TWM522361U

TWM522361U - 具有監控分光路徑的光學元件

Info

Publication number: TWM522361U
Application number: TW104219318U
Authority: TW
Inventors: Huai-An Wu; Wei Shen; Yuan-Lin Lee
Original assignee: Forward Optics Co Ltd
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-05-21

Description

具有監控分光路徑的光學元件

本新型是有關於一種光學元件，特別是指一種光纖接頭。

現今硬體及連網技術的發展日新月異，引導人們對網路頻寬的需求愈來愈大，網路通訊也必須随著快速提昇頻寬，提供愈來愈多資訊傳輸的服務。在伺服中心內連結伺服主機的有線通訊模組，除了將以往的金屬線路改為光纖線路，以節省能源消耗之外，並為進一步縮小通訊模組之體積，已開始逐步將單通道的光纖線路接頭，由多通道的光纖線路接頭取代。此類多通道光纖線路是採行複數光纖平行傳輸的模式，使用可供多路光纖平行傳輸的插拔接頭，作為光源、光纖、接收感光器之間傳送光訊號的導光實體部件。這種多通道光纖接頭，可分為內部裝設有複數光纖的接頭單元，與引導光線走向的透鏡單元，透過精密導柱結合兩個單元後，即為具備可插拔、方便使用的互連接頭。為了增加各通道的運作頻寬，光訊號必須維持更穩定的運作能量，使前述之多通道光纖接頭，要內建提供穩定光訊號運作能量的功能。

然而，要穩定光訊號的運作能量，需有良好的工作環境及具備穩定發光效率的光源，但在長時間運轉的要求下，使用開廻路控制的光源供電系統，已難符合前述高頻運作的要求，需要導入閉廻路控制系統，藉由直接監控光訊號能量增高或降低的變化，反饋至光源的驅動電源裝置，以減少或增加驅動光源的電能，維持系統運行的光訊號能量在穩定狀態。所以在前述光纖接頭模組內，需增加偵檢感光器，以偵測光源發光能量的變動，且需要建置能分離光線的光學結構於光線路徑上，在該光學結構不破壞或干擾原先傳送光訊號的條件下，自通訊的光訊號中分離出固定比例的光能量，並引導至偵檢感光器作監控，此即為具有監控分光路徑的光學元件的工作要求。

先前技術如US6,888,988B2、US8,283,678B2、US8,457,457B2專利案所提出的一件式元件的光學元件。該光學元件的功能是將光源發出的第一光線，以第一光路徑入射該光學元件後，經過該光學元件內建一光學反射面，依光學全反射原理反射至與第一光路徑夾角90度(不限定為90度)的方向上，該第一光線前行並離開該光學元件後，為安置在第一光路徑上的光纖端面所接收，完成第一光線的傳輸。先前技術並在前述第一光路徑中，於元件材料內部建立特定結構(一般為凹槽結構)，可將經過該特定結構的入射光的部分光能量，偏折或反射出第二光線至第二光路徑上，該第二光線沿第二光路徑行進，於離開該光學元件後，由安置在第二光路徑上的偵檢感光器接收，此偵檢感光器即行第二光線的能量測量，由於第二光線的能量與第一光線的能量維持恆定比例，該偵檢感光器偵測所得之光能量與光訊號能量成正比，便可依前述閉廻路模式，控制光訊號能量的穩定。

相對多件式光學元件的設計，前述一件式光學元件的優點在元件數最少，不需組立成本。雖然一件式光學元件的結構較複雜，製造難度較高，但只需控制一個元件的製造公差；多件式光學元件由複數元件組合而成，各元件的結構相對簡易，製作難度較低，但要對元件的組合面特別控制製造公差，使組合元件仍可滿足控制光線的精密要求。一件式光學元件的缺點，是當光訊號能量過強，而發光源不適合調降發光工作狀態的特殊狀況時，需採行將元件鍍膜，或加貼一濾光片，或使用降低穿透率的材料等方法，來減除過強的光訊號能量，這些方法都會增加元件製作成本，無法展現一件式光學元件的優點。

