TW201537249A - 混成集成式光學次模組 - Google Patents

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Abstract

一種混成集成式光學次模組，其包括基板、殼體、光處理單元以及多個光電轉換元件。殼體設置在基板上且包括框體以及連接框體的衍樑。框體具有至少一第一鏡頭元件，且衍樑具有至少一第二鏡頭元件。光處理單元位於所述至少一第一鏡頭元件與所述至少一第二鏡頭元件之間。光電轉換元件設置在基板上，且所述至少一第二鏡頭元件位於光處理單元與光電轉換元件之間。

Description

混成集成式光學次模組
本發明是有關於一種混成集成式光學次模組。
隨著通訊技術的進步，通訊方式已不限於使用電訊號來實現。近期發展出以光訊號來實現訊號傳輸的光通訊技術。由於光的傳遞速率與距離遠高於電子，因此光通訊已逐漸成為市場的主流。
基於高頻寬需求，能夠大量傳遞光訊號的光學收發模組的需求便與日俱增。光學收發模組主要由多個光電轉換元件、多個光學組件以及電路板所組成。一般而言，光電轉換元件會先經過同軸封裝(Transmitter Outline CAN,TO-CAN)，並與光纖耦合機構固定，形成光學次模組之後，再設置在電路板上。另一方面，如多工器(MUX)、解多工器(de-MUX)等光學組件也會先封裝成客製化包裝之後，再與光學次模組結合並設置在電路板上。
由於元件封裝後其體積會增加，因此由上述封裝過的元件組裝而成的光學收發模組的體積通常過大，而難以置入符合業界多源協議(Multi-Source Agreement,MSA)的小型機殼內。在頻寬 需求與日俱增，而伺服器機櫃大小有限的情況下，如何縮減上述各元件、組件及集成之光學收發模組的體積，便成為此領域的重要課題之一。
本發明提供一種混成集成式光學次模組，其體積小。
本發明的一種混成集成式光學次模組，其包括基板、殼體、光處理單元以及多個光電轉換元件。殼體設置在基板上且包括框體以及連接框體的衍樑。框體具有至少一第一鏡頭元件，且衍樑具有至少一第二鏡頭元件。光處理單元位於所述至少一第一鏡頭元件與所述至少一第二鏡頭元件之間。光電轉換元件設置在基板上，且所述至少一第二鏡頭元件位於光處理單元與光電轉換元件之間。
在本發明的一實施例中，上述的基板為印刷電路板、陶瓷基板或金屬複合材料基板。
在本發明的一實施例中，上述的基板上有線路，且混成集成式光學次模組更包括與線路電性連接的積體電路以及電子零件。
在本發明的一實施例中，上述的基板包括多個對位結構。
在本發明的一實施例中，上述的殼體的框體以及衍樑為一體成型。
在本發明的一實施例中，上述的框體具有第一對位結 構。衍樑具有第二對位結構。第一對位結構與第二對位結構具有互補的形狀，且框體以及衍樑透過第一對位結構與第二對位結構組裝在一起。
在本發明的一實施例中，上述的殼體的材質為工程塑膠(Ultem)。
在本發明的一實施例中，上述的殼體更包括上蓋。框體以及衍樑位於上蓋與基板之間，且光處理單元設置在基板或上蓋上。
在本發明的一實施例中，上述的上蓋、框體以及衍樑為一體成型。
在本發明的一實施例中，上述的上蓋可拆卸地設置在框體以及衍樑上。
在本發明的一實施例中，上述的上蓋的材質包括金屬。
在本發明的一實施例中，上述的光處理單元透過承載體間接地設置在基板上。
在本發明的一實施例中，上述的承載體、框體以及衍樑為一體成型。
在本發明的一實施例中，上述的第一鏡頭元件為雙凸透鏡或平凸透鏡，且第二鏡頭元件為雙凸透鏡或平凸透鏡。
在本發明的一實施例中，所述至少一第一鏡頭元件的數量為一，且所述至少一第二鏡頭元件的數量為N。光電轉換元件包括N個發光單元以及N個功率偵測元件，其中各發光單元分別 位於其中一第二鏡頭元件與其中一功率偵測元件之間。發光單元射出N條子光束。N條子光束的波長不相同。光處理單元適於將N條子光束合併為第一光束，且將第一光束傳遞至第一鏡頭元件。光處理單元包括至少一反射單元以及N個分光單元，且各分光單元分別位於所述至少一反射單元與其中一第二鏡頭元件之間，N為大於1的整數。
在本發明的一實施例中，所述至少一第一鏡頭元件的數量為一，且所述至少一第二鏡頭元件的數量為N。光電轉換元件包括N個光偵測元件，且各第二鏡頭元件分別位於光處理單元與其中一光偵測元件之間。入射進混成集成式光學次模組且含不同波長的第二光束經由第一鏡頭元件傳遞至光處理單元。光處理單元適於將第二光束分離成不同波長的N條子光束，且將各子光束分別傳遞至其中一第二鏡頭元件。光處理單元包括至少一反射單元以及N個分光單元，且各分光單元分別位於所述至少一反射單元與其中一第二鏡頭元件之間，N為大於1的整數。
在本發明的一實施例中，所述至少一第一鏡頭元件的數量為N，且所述至少一第二鏡頭元件的數量為2N。光電轉換元件包括N個發光單元、N個功率偵測元件以及N個光偵測元件。N個發光單元對應N個第二鏡頭元件設置，且N個光偵測元件對應另外N個第二鏡頭元件設置。各發光單元分別位於其中一功率偵測元件與N個第二鏡頭元件的其中一第二鏡頭元件之間，且另外N個第二鏡頭元件的各第二鏡頭元件分別位於光處理單元與其中 一光偵測元件之間，其中N個發光單元射出N條第一光束，N條第一光束依序經由對應的N個第二鏡頭元件、光處理單元以及N個第一鏡頭元件射出混成集成式光學次模組。N條第二光束入射進混成集成式光學次模組且依序經由N個第一鏡頭元件、光處理單元以及另外N個第二鏡頭元件傳遞至N個光偵測元件。N條第二光束的波長不同於N條第一光束的波長。光處理單元包括N個分光單元，且N個分光單元適於讓N條第一光束通過並反射N條第二光束，或者N個分光單元適於讓N條第二光束通過並反射N條第一光束，N為大於或等於1的整數。
