专利名称：光通信组件以及光通信组件用光学元件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及安装在光纤的端部，用于接收经过光纤发送来的光信号的同时经过光纤发出光信号的光通信组件。
背景技术：
在使用波长不同的光的双向传输的光通信系统中，在经过光纤收发光信号的终端，设置包括由感光元件、发光元件、透镜等构成的光学系统的光通信组件。在现有的光通信组件中，作为构成光学系统的光学元件，大多使用玻璃制的透镜。然而，由于玻璃制的透镜的价格较高，因此正在研究把其做成树脂制的透镜。然而，在一般的树脂制的透镜中，由于温度变化而产生不能够忽视的折射率变化，因此例如不能够把从发光元件出射的光束适宜地成像到光纤的端面上，由此有可能降低光纤的耦合效率。
对此，在专利文献1中记载的半导体激光器组件中，在树脂制的聚光透镜的光学面上形成了衍射环带构造，通过利用当由于温度变化在聚光透镜中产生了折射率变化时，来自半导体激光器的振荡波长也变化这一点，使伴随着半导体激光器振荡器的振荡波长对于温度变化的移动产生的焦点移动与伴随着上述树脂制透镜由于温度变化引起的折射率变化和热膨胀或者热收缩产生的焦点移动相互抵消，进行温度补偿。
专利文献1特开平11-142696号公报然而，在专利文献1中记载的半导体激光器组件中，只有在对于光纤传送从发光元件出射的光的情况下能够进行温度补偿，而在用感光元件接收从光纤传送来的光的情况下，经过光纤传输而传送来的光的振荡波长并不随半导体激光器组件一侧的温度变化而变化。从而，具有当由于温度变化在聚光透镜中产生了折射率变化时，不能够抑制其焦点移动的问题。
另外，如果像专利文献1中记载的半导体激光器组件那样，在聚光透镜中形成大量的衍射环带，则不可避免降低效率，存在由于光量降低对于通信产生重大影响因此并不理想的问题。使用了衍射环带的技术说起来是众所周知的，例如在拾光装置的领域中，为了进行球面像差修正而采用，其目的是不同标准(基板厚度不同)的光盘的互换、色差修正、色球面像差修正等。关于微小的焦点调整，通过使物镜自动聚焦来相对应，使半导体激光器的振荡偏移产生的焦点移动与树脂制透镜由于温度变化引起的折射率变化和热膨胀或者热收缩产生的焦点移动高精度地平衡在设计上非常困难。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的问题，目的在于提供能够提高光纤的耦合效率的光通信组件。
本发明的光通信组件的结构具备入射从光纤的端面出射的波长λ1的光的感光元件；出射波长λ2的光的发光元件；配置在上述感光元件以及上述发光元件与上述光纤的端面之间，把从上述光纤的端面出射的波长λ1的光聚光到上述感光元件的感光面上，把从上述发光元件出射的λ2的光聚光到上述光纤的端面上的第1光学元件，上述第1光学元件具备具有正的光焦度的第1光学面和形成了预定的衍射构造的第2光学面，上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少被分割为包括光轴的第1光学功能面和位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述光学功能面经过光轴方向上形成的阶差而设置的第2光学功能面。
图1的(a)～(c)用于说明本发明的原理。
图2的(a)和(b)用于说明本发明的原理。
图3的(a)和(b)用于说明本发明的原理。
图4的(a)和(b)表示分割了第1光学元件OE的光学功能面中的光轴方向阶差量d与耦合效率的关系。
图5是第1实施形态的光通信组件的概略剖面图。
图6的(a)～(c)表示透镜5。
图7是第2实施形态的光通信组件的概略剖面图。
图8是表示光纤1与透镜5的位置关系的概略图。
图9是实施例1的第1光学元件OE的剖面图。
图10的(a)和(b)表示光纤端面中的光点形状，纵轴是点像强度，横轴是距光点中心的距离。
图11是实施例2的第1光学元件OE的剖面图。
图12表示第1光学元件OE的变形例，(a)是沿着光轴方向观看的图，(b)是沿着光轴正交方向观看的图。
图13表示第1光学元件OE的变形例，(a)是沿着光轴方向观看的图，(b)是沿着光轴正交方向观看的图。
图14表示第1光学元件OE的变形例，(a)是沿着光轴方向观看的图，(b)是沿着光轴正交方向观看的图。
图15是第3实施形态的光通信组件的概略剖面图。
图16是第3实施形态的光通信组件的概略剖面图。
图17是第4实施形态的光通信组件的概略剖面图。
图18的(a)～(c)是实施例3的第1光学元件OE的剖面图。
图19的(a)～(c)是实施例4的第1光学元件OE的剖面图。
具体实施例方式
以下，说明本发明的理想的结构。
方案1中描述的光通信组件具备入射从光纤的端面出射的波长λ1的光、具有感光面的第1感光元件；出射波长λ2(λ1≠λ2)的光的发光元件；
配置在上述第1感光元件以及上述发光元件与上述光纤的端面之间，把从上述光纤的端面出射的波长λ1的光聚光到上述第1感光元件的感光面上，把从上述发光元件出射的λ2的光聚光到上述光纤的端面上的第1光学元件，上述第1光学元件具备具有正的光焦度的第1光学面；形成了当通过了上述波长λ2的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的m(m是包括0的整数)次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n(m≠n，n是整数)次衍射光的衍射构造的第2光学面，上述第1光学面和上述第2光学面的一方至少被分割为包括光轴的第1光学功能面；位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述第1光学功能面经过光轴方向上形成的阶差而设置的第2光学功能面。
方案2中描述的光通信组件在方案1中描述的结构中，还具备配置在上述发光元件与上述第1光学元件之间、具有正的光焦度的第2光学元件。
方案3中描述的光通信组件在方案1和2中描述的结构中，上述衍射构造是当通过了上述波长λ2的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的0次射光，当通过了上述波长λ1的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n(n是0以外的整数)次衍射光的衍射构造，上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少包括上述第1光学功能面和上述第2光学功能面，被分割为具有光轴方向上形成的阶差的多个光学功能面，上述被分割了的光学功能面的数量是2～4的任一个。
方案4中描述的光通信组件在方案3中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的数量是2或者3。
方案5中描述的光通信组件在方案3或者4中描述的结构中，从光轴方向观看该被分割了的各光学功能面时的几何重心位置与光轴一致。
首先，在适用本发明的光通信组件的情况下，要求不具有可动结构，而是尽可能保持被组装的初始状态的结构。或者，由于所谓的NA也比光盘的领域而言小，因此与球面像差修正相比较，要求在保持焦点位置方面下功夫(在减小散焦量方面下功夫)。
如果详细地叙述这一点，则本发明那样的具有发送侧·接收侧的双方功能的所谓双向通信的光通信组件不仅以个人计算机，还以对于家庭用信息设备等的应用为目的，要求体积小。与此相伴随，感光一侧·发光一侧的半导体元件也都很小，特别是小型化了的感光侧元件对于聚光点的大小变动很敏感。因此，为了提高耦合效率以及实现通信的高速·稳定，光通信组件内的光学元件要求在把焦距保持为恒定方面下功夫。
因此本发明者们锐意研究的结果，成功地得到不会导致功率大幅度降低，另外不需要可动部件等，在由温度变化引起的焦点位置变化少的光学元件方面下功夫，大幅度地扩展了可使用的温度范围的光通信组件。
更具体地说明本发明的形态。在本发明的光通信组件中，在上述发光元件中使用了半导体发光元件的情况下，温度由于输出时的发热而上升。特别是如果提高发光功率，则光通信组件内的温升显著。在主要使用了树脂的光学元件中，具有伴随着以温升为起因的折射率变化，焦距加长的倾向。即，由温升引起的焦距的伸长是不可避免的，其结果，形成在感光元件上的聚光点形状模糊，光纤端面上的聚光点增大，耦合效率降低。
因此，在本发明的形态中，把上述第1光学面和上述第2光学面的一个分割为多个光学功能面，通过使这样的光学功能面向光轴方向偏移进行温度补偿。由该光学功能面的偏移形成的阶差的数量很少，由此使透过的光束的波面偏移，抑制焦距的变动。从而，沿着光学元件的厚度减少的朝向设置阶差。例如，在光学元件的光学面上，与位于其外侧的光学功能面相比较，使位于中间部分的光学功能面偏移成在光轴方向上凹。另外，分割并偏移的光学功能面少这一点很理想。通过把该分割数抑制为很少的2～4，更理想的是2～3，抑制分割边界部分的形状误差产生的散射光，能够谋求维持效率。来自光纤的光量根据接收一侧的状态有时候很少，在专利文献1的技术中，由于聚光透镜的效率降低，损失感光元件中的光量，有可能带来S/N的降低。
参照图1(a)～1(c)说明本形态的原理。在图1(a)中，通过了第1光学元件(未图示)的光的波面在基准温度下，如用实线WS所示那样成为球面的一部分，在作为该球面中心的位置A上连接焦点。这里，在用树脂形成第1光学元件的情况下，当产生了温升时，不能够忽视由其引起的折射率变化。如果产生这种折射率变化，则通过了第1光学元件的光的波面如用虚线WS’所示，成为半径更大的球面的一部分，在作为该球面中心的位置B上连接焦点。即，随着温升，焦点位置沿着从第1光学元件离开的方向移动。
这里，考虑在第1光学元件的光学面上设置沿着光轴偏移的光学功能面的情况。在图1(b)中，为了使说明简单，用平行平板表示第1光学元件OE，在其中央以光轴为中心形成圆形的第1光学功能面OP1，在其周围形成第2光学功能面OP2。
这里，当使入射到第1光学元件OE的光的波面WS为平面时，在从第1光学元件OE出射的光中，与中央的第1光学功能面OP1相对应的波面WS1以比与周围的第2光学功能面OP2相对应的波面WS2超前的相位行进。该行进的程度(相位差)由于依赖于光学功能面OP1、OP2的阶差d，因此例如在标准温度下，通过调整阶差d，能够使波面WS1与波面WS2的相位一致，由此视觉上，能够使从第1光学元件OE出射的光的波面成为与入射波面WS相同的平面。这种情况下，焦点位置(这里是无限远)不发生变化。
另一方面，在第1光学元件OE的温度变化的情况下，构成第1光学元件OE的材料的折射率发生变化，由此波面的相位差变化。例如，如果第1光学元件OE的温度上升，则由于折射率降低，中央的第1光学功能面OP1相对应的波面WS1与周围的第2光学功能面OP2相对应的波面WS2的相位差减少(参照图1(b)所示的虚线)，因此由这些波面近似地形成的波面WSt成为凹形，焦点位置从无限远向接近位置变动。
根据上述所知，由于以温度变化产生的第1光学元件的折射率变化为起因的焦点位置的变动(参照图1(a)与以温度变化产生的第1光学元件的阶差的波面变化为起因的焦点位置的变动(参照图1(b))的变动方向相反，因此通过使它们的绝对值几乎相等，能够与温度变化无关维持通过了第1光学元件的光的波面WS的形状，由此能够抑制焦点位置的变动(参照图1(c))。另外，通过把光学功能面的数量取为小于等于4，最好是小于等于3，能够抑制光量降低。
方案6中描述的光通信组件在方案3～5的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的至少一个是以光轴为中心的环带。
上述光通信组件在方案3～5的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的边界的至少一个当沿着光轴方向观看时也可以是多角形。
另外，上述光通信组件在方案3～5的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的边界的至少一个当沿着光轴方向观看时也可以是椭圆(包括圆，以下相同)。
另外，光通信组件在方案3～5的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面也可以形成在上述第1光学面上。
方案7中描述的光通信组件在方案1或2中描述的结构中，上述衍射构造是当通过了上述波长λ2的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的0次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n(n是0以外的整数)次衍射光的衍射构造。
上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少包括上述第1光学功能面和上述第2光学功能面，被分割为具有光轴方向上形成的阶差的多个光学功能面，上述被分割了的光学功能面的面积比例满足以下的(1)式。
0.05≤Sn/S0≤0.68(1)式中，Sn把设置了上述被分割了的光学功能面的光学面在光轴方向、与其正交的面上投影了的区域的面积。
S0当把上述被分割了的光学功能面中距光轴最远的光学功能面作为外周光学功能面时，把比外周光学功能面更内侧的光学功能面在光轴方向、与其正交的面上投影了的区域的面积。
在上述结构中，上述被分割的各光学功能面从光轴方向观看时的几何重心位置也可以与光轴一致。
与方案1描述的结构相同，由于在上述第1光学元件上设置具有阶差的光学功能面，因此例如即使在用树脂形成上述第1光学面的情况下，也能够抑制由温度变化产生的焦点位置的变动。进而，依据本结构，可以得到以下的效果。
参照图2(a)和2(b)说明本结构的原理。如图2(a)所示，第1光学元件OE具有中央的第1光学功能面OP1、其周围的第2光学面功能面(外周光学功能面)OP2。这里，如果把第1光学功能面OP1的半径记为r1，把第2光学功能面OP2的半径记为r2，则把设置了被分割的光学功能面OP1、OP2的光学面沿着光轴方向、在与其正交的面上投影时的面积用Sn＝π·r22表示，把第2光学功能面OP2内侧的光学功能面OP1沿着光轴方向、在与其正交的面上投影时的面积用S0＝π·r12表示。
图2(b)中，纵轴是耦合效率，横轴是Sn/S0。依据本发明者们的研究结果，在没有设置被分割了的光学功能面的情况下(参照图2(a)的虚线，在图2(b)中是Sn/S0＝1的情况)，如果环境温度从基准温度25℃上升到70℃，则耦合效率大约降低到一半。而与此不同，如果设定为使得Sn/S0满足(1)式，则即使环境温度从基准温度25℃上升到70℃，也能够把耦合效率的降低抑制在两成或其以内。
方案8中描述的光通信组件在方案7中描述的结构中，由于上述被分割了的光学功能面的面积比例满足以下的(2)式，因此参照图2(b)，即使环境温度从基准温度25℃上升到70℃，也能够把耦合效率的降低抑制为一成左右。
0.08≤Sn/S0≤0.58(2)方案9中描述的光通信组件在方案7或8中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的至少一个是以光轴为中心的环带。
方案10中描述的光通信组件在方案9中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面是以光轴为中心的环带，与上述环带中除去了最外层的环带的区域相对应的数值孔径NAn相对于设置了上述环带的光学面的数值孔径NA0，满足以下的(3)式。(3)式是把(1)式换算为数值孔径的公式。
0.22≤NAn/NA0≤0.83(3)上述光通信组件在方案10中描述的结构中，最好满足以下的(4)式。(4)式是把(2)式换算为数值孔径的公式。
0.28≤NAn/NA0≤0.77(4)上述光通信组件在方案7～10的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的边界的至少一个当沿着光轴方向观看时也可以是多角形。
另外，上述光通信组件在方案7～10的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的边界的至少一个当沿着光轴方向观看时也可以是椭圆。
