JP2020134816A - 光レセプタクルおよび光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コアが大きな光伝送体を用いた場合であっても、高い光結合効率を維持できる光レセプタクルを提供すること。【解決手段】本発明の光レセプタクル１４０は、光伝送体１６０と、受光素子１２２との間に配置されたときに、光伝送体１６０の端面１６２と受光素子１２２の端面１２３とを光学的に結合するための光レセプタクル１４０であって、光伝送体１６０の端面１６２から出射された光を入射させる第１光学面１４１と、第１光学面１４１で入射した光を受光素子１２２に向けて出射させる第２光学面１４３と、第１光学面１４１と第２光学面１４３との間の光軸を取り囲むように配置されており、第１光学面１４１で入射した光の一部を第２光学面１４３に向けて反射させる反射部１４２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光レセプタクルおよび光モジュールに関する。

従来、光ファイバーや光導波路などの光伝送体を用いた光通信には、発光素子を備えた送信用の光モジュールと、受光素子を備えた受信用の光モジュールとが使用されている。受信用の光モジュールは、光伝送体の端面から出射された通信情報を含む光を、受光素子の受光面に入射させるための光レセプタクルを有する（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、フェルールに固定された光ファイバーと、ステムに固定された受光素子とを光学的に接続させるホルダを有する、レンズ一体型レセプタクルが記載されている。ホルダは、光ファイバーの端面から出射された光を入射させる入射面と、入射面で入射した光を受光素子の受光面に向かって出射させるレンズと、を有する。特許文献１に記載のレンズ一体型レセプタクルでは、光ファイバーの端面から出射した光は、入射面で入射し、レンズから出射されて受光素子に到達する。

特開２０１０−１０７６９２号公報

特許文献１に記載されたレンズ一体型レセプタクルでは、光ファイバーの端面から出射された光は、入射面で入射した後も拡がり続ける。したがって、例えば光ファイバーのコア径が大きい場合、コアの端面から出射された光の一部は、入射面で入射した後にレンズに到達することができず、受光素子に到達することもできない。このように、特許文献１に記載されたレンズ一体レセプタクルには、光伝送体のコアが大きい場合に、光伝送体の端面と受光素子との間の光結合効率が低下してしまうという問題がある。

本発明の目的は、コアが大きな光伝送体を用いた場合であっても、高い光結合効率を維持できる光レセプタクルおよび光モジュールを提供することである。

本発明に係る光レセプタクルは、光伝送体と、受光素子との間に配置されたときに、前記光伝送体の端面と前記受光素子の受光面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、前記光伝送体の端面から出射された光を入射させる第１光学面と、前記第１光学面で入射した光を、前記受光素子に向けて出射させる第２光学面と、前記第１光学面と前記第２光学面との間の光軸を取り囲むように配置されており、前記第１光学面で入射した光の一部を、前記第２光学面に向けて反射させる反射部と、を有する。

本発明に係る光モジュールは、基板と、前記基板上に配置された受光素子とを有する光電変換装置と、本発明の光レセプタクルと、を有する。

本発明によれば、コアが大きな光伝送体を用いた場合であっても、高い光結合効率を維持できる光レセプタクルおよび光モジュールを提供できる。

図１Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態に係る光モジュールの構成を示す図である。 図２Ａは、比較例に係る光モジュールの光路の一部を示す図であり、図２Ｂは、本実施の形態に係る光モジュールの光路の一部を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る光モジュールについて、添付した図面を参照して詳細に説明する。

（光モジュールの構成）
図１Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す図である。図１Ａは、光モジュール１００の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。図１Ａ、Ｂでは、光伝送体１６０を破線で示している。

図１Ａ、Ｂに示されるように、光モジュール１００は、受光素子１２２を含む基板実装型の光電変換装置１２０と、光レセプタクル１４０とを有する。光モジュール１００は、受信用の光モジュールであり、光レセプタクル１４０に光伝送体１６０が結合（以下、接続ともいう）されて使用される。