在本發明的一實施例中，上述的光學次模組更包括一個或N個光隔離單元，其中來自N個分光單元的N條第二光束通過所述一個或N個光隔離單元後傳遞至N個光偵測元件。
在本發明的一實施例中，上述的混成集成式光學次模組更包括N個光隔離單元以及N個承載體。各承載體具有第一固定槽、第二固定槽、連通孔以及反射面。第一固定槽容納其中一分光單元，且第二固定槽容納其中一光隔離單元。連通孔連通第一固定槽且位於第一固定槽與其中一第一鏡頭元件之間，其中來自其中一第一鏡頭元件的第二光束通過連通孔而傳遞至容納於第一固定槽中的所述其中一分光單元，再依序被所述其中一分光單元以及反射面反射而傳遞至容納於第二固定槽中的光隔離單元，並且依序通過光隔離單元以及對應的第二鏡頭元件而傳遞至對應的光偵測元件。
在本發明的一實施例中，上述的N個承載體的材質為工程塑膠。
在本發明的一實施例中，所述至少一第一鏡頭元件的數量為一，且所述至少一第二鏡頭元件的數量為一。光電轉換元件包括發光單元、功率偵測元件以及光偵測元件。發光單元位於第二鏡頭元件與功率偵測元件之間。殼體更包括上蓋。上蓋可拆卸地設置在框體以及衍樑上，且框體以及衍樑位於上蓋與基板之間，其中上蓋具有反射面以及位於反射面與光偵測元件之間的第三鏡頭元件。發光單元射出第一光束。第一光束依序經由第二鏡頭元件、光處理單元以及第一鏡頭元件射出混成集成式光學次模組。第二光束入射進混成集成式光學次模組，且第二光束依序通過第一鏡頭元件以及光處理單元，被反射面反射，再通過第三鏡頭元件而傳遞至光偵測元件。
在本發明的一實施例中，上述的光學次模組更包括金屬板以及光纖耦合機構。金屬板固定於框體具有所述至少一第一鏡頭元件的側邊。金屬板具有至少一通孔。所述至少一通孔暴露出所述至少一第一鏡頭元件。光纖耦合機構固定於金屬板。
在本發明的一實施例中，上述的光纖耦合機構為連接器插座或連接器插座陣列。
在本發明的一實施例中，上述的光纖耦合機構為光纖尾或光纖尾陣列。
在本發明的一實施例中，上述的光纖耦合機構為光纖尾 陣列。混成集成式光學次模組更包括連接光纖尾陣列的光纖陣列連接器。
基於上述，在本發明的上述實施例中，由於光電轉換元件設置在基板上，因此可省略光電轉換元件的額外封裝製程。如此一來，便可有效縮減混成集成式光學次模組的體積，且有助於減少製程成本。此外，由於鏡頭元件(包括第一鏡頭元件以及第二鏡頭元件)與殼體為一體成型，因此可省略習知分離式鏡頭元件相互對位及組裝製程，從而有助於降低光路校正的次數及困難度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、200、300、400、500、600‧‧‧光學次模組
110‧‧‧基板
112‧‧‧線路
120、120A‧‧‧殼體
122‧‧‧框體
124‧‧‧衍樑
126‧‧‧上蓋
130、330‧‧‧光處理單元
132‧‧‧反射單元
134、332‧‧‧分光單元
140、240、340‧‧‧光電轉換元件
142、342‧‧‧發光單元
144、344‧‧‧功率偵測元件
160‧‧‧散熱板
170‧‧‧金屬板
180、180A‧‧‧光纖耦合機構
210‧‧‧積體電路
220‧‧‧電子零件
242、346‧‧‧光偵測元件
310‧‧‧光隔離單元
C1‧‧‧第一鏡頭元件
C2‧‧‧第二鏡頭元件
C3‧‧‧第三鏡頭元件
CA‧‧‧承載體
CH‧‧‧連通孔
H‧‧‧通孔
L1‧‧‧第一光束
L11、L12、L13、L14、L21、L22、L23、L24‧‧‧子光束
L2‧‧‧第二光束
P1、P2‧‧‧對位結構
R、RR‧‧‧反射面
SM1、SM1’、SM2、SM3‧‧‧副置體
T1‧‧‧第一固定槽
T2‧‧‧第二固定槽
X‧‧‧邊緣
A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’、F-F’、G-G’、H-H’‧‧‧剖線
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。
圖1B是圖1A的上視示意圖。
圖1C是沿圖1B中剖線A-A’的剖面示意圖。
圖2A是依照本發明的第二實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。
圖2B是圖2A的上視示意圖。
圖2C是沿圖2B中剖線B-B’的剖面示意圖。
圖3A是依照本發明的第三實施例的一種混成集成式光學次 模組的爆炸圖。
圖3B是圖3A的上視示意圖。
圖3C及圖3D分別是沿圖3B中剖線C-C’、D-D’的剖面示意圖。
圖4A是依照本發明的第四實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。
圖4B是圖4A的上視示意圖。
圖4C及圖4D分別是沿圖4B中剖線E-E’、F-F’的剖面示意圖。
圖5A是依照本發明的第五實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。
圖5B是圖5A的上視示意圖。
圖5C是沿圖5B中剖線G-G’的剖面示意圖。
