CN114915340B - 光通讯模块 - Google Patents

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Abstract

一种光通讯模块，包括阵列波导光栅；光发射器包括多个光发射元件，用以发射多个第一信号光束进入阵列波导光栅，其中多个第一信号光束于阵列波导光栅内聚合为一第一通讯光束；波长分多工滤波器用以将阵列波导光栅所射出的所述第一通讯光束传到至一光纤；光接收器包括多个光传感元件，用以感测由阵列波导光栅所射出的多个第二信号光束。光纤用以传输一第二通讯光束至波长分多工滤波器。第二通讯光束通过波长分多工滤波器射入阵列波导光栅。第二通讯光束于阵列波导光栅内分成多个第二信号光束。

Description

光通讯模块
技术领域
本发明有关于一种光通讯模块，尤指一种具有双向通讯的光通讯模块。
背景技术
光纤通讯网路具有低传输损失、高数据保密性、优秀的抗干扰性，以及超大频宽等特性，已是现代主要的资讯通讯方式，其中，用于接受来自光纤网路的光信号并将其转换成电信号传输，及/或将电信号转换成光信号再藉由光纤网路向外传输的光通讯模块是光纤通讯技术中重要的基础组件之一。
习知的光通讯模块可利用波长分多工滤波器(WDM filter)来达成双向通讯的功能，使得单一的光通讯模块能够输出以及输入光信号进而能增加通讯的效能。然而，如何能更进一步提高光通讯模块的通讯效能为目前光通讯发展的重要目标。
发明内容
有鉴于此，在本发明中利用波长分多工滤波器使得光通讯模块具有双向通讯的功能，并利用阵列波导光栅使得光通讯模块能同时发射多个不同波长的光讯号，且同时接受多个不同波长的光讯号，进而能提高光通讯模块的通讯效能。
本发明一实施例揭露一种光通讯模块，包括阵列波导光栅；光发射器，包括多个光发射元件，用以发射多个第一信号光束进入上述阵列波导光栅，其中上述多个第一信号光束于上述阵列波导光栅内聚合为一第一通讯光束；波长分多工滤波器，用以将上述阵列波导光栅所射出的所述第一通讯光束传到至一光纤；光接收器，包括多个光传感元件，用以感测由上述阵列波导光栅所射出的多个第二信号光束。上述光纤用以传输一第二通讯光束至上述波长分多工滤波器，上述第二通讯光束通过上述波长分多工滤波器射入上述阵列波导光栅，上述第二通讯光束于上述阵列波导光栅内分成上述多个第二信号光束。上述多个第一信号光束分别具有不同的波长，且上述多个第二信号光束分别具有不同的波长。
根据本发明一实施例，上述第一通讯光束及/或上述第二通讯光束于上述阵列波导光栅内沿一通讯方向行进，且上述阵列波导光栅沿上述通讯方向延伸。
根据本发明一实施例，述阵列波导光栅包括一第一端面以及相对于上述第一端面的一第二端面，上述第一端面相对于上述通讯方向倾斜，上述第二端面垂直于上述通讯方向，且上述波长分多工滤波器连接于上述第二端面。
根据本发明一实施例，光通讯模块更包括一双折射晶体，设置于上述第一端面，上述双折射晶体于一发射方向上位于上述光发射器的上方，上述发射方向不等于上述通讯方向。上述多个第一信号光束经由上述双折射晶体反射后沿上述通讯方向行进。
根据本发明一实施例，光通讯模块更包括一检光器，邻近于上述光发射器，每一上述多个第一信号光束的部分经由上述双折射晶体反射后射至上述检光器。
根据本发明一实施例，上述第一端面于一发射方向上位于上述光接收器的上方，上述发射方向不等于上述通讯方向，上述多个第二信号光束经由上述第一端面反射后沿上述发射方向射向上述光接收器。
根据本发明一实施例，上述波长分多工滤波器包括一导光元件以及一连接元件，上述导光元件连接于上述第二端面，且相对于上述第二端面倾斜，上述连接元件连接于上述导光元件以及上述光纤。
根据本发明一实施例，上述导光元件包括一第一斜面以及一第二斜面，上述第二通讯光束经由上述第一斜面以及第二反射后进入上述连接元件，上述第一通讯光束穿过上述第二斜面后进入上述连接元件。
根据本发明一实施例，光通讯模块更包括一电路板，上述阵列波导光栅固定于上述电路板上，且上述阵列波导光栅更包括一容置槽，连接于上述电路板，且上述光发射器位于上述容置槽内。
