TW202045968A - 光發射模組、光通訊模組以及光通訊模組製造方法 - Google Patents

光發射模組、光通訊模組以及光通訊模組製造方法 Download PDF

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Abstract

一種光發射模組、光通訊模組以及光通訊模組製造方法。光發射模組包括一基板、一激光器以及一透鏡元件。基板具有表面，激光器設置於上述基板，上述激光器具有一發光面，沿著大體平行上述表面的方向發射一光束。透鏡元件設置於上述表面，用以調整上述光束的光路以耦合上述光束至一光纖。

Description

光發射模組、光通訊模組以及光通訊模組製造方法
本發明係有關於一種光發射模組、光通訊模組以及光通訊模組製造方法，特別是有關於一種透過無反射鏡方式傳輸光信號的光發射模組與光通訊模組。
光纖通訊網路具有低傳輸損失、高數據保密性、優秀的抗干擾性，以及超大頻寬等特性，已是現代主要的資訊通訊方式，其中，用於接受來自光纖網路的光訊號並將其轉換成電訊號傳輸，及/或將電訊號轉換成光訊號再藉由光纖網路向外傳輸的光收發器(Optical Transceiver)是光纖通訊技術中最重要的基礎元件之一。
然而，傳統光通訊模組使用光學鏡片(例如利用反射鏡)來改變光線路徑，此方式需要許多光器件，導致成本提高。再者，傳統方式的光線路徑複雜，對於光斑(Speckle)的控制比較困難，且光功率損耗較大。
有鑑於此，在本發明一實施例中，使用無反射鏡的方式來傳送光波，不僅可以簡化光通訊模組的結構，也可以改善光傳送效率。
本發明一實施例揭露一種光發射模組、光通訊模組以及光通訊模組製造方法。光發射模組包括一基板、一激光器以及一透鏡元件。基板具有表面，激光器設置於上述基板，上述激光器具有一發光面，沿著大體平行上述表面的方向發射一光束。透鏡元件設置於上述表面，用以調整上述光束的光路以耦合上述光束至一光纖。
本發明一實施例揭露一種光通訊模組，包括基板、光發射模組以及光接收模組。基板具有一表面。光發射模組包括一激光器，設置於上述基板，上述激光器具有一發光面，沿著大體平行上述表面的方向發射一第一光束，以及一第一透鏡元件，設置於上述表面，用以調整上述第一光束的光路以耦合上述光束至一第一光纖。光接收模組包括一第二透鏡元件，設置於上述表面，用以從一第二光纖耦合一第二光束，並調整上述第二光束的光路，以及一光偵測器，設置於上述基板，上述光偵測器具有一光接收面，沿著大體平行上述表面的方向接收上述第二光束，並轉換上述第二光束為電訊號。
本發明一實施例揭露一種光發射模組製造方法，包括提供一基板，上述基板具有一表面；設置一激光器於上述基板，上述激光器具有一發光面，沿著大體平行上述表面的方向發射一光束；設置一透鏡元件於上述表面，用以調整上述光束的光路；執行上述激光器與上述透鏡元件的對準程序；以及設置複數電子元件以及一電子輸出輸入埠於上述基板。
根據本發明一實施例，其中上述激光器具有與上述發光面正交的激光器側面，上述激光器之上述激光器側面透過黏著層黏附於上述基板的上述表面。
根據本發明一實施例，其中上述透鏡元件具有一進光面、一出光面，以及位於上述進光面與上述出光面之間的透鏡側面，上述透鏡元件之上述透鏡側面透過黏著層黏附於上述基板的上述表面。
根據本發明一實施例，其中上述激光器為垂直腔面發射雷射器。
根據本發明實施例，激光器所發出的光束以平行基板的方向發射，經過透鏡元件聚光，無須經過反射的步驟，即可將光束傳送至光纖。在此架構下，除了可以減少光學元件(省略反射鏡元件)，又可以簡化光傳輸路徑，有效提高光傳輸效率並提高製造良率，且還能改善光傳輸品質以減少光斑的產生。
為了便於本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖與實施例對本發明進一步的詳細描述，應當理解，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。熟悉此技藝之人士可利用這些實施例或其他實施例所描述之細節及其他可以利用的結構，邏輯和電性變化，在沒有離開本發明之精神與範圍之下以實施發明。
本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本發明。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。其中，圖示和說明書中使用之相同的元件編號係表示相同或類似之元件。本說明書之圖示為簡化之形式且並未以精確比例繪製。爲清楚和方便說明起見，方向性用語（例如頂、底、上、下以及對角）係針對伴隨之圖示說明。而以下說明所使用之方向性用語在沒有明確使用在以下所附之申請專利範圍時，並非用來限制本發明之範圍。
再者，在說明本發明一些實施例中，說明書以特定步驟順序說明本發明之方法以及（或）程序。然而，由於方法以及程序並未必然根據所述之特定步驟順序實施，因此並未受限於所述之特定步驟順序。熟習此項技藝者可知其他順序也為可能之實施方式。因此，於說明書所述之特定步驟順序並未用來限定申請專利範圍。再者，本發明針對方法以及（或）程序之申請專利範圍並未受限於其撰寫之執行步驟順序，且熟習此項技藝者可瞭解調整執行步驟順序並未跳脫本發明之精神以及範圍。
圖1係顯示根據本發明一實施例所述之光通訊模組的方塊示意圖。根據本發明一實施例所述之光通訊模組10，包括光發射模組12、光接收模組14以及控制電路16。控制電路16用來控制光發射模組12以及光接收模組14。根據本發明一實施例，光發射模組12以及光接收模組14不限於一組，亦可以有多組，實現多頻道或多訊號通道同時進行光訊號傳輸，也就是說，光通訊模組10可在多個不同的頻率範圍下以分時(Time Division)或分波(Wave Division)方式進行光訊號的發送與接收。控制電路16用以處理光接收模組14傳來的電訊號和要傳送至光發射模組12的電訊號，控制電路16可以為數位訊號處理積體電路。在其他實施例中，控制電路16也可以分別整合至光發射模組12以及光接收模組14。
