CN1155932A - 利用安放在封装里的光电发送器和接收器的全息光隔离器 - Google Patents
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Abstract
一种提高光学效率的光隔离器(10)，它利用全息元件(22，24，26)通过光波导管给一光束(34)定向。光电发送器(12)和接收器(16)被联接到波导管，与被全息元件反射的光束对准。发送器和接收器安放在分开的引线框架部分(14，18)，且光隔离器被封装(32)所包围。
Description
本发明一般涉及光学器件，尤其涉及光电发送器和接收器的光耦合。
光隔离器用在要求将一个电子线路的两部分进行电隔离处，例如，提供改进的噪音隔离或防止使用者与高压电源接触。现有的光隔离器采用了放在一个引线框架的电隔离的两部分上的发光二极管和光电探测器，因此发光二极管和光电探测器是在同一个平面内。一种透光材料包围着发光二极管和光电探测器，这种材料被放在由一种光反射封装材料包围的腔内。发光二极管发出的光被腔壁反射到光电探测器上。
这种现有的光隔离器的问题在于光一般要经过腔的反射腔壁表面的数次反射才能照到光电探测器上。这种杂散光散射造成的结果是，发光二极管发出的大部分光不能照到光电探测器的有效表面，且光隔离器的效率大大降低了。因此，希望有这样一种光隔离器，其中发光二极管发出的光的散射可以大大减少，使得光隔离器的效率得到提高。
唯一的附图是根据本发明的一个实施方式的光隔离器的剖面图。
简要地说，本发明提供了一种将光电发送器发出的光信号传送给光电接收器的光隔离器optical isolator(在这里也被称为opto-isolator)。发送器和接收器被安在一个引线框架的分开的部分，一个平面光波导管物理上联接到发送器和接收器，以提供两者之间的光学连接。波导管至少有一个放在它上面的全息元件，用来给从发送器发出的光束定向，经过波导管指向接收器。一个封装至少包围了引线框架中支撑发送器和接收器的那部分。
可以根据唯一的附图来详细描述本发明，附图图解地说明了一个光隔离器10的剖面图。光电发送器12安放在第一引线框架部分14上，光电接收器16安放在第二引线框架部分18上。平面光波导管20有一个底面30同时放在发送器12和接收器16上面。全息元件22和26都安放在波导管20的顶面28上，且全息元件24安放在波导管20的底面30上。全息元件22、24和26相互之间都是对准的，且与发送器12和接收器16对准，因此，从发送器12传来的光束34被全息元件22、24、26反射，且被接收器16的有源区域感应。封装32将发送器12、接收器16、引线框架部分14和18，波导管20，及全息元件22、24和26都密封起来。
根据本发明，第一引线框架部分14和第二引线框架部分18基本在同一个平面内。在一个优选的实施方式中，这是通过用同一片导电材料，例如常规的引线框架来形成部分14和18而实现的。作为代替，引线框架部分14和18可以采用不同的金属片。利用同一片导电材料的好处在于发送器12和接收器16可以在形成封装32之前及组装期间被粘到单一的引线框架上。这就简化了组装且减少了光隔离器10的制造成本。
波导管20通常是透光的电绝缘体，例如塑料或玻璃，且波导管20即使在给发送器12和接收器16之间提供信号通路时，它也使引线框架部分14和引线框架部分18之间是电隔离的。
全息元件22、24和26是用普通材料以已知的工艺方法制成的。更准确地说，每个全息元件最好是用厚度小于约100微米的光敏薄膜(有时也被称为全息材料)来制作。这种薄膜能大批供应，例如重铬酸盐明胶，卤化银乳胶或光聚合物等。最好将薄膜乳胶涂覆在波导管20上，然后将它放在普通的激光记录加工中曝光以形成具有定向反射性质的薄膜。另一个方法是，不把涂覆在波导管20上的薄膜乳胶曝光，而是把未曝过光的全息元件22、24和26放在单独的透光衬底(图上没有画出)上，如树脂。然后，将元件22、24和26放在普通的激光工艺中曝光以提供它们的定向反射性质。曝光之后，元件22、24和26从透光衬底被转移到波导管20。