另一項先前技術，如US8,503,838B2專利案所提出的兩件式光學元件，同樣具有監控光源的結構設計，如果遇到要調低光訊號能量時，將其中一片元件表面增加降低穿透率的鍍膜即可。這樣的兩件式光學元件設計，相較前述一件式光學元件設計，將導光結構分開至兩個元件，各個元件製作較為容易，當鍍膜失敗時，也只需放棄有鍍膜的一件，似乎能降低因鍍膜不良導致的損失，然而上述專利案的兩件元件均有透鏡曲面及凹槽結構，即使鍍膜不良的損失較低，製作加總的成本仍較前述一件式光學元件高。

另一項先前技術，如US8,787,714B2專利案所提出的三件式光學元件，也具有監控光源的結構設計，特點在具有透鏡的元件本體、第二元件、與平板濾片三者間需要填膠去除介面間的空氣，以完全避免光學全反射。當需要降低光訊號能量時，只要更換特定規格的平板濾片即可，改進了前述一件式光學元件與二式件光學元件鍍膜不良造成損失的問題。然而此設計在製作時，將面臨填充界面的膠體內部或外部殘留氣泡難以完全避免的狀況，一旦光訊號遇到氣泡，除了降低光訊號的能量，在氣泡界面所產生多餘的雜散光線，也可能形成通訊中的雜訊，影響訊號的傳輸。

因此，本新型之目的，即在提供一種具有監控分光路徑的光學元件。

於是，本新型具有監控分光路徑的光學元件包含一透鏡，及一反射鏡。

該透鏡包括一第一平面、一第二平面，及一第三平面。該第一平面、該第二平面及該第三平面三者環繞一參考直線設置且平行該參考直線。該第三平面凹陷形成一凹槽。該凹槽由平行該參考直線且分別對應該第一平面及該第二平面的一第四平面及一第五平面界定而成。該第四平面非平行該第一平面。該第一平面形成有相間隔的一第一曲面單元及一第二曲面單元。該第二平面形成有一第三曲面單元。

該反射鏡設置於該第三平面且遮閉該凹槽，且包括一面向該第四平面及該第五平面的反射面。

其中，一光束經由該第一曲面單元引導進入該透鏡內後，沿一第一光路徑前進至該第四平面，該光束的一部分經由該第四平面反射後，沿一監控分光路徑前進至該第二曲面單元而向該透鏡外導出，該光束的另一部分經由該第四平面折射後，沿一第二光路徑依序經由該反射面反射、該第五平面折射，最後由該第三曲面單元向該透鏡外導出。

本新型之功效在於：本新型具有監控分光路徑的光學元件雖然是兩件式元件設計，但用以控制光束路徑走向的曲面及平面介面皆形成於該透鏡上，且該反射鏡只要簡單貼附於該第三平面即可完成組裝，不僅對部品公差的控制要求達到等同於一件式光學元件的狀態，且能在需要減除過強的光訊號能量時，只要將該反射鏡更換成具有較低反射率的反射鏡2即可，保持相同於多件式光學元件具有各元件製作容易及易於更換元件的優點，有效降低整體製作的成本。

在本新型被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本新型具有監控分光路徑的光學元件的一第一實施例，包含一透鏡1，及一反射鏡2。

該透鏡1為塑膠材質所製成，但不以塑膠材質為限，也可為玻璃材質所製成。該透鏡1沿一參考直線L方向延伸，且包括一第一平面11、一第二平面12，及一第三平面13。該第一平面11、該第二平面12及該第三平面13三者環繞該參考直線L設置且平行該參考直線L。該第一平面11與該第二平面12相互垂直，但不以垂直為限，該第一平面11與該第三平面13間的夾角為45度，但不以45度為限。該第三平面13凹陷形成一凹槽131，該凹槽131由平行該參考直線L且分別對應該第一平面11及該第二平面12的一第四平面14及一第五平面15界定而成。該第四平面14非平行該第一平面11。該第一平面11形成有相間隔的一第一曲面單元17及一第二曲面單元18，該第二平面12形成有一第三曲面單元19。該第一曲面單元17具有多數沿該參考直線L方向間隔排列的第一曲面171，該第二曲面單元18具有多數沿該參考直線L方向間隔排列的第二曲面181，該第三曲面單元19具有多數沿該參考直線L方向間隔排列的第三曲面191。

