TW524992B - Multiple port, fiber optic coupling device - Google Patents

Description

524992 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 詳細說明： 本發明概有關於一種光纖裝置，特別係關於一種可將 來自多數光纖之光產生平行化輸出光束的裝置。 光纖可在兩點之間導引光束而有許多用途。光纖已發 展至具有低損耗、低發散、保持偏極等特性，並能作用如 放大器。因此，光纖系統乃具有廣泛的用途，例如在光的 傳訊應用上。 但是，光纖之光束傳輸的重要優點之一，其係將光束 圍封而導引於端點之間，乃亦有所限制。有些光學構件， 對光纖系統的使用或其發展甚為重要者，並非被製成光纖 的形式，而光東則被以波導來引導。該等光學構件係被以 散裝形式來實施，其必須使光能自由地傳導通過。該等構 件之例子包括，但並不限於，隔離器、循環器、·極化器、 開關與光閘等。因此，在一光纖系統中含設一散裝構件， 必須使該光纖系統具有一部段，其中之光束路徑可自由地 傳導於空間内，而非被導引於一光纖中。 自由空間的傳導以往須要將來自各光纖的光束平行調 準，並沿著該被使用於自由空間傳導部段的散裝構件之轴 心來導向。通常，此須要將一調直透鏡設在輸入光纖處以 調準進入光線，及一聚焦透鏡設在輸出光纖處，俾將自由 傳導的光聚焦於該輸出光纖中。該自由空間傳導部段位於 該二透鏡之間。該自由傳導空間部段的引用，乃必須使該 調直透鏡與聚焦透鏡各被調準於它們的對應光纖，且該聚 焦透鏡被正確地調準對應於來自該調直透鏡的平行化光捏 本紙張尺i適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ~ ------------餐------- 丨訂-丨-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 524992 A7 B7 五、發明說明（2 調直透鏡與聚焦透鏡的調準要保持在臨界狀態，不 二二”光纖。因此，當有許多的光纖而須要將多 β 焦透鏡調準等，其調準的過程將 複雜而耗時。 ^ ^ ^ "周直與聚焦透鏡及各光纖皆必須被橫向地 Η "秩向的支撐將會使各光纖/透鏡總成所須的總 截面增加，而會形成一較大的系統。 因此，乃須要一種改良的研究，以將自由空間傳導部 段引入光纖系統中’使其可較簡單地調準並更為精巧緊密 訂 概括而a，本發明係有關於一種裝置，其可將來自多 數光纖的光形成平行光束，乃關於一種系統，其乃利用兩 個該等裝置’而在一光纖網路中造成一自由空間傳導區 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製

ο I *

I 本發明之一實施例係為一裝置，可在一自由空間光學 ! 構件與許多光纖之間形成雙向的耦合。該裝置包括一組合 4 物可耦合於該等光纖以接收光。該組合物包含一第一聚焦 ] 兀件設於一第一光軸上，以接收由該等光纖輸出的光束， |

其中該第一聚焦元件具有一第一聚焦能力，可將該等光束 I 導至一第一父叉位置來與該第一光軸交會。一第二聚焦元 ] 件乃沿該第一光軸以一第一間距隔開該第一聚焦元件而被 j

定位，以接收來自第一聚焦元件的光束，該第二聚焦元件 I 具有一第二聚焦能力，而該第一間距係被設成可將由第— ! 聚焦元件接收的光束平行化。該组合物可設有光纖引線。 ] 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 524992 五、發明說明（3 ) 纟發明之另—實施例乃為-系統，可對導經多數光纖 的光束提供通路。該系統包括第一與第二組光纖，及二輪 合模組耦合於各組光纖。該各耦合模組包含有一第一聚焦 元件設在一模組光軸上，乃被輕合以接收來自對應光额 輸出端的光束。該第-聚焦元件具有—第—聚焦能力，而 可將該等光束導至交會該模組光軸。該搞合模組亦具有一 第二聚焦元件，乃沿該模組光軸以一元件間距隔開該第一 聚焦兀件而被定位以接收來自第一聚焦元件的光束。該第 一♦焦元件具有一第一聚焦能力，而該元件間距乃被設成 可將由第一聚焦元件接收的光束平行化。該第一與第二耦 合模組係被相對定位成，使其各第二聚焦元件相對，俾使 至少有一由該第一耦合模組平行化的光束之光徑，會重合 而反平行於至少一由該第二耦合模組平行比的光束之光徑 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 本發明之又一實施例係為一方法，其可將由第一組光 纖輸出的光形成一組平行光束。該方法包括將該等光纖的 輸出面相對於一第一聚焦元件列設，並以該第一聚焦元件 將該等光纖的輸出光束導至交會一第一光轴。該方法亦包 括’以一第^一聚焦元件將該等輸出光束平行化，而使交會 該第一光軸之光束以實質上平行的方向來傳導。 本發明於上之概括說明，並非用以描述本發明之各所 示實施例或所有的實施。各圖式及詳細說明將更具體地示 現該等實施例。 