JP2011090200A - Optical module - Google Patents
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Abstract
【課題】光の伝送効率を更に向上することのできる技術を提供する。
【解決手段】コア部23を、Z軸方向の長さ(幅)が大きい方の拡幅部20’と、幅が小さい方の基部21とで構成した。また、前記基部21の入射面を含む平面による光束の切断面の前記Z軸方向における長さZが、前記基部21の入射面の前記Z軸方向における長さa以下となるように、レンズ13から出射された光束を、前記基部21の入射面Sに導くように構成した。
【選択図】図5A technique capable of further improving the light transmission efficiency is provided.
A core portion is composed of a widened portion having a longer length (width) in the Z-axis direction and a base portion having a smaller width. Further, the lens 13 is configured such that the length Z in the Z-axis direction of the cut surface of the light beam by a plane including the incident surface of the base 21 is equal to or shorter than the length a of the incident surface of the base 21 in the Z-axis direction. The light beam emitted from the base 21 is guided to the incident surface S of the base 21.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、光信号を送信あるいは受信する光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module that transmits or receives an optical signal.
光信号を送信あるいは受信する光モジュールとして、所定の光屈折率を有するコア部と、該コア部より光屈折率に小さいクラッド部とを接合してなる光モジュールが知られており、下記特許文献1には、この種の光モジュールに関し、コア層の光入射側端部の厚みを、前記コア層の光出射側端部の厚みよりも大きくすると共に、光入射側から光出射側にかけて漸次小さくする技術が提案されている([0070])。 As an optical module for transmitting or receiving an optical signal, an optical module in which a core portion having a predetermined optical refractive index and a cladding portion having a lower optical refractive index than the core portion are joined is known. First, regarding this type of optical module, the thickness of the light incident side end portion of the core layer is made larger than the thickness of the light emitting side end portion of the core layer, and gradually decreases from the light incident side to the light emitting side. A technique has been proposed ([0070]).
しかしながら、前記特許文献1の光モジュールには、光の伝送効率を更に向上する余地があった。 However, the optical module of Patent Document 1 has room for further improving the light transmission efficiency.
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、光の伝送効率を更に向上することのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique capable of further improving the light transmission efficiency.
請求項1に記載の発明は、導入された光を集光するレンズ部と、所定の光屈折率を有するコア部と該コア部に比して光屈折率の低いクラッド部とを有してなり、前記コア部と該コア部の所定の部位を密着状態で覆う前記クラッド部との境界面を用いて、前記レンズ部から前記コア部に入射された光束を伝送する内部導波路とを備え、前記コア部は、前記レンズ部から出射される光束の光軸に直交する所定の方向に所定の幅を有し、光束を伝送するための基部と、前記コア部の入射面として機能する入射面を有するとともに、この入射面が前記所定の方向において前記基部の前記幅より大きな幅を有し、前記基部の入射面を含む平面による光束の切断面の前記所定の方向における幅が、前記基部の入射面の前記所定の方向における幅以下となるように、前記レンズ部から出射された光束を前記基部の入射面に導く拡幅部とが結合してなる光モジュールである。 The invention according to claim 1 has a lens part for condensing the introduced light, a core part having a predetermined light refractive index, and a clad part having a light refractive index lower than that of the core part. And an internal waveguide that transmits a light beam incident on the core portion from the lens portion, using a boundary surface between the core portion and the clad portion that covers a predetermined portion of the core portion in a close contact state. The core part has a predetermined width in a predetermined direction orthogonal to the optical axis of the light beam emitted from the lens part, and a base part for transmitting the light beam and an incident functioning as an incident surface of the core part And the incident surface has a width larger than the width of the base in the predetermined direction, and the width in the predetermined direction of the cut surface of the light beam by a plane including the incident surface of the base is the base Less than the width of the incident surface in the predetermined direction Sea urchin, an optical module and a widened portion formed by bonding for guiding the light beam emitted from the lens portion on the incident surface of the base.
この発明によれば、前記コア部の入射面として機能する入射面を有し、該入射面を含む所定部位が前記所定の方向において前記基部の前記幅より大きな長さを有する拡幅部を備えたので、前記拡幅部の入射面を含む所定部位が前記基部の前記幅と同一の長さに設定されている構成に比して、前記レンズ部で集光された光束をより多く内部導波路に導入することができる。 According to this invention, it has an incident surface that functions as an incident surface of the core portion, and a predetermined portion including the incident surface includes a widened portion having a length larger than the width of the base portion in the predetermined direction. Therefore, as compared with a configuration in which the predetermined portion including the incident surface of the widened portion is set to have the same length as the width of the base portion, more light flux collected by the lens portion is transferred to the internal waveguide. Can be introduced.
