CN2613771Y - 光纤收发器的光学次模块改良结构 - Google Patents

Abstract

一种光纤收发器的光学次模块改良结构，是针对半导体激光到光纤或发光二极管到光纤，及光纤到光检测器等光纤收发器(transceiver)功能而设计的光学次模块(OSA，Opt ical Sub－Assembly)，是由一光纤连接器外壳体(FiberConnector housing)，一兼具透镜的夹持体(Lens and Holder)，及夹固在夹持体的夹持孔上的各种不同包装的收发功能组件所构成，其特征在于：将光纤连接器外壳体及兼具透镜的夹持体分为两个分别模制成型的构体，使光纤头插置孔形成穿孔结构，而透镜面外则形成浅孔结构，且两者间的接合面即形成光纤头的挡止面(Stop Face)，以此可简化模具的难度及提高塑料成型构件的精度，提升对其检验效率；而提供一低成本，高精度，高品质且易于大量制造，并易与收发功能组件封装结合的结构体。

Description

光纤收发器的光学次模块改良结构

技术领域

本实用新型涉及一种光纤收发器，特别是光纤收发器的光学次模块。

技术背景

在光电传输中所称的光纤收发器的光学次模块(OSA，OpticalSub-Assembly)，乃是提供功能组件到光纤(TOSA)，如半导体激光到光纤，或发光二极管到光纤，及反向的光纤到光检测器(ROSA)的结构体，使电讯号(Electrical Signal)得转换成光并聚焦在光纤内再传输，或反向的光转换成电讯号；而其中，收发功能组件又有各种不同包装型态，如平玻璃的TO-Can型态，或斜玻璃的TO-Can型态，或环氧树脂EPOXY包装型态，且其中收发功能组件在光学次模块中的组装固定亦有多种方法达成，如利用辐射频(RF，RadioFrequency)加热熔胶方式等为常见的方法，均已成为习知技术。

而光学次模块(OSA，Optical Sub--Assembly)研发至今，已有多种不同的制造成型技术及结构设计，其中，制造成型技术中利用透明热塑型材料并藉塑料射出成型技术，更因成本较低而已成为制造的主流。而结构上的不同设计，包括有：如图1所示，是U.S.Pat.No.5,631,991[PLASTIC OPTICAL SUBASSEMBLIESFOR LIGHT TRANSFER BETWEEN AN OPTICAL FIBER AND AN OPTOELECTRIC CONVERTERAND THE FABRICATION OF SUCH PLASTIC OPTICAL SUBASSEMBLIES]的结构设计，其光学次模块A1是利用一个一体成型的外壳体(housing)A2，而外壳体A2的两端同一体设有不同挡止面(stop face)的插置孔，供分别插设收发功能组件A3及光纤头A4，而内部则容设有一同Z轴(光束方向)的透镜(lens)A5，而所构成的整体材积较大；又如图2所示，是U.S.Pat.No.6,432,733 B1「METHOD FORPRODUCING AN OPTICAL MODULE」的结构设计，其光学次模块B1亦利用一个一体成型的外壳体(housing)B2，而外壳体B2的两端同一体设有不同挡止面(stopface)的插置孔，供分别插设收发功能组件B3及光纤头B4，而内部则容设有一同Z轴(光束方向)的透镜组B5，而其与U.S.Pat.No.5,631,991主要不同者乃在于该模造的透镜组B5是由与球形镜(spherical lens)B7不同个体的两夹件B6中夹置一球形镜(spherical lens)B7而构成，与同单一体式的透镜(lens)A5不同，而整体材积也较大；再如图3所示，是U.S.Pat.No.6,302,596 B1「SMALL FORMFACTOR OPTOELECTRIC TRANSCEIVERS」的结构设计，其光学次模块C1亦利用一个一体成型的外壳体(housing)C2，而外壳体C2的两端是同一体设有不同挡止面(stopface)的插置孔，供分别插设收发功能组件C3及光纤头C4，而内部则是同一体设有一同Z轴(光束方向)的透镜C5，而其主要特征是透镜C5与外壳体C2为同一射出成型体，致整体材积可有效缩小。而上述U.S.Pat.No.6,432,733 B1「SMALLFORM FACTOR OPTOELECTRIC TRANSCEIVERS」的结构设计，于实际制造时会产生下列缺点：