根据本发明一实施例，光通讯模块更包括一光驱动器以及一转阻放大器，上述光驱动器设置于上述电路板上，且电性连接于上述光发射器，上述转阻放大器设置于上述电路板上，且电性连接于上述光接收器。上述光驱动器依据输出电信号控制所述光发射器射出分别带有输出光信号的上述多个第一信号光束，上述光接收器用以将上述多个第二信号光束的输入光信号转换为输入电信号，且上述转阻放大器增强上述输入电信号。
根据本发明一实施例，阵列波导光栅沿一通讯方向依序包括一反射区段、一第一区段、一第二区段、以及一第三区段。上述多个第一信号光束以及上述多个第二信号光束于上述反射区段内被反射。上述多个第一信号光束以及上述多个第二信号光束于上述第一区段内相互平行，以及于上述第二区段内相对于上述通讯方向倾斜，且上述第一通讯光束以及上述第二通讯光束于上述第三区段内相互平行。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的光通讯模块的立体图。
图2为根据本发明一实施例的光通讯模块的示意图。
图3为根据本发明一实施例的光通讯模块的剖视图，其中图3的剖面通过光发射器。
图4为根据本发明一实施例的光通讯模块的剖视图，其中图4的剖面通过光接收器。
主要元件符号说明
光通讯模块 1
电路板 10
上表面 11
阵列波导光栅 20
下表面 21
第一端面 22
第二端面 23
容置槽 24
光发射器 30
第一基座 31
光发射元件 32
波长分多工滤波器 40
导光元件 41
第一斜面 411
第二斜面 412
连接元件 42
光纤 50
光连接器 60
光接收器 70
第二基座 71
光传感元件 72
光驱动器 80
转阻放大器 90
检光器 A1
双折射晶体 A2
通讯方向 D1
排列方向 D2
发射方向 D3
第一信号光束 L1
第一通讯光束 L2
第二信号光束 L3
第二通讯光束 L4
反射区段 Z1
第一区段 Z2
第二区段 Z3
第三区段 Z4
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，本发明提供许多可供应用的创作概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属本发明保护的范围。
此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构的间具有任何关连性。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1为根据本发明一实施例的光通讯模块1的立体图。图2为根据本发明一实施例的光通讯模块1于俯视方向上的示意图。于图2中，为了简洁的目的，省略了部分的元件。光通讯模块1可用以安装于一电子装置内，以使得电子装置可发送及接收光信号。电子装置可为个人电脑、服务器(server)、或路由器(router)，但并不于以限制。光通讯模块1可为光收发模块，具有双向通讯的功能。光通讯模块1可接收电子装置的输出电信号并转换为输出光信号，且将输出光信号经由一外部光纤传送至远端。此外，光通讯模块1可经由外部光纤接收光输入信号，并可将光输入信号转换为输入电信号并传送至电子装置。
光通讯模块1可包括电路板1 0、二阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)20、二光发射器30、二波长分多工滤波器(Wavelength DivisionMultiplexingfilter，WDM filter)40、二光纤50、二光连接器60以及二光接收器70。电路板10可为长条形结构，且沿一通讯方向DI延伸。阵列波导光栅20可为长条形的板状结构，且沿通讯方向D1延伸。二阵列波导光栅20设置于电路板10上，且沿一排列方向D2排列。排列方向D2可垂直于通讯方向D1。于本实施例中，阵列波导光栅20固定于电路板10的上表面11。换句话说，阵列波导光栅20直接接触及贴合于电路板10，且阵列波导光栅20可平行于电路板10延伸。
于本实施例中，光通讯模块1具有两个阵列波导光栅20。然而，阵列波导光栅20的数目并不予以限制。于一些实施例中，阵列波导光栅20的数目可为一个或三个以上。此外，每一阵列波导光栅20位于一个光发射器30与一个波长分多工滤波器40之间，且每一阵列波导光栅20位于一个光接收器70与一个波长分多工滤波器40之间。