圖6A是依照本發明的第六實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。
圖6B是圖6A的上視示意圖。
圖6C是沿圖6B中剖線H-H’的剖面示意圖。
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。圖1B是圖1A的上視示意圖，其中圖1B省略繪示圖1A中的上蓋，以清楚表示位於上蓋下方的元件。圖1C 是沿圖1B中剖線A-A’的剖面示意圖。請參照圖1A至圖1C，混成集成式光學次模組100包括基板110、殼體120、光處理單元130以及多個光電轉換元件140。
基板110為印刷電路板、陶瓷基板、金屬複合材料基板或其他適於承載元件且可用以設置線路的基板，其中陶瓷基板可以是三氧化二鋁基板或氮化鋁基板。基板110上可設置有用以傳遞訊號(如電訊號)的線路112。線路112與光電轉換元件140電性連接，且線路112由光電轉換元件140的設置區域延伸至基板110的邊緣X，以與未繪示的外部線路連接。
依據不同的設計需求，混成集成式光學次模組100可進一步包括未繪示的積體電路及電子零件(可參照圖3A及圖3B中的積體電路210及電子零件220)。積體電路、電子零件以及線路112彼此電性連接。在本實施例中，積體電路可以是雷射驅動器(laser driver)或光收發模組的積體電路等，而電子零件可以是被動元件，如電阻、電容等。
殼體120設置在基板110上且包括框體122以及連接框體122的衍樑124。框體122以及衍樑124可為一體成型。舉例而言，框體122以及衍樑124可由工程塑膠(Ultem)模鑄而成，但不限於此。在另一實施例中，框體122以及衍樑124也可分開製作再組裝在一起。在此架構下，框體122可具有未繪示的第一對位結構，且衍樑124可具有未繪示的第二對位結構。第一對位結構與第二對位結構具有互補的形狀，如此，框體122以及衍樑124 可透過第一對位結構與第二對位結構組裝在一起。舉例而言，第一對位結構與第二對位結構的其中一者可為對位梢，而第一對位結構與第二對位結構的其中另一者可為對位槽，但不以此為限。在其他實施例中，框體122也可以是組合式框體，而衍樑124也可以是組合式衍樑。
框體122具有第一鏡頭元件C1，且衍樑124具有多個第二鏡頭元件C2。所述框體122具有第一鏡頭元件C1是指第一鏡頭元件C1屬於框體122的一部分，亦即第一鏡頭元件C1與框體的其餘部分可為一體成型。當框體122為組合式框體時，框體122與第一鏡頭元件C1連接的部分以及第一鏡頭元件C1可為一體成型。同理，所述衍樑124具有多個第二鏡頭元件C2是指第二鏡頭元件C2屬於衍樑124的一部分，亦即第二鏡頭元件C2與衍樑124的其餘部分可為一體成型。當衍樑124為組合式衍樑時，衍樑124與第二鏡頭元件C2連接的部分以及第二鏡頭元件C2可為一體成型。
第一鏡頭元件C1以及第二鏡頭元件C2適於匯聚或準直化光束。如圖1B所示，第一鏡頭元件C1位於框體122平行於邊緣X的側邊，且第一鏡頭元件C1例如為凸面相對遠離邊緣X的平凸透鏡。第二鏡頭元件C2的排列方向亦平行於邊緣X，且各第二鏡頭元件C2例如為凸面相對靠近邊緣X的平凸透鏡。然而，第一鏡頭元件C1以及第二鏡頭元件C2各自的型態及其相對設置位置可視設計需求改變，而不限於圖1B所繪示者。舉例而言，第一 鏡頭元件C1以及第二鏡頭元件C2也可分別為雙凸透鏡。此外，第一鏡頭元件C1以及第二鏡頭元件C2可分別為球面透鏡或非球面透鏡。
光處理單元130位於第一鏡頭元件C1與第二鏡頭元件C2之間，以處理傳遞於第一鏡頭元件C1與第二鏡頭元件C2之間的光束。依據不同的設計需求，光處理單元130可用於多波長光合併、多波長光分道或多波長的雙向光傳輸。如圖1B所示，混成集成式光學次模組100可為光發射次模組(Transmitter Optical Sub-Assembly,TOSA)，且光處理單元130可用於多波長光合併。具體地，來自光電轉換元件140的不同波長的多條子光束L11、L12、L13、L14先經由第二鏡頭元件C2準直化，再傳遞至光處理單元130。光處理單元130適於將不同波長子光束L11、L12、L13、L14合併為第一光束L1，且將第一光束L1傳遞至第一鏡頭元件C1。第一鏡頭元件C1可接而將來自光處理單元130的第一光束L1匯聚至混成集成式光學次模組100的耦合光纖(未繪示)中。
光處理單元130可包括至少一反射單元132以及多個分光單元134，其中分光單元134位於反射單元132與光電轉換元件140之間，且各分光單元134分別位於反射單元132與其中一第二鏡頭元件C2之間。各分光單元134適於讓來自所對應的第二鏡頭元件C2的特定波長的子光束(子光束L11、L12、L13、L14的其中一者)通過且反射其他波長的子光束(子光束L11、L12、L13、L14的其他三者)。舉例而言，各分光單元134可為分色濾片(dichroic filter)，但不限於此。反射單元132設置在穿透分光單元134的子光束L11、L12、L13的傳遞路徑上，以使子光束L11、L12、L13經由反射單元132與至少一分光單元134的反射而傳遞至第一鏡頭元件C1。舉例而言，子光束L11穿透對應的分光單元134之後，會依序被反射單元132、讓子光束L12穿透的分光單元134、反射單元132、讓子光束L13穿透的分光單元134、反射單元132、讓子光束L14穿透的分光單元134反射，再沿著與子光束L14相同的傳遞路徑朝第一鏡頭元件C1傳遞。反射單元132可為反射鏡，但不限於此。在本實施例中，子光束L11、L12、L13共用一個反射單元132，但本發明不限於此。在另一實施例中，反射單元132的數量可以為多個，且這些反射單元132可分別對應待被合併的各子光束(如子光束L11、L12、L13)設置。
