光发送机的制作方法
光发送机的制作方法
【技术领域】
[0001]本文讨论的实施方式涉及光发送机。
【背景技术】
[0002]近来，在光通信系统中，例如，正在开发采用诸如磷化铟(InP)的半导体的光调制器(以下称作“半导体光调制器”)，以取代采用铌酸锂(LiNbO3)的光调制器(以下称作“LN光调制器”)。与LN调制器相比，半导体调制器可实现施加电场的更高效率，从而有利于驱动电压和尺寸的减小。S卩，与LN光调制器相比，半导体光调制器的尺寸可更容易减小。
[0003]然而，半导体波导与铌酸锂(LiNbO3)波导相比在更高的水平限制光，波导模分布显著降低。因此，当从半导体光调制器输出的信号光束从光波导朝着下游光纤发射时，信号光束的发散角大于从LN光调制器输出的信号光束的发散角。由于可能导致信号光束之间的干涉，信号光束的发散角的增大不是可取的。
[0004]在此背景下，已提出了这样一种技术，通过该技术，在光波导与将信号光束聚焦在光纤上的聚光透镜之间设置将信号光束准直的准直透镜。此技术使得准直透镜能够将信号光束准直，由此减小信号光束的发散角的增大，从而防止信号光束的干涉。
[0005]专利文献1:介绍日本特开2007-201939号公报作为现有技术文献。
[0006]然而，难以仅通过像上述传统技术中一样在光波导与聚光透镜之间插置准直透镜来改进光波导与光纤之间的耦合效率。
[0007]S卩，即使当减小了信号光束的发散角的增大时，在具有半导体光调制器的光发送机中已知的是沿着形成有光波导的基板的厚度方向的信号光束的纵截面(verticalcross sect1n)的直径大于沿着基板的宽度方向的信号光束的横截面(horizontal crosssect1n)的直径。换言之，对于具有半导体光调制器的光发送机，在从光波导朝着光纤发射的信号光束的行进方向上看时信号光束的截面形状为椭圆形状，长轴沿着基板的厚度方向，短轴沿着基板的宽度方向。因此，由聚光透镜聚焦在光纤上的信号光束的截面形状也维持椭圆形状。这可能由于允许具有椭圆截面形状的信号光束入射在具有圆形截面形状的光纤上而导致光损失。即，当采用半导体光调制器时，从光波导发射的信号光束的截面形状与光纤的截面形状不一致，从而导致光波导与光纤之间的耦合效率降低。
[0008]响应于此，可以想到提供这样一种结构，其中在准直透镜与聚光透镜之间另外设置棱镜，以便将从光波导发射的信号光束的截面形状整形成光纤的截面形状。
[0009]然而，另外设置棱镜的结构导致部件数增加了棱镜那么多，从而可能导致结构的复杂性和设备的尺寸的增加。
[0010]因此，本发明的实施方式的一个方面的目的是提供一种光发送机，其可利用紧凑且简化的结构来提供光波导与光纤之间的改进的耦合效率。
【发明内容】
[0011]在一个方面，本申请公开的光发送机包括基板、光纤、第一透镜和第二透镜。基板上形成有光波导。第一透镜透射纵截面直径接近横截面直径的光束。所述光束从光波导朝着光纤发射，并且被配置为使得作为沿着基板的厚度方向的纵截面的直径的所述纵截面直径大于作为沿着基板的宽度方向的横截面的直径的所述横截面直径。第二透镜被设置在所述纵截面直径和所述横截面直径彼此一致的位置处，以将光束聚焦在光纤上。沿着第一透镜所透射的光束的行进方向，所述位置比第一透镜更靠近光纤。
[0012]根据实施方式的一方面，一种光发送机包括:基板，在该基板上形成有光波导；光纤；第一透镜，其透射纵截面直径接近横截面直径的光束，所述光束从光波导朝着光纤发射，并且被配置为使得作为沿着基板的厚度方向的纵截面的直径的所述纵截面直径大于作为沿着基板的宽度方向的横截面的直径的所述横截面直径；以及第二透镜，其沿着第一透镜透射的光束的行进方向设置在光束的所述纵截面直径和所述横截面直径彼此一致的位置处，所述第二透镜将光束聚焦在光纤上。
【附图说明】
[0013]图1是示出从光波导朝着光纤发射的信号光束的形状的示例的示图。
[0014]图2是示出利用棱镜对信号光束进行整形的示例的示图。
[0015]图3是示出根据第一实施方式的光发送机的配置的示例的示图。
[0016]图4是示出在基板的厚度方向上看时图3所示的基板、波导、准直透镜、PBC、聚光透镜和光纤的平面图。
[0017]图5是示出在基板的宽度方向上看时图3所示的基板、波导、准直透镜、PBC、聚光透镜和光纤的侧视图。
[0018]图6是示出根据第一实施方式的聚光透镜所在的位置的说明图。
[0019]图7是示出根据第一实施方式的光波导的宽度与信号光束的形状之间的关系的示图。
【具体实施方式】
[0020]将参照【附图说明】本发明的优选实施方式。需要注意的是，本文公开的技术将不受该实施方式的限制。
[0021]参照图1和图2，将首先描述根据第一实施方式的光发送机所依赖的技术。图1是示出从光波导朝着光纤发射的信号光束的形状的示例的示图。在图1中，假设X轴沿着基板113的纵长方向定义；y轴沿着基板113的宽度方向定义；z轴沿着基板113的厚度方向定义。
[0022]如图1所示，具有半导体光调制器的光发送机被配置为使得当从基板113上的光波导116朝着光纤(未不出)发射信号光束时，信号光束沿着z轴方向的纵截面的直径D2大于信号光束沿着I轴方向的横截面的直径Dl。换言之，具有半导体光调制器的光发送机被配置为使得当在从光波导116朝着光纤发射的信号光束的行进方向上看时，信号光束具有椭圆形截面形状，长轴沿着z轴方向，短轴沿着y轴方向。另一方面，光纤通常具有圆形截面形状。因此，从光波导116发射的信号光束的截面形状与光纤的截面形状不一致。因此，光波导116与光纤之间的耦合效率可能降低。
