TW201804190A - 光耦合結構及光通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種光耦合結構及光通訊裝置。光通訊裝置的光耦合結構包括入光部、光分歧部、第一出光部與第二出光部。入光部用以接收從一光輸出單元所發射的初始光信號，初始光信號通過入光部以轉換為平行光束。光分歧部設置於平行光束的光路上，並具有第一反射面及第二反射面，以將平行光束分為第一部分光束與第二部分光束，且第一反射面與第二反射面的斜率都為正或都為負。第一出光部設置於所述第一部分光束的光路上，第一部分光束通過第一出光部以轉換為傳送至一光傳遞單元的一第一光信號。第二出光部設置於第二部分光束的光路上，且第二部分光束通過第二出光部以轉換為傳送至一光偵測器的一第二光信號。

Description

光耦合結構及光通訊裝置

本發明是關於一種光耦合結構及光通訊裝置，且特別是關於一種可反饋光信號的光耦合結構及應用於前述光耦合結構的光通訊裝置。

一般的光通訊裝置通常包括用以輸出光信號的光輸出元件、用以接收並傳輸光信號的光纖以及將光信號傳送至光纖的光學組件。進一步而言，光輸出元件，例如是雷射，輸出光信號至光學組件之後，通過光學組件將雷射輸出的光信號傳送至光纖內，以進行光信號傳遞。

另外，為了使光輸出元件在操作溫度範圍及正常使用壽命內維持輸出功率的穩定，並且能夠預先知道光輸出元件的劣化程度，需要監控光輸出元件的出光功率。因此，需要進一步改良光學組件，以將光輸出元件所發出的一部分光束引導至檢光晶片(monitor photodiode,MPD)。

有鑑於此，本發明提供一種光耦合結構及應用前述光耦合結構的光通訊裝置，其中光耦合結構具有一光分歧部，對應設置在光輸出單元的光軸上，用以將光輸出單元所輸出的光信號分別導引至光傳遞單元以及光偵測器。

本發明其中一實施例提供一種光耦合結構包括一入光部、一光分歧部、一第一出光部與一第二出光部。入光部用以接收光輸出單元所發射的初始光信號，初始光信號通過入光部以轉換為一 平行光束。光分歧部設置於平行光束的光路上，並具有第一反射面及第二反射面。平行光束通過第一反射面以及第一反射面的反射，以分別形成一第一部分光束與一第二部分光束，且所述第一反射面與所述第二反射面的斜率都為正或都為負。第一出光部設置於所述第一部分光束的光路上，第一部分光束通過第一出光部以轉換為傳送至一光傳遞單元的一第一光信號。第二出光部設置於第二部分光束的光路上，且第二部分光束通過第二出光部以轉換為傳送至一光偵測器的一第二光信號。

本發明另一實施例提供一種光通訊裝置，包括光輸出單元、光傳遞單元、光偵測器以及上述的光耦合結構。光輸出單元用以發射初始光信號。光傳遞單元與光偵測器位於光輸出單元的相同側。光耦合結構包括入光部、光分歧部、第一出光部與第二出光部。入光部用以接收光輸出單元所發射的初始光信號，初始光信號通過入光部以轉換為一平行光束。光分歧部設置於平行光束的光路上，並具有第一反射面及第二反射面。平行光束通過第一反射面以及第一反射面的反射，以分別形成一第一部分光束與一第二部分光束，且所述第一反射面與所述第二反射面的斜率都為正或都為負。第一出光部設置於所述第一部分光束的光路上，第一部分光束通過第一出光部以轉換為傳送至光傳遞單元的第一光信號。第二出光部設置於第二部分光束的光路上，且第二部分光束通過第二出光部以轉換為傳送至光偵測器的第二光信號。

綜上所述，在本發明中，光輸出單元所輸出的初始光信號進入光耦合結構後，投射到光分歧部的兩個反射面，而可被不同的反射面分為朝不同方向出射的第一部分光束與第二部分光束。第一部分光束與第二部分光束又分別被傳遞至光傳遞單元以及光偵測器。

因此，在本發明中，光偵測器通過光耦合結構接收部分光信號，可監控光輸入單元的出光功率。據此，當光輸出單元出現問 題或劣化時，可即時對光輸出單元維修或者更換，以維持光通訊的穩定。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1‧‧‧光通訊裝置

