TWI229754B - Optical filter module and method of manufacturing same - Google Patents

Description

1229754 A7 ___Β7________ 五、發明説明（1 ) I：發明所屬之技術領域：3 技術領域’ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種組裝有各種光學過濾器之光通信 用的濾光器模組與其製造方法。 C先前技術3 習知背景 於使用光纖之光情報通信系統中，藉由光纖之放射、 吸收等使光衰減。再使用光纖放大器作為用以放大此衰減 之光的系統。光纖放大器不將光信號轉換成電信號亦可輸 出放大，所以成為光通信網路中不可欠缺之系統。於第8 A 圖中顯示系統構成之一例。光纖放大器係由光分離器53、 塗上餌之光纖51、於激勵用雷射光中所使用之泵激雷射 54、輸出監控用之光電二極管52,及用以調整增益（放大） 之過濾器55所構成。泵激雷射54之波長係使用於單一型纖 維中波長為1.48μπι者。 塗有铒之光纖51係如第8Β圖之特性Α所示，於放大增 益時具有頻率依存性。因此，將具有與特性A相反特性之 特性B的過濾器55插入光輸出放大後之傳送路線，必需使 放大增益如特性C般平坦化。該過濾器55稱為增益平坦化 過濾器。通常，過濾器55係插入光纖之間，當作呈一體化 之模組使用。第8圖顯示該模組之構造，光纖56、平行校正 用及集光用之透鏡57，及增益平坦化過濾器58，在調整其 光軸後係被安裝並密封於金屬殼體59中。 於使用上述之透鏡的習知型光通路連接方法與過、慮 " · - - 本紙張尺度適用中國國家標準（) A4規格（210X297公釐) I一"-—-- 1229754 A7 B7 五、發明説明（ 器插入方法中’對透鏡本身之大小與焦點而言，必要之光 通路透鏡間距是不可或缺的。因此，模組全體不能小於一 定之尺寸。 又，木但光通路之連接必須非常正確地連接各光通 路，而且使用透鏡之模組於進行其調整時也會花費不少成 本與時間，因此缺乏生產性。 對於上述课題之一解決方法係提供在日本專利第 3175814號公報上’其構成圖係顯示於第9a圖、9B圖。此 為反射型波長分割多重用合分波器之例，即形成過濾器插 入凹槽使其與矽底板上製作之埋入型光波導路相交叉，並 插入多層膜過濾器，而呈一體化者。 於矽底板3 1上之包覆材料部32以導光之通路作為波 導路而形成於一面，並形成過濾器插入凹槽36使其與波導 路交叉。藉此便不需要調整輸入用波導路33、輸出用波導 路35、34之光軸。進而，令多層膜過濾器（以下簡稱過濾 器）37之寬度為W、膜厚度為Df、彎曲曲率半徑為尺，且過 濾器插入凹槽36之寬度為Dg，並設定過濾器插入凹槽36之 寬度Dg，及過濾器37之彎曲曲率半徑R為滿足 R< W2/8(Dg-Df) 的關係。藉此，提出一種利用過渡器3 7之彎曲而可確 實固定在過濾器插入凹槽36内之構造。即，提出一種藉埋 入型光波導路製作光之波導路線，於其路徑中插入各種過 濾器而呈一體化之模組構造者。 然，此方式中，過濾器37必定會有大於一定之f曲曲 本紙張尺度適用中國國家標準（°^) Α4規格（2〗〇Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ— 1229754