熟练的技术人员知道全息元件22、24和26、发送器12和接收器16的相互位置决定了必须由全息元件22、24和26传递的反射的角度。这些反射的角度用普通的技术来确定，且在已知的光敏的全息薄膜的激光曝光过程中被固定。有关全息元件在相关光学应用中的使用的进一步细节在美国专利第5,061,027号(于1991年10月29日被颁发给F.Richard，名称为“Solder-Bump Attached OpticalInterconnect Structure Utilizing Holographic Elements and Method ofMaking Same”及美国专利第5,101,460号(于1992年3月31日被颁发给F.Richard，名称为“Simultaneous Bidirectional Optical Inter-connect”)中被描述，因此，这两个专利全部被引作参考。
例如，发送器12、接收器16和全息元件22、24和26都被一种透光的粘胶附着在波导管20上。发送器12可以是许多普通的光发送器中的任一种，包括发光二极管和半导体激光二极管，且接收器16通常可以是任意的光敏电路，例如，普通的光电探测器。
例如用焊丝从发送器12和接收器16到它们各自的引线框架部分14和18的电连接可以按要求通过在波导管20中开孔来制作，例如通过切割或刻蚀波导管20。另一种方法是，发送器12或接收器16的一端可以延长伸出波导管20的边沿，焊丝可以做在这个露出的端头上。封装32最好将引线框架部分14和18，发送器12、接收器16、波导管20和全息元件22、24和26全部密封起来。用来形成封装32的材料是一种普通的模塑化合物，如塑料。这种封装32的密封的长处是光隔离器10不受环境光线的影响。与现有的光隔离器相比，光隔离器10的另一个长处是用来形成封装32的材料不需要由反射性材料制作。这也是因为光束34只被全息元件22、24和26反射，在波导管20和封装32之间的界面不需要反射光束34。
用来组装光隔离器10和形成封装32的制作技术都是常规的。封装32最好在引线框架部分14和18被电隔离之前就在它们四周形成。当利用一个共用的引线框架时，在密封之后通过例如，修剪掉共用的引线框架中不需要的部分，如用于互连轨，微杆和横臂来使引线框架部分14和18电隔离。
封装32的物理尺寸和发送器12与接收器16之间的距离当然随特定的应用而变化。但是，期望光隔离器尺寸更小些，例如，其中的发送器12和接收器16被一个小于约5毫米的距离隔离。平面光波导管20的厚度也可变，但最好是厚度小于约3毫米。
尽管在唯一的附图上显示的是一个单独的光电接收器16，在其他的实施方式中，可以用多个接收器(图中未画出)来与单个的光电发送器12进行光耦合。这是通过例如用全息元件26将光束34分裂成两束或更多束光线来实现的。在这样一个实施方式中，每束光线被反射照到不同的光电接收器上。例如，第二接收器(图中未画出)可以放在贴近接收器16的引线框架部分18上，也和波导管20的底面30接触，这样，它可以被从全息元件26中分裂出来的第二光束照射。
除以上之外，作为本发明的另一个实施方式，熟练的技术人员会认识到可以用单个的全息元件(图中未画出)来代替三个全息元件。这是通过将单个的全息元件放在光波导管20的表面28上来实现的，从发送器12来的光束34被直接反射通过波导管20到单个的全息元件，且返回经过波导管20到接收器16、在这种实施方式中，这一个全息元件放在表面28上，水平地放在发送器12和接收器16中间某处。与上面使用三个全息元件相比，这个实施方式特别要求单个全息元件的不同的反射角度，且这些角度可以用标准的几何计算决定。可以相信，如刚才描述的使用单个全息元件与上面在第一实施方式中描述的使用三个全息元件的情况相比，可以为光隔离器10提供更高的光学效率。
现在，应该理解到已经描述了一种新的光隔离器，它具有大大改进的效率，因为它不依靠反射性腔壁对光的散射作为它的光信号通路。取而代之，本发明的光电发送器发送的光被全息薄膜以一种受控的、可重复的方式反射定向。一个优点是由于散射引起的光线损失最小。本发明的另一个优点是光电发送器和接收器可以在同一个引线框架上形成，这就减少了制作的复杂性和成本。由于可以照这样利用一个共用的引线框架，所以可以用普通的、低成本的封装来密封光隔离器。
前述讨论公开和描述的仅是本发明的示范性的方法和实施方式。被精通技术的人理解后，发明可以在不违反实质或基本特征的情况下以其他的具体方式来体现。例如，通过适当改变对准和反射角度来利用多于三个的全息元件。因此，本发明说明书仅为说明性的而不是限制性的，对于发明的范围，将在以下的权利要求书中提出。
Claims (20)
1.一种光隔离器，包括：
第一引线框架部分和第二引线框架部分，这里所述第一引线框架部分和所述第二引线框架部分是电隔离的且安放在一个完全共面的平面上；
光电发送器，安放在所述第一引线框架部分上；
第一光电接收器，安放在所述第二引线框架部分上；
