TW201337370A - 光耦合裝置 - Google Patents

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Abstract

一種光耦合裝置包含有一光學耦合元件、至少一光電轉換元件、以及至少一光導纖維,其中,該光學耦合元件具有一第一表面、一第二表面以及一反射面;該第一表面上形成有至少一第一透鏡;該第二表面上形成有至少一第二透鏡;該光電轉換元件位於該光學耦合元件之該第一表面的一側,且面對該第一透鏡;該光導纖維位於該光學耦合元件之該第二表面的一側,且面對該第二透鏡;且該光耦合裝置主要滿足下列條件:0.3<β<0.9;β=NA1/NA2;其中,NA1為該光電轉換元件之數值孔徑;NA2為該光導纖維之數值孔徑。

Description

光耦合裝置
本發明係與光學有關,更詳而言之是指一種光耦合裝置。
隨著光學科技之進步,利用光訊號來傳導資訊之設計與裝置越來越多元與普及,而其中又以光耦合裝置普及運用於許多領域中。
而習用光耦合裝置之設計如美利堅合眾國公告第7369328號專利「Optical path change type optical coupling element」所示,係於兩個光學連接器(optical connector)之間設計有一光學耦合元件,且該光學耦合元件之兩個面上分別有一組透鏡組,且該二透鏡組至該反射面之距離相同,祈以透過該二透鏡組改變光訊號特性之設計,使得該光耦合裝置在進行光耦合傳輸時能產生較低之損耗,而可具有較佳耦合效率。
然而,隨著時代的進步,光訊號源亦依據不同使用需求而設計有不同大小之數值孔徑(number aperture),但上述光耦合裝置之設計在光訊號源具有較大之數值孔徑時,光訊號容易擴散到透鏡組之周緣,而有損耗加大及失真之疑慮。
是以,習用之光耦合裝置因上述原因,而無法一次適用於多種不同數值孔徑之光訊號源上,且因其適用範圍小,亦會增加對光訊號校準所需耗費之時間,並容易影響光耦合元件定位時之準確度。綜上說明可知,習用光耦合裝置之設計仍未臻完善,且尚有待改進之處。
有鑑於此,本發明之主要目的在於提供一種光耦合裝置,具有較大之適用範圍,而使其具有對光校準時間所需耗費之時間低、光學定位準確度高、以及可容許偏差±10μm等特性。
緣以達成上述目的,本發明所提供之光耦合裝置包含有一光學耦合元件、至少一光電轉換元件、以及至少一光導纖維(optical fiber),其中,該光學耦合元件具有一第一表面、一第二表面以及一反射面;該第一表面上形成有至少一第一透鏡;該第二表面上形成有至少一第二透鏡;光訊號由該第一透鏡進入該光學耦合元件,經由該反射面反射後,由該第二透鏡離開該光學耦合元件;或是由該第二透鏡進入該光學耦合元件,經由該反射面反射後,由該第一透鏡離開該光學耦合元件;該光電轉換元件位於該光學耦合元件之該第一表面的一側,且面對該第一透鏡;該光電轉換元件用以接收自該光學耦合元件射出之光訊號,並轉換成電訊號後輸出;或是將接收之電訊號轉換成光訊號後,射往該光學耦合元件;該光導纖維位於該光學耦合元件之該第二表面的一側,且面對該第二透鏡;該光導纖維用以將自外部傳輸之光訊號射往該光學耦合元件;或是接收自該光學耦合元件射出之光訊號,並傳輸至外部。
依據上述構思,該第一透鏡與該第二透鏡的系統組合會滿足下列條件:
0.5<α<1.5,其中α=R1/R2,R1為該第一透鏡之曲率半徑(radius of curvature);R2為該第二透鏡之曲率半徑(radius of curvature)。
依據上述構思,該光電轉換元件與該光導纖維滿足下列條件:
0.3<β<0.9,其中β=NA1/NA2,NA1為該光電轉換元件之數值孔徑(number aperture);NA2為該光導纖維之數值孔徑(number aperture)。
