TW511339B - Bidirectional signal transmission device using light - Google Patents

Description

【發明背景】 1·發明領域 、本發明係有關於一種使用光線之雙向信號傳輸裝置， f被提供來將一電子信號轉換成為一光信號，傳輸此光信 號，然後將此被傳輸之信號轉換回一電子信號，因此在兩 個裝置之間的雙向信號傳送及接收被達成，且更特別地， $關於種使用光線之雙向信號傳輸裝置，其應用一種結 合垂直孔表面發射雷射部份之光電二極體當成一光線裝置 ’所以一光信號經由此相同的通道而被傳送及接收。 2 ·相關技術說明 電子信號典型地沿著一電線以一方向傳輸，但是，在 許多情況中，經由一條或兩條電線之電子信號的雙向傳輸 被需求；舉例而言，一種p c串列匯流排或一種通用串列 匯流排（USB)電線，其係被用來幫助在一桌上型螢幕 與一視訊繪圖卡之間的資料交換，其需要一電子信號的雙 向傳輸。 使用一條電線的雙向信號傳輪由於在傳輸速度上的限 制而無法提供在一長距離間的傳輸，且可能引起電磁干擾 或諸如此類，因此，允許高速度傳輸而無電磁干擾之一種 光信號傳輸方法已被用來達成雙向信號傳輸。 一般而言，為了雙向光信號傳輸，當成一傳送通道使 用之一光纖及當成一接收通道使用之一光纖被分開地需求 ，且一光信號的接收及傳送被分別地執行，但是，一傳送 通道與一接收通道的分開安裝複雜化一信號傳輸裝置的硬

9002063.ptd 第5頁 511339 五、發明說明（2) 體結構且增加其製造成本’所以此光信號傳輸方法難以在 不管許多優點的情況下被付諸使用。 在先前技術中，被設計以經由相同通道而雙向傳輸一 光信號的一種雙向信號傳輸裝置’如在圖1中所示，在考 慮上述觀點下已.被提出❶ 參考掘1，此傳統雙向信號傳輸裝置，包括用來發射 光線及接收入射光線之第一及第二光線裝置1及5，及被 安裝之一光纖4;因此其輸入及輸出埠正對這些光學裝置 ，此第一及第二光線裝置1及5各別地包括用來接收入射 光線之第一及第二光線接收元件2及6，及各別地被耦合 到此第一及第二光線接收裝置2及6的中央之第一及第二 垂直孔表面發射雷射部份3及7。 當從一裝置（並未顯示）傳來的一電子信號被此第一 光學裝置1所接收，此第一垂直孔表面發射雷射部份3發 射一光信號，以對應此被接收之電子信號，然後此光信號 經由此光纖4而被傳送到此第二光線接收元件6，然後， 此第二光線接收元件6輸出一電子信號，其正比於被接收 光線的量，且此電子信號被傳送到另一裝置（並未顯示） :以相反於上述信號傳輸之方向的信號藉由與上述方法相 同^方法傳輸，使用第二垂直孔表面發射雷射部份7及第 一光線接收元件2,經由光纖4而被達成。因此，圖1的 傳統雙向信號傳輸裝置使用信號光纖4當成一傳送通道及 一接收通道。 但是’在一傳統雙向信號傳輸裝置中，如同在圖1中

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所示，將被從光纖4的輸出埠發射之光線被典型地集中名 此光纖的中央，所以在每一個垂直孔表面發射雷射部份之 外侧的光線接收元件的光線接收區域2 a及6 a接收小量 的光線，所以，一被接收的信號具有一低的信號一對一雜 訊（S / N )比。 相同地，當信號傳輸以雙向同步被執行時，此光線接 收元件不只接收從此光纖4所傳來之光線，也接收從這些 垂直孔表面發射雷射部份發射到此光線接收元件上及被此 光纖4的輸入埠部份反射之光線，因此，在一摘測信號上 存在干涉，所以，一被接收信號的信號一對_雜訊（s / N )比被大大地降低。 相同地，一垂直孔表面發射雷射部份，接收從一垂直 孔表面發射雷射部份發射到此相反侧且經由光鐵4傳輸之 部份光線，所以此垂直孔表面發射雷射部份的相對強度雜 訊被降低’因此，當一信號的傳送及接收在雙倍時間内以 高速被同步執行時，此位元錯誤比率特性降低。 此外’傳統雙向信號傳輸裝置具有一種結構，在其中 這些垂直孔表面發射雷射部份3及7被各別地耦合到此光 線接收元件2及6，因此由於組合錯誤及結合錯誤所引起 之產量降低在耦合期間可能發生。 【發明概述】 為解決上述問題，本發明的一個目的為提供一種使用 光線之雙向信號傳輸裝置，其係應用以一半導體製造流程 所製成，被結合到一光電二極體中之一垂直孔表面發射雷

9002063.ptd 第7頁 511339 五、發明說明（4) = 且被設計藉由在-光線裝置與 : 蜂之間安裝用來將從-光纖所發射之 = 被繞射之光線導向一光線接收元件的光線 接收區域之一繞射疋件，以增加光線接收效率。 本發明的上述目的被達成，藉由_種使 信號傳輸裝置，包括：一光學單元，其包括至少一個^ 一 j第二光線裝置，這些裝置具有用來以半導體材料層被堆 疊之方向發射光線之一垂直孔表面發射雷射單元，及與此 VC S E L部份結合，用來接收入射光線的一光電二 部份，用來傳輸一光信號，被安裝在正對的第一及第二光 線裝置之間的至少一條光纖，及各別地被安裝在第一光線 裝置與此光纖的一個輸入/輸出埠，及在第二光線裝置與 此光纖的另一個輸入/輸出埠之繞射元件，用來選擇性地 繞射入射光線，因此從此光纖所輸出之光線被此光電二極 體部份所接收；一第一電路單元，用來控制第一光線裝置 ’因此從一第一裝置傳來的一電子信號被轉換成一光信號 ’且經由光纖所傳輸之一光信號被轉換成為一電子信號， 且然後被傳輸到此第一裝置；及一第二電路單元，用來控 制此第二光線裝置，因此從一第二裝置傳來的一電子信號 被轉換成一光信號，且經由光纖所傳輸之一光信號被轉換 成為一電子信號，且然後被傳輸到此第二裝置，在其中， 在正對的第一及第二光線裝置之間的信號傳送，及接收經 由相同的通道而被執行。 根據本發明的一個觀點，對應的第一及第二光線裝置

