TWM540290U - 提升耦光效率的光通訊模組 - Google Patents

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TWM540290U
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Bo-Zhao Huang
bo-song Liu
Xing-Yan Lin
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Description

提升耦光效率的光通訊模組
本創作係有關於一種光通訊模組，特別是指一種可提升耦光效率的光通訊模組。
於光通訊領域中，將光束導入至光纖時，必須要考慮光學系統的數值孔徑(Numerical Aperture,NA)，始能衡量該光纖所能接受的收光角度。數值孔徑低的光纖，其收光角度相對較小，於進行耦光時經常有耦光困難或損失過大的情況，造成模組良率下降及限制耦光位置的允許誤差值(Tolerance)。
一般光纖對接插座(Receptacle)內的光纖芯多是使用標準單模光纖SMF-28製作，由於其具有特定的數值孔徑(NA=0.14，在光訊號波長為1310nm的情況下)與核心直徑(8.2um)，於進行耦光時，只能仰賴高精準度的機台放置耦光透鏡與雷射元件，以提升光學系統的耦光效率。單模光纖SMF-28為標準光纖因此成本低廉，然而，受限於單模光纖本身的低數值孔徑及小核心直徑，於進行耦光時經常有耦光困難或損失過大的情況。
為解決上述的問題，部分封裝方式是將光纖對接插座內的單模光纖芯端面切斜角，使端面帶有特定角度，可以接收 偏離光軸的特定角度的入射雷射光，若要使入射雷射光角度與端面特定角度的匹配，需透過自動耦光機台360度旋轉定位平台搜尋最大耦光功率值，但是這會耗時費工才能尋找到相對最大耦光功率值，同時為遷就最佳耦光功率值，會造成收光錐角的水平偏移，這種耦光方式可能不符合機構需求，甚至有時水平偏移仍無法滿足絕對最大的耦光效率時，必須將帶有特定角度的光纖端面傾斜後方能獲到最大的耦光功率值，這悖離一般光通訊元件在耦光後確保機構是平整面合密封的實際需求。此外，如果入射雷射光角度非常小或沒有偏離光軸角度，單模光纖芯端面切斜角帶有特定角度，使部分光束落在此特定角度之外，反而無法耦到光功率真正最大值，屆時又必須更換回沒有端面角度或多種端面角度的單模光纖芯端面，這種角度匹配的試誤法將耗時費工，導致無法提升光通訊模組的生產效率。
另外，部分封裝方式會在光纖對接插座內使用標準多模光纖(Multi-Mode Fiber)，其具有大核心直徑與高數值孔徑特性，可以增加收容較大的雷射光斑與偏離光軸的特定角度之入射雷射光。這樣的設計雖然增加了入射面的收光面積與收光角度，而且外部光纖使用多模光纖(光纖芯)可以無損失的連接，但在與外部單模光纖進行連接時，由於多模光纖(光纖芯)的核心直徑大於單模光纖(外部光纖)的核心直徑，於訊號傳遞時容易在光纖與光纖的對接處造成更大的損失。
本創作的主要目的，在於解決習知光纖對接插座的光纖芯採用單一數值孔徑導致耦光效率不彰的問題。
為解決上述問題，本創作係提供一種提升耦光效率的光通訊模組，包含有一光纖對接插座、以及一設置於該光纖對接插座一側的光發射器主體。該光纖對接插座係具有一插座主體，以及一設置於該插座主體內供雙核光纖設置的貫孔，於該插座主體相應於該貫孔的二端分別具有一收光側、以及一光纖插槽。該光發射器主體係包含有一殼體，以及一設置於該殼體內的雷射半導體，並於該殼體一側係具有一開口處用以對準至該貫孔以將該雷射半導體的雷射光耦合至該雙核光纖。其中，該貫孔內的雙核光纖包含有不同數值孔徑的收光區段及耦合區段，該收光區段係相對該耦合區段具有較大的數值孔徑用以增加該收光側的收光角度，以提升耦光效率，該耦合區段具有與外部光纖相同的模場直徑或不大於或接近於該外部光纖的核心直徑用以增加與該外部光纖之間的耦合效率。
進一步地，該收光區段係相對該耦合區段具有較大的核心直徑用以增加該收光側的收光面積。
進一步地，該耦合區段的核心直徑係不超過該外部光纖的核心直徑8.2μm。
進一步地，該耦合區段的核心直徑係不超過該外部光纖的核心直徑2.7μm。
進一步地，該耦合區段的數值孔徑不大於或接近於 該外部光纖的數值孔徑。
進一步地該耦合區段的數值孔徑係不超過該外部光纖的數值孔徑0.14。
進一步地，該耦合區段的數值孔徑係不超過該外部光纖的數值孔徑0.046。
