光模块及光模块的制造方法与流程

1.本发明涉及光模块及光模块的制造方法。


背景技术：

2.在专利文献1中，公开了使用与半导体激光器相对的第一透镜和与光纤相对的第二透镜而将半导体激光器和光纤光学地耦合的光模块。
3.专利文献1：日本特开平10－153724号公报
4.作为安装于光模块的半导体激光器等光半导体元件，存在如光调制器芯片那样具有光波导的光半导体元件。为了使光波导的传输性能提高，光波导的纤芯直径(mfd)被设定得小。如果减小光调制器芯片的光波导的纤芯直径，则出射端的数值孔径(na)变大。在na大的情况下，有时在光调制器芯片和准直透镜(第一透镜)之间的空间，从光调制器芯片的端面射出的光束扩展，光束的一部分偏离至透镜的有效范围(有效直径)之外。该现象被称为渐晕(vignetting)。由于渐晕，在从光调制器芯片射出的光束射入至光纤等光学元件为止的期间有可能发生例如2～3db以上的光功率的损失。由此，光调制器芯片的插入损耗有可能增大。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供能够减少光半导体元件和光学元件之间的光学耦合的损耗的光模块及光模块的制造方法。
6.本发明提供光模块。该光模块具有：基板；支承件，其配置于基板上；光半导体元件，其具有射入射出面，构成为从该射入射出面射出出射光或在该射入射出面接收入射光，安装于支承件上；透镜部件，其配置于基板上，具有与光半导体元件的射入射出面相对的第一透镜面和相对于该第一透镜面位于光半导体元件的相反侧的第二透镜面；以及固化状态的光透过性树脂，其配置于光半导体元件和透镜部件的第一透镜面之间。光透过性树脂设置为在光半导体元件的射入射出面和透镜部件的第一透镜面之间包含出射光的光路或者入射光的光路的任一者。
7.本发明提供一种光模块的制造方法，该光模块具有：基板；支承件；光半导体元件，其具有射入射出面，构成为从射入射出面射出出射光或在射入射出面接收入射光；以及透镜部件，其具有第一透镜面和相对于该第一透镜面位于光半导体元件的相反侧的第二透镜面。该光模块的制造方法具有下述工序：以使经由支承件配置于基板上的光半导体元件的射入射出面和透镜部件的第一透镜面相对的方式进行光半导体元件和透镜部件的定位的工序；以使将光半导体元件的出射光设为准直光或者该出射光的光耦合效率成为最大值或规定值、或者入射光的光耦合效率成为最大值或规定值的方式对透镜部件进行调芯的工序；从进行了调芯的位置沿出射光的光轴或者入射光的光轴的任一者使透镜部件从光半导体元件分离地进行偏移的工序；在进行了偏移的透镜部件和光半导体元件之间，将能够进行光固化及热固化的至少一者的凝胶状的光透过性树脂填充的工序；以及针对光透过性树
脂进行光固化及热固化的至少一者，将填充于透镜部件和光半导体元件之间的凝胶状的光透过性树脂固化的工序。在填充的工序中，将凝胶状的光透过性树脂填充为，在凝胶状的光透过性树脂被固化时在光半导体元件的射入射出面和透镜部件的第一透镜面之间该光透过性树脂包含出射光的光路或者入射光的光路的任一者。
8.发明的效果
9.根据本发明的一个方式，能够减少光半导体元件和光学元件之间的光耦合的损耗。
附图说明
10.图1是表示一个实施方式所涉及的光模块的内部构造的斜视图。
11.图2是将图1的一部分放大而表示的俯视图。
12.图3是示意地表示图1所示的光模块的光学耦合系统的剖视图。
13.图4是表示图3所示的光模块的光学耦合系统的组装方法的流程图。
14.图5a是表示透镜部件的调芯工序的图。
15.图5b是表示透镜部件的偏移工序的图。
16.图5c是表示透镜部件的固定工序的图。
17.图6a是示意地表示对比例所涉及的光学耦合系统的剖视图。
18.图6b是示意地表示本实施方式所涉及的光学耦合系统的剖视图。
19.图7a是表示使用图6a所示的对比例所涉及的光学耦合系统将光调制器芯片和光纤进行了光耦合的情况下的光束的光路的图。
20.图7b是表示使用图6b所示的本实施方式所涉及的光学耦合系统将光调制器芯片和光纤进行了光耦合的情况下的光束的光路的图。
21.图8a是在上下方向观察包含图6a所示的光学耦合系统的光模块的光束的光路的情况下的图。
22.图8b是在横向观察包含图6a所示的光学耦合系统的光模块中的光路的情况下的图。
23.图9a是表示图6a所示的对比例的光学耦合系统的光束的光路的扩展的图。
24.图9b是表示图6b所示的本实施方式所涉及的光学耦合系统的光束的光路的扩展的图。
具体实施方式
25.[本发明的实施方式的说明]
[0026]
首先，列举本发明的实施方式而进行说明。本发明的一个实施方式所涉及的光模块具有：基板；支承件，其配置于基板上；光半导体元件，其具有射入射出面，构成为从该射入射出面射出出射光或在该射入射出面接收入射光，安装于支承件上；透镜部件，其配置于基板上，具有与所述光半导体元件的所述射入射出面相对的第一透镜面和相对于该第一透镜面位于所述光半导体元件的相反侧的第二透镜面；以及固化状态的光透过性树脂，其配置于光半导体元件和透镜部件的第一透镜面之间。光透过性树脂设置为在光半导体元件的射入射出面和透镜部件的第一透镜面之间包含出射光的光路或者入射光的光路的任一者。
[0027]
在该光模块中，在光半导体元件和透镜部件之间配置固化状态的光透过性树脂，该光透过性树脂构成为在光半导体元件的射入射出面和透镜部件的第一透镜面之间包含出射光的光路或者入射光的任一者。如上所述，在以往为中空的区域设置固化状态的光透过性树脂，由此能够抑制来自光半导体元件的射入射出面的出射光的扩展，与中空时相比减小由渐晕引起的出射光的光功率的损耗。即，来自光半导体元件的出射光进入相对的透镜部件的有效范围(有效直径)内，能够提高与经过了透镜部件的光学元件的光耦合效率。或者，与中空时相比能够减小从发光元件11射出的信号光(出射光)之中的偏离而行进到第一透镜部件16的有效范围(有效直径)之外的部分的比例。另外，即使在光半导体元件的射入射出面接收入射光的情况下也能够提高光耦合效率。并且，能够抑制出射光等的射入射出面处的扩展，因此例如还能够减小与基板7的主面垂直的方向的透镜部件的长度(高度)，实现透镜部件的小型化及光模块的小型化。此外，“射入射出面”是指接收向光半导体元件射入的光(入射光)的入射面或从光半导体元件射出出射光的出射面。“射入射出面”位于光半导体元件的外部和光半导体元件之间的边界。