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第8頁 511339 五、發明說明（5) 發射垂直極化光束，且此繞射元件為一極化繞射元件，、莫 被設計以使得從此垂直孔表面發射雷射部份入射之極化光 線被此光纖筆直地傳送及接收，且從此光纖入射之極化光 線在一正第一次及/或負第一次中被繞射，且被射向此光 電二極體部份；在此，此極化繞射元件的光軸近乎垂直於 從正對此極化繞射元件之一垂直孔表面發射雷射部份所發 射之光線的線性極化方向。 每一個第一及第二電路單元包括：一驅動器，用來驅 動一垂直孔表面發射雷射部份；及一放大器，用來放大從 此光電二極體所輸出之一電流信號。 較佳地，每一個第一及第二電路單元進一步包括被安 裝在一裝置與此放大器與此驅動器之間的一控制器，用來 轉換從此裝置傳來之一電子信號成為適用於控制此驅動器 之一信號，及用來轉換從此放大器傳來之一信號成為適用 於此裝置之一信號。 同樣較佳的是，此第一及/第二電路單元進一步包括 破安裝在此控制器與此驅動-器與此放大器之間的一切換開 關’用來選擇性地切換開與關此驅動器及/或此放大器。

藉由詳細地描述本發明的較佳實施例並參考附圖，本 發明的上述目的及優點將變得更顯而易見·· 【發明詳述】 _ 圖2為根據本發明的一個實施例之應用一光學單元的 7種使用光線之雙向信號傳輸裝置的一概略視圖；參考圖 ’根據本發明的使用光線之雙向信號傳輸裝置包括一光

511339 五、發明說明（6) 學單元3 0及第一與第二電路單元2 0、4 0 ;此光學 元3 0包括第一及第二光線裝置3 1、3—7，用來將一電 子信號轉換成為一光信號，傳輸此光信號，及將此傳輸後 之光信號轉換回一電子信號，因此其可以兩個方向傳輸一 信號。此第一電路單元2 0驅動此第一光線裝置3 1以對 應到從一第一裝置1 〇所輸出的一電子信號，且將從此第 一光線裝置31所輪出之一電子信號轉換成為適用於此第 一裝置1 0的一信號；此第二電路單元4 0驅動此第二光 線裝置3 7以對應到從一第二裝置5 0所輸出妁一電子信 號，且將從此·第二光線裝置3· 7所輸出之一電子信號轉換 成為適用於此第二裝置5 0的一信號。 此光學單元3 0包括有第一與第二光線裝置3 1、3 7、一光纖3 5、及第一與第二繞射元件34、36 ;此 第一與第二光線裝置3 1、3 7將一電子信號轉換成為一 光信號，及將此光信號轉換回一電子信號；此光纖3 5係 被安裝在此第一與第二光線裝置3 1與3 7之間，且傳輪 入射光線；另，此第一與第二繞射元件3 4與3 6係各別 地被安裝在此光纖3 5的輸入埠3 5 a與此第一光線裝置 3 1之間，以及在光纖3 5的輸出埠3 5 b與此第二光線 裝置3 7之間。 較佳地.，結合垂直孔表面發射雷射部份之光電二極體 被用來當成第一與第二光線裝置3 1、3 7，因此一信號 可經由一信號通道而被傳送及接收，此結合垂直孔表面發 射雷射部份之光電二極體係由用來以一方向發射光線之一

