CN103048746A

CN103048746A - 光学模块构造

Info

Publication number: CN103048746A
Application number: CN2012105668354A
Authority: CN
Inventors: 邱建良; 温安农; 余声宏; 何信颖; 简钰庭; 赖逸少
Original assignee: Advanced Semiconductor Engineering Inc
Current assignee: Advanced Semiconductor Engineering Inc
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明公开一种光学模块构造，包含一第一光学元件、一第二光学元件及一棱镜。所述棱镜是一截面形状为三角形或梯形的透镜，位于所述第一光学元件的光学作用部下方。所述棱镜具有一第一侧面、一第二侧面及一全内反射斜面，所述第一侧面上另设有一第一球面凸部，及所述第二侧面上另设有一第二球面凸部。所述第一光学元件所发射的光线经由所述第一球面凸部射入所述棱镜内成为平行光线，在所述全内反射斜面处转向90度后经由所述第二球面凸部射出所述棱镜成为聚焦收敛光线，并由所述第二光学元件所接收。本发明的所述棱镜可使光学元件的光线转向，其球面凸部可使光线的发散角度得到适当的修正。

Description

光学模块构造

技术领域

本发明涉及一种光学模块构造，特别是涉及一种通过表面具有球面凸部的棱镜以修正光线发散角度及使光线转向的光学模块构造。

背景技术

早期的电信传输(例如网络)都是通过电波信号传输，然而电波信号在传送的过程中容易衰减及被干扰，并且还有接点众多及容易断讯的问题。近年来由于光纤技术的发展日趋成熟，并且光波信号具有抗干扰与衰减等优点，因此以光波信号取代电信号的传输已成为信号传送的驱势。

再者，在传统的半导体中也大多是以电信号来运作，然而由于光波信号相较于电信号具有上述先天上的优点，因此在半导体领域中，以光波信号做为芯片与芯片之间(或模块与模块之间)的沟通信号，也成为重要的发展方向。

现有光收发模块(optical transceiver module)构造用以发射及接收光波信号，并包含一基板、一激光发射组件、一光接收组件及一微反射镜，为了节约耦合模块构造的空间，所述激光发射组件及所述光接收组件分别位于所述基板上方及侧边，所述微反射镜的一外倾斜面用以将所述激光发射组件所发射的光线以全外反射方式转向90度射至所述光接收组件。

然而，所述微反射镜的外倾斜面在制作上除了需要极高的平整度(一般精密度要求校于波长的1/6)，另外还需要镀上金(Au)或铝(Al)等高反射性的金属，因此在制作上较为麻烦。再者，所述激光发射组件所发出的光线还会有一定的发散角度，造成所述光接收组件接收光线的光耦合效率低落，这些都是需要一并考虑的问题。

故，有必要提供一种光学模块构造，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光学模块构造，其主要包含一棱镜。所述棱镜是一截面形状为三角形或梯形的透镜，所述棱镜的内全反射斜面使光学元件所发射的光线转向后发射至另一光学元件，以及所述棱镜的球面凸部使光学元件光线的发散角度能得到适当的修正，以提高光接收组件接收光线的光耦合效率。

为达成本发明的前述目的，本发明一实施例提供一种光学模块构造，其包含：一第一光学元件、一第二光学元件及一棱镜。所述第一光学元件具有一第一光学作用部；所述第二光学元件具有一第二光学作用部；及所述棱镜是一截面形状为三角形或梯形的透镜。所述棱镜具有一第一侧面、一全内反射斜面及一第二侧面，其中所述第一侧面上另设有一第一球面凸部，及所述第二侧面上另设有一第二球面凸部，所述第一光学作用部所发射的光线经由所述第一球面凸部射入所述棱镜内成为平行光线，在所述全内反射斜面处转向90度后经由所述第二球面凸部射出所述棱镜成为聚焦收敛光线，并由所述第二光学作用部所接收，其中所述第一光学作用部至所述第一侧面的距离与所述第一球面凸部的曲率的比值介于0.5至1.2之间。

