CN1786758A - 一种光纤波导式光学次模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光纤波导式光学次模块，包含有：发光器，可发射出输出光信号；多模光纤，具有相对的前端与末端，该前端耦合于该发光器，接收并传输该输出光信号；分光器，装设于该多模光线末端，并供该输出光信号穿透；光纤，装设于该分光器，可接收该输出光信号向外传输，及由外界下载输入光信号；及检光器，装设于该分光器一侧，该输入光信号通过该单模光纤传输至该分光器，并通过该分光器的反射而进入该检光器。本发明通过多模光纤提高与发光器对位的容许度，而可省去额外的对位机制，降低成本并提高传输效率。

Description

一种光纤波导式光学次模块
技术领域
本发明涉及一种光学次模块，应用于被动光纤网络(PON)及光纤到家(FTTH)网络架构中的光通信模块，特别是涉及一种光纤波导式光学次模块。
背景技术
常见于被动光纤网络(PON)及光纤到家(FTTH)网络架构中的双向光收发器，主要有双频(Duplexer)及三频(Triplexer)两种形式，双频是指传输数据(Data)与声音(Voice)两种信号内容，而三频是指传输数据、声音与影像(Video)三种信号内容，随着数字与模拟影像的传输需求提高，传统双向双频光收发器已无法满足市场需求，因此，双向三频光收发器将成为未来光通信市场的主流。
在双频光收发器中，一般光学次模块具有光发射端及光接收端两个主要部分，负责光发射端的主要元件是激光二极管，而负责光接收端的主要元件是检光二极管，然而，不论是光发射端或光接收端，在光路上都存在耦光对位的问题。其中，在光发射端常会面临的问题是激光二极管与单模光纤或平面光波导的耦光对位，由于单模光纤或平面光波导的对位容许度仅1~2微米，因此常发生对位偏移而使得耦光效率降低，影响模块的光输出功率与品质。一般用来改善对位偏移的方式有两种，一是采用主动式对准技术，即点亮激光二极管来进行耦光对位，此方法虽可达到精确的耦光对位，却需付出昂贵的组装成本；另一是采用被动式对准技术，即利用前接键(Alignment Key)的制作来进行元件的组装，此方法可大幅降低组装成本，却因制作工艺难度高而不易实现。
在双向三频光收发器中，光发射端常会面临的问题是激光二极管所发出的光须经过多个分光滤波片再耦合进入单模光纤，由于激光光的光点在自由空间下会随着传输距离变长而变大，常导致最后耦合进入单模光纤的激光光强所剩无几，为解决此一问题，常常需利用微透镜来增加数值孔径，以提高耦光效率。然而，微透镜的使用常会增加模块成本及使组装过程复杂化。
在双频光收发器中，常见的有平面光波导以及套筒两种形式。平面光波导型光学次模块，具有三个主要的光耦合界面，分别为激光二极管与平面光波导的耦合界面、平面光波导经分光滤波片至另一平面光波导的耦合界面、平面光波导与单模光纤的耦合界面。而三种界面都存在着低耦光对位容许度的危机，且因波导形式的不同又衍生出模场不匹配的耦光问题，因此整体的光耦合效率将难以提高。而套筒型光学次模块主要是用透镜来解决自由空间光耦合的问题，其耦光对位容许度也通过透镜来达到补偿功效，缺点是光耦合效率依然不佳，且多个透镜的使用也增加模块成本。
在三频光收发器中，只有套筒式光次模块一种，因发光元件与检光元件都采用套筒式封装，使得模块光主动元件的成本提高。此外，套筒式封装元件的体积大，在组装上易使自由空间耦合间距过长，而造成耦光效率降低及光传输色散。
综合上述，不论是平面光波导型光学次模块或套筒型光学次模块，其在光耦合界面上的处理方式都难以降低模块制作成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供提供一种光纤波导式光学次模块，具有宽裕的耦光对位容许度及减少因自由空间光耦合间距所造成的光传输色散现象，且可大幅降低模块组装成本及制作成本，达到低成本、高传输率的目的。
为了达到上述目的，本发明提供一种光纤波导式光学次模块，其特点在于，包含有光学平台、发光器、单模光纤、分光器、检光器以及多模光纤，光学平台提供所有光学元件承载，多模光纤具有相对的前端及末端，前端与发光器耦合，末端装设于分光器，分光器另一侧与单模光纤接合，且检光器装设于分光器一侧。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该发光器选自由一边射型激光二极管与一面射型激光二极管所构成的组合中一个。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该多模光纤的长度范围为0.2mm至10mm。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该分光器为一薄膜滤光片。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该薄膜滤光片的厚度范围为20微米~100微米。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含球透镜，设置于该发光器与该多模光纤前端之间。