TWI493896B - 光纖通訊裝置 - Google Patents

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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Description

光纖通訊裝置
本發明涉及通訊領域，尤其涉及一種利用光纖傳輸信號的光纖通訊裝置。
在先前技術中，光通訊傳輸技術常採用發光二極體為訊號源，並將其發出的光訊號導入至光纖中進行傳輸。惟，若光纖沿光線傳輸方向設置，會增加機構尺寸；若彎折光纖，則增加了系統的彎折損耗，影響光纖傳輸效率。
有鑒於此，提供一種結構緊湊且損耗低之光纖通訊裝置實為必要。
一種光纖通訊裝置，其包括一雷射光源，一複合透鏡，及一光纖。該雷射光源的出光方向基本垂直於一參照面。該複合透鏡包括一第一透鏡面，內反射面以及一第二透鏡面，該第一透鏡面具有一主光軸，該內反射面與該主光軸具有一銳角夾角，該第二透鏡面與該主光軸平行，該雷射光源發出的光線經該第一透鏡面入射並會聚後再經該內反射面反射至該第二透鏡面，並自該第二透鏡面出射。該光纖平行於該參照面，並位於該第二透鏡面的外側，用於接收自該複合透鏡出射的光線。
相對於先前技術，本發明提供的光纖通訊裝置通過該複合透鏡改 變光線傳播方向，使光線傳播至與光線出射方向垂直放置的光纖內，結構緊湊且插入損耗較低。
100‧‧‧光纖通訊裝置
10‧‧‧電路板
20‧‧‧雷射光源
30‧‧‧複合透鏡
40‧‧‧光纖
12‧‧‧外表面
31‧‧‧第一透鏡面
32‧‧‧內反射面
33‧‧‧第二透鏡面
34‧‧‧第三表面
41‧‧‧纖芯
42‧‧‧包覆層
圖1係本發明實施例提供的光纖通訊裝置的示意圖。
以下將結合圖式對本發明作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明實施例提供的光纖通訊裝置100包括一個電路板10，一個雷射光源20，一個複合透鏡30以及一束光纖40。
該電路板10具有一外表面12，以下各結構之位置描述均以該外表面12為參照面。該雷射光源20位於該外表面12。該雷射光源20可為垂直腔面發射雷射器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，其發出的光線基本垂直於該雷射光源20的頂面，在本發明中，出光方向亦基本垂直於該外表面12。
該複合透鏡30包括一第一透鏡面31，內反射面32及第二透鏡面33。
該第一透鏡面31對著該雷射光源20，為球形或者非球形凸面等，用於會聚光線，其具有一主光軸I。
該內反射面32位於該複合透鏡30的內部，與該主光軸I具有銳角夾角，本實施例中，該夾角為45度。當然，也可以根據實際需要設定為其他角度，例如30度，50度等銳角。該第一透鏡面31的焦點落在該內反射面32上或者附近。
該第二透鏡面33為一平面，與該主光軸I平行。在本實施例中，該複合透鏡30還具有與該主光軸I垂直的第三表面34，該第一透 鏡面31凸出於該第三表面34。
該雷射光源20發光角度小(參見雷射光源參數描述)，其發出的光線基本平行於該主光軸I，進入該複合透鏡30後會聚至該第一透鏡面31的焦點，即到達該內反射面32，光束因為會聚而縮小，落在該內反射面32的光斑面積縮小，然後經該內反射面32全反射或者反射至該第二透鏡面33，並自該第二透鏡面33射出，優選地，該出射光垂直於該第二透鏡面33以減少損失。
該光纖40平行該外表面12，並位於該第二透鏡面33的外側以盡可能多地接收出射光線。該光纖40包括一纖芯41和一包覆在該纖芯41外層的包覆層42。
設置該複合透鏡30後，該光纖40不必彎折即可接收光線，大大降低了光纖通訊裝置100的彎折損耗。
本實施例中，該第一透鏡面31為非球形凸面以較好地會聚光線。考慮到整個光纖通訊裝置100因設置該複合透鏡30會增加插入損耗，為進一步優化該光纖通訊裝置100的結構、傳輸性能，盡可能降低插入損耗，優選地，該光纖通訊裝置100的各元件或者元件之間需要同時滿足以下條件：(1)該雷射光源20的發光面積小於0.02mm*0.02mm；(2)發光角度不大於16度；(3)設該複合透鏡30的中心厚度為D1，設該第一透鏡面31的頂點與該雷射光源20的中心距為D2，則D1大於D2。
在符合上述條件的基礎上，不但複合透鏡30的曲率半徑(R)及二 次曲線係數(K)選值範圍擴大，即設計自由度較高，還可將插入損耗控制在-0.5dB以內。
一般地，用於光通訊的雷射光源的發光角度在6~11度之間。但在本發明中，經試驗驗證，在複合透鏡30的表面形狀等設計參數已經確定的情況下，僅改變雷射光源的發光角度，可以發現，即使雷射光源的發光角度由11度擴大到16度，插入損耗也可維持在-0.5dB以內，詳見表1。
上表除了說明雷射光源的發光角度大於或等於11度且小於或等於16度時也符合損耗要求之外，還可看出發光角度在5~10度之間時，插入損耗的變化量不超過0.1dB，因此可優選發光角度在5~10度之間的雷射光源。
一般地，為減少插入損耗，該複合透鏡30的厚度越薄越好。惟，由於雷射光源20具有一定的光發散面積，光纖40的孔徑較小，為了使雷射光源20在該複合透鏡30的傾斜的內反射面32上盡可能會聚，該複合透鏡30的中心厚度D1雖然較小，但仍然要大於該第一透鏡面31的頂點與該雷射光源20的中心距D2。另一方面，盡可能會聚雷射光還可以使光纖40容易對準該複合透鏡30的出射光位置，從而提高組裝良率。
理論上，該第一透鏡面31的頂點與該雷射光源20的中心距D2越小則光纖通訊裝置100的體積越小，惟，需要考慮以下因素：(1)光纖40的外徑；(2)光纖40與該外表面12之間距。根據模擬結果發現：優選地，該中心厚度D1與中心距D2之和不大於0.3mm，且該中心距D2至少為0.1mm時，插入損耗較低。
相對於先前技術，本發明提供的光纖通訊裝置100通過該複合透鏡30改變光線傳播方向，使光線傳播至與光線出射方向垂直放置的光纖40內，結構緊湊且插入損耗較低。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧光纖通訊裝置
10‧‧‧電路板
20‧‧‧雷射光源
30‧‧‧複合透鏡
40‧‧‧光纖
12‧‧‧外表面
31‧‧‧第一透鏡面
32‧‧‧內反射面
33‧‧‧第二透鏡面
34‧‧‧第三表面
41‧‧‧纖芯
42‧‧‧包覆層