光電変換装置１２０は、基板１２１と、受光素子１２２とを有する。

基板１２１は、受光素子１２２を支持するとともに、光レセプタクル１４０に対して固定される。基板１２１は、例えば、ガラスコンポジット基板やガラスエポキシ基板、フレキブシル基板などである。基板１２１上には、受光素子１２２が配置されている。

受光素子１２２は、光伝送体１６０から出射された光を受光する。受光素子１２２は、例えば、フォトディテクターである。受光素子１２２の数は、特に限定されず、光レセプタクル１４０の構成に合わせて選択される。本実施の形態では、受光素子１２２の数は、１つである。

光レセプタクル１４０は、光電変換装置１２０の基板１２１上に配置されている。光レセプタクル１４０は、光電変換装置１２０と光伝送体１６０との間に配置された状態で、光伝送体１６０の端面１６２と、受光素子１２２の受光面１２３とを光学的に結合させる。本実施の形態では、光レセプタクル１４０は、１本の光伝送体１６０の端面１６２と、１つの受光素子１２２の受光面１２３とを光学的に結合させるが、光レセプタクル１４０は、複数の光伝送体１６０の端面１６２と、複数の受光素子１２２の受光面１２３とをそれぞれ光学的に結合させてもよい。光レセプタクル１４０の構成については、別途詳細に説明する。

光伝送体１６０の種類は、特に限定されない。光伝送体１６０の種類の例には、光ファイバー、光導波路が含まれる。本実施の形態では、光伝送体１６０は、プラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）などのコア径が大きい光ファイバーである。光伝送体１６０の数は、特に限定されず、光レセプタクル１４０の構成に合わせて選択される。光伝送体１６０の数は、１つでもよいし、複数でもよい。本実施の形態では、光伝送体１６０の数は、１本である。

（光レセプタクルの構成）
光レセプタクル１４０は、透光性を有し、光伝送体１６０の端面１６２から出射された光の少なくとも一部を、受光素子１２２の受光面１２３に向けて出射させる。光レセプタクル１４０は、入射面１４１と、反射面１４２と、出射面１４３とを有する。本実施の形態では、入射面１４１、反射面１４２および出射面１４３の数は、それぞれ１つであり、光レセプタクル１４０の形状は、回転対称（円対称）である。本実施の形態では、光伝送体１６０を位置決めするための位置決め部１４４と、基板１２１を固定するための基板固定部１４５とをさらに有する。

光レセプタクル１４０は、光通信に用いられる波長の光に対して透光性を有する材料を用いて形成される。そのような材料の例には、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）や環状オレフィン樹脂などの透明な樹脂が含まれる。また、光レセプタクル１４０は、例えば、射出成形により製造される。

位置決め部１４４は、光レセプタクル１４０に対して、光伝送体１６０の端面１６２を位置決めする。位置決め部１４４の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、位置決め部１４４は、円筒形状である。位置決め部１４４の開口部から光伝送体１６０を挿入することで、位置決め部１４４の内空部に光伝送体１６０の端部が配置される。位置決め部１４４の底部には、第１凹部１４６および第２凹部１４７が配置されている。

入射面１４１は、光伝送体１６０の端面１６２から出射された光を光レセプタクル１４０の内部に入射させる光学面である。入射面１４１は、位置決め部１４４の底部に形成された第１凹部１４６の内面である。入射面１４１の形状は、特に限定されない。入射面１４１は、光伝送体１６０に向かって凸状の凸レンズ面でもよいし、光伝送体１６０に対して凹状の凹レンズ面でもよいし、平面であってもよい。本実施の形態では、入射面１４１は、平面である第１凹部１４６の底面と、底面および第１凹部１４６の開口縁を繋ぐ円筒形状の側面とを有する。入射面１４１の平面視形状は、特に限定されない。入射面１４１の平面視形状は、円形状でもよいし、多角形状でもよい。本実施の形態では、入射面１４１の平面視形状は、円形状である。