率，因此於安裝時—偏移的話，往過滤it 37之人射角亦會 大幅度偏移。X，於光波導路線使魏人型波導路時，於 過濾器插入凹槽36中必然會因波導路35、33與多層膜過濾 為37之彎曲而形成間隙。由於該間隙，來自波導路％、μ 之光擴散、彳貝耗。又，機械式地保持具有彎曲之零件並使 其插入微小凹槽是相當困難的，於製造方面亦不利。 C發明内容】 發明之揭示 本务明k供一種濾光器模組，即製作與於平面底板上 存在之光通路父又的過滤、器插入凹槽，且於該過據器插入 凹槽插入過濾器，並以蓋體覆蓋光通路使其固著於平面底 板者。 · 圖式之簡單說明 第1A圖係顯示於本發明實施型態1之濾光器模組構造 的平面圖。 第1B圖係本發明實施型態1之濾光器模組的側面圖。 第1C圖係本發明實施型態1之濾光器模組的截面圖。 第2 A圖到第2D圖係顯示於本發明實施型態1之濾光器 模組構造中的濾光器插入凹槽形狀之截面圖。 第3 A·圖係顯示於本發明實施型態2之濾光器模組構造 之一例的平面圖。 第3B圖係於本發明實施型態2之濾光器模組的侧面 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— 圖 第3C圖係於本發明實施型態2之濾光器模組的截面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 6 1229754 A7 *------------ 五、發明説明（4 ) 圖。 第4A圖到第4G圖係於本發明實施型態3之濾光器模組 的製造方式之說明圖。 第5八‘圖到第5G圖係於本發明實施型態4之濾光器模組 的製造方法之說明圖。 第6A圖到第6F圖係於本發明實施型態5之濾光器模組 的製造方法之說明圖。 第7A圖到第7F圖係於本發明實施型態6之濾光器模組 的製造方法之說明圖。 第8 A圖係習知之例的光放大器系統之構成圖。 第8B圖係習知之例的光放大器系統之特性圖。 第8C ΪΙ係習知之濾光器模組的截面圖。 第9A圖係習知之濾光器的安裝方法之說明圖。 第9B圖係第9A圖之主要部分放大圖。 【資施方式】 實施發明之最佳狀態 以下，參照圖面加以說明本發明之實施型態。此外， 附與相同符號給同樣構成之物，並省略詳細之說明。 (實施型態1) 第1A·圖係顯示於本發明實施型態丨之2芯濾光器模組 的俯視圖；第1B圖係顯示其侧面圖；第⑴圖係顯示其截面 圖。過濾器2係插入過濾器插入凹槽（以下簡稱凹槽）丨，並 以光學黏著劑6加以固著，且在形成於平面底板心主面： 的V型凹槽10與蓋體3之空間内設有用以形成光通路之光 本紙張尺度適用中國國家標準（QSJS) A4規格（21〇χ297公釐） -------------------費------------------訂---------------會. "·* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 1229754

A7 發明説明 製作濾、光器模組時，光通路不—定要與平面底板5呈 一體化’藉此可操作者之通用性大。x，使用如同光纖4 未與平面底板5成-體化者時，為了於平面底板5上固定光 纖4而製作精巧之V型凹槽1〇，將此作為用以固定光纖4時 之引導部·。為了與V型凹槽1G交叉而製作過滤器插入凹槽 1’並不會擾IL光纖4之光軸且可容易進行過濾器2之插入與 連接°進而’ S構造十分簡單，所以可將模組作成小型並 提昇生產性。 過濾器2係於諸如玻璃與聚醯亞胺等樹脂底板上將 Si〇2與Ta2〇5等絕緣薄膜多數積層者。 蓋體3與平面底板5係諸如玻璃與矽等，它們係與光纖 4之線膨脹係數相近者為佳，但使用樹脂系黏著劑（未圖示） 進行其固定時，可利用黏著劑之彈性來緩和因線膨脹係數 差而產生之應力。又，黏著劑使用光硬化性者時，以可透 光之材料為佳。 為了防止來自光纖4之端面的光分散，光學黏著劑6係 使用與光纖4中所使用之材料具有同等折射率者。於光纖4 中使用石英玻璃系時，光學黏著劑6之折射率亦盡量使用近 於石英玻璃之折射率1.44者為佳。 於平面底板5上形成用以安裝並固定光纖4iV型凹槽 1〇。