11‧‧‧光輸出單元

12‧‧‧光偵測器

13‧‧‧光傳遞單元

14、14’‧‧‧光耦合結構

140、140’‧‧‧凹槽部

L‧‧‧初始光信號

L1‧‧‧第一光信號

L2‧‧‧第二光信號

141‧‧‧入光部

L’‧‧‧平行光束

141a‧‧‧準直透鏡

142‧‧‧光分歧部

142a‧‧‧第一反射面

142b‧‧‧第二反射面

142c‧‧‧銜接面

145‧‧‧反射斜面

L1’‧‧‧第一部分光束

L2’‧‧‧第二部分光束

θ1‧‧‧第一銳角

θ2‧‧‧第二銳角

143‧‧‧第一出光部

143a‧‧‧第一光學透鏡

144‧‧‧第二出光部

144a‧‧‧第二光學透鏡

圖1繪示本發明實施例的光通訊裝置的局部剖面示意圖。

圖1A繪示圖1的光通訊裝置在區域A的局部放大圖。

圖2繪示本發明另一實施例的光耦合結構的局部剖面示意圖。

圖1繪示本發明一實施例的光通訊裝置的局部剖面示意圖。本發明實施例的光通訊裝置1包括光輸出單元11、光偵測器12、光傳遞單元13以及光耦合結構14。本發明實施例的光通訊裝置1的光耦合結構14可將光輸出單元11所發射的一初始光信號L轉換為一第一光信號L1與一第二光信號L2，並分別傳送至光傳遞單元13及一光偵測器12。詳細說明如下。

光輸出單元11用以將電信號轉換為相應的初始光信號L，並將初始光信號L發射至光耦合結構14。光輸出單元11可以是雷射光源或者是其他光源。在本實施例中，光輸出單元11為垂直共振腔面射型雷射(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)。另外，光輸出單元11所發射的初始光信號L的波長可以是850nm或是980nm。

光傳遞單元13位於光耦合結構14的其中一側，用以接收由光耦合結構14所傳遞的第一光信號L1，且第一光信號L1可通過光傳遞單元13傳送至一光接收器(未圖示)。在本發明實施例中，光傳遞單元13為光纖。

光偵測器12位於光耦合結構14的另一側，並可通過光耦合結構14接收由光耦合結構14所傳遞的第二光信號L2，以偵測初始光信號L的強度與穩定性。在一實施例中，光偵測器12為光電 二極體(photodiode)，並且光輸出單元11與光偵測器12是共同設置在一電路基板(未圖示)上。也就是說，光偵測器12可將接收的第二光信號L2轉換為電流信號，並反饋至一電性連接至光輸出單元11的控制單元(未圖示)。控制單元可根據光偵測器12所傳送的電流信號，監控及調整光輸出單元11的出光功率。在本實施例中，光傳遞單元13與光偵測器12是位於光輸出單元11的相同側。

在本發明實施例中，光耦合結構14具有一入光部141、光分歧部142、一第一出光部143及一第二出光部144。

請繼續參照圖1A，其顯示圖1的光通訊裝置在區域A的局部放大圖。在本實施例中，入光部141的位置是對應於光輸出單元11的位置，用以接收初始光信號L，並將初始光信號L轉換為一平行光束L’。在本實施例中，光耦合結構14的入光部141具有一準直透鏡141a，用以將光輸出單元11所發出的初始光信號L轉換為平行光束L’。準直透鏡141a例如是可用以將發散光轉為平行光的微透鏡單元。

光分歧部142設置於平行光束L’的光路上，並具有彼此連接的一第一反射面142a及一第二反射面142b，以將平行光束L’分為朝不同方向出射的一第一部分光束L1’與一第二部分光束L2’。進一步而言，平行光束L’會投射在第一反射面142a與第二反射面142b的交界處，一部分照射到第一反射面142a的平行光束L’，會形成在第一出光部143出射的第一部分光束L1’。另一部分照射到第二反射面142b的平行光束L’，會形成在第二出光部144出射的第二部分光束L2’。

第一反射面142a與準直透鏡141a的光軸之間形成一第一銳角θ1，而第二反射面142b與準直透鏡141a的光軸之間可形成一第二銳角θ2，其中第一銳角θ1可等於或小於第二銳角θ2。

第一出光部143接收由第一反射面142a所反射的第一部分光束L1’，並將第一部分光束L1’轉換為所述第一光信號L1輸出至 光傳遞單元13。第二出光部144接收由第二反射面142b所反射的第二部分光束L2’，並將第二部分光束L2’轉換為第二光信號L2輸出至光偵測器12。