進一步地，該雙核光纖的耦合區段係為將該收光區段及該耦合區段以融熔拉錐的方式結合所形成的一體成形的錐體光纖。
進一步地，該雙核光纖係為熱膨脹核心光纖(Thermally Expanded Core Fiber,TEC fiber)、或步階轉換核心光纖(Stepwise transitional core fiber,STC fiber)。
進一步地，該雙核光纖係為於該收光區段及該耦合區段中間具有耦合結構的中介光纖。
進一步地，該耦合結構包含有：一由該收光區段靠近該耦合區段的一端朝內燒結而形成的內弧面、以及填充於該內弧面的內側及該收光區段及該耦合區段之間的折射率耦合材料；及/或一由該耦合區段靠近該收光區段的一端朝內燒結而形成的內弧面，以及填充於該內弧面的內側及該收光區段及該耦合區段之間的折射率耦合材料。
進一步地，該耦合結構包含有：一由該收光區段靠近該耦合區段的一端朝內燒結而形成的內弧面，於該內弧面的內側係對應設置有一聚光透鏡；及/或一由該耦合區段靠近該收光區 段的一端朝內燒結而形成的內弧面，於該內弧面的內側係對應設置有一聚光透鏡。
進一步地，該耦合結構包含有：一由該收光區段靠近該耦合區段的一端切齊而形成的平面；一由該耦合區段靠近該收光區段的一端切齊而形成的平面；以及一設置於該收光區段及該耦合區段之間的聚光透鏡。
進一步地，該耦合結構包含有：一由該收光區段靠近該耦合區段的一端由外側燒結而形成的外弧面；或一由該耦合區段靠近該收光區段的一端由外側燒結而形成的外弧面。
進一步地，該收光區段及該耦合區段的外徑相同。
進一步地，於該雷射半導體與該貫孔之間係設置有一耦光透鏡，用以將該雷射半導體的雷射光經由該收光側對準至該貫孔內的雙核光纖。
進一步地，該收光區段的核心直徑與該耦合區段的核心直徑差距係小於或等於107μm。
進一步地，該收光區段的數值孔徑係大於0.105。
進一步地，該收光區段係為多模光纖，該耦合區段係為單模光纖。
是以，本創作係比起習知技術具有以下之優勢功效：
1.本創作透過具有二不同數值孔徑的光纖增加光通訊模組的耦光效率，解決習知光纖對接插座的光纖芯僅具有單一數值孔徑導致耦光效率不彰的問題。
2.本創作透過將兩種不同光纖進行融熔拉錐或是於兩光纖之間設置耦合結構與折射率耦合材料，減少光纖與光纖間對接時產生的反射損失，增加耦光效率。
100‧‧‧光通訊模組
10‧‧‧光纖對接插座
11‧‧‧插座主體
12‧‧‧貫孔
13‧‧‧Z軸定位筒
P1‧‧‧收光側
P2‧‧‧光纖插槽
20‧‧‧光發射器主體
21‧‧‧殼體
211‧‧‧基座
212‧‧‧上蓋
213‧‧‧平面
214‧‧‧定位平台
215‧‧‧校準孔
22‧‧‧雷射半導體
23‧‧‧開口處
24‧‧‧次基座
25‧‧‧透鏡
26‧‧‧光隔離器
α‧‧‧收光半角
n 1‧‧‧光纖核心的折射率
n 2‧‧‧包覆層的折射率
OF‧‧‧外部光纖
SF‧‧‧錐體光纖
SF1‧‧‧收光區段
SF2‧‧‧耦合區段
SF3‧‧‧錐形纖芯
IF‧‧‧中介光纖
IF1‧‧‧收光區段
IF11‧‧‧內弧面
IF2‧‧‧耦合區段
IF21‧‧‧內弧面
IMM‧‧‧折射率耦合材料
JF‧‧‧中介光纖
JF1‧‧‧收光區段
JF11‧‧‧內弧面
JF2‧‧‧耦合區段
JF21‧‧‧內弧面
JF3‧‧‧聚光透鏡
IMM1‧‧‧折射率耦合材料
IMM2‧‧‧折射率耦合材料
KF‧‧‧中介光纖
KF1‧‧‧收光區段
KF11‧‧‧平面
KF2‧‧‧耦合區段
KF21‧‧‧平面
KF3‧‧‧聚光透鏡
IMM3‧‧‧折射率耦合材料
IMM4‧‧‧折射率耦合材料
MF‧‧‧中介光纖
MF1‧‧‧收光區段
MF11‧‧‧外弧面
MF2‧‧‧耦合區段
MF21‧‧‧平面
NF‧‧‧中介光纖
NF1‧‧‧收光區段
NF11‧‧‧平面
NF2‧‧‧耦合區段
NF21‧‧‧外弧面
圖1，本創作一具體實施態樣的剖面示意圖。
圖2，本創作一具體實施態樣的收光錐角示意圖。
圖3，本創作第一實施態樣示意圖的功能方塊示意圖。
圖4，本創作第一實施態樣示意圖的剖面示意圖。
圖5，本創作第二實施態樣示意圖的功能方塊示意圖。
圖6，本創作第二實施態樣示意圖的剖面示意圖。
圖7，本創作第三實施態樣示意圖的剖面示意圖。
圖8，本創作第四實施態樣示意圖的剖面示意圖。
圖9，本創作第五實施態樣示意圖的剖面示意圖。
圖10，本創作第六實施態樣示意圖的剖面示意圖。