9002063.ptd 第10頁 五、發明說明（7) 垂直孔表面發射雷射部份,上 堆[及與此垂直孔表：：：雷==半導趙材料㈣ 二極體部份33，用來接收光後°】32結合之一光電 亩：《矣而路却a接收光線’此光線係被入射在此垂 直孔表面發射雷射部份3 2的外表部份。 此’‘ 口垂直孔表面發射雷射部份 -半導體製造流程以-單體而被製造，舉：而t = 射：Ϊ部份之光電二極體係藉由形成在-半 質上垂直孔表面發射雷射部份的基本半導體堆 ，結構、蝕刻此垂直孔表面發射雷射部份3 2的外：以電 軋絕緣此垂直孔表面發射雷射部份3 2 份3 3、藉由姓刻及/或堆疊此光電二極趙部份 些層而形成此光電二極體部份33的半導體結構、及在此 射部份3 2與此光電二極體部份3 3上 。圖2顯示一範例，在其中此光電二極 邛伤3 3比此垂直孔表面.發、射雷射部份3 2突出且 來電氣絕緣的一空間S，被形成在此垂直孔表面發射雷射 部份3 2與此光電二極體部份3 3之間，在此，此空 可被以一絕緣材料塗佈。此垂直孔表面發射雷射部份3 與此光電二極體部份3 3的半導體堆疊結構為 因此將不再贅述。 =上述之結合垂直孔表面發射雷射部份之光_電二極趙 被用來當成第一與第二光線裝置3 j、3 7時一 f合程序例如耦合並不被需求，所以，上述之結合垂直孔 表面發射雷射部份之光電二極體的使用，防止了由於在耗 511339 五、發明說明（8) 合期間之組合錯誤及結合錯誤所引起的產量降低，其為 生在一傳統雙向信號傳输裝置中的一問題。 此光纖3 5傳輸從此第一與第二光線裝置3 1、3 7 所接收的光線。較隹的是此光纖為一塑膠光纖，其成本低 於一玻璃光纖且因為此塑膠光纖的大直徑而比玻璃光纖容 易用於光麵合。將此塑膠光纖當成光纖3 5來使用，可有 效降低由外在衝擊而引起之對此光纖3 5的損壞。 〃此第一與第二繞射元件3 4、3 6係各別地被安裝在 此光纖3 5的輸入埠353與此第一光線裝置31之間， 及在此光纖3 5的輸出埠3 5 b與此第二光線裝置3 7之 間，該第一與第二繞射元件34、36為用來在一 正^ —人及〆或負第一次中繞射入射光線之繞射柵或全息 f光學元件，此第-與第二繞射元件34、36，將儘可 二光纖3 5所輸出之大部份光線耗合到在此垂直孔表 區域^ ^射部^ 3 2外側上之光電二極體部份3 3的接收 ..^ ^ a’藉此增加經由此光纖3 5而傳輸之光線的接 ^具有一高信號對一雜訊（S/N)比之 一被接收光信號可被摘測。 軸而被集纖d 5所輸出之光線強度沿著此光纖3 5的光 此#總c ’所以此光線具有一近乎高斯強度分佈’當從 达匕尤纖3 5所給φ 一 u 1 或負第一文出之光線如以上所述般在一正第一次及/ 面發鉍φ = Γ被繞射時’大部份的光線將被在此垂直孔表 w眢射雷射部价 區域3 3 d 2外侧上之光電二極體部份3 3的接收 3所接收；因此，根據本發明的一種使用光線之

9002063.ptd 511339 五、發明說明（9) ~-- 雙向信號傳輸裝置並不具有一傳統雙向信號傳輪裝置的問 題’例如由於大部份的光線被射向定位在一光線裝置的中 央之一垂直孔表面發射雷射部份而引起之光線接收效率的 衰減，或在此垂直孔表面發射雷射部份的相對強度雜訊方 面的衰減。 ° 此第一與第二繞射元件3 4、3 6在一正第一次及/ 或負第一次中，不僅繞射從此光纖3 5的輸入及輸出璋3 5a、35b所輸出之光線，也繞射從此垂直孔表面發射 雷射部份3 2所發射且射向此光纖3 5的輸入及輸出埠3 5 a及3 5 b的光線，因此，較佳的是此第一與第二繞射 元件34、36各別地比第一與第二光線裝置3 1、37 更接近於此光纖35的輸入及輸出埠35a、35b ,在 此情況中，從此垂直孔表面發射雷射部份3 2所發射之光 線在一正第一次及/或負第一次中被此第一與第二繞射元 件34、36所繞射。但是，因為此第一與第二繞射元件 3 4與3 6接近於此光纖3 5的輸入及輸出埠3 5 a及3 5 b，一足夠量的光線可被輸入到此光纖3 5 ,相同地， 因為此第一與第二繞射元件3 4、3 6和此第一與第二光 線裝置3 1、3 7分開相當足夠的間隔，大部份在一正第 一次及/或負第一次中被繞射之光線，可被此光電二極體 部份3 3的光線接收區域3 3 a所接收。 在此’只有在一正第一次及/或負第一次中，並非在 第零次中的入射光線，被此第一與第二繞射元件3 4、3 6的繞射，係藉由以控制一繞射模型的模型深度，舉例而

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言，一繞射栅的柵深度，以具有一個二分之一波長的相^ 來移除第零次光線而達成。 舉例而言，如同在圖3中所示之功率比值為〇· 5 , 一 繞射柵的繞射角度（0)，具有一有角之橫斷面之繞射模 型（此柵模型），在方程式1中被表示： 〇 =Arc sin (k λ /T ) ··· ( 1 ) 在其中λ代表入射光線的波長，τ代表此栅週期，及坟代 表繞射次數例如第零次，正負第一次，正負第二次，正負 第三次’ · · · 一第零次被繞射光線效率（0 〇 )及正負第一 次被繞射光線效率（)在方程式2中被表示： V 〇 = cos2 Φ ^ ±i =4sin2 φ / π2 …（2 ) 在其中0為7Γ/(λ (n-1 ) d )(在此d指出此栅深度， 及η指出折射率）。 所以，當根據本發明之第一與第二繞射元件3 4、3 6為具有一 〇·5之功率比值的有角繞射柵時，如同在圖3 中所示’且一柵深度（d)及一折射率（η)允許有關從此 第一與第二光線裝置3 1、37所發射之光線的波長之第 零次繞射效率為零，此最大光效率，在一正第一次及/或 負第一次中被此第一與第二繞射元件3 4、3 6所繞射之 光線的總和，大約為8 2 %，且在此第零次中光線很少被繞 射。 、 、 相同地，根據本發明之第一與第二繞射元件3 4、3 δ可為火焰狀繞射柵，其具有一火焰狀橫斷面之繞射模型

511339 五、發明說明（π) ’如同在圖4中所示，以增加繞射效率，如果此火焰狀* 射柵在一正第一次中繞射入射光線，且在8個步驟中被爆 發，此正第一次繞射光線的效率大約為95 %。 當此火焰狀繞射栅被用來當成第一與第二繞射元件3 4、3 6時，在與有角繞射栅做比較時，它們提供在此第 一次中繞射入射光線的一高效率，因此一高信號一對一雜 訊比可被得到，當有角或火焰狀全息圖元件，其具有一有 角或火焰狀橫斷面的繞射模型，且被用來當成第一與第二 繞射元件3 4、3 6時，此優點也相同地被肯定，在圖2 中顯示一範例，在其中繞射柵或全息圖元件，其具有一有 角橫斷面的繞射模型，被用來當成第一與第二^元 4、3 6 〇 根據本發明之光學單元3 〇可包括代替此第一 二 繞射元件3 4、3 6之第-與第二極化繞射元件 136 ，如同在圖5中所示，在此，該第一與 坡 與3 7被配置以在近乎垂直的方向上線性地發射極 ίΐΐ，一垂直孔表面發射雷射部☆經常發射近乎線性極 化光線，所以，當此第一與第二光線裝置3丄、 列，所以從此垂直孔表面發射雷射部份3 2發^ = 線性極化方向以正角度橫越過彼此，它們 2 = 射極化光線。 垂直方向發 此第一與第二極化繞射元件134與 率改變繞射元件，如同在圖6中所示，可為折射 元件係藉由在一繞射柵或全息圖繞射模型 Υ改變繞射 、Τ ,以一種雙折

511339 五、發明說明（12) 射材料例如LiNBO 3所製成之一雙折射極板1 3 5上形成 一質子交換層1 3 7，及在此質子交換層1 3 7上形成一 雙電子薄膜13 9而獲得。 舉例而言，此折射率改變繞射元件並不改變普通光線 的折射指數，而是改變異常光線的折射指數以產生正第一 次及負第一次繞射光線。 此即，普通光線由於對應到在此質子交換層1 3 7與 此雙電子薄膜1 3 9之間的折射指數上的差異而以直線傳 導，此係因為很小的折射指數差異被在此雙折射極板1 3 5與此質子交換層1 3 7與此雙電子薄膜1 3 9之間的普 通光線所遭遇；相反地，異常光線遭遇對應到此質子交換 層1 3 7的折射指數與此雙電子薄膜1 3 9的折射指數的 總和，因此其在正第一次及負第一次中被繞射，此係因為 一大的折射指數差異被在此雙折射極板1 3 5及此質子交 換層1 3 7，以及此雙電子薄膜1 3 9之間的異常光線所 遭遇。 在此，普通光線對應到一種情況，在其中入射光線的 線性極化方向垂直於此雙折射極板1 3 5的光軸，且異常 光線對應到一種情況，在其中入射光線的線性極化方向 行於此雙折射極板1 3 5的光軸。 所以，此第一與第二極化繞射元件i 3 4、 配置，所以此第一極化繞射元件丄3 4之雙 ？ 5的光轴垂直於第二極化繞射元件1 3 β 板13 ，且因此，同時地，此雙折射極板"5的=:=轴

511339 五、發明說明（13) --- 垂直於從彼此正對的第一與第二光線裝置3 1與3 7所、發 射之光線的線性極化方向。 因此，此第一極化繞射元件1 3 4繞射光線，其在第 零次中已被以一第一方向線性極化，且被從此第一光線裝 置3 1的垂直孔.表面發射雷射部份3 2所發射，然後將此 被繞射光線導向此光纖3 5的輸入/輸出埠3 5 a/3 5 b，相同地，此第一極化繞射元件1 3 4繞射光線，其在 正第一次及/或負第一次中已被以垂直於此第一方向的一 第一方向線性極化’且經由此光纖3 5被從此第二光線裝 置3 7所發射，然後將此被繞射光線導向此第一光線裝置 3 1的光電二極體部份3 3。 同樣地，此第二極化繞射元件1 3 6繞射光線，其在 第零次中已被以一第二方向線性極化，且被從此第二光線 裝置3 7的垂直孔表面發射雷射部份3 2所發射，然後將 此被繞射光線導向此光纖3 5的輸入/輸出埠3 5 a/3 5b，相同地，此第二極化繞射元件136繞射光線，其 在正苐一次及/或負第一次中已被以此第一方向線性極化 ，且經由此光纖3 5被從此第一光線裝置3 1所發射，然 後將此被繞射光線導向此第二光線裝置3 7的光電二極體 部份3 3。 所以，從此光纖3 5的輸入/輸出埠3 5 a/3 5 b 輸出的光線大部份在此正第一次及/或負第一次中被此第 一/第二極化繞射元件1 3 4/1 3 6所繞射，且被此第 一/第二光線裝置3 1/3 7的光電二極體部份3 3所接