[0028]
作为一个实施方式，可以是透镜部件的折射率大于固化状态的光透过性树脂的折射率。根据该方式，即使在将固化状态的光透过性树脂配置于光半导体元件和透镜部件之间的情况下，也能够可靠地实现作为透镜部件的功能，例如，能够将从光半导体元件射入至透镜部件的光束变换为期望的准直光。
[0029]
作为一个实施方式，可以是透镜部件的折射率大于3。如果与相邻于透镜部件的固化状态的光透过性树脂的折射率的差变小，则有时透镜部件的功能会降低，但根据本方式，增大透镜部件的折射率和固化状态的光透过性树脂的折射率的差，能够更可靠地实现作为透镜部件的功能。
[0030]
作为一个实施方式，可以是固化状态的光透过性树脂的折射率大于1.1。在光半导体元件的射入射出面和透镜部件之间为中空的情况下，空气的折射率为1.000292，因此来自光半导体元件的射入射出面的出射光容易扩展，但通过使固化状态的光透过性树脂的折射率大于1.1，从而减小光半导体元件的光波导的纤芯的有效的数值孔径(na)，与中空时相比能够减小从光半导体元件射出的出射光的扩展。在该实施方式中，可以是固化状态的光透过性树脂的折射率为1.3以上1.6以下。或者，光透过性树脂可以是硅树脂。如果是硅树脂，则在光透过性及折射率这方面优异，能够提高实用度。
[0031]
作为一个实施方式，光透过性树脂也可以是在固化状态能够使波长1.26μm以上1.63μm以下的光以透过率70％以上透过的树脂。根据该方式，与光半导体元件的射入射出面和透镜部件之间为中空(空气)的情况相比，能够抑制针对来自光半导体元件的出射光或向光半导体元件的入射光而由于光透过性树脂产生的光耦合损耗。在该实施方式中，光透过性树脂也可以是在固化状态能够使波长1.26μm以上1.63μm以下的光以透过率90％以上透过的树脂。作为如上所述的树脂的一个例子，能够使用硅树脂。
[0032]
作为一个实施方式，可以是光透过性树脂设置于光半导体元件和透镜部件之间，至少包含下述区域，即，在以射入射出面为起点相对于出射光的光轴或者入射光的光轴的角度从－15度至 15度的范围朝向第一透镜面以放射状扩展的区域。根据该方式，能够更进一步可靠地抑制来自光半导体元件的出射光的扩展，提高光耦合效率。即，与中空时相比减小从发光元件11射出的信号光之中的朝向第一透镜面的有效范围之外的部分的比例，由此
能够降低渐晕。或者，能够更可靠地在射入射出面接收向光半导体元件的入射光。
[0033]
作为一个实施方式，可以是固化状态的光透过性树脂以与支承件及透镜部件接触的方式填充于支承件及透镜部件之间，并且将光半导体元件的与向支承件安装的面相反的面且在与射入射出面交叉的方向扩展的光半导体元件的表面的至少一部分由光透过性树脂覆盖。根据该方式，在安装光半导体元件的支承件和透镜部件之间也填充光透过性树脂，并且，光半导体元件的射入射出面的上方也被光透过性树脂覆盖，由此能够针对长期的环境温度的变化而可靠地维持在光半导体元件的射入射出面和第一透镜面之间配置的光透过性树脂。其结果，能够实现长期地维持高的光耦合效率的光模块。此外，当然也可以通过其他结构实现长期地维持高的光耦合效率的光模块。
[0034]
作为一个实施方式，可以是光半导体元件在支承件上配置为使得透镜部件的中心轴和出射光的光轴或者入射光的光轴的任一者一致。根据该方式，能够经由透镜部件进一步提高光半导体元件和光纤等的光学元件的光耦合效率。
[0035]
本发明的一个实施方式所涉及的光模块的制造方法，该光模块具有：基板；支承件；光半导体元件，其具有射入射出面，构成为从射入射出面射出出射光或在射入射出面接收入射光；以及透镜部件，其具有第一透镜面和相对于该第一透镜面位于光半导体元件的相反侧的第二透镜面。该光模块的制造方法具有下述工序：以使经由支承件配置于基板上的光半导体元件的射入射出面和透镜部件的第一透镜面相对的方式进行光半导体元件和透镜部件的定位的工序；以使将光半导体元件的出射光设为准直光或者该出射光的光耦合效率成为最大值或规定值、或者入射光的光耦合效率成为最大值或规定值的方式对透镜部件进行调芯的工序；从进行了调芯的位置沿所述出射光的光轴或者所述入射光的光轴的任一者使透镜部件从光半导体元件分离地进行偏移的工序；在进行了偏移的透镜部件和光半导体元件之间，将能够进行光固化及热固化的至少一者的凝胶状的光透过性树脂填充的工序；以及针对光透过性树脂进行光固化及热固化的至少一者，将填充于透镜部件和光半导体元件之间的凝胶状的光透过性树脂固化的工序。在填充的工序中，将凝胶状的光透过性树脂填充为，在凝胶状的光透过性树脂被固化时在光半导体元件的射入射出面和透镜部件的第一透镜面之间该光透过性树脂包含出射光的光路或者入射光的光路的任一者。根据该制造方法，能够容易地制造在光半导体元件和透镜部件之间配置光透过性树脂而提高了光耦合效率的光模块。
[0036]
[本发明的实施方式的详细内容]
[0037]
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的光模块的具体例进行说明。此外，本发明不受这些例示所限定，而是由权利要求书示出，包含与权利要求书等同的内容及其范围内的全部变更。在下面的说明中，在附图的说明中对相同的要素标注相同的标号，省略重复的说明。
[0038]
