CN107664794A - 光耦合结构及光通讯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光耦合结构及光通讯装置。光通讯装置的光耦合结构包括入光部、光分歧部、第一出光部与第二出光部。初始光信号通过入光部以转换为平行光束。光分歧部设置于平行光束的光路上，并具有第一反射面、第二反射面以及一连接于第一反射面与第二反射面之间的衔接面。衔接面使第一反射面与第二反射面之间形成段差。平行光束通过第一反射面以及第一反射面的反射，以分别形成第一部分光束与第二部分光束，且第一反射面与第二反射面的斜率都为正或都为负。第一部分光束通过第一出光部以转换为传送至一光传递单元的一第一光信号，且第二部分光束通过第二出光部以转换为传送至一光侦测器的一第二光信号。借此监控出光功率，以维持光通讯的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种光耦合结构及光通讯装置，特别是涉及一种可反馈光信号的光耦合结构及应用于所述光耦合结构的光通讯装置。
背景技术
一般的光通讯装置通常包括用以输出光信号的光输出组件、用以接收并传输光信号的光纤以及将光信号传送至光纤的光学组件。进一步而言，光输出组件，例如是激光，输出光信号至光学组件之后，通过光学组件将激光输出的光信号传送至光纤内，以进行光信号传递。
另外，为了使光输出组件在操作温度范围及正常使用寿命内维持输出功率的稳定，并且能够预先知道光输出组件的劣化程度，需要监控光输出组件的出光功率。因此，需要进一步改良光学组件，以将光输出组件所发出的一部分光束引导至检光芯片(monitorphotodiode,MPD)。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种光耦合结构及应用所述光耦合结构的光通讯装置，其中光耦合结构具有一光分歧部，对应设置在光输出单元的光轴上，用以将光输出单元所输出的光信号分别导引至光传递单元以及光侦测器。
本发明其中一实施例提供一种光耦合结构包括一入光部、一光分歧部、一第一出光部与一第二出光部。入光部用以接收光输出单元所发射的初始光信号，初始光信号通过入光部以转换为一平行光束。光分歧部设置于平行光束的光路上，并具有第一反射面、第二反射面以及一连接于所述第一反射面与所述第二反射面之间的衔接面。所述衔接面使所述第一反射面与所述第二反射面之间形成一段差。平行光束通过第一反射面以及第一反射面的反射，以分别形成一第一部分光束与一第二部分光束，且所述第一反射面与第二反射面的斜率都为正或都为负。第一出光部设置于第一部分光束的光路上，第一部分光束通过第一出光部以转换为传送至一光传递单元的一第一光信号。第二出光部设置于第二部分光束的光路上，且第二部分光束通过第二出光部以转换为传送至一光侦测器的一第二光信号。
优选地，入光部具有一准直透镜，以将初始光信号转为平行光束，且衔接面大体平行于准直透镜的光轴。更进一步地，第一反射面大体平行于第二反射面。
优选地，光耦合结构还包括一与入光部相对设置的凹槽部，其中第一反射面、第二反射面与衔接面都设置在凹槽部的内壁上。
更进一步地，第一反射面与第二反射面都为全反射面。优选地，第一反射面与光轴之间形成一第一锐角，第二反射面与光轴之间形成一第二锐角，且第一锐角小于第二锐角。
更进一步地，第一出光部具有一用于接收第一部分光束的第一光学透镜，第二出光部具有一用于接收第二部分光束的第二光学透镜，第一部分光束通过第一光学透镜的收敛，以聚集并输出第一光信号，且第二部分光束通过第二光学透镜的收敛，以聚集并输出第二光信号。
更进一步地，第二部分光束通过一设置于第二光学透镜的光轴上的反射斜面的反射，以传送至第二光学透镜。
更进一步地，第二反射面的斜率为正，反射斜面的斜率为负，且反射斜面与第一部分光束的光路彼此分离。