また、前記拡幅部を、前記基部の入射面を含む平面による光束の切断面の前記所定の方向における長さが、前記基部の入射面の前記所定の方向における長さ以下となるように、前記レンズ部から出射された光束を前記基部の入射面に導くように構成したので、レンズ部で集光されてコア部の入射面に入射した光が、基部の入射面外に出る状況が低減される。 Further, the widened portion is configured such that the length in the predetermined direction of the cut surface of the light beam by a plane including the incident surface of the base is equal to or less than the length in the predetermined direction of the incident surface of the base. Since the light beam emitted from the lens unit is guided to the incident surface of the base unit, the situation where the light collected by the lens unit and incident on the incident surface of the core unit goes out of the incident surface of the base unit is reduced. The
その結果、前記基部の入射面を含む平面による光束の切断面の前記所定の方向における長さが、前記基部の入射面の前記所定の方向における長さより大きくなる場合に比して、前記拡幅部を透過した光を前記基部に導く効率を向上することができる。 As a result, the widened portion as compared with the case where the length in the predetermined direction of the cut surface of the light beam by the plane including the incident surface of the base is larger than the length of the incident surface of the base in the predetermined direction. It is possible to improve the efficiency of guiding the light transmitted through the base to the base.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光モジュールにおいて、前記レンズ部は、前記拡幅部の入射面に密接して配置されているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the optical module according to the first aspect, the lens portion is disposed in close contact with an incident surface of the widened portion.
この発明によれば、前記レンズ部を、前記拡幅部の入射面に密接して配置したので、前記拡幅部の入射面に直交する方向における省スペースを図ることができる。 According to this invention, since the lens portion is disposed in close contact with the incident surface of the widened portion, space saving in a direction orthogonal to the incident surface of the widened portion can be achieved.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の光モジュールにおいて、前記レンズ部に光束を出力する発光素子を更に備え、前記発光素子から出力される光束の半値全角をθ、前記発光素子の発光位置から前記拡幅部の入射面までの前記光軸方向における距離をXとしたとき、前記レンズ部の前記所定の方向における長さ及び前記拡幅部の入射面の前記所定の方向における幅は、2X・tan(θ/2)より大きいものである。 According to a third aspect of the present invention, in the optical module according to the second aspect of the present invention, the optical module further includes a light emitting element that outputs a light beam to the lens unit, wherein the full width at half maximum of the light beam output from the light emitting element is θ, and the light emitting element When the distance in the optical axis direction from the light emitting position to the incident surface of the widened portion is X, the length of the lens portion in the predetermined direction and the width of the incident surface of the widened portion in the predetermined direction are It is larger than 2X · tan (θ / 2).
この発明によれば、前記発光素子から出力される光束を、殆ど損失することなく前記内部導波路に導入することができる。 According to this invention, the light beam output from the light emitting element can be introduced into the internal waveguide with almost no loss.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか一項に記載の光モジュールにおいて、前記拡幅部の前記所定の方向における幅は、当該拡幅部の入射面側から前記基部との結合面側に向かって小さくなるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical module according to any one of the first to third aspects, the width of the widened portion in the predetermined direction is from the incident surface side of the widened portion to the base portion. It becomes smaller toward the coupling surface side.
この発明によれば、前記拡幅部の前記所定の方向における長さを当該拡幅部の入射面側から前記基部との結合面側に向かって小さくなるようにしたので、この部位により前記基部の入射面に向かって反射される光が生じる分だけ、このような構成を採用しない場合に比して前記基部に入射する光の量を増大することができる。 According to the present invention, the length of the widened portion in the predetermined direction is reduced from the incident surface side of the widened portion toward the coupling surface side with the base portion. The amount of light incident on the base can be increased by the amount of light reflected toward the surface as compared with the case where such a configuration is not adopted.