图1是表示一个实施方式所涉及的光模块1的内部构造的斜视图。图2是将图1的一部分放大而表示的俯视图。光模块1例如是具有长方体状的框体2和圆柱状的光插座(optical receptacle)3的发光模块(tosa；transmitter optical suba assembly)。光插座3例如具有凸缘。光模块1在框体2内，例如具有n个(n为2以上的整数)发光元件11至14、支承件15、n个第一透镜部件16至19、支承件20、n个受光元件(光电二极管、pd)21至24、n个第二透镜部件26至29及光合波器30。在一个例子中，光模块1是4通道(n＝4)的发光模块。n个
发光元件11至14、第一透镜部件16至19、支承件20、第二透镜部件26至29、光合波器30及光学部件35配置于在框体2的内部设置的基板7的平坦的主面上。此外，n个发光元件11至14安装于在基板7上配置的支承件15上。
[0039]
另外，框体2具有馈通部2b。馈通部2b将z方向的框体2的后壁贯通。此外，光插座3将z方向的框体2的前壁贯通。例如，馈通部2b设置于框体2的与光插座3相反侧。在馈通部2b的框体2的外侧的部分，用于与外部设备电连接的多个端子39在与z方向交叉的x方向排列而设置。在馈通部2b的框体2的内侧的部分，设置有多个端子38及构成共面线路的n条信号线路37。n条信号线路37及多个端子38分别与对应的端子39电连接。z方向例如是框体2的长度方向。
[0040]
在光模块1中，作为光源起作用的n个发光元件11至14各自独立地被驱动。n个发光元件11至14单独地输出信号光。对n个发光元件11至14进行驱动的驱动信号例如从光模块1的外部经由馈通部2b被提供。n个发光元件11至14各自将与各自所接收的驱动信号相应地调制的光作为信号光而输出。n个发光元件11至14例如是包含半导体激光器的光调制器芯片等光半导体元件，具有构成光波导的调制部。发光元件11至14例如是电场吸收型调制器集成激光器(eml：electro-absorption modulator integrated laser diode)。此外，n个发光元件11至14也可以不包含光调制器，而是通过驱动信号直接调制从半导体激光器放射的光的光强度而生成信号光。例如，在光模块1为4通道的光发送模块的情况下，从n个发光元件11至14输出的n个信号光各自具有彼此不同的中心波长(峰值波长)。第一透镜部件16至19各自与n个发光元件11至14以一对一的方式光学地耦合。从n个发光元件11至14输出的信号光分别输入至第一透镜部件16至19。
[0041]
支承件20是在与信号光的各光轴交叉的方向延伸的长方体状的部件。支承件20在z方向配置于第一透镜部件16至19的位置和第二透镜部件26至29的位置之间。支承件20在内部具有相对于信号光的各光轴而倾斜的电介质多层膜(分光器)，在信号光经过该电介质多层膜时，将信号光的各一部分进行分支。信号光的各光轴的方向例如为z方向。此外，信号光的各光轴的朝向有时由于将n个发光元件11至14向支承件15安装时的精度等而产生波动，有时不能严格地与z方向一致。
[0042]
pd 21至24搭载于一个支承件20的主面上。pd 21至24各自对通过电介质多层膜分支后的信号光的各一部分进行受光，由此对信号光的光强度进行检测。pd 21至24的背面安装于支承件20的主面上。pd 21至24各自的背面接收通过电介质多层膜分支后的信号光的一部分。pd 21至24例如是背面入射型的光电二极管(photodiode)。由pd 21至24生成的检测信号(光电流)例如为了对信号光的光强度进行监视而使用。第二透镜部件26至29配置为在z方向与第一透镜部件16至19一起夹着支承件20。第二透镜部件26至29与第一透镜部件16至19以一对一的方式光学地耦合。从第一透镜部件16至19输出的信号光经过支承件20，在各自形成光束腰之后，再次扩展并输入至光学部件35。光学部件35使经过了支承件20的信号光透过，将来自第二透镜部件26至29的返回光遮断。在这里，遮断是指例如使返回光衰减至即使射入至发光元件11至14内的半导体激光器也不会对振荡动作造成影响的程度。返回光有时由于第二透镜部件26至29的透镜表面等的反射点而产生，或者由于后面记述的光合波器30也产生。经过了光学部件35的信号光分别输入至第二透镜部件26至29。光学部件35例如是包含光隔离器的光学部件。例如，在光模块1为4通道的发光模块的情况下，光学部
件35可以构成为包含4个光隔离器，分别将从第二透镜部件26至29朝向第一透镜部件16至19行进的返回光遮断。
[0043]
光合波器30与第二透镜部件26至29光学地耦合，将从第二透镜部件26至29输入的信号光彼此合波。如图1所示，光合波器30包含第一滤光器31、第二滤光器32、反射镜33及偏振合成器34。反射镜33与第二透镜部件28及29光学地耦合。反射镜33的光反射面位于第二透镜部件28及29的光轴上，相对于它们的光轴而倾斜。第一滤光器31与第二透镜部件27光学地耦合。第一滤光器31的波长选择面位于第二透镜部件27的光轴上，相对于该光轴而倾斜。第一滤光器31使来自第二透镜部件27的信号光透过，并且对由反射镜33反射出的信号光进行反射。由此，来自第二透镜部件29的信号光的在波长选择面反射后的光路和来自第二透镜部件27的信号光的透过波长选择面后的光路彼此一致，这些信号光被彼此合波。反射镜33的光反射面将来自第二透镜部件29的信号光朝向第一滤光器31进行反射。此外，向第一滤光器31输入的信号光是透过波长选择面、还是被波长选择面反射是与信号光所具有的波长相应地决定的。来自第二透镜部件27的信号光和来自第二透镜部件29的信号光各自的中心波长(峰值波长)彼此不同，由此通过第一滤光器31进行2个信号光的合波。第一滤光器31具有下述滤光器特性，即，例如对于具有大于某规定值(或者小于)的中心波长的信号光使其透过波长选择面，对于具有小于某规定值(或者大于)的中心波长的信号光使其在波长选择面反射。
[0044]