本发明另一实施例提供一种光通讯装置，其包括一光输出单元、一光传递单元、一光侦测器以及一光耦合结构。光输出单元，用以发射一初始光信号。光传递单元与所述光侦测器位于所述光输出单元的相同侧。光耦合结构包括一入光部、一光分歧部、一第一出光部与一第二出光部。入光部用以接收初始光信号，初始光信号通过入光部以转换为一平行光束。光分歧部设置于平行光束的光路上，并具有第一反射面、第二反射面以及一连接于所述第一反射面与所述第二反射面之间的衔接面。衔接面使第一反射面与第二反射面之间形成一段差。平行光束通过第一反射面以及第一反射面的反射，以分别形成一第一部分光束与一第二部分光束，且第一反射面与第二反射面的斜率都为正或都为负。第一出光部设置于第一部分光束的光路上，第一部分光束通过第一出光部以转换为传送至一光传递单元的一第一光信号。第二出光部设置于第二部分光束的光路上，且第二部分光束通过第二出光部以转换为传送至一光侦测器的一第二光信号。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明实施例的光通讯装置的局部剖面示意图。
图1A为图1的光通讯装置在区域A的局部放大图。
图2为本发明另一实施例的光耦合结构的局部剖面示意图。
具体实施方式
图1绘示本发明一实施例的光通讯装置的局部剖面示意图。本发明实施例的光通讯装置1包括光输出单元11、光侦测器12、光传递单元13以及光耦合结构14。本发明实施例的光通讯装置1的光耦合结构14可将光输出单元11所发射的一初始光信号L转换为一第一光信号L1与一第二光信号L2，并分别传送至光传递单元13及一光侦测器12。详细说明如下。
光输出单元11用以将电信号转换为相应的初始光信号L，并将初始光信号L发射至光耦合结构14。光输出单元11可以是激光光源或者是其他光源。在本实施例中，光输出单元11为垂直共振腔面射型激光(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)。另外，光输出单元11所发射的初始光信号L的波长可以是850nm或是980nm。
光传递单元13位于光耦合结构14的其中一侧，用以接收由光耦合结构14所传递的第一光信号L1，且第一光信号L1可通过光传递单元13传送至一光接收器(未图示)。在本发明实施例中，光传递单元13为光纤。
光侦测器12位于光耦合结构14的另一侧，并可通过光耦合结构14接收由光耦合结构14所传递的第二光信号L2，以侦测初始光信号L的强度与稳定性。在一实施例中，光侦测器12为光电二极管(photodiode)，并且光输出单元11与光侦测器12是共同设置在一电路基板(未图示)上。也就是说，光侦测器12可将接收的第二光信号L2转换为电流信号，并反馈至一电性连接至光输出单元11的控制单元(未图标)。控制单元可根据光侦测器12所传送的电流信号，监控及调整光输出单元11的出光功率。在本实施例中，光传递单元13与光侦测器12是位于光输出单元11的相同侧。
在本发明实施例中，光耦合结构14具有一入光部141、光分歧部142、一第一出光部143及一第二出光部144。
请继续参照图1A，其显示图1的光通讯装置在区域A的局部放大图。在本实施例中，入光部141的位置是对应于光输出单元11的位置，用以接收初始光信号L，并将初始光信号L转换为一平行光束L’。在本实施例中，光耦合结构14的入光部141具有一准直透镜141a，用以将光输出单元11所发出的初始光信号L转换为平行光束L’。准直透镜141a例如是可用以将发散光转为平行光的微透镜单元。
光分歧部142设置于平行光束L’的光路上，并具有彼此连接的一第一反射面142a及一第二反射面142b，以将平行光束L’分为朝不同方向出射的一第一部分光束L1’与一第二部分光束L2’。进一步而言，平行光束L’会投射在第一反射面142a与第二反射面142b的交界处，一部分照射到第一反射面142a的平行光束L’，会形成在第一出光部143出射的第一部分光束L1’。另一部分照射到第二反射面142b的平行光束L’，会形成在第二出光部144出射的第二部分光束L2’。
第一反射面142a与准直透镜141a的光轴之间形成一第一锐角θ1，而第二反射面142b与准直透镜141a的光轴之间可形成一第二锐角θ2，其中第一锐角θ1可等于或小于第二锐角θ2。
第一出光部143接收由第一反射面142a所反射的第一部分光束L1’，并将第一部分光束L1’转换为所述第一光信号L1输出至光传递单元13。第二出光部144接收由第二反射面142b所反射的第二部分光束L2’，并将第二部分光束L2’转换为第二光信号L2输出至光侦测器12。