[0023]为了解决这一问题，可想出采用棱镜的结构，该棱镜将从光波导116发射的信号光束的截面形状整形成光纤的截面形状。图2是示出利用棱镜对信号光束进行整形的示例的示图。在图2所示的示例中，在基板113上的光波导116的下游所设置的准直透镜117与将信号光束聚焦到光纤122上的聚光透镜121之间设置有变形棱镜131。从光波导116朝着光纤122发射的信号光束通过准直透镜117准直。通过准直透镜117准直的信号光束被引导向变形棱镜131以进行输入。变形棱镜131允许从准直透镜117供应的信号光束的截面形状被整形成光纤122的截面形状。更具体地讲，变形棱镜131具有折射信号光束以使得信号光束沿着z轴方向的纵截面的直径D2变得接近信号光束沿着y轴方向的横截面的直径Dl的特征形状，并且利用该特征形状来对信号光束的截面形状进行整形。通过变形棱镜131整形的信号光束经由另一光学系统被引导向聚光透镜121以输入，然后经由聚光透镜121被聚焦在光纤122上。
[0024]然而，另外设置变形棱镜131的上述结构导致部件数增加了变形棱镜131那么多，因此可能导致结构的复杂性和设备的尺寸的增加。在这一背景下，对于根据第一实施方式的光发送机，想到在不采用变形棱镜131的情况下，设置准直透镜和聚光透镜以便改进光波导116与光纤之间的耦合效率。
[0025]现在，参照图3，将描述根据第一实施方式的光发送机10的示例配置。图3是示出根据第一实施方式的光发送机的示例配置的示图。
[0026]图3所示的光发送机10包括光纤11、透镜12、基板13、光分支路径14、光调制器15-1和15-2以及光波导16-1至16-4。光发送机10还包括准直透镜17_1至17_4和保持器18。 光发送机10还包括波长板19、PBC 20、聚光透镜21和光纤22。光发送机10还包括H) 23-1和23-2以及安置构件24。
[0027]需要注意的是，在图3中，假设X轴沿着基板13的纵长方向定义；y轴沿着基板13的宽度方向定义；z轴沿着基板13的厚度方向定义。还假设X轴的正方向被定义为沿着基板13的纵长方向与准直透镜17-1至17-4相反。还假设y轴的正方向被定义为沿着基板13的宽度方向与光调制器15-2相反。还假设沿着基板13的厚度方向的z轴的正方向被定义为设置有光分支路径14、光调制器15-1和15-2以及光波导16-1至16_4的基板13的表面侧。
[0028]光纤11将光源(未不出)所发射的光输出给透镜12。透镜12会聚从光纤11输出的光。基板13上设置有光分支路径14、光调制器15-1和15-2以及光波导16_1至16_4。
[0029]光分支路径14利用耦合器等将透镜12所会聚的光分成两个光束，然后将两个分支光束中的一个输出给光调制器15-1，将另一光束输出给光调制器15-2。
[0030]光调制器15-1和15-2在基板13的宽度方向上(即，沿着y轴方向)平行布置。例如，光调制器15-1和15-2可由诸如磷化铟(InP)的半导体制成。在那些调制器当中，光调制器15-1使用电信号来调制从光分支路径14供应的一个光束。光调制器15-1调制光，从而提供两个信号光束。这两个信号光束中的一个用作信号光束，而另一个信号光束充当监测该信号光束的监测光束。光调制器15-1将信号光束输出给光波导16-1，将监测光束输出给光波导16-2。
[0031]光调制器15-2使用电信号来调制从光分支路径14供应的另一光束。光调制器15-2调制光，从而提供两个信号光束。这两个信号光束中的一个用作信号光束，而另一个信号光束充当监测该信号光束的监测光束。光调制器15-2将信号光束输出给光波导16-3，将监测光束输出给光波导16-4。
[0032]光波导16-1至16-4形成在基板13上，并且引导信号光束和监测光束。更具体地讲，光波导16-1至16-4形成在基板13上，使得引导信号光束的光波导16-1和16_3沿着y轴方向被夹在引导监测光束的光波导16-2和16-4之间。然后，光波导16-1在x轴的负方向上引导从光调制器15-1供应的信号光束。另外，光波导16-2在X轴的负方向上引导从光调制器15-1供应的监测光束。另外，光波导16-3在X轴的负方向上引导从光调制器15-2供应的信号光束。另外，光波导16-4在X轴的负方向上引导从光调制器15-2供应的监测光束。需要注意的是，引导信号光束的光波导16-1和16-3的形状将稍后更详细地讨论。
[0033]准直透镜17-1至17-4由例如硅形成，并且具有相同的曲率。准直透镜17_1至17-4透射从光波导16-1至16-4发射的信号光束和监测光束。更具体地讲，准直透镜17_1透射从光波导16-1发射的信号光束。准直透镜17-2透射从光波导16-2发射的监测光束。准直透镜17-3透射从光波导16-3发射的信号光束。准直透镜17-4透射从光波导16_4发射的监测光束。需要注意的是，透射信号光束的准直透镜17-1和17-3将稍后就其形状和透镜所设置的位置来更详细地讨论。
[0034]保持器18由例如硅形成，并且将准直透镜17-1至17-4沿着y轴方向按照阵列保持。更具体地讲，在准直透镜17-1至17-4中的至少一个的光轴相对于光波导16-1至16-4中的至少一个的光轴在预定方向上错位的同时，保持器18保持准直透镜17-1至17-4。保持器18在这种条件下保持多个准直透镜17-1至17-4，从而允许从准直透镜17-1和准直透镜17-3中的每一个向PBC 20发射信号光束。保持器18还穿过准直透镜17_2和准直透镜17-4中的每一个向H) 23-1和23-2发射监测光束。
[0035]波长板19使从准直透镜17-1发射的信号光束的偏振相对于从准直透镜17-3发射的信号光束的偏振旋转90度。作为偏振光束合成器的PBC 20将偏振通过波长板19旋转的信号光束与从准直透镜17-3发射的信号光束偏振并合成，然后将通过信号光束的偏振并合成获得的偏振复用信号光束发射给聚光透镜21。