Claims (9)

  1. 一種光纖通訊裝置，其包括：一雷射光源，出光方向基本垂直於一參照面；一複合透鏡，包括一第一透鏡面，內反射面以及一第二透鏡面，該第一透鏡面具有一主光軸，該內反射面與該主光軸具有一銳角夾角，該第二透鏡面與該主光軸平行，該雷射光源發出的光線經該第一透鏡面入射並會聚後再經該內反射面反射至該第二透鏡面，並自該第二透鏡面出射，該雷射光源發出的光線在該內反射面的光斑面積小於該雷射光源的發光面積，該複合透鏡的中心厚度D1大於該第一透鏡面的頂點與該雷射光源的中心距D2；以及一光纖，平行於該參照面，並位於該第二透鏡面的外側，用於接收自該複合透鏡出射的光線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光纖通訊裝置，其中：該第一透鏡面為非球形凸面，該雷射光源發出的光線基本平行該主光軸入射該第一透鏡面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光纖通訊裝置，其中：該雷射光源為垂直腔面發射雷射器，發光面積小於0.02mm*0.02mm，發光角度小於或等於16度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光纖通訊裝置，其中：該發光角度大於或等於5度，且小於或等於10度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的光纖通訊裝置，其中：該中心厚度D1與該中心距D2之和小於或等於0.3mm，且該中心距D2至少為0.1mm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光纖通訊裝置，其中：該參照面為一電路板的外表面，該雷射光源位於該外表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光纖通訊裝置，其中：該第一透鏡面為球形凸面，該雷射光源發出的光線基本平行該主光軸入射該第一透鏡面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光纖通訊裝置，其中：該夾角為45度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光纖通訊裝置，其中：該第一透鏡面的焦點位於該內反射面或者該內反射面附近。
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