9002063.ptd 第17頁 五、發明說明（14) 收。 / 因此，當數位通訊以高速度以雙倍時間取代時，如杲 具有上述第一與第二極化繞射元件1 3 4、1 3 β 單被應用，則從一垂直孔表面發射雷射部份所 之先線，可防止其被耦合到相反的垂直孔表面 份，具有如此-結構之光學單元3 〇的使用，防止 傳統結構中’由於光線從此相反的垂直孔表面發射雷射部 份耦合到此垂直孔表面發射雷射部份，而引起之一垂直孔 表面發射雷射部份的相對強度雜訊方面之惡化，而且也防 止了 一信號的位元錯誤比率的連續衰減。更進一步，從一 光線裝置的垂直孔表面發射雷射部份所發射的光線，可避 免其被此光纖3 5的輸入/輸出埠部份的折射及導向此光 電二極體部份，所以，由於光線被一光纖的輸入/輸出淳 部份的折射所引起之一偵測信號的干涉不會產生。 被顯示在圖2及圖5中的係的根據本發明之光學單元 3 0可進一步包括用來聚焦入射光線之透鏡2 3 8、2 3 9，其係各別的介於此第一繞射先件3 4或1 3 4與此光 纖3 5的輸入埠3 5 a之間，及介於此第二繞射元件3 6 或136與此光纖35的輸出埠35b之間，如同在圖7 中所示，以增加將從此垂直孔表面發射雷射部份32所發 射之光線耦合到此光纖3 5的效率，這些透鏡2 3 8、2 3 9可被各別地安裝在此第一光線裝置3丄與第一繞射元 件3 4之間，及在此第二光線裝置3 7與此第二繞射元件 36之間，如同在圖8中所示。 511339 五、發明說明（15) 請參考圖2，此第一及第二電路單元20、40，4 別地包括用來驅動此第一及第二光線裝置3 1、3 7的垂 直孔表面發射雷射部份3 2之第一及第二驅動器2 5、4 5，及用來放大從此第一及第二光線裝置3 1、3 7的光 電二極體部份33所輸出之一電流信號的第一及第二放大 器 2 7、4 T。 較佳地，此第一及第二電路單元2 〇、40，進一步 包括各別地被安裝在此第一放大器2 7與此第一驅動器2 5與此第一裝置1 〇之間的一第一控制器2 1 ，及被安裝 在此第二放大器47與此第二驅動器45與此第二裝置5 0之間的一第二控制器4 1，相同地，較佳地，此第一及 第二電路單元2 0、4 0，進一步包括各別地被安裝在此 第一驅動器2 5與此第一放大器2 7與此第一控制器2 1 之間的一第一開關2 3，及被安裝在此第二驅動器4 5與 此第二放大器4 7與此第二控制器4 1之間的一第二開關 4 3 〇 此第一及第二控制器2 1、4 1各別地轉換_從此第一 及第二裝置1 0、5 0所接收之電子信號成為具有適用於 用來控制此第一及第二驅動器2 5、4 5之格式的信號， 且相同地，各別地轉換從此第一及第二放大器2 7、4 7 所輸出之信號成為具有適用於此第一及第二裝置1 〇、5 0之格式的信號。 每一個此第一及第二控制器2 1、4 I，包括一編碼 器123、一驅動器控制核心125及一解碼器127，

9002063.ptd 第19頁 511339 五、發明說明（16) ---- 如同在圖9中所示，此編碼器將從每一個此第一及第二七 置10、50傳來的-電子信號’編馬成為具有一適用格 式的-信1 ;此驅動器控制核心丄2 5轉換被此編碼器丄 2 3所編碼之一信號，成為具有適用於控制每一個此第一 及第二驅動器2 5、4 5之格式的一信號，且將此被轉換 的信號加到每一個此第一及第二驅動器25、45上，此 解碼器12 7將從每一個此第一及第二放大器27、47 所接收之一信號，解碼成為具有適用於每一個此第一及第 二裝置1 0及5 0之格式的一信號；且，較佳地，每一個 此第一及第二控制器2 ；1、4 1進一步包括介於此編碼器 1 2 3與此-驅動控制核心1 2 5之間的多工器（M u X ) 129 ，如同在圖1〇中所示，此多工器丄29將被此光 電一極體部份3 7所偵測到之一信號，反饋到此驅動器控 制核心1 2 5或此驅動器2 5 ( 4 5 )，且根據此被偵測 到之信號控制此垂直孔表面發射雷射部份3 2。 請參考圖2，此第一及第二開關2 3、4 3在此第一 及第二控制器2 1、4 1的控制之下互相對應地動作，且 各別地選擇性地開關此驅動器2 5、4 5及此放大器2 7 4 7，具有第一及第二開關2 3、4 3的根據本發明之 使用光線的信號傳輸裝置被應用在此第一及第二裝置i 〇 、5 0之間，所以此第一及第二裝置1 〇、5 〇可以與彼 此交換適當的信號。 、 此即，當一系統，其係被設計以使得此第一及第二裝 置1 0、5 〇可輪流地交換在當同時地以兩個方向傳送及

9002063.ptd 第20頁 511339 五、發明說明（17) 接收信號時所需之信號，被用來當成根據本發明之使用>光 線的信號傳輸裝置，即使當一被接收信號之信號一對〜雜 訊比率被威重地降低，或即使在一模式下’在其中一裝置 傳送一信號且然後其它裝置傳送一回應信號，此第一及第 二開關2 3、4 .3將各別地在此第一及第二控制器2工、 4 1的控制之下互相對應地動作，因此，此第一及第二袭 置1 0、5 0可輪流地交換信號。

相同地，當一系統，其係被設計以使得此第一及第二 裝置1 0、5 0雙向傳送及接收信號，被用來當成根據本 發明之使用光線的信號傳輸裝置，即使當一信號之儈號〜 對一雜訊比率被降低時，此第一及第二開關2 3、4 3^各 別地在此第一及第二控制器2 1、4 1的控制之下互相對 應地動作。因此，一信號之信號一對一雜訊比率被増加， 造成在此資料傳輪錯誤比率上的降低。 舉例而言，當一信號，其係從此第一及第二光線裝置 3 1、3 7經由此光纖3 5且被此光電二極體部份3 3所 接收由於從其它光線裝置的垂直孔表面發射雷射部份3 2傳來之光線被一光線裝置例如此繞射元件3 4、3 6、 、136及/或透鏡238、239，或被此光纖

1 =的輸入/輸出埠3 5 a/3 5 b所反射，且被其它光 置的光電二極體部份3 3所接收，此第一及第二 2 3、4 3各別地被動作以在此第一及第二控制器2丄、 j 1的控制之下交互地開關此第一及第二驅動器2 5、4 及此第二及第一放大器47、27、因此，一信號在此