圖式之簡單說明： 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 524992 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 參酌以下本發明之各實施例的詳細說明及所附圖式， 將可更完全地瞭解本發明；其中： 第1A圖與第1B圖示出本發明之多光束耦合模組的不 同實施例； 第2A圖示出依據本發明之一實施例，有一對多光束 耦合模組配合多數光纖一起使用而形成一自由空間傳導區 域； β 第2B圖示出第2A圖所示例子之一具體實施例； 第3 Α至第3D圖示出不同構造的耦合模組，可配合具 有不同光學特性之散裝光學構件； 第4圖示出單一輕合模組之構造。 因本發明係可被製成各種的修正與可擇的形式，因此 乃以圖式中的舉例來表示並詳細說明。但請瞭解，本發明 並不受所述之特定實施例的限制。相反地，本發明乃涵蓋 包含於申請專利範圍所界定之本發明的精神及範圍内的所 φ 有修正、等效結構與選擇實施等。 本發明係可被應用於光纖系統，並相信乃特別適用於 將一自由空間傳導部段引入一光纖系統中β於此所示者乃 比習知系統更易調準具更為精巧緊密。 所示系統通常包括使用一輕合模組，其會接受許多輸 入光纖的輸入，而產生一組自由傳導的平行光束。此即被 稱為平行化操作。該耦合模組乃易於調準且只包含二個透 鏡’而無關輸入光纖的數目。該耦合模組乃可用來將光由 …各光纖搞合於一自由空間裝置，例如一檢測器陣列。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------β---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 524992 A7 .r------———-_一· BL___ 五、發明說明（5 ) _合模組亦可被使用於相反方式，而接受許多平行 &自由傳送之光束’並將該等光束聚焦於許多輸出光纖。 此即稱為解除平行化操作。 &於各_合模組冑可錢好行化操作與解除平行化 操作’故一自由空間轉合單元乃可被形成，在二輕合模組 之間具有-自由空間傳導區域。其第一麵合模組會將一組 ⑽的輸人光平行化，而產生平行光束傳經該自由空間傳 導區域。其第二耦合模組則會將送入第二組光纖的光解除 平行化。同樣地，對以相反方向通過該光纖系統的光，該 第二耦合模組乃會將接受自該第二組光纖的光平行化，而 使它們沿著該自由空間傳導部段中的平行光束路徑自由傳 送。該第一輕合模組會將進入第一組光纖中的光解除平行 化。 一耦合模組100之示意圖係被示於第1A圖中，其乃示 出由二輸入光纖102與104之光束所依循的光徑。雖只示出 二輸入光纖，但光纖的數目並無限制。為了以下說明之清 楚與單純起見，於該圖中僅使用二條光纖。 該耦合模組100包含二透鏡，一第一透鏡106與一第二 透鏡108，被置於該光軸110上。分別來自光纖1〇2與1〇4之 光徑112與114，會通過該第一透鏡106，而被導向至該c 點位置與光轴110交叉。由於該等光纖102、104的輸出會 被調準平行於光軸110，故該C位置係離開該第一透鏡1〇6 等於該第一透鏡106的焦距fl長度。在交叉過光轴110之後 ，光徑112與114會傳導至該等二透鏡108，其係位於離開 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐）

524992 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 第一透鏡106”d”距離處。而該等二透鏡具有一焦距f2，因 此該間距d乃大約等於fi+f2。在穿過該第二透鏡108之後 ，光徑112與114將會平行於光軸11()。 雖然該等光徑112與114被示出係在二透鏡106與108之 間被調準，但其並非一必要的狀況。是否於該第一透鏡1〇6 與第二透鏡108之間調準該等光徑112與114，乃視通過光 纖102與104的光束之發散程度，及該第一透鏡1〇6與光纖 102、104之距離，和該第一透鏡之焦距等而定。 在穿過第二透鏡之後，該等光徑112與114會聚縮而分 別產生光束收束部116與118，該光束收束部係為光束之寬 度最窄部份’可在焦點處被發現。該光束收束部116與118 係位於虛線所示的平面BB中。該平面BB與第二透鏡108 之間的距離，乃視進入第一透鏡1〇6之光束的發散程度， 及光纖102與104的輸出面之間的間距而定。該間距^係被 設為等於fl+f2，俾可保持由第二透鏡1〇8平行輸出，而不 能被調整。 各光束收束部116與118會形成各光纖1〇2與1〇4輸出面 之影像。此係為本發明之一重要特徵，即該耦合模組1〇〇 會將位於虛線所示的輸入平面AA上之光纖1〇2與1〇4輸出 面的影像，轉送至影像平面BB。形成於平面38上的影像 乃可為一放大的影像。 該第一與第二透鏡可為不同型式的透鏡，例如，它們 可為球面形或非球㈣，亦可為雙凸面、平凸面或凹凸透 鏡透鏡形式的選擇乃視該特定的系統，及可接受的光行 ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

