TW201725411A - 光電混合板以及光耦合裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭露了一種光電混合板，用以將電訊號轉為光訊號以輸入至光纖。光電混合板包含具有第一穿孔及第二穿孔的電路基板、設置於電路基板上之光電轉換器以及光耦合裝置。光耦合裝置包含第一光波導結構、第二光波導結構以及連接光波導結構。第一光波導結構上有第一斜面可全反射由光電轉換器所接收之光線的一部分至光纖。第一斜面塗佈有薄膜層，而薄膜層上有一開口使部份的第一斜面接觸連接光波導結構，令部分的光線可進入連接光波導結構。第二光波導結構接觸連接光波導結構以接收光線，並具有第二斜面與第三斜面可將光線全反射至光電轉換器的監控用檢光二極體。

Description

光電混合板以及光耦合裝置

本發明係關於一種光電混合板以及光耦合裝置，並且特別地，本發明係關於一種能將光電轉換器之光訊號導至光纖且將部分光訊號導至監控用檢光二極體之光電混合板以及光耦合裝置。

於實務中，光傳輸系統屬於有線遠程通訊的一種，其與傳統電傳輸系統不同處，在於光傳輸系統係以光及光纖來傳遞資訊。相較於傳統電傳輸技術，光傳輸技術具有傳輸容量大、保密性好等許多優點，因此光纖通訊現在已經成為當今最主要的有線通訊方式。光經過調變後便可攜帶資訊，一言以蔽之，光傳輸技術之實行方法在於將欲傳送的資訊輸入至光電轉換器中，以將資訊疊加或調變到作為資訊訊號載體的載波上，然後將已調變的載波通過傳輸媒質(光纖)傳送到遠處的接收端，最後由接收器解調出原來的資訊。

一般來說，為了保持傳輸訊號的強度，通常採用能發出具有方向性之雷射光的雷射二極體作為光電轉換器之光源。於先前技術中，垂直共振腔面射型雷射產生器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)已被採用作為雷射光源之資料輸入端。垂直共振腔面射型雷射產生器可於其製作的任何過程中進行測試，而垂直共振腔面射 型雷射產生器係以垂直於其反應區之方向射出雷射。因此，於先前技術中，垂直共振腔面射型雷射產生器可利用覆晶技術(Flip-chip)方式設置於電路板或光電混合板上，使其發出的雷射光能穿過電路板而進入設置於電路板背面的光波導結構，再由光波導結構將雷射光導入光纖中。

請參閱圖一，圖一係繪示先前技術之光電混合板1的示意圖。如圖一所示，光電混合板1具有電路基板10、光電轉換器12與光波導結構14，其中電路基板10包含功能面100與相對於功能面100之背面102，而光電轉換器12以覆晶技術設置於功能面100之上。光電轉換器12包含晶片120與垂直共振腔面射型雷射產生器122，其中，晶片120可用來控制垂直共振腔面射型雷射產生器122產生帶有資訊之雷射光L，並且由於垂直共振腔面射型雷射產生器122以覆晶技術設置在電路基板10上，所產生的雷射光L會朝電路基板10前進。電路基板10設有穿孔104，其位置對應垂直共振腔面射型雷射產生器122之位置，因此，垂直共振腔面射型雷射產生器122發出的雷射光L可穿過穿孔104。

光波導結構14設置於電路基板10的背面102上，其一端連接穿孔104，另一端則可接近光纖的光線接收端(未繪示於圖中)。光波導結構14於之折射率大於環境之折射率，並且在連接穿孔104之一端形成斜面140。當垂直共振腔面射型雷射產生器122所發出之雷射光L穿過穿孔104後會進入到光波導結構14，並且由於光波導結構14於之折射率大於環境之折射率，雷射光L會被斜面14全反射而在光波導結構14中行進，最後到達光纖之光線接收端而被光纖接收。因此，藉由圖一 之光電混合板1的結構，可令光電混合板1之整體體積降低，能更有效地利用空間。