光发射器30设置于电路板10的上表面11上，用以发射多个第一信号光束L1至阵列波导光栅20。于本实施例中，光通讯模块1可具有两个光发射器30，且每一阵列波导光栅20对应一个光发射器30。然而，光发射器30的数目并不予以限制。举例而言，每一阵列波导光栅20可对应两个或两个以上的光发射器30。
光发射器30可包括一第一基座31以及多个光发射元件32。第一基座31可固定于电路板10的上表面11。光发射元件32设置于第一基座31上，且朝向阵列波导光栅20。每一光发射元件32用以发射一第一信号光束L1至阵列波导光栅20。于本实施例中，光发射元件32可沿排列方向D2排列，且由光发射元件32所射出的第一信号光束L1可相互平行，且分别具有不同的波长。前述平行的第一信号光束L1于阵列波导光栅20内聚合为一第一通讯光束L2。第一通讯光束L2具有多种不同的波长，且于阵列波导光栅20内可沿通讯方向D1行进。
于本实施例中，为了简洁的目的，每一光发射器30仅绘制了两个光发射元件32。然而，光发射元件32的数目并不予以限制。每一光发射器30可具有三个或三个以上的光发射元件32。光发射器30可为垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-EmittingLaser，VCSEL)，但并不以此为限。光发射元件32可为激光二极管(LD)，但并不以此为限。
波长分多工滤波器40用以将阵列波导光栅20所射出的第一通讯光束L2传导至一光纤50。光纤50的一端连接于波长分多工滤波器40，光纤50的另一端连接于光连接器60。光连接器60用以连接一外部光纤。光纤50内的第一通讯光束L2可经由光连接器60以及外部光纤传导至一外部设备。于本实施例中，光连接器60可为光适配器(receptacle)。
于本实施例中，光通讯模块1可具有两个波长分多工滤波器40，且每一阵列波导光栅20对应一个波长分多工滤波器40。然而，波长分多工滤波器40的数目并不予以限制。举例而言，每一阵列波导光栅20可对应两个或两个以上的波长分多工滤波器40。此外，光纤50以及光连接器60的数目对应于波长分多工滤波器40的数目。
因此，藉由本发明的阵列波导光栅20，使得光发射器30可利用多个光发射元件32同时发射多个不同波长的第一信号光束L1，藉此可提高光通讯模块1的传输效率。
本于实施例中，外部设备可传输一第二通讯光束L4至外部光纤。第二通讯光束L4具有多种不同的波长。第二通讯光束L4经由光连接器60进入光纤50。光纤50可用以传输第二通讯光束L4至波长分多工滤波器40。第二通讯光束L4通过波长分多工滤波器40射入阵列波导光栅20，且第二通讯光束L4于阵列波导光栅20内沿通讯方向D1行进。第二通讯光束L4于上述阵列波导光栅20内分成多个相互平行的第二信号光束L3，第二信号光束L3分别具有不同的波长。
光接收器70设置于电路板10的上表面11上，用以感测由阵列波导光栅20所射出的多个第二信号光束L3。于本实施例中，光接收器70设邻近于光发射器30，且光接收器70以及光发射器30可沿排列方向D2交替排列。光通讯模块1可具有两个光接收器70，且每一阵列波导光栅20对应一个光接收器70。然而，光接收器70的数目并不予以限制。举例而言，每一阵列波导光栅20可对应两个或两个以上的光接收器70。
光接收器70可包括一第二基座71以及多个光传感元件72。第二基座71可固定于电路板10的上表面11。光传感元件72设置于第二基座71上，且朝向阵列波导光栅20。每一光传感元件72用以感测由阵列波导光栅20所射出的多个第二信号光束L3。于本实施例中，光传感元件72可沿排列方向D2排列，且由光传感元件72所接收的第二信号光束L3可相互平行。
因此，藉由本发明的阵列波导光栅20，使得光接收器70可利用多个光传感元件72同时接收多个不同波长的信号光束，藉此可提高光通讯模块1的传输效率。
于本实施例中，藉由至少一个光发射器30以及至少一个光接收器70对应于同一个阵列波导光栅20可于同一个光通讯模块1设置两个以上的阵列波导光栅20以及两个以上的光连接器60，因此可提高单一光通讯模块1的通讯效能。此外，本发明的光通讯模块1藉由藉由阵列波导光栅20以及波长分多工滤波器40使得光通讯模块1具有双向通讯的功能。
