TWI453483B - 光通訊組件及應用其之光通訊封裝模組 - Google Patents

Description

光通訊組件及應用其之光通訊封裝模組

本發明是有關於一種光學組件及應用其之封裝模組，且特別是有關於一種光通訊組件及應用其之光通訊封裝模組。

隨著科技的進步，發展出一種光通訊技術。光通訊技術是利用調變(modulation)後的光線攜帶數位資訊，再透過光纖(optical fiber)來傳遞資訊。

光纖傳遞速度比電子快上好幾倍，且光纖傳遞的準確率也比無線電波高，因此光通訊技術已經成為科技發展上的重要方向。

在一種光通訊技術上，需要將雷射二極體之雷射光聚焦於光纖上。目前係採用球狀之光學耦合元件來聚焦雷射光。當光學耦合元件之半徑為250微米時，耦合效率高於80%的焦距容忍誤差為1980微米。光學耦合元件之半徑與焦距容忍誤差之變化曲線的斜率大約是17.4。

然而，焦距容忍誤差僅有1980微米，在製造過程中，必須精準地控制對位距離，否則將產生極高的產品不良率。

本發明係有關於一種光通訊組件及應用其之光通訊封裝模組，其利用光學耦合元件之設計來提高焦距誤差容 忍度。

根據本發明之一實施例，提出一種光通訊組件。光通訊組件包括一雷射二極體、一光波導及一光學耦合元件。雷射二極體用以發出一雷射光。光學耦合元件設置於雷射二極體及光波導之間且位於雷射光的光路徑上。光學耦合元件包括一透鏡體及二平凸透鏡。透鏡體具有一光入射面及實質上平行於光入射面的一光出射面。光入射面與光出射面係為平面。此些平凸透鏡分別設置於透鏡體之光入射面及光出射面。

根據本發明之一實施例，提出一種光通訊封裝模組。光通訊封裝模組包括一承載組件及一光通訊組件。承載組件包括一底板、一第一組裝板、一第二組裝板及一第三組裝板。第一組裝板、第二組裝板及第三組裝板設置於底板上。第二組裝板設置於第一組裝板及第三組裝板之間。光通訊組件包括一雷射二極體、一光波導及一光學耦合元件。雷射二極體用以發出一雷射光。雷射二極體設置於第一組裝板上。光波導設置於第三組裝板上。光學耦合元件設置於第二組裝板上且位於雷射光的光路徑上。光學耦合元件包括一透鏡體及二平凸透鏡。透鏡體具有一光入射面及實質上平行於光入射面的一光出射面。光入射面與光出射面係為平面。此些平凸透鏡分別設置於透鏡體之光入射面及光出射面。

根據本發明之一實施例，提出一種光通訊組件。光通訊組件包括一雷射二極體、一光波導及一光學耦合元件。雷射二極體用以發出一雷射光。光學耦合元件設置於雷射 二極體及光波導之間且位於雷射光的光路徑上。光學耦合元件包括一透鏡體及二平凸透鏡。透鏡體具有一長度L及一焦距容忍誤差△Z。透鏡體之長度L增量△L時，透鏡體具有一更新焦距容忍誤差△Z’。長度L、焦距容忍誤差△Z、增量△L及更新焦距容忍誤差△Z’之關係式為：△Z’=(△Z/L)×250+19.1*△L。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉各種實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。此外，實施例中之圖式係省略部份元件，以清楚顯示本發明之技術特點。

請參照第1圖，其繪示光通訊組件100之示意圖。光通訊組件100包括一雷射二極體110、一光波導(optical waveguide)130及一光學耦合元件120。雷射二極體110用以發出一雷射光L1。光波導130用以傳輸光訊號，例如是光纖(optical fiber)、平面波導(planar waveguide)或矩形波導(rectangular waveguide)。光學耦合元件120設置於雷射二極體110及光波導130之間且位於雷射光L1的光路徑上，用以將雷射二極體110之雷射光L1耦合至光波導130。光學耦合元件120之材質例如是石英或透明塑膠。

在一種應用中，可以根據一數位訊息碼的內容控制雷 射二極體110，以對應地射出一組調變後的雷射光L1。雷射二極體110射出之雷射光L1透過光學耦合元件120耦合至光波導130後，即可將雷射光L1傳遞至遠處。遠處之接收器則可再將雷射光L1反向解碼回數位訊息碼。

如第1圖所示，光學耦合元件120包括一透鏡體122及二平凸透鏡121、123。透鏡體122具有一光入射面122a及實質上平行於光入射面122a的一光出射面122b。光入射面122a與光出射面122b係為平面。此些平凸透鏡121、123分別設置於透鏡體122之光入射面122a及光出射面122b。雷射光L1穿越平凸透鏡121、透鏡體122及平凸透鏡123後，將聚焦且成像於一預定點C1。光波導130之一接收面130a只需對應於此預定點C1即可順利接收雷射光L1。