然而，圖一之光電混合板1並未設有監控用檢光二極體來檢測所產生的雷射光資訊，例如光通量等，故無法達到回饋控制的功能。因此，有必要發展一種可以檢測光電轉換器所發出之光線之光電混合板，以解決上述問題。

本發明之一範疇在於提供一種光電混合板，用來將電訊號轉變為光訊號並將光訊號輸入至光纖。根據一具體實施例，光電混合版包含電路基板、光電轉換器、第一光波導結構、連接光波導結構以及第二光波導結構。電路基板包含功能面、背面、第一穿孔與第二穿孔，光電轉換器設置於功能面上，而第一光波導結構則設置於背面上。光電轉換器包含光源單元與監控用檢光二極體，其中光源單元設置於第一穿孔上，而監控用檢光二極體設置於第二穿孔上。第一光波導結構一端連接第一穿孔且形成第一斜面，第一斜面上塗佈薄膜層且薄膜層上具有開口可顯露出部分的第一斜面。連接光波導結構覆蓋於薄膜層上並透過開口接觸到部分的第一斜面。第二光波導結構一端接觸連接光波導結構且形成第二斜面，並且另一端對準第二穿孔且形成第三斜面。

第一光波導結構、連接光波導結構與第二光波導結構具有相同的折射率，且此折射率大於環境的折射率。因此，光源單元所產生的光穿過第一穿孔進入第一光波導結構後，部分光線會被第一斜 面全反射而於第一光波導結構內行進至光纖處，另一部分之光線則經過薄膜層之開口進入與第一斜面接觸且折射率相同之連接光波導結構。進入連接光波導結構之光線會進一步射入與連接光波導結構接觸之第二光波導結構，並被第二光波導結構之第二斜面與第三斜面全反射，最後穿過第二穿孔到達監控用檢光二極體。

如上述，本發明之光電混合板除了可將光電轉換器之光源單元所發出之光線輸入至光纖外，還可擷取部分光線至光電混合板上的監控用檢光二極體以檢測所產生之光線特性。此外，光電混合板的光電轉換器位於功能面上而各光波導結構位於光電混合板背面，故光電混合板整體的體積小，有利於空間利用。

本發明之另一範疇在於提供一種光耦合裝置，用來將光電轉換器所發出之光線輸入至光纖。此光耦合裝置包含第一光波導結構、連接光波導結構以及第二光波導結構，三者具有相同的折射率，且此折射率大於環境的折射率。第一光波導結構設置於光電混合板之電路基板的背面，並且連接電路基板上的第一穿孔，使設置於電路基板之功能面且對應第一穿孔之光源單元所產生之光線可穿過第一穿孔並進入第一光波導結構。

第一光波導結構連接第一穿孔之一端具有第一斜面，第一斜面上塗佈薄膜層且薄膜層上有一開口，由於第一光波導結構之折射率大於薄膜層，因此部分光線會被第一斜面全反射而於第一光波導結構內行進。連接光波導結構透過開口接觸第一光波導結構之第一斜面，故另一部分的光線穿透至連接光波導結構中。第二光波導結構接 觸連接光波導結構，故進入連接光波導結構中之部分光線進入第二光波導結構，並被第二光波導結構之第二斜面與第三斜面全反射，最後穿過電路基板之第二穿孔到達設置於電路基板上之監控用檢光二極體。

如上述，本發明之光耦合裝置除了可將設置於光電混合板上之光源單元所發出之光線輸入至光纖外，還可擷取部分光線至光電混合板上的監控用檢光二極體以檢測所產生之光線特性。此外，光耦合裝置設置於光電混合板背面，可使光電混合板整體體積降低，有利於空間利用。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述以及所附圖式得到進一步的了解。