524992 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7) 差私度而定’該光行差會轉變為光漏損。 另一實施例的耦合模組150乃示於第1Β圖中，該耦合 模組150會接收來自二輸入光纖152與154的輸出。該耦合 模組150包括第一與第二透鏡156與158沿著光轴160被調準 。該第一透鏡156係為一分度（GRIN)透鏡，其為一種透鏡 通常與光纖一起使用，乃具有筒狀造型及垂直於透鏡軸心 的平光面。該GRIN透鏡156係可為任何適當的節距，而可 導使該等光徑162與164交叉該光軸160。假使該GRIN透鏡 為一四分之一節距透鏡，-則該GRIN透鏡的輸出面157會位 於該交叉點C處。而若該GRIN透鏡156具有一小於0.25的 節距，例如在0· 1 8〜0.23的範圍内，該交叉點C則會位於 超出該輸出面157之外。同樣地，若該GRIN透鏡156之節 距大於0.25，則該交叉點C會位於該GRIN透鏡156之内。 該第二透鏡可例如為一平凸式非球面透鏡，而其平面 159朝向該交叉點C，以減少光行差作用。 該搞合模組15 0會將一輸入平面影像輕送至該影像平 面BB。而光纖152與154係靠抵著該GRIN透鏡156，其輸 入Φ乃與GRIN透镜156的輸入面155重合。該影像平面BB 亦被稱之為共轆平面，因此光束收束部166與168乃可視為 光纖152與154輸出面的共軛影像。 該等耦合模組100與150亦可被使用於，將接收自許多 光纖的輸入光線傳送至非光纖構件或系統的場合中。例如 ，該等耦合模組100與150可被使用於，將來自一光纖陣列 的輸出，連結至一檢測陣列中的對應檢測器。該等輕合模 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --------^----------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 524992 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____-BZ----- 五、發明說明（8 ) 組100與150亦可用將自由空間輸入之多數光束耦合於一光 纖陣列。例如，在一對密集波長分段多工（DWDM)信號之 多工解調的研究中，—單獨、多工的光束可由一彎曲的繞 射光栅繞射。被光栅所分開之不同波長的成分，乃可被該 耗合模組耦合於許多的光纖，各光纖則對應於其中之一波 長成分。 第4圖乃示出一單獨的耦合模組400與自由空間構件一 ί 起使用之另種狀況。有數光纖402耦合於該耦合模組400， 而產生對應的自由傳導之平行光束404。該自由傳導的光 束404通過一法拉第（Favaday)旋轉器4〇6，其會將進入光 束的偏極旋轉45° 。有一反射器408，其係例如可為在該 法拉第旋轉器406背面的反射塗層，而會將光束404回反射 再旋轉45°反向穿過該法拉第旋轉器。該反射器4〇8乃被 設於共軛平面處，或在一含有各光束404穿過該模組400第 二聚焦元件之後的焦點之平面處，因此各光束4〇4可耦合 | 回至其對應光束402中。此一裝置會使偏極旋轉的光束以 朝後方向導經各光纖402。而可在該等光纖402中補償不要 的偏極效應。該反射器408亦可被設成一分開的元件隔離 於該法拉第旋轉器’而不必是為設在該法拉第旋轉器上的 反射塗層。 第2A圖表示一自由空間裝置，其利用二反向的耦合 模組在一光纖系統中造成一自由空間傳導區域。該二耦合 模組200與220係沿著相同的光軸210設置，雖然並不一定 必須如此，乃如以下所述。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） • -------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 線· 11 524992 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 該第一耦合模組200可由輸入光纖202與204接收輸入 光。該第一耦合模組200具有一第一 GRIN透鏡206及一第 二非球面透鏡208。如前所述，其它形式的透鏡亦可被使 用。該等光徑212與214會被第一透鏡206導至與光軸210交 叉’並被第二透鏡208平行化而平行於該光軸21〇。此外， 該等光徑212與214會聚縮於在影像平面BB處的收束部216 與218。換而言之，該第一耦合模組2〇〇會棒送一輸入平面 的影像至在BB處的影像平面，而該等輸入光纖202與204 之離開面係位於該輸入平面上。 該第二耦合模組220係耦合於光纖222與224。該第二 耦合模組220具有一第一GRIN透鏡226與一第二非球面透 鏡228。如前所述’亦可使用其它型式的透鏡。該等光徑232 與234乃可被該第一透鏡226導至與光轴210交叉，並被該 第一透鏡228平行化而平行於光轴210。此外，光徑232與234 會在影像平面BB處聚縮於收束部236與238。換而言之， 該耦合模組220會其輸入平面的影像轉送至在BB處的影像 平面，而該等輸入光纖222與224的離開面係位於輸入平面 上。. 當由該二第一光纖202與222而來之光束收束部216與 236互相併列在BB平面上時，則光纖202的離開面之影像 將會聚焦於對應光纖222的離開面，且該光纖222離開面的 影像亦會聚焦於光纖202的離開面。同樣地，光纖2〇4離開 面的影像會聚焦於光纖224的離開面，而反之亦然。 