第一出光部143与第二出光部144的位置分别对应于光传递单元13与光侦测器12的位置。在本发明实施例中，由于光输出单元11与光侦测器12是设置在同一电路基板上，因此光耦合结构14的入光部141与第二出光部144是位于光耦合结构14的同一侧。另外，第一出光部143和入光部141则分别位于光耦合结构14的相邻侧。
在本实施例中，第一出光部143具有接收第一部分光束L1’的一第一光学透镜143a，第二出光部144具有接收第二部分光束L2’的一第二光学透镜144a。第一光学透镜143a与第二光学透镜144a可以是凸透镜或是菲涅尔透镜。第一光学透镜143a用以接收并收敛第一部分光束L1’，以输出第一光信号L1，而第二光学透镜144a用以接收并收敛第二部分光束L2’，以输出第二光信号L2。第一部分光束L1’通过第一光学透镜143a的收敛，以聚集并输出所述第一光信号L1，第二部分光束L2’通过所述第二光学透镜144a的收敛，以聚集并输出所述第二光信号L2。
在本发明实施例中，准直透镜141a、第一光学透镜143a与第二光学透镜144a的数量可以配合光输出单元11、光传递单元13及光侦测器12的数量设置，可以是一个或多个。
请参照图1A，本实施例的光分歧部142更包括一连接于第一反射面142a与第二反射面142b之间的一衔接面142c，从而使第一反射面142a与第二反射面142b之间形成一段差。也就是说，光分歧部142具有阶梯式结构。
进一步而言，衔接面142c会大体平行于准直透镜141a的光轴。平行光束L’会对准衔接面142c投射至光分歧部142，以被分为第一部分光束L1’与第二部分光束L2’。在这个实施例中，第一锐角θ1可以等于第二锐角θ2。也就是说，第一反射面142a与第二反射面142b彼此可相互平行。
另外，第一反射面142a与第二反射面142b的斜率可以都为正或者都为负。在本发明实施例中，由于光传递单元13与光侦测器12的位置都是位于光输出单元11的右侧，因此第一反射面142a与第二反射面142b的斜率皆为正。
请再参照图1，在本实施例中，光耦合结构14具有和入光部141相对的一凹槽部140，第一反射面142a、第二反射面142b以及衔接面142c都设置在凹槽部140的内壁上。也就是说，第一反射面142a、第二反射面142b以及衔接面142c实质上是不同介质(光耦合结构14与空气)之间的界面。在一实施例中，第一反射面142a以及第二反射面142b是全反射面或是部分反射面。在其他实施例中，第一反射面142a以及第二反射面142b上会形成全反射膜层或是部分反射膜层，本发明并不限制。所述的第一锐角θ1与第二锐角θ2可以是光耦合结构14的全反射角或者是其他角度，依据第一反射面142a以及第二反射面142b的材料或者是位于第一反射面142a以及第二反射面142b上的反射膜层的材质而定。
当第一锐角θ1与第二锐角θ2为全反射角，且平行光束L’投射到第一反射面142a与第二反射面142b时，并不会被折射到空气中。当第一锐角θ1与第二锐角θ2为其他角度，部分投射到第一反射面142a与第二反射面142b的平行光束L’可能有部分会被折射到空气中。
另外，请再参照图1A，本实施例的光耦合结构14更包括一反射斜面145。反射斜面145和光分歧部142都位于凹槽部140的内壁，且反射斜面145是对应于第二出光部144的位置而设置。进一步而言，反射斜面145是设置于第二部分光束L2’的光路上，并和第二反射面142b相对。第二部分光束L2’通过反射斜面145的反射，而被导引至第二光学透镜144a。
当第二反射面142b的斜率为正时，反射斜面145的斜率为负。相反地，当第二反射面142b的斜率为负时，反射斜面145的斜率为正。要特别注意的是，反射斜面145与第一部分光束L1’的光路彼此分离。因此，反射斜面145的底端所在的平面会至少高于第一反射面142a的顶端。优选为，反射斜面145的底端所在的平面会通过衔接面142c，以确保在反射第二部分光束L2’时，不会遮挡第一部分光束L1’的光路。
