專利名稱：光收發(fā)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及在光通信中使用的光收發(fā)模塊。
背景技術(shù)：
在家庭中使用的稱為FTTH(光纖入戶)的光接入線的終端裝置中，使用借助一條光纖進(jìn)行雙向傳送的光收發(fā)模塊。作為此光收發(fā)模塊的現(xiàn)有例，比如，有在專利文獻(xiàn)1(日本專利特開平07-261054號公報(bào))的圖1所示的將激光二極管和光敏二極管容納于同一封裝內(nèi)的示例(第1現(xiàn)有例)。
在此專利文獻(xiàn)1中示出的示例中，在容納激光二極管和光敏二極管的封裝的開口部和光纖之間配置透鏡，并且在封裝的開口部的玻璃蓋片上形成衍射光柵。在專利文獻(xiàn)1中公開的這種結(jié)構(gòu)的光收發(fā)模塊中，從激光二極管射出的光透過衍射光柵，由透鏡聚光到光纖。另一方面，在接收時(shí)，從光纖射出的光經(jīng)透鏡到達(dá)衍射光柵。于是，在衍射光柵衍射而聚光于光敏二極管的光檢測面。
另外，在專利文獻(xiàn)2(日本專利特開平08-15582號公報(bào))中公開的與第1現(xiàn)有例不同的現(xiàn)有例(第2現(xiàn)有例)中，透鏡配置于緊靠近激光二極管之處使激光二極管發(fā)出的光成為平行光，并且由具有透鏡作用的衍射光柵使此光入射到光纖。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在第1現(xiàn)有例中，在考慮到激光二極管和光敏二極管元件本身的大小時(shí)，將其靠近配置是有限度的，比0.2mm左右更近很困難。為了在此激光二極管和光敏二極管之間保持必需的間隔，使激光入射到光纖，并且使從光纖射出的光入射到光敏二極管，有加大衍射光柵的衍射角的方法(第1方法)和加長衍射光柵和激光二極管之間的距離的方法(第2方法)?？墒?，在第1方法中，存在衍射角加大的衍射光柵的衍射效率降低、激光與光纖的耦合效率低、從光纖射出的光在光敏二極管上的受光效率低的問題。另外，如第2方法，在透鏡和激光二極管的距離加長時(shí)，出現(xiàn)像差變大，激光與光纖的耦合效率降低的問題。
另外，在第2現(xiàn)有例中，為了具有透鏡功能的衍射光柵成為周期短的輪帶狀的衍射光柵，有衍射效率低的問題。
于是，本發(fā)明的目的是提供可以提高從激光二極管到光纖的耦合效率并且可以提高從光纖射出的光在光敏二極管上的受光效率的光收發(fā)模塊。
為達(dá)到以上的目的，本發(fā)明的光收發(fā)模塊是一種與光纖連接，經(jīng)該光纖發(fā)送第1光接收第2光的光收發(fā)模塊，其特征在于其構(gòu)成包括射出上述第1光的光源；接收上述第2光的受光部；使上述第1光和上述第2光之中的至少一個(gè)的進(jìn)行方向改變的衍射元件；使從上述光源射出經(jīng)由上述衍射元件入射的上述第1光聚光到上述光纖的光輸入輸出面上，使從上述光纖射出的上述第2光經(jīng)上述衍射元件聚光到上述受光部的第1透鏡；以及將從上述光源射出的上述第1光，抑制其光束的擴(kuò)散并經(jīng)上述衍射元件入射到上述第1透鏡的第2透鏡。
具有如上結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的光收發(fā)模塊，可以提高光源和光纖的耦合效率，并且可以提高從光纖射出的光在受光部上的受光效率。


圖1為示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2為安裝了激光二極管和球狀透鏡4的Si表面安裝基板的立體圖。
圖3為設(shè)置了光敏二極管和放大用IC的PD安裝基板的立體圖。
圖4為示出在管座上安裝了Si安裝基板和PD安裝基板的狀態(tài)的立體圖。
圖5為示出實(shí)施方式1的衍射光柵的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖6為示出實(shí)施方式1的衍射光柵的衍射效率特性的曲線圖。
圖7為示出實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示圖。
圖8A為示出在實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊中從激光二極管射出的激光的路徑的示圖。
圖8B為示出在實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊中從光纖射出的光的路徑的示圖。