有關本創作之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本創作中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本創作之範圍，在此先行敘明。
本創作係針對光通訊模組的光纖對接插座進行改 良，透過將光通訊模組的光纖對接插座內塞入具有兩種不同數值孔徑(Numerical Aperture)及核心直徑(core diameter)的光纖，增加收光側的耦光效率並降低與外部光纖結合時因核心直徑或模場直徑不匹配造成的耦合損失。
以下係針對本創作的一具體實施態樣進行說明，請先參閱「圖1」，係本創作一具體實施態樣的剖面示意圖，如圖所示：本實施態樣係揭示一種光通訊模組100，主要包含有一光纖對接插座10、以及一設置於該光纖對接插座10一側的光發射器主體20。
所述的光纖對接插座10係具有一插座主體11、一設置於該插座主體11內供雙核光纖設置的貫孔12、以及一設置於該插座主體11一側的Z軸定位筒13。於該插座主體11相應於該貫孔12的二端分別具有一收光側P1、以及一光纖插槽P2。
所述的光發射器主體20係包含有一殼體21，一設置於該殼體21內的雷射半導體22，並於該殼體21一側係具有一開口處23用以對準至該貫孔12以將該雷射半導體22所送出的雷射光經透鏡25耦光至該貫孔12內的雙核光纖。該殼體21係可分為基座211、以及設置於該基座211上的上蓋212。該基座211上側係具有一平面213，該平面213用以設置次基座24、透鏡25，於該次基座24上設置雷射半導體22或其他光通訊元件(例如光監測二極體等)。於該平面213的一側係具有定位平台214，該定位平 台214與該平面213垂直，並於該定位平台214其中具有校準孔215用以對準至該雷射半導體22供雷射光通過。該上蓋212係用以由上側密封上述的電子零件，藉以達到密封的效果。於該校準孔215上係設置有光隔離器26(Isolator)，透過該光隔離器26隔絕收光側P1的反射光束。
於進行封裝時，係先將該插座主體11設置於該Z軸定位筒13上，透過耦光儀器(圖未示)進行校準。該耦光儀器係先測試該插座主體11與該Z軸定位筒13於Z軸上的最佳耦光位置，並透過電焊或雷射焊接的方式將該插座主體11固定於該Z軸定位筒13上，藉以固定該收光側P1至該雷射半導體22之間的間距。接續於Z軸方向固定後，將該Z軸定位筒13(已經與該插座主體11結合)於XY平面上移動，於找到最佳耦光位置時透過電焊或雷射焊接的方式將該Z軸定位筒13固定於該定位平台214上，藉以固定該插座主體11與該校準孔215於XY平面上的相對位置。
於本創作中，插座主體11內的雙核光纖係具有兩種不同的數值孔徑，所述的數值孔徑影響光纖收光錐角的大小。於一較佳實施態樣中，該雙核光纖更可具有兩種不同或相接近的核心直徑，所述的核心直徑則影響光纖的收光面積。原則上數值孔徑(NA)的大小係取決於光纖核心與外部包覆層之間的折射率，請一併參閱「圖2」所示，公式如下：
其中，α係為光纖的收光半角，n 1是光纖核心(core) 的折射率，n 2則是包覆層(clading)的折射率。在正負收光半角範圍內的光束，於進入光纖時始能進行全反射，因此，收光角度的大小與耦光效率間互相具有正相關的關聯性。同時，雷射光經由透鏡25聚焦後，光斑有效面積小於收光面積，也會提升耦光效率。
為增加收光角度與收光面積，較佳應採用數值孔徑(Numerical Aperture)且核心直徑(core diameter)較大的光纖(例如多模光纖MMF)，但如果核心直徑較大的光纖連接至核心直徑較小的光纖(例如單模光纖SMF)時，容易在接合處產生損失，所產生的損失可依據下面的公式獲得：
其中D 1係為傳送光纖的核心直徑，D 2係為接收光纖的核心直徑。當接收光纖的核心直徑大於或等於傳送光纖的核心直徑時，所造成的損失趨近於零，但仍有可能因誤差值產生些許損失，因此最佳的態樣接收光纖的核心直徑不能小於傳送光纖的核心直徑。
光纖與光纖對接時，除了核心直徑會影響光纖耦合時的耦合效率，數值孔徑(Numerical Aperture)的不匹配同樣也會造成光纖對接時產生耦合損失。所產生的損失可依據下面的公式獲得：
其中NA 1係為傳送光纖的數值孔徑，NA 2係為接收光纖的數值孔徑。當接收光纖的數值孔徑大於或等於傳送光纖的數值孔徑時，所造成的損失趨近於零，但仍有可能因誤差值產生些許損失，因此最佳的態樣接收光纖的數值孔徑不能小於傳送光纖的數值孔徑。