有一个顶面和一个底面的平面光波导管，这里所述底面安放在所述发送器和所述光电接收器上；
第一全息元件，安放在所述波导管的所述顶面上，且与所述发送器对准，使从所述发送器发射出的光束被所述第一全息元件反射进入所述光波导管；
第二全息元件，安放在所述光波导管的所述底面上，且与所述第一全息元件对准，使所述光束被所述第二全息元件反射进入所述光波导管；
第三全息元件，安放在所述光波导管的所述顶面上，且同时与所述第二全息元件和所述第一光电接收器对准，使所述光束被所述第三全息元件反射到所述第一光电接收器上；及
封装，至少将所述第一引线框架部分，所述第二引线框架部分，所述发送器，及所述第一光电接收器密封起来。
2.权利要求1的光隔离器，其中所述光波导管从由玻璃和塑料组成的组中选择。
3.权利要求1的光隔离器，其中所述封装由模塑化合物制成。
4.权利要求1的光隔离器，其中所述光电发送器是发光二极管。
5.权利要求1的光隔离器，其中所述第一光电接收器是光电探测器。
6.权利要求1的光隔离器，其中所述第一引线框架部分和所述第二引线框架部分是由同一片导电材料制作的。
7.权利要求1的光隔离器，其中所述第一全息元件的厚度小于约100微米。
8.权利要求1的光隔离器，其中所述光电发送器和所述第一光电接收器的间距小于约5毫米。
9.权利要求1的光隔离器，其中所述封装进一步把所述光波导管、所述第一全息元件、所述第二全息元件及所述第三全息元件密封起来。
10.权利要求1的光隔离器，其中至少所述第一、第二、及第三全息元件之一将所述光束分裂为一个第一光束和一个第二光束，所述第一光束照在所述第一光电接收器上，及所述第二光束照在第二光电接收器上。
11.一种光隔离器，包括：
第一引线框架部分和第二引线框架部分，其中所述第一引线框架部分和所述第二引线框架部分是电隔离的，安放在同一个平面上，且由同一片导电材料制成；
光电发送器，安放在所述第一引线框架部分上；
光电接收器，安放在所述第二引线框架部分上，其中所述光电发送器和光电接收器的距离小于约5毫米；
平面光波导管，厚度小于约3毫米，且有一个顶面和一个底面，其中所述底面安放在所述光电发送器和所述光电接收器上；
第一全息元件，厚度小于约100微米，安放在所述光波导管的所述顶面上，且与所述光电发送器对准，使所述光电发送器发射的光束被所述第一全息元件反射进入所述光波导管中；
第二全息元件，厚度小于约100微米，安放在所述光波导管的所述底面上，且与所述第一全息元件对准，使所述光束被所述第二全息元件反射进入所述光波导管中；
第三全息元件，厚度小于约100微米，安放在所述光波导管的所述顶面上，且同时与所述第二全息元件和所述光电接收器对准，使所述光束被所述第三全息元件反射到光电接收器上；以及
封装，至少把所述第一引线框架部分，所述第二引线框架部分，所述光电发送器，及所述光电接收器密封起来。
12.权利要求11的光隔离器，其中所述封装进一步把所述光波导管，所述第一全息元件，所述第二全息元件及所述第三全息元件密封起来。
13.权利要求12的光隔离器，其中所述第一引线框架部分和所述第二引线框架部分在被电隔离之前被所述封装密封起来。
14.一种光隔离器，包括：
第一引线框架部分和第二引线框架部分，其中所述第一引线框架部分和所述第二引线框架部分被电隔离，且安放在同一个平面上；
光电发送器，安放在所述第一引线框架部分上；
第一光电接收器，安放在所述第二引线框架部分上；
平面光波导管，有一个第一表面和一个第二表面，其中所述第二表面安放在所述光电发送器和所述第一光电接收器上；
全息元件，安放在所述光波导管的所述第一表面上，且与所述光电发送器和所述第一光电接收器对准，使所述光电发送器发射的光束被所述全息元件经过所述光波导管反射到所述第一光电接收器上；及
封装，至少把所述第一引线框架部分，所述第二引线框架部分，所述光电发送器及所述第一光电接收器密封起来。
15.权利要求14的光隔离器，其中所述光波导管从由玻璃和塑料组成的组中选择。
16.权利要求14的光隔离器，其中所述封装由模塑化合物制成。
17.权利要求14的光隔离器，其中所述光电发送器是发光二极管。
18.权利要求14的光隔离器，其中所述第一引线框架部分和所述第二引线框架部分是由同一片导电材料制成的。
19.权利要求14的光隔离器，其中所述光电发送器和所述第一光电接收器的间距小于约5毫米。
20.权利要求14的光隔离器，其中所述全息元件将所述光束分裂为一个第一光束和一个第二光束，且所述第二光束照在第二光电接收器上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |