CN100514887C - 光纤发射器光学次模块的检测及组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，该检测及组装方法中的光学次模块包括有一外壳体，在外壳体的前后端设有贯穿的分别用于组装功能组件与光纤的孔，在光纤与功能组件之间设有一透镜。该检测及组装方法在组装功能组件时，利用一影像检测器使其取样镜头的焦点调成与光纤耦合面共平面，直接利用功能组件所发射的激光束穿过透镜而呈现于耦合面的光点作为检测对象，以进行功能组件插置在外壳体内的对准对位。由于在光纤耦合面上直接进行激光束的光点呈像校准检测，因此可避免传统技术在套置光纤后通过光纤耦合效率来调校功能组件位置的缺点，并可最佳化光纤，尤其是多模光纤的传输频宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤发射器光学次模块(OSA，Transceiver OpticalSub-Assembly)的检测及组装方法，更具体地说，涉及一种在组装功能组件时利用一影像检测器将其取样镜头对准外壳体的光纤孔，使取样镜头焦点调成与光纤耦合面共平面，并直接通过功能组件的光束穿过透镜而呈现于光纤耦合面的光点作为检测对象，以对功能组件进行无光纤式对准对位的检测及组装方法。
背景技术
在光电传输中，光纤发射器的光学次模块(OSA，Transceiver OpticalSub-Assembly)，随功能组件的不同而可分为发射器光学次模块TOSA(Transceiver Optical Sub-Assembly)和接收器光学次模块ROSA(ReceiverOptical Sub-Assembly)，其中，TOSA用于提供功能组件到光纤，如半导体激光至光纤或发光二极管到光纤，使电讯号(Electrical Signal)转换成光并经透镜聚焦在光纤内再传输。
光学次模块(OSA，Optical Sub-Assembly)经研发至今，已有多种不同的制作方法，其中利用透明热塑型材料并通过塑料射出成型技术的制作方法因成本较低而已成为主流，包括美国专利US 5,631,991，[PLASTIC OPTICALSUBASSEMBLLES FOR LIGHT TRANSFER BETWEEN AN OPTICAL FIBER AND ANOPTOELECTRIC CONVERTER AND THE FABRICATION OF SUCH PLASTIC OPTICALSUBASSMBLLIES]；或US 6,432,733B1[METHOD FOR PRODUCING AN OPTICALMODULE]，以及图1中所示的US 6,302,596 B1[SMALL FORM FACTOR OPTOELECTRICTRANSCEIVERS]，然而上述传统技术在制造时存在有下列问题及缺点：
1.光学次模块A1的外壳体A2为一体射出成型的一件式结构体，其一端设有供组装光纤用20的孔A3，另一端设有供组装功能组件30用的孔A4，介于孔A3与孔A4之间设有一透镜A5，该透镜A5可与外壳体A2一体成型，如图1所示，也可不一体成型，如US 5,631,991或US 6,432,733B1中所示；由于外壳体A2的成型模具的开设难度较高，也较难以控制其射出成型体的成型品质，尤其是图1中所示的透镜A5的透镜面A6(光射出面)的品质，从而影响光学次模块A1的成品品质，使成品合格率降低，同时增加校准或组装作业的麻烦，相对地增加了成本。
2.光学次模块A1的传统检测及组装方式一般是通过光纤耦合效率来调校功能组件的位置，即当功能组件组装于外壳体上时，光纤20已套设在孔A3内，再由光纤利用检测仪器通过光纤耦合效率来调校功能组件的位置，以进行对准对位调校作业，此时即使是依规格需要来调整功能组件的激光束经透镜A5后的聚焦点大小及位置，并耦合至已组装在孔A3内的光纤端，而完成合乎规格的成品(参考国际电信协会TIA/EIA-455-203有关Launched power distributionmeasurement procedure forg raded-index multi-mode fiber transmitters的规格说明)；然而该传统调校检测作业乃是利用检测仪器配合已组装的光纤端，通过光纤耦合效率来调校功能组件的位置，并非直接通过光束的大小与位置以最佳化光纤传输频宽，因此，该方式难以达到有效而精确的检测，易影响光学次模块A1的成品品质。
3.更何况上述通过光纤耦合效率来调校功能组件位置的检测方式，潜在有很多影响检测结果的变因，如：光纤品质都有一定公差存在，而功能组件的品质也不固定(如激光二极管的发射功率就是非恒定维持不变的)，易造成TOSA成品检测品质的误差，试举例说明：以传统方式检测合格的成品是完全建立在进行功能组件对准对位作业当时所用的功能组件的发射功率或所用的光纤的品质规格，因此以传统方式检测合格的成品，其合格品质有可能只对当时所用的功能组件或光纤有效，若在不同时间不同地点使用，即使用者改插其他光纤，则因前、后使用的光纤有误差范围，可能会有品质不良的情况发生，从而导致成品品质无法确实掌握，使合格率无法提高，成本相对提高。