於單模光纖與單模光纖對接時，必須考慮不同光纖中模場直徑(Modal Field Diameter,MFD)的差異，如果模場直徑不相同時，光纖與光纖之間會造成耦光損失。所產生的損失可依據下面的公式獲得：
其中ω 1係為傳送光纖的模場直徑，ω 2係為接收光纖的模場直徑。當傳送光纖的模場直徑趨近於接收光纖的模場直徑時，所造成的損失趨近於零；其餘當傳送光纖的模場直徑大於或小於該接收光纖的模場直徑時都會造成損失。
由上面的內容可以知道，考量到光纖收光錐角與收光面積的問題，於收光的一側(對準至雷射半導體的一側)較佳應選用數值孔徑較大的光纖，於出光(與外部光纖耦合)的一側較佳應選用核心直徑及數值孔徑不大於或接近於外部光纖或是與外部光纖具有相同模場直徑的光纖，藉以避免耦光或耦合造成的損失。
以下係舉本創作二不同實施態樣進行說明，於下面的實施態樣中，插座主體11內的光纖(貫孔12內光纖)係為具有兩 種不同的數值孔徑的雙核光纖，藉由增加收光側P1光纖的收光角度，提升耦光效率，並減少雙核光纖在光纖插槽P2一側與外部光纖OF之間因核心直徑或模場直徑不匹配產生的耦合損失。
請參閱「圖3」及「圖4」，為本創作第一實施態樣的功能方塊示意圖及剖面示意圖，如圖所示：本實施態樣中，該雙核光纖的耦合區段係為將該收光區段及該耦合區段以融熔拉錐的方式結合所形成的一體成形的錐體光纖。具體而言，於進行融熔拉錐時，必須先預備二分別為具有較高數值孔徑的光纖(例如多模光纖MMF或特殊單模光纖)及具有核心直徑不大於或接近於外部光纖OF或模場直徑與外部光纖OF相同的光纖(例如SMF)，於上述的二種光纖之間的接合處提供超過攝氏1400度至1700度的溫度使二光纖熔融後結合；於二光纖熔融結合並凝固時，於結合處透過燃燒純氧及氫氣的火焰或放電電極激發出高溫電弧之熱電裝置對熔融處提供持續的高溫(約略控制於攝氏1100度至1200度)，並於該光纖熔融處的兩側分別藉由拉伸機由兩側施力拉伸，使溫度持續作用於熔融的位置，藉以形成具有二種不同數值孔徑或核心直徑的半成品光纖。
半成品光纖於進行拉錐時，拉伸的力量、距離、時間以及施加於半成品光纖上的溫度必須進行適當的調整，藉此光纖內的光纖核心(core)能夠經由拉伸使直徑漸縮而形成具有錐形纖芯SF3的錐體光纖SF。所述的錐形纖芯SF3可將反射造成的損失降低，使訊號的傳輸率提升，有效的降低光束於兩種不同核心 直徑(core diameter)轉換時所造成的光功率損失。
藉由上述的方式，可以將不同的光纖結合成單一的錐形光纖SF，所述的錐形光纖SF用以塞入至插座主體11的貫孔12內，使具有高數值孔徑的光纖(例如多模光纖MMF或特殊單模光纖)的部分用於作為鄰近收光側P1的收光區段SF1，而核心直徑或數值孔徑不大於或接近於外部光纖OF或與外部光纖OF模場直徑相同的光纖(例如單模光纖SMF)用於作為連接外部光纖OF的耦合區段SF2。收光區段SF1係經由透鏡25直接與雷射半導體22耦光，用以增加收光側P1的收光角度與收光面積；耦合區段SF2係用以耦合至外部光纖OF，透過相同模場直徑或不大於或接近於外部光纖OF的核心直徑或數值孔徑以減少耦合的損失。收光區段SF1的數值孔徑較佳係大於0.105，核心直徑係介於7μm至110μm之間，於此範圍內收光效率的可以達到較佳的數值，惟，可理解的數值孔徑越大時越能增加收光錐角的角度，於本創作中不僅限制於上述的數值範圍；耦合區段SF2的模場直徑與外部光纖OF的模場直徑相等，或是不大於或接近於該外部光纖OF的核心直徑較佳。藉此，不僅增加貫孔12內光纖的收光側P1的耦光效率，同時減少貫孔12內光纖與外部光纖OF之間的耦合損失。上述所稱耦合區段SF2接近於該外部光纖OF的核心直徑係以該耦合區段SF2的核心直徑不超過該外部光纖OF的核心直徑2.7μm為準，於此範圍內可將損失控制在較佳範圍內，但如果僅是將耦合效率控制在所能容許的範圍內時，該耦合區段SF2的核心直徑應 不超過該外部光纖OF的核心直徑8.2μm。上述所稱耦合區段SF2接近於該外部光纖OF的數值孔徑係以該耦合區段SF2的數值孔徑不超過該外部光纖OF的數值孔徑0.046為準，於此範圍內可將損失控制在較佳範圍內，但如果僅是將耦合效率控制在所能容許的範圍內時，該耦合區段SF2的數值孔徑應不超過該外部光纖OF的數值孔徑0.14。
