TW417342B - Light transmitting/receiving module system using surface emitting lasers - Google Patents

Description

417342 五、發明說明（1) 發明背景 【發明領域】 本發明之發明領域係有關於一使用表面發射雷射的光 傳輸/接收模組系統。 【相關技術說明】 圖1中顯示使用一雷射進行信號傳輸的一般性例子， 其中在第一傳輸/接收模組1及第二傳輸/接收模組5之 間信號傳輸的方法如下：使用第一光偵測器7偵測從第一 光源3中輸出的光信號，且使用第二光偵測器4偵測從第 一光源8中輸出的光信號。 在第一光源3及第一光偵測器7之間，及光源8及第 二光偵測器4之間安裝光織2 ，且經由光緘2接收雷射光 ，將聚焦透鏡6附在光纖2的兩端部位。 在第一及第二傳輸/接收模組1及5中，使用邊緣發 射雷射或發射二極體作為第一及第二光源3及8。從第一 光源3發射的光為一光信號，此光信號為_將傳輪之適當 調變的數據信號。光信號經由光纖2傳輸，且由第一光偵 測器7偵測並成為為電流信號，然後經一放大電路調變 初始信號。 在上述傳統光傳輸/接收模組系統中’對於在兩模組 之間的信號傳輪而言，各模組間必需具備兩個頻道’即一 傳輸頻道及-接收頻道H傳統光傳 統的架構相當有效。而1，因為需要多項組件，所：不： 在傳統的僂輸/接〜收模組上製造出來。而且在多頻道數據

第4頁 417342 五、發明說明（2) 傳輸的例子中，必需更多的傳輪/接收頻道^ $以結構 複雜且難以製造的問題變得更為嚴重。 【發明概述】 為了解決上述問題，本發明之一目的係提供一光傳輸 <接收模組，此傳輪/接收模組經由使用單一路徑進行信 號之傳輸及接收’而使其具有一簡單的結構。 因此’為了達成上述本發明的目的，本發明提供一種 光傳輸/接收模組系統，包含一第一傳輸/接收模組，此 第一傳輸/接收模組具有一第一表面發射雷射^導 體材料層堆疊的方向中發射雷射光，且包含在第一表面發 射雷射上一艘成形的第一光偵測器；以及一第二傳輸/接 收模組’此第二傳輸/接收模組具有一第二表面發射雷射 ’以沿著堆疊半導體材料層的方向發射雷射光，且包含在 第二表面發射雷射上一體成形的第二光偵測器其中由第 二光债測器偵測從第一表面發射雷射中發射的第一雷射光 ’且由第一光偵測器偵測從第二表面發射雷射中發射的第 二雷射光’使得經一單一的路徑傳輸第一及第二雷射光。 所以’第一及第二光偵測器監視從第一及第二表面發 射雷射發射的光量。 而且’該第一及第二表面光偵測器均包含：一堆疊在 第二反射層上的第一半導體材料層；一堆疊在該第一半導 趙材料層上的吸收層，以吸收入射的雷射光；一堆疊在吸 收層上的第二半導體材料層；以及在該第二半導體材料層 之上表面之一部份上形成的第三電極，以輸出一偵測信

417342 五、發明說明（3) 號。 依據本發明的另一設計態樣，一種光傳輸/接收模組 系統’包含多個第一傳輸/接收模組，各第一傳輸/接收 模纟且具有一第一表面發射雷射，以在半導體材料層堆疊的 #向中發射雷射光，且包含在第一表面發射雷射上—體成 形的第一光偵測器；以及多個第二傳輸/接收模組各第 一傳輸/接收模組具有一第二表面發射雷射，以沿著堆疊 半導趙材料層的方向發射雷射光，且包含在第二表面發射 雷射上一體成形的第二光偵測器，其中由第二光偵測器偵 測從第一表面發射雷射中發射的第一雷射光，且由第一光 偵測器偵測從第二表面發射雷射中發射的第二雷射光，使 得經一單一的路徑傳輸第一及第二雷射光。 圓式之簡單說明： 由下文中的較佳實施例的說明可更進一步了解本發明之特 徵及優點，閱讀時並請參考附圖。 圖1為傳統光傳輸/接收模組系統的示意圖； 圊2為依據本發明之實施例的光傳輸/接收模组系統 的不意圖； 圖3為一光偵測器及表面發射雷射之示意截面圖，該 光偵測器表面發射雷射為圖2所示之光傳輸/接收模 組系統所使用； 圖4示在圖2中之光傳輸/接收模組系統中使用之光纖 的例子； 圖5為依據本發明另一實施例之光傳輸/接收模組系