[0036]聚光透镜21将从PBC 20发射的偏振复用信号光束聚焦在光纤22上。需要注意的是，聚光透镜21所在的位置将稍后更详细地描述。
[0037]光纤22将通过聚光透镜21会聚的偏振复用信号光束向下游侧传输。
[0038]PD 23-1和23_2 (各自为光接收元件)分别接收从准直透镜17_2和准直透镜17_4发射的监测光束。安置构件24使得H) 23-1和23-2能够沿着y轴方向设置在PBC 20的一侧。
[0039]现在参照图4至图7，将更详细地描述准直透镜17-1和17_3所在的位置及其形状、聚光透镜21所在的位置以及光波导16-1和16-3的形状。图4是示出在基板的厚度方向上看时图3所示的基板、波导、准直透镜、PBC、聚光透镜和光纤的平面图。图5是示出在基板的宽度方向上看时图3所示的基板、波导、准直透镜、PBC、聚光透镜和光纤的侧视图。需要注意的是，在图4和图5中，为了说明方便，诸如保持器18和波长板19的其它光学部件被省略。另外，在下面的描述中，准直透镜17-1和17-3在彼此没有特别区分时将被表达为“准直透镜17”，而光波导16-1和16-3在彼此没有特别区分时将被表达为“光波导16”。
[0040]如图4和图5所示，准直透镜17被设置在沿着X轴的负方向距光波导16的射出信号光束的出射端预定距离LI处。准直透镜17将从光波导16发射的信号光束朝着光纤22透射。从光波导16朝着光纤22发射的信号光束被整形为使得沿着z轴方向的纵截面的直径(以下称作“纵截面直径”)大于沿着y轴方向的横截面的直径(以下称作“横截面直径”)。即，当在从光波导16朝着光纤22发射的信号光束的行进方向上看时，信号光束的截面形状为椭圆形，类似于图1所示的信号光束的截面形状。与此相比，准直透镜17沿着X轴的负方向远离光波导16的出射端达预定距离LI设置，从而使得从光波导16朝着光纤22发射的光能够在纵截面直径D2接近横截面直径Dl的情况下透射。这里，距离LI大于通过准直透镜17使信号光束准直的距离，并且根据(例如)准直透镜17的曲率来适当选择。准直透镜17是第一透镜的示例。
[0041]另外，在y轴方向上看时准直透镜17的表面当中的射出信号光束的出射面的曲率与在z轴方向上看时准直透镜17的表面当中的射出信号光束的出射面的曲率相同。即，在I轴方向上看时准直透镜17的形状与在z轴方向上看时准直透镜17的形状相同。
[0042]沿着准直透镜17所透射的信号光束的行进方向设置的聚光透镜21位于信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置处，以将信号光束聚焦到光纤22上。在图4和图5所示的示例中，聚光透镜21沿着X轴的负方向远离准直透镜17达预定距离L2，从而使得纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此相等的信号光束能够被聚焦在光纤22上。聚光透镜21是第二透镜的示例。
[0043]图6是示出根据第一实施方式的聚光透镜所在的位置的说明图。在图6中，水平轴表示距准直透镜17的距离L2，垂直轴表示模场直径(MFD)(是准直透镜17所透射的信号光束的直径)。另外，在图6中，曲线501表示准直透镜17所透射的信号光束的横截面直径Dl,曲线502表示准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2。
[0044]如图6所示，准直透镜17透射 信号光束，从而使得纵截面直径D2能够变得接近横截面直径D1。然后，纵截面直径D2和横截面直径Dl在沿着X轴的负方向与准直透镜17间隔开预定距离的位置Pa处彼此一致。随后，纵截面直径D2和横截面直径Dl变得彼此不等，然后在沿着X轴的负方向比位置Pa更靠近光纤22的位置Pb处再次彼此一致。在这种情况下，聚光透镜21被设置在位置Pa或位置Pb处。然后，纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的信号光束(换言之，在行进方向上看时圆形形状的信号光束)通过聚光透镜21被聚焦在光纤22上。另一方面，光纤22的截面形状通常为圆形。即，聚光透镜21被设置在位置Pa或位置Pb处，从而使得通过聚光透镜21聚焦在光纤22上的信号光束的截面形状能够与光纤22的截面形状一致。
[0045]返回参照与图4和图5有关的描述，光波导16沿着y轴方向的宽度随着距光波导16的射出信号光束的出射端的距离减小而增大。换言之，光波导16沿着y轴方向的宽度在光波导16的出射端处最大。这里，随着光波导16的出射端的宽度增大，光波导16中的信号光束的模场的压缩缓和。这导致从光波导16发射并入射在准直透镜17上的信号光束的发散角减小。这继而导致准直透镜17所透射的信号光束的束腰位置更靠近准直透镜17。结果，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置更靠近准直透镜17。
[0046]图7是示出根据第一实施方式的光波导的宽度与信号光束的形状之间的关系的示图。在图7中，水平轴表示距准直透镜17的距离L2，垂直轴表示模场直径(MFD)(是准直透镜17所透射的信号光束的直径)。另外，在图7中，曲线601表示准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2，曲线602至604各自表示准直透镜17所透射的信号光束的横截面直径Dl。另外，曲线602表示当光波导16沿着y轴方向的宽度恒定时信号光束的横截面直径D1。另一方面，曲线603和604各自表不当光波导16沿着y轴方向的宽度随着距光波导16的出射端的距离减小而增大时信号光束的横截面直径D1。需要注意的是，假设曲线604中的光波导16的出射端的宽度大于曲线603中的光波导16的出射端的宽度。