上述光通信组件在方案7～10的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面可以形成在上述第1光学面上。
方案11中描述的光通信组件在方案1或2中描述的光通信组件中，上述衍射面是当通过了上述波长λ2的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的0次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n(n是0以外的整数)次衍射光的衍射构造，在上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少包括上述第1光学功能面和上述第2光学功能面，被分割为具有光轴方向上形成的阶差的多个光学功能面，上述被分割了的光学功能面的光轴方向阶差量d满足以下的(5)式。
3.1[/mm]×λ2≤d/f≤5.8[/mm]×λ2(5)式中，f上述第1光学元件的焦距在上述结构中，从光轴方向观看被分割了的各光学功能面时的几何重心位置也可以与光轴一致。
与方案1中描述的结构相同，由于在上述的光学元件中设置具有阶差的光学功能面，因此例如即使在用树脂形成了上述第1光学元件的情况下，也能够抑制由温度变化产生的焦点位置的变动。进而，如果依据本结构，则通过规定上述被分割了的光学功能面的光轴方向阶差量d，可以得到以下的效果。
参照图3(a)～4(b)说明本发明的形态的原理。图3(a)表示设置了最佳的光轴方向阶差量d时的波面的状态，图3(b)表示设置了非最佳的光轴方向阶差量(d+Δd)时的波面的状态。如上所述，通过使以由温度变化产生的第1光学元件OE的折射率变化为起因的焦点位置的变动(参照图1(a))与以由温度变化产生的第1光学元件OE的阶差的波面变化为起因的焦点位置的变动(参照图1(b))的绝对值几乎相等，能够与温度变化率无关，维持通过了第1光学元件OE的光的波面WS的形状。
这样，对于与温度变化无关能够维持通过了第1光学元件OE的光的波面WS的形状的光轴方向阶差量d，在使光轴方向阶差增大到(d+Δd)的情况下，例如，温度上升了时的波面的相位差的偏差ΔT增大，其结果修正有可能过剩。因此，本发明者们如以下那样求光轴方向阶差量d的最佳范围。
图4(a)是以耦合效率为纵轴、以(d/f)/λ2为横轴表示的图。(d/f)/λ2是把由分割了第1光学元件OE的光学功能面中的光轴方向阶差量d(参照图2(a))和第1光学元件OE的焦距f表示的值d/f进而用波长λ2除的值。如图4(a)所示，如果设定为使得(d/f)/λ2满足(5)式，则即使环境温度从基准温度25℃上升到70℃，也能够把耦合效率的降低抑制在两成或其以内。
方案12中描述的光通信组件在方案11中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的光轴方向阶差量d满足以下的(6)式。
2.9[/mm]×λ1≤d/f≤5.4[/mm]×λ1(6)图4(b)是以耦合效率为纵轴，以把由分割了第1光学元件OE的光学功能面中的光轴方向阶差量d(参照图2(a))和第1光学元件OE的焦距f表示的值d/f进而用波长λ1除的值(d/f)/λ1为横轴表示的图。如图4(b)所示，如果设定为使得(d/f)/λ1满足(6)式，则即使环境温度从基准温度25℃上升到70℃，也能够进一步抑制耦合效率的降低。
方案13中描述的光通信组件在方案11或者12中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的至少一个是以光轴为中心的环带。
上述光通信组件则方案11～13的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的边界的至少一个当沿着光轴方向观看时也可以是多角形。
上述光通信组件在方案11～13的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面的边界的至少一个当沿着光轴方向观看时也可以是椭圆。
上述光通信组件在方案11～13的任一项中描述的结构中，上述被分割了的光学功能面既可以形成在上述第1光学面上，也可以形成在第2光学面上。
方案14中描述的光通信组件在方案1～13的任一项中描述的结构中，上述第1光学面至少被分割为包括光轴的第1光学功能面和位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述第1光学功能面在第1光学元件的光轴方向的厚度增厚的方向上经过阶差设置的第2光学功能面。
方案15中描述的光通信组件在方案1～14的任一项中描述的结构中，上述波长λ1以及上述波长λ2满足以下的条件。
1480nm≤λ1≤1500nm1280nm≤λ2≤1340nm方案16中描述的光通信组件在方案1～15的任一项中描述的结构中，上述光通信组件还具备入射从光纤的端面出射的波长λ3的光、与上述第1感光元件不同的第2感光元件，形成在上述第1光学元件的上述第2光学面上的上述衍射构造是当通过了波长λ3(λ1≠λ3，λ2≠λ3)的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的每一个都高的q(m≠q，q是整数)次衍射光的衍射构造，上述第1光学元件把从上述光纤的端面出射的上述波长λ3的光聚光到上述第2感光元件的感光面上。
方案17中描述的光通信组件在方案16中描述的结构中，上述波长λ1、λ2、λ3满足以下的条件。
1480nm≤λ1≤1500nm1280nm≤λ2≤1340nm1530nm≤λ3≤1570nm方案18中描述的光通信组件在方案1～17的任一项中描述的结构中，上述光纤的端面对于轴线倾斜。
方案19中描述的光通信组件在方案1～17的任一项中描述的结构中，上述光纤的端面对于轴线正交。
方案20中描述的光通信组件在方案1～19的任一项中描述的结构中，在上述衍射构造中，当通过了上述波长λ1的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的1次衍射光。
方案21中描述的光通信组件在方案1～20的任一项中描述的结构中，上述衍射构造由于是沿着预定方向周期性地形成的阶梯形衍射构造，因此特别是通过形成在平面的光学面上，制造容易而很理想，但也可以是耀光型的衍射构造。
方案22中描述的光通信组件在方案1～21的任一项中描述的结构中，上述第1光学元件是树脂制的。
作为适于本发明的光学元件树脂材料，有环形烯烃系列或者「アサ-マル树脂」。所谓ァサ-マル树脂，是分散了具有与伴随着作为母材的树脂的温度变化的折射率变化相反的符号的折射率变化率的直径小于等于30nm的粒子的树脂材料。一般，如果在透明的树脂材料中混合微粉末，则由于产生光的散射，透射率降低，因此难以用作为光学材料，但是发明者们知道了通过使微粉末成为比透射光束的波长小的大小，则能够使得事实上不发生散射。
树脂材料通过温度上升，折射率降低，而无机粒子如果温度上升则折射率上升，这一点也是熟知的。因此，通过使这些性质相互抵消发生作用，使得不产生折射率变化。作为本发明的物镜光学元件的材料，通过利用在成为母材的树脂中分散小于等于30纳米，最好小于等于20纳米，进而更理想的是10～15纳米的无机粒子的材料，能够提供没有或者极低的折射率温度依赖性的物镜光学元件。
例如，在丙烯树脂中分散氧化铌(Nb2O5)的微粒子。体积比是成为母材的树脂为是80，氧化铌为20左右的比例，把它们均匀地混合。微粒子存在易于凝聚的问题，但是根据在粒子表面提供电荷使其分散等的技术，能够产生出必要的分散状态。
如后所述，成为母材的树脂与粒子的混合·分散最好在物镜光学元件的注射成形时在线进行。换言之，在混合·分散了以后至成形物镜光学元件之前，最好不进行冷却·固化。
另外，该体积比例也能够为了控制折射率对于温度变化比例而适宜地增减，还可以混合分散多种类型的毫微尺寸的无机粒子。