於較佳的實施態樣中，該收光區段SF1的核心直徑可採用較大的核心直徑，用以增加收光側P1的收光面積。透過錐形纖芯SF3的結構，該收光區段SF1的核心直徑可大於或接近於該耦合區段SF2的核心直徑。但為避免核心直徑差距值過大，造成收光區段SF1及耦合區段SF2之間產生過多的損失，於較佳的實施態樣中，該收光區段SF1的核心直徑與該耦合區段SF2的核心直徑差距小於或等於107μm，於此範圍內，該錐形纖芯SF3的長度及角度可以控制在合理的範圍內，惟上述的數值尚須考慮實務上對產品規格的需求，於本創作中不欲限制於上述的範圍。
除上述的實施態樣外，亦可透過熱膨脹核心光纖(Thermally Expanded Core Fiber,TEC fiber)或透過大核心光纖(large core fiber,LCF)與不同核心直徑組成的轉換光纖(transitional fiber,TF)所製成步階轉換核心光纖(Stepwise transitional core fiber,STC fiber)或大核心光纖(LCF)拉錐成形與單模光纖熔接，形成單一光纖具有兩種不同數值孔徑及核心直徑的光纖，或其他利用特殊製程所製作類此特殊複合式光纖，用以取代該插座本體11 貫孔12內的錐體光纖SF，於本創作中不予以限制。此外，上述收光區段SF1及耦光區段SF2的光纖雖然以多模光纖(MMF)及單模光纖(SMF)進行說明，惟，本創作並不欲限制上述光纖實施的種類，在不脫離本創作的主要創作精神下，均應落入本創作的均等範圍。
以下係針對本創作的另一較佳實施態樣進行說明，請參閱「圖5」及「圖6」，為本創作第二實施態樣的功能方塊示意圖及剖面示意圖，如圖所示：除上述透過將單一錐形光纖SF塞入至插座主體11內貫孔12的實施態樣外，於另一較佳實施態樣中，該雙核光纖係可以於收光區段IF1及耦合區段IF2中間設置耦合結構，藉以形成一具有不同數值孔徑或核心直徑的中介光纖IF。具體而言，可透過分別塞入不同數值孔徑或核心直徑的光纖分別作為收光區段IF1及耦合區段IF2。於該收光區段IF1及該耦合區段IF2之間透過耦合結構使經過收光區段IF1的光束聚光，以耦合至核心直徑更小的耦合區段IF2。
在收光區段IF1的核心直徑(core diameter)大於該耦合區段IF2的核心直徑的情況下，為避免光束在傳輸時，因輸入光纖的核心直徑大於輸出光纖的核心直徑造成的不匹配損失(多模光纖進入單模光纖)，於一較佳實施態樣中，該收光區段IF1靠近該耦合區段IF2的一端係朝內(由光纖端緣朝光纖內側)燒結有一內弧面IF11，該耦合區段IF2靠近該收光區段IF1的一端係朝 內(由光纖端緣朝光纖內側)燒結有一內弧面IF21，藉由將該內弧面IF11、IF21結合並於其內填充折射率耦合材料IMM形成雙凸透鏡，將收光區段IF1的光束聚焦至耦合區段IF2的核心，避免因核心直徑不同而造成的耦合損失。於本實施態樣中，該折射率耦合材料IMM的折射率應大於兩側收光區段IF1及耦光區段IF2核心材料的折射率，藉以達到聚光的效果。
除上述實施態樣外，所述的內弧面IF11、IF21亦可單獨形成於一側的光纖端處(收光區段IF1或耦合區段IF2)上，使用折射率耦合材料IMM，而形成可聚光的平凸透鏡，於本創作中不予以限制。
在有效率的將收光區段IF1的光束耦合至耦合區段IF2情況下，該內弧面IF11、IF21的曲率應配合收光區段IF1以及該耦合區段IF2之間核心直徑的差值，並同時須考量收光區段IF1及耦合區段IF2之間的間距，核心直徑差值係與該內弧面IF11、IF21的曲率及間距呈強烈的關聯性。於較佳的實施態樣中，該收光區段IF1的核心直徑可採用較大的核心直徑，用以增加收光側P1的收光面積。透過耦合結構，該收光區段IF1的核心直徑可大於或接近於該耦合區段IF2的核心直徑。但為避免核心直徑差距值過大，造成收光區段IF1及耦合區段IF2之間產生過多的損失，於較佳的實施態樣中，該收光區段IF1的核心直徑與該耦合區段IF2的核心直徑差距小於或等於107μm，於此範圍內，該內弧面IF11、IF21的曲率及該收光區段IF1及耦合區段IF2之間的間距可 以控制在合理的範圍內，惟上述的數值尚須考慮實務上對產品規格的需求，於本創作中不欲限制於上述的範圍。