光電轉換元件140設置在基板110上，且各第二鏡頭元件C2分別位於光處理單元130與光電轉換元件140之間。光電轉換元件140可包括多個發光單元142以及多個功率偵測元件144，其中各發光單元142分別位於其中一第二鏡頭元件C2與其中一功率偵測元件144之間。各發光單元142可以是雷射二極體(Laser Diode,LD)，如側面發光型雷射二極體，且各發光單元142可直接設置在基板110上。或者，如圖1C所示，各發光單元142可預先設置在副置體(submount)SM1上，再將副置體SM1設置在基板110上。功率偵測元件144用以即時監控對應的發光單元142所發出子光束(子光束L11、L12、L13、L14的其中一者)的光強度。舉 例而言，功率偵測元件144可為光電二極體，但不限於此。各功率偵測元件144可預先設置在副置體SM1’上，再將具有功率偵測元件144之副置體SM1’面向發光單元並設置在基板110上。
在實際製程中，可先於基板110上製作線路112。其次，將殼體120與基板110接合。舉例而言，殼體120與基板110可透過未繪示的黏著層而彼此貼附。黏著層的材質可選自熱漲冷縮現象不顯著的材質。在殼體120與基板110接合之後，再將光處理單元130以及光電轉換元件140設置在基板110上，並藉由打線接合製程(wire bonding)使光電轉換元件140與線路112電性連接。
應說明的是，光處理單元130的設置方式不限於上述。舉例而言，光處理單元130可透過未繪示的承載體(carrier)間接地設置在基板110上。所述承載體可以是獨立於殼體120的基板，且承載體可藉由對位結構而固定於基板110上。或者，承載體與殼體120可形成有相應的對位結構，且承載體藉由對位結構與殼體120固定在一起。在另一實施例中，承載體可以是殼體120的一部分，其中承載體、框體122以及衍樑124可為一體成型，且承載體可以是連接框體122以及衍樑124的底板或上蓋。當承載體為底板時，光處理單元130可預先設置在承載體上，再使殼體120與基板110接合。在此架構下，光電轉換元件140可在殼體120與基板110接合之前或之後設置在基板110上。另一方面，當承載體為上蓋時，光處理單元130可預先設置在承載體上，且在 光電轉換元件140設置在基板110上並與線路112電性連接之後，再使殼體120與基板110接合。
藉由將光電轉換元件140設置在基板110上，光電轉換元件140可以不用額外進行封裝製程。換言之，光電轉換元件140可以不用先經過同軸封裝。如此一來，可有效地縮減混成集成式光學次模組100的體積以及減少製程成本。另一方面，由於各光電轉換元件140所佔據的面積可有效地減縮，因此在基板110的面積固定下，基板110上可設置更多的光電轉換元件140(包括發光單元142以及功率偵測元件144)及對應的光學元件(如分光單元134)，從而混成集成式光學次模組100之單位面積光訊號的傳輸量便可有效地提升。
在本實施例中，基板110上除了可形成線路112之外，還可預先形成有多個對位結構，如對位圖案、對位線、插槽、卡榫等。如此，可使殼體120、光處理單元130以及光電轉換元件140更精準地設置於基板110的預設區域上。
此外，殼體120可進一步包括上蓋126，其中框體122、衍樑124、光處理單元130以及光電轉換元件140位於上蓋126與基板110之間。在本實施例中，上蓋126可拆卸地設置在框體122以及衍樑124上。也就是說，上蓋126的製程可與框體122以及衍樑124的製程分開。因此，上蓋126的材質可不同於框體122以及衍樑124的材質。舉例而言，上蓋126的材質可包括金屬，但不限於此。為了方便上蓋126與框體122接合，上蓋126與框 體122可分別形成有對應的對位結構P1、P2，其中對位結構P1例如為凸出部，而對位結構P2例如是可容納對位結構P1的凹陷部，對位結構P1、P2的型態及其設置位置不限於圖1A所繪示者。
依據不同的設計需求，混成集成式光學次模組100可進一步包括其他元件。舉例而言，混成集成式光學次模組可進一步包括散熱板160。散熱板160設置於基板110的下方且與基板110接觸，用以排出混成集成式光學次模組100工作時所產生的熱。
混成集成式光學次模組100還可進一步包括金屬板170以及光纖耦合機構180。金屬板170固定於框體122具有第一鏡頭元件C1的側邊，且金屬板170具有通孔H。通孔H暴露出第一鏡頭元件C1。在金屬板170與框體122組裝之後，第一鏡頭元件C1容納於通孔H中。光纖耦合機構180固定於金屬板170，且兩者可藉由焊接的方式緊密地固定在一起。光纖耦合機構180適於耦合至一未繪示的光纖。舉例而言，光纖耦合機構180可為連接器插座，但不限於此。在光纖耦合機構180固定至金屬板170時，可進行光路校正，以確保光纖對準經過第一鏡頭元件C1之第一光束L1之光路。