第二滤光器32与第二透镜部件26光学地耦合。第二滤光器32的波长选择面位于第二透镜部件26的光轴上，相对于该光轴而倾斜。第二滤光器32使来自第二透镜部件26的信号光透过，并且使在反射镜33反射出的来自第二透镜部件28的信号光进行反射。由此，来自第二透镜部件28的信号光的在波长选择面反射后的光路和来自第二透镜部件26的信号光的透过波长选择面后的光路彼此一致，这些信号光被彼此合波。反射镜33的光反射面将来自第二透镜部件28的信号光朝向第二滤光器32进行反射。此外，向第二滤光器32输入的信号光是透过波长选择面、还是被波长选择面反射是与信号光所具有的波长相应地决定的。来自第二透镜部件26的信号光和来自第二透镜部件28的信号光各自的中心波长(峰值波长)彼此不同，由此通过第二滤光器32进行2个信号光的合波。如上所述，光合波器30将从n个发光元件11至14输出的中心波长彼此不同的光信号合波而生成一个波分复用信号。偏振合成器34是光透过性的板状的部件。偏振合成器34将经过第一滤光器31而合波的信号光和经过第二滤光器32而合波的信号光进行合波。该合波的信号光经由在框体2的与xy平面平行的前壁设置的窗而输出至框体2的外部。
[0045]
光插座3是具有透镜36及光纤插芯(未图示)的同轴模块。此外，在图1中，光插座3以yz剖面示出。透镜36与光合波器30光学地耦合。光纤插芯呈圆筒状的形状，在中心轴部分保持光学元件即光纤。透镜36对从偏振合成器34输出的信号光进行聚光并引导至光纤的端面。光插座3例如在相对于从光合波器30输出的光的光轴进行调芯后，通过焊接而固定于框体2的前壁。光插座3的调芯例如是以使光插座在与xy平面平行的方向或者z方向移动而使得射入至光纤的信号光的光强度成为最大值或者规定值的方式进行的。由此，从n个发光元件11至14射出的光束(光信号)通过光合波器30合波而与光纤光学地耦合。此外，光插座3可以还具有将来自外部的返回光遮断的光隔离器。
[0046]
接下来，参照图3对光模块1的n个发光元件11至14和第一透镜部件16至19的一对
一的各光学耦合系统详细地进行说明。图3是示意地表示图1所示的光模块1的光学耦合系统的一个例子的剖视图。下面，参照图3对发光元件11和第一透镜部件16的光学耦合系统进行说明。发光元件12和第一透镜部件17的光学耦合系统、发光元件13和第一透镜部件18的光学耦合系统、发光元件14和第一透镜部件19的光学耦合系统也与发光元件11和第一透镜部件16的光学耦合系统是同样的，省略说明。
[0047]
如图3所示，光模块1的光学耦合系统具有基板7、发光元件11、支承件15、第一透镜部件16、固定树脂40及光透过性树脂45。基板7例如是由陶瓷材料形成的基板。基板7例如包含氮化铝(aln：氧化铝)。在基板7之上配置有支承件15。基板7例如在光模块1内准备了1块，n个发光元件11至14共通地使用该基板7。支承件15的下表面粘接于基板7的主面。在支承件的主面搭载发光元件11。支承件的主面是与支承件的下表面相反的面。支承件15也可以针对n个发光元件11至14分别各准备1个，也可以仅准备1个而n个发光元件11至14共通地使用该支承件15。基板7、支承件15及发光元件11是在y方向层叠而构成的。
[0048]
发光元件11具有端面11a(射入射出面)，从端面11a朝向第一透镜部件16射出信号光(出射光)(参照图6b。信号光一边扩展一边行进的情形通过光路l2示出)。发光元件11支承件15上安装为使得第一透镜部件16的中心轴和从发光元件11射出的信号光(出射光)的光轴一致。发光元件11例如是包含单一的半导体激光器的光调制器芯片。此外，发光元件11也可以仅包含半导体激光二极管。发光元件11例如是单一的端面发光半导体激光器。
[0049]
第一透镜部件16例如是用于将从发光元件11射出的信号光变换为准直光的透镜。第一透镜部件16包含第一透镜面16a及第二透镜面16b。第一透镜部件16例如是单一的光学透镜。第一透镜面16a是与发光元件11相对的面，作为一个例子是平面状的透镜面。第二透镜面16b朝向第二透镜部件26，经由光学部件35与第二透镜部件26光耦合。例如，从发光元件11射出的信号光射入至第一透镜面16a。例如，第二透镜面16b朝向第二透镜部件26射出准直光。第二透镜面16b作为一个例子是凸透镜面。
[0050]
第一透镜部件16还具有底面16c。底面16c是与第一透镜部件16的光轴平行的面，与基板7的表面平行。第一透镜部件16通过固定树脂40固定于基板7的主面。在第一透镜面16a涂敷后面记述的光透过性树脂45。在发光元件11和第一透镜部件16之间的距离比较短的情况下，如果第一透镜面16a为凸透镜面，则发光元件11和第一透镜部件16之间变窄，有可能在填充于其之间的光透过性树脂45产生空心洞(气泡)、间隙等。因此，第一透镜面16a优选是平面状的透镜面。
[0051]
另外，第一透镜部件16由高折射率玻璃构成，例如是taf3(折射率n＝1.8前后)或折射率更高的硅(si)透镜(折射率n＝3.2前后)。第一透镜部件16的折射率优选大于在与发光元件11之间设置的固化状态的光透过性树脂45的折射率，例如为1.6以上。第一透镜部件16的折射率也可以是3.0以上。例如，第一透镜部件16可以是折射率n为3.4的si透镜。此外，折射率依赖于材料的温度及透过材料的光的波长。上述的折射率的大小关系是考虑所设想的光信号的中心波长及使用光模块1的温度范围而决定的。
[0052]
固定树脂40是用于将第一透镜部件16固定于基板7的主面的粘接性树脂。固定树脂40例如是光固化性树脂或者热固化性树脂。固定树脂40将第一透镜部件16在基板7上固定为使得从发光元件11的端面11a放射的光信号的光轴和第一透镜部件16的第一透镜面16a的中心轴一致。此外，第一透镜面16a的中心轴和第二透镜面16b的中心轴一致，第一透
镜部件16通过固定树脂40固定于基板7的主面，由此从发光元件11放射的信号光的光轴和第二透镜面16b的中心轴也一致。此外，有时将第一透镜面16a的中心轴及第二透镜面16b的中心轴称为第一透镜部件16的光轴。更详细地说，例如，在将第一透镜部件16的上表面通过吸附夹头等吸附而保持第一透镜部件16的状态下，在第一透镜部件16的底面和基板7的主面之间涂敷凝胶状的固定树脂，相对于发光元件11在光轴方向(z方向)及与光轴垂直的方向(x方向及y方向)移动而以使得从发光元件11放射的光信号的光轴和第一透镜部件16的第一透镜面16a的中心轴一致的方式进行调芯，将第一透镜部件16相对于发光元件11保持于最佳的位置。固化前的凝胶状的固定树脂能够容易地变形，因此不妨碍第一透镜部件16的移动。在保持第一透镜部件16的状态下通过光(紫外线)照射及加热(热固化)使固定树脂40固化而对第一透镜部件16进行固定。此外，关于光学耦合系统的组装方法的详细内容在后面记述。
[0053]
光透过性树脂45是在发光元件11及支承件15和第一透镜部件16之间的空间中配置的透明树脂。光透过性树脂45例如是能够使波长1.26μm以上1.63μm以下的光透过的树脂，其透过率例如为70％以上，更优选90％以上。此外，此时的温度是在使用光模块1的温度范围内决定的。光透过性树脂45优选是具有通过如uv光这样的光而固化的光固化性及通过热固化而固化的热固化性的树脂，作为一个例子是硅树脂。具有光固化性，从而防止在组装光学耦合系统时填充凝胶状的光透过性树脂之后，凝胶状的光透过性树脂蔓延至第一透镜部件16的第二透镜面16b等这样的情况。此外，光透过性树脂45是如上所述的凝胶状的光透过性树脂固化后的固化物。
[0054]
光透过性树脂45的折射率为1.1以上，更具体地说，其折射率可以是1.3以上1.6以下。光透过性树脂45的折射率大于空气的折射率(大约1.0)，由此能够减小发光元件11的光波导的端面11a处的有效的数值孔径(na)，减小发光元件11的放射角。此外，光透过性树脂45的折射率例如也可以是1.8以上2.0以下。从发光元件11至14放射的信号光的中心波长例如为波长1.26μm以上1.63μm以下。光透过性树脂45的折射率严格地说优选考虑信号光的中心波长。但是，在能够忽略波长依赖性的情况下，折射率可以使用关于波长589.3nm的钠光的d线所示的值。
[0055]
光透过性树脂45如上所述设置为至少包含从发光元件11的端面11a朝向第一透镜部件16的从发光元件11射出的信号光的光路l2(参照图6b)。作为一个例子，光透过性树脂45在发光元件11和第一透镜部件16之间至少包含下述区域，即，在相对于从发光元件11放射的信号光的光轴的角度在以端面11a为起点的从－15度至 15度的范围朝向第一透镜面16a以放射状扩展的区域。
[0056]
光透过性树脂45还填充于安装发光元件11的支承件15和第一透镜部件16的第一透镜面16a之间。在该情况下，光透过性树脂45也与固定树脂40接触。另外，光透过性树脂45配置为将发光元件11的表面11c的至少一部分(与第一透镜部件16接近侧的表面11c)覆盖。发光元件11的表面11c是与发光元件11的安装面11b相反的面。安装面11b是与支承件15的主面连接(接合)的面。此外，光透过性树脂45将第一透镜面16a的整体覆盖，但优选不覆盖第二透镜面16b。但是，光透过性树脂45也可以以一定程度进入与相邻的第一透镜部件17等之间。此外，在将第一透镜部件16至19一个一个地固定于基板7上时，例如可以设为在第一透镜部件16使用的光透过性树脂45扩展至其相邻的第一透镜部件17的底面为止而不会对
第一透镜部件17的通过固定树脂40进行的固定造成影响。因此，可以抑制光透过性树脂45向第一透镜部件16的透镜排列的方向的扩展。
[0057]
接下来，参照图4、图5a、图5b及图5c对上述的光模块1的光学耦合系统的组装方法进行说明。图4是表示光模块1的光学耦合系统的组装方法的流程图。图5a是表示透镜部件的调芯工序的图，图5b是表示透镜部件的偏移工序的图。作为本组装方法的前段，首先，发光元件11经由支承件15配置于基板7上。以发光元件11的端面11a和第一透镜部件16的第一透镜面16a分开规定的距离而相对的方式保持第一透镜部件16。图5c是表示透镜部件的固定工序的图。
[0058]
在前段的准备之后，如图4及图5a所示，进行准直透镜即第一透镜部件16的主动调芯(步骤s1)。具体地说，对光调制器芯片即发光元件11的电极施加规定的偏置电压，从发光元件11的端面11a射出光束(cw光)。该光束可以不是调制后的信号光，也可以使用cw光。在射出光束的状态下，使第一透镜部件16沿光束的光轴g(z方向)移动，在从第一透镜部件16分离的位置处通过调芯用的受光元件对从第一透镜部件16射出的光束进行受光。而且，例如将第一透镜部件16的位置调整至该受光的光的强度(光功率)成为最大的位置，即光耦合效率成为最大的位置。在该调芯时，可以对第一透镜部件16的位置进行调整以使得由第一透镜部件16受光而输出的光束成为准直光。
[0059]
步骤s1中的第一透镜部件16的移动例如是通过吸附夹头等抓持第一透镜部件16的上表面而进行的。在一个例子中，步骤s1的准直透镜的调芯后的发光元件11的端面11a和第一透镜部件16的第一透镜面16a的中心点的距离d1成为80μm以上120μm以下。此外，在通过沿光轴g的移动进行的调芯的基础上，也可以关于与光轴g方向交叉的xy平面进行调芯。通过关于xy平面的调芯，使得来自发光元件11的出射光的光轴g和第一透镜部件16的中心轴(光轴)一致。关于在xy平面的调芯，省略详细的说明。
[0060]