417342 五、發明說明（4) 統的示意圖，以及 圖6示圖5中光傳輸/接收模組系統使用之光纖的例 子。 圖號說明： 10，110第一傳輸/接收模組 15第二傳輸/接收模組 20第一表面發射雷射 20’及6 0’第二及第二表面發射雷射 21及30第一及第二電極 22基體 23第一反射層 25動作層 27第二反射層 50第一光偵測器 60第二表面發射雷射 7 0第二光偵測器 較佳實施例說明： 現在請參考圖2 ’依據本發明較佳實施例，使用表面 發射雷射之光傳輸/接收模組系統包含第一傳輸/接收模 組1 0及第二傳輪/接收模組15。該第一傳輸/接收模〇 具有一第一表面發射雷射2〇及一體成形在第一表面發射雷 射20上形成的第一光偵測器5〇，該第二傳輸/接收模组15 具有一第二表面發射雷射6〇，及在該第二表面發射雷射60 上一體成形的第二光偵測器7 〇 »

五、發明說明（5) 在半導體材料層堆疊的方向中，該第一及第二表面發 射雷射20及60發射雷射光。如圖j所示，該第一及第二表 面發射雷射20及60均包含一基體22，一第一反射層23，一 動作層25及一第二反射層27，這些層序列堆疊在基體22上 ，及在基體22的下層表面及第#二反射層27的上表面之一部 份上形成的第一及第二電極21及30。 經由交替堆疊一半導體化合物形成第一及第二反射層 23及27，且允許從動作層25產生的光之共振，而使得光具 有指定的波長。在此，最好，第一反射層23為η型層，且 第二反射層27為ρ型層。第一及第二反射層23，27的反射 係數視半導體化合物堆疊的數目而定。 因此’如果一前向偏壓作用到第一及第二電極21及30 ’則電流乍層25，且由於電子及電洞的結合，因此 在動作廣2 5處產。在產生的光中，只有波長適於第一 及第二反射層23及27之共振象^的光被放大，且然後經第 —及第二反射層23或27 ’而從第一或第二表面發射雷射2〇 或60的下或上表面發射。 在此，來自第一或第二表面發射雷射2〇或6〇的發射光 由’可使其電路調變成在第一及第二傳輸/接收模組1〇及 1 5之間傳輸的數據信號。 而且，第一及第二光偵測器5〇及7〇均包含一第—半導 體材料層51，一吸收層57及一第二半導體材料層58，這些 層依序堆壘在第一及第二表面發射雷射2〇及6〇之第二反射 層27上，及位在第二半導體材料層58之上表面之一部位上

417342 五、發明說明（6) 形成的第三電極59。在此，最好第一半導體材料層^為口 型層’且第二半導體材料層58為一 η型層。 吸收層57( —本質:半導體層）吸收從發射到第一或第二 表面發射雷射20或60之上表面的某些光，且監視光的輸出 狀態。依據監視的光輸出信號，將回授信號傳輸予第一及 第二表面發射雷射20及60的驅動電路中，因此可控制光的 輸出及信號位準。 如果第一及第二光偵測器50及70在第一及第二表面發 射雷射20及60的上表面上一體成型，第一反射層23上半導 體化合物的堆疊數目大於第二反射層27上半導體化合物的 堆4數目’而使得第一反射層23的反射係數大於第二反射 層27的反射係數，使得大部份的光最好發射到第一及第二 表面發射雷射20及60的上表面。 在具有上述配置的第一及第二傳輸/接收模組1〇及15 中’應用下列方式達成信號傳輸的目的。首先，如果希望 從第一傳輸/接收棋组10中傳輸到第二傳輸/接收模5 ’則媒動第一表面發射雷射笔〇，使得發射包含資訊信號之 調變光。 從第一表面發射雷射20中發射的雷射光入射第二傳輸 /接收模組15的第二光侦測器70，使得隨後可為吸收層27 所積測到。偵測的信號轉換成電流信號，且然後經一放大 器等元件再予儲存。 而且’如果希望一信號可從第二傳輸/接收模組15向 第一傳輸/接收模組1〇中傳輸，則可應用相同的原理達到 pm mw vyu2 五、發明說明（7) 信號傳輸的目的。 依據本發明，從第一傳輸/接收模組1〇到第二傳輸/ 接收模組15的信號89及從第二傳輸/接收模組15到第一傳 輸/揍收模組1 〇的信號傳輸，可沿著一信號路徑達成。因 此’一通道即足以在第一及第二傳輸/接收模組1()及15之 間進行信號傳輪- 如囷4所示，最好係經一安裝在第一及第二傳輸/接 收模組1 0及1 5之間的光纖，執行該兩傳輸/接收模組之間 的信號傳輸。從第二傳輸/接收模組1 5到第一傳輸/接收 模組10之間的信號傳輸，也可以應用與上述步驟相同的程 序達成。 假設第一或第二光偵測器50或70的吸收係數為α，且 第一或第二表面發射雷射20或6 0的光輸出為ΖΡ，且光纖 13的耦合係數為冷，則來自第一表面發射雷射2〇發射且通 過第一光價測器50的光量為Ρ(1-α)。因此，通過光纖13 ’且入射第二光偵測器7 0，並為此光偵測器吸收的光量為 P;S(1- α)αι。已通過第二光偵測器70傳輸的光量為Py5 (1 - α ) 2。 在此，因為第二表面發射雷射6 0的第二反射層27的反 射係數約等於1 ，所以已經由第二光偵測器70傳輸的光在 第二反射層27上全反射，且在第二光偵測器70處被吸收。 所以，由第二光偵測器70偵測的光量為P yS (1- α )(2- α ) ’此為初吸收光量的總合，即PyS(l-a)a，且在從第二 反射層27反射後，其吸收量為Py5(l-a) 2α。

