TW201610495A - 光耦合模組、光電轉換裝置以及光通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種光耦合模組包括基底、第一波導、第二波導及光柵。第一波導、第二波導及光柵形成於基底內。基底具有一頂面及與頂面平行的一底面。第一波導具有一第一端部及一第一連接部。第二波導具有一第二端部及一第二連接部。第二連接部與第一連接部相交並部分重疊形成一重疊部，相互連接後的第一波導與第二波導呈Y型。該第一端部及該第二端部均具有一傾斜端面。每一傾斜端面連接該頂面並相對於該頂面朝該底面的方向傾斜。該傾斜端面呈梯形，該傾斜端面平行於該頂面方向上的寬度自與該頂面連接的一端向該底面方向遞增。該光柵設置於該第一波導內。

Description

光耦合模組、光電轉換裝置以及光通訊裝置
本發明係涉及光通訊領域，特別關於一種光耦合模組、一種包含該光耦合模組的光電轉換裝置及一種包含該光電轉換裝置的光通訊裝置。
先前技術中，光通訊裝置的基本構造為將光纖連接在位於兩端的光電轉換裝置之間，與傳統的包含有光耦合透鏡的光電轉換裝置連接的光纖通常只能進行單向的光傳輸，需使用兩根光纖才能實現雙向的光通訊。隨著光通訊技術的發展，光纖的使用已經越來越普遍，如何控制光纖的使用數量及其製造成本已經成為光通訊技術領域的重要考量。
有鑒於此，有必要提供一種能夠減少光纖使用數量的光耦合模組、包含該光耦合模組的光電轉換裝置及包含該光電轉換裝置的光通訊裝置。
一種光耦合模組包括基底、第一波導、第二波導及光柵。該第一波導、與該第一波導折射率相異的該第二波導及該光柵形成於該基底內。該基底具有一頂面及與該頂面平行的一底面。該第一波導具有一第一端部及一第一連接部。該第二波導具有一第二端部及一第二連接部。該第二連接部與該第一連接部相交並部分重疊形成一重疊部，相互連接後的該第一波導與該第二波導呈Y型。該第一端部及該第二端部均具有一傾斜端面。每一傾斜端面連接該頂面並相對於該頂面朝該底面的方向傾斜。該傾斜端面呈梯形，該傾斜端面平行於該頂面方向上的寬度自與該頂面連接的一端向該底面方向遞增。該光柵設置於該第一波導內，該光柵能夠使光線中的橫磁波通過而使橫電波被反射。
一種光電轉換裝置包括如上所述的光耦合模組、一發光模組及一收光模組。該發光模組與該底面相對並對應該第一端部設置。該收光模組與該底面相對並對應該第二端部設置。
一種光通訊裝置包括兩個光電轉換裝置及連接在該兩個光電轉換裝置之間的光纖。每個光電轉換裝置包括一光耦合模組、一發光模組及一收光模組。該光耦合模組包括基底、第一波導、與該第一波導折射率相異的第二波導及光柵。該第一波導、該第二波導及該光柵形成於該基底內。該基底具有一頂面及與該頂面平行的一底面。該第一波導具有一第一端部及一第一連接部。該第二波導具有一第二端部及一第二連接部。該第二連接部與該第一連接部相交並部分重疊形成一重疊部，相互連接後的該第一波導與該第二波導呈Y型。該第一端部及該第二端部均具有一傾斜端面。每一傾斜端面連接該頂面並相對於該頂面朝該底面的方向傾斜。該傾斜端面呈梯形，該傾斜端面平行於該頂面方向上的寬度自與該頂面連接的一端向該底面方向遞增。該光柵設置於該第一波導內，該光柵能夠使光線中的橫磁波通過而使橫電波被反射。該發光模組與該底面相對並對應該第一端部設置。該收光模組與該底面相對並對應該第二端部設置。
本發明提供的該光通訊裝置在光纖的兩端設置該光電轉換裝置，該光電轉換裝置中光耦合模組在該基底內形成部分重疊並相交後呈Y型的第一波導及第二波導。該發光模組對應該第一波導設置，該收光模組對應該第二波導設置，且該第一波導內設置該光柵能夠使發光模組發出的光線中的橫磁波（TM）穿過而繼續向前傳輸並經由該光纖傳輸至位於光纖另外一端的光電轉換裝置中。傳輸至另外一端的光電轉換裝置中的橫磁波（TM）能夠經由該第二波導輸出至該收光模組中，以完成光線的收發。如此，該光通訊裝置僅藉由一根光纖便能夠完成光線的雙向傳輸與收發，從而能夠減少光纖的使用數量。
圖1為本發明實施方式提供的光耦合模組的立體示意圖。
圖2是圖1中光耦合模組沿II-II的剖面示意圖。
圖3為本發明實施方式提供的光電轉換裝置的立體示意圖。
圖4為圖3中光電轉換裝置沿IV-IV的剖面示意圖。
圖5為本發明實施方式提供的光通訊裝置的立體示意圖。
圖6為圖5中光通訊裝置沿VI-VI的剖面示意圖。
下面結合附圖將對本發明實施方式作進一步的詳細說明。
如圖1-2所示，本發明實施方式提供的光耦合模組100包括基底10、第一波導20、第二波導30及光柵40。該第一波導20、該第二波導30及該光柵40形成於該基底10內。
該基底10包括一個頂面12、一個底面14、一個下表面16、一個第一側面17及一個第二側面18。該底面14及該下表面16位於該基底10的同一側並均位於該基底10與該頂面12相背的一側。該底面14及該下表面16均平行於該頂面12。該底面14與該頂面12之間的距離小於該下表面16與該頂面12之間的距離，即該底面14與該下表面16之間形成一階梯。該第一側面17及該第二側面18位於基底10相背的兩側，該第一側面17與該第二側面18平行。該第一側面17垂直連接該頂面12及該底面14，該第二側面18垂直連接該頂面12及該下表面16。本實施方式中，該基底10採用鈮酸鋰（LiNbO3）製作而成。
該第一波導20包括第一端部22及第一連接部24。該第一端部22具有第一傾斜端面220。該第一傾斜端面220連接該頂面12並相對於該頂面12朝該底面14的方向傾斜，且該第一傾斜端面220與該頂面12之間形成一鈍角。該第一傾斜端面220呈梯形，該第一傾斜端面220平行於該頂面12方向上的寬度自與該頂面12連接的一端向該底面14的方向遞增。本實施方式中，該第一端部22靠近該第一側面17設置，該第一傾斜端面220連接該頂面12且連接該底面14，即該基底10在該第一側面17與該頂面12相接處形成一個對應該第一端部22的缺口，第一連接部24自該第一端部22朝遠離該第一側面17的方向延伸。該第一連接部24背離該第一端部22的一側具有一個第一端面240，該第一端面240垂直於該頂面12。本實施方式中，該第一波導20藉由鈦擴散製作波導工藝而形成。該第一波導20暴露於該頂面12且該第一波導20對應於該底面14的部分亦暴露於底面14。
該第二波導30包括第二端部32及第二連接部34。該第二端部32具有第二傾斜端面320。該第二傾斜端面320連接該頂面12並相對於該頂面12朝該底面14的方向傾斜，且該第二傾斜端面320與該頂面12之間形成一個鈍角。該第二傾斜端面320呈梯形，該第二傾斜端面320的平行於該頂面12上的寬度自與該頂面12連接的一端向該底面14的方向遞增。本實施方式中，該第二端部32靠近該第一側面17設置，該第二傾斜端面320連接該頂面12且連接該底面14，及該基底10在該第一側面17與該頂面12相接處形成一個對應該第二端部32的缺口，該第二連接部34自該第二端部32朝遠離該第一側面17的方向延伸至與該第一連接部24相交並部分重疊，從而形成一重疊部340。相互連接後的該第一波導20與該第二波導30大致呈Y型。該第一波導20與該第二波導30具有不同的折射率。本實施方式中，該第二波導30藉由鎵擴散製作波導工藝而形成，在該重疊部340內，形成第一波導20的鈦金屬與形成第二波導30的鎵金屬交雜。該第二波導30暴露於該頂面12且該第二波導30對應於該底面14的部分亦暴露於底面14。對一特定波長的光線而言，該第二波導30的折射率大於該第一波導20的折射率，具體而言，該第二波導30對橫磁波的折射率大於該第一波導20對橫磁波的折射率。
該光柵40設置於該第一波導20內。該光柵40由多個金屬長條依次平行排列而成，金屬長條的長度方向平行於該第一波導20的長度方向。本實施方式中，該光柵40設置在該重疊部340與該第一端部22相背離的一側。在其它實施方式，該光柵40亦可以設置在該重疊部340朝向該第一端部22的一側。
本實施方式中，該基底10在該頂面12上開設有一個V型凹槽120。該V型凹槽120的一端貫穿該第二側面18，另一端終止於該第一端面240。該V型凹槽120用於承載光纖。
如圖3-4所示，本發明實施方式提供的光電轉換裝置200包括一個本發明實施方式中提供的光耦合模組100、一個發光模組50、一個收光模組60以及一個電路板70。