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该光纤为一多模光纤。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该光纤为一单模光纤。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含有一光学平台，用以承载该发光器、该多模光纤、该分光器、该单模光纤以及该检光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该光学平台的组成材料为半导体材料、高分子材料与金属材料所构成的组合中的一个。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该光学平台具有两个沟槽，用以容置并定位该单模光纤与该多模光纤。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该沟槽为V型沟槽。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该光学平台包含有一分光器定位槽，用以固定该分光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该光学平台包含有一发光器定位槽，用以固定该发光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该光学平台包含有一检光器定位槽，用以固定该检光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含有一发光器光学载板，用以承载该发光器并固定于该光学平台。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含有一监光器，相邻于该发光器，且配合该发光器光学载板上还包含有一反射斜面，用以将该输出光信号反射进入该监光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含有一检光器光学载板，用以承载该检光器并固定于该光学平台，且该检光器光学载板上还包含有一反射斜面，用以将该输入光信号反射进入该检光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含有一第二多模光纤、一第二检光器与一第二分光器，设置于该光学平台，且该第二多模光纤具有一前端与一末端，该前端耦接于分光器一侧，而可接收该输入光信号，该第二分光器设于该第二多模光纤的末端，而该检光器与该第二检光器分别设置于该第二分光器两侧，使该输入光信号受到该第二分光器反射或穿透该第二分光器后选择性地进入该检光器与该第二检光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该第二多模光纤的长度范围为0.2mm至10mm。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该第二分光器为一薄膜滤光片。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，该薄膜滤光片的厚度范围为20微米~100微米。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含有一检光器光学载板，用以承载该检光器并固定于该光学平台，且该检光器光学载板上还包含有一反射斜面，用以将该输入光信号反射进入该检光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含有一第二检光器光学载板，用以承载该第二检光器并固定于该光学平台，且该第二检光器光学载板上还包含有一反射斜面，用以将该输入光信号反射进入该第二检光器。
上述光纤波导式光学次模块，其特点在于，还包含有一监光器，邻近于该发光器，用以监控该发光器的发光功率。
本发明中的发光器可发射出输出光信号，并耦合进入多模光纤穿透分光器进入单模光纤向外传输，而由单模光纤下载的输入光信号由单模光纤进入，通过分光器反射而进入检光器。通过多模光纤提高与发光器对位的容许度，而可省去额外的对位机制，降低成本并提高传输效率。
本发明的功效如下：
1、具有宽裕的耦光对位容许度，可实现被动对准组装技术。
2、可缩短自由空间光耦合间距，减少光传输色散现象。
3、具有高耦光效率，可大幅提高模块光输出功率。
4、采用低价光纤，制作成本低廉。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明双频光学次模块的第一实施例示意图；
图2A、2B为本发明双频光学次模块第一实施例的光路示意图；
图3A、3B为本发明双频光学次模块第二实施例的示意图；
图4为本发明三频光学次模块的第一实施例示意图；
图5A、5B为本发明三频光学次模块第一实施例的光路示意图；
图6A、6B为本发明三双频光学次模块的第二实施例示意图。
其中，附图标记：
10-光学平台，11、12、13-沟槽