圖9為示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的光收發(fā)模塊的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊進(jìn)行說明。
實(shí)施方式1本實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊，在從激光二極管1射出的激光經(jīng)由衍射光柵5和第1透鏡3入射到光纖6，從光纖6射出的光經(jīng)由第1透鏡3和衍射光柵5入射到光敏二極管2這一點(diǎn)上與現(xiàn)有例是一樣的，但在靠近激光二極管1設(shè)置第2透鏡這一點(diǎn)上與現(xiàn)有例不同(圖1等)。
下面對本實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊的結(jié)構(gòu)予以詳細(xì)的說明。
在本實(shí)施方式1中，激光二極管1和作為第2透鏡的球狀透鏡4安裝在Si安裝基板10上，該Si安裝基板10經(jīng)由LD輔助支柱11安裝于管座30之上(圖2)。
具體地，如圖2所示，在Si安裝基板10的上表面上形成與激光二極管1相連接的電極圖形12、13，比如，在其一的電極圖形12上激光二極管1由焊錫管芯鍵合使其與該一個(gè)電極導(dǎo)通，另一個(gè)電極圖形13和激光二極管1的另一個(gè)電極由引線14連接。另外，激光二極管1為結(jié)在下安裝以使發(fā)光點(diǎn)位于Si安裝基板的表面一側(cè)。通過電極圖形12、13，在以上述方式安裝的激光二極管1上施加來自未圖示的驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)制電量，激光通過直徑小的球狀透鏡4射出。
另外，如圖2所示，在Si安裝基板10上表面的激光二極管1的發(fā)光點(diǎn)的前方，比如，借助刻蝕形成溝10a，在該溝10a中設(shè)置由透明的球體構(gòu)成的球狀透鏡4并使其中心位于激光二極管1的激光束的中心軸上。此球狀透鏡4，以焊錫或粘接劑固定于溝10a內(nèi)。
如本實(shí)施方式1所示，在Si安裝基板10的上表面上，借助刻蝕形成溝10a，利用該溝10a將球狀透鏡4定位并固定，比如，可以以小于等于±5μm的高精度來安裝。由此，可以將激光二極管1和球狀透鏡4的相對位置保持良好的精度進(jìn)行配置。
如上所述，安裝了激光二極管1和球狀透鏡4的Si輔助安裝基板10與LD輔助支柱11的一個(gè)表面結(jié)合，LD輔助支柱11安裝在管座的規(guī)定位置使Si輔助安裝基板10相對管座30的上表面垂直。
在本實(shí)施方式1中，光敏二極管2以其受光部2a向上的方式安裝在PD安裝基板20的上表面(圖3)。另外，如圖3所示，在PD安裝基板20的上表面上，設(shè)置用來對由光敏二極管2檢出的信號進(jìn)行放大的放大用IC25，該IC的電極25e和光敏二極管2的PD電極2e用引線連接，而放大用IC25的另一電極用引線24b與在PD安裝基板20的上表面上形成的電極圖形22連接。此PD安裝基板20，可以由氧化鋁等的陶瓷制作。
如上所述，安裝光敏二極管2和放大用IC25的PD安裝基板20，固定于管座30的上表面的規(guī)定位置。這樣，Si輔助安裝基板10和PD安裝基板20設(shè)置成為正交，在本實(shí)施方式1中，在Si輔助安裝基板10的上表面中沿著一邊形成臺階10b，此臺階10b的底面與PD安裝基板20一側(cè)面頂接(圖4)。利用此臺階10b，可以確保激光二極管1和光敏二極管2的相對位置精度。采用以上方式，可以穩(wěn)定確保激光二極管1和光敏二極管2的光軸方向距離和橫向距離。
于是，在管座30的上表面上設(shè)置覆蓋Si輔助安裝基板10和PD安裝基板20的蓋罩40。在此蓋罩40中形成在上面的開口部上安裝玻璃片41的窗部40a，經(jīng)由該窗部40a，光被輸入輸出。
在本實(shí)施方式1中，在蓋罩40的玻璃片41上，形成的一個(gè)表面是透鏡面3a，另一個(gè)表面上形成衍射光柵5的透鏡3，設(shè)置成為與在玻璃片41的上表面上形成衍射光柵5的衍射光柵表面S5對置。另外，與衍射光柵5一體化的透鏡3，可以通過Si的刻蝕制作。
于是，在與透鏡面3a隔開規(guī)定間隔設(shè)置光纖，使激光二極管的激光經(jīng)透鏡3在光纖6的入射面聚光。此處，在管座30上，比如，加蓋圓柱形狀的附件50，利用套環(huán)7和套環(huán)保持器51固定插入到套環(huán)7中的光纖6。