针对上述第1项中外壳体A2为一体射出成型一件式结构体的缺点，本发明的创作人已作了改良，将外壳体设计成两件式的结构体，如图2和图3所示，该光学次模块的外壳体由一第一外壳体B1与一第二外壳体B2两件壳体组成，第一外壳体B1的一端设有供连结光纤B4用的孔B3，第二外壳体B2的对应端设有供连结功能组件B6用的孔B5，该外壳体呈两件式的结构体已申请台湾专利，申请号为92200404，但无论外壳体是一件式结构还是两件式结构，在制造上仍面临有上述第2和第3项中的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种能够有效解决上述问题的光纤收发器光学次模块(Transceiver Optical Sub-Assembly)的检测及组装方法。
本发明中的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法是在将功能组件套设于外壳体的孔内并进行组装作业时，利用影像检测器使其取样镜头的焦点调整成与光纤耦合面共平面，并直接利用功能组件所发出激光束穿过透镜而呈现于耦合面的光点作为检测对象，以进行功能组件的对准对位。
本发明中的检测及组装方法由于在功能组件组装时，直接针对激光束成像在光纤耦合面上的光点进行校准检测工作，因此可避免传统技术所产生的缺点，有效提高成品合格率，简化成品的检测作业，而有利于批量生产。
本发明中的检测及组装方法由于直接利用光纤耦合面上激光束呈现的光点作为检测对象，以进行校准检测工作，因此可针对多模光纤耦合点不一定在光纤芯(Core)中心点的规格需要，而最佳化耦合光纤模态的分布，减少模态色散，最佳化多模光纤的传输频宽达成最佳检测品质。
本发明中的检测及组装方法由于直接针对光纤耦合面上激光束呈现的光点进行校准检测工作，因此可适用于各种型态的功能组件，包括面射型激光束(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitted Laser)或边射型激光束(SideEmitted Laser)，且包括含盖(cap)的TO-Can封装激光二极管或无盖激光二极管SMT type(bare chip LD)均可适用，而且该光纤发射器可为双向式(bi-direction)或双工式(duplex)收发器的发射模块。
本发明光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其中的光纤包括或单模光纤(single-mode fiber)、多模光纤或塑料光纤。
附图说明
下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。
图1是传统外壳体呈一件式的光学次模块的结构剖面示意图；
图2是本发明中外壳体呈二件式的光学次模块的结构剖面示意图；
图3是图2中所示光学次模块的组合示意图；
图4A是本发明中外壳体呈一件式的光学次模块在组装功能组件时的结构剖面示意图；
图4B是图4A中所示光学次模块利用本发明中方法进行检测时的示意图；
图5A是本发明中外壳体呈二件式的光学次模块在组装功能组件时的结构剖面示意图；
图5B是图5A中光学次模块利用本发明中方法进行检测时的示意图；
图6是本发明中外壳体呈一件式且功能组件为无盖(can)激光二极管SMTTYPE的光学次模块的结构剖面示意图。
具体实施方式
如图1、图4A、图4B、所示，针对一件式结构的外壳体，本发明中的检测及组装方法包括以下步骤：
(1)利用塑料射出成型的技术提供一外壳体(Housing)10，该外壳体10为一件式结构，该结构与传统一件式结构近似，如：US5,631,991、US 6,432,733B1及US 6,302,596 B1中所示的结构。外壳体10的一端设有供组装光纤20用的孔11，另一端设有供组装功能组件30用的孔12，而功能组件30具有不同的组装型态及功能，如激光或发光二极管、光检测器，包括面射型或边射型激光二极管，且包括含盖(cap)的TO封装激光二极管或无盖激光二极管SMT type(bare chipLD)；在孔11与孔12之间设有一透镜13，该透镜13可与外壳体10一体成型，如图1所示，也可不一体成型，如US 5,631,991或US 6,432,733 B1中所示；
(2)先进行功能组件30套设于外壳体10的孔12内的组装作业，该组装作业中的对准对位(检测)方式是利用一影像检测器40，使其取样镜头41对准外壳体10上组装光纤用的孔11，并使取样镜头41的焦点调整成与光纤耦合面21(即孔11内端的挡止面Stop Face14)共平面，使功能组件30上激光束穿过透镜13而呈现于光纤耦合面21(即光纤20的挡止面14)的光点作为检测对象，以进行功能组件30在外壳体10内的对准对位，进而组装完成。
如图2、图3、图5A和图5B所示，下面针对两件式结构的外壳体，本发明中的检测及组装方法包括以下步骤：
(1)利用塑料射出成型技术提供一外壳体50，该外壳体50为两件式结构，由一第一外壳体51及一第二外壳体52组成，其中，第一外壳体51的一端设有供连结光纤20用的孔53，第二外壳体52的对应端设有供连结功能组件30用孔54，在孔53与孔54之间设有一透镜55，该透镜55可与第二外壳体51一体成型，也可不一体成型；第一外壳体51与第二外壳体52在组合后，光纤20的耦合面21即是光纤20在孔53内的挡止面56，该挡止面56为第二外壳体52与第一外壳体51组合时的贴合面；由于第一外壳体51与第二外壳体52均是利用塑料射出成型技术制造成型的精密结构，两者间的配合关系已经精密设定，因此可简易套接组装成一体；