利用此系統，由各光纖耦合的光將會傳經該二编合模 本紙張尺&過用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7 Φ . w A. -W -III — — — — — — — — — -11 1111 I 一so,» — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — I- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 524992 A7 B7 五、發明說明（10 ) 組200與220之間的自由空間區域240，並再導入在該自由 空間區域另一邊的對應光纖。有一散裝的光學構件242可 被設在該二耦合模組200與220之間，以操作導經該自由空 間區域240的光束。如前所述，該散裝光學構件並非被以 光纖的形式來運作，而可為一光學開關，或光學開關的陣 列，一立體的光調變器，一隔離器、一循環器、濾光器、 或一些其它的散裝光學構件。該等耦合模組200與220的間 B 距乃可被調整，以補償穿過該散裝光學構件242的光徑， 因此各耦合模組200與220的共軛平面乃可保持重合一致。 在一特別的實施例中，該等耦合模組200與220係被製 成相同的。換言之，該等第一透镜206與226具有相同的焦 距fl(或一 GRIN透鏡之節距），該等第二透鏡208與228具有 相同的焦距f2，且在各耦合模組中第一與第二透鏡之間的 距離d亦為相同。當該第一與第二耦合模組為相同時其優 點係，焦聚於第二組光纖之光束的大小乃與第一組光纖所 g 發射的光束大小完全相同，且反之亦然。此等對稱設計之 另一優點係其製造與組合過程可以簡化。 若各耦合模組200與220所形成的影像並未重合於同一 影像平面BB時，則由一組光纖傳至另一組光纖的光耦合 效率將會減低。而且，為了將光能從第一組光纖有效地移 動至第二組光纖，及使反向操作亦然，各組光纖的幾何排 列最好能互相對應。例如，若該等耦合模組200與220相同 而產生對稱的影像由一組光纖傳至另組光纖，則使一光纖 ，例如光纖202相對於光軸之侧向位移方向位置，與其所 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） III ---I----^ --------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 13 524992 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（11 ) 對應的光纖，例如光纖222完全相同，乃是很重要的。但 疋’並無需要該等輕合模組220與200係為相同的。 該等光纖並不一定要以一維的方式耦合於該耦合模組 。該等光纖亦可以二維的方式來耦合。不同光纖之間的間 隔乃可為規則的，例如在一陣列中，或亦可為不規則的。 通窄’在該系統兩邊的對應光纖係相對於該光軸來定位， 俾互相傳送及接收光。因此，假使設在一耦合模組中的一 組光纖被排列成，例如4 X 4的陣列。則設在另一搞合模組 中的一對應光纖亦應形成4X4的陣列。在各陣列中各光纖 之間的間隔係可不同，乃視各輕合模組2〇〇與220的光學性 質而定。雖然最好是，在一光纖維中之光纖可較有利地環 繞該光軸而呈對稱地排列，但對稱排列並非必要的條件， 該荨光纖亦可繞該光轴被不對稱地排列。而且，在該系統 兩邊的光纖並不需要一對一地對應。因此，其可只將一搞 合模組之一光束耦合於另一輕合模組，儘管該各耦合模組 具有多數光徑。

另一自由空間裝置的實施列乃示於第2B圖中。該光 搞合模組係與第2 A圖所示者相同，但在該裝置的每一邊 各有四光鐵被輕合’而非為二光纖。此外，各組光纖中的 光徑乃被簡化地繪出，而不再示出光束的寬度。各光纖係 可被視為一對該裝置輸入與輸出之埠。其中可見在該裝置 左邊的埠202A具有一光徑耦合於在該裝置右邊的埠222A 。同樣地，在該裝置左侧之各埠202B、202C、202D皆具 有光徑耦合於該裝置右側的各對應之埠222B、222C、222D 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -14 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 524992 A7 B7 五、發明說明（12 ) 等。該圖中所示的裝置亦含有固裝構件，可將各光學構件 之相對位置固定。雖所示之固裝構件係為圓筒狀，但其並 非作為本發明之限制，而該固裝構件亦可具有非圓形的截 面，例如正方形。 在各埠202A〜202D的光纖係靠抵著GRIN透鏡206之 輸入面205。各光纖則由一固設在第一固定環254中的夾頭 252所固定。在各埠202A〜202D的光纖會由各孔256穿過 該夾頭252，而可被以例如環氧樹脂或其他適當黏劑固定 於該夾頭内。該夾頭252與GRIN透鏡206亦可被以環氣樹 脂或其它適當黏劑固定於該第一固定環254中。在各埠 202A〜202D之光纖的末端，及該GRIN透鏡206的輸入面 ，乃可被研磨一小角度，例如8° ，且可被塗以抗反射膜 以減少回反射。 該耦合模組200係設有該第一固定環254與該第二透鏡 208，其各被固設在一模組環258中。該第一固定環254與 第二透鏡208亦可被以環氧樹脂，或以任何其它適當的方 法，例如另種黏劑或焊接來固裝。組合時，該第二透鏡208 係先被固裝在該模組環258中，然後該第一固定環再被置 入該模組環258内。該GRIN透鏡206與第二透鏡208的間距 乃可被調整，直到通過該第二透鏡的光徑平行為止。一種 確保該等光徑平行的方法係，在調整GRIN透鏡206與第二 透鏡208的元件間距時，以一鏡子測量其回反射至各光纖 中的光量。當在各光纖中之回反射的程度於該相同之元件 間距為最佳時，該自由空間的光束即可視為平行。當該鏡 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------t-------- — ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 524992 A7 --- ---Β7 ___ 五、發明說明（13 ) 子被置於該耦合模組的共轭平面時，回反射光的程度會更 為理想。嗣該第一固定環254會被以環氣樹脂、黏劑、焊 接或一些其它適當方法，來固定在能產生平行光束的位置 〇 然後’ 一相同的模組200與220會被放入一外筒260中 ’而被该散裝光學構件242所分開。該二模組2〇〇與220之 間的相對定位，及模組間的間距，乃被設成在該等模組2〇〇 與220之間達到最大的光耦合。當第一模組2〇〇的影像平面 與第二模組220的影像平面重合時，乃可達到最佳的模組 間距，如上所述。嗣後等模組2〇〇與220會被以最佳的相對 方位及模組間距固定在該外筒中的定位上。該等模組2〇〇 與220亦可用環氧樹脂、黏劑、焊接或任何其它適當方法 來固定。 试散裝光學構件242乃可如圖所示設於該外筒260中， 或可在一模組被插入該外筒260之前，固裝於該模組上。 就一諸如所示之組合物的構件，通常係對使用者提供 光纖引線來耦合該光纖系統，而例如以融接方式，利用一 連接器，或以一些其它適當方法等來耦合。因此該等光 202A〜202D及222A〜222D等，乃可為光纖引線而被牢固 地連結於整個組合物270。但是，此並非該裝置之一限制 ，該光纖系統之光纖亦可直接耦合於該自由空間輕合裝置 270之第一聚焦元件。 該等組合物乃可非常精巧緊密。在本發明之一些實施 例中，該等GRIN透鏡206與226僅具有幾^^^的長度，而第 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公髮 ---1----^---------^ AW. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 16 524992 A7 B7 五、發明說明（14 ) 二透鏡具有約2〜10mm的焦距。因此，該裝置之整體長度 ，即介於該等GRIN透鏡之間的長度，可在約8〜40mm左 右的範圍内，雖然亦可製成更大或更小的裝置。 應請瞭解的是，組裝耦合模組及固定模組以造成一自 由空間耦合裝置的其它方法，亦可被使用，本發明並不受 限於在此所示之該等方法。例如，該等耦合模組得被以可 調整的固定物分開地固設在一工作枱上，以提供調準各耦 ® 合模組之平行光束所須自由度。 不同的自由空間耦合裝置之實施例乃被示於第3A〜 3C圖中。在第3A與3B圖中所示的實施例，各耦合模組之 光軸並不與其他耦合模組的光軸重合。在一實施例中有一 耦合模組的光軸被相對移轉至其它者，乃示於第3 A圖中 。各耦合模組300與320係僅以示意形態示出。該第一耦合 模組300具有二輸入光纖302與304，而產生二輸入光束312 與314平行於該第一模組300的光轴310。同樣地，該第二 φ 耦合模組300具有二輸入光纖322與324,及二光徑332與334 平行於該第二模組320的光轴330。 該散裝光學構件342係被設在該二耦合模組300與320 之間的自由空間340中。該散裝光學構件342會移轉通過的 光束，而不會改變其傳送方向。因此，光束會沿著光徑3 12 輸入該散裝光學構件342，而沿著光徑332輸出，反向亦同 。而且，沿著光徑314輸入的光束，會沿著光徑334輸出。 反向亦同。因此，一可偏導通過之光束的散裝光學構件342 乃可被該自由空間裝置所容設，而使該等模組之光軸310 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） ---------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 言 Γ 524992 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（15 ) 與330的偏差’係等於該散裝光學構件在橫向立體地移動 通過的光束之偏移量。 在第3B圖所示的實施例中，該等耦合模組3〇〇與32〇 係相同於第3 A圖中所示者。但是，在此例中，該散裝光 學構件392會以一角度Θ偏導通過的光束，例如以一鏡子 391來反射光束。為了配合此狀況，該等光軸31〇與33〇之 相對角度乃被設成（9。因此，在第一輕合模組3〇〇的光徑312 被該散裝光學構件392再導向之後，其光徑會重合而反平 行於該第二耦合模組320的光徑332。 在第3C圖所示的實施例中，該散裝光學構件38〇含有 一部份反射平面3 82，其可將通過的光束部份地反射，或 可只將某些通過的光全部地反射。