圖2係顯示根據本發明一實施例所述之光發射模組12的剖面圖。根據本發明一實施例所述之光發射模組12，包括基板20，激光器22，透鏡元件24，電子元件26以及電子輸出輸入埠28。根據本發明一實施例，基板20可用不同的材料製作，如矽、高分子和陶瓷材料製作。基板20上承載有激光器22，透鏡元件24，電子元件26以及電子輸出輸入埠28。激光器22為光源。在光通訊系統中，通常使用發光二極體或雷射二極體作為光源。根據本發明一實施例，激光器22可包括單個或多個垂直腔面發射雷射二極體(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode，以下簡稱VCSEL)，或稱面射型雷射二極體，多個VCSEL構成陣列，並由驅動晶片驅動而發射光訊號。在其他實施例中，亦可使用其他可作為光源的元件，例如發光二極體、邊射型雷射二極體(Edge Emitting Laser Diode，EELD)或分散式反饋雷射器 ( Distributed Feedback Laser，DFB)。
電子元件26包括用來驅動激光器22的激光器驅動器及其他實施光信號發射功能所必要的電路元件，在其他實施例中，也可包括部分控制電路16。經由電子輸出輸入埠28所輸入之控制信號和電子信號透過激光器驅動器驅動激光器22以發出光束。
圖3係顯示圖2中，區域A部分的放大圖。參閱圖3，激光器22透過導線31與基板20電性連接，並透過基板20的內連線電性連接至驅動晶片。根據本發明一實施例，導線31可透過打線接合（Wire bonding）程序電性連接激光器22與基板20。激光器22係透過黏著層33附著至基板20的表面30。根據本發明一實施例，黏著層33可包括聚醯亞胺(Polyimide，PI)、 聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、鐵氟龍(Teflon)、液晶高分子(Liquid Crystal Polymer，LCP)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)、尼龍(Nylon or Polyamides)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、ABS塑膠(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)、酚樹脂(Phenolic Resins)、環氧樹脂(Epoxy)、聚酯(Polyester)、矽膠(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane，PU)、聚醯胺-醯亞胺(polyamide-imide，PAI)或其組合，但不限於此，只要具有黏著特性的材料皆可應用於本發明。
另外，激光器22具有發光面35，沿著大體平行基板20的表面30的方向發射光束。如圖3中所示，激光器22朝著圖3的右側發射光束。以激光器22為六面體為例，與發光面35正交且相鄰的是四個激光器側面，而四個激光器側面之一透過黏著層33貼在基板20的表面30。
透鏡元件24具有一進光面、一出光面，以及位於進光面與出光面之間的透鏡側面，透鏡側面與進光面正交。激光器22所發射的光束由進光面入射至透鏡元件24，並從出光面輸出。與激光器22相同，透鏡元件24的透鏡側面也是透過黏著層33貼在基板20的表面30。
根據本發明一實施例，透鏡元件24為聚光透鏡，激光器22所發射的光束經由聚光透鏡彙聚後耦合(Coupling)到光纖21，然後藉由光纖21傳輸至其他光接收器(圖未顯示)。根據本發明其他實施例，透鏡元件24還可視需要增加準直透鏡，用來調整光束的方向，例如轉換成平行光束。
圖4係顯示根據本發明一實施例所述之光接收模組14的剖面圖。根據本發明一實施例所述之光接收模組14，包括基板20，光偵測器42，透鏡元件44，電子元件46以及電子輸出輸入埠48。根據本發明一實施例，基板20可用不同的材料製作，如矽、高分子和陶瓷材料製作。基板20上承載有光偵測器42，透鏡元件44，電子元件46以及電子輸出輸入埠48。必須說明的是，由於光接收模組14與光發射模組12具有類似對稱的結構，因此相同的結構不再重複以精簡說明。另外，雖然光接收模組14與光發射模組12都是設置在基板20上，在其他實施例中，也可分別設置在不同的基板。
由其他光發射器(圖未顯示) 所發射的光束經光纖41傳遞，並朝透鏡元件44發射。透鏡元件44具有一進光面、一出光面，以及位於進光面與出光面之間的透鏡側面。光纖41所發射的光束由進光面入射至透鏡元件44，並從出光面輸出。與光發射模組12相同，透鏡元件44的透鏡側面也是透過黏著層47貼在基板20的表面。根據本發明一實施例，透鏡元件44為聚光透鏡，光纖41所發射的光束經由聚光透鏡彙聚後耦合(Coupling)到光偵測器42。根據本發明其他實施例，透鏡元件44還可視需要增加準直透鏡，用來調整光束的方向，例如轉換成平行光束。
光偵測器42可為PIN光二極體或雪崩式光電二極體 (Avalance Photodiode，APD)，用以將由透鏡元件44所耦合的光束轉換成電訊號。電子元件46包括用來控制光偵測器42以及用來處理光偵測器42所產生的電訊號所必要的電路元件，例如透過轉阻放大器將光偵測器42所產生的電訊號轉換成振幅較小的電訊號，再透過後端的電路轉換成數位訊號。在其他實施例中，也可包括部分控制電路16。