第一出光部143與第二出光部144的位置分別對應於光傳遞單元13與光偵測器12的位置。在本發明實施例中，由於光輸出單元11與光偵測器12是設置在同一電路基板上，因此光耦合結構14的入光部141與第二出光部144是位於光耦合結構14的同一側。另外，第一出光部143和入光部141則分別位於光耦合結構14的相鄰側。

在本實施例中，第一出光部143具有接收第一部分光束L1’的一第一光學透鏡143a，第二出光部144具有接收第二部分光束L2’的一第二光學透鏡144a。第一光學透鏡143a與第二光學透鏡144a可以是凸透鏡或是菲涅爾透鏡。第一光學透鏡143a用以接收並收斂第一部分光束L1’，以輸出第一光信號L1，而第二光學透鏡144a用以接收並收斂第二部分光束L2’，以輸出第二光信號L2。第一部分光束L1’通過第一光學透鏡143a的收斂，以聚集並輸出所述第一光信號L1，第二部分光束L2’通過所述第二光學透鏡144a的收斂，以聚集並輸出所述第二光信號L2。

在本發明實施例中，準直透鏡141a、第一光學透鏡143a與第二光學透鏡144a的數量可以配合光輸出單元11、光傳遞單元13及光偵測器12的數量設置，可以是一個或多個。

請參照圖1A，本實施例的光分歧部142更包括一連接於第一反射面142a與第二反射面142b之間的一銜接面142c，從而使第一反射面142a與第二反射面142b之間形成一段差。也就是說，光分歧部142具有階梯式結構。

進一步而言，銜接面142c會大致平行於準直透鏡141a的光軸。平行光束L’會對準銜接面142c投射至光分歧部142，以被分為第一部分光束L1’與第二部分光束L2’。在這個實施例中，第一 銳角θ1可以等於第二銳角θ2。也就是說，第一反射面142a與第二反射面142b彼此可相互平行。

另外，第一反射面142a與第二反射面142b的斜率可以都為正或者都為負。在本發明實施例中，由於光傳遞單元13與光偵測器12的位置都是位於光輸出單元11的右側，因此第一反射面142a與第二反射面142b的斜率皆為正。

請再參照圖1，在本實施例中，光耦合結構14具有和入光部141相對的一凹槽部140，第一反射面142a、第二反射面142b以及銜接面142c都設置在凹槽部140的內壁上。也就是說，第一反射面142a、第二反射面142b以及銜接面142c實質上是不同介質(光耦合結構14與空氣)之間的界面。在一實施例中，第一反射面142a以及第二反射面142b是全反射面或是部分反射面。在其他實施例中，第一反射面142a以及第二反射面142b上會形成全反射膜層或是部分反射膜層，本發明並不限制。前述的第一銳角θ1與第二銳角θ2可以是光耦合結構14的全反射角或者是其他角度，依據第一反射面142a以及第二反射面142b的材料或者是位於第一反射面142a以及第二反射面142b上的反射膜層的材質而定。

當第一銳角θ1與第二銳角θ2為全反射角，且平行光束L’投射到第一反射面142a與第二反射面142b時，並不會被折射到空氣中。當第一銳角θ1與第二銳角θ2為其他角度，部分投射到第一反射面142a與第二反射面142b的平行光束L’可能有部分會被折射到空氣中。

另外，請再參照圖1A，本實施例的光耦合結構14更包括一反射斜面145。反射斜面145和光分歧部142都位於凹槽部140的內壁，且反射斜面145是對應於第二出光部144的位置而設置。進一步而言，反射斜面145是設置於第二部分光束L2’的光路上，並和第二反射面142b相對。第二部分光束L2’通過反射斜面145的反射，而被導引至第二光學透鏡144a。

當第二反射面142b的斜率為正時，反射斜面145的斜率為負。相反地，當第二反射面142b的斜率為負時，反射斜面145的斜率為正。要特別注意的是，反射斜面145與第一部分光束L1’的光路彼此分離。因此，反射斜面145的底端所在的平面會至少高於第一反射面142a的頂端。較佳地，反射斜面145的底端所在的平面會通過銜接面142c，以確保在反射第二部分光束L2’時，不會遮擋第一部分光束L1’的光路。

在一實施例中，反射斜面145和光分歧部142共同位於凹槽部140的底部，並且反射斜面142也是全反射面。在另一實施例中，也可以直接在第一反射面142a、第二反射面142b以及反射斜面145上形成鏡面層或反射貼片。只要能夠將第一部分光束L1’與第二部分光束L2’分別導引至第一出光部143與第二出光部144的方向，本發明並不限制形成於第一反射面142a、第二反射面142b以及反射斜面145的反射材料。