所示之反射器3 8 2係可 將全部通過的光部份地反射。一第一耦合模組3〇〇具有輸 入光纖3 02與304，會各別產生平行光束312與314。有一部 份的光束312會被該反射器382透射形成光束332，而輕合 於第一輕合模組3 2 0。該光束3 12被反射的部份則會被該反 射器382形成光束372而導至第三耦合模組360。同樣地， 光束314的一部份會被反射器382透射形成光束334,而耦 合於第一搞合模組320。光束314的反射部份會被該反射器 3 82形成光束374，而被導入第三耦合模組36〇中。該等光 束332、334、372、374嗣將分別耦合於在耦合模組32〇與36〇 中之各光纖332、324、362、364等。尚請瞭解的是光亦能 以反向’由該第^一與第二輪合模組320與360搞合於第一輕 合模組300中。在此實施例中，最好是該三個耦合模組3〇〇 >紙張尺度ί用中國國家標準（CNS)A4規^各(210 X 297公爱）~ -： --- -18 - --------------------訂---------線 *^1^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 524992 A7 B7 五、發明說明（16 ) 、320與3 60等之共軛平面係為重合，俾可使模組之間保持 有效率的搞合。 應請瞭解的是，其它的構造亦可被使用，例如再加上 一第四耦合模組於第3C圖所示的T型實施例中，而造成一 X型的耦合器。 而且，所附加的耦合模組乃可用多數的部份反射器來 聯結，而使由單一模組發出的光可被耦合於許多的其它模 組。此乃示於第3D圖，其係示出一類似於第3C圖的系統 ，除了有一第二散裝光學構件380a隨附於第一散裝光學構 件380之後，及一第四耦合模組360a可接收從在該第二散 裝光學構件380a中之部份反射平面382a送來的光。該第二 耦合模組320係接受傳經該二散裝光學元件380與380a的光 。為提升由該第一耦合模組300至其它耦合模組320、360 、360a等之光耦合效率，在該第一耦合模組300與各其它 耦合模組320、360、360a之間的光徑長度，係大致等於該 第一耦合模組300與各模組320、360、360a等之影像距離 的和。例如，若所有耦合模組300、320、360、360a等之 影像距離為相同的dl，則由該第一耦合模組300至各其它 耦合模組320、360、360a等之光經長度，乃被設成大約兩 倍的dl，俾獲得較高的光耦合效率。因此，該第三耦合模 組360在圖中係相對於該第四耦合模組360a被向下位移， 俾能對該第一耦合模組300保持相同的光徑長度。 如上所述，本發明係可使用於光纖系統，並相信乃特 別有用於形成一自由空間傳導區域，而適於容設散裝光學 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------t---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19 W4992 五、 發明說明（17 ) 構件，其需要的是光的自㈣導，而非波導料。單— 合模組可被使用於多數光纖與一自由空間構件之間… ，不管是朝前或朝後的方向。背向裝置之二輕合模組乃^ 將-組光纖μ合於-自由空間光學構件，縣合於一第二 組光纖。雖然在該第一與第二組光纖之間可為一對一的對 應方式’但此並非必要的條件，且其亦可只將該第一組中 之一光纖麵合於第二組中之一光纖。 因此，本發明乃不應受限於上述之特例，而可瞭解應 涵蓋在所附中請專圍中所表達的全部發明概念。各種 修正’等效結構’及許多本發明可應用的構造等，皆可為 專業人士經參閱本說明書而容易得知。該申請專利範圍乃 期能涵蓋該等修正與裝置。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 20 524992 A7 B7 五、發明說明（18 元件標號對照 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 100.. .搞合模組 102、104...光纖 106.. .第一透鏡 108…第二透鏡 110.. .光袖 112、114…光徑 116、118...收束部 150.. .耦合模組 152、154…光纖 155.. .輸入面 156.. .第一透鏡 157.. .輸出面 158.. .第二透鏡 159…平面 160…光韩 162、164…光徑 166、168...收束部 200 ' 220…耦合模組 202、204…光纖 202A〜202D··.埠 205.. .輸入面 206.. .分度透鏡 208.. .非球面透鏡 210.. .光軸 212、214…光徑 216、218…收束部 222 ' 224…光纖 222A〜224D···埠 226.. .分度透鏡 228…非球面透鏡 232、234…光徑 236、238…收束部 240.. .自由空間區域 242.…光學構件 252.. .夾頭 254.. .固定環 2 5 6...孔 258···模組環 260…夕卜筒 270.. .組合物 300、320…耦合模組 302、304...輸入光纖 310.. .