該電路板70具有一上表面72，該發光模組50及該收光模組60位於該電路板70的上表面72上，且與該電路板70電性連接。該發光模組50與該底面14相對並對應該第一端部22設置，該發光模組50位於該第一傾斜端面220在該上表面72上的正投影區域內。該發光模組50能夠朝該底面14發出光線，由該發光模組50發出的光線能夠經由該底面14入射至該第一波導20內。該收光模組60與該底面14相對並對應該第二端部32設置，該收光模組60位於該第二傾斜端面320在該上表面72的正投影區域內。經由該第二波導30傳輸至該第二端部32的光線能夠經由該底面14出射至該收光模組60。本實施方式中，該發光模組50為半導體鐳射器，該收光模組60為光電二極體。該基底10的下表面16與該電路板70的上表面72貼合。
如圖5-6所示，本發明實施方式提供的光通訊裝置300包括兩個本發明實施方式中提供的該光電轉換裝置200及連接在該兩個光電轉換裝置200之間的光纖90。
該兩個光電轉換裝置200分別位於該光纖90的兩端。該光纖90的兩端分別固定安裝於對應的光電轉換裝置200中的光耦合模組100上，具體地，該光纖90的兩端分別固定安裝於位於兩端處的該光耦合模組100中的基底10上的V型凹槽120中。該光纖90在其兩端處各具有一個端面，該兩個端面分別與對應的光耦合模組100的第一波導20的該第一端面240相對，以使該光纖90與位於其兩端處的第一波導20耦接。
請結合圖1，工作時，每個光電轉換裝置200的發光模組50向該底面14發出光線，由該發光模組50發出的光線經由該底面14入射至該第一波導20的第一端部22內，該發光模組50發出的光線包括橫電波（TE）及橫磁波（TM）。在該第一端部22內，光線被該第一傾斜端面220全反射，從而使光線傳輸至該第一連接部24內。在該第一連接部24內，光線經過該光柵40時，光線中的橫電波（TE）被反射從而被濾掉，橫磁波（TM）穿過該光柵40而繼續向前傳輸。經過光柵40後的橫磁波（TM）經由該第一連接部24傳輸後從該第一端面240出射，並入射至與該第一端面240相耦接的光纖90中。藉由該光纖90，橫磁波（TM）由該光電轉換裝置200傳輸至位於該光纖90另外一端的光電轉換裝置200中。具體地，橫磁波（TM）經由該光纖90的另外一端出射並入射至與該光纖90的另外一端相耦接的第一波導20中，橫磁波（TM）穿過位於該第一波導20內的光柵40並傳輸至該重疊部340。由於第二波導30傳導橫磁波（TM）的折射率大於第一波導20傳導橫磁波（TM）的折射率，在該重疊部340內，橫磁波（TM）便被該第二波導30攔截，轉而在該第二波導30內被全反射而繼續向前傳輸至該第二端部32。在該第二端部32內，橫磁波（TM）被該第二傾斜端面320反射至該底面14而從該底面14出射並入射至該收光模組60中。
本發明實施方式提供的該光通訊裝置300在光纖90的兩端設置該光電轉換裝置200，該光電轉換裝置200中光耦合模組100在該基底10內形成部分重疊並相交後呈Y型的第一波導20及第二波導30。該第一波導20對應該發光模組50以從該發光模組50接收光線，該第二波導30對應該收光模組60以向該收光模組60輸出光線。且該第一波導20內設置該光柵40以使發光模組50發出的光線中的橫磁波（TM）穿過而繼續向前傳輸並經由該光纖90傳輸至位於光纖90另外一端的光電轉換裝置200中。傳輸至另外一端的光電轉換裝置200中的橫磁波（TM）能夠經由該第二波導30輸出至該收光模組60中，以完成光線的收發。如此，該光通訊裝置300僅藉由一根光纖90便能夠完成光線的雙向傳輸與收發。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧光耦合模組
10‧‧‧基底
20‧‧‧第一波導
30‧‧‧第二波導
40‧‧‧光柵
12‧‧‧頂面
14‧‧‧底面
16‧‧‧下表面
17‧‧‧第一側面
18‧‧‧第二側面
22‧‧‧第一端部
24‧‧‧第一連接部
220‧‧‧第一傾斜端面
240‧‧‧第一端面
32‧‧‧第二端部
34‧‧‧第二連接部
320‧‧‧第二傾斜端面
340‧‧‧重疊部
120‧‧‧V型凹槽
