TWI515465B - 光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組 - Google Patents

光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組 Download PDF

Info

Publication number
TWI515465B
TWI515465B TW103119105A TW103119105A TWI515465B TW I515465 B TWI515465 B TW I515465B TW 103119105 A TW103119105 A TW 103119105A TW 103119105 A TW103119105 A TW 103119105A TW I515465 B TWI515465 B TW I515465B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
optical
incident
lens
angle
Prior art date
Application number
TW103119105A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201541134A (zh
Inventor
蔡昭宏
羅建洪
蘇立杰
林昌省
Original Assignee
祥茂光電科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 祥茂光電科技股份有限公司 filed Critical 祥茂光電科技股份有限公司
Publication of TW201541134A publication Critical patent/TW201541134A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI515465B publication Critical patent/TWI515465B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4292—Coupling light guides with opto-electronic elements the light guide being disconnectable from the opto-electronic element, e.g. mutually self aligning arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features

Description

光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組
本發明係關於一種透鏡結構，特別是一種光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組。
目前為了實現這種光電傳輸的方式主要有兩種，第一種方式是，利用45度全反射面的原理，實現光路旋轉90度，將雷射發射器激發出之光束耦合到光纖中傳輸。第二種方式是，採用水平接收的方式，光束透過透鏡陣列保持水平傳輸，並無需做任何光路旋轉的動作，即可通過透鏡陣列來和光纖耦合。
利用45度全反射面的方式，在控制反射和焦距方面比較容易實現，亦能夠有效提升傳輸速率，故因此目前絕大部分廠家都採用了45度全反射面的方式來使得雷射激發出之光束與光纖耦合。
但是，由於材質的關係且光纖之耦合面與進入光纖之光線垂直，故雷射發射器激發出之光束有部分會經由光纖之光耦台面反射後會重新回到雷射發射器而產生光干擾現象而降低光傳輸效率。為了解決此光干擾現象，研發人員將光纖之耦合端研磨出一斜面，斜面約傾斜8度(以沿直面為基準)左右，以避免光線重新回到雷射發射器而產生光干擾現象。斜面雖可助於解決光纖端面反的問題。但卻會大幅降低光纖之光耦合率。因此，如何提升光耦合效 率及改善光干擾現象將是研發人員應解決的問題之一。
本發明在於提供一種光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組，藉以提升光耦合效率及改善光干擾現象。
本發明所揭露的光耦合元件，用以耦合一光輸出元件與一光傳輸元件。光耦合元件包含一導光件。導光件具有一入光部、一全反射面及一出光部。入光部用以對應於光輸出元件而具有一入射光軸路徑。出光部對應位於全反射面而具有一反射光軸路徑。出光部用以對應於光傳輸元件。入射光軸路徑與全反射面構成一第一夾角θ1。第一夾角θ1不等於45度。其中，光輸出元件輸出之一光束自入光部進入導光件，並沿入射光軸路徑射向全反射面，經全反射面反射後之光束沿反射光軸路徑而自出光部射向光傳輸元件。