[0047]如图7所示，当光波导16沿着y轴方向的宽度恒定时，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl在位置Pl处彼此一致。另一方面，当光波导16沿着y轴方向的宽度随着距光波导16的出射端的距离减小而增大时，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl在比位置Pl更靠近准直透镜17的位置P2处彼此一致。另外，当光波导16的出射端的宽度增大时，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl在比位置P2更靠近准直透镜17的位置P3处彼此一致。如上所述，当光波导16沿着y轴方向的宽度随着距光波导16的出射端的距离减小而增大时，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置更靠近准直透镜17。
[0048]如上所述，在第一实施方式的光发送机10中，准直透镜17在使纵截面直径接近横截面直径的情况下透射从光波导16朝着光纤22发射的光。然后，聚光透镜21被设置在沿着准直透镜17所透射的信号光束的行进方向信号光束的纵截面直径和横截面直径彼此一致的位置处，以将纵截面直径和横截面直径彼此相等的信号光束聚焦到光纤22上。因此，根据第一实施方式，可使从光波导16发射并通过聚光透镜21聚焦在光纤22上的信号光束的截面形状等于光纤22的圆形截面形状。因此，与另外设置有不定形棱镜的结构相比，第一实施方式使得可实现能够改进光波导16与光纤22之间的耦合效率的紧凑和简化的结构。
[0049]另外，第一实施方式的光发送机10被配置为使得在基板13的宽度方向上看时准直透镜17的表面当中的射出信号光束的出射面的曲率与在基板13的厚度方向上看时准直透镜17的表面当中的射出信号光束的出射面的曲率相同。因此，与不定形棱镜相比，根据第一实施方式，可组合使用形状简化的准直透镜17和聚光透镜21以改进光波导16与光纤22之间的耦合效率。
[0050]另外，第一实施方式的光发送机10被配置为使得保持器18将准直透镜17-1至17-4沿着基板13的宽度方向按照阵列保持。因此，根据第一实施方式，与沿着基板的宽度方向分别保持多个准直透镜的结构相比，可沿着基板的宽度方向减小设备的尺寸。
[0051]另外，在第一实施方式的光发送机10中，保持器18和准直透镜17-1至17_4由硅制成。因此，根据第一实施方式，通过蚀刻等，保持器18和准直透镜17-1至17-4可一体地形成，并且准直透镜17-1至17-4的厚度也可减小。
[0052]另外，第一实施方式的光发送机10被配置为使得光波导16沿着基板13的宽度方向的宽度随着距光波导16的射出信号光束的出射端的距离减小而增大。因此，根据第一实施方式，可使准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置更靠近准直透镜17。因此，根据第一实施方式，可使聚光透镜21设置的位置(S卩，纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置)更靠近准直透镜17。结果，根据第一实施方式，设备的尺寸可进一步减小。
[0053]本申请公开的光发送机的一个方面产生这样的效果:可利用紧凑且简化的结构改进光波导与光纤之间的耦合效率。
【主权项】
1.一种光发送机，该光发送机包括: 基板，该基板上形成有光波导； 光纤; 第一透镜，该第一透镜透射纵截面直径接近横截面直径的光束，所述光束是从所述光波导朝着所述光纤发射的，并且被配置为使得纵截面直径大于横截面直径，所述纵截面直径是沿着所述基板的厚度方向的纵截面的直径，所述横截面直径是沿着所述基板的宽度方向的横截面的直径；以及 第二透镜，该第二透镜沿着所述第一透镜透射的光束的行进方向设置在所述光束的所述纵截面直径和所述横截面直径彼此一致的位置处，所述第二透镜将所述光束聚焦在所述光纤上。2.根据权利要求1所述的光发送机，其中，在所述基板的所述宽度方向上看时所述第一透镜的表面当中的所述光束出射的出射面的曲率与在所述基板的所述厚度方向上看时所述第一透镜的表面当中的所述光束出射的出射面的曲率相同。3.根据权利要求1或2所述的光发送机，该光发送机还包括保持器，该保持器使多个所述第一透镜沿着所述基板的所述宽度方向按照阵列保持。4.根据权利要求3所述的光发送机，其中，所述保持器和所述多个第一透镜是由硅制成的。5.根据权利要求1所述的光发送机，其中，所述光波导具有沿着所述基板的所述宽度方向的宽度，所述宽度随着距所述光波导的射出光束的出射端的距离减小而增大。
【专利摘要】光发送机。第一透镜透射纵截面直径接近横截面直径的光束。所述光束从基板上的光波导发射，并且被配置为使得作为沿着基板的厚度方向的纵截面的直径的所述纵截面直径大于作为沿着基板的宽度方向的横截面的直径的所述横截面直径。第二透镜被设置在所述纵截面直径和所述横截面直径彼此一致的位置处，以将光束聚焦在光纤上。沿着第一透镜所透射的光束的行进方向，所述位置比第一透镜更靠近光纤。
【IPC分类】G02B6/42, H04B10/50
【公开号】CN104898209
【申请号】CN201510087781
【发明人】丸山真示, 佐佐木诚美, 柴田康平, 久保辉洋, 竹内信太郎, 加藤大织, 田中刚人
【申请人】富士通光器件株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年2月25日
