半导体受光模块的制作方法

1.本发明是关于对于连续的多个波长的受光灵敏度的变动(波动)较少的半导体受光模块，特别是关于使来自光纤的入射光通过模块侧的球面透镜而与半导体受光部结合的半导体受光模块。


背景技术：

2.在光通信领域中，随着信息量的增加，推进了将传输容量大容量化的技术开发。已有用于大容量化的波分复用方式(wdm)。此方法为使高速的信号加载于一个波长，并使用连续的多个波长(约1550～1610nm)，由此提高传输容量的方法。在wdm中，需要有对100个波长左右的每个输入波长连接至不同的输出端口的开关功能以及对每个波长调整透射光功率水平的衰减功能。具有此功能的零件称为波长选择开关(wavelength selective switch，wss)。
3.在wss内，于每个波长与端口的组合，光束的路径会不同，因此应当光束会交错。对于其所有的路径必须是低损耗且稳定，为了实现精密的衰减，因此要求在监测各波长的光输出的半导体受光模块中，不论对哪个波长(大致为1550-1610nm的范围)都具有相同灵敏度。通常要求在此波长范围内受光模块的灵敏度偏差在2％以内(或者0.1db以内)。
4.在专利文献1的半导体激光装置中，为了防止从激光元件到受光元件的入射光与在受光元件反射的反射光的干涉，而将受光元件配置成相对于入射光而从正交方向倾斜的倾斜状。
5.在专利文献2的半导体受光装置中，为了抑制来自光纤的入射光与来自受光面的反射光的干涉所造成的杂讯，因此使受光面相对于入射光的正交方向倾斜。
6.在专利文献3中记载了以熔融玻璃的压力成形制作半导体用透镜的技术。在专利文献4的半导体激光模块中，为了抑制从半导体激光射入光纤的入射光在光纤前端反射并回到半导体激光所产生的杂讯，而将光纤前端倾斜地形成。
7.图13是示意性放大图示具备透镜的一般半导体受光模块的剖面图。100为以熔融玻璃的压力成形制作而成的透镜。入射侧透镜面102的曲率半径设为r1且出射侧透镜面104的曲率半径设为r2。以与此透镜相向的方式将半导体受光元件106载置于适当高度。从出射侧透镜面104的底面至半导体受光元件106的表面的距离为数百微米左右。此距离在本说明书中称为lgap。若举具体例而言，则相对于r1＝836μm、r2＝3500μm，lgap为250μm。此数字为将透镜的折射率设为1.45的情形。
8.出射侧透镜面104(反射率r1)与半导体受光元件106的表面(反射率r2)形成所谓的共振器，通过出射侧透镜面104的光会在半导体受光元件106的表面与出射侧透镜面104之间引起多重反射。若产生多重反射，则如以下数学式(1)所计算的相对灵敏度(参考图14)，成为半导体受光模块的灵敏度会相对于波长λ的变动而周期性地变化(波动)。
9.[数1]
[0010][0011]
此波动在要求灵敏度平坦化的wdm系统中会成为致命性的缺陷。由图14可知，若反射率r1或r2变大，则波动的振幅会变大。
[0012]
现有技术文献
[0013]
专利文献
[0014]
专利文献1:日本特开昭58-21889号公报
[0015]
专利文献2:日本特开2012-129390号公报
[0016]
专利文献3:日本特开昭56-19685号公报
[0017]
专利文献4:日本特开昭61-138216号公报


技术实现要素：

[0018]
发明所欲解决的课题
[0019]
在图13、图14所示的现有技术中，从上述数学式(1)显然可知若无反射则波动会消除，但为了将波动抑制在2％以下，反射率必须在0.1％以下。工业上稳定地制造此值需要极为高水平的技术，因此难以加入制造工序中。
[0020]
若参考专利文献2，则会认为将半导体受光元件相对于光轴倾斜来组装亦为一个解决方式，但将半导体受光元件倾斜搭载时，需要导入适合于倾斜装配的装配装置，或是使lgap小至数百μm，因此半导体受光元件与出射侧透镜面有可能碰撞。
[0021]
此外，专利文献4中虽然提示了使入射纤维的前端倾斜的想法，但未提及任何关于透镜的内容。
[0022]
本发明目的在于可解决现有技术中的上述课题，并且提供在必要的波长范围内灵敏度的波动较少的半导体受光模块。
[0023]
解决课题的技术方案
[0024]
权利要求1的半导体受光模块的特征在于，具有入射侧透镜面的曲率半径为r1且出射侧透镜面的曲率半径为r2的球面透镜，且构成为所述入射侧透镜面的光轴设定成与入射光的光轴平行，而通过所述球面透镜将所述入射光聚光于半导体受光元件的受光部，在所述半导体受光模块中，所述曲率半径r1《曲率半径r2，并且将所述出射侧透镜面的光轴相对于所述入射侧透镜面的光轴倾斜设定角度以上，以使所述球面透镜的出射光的一部分在所述受光部反射所产生的反射光不会射入至出射光穿透所述出射侧透镜面的区域。