1‧‧‧光電混合板

10‧‧‧電路基板

12‧‧‧光電轉換器

14‧‧‧光波導結構

100‧‧‧功能面

102‧‧‧背面

104‧‧‧穿孔

120‧‧‧晶片

122‧‧‧垂直共振腔面射型雷射產生器

140‧‧‧斜面

L‧‧‧雷射光

2‧‧‧光電混合板

20‧‧‧電路基板

22‧‧‧光電轉換器

24‧‧‧光耦合裝置

200‧‧‧功能面

202‧‧‧背面

204‧‧‧第一穿孔

206‧‧‧第二穿孔

220‧‧‧光源單元

222‧‧‧監測用檢光二極體

224‧‧‧晶片

240‧‧‧第一光波導結構

242‧‧‧連接光波導結構

244‧‧‧第二光波導結構

2400‧‧‧第一斜面

2402‧‧‧薄膜層

2404‧‧‧開口

2440‧‧‧第二斜面

2442‧‧‧第三斜面

L1、L2‧‧‧光線路徑

3‧‧‧光電混合板

30‧‧‧電路基板

32‧‧‧光電轉換器

34‧‧‧光波導結構

36‧‧‧連接光波導結構

38‧‧‧監控用檢光二極體

300‧‧‧功能面

302‧‧‧背面

304‧‧‧穿孔

320‧‧‧光源單元

322‧‧‧晶片

340‧‧‧斜面

342‧‧‧薄膜層

344‧‧‧開口

圖一係繪示先前技術之光電混合板的示意圖。

圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之光電混合板的示意圖。

圖三係繪示根據本發明之另一具體實施例之光電混合板的示意圖。

請參閱圖二，圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之光電混合板2的示意圖。如圖二所示，光電混合板2包含電路基板20，而電路基板20具有功能面200、相對於功能面200之背面202、第一穿孔204與第二穿孔206，其中，第一穿孔204與第二穿孔206分別穿透電路 基板20的本體。

於本具體實施例中，電路基板20的功能面200上可佈設電路或晶片等功能元件，詳言之，光電混合板2進一步包含光電轉換器22設置於電路基板20的功能面200上，並且光電轉換器22可電性連接功能面200上所佈設的電路或其他的電子元件(未繪示於圖中)，以獲得所欲傳輸的資料以及工作時所需的電力。

光電轉換器22進一步包含光源單元220、監控用檢光二極體222以及晶片224，其中光源單元220、監控用檢光二極體222連接到晶片224並受晶片224控制。於本具體實施例中，光電轉換器22以及其包含之單元，如光源單元220、監控用檢光二極體222以及晶片224，均可以覆晶技術設置於電路基板20之功能面200上，並且光源單元220以及監控用檢光二極體222分別設置於第一穿孔204以及第二穿孔206上，因此，光源單元220之出光口與監控用檢光二極體222之受光面可分別面對第一穿孔204與第二穿孔206。光源單元220於實務中可為垂直共振腔面射型雷射產生器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)，其面對第一穿孔204之出光口可射出雷射光穿過第一穿孔204，而晶片224可控制垂直共振腔面射型雷射產生器，以將所欲傳輸的資訊疊加或調變到所產生的雷射光之上。

光電混合板2進一步包含光耦合裝置24，其係設置於電路基板20之背面202。光耦合裝置24包含第一光波導結構240、連接光波導結構242以及第二光波導結構244，此三者的折射率相同並且大於周邊環境(例如空氣)的折射率。第一光波導結構240設置於電路基板20 之背面202，並且一端連接第一穿孔204，使光源單元220所產生之光線能直接入射第一光波導結構240。第一光波導結構240於連接第一穿孔204之一端包含第一斜面2400，於實務中，第一斜面2400可與電路基板20之背面202之間呈45°夾角，並且由於第一光波導結構240之折射率大於環境折射率，由第一穿孔204入射而來之光線會被第一斜面2400全反射而於第一光波導結構240內行進，如圖二之光線路徑L1所示。第一光波導結構240之另一端可接近光纖之光線接收端(未繪示於圖中)，因此，受到第一斜面2400全反射而於第一光波導結構240內行進之光線最後會到達光纖之光線接收端。