藉將V型凹槽10之深度與角度加工至預定值，再以蓋 體3與平面底板5挾持，使光纖4於位置不偏移下之情形下安 裝。此外，V型凹槽10不僅可形成於平面底板5，亦可形成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 1229754 * A7 -------- B7 —_ 五、發明説明（6 ) ^蓋體3上。例如，令平面底板5與蓋體3之乂型凹槽ι〇的前 端角為(X、安裝之光纖4的半徑^、且v型凹槽1〇之深度為 d時，藉設定成 d:r/sin(a/2) 使光纖4之中心位於蓋體3與平面底板5之正表面上。 通常，因.為玻璃系光纖之光通路的包覆材料直徑為 125μηι，所以令v型凹槽1〇之前端角度為卯度，深度約為 180 μιη，並且藉由挾持於蓋體3與平面底板5，可確實固定 光纖4。此外，形成於蓋體3與平面底板5之乂型凹槽1〇的深 度與角度並不一定為同一形狀。形成於蓋體3之乂型凹槽1〇 的角度與深度係設定成大於在平面底板5之V型凹槽1〇安 裝光纖4時之光纖4由平面底板5之主面的突出量。藉此確實 地以蓋體3與平面底板5安裝並固定光纖。 又，形成於平面底板5之凹槽1係相對於光纖4以預定 角度Θ形成，這是為了防止由光纖4入射之光往過濾器2反 射。雖說係依波導之光的波長而定，但諸如以單一型光導 纖維波導波長為1.48μιη之光時，傾斜角Θ乃以5到1〇度左右 為佳。而傾斜角Θ未達5度時，反射之影響力變強；超過1〇 度的話，藉折射設定光軸變得困難且對過濾器2之特性造成 不良影響。 於本實施型態中，在一條光通路上製作一凹槽，並插 入濾過器·。因此，可簡化光通路之光軸調整，進而，因無 使用透鏡之必要，亦可簡化其構造。其結果是，使濾光器 模組全體小型化。 9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 1229754 A7 _ B7_ 五、發明説明（10 ) 插入凹槽1所產生之散射、反射，而有微小角度θ，然於第 3 Α圖中並未設置此微小角度0。而於第3Β圖之側面圖中以 在凹槽1設置微小角度Θ取代。因此，為了防止加工精確度 惡化，凹槽構造以構成如第2Β圖或第2C圖者為佳。除此之 外，與實施型態1有相同構造，即有同樣效果。在關於製作 夕功月b之濾光杰模組比設置2條以上之光通路更為可行此 點上亦同。 (實施型態3) 以下說明製作濾光器模組構造之方法。第4A圖到第4G 圖係依序顯示製作本發明之濾光器模組的順序之截面圖。 於第1步驟中，在第4A圖所示之平面底板5上，為了固 定形成光通路之光纖4而使其如第2B圖所示，於平面底板5 僅精巧地製作必要之數條V型凹槽10。其次，於第2步驟 中，相對於過濾器2之厚度而製作十分寬廣之過濾器插入凹 槽1 ’並使其與該精巧之V型凹槽1〇交叉。此時，如實施型 態1或實施型態2所示，凹槽1相對於光通路，偏移形成小於 直角之被V〗、角度0。具體而言為5到1 〇度左右，但可按照使 用之光的波長而改變。於以必要之任意角度所製作凹槽J 的壁面配合過濾器2，藉此可以經設計之任意角度固定過滤 裔2。凹槽1係由第2A圖到第2D圖所示之構造中，製作成最 合適之形狀者。 凹槽1之加工，諸如將立方晶體氮化硼或金剛石當作 研磨粒子，並使用成形為凹槽形狀之磨具且藉磨削加工而 形成，或使用喷砂等粉體加工。使用矽為平面底板5之材料 本紙張尺度適用中國國家標準（〇jS) A4規格（210X297公釐） 13 fi: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .、可| 1229754 A7 --_______B7 五、發明説明（11 ) 牯’ι亦可使用濕蝕刻或乾蝕刻。