【公告号】US20150253506
【技术领域】
[0001]本文讨论的实施方式涉及光发送机。
【背景技术】
[0002]近来，在光通信系统中，例如，正在开发采用诸如磷化铟(InP)的半导体的光调制器(以下称作“半导体光调制器”)，以取代采用铌酸锂(LiNbO3)的光调制器(以下称作“LN光调制器”)。与LN调制器相比，半导体调制器可实现施加电场的更高效率，从而有利于驱动电压和尺寸的减小。S卩，与LN光调制器相比，半导体光调制器的尺寸可更容易减小。
[0003]然而，半导体波导与铌酸锂(LiNbO3)波导相比在更高的水平限制光，波导模分布显著降低。因此，当从半导体光调制器输出的信号光束从光波导朝着下游光纤发射时，信号光束的发散角大于从LN光调制器输出的信号光束的发散角。由于可能导致信号光束之间的干涉，信号光束的发散角的增大不是可取的。
[0004]在此背景下，已提出了这样一种技术，通过该技术，在光波导与将信号光束聚焦在光纤上的聚光透镜之间设置将信号光束准直的准直透镜。此技术使得准直透镜能够将信号光束准直，由此减小信号光束的发散角的增大，从而防止信号光束的干涉。
[0005]专利文献1:介绍日本特开2007-201939号公报作为现有技术文献。
[0006]然而，难以仅通过像上述传统技术中一样在光波导与聚光透镜之间插置准直透镜来改进光波导与光纤之间的耦合效率。
[0007]S卩，即使当减小了信号光束的发散角的增大时，在具有半导体光调制器的光发送机中已知的是沿着形成有光波导的基板的厚度方向的信号光束的纵截面(verticalcross sect1n)的直径大于沿着基板的宽度方向的信号光束的横截面(horizontal crosssect1n)的直径。换言之，对于具有半导体光调制器的光发送机，在从光波导朝着光纤发射的信号光束的行进方向上看时信号光束的截面形状为椭圆形状，长轴沿着基板的厚度方向，短轴沿着基板的宽度方向。因此，由聚光透镜聚焦在光纤上的信号光束的截面形状也维持椭圆形状。这可能由于允许具有椭圆截面形状的信号光束入射在具有圆形截面形状的光纤上而导致光损失。即，当采用半导体光调制器时，从光波导发射的信号光束的截面形状与光纤的截面形状不一致，从而导致光波导与光纤之间的耦合效率降低。
[0008]响应于此，可以想到提供这样一种结构，其中在准直透镜与聚光透镜之间另外设置棱镜，以便将从光波导发射的信号光束的截面形状整形成光纤的截面形状。
[0009]然而，另外设置棱镜的结构导致部件数增加了棱镜那么多，从而可能导致结构的复杂性和设备的尺寸的增加。
[0010]因此，本发明的实施方式的一个方面的目的是提供一种光发送机，其可利用紧凑且简化的结构来提供光波导与光纤之间的改进的耦合效率。
【发明内容】
[0011]在一个方面，本申请公开的光发送机包括基板、光纤、第一透镜和第二透镜。基板上形成有光波导。第一透镜透射纵截面直径接近横截面直径的光束。所述光束从光波导朝着光纤发射，并且被配置为使得作为沿着基板的厚度方向的纵截面的直径的所述纵截面直径大于作为沿着基板的宽度方向的横截面的直径的所述横截面直径。第二透镜被设置在所述纵截面直径和所述横截面直径彼此一致的位置处，以将光束聚焦在光纤上。沿着第一透镜所透射的光束的行进方向，所述位置比第一透镜更靠近光纤。
[0012]根据实施方式的一方面，一种光发送机包括:基板，在该基板上形成有光波导；光纤；第一透镜，其透射纵截面直径接近横截面直径的光束，所述光束从光波导朝着光纤发射，并且被配置为使得作为沿着基板的厚度方向的纵截面的直径的所述纵截面直径大于作为沿着基板的宽度方向的横截面的直径的所述横截面直径；以及第二透镜，其沿着第一透镜透射的光束的行进方向设置在光束的所述纵截面直径和所述横截面直径彼此一致的位置处，所述第二透镜将光束聚焦在光纤上。
【附图说明】
[0013]图1是示出从光波导朝着光纤发射的信号光束的形状的示例的示图。
[0014]图2是示出利用棱镜对信号光束进行整形的示例的示图。
[0015]图3是示出根据第一实施方式的光发送机的配置的示例的示图。
[0016]图4是示出在基板的厚度方向上看时图3所示的基板、波导、准直透镜、PBC、聚光透镜和光纤的平面图。
[0017]图5是示出在基板的宽度方向上看时图3所示的基板、波导、准直透镜、PBC、聚光透镜和光纤的侧视图。
[0018]图6是示出根据第一实施方式的聚光透镜所在的位置的说明图。
[0019]图7是示出根据第一实施方式的光波导的宽度与信号光束的形状之间的关系的示图。
【具体实施方式】
[0020]将参照【附图说明】本发明的优选实施方式。需要注意的是，本文公开的技术将不受该实施方式的限制。
[0021]参照图1和图2，将首先描述根据第一实施方式的光发送机所依赖的技术。图1是示出从光波导朝着光纤发射的信号光束的形状的示例的示图。在图1中，假设X轴沿着基板113的纵长方向定义；y轴沿着基板113的宽度方向定义；z轴沿着基板113的厚度方向定义。
[0022]如图1所示，具有半导体光调制器的光发送机被配置为使得当从基板113上的光波导116朝着光纤(未不出)发射信号光束时，信号光束沿着z轴方向的纵截面的直径D2大于信号光束沿着I轴方向的横截面的直径Dl。换言之，具有半导体光调制器的光发送机被配置为使得当在从光波导116朝着光纤发射的信号光束的行进方向上看时，信号光束具有椭圆形截面形状，长轴沿着z轴方向，短轴沿着y轴方向。另一方面，光纤通常具有圆形截面形状。因此，从光波导116发射的信号光束的截面形状与光纤的截面形状不一致。因此，光波导116与光纤之间的耦合效率可能降低。