藉由上述的方式，不同數值孔徑及核心直徑的光纖可分別作為各自獨立的光纖塞入至同一貫孔12內，將高數值孔徑的光纖(例如多模光纖MMF)的部分用於作為鄰近收光側P1的收光區段IF1，模場直徑等於或核心直徑或數值孔徑不大於或接近於外部光纖OF的光纖(例如單模光纖SMF)用於作為連接外部光纖OF的耦合區段IF2，收光區段IF1係經由透鏡25直接與雷射半導體22耦合，用以增加收光側P1的收光角度與收光面積；耦合區段IF2係用以耦合至外部光纖OF，並藉由中間內弧面IF11、IF21的結構增加不同核心直徑光纖之間的耦光效率，減少耦合的損失。收光區段IF1的數值孔徑較佳係大於0.105，核心直徑較佳係介於7μm至110μm之間；耦合區段IF2的模場直徑與外部光纖OF的模場直徑相等，或是核心直徑或數值孔徑不大於或接近於該外部光纖OF的核心直徑較佳。藉此，不僅增加了收光側P1的耦光效率，同時減少貫孔12內光纖與外部光纖OF之間的耦合損失。上述所稱耦合區段IF2接近於該外部光纖OF的核心直徑係以該耦合區段IF2的核心直徑不超過該外部光纖的核心直徑2.7μm為準，於此範圍內可將損失控制在較佳範圍內，但如果僅是將耦合效率控制在所能容許的範圍內時，該耦合區段IF2的核心直徑應不超過該外部光纖OF的核心直徑8.2μm。上述所稱耦合區段IF2接近於該外部光纖OF的數值孔徑係以該耦合區段IF2的數值孔徑 不超過該外部光纖OF的數值孔徑0.046為準，於此範圍內可將損失控制在較佳範圍內，但如果僅是將耦合效率控制在所能容許的範圍內時，該耦合區段IF2的數值孔徑應不超過該外部光纖OF的數值孔徑0.14。
接續，請參閱「圖7」，係本創作第三實施態樣的剖面示意圖，如圖所示：本實施態樣與前面實施態樣的差異僅在於中介光纖耦合結構的實施方法不同，其餘相同部分以下即不再予以贅述。
於本實施態樣中所揭示的中介光纖JF，該收光區段JF1靠近該耦合區段JF2的一端係朝內燒結有內弧面JF11，另一側，於該耦合區段JF2靠近該收光區段JF1的一端係朝內燒結有內弧面JF21，透過於該內弧面JF11、JF21的內側對應設置聚光透鏡JF3，將收光區段JF1的雷射光聚焦至該耦合區段JF2，藉以降低收光區段JF1及耦合區段JF2之間的耦合損失。
具體而言，該聚光透鏡JF3係可以為雙凸透鏡，此雙凸透鏡曲率分別與內弧面密合形成雙合透鏡，各個密合面間可以使用具備黏著性的折射率耦合材料IMM1、IMM2進行膠合，或使用外部固定物進行密合，但在各密合面間仍需使用折射率耦合材料，將該折射率耦合材料IMM1、IMM2填充於內弧面JF11、JF21及聚光透鏡JF3之間。於本實施態樣中，該收光區段JF1及耦合區段JF2核心的折射率應低於該聚光透鏡JF3，較佳態樣中，接近收光區段JF1的折射率耦合材料IMM1的折射率應大於或等於收 光區段JF1的折射率，且接近於該耦合區段JF1的折射率耦合材料IMM2的折射率應小於或等於聚光透鏡JF3的折射率，形成聚光效果。同時，折射率耦合材料IMM1、IMM2的折射率接近相鄰材料(例如：核心、聚光透鏡等)的折射率，亦可減少光束經過時的反射損失。其餘，折射率耦合材料IMM1、IMM2的折射率、收光區段JF1及耦合區段JF2的核心的折射率、與聚光透鏡JF3的折射率之間排列組合所形成的聚光效果，於本創作中不予以限制。
除上述實施態樣外，所述的內弧面(內弧面JF11或內弧面JF21)亦可單獨形成於一側的光纖端處(收光區段JF1或耦合區段JF2)上，使用可聚光的平凸透鏡設置於該內弧面上，於本創作中不予以限制。
接續，請參閱「圖8」，係本創作第四實施態樣的剖面示意圖，如圖所示：本實施態樣與前面實施態樣的差異僅在於中介光纖耦合結構的實施方法不同，其餘相同部分以下即不再予以贅述。
於本實施態樣中所揭示的中介光纖KF，該收光區段KF1靠近該耦合區段KF2的一端係切齊有一平面KF11，於該耦合區段KF2靠近該收光區段KF1的一端則切齊有另一平面KF21，於該收光區段KF1的平面KF11及該耦合區段KF2的平面KF21之間係設置有一聚光透鏡KF3，並將折射率耦合材料IMM3、IMM4填充於該聚光透鏡KF3及二側該平面KF11、KF21之間的空隙。透過該聚光透鏡KF3將收光區段KF1的雷射光收斂至該耦合區段 KF2，藉以降低收光區段KF1及耦合區段KF2之間的功率損失。於本實施態樣之中，該收光區段KF1及耦合區段KF2核心的折射率應低於該聚光透鏡KF3的折射率，較佳態樣是接近收光區段KF1的折射率耦合材料IMM3的折射率應小於或等於收光區段KF1的折射率；接近耦合區段KF2的折射率耦合材料IMM4的折射率應小於或等於耦合區段KF2核心的折射率，折射率耦合材料IMM4的折射率大於耦合區段KF2核心的折射率亦可，但應不大於聚光透鏡KF3的折射率。同時，折射率耦合材料IMM3、IMM4的折射率接近相鄰材料(例如：核心、聚光透鏡)的折射率，亦可減少光束經過時的反射損失。其餘，折射率耦合材料IMM3、IMM4的折射率、收光區段KF1及耦合區段KF2的核心的折射率、與聚光透鏡KF3的折射率之間排列組合所形成的聚光效果，於本創作中不予以限制。接續請參閱「圖9」，係本創作第五實施態樣的剖面示意圖，如圖所示：本實施態樣與前面實施態樣的差異僅在於中介光纖耦合結構的實施方法不同，其餘相同部分以下即不再予以贅述。