下面對本實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)予以說明。
在本光收發(fā)模塊中，衍射光柵5，如上所述，通過與透鏡3構(gòu)成一體，在與透鏡表面相反一側(cè)上形成衍射光柵圖形而構(gòu)成。這樣，在本實(shí)施方式1中，因?yàn)檠苌涔鈻?與透鏡3是一體結(jié)構(gòu)，可以廉價(jià)并且容易構(gòu)成。
該衍射光柵5的形狀示例如圖5所示。如圖5所示的那樣此衍射光柵是由相隔一定間隔互相平行以直線形狀形成的多個(gè)楔形(剖面為V字形)的溝所構(gòu)成的。各溝由形成規(guī)定角度的兩個(gè)表面構(gòu)成，其一個(gè)表面大致垂直(與激光的進(jìn)行方向平行)，另一個(gè)表面是傾斜面(相對激光的進(jìn)行方向傾斜相交)，該傾斜表面還形成臺階形狀。在本實(shí)施方式1中，把楔形溝的深度和臺階的階數(shù)設(shè)定為可使衍射光柵5的衍射特性成為對激光二極管1發(fā)出的激光的第1波長不進(jìn)行衍射而透過(0次衍射)，并且對從光纖射出的光的第2波長進(jìn)行衍射。
作為一個(gè)示例，在圖6中示出臺階的階數(shù)為7階時(shí)的波長1.3μm和1.55μm的光的衍射效率特性(相對溝深的衍射效率特性)。從此圖6可知，在設(shè)定楔形的溝深為2.6μm時(shí)，波長1.3μm的光，大致100％的光為0次衍射，即透過。與此相對，1.55μm的光，大致90％為1次衍射。
所以，從光纖6射出的1.55μm的波長的光的光軸，由于通過上述的衍射光柵，與從激光二極管射出經(jīng)由球狀透鏡4入射到透鏡3的激光的光軸分離。在具有這樣構(gòu)成的衍射光柵5時(shí)，從激光二極管1射出的波長1.3μm的激光，在通過球狀透鏡4之后，不發(fā)生衍射而通過衍射光柵5，由透鏡3聚光而入射到光纖6(圖7、圖8A)。另外，從光纖6射出的1.55μm的波長的激光，通過衍射光柵5受到衍射，不入射到球狀透鏡4，而入射到光敏二極管2(圖7、圖8B)。
下面在表1中示出有關(guān)上述方式1的光收發(fā)模塊的光學(xué)設(shè)計(jì)的更具體的示例。
其中，表1及圖7所示的各符號表示的意義如下。
L3光纖6和透鏡3的距離；R2透鏡3的透鏡表面的曲率；D2透鏡3的厚度；L2透鏡4和透鏡3的距離；D1透鏡4的厚度(＝在球狀透鏡的場合為球狀透鏡曲率的2倍)；L1透鏡4和激光二極管1的發(fā)光點(diǎn)1a間的距離；L4透鏡3和光敏二極管2的受光點(diǎn)間的距離；P激光二極管1的發(fā)光點(diǎn)和光敏二極管2的受光點(diǎn)間的橫向間隔。
此處，在本例中，設(shè)定透鏡3為Si(折射率3.45)，透鏡4由折射率為1.5的玻璃制作的。另外，衍射光柵具有20μm間距，在此衍射光柵中，對1.55μm的光的衍射角為4.3°。
表1

另外，此時(shí)的光線圖示于圖8A、圖8B。圖8A示出從激光二極管至光纖的光線圖，圖8B示出從光纖至PD受光部的光線圖。
在以上的示例中，在激光二極管1的光束半徑為約1μm，光纖6的光束半徑為約4.5μm時(shí)，可以得到在激光二極管1的激光入射到光纖6時(shí)的耦合效率為約60％的高耦合效率。
以這樣方式得到高耦合效率的原因是，除了可以使從激光二極管1射出的激光的擴(kuò)散受到球狀透鏡4的抑制而使激光入射到透鏡3，由該透鏡3聚光而入射到光纖6之外，可以通過使用兩個(gè)透鏡，使成像的像差減小。
就是說，在如表1所示設(shè)定各參數(shù)時(shí)，透鏡4在透鏡3的衍射光柵表面上的激光的光束大小的放大倍率β1(＝f1/(f1-D1/2-L1))，因?yàn)榍驙钔哥R4的焦點(diǎn)距離f1＝0.225mm，而成為5倍，另一方面，透鏡3在光纖6的入射面上的放大倍率β2(＝f2/(L4-f2))，因?yàn)橥哥R3的焦點(diǎn)距離f2＝1.76mm，而成為0.58倍，綜合放大倍率為5×0.58＝2.9倍，可成為接近最優(yōu)放大倍率4.5倍的值。
激光二極管1和光敏二極管2光軸方向的間隔(L4-L2)可為1.18mm，橫向的間隔P可為0.33mm。這些間隔，即使是考慮光收發(fā)模塊的整體的大小也是容易安裝的間隔。另外，從光纖6到達(dá)受光部的光束不穿過透鏡4。這是因?yàn)橥ㄟ^使透鏡4的放大倍率大于所求的綜合放大倍率，使透鏡3的放大倍率小于1，可使L4＞L3，從衍射光柵至受光部的距離變長，可以利用比較小的衍射角加大分離。