依據上述構思,該第一透鏡之表面至該反射面之距離大於該第二透鏡之表面至該反射面之距離。
依據上述構思,該第一透鏡之表面為非球面表面。
依據上述構思,該第二透鏡之表面為非球面表面。
依據上述構思,該光耦合裝置包含有兩個該光電轉換元件,分別為一第一光電轉換元件以及一第二光電轉換元件,其中,該第一光電轉換元件用以將接收之電訊號轉換成光訊號後,射往該光學耦合元件;該第二光電轉換元件用以接收自該光學耦合元件射出之光訊號,並轉換成電訊號後輸出。
依據上述構思,NA1為該第一光電轉換元件之數值孔徑(number aperture)。
依據上述構思,該第一光電轉換元件為一面射型雷射(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)。
依據上述構思,該第二光電轉換元件為一光電二極體(photodiodes,PD)。
依據上述構思,該光耦合裝置包含有兩個該光導纖維,分別為一第一光導纖維以及一第二光導纖維,其中,該第一光導纖維用以接收自該光學耦合元件射出之光訊號,並傳輸至外部;該第二光導纖維用以將自外部傳輸之光訊號射往該光學耦合元件。
依據上述構思,該光學耦合元件第一表面上形成有二個該第一透鏡,分別為一第一輸入透鏡以及一第一輸出透鏡;該第二表面上形成有二個該第二透鏡,分別為一第二輸入透鏡以及一第二輸出透鏡;由該第一輸入透鏡進入該光學耦合元件之光訊號,經由該反射面反射後,將由該第二輸出透鏡離開該光學耦合元件;由該第二輸入透鏡進入該光學耦合元件之光訊號,經由該反射面反射後,將由該第一輸出透鏡離開該光學耦合元件。
藉此,透過上述設計,將可使該光耦合裝置具有較大之適用範圍,而使其具有對光校準時間所需耗費之時間低、光學定位準確度高、以及可容許偏差±10μm等特性。
為能更清楚地說明本發明,茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後。
請參閱圖1,本發明較佳實施例之光耦合裝置用以適用於現行較為廣泛被使用之四發四收之收發器(transceiver)以及MT型帶狀光導纖維連接器。該光耦合裝置1包含有一光學耦合元件10、數個光電轉換元件20、以及數個光導纖維(optical fiber)30。其中:
請參閱圖2,該光學耦合元件10具有一第一表面11、一第二表面12以及一反射面13。於本實施例中,該第一表面11上形成有十二個第一透鏡111,且該第二表面12上形成有十二個第二透鏡121,而該等透鏡111、121之表面皆為非球面表面。另外,請參閱圖3,於本實施例中,各該第一透鏡111之表面至該反射面13之距離X係設計大於各該第二透鏡121之表面至該反射面13之距離Y,藉以透過延伸部份光路之方式,搭配兩排非球面之透鏡111、121陣列,使該光學耦合元件10能具有較佳之光學效果。再者,該等第一透鏡111中最靠近兩側之八個透鏡111a、111b分別為四個第一輸入透鏡111a以及四個第一輸出透鏡111b,而該等第二透鏡中121最靠近兩側之八個透鏡121a、121b則分別為四個第二輸入透鏡121a以及四個第二輸出透鏡121b。
該等光電轉換元件20位於該光學耦合元件10之該第一表面11的一側,且面對該第一透鏡111。該等光電轉換元件20分別為四個第一光電轉換元件20a以及四個第二光電轉換元件20b,其中,各該第一光電轉換元件20a用以將接收之電訊號轉換成光訊號後,射往該光學耦合元件10;該第二光電轉換元件20b用以接收自該光學耦合元件10射出之光訊號,並轉換成電訊號後輸出。於本實施例中,該第一光電轉換元件20a為一面射型雷射(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL),該第二光電轉換元件20b為一光電二極體(photodiodes,PD),但不以此為限,亦可是其它可達到相同功能之光電轉換元件。