該反射鏡2為玻璃材質所製成，但不以玻璃材質為限，也可為塑膠或金屬材質所製成。該反射鏡2設置於該第三平面13且遮閉該凹槽131，且包括一面向該第四平面14及該第五平面15的反射面21。該反射鏡2的反射面21形成有一反射鍍膜22。

在將本新型作為多通道光纖線路接頭使用時，該等第一曲面171是分別與複數光源3相對應，該等第二曲面181是分別與複數監控用偵檢感光器4相對應，該等第三曲面191是分別與複數光纖5的接收端51相對應。

其中，各光源3所發出的一光束31經由各第一曲面171引導進入該透鏡1內後，沿一第一光路徑I前進至該第四平面14，各光束31的一部分經由該第四平面14反射後，沿一監控分光路徑V前進至各第二曲面181而向該透鏡1外導出且聚焦於各監控用偵檢感光器4，各光束31的另一部分經由該第四平面14折射後，沿一第二光路徑Ⅱ依序經由該反射面21反射、該第五平面15折射，最後由各第三曲面191向該透鏡1外導出且聚焦於各光纖5的接收端51。

值得一提的是，該第一平面11與該第四平面14間的夾角正比於該第一曲面單元17與該第二曲面單元18兩者間的間距，較佳地，該第一平面11與該第四平面14間的夾角介於5度至35度間。另外，該第五平面15與該第四平面14間的夾角設計，是隨著該第四平面14與該第一平面11間的夾角變化，以使得沿著該第二光路徑Ⅱ經由該反射面21反射以及該第五平面15折射後的光束31是與該第二平面12垂直，但不以垂直為限。

經由上述說明可知，本新型具有監控分光路徑的光學元件可將作為光訊號傳輸的光束31分離出一部份且將其導引至各監控用偵檢感光器4上，用以監控光訊號能量的結構，這種閉迴路反饋機制能增加光訊號能量的穩定性，滿足系統傳輸訊號的高頻寬需求。

再者，作為光訊號傳輸使用的雷射光源3，一般為提供最長使用壽命及最佳發光效率，維持在特定的工作狀態，但常導致發射出能量過強的光訊號，超出各光纖5的接收端51的標準規範。在先前技術中，為了解決這個問題，一般在光學元件的光線通過區域(如透鏡區)加上減少光能量穿透的鍍膜，降低光訊號能量，因為作為光訊號傳輸用的光學元件需要高環境耐受力，當光學元件為塑膠材質時，製作此類鍍膜的成本偏高。本新型則可大幅改善此一問題，因本新型中作為第二件元件的反射鏡2，可採用玻璃鍍膜平板，相較塑膠基材上的鍍膜，具有極佳環境耐受度及精確的反射率，可使用反射率達99%以上的高反射率反射鏡，在需要降低使用光訊號能量時，可更換成較低反射率的反射鏡2，即有機會在元件及組立成本幾乎相同的狀況下，達成衰減光訊號能量的功效，而玻璃鍍膜平板已為成熟產品，市面上不難買到此一元件或訂製。

然而，先前技術中也有提及使用濾鏡(filter)的設計，藉由不同穿透率的濾鏡，適當衰減穿透的光訊號能量。該技術有使用上的困難，不同元件與透鏡元件間需要填膠去除介面間的空氣，否則光訊號經過時，一旦遇到氣泡，將發生全反射，減少光訊號強度，並形成雜散光，可能成為光通訊的雜訊。本新型能改善此一問題，即本新型的該透鏡1與該反射鏡2間的光路是由空氣構成，從根本上杜絕了前述先前技術在實際作業中氣泡殘留的問題。