1.外壳体C2中供插设光纤头C4的插置孔C6，是直接设在一体成型的外壳体C2内，且为一经凹室(a well or recess)C7并直接贯通至一透镜面C8的深盲孔构造，由于盲孔过深，当利用塑料射出一体成型出外壳体C2时，使开设该成型模具的困难度提高，且难以有效控制透镜面C8的成型品质，而影响到光学次模块C1的调校品质，并增加实时调校的麻烦，造成量产化制程的困难及成本的相对提高。

2.外壳体C2是一体成型体，由于贯通至透镜面C8的盲孔过深，无法有效检验透镜面C8的成型品质，致使后续的组装作业包括功能组件C3的实时调校等增加困难度，也相对提高制造成本。

3.又如图3所示光学次模块C1成品的品质检验，不论是功能组件到光纤(TOSA)或反向的光纤到光检测器(ROSA)的结构体，当将收发功能组件C3组装在外壳体C2上时，是实时调校功能组件C3的X-Y位置，但由于贯通至透镜面C8的盲孔过深，若利用现有的检测仪器并由插置孔C6的外端面(开口端)处来进行实时调校作业，实难以达到有效而精确的检测，而易造成品管不实及误差率提高，致无法有效降低制造成本。

4.又若不由插置孔C6的外端面(开口端)处向内实时调校功能组件C3，则另可改为置入光纤头C4而再藉由光纤端作耦合效率的检测，然如此检测作业的变因增多，包括：检测用光纤头C4的成品品质皆有一定公差存在，或功能组件C3的功能品质如激光二极管的发射功率即非恒维持不变，在在均会造成光学次模块C1成品检测品质的误差，并可能因而造成潜在性不良品质，则利用该等变因作为标准来检测，反而可能使成品的误差范围加大，使检测后合格成品在被使用者插置以其它光纤头使用时，却出现品质不良的情况，使成品品质无法确实掌握，造成不良率相对提高。

发明内容

本实用新型的主要目的即是针对上述的缺点而加以改良，提供一种光纤收发器的光学次模块改良结构，其是利用塑料射出成型技术，使光纤连接器的外壳体与兼具透镜的夹持体分为两个分别模制成型的结构体，使光纤头插置孔在外壳体上形成穿孔结构，而透镜面则在夹持体上形成浅孔结构，且外壳体与夫持体两者间相连接的贴合面即形成光纤头的挡止面(Stop Face)藉以简化模具的困难度并提高塑料射出成型的结构体的成型精度，而可有效提升射出成型构体成品的检验效率，达成低成本，高精度，高品质且易于大量生产制造，并易与收发功能组件封装结合的结构功效。

本实用新型的目的是这样实现的：

提供一种光纤收发器的光学次模块改良结构，包括一外壳体，一夹持体，及组装在该夹持体一端夹持孔上的功能组件，其特征在于，

该外壳体，是一透明塑料射出的一体成型体，于其一端上设有一插置孔供插置该光纤头，于其另一端上设有一第一配合孔供置入该夹持体，而该配合孔内设有一第一挡止面，于该第一挡止面上再设有一管径较小的第二配合孔，且该配合孔的孔径大于光纤头插置孔，并形成第二挡止面，而插置孔与两配合孔均为同Z轴贯穿孔结构；

该夹持体，是一与外壳体的两配合孔形状相配合的塑料射出一体成型体，设有同Z轴的第一截套管及第二截套管，该第一截套管的外端面贴合于第二配合孔中的第二挡止面，并形成光纤头置入插置孔的挡止面；而该第二截套管内设有一配合孔供置入功能组件并实时调校而胶合固定；又夹持体的配合孔与第一截套管之间同一体构成一同Z轴的透镜，且该透镜面向第二截套管的配合孔其凸出的透镜面为非球面，而面向第一截套管的透镜面则为平面或非球面，且该透镜面的位置是在第一截套管中，其至端面之间形成一浅孔状的凹室；