在一实施例中，反射斜面145和光分歧部142共同位于凹槽部140的底部，并且反射斜面142也是全反射面。在另一实施例中，也可以直接在第一反射面142a、第二反射面142b以及反射斜面145上形成镜面层或反射贴片。只要能够将第一部分光束L1’与第二部分光束L2’分别导引至第一出光部143与第二出光部144的方向，本发明并不限制形成于第一反射面142a、第二反射面142b以及反射斜面145的反射材料。
整体而言，在本实施例的光通讯装置1中，光输出单元11朝光耦合结构14发射初始光信号L，而初始光信号L通过准直透镜141a转换为平行光束L’。平行光束L’对准衔接面142c的位置投射到第一反射面142a与第二反射面142b上，而被分为第一部分光束L1’与第二部分光束L2’。第一部分光束L1’通过第一出光部143的第一光学透镜143a聚焦，而形成第一光信号L1，并传送至光传递单元13。另外，第二部分光束L2’则通过反射斜面145投射至第二出光部144，并通过第二光学透镜144a聚焦，而形成入射到光侦测器12的第二光信号L2。据此，光侦测器12可将接收的第二光信号L2转换为电流信号，并反馈至控制单元。控制单元再根据接收的电流信号监控及调整光输出单元11的出光功率。光侦测器12可根据所接收的第二光信号L2，来侦测初始光信号L的强度及稳定性。
请参照图2，绘示本发明另一实施例的光耦合结构的局部剖面示意图。本实施例的光耦合结构14’和图1A的实施例相同的组件具有相似的标号，且相同的部分不再赘述。
本实施例的光耦合结构14’并未具有图1A所示的反射斜面145。另外，第一反射面142a与第二反射面142b具有不同的斜率。也就是说，第二反射面142b和准直透镜141a的光轴之间所形成的第二锐角θ2会大于第一反射面142a和准直透镜141a的光轴之间所形成的第一锐角θ1。
在本实施例中，第二部分光束L2’是通过第二反射面142b直接被反射到第二出光部144，而没有再经过反射斜面145反射。因此，在第二出光部144的第二光学透镜144a的光轴会相对于准直透镜141a的光轴倾斜一角度，以使第二部分光束L2’可通过第二光学透镜144a被聚焦至光侦测器12。
综上所述，本发明实施例所提供的光耦合结构及光通讯装置，可利用光侦测器来监控光输出单元的出光功率。在本发明中，光耦合结构的光分歧部具有两个反射面，且这两个反射面彼此形成段差或具有不同斜率。当光输出单元所输出的初始光信号进入光耦合结构后，投射到光分歧部的两个反射面，而可被不同的反射面分为朝不同方向出射的第一部分光束与第二部分光束。第一部分光束与第二部分光束又可分别被传递至光传递单元以及光侦测器。
根据光侦测器所接收的第二光信号，光输入单元的出光功率可被监控，以在光输出单元出现问题时，实时维修或者更换光输出单元，以维持光通讯的稳定。另外，本发明实施例所提供的光耦合结构通过光分歧部来进行分光，因此不需要再额外使用分光片，可节省组件成本。
以上所公开的内容仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求的保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求的保护范围内。
Claims (18)
1.一种光耦合结构，其特征在于，所述光耦合结构包括：
一入光部，用以接收从一光输出单元所发射的一初始光信号，其中所述初始光信号通过所述入光部以转换为一平行光束；
一光分歧部，其设置于所述平行光束的光路上，其中所述光分歧部具有一第一反射面、一第二反射面以及一连接于所述第一反射面与所述第二反射面之间的衔接面，所述衔接面使所述第一反射面与所述第二反射面之间形成一段差，所述平行光束通过所述第一反射面以及所述第一反射面的反射，以分别形成一第一部分光束与一第二部分光束，且所述第一反射面与所述第二反射面的斜率都为正或都为负；
一第一出光部，其设置于所述第一部分光束的光路上，其中所述第一部分光束通过所述第一出光部以转换为传送至一光传递单元的一第一光信号；以及
一第二出光部，其设置于所述第二部分光束的光路上，其中所述第二部分光束通过所述第二出光部以转换为传送至一光侦测器的一第二光信号。