于本实施例中，光通讯模块1更包括二光驱动器80以及二转阻放大器(transimpedance amplifier，TIA)90。光驱动器80设置于电路板10的上表面11上，且电性连接于光发射器30。于本实施例中，光驱动器80可经由打线等方式电性连接于电子装置。于另一实施例中，光驱动器80可经由电路板10电性连接于电子装置。光驱动器80可接收电子装置所传输的输出电信号，且光驱动器80依据输出电信号将控制光发射器30射出分别带有输出光信号的多个第一信号光束L1。
转阻放大器90设置于电路板10的上表面11上，且电性连接于光接收器70。于本实施例中，转阻放大器90可经由打线等方式电性连接于电子装置。于另一实施例中，转阻放大器90可经由电路板10电性连接于电子装置。光接收器70用以将第二信号光束L3的输入光信号转换为输入电信号，且转阻放大器90增强输入电信号后将输入电信号传输于电子装置。
于本实施例中，阵列波导光栅20包括一第一端面22以及相对于第一端面22的一第二端面23。第一端面22及第二端面23垂直于通讯方向D1延伸，且可沿排列方向D2延伸。波长分多工滤波器40连接于第二端面23。波长分多工滤波器40更包括一导光元件41以及一连接元件42。导光元件41连接于第二端面23，且相对于第二端面23倾斜。连接元件42连接于导光元件41以及光纤50。
导光元件41包括一第一斜面411以及一第二斜面412。第一斜面411以及一第二斜面412相对于第二端面23倾斜，且第一斜面411可平行于第二斜面412。第二通讯光束L4穿过连接元件42进入导光元件41，且之后经由第一斜面411以及第二斜面412反射后进入阵列波导光栅20。第一通讯光束L2穿过第二斜面412后进入连接元件42，并经由连接元件42进入光纤50。
于本实施例中，阵列波导光栅20沿通讯方向D1依序包括一反射区段Z1、一第一区段Z2、一第二区段Z3、以及一第三区段Z4。第一端面22位于反射区段Z1。阵列波导光栅20于第一区段Z2以及第二区段Z3的部分的材质可不同于第二区段Z3的部分的材质。此外，多个第一信号光束L1以及多个第二信号光束L3于第一区段z2内被反射。多个第一信号光束L1以及多个第二信号光束L3于第一区段Z2内相互平行。多个第一信号光束L1以及多个第二信号光束L3于第二区段Z3内相对于上述通讯方向D1倾斜。
此外，第二端面23位于第三区段Z4。第一通讯光束L2以及第二通讯光束L4可于第三区段Z4内相互平行。然而，第一信号光束L1、多个第二信号光束L3、第一通讯光束L2以及第二通讯光束L4的路径并不以图2此为限。举例而言，第一信号光束L1、多个第二信号光束L3、第一通讯光束L2以及第二通讯光束L4的路径可具有弧形的区段。
图3为根据本发明一实施例的光通讯模块1的剖视图，其中图3的剖面通过光发射器30。阵列波导光栅20的第一端面22相对于一发射方向D3倾斜。此外，图2的第二端面23可平行于发射方向D3。光通讯模块1更包括二检光器(Monitor PhotoDiode，MPD)A1以及二双折射晶体(Birefringent crystal)A2。检光器A1以及双折射晶体A2的数目对应于光发射器30的数目。
检光器A1邻近于光发射器30。检光器A1用以检测由光发射器30的光发射元件32的所发射的第一信号光束L1。双折射晶体A2设置于第一端面22。双折射晶体A2于发射方向D3位于光发射器30的光发射元件32上方。前述发射方向D3不等于通讯方向D1。于本实施例中，发射方向D3可垂直于通讯方向D1以及图2的排列方向D2。
阵列波导光栅20更包括一容置槽24。容置槽24形成于下表面21，且连接于电路板10。光发射器30的部分位于上述容置槽24内。检光器A1位于容置槽24内。于本实施例中，光发射元件32位于容置槽24内。换句话说，光发射元件32以及检光器A1位于阵列波导光栅20与电路板10之间。此外，光发射元件32以及检光器A1可位于双折射晶体A2与电路板10之间。
经由光发射器30所射出的第一信号光束L1经由双折射晶体A2反射后沿通讯方向D1行进，其中第一信号光束L1的部分经由双折射晶体A2反射后照射至检光器A1。
图4为根据本发明一实施例的光通讯模块1的剖视图，其中图4的剖面通过光接收器70。第一端面22于发射方向D3上位于光接收器70的上方。光接收器70的光传感元件72可位于容置槽24内。第二信号光束L3经由第一端面22反射后沿发射方向D3射向光接收器70。