將凹槽丨之截面形狀加工成 /、型寸成形磨具之方式將有利於形狀之高自由度。 於第3步驟中如第4C圖所示，將光纖4設置於V型凹槽 10中此妗’光纖4之安裝部分係考慮安裝之精確度，並除 去被覆之包覆材料部為佳。此時，設定V型凹槽1〇之角度 及深度，使光纖4與平面底板5之主面有相同高度。又，藉 於光纖4使用核心直徑擴大光纖，來擴大光纖4之端面的光 點直徑，可減低光纖4間之透過損耗與結合損耗。此時，光 纖4之核心直徑設置成於凹槽丨之部分中的最大者。 其次，於第4步驟中如第4D圖所示，在平面底板5之主 面上將光學黏著劑6塗布於一面，再如第4E圖所示，將過 濾器2插入填充有光學黏著劑6之凹槽丨。此時，設定過濾器 2之大小，使所插入之過濾器2的上部一定會由平面底板5 之主面突出。又，使第2步驟所形成之凹槽1的内部填充有 光學黏著劑6。光學黏著劑6係藉由運用與使用光纖4的核心 材料之折射率相同者，來降低光纖間的結合損耗。又，使 光學黏著劑6硬化之方法，為使用紫外線等光的方法、加熱 方法等。使用光的方法有利於製造時間之縮短。 其次，於第5步驟中如第4F圖所示，由突出於凹槽1之 過濾器2的兩側移動蓋體3，並從兩側挾持且加以固定過據 器2。此時，藉著沿凹槽1之側面安裝蓋體3之一側側面，再 使過滤器2沿凹槽1之一側側面而安裝，並加以固定。藉此 不必同時將2塊蓋體3作位置配合，因此濾光器模組之製作 變得簡便。又，以某角度固定過濾器2時，固定住一侧之蓋 14 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 1229754 A7 __B7_ 五、發明説明（12 ) 體，即可容易調整其角度。進而有益於防止以另一側之蓋 體3加以挟持時之過濾、器2的破碎。挟持部分為過遽器2之突 出部分，但為了以蓋體3挾持，在過濾器2之強度上，過漁 器2之突出量係至少大於蓋體3之厚度的1/2為佳。又，過遽 器2產生彎曲時，藉突出量變長而增大蓋體3挾持之面積， 來矯正其彎曲。 又，過濾器2之形成底板若使用玻璃等材質，因其彈 性係數大，所以可有效防止應力產生之破碎。 最後辛第6步驟中如第4G圖所示，由蓋體3與平面底板 5之單側或兩側照射紫外線等光，加熱使其硬化而完成。如 此一來黏著劑6使用光硬化性黏著劑或熱硬化性黏著劑固 定蓋體3時，未施加機械的壓力即可固著，因此光纖4之光 軸不易偏移。又，可縮短安裝時所需之時間。 (實施型態4) 於第5A圖到第5G圖中，係顯示將光纖4固定於平面底 板5後，於平面底板5上製作過濾器插入凹槽1，且插入過滅 器2之順序。 在第1步驟中如第5A圖所示，於平面底板5之主面僅精 巧地製作必要之數條用以固定光纖4之V型凹槽1〇。此時， 設定V型凹槽10之角度及深度，使光纖4與平面底板$之主 面有相同高度。 在第2步驟中如第5B圖所示，於V型凹槽1〇中設置光纖 4。又，藉於光纖4中使用核心直徑擴大光纖，可擴大光纖4 之端面的光點直徑’並有效降低光纖4間的透過損耗與結合 15 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNs) A4規格（210X297公釐） 1229754 A7 B7 五、發明説明（14 ) 在第3步驟中如第6C圖所示，於平面底板5之主面將一 面塗上光學黏著劑6，於V型凹槽1〇僅設置輸出入任一者之 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 光纖4。 在第4步驟中如第6D圖所示，於凹槽丨插入過濾器2。 且’再將另一側之光纖4插入而使V型凹槽1 〇滑動。且將其 f上至過遽裔2 ’儘董使過滤^§ 2與光纖4間之間隙設置成狹 小者。