(2)先进行功能组件30套设于第二外壳体52的孔54内的组装作业，如图5A和图5B所示，在组装作业中的对准对位方式是利用一影像检测器40，使其取样镜头41的焦点调整成与光纤耦合面21(即光纤20的挡止面56)共平面，使功能组件30上激光束穿过透镜55而呈现于光纤耦合面21(即挡止面56)的光点作为检测对象，以进行功能组件30在第二外壳体52内的对准对位，进而组装完成；
(3)再将上述已组装有功能组件30的第二外壳体52与第一外壳体51组合成一体。
通过由上述检测及组装方法，使本发明的组装制程不同于传统方式，特别是本发明不再通过光纤的耦合效率作为检测对象来调校功能组件在外壳体内的组装位置，而改进为在未组装光纤的状况下，直接由透镜的光束射出端处利用一影像检测器并使其取样镜头的焦点调整成与光纤耦合面在同一平面上，使可利用功能组件的激光束穿过透镜而呈现于光纤耦合面的光点作为检测对象，来调校功能组件在外壳体内的位置，以进行功能组件在外壳体内的对准对位，因此本发明中的检测及组装方法具的下列功效：
1.不论外壳体为一件式结构体还两件式结构体，或是以塑料外壳体取代功能组件的金属外壳体结构，本发明中的检测及组装方法均可适用。
2.本发明直接利用光纤耦合面上激光束经过透镜后呈现于光纤耦合面的光点作为检测对象，并进行校准检测工作，从而可有效降低功能组件或光纤的品质误差对成品品质的不良影响，提高成品合格率。
3.针对高速传输(如10G Ethernet)及多模光纤(Multi-mode Fiber)或塑料光纤(plastic optical fiber，POF)的技术领域，以光纤耦合面上的激光束光点作为检测对象，可依需要准确调校影像的最佳位置，通过以可最佳化耦合光纤模态的分布，减少模态色散，而最佳化多模光纤的传输频宽。
4.不论功能组件为面射型激光束(VCSEL，Vertical Cavity SurfaceEmitted Laser)或边射型激光束(Side Emitted Laser)，本发明中的检测及组装方法均可适用，增加功能组件的应用范围。
5.不论功能组件为平玻璃、斜玻璃、球玻璃、或无盖(cap)激光二极管SMT type(bare chip LD)，如图6所示，均可适用。
综上所述，本发明中的制作方法的确能通过所揭露的技术而达到所预期的功效。
另外，以上虽然对本发明中的较佳实施例作了说明，但并不能作为本发明的保护范围，即对本领域的普通技术人员来说应该明白，在不脱离本发明的设计精神下可以对其作出等效的变化与修饰，因此，凡是在不脱离本发明的设计计精神下可以对其作出等效的变化与修饰，因此，凡是在不脱离本发明的设计精神下所作出的等效变化与修饰，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，该检测及组装方法中的光学次模块提供由功能组件到光纤的传输功能，即使电讯号转换成光并经透镜聚焦在光纤内再传输，该光学次模块包括有一外壳体，外壳体的一端设有一供组装光纤用的孔，另一端设有另一供组装功能组件用的孔，在两孔之间设有一透镜，其特征在于：在将功能组件套设于外壳体的孔内并进行组装作业时，利用一影像检测器使其取样镜头的焦点调整成与光纤耦合面共平面，并利用功能组件上激光束穿过透镜而呈现于耦合面的光点作为检测对象，通过调校功能组件而调整光点在光纤耦合面上的大小及位置，使功能组件在外壳体内先对准对位后再组装固定。
2.根据权利要求1中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述外壳体为一体成型的一件式结构。
3.根据权利要求1中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述外壳体为两件式结构，其包括有一第一外壳体及一第二外壳体，在第一外壳体的一端设有一供连结光纤用的孔，在第二外壳体的对应端设有另一供连结功能组件用的孔，在两端孔之间设置所述透镜。
4.根据权利要求1中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述功能组件为激光二极管或发光二极管。
5.根据权利要求1中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述功能组件为面射型激光束或边射型激光束。
6.根据权利要求2中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述透镜与外壳体一体成型。
7.根据权利要求2中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述透镜与外壳体不一体成型，且组装在外壳体内。
8.根据权利要求3中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述透镜与第二外壳体一体成型。
9.根据权利要求3中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述透镜与第二外壳体不一体成型，且组装在第二外壳体内。
10.根据权利要求1中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述光纤包括单模光纤、多模光纤、或塑料光纤。
11.根据权利要求1中所述的光纤发射器光学次模块的检测及组装方法，其特征在于：所述光纤发射器为双向式或双工式收发器的发射模块。
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