整體而言，在本實施例的光通訊裝置1中，光輸出單元11朝光耦合結構14發射初始光信號L，而初始光信號L通過準直透鏡141a轉換為平行光束L’。平行光束L’對準銜接面142c的位置投射到第一反射面142a與第二反射面142b上，而被分為第一部分光束L1’與第二部分光束L2’。第一部分光束L1’通過第一出光部143的第一光學透鏡143a聚焦，而形成第一光信號L1，並傳送至光傳遞單元13。另外，第二部分光束L2’則通過反射斜面145投射至第二出光部144，並通過第二光學透鏡144a聚焦，而形成入射到光偵測器12的第二光信號L2。據此，光偵測器12可將接收的第二光信號L2轉換為電流信號，並反饋至控制單元。控制單元再根據接收的電流信號監控及調整光輸出單元11的出光功率。光偵測器12可根據所接收的第二光信號L2，來偵測初始光信號L的強度及穩定性。

請參照圖2，繪示本發明另一實施例的光耦合結構的局部剖 面示意圖。本實施例的光耦合結構14’和圖1A的實施例相同的元件具有相似的標號，且相同的部分不再贅述。

本實施例的光耦合結構14’並未具有圖1A所示的反射斜面145。另外，第一反射面142a與第二反射面142b具有不同的斜率。也就是說，第二反射面142b和準直透鏡141a的光軸之間所形成的第二銳角θ2會大於第一反射面142a和準直透鏡141a的光軸之間所形成的第一銳角θ1。

在本實施例中，第二部分光束L2’是通過第二反射面142b直接被反射到第二出光部144，而沒有再經過反射斜面145反射。因此，在第二出光部144的第二光學透鏡144a的光軸會相對於準直透鏡141a的光軸傾斜一角度，以使第二部分光束L2’可通過第二光學透鏡144a被聚焦至光偵測器12。

綜上所述，本發明實施例所提供的光耦合結構及光通訊裝置，可利用光偵測器來監控光輸出單元的出光功率。在本發明中，光耦合結構的光分歧部具有兩個反射面，且這兩個反射面彼此形成段差或具有不同斜率。當光輸出單元所輸出的初始光信號進入光耦合結構後，投射到光分歧部的兩個反射面，而可被不同的反射面分為朝不同方向出射的第一部分光束與第二部分光束。第一部分光束與第二部分光束又可分別被傳遞至光傳遞單元以及光偵測器。

根據光偵測器所接收的第二光信號，光輸入單元的出光功率可被監控，以在光輸出單元出現問題時，即時維修或者更換光輸出單元，以維持光通訊的穩定。另外，本發明實施例所提供的光耦合結構通過光分歧部來進行分光，因此不需要再額外使用分光片，可節省元件成本。

雖然本發明之實施例已揭露如上，然本發明並不受限於上述實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之範圍內，當可作些許之更動與調整，因此本發明之保護 範圍應當以後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧光通訊裝置

11‧‧‧光輸出單元

12‧‧‧光偵測器

13‧‧‧光傳遞單元

14‧‧‧光耦合結構

140‧‧‧凹槽部

L‧‧‧初始光信號

L1‧‧‧第一光信號

L2‧‧‧第二光信號

141‧‧‧入光部

142‧‧‧光分歧部

145‧‧‧反射斜面

143‧‧‧第一出光部

144‧‧‧第二出光部

Claims (18)