20-多模光纤，21-前端，22-末端
30-发光器，31-发光器定位槽
40-分光器，41-分光器定位槽
42-第二分光器，43-第二分光器定位槽
50-检光器，51-反射斜面
52-检光器光学载板
61-单模光纤，62-第二多模光纤
621-前端，622-末端
70-监光器，71-反射斜面
72-监光器光学载板
80-第二检光器，81-反射斜面
82-第二检光器光学载板
91-输出光信号，92-输入光信号
具体实施方式
根据本发明所揭露的光纤波导式光学次模块，主要应用于光收发模块，根据目前最常见的实施状态，以下分别就双频与三频加以说明。
本发明所揭露的双频光学次模块的第一实施例，请参阅图1，包含有光学平台10、发光器30、多模光纤20、分光器40、检光器50以及单模光纤61，光学平台10具有两个沟槽11、12及发光器定位槽31、分光器定位槽41，用以承载所有光学元件，多模光纤20具有相对的前端21与末端22，其设置定位于沟槽11内，而发光器30定位于发光器定位槽31内，使多模光纤20的前端21耦接于发光器30，而分光器40装设定位于分光器定位槽41内，而与多模光纤20的后端22接合，而单模光纤61设置于沟槽12内，并与分光器40接合，与外接连通，检光器50则设置相邻于分光器40。
其中，光学平台10的材料为半导体材料、高分子材料或是金属材料，而发光器30可为边射型激光二极管或面射型激光二极管。发光器30向外传输输出光信号91，请参阅图2A，输出光信号91进入多模光纤20并穿透分光器40而由单模光纤61相外传输。其中，分光器40可为薄膜滤光片，且厚度范围为20微米~100微米者为佳。如图2B所示，当下载输入光信号92时，由单模光纤61进入，并通过分光器40反射而进入检光器50。而其中，多模光纤20可提供约±10微米的耦光对位容许度，因此应用上以0.2mm至10mm的长度范围为佳。而其中，单模光纤61的部分也可取代为多模光纤或是其它种类的光纤，用于较短距离的局域网络传输。
如图1所示，发光器30后还增设有监光器70，用以监控发光器30的发光功率，一般说来，发光器30尽管是向前发光(朝向多模光纤20)，但是仍有少部分的光会由后面射出，并通过反射斜面71进入监光器70，来监控其发光功率。相同地，检光器50也设置于反射斜面51上，使输入光信号92得以反射进入(见图2B)。
然而，因为在光学平台10上形成反射斜面51、71在其加工上较为困难，因此提出第二实施例，请参阅图3A、3B，将监光器70承载在监光器光学载板72上，而监光器光学载板72上直接形成反射斜面71，相同地，检光器50也由检光器光学载板52承载，而检光器光学载板52上同样形成有反射斜面51，因此，直接装设于光学平台10后，就无须额外在光学平台10上进行加工。
另一方面，三频光学次模块的第一实施例请参阅图4，基本上架构相同，只是增加有第二多模光纤62装设于沟槽13，另外，第二分光器42装设于第二分光器定位槽43，而第二多模光纤62同样具有前端621与末端622，前端621接合于分光器40，而末端622接合于第二分光器42。图中，只图示有发光器定位槽31、分光器定位槽41、第二分光器定位槽43，其余光学元件(检光器50、第二检光器80与监光器70)也可采用相同设计。
如图5A所示，输出光信号91同样穿透分光器40而通过单模光纤61向外传输，如图5B所示，而下载的输入光信号92通过单模光纤61而由分光器40反射耦光进入第二多模光纤62，而部分穿透第二分光器42、部分由第二分光器42反射，其主要是根据输入光信号92的波长不同来加以区隔，来分别进入检光器50与第二检光器80。
相同地，第二检光器80底部也具有反射斜面81，为节省了在光学平台10上进行加工的步骤，同样地，三频光学次模块的第二实施例，请参阅图6A、6B，将第二检光器80利用第二检光器光学载板82来承载，并具有反射斜面81，其余则与双频光学次模块相同，在此不重复叙述。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (25)

1、一种光纤波导式光学次模块，其特征在于，包含有：
一发光器，可发射出一输出光信号；
一多模光纤，具有相对的一前端与一末端，该前端耦合于该发光器，接收并传输该输出光信号；
一分光器，装设于该多模光线末端，并供该输出光信号穿透；
一光纤，装设于该分光器，可接收该输出光信号向外传输，及由外界下载一输入光信号；及
一检光器，装设于该分光器一侧，该输入光信号通过该单模光纤传输至该分光器，并通过该分光器的反射而进入该检光器。
2、根据权利要求1所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该发光器选自由一边射型激光二极管与一面射型激光二极管所构成的组合中一个。
3、根据权利要求1所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该多模光纤的长度范围为0.2mm至10mm。
4、根据权利要求1所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该分光器为一薄膜滤光片。