附图说明

图1是本发明一实施例的光学模块构造的侧剖视图。

图2是本发明一实施例的光学模块构造的局部放大示意图。

图3是本发明一实施例的光学模块构造的棱镜侧视示意图。

图4A-4C是本发明其它实施例的光学模块构造的棱镜侧视示意图。

图5是本发明另一实施例的光学模块构造的局部放大示意图。

图6是本发明再一实施例的光学模块构造的局部放大示意图。

具体实施方式

为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

请参照图1所示，图1是本发明一实施例的光学模块构造的侧剖视图。一种光学模块构造100，例如是以微机电(MEMS)工艺制作的封装模块构造，所述光学模块构造100包含：一第一基板10、一第一光学元件20、一第二基板30、一第二光学元件40及一棱镜50。所述第一光学元件20设于所述第一基板10的上表面，所述第一光学元件20具有一垂直向下方向的第一光学作用部21。在本实施例中，所述第一光学元件20是以一光发射元件，例如以垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)为例，其第一光学作用部21是一光发射部。所述第二基板30设于所述第一基板10下方，与所述第一基板10保持一固定距离；所述第二光学元件40设于所述第二基板30上，其具有一水平的第二光学作用部21。在本实施例中，所述第二光学元件40是以一光接收元件，例如以光学二极管芯片(photodiode(PD)chip)为例，其第二光学作用部21是一光接收部。

再者，如图1所示，所述棱镜50是一截面形状为三角形并以微机电(MEMS)工艺制作的透镜，通过一三角支撑部31将所述棱镜50固定于所述第二基板30上，并位于所述第一光学元件20的第一光学作用部21下方。所述棱镜50使所述第一光学元件40的第一光学作用部21所发射的光线转向(例如转向(90度角)后发射至所述第二光学元件40的第二光学作用部41。

另外，如图1所示，所述第一基板10通过至少一固定件60设于所述第二基板30上方，与所述第二基板30保持一固定距离。并且，所述固定件60可以是一固定柱61或一焊球62。再者，所述第一基板10例如具有一开口11，所述第一光学元件20的第一光学作用部21向下对应所述开口11，以使光线能通过。

请参照图2及图3所示，图2是本发明一实施例的光学模块构造的局部示意图；及图3是本发明一实施例的光学模块构造的棱镜侧视示意图。所述棱镜50具有三个侧面，包含：一第一侧面51、一第二侧面52及一全内反射斜面53。所述棱镜50通过所述三角支撑部31连接所述全内反射斜面53与所述第二基板30，将所述棱镜50固定于所述第二基板30上。再者，所述第一侧面51上另设有一第一球面凸部511，及所述第二侧面52上另设有一第二球面凸部521。所述第一及第二球面凸部511、521例如分别以一体成型方式直接形成在所述第一侧面51及第二侧面52上。

请参照图2及图3所示，在本实施例中，所述第一光学元件20的第一光学作用部21所发射的光线通过所述第一侧面51上的第一球面凸部511射入所述棱镜50，此时所述第一侧面51视为一水平设置的入射面。接着，光线再通过所述全内反射斜面53的内全反射作用转向90度，由所述第二侧面52上的第二球面凸部521射出所述棱镜50，此时所述第二侧面52视为一垂直设置的射出面。随后，光线并发射至所述第二光学元件40的第二光学作用部41。所述全内反射斜面53的平整度(粗糙度)要求须小于波长的1/6。由于其利用光线在介质内部内全反射作用使光线转向，不像现有技术还需要镀上金属作为镜面。

再者，由于激光发射组件所发出的光线会有一定的发散角度，因此，所述第一光学元件20所发出的光线有一发散角度。如图2及图3所示，当所述第一光学元件20的第一光学作用部21所发射的光线经由所述第一侧面51上的第一球面凸部511时，发散的光线得到适当的修正(转成平行光线)后射入所述棱镜50内；接着平行光线在所述全内反射斜面处转向90度后经由所述第二侧面52上的第二球面凸部521时，平行光线得到适当的修正(平行光线被聚焦收敛)后射出所述棱镜50，并由所述第二光学元件40的第二光学作用部41所接收。