[0023]为了解决这一问题，可想出采用棱镜的结构，该棱镜将从光波导116发射的信号光束的截面形状整形成光纤的截面形状。图2是示出利用棱镜对信号光束进行整形的示例的示图。在图2所示的示例中，在基板113上的光波导116的下游所设置的准直透镜117与将信号光束聚焦到光纤122上的聚光透镜121之间设置有变形棱镜131。从光波导116朝着光纤122发射的信号光束通过准直透镜117准直。通过准直透镜117准直的信号光束被引导向变形棱镜131以进行输入。变形棱镜131允许从准直透镜117供应的信号光束的截面形状被整形成光纤122的截面形状。更具体地讲，变形棱镜131具有折射信号光束以使得信号光束沿着z轴方向的纵截面的直径D2变得接近信号光束沿着y轴方向的横截面的直径Dl的特征形状，并且利用该特征形状来对信号光束的截面形状进行整形。通过变形棱镜131整形的信号光束经由另一光学系统被引导向聚光透镜121以输入，然后经由聚光透镜121被聚焦在光纤122上。
[0024]然而，另外设置变形棱镜131的上述结构导致部件数增加了变形棱镜131那么多，因此可能导致结构的复杂性和设备的尺寸的增加。在这一背景下，对于根据第一实施方式的光发送机，想到在不采用变形棱镜131的情况下，设置准直透镜和聚光透镜以便改进光波导116与光纤之间的耦合效率。
[0025]现在，参照图3，将描述根据第一实施方式的光发送机10的示例配置。图3是示出根据第一实施方式的光发送机的示例配置的示图。
[0026]图3所示的光发送机10包括光纤11、透镜12、基板13、光分支路径14、光调制器15-1和15-2以及光波导16-1至16-4。光发送机10还包括准直透镜17_1至17_4和保持器18。 光发送机10还包括波长板19、PBC 20、聚光透镜21和光纤22。光发送机10还包括H) 23-1和23-2以及安置构件24。
[0027]需要注意的是，在图3中，假设X轴沿着基板13的纵长方向定义；y轴沿着基板13的宽度方向定义；z轴沿着基板13的厚度方向定义。还假设X轴的正方向被定义为沿着基板13的纵长方向与准直透镜17-1至17-4相反。还假设y轴的正方向被定义为沿着基板13的宽度方向与光调制器15-2相反。还假设沿着基板13的厚度方向的z轴的正方向被定义为设置有光分支路径14、光调制器15-1和15-2以及光波导16-1至16_4的基板13的表面侧。
[0028]光纤11将光源(未不出)所发射的光输出给透镜12。透镜12会聚从光纤11输出的光。基板13上设置有光分支路径14、光调制器15-1和15-2以及光波导16_1至16_4。
[0029]光分支路径14利用耦合器等将透镜12所会聚的光分成两个光束，然后将两个分支光束中的一个输出给光调制器15-1，将另一光束输出给光调制器15-2。
[0030]光调制器15-1和15-2在基板13的宽度方向上(即，沿着y轴方向)平行布置。例如，光调制器15-1和15-2可由诸如磷化铟(InP)的半导体制成。在那些调制器当中，光调制器15-1使用电信号来调制从光分支路径14供应的一个光束。光调制器15-1调制光，从而提供两个信号光束。这两个信号光束中的一个用作信号光束，而另一个信号光束充当监测该信号光束的监测光束。光调制器15-1将信号光束输出给光波导16-1，将监测光束输出给光波导16-2。
[0031]光调制器15-2使用电信号来调制从光分支路径14供应的另一光束。光调制器15-2调制光，从而提供两个信号光束。这两个信号光束中的一个用作信号光束，而另一个信号光束充当监测该信号光束的监测光束。光调制器15-2将信号光束输出给光波导16-3，将监测光束输出给光波导16-4。
[0032]光波导16-1至16-4形成在基板13上，并且引导信号光束和监测光束。更具体地讲，光波导16-1至16-4形成在基板13上，使得引导信号光束的光波导16-1和16_3沿着y轴方向被夹在引导监测光束的光波导16-2和16-4之间。然后，光波导16-1在x轴的负方向上引导从光调制器15-1供应的信号光束。另外，光波导16-2在X轴的负方向上引导从光调制器15-1供应的监测光束。另外，光波导16-3在X轴的负方向上引导从光调制器15-2供应的信号光束。另外，光波导16-4在X轴的负方向上引导从光调制器15-2供应的监测光束。需要注意的是，引导信号光束的光波导16-1和16-3的形状将稍后更详细地讨论。
[0033]准直透镜17-1至17-4由例如硅形成，并且具有相同的曲率。准直透镜17_1至17-4透射从光波导16-1至16-4发射的信号光束和监测光束。更具体地讲，准直透镜17_1透射从光波导16-1发射的信号光束。准直透镜17-2透射从光波导16-2发射的监测光束。准直透镜17-3透射从光波导16-3发射的信号光束。准直透镜17-4透射从光波导16_4发射的监测光束。需要注意的是，透射信号光束的准直透镜17-1和17-3将稍后就其形状和透镜所设置的位置来更详细地讨论。
[0034]保持器18由例如硅形成，并且将准直透镜17-1至17-4沿着y轴方向按照阵列保持。更具体地讲，在准直透镜17-1至17-4中的至少一个的光轴相对于光波导16-1至16-4中的至少一个的光轴在预定方向上错位的同时，保持器18保持准直透镜17-1至17-4。保持器18在这种条件下保持多个准直透镜17-1至17-4，从而允许从准直透镜17-1和准直透镜17-3中的每一个向PBC 20发射信号光束。保持器18还穿过准直透镜17_2和准直透镜17-4中的每一个向H) 23-1和23-2发射监测光束。
[0035]波长板19使从准直透镜17-1发射的信号光束的偏振相对于从准直透镜17-3发射的信号光束的偏振旋转90度。作为偏振光束合成器的PBC 20将偏振通过波长板19旋转的信号光束与从准直透镜17-3发射的信号光束偏振并合成，然后将通过信号光束的偏振并合成获得的偏振复用信号光束发射给聚光透镜21。