光轴 312、314…輸入光束 --------訂 - -------« (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 524992 A7 B7 五、發明說明（19 ) 322、324…輸入光纖 3 3 0...光轴 332、334...光徑 340...自由空間 342…光學構件 3 6 0...第三搞合模組 360a·.·第四搞合模組 372、374…光束 380…光學構件 380a...第二光學構件 3 82...部份反射平面（反射器) 382a...部份反射平面 391.. .鏡子 392.. .光學構件 400.. .搞合模組 402…光纖 404…光束 406.. .法拉第旋轉器 408.. .反射器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 524992 六、申請專利範圍 第8 8118 4 7 9號中請案申請專利範圍修正本 煩 請 委 員 明 示 本 案 修 正 後 是 否 變 更 原 實 質 内 容 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 90.04.19. 1. -種從-第-組光纖之輸出產生一組平行光束的方法 ，包含： 以一第一聚焦元件來將該等光纖輸出的光束引導 成交會一第一光軸；及 以一第二聚焦元件來將交會過第-光軸之後的輸 出光束平行化，而使該等光束實質上於自由空間中以 平灯方向傳導，且於該等光束經由該第二聚焦元件傳 導後，該等光束之收斂與發散皆小於自該等纖維離開 時之該等光束。 2·如申請專利範圍第旧之方法，更包含利用該第_與第 一聚焦几件來將該等光纖輸出面之影像轉送至一超過 該第二聚焦元件一距離處，而該距離約等於該第二聚 焦7G件的焦距。 3·如申料利範圍第旧之方法，更包含將該等光纖之輸 出面設在離該第一聚焦元件之輸入表面一大致相同距 離處。 4.如申請專利範圍第旧之方法，其中該第一聚焦元件係 為一 f 一分度（GRIN)透鏡，且更包含將該等光纖的輸 出面實質上設在該第一 GRIN透鏡的輸入表面上。 5·如申咐專利勒i圍第4項之方法，更包含將該等輸出光束 導至超過該GRIN透鏡之輸出面的一點處來交會該第一 光軸。 6.如申請專利範圍第旧之方法，其中以第二聚焦元件來 本紙張尺度綱+ ®國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 23 524992 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   、申請專利範圍 將輸出光束平行化係包括將該等輪出光束相對 一光軸平行化。 μ $ 7·如申請專利範圍第丨項之方法，更包含： ▲以一第三聚焦元件，將該等被平行化的光束導至 交會一第二光軸；及 利用一第四聚焦元件，將該等光束聚焦於一第二 組光纖之各光纖中。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該第二光軸係與第 一光軸重合。 9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該第四聚焦元件係 為一第二GRIN透鏡，並更包含以該等三聚焦元件將該 等被平行化的光束導至在該第二(^爪透鏡外部一點處 來交會該第二光軸。 10· —種將多數光纖輸出的光束平行化之裝置，包含： 一組合物可光耦合於該多數光纖而接收其所發送 的光；含有： 一第一聚焦元件設於一第一光軸上可接收由該多 數光纖輸出的光束，該第一聚焦元件具有一第一聚焦 能力而能將該等光束導至一第一交叉位置來交會該第 一光軸；及 一第二聚焦元件沿該第一光軸以一第一間距隔開 該第一聚焦元件而被定位以接受來自第一聚焦元件的 光束，該第二聚焦元件具有一第二聚焦能力，而該第 一間距係被设成可將由第一聚焦元件接收的光束平行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 24 、申清專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 二該二平行Γ光束傳導於自由空間中，且於經由 Μ第一聚焦凡件傳導 ^ Α 寺先束之收斂與發散皆小 於自該等纖維離開時之該等光束。 u•如申請專利範圍第10項 貝之哀置，更包含有多數的光纖 U該組合物，並合於該多數光纖以接收 其所發送的光。 12::請專利範圍第11項之裝置，丨中該等光纖引線的 輸出端係繞該第-光軸以-陣列均勾對稱地列設。 13 ’如申請專利範圍第 貝 < 威置，其中該等光纖引線的 ㊉出端係以大致相同的距離與該第一聚焦元件之一第 一面分開。 14.如申凊專利範圍第11項之裝置 觸接於該等第一聚焦元件。 15·如申請專利範圍第11項之裝置 以一維方式耦合於該組合物。 16·如申請專利範圍第11項之裝置 以二維方式耦合於該組合物。 17·如申請專利範圍第10項之裝置 力、第二聚焦能力及第一間距係被設成，可將一輸入 影像轉送至離開該第二聚焦元件一距離處，該距離大 致等於第二聚焦元件的焦距。 18·如申請專利範圍第10項之裝置，其中該第一聚焦元件 係為一GRIN透鏡，而輸入光纖的輸出端係耦合於grin 透鏡之一第一表面。 