511339 五、發明說明（18) ， 第一及第二裝置1〇、5 0之間被依次地傳輸，當此信>號 傳輸被依次執行時，如以上所述，在此第一及第二裝置1 〇、5 0之間信號傳輸的速度降低，但是一信號可在一高 信號一對一雜訊比率下被接收；此導致在資料傳輸的錯誤 比率上的降低。 當一系統，其係被設計以使得此第一及第二裝置1 0 、5 0單向傳輸信號，被用來當成根據本發明之使用光線 的信號傳輪裝置，一開關發.射一驅動信號到一驅動器，且 同時地保持一放大器在一關閉狀態中，且其它的開關關閉 一驅動器，且同時地保持一放大器在一開啟狀態中，此致 # 能單向之一信號的傳輸。 當一系統，其係被設計以使得此第一及第二裝置1 0 、5 0依次與彼此交換一信號，被用來當成根據本發明之 使用光線的信號傳輸裝置，此第一及第二開關2 3、4 3 交互地開關此第一及第二驅動器2 5、4 5及此第二及第 一放大器47、2 7。因此，在裝置之間的信號·交換被依 次地執行。 當一系統，其係被設計以使得此第一及第二裝置1 〇 、5 0必須同時以雙向與彼此交換信號，被用來當成根據 本發明之使用光線的信號傳輸裝置，此第一及第二開關2 3、4 3各別地開啟此第一及第二驅動器2 5、4 5及此 第一及第二放大器2 7、4 7，且被維持在開啟狀態，因 此，信號可在同時被以雙向傳送及接收；當然，在一系統 被設計以使得此第一及第二裝置1 0、5 〇必須同時以雙

9002063.ptd 第22頁 511339 五、發明說明（19) -- 向與彼此交換仏號的情況中，根據本發明之使用光線的^言 號傳輸裝置可使用不具有任何開關之第一及第二電路單元 20、40 ,如同在圖1 1中所示，在具有如此一結構的 根據本發明之使用光線的信號傳輸裝置中，較佳的是一光 學單元3 0為單一模組化，當此光學單元3 〇為一單一模 組化時，此第一及第二裝置1 〇、5 〇可為電氣分離/連 接從/到此光學單元3 0。 一傳統信號傳輸裝置具有一結構，在其中裝置係藉由 一連接器，在此一光線裝置被安裝在此連接器上，連接到 另一連接器，在此一光纖被安裝在此連接器上，而被連接 到彼此，所以，在此光線裝置與此光纖之間的光學校準錯 誤由於在此兩個連接器之間連接與分離的重覆而產生，此 引起資料錯誤及在一光信號的振幅上的改變，在與如上述 之傳統信號傳輸裝置對照下，根據本發明之使用光線的信 號傳輸裝置並不具有這些問題，因此保證了可信度。 ° 當具有上述之此單一模組化的光學單元3 〇，根據本 發明之^吏用光線的信號傳輸裝置，被應用到設計以使得信 號傳輸係藉由電子連接而被執行，即使當此第一及第二電 路單元2 0、4 0係不同地被結合在此光學單元3 〇與此 第一裝置 、

1 〇之間，及在此光學單元3 〇與此第二裝置5 〇之間， 如以下所述，並不存在改變一裝置的埠結構的需求，因此 ，應用此單一模組化的光學單元3 0之根據本發明的一信 號傳輸裝置相容於通用目的裝置。 W

511339 五、發明說明（20) ，

此第一及第二電路單元2 0、40可被與此光學單、元 30單一模組化，此即，此第一電路單元2〇、第一光線 裝置3 1及此繞射元件以及在此光學單元3 〇中之光鐵3 5的一端，可被安裝在用來致能電氣連接到此第一裝置1 0之一第一連接.器（並未·顯示）上，且此第二電路單元4 0、此第二光線裝置3 7、此繞射元件，以及在此光學單 元3 0中可被安裝在光纖3 5的另一端，以用來致能電氣 連接到此第二裝置5 0之一第二連接器（並未顯示）上， 在此情況中，當此第一與第二連接器各別地被置入此第一 及第二裝置1 0、5 0之内時，根據本發明之使用光線的 "ί§號傳輸裝置’被電氣麵合到此第一及第二裝置1 〇、5 〇，且轉換從此第一及第二裝置1 〇、5 〇傳來之電子信 號成為光信號，經由此光纖3 5傳輸此光信號，將此光信 號轉換回電子信號，然後各別地傳輸此電子信號到此第二 及第一裝置50、10。 在每一個此第一及第二電路單元2 〇、4 〇中，在一 些成份元件之中的至少一個，舉如而言，一驅動器及一放 大器’被與此光學單元3 0模組化，且剩餘元件可被安裝 在此第一及第二裝置1 〇、50中。

此第一及第二電路單元2 0、40的全部成份元件可 被各別地安裝在此第一及第二裝置1 〇、5 〇中，在此情 況中，此第一及第二裝置1 〇 ν 5 〇係電氣連搔到此光^ 單元3 0，因此從被安裝在此第一及/减第二裝置i 〇及 /或5 0中之一電路單元的驅動器所輸出之一驅動信號被

9002063.ptd 第24頁 511339 五、發明說明（21) 傳送到此光學單元3 0，且從此光學單元3 0所輸出之(一 電子信號被加到被安裝在此第一及/或第二裝置1〇及/ 或5 0中之電路單元的放大器上。 在此，只有此光學單元3 0的一些元件被模組化，且 剩餘的元件可被安裝在此第一及第二裝置1 0、5 0中， 舉例而言，在當只有這些繞射元件3 4、3 6 (或1 3 4 、1 3 6 )及此光纖3 5可被模組化時，此第一及第二光 線裝置3 1、37與此第一及第二電路單元20及40各 別地被安裝在此第一及第二裝置1 0、5 0中；在此情況 中，與此第一及第二裝置1 〇、5 0被分開模組化之光學 单το 3 0具有用於光連接之^一璋結構，二者擇一.地’在當 此剩餘的元件可被模組化時，此第一光線裝置3 1及此第 一繞射元件3 4、1 3 4只被安裝在此第一裝置1 〇中， 在此情況中，此模組化的光學單元3 0及此第一裝置1 〇 具有用於光連接之埠結構，且被電氣連接到此第二裝置5 0 ° 在此’在當此第二電路單元4 0，此第二光線裝置3 ' 7及一繞射元件被安裝在此第二裝置5 〇中時，此第一電 路單元20、第一光線裝置3 1及一繞射元件被安裝在此 第一裝置1 0中，在此情況中，此第一及第二裝置1 〇、 5 0具有埠結構，藉由此，它們可被光連接到此光纖3 5 的輸入/輸出埠3 5 a / 3 5 b & 在以上，在其中根據本發明之使用光線的一信號傳輸 裝置包括一對第一及第二光線裝置及被安裝以正對它們之