本發明所揭露的光學模組，包含一光輸出元件、一光傳輸元件及一光耦合元件。光輸出元件，用以輸出一光束。光耦合元件耦合於光輸出元件與光傳輸元件。光耦合元件包含一導光件。導光件具有一入光部、一全反射面及一出光部。入光部用以對應於光輸出元件而具有一入射光軸路徑。出光部對應位於全反射面而具有一反射光軸路徑。出光部用以對應於光傳輸元件。入射光軸路徑與全反射面構成一第一夾角θ1。第一夾角θ1不等於45度。其中，光輸出元件輸出之一光束自入光部進入導光件，並沿入射光軸路徑射向全反射面，經全反射面反射後之光束沿反射光軸路徑而自出光部射向光傳輸元件。
根據上述本發明所揭露的光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組，將全反射面與入射光軸路徑間之第一夾角θ1設計成非45度，迫使光耦合面反射回來之光束的路徑與光輸出元件發出之光束的路徑錯開，進而改善光 干擾現象並提升光耦合及光傳輸效率。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
10‧‧‧光學模組
100‧‧‧光輸出元件
110‧‧‧光輸出面
200‧‧‧光耦合元件
210‧‧‧殼體
211‧‧‧定位柱
220‧‧‧導光件
221‧‧‧入光部
222‧‧‧入光面
223‧‧‧第一透鏡
223a‧‧‧第一底面
223b‧‧‧第一球面
224‧‧‧全反射面
225‧‧‧出光部
226‧‧‧出光面
227‧‧‧第二透鏡
227a‧‧‧第二底面
227b‧‧‧第二球面
300‧‧‧光傳輸元件
310‧‧‧光耦合面
A‧‧‧光傳輸元件之軸線
B‧‧‧光束
d1‧‧‧第一透鏡之光斑半徑
d2‧‧‧第二透鏡之光斑半徑
F1‧‧‧第一間距
F2‧‧‧第二間距
P1‧‧‧入射光軸路徑
P2‧‧‧反射光軸路徑
R1‧‧‧第一球面之曲率半徑
R2‧‧‧第二球面之曲率半徑
r1‧‧‧第一底面之半徑
r2‧‧‧第二底面之半徑
θ1‧‧‧第一夾角
θ2‧‧‧第二夾角
θ3‧‧‧第三夾角
θ4‧‧‧第四夾角
θ5‧‧‧光輸出元件發出之光束的發散角
第1圖為根據本發明第一實施例所述之光學模組的平面示意圖。
第2圖為第1圖之光耦合元件的上視示意圖。
第3圖為沿第2圖之3-3剖面線繪示的剖面示意圖。
第4圖為第1圖之光學模組之光學等效示意圖。
請參照第1圖至第3圖。第1圖為根據本發明第一實施例所述之光學模組的平面示意圖。第2圖為第1圖之光耦合元件的上視示意圖。第3圖為沿第2圖之3-3剖面線繪示的剖面示意圖。
本實施例之光學模組10包含一光輸出元件100、一光傳輸元件300及一光耦合元件200。光輸出元件100例如為雷射發射器。光輸出元件100包含一光輸出面110，光輸出元件100經電光轉換後用以自光輸出面110發出一光束B。
光傳輸元件300例如為光纖。光傳輸元件300包含一光耦合面310，用以接收光輸出元件100發出之光束B。光傳輸元件300之軸線貫穿光耦合面310。
光耦合元件200耦合於光輸出元件100與光傳輸元件300。光耦合元件200包含一殼體210及一導光件220。
殼體210具有二定位柱211。二定位柱211與光傳輸元件300相固定，以用來固定光傳輸元件300與導光件220間的相對位置，進而提升光學模組10之光耦合效率。導光件220設於殼體210，且具有一入光部221、一全反射面224及一出光部225。入光部221對應於光輸出元件100而具有一入射光軸路徑。出光部225對應位於全反射面224而具有一反射光軸路徑P2，出光部225對應於光傳輸元件300。其中，入射光軸路徑P1與出射光軸路徑P2為光束B之光軸經過之路徑。
詳細來說，入光部221包含一入光面222及多個第一透鏡223。入光面222面向光輸出面110。這些第一透鏡223例如為單面凸透鏡，並各具有一第一底面223a(即第一透鏡223至入光面222的正投影範圍)及一第一球面223b。第一透鏡223之第一底面223a與入光面222共面。第一球面223b連接於第一底面223a，並凸向光輸出面110。意即，本實施例之第一透鏡223係一體成形於入光面222上。光輸出元件100發出之光束B由第一透鏡223之第一球面223b射至導光件220之全反射面224而於入光部221形成入射光軸路徑P1。在本實施例中，入射光軸路徑P1垂直於入光面222，並與全反射面224構成一第一夾角θ1。第一夾角θ1不等於45度。但入射光軸路徑P1垂直於入光面222的條件並非用以限制本發明，在其他實施例中，入射光軸路徑P1也可以非垂直於入光面222，惟，於入射光軸路徑P1非垂直於入光面222的實施例中，設計上必另外考量光線通過入光面222會產生折射的因素。
出光部225包含一出光面226及多個第二透鏡227。出光面226面向光耦合面310。這些第二透鏡227例如為單面凸透鏡，並各具有一第二底面227a(即第二透鏡227至出光面226的正投影範圍)及一第二球面227b，第二底面 227a與出光面226共面，第二球面227b連接第二底面227a並凸向光傳輸元件300。意即，本實施例之第二透鏡227係一體成形於出光面226上。經全反射面224反射之光束B自第二透鏡227之第二球面227b射向光傳輸元件300而於出光部225形成反射光軸路徑P2。