在習知光學次模組的組裝製程中，在設置光學元件例如鏡頭或光處理元件以及光電轉換元件時，往往須進行主動光學對位(active optical alignment)。在本實施例中，由於鏡頭元件(包括第一鏡頭元件C1以及第二鏡頭元件C2)整合於殼體120上，即鏡頭元件與殼體一體成型，且光處理單元130以及光電轉換元件140 可透過被動式機械對位而精確地固定於預設的光路徑上，因此可省略對應鏡頭元件、光處理單元130以及光電轉換元件140的主動光學對位步驟。換言之，相較於習知技術，本實施例可降低光路校正的次數及困難度。
圖2A是依照本發明的第二實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。圖2B是圖2A的上視示意圖，其中圖2B省略繪示圖2A中的上蓋，以清楚表示位於上蓋下方的元件。圖2C是沿圖2B中剖線B-B’的剖面示意圖。請參照圖2A至圖2C，光學次模組200大致相似於圖1A至圖1C的光學次模組100，且相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。
混成集成式光學次模組200與混成集成式光學次模組100的主要差異在於，混成集成式光學次模組200為光接收次模組(Receiver Optical Sub-Assembly,ROSA)，且光處理單元130可用於多波長光分道。如圖2B所示，混成集成式光學次模組200適於經由耦合至光纖耦合機構180的光纖接收來自外部的含多種不同波長的第二光束L2，其中第二光束L2入射進光學次模組200後，經由第一鏡頭元件C1傳遞至光處理單元130。光處理單元130適於將第二光束L2分離成多條不同波長的子光束L21、L22、L23、L24，且將各子光束L21、L22、L23、L24分別傳遞至其中一第二鏡頭元件C2。各第二鏡頭元件C2再將對應的子光束(子光束L21、L22、L23、L24的其中一者)匯聚於對應的光電轉換元件240。光處理單元130的架構及其工作原理可參照前述，於此不再贅述。
在本實施例中，光電轉換元件240包括多個光偵測元件242，且各第二鏡頭元件C2分別位於光處理單元130與其中一光偵測元件242之間。各光偵測元件242可先配置於副置體SM2上，再將副置體SM2設置於基板110上。此外，各光偵測元件242分別與積體電路210電性連接。各光偵測元件242可為光電二極體，而積體電路210可為轉阻放大器(Trans-Impedance Amplifier,TIA)、後極放大器(post amplifier)或光收發模組的積體電路等，但不限於此。
圖3A是依照本發明的第三實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。圖3B是圖3A的上視示意圖，其中圖3B省略繪示圖3A中的上蓋，以清楚表示位於上蓋下方的元件。圖3C及圖3D分別是沿圖3B中剖線C-C’、D-D’的剖面示意圖。請參照圖3A至圖3D，混成集成式光學次模組300大致相似於圖1A至圖1C的混成集成式光學次模組100，且相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。
混成集成式光學次模組300與混成集成式光學次模組100的主要差異在於，混成集成式光學次模組300為單通道雙向光傳輸次模組(single channel bi-directional optical sub-assembly)。進一步而言，混成集成式光學次模組300的第一鏡頭元件C1的數量為一，且第二鏡頭元件C2的數量為二，其中兩個第二鏡頭元件C2分別配置於光處理單元330的相鄰兩側。光電轉換元件340包括發光單元342、功率偵測元件344以及光偵測元件346，其中發 光單元342、功率偵測元件344以及光偵測元件346的數量分別為一，且發光單元342與光偵測元件346分別對應不同的第二鏡頭元件C2設置。具體地，發光單元342位於其中一第二鏡頭元件C2與功率偵測元件344之間，且另一第二鏡頭元件C2位於光處理單元330與光偵測元件346之間。在此架構下，對應發光單元342的第二鏡頭元件C2以及對應光偵測元件346的第二鏡頭元件C2可具有相同或不同的設計(如焦距、曲面設計等)。
發光單元342適於發出第一光束L1，第一光束L1依序經由對應的第二鏡頭元件C2、光處理單元330以及第一鏡頭元件C1射出混成集成式光學次模組300。第二光束L2入射進混成集成式光學次模組300且依序經由第一鏡頭元件C1、光處理單元330以及另外一個第二鏡頭元件C2傳遞至光偵測元件346，其中第二光束L2的波長不同於第一光束L1的波長。光處理單元330包括一個分光單元332，且分光單元332適於讓第一光束L1通過並反射第二光束L2。在另一實施例中，分光單元332也可讓第二光束L2通過並反射第一光束L1。在此架構下，發光單元342(以及功率偵測元件344)與光偵測元件346的位置需對調。
混成集成式光學次模組300可進一步包括光隔離單元310。光隔離單元310適於讓第二光束L2通過，並阻擋其他波長的光束。光隔離單元310可設置在來自分光單元332的第二光束L2的傳遞路徑上，使來自分光單元332的第二光束L2通過光隔離單元310後傳遞至光偵測元件346。如此一來，可確保光偵測元 件346所偵測到的光訊號不受其他雜散光的干擾。舉例而言，光隔離單元310可以是濾光片。
此外，混成集成式光學次模組300還可進一步包括與積體電路210以及線路112電性連接的電子零件220。電子零件可以是被動元件，如電阻、電容等。