入射面１４１の大きさは、特に限定されないが、光伝送体１６０のコアの端面と同じかそれよりも大きいことが好ましい。本実施の形態では、入射面１４１の大きさは、光伝送体１６０のコアの端面よりも大きい。入射面１４１の中心軸ＣＡ１は、光伝送体１６０の端面１６２に対して垂直でもよいし、垂直でなくてもよいが、光伝送体１６０の端面１６２に対して垂直であることが好ましい。第１光学面１４１の中心軸ＣＡ１は、光伝送体１６０の端面１６２から出射された光の光軸ＯＡと一致することが好ましい。

第１凹部１４６の底部に入射面１４１を配置することで、光伝送体１６０のコアの端面と入射面１４１とを離間させることができ、光伝送体１６０のコアの端面および入射面１４１が傷つくことを抑制できる。光伝送体１６０の端面１６２と入射面１４１との間隔は、光レセプタクル１４０の倍率に応じて適宜設定される。

反射面１４２は、入射面１４１で入射した光のうち、一部の光（入射面１４１の中心軸ＣＡ１に対して大きな角度で進行する光）を出射面１４３に向けて反射させる。反射面１４２は、位置決め部１４４の底部において、入射面１４１と出射面１４３との間の光軸（光路）を取り囲むように形成された円環状の第２凹部１４７の内側面である。本実施の形態では、反射面１４２は、入射面１４１で入射した光のうち、入射面１４１の中心軸ＣＡ１に対して大きな角度で進行する光（このままでは出射面１４３に到達しない光）を出射面１４３に向けて全反射させるように設計されている。入射面１４１の中心軸ＣＡ１を含む断面にける反射面１４２の形状は、特に限定されない。当該断面における反射面１４２の形状は、直線状でもよいし、中心軸ＣＡ１に向かって凸の曲線状でもよいし、中心軸ＣＡ１に対して凹の曲線状でもよい。本実施の形態では、当該断面における反射面１４２の形状は、入射面１４１側から出射面１４３側に向かうにつれて中心軸ＣＡ１から離れる直線である。入射面１４１で入射した光のうち、一部の光（入射面１４１の中心軸ＣＡ１に対して小さな角度で進行する光）は、他の面を経由することなく出射面１４３に到達する。一方、入射面１４１で入射した光のうち、他の一部の光（入射面１４１の中心軸ＣＡ１に対して大きな角度で進行する光）は、反射面１４２で内部反射して、出射面１４３に向かうように制御される。

位置決め部１４４における第１凹部１４６および第２凹部１４７で区画された領域は、光伝送体１６０のクラッドに接触する。これにより、光伝送体１６０の端面１６２から出射される光の進行を妨げることなく、光レセプタクル１４０に光伝送体１６０の端面１６２を位置決めできる。

出射面１４３は、入射面１４１または反射面１４２から進行してきた光を、受光素子１２２の受光面１２３に向けて出射させる光学面である。本実施の形態では、出射面１４３は、受光素子１２２の受光面１２３と対向するように、入射面１４１と反対側に配置されている。出射面１４３の形状は、特に限定されない。出射面１４３は、受光素子１２２の受光面に向かって凸状の凸レンズ面でもよいし、受光素子１２２の受光面に対して凹状の凸レンズ面でもよいし、平面であってもよい。本実施の形態では、出射面１４３の形状は、受光素子１２２の受光面に向かって凸状の凸レンズ面である。これにより、入射面１４１で入射した光と、入射面１４１で入射し、反射面１４２で反射した光とを集光させて、受光素子１２２の受光面１２３に効率良く到達させることができる。