在本實施例中，出光面226垂直於反射光軸路徑P2，使得出光面226與入射光軸路徑P1構成的一第二夾角θ2。其中，根據反射原理可推導出θ1與θ2間之關係式θ2=90°-2θ1。惟，反射光軸路徑P2亦可不垂直於出光面226，其說明同入射光軸路徑P1之說明，故不再贅述。
本實施例之第一透鏡223與第二透鏡227的數量皆以多個為例而形成沿直線排列的透鏡陣列，但並不以此為限，在其他實施例中，第一透鏡223的數量亦可為一個。
一般來說，經全反射面224反射之光束B在進入光傳輸元件300時，光耦合面310會反射部分光束B，若第一夾角θ1等於45度時，光耦合面310反射之光束B則會沿原路徑重新回到光輸出元件100，使得光耦合面310反射之光束B與光輸出元件100激發出之光束B產生光干擾而降低光學模組10的傳輸效率。因此，本發明之第一夾角θ1不等於45度的目的就係為了能夠讓經光耦合面310反射之部分光束B的路徑P3、P4與自光輸出元件100激發出之光束路徑P1、P2錯開(如第1圖所示)，以避免兩光束相干擾，進而提升光學模組10之光傳輸效率。
請參閱第3圖與第4圖。第4圖為第1圖之光學模組10之光學等效示意圖。
為了避免光輸出元件100發出之光束B發生不當發散而降低光 耦合效率，故在本實施例中更進一步界定下列尺寸關係，以將光輸出元件100發出之光束B聚焦至光傳輸元件300。尺寸界定如下：
1.第一底面223a(即第一透鏡223至入光面222的正投影範圍)之半徑r1等於第二底面227a(即第二透鏡227至出光面226的正投影範圍)之半徑r2。
2.光輸出元件100輸出之光束B通過第一透鏡223之光斑半徑d1大於或等於0.6倍之第一底面223a的半徑r1，並小於或等於0.8倍之第一底面223a的半徑r1。
3.光輸出面110與入光面222間具有一第一間距F1，第一間距F1大於第一透鏡223之焦距f1。
4.光耦合面310至出光面226於光傳輸元件300之軸線上具有一第二間距F2，第二間距F2大於第一間距F1。
5.第一球面223b之曲率半徑R1大於第二球面227b之曲率半徑R2。其中，第一球面223b之曲率半徑R1與光束B通過第一透鏡223之光斑半徑d1間的關係滿足R1=d1*[1+(n1-cosθ5)2/(Sinθ5)2]1/2。n1為第一透鏡的折射率，Sinθ5為光輸出元件100之出射光半角的正弦值，θ5為光輸出元件100發出之光束的發散角。同理，第二球面227b之曲率半徑R2與光束B通過第二透鏡227之光斑半徑d2間的關係滿足R2=d2*[1+(n1-cosθ5)2/(Sinθ5)2]1/2。
如此一來，可確保光輸出元件100輸出之光束B通過第一透鏡223之光斑半徑d1大於或等於光輸出元件100輸出之光束B通過第二透鏡227之光斑半徑d2，以確保光輸出元件100發出之光束B能夠聚焦至光傳輸元件300。
再者，光傳輸元件300之軸線與反射光軸路徑P2構成一第三夾 角θ3。光耦合面310與入射光軸路徑構成一第四夾角θ4。光傳輸元件300的折射率為n1，其中第三夾角θ3與第四夾角θ4滿足下列關係式：θ3=arcsin(n1*sinθ4)-θ4，以及第三夾角θ3等於第二夾角θ2。舉例來說，第四夾角為8度，且n1為1.467，並可算得第三夾角θ3與第二夾角θ2皆為3.78度，第四夾角θ4加上第二夾角θ2約呈11.78度，且第一夾角θ1約呈43.11度(依據關係式θ2=90°-2θ1)。依據上述角度與距離關係可避免光耦合面反射回來之光束與光輸出元件發出之光束相干涉而進一步提升光學模組10之光耦合效率。
根據上述本發明所揭露的光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組，將全反射面與入射光軸路徑間之第一夾角θ1設計成非45度，迫使光耦合面反射回來之光束的路徑與光輸出元件發出之光束的路徑錯開，進而改善光學模組的光干擾現象並提升其光耦合及光傳輸效率。
再者，第一夾角θ1與第二夾角θ2滿足θ2=90°-2θ1關係式，可更提升光學模組的光耦合效率。
此外，進一步搭配傾斜設計之光耦合面，使得光耦合面與出光面間的夾角(θ2+θ4)為11.78度，可更進一步提升光學模組光耦合效率。
雖然本發明的實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造、特徵及數量當可做些許的變更，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧光學模組
100‧‧‧光輸出元件
110‧‧‧光輸出面
200‧‧‧光耦合元件
221‧‧‧入光部
224‧‧‧全反射面
225‧‧‧出光部
300‧‧‧光傳輸元件
310‧‧‧光耦合面