藉此，可大幅度減少因散射、漫反射、折射率之變 化而產生之光的衰減。此時，藉於光纖4使用核心直徑擴大 光纖’可有效擴大光纖4之端面的光點直徑，並減低光纖4 間的透過彳貝耗與結合損耗。又’光纖4之核心直徑係設置成 於凹槽1之部分成為最大者。 於第6E圖、第6F圖所顯示之其後之步驟，係省略與實 施型態3相同者。 (實施型態6) 第7A圖到第7F圖係顯示已將光通路2〇埋入平面底板5 之時的順序。 如第7 A圖所示，如漫射玻璃波導路或聚合物波導路之 光通路20埋入平面底板5時，不必製作v型凹槽1〇。如第7B 圖所示對於光通路僅偏移小於直角之微小角度Θ，並相 對於過濾器2之厚度而製作十分寬廣之凹槽1。其次如第7C 圖所示，於平面底板5之上面塗布黏著劑6，再如第7D圖所 示插入過濾器2。此時，此固著材料6之折射率盡量選擇接 近於光通路20之折射率者。於凹槽1插入過濾器2後，如第 7E圖所示使配置於平面底板5上之2個蓋體3移動，並挾持 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -17 _ 1229754 A7 B7 五、發明説明（15 ) _ ' 過濾器2。此時，使用以固定過濾器2之角度成為預定之角 度。如第7F圖所示以要求之角度挾持過濾器2，藉光或熱 使其固著。 【圖式簡單說明】 第1A圖係顯示於本發明實施型態1之濾光器模組構造 的平面圖。 第1B圖係本發明實施型態1之濾光器模組的側面圖。 第1C圖係本發明實施型態1之濾光器模組的截面圖。 第2A圖到第2D圖係顯示於本發明實施型態1之濾光器 模組構造中的濾光器插入凹槽形狀之截面圖。 第3 A圖係顯示於本發明實施型態2之濾光器模組構造 之一例的平面圖。 第3B圖係於本發明實施型態2之濾光器模組的側面 圖。 第3C圖係於本發明實施型態2之濾光器模組的截面 圖。 第4A圖到第4G圖係於本發明實施型態3之濾光器模組 的製造方式之說明圖。 第5A圖到第5G圖係於本發明實施型態4之濾光器模組 的製造方法之說明圖。 第6A圖到第6F圖係於本發明實施型態5之濾光器模組 的製造方法之說明圖。 第7A圖到第7F圖係於本發明實施型態6之濾光器模、組 的製造方法之說明圖。 (請先閱讀背面之注意事項存蜞寫冬買〉 -fr— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 18 1229754 A7 B7 五、發明説明（16 ) 第8A圖係習知之例的光放大器系統之構成圖。 第8B圖係習知之例的光放大器系統之特性圖。 第8C圖係習知之濾光器模組的截面圖。 第9A圖係習知之濾光器的安裝方法之說明圖。 第9B圖係第9A圖之主要部分放大圖。 19 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 1229754 A7 B7 五、發明説明（17 圖式之主要元件代表符號表】 1、 3 6…過滤器插入凹槽 2、 37、55...過濾器 3.. .蓋體 4、51、56…光纖 5.. .平面底板 6.. .光學黏著劑 10·..V型凹槽 31.. .矽底板 3 2...包覆材料部 33、34、35·"波導路 52.. .光電二極管 53.. .光分離器 54…泵激光器 57.. .透鏡 58…放大平坦化過濾器 59…金屬殼體 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1229754 六、申請專利範圍 b v 第91122876號專利申請案申請專利範圍修正本幻年^月2曰 1. 