比例在上述的例子中是80∶20，即4∶1，而也能够适宜地在90∶10(9∶1)～60∶40(3∶2)之间调整。如果比9∶1少则温度变化抑制的效果减小，反之如果超过3∶2则由于在树脂的成形性方面产生问题因此并不理想。
微粒子最好是无机物，进而最好是氧化物。而且，最好是氧化状态饱和，不能够进而氧化的氧化物。
是无机物这一点由于把成为高分子有机化合物的母材的树脂的反应抑制得很低因此很理想，另外，通过是氧化物，能够防止伴随使用的恶化。特别是，在高温或者照射激光的严格条件下，易于促进氧化，而如果是这种无机氧化物的微粒子，则能够防止由氧化产生的恶化。
另外，为了防止由其它原因引起的树脂氧化，当然也可以添加氧化防止剂。
顺便指出，成为母材的树脂能够适宜地理想地采用特开2004-144951号、特开2004-144954号、特开2004-144953号等中记载的树脂。
方案23中记载的光通信组件在方案1～22的任一项中记载的结构中，具备上述第1光学功能面和上述第2光学功能面的光学面具有光程差赋予构造。
作为「光程差赋予构造」，有衍射构造或者NPS(非周期相位结构)等。
方案24中描述的光通信组件用光学元件配置在第1感光元件以及发光元件与光纤的端面之间，把从上述光纤的端面出射的波长λ1的光聚光到上述第1感光元件的感光面上，把从上述发光元件出射的λ2(λ1≠λ2)的光聚光到上述光纤的端面上，具备具有正的光焦度的第1光学面；形成了当通过了上述波长λ2的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的m(m是包括0的整数)次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n(m≠n，n是整数)次衍射光的衍射构造的第2光学面，
上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少被分割为包括光轴的第1光学功能面；位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述第1光学功能面经过光轴方向形成的阶差而设置的第2光学功能面。
方案25中描述的光通信组件用光学元件在方案24中描述的结构中，上述第1光学面至少被分割为包括光轴的第1光学功能面和位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述第1光学功能面在光轴方向的厚度增厚的方向上经过阶差而设置的第2光学功能面。
方案26中描述的光通信组件用光学元件在方案24或者25中描述的结构中，上述波长λ1以及上述波长λ2满足以下的条件。
1480nm≤λ1≤1500nm1280nm≤λ2≤1340nm方案27中描述的光通信组件用光学元件在方案24～26的任一项中描述的结构中，进而形成在上述第1光学元件的上述第2光学面上的上述衍射构造是这样的衍射构造为了把从上述光纤的端面出射的上述波长λ3的光聚光到与上述第1感光元件不同的第2感光元件的感光面上，当通过了波长λ3(λ1≠λ3，λ2≠λ3)的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的q(m≠q，q是整数)次衍射光。
方案28中描述的光通信组件用光学元件在方案27中描述的结构中，上述波长λ1、λ2、λ3满足以下的条件。
1480nm≤λ1≤1500nm1280nm≤λ2≤1340nm1530nm≤λ3≤1570nm依据本发明的结构，能够提供可以提高光纤耦合效率的光通信组件。
第1实施形态以下，参照
本发明的实施形态。图5是第1实施形态的光通信组件的概略剖面图。另外，为了易于理解，比实际情况夸张地描绘出关于阶梯形的衍射构造。另外，在以下实施例中的第1光学元件中，在感光元件以及发光元件一侧设置具有正的光焦度的第1光学面，在光纤一侧设置具有衍射面的第2光学面，但并不限于这种情况，也可以在光纤一侧设置具有正的光焦度的第1光学面，在感光元件以及发光元件一侧设置具有衍射面的第2光学面。本说明书中，所谓「耦合效率」指的是当把半导体激光器(光源)的光信号强度作为100％时，在光纤波导路径中传输的光信号强度的比例。
图5中，在圆筒形外壳6内的中央，配置树脂制的透镜(第1光学部件)5。另外，在外壳6的图中左侧安装中空圆筒形的支撑体3，在其内部插通光纤1。光纤1通过与光通信系统连接，能够传播与其它终端之间收发的光信号，在与其轴线正交的端面1a上照射接收光而且入射发射光。进而，在外壳6的图中右端安装基板2，在基板2的内侧面上，安装由二极管构成的感光元件4和发光元件单元7。在发光元件单元7以及感光元件4与透镜5之间，在外壳6上安装玻璃罩9。这里，玻璃罩9主要是为了防止灰尘而安装的。发光元件单元7把作为半导体激光器的发光元件7a和玻璃制的球面透镜(第2光学元件)7b组装成为一体。感光元件4和发光元件7a经过连接在基板2上的连接器8，连接到外部的终端设备(未图示)上使得能够传递电信号。
图6(a)是从光纤1一侧观看透镜5的图，图6(b)是沿着光轴正交方向观看物镜5的图，图6(c)是从发光元件单元7以及感光元件4一侧观看透镜5的图。如图6(c)所示，透镜5在感光元件4和发光元件7a一侧具有非球面的光学面5a(具有正的光焦度的第2光学面)，该光学面5a由包括光轴的圆形的光学功能面5b、在光学功能面5b的外周向光轴方向偏移而成的光学功能面5c构成。
进而，物镜5在光纤1一侧的光学面(具有衍射构造的第1光学面)上形成阶梯形的衍射构造5d。阶梯形的衍射构造5d如图6(b)所示，由在光学面上沿着水平方向延伸并且周期性地反复的阶梯光栅5e形成。阶梯光栅5e成为光轴方向的剖面具有预定数量的水平面5f的阶梯形状。一个阶梯光栅5e例如水平面5f的数量是4，把从发光元件7a出射的激光的波长记为λ2＝1.31μm，从光纤1传送来而且从波面1a出射的光的波长记为λ1＝1.49μm时，能够把整体的高度H设定为15μm，整体的宽度W设定为38μm。
在把图5、图6(a)～6(c)的光通信组件使用在用于收发光信号的光双向的光通信装置中的情况下，从发光元件7出射根据预定的信号调制了例如波长λ2＝1.31μm的激光，经过物镜7b入射到透镜5，而这时阶梯形的衍射构造5d由于成为对于波长λ2＝1.31μm不发挥衍射效果(即，0次衍射光的光量为最大)的结构，因此如用实线所示那样，激光作为0次衍射光直行，入射到光纤1的端面1a，通过光纤1向外部的终端设备传送。
另一方面，从光纤1传送来而且从波面1a出射的例如波长λ1＝1.49μm的光作为发散光束入射到透镜5的光学面。这时，阶梯形的衍射构造5d成为对于波长λ1＝1.49μm的入射光发挥衍射效果从而使1次衍射光的光量为最大的结构，因此从衍射构造5d发生的1次衍射光对于入射光如用虚线所示那样带有角度。进而，由于光学面5a是非球面，因此入射的发散光束被变换为收敛光束。这样，从光纤1的端面1a出射的波长λ1＝1.49μm的发散光束由透镜5成像到感光元件4的感光面上，被变换为电信号。根据这样的电信号，能够取得被发送的信息。另外，光通信组件作为整体收入到外壳6内，在遮光状态下使用。
依据本实施形态，由于在透镜5的折射面上设置向光轴方向偏移了的光学功能面，因此能够像上述那样进行温度补偿，同时，能够抑制球面透镜7b的球面像差。另外，光学功能面也可以重叠形成在衍射构造5d上。
第2实施形态图7是第2实施形态的光通信组件的概略剖面图。另外，为了易于理解而比实际情况夸张地描绘出阶梯形的衍射构造。
图7中，在圆筒形的外壳6内的中央，配置树脂制的透镜(第1光学部件)5。另外，则外壳6的图中右端安装中空圆筒形的支撑体3，在其内部插通光纤1。光纤1通过连接到光通信系统上，能够传播与其它终端之间收发的光信号，在其端面1a上照射接收光而且入射发射光。进而，在外壳6的图中左端安装基板2，在基板2的内侧面上，安装由二极管构成的感光元件4和发光元件单元7。发光元件单元7把作为半导体激光器的发光元件7a和玻璃制的球面透镜(第2光学元件)7b组装成为一体。感光元件4和发光元件7a经过基板2上设置的连接器8，能够可传递电信号地与外部的终端设备(未图示)连接。