[0036]聚光透镜21将从PBC 20发射的偏振复用信号光束聚焦在光纤22上。需要注意的是，聚光透镜21所在的位置将稍后更详细地描述。
[0037]光纤22将通过聚光透镜21会聚的偏振复用信号光束向下游侧传输。
[0038]PD 23-1和23_2 (各自为光接收元件)分别接收从准直透镜17_2和准直透镜17_4发射的监测光束。安置构件24使得H) 23-1和23-2能够沿着y轴方向设置在PBC 20的一侧。
[0039]现在参照图4至图7，将更详细地描述准直透镜17-1和17_3所在的位置及其形状、聚光透镜21所在的位置以及光波导16-1和16-3的形状。图4是示出在基板的厚度方向上看时图3所示的基板、波导、准直透镜、PBC、聚光透镜和光纤的平面图。图5是示出在基板的宽度方向上看时图3所示的基板、波导、准直透镜、PBC、聚光透镜和光纤的侧视图。需要注意的是，在图4和图5中，为了说明方便，诸如保持器18和波长板19的其它光学部件被省略。另外，在下面的描述中，准直透镜17-1和17-3在彼此没有特别区分时将被表达为“准直透镜17”，而光波导16-1和16-3在彼此没有特别区分时将被表达为“光波导16”。
[0040]如图4和图5所示，准直透镜17被设置在沿着X轴的负方向距光波导16的射出信号光束的出射端预定距离LI处。准直透镜17将从光波导16发射的信号光束朝着光纤22透射。从光波导16朝着光纤22发射的信号光束被整形为使得沿着z轴方向的纵截面的直径(以下称作“纵截面直径”)大于沿着y轴方向的横截面的直径(以下称作“横截面直径”)。即，当在从光波导16朝着光纤22发射的信号光束的行进方向上看时，信号光束的截面形状为椭圆形，类似于图1所示的信号光束的截面形状。与此相比，准直透镜17沿着X轴的负方向远离光波导16的出射端达预定距离LI设置，从而使得从光波导16朝着光纤22发射的光能够在纵截面直径D2接近横截面直径Dl的情况下透射。这里，距离LI大于通过准直透镜17使信号光束准直的距离，并且根据(例如)准直透镜17的曲率来适当选择。准直透镜17是第一透镜的示例。
[0041]另外，在y轴方向上看时准直透镜17的表面当中的射出信号光束的出射面的曲率与在z轴方向上看时准直透镜17的表面当中的射出信号光束的出射面的曲率相同。即，在I轴方向上看时准直透镜17的形状与在z轴方向上看时准直透镜17的形状相同。
[0042]沿着准直透镜17所透射的信号光束的行进方向设置的聚光透镜21位于信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置处，以将信号光束聚焦到光纤22上。在图4和图5所示的示例中，聚光透镜21沿着X轴的负方向远离准直透镜17达预定距离L2，从而使得纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此相等的信号光束能够被聚焦在光纤22上。聚光透镜21是第二透镜的示例。
[0043]图6是示出根据第一实施方式的聚光透镜所在的位置的说明图。在图6中，水平轴表示距准直透镜17的距离L2，垂直轴表示模场直径(MFD)(是准直透镜17所透射的信号光束的直径)。另外，在图6中，曲线501表示准直透镜17所透射的信号光束的横截面直径Dl,曲线502表示准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2。
[0044]如图6所示，准直透镜17透射 信号光束，从而使得纵截面直径D2能够变得接近横截面直径D1。然后，纵截面直径D2和横截面直径Dl在沿着X轴的负方向与准直透镜17间隔开预定距离的位置Pa处彼此一致。随后，纵截面直径D2和横截面直径Dl变得彼此不等，然后在沿着X轴的负方向比位置Pa更靠近光纤22的位置Pb处再次彼此一致。在这种情况下，聚光透镜21被设置在位置Pa或位置Pb处。然后，纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的信号光束(换言之，在行进方向上看时圆形形状的信号光束)通过聚光透镜21被聚焦在光纤22上。另一方面，光纤22的截面形状通常为圆形。即，聚光透镜21被设置在位置Pa或位置Pb处，从而使得通过聚光透镜21聚焦在光纤22上的信号光束的截面形状能够与光纤22的截面形状一致。
[0045]返回参照与图4和图5有关的描述，光波导16沿着y轴方向的宽度随着距光波导16的射出信号光束的出射端的距离减小而增大。换言之，光波导16沿着y轴方向的宽度在光波导16的出射端处最大。这里，随着光波导16的出射端的宽度增大，光波导16中的信号光束的模场的压缩缓和。这导致从光波导16发射并入射在准直透镜17上的信号光束的发散角减小。这继而导致准直透镜17所透射的信号光束的束腰位置更靠近准直透镜17。结果，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置更靠近准直透镜17。
[0046]图7是示出根据第一实施方式的光波导的宽度与信号光束的形状之间的关系的示图。在图7中，水平轴表示距准直透镜17的距离L2，垂直轴表示模场直径(MFD)(是准直透镜17所透射的信号光束的直径)。另外，在图7中，曲线601表示准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2，曲线602至604各自表示准直透镜17所透射的信号光束的横截面直径Dl。另外，曲线602表示当光波导16沿着y轴方向的宽度恒定时信号光束的横截面直径D1。另一方面，曲线603和604各自表不当光波导16沿着y轴方向的宽度随着距光波导16的出射端的距离减小而增大时信号光束的横截面直径D1。需要注意的是，假设曲线604中的光波导16的出射端的宽度大于曲线603中的光波导16的出射端的宽度。
[0047]如图7所示，当光波导16沿着y轴方向的宽度恒定时，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl在位置Pl处彼此一致。另一方面，当光波导16沿着y轴方向的宽度随着距光波导16的出射端的距离减小而增大时，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl在比位置Pl更靠近准直透镜17的位置P2处彼此一致。另外，当光波导16的出射端的宽度增大时，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl在比位置P2更靠近准直透镜17的位置P3处彼此一致。如上所述，当光波导16沿着y轴方向的宽度随着距光波导16的出射端的距离减小而增大时，准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置更靠近准直透镜17。
[0048]如上所述，在第一实施方式的光发送机10中，准直透镜17在使纵截面直径接近横截面直径的情况下透射从光波导16朝着光纤22发射的光。然后，聚光透镜21被设置在沿着准直透镜17所透射的信号光束的行进方向信号光束的纵截面直径和横截面直径彼此一致的位置处，以将纵截面直径和横截面直径彼此相等的信号光束聚焦到光纤22上。因此，根据第一实施方式，可使从光波导16发射并通过聚光透镜21聚焦在光纤22上的信号光束的截面形状等于光纤22的圆形截面形状。因此，与另外设置有不定形棱镜的结构相比，第一实施方式使得可实现能够改进光波导16与光纤22之间的耦合效率的紧凑和简化的结构。
[0049]另外，第一实施方式的光发送机10被配置为使得在基板13的宽度方向上看时准直透镜17的表面当中的射出信号光束的出射面的曲率与在基板13的厚度方向上看时准直透镜17的表面当中的射出信号光束的出射面的曲率相同。因此，与不定形棱镜相比，根据第一实施方式，可组合使用形状简化的准直透镜17和聚光透镜21以改进光波导16与光纤22之间的耦合效率。
[0050]另外，第一实施方式的光发送机10被配置为使得保持器18将准直透镜17-1至17-4沿着基板13的宽度方向按照阵列保持。因此，根据第一实施方式，与沿着基板的宽度方向分别保持多个准直透镜的结构相比，可沿着基板的宽度方向减小设备的尺寸。
[0051]另外，在第一实施方式的光发送机10中，保持器18和准直透镜17-1至17_4由硅制成。因此，根据第一实施方式，通过蚀刻等，保持器18和准直透镜17-1至17-4可一体地形成，并且准直透镜17-1至17-4的厚度也可减小。
[0052]另外，第一实施方式的光发送机10被配置为使得光波导16沿着基板13的宽度方向的宽度随着距光波导16的射出信号光束的出射端的距离减小而增大。因此，根据第一实施方式，可使准直透镜17所透射的信号光束的纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置更靠近准直透镜17。因此，根据第一实施方式，可使聚光透镜21设置的位置(S卩，纵截面直径D2和横截面直径Dl彼此一致的位置)更靠近准直透镜17。结果，根据第一实施方式，设备的尺寸可进一步减小。
[0053]本申请公开的光发送机的一个方面产生这样的效果:可利用紧凑且简化的结构改进光波导与光纤之间的耦合效率。
【主权项】
1.一种光发送机，该光发送机包括: 基板，该基板上形成有光波导； 光纤; 第一透镜，该第一透镜透射纵截面直径接近横截面直径的光束，所述光束是从所述光波导朝着所述光纤发射的，并且被配置为使得纵截面直径大于横截面直径，所述纵截面直径是沿着所述基板的厚度方向的纵截面的直径，所述横截面直径是沿着所述基板的宽度方向的横截面的直径；以及 第二透镜，该第二透镜沿着所述第一透镜透射的光束的行进方向设置在所述光束的所述纵截面直径和所述横截面直径彼此一致的位置处，所述第二透镜将所述光束聚焦在所述光纤上。2.根据权利要求1所述的光发送机，其中，在所述基板的所述宽度方向上看时所述第一透镜的表面当中的所述光束出射的出射面的曲率与在所述基板的所述厚度方向上看时所述第一透镜的表面当中的所述光束出射的出射面的曲率相同。3.根据权利要求1或2所述的光发送机，该光发送机还包括保持器，该保持器使多个所述第一透镜沿着所述基板的所述宽度方向按照阵列保持。4.根据权利要求3所述的光发送机，其中，所述保持器和所述多个第一透镜是由硅制成的。5.根据权利要求1所述的光发送机，其中，所述光波导具有沿着所述基板的所述宽度方向的宽度，所述宽度随着距所述光波导的射出光束的出射端的距离减小而增大。
【专利摘要】光发送机。第一透镜透射纵截面直径接近横截面直径的光束。所述光束从基板上的光波导发射，并且被配置为使得作为沿着基板的厚度方向的纵截面的直径的所述纵截面直径大于作为沿着基板的宽度方向的横截面的直径的所述横截面直径。第二透镜被设置在所述纵截面直径和所述横截面直径彼此一致的位置处，以将光束聚焦在光纤上。沿着第一透镜所透射的光束的行进方向，所述位置比第一透镜更靠近光纤。
【IPC分类】G02B6/42, H04B10/50
【公开号】CN104898209
【申请号】CN201510087781
【发明人】丸山真示, 佐佐木诚美, 柴田康平, 久保辉洋, 竹内信太郎, 加藤大织, 田中刚人
【申请人】富士通光器件株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年2月25日
【公告号】US20150253506
最新回复(0)