綜上所述，本新型具有監控分光路徑的光學元件雖然是兩件式元件設計，但用以控制光束路徑走向的曲面及平面介面皆形成於該透鏡1上，且該反射鏡2只要簡單貼附於該第三平面13即可完成組裝，不僅對部品公差的控制要求達到等同於一件式光學元件的狀態，且在須調降輸入進該光纖5的接收端51的光訊號能量時，只要將該反射鏡2更換成具有較低反射率的反射鍍膜22的反射鏡2即可，從而能達到相同於多件式光學元件具有各元件製作容易及易於更換元件的優點，以及有效降低整體製作的成本，故確實能達成本新型之目的。

參閱圖3與圖4，本新型具有監控分光路徑的光學元件的一第二實施例，大致上相同於該第一實施例，不同之處在於：該透鏡1為了縮小監控用偵檢感光器4面積，改變其結構使各第二曲面181能更好地收聚光束在更小的監控用偵檢感光器4上面，因此該透鏡1還包括一位於該第一平面11與該第三平面13間且平行該參考直線L的第六平面16。其中，各光束31的部分經由該第四平面14反射後，沿該監控分光路徑Ⅴ前進，經由該第六平面16全反射後，再由各第二曲面181向該透鏡1外導出且聚焦於各監控用偵檢感光器4。藉此，該第二實施例除了具有與該第一實施例相同的優點與功效外，同時滿足較小的監控用偵檢感光器4的需求，還能減小光學元件體積。

參閱圖5與圖6，本新型具有監控分光路徑的光學元件的一第三實施例，大致上相同於該第一實施例，不同之處在於：該透鏡1的第二曲面單元18是形成於該第四平面14。其中，各光源3所發出的一光束31經由各第一曲面171引導進入該透鏡1內後，沿一第一光路徑I前進至各第二曲面181，各光束31的一部分經由各第二曲面181反射後，沿一監控分光路徑Ⅴ前進至該第一平面11而向該透鏡1外導出且聚焦於各監控用偵檢感光器4，各光束31的另一部分經由各第二曲面181折射後，沿一第二光路徑Ⅱ依序經由該反射面21反射、該第五平面15折射，最後由各第三曲面191向該透鏡1外導出且聚焦於各光纖5的接收端51，藉此，該第三實施例也能達到與該第一實施例相同的優點與功效。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧透鏡
11‧‧‧第一平面
12‧‧‧第二平面
13‧‧‧第三平面
131‧‧‧凹槽
14‧‧‧第四平面
15‧‧‧第五平面
16‧‧‧第六平面
17‧‧‧第一曲面單元
171‧‧‧第一曲面
18‧‧‧第二曲面單元
181‧‧‧第二曲面
19‧‧‧第三曲面單元
191‧‧‧第三曲面
2‧‧‧反射鏡
21‧‧‧反射面
22‧‧‧反射鍍膜
3‧‧‧光源
31‧‧‧光束
4‧‧‧監控用偵檢感光器
5‧‧‧光纖
51‧‧‧接收端
L‧‧‧參考直線
I‧‧‧第一光路徑
II‧‧‧第二光路徑
V‧‧‧監控分光路徑

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本新型具有監控分光路徑的光學元件的一第一實施例的一立體圖；圖2是一側視示意圖，說明該第一實施例作為多通道光纖線路接頭使用時的態樣；圖3是本新型具有監控分光路徑的光學元件的一第二實施例的一立體圖；圖4是一側視示意圖，說明該第二實施例作為多通道光纖線路接頭使用時的態樣；圖5是本新型具有監控分光路徑的光學元件的一第三實施例的一立體圖；及圖6是一側視示意圖，說明該第三實施例作為多通道光纖線路接頭使用時的態樣。