该功能组件，是套入夹持体的配合孔内使用；

上述结构的总体组合关系是：该功能组件与该夹持体对位对准相结合并定位而构成一结合体；该结合体与外壳体结合组装而构成一光学次模块。以及

该功能组件可为平玻璃TO-Can包装的功能组件，包括一TO-Can主体，一平玻璃及一芯片，而该芯片可为激光、或发光二极管、或光检测器。

该平玻璃的表面经镀膜处理。

该功能组件可为斜玻璃TO-Can包装，包括一TO-Can主体，一斜玻璃及一激光芯片。

该功能组件可为环氧树脂包装，包括环氧树脂包装的主体及芯片，而该芯片可为激光或发光二极管。

本实用新型的目的还可以这样实现：

一种光纤收发器的光学次模块的壳体结构，包括一光纤连接器的外壳体及一兼具透镜的夹持体，其特征在于，

该光纤连接器的外壳体，是一透明塑料射出的一体成型体，于其一端上设有一插置孔供插置光纤头，且插置孔内未设有光纤头的挡止面；于其另一端上设有一第一配合孔供置入夹持体，而该配合孔内设有一第一挡止面，于该第一挡止面上再设有一管径较小的第二配合孔，且该配合孔的孔径大于光纤头插置孔，并形成第二挡止面，而该插置孔与两配合孔均为同Z轴贯穿孔结构；

该兼具透镜的夹持体，是一与外壳体的两配合孔形状相配合的塑料射出一体成型体，设有同Z轴的第一截套管及第二截套管，并使第一截套管的外端面贴合于第二配合孔中的第二挡止面，并形成光纤头置入插置孔的挡止面；而第二截套管内设有一配合孔供置入功能组件并实时调校而胶合固定；又夹持体的配合孔与第一截套管之间同一体构成一同Z轴的透镜，且该透镜面向第二截套管的配合孔并凸出的透镜面为非球面，而面向第一截套管的透镜面则为平面或非球面，且该透镜面的位置是在第一截套管中，其至端面之间形成一浅孔状的凹室。

本实用新型的优点与积极效果结合附图在具体实施方式中说明。

附图说明

图1  习知一种光学次模块的结构剖面示意图；

图2  习知另一种光学次模块的结构剖面示意图；

图3  习知又一种光学次模块的结构剖面示意图；

图4  本实用新型光学次模块结构中未装功能组件的分解剖面示意图；

图5  由图4加装光纤头的组合剖面示意图；

图6  平玻璃的TO-Can功能组件的结构剖面示意图；

图7  本实用新型组装平玻璃TO-Can功能组件后的结构剖面示意图；

图8  斜玻璃的TO-Can功能组件的结构剖面示意图；

图9  本实用新型组装斜玻璃的TO-Can功能组件后的结构剖面示意图；

图10 环氧树脂包装型式功能组件的结构剖面示意图；

图11 本实用新型组装环氧树脂包装型式功能组件后的结构剖面示意图。

件号简单说明：

(习用部分)

A1  光学次模块              A2  外壳体

A3  功能组件                A4  光纤头

A5  透镜                    B1  光学次模块

B2  外壳体                  B3  功能组件

B4  光纤头                  B5  透镜组

B6  夹件                    B7  球形镜

C1  光学次模块              C2  外壳体

C3  功能组件                C4  光纤头

C5  透镜外壳体              C6  插置孔

C7  凹室                    C8  透镜面

(本实用新型部分)

1   光学次模块              10  外壳体

11  插置孔                  12  配合孔

13  第一挡止面              14  配合孔

15  第二挡止面              20  夹持体

21  第一截套管              22  第二截套管

23  端面                    24  配合孔

25  透镜                    26  透镜面

27  透镜面                  28  凹室

30  功能组件                30a 功能组件

31  TO-Can主体              32  平玻璃

33  芯片                    30b 功能组件

34  TO-Can主体              35  斜玻璃

36  激光芯片                30c 功能组件

37  主体                    38  芯片

40  光纤头

具体实施方式

如图4、5所示，本实用新型的光纤收发器的光学次模块(OSA，OpticalSubassembly)，包括一光纤连接器的外壳体(Fiber Connector Housing)10，一兼具透镜的夹持体(Lens and Holder)20，及组装在夹持体一端夹持孔上的功能组件30(参考图7、9、11所示)，并藉由功能组件30的不同，而具有半导体激光到光纤，或发光二极管到光纤，或反向的光纤到光检测器等不同的光纤收发器(transceiver)功能，其中，该光纤连接器的外壳体(FiberConnector housing)10及兼具透镜的夹持体(Lens and Holder)20均是透明塑料射出的一体成型体，而外壳体10的一端设有一插置孔11供插置光纤头40，且插置孔11内未设有光纤头40的挡止面(Stop Face)；外壳体10另一端设有一管径较大的第一配合孔12供置入夹持体20，而第一配合孔12内设有一第一挡止面13，于第一挡止面13上再设有一管径较小的第二配合孔14，而第二配合孔14的管径大于插置孔11，并因而形成第二挡止面15，而插置孔11、第二配合孔14及第一配合孔12均为同Z轴(光束方向)的贯穿孔结构。