或者，另一种可能的情况是(未绘示)：所述第二光学元件40的第二光学作用部41做为发射端，其所发射的光线射入所述棱镜50内，经由所述第二侧面52上的第二球面凸部521(转成平行光线)射入所述棱镜50内，在所述全内反射斜面处转向90度后经由所述第一侧面51上的第一球面凸部511(平行光线被聚焦收敛)射出所述棱镜50，并由所述第一光学元件20的第一光学作用部21(做为接收端)所接收。

另外，所述第一光学元件20及第二光学元件40也可分别改为光接收元件及光发射元件，此时所述第一侧面51及第二侧面52分别视为一射出面及入射面。也就是说，所述第一或第二光学元件20、40的其中一个光学作用部(21或41)所发射的光线经由所述第一球面凸部511或第二球面凸部521的其中一个球面凸部射入所述棱镜50内，在所述全内反射斜面53处转向90度后经由所述第一球面凸部511或第二球面凸部521的另一个球面凸部射出所述棱镜50，并由另一个所述光学作用部(41或21)所接收。

再者，光线在介质内的折射角度与折射率息息相关。所述棱镜50的材料选自透明树脂，例如环氧树脂(epoxy)或双酚A树脂(bisphenol-A resin)，其折射率需大于1.45，例如介于1.45～1.6或大于1.6。当上述第一光学元件20发出的光线的发散角度小于5度或10度内时，通过所述第一球面凸部511，发散的光线可转成平行光线，同时控制所述棱镜50的材料折射率，可以确保平行光线可被所述全内反射斜面53全内反射。另外，使用者并可于所述棱镜50的材料(透明树脂)内添加适当比例的二氧化钛(TiO₂)颗粒来调整其混合材料具有所需要的折射率。所述二氧化钛颗粒的添加比例及粒径是依所需折射率加以设定，故本发明并不加以限制。

另外，使用者可依实际需求设计所述棱镜50的尺寸，例如图3所示，在本实施例中，所述第一球面凸部511的曲率半径R1与所述第二球面凸部521的曲率半径R2相同，其中曲率(curveture)则为曲率半径R1或R2的倒数，因此两者的曲率亦相同，且所述第一及第二球面凸部511、521的曲率例如介于100至150之间。在一实施例中，所述第一光学元件20的第一光学作用部21至所述第一侧面(第一侧面51)的距离SL与所述第一球面凸部511的曲率的比值(即SL/R1)介于0.5至1.2之间，藉此可以确保耦合效率(coupling efficiency)至少70％。发散光线通过所述第一球面凸部511时可转成平行光线，并可确保平行光线通过所述第二球面凸部521时可转成聚焦收敛光线。在本实施例中，所述第一光学作用部21至所述第一侧面511的距离SL介于50微米至250微米之间，例如为100微米至200微米之间。所述第一侧面511及第二侧面521的长度相等，并且分别介于50微米至100微米之间；而所述第一及第二球面凸部511、521在所述第一侧面511及第二侧面521上的跨距则小于或等于所述第一及第二球面凸部511、521的长度。

请参照图4A至4C所示，图4A至4C是本发明其它实施例的光学模块构造的棱镜侧视示意图。本实施例揭示的光学模块构造100的棱镜50相似于图2实施例，因此相同的元件使用相同的标号，但本实施例的光学模块构造100的棱镜50的不同之处在于：

如图4A所示，所述第一球面凸部511与所述第二球面凸部521的曲率半径R1，R2较图2实施例的曲率半径为大，但其体积较小。然而，所述第一球面凸部511与所述第二球面凸部521的曲率半径R1，R2的最大值必须使所述第一球面凸部511及所述第二球面凸部521的形状凸出于所在的平面上。

如图4B所示，所述第一球面凸部511与所述第二球面凸部521的曲率半径R1,R2相较图2实施例的曲率半径为小，但其体积较大。然而，所述第一球面凸部511与所述第二球面凸部521的曲率半径R1，R2的最小值必须使所述第一球面凸部511及所述第二球面凸部521的形状不超过半个圆球。

如图4C所示，所述第一球面凸部511与所述第二球面凸部521的长度接近所述第一侧面51及所述第二侧面52的长度，但其最大长度不可超过所在平面的长度。

因此，使用者可所述棱镜50的尺寸及依实际需要来设计所述第一球面凸部511与所述第二球面凸部521的大小形状(曲率半径及体积)。再者，关于所述棱镜50固定的方式，在本发明图1实施例中揭示的是通过所述三角支撑部31将所述棱镜50固定于所述第二基板30上。然而，本发明并不限于此，其中一些所述棱镜50可能的固定方式，分述如下：

请参照图5所示，图5是本发明另一实施例的光学模块构造的局部放大示意图。本实施例揭示的光学模块构造100a与图2的的光学模块构造100不同之处在于：在本实施例中，所述棱镜50是一截面形状为三角形的透镜。所述棱镜50通过设于所述第二基板30上的一个三角凹槽32，可将所述棱镜50插设固定于所述第二基板30上，此为一种较简易的固定方式。

请参照图6所示，图6是本发明再一实施例的光学模块构造的局部放大示意图。本实施例揭示的光学模块构造100b与图2的的光学模块构造100不同之处在于：在本实施例中，所述棱镜50a是一截面形状为梯形的透镜。所述棱镜50a通过其一底面54(即梯形的短边)，可将所述棱镜50a贴设固定于所述第二基板30上，此为另一种简易的固定方式。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反的，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims

1.一种光学模块构造，其特征在于：所述光学模块构造包含：

一第一光学元件，具有一第一光学作用部；

一第二光学元件，具有一第二光学作用部；及

一棱镜，是一截面形状为三角形或梯形的透镜，所述棱镜具有一第一侧面、一全内反射斜面及一第二侧面，其中所述第一侧面上另设有一第一球面凸部，及所述第二侧面上另设有一第二球面凸部，所述第一光学作用部所发射的光线经由所述第一球面凸部射入所述棱镜内，在所述全内反射斜面处转向90度后经由所述第二球面凸部射出所述棱镜，并由所述第二光学作用部所接收，其中所述第一光学作用部至所述第一侧面的距离与所述第一球面凸部的曲率的比值介于0.5至1.2之间。

2.如权利要求1所述的光学模块构造，其特征在于：所述第一光学作用部至所述第一侧面的距离介于50微米至250微米之间。

3.如权利要求1或2所述的光学模块构造，其特征在于：所述第一球面凸部的曲率介于100至150之间。

4.如权利要求1所述的光学模块构造，其特征在于：所述第一侧面及第二侧面的长度相等，并且介于50微米至100微米之间。

5.如权利要求1所述的光学模块构造，其特征在于：所述第一及第二球面凸部分别一体成型形成在所述第一侧面及第二侧面上。

6.如权利要求1或5所述的光学模块构造，其特征在于：所述第一及第二球面凸部的形状不超过半个圆球。

7.如权利要求1所述的光学模块构造，其特征在于：所述棱镜的材料的折射率大于或等于1.45。

8.如权利要求1所述的光学模块构造，其特征在于：所述光学模块构造另包含：

一基板；及

一个三角支撑部，固定于所述基板上；

其中所述棱镜是一个三角形透镜，所述三角支撑部支撑所述全内反射斜面于所述基板上。

9.如权利要求1所述的光学模块构造，其特征在于：所述光学模块构造另包含：

一基板，具有一个三角凹槽；

其中所述棱镜是一个三角形透镜，所述棱镜插设固定于所述基板的三角凹槽上。

10.如权利要求1所述的光学模块构造，其特征在于：所述光学模块构造另包含：

一基板；

其中所述棱镜是一梯形透镜，所述棱镜具有一底面贴设固定于所述基板上。