在一實施例中，此些平凸透鏡121、123凸向二相反方向。平凸透鏡121朝X軸之正方向凸向雷射二極體110；平凸透鏡123則朝X軸之負方向凸向光波導130。平凸透鏡121、123之表面可以是半球面、一定比例的球面、半橢圓面、一定比例的橢圓面或拋物面。一定比例的球面例如是30%的球面。兩個平凸透鏡121、123之曲率半徑實質上相同。

透鏡體122係可為一圓柱體。透鏡體122之光入射面122a的面積與平凸透鏡121之接面121a的面積可以實質上相同，透鏡體122之光出射面122b的面積與平凸透鏡123之接面123a的面積可以實質上相同，使得所有進入平凸透鏡121之雷射光L1均能進入透鏡體122，並皆能繼續 進入平凸透鏡123。

在一實施例中，光學耦合元件120之透鏡體122及此些平凸透鏡121、123係為一體成型，以避免透鏡體122與平凸透鏡121、123之間形成反射、折射的現象。

請參照第2圖，其繪示第1圖之光通訊組件100設置於一承載板900之示意圖。一組光通訊組件100設置於承載板900上時，可以將雷射二極體110、光學耦合元件120及光波導130沿一直線排列於承載板900上，並且將雷射二極體110之中心軸、光學耦合元件120之中心軸及光波導130之中心軸對齊。如此一來，雷射二極體110射出之雷射光L1可以準直地射入光學耦合元件120，並耦合入光波導130內。

請參照第3圖，其繪示光通訊組件100之耦合效率與焦距之變化曲線圖。在一實施例中，雷射二極體110之雷射光L1的波長為1550奈米(nanometer，nm)，透鏡體122及平凸透鏡121、123之折射率係為1.52。當透鏡體122之長度L(標示於第1圖)為250微米(micrometer，um)時，耦合效率高於80%的焦距容忍誤差△Z(標示於第1圖)為2260微米；當透鏡體122之長度L為300微米時，耦合效率高於80%的焦距容忍誤差△Z為3150微米；當透鏡體122之長度L為350微米時，耦合效率高於80%的焦距容忍誤差△Z為4110微米；當透鏡體122之長度L為400微米時，耦合效率高於80%的焦距容忍誤差△Z為5130微米。

請參照第4圖，其繪示第3圖之光通訊組件100在透 鏡體122之長度L之增量△L與更新焦距容忍誤差△Z’之變化曲線圖。透鏡體122之長度L增加為長度L與增量△L之合時，透鏡體122具有一更新焦距容忍誤差△Z’，長度L、焦距容忍誤差△Z、增量△L及更新焦距容忍誤差△Z’之關係式(1)為：△Z’=(△Z/L)×250+19.1*△L…………………(1)

也就是說，透鏡體122之長度L的增量△L越多時，更新焦距容忍誤差△Z’也會越大。透鏡體122之長度L的增量△L與更新焦距容忍誤差△Z’之變化曲線的斜率大約是19.1。

相較於習知之球狀光學耦合元件，本實施例採用具有透鏡體122的光學耦合元件120可以獲得較大的更新焦距容忍誤差△Z’。並且本實施例之透鏡體122之變化曲線的斜率較大，所以採用透鏡體122的光學耦合元件120隨著透鏡體122之長度L的增量△L增加，可以快速增加更新焦距容忍誤差△Z’。

請參照第5圖，其繪示光通訊封裝模組1000之示意圖。在一實施例中，上述光通訊組件100可以透過一承載組件300封裝成一光通訊封裝模組1000。光通訊封裝模組1000包括承載組件300及至少一光通訊組件100。在第5圖之實施例中，光通訊封裝模組1000係以8個光通訊組件100為例做說明。

承載組件300包括一底板340、一第一組裝板310、一第二組裝板320及一第三組裝板330。底板340、第一組裝板310、第二組裝板320及第三組裝板330之材質可 以是矽材料、陶瓷材料、金屬材料、玻璃纖維或塑膠材料。第一組裝板310、第二組裝板320及第三組裝板330設置於底板340上。第二組裝板320設置於第一組裝板310及第三組裝板330之間。

如第5圖所示，各個雷射二極體110設置於第一組裝板310上，各個光學耦合元件120設置於第二組裝板320上，各個光波導130設置於第三組裝板330上。各個雷射二極體110、各個光學耦合元件120及各個光波導130相互對應。

第一組裝板310、第二組裝板320及第三組裝板330實質上垂直於底板340。並且，第一組裝板310、第二組裝板320及第三組裝板330實質上相互平行。如此一來，只要每個雷射二極體110之中心軸垂直於第一組裝板310，每個光學耦合元件120之中心軸垂直於第二組裝板320，且每個光波導130之中心軸垂直於第三組裝板330，則可使雷射二極體110之中心軸、光學耦合元件120之中心軸及光波導130之中心軸相互平行，而便於對準。