根據本發明一實施例，光偵測器42透過導線與基板20電性連接，並透過基板20的內連線電性連接至電子元件46。光偵測器42係透過黏著層47附著至基板20的表面。根據本發明一實施例，黏著層47可包括聚醯亞胺(Polyimide，PI)、 聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、鐵氟龍(Teflon)、液晶高分子(Liquid Crystal Polymer，LCP)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)、尼龍(Nylon or Polyamides)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、ABS塑膠(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)、酚樹脂(Phenolic Resins)、環氧樹脂(Epoxy)、聚酯(Polyester)、矽膠(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane，PU)、聚醯胺-醯亞胺(polyamide-imide，PAI)或其組合，但不限於此，只要具有黏著特性的材料皆可應用於本發明。
另外，光偵測器42具有光接收面，所接收光束的行進方向是沿著大體平行基板20的表面。如圖4中所示，光纖41所發射的光束朝著圖4的左側發射，沿著大體平行基板20的表面行進，經由透鏡元件44彙聚後耦合到光偵測器42。以光偵測器42為六面體為例，與光接收面正交且相鄰的是四個光偵測器側面，而四個光偵測器側面之一透過黏著層47貼在基板20的表面。
圖5係顯示根據本發明一實施例所述之光發射模組12的製造方法的操作流程圖。參考圖2，首先設置元件於基板20(步驟S51)，包括激光器22、透鏡元件24、電子元件26以及電子輸出輸入埠28。根據本發明一實施例，基板20可用不同的材料製作，如矽、高分子和陶瓷材料製作。激光器22為光源。在光通訊系統中，通常使用發光二極體或雷射二極體作為光源。根據本發明一實施例，激光器22可包括單個或多個垂直腔面發射雷射二極體(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode，以下簡稱VCSEL)，或稱面射型雷射二極體，多個VCSEL構成陣列，並由驅動晶片驅動而發射光訊號。在其他實施例中，亦可使用其他可作為光源的元件，例如發光二極體、邊射型雷射二極體(Edge Emitting Laser Diode，EELD)或分散式反饋雷射器 ( Distributed Feedback Laser，DFB)。電子元件26包括用來驅動激光器22的激光器驅動器及其他實施光信號發射功能所必要的電路元件，在其他實施例中，也可包括部分控制電路16。經由電子輸出輸入埠28所輸入之控制信號和電子信號透過激光器驅動器驅動激光器22以發出光束。根據本發明一實施例，激光器22的側面透過黏著層33貼在基板20的表面30，而電子元件26可使用表面黏著技術（Surface mount technology，SMT）或焊接的方式安裝在基板20上。在基板20中，具有預先設計的內連線結構，电子元件26之間與控制电路16可以透過內連線結構電性連接。
在步驟S52中，執行打線接合（Wire bonding）程序，透過金線將激光器22與基板20的內連線結構電性連接。在步驟S53中，執行光學對準程序，首先可在基板20上設置定位部以協助激光器22與透鏡元件24的初步對準，此時可塗布UV膠於透鏡元件24與基板20之間，為了提高定位的精確度，可透過電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)攝影機對位，待透鏡元件24定位完成後，對UV膠照射紫外光以固化UV膠，接下來再以黏著層33固定透鏡元件24，完成光發射模塊的製作。必須說明的是，上述方法說明的順序並非固定，熟習此項技藝者可知其他順序也為可能之實施方式。另外，關於光接收模塊的製造方法，與光發射模塊的方式類似，差異僅在於將激光器22置換為光偵測器42，因此不再贅述以精簡說明。必須說明的是，根據本發明實施例所述的光發射模塊不一定要與本發明實施例所述的光接收模塊搭配使用，也可以與其他用於接收光訊號的光接收模塊對接。
根據本發明實施例，激光器22所發出的光束以平行基板20的方向發射，經過透鏡元件24聚光，無須經過反射的步驟，即可將光束傳送至光纖21。在此架構下，除了可以減少光學元件(省略反射鏡元件)，又可以簡化光傳輸路徑，有效提高光傳輸效率並提高製造良率，且還能改善光傳輸品質以減少光斑的產生。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上該者僅爲本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式爲限，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。
10:光通訊模組 12:光發射模組 14:光接收模組 16:控制電路 20:基板 21、41:光纖 22:激光器 24、44:透鏡元件 26、46:電子元件 28、48:電子輸出輸入埠 30:表面 31:導線 33、47:黏著層 35:發光面 42:光偵測器 S51、S52、S53:步驟流程 A:區域
圖1係顯示根據本發明一實施例所述之光通訊模組的方塊示意圖。 圖2係顯示根據本發明一實施例所述之光發射模組的剖面圖。 圖3係顯示圖2中區域A部分的放大圖。 圖4係顯示根據本發明一實施例所述之光接收模組的剖面圖。 圖5係顯示根據本發明一實施例所述之光發射模組的製造方法的操作流程圖。
無
20:基板
21:光纖
22:激光器
24:透鏡元件
26:電子元件
28:電子輸出輸入埠