2.如权利要求1所述的光耦合结构，其特征在于，所述入光部具有一准直透镜，以将所述初始光信号转为所述平行光束，且所述衔接面大体平行于所述准直透镜的光轴。
3.如权利要求2所述的光耦合结构，其特征在于，所述第一反射面大体平行于所述第二反射面。
4.如权利要求2所述的光耦合结构，其特征在于，所述的光耦合结构还包括一与所述入光部相对设置的凹槽部，其中所述第一反射面、所述第二反射面与所述衔接面都设置在所述凹槽部的内壁上。
5.如权利要求2所述的光耦合结构，其特征在于，所述第一反射面与所述第二反射面都为全反射面。
6.如权利要求2所述的光耦合结构，其特征在于，所述第一反射面与所述光轴之间形成一第一锐角，所述第二反射面与所述光轴之间形成一第二锐角，且所述第一锐角小于所述第二锐角。
7.如权利要求1所述的光耦合结构，其特征在于，所述第一出光部具有一用于接收所述第一部分光束的第一光学透镜，所述第二出光部具有一用于接收所述第二部分光束的第二光学透镜，所述第一部分光束通过所述第一光学透镜的收敛，以聚集并输出所述第一光信号，且所述第二部分光束通过所述第二光学透镜的收敛，以聚集并输出所述第二光信号。
8.如权利要求7所述的光耦合结构，其特征在于，所述第二部分光束通过一设置于所述第二光学透镜的光轴上的反射斜面的反射，以传送至所述第二光学透镜。
9.如权利要求8所述的光耦合结构，其特征在于，所述第二反射面的斜率为正，所述反射斜面的斜率为负，且所述反射斜面与所述第一部分光束的光路彼此分离。
10.一种光通讯装置，其特征在于，所述光通讯装置包括：
一入光部，用以接收从一光输出单元所发射的一初始光信号，其中所述初始光信号通过所述入光部以转换为一平行光束；
一光分歧部，其设置于所述平行光束的光路上，其中所述光分歧部具有一第一反射面、一第二反射面以及一连接于所述第一反射面与所述第二反射面之间的衔接面，所述衔接面使所述第一反射面与所述第二反射面之间形成一段差，所述平行光束通过所述第一反射面以及所述第一反射面的反射，以分别形成一第一部分光束与一第二部分光束，且所述第一反射面与所述第二反射面的斜率都为正或都为负；
一第一出光部，其设置于所述第一部分光束的光路上，其中所述第一部分光束通过所述第一出光部以转换为传送至一光传递单元的一第一光信号；以及
一第二出光部，其设置于所述第二部分光束的光路上，其中所述第二部分光束通过所述第二出光部以转换为传送至一光侦测器的一第二光信号。
11.如权利要求10所述的光通讯装置，其特征在于，所述入光部具有一准直透镜，以将所述初始光信号转为所述平行光束，且所述衔接面大体平行所述准直透镜的光轴。
12.如权利要求11所述的光通讯装置，其特征在于，所述第一反射面大体平行所述第二反射面。
13.如权利要求11所述的光通讯装置，其特征在于，所述光耦合结构还包括一与所述入光部相对设置的凹槽部，其中所述第一反射面、所述第二反射面与所述衔接面都设置在所述凹槽部的内壁上。
14.如权利要求11所述的光通讯装置，其特征在于，所述第一反射面与所述第二反射面都为全反射面。
15.如权利要求11所述的光通讯装置，其特征在于，所述第一反射面相对于所述光轴之间形成一第一锐角，所述第二反射面相对于所述光轴之间形成一第二锐角，且所述第一锐角小于所述第二锐角。
16.如权利要求10所述的光通讯装置，其特征在于，所述第一出光部具有一用于接收所述第一部分光束的第一光学透镜，所述第二出光部分具有一用于接收所述第二部分光束的第二光学透镜，所述第一部分光束通过所述第一光学透镜的收敛，以聚集并输出所述第一光信号，且所述第二部分光束过所述第二光学透镜的收敛，以聚集并输出所述第二光信号。
17.如权利要求16所述的光通讯装置，其特征在于，所述第二部分光束通过一设置于所述第二光学透镜的光轴上的反射斜面的反射，以传送至所述第二光学透镜。
18.如权利要求17所述的光通讯装置，其特征在于，所述第二反射面的斜率为正，所述反射斜面的斜率为负，且所述反射斜面与所述第一部分光束的光路彼此分离。
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