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか一項に記載の光モジュールにおいて、前記クラッド部の光屈折率をn0,前記コア部の光屈折率をn1,前記基部の前記幅をa,前記拡幅部の入射面の前記所定の方向における幅をb,前記拡幅部の入射面から該拡幅部と前記基部との結合面までの光軸方向における長さをLとするとき、像側NAは、下記式(T−1)を満たすものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical module according to any one of the first to fourth aspects, the optical refractive index of the cladding portion is n 0 , the optical refractive index of the core portion is n 1 , and the base portion. The width of the widened portion is b, the width of the incident surface of the widened portion in the predetermined direction is b, and the length in the optical axis direction from the incident surface of the widened portion to the coupling surface of the widened portion and the base is L When this is done, the image-side NA satisfies the following formula (T-1).
この発明によれば、拡幅部に導入された光を前記基部に導く効率を向上することができる。 According to this invention, the efficiency which guide | induces the light introduce | transduced into the wide part to the said base part can be improved.
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか一項に記載の光モジュールにおいて、前記クラッド部の光屈折率をn0,前記コア部の光屈折率をn1,前記基部の前記幅をa,前記拡幅部の入射面の前記所定の方向における幅をb,前記拡幅部の入射面から該拡幅部と前記基部との結合面までの光軸方向における長さをLとするとき、像側NAは、下記式(T−2)を満たすものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the optical module according to any one of the first to fourth aspects, the optical refractive index of the cladding portion is n 0 , the optical refractive index of the core portion is n 1 , and the base portion. The width of the widened portion is b, the width of the incident surface of the widened portion in the predetermined direction is b, and the length in the optical axis direction from the incident surface of the widened portion to the coupling surface of the widened portion and the base is L When this is done, the image-side NA satisfies the following formula (T-2).
この発明によれば、拡幅部に導入された光を前記基部に導く効率を向上することができる。 According to this invention, the efficiency which guide | induces the light introduce | transduced into the wide part to the said base part can be improved.
請求項7に記載の発明は、請求項5又は6に記載の光モジュールにおいて、前記像側NAは、更に下記式(T−3)を満たすものである。 According to a seventh aspect of the invention, in the optical module according to the fifth or sixth aspect, the image side NA further satisfies the following formula (T-3).
この発明によれば、拡幅部に導入された光を前記基部に導く効率を向上することができる。 According to this invention, the efficiency which guide | induces the light introduce | transduced into the wide part to the said base part can be improved.
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7の何れか一項に記載の光モジュールにおいて、前記レンズ部に光束を出力する発光素子を更に備え、前記レンズ部の光軸は、前記発光素子から出力される光束の光軸と一致するものである。
The invention according to
この発明によれば、発光素子から出力される光束を内部導波路に導く効率を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the efficiency of guiding the light beam output from the light emitting element to the internal waveguide.
本発明によれば、前記レンズ部で集光された光束をより多く内部導波路に導入することができるとともに、前記拡幅部を透過した光を前記基部に導く効率を向上することができるため、光の伝送効率を更に向上することができる。 According to the present invention, it is possible to introduce more light beams collected by the lens unit into the internal waveguide, and to improve the efficiency of guiding the light transmitted through the widened portion to the base, The light transmission efficiency can be further improved.
本発明に係る光モジュールの実施形態について説明する。図1は、本発明に係る光モジュールの第1の実施形態を示す概略図である。 An embodiment of an optical module according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of an optical module according to the present invention.