接下来，如图4及图5b所示，将第一透镜部件16从通过上述的步骤s1调整的位置起沿光轴g在从发光元件11分离的方向以规定的距离(偏移量)移动。将该操作称为偏移(步骤s2)。由于根据在后面记述的步骤s4中填充的凝胶状的光透过性树脂的折射率而第一透镜部件16的焦距会改变，因此该偏移是为了预先对其影响进行补偿的处理。偏移量是根据所填充的光透过性树脂的折射率、透镜的光学设计等而确定的值。偏移量是能够在实施时适当确定的值。例如，如果光透过性树脂45的折射率变大，则偏移量变大。在一个例子中，在固化的光透过性树脂的折射率为1.5的情况下，偏移量能够设为70μm。例如，在该情况下，在将端面11a和第一透镜面16a的距离d1设为80μm时，图5b所示的偏移后的距离d2成为150μm。在第一透镜部件16以从调整位置沿光轴g分离偏移量的方式移动时，从第一透镜部件16射出的光束从准直光变化为会聚光。
[0061]
接下来，将第一透镜部件16保持于偏移后的位置，通过成为固定树脂40的粘接剂(树脂)将第一透镜部件16固定于基板7的上表面(主面)。具体地说，在通过吸附夹头等抓持第一透镜部件16的状态下在底面16c和基板7的上表面之间导入具有热固化性且uv固化性的粘接剂，针对该粘接剂进行uv照射(光照射)而将第一透镜部件16相对于基板7暂时固定。然后，针对固定用的粘接剂进行热固化而使其固化，由此将第一透镜部件16完全地(牢固地)固定于基板7的上表面。
[0062]
接下来，如图4和图5c所示那样，使用点胶器等在发光元件11及支承件15和第一透
镜部件16之间填充凝胶状的硅树脂等光透过性树脂45(步骤s4)。所填充的光透过性树脂45如上所述，例如是在进行了固化时使波长1.26μm以上1.63μm以下的光以透过率70％以上透过的树脂，是具有热固化性且uv固化性的凝胶状的透明树脂。该光透过性树脂45在步骤s4填充时，从下端侧与固定树脂40相接的位置灌封至上端侧将发光元件11的上表面的一部分覆盖的位置为止。即，为了使得从发光元件11射出的信号光不会扩展到第一透镜部件16的有效范围之外而引起渐晕，将充分量的光透过性树脂45填充至发光元件11和第一透镜部件16之间的空隙，使得信号光的大致全部进入透镜的有效范围(有效直径)。如上所述将在特定的场所设置树脂称为灌封，但灌封还指填充有树脂的状态。此外，在将光透过性树脂45向发光元件11和第一透镜部件16之间填充时，可以将粘度比较小的树脂材料用作光透过性树脂45，以使得不出现空心洞(气泡)、间隙等。
[0063]
接下来，对光透过性树脂45进行uv照射，暂时固定。然后，进行热固化而将光透过性树脂45进一步固化(步骤s5)。由此，图3所示的光学耦合系统的组装完成。在第一透镜部件16被固定、光透过性树脂45固化后，从第一透镜部件16射出的光束再次成为准直光。热固化后的准直光的直径(图5c)小于第一透镜部件16设置于调整位置时的直径(图5a)。这样的直径的减小有利于防止上述的渐晕。此外，发光元件12和第一透镜部件17的光学耦合系统、发光元件13和第一透镜部件18的光学耦合系统、发光元件14和第一透镜部件19的光学耦合系统也通过相同的方法进行组装。然后，将其他光学部件等设置于基板7上，安装于框体2，制作图1所示的光模块1。
[0064]
在这里，关于通过具有上述的结构的光模块1的光学耦合系统产生的作用效果，与对比例所涉及的光连接构造相比较，详细地进行说明。图6a是示意地表示对比例所涉及的光学耦合系统的剖视图，图6b是示意地表示图3所示的光学耦合系统的剖视图。这些剖视图的剖面与yz平面平行，图6a及图6b示出了从x方向观察剖面时的情形。图7a是表示使用图6a所示的对比例所涉及的光学耦合系统将光调制器芯片和光纤进行了光学耦合的情况下的光路的图。图7b是表示使用图6b所示的本实施方式所涉及的光学耦合系统将光调制器芯片和光纤进行了光学耦合的情况下的光路的图。图7a及图7b各自示出了从x方向观察时的情形。在图7a及图7b中，简化而示出第一透镜部件116、16的形状。图8a是表示包含图6a所示的对比例所涉及的光学耦合系统的光模块中的光路的上下方向(y方向)的扩展的图。图8b是表示包含图6a所示的对比例所涉及的光学耦合系统的光模块中的光路的横向(x方向)的扩展的图。图8a示出了从x方向观察图6a所示的光学耦合系统时的情形，图8b示出了从y方向观察图6a所示的光学耦合系统时的情形。图9a是表示图6a所示的对比例的光学耦合系统中的上下方向的光路的扩展的图。此外，在图9a中，示出了设为在图6a图示出的第一透镜部件与本实施方式所涉及的第一透镜部件16相同，在发光元件11的端面11a和第一透镜部件11之间没有设置光透过性树脂45的结构。图9b是表示图6a所示的本实施方式所涉及的光学耦合系统的上下方向的光路的扩展的图。图9a及图9b各自示出了从x方向观察时的情形。此外，下面，以发光元件11和第一透镜部件16的光学耦合系统为例而对其作用效果进行说明，但发光元件12和第一透镜部件17的光学耦合系统、发光元件13和第一透镜部件18的光学耦合系统、发光元件14和第一透镜部件19的光学耦合系统的作用效果也是同样的。
[0065]
如图6a所示，对比例的光模块101的光学耦合系统具有：基板7、光调制器芯片即发光元件11、支承件15、固定树脂40及第一透镜部件116。第一透镜部件116具有与发光元件11
相对的第一透镜面116a和与第一透镜面116a相反侧的第二透镜面116b。第一透镜面116a及第二透镜面116b都为凸透镜。各透镜面的形状可以是球面，也可以是非球面。此外，在对比例的光学耦合系统中，在发光元件11和第一透镜部件116之间没有设置光透过性树脂45而成为中空。
[0066]