而兼具透镜的夹持体(Lens and Holder)20是一与外壳体10的第二配合孔14及第一配合孔12形状相配合的塑料射出一体成型体，设有同Z轴的第一截套管21及第二截套管22，组合时，夹持体20可套入第一配合孔12中，并使第一截套管21的端面23贴合于第二配合孔14中的第二挡止面15上；而第二截套管22内设有一配合孔24供置入功能组件30并实时调校而胶合固定；而夹持体20的配合孔24与第一截套管21之间即同一体构成一同Z轴的透镜25，其中，透镜25面向配合孔24并凸出的透镜面26为非球面(Aspherical)而面向第一截套管21的透镜面27则为平面或非球面(Aspherical)均可；而透镜面27的位置是在第一截套管21中，使透镜面27至端面23之间形成一浅孔状的凹室28。

而功能组件30是套入夹持体20的配合孔24内使用，其具有不同的组装型态及功能，一般是将一光电芯片(optoelectronic chips)，如激光(发射器)或检测器(接收器)，容置在一适当大小的金属“TO”罐内(或称为TO-Can)，而于TO-Can前端开设一窗口供光射出，藉以完全密封住芯片，如图6所示，为功能组件30a的TO-Can包装，包括TO-Can主体31，平玻璃32及芯片33，该芯片33可为激光、发光二极管或光检测器，而在平玻璃32的表面需做镀膜处理，依据产品的需求做抗反射镀膜或高反射镀膜；再如图8所示，为功能组件30b的斜玻璃TO-Can包装，包括TO-Can主体34，斜玻璃35及激光芯片36；再如图10所示，为功能组件30c的环氧树脂(EPOXY)包装，此种包装成本将会更有竞争优势，包括EPOXY包装的主体37及芯片38，该芯片38可为激光或发光二极管。

而藉由上述光纤连接器的外壳体10及兼具透镜的夹持体20的特殊结构设计，使本实用新型的组装制程亦不同于习用者，其是将功能组件30先与夹持体20做对位对准，如图7、9、11中各功能组件30a、30b、30c置入夹持体20的配合孔24内的组装位置；待完成对准后(一般为X-Y及Z轴调校)，再使用胶将功能组件30与夹持体20两者相结合并定位(如用RF加热两者间已布设的胶体)，而成为一结合体；再将该结合体与光纤连接器的外壳体10进村结合组装作业，即令夹持体20套入外壳体10的配合孔12中，并使夹持体20的第一截套管21的端面23贴合于配合孔12中的第二挡止面15上，而使端面23形成光纤头40挡止面。而本实用新型利用三种不同型式的功能组件30组件，可做成光纤收发器的光学次模块TOSA(Transmitter Optical Sub--Assemble)禾口ROSA(Receiver OpticalSub--Assemble)，如图7、9、11所示。

而本实用新型藉由上述的组装制程及结构设计，使本实用新型至少具有下列优点与积极效果：

1.由于光纤连接器的外壳体10及兼具透镜的夹持体20为各以透明塑料射出成型的两分离个体，可有效简化模具的制造困难度，并提高塑料射出成型的结构体的成型精度；

2.由于光纤连接器的外壳体10及兼具透镜的夹持体20是分别模制成型，可有效提高射出成型成品的精度，尤其可提升夹持体20中透镜25的成型品质，使透镜25上非球面(Aspherical)的透镜面26及平面或非球面(Aspherical)均可达最佳成型品质；

3.由于光纤连接器的外壳体10及兼具透镜的夹持体20是分别模制成型，使光纤头40的插置孔11与透镜25的透镜面27为分离个体而非同一体结构，致使透镜面27所在位置与端面23间只隔一段浅孔状凹室28的距离，可有效提升射出成型构体成品尤其是透镜25的检验效率：