1‧‧‧透鏡

11‧‧‧第一平面

12‧‧‧第二平面

13‧‧‧第三平面

131‧‧‧凹槽

14‧‧‧第四平面

15‧‧‧第五平面

17‧‧‧第一曲面單元

2‧‧‧反射鏡

21‧‧‧反射面

22‧‧‧反射鍍膜

3‧‧‧光源

31‧‧‧光束

4‧‧‧監控用偵檢感光器

5‧‧‧光纖

51‧‧‧接收端

171‧‧‧第一曲面

18‧‧‧第二曲面單元

181‧‧‧第二曲面

19‧‧‧第三曲面單元

191‧‧‧第三曲面

L‧‧‧參考直線

I‧‧‧第一光路徑

II‧‧‧第二光路徑

V‧‧‧監控分光路徑

Claims

一種具有監控分光路徑的光學元件，包含：一透鏡，包括一第一平面、一第二平面，及一第三平面，該第一平面、該第二平面及該第三平面三者環繞一參考直線設置且平行該參考直線，該第三平面凹陷形成一凹槽，該凹槽由平行該參考直線且分別對應該第一平面及該第二平面的一第四平面及一第五平面界定而成，該第四平面非平行該第一平面，該第一平面形成有相間隔的一第一曲面單元及一第二曲面單元，該第二平面形成有一第三曲面單元；及一反射鏡，設置於該第三平面且遮閉該凹槽，且包括一面向該第四平面及該第五平面的反射面；其中，一光束經由該第一曲面單元引導進入該透鏡內後，沿一第一光路徑前進至該第四平面，該光束的一部分經由該第四平面反射後，沿一監控分光路徑前進至該第二曲面單元而向該透鏡外導出，該光束的另一部分經由該第四平面折射後，沿一第二光路徑依序經由該反射面反射、該第五平面折射，最後由該第三曲面單元向該透鏡外導出。
如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該第一曲面單元具有多數沿該參考直線方向間隔排列的第一曲面，該第二曲面單元具有多數沿該參考直線方向間隔排列的第二曲面，該第三曲面單元具有多數沿該參考直線方向間隔排列的第三曲面。
如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該透鏡為玻璃及塑膠其中一種材質所製成。
如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該反射鏡為玻璃、金屬及塑膠其中一種材質所製成。
如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該第一平面與該第二平面相互垂直。
如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該第一平面與該第四平面的夾角界於5度至35度間。
如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該透鏡還包括一位於該第一平面與該第三平面間且平行該參考直線的第六平面，該光束的部分經由該第四平面反射後，沿該監控分光路徑前進，經由該第六平面全反射後，再由該第二曲面單元向該透鏡外導出。
如請求項1所述的具有監控分光路徑的光學元件，其中，該反射鏡的反射面形成有一反射鍍膜。
一種具有監控分光路徑的光學元件，包含：一透鏡，包括一第一平面、一第二平面，及一第三平面，該第一平面、該第二平面及該第三平面三者環繞一參考直線設置且平行該參考直線，該第三平面凹陷形成一凹槽，該凹槽由平行該參考直線且分別對應該第一平面及該第二平面的一第四平面及一第五平面界定而成，該第四平面非平行該第一平面，該第一平面形成有一第一曲面單元，該第四平面形成一第二曲面單元，該第二平面形成有一第三曲面單元；及一反射鏡，設置於該第三平面且封閉該凹槽，且包括一面向該第四及第五平面的反射面；其中，一光束經由該第一曲面單元引導進入該透鏡內後，沿一第一光路徑前進至該第二曲面單元，該光束的一部分經由該第二曲面單元反射後，沿一監控分光路徑前進至該第一平面而向該透鏡外導出，該光束的另一部分經由該第二曲面單元折射後，沿一第二光路徑依序經由該反射面反射、該第五平面折射，最後由該第三曲面單元向該透鏡外導出。