於本實施態樣中所揭示的中介光纖MF，該收光區段MF1靠近該耦合區段MF2的一端由外側燒結而形成一外弧面MF11，另一側的耦合區段MF2係切齊而形成一平面MF21，並於該外弧面MF11及該平面MF21之間填入折射率耦光材料IMM。於本實施態樣中，該折射率耦光材料IMM的折射率較佳應低於該收光區段MF1核心的折射率，藉此讓收光區段MF1的光束達到聚 光的效果。同時，折射率耦合材料IMM的折射率接近相鄰材料(例如：核心)的折射率，亦可減少光束經過時的反射損失。
於另一較佳實施態樣中，請參閱「圖10」，係本創作第六實施態樣的剖面示意圖，如圖所示：本實施態樣與前面實施態樣的差異僅在於中介光纖耦合結構的實施方法不同，其餘相同部分以下即不再予以贅述。
於本實施態樣中所揭示的中介光纖NF，該耦合區段NF2靠近該收光區段NF1的一端由外側燒結而形成一外弧面NF21，另一側的收光區段NF1係切齊而形成一平面NF11，並於該外弧面NF21及該平面NF11之間填入折射率耦光材料IMM。於本實施態樣中，該折射率耦光材料IMM的折射率較佳應低於該收光區段NF1核心的折射率，藉此讓收光區段NF1的光束達到聚光的效果。同時，折射率耦合材料IMM的折射率接近相鄰材料(例如：核心)的折射率，亦可減少光束經過時的反射損失。
除上述的各種實施態樣外，於一較佳實施態樣中，如果收光區段的數值孔徑相對該耦合區段較高，但核心直徑與該耦合區段接近或相同的情況下，可以於該收光區段及該耦合區段之間直接設置折射率耦光材料，減少介面之間的反射損失即可，不需要經過錐形纖芯、透鏡、或弧面進行聚光的動作。
上述的各種實施態樣均能夠有效的將兩種具有不同數值孔徑及核心直徑的光纖結合在一起，並有效的增加耦合效率與減少反射損失，應用在光通訊模組100的光纖對接插座10時， 不僅在收光側P1可以具有較大範圍的收光角度及收光效率，在光纖插槽P2的一側亦可以應付不同模場直徑(或核心直徑)耦合時造成的損失。同樣地，上述收光區段及耦光區段的光纖雖然以多模光纖(MMF)及單模光纖(SMF)進行說明，惟，本創作並不欲限制上述光纖實施的種類，在不脫離本創作的主要創作精神下，均應落入本創作的均等範圍。
綜上所述，本創作透過具有二不同數值孔徑的光纖增加光通訊模組的耦光效率，解決習知光纖對接插座的光纖芯僅具有單一數值孔徑及單一核心直徑導致耦光效率不彰的問題。此外，本創作透過將兩種不同光纖進行融熔拉錐或是於兩光纖之間設置耦合結構與折射率耦合材料，減少光纖與光纖間對接時產生的損失，增加耦光效率。
以上已將本創作做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本創作之一較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍內。
11‧‧‧插座主體
P1‧‧‧收光側
P2‧‧‧光纖插槽
22‧‧‧雷射半導體
24‧‧‧次基座
25‧‧‧透鏡
OF‧‧‧外部光纖
SF‧‧‧錐體光纖

Claims (19)

  1. 一種提升耦光效率的光通訊模組，包含有：一光纖對接插座，係具有一插座主體，以及一設置於該插座主體內供雙核光纖設置的貫孔，於該插座主體相應於該貫孔的二端分別具有一收光側、以及一光纖插槽；以及一光發射器主體，設置於該光纖對接插座一側，該光發射器主體係包含有一殼體，以及一設置於該殼體內的雷射半導體，並於該殼體一側係具有一開口處用以對準至該貫孔以將該雷射半導體的雷射光耦合至該雙核光纖；其中，該貫孔內的雙核光纖包含有不同數值孔徑的收光區段及耦合區段，該收光區段係相對該耦合區段具有較大的數值孔徑用以增加該收光側的收光角度，以提升耦光效率，該耦合區段具有與外部光纖相同的模場直徑或不大於或接近於該外部光纖的核心直徑用以增加與該外部光纖之間的耦合效率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該收光區段係相對該耦合區段具有較大的核心直徑用以增加該收光側的收光面積。