4.由于光纤连接器的外壳体10及兼具透镜的夹持体20是分别模制成型，而具有较佳的成型精度，可使功能组件30与夹持体20间的组装作业减少实时调校的麻烦，而更为简便快速；

5.藉简化模具的困难度、提高塑料射出成型体的成型精度及提升成品的检验效率，可有效降低成本并利于量产化，而增加竞争力。

综上所述，本实用新型光纤收发器的光学次模块改良结构，的确能藉由上述所揭露的结构达到所预期的功效，且本实用新型申请前未见于刊物亦未公开使用，诚已符合专利的新颖、进步等要件。

上述所公开的图式及说明，仅为本实用新型的实施例而已，非为限定本实用新型的实施例；大凡熟悉该项技艺的人士，其所依本实用新型的特征范畴，所作的其它等效变化或修饰，皆应涵盖在本案的申请专利范围内。

Claims (6)

1、一种光纤收发器的光学次模块改良结构，包括一外壳体，一夹持体，及组装在该夹持体一端夹持孔上的功能组件，其特征在于，

该外壳体，是一透明塑料射出的一体成型体，于其一端上设有一插置孔供插置该光纤头，于其另一端上设有一第一配合孔供置入该夹持体，而该配合孔内设有一第一挡止面，于该第一挡止面上再设有一管径较小的第二配合孔，且该配合孔的孔径大于光纤头插置孔，并形成第二挡止面，而插置孔与两配合孔均为同Z轴贯穿孔结构；

该夹持体，是一与该外壳体的两配合孔形状相配合的塑料射出一体成型体，设有同Z轴的第一截套管及第二截套管，该第一截套管的外端面贴合于第二配合孔中的第二挡止面，并形成光纤头置入插置孔的挡止面；而该第二截套管内设有一配合孔供置入功能组件并实时调校而胶合固定；又夹持体的配合孔与第一截套管之间同一体构成一同Z轴的透镜，且该透镜面向第二截套管的配合孔其凸出的透镜面为非球面，而面向第一截套管的透镜面则为平面或非球面，且该透镜面的位置是在第一截套管中，其至端面之间形成一浅孔状的凹室；

该功能组件，是套入该夹持体的配合孔内使用；

上述结构的总体组合关系是：该功能组件与该夹持体对位对准相结合并定位而构成一结合体；该结合体与外壳体结合组装而构成一光学次模块。

2、如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块改良结构，其特征在于，该功能组件可为平玻璃TO-Can包装的功能组件，包括一TO-Can主体，一平玻璃及一芯片，而该芯片可为激光、或发光二极管、或光检测器。

3、如权利要求2所述光纤收发器的光学次模块改良结构，其特征在于，该平玻璃的表面经镀膜处理。

4、如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块改良结构，其特征在于，该功能组件可为斜玻璃TO-Can包装，包括一TO-Can主体，一斜玻璃及一激光芯片。

5、如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块改良结构，其特征在于，该功能组件可为环氧树脂包装，包括环氧树脂包装的主体及芯片，而该芯片可为激光或发光二极管。

6、一种光纤收发器的光学次模块的壳体结构，包括一光纤连接器的外壳体及一兼具透镜的夹持体，其特征在于，

该光纤连接器的外壳体，是一透明塑料射出的一体成型体，于其一端上设有一插置孔供插置光纤头，且插置孔内未设有光纤头的挡止面；于其另一端上设有一第一配合孔供置入夹持体，而该配合孔内设有一第一挡止面，于该第一挡止面上再设有一管径较小的第二配合孔，且该配合孔的孔径大于光纤头插置孔，并形成第二挡止面，而该插置孔与两配合孔均为同Z轴贯穿孔结构；

该兼具透镜的夹持体，是一与外壳体的两配合孔形状相配合的塑料射出一体成型体，设有同Z轴的第一截套管及第二截套管，并使第一截套管的外端面贴合于第二配合孔中的第二挡止面，并形成光纤头置入插置孔的挡止面；而第二截套管内设有一配合孔供置入功能组件并实时调校而胶合固定；又夹持体的配合孔与第一截套管之间同一体构成一同Z轴的透镜，且该透镜面向第二截套管的配合孔并凸出的透镜面为非球面，而面向第一截套管的透镜面则为平面或非球面，且该透镜面的位置是在第一截套管中，其至端面之间形成一浅孔状的凹室。

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