9002063.ptd 第25頁 511339 五、發明說明（22) 一 一單一光纖，因此經由一單一光纖之信號傳送及接收可1皮 達成之情況已被描述成一範例，根據本發明之使用光線的 此信號傳輸裝置可藉由以陣列設定此第一及第二光線裝置 ’及在正對的第一及第二光線裝置之間安裝一光纖，而被 簡單地轉換成一·多通道信號傳輸裝置，因此，根據本發明 之使用光線的一多通道信號傳輸裝置將不被顳示及詳細描 述，因為其可被.充分地從一單通道信號傳輸裝置的結構參 考。 如以上所述之根據本發明之使用光線的信號傳輸裝置 包括在一光纖的輸入/輸出埠與一光線裝置之間的一繞射 元件’因此從此光纖所發射之光線在一正第一次及/或負 第一次中被繞射’且導向此光線裝置的光電二極體部份， 因此，具有一高信號一對一雜訊比率之一被接收光信號可 被偵測。 相同地’因為從此光纖所發射之光線在一正第一次及 /或負第一次中被繞射，且導向此光線裝置的光電二極體 部份，故不存在因一傳統結構所引起之在一垂直孔表面發 射雷射部份的相對強度雜訊上之任何衰減，在此傳統結構 中部份光線被入射在此垂直孔表面發射雷射部份上，其係 從相反的垂直孔表面發射雷射部份所發射且經由一光纖而 被傳輸，所以，即使當信號傳送及接收在雙倍時間内被同 時執行時，一傑出的信號位輸入/輸出埠所部份折射輸入 /輸出琿所部份折射輸入/輸出埠所部份折射輸入/輸出 埠所部份折射元錯誤比率皆可被得到。

511339 五、發明說明（23) 相同地， 二極體中之一 裝置，一耦合 組合錯誤，及 降低不會產生 更進·一步 從此光線裝置 被防止其被此 此光電二極體 出埠部份折射 因為以一 垂直孔表 程序可被 由於在傳 半導體製造流程而被結合到一光9電 面發射雷射部份被用來當成此光線 省略，因此，因在耦合上所引起之 統結構中之結合錯誤所引起之產量 當一極化繞射元件被用來當成繞射元件， 表面發射雷射部份所發射之光線可 入/輸出埠所部份折射，及被導向 此’由於光線被一光纖的輸入/輸 一備測信號的干涉並不會產生。 的垂直孔 光纖的輸 部份，因 而引起之

9002063.ptd 第27頁 511339

【圖式之簡單說明】 〆 圖1為一種傳統雙向信號傳輸裝置的一個範例之一概 略視圖； 圖2為一概略視圖，其描述根據本發明的一個實施 例’其應用一光學單元的一種使用光線之雙向信號傳輸裝 置的整個結構； 圖3及圖4為根據本發明的其他實施例之一繞射元件 的繞射模型之橫斷面的形狀之概略視圖； 圖5概略地顯示根據本發明之一光學單元的另一個實 施例； 元件； 它實施例的 圖6為一視圖，描述圖5的極化光線繞射 圖7及圖8為圖2及圖5的光學單元之其 概略視圖； ' 圖9及圖1 〇為根據本發明之一 方塊圖， 控制器的 實施例之 圖11為根據本發明之第一及第二電。-實施例之一方塊圖。 早元的另 【參考標號對照表】 1第一光線裝置

2第一光線接收元件 3第一垂直孔表面發射雷射部份 4光纖 5第二光線裝置 6第二光線接收元件

511339 圖式簡單說明 7第二垂直孔表面發射雷射部份 1 0第一裝置 20第一電路單元 2 1第一控制器 2 3第一開.關 2 5第一驅動器 2 7第一放大器 3 0光學單元 3 1第一光線裝置 3 2垂直孔表面發射雷射部份 3 3光電二極體部份 3 4第一繞射元件 3 5光纖 3 5 a輸入埠 3 5 b輸出埠 3 6第二繞射元件 37第二光線裝置 40第二電路單元 4 1第二控制器 4 3第二開關 4 5第二驅動器 4 7第二放大器 5 0第二裝置 1 2 3編碼器

9002063.ptd 第29頁 511339 圖式簡單說明 1 2 5驅動控制核心 1 2 7解碼器 1 2 9多工器 1 3 4第一極化繞射元件 1 3 5雙折射極板 1 3 6第二極化繞射元件 1 3 7質子交換層 139雙電子薄膜 2 3 8透鏡 2 3 9透鏡

9002063.ptd 第30頁

Claims (1)