Claims (10)

  1. 一種光發射模組，包括： 一基板，具有一表面； 一激光器，設置於上述基板，上述激光器具有一發光面，沿著大體平行上述表面的方向發射一光束；以及 一透鏡元件，設置於上述表面，用以調整上述光束的光路以耦合上述光束至一光纖。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光發射模組，其中上述激光器具有與上述發光面正交的激光器側面，上述激光器之上述激光器側面透過黏著層黏附於上述基板的上述表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光發射模組，其中上述透鏡元件具有一進光面、一出光面，以及位於上述進光面與上述出光面之間的透鏡側面，上述透鏡元件之上述透鏡側面透過黏著層黏附於上述基板的上述表面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光發射模組，其中上述激光器為垂直腔面發射雷射器。
  5. 一種光通訊模組，包括： 一基板，具有一表面； 一光發射模組，包括： 一激光器，設置於上述基板，上述激光器具有一發光面，沿著大體平行上述表面的方向發射一第一光束；以及 一第一透鏡元件，設置於上述表面，用以調整上述第一光束的光路以耦合上述第一光束至一第一光纖；以及 一光接收模組，包括： 一第二透鏡元件，設置於上述表面，用以從一第二光纖耦合一第二光束，並調整上述第二光束的光路；以及 一光偵測器，設置於上述基板，上述光偵測器具有一光接收面，沿著大體平行上述表面的方向接收上述第二光束，並轉換上述第二光束為電訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光通訊模組，其中上述激光器具有與上述發光面正交的激光器側面，上述激光器之上述激光器側面透過黏著層黏附於上述基板的上述表面。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光通訊模組，其中上述第一透鏡元件具有一進光面、一出光面，以及位於上述進光面與上述出光面之間的透鏡側面，上述第一透鏡元件之上述透鏡側面透過黏著層黏附於上述基板的上述表面。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之光通訊模組，其中上述激光器為垂直腔面發射雷射器。
  9. 一種光發射模組製造方法，包括： 提供一基板，上述基板具有一表面； 設置一激光器於上述基板，上述激光器具有一發光面，沿著大體平行上述表面的方向發射一光束； 設置一透鏡元件於上述表面，用以調整上述光束的光路； 執行上述激光器與上述透鏡元件的對準程序；以及 設置複數電子元件以及一電子輸出輸入埠於上述基板。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光發射模組製造方法，其中上述激光器具有與上述發光面正交的激光器側面，上述透鏡元件具有一進光面、一出光面，以及位於上述進光面與上述出光面之間的透鏡側面，上述激光器側面以及上述透鏡側面透過黏著層黏附於上述基板的上述表面。
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