Claims (6)

  1. 一種光學模組，包含：一光輸出元件，用以輸出一光束；一光傳輸元件；以及一光耦合元件，耦合於該光輸出元件與該光傳輸元件，該光耦合元件包含一導光件，該導光件具有一入光部、一全反射面及一出光部，該入光部用以對應於該光輸出元件而具有一入射光軸路徑，該出光部用以對應於該全反射面而具有一反射光軸路徑，該出光部用以對應於該光傳輸元件，該入射光軸路徑與該全反射面構成一第一夾角θ1，該第一夾角θ1不等於45度；其中，該光輸出元件輸出之一光束自該入光部進入該導光件，並沿該入射光軸路徑射向該全反射面，經該全反射面反射後之該光束沿該反射光軸路徑而自該出光部射向該光傳輸元件；其中，該光輸出元件包含一光輸出面，該光傳輸元件包含一光耦合面，該光傳輸元件之軸線貫穿該光耦合面，該入光部包含一入光面及至少一第一透鏡，該入光面面向該光輸出面，且該第一透鏡位於該入光面，該第一透鏡用以接收該光輸出元件發出之該光束，該出光部面向該光耦合面，且包含一出光面及至少一第二透鏡，該第二透鏡位於該出光面，該第二透鏡用以傳輸該全反射面反射之該光束；其中，該出光面與該入射光軸路徑構成一第二夾角θ2，其中θ2=90°-2θ1；其中，該光傳輸元件之軸線與該出光面之法線構成一第三夾角θ3，該第三夾角θ3等於該第二夾角θ2； 其中，該光耦合面與該入射光軸路徑構成一第四夾角θ4，該光傳輸元件的折射率為n1，其中θ3=arcsin(n1*sinθ4)-θ4。
  2. 如請求項1所述之光學模組，其中該第四夾角為8度。
  3. 如請求項1所述之光學模組，其中該光輸出面與該入光面間具有一第一間距，該第一間距大於該第一透鏡之焦距。
  4. 如請求項3所述之光學模組，其中該光耦合面之該光傳輸元件之軸線處與該出光面間具有一第二間距，該第二間距大於該第一間距。
  5. 如請求項1所述之光學模組，其中該第一透鏡具有一第一底面及一第一球面，該第一底面接觸該入光面，該第一球面連接該第一底面，並凸向該光輸出元件，該第二透鏡具有一第二底面及一第二球面，該第二底面接觸該出光面，該第二球面連接該第二底面並凸向該光傳輸元件。
  6. 如請求項5所述之光學模組，其中該光輸出元件輸出之光束通過該第一透鏡之光斑半徑大於或等於0.6倍之該第一底面的半徑，並小於或等於0.8倍之該第一底面的半徑。
TW103119105A 2014-04-25 2014-05-30 光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組 TWI515465B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410172147.9A CN105093430B (zh) 2014-04-25 2014-04-25 光耦合元件及应用光耦合元件的光学模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201541134A TW201541134A (zh) 2015-11-01
TWI515465B true TWI515465B (zh) 2016-01-01