第一斜面2400上可塗佈一層薄膜層2402，其上具有開口2404可暴露出部分的第一斜面2400。請注意，薄膜層2402之折射率小於第一光波導結構240，使第一斜面2400上覆蓋有薄膜層之部分仍會全反射光線。於另一具體實施例中，薄膜層2402也可為金屬薄膜層。連接光波導結構242可覆蓋於薄膜層2402上，並且透過開口2404接觸第一斜面2400。由於第一光波導結構240與連接光波導結構242的折射率相同，因此當光線抵達第一斜面2400與連接光波導結構242互相接觸之區域時不會被全反射而會穿透入連接光波導結構242，換言之，光源單元220所產生之光線部分被全反射至光纖，另一部分則穿透入連接光波導結構242。於實務中，開口2404可於薄膜層2402形成後再於薄膜層2402上鑽孔形成，而開口2404之尺寸可控制在使進入連接光波導結構242之光線為原光線的一小部分，以避免對輸入至光纖之光線產生影響。於實務中，連接光波導結構242利用填充環氧樹脂的方式形成於薄膜層 2402上並填入開口2404中以接觸第一光波導結構240。

第二光波導結構244一端與連接光波導結構242接觸，因此進入連接光波導結構242之光線可進一步地入射至第二光波導結構244中。第二光波導結構224與連接光波導結構242接觸之一端形成第二斜面2440，同樣地，由於第二光波導結構224之折射率大於周邊環境的折射率，當光線行進至第二斜面2440時，會被第二斜面2440全反射而於第二光波導結構244中行進。第二光波導結構244之另一端對準電路基板20之第二穿孔206，並且此端進一步形成第三斜面2442。當光線於第二光波導結構244中行進至第三斜面2442時，會被第三斜面2442全反射而朝第二穿孔206前進。請注意，第二光波導結構244之形狀及第三斜面2442之傾斜角度，可被設計為當第三斜面2442全反射光線後，光線可垂直射出第二光波導結構244，故不會再被第二光波導結構244的其他表面全反射。如圖二所示，光源單元220所產生之光線的部分從薄膜層2402之開口2404進入連接光波導結構242後，便沿著光線路徑L2行進而回到第二穿孔206處。

從第二光波導結構244射出之光線最後穿過第二穿孔206到達監測用檢光二極體222之受光面而被接收，監測用檢光二極體222可由所接收到之部分光線獲得光源單元220所產生之光線的資訊，例如光通量等。接著，晶片224可根據監測用檢光二極體222所檢測出的光線資訊對光源單元220進行回饋控制，使光源單元220能更有效率且更精確地產生所需之光線。

綜上所述，本發明之光耦合裝置可藉由第一光波導結 構、連接光波導結構以及第二光波導結構之結構配置，將光電混合板上之光電轉換器的光源單元(例如垂直共振腔面射型雷射產生器)所產生的光線導至光纖處，並擷取出部分的光線導至監測用檢光二極體來獲得光線資訊，藉以進行回饋控制。此外，利用本發明之光耦合裝置的光電混合板，其整體體積降低，有利於空間利用。

本發明還可提供另一種光電混合板及光耦合裝置來達到前述具體實施例之效果。請參閱圖三，圖三係繪示根據本發明之另一具體實施例之光電混合板3的示意圖。如圖三所示，光電混合板3包含電路基板30，而電路基板30具有功能面300、相對於功能面300之背面302、以及穿孔304，其中穿孔304穿透電路基板20的本體。

除了電路基板30之外，光電混合板3還包含光電轉換器32設置於電路基板30之功能面300上。光電轉換器32可包含光源單元320以及連接光源單元320之晶片322，其中晶片322可控制光源單元320發出帶有資訊之光線，詳言之，晶片322可接收電訊號並將電訊號內所帶有的資訊進行疊加或調變至光源單元320所發出之光線中。光源單元320設置於電路基板30之穿孔304上，且其出光口面對穿孔304，故光源單元320所發出之光線可穿過穿孔304至電路基板30的另一側。

光電混合板3進一步包含光波導結構34，其係設置於電路基板30之背面302上，而光波導結構34的一端連接穿孔304使得光源單元320所發出之光線於穿過穿孔304後入射光波導結構34，此外，光波導結構34之另一端接近或連接光纖之光線接收端。請注意，雖然本具體實施例之光波導結構34位於背面302上，但實務中並不限定非得接 觸背面302，只要光波導結構34以垂直面來接收光線即可。光波導結構34連接穿孔304之一端具有斜面340，且斜面340上塗佈薄膜層342，此外，薄膜層342具有開口344使部分的斜面340暴露出來。