另外，透镜5的形状与图5、图6(a)～6(c)所示的实施形态相同，而感光元件4和发光元件7a一侧的光学面5a(具有正的光焦度的第2光学面)被分割为沿着光轴方向经过阶差设置的3个光学功能面。
在把图7的光通信组件适用在用于收发光信号的光双向的光通信装置中的情况下，从发光元件7a出射根据预定的信号调制了的例如波长λ2＝1.31μm的激光，经过透镜7b入射到透镜5，这时由于阶梯形的衍射构造5d成为对于波长λ2＝1.31μm不发挥衍射效果(即0次衍射光的光量为最大)的结构，因此如用实线所示那样，激光作为0次衍射光直行，入射到光纤1的端面1a，通过光纤1向外部的终端设备传送。
另一方面，从光纤1传送来并且从端面1a出射的例如波长λ1＝1.49μm的光作为发散光入射到透镜5。这时，阶梯形的衍射构造5d成为对于波长λ1＝1.49μm发挥衍射作用从而使1次衍射光的光量为最大的结构，因此从衍射构造5d发生的1次衍射光相对于入射光如用实线所示那样带角度。进而，光学面5a为非球面，因此所入射的发散光束变换成收敛光束。从透镜5出射的光束沿着透镜5的光轴(或者平行)行进，成像到感光元件4的感光面上，被变换为电信号。根据这样的电信号，能够取得被传送的信息。另外，光通信组件作为整体容纳在外壳6内，在遮光状态下使用。
依据本实施形态，由于在透镜5的折射面上设置沿着光轴方向偏移了的光学功能面，因此能够像上述那样进行温度补偿，同时，能够抑制球面透镜7b的球面像差。另外，光学功能面也可以重叠形成在衍射构造5d中。
图8是表示图7所示的光纤1与透镜5的位置关系的概略图，省略透镜5的衍射构造。这里，考虑光纤1的轴线对于透镜5的光轴平行的情况。首先，把光纤1的端面1a中的端面角(光纤1的端面1a对于轴线L1构成的角度)记为θ，把衍射构造中的衍射角记为，把对于铅直线的出射光的倾角记为α。这里，成立以下的公式。
α+＝90°(11)如果把光纤的原材料的折射率记为n，把空气的折射率记为1，把水平入射了光线时的入射角(＝倾角)记为θ，把出射角记为β，则根据斯耐尔法则成立以下的公式。
n·sinθ＝sinβ(12)进而，根据几何关系，成立以下的公式。
α-θ+β＝90° (13)由于从(11)、(13)式，成为β＝θ+，因此把它们代入(12)式，得到以下的公式。
n·sinθ＝sin(θ+)＝sinθcos+sincosθ进而，用cosθ除两边，得到以下的公式。
n·tanθ＝tanθcos+sin把上式变形得到以下的公式。
θ＝tan-1(sin/(n-cos))(14)(14)式意味着以衍射角和光纤1的折射率n为参数表示端面角θ。即，在光纤1的原材料决定后，在衍射构造5d中发生1次衍射光的情况下，如果求出其衍射角，则根据该角能够求出端面角θ。如果具有这样的端面角θ，则由于能够使光纤1的轴线与透镜5的光轴位于平行，因此容易组装。
另外，如果把端面角θ设定为满足(14)式的最佳值，则能够得到最大的光透射率，但也不一定需要严格地满足(14)式。
第3实施形态在上述的实施形态1中说明了来自光纤的波长不同的光是波长λ1的例子，而本发明的结构不限于波长λ1，能够在多波长中应用。
例如，也可以是来自光纤1的波长不同的光是2个波长λ1、λ3的3波长用的光通信组件，或者3个波长λ1、λ3、λ4的4波长用的光通信组件结构。
图15是3波长用的光通信组件6，构成为与图5的光通信组件5相同。但是，在第3实施形态中，如图15所示，在基板2的内侧面上，配置用于分别感光2个波长λ1、λ3的感光元件4a、4b。另外，透镜5的非球面一侧的形状与图5、图6(a)～6(c)所示的实施形态相同。
图18(a)是从光纤1一侧观看物镜5的图，图18(b)是沿着光轴正交方向观看透镜5的图，图18(c)是从发光元件单元7以及感光元件4一侧观看透镜5的图。如图18(c)所示，透镜5在感光元件4和发光元件7a一侧具有非球面的光学面5a(具有正的光焦度的第2光学面)，该光学面5a由包括光轴的圆形的光学功能面5b和在光学功能面5b的外周向光轴方向偏移而成的光学功能面5c构成。
透镜5在光纤1一侧的光学面(具有衍射构造的第1光学面)上形成阶梯形的衍射构造5d。阶梯形的衍射构造5d如图18(b)所示，由在光学面上沿着水平方向延伸的周期性反复的阶梯光栅5e形成。如图18(b)所示，一个阶梯光栅5e的水平面数5f是9，例如，在把从发光元件7a出射的激光的波长取为λ2＝1.31μm，从光纤1传送来而且从端面1a出射的光的波长取为λ1＝1.49μm以及λ3＝1.55μm的情况下，能够把整体的高度H设定为39μm，把整体的宽度W设定为38μm。
另外，在把一个阶梯光栅5e的水平面数5f取为11，把从发光元件7a出射的激光的波长取为λ2＝1.31μm，把从光纤1传送来而且从端面1a出射的光的波长取为λ1＝1.49μm以及λ3＝1.55μm的情况下，也可以把整体的高度H设定为25μm，把整体宽度W设定为38μm。
在把图15的光通信组件适用在用于收发光信号的光双向的光通信装置中的情况下，从发光元件7a出射根据预定的信号调制了的例如波长λ2＝1.31μm的激光，经过透镜7b入射到透镜5，而这时由于阶梯形的衍射构造5d构成为对于波长λ2＝1.31μm不发挥衍射效果(即0次衍射光的光量为最大)的结构，因此如用实线所示那样，激光作为0次衍射光直进，入射到光纤1的端面1a，通过光纤1向外部的终端设备传送。
另一方面，从光纤1传送来而且从端面1a出射的例如波长λ1＝1.49μm以及波长λ3＝1.55μm的光作为发散光入射到透镜5。这时，阶梯形的衍射构造5d成为对于波长λ1＝1.49μm的光以及波长λ3＝1.55μm的光发挥衍射作用从而对于各个波长不同次数的衍射光的光量为最大的结构，因此从衍射构造5d发生的波长λ1以及λ3的衍射光相对于入射光如用虚线所示那样，分别在不同的朝向上带角度。进而，光学面5a为非球面，因此所入射的发散光束变换成收敛光束。从透镜5出射的光束分别成像到感光元件4以及感光元件4’的感光面上，被变换为电信号。根据这样的电信号，能够取得被传送的信息。另外，光通信组件作为整体容纳在外壳6内，在遮光状态下使用。
同样，在来自光纤的波长不同的光是3个波长λ1、λ3、λ4的情况下，在图16的4波长用的光通信组件6中，可以沿着与光轴垂直的方向配置分别用于感光的3个波长λ1、λ3、λ4的感光元件4a、4b、4c。
一个阶梯光栅5e的水平面数5f是13，把从发光元件7a出射的激光的波长取为λ2＝1.31μm，把从光纤1传送来而且从端面1a出射的光的波长取为λ1＝1.49μm、λ3＝1.55μm以及λ4＝1.61μm的情况下，能够把整体的高度H设定为58μm，把整体宽度W设定为38μm。
在把图16的光通信组件适用在用于收发光信号的光双向的光通信装置中的情况下，从发光元件7a出射的例如波长λ2＝1.31μm的激光经过透镜7b入射到透镜5，而这时由于阶梯形的衍射构造5d成为对于波长λ2＝1.31μm不发挥衍射效果(即0次衍射光的光量为最大)的结构，因此如用实线所示那样，激光作为0次衍射光直进，入射到光纤1的端面1a，通过光纤1向外部的终端设备传送。
另一方面，从光纤1传送来而且从端面1a出射的例如波长λ1＝1.49μm、波长λ3＝1.55μm以及λ4＝1.61μm的光作为发散光入射到透镜5。这时，阶梯形的衍射构造5d成为对于波长λ1、λ3、λ4的光发挥衍射作用从而对于各个波长不同次数的衍射光的光量为最大的结构，因此从衍射构造5d发生的波长λ1、λ3以及λ4的衍射光相对于入射光如用实线所示那样，分别在不同的朝向上带角度。进而，光学面5a为非球面，因此所入射的发散光束变换成收敛光束。而且从透镜5出射的光束分别成像到感光元件4a、4b以及4c的感光面上，被变换为电信号。根据这样的电信号，能够取得被传送的信息。
依据本实施形态，即使在入射了来自光纤的相互不同的多个波长的光的情况下，由于在透镜5的折射面上设置沿着光轴方向偏移了的光学功能面，因此能够像上述那样进行温度补偿，同时，能够抑制球面透镜7b的球面像差。另外，光学功能面也可以重叠形成在衍射构造5d中。
第4实施形态图17是第4实施形态的光通信组件的概略剖面图。另外，为了易于理解而比实际情况夸张地描绘出阶梯形的衍射构造。