図1に示すように、光モジュール100は、発光側マウント基板1と、受光側マウント基板2と、これらのマウント基板1,2を光学的に結合可能に連結する外部導波路基板3とを備えて構成されている。なお、以下の説明において、図1の紙面の左右方向をX軸方向、上下方向をY軸方向、紙面に直交する方向をZ軸方向といい、図1の左側を前方、右側を後方というものとする。
As shown in FIG. 1, the
発光側マウント基板1は、板状の部材であり、XZ平面に平行に配設されている。発光側マウント基板1は、当該光モジュール100の実装時における熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために剛性が要求されること、及び、発光部4の高精度な配置や使用中の位置変動の抑制の点を考慮してシリコンで構成されている。
The light emitting side mount substrate 1 is a plate-like member, and is disposed in parallel to the XZ plane. The light emitting side mounting substrate 1 is required to have rigidity in order to avoid the influence of heat and stress due to the use environment when the
発光側マウント基板1の上面6適所には、電気信号を光信号に変換して出力する発光部4と、この発光部4に前記電気信号を送信するためのIC回路が構成されたIC基板5とが配設されている。発光部4は、半導体レーザである面発光レーザ(VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser))やLED等の発光素子12(図2,図3参照)及びレンズ13(図2,図3参照)を有している。IC基板5は、前記発光素子12を駆動させるドライバICであり、発光部4の近傍に配設されている。図示しないが、発光部4及びIC基板5は、金バンプで発光側マウント基板1の上面6に形成された配線パターンによって電気的に接続されている。
At an appropriate position on the upper surface 6 of the light-emitting side mounting substrate 1, an IC substrate 5 on which a light-
発光側マウント基板1には、発光部4の直下位置から外部導波路基板3に向かって前記発光側マウント基板1の後端面7まで延びる図略の導波路形成用溝が形成されており、この導波路形成用溝内に、発光部4と光学的に結合する(発光部4から出力される光が導入される)内部導波路8が配設されている。
The light emitting side mount substrate 1 is formed with a waveguide forming groove (not shown) extending from a position immediately below the
受光側マウント基板2は、発光側マウント基板1と同様、例えばシリコンで構成された板状の部材であり、XZ平面に平行に配設されている。受光側マウント基板2の上面9には、光信号を電気信号に変換する受光部10と、この受光部10から前記電気信号を受信するためのIC回路が形成されたIC基板11とが実装されている。前記受光部10としては、PD(フォトダイオード)が採用されており、IC基板11は、電流・電圧の変換を行うTIA(Trans-impedance Amplifier)などの素子である。
The light receiving
受光側マウント基板2には、外部導波路基板3から前記受光部4の直下位置まで延びる図略の導波路形成用溝が形成されており、この導波路形成用溝内に、受光部10と光学的に結合する(外部導波路基板3から導入された光を取り込む)内部導波路22が配設されている。
The light receiving
外部導波路基板3は、長尺形状を有するフレキシブルなフィルム体であり、発光側マウント基板1の内部導波路8と受光側マウント基板2の内部導波路22とのそれぞれに光学的に結合可能な外部導波路を備えている。
The
このような構成を有する光モジュール100は、発光側マウント基板1に設置された発光部4から出力される光を内部導波路8、外部導波路基板3の外部導波路、及び、受光側マウント基板2の内部導波路22を介して該受光側マウント基板2に設置された受光部10に導く。
In the
図2は、発光側マウント基板1の発光部4周辺の構造を示す拡大断面図、図3は、発光側マウント基板1の発光部4周辺の構造を示す拡大平面図、図4は、内部導波路8の斜視図である。なお、図面の視認性のため、図2の断面図についてはハッチングの記載を省略している。
2 is an enlarged cross-sectional view showing the structure around the
図2,図3に示すように、発光部4は、下方に向けて光束を出力する前述の発光素子12に加え、該発光素子12から出力される光を集光するレンズ13を有しており、該レンズ13は、前記発光素子12から出力された光を集光して内部導波路8に導く。ここで、レンズ13の光軸が前記発光素子12から出力される光束の光軸上に位置するようにレンズ13と発光素子12との位置関係が設定されている。これにより、発光素子12から出力される光をレンズ13に透過させる効率を向上することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
レンズ13は、本実施形態では凸レンズであり、前記発光素子12から出力される光の半値全角をγ、前記発光素子12の発光位置と前記内部導波路8の入射面までの光軸方向における距離をXとしたとき、前記レンズ13の径は、2X・tan(γ/2)よりも大きく設定されている。これにより、前記発光素子12から出力される光を殆ど損失することなくレンズ13に透過させることができる。
The
図2〜図4に示すように、内部導波路8は、予め定められた屈折率を有するクラッド部14と、該クラッド部14に比して光の屈折率が高いコア部23とを備えて構成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