其中該等光纖引線係 其中該等光纖引線係 其中該等光纖引線係 其中遠等第一聚焦能 本’氏張尺度適用中國國家標準規格⑵⑽297公麗） 25 六、申請專利範圍 19·如申請專利範圍第18項之裝置，其中有一或更多的光 束與第一光軸的交又點係位於該GRIN透鏡外部。 2〇·如申請專利範圍第10項之裝置，其中該第二聚焦元件 乃被定位成可將光束平行化使之平行於該第一光軸。 21· 一種光纖自由空間耦合單元，可耦合於多數光纖，包 含： 二耦合模組可耦合於該等多數光纖，以接收由其 傳送的光束，各耦合模組含有： 一第一聚焦元件設於一模組光軸上，具有一第一 聚焦能力可將該等光束導至交會該模組光轴；及 一第-聚焦it件沿該模組光軸以_元件間距隔開 該第-聚焦元件而被定位於接收來自第一聚焦元件的 光束，該第二聚焦元件具有一第二聚焦能力，而該元 件間距係被設成可將由第—聚焦元件接收的光束平行 二 π m吓饭疋仅成使該4 f ί慧f f ί費合作社印 聚焦元件相對，且至少有一由該第—耦合模组; 化的光束之-光徑，係重合而反平行於至少一由1 =模組平行化的光束之一光徑，該等平行輸: 束傳導於自由空財H經由”二聚焦元件傳 後’㈣光束之Μ與錄皆切 纖維時之收斂與發散。 東離開该 22.如申請專利範圍第幻項之單元’其中該第— 之模組光麵係與第二輕合模組之模組光轴重合。口“ X 297公釐) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)J[4規格（冗 524992 A8 B8 C8 D8

   、申請專利範圍 23.如申請專利範圍第21項之單元，更包含第一與第二組 的光纖引線分別連接於該第一與第二模組，而可麵合 於該等多數光纖。 24·如申請專利範圍第2〗項之單元，其中該第一耦合模組 之模組光軸係平行於第二耦合模組之模組光軸，且相 對橫向偏移。 25·如申請專利範圍第21項之單元，其中每一模組各具有 一共軛平面以一影像距離與其第二聚焦元件分開，該 影像距離係由該第一聚焦&力，第二聚焦能力與元件 間距所決定者。 組 26·如申請專利範圍第25項之單元，其中該第一與第二 合模組之影像距離係大致等於該第一與第二耦合模 之各第二聚焦元件的焦距。 等 27. 如申請專利範圍第25項之單元，其中該第一與第二 合模組之第二聚焦元件係以—距離分開，該距離係 於第一與第二耦合模組之影像距離的和。 組 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 28. 如申請專利範圍第21項之單元，丨中該第一麵合模π 之第:聚焦能力、第二聚焦能力與元件間距’係分別 大致等於第二耗合模組之第一聚焦能力、第二聚焦能 力與元件間距。 29. 如申請專利範圍第21項之單元，纟中在該第一與第二 耦口模組之各第二聚焦元件間的模組間距，係大致等 於該第一與第-知人4替h Μ 弟一耦口模組之各第二聚焦元件的焦距 和。 27 524992 六、申請專利範圍 3〇·如申請專利範圍第21項之單元，1包含一光束偏導元 件位於該第一與第二耦合模組的第二聚焦元件之間， 乃被設來用將平行於第一光軸的光偏導成與第二光軸 平行。 31·如申請專利範圍第21項之單元，更包含一光循環元件 介於該第一與第二耦合模組之間。 32. 如申請專利範圍第21項之單元，更包含—滤光器介於 該第一與第二耦合模組之間。 33. 如申請專利範圍第21項之單元，更包含一光學開關介 於該第一與第二模組之間。 34·—種使一組光纖的輸出產生一組平行光束之單元，包 含有： 可將由該等光纖輸出之光束導至交會一第一光軸 的裝置；及 可將該等輸出光束平行化的裝置，能使該等光束 在與第-光軸交會之後於自由空間内以平行方向傳送 35.- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 種控制光束傳導通過多數的光纖之單元，包含·· 多數的第一光纖； 多數的第二光纖，·及 二搞合模組分軸合於該多數的第—光纖與第二 光纖，各福合模組含有： 一第一聚焦元件設於一模組光軸上，具有—第一 焦距可將來自-對應光纖組的光束導至交會該模組光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 28 524992 申請專利範圍 軸；與 該第聚焦元件沿該模組光軸以—元件間距隔開 …件的先束，該心;二=- =間㈣被設成可將接收自第_聚4元件的先束 其中該第一耗合模組之第一焦距 第二焦距及元 件間距，係分別相同於第二輕合模組之第一焦:距 =距及元件間距，該第一與第…模組:被定: 成使二相對的第二㈣元件以—㈣分開，而該距 約等於該第—模組的第二聚焦元件之焦距的兩倍， 该第-與第二麵合模組乃被分別設成，由於該第 合模組平行化光束的光徑，係各重合於該第二輕合模 組之平行化光束的光徑’且料平行輪出光束傳導 自由空間中’於經由該第二聚焦元件傳導後，該等无 束之收敛與發散皆小於該等光束離開該等纖維時 斂與發散。 36.如申請專利範圍第1項之方法 提供輸入平面之一放大影像c 第

   離 且 訂 於光 線 其中該等平行輸出光束 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（21〇 X 297公釐