光電混合板3進一步包含連接光波導結構36，其覆蓋於薄膜層342上並透過開口344與斜面340直接接觸，其中連接光波導結構36與光波導結構34具有大致上相同的折射率，而此折射率大於周邊環境的折射率。因此，當光源單元320所發出之光線進入光波導結構34後，一部分光線接觸到被薄膜層342所覆蓋之斜面340時，會被斜面340全反射而於光波導結構34中朝向光纖前進。當光線的另一部分接觸到未被薄膜層342所覆蓋之斜面340(亦即，從開口344暴露出的斜面340)時，由於連接光波導結構36與光波導結構34的折射率大致上相同，故此部分光線並不會被全反射，而將會穿過開口344入射至連接光波導結構36中。接著，再由連接光波導結構36之一個垂直面射出。

光電混合板3還進一步包含監控用檢光二極體38，其係相對於連接光波導結構36而設置。監控用檢光二極體38的受光面380面對連接光波導結構36以及開口344，因此從開口344進入連接光波導結構36並從連接光波導結構36射出之光線，可被監控用檢光二極體36的受光面360所接收。實務中監控用檢光二極體36可檢測所接收到之光線特性，且監控用檢光二極體36可進一步地與光電轉換器32電性連接，以將檢測到的光線特性傳送給光電轉換器32來進行回饋控制。因此，本具體實施例之光電混合板3可擷取出部分的光線導至監測用檢光二極體來獲得光線資訊，藉以進行回饋控制。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

2‧‧‧光電混合板

20‧‧‧電路基板

22‧‧‧光電轉換器

24‧‧‧光耦合裝置

200‧‧‧功能面

202‧‧‧背面

204‧‧‧第一穿孔

206‧‧‧第二穿孔

220‧‧‧光源單元

222‧‧‧監測用檢光二極體

224‧‧‧晶片

240‧‧‧第一光波導結構

242‧‧‧連接光波導結構

244‧‧‧第二光波導結構

2400‧‧‧第一斜面

2402‧‧‧薄膜層

2404‧‧‧開口

2440‧‧‧第二斜面

2442‧‧‧第三斜面

L1、L2‧‧‧光線路徑

Claims (10)