クラッド部14は、XZ平面に平行な平板部15と、該平板部15の上面の前方端面に沿って設けられ、XY平面による断面が三角形となる三角柱状部16とを有する。前記三角柱状部16には、X軸及びY軸のそれぞれに対して45°傾斜する傾斜面16aがレンズ13の下方に位置する態様で設けられている。そして、該傾斜面16a上には、ミラー部19が配設されている。ミラー部19は、発光部4(レンズ13)からY軸方向に出射される光の光軸をコア部23に向けてX軸方向に90°屈曲させるための光学素子である。
The clad
また、クラッド部14は、第1,第2ブロック体部17,18を有する。該第1,第2ブロック体部17,18は、前記平板部15の上面のうちZ軸方向の中央部分に設置されたX軸方向に長尺のコア部23を、該コア部23に対してZ軸方向の両側で挟み込む態様で前記平板部15の上面に設けられている。
The clad
コア部23は、XZ平面による断面がT字形状を有し、Z軸方向の長さ(以下、幅という)が異なる2つの部位を有する。すなわち、コア部23は、前記幅が大きい方の拡幅部20(幅w1)と、幅が小さい方の基部21(幅w2(<w1))とを有して成る。拡幅部20の幅w1は、前記レンズ13の直径と同等の長さを有する。
The
拡幅部20は、XZ平面による断面が矩形状であってXY平面による断面が台形状を有する部位であり、上面がレンズ13を透過した光の入射面とされている。前記レンズ13は、前記拡幅部20の入射面に直交する方向における省スペースを図るべく、前記拡幅部20の入射面と密接する態様でレンズ13の直下位置に配置されている。
The widened
また、拡幅部20の側面のうち前方側に位置する側面(前側面)は、X軸及びY軸のそれぞれに対して45°傾斜する傾斜面とされており、この側面がミラー部19の反射面に密着している。
Further, the side surface (front side surface) located on the front side of the side surface of the widened
拡幅部20の外部導波路基板3側(後方側)の側面(後側面)は、Y軸に平行な面であり、この後側面のうちZ軸方向における中央部分に前記基部21が結合している。該基部21は、発光側マウント基板1の後端面までX軸に平行に延びている。
A side surface (rear side surface) of the widened
このような構成を有するコア部23(拡幅部20及び基部21)の下面は、クラッド部14の平板部15に密着状態で覆われており、また、コア部23(拡幅部20及び基部21)のZ軸方向における側面は、クラッド部14の第1,第2ブロック体部17,18に密着状態で覆われており、拡幅部20(拡幅部20)の前側面は、ミラー部19の反射面に密着し、コア部23(拡幅部20及び基部21)の下面は外部に露出している。
The lower surface of the core portion 23 (the widened
以上のように、本実施形態では、発光部4(光学素子12及びレンズ13)を発光側マウント基板1の上面6に設置したので、レンズ13を透過した光束をX軸方向に屈曲させるためミラー部19や前記三角柱状部16等を設け、それに伴い、拡幅部20の前端側の形状を前述のような形状に構成しているが、以下、説明の簡単化のため、本実施形態に係る内部導波路8の機能等につき、前記構成と光学的に等価な図5,図6に示す構成で説明することとする。
As described above, in this embodiment, since the light emitting unit 4 (the
図5,図6に示す構成は、発光部4(光学素子12及びレンズ13)を発光側マウント基板1の上面6に設置するのではなく、内部導波路8の前端面8a側に設置するとともに、前記三角柱状部16やレンズ13を省き、前記平面部15の前側面と面一の側面を有する直方体状の拡幅部20’を設けたものである。また、図5,図6に示す構成においては、コア部23(拡幅部20’及び基部21)の下面が、クラッド部14の平板部15により密着状態で覆われており、また、コア部23(拡幅部20’及び基部21)の側面が、クラッド部14の第1,第2ブロック体部17’,18’により密着状態で覆われている。
5 and 6, the light emitting unit 4 (the
ところで、従来では、図7に示すように、内部導波路8の入射面から出射面に亘って、前記基部21と同一の幅w2を有するコア部23’を設けていた。しかしながら、この構成では、スペースの制約上、発光部4と内部導波路8との間隔を小さくしなければならない事情から、レンズ13を内部導波路8の入射面Tに近づけた場合に、次のような不具合が発生する。
Conventionally, as shown in FIG. 7, a
すなわち、レンズ13を内部導波路8の入射面Tに近づけると、コア部23’の入射面Tを含む平面による光束の切断面のうちZ軸方向における長さA(幅)が、コア部23’の入射面SのZ軸方向における長さw2(幅)に比して大きくなり、図7に示すように、レンズ13を透過した光束のうちコア部23’の入射面Sに入射しない光が多くなる。すなわち、レンズ13とコア部23’との間の光結合効率が低下する。
That is, when the
この問題に対し、本実施形態では、前記レンズ13の直径と同等の長さを有する前記拡幅部20’を設けることにより、図7に示す構成に比して、レンズ13を透過した光がコア部23の入射面に導入される効率を向上させるようにしている。
With respect to this problem, in the present embodiment, by providing the widened
さらに、本実施形態では、図5に示すように、前記基部21の入射面S(拡幅部20’との結合面;図8参照)を含む平面による光束の切断面のうち前記Z軸方向における長さZが、前記基部21の入射面Sのうち前記Z軸方向における長さa以下となるように、前記レンズ13から出射された光束を前記基部21の入射面Sに導くことにより、拡幅部20’を透過した光が基部21内に導入される効率を向上させるようにしている。以下、この点について詳細に説明する。
Furthermore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, in the Z-axis direction among the cut surfaces of the light beam by a plane including the incident surface S (the coupling surface with the widened