1. 一種光耦合結構，包括：一入光部，用以接收從一光輸出單元所發射的一初始光信號，其中所述初始光信號通過所述入光部以轉換為一平行光束；一光分歧部，其設置於所述平行光束的光路上，其中所述光分歧部具有一第一反射面、一第二反射面以及一連接於所述第一反射面與所述第二反射面之間的銜接面，所述銜接面使所述第一反射面與所述第二反射面之間形成一段差，所述平行光束通過所述第一反射面以及所述第一反射面的反射，以分別形成一第一部分光束與一第二部分光束，且所述第一反射面與所述第二反射面的斜率都為正或都為負；一第一出光部，其設置於所述第一部分光束的光路上，其中所述第一部分光束通過所述第一出光部以轉換為傳送至一光傳遞單元的一第一光信號；以及一第二出光部，其設置於所述第二部分光束的光路上，其中所述第二部分光束通過所述第二出光部以轉換為傳送至一光偵測器的一第二光信號。
2. 如請求項1所述的光耦合結構，其中，所述入光部具有一準直透鏡，以將所述初始光信號轉為所述平行光束，且所述銜接面大致平行於所述準直透鏡的光軸。
3. 如請求項2所述的光耦合結構，其中，所述第一反射面大致平行於所述第二反射面。
4. 如請求項2所述的光耦合結構，還包括一與所述入光部相對設置的凹槽部，其中所述第一反射面、所述第二反射面與所述銜接面都設置在所述凹槽部的內壁上。
5. 如請求項2所述的光耦合結構，其中，所述第一反射面與所述第二反射面都為全反射面。
6. 如請求項2所述的光耦合結構，其中，所述第一反射面與所述光軸之間形成一第一銳角，所述第二反射面與所述光軸之間形成一第二銳角，且所述第一銳角小於所述第二銳角。
7. 如請求項1所述的光耦合結構，其中，所述第一出光部具有一用於接收所述第一部分光束的第一光學透鏡，所述第二出光部具有一用於接收所述第二部分光束的第二光學透鏡，所述第一部分光束通過所述第一光學透鏡的收斂，以聚集並輸出所述第一光信號，且所述第二部分光束通過所述第二光學透鏡的收斂，以聚集並輸出所述第二光信號。
8. 如請求項7所述的光耦合結構，其中，所述第二部分光束通過一設置於所述第二光學透鏡的光軸上的反射斜面的反射，以傳送至所述第二光學透鏡。
9. 如請求項8所述的光耦合結構，其中，所述第二反射面的斜率為正，所述反射斜面的斜率為負，且所述反射斜面與所述第一部分光束的光路彼此分離。
10. 一種光通訊裝置，包括：一光輸出單元，用以發射一初始光信號；一光傳遞單元；一光偵測器，其中所述光傳遞單元與所述光偵測器位於所述光輸出單元的相同側；以及一光耦合結構，包括：一入光部，用以接收所述初始光信號，其中所述初始光信號通過所述入光部以轉換為一平行光束；一光分歧部，其設置於所述平行光束的光路上，其中所述光分歧部具有一第一反射面、一第二反射面以及一連接於所述第一反射面與所述第二反射面之間的銜接面，所 述銜接面使所述第一反射面與所述第二反射面之間形成一段差，所述平行光束通過所述第一反射面以及所述第一反射面的反射，以分別形成一第一部分光束與一第二部分光束，且所述第一反射面與所述第二反射面的斜率都為正或都為負；一第一出光部，其設置於所述第一部分光束的光路上，其中所述第一部分光束通過所述第一出光部以轉換為傳送至所述光傳遞單元的一第一光信號；及一第二出光部，其設置於所述第二部分光束的光路上，其中所述第二部分光束通過所述第二出光部以轉換為傳送至所述光偵測器的一第二光信號。
11. 如請求項10所述的光通訊裝置，其中，所述入光部具有一準直透鏡，以將所述初始光信號轉為所述平行光束，且所述銜接面大致平行所述準直透鏡的光軸。
12. 如請求項11所述的光通訊裝置，其中，所述第一反射面大致平行所述第二反射面。
13. 如請求項11所述的光通訊裝置，其中所述光耦合結構還包括一與所述入光部相對設置的凹槽部，其中所述第一反射面、所述第二反射面與所述銜接面都設置在所述凹槽部的內壁上。
14. 如請求項11所述的光通訊裝置，其中所述第一反射面與所述第二反射面都為全反射面。
15. 如請求項11所述的光通訊裝置，其中所述第一反射面相對於所述光軸之間形成一第一銳角，所述第二反射面相對於所述光軸之間形成一第二銳角，且所述第一銳角小於所述第二銳角。
16. 如請求項10所述的光通訊裝置，其中所述第一出光部具有一用於接收所述第一部分光束的第一光學透鏡，所述第二出光 部分具有一用於接收所述第二部分光束的第二光學透鏡，所述第一部分光束通過所述第一光學透鏡的收斂，以聚集並輸出所述第一光信號，且所述第二部分光束過所述第二光學透鏡的收斂，以聚集並輸出所述第二光信號。
17. 如請求項16所述的光通訊裝置，其中，所述第二部分光束通過一設置於所述第二光學透鏡的光軸上的反射斜面的反射，以傳送至所述第二光學透鏡。
18. 如請求項17所述的光通訊裝置，其中所述第二反射面的斜率為正，所述反射斜面的斜率為負，且所述反射斜面與所述第一部分光束的光路彼此分離。