图17中，在圆筒形的外壳6内的中央，配置树脂制的透镜(第1光学部件)5。另外，则外壳6的图中左端安装中空圆筒形的支撑体3，在其内部插通光纤1。光纤1通过连接到光通信系统上，能够传播与其它终端之间收发的光信号，在与其轴线正交的端面1a上照射接收光而且入射发射光。进而，在外壳6的图中右端安装基板2，在基板2的内侧面上，安装由二极管构成的感光元件4和发光元件单元7。在发光元件单元7和感光元件4与透镜5之间，玻璃罩9安装到外壳6上。这里，玻璃罩9主要是为了防止灰尘而安装的。发光元件单元7把作为半导体激光器的发光元件7a和玻璃制的球面透镜(第2光学元件)7b组装成为一体。感光元件4和发光元件7a经过连接在基板2上的连接器8，能够可传递电信号地与外部的终端设备(未图示)连接。
图19(a)是从光纤1一侧观看物镜5的图，图19(b)是沿着光轴正交方向观看透镜5的图，图19(c)是从发光元件单元7以及感光元件4一侧观看透镜5的图。如图19(c)所示，透镜5在感光元件4和发光元件7a一侧具有非球面的光学面5a(具有正的光焦度的第2光学面)，该光学面5a由包括光轴的圆形的光学功能面5b和在光学功能面5b的外周向光轴方向偏移而成的光学功能面5c构成。
进而，透镜5在光纤1一侧的光学面(具有衍射构造的第1光学面)上形成阶梯形的衍射构造5d。阶梯形的衍射构造5d是称为所谓的2级阶梯的构造，如图19(b)所示，由在光学面上沿着水平方向延伸的周期性反复的阶梯光栅5e形成。一个阶梯光栅5e的水平面数5f是2，例如，在把从发光元件7a出射的激光的波长取为λ2＝1.31μm，从光纤1传送来而且从端面1a出射的光的波长取为λ1＝1.49μm的情况下，能够把整体的高度H设定为10μm，把整体的宽度W设定为40μm。
在把图17、19(a)～19(c)的光通信组件适用在用于收发光信号的光双向的光通信装置中的情况下，从发光元件7a出射根据预定的信号调制了的例如波长λ2＝1.31μm的激光，经过透镜7b入射到透镜5，而这时由于阶梯形的衍射构造5d成为对于波长λ2＝1.31μm不发挥衍射效果(即0次衍射光的光量为最大)的结构，因此如用实线所示那样，激光作为0次衍射光直进，入射到光纤1的端面1a，通过光纤1向外部的终端设备传送。
另一方面，从光纤1传送来而且从端面1a出射的例如波长λ1＝1.49μm的光作为发散光束入射到透镜5的光学面。这时，阶梯形的衍射构造5d成为对于波长λ1＝1.49μm的光发挥衍射作用从而1次衍射光的光量为最大的结构，因此从衍射构造5d发生的波长λ1的1次衍射光对于入射光如用虚线所示那样带角度。进而，由于光学面5a是非球面，因此入射的发散光束被变换为收敛光束。这样，从光纤1的波面1a出射的波长λ1＝1.49μm的发散光束由透镜5成像到感光元件4的感光面上，被变换为电信号。根据这样的电信号，能够取得被传送的信息。另外，光通信组件作为整体容纳到外壳6内，在遮光状态下使用。
依据本实施形态，由于在透镜5的折射面上设置沿着光轴方向偏移了的光学功能面，因此能够像上述那样进行温度补偿，同时，能够抑制球面透镜7b的球面像差。另外，光学功能面也可以重叠形成在衍射构造5d中。
实施例1以下，说明能够在第1实施形态中使用的第1光学元件的实施例。另外，第1光学元件OE的光学面分别形成为在通过把表所示的系数代入到数1中而规定的、在光轴的周围轴对称的非球面。
数1Z(h)=h2/r1+1-(1+k)(h/r)2+∑i=0A2ih2i]]>式中，Z(h)非球面形状(从非球面的面顶点沿着光轴的方向的距离，以光的行进方向为正)h光轴垂直方向的高度(设h＝(x2+y2)1/2，这里，x和y分别表示距光轴的距离，如图6(a)所示，取在与光轴垂直的面内相互正交的方向。)r曲率半径k圆锥系数A4、A6、A8、A10非球面系数A0非球面的偏心量进而，在本实施例中，根据第1光学元件OE的衍射构造添加到入射光束中的光程差用以下的光程差函数b(mm)表示。
数2φb=λ/λB×n∑j=1cjyj]]>式中，b光程差函数n在衍射构造中发生的衍射光中具有最大衍射光量的衍射光的衍射次数λ入射到衍射构造中的光束的波长λB耀光化波长(制造波长)y距光轴的距离cj光程差函数的系数图9是实施例1的第1光学元件OE的剖面图。表1中表示实施例1的透镜数据。第1光学元件OE作为光学功能面，在光学面上形成2环带OP1、OP2的相位构造(简记为NPS)。使最下层环带OP1相对最外周环带OP2的光轴方向深度d(光轴方向阶差量)成为0.02249mm，在下行系统中，对于透过第2-1面(OP1)的波长λ1的光束，在第2-2面(OP2)中，由于提供与8×λ1(nm)的光程差相当的光轴方向深度d的阶差，因此对于波长λ1，使聚光特性不发生变化。另一方面，在上行系统中，对于透过第7-1面(OP1)的波长λ2的光束，在第7-2面(OP2)中，光轴方向深度d成为相当于大约9×λ2(nm)的光程差。这时，对于波长λ2的光束也使基准温度时的聚光特性不发生变化。
这里，相位构造NPS是具有温度补偿功能的构造，如表1所示，在设置了相位构造NPS的情况下，与没有设置的情况相比较，当从基准温度25℃上升到70℃时，上行耦合效率的降低能够从28％抑制到3％。如果温度从基准温度25℃上升到70℃，则在没有设置相位构造NPS的构造中，耦合效率成为基准温度的效率的大约60％，对此，在设置了相位构造NPS的构造中，耦合效率成为大约90％。另一方面，设置了相位构造NPS的情况与没有设置的情况相比较，当从基准温度25℃上升到70℃时，下行耦合效率的降低能够从6％抑制到4％。这样，在上行系统和下行系统的每一个中都能够改善温度特性。另外，在实施例1中，第1光学元件的焦距f＝3.53mm。
另外，下行耦合效率使用相对于光纤出射光量的40μmエンサ-クルド能量(即，入射到40μm的光电二极管上的光量)的比例进行评价。
表1
上行系
下行系
上行耦合效率
下行耦合效率
相位构造[条件式比较]
图10(a)、10(b)是分别对用环境温度增大到70℃时的在没有相位构造NPS的第1光学元件聚光了的光纤端面上的光点形状和用有相位构造NPS的第1光学元件聚光了的光纤端面上的光点形状进行比较示出的图。这里，把光点的点像强度成为峰值的1/e2的位置的全值宽度W(1/e2)作为光点直径。如从图10(a)、10(b)所知，通过设置相位构造，光点直径减小，抑制散焦。
实施例2以下，说明能够在第2实施形态中使用的第1光学元件的实施例。
图11是实施例2的第1光学元件OE的剖面图。表2中表示实施例2的透镜数据。第1光学元件OE作为光学功能面，在光学面上形成3环带OP、OP2、OP3的相位构造NPS。使最内侧的最下层环带OP1相对最外周环带OP3的光轴方向深度d1(即光轴方向阶差量d)成为0.04498mm，使下一个环带OP2相对最外周环带OP3的光轴方向深度d2成为+0.02249mm。在下行系统中，由于对于透过第2-1面(OP1)的波长1的光束，第2-3面(OP3)提供与16×λ1(nm)的光程差相当的光轴方向深度d1(＝d)的阶差，而且，对于透过第2-2面(OP2)的波长λ1的光束，第2-3面(OP3)提供与8×λ1的光程差相当的光轴方向深度d2的阶差，因此在下行系统中，对于波长λ1的光束，使基准温度时的聚光特性不发生变化。另一方面，在上行系统中，对于透过第7-1面(OP1)的波长λ2的光束，第7-2面(OP2)相当于光轴方向深度d2与大约9×λ2(nm)的光程差相当。另外，对于透过第7-1面(OP1)的波长λ2的光束，第7-3面(OP3)相当于光轴方向深度d1与大约18×λ2(nm)的光程差相当。这时对于波长λ2的光束使聚光特性也不发生变化。
这里，相位构造NPS是具有温度补偿功能的构造，如表2所示，设置了相位构造NPS的情况与没有设置的情况相比较，在从基准温度25℃上升到70℃时，上行耦合效率的降低能够从63％抑制到14％。如果温度从基准℃25℃上升到70℃，则在没有设置相位构造NPS的构造中，耦合效率成为基准效率的大约15％，对此，在设置了相位构造NPS的构造中，耦合效率能够成为大约80％以内。另一方面，设置了相位构造NPS的情况与没有设置的情况相比较，在从基准温度25℃上升到70℃时，下行耦合效率的降低能够从5％抑制到4％，能够分别改善温度特性。另外，在实施例2中，第1光学元件的焦距f＝7.00mm。