今、図9に示すように、クラッド部14の光屈折率をn0,コア部23の光屈折率をn1、拡幅部20’及び基部21のZ軸方向における長さをb,a、拡幅部20’のX軸方向における長さをLと表し、拡幅部20’及び基部21のサイズと基部21内に入射する光との関連性を、XZ平面に平行な成分とXY平面に平行な成分とに分けて考える。まず、XZ平面に平行な成分に着目する。
Now, as shown in FIG. 9, the optical refractive index of the clad
拡幅部20’に入射した光線が基部21に入射する効率を向上させるためには、拡幅部20’の入射面側の頂点を通る光線がコア部23内に入射すればよい。今、拡幅部20’の入射面側の頂点として図9に示す頂点T1に着目したとき、この頂点T1を通る光線が拡幅部20’と基部21との交差点P1と交差点P2との間に入射すると、頂点T1を通る光線がコア部23内に入射することが判る。
In order to improve the efficiency with which the light beam incident on the widened
すなわち、前記交差点P1を通る光線E1とZ軸との交差角度をθmin、前記交差点P2を通る光線E2とZ軸との交差角度をθmaxとすると、基部21とクラッド部14(ここでは第1ブロック体部17)との境界面T2への入射角θが、前記交差角度θminと前記交差角度θmaxとの間の値になればよい。
That is, if the intersection angle between the light beam E1 passing through the intersection P1 and the Z axis is θ min , and the intersection angle between the light beam E2 passing through the intersection P2 and the Z axis is θ max , the
θmin<θ<θmax
なお、以下の説明においては、前記交差角度θminを最小入射角θminといい、前記交差角度θmaxを最大入射角θmaxというものとする。
θ min <θ <θ max
In the following description, the intersection angle θ min is referred to as a minimum incident angle θ min, and the intersection angle θ max is referred to as a maximum incident angle θ max .
一方、頂点T1から交差点T2までの距離X1は、 On the other hand, the distance X1 from the vertex T1 to the intersection T2 is
と表すことができるから、前記最小入射角θminは、 The minimum incident angle θ min can be expressed as
と表すことができる。 It can be expressed as.
また、頂点T1から交差点T3までの距離X2は、 Further, the distance X2 from the vertex T1 to the intersection T3 is
と表すことができるから、前記最大入射角θmaxは、 The maximum incident angle θ max can be expressed as
と表すことができる。 It can be expressed as.
したがって、頂点T1を通る光線がコア部23内に入射するためには、基部21とクラッド部14との前記境界面T2への入射角θが、下記式(M−5)を満たす必要があることが判る。
Therefore, in order for the light beam passing through the vertex T1 to enter the
このとき、像側NAは、
像側NA=n1×(1−sin2θ)1/2
で表されるため、この式と前記式(M−5)とから前記像側NAは下記式(M−6)で表される。前記像側NA(Numerical aperture)とは、レンズ13の開口数(レンズ13の分解能を求めるための指数)である。
At this time, the image side NA is
Image side NA = n 1 × (1-sin 2 θ) 1/2
Therefore, the image side NA is represented by the following formula (M-6) from this formula and the formula (M-5). The image side NA (Numerical Aperture) is the numerical aperture of the lens 13 (an index for obtaining the resolution of the lens 13).
ここまでは、拡幅部20’に入射した光線が基部21に入射する効率を向上させるための条件について検討したが、基部21の入射面内に入射した光が外部導波路基板3の外部導波路に導かれる効率を向上させるためには、基部21内に入射した光が、前記基部21とクラッド部14との前記境界面T2からクラッド部14に突き抜けることなく、該境界面T2で全反射するように構成する必要がある。
Up to this point, the conditions for improving the efficiency with which the light beam incident on the widened
前記基部21とクラッド部14との境界面T2への入射光を前記境界面T2で全反射させるためには、前記入射光の前記境界面T2に対する入射角が前記臨界角θC以上になる必要がある。この臨界角θCは、クラッド部14とコア部23の屈折率n0,n1を用いると、
θC=sin−1(n0/n1)
と表される。
In order to totally reflect the incident light on the boundary surface T2 between the
θ C = sin −1 (n 0 / n 1 )
It is expressed.
