个垂直腔面发射激光器122在与纸面垂直的方向上排列成一列。四个垂直腔面发射激光器122以等间隔沿着光传输体160的排列方向排列。

四个检测元件123配置在基板121上。四个检测元件123与四个垂直腔面发射激光器122对应地以等间隔排列成一列。

(光插座的结构)

图8、图9A～图9C和图10A、图10B是表示本实施方式的光插座240 的结构的图。图8是光插座240的立体图。图9A是光插座240的俯视图，图 9B是仰视图，图9C是右视图。图10A是图9A所示的A-A线的剖面图，图 10B是图9A所示的B-B线的剖面图。

如图8、图9A～图9C和图10A、图10B所示，本实施方式的光插座240 具有多个第一光学面141、反射面142、多个第一反射部143、多个第二反射部144A、多个透射部144B、多个第二光学面145以及多个第三光学面146。在本实施方式中，第一光学面141、第二光学面145及第三光学面146的数量分别为四个。另外，在本实施方式中，第二反射部144A的数量为八个。

(效果)

本实施方式的光模块200除了能够达到实施方式1的效果以外，还能够支持伴随监视的光发送的多信道化。

本申请主张基于2018年8月14日提出的日本专利申请特愿2018-152641 号的优先权。将该申请的说明书和附图中记载的内容全部引用于本申请说明书中。

工业实用性

本发明的光插座及光模块在利用光传输体的光通信中是有用的。

附图标记说明

100、200 光模块

120、220 光电转换装置

121 基板

122 垂直腔面发射激光器

123 检测元件

124 发光面

125 端面

126 受光面

140、240 光插座

141 第一光学面

142 反射面

143 第一反射部

144 光分离部

144A 第二反射部

144B 透射部

145 第二光学面

146 第三光学面

160 光传输体

162 套管

L 出射光

Lm 监视光

Ls 信号光

Claims

1.一种光插座，其特征在于，

用于在配置于包括垂直腔面发射激光器和检测元件的光电转换装置与光传输体之间时将所述垂直腔面发射激光器与所述光传输体的端面光学耦合，所述检测元件用于对从所述垂直腔面发射激光器射出的光进行监视，所述光插座具有：

第一光学面，使从所述垂直腔面发射激光器射出的光入射；

所述光分离部具有：

透射部，至少配置于所述两个第二反射部之间的位置、比所述两个第二反射部更靠外侧的位置、和比所述两个第二反射部的更靠下侧的位置，使入射至所述光分离部的光的另一部分作为所述信号光透射，

所述两个第二反射部以满足以下的第二反射部的配置方法的方式，配置为位于由所述第一光学面入射的光的光束内，

所述第二反射部的配置方法包括：

第一步骤，在包含通过所述垂直腔面发射激光器的发光面的中心的法线且与所述两个第二反射部的排列方向平行的剖面中，在将沿着所述法线的方向设为0°的情况下，求出第一曲线，所述第一曲线表示使能够使用的最大电流流经所述垂直腔面发射激光器时的、相对于所述法线的角度与从所述发光面射出的光的光强度之间的关系；

第二步骤，在所述第一曲线中，在将所述剖面中的所述法线的一方侧的相对于所述法线的角度设为负，将另一方侧的相对于所述法线的角度设为正的情况下，求出第一最大值和第二最大值，所述第一最大值是所述第一曲线中的、所述角度为负的区域中的光强度的最大值，所述第二最大值是所述第一曲线中的、所述角度为正的区域中的光强度的最大值；

第三步骤，在所述剖面中，在将沿着所述法线的方向设为0°的情况下，求出第二曲线，所述第二曲线表示使能够使用的最小电流流经所述垂直腔面发射激光器时的、相对于所述法线的角度与从所述垂直腔面发射激光器射出的光的光强度之间的关系；

第四步骤，在所述角度从0°至与所述第一最大值对应的角度为止的范围内，求出所述第一曲线中的光强度与所述第二曲线中的光强度之差最小时的角度即第一最小差角度；

第五步骤，在所述角度从0°至与所述第二最大值对应的角度为止的范围内，求出所述第一曲线中的光强度与所述第二曲线中的光强度之差最小时的角度即第二最小差角度；

第六步骤，将所述两个第二反射部分别配置于以所述第一最小差角度射出的光到达的位置和以所述第二最小差角度射出的光到达的位置。

2.如权利要求1所述的光插座，其中，

还具有反射面，所述反射面配置于所述第一光学面与所述第一反射部之间以及所述第一光学面与所述光分离部之间的光路上，用于使由所述第一光学面入射的光向所述第一反射部和所述光分离部反射。

3.一种光模块，其特征在于，包括：

光电转换装置，具有基板、在所述基板上配置的垂直腔面发射激光器以及在所述基板上配置且用于对从所述垂直腔面发射激光器射出的出射光进行监视的检测元件；以及

权利要求1或2所述的光插座。