該等光導纖維30位於該光學耦合元件10之該第二表面12的一側,且其一端面對該第二透鏡121。該等光導纖維30分別為四個第一光導纖維30a以及四個第二光導纖維30b,其中,各該第一光導纖維30a用以接收自該光學耦合元件10射出之光訊號並傳輸至外部;而各該第二光導纖維30b用以將自外部傳輸之光訊號射往該光學耦合元件10。
藉此,請參閱圖4,當該第一光電轉換元件20a接收到電訊號後,便轉換成光訊號並射往該光學耦合元件10,光訊號由該第一表面11上之該第一輸入透鏡111a進入該光學耦合元件10後,經由該反射面13反射,並由該第二表面12上之該第二輸出透鏡121b離開該光學耦合元件10至該第一光導纖維30a,而可將該光訊號傳輸至外部;反之,請參閱圖5(圖形有誤),當外部之光訊號傳輸至該第二光導纖維30b後,將由該第二光導纖維30b射往該光學耦合元件10,此時,光訊號將由該第二表面12上之該第二輸入透鏡121a進入該光學耦合元件10,經由該反射面13反射後,由該第一表面11上之該第一輸出透鏡111b離開該光學耦合元件10至該第二光電轉換元件20b而轉換成電訊號。
而為使該光耦合裝置1該進行光耦合傳輸之過程中,能具有低損耗及高耦合之優點,該光耦合裝置滿足下列條件:
0.5<α<1.5;α=R1/R2
R1為各該第一透鏡111之曲率半徑;
R2為各該第二透鏡121之曲率半徑。
當然,亦可如下縮減上述條件之範圍0.8<α<1.0,而可達到較佳之低損耗及高耦合效果。
是以,透過上述之條件設計,將可使得該光耦合裝置具有低散射、低損耗以及高耦合之特性,而使得於選擇該光電轉換元件與該光導纖時,可透過下列條件而可具有較大之可選用範圍:
0.3<β<0.9;β=NA1/NA2
NA1為該第一光電轉換元件20a之數值孔徑;
NA2為該第二光導纖維30b之數值孔徑。
藉此,由上述說明可得知,透過該光學耦合元件中之光路長度設計(即距離X大於距離Y之設計)、各該第一透鏡111以及各該第二透鏡121之非球面與曲率半徑比值限定之設計,將可大幅提升該光電轉換元件20與該光導纖維30數值孔徑的可選用範圍,而增大數值孔徑的可選用範圍後,更可同時達到大幅降低該光耦合裝置1於對光校準時間時所需耗費之時間、大幅提升光學定位準確度、以及±10μm的容許偏差位移量之效果。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已,並不以此為限。舉例而言,本發明除可將對應輸入/輸出光訊號之各透鏡111、121整合於同一光學耦合元件10上外,亦可各別設置於不同光學耦合元件上來達到相同之目的。另外,舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及製作方法變化,理應包含在本發明之專利範圍內。
1...光耦合裝置
10...光學耦合元件
11...第一表面
111...第一透鏡
111a...第一輸入透鏡
111b...第一輸出透鏡
12...第二表面
121...第二透鏡
121a...第二輸入透鏡
121b...第二輸出透鏡
13...反射面
20...光電轉換元件
20a...第一光電轉換元件
20b...第二光電轉換元件
30...數個光導纖維
30a...第一光導纖維
30b...第二光導纖維
X、Y...距離
圖1為本發明較佳實施例之立體圖。
圖2為本發明光學耦合元件之立體圖。
圖3為本發明光學耦合元件之剖視圖。
圖4揭示光訊號由光電轉換元件傳輸至光導纖維。
圖5揭示光訊號由光導纖維傳輸至光電轉換元件。
1...光耦合裝置
10...光學耦合元件
11...第一表面
111a...第一輸入透鏡
111b...第一輸出透鏡
12...第二表面
121a...第二輸入透鏡