綜上所述，雖然本發明已以各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧光通訊組件

110‧‧‧雷射二極體

120、220‧‧‧光學耦合元件

121、123‧‧‧平凸透鏡

121a、123a‧‧‧接面

122‧‧‧透鏡體

122a‧‧‧光入射面

122b‧‧‧光出射面

130‧‧‧光波導

130a‧‧‧接收面

300‧‧‧承載組件

310‧‧‧第一組裝板

320‧‧‧第二組裝板

330‧‧‧第三組裝板

340‧‧‧底板

900‧‧‧承載板

1000‧‧‧光通訊封裝模組

C1‧‧‧預定點

L‧‧‧長度

L1‧‧‧雷射光

R220‧‧‧半徑

△L‧‧‧增量

△Z‧‧‧焦距容忍誤差

△Z’‧‧‧更新焦距容忍誤差

第1圖繪示光通訊組件之示意圖。

第2圖繪示第1圖之光通訊組件設置於一承載板之示意圖。

第3圖繪示光通訊組件之耦合效率與焦距之變化曲線圖。

第4圖繪示第3圖之光通訊組件在透鏡體之長度與焦距容忍誤差之變化曲線圖。

第5圖繪示光通訊封裝模組之示意圖。

100‧‧‧光通訊組件

110‧‧‧雷射二極體

120‧‧‧光學耦合元件

121、123‧‧‧平凸透鏡

121a、123a‧‧‧接面

122‧‧‧透鏡體

122a‧‧‧光入射面

122b‧‧‧光出射面

130‧‧‧光波導

130a‧‧‧接收面

C1‧‧‧預定點

L‧‧‧長度

L1‧‧‧雷射光

△L‧‧‧增量

△Z‧‧‧焦距容忍誤差

△Z’‧‧‧更新焦距容忍誤差

Claims (17)

1. 一種光通訊組件，包括：一雷射二極體，用以發出一雷射光；一光波導；以及一光學耦合元件，設置於該雷射二極體及該光波導之間且位於該雷射光的光路徑上，該光學耦合元件包括：一透鏡體，該透鏡體具有一光入射面及實質上平行於該光入射面的一光出射面，該光入射面與該光出射面係為平面；及二平凸透鏡，分別設置於該透鏡體之該光入射面及該光出射面；其中該透鏡體之長度係為250~400微米(micrometer，um)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光通訊組件，其中該些平凸透鏡凸向二相反方向。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光通訊組件，其中該光學耦合元件之該透鏡體及該些平凸透鏡係為一體成型。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光通訊組件，其中該些平凸透鏡之曲率半徑實質上相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光通訊組件，其中該透鏡體及該些平凸透鏡之折射率係為1.52。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光通訊組件，其中該透鏡體係為一圓柱透鏡體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光通訊組件，其中 該光波導係為一光纖、一平面波導及一矩形波導之其一。
8. 一種光通訊封裝模組，包括：一承載組件，包括：一底板；一第一組裝板；一第二組裝板；及一第三組裝板，該第一組裝板、該第二組裝板及該第三組裝板設置於該底板上，該第二組裝板設置於該第一組裝板及該第三組裝板之間；以及一光通訊組件，包括：一雷射二極體，用以發出一雷射光，該雷射二極體設置於該第一組裝板上；一光波導，設置於該第三組裝板上；及一光學耦合元件，設置於該第二組裝板上且位於該雷射光的光路徑上，該光學耦合元件包括：一透鏡體，該透鏡體具有一光入射面及實質上平行於該光入射面的一光出射面，該光入射面與該光出射面係為平面；及二平凸透鏡，分別設置於該透鏡體之該光入射面及該光出射面；其中該透鏡體之長度係為250~400微米(micrometer，um)。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光通訊封裝模組，其中該第一組裝板、該第二組裝板及該第三組裝板實質上垂直於該底板。
10. 如申請專利範圍第8項所述之光通訊封裝模組，其中該第一組裝板、該第二組裝板及該第三組裝板實質上相互平行。
11. 如申請專利範圍第8項所述之光通訊封裝模組，其中該些平凸透鏡凸向二相反方向。
12. 如申請專利範圍第8項所述之光通訊封裝模組，其中該光學耦合元件之該透鏡體及該些平凸透鏡係為一體成型。
13. 如申請專利範圍第8項所述之光通訊封裝模組，其中該些平凸透鏡之曲率半徑實質上相同。
14. 如申請專利範圍第8項所述之光通訊封裝模組，其中該透鏡體及該些平凸透鏡之折射率係為1.52。
15. 如申請專利範圍第8項所述之光通訊封裝模組，其中該透鏡體係為一圓柱透鏡體。
16. 如申請專利範圍第8項所述之光通訊封裝模組，其中該光波導係為一光纖、一平面波導及一矩形波導之其一。
17. 一種光通訊組件，包括：一雷射二極體，用以發出一雷射光；一光波導；以及一光學耦合元件，設置於該雷射二極體及該光波導之間且位於該雷射光的光路徑上，該光學耦合元件包括：二平凸透鏡；以及一透鏡體，具有一長度L及一焦距容忍誤差△Z，該透鏡體之該長度L增量△L時，該透鏡體具有一更新 焦距容忍誤差△Z’，該長度L、該焦距容忍誤差△Z、該增量△L及該更新焦距容忍誤差△Z’之關係式為：△Z’=(△Z/L)×250+19.1*△L。