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該耦合區段的核心直徑係不超過該外部光纖的核心直徑8.2μm。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光通訊模組，其中該耦合區段的核心直徑係不超過該外部光纖的核心直徑2.7μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該耦合區段的數值孔徑不大於或接近於該外部光纖的數值孔徑。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的光通訊模組，其中該耦合區段的數值孔徑係不超過該外部光纖的數值孔徑0.14。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光通訊模組，其中該耦合區段的數值孔徑係不超過該外部光纖的數值孔徑0.046。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該雙核光纖的耦合區段係為將該收光區段及該耦合區段以融熔拉錐的方式結合所形成的一體成形的錐體光纖。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該雙核光纖係為熱膨脹核心光纖(Thermally Expanded Core Fiber,TEC fiber)、或步階轉換核心光纖(Stepwise transitional core fiber,STC fiber)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該雙核光纖係為於該收光區段及該耦合區段中間具有耦合結構的中介光纖。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的光通訊模組，其中該耦合結構包含有：一由該收光區段靠近該耦合區段的一端朝內燒結而形成的內弧 面、以及填充於該內弧面的內側及該收光區段及該耦合區段之間的折射率耦合材料；及/或一由該耦合區段靠近該收光區段的一端朝內燒結而形成的內弧面，以及填充於該內弧面的內側及該收光區段及該耦合區段之間的折射率耦合材料。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的光通訊模組，其中該耦合結構包含有：一由該收光區段靠近該耦合區段的一端朝內燒結而形成的內弧面，於該內弧面的內側係對應設置有一聚光透鏡；及/或一由該耦合區段靠近該收光區段的一端朝內燒結而形成的內弧面，於該內弧面的內側係對應設置有一聚光透鏡。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的光通訊模組，其中該耦合結構包含有：一由該收光區段靠近該耦合區段的一端切齊而形成的平面；一由該耦合區段靠近該收光區段的一端切齊而形成的平面；以及一設置於該收光區段及該耦合區段之間的聚光透鏡。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的光通訊模組，其中該耦合結構包含有：一由該收光區段靠近該耦合區段的一端由外側燒結而形成的外 弧面；或一由該耦合區段靠近該收光區段的一端由外側燒結而形成的外弧面。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該收光區段及該耦合區段的外徑相同。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中於該雷射半導體與該貫孔之間係設置有一耦光透鏡，用以將該雷射半導體的雷射光經由該收光側對準至該貫孔內的雙核光纖。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該收光區段的核心直徑與該耦合區段的核心直徑差距係小於或等於107μm。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊模組，其中該收光區段的數值孔徑係大於0.105。
  19. 如申請專利範圍第1至18項中任一項所述的光通訊模組，其中該收光區段係為多模光纖，該耦合區段係為單模光纖。
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