圖4A是依照本發明的第四實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。圖4B是圖4A的上視示意圖，其中圖4B省略繪示圖4A中的上蓋，以清楚表示位於上蓋下方的元件。圖4C及圖4D分別是沿圖4B中剖線E-E’、F-F’的剖面示意圖。請參照圖4A至圖4D，混成集成式光學次模組400大致相似於圖3A至圖3D的混成集成式光學次模組300，且相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。
混成集成式光學次模組400與混成集成式光學次模組300的主要差異在於，混成集成式光學次模組400的第二鏡頭元件C2的數量為一，且殼體120A的上蓋126A具有反射面R以及位於反射面R與光偵測元件346之間的第三鏡頭元件C3，其中第二光束L2依序通過第一鏡頭元件C1以及光處理單元330，被反射面R反射，再通過第三鏡頭元件C3而傳遞至光偵測元件346。反射面R例如是與基板110夾45度角的斜面，用以將傳遞至此斜面的第二光束L2轉90度射向第三鏡頭元件C3並傳遞至光偵測元件346。在本實施例中，反射面R是利用全反射的原理使第二光束L2轉向，但不限於此。
圖5A是依照本發明的第五實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。圖5B是圖5A的上視示意圖，其中圖5B省略繪示圖5A中的上蓋，以清楚表示位於上蓋下方的元件。圖5C是沿圖5B中剖線G-G’的剖面示意圖。請參照圖5A至圖5C，混成集成式光學次模組500大致相似於圖3A至圖3D的混成集成式光學次模組300，且相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。
混成集成式光學次模組500與混成集成式光學次模組300的主要差異在於，混成集成式光學次模組500為多通道雙向光傳輸次模組(multiple channels bi-directional optical sub-assembly)。進一步而言，第一鏡頭元件C1的數量為N，且第二鏡頭元件C2的數量為2N。光電轉換元件340包括N個發光單元342、N個功率偵測元件344以及N個光偵測元件346。N個發光單元342對應N個第二鏡頭元件C2設置，且N個光偵測元件346對應另外N個第二鏡頭元件C2設置，其中N個第二鏡頭元件C2與另外N個第二鏡頭元件C2分別位於光處理單元330的相鄰兩側。各發光單元342分別位於其中一功率偵測元件344與N個第二鏡頭元件C2的其中一第二鏡頭元件C2之間，且另外N個第二鏡頭元件C2的各第二鏡頭元件C2分別位於光處理單元330與其中一光偵測元件346之間。在此架構下，對應發光單元342的N個第二鏡頭元件C2以及對應光偵測元件346的另外N個第二鏡頭元件C2可具有相同或不同的設計(如焦距、曲面設計等)。
如圖5B所示，N個發光單元射出N條第一光束L1。N 條第一光束L1依序經由對應的N個第二鏡頭元件C2、光處理單元330以及N個第一鏡頭元件C1射出混成集成式光學次模組500。N條第二光束L2入射進混成集成式光學次模組500且依序經由N個第一鏡頭元件C1、光處理單元330以及另外N個第二鏡頭元件C2傳遞至N個光偵測元件346。N條第二光束L2的波長不同於N條第一光束L1的波長。光處理單元330包括N個分光單元342，且N個分光單元342適於讓N條第一光束L1通過並反射N條第二光束L2。在另一實施例中，N個分光單元332也可讓N條第二光束L2通過並反射N條第一光束L1。在此架構下，發光單元342(以及功率偵測元件344)與光偵測元件346的位置需對調。N為大於1的整數，且例如為4，但不限於此。
在本實施例中，N個光偵測元件346可先配置於副置體SM3上，再將副置體SM3設置於基板110上。此外，光隔離單元310的數量可以是一個，或者光隔離單元310的數量可以等於光偵測元件346的數量。在此架構下，另外N個第二鏡頭元件C2的各第二鏡頭元件C2分別位於其中一光隔離單元310與其中一光偵測元件346之間。
光纖耦合機構180A可為光纖尾陣列，但不限於此。在一實施例中，混成集成式光學次模組500可進一步包括連接光纖尾陣列的光纖陣列連接器(未繪示)。
圖6A是依照本發明的第六實施例的一種混成集成式光學次模組的爆炸圖。圖6B是圖6A的上視示意圖。圖6C是沿圖 6B中剖線H-H’的剖面示意圖。請參照圖6A至圖6C，混成集成式光學次模組600大致相似於圖5A至圖5C的混成集成式光學次模組500，且相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。
混成集成式光學次模組600與混成集成式光學次模組500的主要差異在於，混成集成式光學次模組600的光隔離單元310的數量為N，且混成集成式光學次模組600進一步包括N個承載體CA。承載體CA位於衍樑124與框體122所圍成的區域中，且各承載體CA具有第一固定槽T1、第二固定槽T2、連通孔CH以及反射面RR。第一固定槽T1容納其中一分光單元332，且第二固定槽T2容納其中一光隔離單元310。連通孔CH為一鏤空的結構，且連通孔CH的光傳遞介質為空氣。連通孔CH連通第一固定槽T1且位於第一固定槽T1與其中一第一鏡頭元件C1之間，其中來自所述其中一第一鏡頭元件C1的第二光束L2通過連通孔CH而傳遞至容納於第一固定槽T1中的所述其中一分光單元332，再依序被所述其中一分光單元332以及反射面RR反射而傳遞至容納於第二固定槽T2中的光隔離單元310，並且依序通過光隔離單元310以及對應的第二鏡頭元件C2而傳遞至對應的光偵測元件346。