[0025]
根据上述的结构，将所述出射侧透镜面的光轴相对于所述入射侧透镜面的光轴倾斜设定角度以上，因此球面透镜的出射光的一部分在受光部反射所产生的反射光不会射入至出射光穿透所述出射侧透镜面的区域。因此，对于连续的多个波长的入射光的波动几乎都被消除，半导体受光模块的灵敏度偏差可降低至2％以内。
[0026]
权利要求2的半导体受光模块的特征在于，具有入射侧透镜面的曲率半径为r1且出射侧透镜面的曲率半径为r2的球面透镜，且构成为所述入射侧透镜面的光轴及所述出射侧透镜面的光轴设定成与入射光的光轴平行，而通过所述球面透镜将所述入射光聚光于半导体受光元件的受光部，在所述半导体受光模块中，所述曲率半径r1《曲率半径r2，并且使
所述出射侧透镜面的顶点相对于所述入射侧透镜面的光轴往光轴正交方向偏移预定距离以上，以使所述球面透镜的出射光的一部分在所述受光部反射所产生的反射光不会射入至出射光穿透所述出射侧透镜面的区域。
[0027]
根据上述的结构，使所述出射侧透镜面的顶点相对于所述入射侧透镜面的光轴往光轴正交方向偏移预定距离以上，因此球面透镜的出射光的一部分在所述受光部反射所产生的反射光不会射入至出射光穿透所述出射侧透镜面的区域。
[0028]
因此，与权利要求1同样地，对于连续的多个波长的入射光的波动几乎被消除，半导体受光模块的灵敏度偏差降低至2％以内。
[0029]
权利要求3的半导体受光模块的特征在于，在权利要求1的发明中，在设成从所述出射侧透镜面至所述受光部的距离为250μm且所述受光部的直径为80μm的情形中，所述设定角度为2.5度。
[0030]
权利要求4的半导体受光模块的特征在于，在权利要求2的发明中，在设成所述出射侧透镜面的曲率半径r2为1500μm～3500μm，从所述出射侧透镜面至所述受光部的距离为250μm且所述受光部的直径为80μm的情形中，所述预定距离为150μm。
[0031]
发明效果
[0032]
如上述，根据本发明可发挥前述的效果。
附图说明
[0033]
图1是本发明的实施例1的半导体受光模块的纵剖面图。
[0034]
图2是球面透镜、入射光及受光部。
[0035]
图3是表示将软化玻璃设置于帽盖的状态的纵剖面图。
[0036]
图4是表示以上成形模具及下成形模具将软化玻璃成形的状态的纵剖面图。
[0037]
图5是表示出射侧透镜面的倾斜角、及来自受光部的反射光与出射光穿透出射侧透镜面的区域重叠的比率的关系的特性图。
[0038]
图6是表示倾斜角为0.5
°
时的光线的穿透形态的球状透镜的纵剖面图。
[0039]
图7是表示在图6的情形中，出射侧透镜面中的出射光以及在受光部反射的光线的光迹的说明图。
[0040]
图8是表示倾斜角为5
°
时的光线的穿透形态的球状透镜的纵剖面图。
[0041]
图9是表示在图8的情形中，出射侧透镜面中的出射光以及在受光部反射的光线的光迹的说明图。
[0042]
图10是使r2改变时的与图5同样的特性图。
[0043]
图11是实施例2的半导体受光模块的纵剖面图。
[0044]
图12是实施例2的出射侧透镜面的光轴偏移量、及来自受光部的反射光与出射光穿透出射侧透镜面的区域重叠的比率的关系的特性图，且为使r2改变时的特性图。
[0045]
图13是现有技术的半导体受光模块的纵剖面图。
[0046]
图14是表示现有技术的波长与相对灵敏度的关系的线状图。
具体实施方式
[0047]
接着，以下基于实施例说明本发明的具体实施方式。
[0048]
实施例1
[0049]
如图1、图2所示，半导体受光模块1例如为光通信领域中的波长选择开关所使用的半导体受光模块，但也能在其他用途采用。半导体受光模块1与光纤30及套圈31的前端相对向地配置，并将从光纤30接受到的光信号转换成电气信号。
[0050]
此半导体受光模块1具备：硼硅酸玻璃制的球面透镜2；受光部3，其由在与此球面透镜2之间隔有预定的间隙lgap并相向的半导体受光元件所构成；科伐合金制的安装台4，其安装受光部3；科伐合金制的导线5，其从此安装台4往下方延伸；科伐合金制的筒状的帽盖6，其支撑球面透镜2；以及科伐合金制的基板7，其支撑此帽盖6的下端突缘6b；导线5贯通基板7的孔7a并往下方延伸。
[0051]