另外，下行耦合效率使用相对于光纤出射光量的80μmエンサ-クルド能量(即，入射到80μm的光电二极管上的光量)的比例进行评价。
上行耦合效率
下行耦合效率
相位构造[条件式比较]
实施例3以下，说明能够在第3实施形态中使用的第1光学元件的实施例。
图9是实施例3的第1光学元件OE的剖面图。表3中表示实施例3的透镜数据。第1光学元件OE作为光学功能面，在光学面上形成2环带OP1、OP2的相位构造(简记为NPS)。使最下层环带OP1相对最外周环带OP2的光轴方向深度d(光轴方向阶差量d)成为0.02249mm，在下行系统中，由于对于透过第2-1面(OP1)的波长λ1的光束，在第2-2面(OP2)中提供与8×λ1(nm)的光程差相当的光轴方向深度d的阶差，因此对于波长λ1的光束使聚光特性不发生变化。另一方面，在上行系统中，对于透过第7-1面(OP1)的波长λ2的光束，在第7-2面(OP2)中相当于光轴方向深度d与大约9×λ2(nm)的光程差相当。这时对于波长λ2的光束使聚光特性也不发生变化。
这里，相位构造NPS是具有温度补偿功能的构造，如表3所示，设置了相位构造NPS的情况与没有设置的情况相比较，在从基准温度25℃上升到70℃时，上行耦合效率的降低能够从28％抑制到3％。如果温度从基准℃25℃上升到70℃，则在没有设置相位构造NPS的构造中，耦合效率成为基准效率的大约60％，对此，在设置了相位构造NPS的构造中，耦合效率成为大约90％。另一方面，设置了相位构造NPS的情况与没有设置的情况相比较，在从基准温度25℃上升到70℃时，下行耦合效率的降低能够从6％抑制到4％，能够分别改善温度特性。另外，在实施例3中，第1光学元件的焦距f＝3.53mm。
另外，下行耦合效率使用相对于光纤出射光量的40μmエンサ-クルド能量(即入射到40μm的光电二极管上的光量)的比例进行评价。
在表3中，作为参考示出了λ1＝1.49的下行耦合效率。
表3
上行系
下行系
上行耦合效率
下行耦合效率
相位构造[条件式比较]
实施例4以下，说明能够在第4实施形态中使用的第1光学元件的实施例。
图9是实施例4的第1光学元件OE的剖面图。表4中表示实施例4的透镜数据。表4的偏心量(mm)表示向光轴的Y轴方向的偏心量，例如，下行系统第0面的偏心量表示光纤的位置。第1光学元件OE作为光学功能面，在光学面上形成2环带OP、OP2的相位构造(简记为NPS)。使最下层环带OP1相对最外周环带OP2的光轴方向深度d(光轴方向阶差量d)成为0.02249mm，在下行系统中，由于对于透过第2-1面(OP1)的波长λ1的光束，在第2-2面(OP2)中提供与8×λ1(nm)的光程差相当的光轴方向深度d的阶差，因此对于波长λ1的光束使聚光特性不发生变化。另一方面，在上行系统中，对于透过第7-1面(OP1)的波长λ2的光束，在第7-2面(OP2)中，相当于光轴方向深度d与大约9×λ2(nm)的光程差相当。这时对于波长λ2的光束使聚光特性也不发生变化。
这里，相位构造NPS是具有温度补偿功能的构造，如表4所示，设置了相位构造NPS的情况与没有设置的情况相比较，在从基准温度25℃上升到70℃时，上行耦合效率的降低能够从28％抑制到3％。如果温度从基准℃25℃上升到70℃，则在没有设置相位构造NPS的构造中，耦合效率成为基准效率的大约47％，对此，在设置了相位构造NPS的构造中，耦合效率成为大约84％。另一方面，设置了相位构造NPS的情况与没有设置的情况相比较，在从基准温度25℃上升到70℃时，下行耦合效率的降低能够从6％抑制到4％，能够分别改善温度特性。另外，在实施例4中，第1光学元件的焦距f＝4.17mm。
另外，下行耦合效率使用相对于光纤出射光量的40μmエンサ-クルド的能量(即入射到40μm的光电二极管上的光量)的比例进行评价。
表4
上行系
第8面数据
下行系
上行耦合效率
下行耦合效率
相位构造[条件式比较]
这里，在第1光学元件OE中，光学功能面OP不限于环带形。例如，既可以如图12(a)、12(b)所示，光学功能面OP(分割数2)是三角形，也可以如图13(a)、13(b)所示，光学功能面OP(分割数3)是四角形或者其以上的多角形，还可以如图14(a)、14(b)所示，光学功能面OP(分割数2)是椭圆形。其中，最好是使得从光轴方向观看了被分割的各光学功能面OP时的几何重心位置G与光轴一致。
以上参照实施形态说明了本发明，而本发明并不是要解释为限定于上述实施形态，当然能够进行适当的变更和改良。
权利要求
1.一种光通信组件，具备入射从光纤的端面出射的波长λ1的光、具有感光面的第1感光元件；出射波长λ2的光的发光元件，其中，λ1≠λ2；配置在上述第1感光元件以及上述发光元件与上述光纤的端面之间，把从上述光纤的端面出射的波长λ1的光聚光到上述第1感光元件的感光面上，把从上述发光元件出射的λ2的光聚光到上述光纤的端面上的第1光学元件，其特征在于，上述第1光学元件具备具有正的光焦度的第1光学面；形成了衍射构造的第2光学面，该衍射构造当通过了上述波长λ2的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的m次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n次衍射光，其中，m是包括0的整数，m≠n，n是整数，上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少被分割为包括光轴的第1光学功能面；位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述第1光学功能面经过光轴方向上形成的阶差而设置的第2光学功能面。
2.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，还具备配置在上述发光元件与上述第1光学元件之间、具有正的光焦度的第2光学元件。
3.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述衍射构造是这样的衍射构造当通过了上述波长λ2的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的0次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n次衍射光，其中，n是0以外的整数，上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少包括上述第1光学功能面和上述第2光学功能面，被分割为光轴方向上具有阶差的多个光学功能面，上述被分割了的光学功能面的数量是2～4的任一个。
4.根据权利要求3所述的光通信组件，其特征在于，上述被分割了的光学功能面的数量是2或者3。
5.根据权利要求3所述的光通信组件，其特征在于，从光轴方向观看该被分割了的各光学功能面时的几何重心位置与光轴一致。
6.根据权利要求3所述的光通信组件，其特征在于，上述被分割了的光学功能面的至少一个是以光轴为中心的环带。
7.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述衍射构造是这样的衍射构造当通过了上述波长λ2的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的0次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n次衍射光的衍射构造，其中，n是0以外的整数，上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少包括上述第1光学功能面和上述第2光学功能面，被分割为具有光轴方向上形成的阶差的多个光学功能面，上述被分割了的光学功能面的面积比例满足以下的公式0.05≤Sn/S0≤0.68式中，Sn把设置了上述被分割了的光学功能面的光学面沿着光轴方向、在与其正交的面上投影了的区域的面积，S0当把上述被分割了的光学功能面中距光轴最远的光学功能面作为外周光学功能面时，把比外周光学功能面更内侧的光学功能面沿着光轴方向、在与其正交的面上投影了的区域的面积。