基板固定部１４５は、光レセプタクル１４０に対して、光電変換装置１２０の基板１２１を固定する。基板固定部１４５の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、基板固定部１４５は、円筒形状である。基板固定部１４５の内周面には、段部１４８が形成されている。段部１４８の形状は、出射面１４３の中心軸ＣＡ２を取り囲むように、基板固定部１４５の内周面の周方向全体に配置されていてもよいし、基板固定部１４５の内周面の一部に配置されていてもよい。本実施の形態では、段部１４８は、基板固定部１４５の内周面の周方向全体に配置されている。

ここで、本実施の形態に係る光モジュール１００における光路について説明する。また、比較のため、反射面１４２を有さない比較用の光モジュール２００における光路についても説明する。比較用の光モジュール２００は、反射面１４２を有しておらず、かつ入射面２４１が本実施の形態における入射面１４１よりも出射面１４３側に位置することを除いて、本実施の形態に係る光モジュール１００と同じである。図２Ａは、比較用の光モジュール２００における光路の一部を示す図であり、図２Ｂは、本実施の形態に係る光モジュール１００における光路の一部を示す図である。なお、図２Ａ、Ｂでは、光伝送体１６０のコアの端面の外縁部から出射された光のみを二点鎖線で示している。図２Ａ、Ｂでは、光路を図示するために、ハッチングを省略している。

図２Ａに示されるように、比較用の光モジュール２００では、光伝送体１６０のコアの端面の外縁部から出射された光は、光レセプタクル２４０の入射面２４１（側面）で入射する。この光は、入射面２４１の中心軸ＣＡ１および出射面１４３の中心軸ＣＡ２から離れるように進行する。その結果、この光は、出射面１４３に到達することなく、出射面１４３以外の領域から外部に出射されてしまう。

一方、図２Ｂに示されるように、本実施の形態に係る光モジュール１００では、光伝送体１６０のコアの端面の外縁部から出射された光は、入射面１４１（底面）で入射する。この光は、入射面１４１の中心軸ＣＡ１および出射面１４３の中心軸ＣＡ２から離れるように進行するが、反射面１４２で出射面１４３に向けて反射される。その結果、この光は、出射面１４３から受光素子１２２の受光面１２３に集光するように出射される。

（効果）
本実施の形態に係る光モジュール１００は、入射面１４１で入射した光を出射面１４３に向けて反射させる反射面を有しているため、コアの大きな光伝送体１６０を用いた場合であっても、光の損失を抑制できる。よって、光伝送体１６０から出射された光の受光素子１２３に対する高い光結合効率を維持できる。

本発明に係る光レセプタクルおよび光モジュールは、例えば光伝送体を用いた光通信に有用である。

１００、２００ 光モジュール
１２０ 光電変換装置
１２１ 基板
１２２ 受光素子
１２３ 受光面
１４０、２４０ 光レセプタクル
１４１、２４１ 入射面
１４２ 反射面
１４３ 出射面
１４４ 位置決め部
１４５ 基板固定部
１４６ 第１凹部
１４７ 第２凹部
１４８ 段部
１６０ 光伝送体
１６２ 端面
ＯＡ 光軸
ＣＡ１ 入射面の中心軸
ＣＡ２ 出射面の中心軸

Claims (3)

1. 光伝送体と、受光素子との間に配置されたときに、前記光伝送体の端面と前記受光素子の受光面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、
   前記光伝送体の端面から出射された光を入射させる第１光学面と、
   前記第１光学面で入射した光を、前記受光素子に向けて出射させる第２光学面と、
   前記第１光学面と前記第２光学面との間の光軸を取り囲むように配置されており、前記第１光学面で入射した光の一部を、前記第２光学面に向けて反射させる反射部と、
   を有する、光レセプタクル。
2. 前記反射部は、前記第１光学面で入射した光を前記第２光学面に向けて全反射させる、請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 基板と、前記基板上に配置された受光素子とを有する光電変換装置と、
   請求項１に記載の光レセプタクルと、
   を有する、光モジュール。

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