在对比例所涉及的光模块101及其光学耦合系统中，如图6a及图7a所示，从发光元件11的端面11a朝向第一透镜部件116(准直透镜)射出的信号光的光路l1扩展。其基于如下理由。例如，在发光元件11的光波导的纤芯直径(mfd)为1.0μm的情况下，基板7的平面方向(与主面平行的方向)的数值孔径nax为0.35，来自端面11a的信号光的光路l1并不扩展得那么大(关于数值孔径nax，对比例也设想为与本实施方式相同的值，因此参照图8b)。另一方面，与基板7垂直的方向(上下方向)的数值孔径nay成为0.79，从发光元件11的端面11a射出的信号光的光路l1扩展(关于数值孔径nay，对比例也设想为与本实施方式相同的值，因此参照图8a)。因此，在与基板7垂直的方向，从端面11a射出的信号光的发放射角(1/e2)成为45度前后。在该情况下，例如如图9a所示，发生信号光的一部分k1、k2、k3及k4没有射入第一透镜部件16的有效直径内的现象，由于渐晕而光功率发生损耗。其结果，从外部安装于光模块的光纤等光学元件和发光元件11之间的光耦合效率降低。具体地说，在图9a，角度θ1与相对于光轴g的上下方向(y方向)的孔径半角(the maximal half-angle)相对应。孔径半角θ1和发光元件11的上下方向的数值孔径nay的关系通过θ1＝sin
－1
(nay)这一式表示。在图9b中，角度θ2与光透过性树脂45填充于发光元件11和第一透镜部件16之间时的、相对于光轴g的上下方向(y方向)的孔径半角相对应。孔径半角θ2和发光元件11的上下方向的数值孔径nay的关系通过θ2＝sin
－1
(nay/n)这一式表示。在这里n为光透过性树脂45的相对折射率。例如，在数值孔径nay为0.5、相对折射率为1.5时，孔径半角θ1成为30，孔径半角θ2成为19.5度。孔径半角θ2小于孔径半角θ1。因此，可以说灌封具有与将数值孔径nay从0.5减小至0.33的情况等效的效果。作为光模块1、101的性能，优选减小信号的损耗而提高光学耦合系统的光耦合效率。
[0067]
与此相对，在本实施方式所涉及的光学耦合系统中，在发光元件11的端面11a和第一透镜部件16之间配置有光透过性树脂45。该光透过性树脂45在发光元件11的端面11a和第一透镜部件16的第一透镜面16a之间至少包含来自发光元件11的信号光的光路l2。如上所述，在以往为中空的区域设置光透过性树脂45，由此抑制从发光元件11的端面11a射出的信号光的上下方向的扩展，能够减小由渐晕引起的光功率的损耗。即，来自发光元件11的出射光基本都进入第一透镜部件16的有效范围(有效直径)内，能够提高与第一透镜部件16、光学元件即光纤的光耦合效率。换言之，本实施方式所涉及的光学耦合系统能够减小从发光元件11放射的信号光之中的向第一透镜部件16的有效范围(有效直径)外行进的部分的比例。
[0068]
更具体地说，在本实施方式中，作为光透过性树脂45，使用固化状态的折射率大于空气的折射率的1.3以上1.6以下(例如1.5前后)的硅树脂。此外，折射率依赖于材料的温度及透过树脂的光的波长。固化状态的折射率是考虑从发光元件射出的光信号的中心波长及使用光模块1的温度范围而决定的。通过以与发光元件11的端面11a即光波导的端部相接而覆盖的方式设置硅酮树脂，从而从发光元件11射出的光束(信号光)的扩展角能够减小至sin
－1
(na/1.5)即27.8度。其原因在于，在将从发光元件11射出的信号光在空气中传输至第
一透镜部件16时的发光元件11侧的数值孔径设为na，将光透过性树脂45的固化状态的折射率设为n的情况下，发光元件11的端面11a处的有效的数值孔径成为na/n。即，能够将与基板7垂直的方向(y方向)的数值孔径nay即0.79通过光透过性树脂45的灌封，作为有效的数值孔径nay而减小至0.467。由此，根据本实施方式所涉及的光学耦合系统，如图6b、图7b、图8a及图9b所示，能够与中空时相比减小从发光元件11射出的信号光的光路l2的扩展，防止渐晕。其结果，能够使从发光元件11射出的光束的大致全部量射入至第一透镜部件16即准直透镜，提高光耦合效率。换言之，能够与中空时相比减小从发光元件11射出的光束之中的偏离而行进到第一透镜部件16的有效范围之外的部分。此外，在本实施方式所涉及的光学耦合系统中，在基板7的平面方向(x方向)和与基板7垂直的方向(y方向)，以相同的比例减小数值孔径na，因此维持从发光元件11射出的信号光的光束形状。光束形状是指与光轴方向垂直的剖面中的光束的形状。例如，在将光轴方向设为z方向时，与xy面平行的剖面中的形状成为光束形状。
[0069]
以上，在本实施方式所涉及的光模块1中，构成为在发光元件11和第一透镜部件16之间配置光透过性树脂45，光透过性树脂45在发光元件11的端面14a和第一透镜部件16的第一透镜面16a之间至少包含从发光元件11射出的光信号的光路l2。如上所述，在以往为中空的区域设置光透过性树脂45，由此能够抑制从发光元件11的端面14a射出的信号光的扩展，与中空时相比减小由渐晕引起的光信号的光功率的损耗。即，从发光元件11射出的信号光的大致全部进入第一透镜部件16的有效范围(有效直径)内，能够提高与经过了第一透镜部件16的光学元件的光耦合效率。或者，能够与中空时相比减小从发光元件11射出的信号光之中的偏离而行进到第一透镜部件16的有效范围(有效直径)之外的部分的比例。根据本实施方式，能够抑制从发光元件11射出的光束的扩展，因此例如还能够减小与基板7的主面垂直的方向的透镜部件的长度(高度)，实现透镜部件的小型化及光模块的小型化。
[0070]
另外，在本实施方式中，第一透镜部件16的折射率大于固化状态的光透过性树脂45的折射率。如果第一透镜部件16的折射率小于固化状态的光透过性树脂45的折射率，则无法充分地实现作为透镜的功能，但根据该结构，能够更可靠地实现作为透镜部件的功能。
[0071]
另外，在本实施方式中，第一透镜部件16的折射率也可以大于3。如果与相邻于第一透镜部件16至19的光透过性树脂45的折射率的差变小，则有时透镜部件的功能降低，但根据本结构，能够增大透镜部件的折射率和固化状态的光透过性树脂的折射率的差，能够更可靠地实现作为透镜部件的功能。
[0072]