したがって、この場合、前記境界面T2への入射角θが、下記式(M−7)を満たす必要があることが判る。 Therefore, in this case, it is understood that the incident angle θ on the boundary surface T2 needs to satisfy the following formula (M-7).
このとき、像側NAは、下記式(M−8)となる。 At this time, the image side NA is represented by the following formula (M-8).
このように、基部21の入射面内に入射した光を前記基部21とクラッド部14との境界面T2への入射光を前記境界面T2で全反射させるためには、基部21の入射面内に入射した光の前記境界面T2に対する入射角と前記臨界角θCとの関係を考慮する必要がある。
As described above, in order to totally reflect the light incident on the incident surface of the
すなわち、前記最小入射角θminが前記臨界角θC以上であれば、基部21の入射面内に入射した光の前記境界面T2に対する入射角は、コア部23とクラッド部14との光屈折率に関係なく前記臨界角θC以上となるから、前記最小入射角θminが前記臨界角θC以上の場合には、像側NAは、前記式(M−5)で表される値となる。
That is, if the minimum incident angle θ min is equal to or greater than the critical angle θ C , the incident angle of the light incident on the incident surface of the
逆に、前記最小入射角θminが前記臨界角θC未満であれば、基部21の入射面内に入射した光のうち一部の光は、前記境界面T2に対する入射角が前記臨界角θC未満となるから、前記最小入射角θminが前記臨界角θCより小さい場合には、像側NAは、前記式(M−8)で表される値となる。
Conversely, if the minimum incident angle θ min is less than the critical angle θ C , some of the light incident on the incident surface of the
次に、レンズ13を透過した光束のXY平面に平行な成分に着目する。この場合、基部21とクラッド部14の平板部15との境界面T3への入射角φが下記式(M−9)を満たすと、拡幅部20’に入射した光が全て基部21に入射し、且つ、基部21内に入射した光が外部導波路基板3に導かれる。
Next, attention is focused on the component parallel to the XY plane of the light beam transmitted through the
このとき、像側NAは、下記式(M−10)で表される値となる。 At this time, the image side NA is a value represented by the following formula (M-10).
以上のように、本実施形態では、前記レンズ13の直径と同等の長さを有する前記拡幅部20’を設けたので、図7に示す構成では、該コア部23’内に入射しない光線LNが、図11に示すように、前記拡幅部20’によりコア部23内に入射することとなり、図7に示す構成に比して、レンズ13を透過した光のうちより多くの光をコア部23の入射面に導入することができる。
As described above, in the present embodiment, since the widened
また、前記基部21の入射面S(拡幅部20’との結合面;図8参照)を含む平面による光束の切断面のうち前記Z軸方向における長さZが、前記基部21の入射面Sのうち前記Z軸方向における長さa以下となるように、前記レンズ13から出射された光束を前記基部21の入射面Sに導くようにしたので、拡幅部20’を透過した光が基部21内に導入される効率を向上させることができる。
Further, the length Z in the Z-axis direction of the cut surface of the light beam by a plane including the incident surface S (the coupling surface with the widened
本件は、前記実施形態に代えて、或いは前記実施形態に加えて、次のような変形形態も採用可能である。 In this case, the following modifications may be employed instead of or in addition to the embodiment.