5、根据权利要求4所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该薄膜滤光片的厚度范围为20微米~100微米。
6、根据权利要求1所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含球透镜，设置于该发光器与该多模光纤前端之间。
7、根据权利要求1所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该光纤为一多模光纤。
8、根据权利要求1所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该光纤为一单模光纤。
9、根据权利要求1所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含有一光学平台，用以承载该发光器、该多模光纤、该分光器、该单模光纤以及该检光器。
10、根据权利要求9所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该光学平台的组成材料为半导体材料、高分子材料与金属材料所构成的组合中的一个。
11、根据权利要求9所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该光学平台具有两个沟槽，用以容置并定位该单模光纤与该多模光纤。
12、根据权利要求11所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该沟槽为V型沟槽。
13、根据权利要求9所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该光学平台包含有一分光器定位槽，用以固定该分光器。
14、根据权利要求9所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于该光学平台包含有一发光器定位槽，用以固定该发光器。
15、根据权利要求9所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该光学平台包含有一检光器定位槽，用以固定该检光器。
16、根据权利要求9所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含有一发光器光学载板，用以承载该发光器并固定于该光学平台。
17、根据权利要求16所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含有一监光器，相邻于该发光器，且配合该发光器光学载板上还包含有一反射斜面，用以将该输出光信号反射进入该监光器。
18、根据权利要求9所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含有一检光器光学载板，用以承载该检光器并固定于该光学平台，且该检光器光学载板上还包含有一反射斜面，用以将该输入光信号反射进入该检光器。
19、根据权利要求9所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含有一第二多模光纤、一第二检光器与一第二分光器，设置于该光学平台，且该第二多模光纤具有一前端与一末端，该前端耦接于分光器一侧，而可接收该输入光信号，该第二分光器设于该第二多模光纤的末端，而该检光器与该第二检光器分别设置于该第二分光器两侧，使该输入光信号受到该第二分光器反射或穿透该第二分光器后选择性地进入该检光器与该第二检光器。
20、根据权利要求19所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该第二多模光纤的长度范围为0.2mm至10mm。
21、根据权利要求19所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该第二分光器为一薄膜滤光片。
22、根据权利要求21所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，该薄膜滤光片的厚度范围为20微米~100微米。
23、根据权利要求19所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含有一检光器光学载板，用以承载该检光器并固定于该光学平台，且该检光器光学载板上还包含有一反射斜面，用以将该输入光信号反射进入该检光器。
24、根据权利要求19所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含有一第二检光器光学载板，用以承载该第二检光器并固定于该光学平台，且该第二检光器光学载板上还包含有一反射斜面，用以将该输入光信号反射进入该第二检光器。
25、根据权利要求1所述的光纤波导式光学次模块，其特征在于，还包含有一监光器，邻近于该发光器，用以监控该发光器的发光功率。
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