所述球面透镜2的入射侧透镜面10的曲率半径为r1，且入射侧透镜面10的光轴10a与从光纤30射入的入射光11的光轴11a平行且配置成同心状。在入射侧透镜面10的光轴10a的位置，出射侧透镜面12与受光部3之间具有间隙lgap。受光部3的中心是与入射光11的光轴11a一致(参照图2)。
[0052]
球面透镜2的出射侧透镜面12的曲率半径为r2，且入射侧透镜面10的曲率半径为r1设定成小于出射侧透镜面12的曲率半径r2。出射侧透镜面12的光轴12a相对于入射侧透镜面10的光轴10a倾斜设定角度θ以上，以使从球面透镜2射出的出射光13的一部分在受光部3反射所产生的反射光13a不会射入至出射光穿透出射侧透镜面的区域。此外，出射侧透镜面12的反射率为r1，受光部3的反射率为r2。
[0053]
在本实施例的情形中，例如，曲率半径r1为836μm，曲率半径r2为3500μm，间隙lgap为250μm，受光部3的直径为80μm，从光纤30入射的入射光11的直径为150μm，球面透镜2的折射率为1.45。但上述数值为例示，并不限定于这些数值。但基于图5并如后述，设定角度θ为2.5度。
[0054]
如图2所示，入射光11射入球面透镜2并在入射侧透镜面10折射，入射光11的直径逐渐变细而聚光，在出射侧透镜面12折射后，大部分的出射光13聚光于受光部3。但出射光13的一部分会在受光部3的表面反射。但是，出射侧透镜面12的光轴12a相对于入射侧透镜面10的光轴10a倾斜2.5度以上，因此在出射侧透镜面12的反射光13a不会再次射入出射光通过出射侧透镜面的区域，而不会在相同光路往返，因此可防止多重反射。
[0055]
接着，基于图3、图4说明制作由上述球面透镜2及帽盖6所构成的透镜单元17的方法。
[0056]
如图3所示，使已软化的硼硅酸玻璃的软化玻璃体14装载并支撑于所述科伐合金制的帽盖6(外径约1700μm)的上端卡合部6a的开口部6h。接着，如图4所示，将用以成形出射侧透镜面12的科伐合金制的下模15，亦即能够如前述般成形相对于入射侧透镜面10的光轴10a倾斜2.5度以上的出射侧透镜面12的下模15，滑动自如地插入帽盖6的内部的软化玻璃体14的下方的位置。
[0057]
与上述并行的使用以成形入射侧透镜面10的科伐合金制的上模16与软化玻璃体14的上方相向后，通过图示外的推压装置将下模15及上模16同时往互相接近方向推压，将软化玻璃体14压缩成形后冷却。然后，取下下模15及上模16，借此可制作附球面透镜的透镜单元17。
[0058]
图5是表示使出射侧透镜面12的光轴12a相对于入射侧透镜面10的光轴10a的倾斜
角θ在0～4度的范围改变，将来自受光部的反射光与出射光穿透出射侧透镜面的区域重叠的比率通过计算机模拟的结果。
[0059]
在倾斜角θ为0～2.5度的范围时重叠的比率为数％以上，特别是在倾斜角θ为1度以下时，重叠比率成为50％以上，可知会在受光部3与出射侧透镜面12之间产生多重反射。在倾斜角θ为2.5度以上时重叠的比率收束至0％，因此为了防止多重反射，必须将倾斜角θ设定成2.5度以上。
[0060]
图6是表示倾斜角θ为0.5度时的球面透镜2、入射光11及出射光13、受光部3的纵剖面图；图7是表示在图6的情形中，出射侧透镜面12的100μm范围中的出射光及在受光部3反射的光线的光迹的背面图。在此图7中，圆18表示在受光部3进行一次反射而射入出射侧透镜面的反射光的光迹，圆19表示在受光部3与出射侧透镜面12进行三次反射而射入出射侧透镜面12的反射光的光迹。
[0061]
图8是表示倾斜角θ为5度时的球面透镜2、入射光11及出射光13、受光部3的纵剖面图；图9是表示在图8的情形中，出射侧透镜面12的200μm范围中的出射光及在受光部3反射的光线的光迹的背面图。在图9中，圆20表示在受光部3进行一次反射而射入出射侧透镜面的反射光的光迹，圆21表示在受光部3及出射侧透镜面12进行三次反射而射入出射侧透镜面12的反射光的光迹。
[0062]
亦可在图8中看出射光13聚光于受光部3的中心附近位置。
[0063]
图10是表示使出射侧透镜面12的曲率半径改变为1500μm、2500μm及3500μm三种，并与图5同样地将来自受光部3的反射光与出射光穿透出射侧透镜面的区域重叠的比率通过计算机模拟的结果。可知即使在出射侧透镜面12的曲率半径r2改变时，在倾斜角θ为2.5度以上则重叠的比率会收束至0％。
[0064]
接着说明以上说明的半导体受光模块1的作用及效果。
[0065]
将出射侧透镜面12的光轴12a相对于入射侧透镜面10的光轴10a倾斜设定角度θ(但θ＝2.5度)以上，因此球面透镜2的出射光13的一部分在受光部3反射所产生的反射光13a不会射入至出射光穿透出射侧透镜面的区域。因此，对于连续的多个波长λ的入射光的波动几乎被消除，半导体受光模块1的灵敏度偏差可降低至2％以内。
[0066]
实施例2
[0067]
接着，说明实施例2的半导体受光模块1a。
[0068]
但是，与所述实施例1同样的构成要素附上相同的符号并省略说明，主要仅说明不同的构成。
[0069]
在所述实施例1中，将出射侧透镜面12的光轴12a相对于入射侧透镜面10的光轴10a倾斜设定角度θ以上，但若在入射光11的光轴11a的位置(亦即，入射侧透镜面10的光轴10a的位置)将出射侧透镜面12形成为倾斜状态，则可获得与实施例1同样的作用效果。
[0070]
如图11所示，此半导体受光模块1a具有入射侧透镜面10的曲率半径为r1且出射侧透镜面12的曲率半径为r2的球面透镜2a，且所述半导体受光模块构成为入射侧透镜面10的光轴10a及出射侧透镜面12a的光轴12b设定成与入射光的光轴11a平行，而通过球面透镜2a将入射光聚光于半导体受光元件的受光部3。
[0071]
所述曲率半径r1《曲率半径r2，并且使出射侧透镜面12a的顶点12c相对于入射侧透镜面10的光轴10a往光轴正交方向偏移预定距离s以上，以使球面透镜2a的出射光的一部
分在受光部3反射所产生的反射光不会射入至出射光穿透出射侧透镜面的区域。
[0072]
图12是表示使出射侧透镜面12a的曲率半径改变为1500μm、2500μm及3500μm三种，并使出射侧透镜面的顶点12c相对于入射侧透镜面10的光轴10a往光轴正交方向偏移的偏移距离在0～200μm的范围改变时，将来自受光部3的反射光与出射光穿透出射侧透镜面的区域重叠的比率通过计算机模拟的结果。可知即使在出射侧透镜面12a的曲率半径r2改变时，偏移距离为150μm以上则重叠的比率会收束至0％。
[0073]
如此一来，必须使出射侧透镜面12a的顶点12c相对于入射侧透镜面10的光轴10a往光轴正交方向偏移150μm以上。
[0074]
此外，上述半导体受光模块1a的作用及效果与所述半导体受光模块1同样，因此省略说明。
[0075]
接着，说明将所述实施例的局部改变的例子。
[0076]
(1)在图3及图4虽以制作一组半导体受光模块1的情形作为例子来说明，但实际上亦可使用排列成直排状的多个帽盖6及下模15以及排列成直排状的多个上模16，从而同时制作排列成直排状的多个半导体受光模块。
[0077]
(2)所述半导体受光模块1、1a中的帽盖6的构造或基板7的构造仅为一例，能够采用各种构造。
[0078]
并且，实际上也可设置将管部件、安装台及受光部相对于帽盖及基板于高度方向定位的定位机构，但在此省略图示。
[0079]
(3)另外，只要是所属技术领域的技术人员，则能在不超出本发明的主旨下，以对所述实施例附加各种变更的方式进行实施，本发明也包括这样的改变方式。
[0080]
附图标记说明
[0081]
1、1a
ꢀꢀꢀꢀ
半导体受光模块
[0082]
2、2a
ꢀꢀꢀꢀ
球面透镜
[0083]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
受光部
[0084]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
入射侧透镜面
[0085]
10a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
入射侧透镜面的光轴
[0086]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
入射光
[0087]
11a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
入射光的光轴
[0088]
12、12a
ꢀꢀ
出射侧透镜面
[0089]
12a、12b 出射侧透镜面的光轴
[0090]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
出射光
[0091]
13a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反射光