在本實施例中，反射面RR與衍樑124中間存在間隙G。如此，傳遞至反射面RR的第二光束L2可藉由全反射而往光隔離單元310的方向傳遞。承載體CA的材質例如為工程塑膠，但不以此為限。
利用全反射使第二光束L2轉向，光偵測元件346、發光 單元342以及功率偵測元件344可配置在衍樑124的同一側，從而可提升元件配置的寬裕度。
綜上所述，藉由將光電轉換元件設置在基板上，光電轉換元件可以不用額外進行封裝製程。如此一來，可有效地縮減混成集成式光學次模組的體積，且有助於減少混成集成式光學次模組的製程成本。另一方面，由於各光電轉換元件所佔據的面積可有效地減縮，因此在基板的面積固定下，基板上可設置更多的光電轉換元件及對應的光學元件，從而混成集成式光學次模組之單位面積光訊號的傳輸量便可有效地提升。此外，藉由將鏡頭元件(包括第一鏡頭元件以及第二鏡頭元件)整合於殼體上，且透過對位結構使光處理單元以及光電轉換元件精確地固定於預設的光路徑上，除了可省略鏡頭元件的對位及組裝製程之外，還可省略對應鏡頭元件、光處理單元以及光電轉換元件的光路校正步驟，從而可降低光路校正的次數及困難度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧混成集成式光學次模組
110‧‧‧基板
112‧‧‧線路
120‧‧‧殼體
122‧‧‧框體
124‧‧‧衍樑
126‧‧‧上蓋
130‧‧‧光處理單元
132‧‧‧反射單元
134‧‧‧分光單元
140‧‧‧光電轉換元件
142‧‧‧發光單元
144‧‧‧功率偵測元件
160‧‧‧散熱板
170‧‧‧金屬板
180‧‧‧光纖耦合機構
C1‧‧‧第一鏡頭元件
H‧‧‧通孔
P1、P2‧‧‧對位結構
SM1、SM1’‧‧‧副置體
X‧‧‧邊緣

Claims (25)

  1. 一種混成集成式光學次模組，包括：一基板；一殼體，設置在該基板上，該殼體包括一框體以及連接該框體的一衍樑，該框體具有至少一第一鏡頭元件，且該衍樑具有至少一第二鏡頭元件；一光處理單元，位於該至少一第一鏡頭元件與該至少一第二鏡頭元件之間；以及多個光電轉換元件，設置在該基板上，且該至少一第二鏡頭元件位於該光處理單元與該些光電轉換元件之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該基板為印刷電路板、陶瓷基板或金屬複合材料基板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該基板上有一線路，且該混成集成式光學次模組更包括：一積體電路以及一電子零件，與該線路電性連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該基板包括多個對位結構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該殼體的該框體以及該衍樑為一體成型。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該框體具有一第一對位結構，該衍樑具有一第二對位結構，該第一對位結構與該第二對位結構具有互補的形狀，且該框體以及 該衍樑透過該第一對位結構與該第二對位結構組裝在一起。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該殼體的材質為工程塑膠。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該殼體更包括一上蓋，該框體以及該衍樑位於該上蓋與該基板之間，且該光處理單元設置在該基板或該上蓋上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的混成集成式光學次模組，其中該上蓋、該框體以及該衍樑為一體成型。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的混成集成式光學次模組，其中該上蓋可拆卸地設置在該框體以及該衍樑上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的混成集成式光學次模組，其中該上蓋的材質包括金屬。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該光處理單元透過一承載體間接地設置在該基板上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的混成集成式光學次模組，其中該承載體、該框體以及該衍樑為一體成型。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該第一鏡頭元件為一雙凸透鏡或一平凸透鏡，且該第二鏡頭元件為一雙凸透鏡或一平凸透鏡。