Family

ID=54334613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103119105A TWI515465B (zh) 2014-04-25 2014-05-30 光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9448372B2 (zh)
CN (1) CN105093430B (zh)
TW (1) TWI515465B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105259623B (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 武汉电信器件有限公司 一种激光器与光栅耦合器的封装结构及其方法
CN105676365A (zh) * 2016-03-29 2016-06-15 索尔思光电（成都）有限公司 一种光耦合结构及一种插拔式光组件
CN107436465A (zh) * 2016-05-28 2017-12-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光传输模组及应用该光传输模组的光传输装置
WO2018058859A1 (en) 2016-09-30 2018-04-05 Source Photonics (Chengdu) Company Limited Optical subassembly for an optical receiver, optical receiver and transceiver comprising the same, and methods of making and using the same
CN207067446U (zh) * 2017-04-21 2018-03-02 富士康(昆山)电脑接插件有限公司 光学次模组

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09281302A (ja) * 1996-04-17 1997-10-31 Nippon Sheet Glass Co Ltd 反射面付き平板マイクロレンズアレイおよびその製造方法
US6888988B2 (en) * 2003-03-14 2005-05-03 Agilent Technologies, Inc. Small form factor all-polymer optical device with integrated dual beam path based on total internal reflection optical turn
EP1760503B1 (en) * 2004-06-15 2009-12-30 Hitachi Metals, Ltd. Unidirectional optical power monitor
JP2008225339A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Hitachi Cable Ltd 光学系接続構造、光学部材及び光伝送モジュール
JP2009163212A (ja) * 2007-12-12 2009-07-23 Enplas Corp 光結合素子およびこれを備えた光モジュール
CN102667565B (zh) * 2009-12-22 2015-05-13 恩普乐股份有限公司 透镜阵列以及具备该透镜阵列的光学模块
TW201250318A (en) * 2011-06-08 2012-12-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Optical fiber communication apparatus
JP6200642B2 (ja) * 2012-11-30 2017-09-20 日本オクラロ株式会社 光学装置
KR101443562B1 (ko) * 2013-03-27 2014-11-03 옵티시스 주식회사 광 커넥터
JP6083401B2 (ja) * 2014-02-28 2017-02-22 株式会社村田製作所 光伝送モジュールの製造方法
US9235012B1 (en) * 2014-09-03 2016-01-12 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Optical coupling lens and optical communication module having same

Also Published As

Publication number Publication date
US20150309270A1 (en) 2015-10-29
TW201541134A (zh) 2015-11-01
CN105093430B (zh) 2017-11-28
US9448372B2 (en) 2016-09-20
CN105093430A (zh) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5518559B2 (ja) 灯具ユニット
TWI515465B (zh) 光耦合元件及應用光耦合元件之光學模組
JP5825408B2 (ja) 投光装置およびセンサ
JP2015014748A (ja) 光レセプタクルおよび光モジュール
US9971106B2 (en) Optical receptacle and optical module
JP6747448B2 (ja) 光路変換素子、光インターフェース装置、光伝送システム
TW201400897A (zh) 光學耦合透鏡以及光學通訊模組
WO2013150864A1 (ja) 半導体レーザ光学装置
TW201405189A (zh) 光學耦合透鏡以及光學通訊模組
JP2016139465A (ja) 照明装置
US11025030B2 (en) Optical module
WO2015141600A1 (ja) 光レセプタクルおよび光モジュール
CN108490556B (zh) 光模块
TWI565988B (zh) 光電耦合件及其使用的光電轉換裝置
KR20140034681A (ko) 광학 분할 장치
KR20180025870A (ko) 광학 렌즈, 백라이트 모듈 및 디스플레이 장치
TWI599808B (zh) 光學通訊裝置
TWI547667B (zh) 發光模組及發光裝置
CN109425942B (zh) 光通讯模组
JP2011150155A (ja) 光学素子モジュール
TWI684039B (zh) 光通訊模組
WO2014112282A1 (ja) 光モジュールおよび光モジュールユニット
JP2017116701A5 (zh)
WO2014129281A1 (ja) 光モジュール
KR101853090B1 (ko) 광 도파로 집광용 엘이디 광원 장치