另一方面，因?yàn)樵谑雇哥R3的放大倍率小于等于0.1時(shí)，透鏡3和光敏二極管2受光點(diǎn)的距離L4為27mm，光收發(fā)模塊整體變大，所以優(yōu)選是將透鏡3的放大倍率設(shè)定為大于等于0.1小于等于1.0。另外，通過使透鏡3的放大倍率變成小于等于1可以使從透鏡3到受光部的距離加長而可以使由于衍射而產(chǎn)生的光軸的分離加大。
此外，優(yōu)選是綜合放大倍率大于等于2倍，因此，優(yōu)選是使透鏡3的放大倍率大于等于0.4倍。另外，由于激光二極管1的發(fā)光點(diǎn)和光敏二極管2的受光點(diǎn)的橫向間隔P小于等于0.25mm時(shí)，激光二極管1的發(fā)光點(diǎn)和光敏二極管2的安裝變得困難，優(yōu)選是將L4設(shè)定為小于等于3.4mm，因此優(yōu)選是透鏡3的放大倍率小于等于0.8。就是說，更優(yōu)選是將透鏡3的放大倍率設(shè)定為大于等于0.4倍小于等于0.8倍。
在本示例中，作為球狀透鏡4，采用的是直徑0.3mm，折射率1.5的球狀透鏡，但采用，比如，直徑0.5mm，折射率1.8的球狀透鏡(焦距f1＝0.28mm)或直徑0.8mm，折射率2.0的球狀透鏡(焦距f1＝0.2mm)也可以得到大致相同的效果。
這樣，在本發(fā)明中，可以使用各種尺寸的球狀透鏡作為第2透鏡，但考慮到小于等于0.1mm的直徑的球狀透鏡安裝困難，球狀透鏡的直徑優(yōu)選是大于等于0.1mm小于等于0.8mm。進(jìn)一步，在選擇透鏡材質(zhì)為容易得到的材料的場合，考慮到其折射率時(shí)，球狀透鏡的直徑優(yōu)選是是大于等于0.3mm小于等于0.5mm。另外，通過使球狀透鏡4的直徑小于等于0.8mm，可以很容易設(shè)計(jì)為使從光纖射出的到達(dá)受光部的光束不會(huì)被第1透鏡所遮蔽。
另外，在本發(fā)明的實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊中，衍射光柵5的結(jié)構(gòu)是通過使從光纖射出的光受到衍射作用而彎曲，對于激光實(shí)施0次衍射而不產(chǎn)生光的彎曲作用。
所以，因?yàn)閷σ粋€(gè)波長的光不實(shí)施任何作用而對另一個(gè)波長的光實(shí)施聚光和彎曲，所以可以增加光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度，提高與光纖的耦合效率。
實(shí)施方式2本發(fā)明的實(shí)施方式2的光收發(fā)模塊，是在實(shí)施方式1的光收發(fā)模塊中從光纖6射出的光在激光二極管的端面上受到反射時(shí)防止反射光返回光纖6的結(jié)構(gòu)。圖9示出本實(shí)施方式2的透鏡結(jié)構(gòu)。
即，在本實(shí)施方式2中，將透鏡3的中心定位于連接光纖6的光輸入輸出面的中心和激光二極管的發(fā)光點(diǎn)連結(jié)的光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，并使球狀透鏡4相對光學(xué)系統(tǒng)的光軸偏心配置。
換言之，將透鏡3相對球狀透鏡4的中心和激光二極管1的發(fā)光點(diǎn)所連結(jié)的直線(包含發(fā)光點(diǎn)并與激光二極管的發(fā)光面正交的直線)偏心配置。
另外，在實(shí)施方式2中，光纖6的前端的光輸入輸出面，不是與光學(xué)系統(tǒng)的光軸正交，而是相對光學(xué)系統(tǒng)的光軸正交的面傾斜8度。
在如上構(gòu)成的實(shí)施方式2的光收發(fā)模塊中，因?yàn)楣饫w6的光輸入輸出面不與光學(xué)系統(tǒng)的光軸正交，從激光二極管射出的激光，即使是受到光輸入輸出面的反射也不會(huì)再次入射到激光二極管1，并且，從光纖6射出的光，因?yàn)榧す舛O管1的發(fā)光面與光學(xué)系統(tǒng)的光軸不正交，即使是受到激光發(fā)光面的反射也不會(huì)再次入射到光纖6。
另外，在實(shí)施方式2中，球狀透鏡4相對光學(xué)系統(tǒng)的光軸的偏心量，在Si安裝基板中，通過調(diào)整溝寬等很容易確保。
權(quán)利要求