一種濾、光器模組，包含有： 光通路； 平面底板，係形成有與前述光通路相交叉之過濾 器插入凹槽者； 過’慮器，係插入前述過渡器插入凹槽者；及 蓋體，係覆蓋前述光通路，並固著於前述平面底 板上，俾挾住前述過濾器； 且與前述平面底板之主面垂直之方向上，設有一 前述光通路與過濾器所構成之角度。 2·如申請專利範圍第1項之濾光器模組，其中前述光通 路係具有交叉部，且前述過濾器插入凹槽與前述交叉 部交又。 3·如申請專利範圍第1項之濾光器模組，其中前述光通 路係光纖。 4·如申請專利範圍第1項之濾光器模組，其中前述光通 路係核心直徑擴大纖維。 5·如申請專利範圍第4項之濾光器模組，其中與前述過 濾器插入凹槽之壁面相對之前述光通路的端面，為前 述核心直徑擴大纖維之核心直徑擴大部。 6·如申請專利範圍第1項之濾光器模組，其中前述過濾 插入凹槽之底部為從兩側之凹槽壁面到底面呈錐面 形狀者。 7·如申請專利範圍第1項之濾光器模組，其中前述過濾

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   、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 器插入凹槽之底部呈V形狀者。 申明專利範圍第丨項之濾、光II模組，其巾前述過慮 器插入凹槽之底部呈半圓形狀者。 9. Μ請專利範圍第Μ之滤光器模組，其中前述過遽 器插入凹槽之底部為從一側之凹槽壁面到另一側之凹 槽壁面呈錐面形狀者。 10. 如申請專利範圍第i項之濾光器模組，係沿前述過遽 為、插入凹槽之任一側的凹槽壁面固定前述過濾器者。 U.如申請專利範圍第1項之濾光器模組，其中具有多數 前述蓋體，且以前述多數蓋體挾持前述過濾器之由前 述過濾器插入凹槽突出之部分。 12·如申請專利範圍第10項之濾光器模組，其中前述過濾 裔之由前述過濾器插入凹槽突出之部分為前述蓋體厚 度之1/2以上者。 13·如申請專利範圍第丨項之濾光器模組，其中前述光通 路與别述過濾器所構成之角度為5度以上1 〇度以下 者。 14.如申請專利範圍第丨項之濾光器模組，其中前述平面 底板與前述蓋體之至少任一側係設有用以載置前述光 通路之V型凹槽。 15·如申請專利範圍第1項之濾光器模組，係使用任一種 光硬化型黏著劑或熱硬化型黏著劑來固著前述蓋體與 前述平面底板者。 16· —種濾光器模組之製造方法，包含有：

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   1229754 A8 § 六、申請專利範圍 形成過濾器插入凹槽，使其與形成於平面底板之 光通路交又的步驟； 將過濾器插入前述過濾器插入凹槽的步驟； 移動配置於前述平面底板之2個蓋體中之任一 者，且以‘述蓋體挾持並支持前述過濾器中由前述過 濾器插入凹槽突出之部分的步驟；及 使前述蓋體固著於平面底板上的步驟。 •如申w專利範圍第16項之濾、光器模組之製造方法，更 具有於平面底板上形成V型凹槽之步驟，及於前述v 型凹槽形成光通路之步驟者。 18 · —種濾光器模組之製造方法，包含有： 於平面底板上形成V型凹槽之步驟； 形成過濾器插入凹槽，使其與前述V型凹槽交叉 之步驟； 形成光通路，使前述V型凹槽各端皆與前述過濾 器插入凹槽一致之步驟； 將過濾器插入前述過濾器插入凹槽之步驟； 移動配置於前述平面底板之2個蓋體中之任一 者，且以前述蓋體挾持並支持前述過濾器中由前述過 濾器插入凹槽突出之部分的步驟； 使前述蓋體固著於平面底板上的步驟。 . , --------訂---------線-y (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) C 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 23