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該至少一第一鏡頭元件的數量為一，且該至少一第二鏡頭元件的數量為N，該些光電轉換元件包括N個發光單元以及N個功 率偵測元件，其中各該發光單元分別位於其中一第二鏡頭元件與其中一功率偵測元件之間，該些發光單元射出N條子光束，該N條子光束的波長不相同，該光處理單元適於將該N條子光束合併為一第一光束，且將該第一光束傳遞至該第一鏡頭元件，該光處理單元包括至少一反射單元以及N個分光單元，且各分光單元分別位於該至少一反射單元與其中一第二鏡頭元件之間，N為大於1的整數。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該至少一第一鏡頭元件的數量為一，且該至少一第二鏡頭元件的數量為N，該些光電轉換元件包括N個光偵測元件，且各第二鏡頭元件分別位於該光處理單元與其中一光偵測元件之間，入射進該混成集成式光學次模組且含不同波長的一第二光束經由該第一鏡頭元件傳遞至該光處理單元，該光處理單元適於將該第二光束分離成不同波長的N條子光束，且將各該子光束分別傳遞至其中一第二鏡頭元件，該光處理單元包括至少一反射單元以及N個分光單元，且各分光單元分別位於該至少一反射單元與其中一第二鏡頭元件之間，N為大於1的整數。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該至少一第一鏡頭元件的數量為N，且該至少一第二鏡頭元件的數量為2N，該些光電轉換元件包括N個發光單元、N個功率偵測元件以及N個光偵測元件，該N個發光單元對應N個第二鏡頭元件設置，且該N個光偵測元件對應另外N個第二鏡頭元件設 置，各該發光單元分別位於其中一功率偵測元件與該N個第二鏡頭元件的其中一第二鏡頭元件之間，且該另外N個第二鏡頭元件的各該第二鏡頭元件分別位於該光處理單元與其中一光偵測元件之間，其中N個發光單元射出N條第一光束，該N條第一光束依序經由對應的N個第二鏡頭元件、該光處理單元以及該N個第一鏡頭元件射出該混成集成式光學次模組，N條第二光束入射進該混成集成式光學次模組且依序經由該N個第一鏡頭元件、該光處理單元以及另外N個第二鏡頭元件傳遞至該N個光偵測元件，該N條第二光束的波長不同於該N條第一光束的波長，該光處理單元包括N個分光單元，且該N個分光單元適於讓該N條第一光束通過並反射該N條第二光束，或者該N個分光單元適於讓該N條第二光束通過並反射該N條第一光束，N為大於或等於1的整數。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的混成集成式光學次模組，更包括：一個或N個光隔離單元，其中來自該N個分光單元的該N條第二光束通過該一個或該N個光隔離單元後傳遞至該N個光偵測元件。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的混成集成式光學次模組，更包括：N個光隔離單元以及N個承載體，各該承載體具有一第一固定槽、一第二固定槽、一連通孔以及一反射面，該第一固定槽容納其中一分光單元，且該第二固定槽容納其中一光隔離單元，該 連通孔連通該第一固定槽且位於該第一固定槽與其中一第一鏡頭元件之間，其中來自該其中一第一鏡頭元件的第二光束通過該連通孔而傳遞至容納於該第一固定槽中的該其中一分光單元，再依序被該其中一分光單元以及該反射面反射而傳遞至容納於該第二固定槽中的該光隔離單元，並且依序通過該光隔離單元以及對應的第二鏡頭元件而傳遞至對應的光偵測元件。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的混成集成式光學次模組，其中該N個承載體的材質為工程塑膠。
  21. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組，其中該至少一第一鏡頭元件的數量為一，且該至少一第二鏡頭元件的數量為一，該些光電轉換元件包括一發光單元、一功率偵測元件以及一光偵測元件，該發光單元位於該第二鏡頭元件與該功率偵測元件之間，該殼體更包括一上蓋，該上蓋可拆卸地設置在該框體以及該衍樑上，且該框體以及該衍樑位於該上蓋與該基板之間，其中該上蓋具有一反射面以及位於該反射面與該光偵測元件之間的一第三鏡頭元件，該發光單元射出一第一光束，該第一光束依序經由該第二鏡頭元件、該光處理單元以及該第一鏡頭元件射出該混成集成式光學次模組，一第二光束入射進該混成集成式光學次模組，且該第二光束依序通過該第一鏡頭元件以及該光處理單元，被該反射面反射，再通過該第三鏡頭元件而傳遞至該光偵測元件。
  22. 如申請專利範圍第1項所述的混成集成式光學次模組， 更包括：一金屬板，固定於該框體具有該至少一第一鏡頭元件的側邊，該金屬板具有至少一通孔，該至少一通孔暴露出該至少一第一鏡頭元件；以及一光纖耦合機構，固定於該金屬板。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的混成集成式光學次模組，其中該光纖耦合機構為一連接器插座或一連接器插座陣列。
  24. 如申請專利範圍第22項所述的混成集成式光學次模組，其中該光纖耦合機構為一光纖尾或一光纖尾陣列。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的混成集成式光學次模組，其中該光纖耦合機構為一光纖尾陣列，該混成集成式光學次模組更包括：一光纖陣列連接器，連接該光纖尾陣列。
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