200‧‧‧光電轉換裝置
50‧‧‧發光模組
60‧‧‧收光模組
70‧‧‧電路板
72‧‧‧上表面
300‧‧‧光通訊裝置
90‧‧‧光纖
無
100‧‧‧光耦合模組
10‧‧‧基底
20‧‧‧第一波導
30‧‧‧第二波導
40‧‧‧光柵
12‧‧‧頂面
14‧‧‧底面
16‧‧‧下表面
17‧‧‧第一側面
18‧‧‧第二側面
32‧‧‧第二端部
34‧‧‧第二連接部
340‧‧‧重疊部
220‧‧‧第一傾斜端面
320‧‧‧第二傾斜端面
120‧‧‧V型凹槽

Claims (10)

  1. 一種光耦合模組，包括基底、第一波導、與該第一波導折射率相異的第二波導及光柵，該第一波導、該第二波導及該光柵形成於該基底內，該基底具有一頂面及與該頂面平行的一底面，其中，該第一波導具有一第一端部及一第一連接部，該第二波導具有一第二端部及一第二連接部，該第二連接部與該第一連接部相交並部分重疊形成一重疊部，相互連接後的該第一波導與該第二波導呈Y型，該第一端部及該第二端部均具有一傾斜端面，每一傾斜端面連接該頂面並相對於該頂面朝該底面的方向傾斜，該傾斜端面呈梯形，該傾斜端面平行於該頂面方向上的寬度自與該頂面連接的一端向該底面方向遞增，該光柵設置於該第一波導內，該光柵能夠使光線中的橫磁波通過而使橫電波被反射。
  2. 如請求項1所述之光耦合模組，其中，該基底由鈮酸鋰製作而成，該第一波導由鈦擴散形成，該第二波導由鎵擴散形成。
  3. 如請求項1所述之光耦合模組，其中，該光柵具有多個金屬長條，該金屬長條的長度方向平行於該第一波導的長度方向，該光柵設置在該重疊部與該第一端部相背離的一側。
  4. 如請求項1所述之光耦合模組，其中，該第一連接部背離該第一端部的一側具有一第一端面，該第一端面垂直於該頂面，該基底在該頂面上開設有用於承載光纖的凹槽，該凹槽終止於該第一端面。
  5. 一種光電轉換裝置，包括如請求項1~4中任意一項所述的光耦合模組、一發光模組及一收光模組，該發光模組與該底面相對並對應該第一端部設置，該收光模組與該底面相對並對應該第二端部設置。
  6. 如請求項5所述之光電轉換裝置，其中，該光電轉換裝置還包括一電路板，該發光模組及該收光模組位於該電路板上並與該電路板電性連接，該發光模組為半導體鐳射器，該收光模組為光電二極體。
  7. 如請求項6所述之光電轉換裝置，其中，該發光模組位於該第一端部的傾斜端面在該電路板上的正投影區域內，該收光模組位於該第二端部的傾斜端面在該電路板上的正投影區域內。
  8. 一種光通訊裝置，包括兩個光電轉換裝置及連接在該兩個光電轉換裝置之間的光纖，每個光電轉換裝置包括一光耦合模組、一發光模組及一收光模組，該光耦合模組包括基底、第一波導、與該第一波導折射率相異的第二波導及光柵，該第一波導、該第二波導及該光柵形成於該基底內，該基底具有一頂面及與該頂面平行的一底面，其中，該第一波導具有一第一端部及一第一連接部，該第二波導具有一第二端部及一第二連接部，該第二連接部與該第一連接部相交並部分重疊形成一重疊部，相互連接後的該第一波導與該第二波導呈Y型，該第一端部及該第二端部均具有一傾斜端面，每一傾斜端面連接該頂面並相對於該頂面朝該底面的方向傾斜，該傾斜端面呈梯形，該傾斜端面的平行於該頂面方向上的寬度自與該頂面連接的一端向該底面的方向遞增，該光柵設置於該第一波導內，該光柵能夠使光線中的橫磁波通過而使橫電波被反射，該發光模組與該底面相對並對應該第一端部設置，該收光模組與該底面相對並對應該第二端部設置。
  9. 如請求項8所述之光通訊裝置，其中，該第一連接部背離該第一端部的一側具有一第一端面，該第一端面垂直於該頂面，該基底在該頂面上開設有用於承載該光纖的凹槽，該凹槽終止於該第一端面，該光纖具有兩個端面，該光纖的兩個端面分別與該兩個光電轉換裝置中光耦合模組的第一端面相對。
  10. 如請求項8所述之光通訊裝置，其中，每個光電轉換裝置還包括一電路板，該發光模組及該收光模組位於該電路板上並與該電路板電性連接，該發光模組為半導體鐳射器，該收光模組為光電二極體。
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