另外，在本实施方式中，固化状态的光透过性树脂45的折射率大于1.1。在发光元件11的端面和第一透镜部件16之间为空气(折射率n为1.000292)的情况下，从发光元件11的端面射出的光束的光路容易扩展，但通过使固化状态的光透过性树脂45的折射率大于1.1，从而与中空时相比能够减小从发光元件射出的光束的扩展。固化状态的光透过性树脂45的折射率可以为1.3以上1.6以下。或者，光透过性树脂45可以是硅树脂。如果是硅树脂，则在光透过性及折射率这方面是适合的，能够提高实用度。
[0073]
另外，在本实施方式中，光透过性树脂45是在固化状态下，能够使波长1.26μm以上1.63μm以下的光以透过率70％以上透过、更优选以透过率90％以上透过的树脂。由此，与发光元件11的端面和第一透镜部件16之间为中空的情况相比，能够抑制针对从发光元件射出的信号光的由光透过性树脂45引起的光耦合损耗。
[0074]
另外，在本实施方式中，光透过性树脂45在发光元件11和第一透镜部件16之间至少包含下述区域，即，在以发光元件11的端面为起点相对于发光元件11的光轴的角度从－15度至 15度的范围朝向第一透镜面以放射状扩展的区域。根据该结构，在该区域中包含从发光元件11射出的信号光的光路，由此能够提高光耦合效率。或者，与中空时相比减小从发光元件11射出的信号光之中的朝向第一透镜面的有效范围之外的部分的比例，由此能够降低渐晕。
[0075]
另外，在本实施方式中，光透过性树脂45填充于支承件15和第一透镜部件16之间的区域，并且由光透过性树脂45覆盖与将发光元件11接触于支承件15的安装面11b相反侧的面且在与端面11a交叉的方向扩展的表面11c的至少一部分。根据该结构，能够针对长期的环境温度的变化而可靠地维持在发光元件11的端面14a等和第一透镜部件16的第一透镜面16a等之间配置的固化状态的光透过性树脂45。其结果，能够实现长期地维持高的光耦合效率的光模块1。
[0076]
另外，在本实施方式中，发光元件11在支承件15上配置为使得第一透镜部件16的中心轴和从发光元件11射出的光束的光轴一致。根据该结构，能够经由第一透镜部件16进一步提高发光元件11和光纤等光学元件的光耦合效率。
[0077]
此外，在上述中，以发光元件11和第一透镜部件16的光学耦合系统为例对其作用效果的详细内容进行了各种说明，但在发光元件12和第一透镜部件17的光学耦合系统、发光元件13和第一透镜部件18的光学耦合系统、发光元件14和第一透镜部件19的光学耦合系统也能得到相同的作用效果，这对于本领域技术人员来说是显而易见的，省略其说明。
[0078]
以上，关于本发明的实施方式详细地进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够应用于各种实施方式。例如在上述的实施方式中，例示出光模块1包含多个发光元件的结构，但发光元件的数量并不限定于此，也可以是作为具有光波导的光半导体元件而包含1个发光元件的光模块。另外，作为光半导体元件，也可以不包含调制部而是包含光波导的发光元件(ld)，可以是包含光波导的受光元件(pd)，可以是mmi(multi-mode interference)芯片。
[0079]
在光半导体元件为受光元件的情况下，构成为从外部射入至第一透镜部件的信号光经由光透过性树脂45而射入至光半导体元件即受光元件的受光面(射入射出面)。此外，受光元件的受光面例如以相对于从第一透镜部件射入的信号光(入射光)的光轴成为大致垂直的方式将受光元件固定于支承件15。例如，受光元件的受光面以与第一透镜面相对的方式固定于第一透镜部件的支承件的侧面。在该情况下，与上述同样地，能够通过光透过性树脂45，通过第一透镜部件16至19可靠地将信号光(入射光)聚光于受光元件的受光面。另外，在包含受光元件的光学耦合系统的组装方法中，在图4所示的步骤s1的主动调芯中，一边使来自外部的光学元件即光纤等的信号光经由第一透镜部件16等射入至受光元件的受光面，一边使第一透镜部件16沿受光元件的光轴(z方向)移动。而且，例如将第一透镜部件16的位置调整至由受光元件受光的光功率成为最大的位置、即光耦合效率成为最大的位置。其他工序(偏移工序等)与上述的包含发光元件的光学耦合系统的组装方法相同。
[0080]
标号的说明
[0081]1…
光模块
[0082]2…
框体
[0083]
2b
…
馈通部
[0084]3…
光耦合部
[0085]7…
基板
[0086]
11、12、13、14
…
发光元件(光半导体元件)
[0087]
11a
…
端面(射入射出面)
[0088]
11b
…
安装面
[0089]
11c
…
表面
[0090]
15
…
支承件
[0091]
16、17、18、19
…
第一透镜部件
[0092]
16a
…
第一透镜面
[0093]
16b
…
第二透镜面
[0094]
16c
…
底面
[0095]
20
…
支承件
[0096]
21、22、23、24
…
受光元件
[0097]
26、27、28、29
…
第二透镜部件
[0098]
30
…
合波光学系统
[0099]
31
…
第一wdm滤光器
[0100]
32
…
第二wdm滤光器
[0101]
33
…
反射镜
[0102]
34
…
偏振合成器
[0103]
35
…
光学部件
[0104]
36
…
透镜
[0105]
37
…
信号线路
[0106]
38、39
…
端子
[0107]
40
…
固定树脂
[0108]
45
…
光透过性树脂
[0109]
101
…
光模块
[0110]
116
…
第一透镜部件
[0111]
116a
…
第一透镜面
[0112]
116b
…
第二透镜面
[0113]
d1、d2
…
距离
[0114]f…
光纤
[0115]g…
光轴
[0116]
k1、k2、k3、k4
…
光束
[0117]
l1、l2
…
光束光路。