417342 五、發明說明（8) 贷：且议由第一反射層1 〇之第一光偵測器50偵測以監視 雷射2〇的光量為^，而依據第-光憤測器 50之吸收係數《的值決定其輸出信號值的大小。在此，為 了使得接收模組側的輸出信號值達到最小，第一或第二光 偵測器50或70的吸收係數最好約為〇 4。 二如果在第一及第二傳輪/接收模組10及15之間 的信號傳輸係在自由空間中進行，而非在光纖13中進行的 話’則設文光織13的耦合係數為1。 ，5冬示意圖為本發明另-實施例中的光傳輸/接收 ϊΐΐϊ。請參考附圖’本實施例的光傳輪/接收模组系 it第一傳輸，接收模組u〇及第二傳輸/接收模組115 汕Λ一傳輸/接收模，且110具有多個第-表面發射雷射 H多個在第一表面發射雷射20,上1成形的第-光摘 ，該第二傳輸/接收模組115具有多個第二表面發 ::射60’及在該第二表面發射雷射6〇’上一體成 二 光偵測器7 0 ’ 。 因此，第一及第二表面發射雷射2〇,及6〇’沿著半導體 材料層堆昼的方向發射雷射光，所以，這歧表^ 可在-單-的基則3之22)上以陣列方式-加表以= 在此，第一及第二表面發射雷射20,及6〇,的架搆同於 圖2及3中第一實施例中的架構。 在本實施例的光傳輸/接收模組系統中，在第一及第 =傳輸/接收模組110及115之間的信號傳輸可經由多個頻 道達成。

.第Π頁 417342 五、發明說明（9) 最好’在第一及第二傳輸/接收模组“^及^^之間的 信號傳輸經一安裝在其間的光纖13，達成，如圖6中所示者 〇 在依據本發明使用表面發射雷射的光傳輸/接收模組 系統中，使用含在其上一體成形之光偵測器的表面發射雷 射’且經：：7:路徑達成信號的傳輸/接收，系統架構 已簡化’且所必需的元件數目也減少。而且，甚至在多頻 道信號傳輸的例子中，模組系統變得較小。

Claims (1)

1. 417342 六、申請專利範圍 1 · 一種光傳輸/接收模组系 一第一 有一第一表 中發射雷射 的第一光偵 一第二 第二表 射雷射 二光债 其中由 第一雷 射中發 及第二 請專利 一及第 發射的 請專利 有一 向發 的第 射的 射雷 第一 2. 如申 該第 射中 3. 如申 該第 傳輸/接收模 面發射雷射， 光，且包含在 測器；以及 傳輸/接收模 面發射雷射， 光，且包含在 測器， 第二光偵測器 射光，且由第 射的第二雷射 雷射光。 範圍第1項之 二光偵測器監 光量。 範圍第1項之 二表面發射雷 一及第 一基體； 一在該基體之上表面 一在該第一反射層之 生雷射光； 一在該 射在動作層 動作層之上表 上產生的雷射 統，包含 . 組’此第一傳輸/接收模組具 以在半導體材料層堆疊的方向 第一表面發射雷射上一體成形 組’此第二傳輸/接收模組具 以沿著堆疊半導體材料層的方 第二表面發射雷射上一體成形 偵測從第一表面發射雷射中發 一光偵測器偵測從第二表面發 光，使得經一單一的路徑傳輸 光傳輸/接收模組系統，其中 視從該第一及第二表面發射雷 光傳輸/接收模組系統，其中 射均包含： 上形成的第一反射層； 上表面上形成的動作層，以產 面上形成的第二反射層，以反 光，以使得雷射先在第一反射