藉由本发明的容置槽24来容纳光发射器30、光接收器70以及检光器A1，可减少光通讯模块1的体积。另外，藉由双折射晶体A2设置于阵列波导光栅20的第一端面22，可使得检光器A1于容置槽24内直接收到第一信号光束L1，进而可优化光路及节省空间。
综上所述，本发明的光通讯模块藉由藉由阵列波导光栅以及波长分多工滤波器使得光通讯模块具有双向通讯的功能。此外，藉由阵列波导光栅，使得光发射器可利用多个光发射元件同时发射多个不同波长的信号光束，且光接收器70可利用多个光传感元件同时接收多个不同波长的信号光束，藉此可提高光通讯模块的传输效率。
对本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的创作方案和创作构思结合生成的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种光通讯模块，其特征在于，包括：
电路板；
阵列波导光栅，固定于上述电路板上，且包括连接于上述电路板的容置槽、第一端面以及相对于上述第一端面的第二端面；
光发射器，包括多个光发射元件，用以发射多个第一信号光束进入上述阵列波导光栅，其中上述多个光发射元件位于上述容置槽内，且位于上述第一端面的下方，上述多个第一信号光束于上述阵列波导光栅内聚合为一第一通讯光束；
检光器，邻近于上述光发射器，且位于上述容置槽内；
波长分多工滤波器，用以将上述阵列波导光栅所射出的所述第一通讯光束传到至一光纤，且包括一导光元件以及一连接元件，上述导光元件连接于上述第二端面，且相对于上述第二端面倾斜，上述连接元件连接于上述导光元件以及上述光纤；以及
光接收器，包括多个光传感元件，用以感测由上述阵列波导光栅所射出的多个第二信号光束；其中上述导光元件包括一第一斜面以及一第二斜面，上述光纤用以传输一第二通讯光束至上述波长分多工滤波器，上述第二通讯光束穿过上述连接元件进入上述导光元件，且经由上述第一斜面以及上述第二斜面反射后射入上述阵列波导光栅，上述第二通讯光束于上述阵列波导光栅内分成上述多个第二信号光束，
其中上述第一通讯光束穿过上述第二斜面后进入上述连接元件，并经由上述连接元件进入上述光纤，
其中上述多个第一信号光束分别具有不同的波长，且上述多个第二信号光束分别具有不同的波长，
其中上述第一通讯光束及/或上述第二通讯光束于上述阵列波导光栅内沿一通讯方向行进，上述阵列波导光栅沿上述通讯方向延伸，且上述第一端面相对于上述通讯方向倾斜，上述第二端面垂直于上述通讯方向。
2.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，上述波长分多工滤波器连接于上述第二端面。
3.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，更包括一双折射晶体，设置于上述第一端面，上述双折射晶体于一发射方向上位于上述光发射器的上方，上述发射方向不等于上述通讯方向，
其中上述多个第一信号光束经由上述双折射晶体反射后沿上述通讯方向行进。
4.如权利要求3所述的光通讯模块，其特征在于，每一上述多个第一信号光束的部分经由上述双折射晶体反射后射至上述检光器。
5.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，上述第一端面于一发射方向上位于上述光接收器的上方，上述发射方向不等于上述通讯方向，上述多个第二信号光束经由上述第一端面反射后沿上述发射方向射向上述光接收器。
6.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，更包括一光驱动器以及一转阻放大器，上述光驱动器设置于上述电路板上，且电性连接于上述光发射器，上述转阻放大器设置于上述电路板上，且电性连接于上述光接收器，
其中上述光驱动器依据输出电信号控制所述光发射器射出分别带有输出光信号的上述多个第一信号光束，上述光接收器用以将上述多个第二信号光束的输入光信号转换为输入电信号，且上述转阻放大器增强上述输入电信号。
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