121b...第二輸出透鏡
13...反射面
20...光電轉換元件
20a...第一光電轉換元件
20b...第二光電轉換元件
30...數個光導纖維
30a...第一光導纖維
30b...第二光導纖維

Claims (11)

  1. 一種光耦合裝置,包含:一光學耦合元件,具有一第一表面、一第二表面以及一反射面;該第一表面上形成有至少一第一透鏡;該第二表面上形成有至少一第二透鏡;光訊號由該第一透鏡進入該光學耦合元件,經由該反射面反射後,由該第二透鏡離開該光學耦合元件;或是由該第二透鏡進入該光學耦合元件,經由該反射面反射後,由該第一透鏡離開該光學耦合元件;至少一光電轉換元件,位於該光學耦合元件之該第一表面的一側,且面對該第一透鏡;該光電轉換元件用以接收自該光學耦合元件射出之光訊號,並轉換成電訊號後輸出;或是將接收之電訊號轉換成光訊號後,射往該光學耦合元件;至少一光導纖維(optical fiber),位於該光學耦合元件之該第二表面的一側,且面對該第二透鏡;該光導纖維用以將自外部傳輸之光訊號射往該光學耦合元件;或是接收自該光學耦合元件射出之光訊號,並傳輸至外部;其中,該第一透鏡與該第二透鏡滿足下列條件:0.3<β<0.9,β=NA1/NA2;NA1為該光電轉換元件之數值孔徑(number aperture);NA2為該光導纖維之數值孔徑(number aperture)。
  2. 如請求項1所述之光耦合裝置,其中,該光電轉換元件與該光導纖維滿足下列條件:0.5<α<1.5,α=R1/R2R1為該第一透鏡之曲率半徑(radius of curvature);R2為該第二透鏡之曲率半徑(radius of curvature)。
  3. 如請求項1所述之光耦合裝置,其中,該第一透鏡之表面至該反射面之距離大於該第二透鏡之表面至該反射面之距離。
  4. 如請求項1所述之光耦合裝置,其中,該第一透鏡之表面為非球面表面。
  5. 如請求項1所述之光耦合裝置,其中,該第二透鏡之表面為非球面表面。
  6. 如請求項1所述之光耦合裝置,包含有兩個該光電轉換元件,分別為一第一光電轉換元件以及一第二光電轉換元件,其中,該第一光電轉換元件用以將接收之電訊號轉換成光訊號後,射往該光學耦合元件;該第二光電轉換元件用以接收自該光學耦合元件射出之光訊號,並轉換成電訊號後輸出,其中,NA1為該第一光電轉換元件之數值孔徑(number aperture)。。
  7. 如請求項6所述之光耦合裝置,其中,該第一光電轉換元件為一面射型雷射(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)。
  8. 如請求項6所述之光耦合裝置,其中,該第二光電轉換元件為一光電二極體(photodiodes,PD)。
  9. 如請求項1所述之光耦合裝置,包含有兩個該光導纖維,分別為一第一光導纖維以及一第二光導纖維,其中,該第一光導纖維用以接收自該光學耦合元件射出之光訊號,並傳輸至外部;該第二光導纖維用以將自外部傳輸之光訊號射往該光學耦合元件,其中,NA2為該第二光導纖維之數值孔徑。
  10. 如請求項1所述之光耦合裝置,其中,該第一表面上形成有二個該第一透鏡,分別為一第一輸入透鏡以及一第一輸出透鏡;該第二表面上形成有二個該第二透鏡,分別為一第二輸入透鏡以及一第二輸出透鏡;由該第一輸入透鏡進入該光學耦合元件之光訊號,經由該反射面反射後,將由該第二輸出透鏡離開該光學耦合元件;由該第二輸入透鏡進入該光學耦合元件之光訊號,經由該反射面反射後,將由該第一輸出透鏡離開該光學耦合元件。
  11. 如請求項2所述之光耦合裝置,其中,該第一透鏡與該第二透鏡更滿足下列條件:0.8<α<1.0。
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