1. 511339

   l · 一種使用光線之雙向信號傳輸裝置，其被設計以使在正 對的光線裝置之間的信號傳送及接收經由相同通道而祜 完成，此裝置特性為包括： s 一光學單元，其包括第一及第二光線裝置，這些裴 置具有用來以丰導體材料層被堆疊之方向發射光線之一 垂直孔表面發射雷射單元，及與此V c S E L部份結合 ，用來接收入射光線的一光電二極體部份，用來傳輪一 光信號’被安裝在正對的第一及第二光線裝置之間的至 少一條光纖，及各別地被安裝在第一光線裝置與此光纖 的一個輸入/輸出埠，及在第二光線裝置與此光纖的另 一個輸入/輸出埠之繞射元件，用來選擇性地繞射入射 光線’因此從此光纖所輸出之光線被此光電二極艘部份 所接收；及 77 一第一電路單元，用來控制第一光線裝置，因此從 一第一裝置傳來的一電子信號被轉換成一光信號，且經 由光纖所傳輸之一光信號被轉換成為一電子信號，且然 後被傳輸到此第一裝置；及 _ 一第二電路單元，用來控制此第二光線裝置，因此 從一第二裝置傳來的一電子信號被轉換成一光信號，且 經由光纖所傳輸之一光信號被轉換成為一電子信號，且 然後被傳輸到此第二裝置， 在其中，在正對的第一及第二光線裝置之間的信號 傳送及接收經由相同的通道而被執行。 2·如申請專利範圍第1項所述的使用光線之雙向信號傳輸

   9002063.ptd 第31頁 ^11339

   裝置’其中，此繞射元件為用來在一正第一， ， 久中繞射入射光線之一繞射柵或全息圖光學元件。、 請f利範圍第2項所述的使用光線之雙向信號傳輪 衮置，在其中，於此繞射元件與此光纖的輸入/輸出 之間的間隔，小於在此繞射元件與此第一 /第二本 置之間的間隔。 一尤線裝 4.::請專利範圍第2項所述的使用光線之雙向信號傳輸 衮置’在其中此繞射元件的繞射模型具有一 焰狀橫斷面。 用的戏火 5·如申請專利範圍第4項所述之的使用光線之雙向信號傳 輸裝置，在其中此繞射元件的繞射模型，具有一^角 或火焰狀橫斷面。 ^ 6·如申請專利範圍第χ項所述的使用光線之雙向信號傳輸 裝置，在其中此對應的第一及第二光線裝置發^垂°直^ 化光束，且此繞射元件為一極化繞射元件，其被設計以 使得從此垂直孔表面發射雷射（V C S E L )部份入射 的極化光線被筆直地傳輸，且被此光纖所接收，且從此 光纖入射的極化光線在一正第一次及/或負第一次中被 繞射，且導向此光電二極體部份。 7·如申請專利範圍第6項所述的使用光線之雙向信號傳輸 裝置，在其中此極化繞射元件的光軸，近乎垂直於從正 對此極化繞射元件之一垂直孔表面發射雷射部份所路射 之光線的線性極化方向。 8·如申請專利範圍第6項所述的使用光線之雙向信號傳輸

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   9· 裝置’在其中此極化繞射元 製成的一極板在繞射模型位 一雙電子薄膜，.而得到之一 如申請專利範圍第8項所述 裝置’在其中此極化繞射元 對此極化繞射元件之一垂直 之光線的線性極化方向。 件為藉由以一雙折射材料辦 置上形成一質子交換區域及 折射率改變繞射元件。 的使用光線之雙向信號傳輸 件的光軸，近乎垂直於從正 孔表面發射雷射部份所發射 1〇·如申請專利範圍第i項所述的使用光線之雙向信號傳輸 裝置，在其中此光學單元進一步包括被安在一垂直孔表 面發射雷射部份，與一繞射元件之間或在此繞射元件與 一光纖的輸入/輸出埠之間的一透鏡，用來將光線從一 垂直孔表面發射雷射部份耦合到此光纖。 11.如申請專利範圍第1項所述的使用光線之雙向信號傳輸 裝置，在其中此光學單元為單一模組化，因此^電^ 分離/連接從/到此第一及第二裝置。 1 2·如申請專利範圍第1 1項所述的使用光線之雙向信號傳 輸裝置，在其中此光學單元及此第一及第二電路^的 至少一些元件被單一模組化。 1 3.如申請專利範圍第1項所述的使用光線之雙向信號傳輸 裝置，在其中每一個第一及第二電路單元包括：〜 ，J 一驅動器，用來驅動一垂直孔表面發射雷射部份· 及 ， 一放大器，用來放大從此光電一極體部份所輸出之 一電流信號。 1

   511339 六、申請專利範圍 / 14.如申請專利範圍第1 3項所述的使用光線之雙向信號囀 輸裝置，在其中每一個此第一及第二電路單元，進一步 包括被安裝在一裝置與此放大器與此驅動器之間的一控 制器，用來將從此裝置傳來的一電子信號，轉換成為適 用於控制此驅動器的一信號，及將從此放大器傳來的一 信號，轉換成為適用於此裝置之一信號。 15·如申請專利範圍第1 4項所述的使用光線之雙向信號傳 輸裝置，在其中此控制器包括： 一編碼器，用來將從一裝置傳來的一電子信號，編 碼成為一適當的信號； 一驅動器控制核心，用來將此被編碼的信號，轉換 成為適用於控制此驅動器之一信號，且將此被轉換的信 號加到此驅動器上；及 一解碼器’用來將從此放大器傳來的一信號，解碼 成為適用於此裝置的一信號。 16·如申請專利範圍第1 5項所述的使用光線之雙向信號傳 輸裝置’在其中此控制器包括介於此誕碼器與此驅動器 控制核心之間的一多工器。

   17·如申請專利範圍第1 4項所述的使用光線之雙向信號傳 輸裝置’在其中此第一及/或第二電路單元，進一步包 括被安裝在此控制器與此驅動器與放大器之間的一開關 ，用來選擇性地開及關此驅動器及/或此放大器。

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