1.一種光收發(fā)模塊，是一種與光纖連接，經(jīng)由該光纖發(fā)送第1光接收第2光的光收發(fā)模塊，其特征在于包括射出上述第1光的光源；接收上述第2光的受光部；使上述第1光和上述第2光之中的至少一個(gè)的進(jìn)行方向改變的衍射元件；使從上述光源射出經(jīng)由上述衍射元件入射的上述第1光聚光到上述光纖的光輸入輸出面上，使從上述光纖射出的上述第2光經(jīng)上述衍射元件聚光到上述受光部的第1透鏡；以及將從上述光源射出的上述第1光，抑制其光束的擴(kuò)散并經(jīng)上述衍射元件入射到上述第1透鏡的第2透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述第1透鏡具有對置的2兩個(gè)表面，其一是用來聚光的曲面，在另一個(gè)上形成衍射光柵，利用該衍射光柵構(gòu)成上述衍射元件。
3.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述衍射元件使上述第1光和上述第2光之中的一個(gè)光彎曲，而使另一個(gè)光直線前進(jìn)。
4.如權(quán)利要求2所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述衍射元件使上述第1光和上述第2光之中的一個(gè)光彎曲，而使另一個(gè)光直線前進(jìn)。
5.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述第1透鏡使入射的上述第1光以其入射時(shí)的光束直徑的大于等于0.1倍小于等于1.0倍的光束直徑聚光到上述光輸入輸出面。
6.如權(quán)利要求2所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述第1透鏡使入射的上述第1光以其入射時(shí)的光束直徑的大于等于0.1倍小于等于1.0倍的光束直徑聚光到上述光輸入輸出面。
7.如權(quán)利要求3所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述第1透鏡使入射的上述第1光以其入射時(shí)的光束直徑的大于等于0.1倍小于等于1.0倍的光束直徑聚光到上述光輸入輸出面。
8.如權(quán)利要求4所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述第1透鏡使入射的上述第1光以其入射時(shí)的光束直徑的大于等于0.1倍小于等于1.0倍的光束直徑聚光到上述光輸入輸出面。
9.如權(quán)利要求1所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述第2透鏡是直徑大于等于0.1mm小于等于0.8mm的球狀透鏡。
10.如權(quán)利要求9所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述光源包含所安裝的光源安裝基板，在該光源安裝基板上形成的透鏡安裝溝上安裝上述球狀透鏡。
11.如權(quán)利要求10所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述受光部備有所設(shè)置的受光部基板，該受光部基板，通過使其一個(gè)側(cè)面沿著上述光源安裝基板的安裝表面的一邊形成的定位溝頂接而定位。
12.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的光收發(fā)模塊，其特征在于上述第2透鏡相對于連結(jié)上述光源的發(fā)光點(diǎn)和上述第1透鏡的直線偏心配置。
全文摘要
本發(fā)明提供光收發(fā)模塊。其目的在于可以提高從激光二極管到光纖的耦合效率并且可以提高從光纖射出的光在光敏二極管上的受光效率的光收發(fā)模塊。此光收發(fā)模塊是一種與光纖連接，經(jīng)由該光纖發(fā)送第1光接收第2光的光收發(fā)模塊，其特征在于包括射出上述第1光的光源；接收上述第2光的受光部；使上述第1光和上述第2光之中的至少一個(gè)的進(jìn)行方向改變的衍射元件；使從上述光源射出經(jīng)由上述衍射元件入射的上述第1光聚光到上述光纖的光輸入輸出面上，使從上述光纖射出的上述第2光經(jīng)上述衍射元件聚光到上述受光部的第1透鏡；以及將從上述光源射出的上述第1光，抑制其光束的擴(kuò)散并經(jīng)上述衍射元件入射到上述第1透鏡的第2透鏡。
文檔編號H04B10/12GK1746710SQ20051006841
公開日2006年3月15日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者田端誠一郎, 河村敦志, 佐佐木浩紀(jì) 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社, 沖電氣工業(yè)株式會(huì)社