(1)前記実施形態では、コア部23と別体のレンズ13を拡幅部20(20’)の入射面に密着する形態としたが、これに限らず、図12に示すように、コア部23と同一の材質で、前記レンズ部13と同等の機能を有するレンズ部13’(例えばフレネルレンズ)を形成し、該レンズ部13’を前記拡幅部20(20’)と一体化した構成としてもよい。
(1) In the above embodiment, the
(2)前記実施形態では、前記拡幅部20’(20)のXZ平面による断面の断面形状を矩形状としたが、これに限らず、図13に示すように、前記断面形状を、拡幅部の入射面側から出射面側に向かって前記幅が小さくなる部位Pを有する形状としてもよい。第1の実施形態に係る拡幅部20’(20)では、図13の点線で示すように、拡幅部20’(20)の後端面で反射して前記基部21の入射面Sには入射されない光でも、前述のような部位Pを形成することで、該部位Pによって前記基部21の入射面Sに向かって反射される光が新たに生じることとなる。したがって、前記第1の実施形態に比して、前述の部位Pによって前記基部21の入射面Sに向かって反射される光が新たに生じる分だけ、前記基部21に入射する光の量を増大することができる。
(2) In the above-described embodiment, the cross-sectional shape of the widened
(3)前記第1の実施形態のコア部23における拡幅部20(20’)は、XY平面による断面の形状と、XZ平面による断面の形状とが異なる形状を有するものであったが、これに限らず、XY平面による断面の形状も、前記XZ平面による断面の形状と同一の形状を有する拡幅部であってもよい。
(3) The widened portion 20 (20 ′) in the
(4)前記第1の実施形態では、発光素子12から出力された光束を内部導波路8内に導入する場合に、該内部導波路8のコア部23に前記拡幅部20’を設ける構成について述べたが、これに限らず、図14に示すように、外部導波路基板3が構成する外部導波路から導かれた光束を受光側マウント基板2に形成された内部導波路22内に導入する場合に、該内部導波路22のコア部に前記拡幅部20’と同様の拡幅部を設けるようにしてもよい。
(4) In the first embodiment, when the light beam output from the
100 光モジュール
1 発光側マウント基板
2 受光側マウント基板
3 外部導波路基板
4 発光部
8 内部導波路
12 発光素子
13 レンズ
14 クラッド部
20 拡幅部
21 基部
23 コア部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
所定の光屈折率を有するコア部と該コア部に比して光屈折率の低いクラッド部とを有してなり、前記コア部と該コア部の所定の部位を密着状態で覆う前記クラッド部との境界面を用いて、前記レンズ部から前記コア部に入射された光束を伝送する内部導波路と
を備え、
前記コア部は、
前記レンズ部から出射される光束の光軸に直交する所定の方向に所定の幅を有し、光束を伝送するための基部と、
前記コア部の入射面として機能する入射面を有するとともに、この入射面が前記所定の方向において前記基部の前記幅より大きな幅を有し、前記基部の入射面を含む平面による光束の切断面の前記所定の方向における幅が、前記基部の入射面の前記所定の方向における幅以下となるように、前記レンズ部から出射された光束を前記基部の入射面に導く拡幅部と
が結合してなる光モジュール。 A lens unit that collects the introduced light; and
The core part having a predetermined optical refractive index and a cladding part having a lower optical refractive index than the core part, and covering the core part and a predetermined part of the core part in a close contact state And an internal waveguide that transmits a light beam incident on the core part from the lens part, using a boundary surface with
The core part is
A base having a predetermined width in a predetermined direction perpendicular to the optical axis of the light beam emitted from the lens unit, and transmitting the light beam;
An incident surface that functions as an incident surface of the core portion, and the incident surface has a width larger than the width of the base portion in the predetermined direction, and is a cut surface of a light flux by a plane including the incident surface of the base portion A widened portion that couples the light beam emitted from the lens portion to the incident surface of the base portion is coupled so that the width in the predetermined direction is equal to or smaller than the width of the incident surface of the base portion in the predetermined direction. Optical module.
前記発光素子から出力される光束の半値全角をθ、前記発光素子の発光位置から前記拡幅部の入射面までの前記光軸方向における距離をXとしたとき、前記レンズ部の前記所定の方向における長さ及び前記拡幅部の入射面の前記所定の方向における幅は、2X・tan(θ/2)より大きい請求項2に記載の光モジュール。 A light emitting element that outputs a light beam to the lens unit;
When the full width at half maximum of the light beam output from the light emitting element is θ and the distance in the optical axis direction from the light emitting position of the light emitting element to the incident surface of the widened portion is X, the lens portion in the predetermined direction The optical module according to claim 2, wherein a length and a width of the incident surface of the widened portion in the predetermined direction are greater than 2X · tan (θ / 2).
前記レンズ部の光軸は、前記発光素子から出力される光束の光軸と一致する請求項1乃至7の何れか一項に記載の光モジュール。 A light emitting element that outputs a light beam to the lens unit;
The optical module according to claim 1, wherein an optical axis of the lens unit coincides with an optical axis of a light beam output from the light emitting element.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2014206598A (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-30 | 住友ベークライト株式会社 | Optical waveguide, optical wiring component and electronic equipment |
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