8.根据权利要求7所述的光通信组件，其特征在于，上述被分割了的光学功能面的面积比例满足以下的公式0.08≤Sn /S0≤0.58。
9.根据权利要求7所述的光通信组件，其特征在于，上述被分割了的光学功能面的至少一个是以光轴为中心的环带。
10.根据权利要求9所述的光通信组件，其特征在于，上述被分割了的光学功能面是以光轴为中心的环带，与在上述环带中除去了最外侧的环带的区域相对应的数值孔径NAn相对于设置了上述环带的光学面的数值孔径NA0，满足以下的公式0.22≤NAn/NA0≤0.83。
11.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述衍射构造是这样的衍射构造当通过了上述波长λ2的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的0次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n次衍射光，其中，n是0以外的整数，在上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少包括上述第1光学功能面和上述第2光学功能面，被分割为具有光轴方向上形成的阶差的多个光学功能面，上述被分割了的光学功能面的光轴方向阶差量d满足以下的公式3.1[/mm]×λ2≤d/f≤5.8[/mm]×λ2式中，f上述第1光学元件的焦距。
12.根据权利要求11所述的光通信组件，其特征在于，上述被分割了的光学功能面的光轴方向阶差量d满足以下的公式2.9[/mm]×λ1≤d/f≤5.4[/mm]×λ1。
13.根据权利要求11所述的光通信组件，其特征在于，上述被分割了的光学功能面的至少一个是以光轴为中心的环带。
14.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述第1光学面至少被分割为包括光轴的第1光学功能面和位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述第1光学功能面在第1光学元件的光轴方向的厚度增厚的方向上经过阶差而设置的第2光学功能面。
15.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述波长λ1以及上述波长λ2满足以下的条件；1480nm≤λ1≤1500nm1280nm≤λ2≤1340nm。
16.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述光通信组件还具备入射从光纤的端面出射的波长λ3的光、与上述第1感光元件不同的第2感光元件，形成在上述第1光学元件的上述第2光学面上的上述衍射构造是这样的衍射构造当通过了波长λ3的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的q次衍射光，其中，λ1≠λ3，λ2≠λ3，m≠q，q是整数，上述第1光学元件把从上述光纤的端面出射的上述波长λ3的光聚光到上述第2感光元件的感光面上。
17.根据权利要求16所述的光通信组件，其特征在于，上述波长λ1、λ2、λ3满足以下的条件；1480nm≤λ1≤1500nm1280nm≤λ2≤1340nm1530nm≤λ3≤1570nm。
18.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述光纤的端面对于轴线倾斜。
19.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述光纤的端面对于轴线正交。
20.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述衍射构造当通过了上述波长λ1的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的1次衍射光。
21.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述衍射构造是预定方向上周期性地形成的阶梯形衍射构造。
22.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，上述第1光学元件是树脂制的。
23.根据权利要求1所述的光通信组件，其特征在于，具备了上述第1光学功能面和上述第2光学功能面的光学面具有光程差附与构造。
24.一种光通信组件用光学元件，该光学元件配置在第1感光元件以及发光元件与光纤的端面之间，把从上述光纤的端面出射的波长λ1的光聚光到上述第1感光元件的感光面上，把从上述发光元件出射的λ2的光聚光到上述光纤的端面上，其中，λ1≠λ2，其特征在于，具备具有正的光焦度的第1光学面；形成了衍射构造的第2光学面，该衍射构造当通过了上述波长λ2的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的m次衍射光，当通过了上述波长λ1的光时，发生光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的n次衍射光，其中，m是包括0的整数，m≠n，n是整数，上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少被分割为包括光轴的第1光学功能面；位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述第1光学功能面在光轴方向上经过阶差而设置的第2光学功能面。
25.根据权利要求24所述的光通信组件用光学元件，其特征在于，上述第1光学面至少被分割为包括光轴的第1光学功能面和位于上述第1光学功能面的周围、相对于上述第1光学功能面在第1光学元件的光轴方向的厚度增厚的方向上经过阶差而设置的第2光学功能面。
26.根据权利要求24所述的光通信组件用光学元件，其特征在于，上述波长λ1以及上述波长λ2满足以下的条件1480nm≤λ1≤1500nm1280nm≤λ2≤1340nm。
27.根据权利要求24所述的光通信组件用光学元件，其特征在于，进而形成在上述第2光学面上的上述衍射构造是这样的衍射构造为了把从上述光纤的端面出射的上述波长λ3的光聚光到与上述第1感光元件不同的第2感光元件的感光面上，当通过了波长λ3的光时，生成光量比所发生的其它衍射次数的光的任一个都高的q次衍射光，其中，λ1≠λ3，λ2≠λ3，m≠q，q是整数。
28.根据权利要求24所述的光通信组件用光学元件，其特征在于，上述波长λ1、λ2、λ3满足以下的条件1480nm≤λ1≤1500nm1280nm≤λ2≤1340nm1530nm≤λ3≤1570nm。
全文摘要
本发明提供光通信组件以及光通信组件用光学元件。该光通信组件具备入射从光纤的端面出射的波长λ1的光的第1感光元件；出射波长λ2的光的发光元件；配置在上述第1感光元件以及上述发光元件与上述光纤的端面之间，把从上述光纤的端面出射的波长λ1的光聚光到上述第1感光元件的感光面上，把从上述发光元件出射的λ2的光聚光到上述光纤的端面上的第1光学元件，其中，上述第1光学元件具备具有正的光焦度的第1光学面；形成了预定的衍射构造的第2光学面，上述第1光学面和上述第2光学面的一个至少被分割为包括光轴的第1光学功能面；位于上述第1光学功能面的周围，相对于上述第1光学功能面经过光轴方向上形成的阶差而设置的第2光学功能面。
文档编号H04B10/12GK1854777SQ20061007510
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月18日 优先权日2005年4月21日
发明者长井史生, 森伸芳, 新勇一 申请人:柯尼卡美能达精密光学株式会社