1. 一種光電混合板，用以將一電訊號轉變為一光訊號並將該光訊號輸入至一光纖，該光電混合板包含：一電路基板，具有一功能面以及相對於該功能面之一背面，該電路基板進一步包含一第一穿孔以及一第二穿孔穿過該電路基板；一光電轉換器，設置於該功能面上，該光電轉換器包含：一光源單元，設置於該第一穿孔上，該光源單元係用以產生一光線穿過該第一穿孔；以及一監控用檢光二極體(Monitor Photodiode,MPD)，設置於該第二穿孔上；一第一光波導結構，位於該電路基板之該背面，該第一光波導結構一端連接該第一穿孔並且另一端接近該光纖之一光線接收端，該第一光波導結構連接該第一穿孔之一端包含一第一斜面，該第一斜面上塗佈一薄膜層，該薄膜層上具有一開口以顯露出部分的該第一斜面；一連接光波導結構，覆蓋於該薄膜層上並透過該開口接觸部分的該第一斜面；以及一第二光波導結構，一端接觸該連接光波導結構並且另一端對準該第二穿孔，該第二光波導結構接觸該連接光波導結構之一端包含一第二斜面，且對準該第二穿孔之另一端包含一第三斜面；其中，該第一光波導結構、該第二光波導結構以及該連接光波導結構具有相同的折射率；其中，該光源單元所產生之光線穿過該第一穿孔進入該第一光波導結構後，該光線之一部分被該第一斜面全反射而於該第一光波導結構中朝該光纖之該光線接收端傳遞，該光線之另一部分穿過該開口進入該連接光波導結構，接著由該連接光波導結構進入該第二光波導結構，並且經由該第二斜面與該第三斜面全反射後穿過該第二穿孔至該監控用檢光二極體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光電混合板，其中該薄膜層係一金屬薄膜層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光電混合板，其中該光源單元係一垂直共振腔面射型雷射產生器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)，並且該光線係一雷射光。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光電混合板，其中該垂直共振腔面射型雷射產生器係以覆晶技術(Flip-chip)設置於該功能面上，並且該垂直共振腔面射型雷射產生器之一出光面面對該功能面以及該第一穿孔。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光電混合板，其中該監控用檢光二極體係以覆晶技術設置於該功能面上，並且該監控用檢光二極體之一受光面面對該功能面以及該第二穿孔。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光電混合板，其中該光電轉換器進一步包含一晶片設置於該電路基板之該功能面上，該晶片電性連接該光源單元以控制光源單元所產生之該光線。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光電混合板，其中該晶片電性連接該監控用檢光二極體，該監控用檢光二極體將接收到之部分的該光線的資訊回傳至該晶片以進行回饋控制。
8. 一種光耦合裝置，用以將一光電轉換器所發出之光訊號輸入至一光纖，該光轉換器設置於一電路基板上，該電路基板具有一第一穿孔以及一第二穿孔穿透該電路基板，該光轉換器包含一光源單元以及一監控用檢光二極體分別設置於該第一穿孔及第二穿孔上，該光源單元能產生一光線穿過該第一穿孔，該光耦合裝置包含：一第一光波導結構，一端連接該第一穿孔並且另一端接近該光纖之一光線接收端，該第一光波導結構連接該第一穿孔之一端包含一第一斜面，該第一斜面上塗佈一薄膜層，該薄膜層上具有一開口以顯露出部分的該第一斜面； 一連接光波導結構，覆蓋於該薄膜層上並透過該開口接觸部分的該第一斜面；以及一第二光波導結構，一端接觸該連接光波導結構並且另一端對準該第二穿孔，該第二光波導結構接觸該連接光波導結構之一端包含一第二斜面，且對準該第二穿孔之另一端包含一第三斜面；其中，該第一光波導結構、該第二光波導結構以及該連接光波導結構具有相同的折射率；其中，該光源單元所發出之該光線穿過該第一穿孔後進入該第一光波導結構，並且該第一斜面全反射該光線之一部分於該第一光波導結構中，使其朝該光纖之該光線接收端傳遞，該光線之另一部分自該開口處進入該連接光波導結構，接著由該連接光波導結構進入該第二光波導結構，並且經由該第二斜面與該第三斜面全反射後穿過該第二穿孔至該監控用檢光二極體。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光耦合裝置，其中該薄膜層係一金屬薄膜層。
10. 一種光電混合板，用以將一電訊號轉變為一光訊號並將該光訊號輸入至一光纖，該光電混合板包含：一電路基板，具有一功能面以及相對於該功能面之一背面，該電路基板進一步包含一第一穿孔穿過該電路基板；一光電轉換器，設置於該功能面上，該光電轉換器包含：一光源單元，設置於該第一穿孔上，該光源單元係用以產生一光線穿過該第一穿孔；一光波導結構，位於該電路基板之該背面，一端連接該第一穿孔並且另一端接近該光纖之一光線接收端，該第一光波導結構連接該第一穿孔之一端包含一斜面，該斜面上塗佈一薄膜層，該薄膜層上具有一開口以顯露出部分的該斜面；一連接光波導結構，覆蓋於該薄膜層上並透過該開口接觸部分的該第一斜面；以及 一監控用檢光二極體，設置於該連接光波導結構處，該監控用檢光二極體包含一受光面面對該連接光波導結構及該開口；其中，該光源單元所產生之光線穿過該第一穿孔進入該第一光波導結構後，該光線之一部分被該斜面覆蓋有薄膜層之部分反射而於該第一光波導結構中朝該光纖之該光線接收端傳遞，該光線之另一部分穿過該開口，接著入射至該監控用檢光二極體之該受光面。