TWM606271U - 光學傳輸構件的端部結構 - Google Patents

Abstract

一種光學傳輸構件的端部結構，其包含：光導元件、玻璃保護層及凸透鏡，光導元件包括纖芯及包覆該纖芯的披覆層，披覆層的折射率小於纖芯的折射率，以允許光訊號在光導元件中以全反射傳輸，玻璃保護層至少覆蓋於光導元件的端部，凸透鏡設置於玻璃保護層的一側，其中光導元件的端部的斷面相對於光導元件的軸向為傾斜面，凸透鏡的光軸垂直於光導元件的軸向，凸透鏡的焦點位於纖芯的端部的斷面。經由本創作的光學傳輸構件的端部結構，可允許雷射發射構件或光訊號接收構件與光導元件的距離之間存在較大的公差，利於組裝製造、縮小整體構件尺寸。

Description

光學傳輸構件的端部結構

本創作係關於一種光學傳輸構件，更特別的是關於一種光學傳輸構件的端部結構。

光導纖維（Optical fiber），簡稱光纖，是一種由玻璃或塑料製成的纖維，利用光在這些纖維中以全內反射原理傳輸的光傳導工具。平面光波導則是以半導體製程（包括沉積、蝕刻等）以玻璃和矽等材料製造出如同光纖般利用全內反射原理傳輸的結構。光纖或平面光波導這些光學傳輸構件相對於透過電纜傳輸電訊號具有更低的能量損耗率，因此在傳輸訊號時，通常利用一雷射發射構件將電訊號轉換成光訊號，朝向光學傳輸構件的發射端發送光訊號；光訊號經由光學傳輸構件傳輸至輸出端，光訊號自光學傳輸構件朝向一光訊號接收構件射出，光訊號接收構件將光訊號轉換為電訊號。

然而，雷射發射構件及光訊號接收構件對於與光纖或平面光波導之間距離的公差容忍度非常小，造成組裝上的困難。例如，雷射發射構件及/或光訊號接收構件必須控制在與光學傳輸構件相隔20到40微米左右，在兩個元件對位時容易損壞光纖尖端或是上述的光電元件表面。一種解決方法是對光學傳輸構件端部表面進行45度的角度研磨，光電元件對著45度的斜面發送光訊號或接受光訊號。然而此一設計的光學傳輸構件研磨技術的控制必須非常精準，因此仍是無法完全克服製造與組裝的困難。

因此，為解決習知光學傳輸元件的種種問題，本創作提出一種光學傳輸構件的端部結構。

為達上述目的及其他目的，本創作提出一種光學傳輸構件的端部結構，其包含：一光導元件，包括一纖芯及一包覆該纖芯的披覆層，該披覆層的折射率小於該纖芯的折射率，以允許光訊號在該光導元件中以全反射傳輸；一玻璃保護層，至少覆蓋於該光導元件的端部；以及一凸透鏡，設置於該玻璃保護層的一側，其中，該光導元件的端部的斷面相對於該光導元件的軸向為傾斜面，該凸透鏡的光軸垂直於該光導元件的軸向。

於本創作之一實施例中，該凸透鏡的焦點位於該纖芯的端部的斷面。

於本創作之一實施例中，該光導元件的端部的斷面與該光導元件的軸向的夾角為小於44度。

於本創作之一實施例中，更包括一雷射發射構件，設置為朝向該凸透鏡。

於本創作之一實施例中，更包括一光訊號接收構件，設置為朝向該凸透鏡。

於本創作之一實施例中，該光導元件為複數，該等光導元件平行排列，該玻璃保護層至少覆蓋於該等光導元件的端部。

於本創作之一實施例中，該玻璃保護層設有複數V型溝槽，該等V型溝槽平行於該等光導元件。

本創作又提出一種光學傳輸構件的端部結構，其包含：一光導元件，包括一纖芯及一包覆該纖芯的披覆層，該披覆層的折射率小於該纖芯的折射率，以允許光訊號在該光導元件中以全反射傳輸；一玻璃保護層，至少覆蓋於該光導元件的端部；以及一凸透鏡，設置於該光導元件的端部的斷面，其中，該光導元件的端部的斷面為垂直於該光導元件的軸向，該凸透鏡的光軸平行於該光導元件的軸向。

於本創作之一實施例中，該凸透鏡的焦點位於該纖芯。

於本創作之一實施例中，該凸透鏡緊鄰該光導元件的端部的斷面。

於本創作之一實施例中，更包括一墊片，設置於該凸透鏡與該光導元件的端部的斷面。

本創作又提出一種光學傳輸構件的端部結構，其包含：一光導元件，包括一纖芯及一包覆該纖芯的披覆層，該披覆層的折射率小於該纖芯的折射率，以允許光訊號在該光導元件中以全反射傳輸，該光導元件的端部的斷面為垂直於該光導元件的軸向；一玻璃保護層，至少覆蓋於該光導元件的端部；以及一稜鏡型凸透鏡，設置於該光導元件的端部，該稜鏡型凸透鏡具有一連接面、一凸透面及一相對於該連接面的一反射面，該連接面鄰接於該光導元件的端部的斷面，該反射面相對於該光導元件的軸向為傾斜面，該凸透面形成一凸透鏡，該凸透鏡的光軸垂直於該光導元件的軸向。

於本創作之一實施例中，該稜鏡型凸透鏡為一體成形之稜鏡。

於本創作之一實施例中，該稜鏡型凸透鏡為一多面稜鏡與一凸透鏡之組合。

於本創作之一實施例中，該反射面與該光導元件的軸向的夾角為小於44度。

藉此，本創作的光學傳輸構件的端部結構可允許雷射發射構件或光訊號接收構件與光導元件的距離之間存在較大的公差，也允許光導元件中的端部的斷面存在較大的傾斜角度公差，並且可廣泛適應各種不同的雷射發射構件或光訊號接收構件的設計，並且具有組裝製造容易、縮小整體構件的尺寸的優點。

為充分瞭解本創作，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說明。本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的目的、特徵及功效。須注意的是，本創作可透過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的精神下進行各種修飾與變更。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的申請專利範圍。說明如後：

本創作的光學傳輸構件的端部結構100，其中光學傳輸構件的型態包含光纖（主要以玻璃為材料）、平面光波導（通常包含玻璃與矽，利用半導體製程製造），且本創作不限於此。光學傳輸構件可以是任何的利用光折射率以達成光訊號傳輸的光學構件。

如圖1所示，本創作第一實施例之光學傳輸構件的端部結構100，其包含：一光導元件1、一玻璃保護層2及一凸透鏡3。

光導元件1包括一纖芯11（Core）及一包覆纖芯11的披覆層12（Cladding），披覆層12的折射率小於纖芯11的折射率，以允許光訊號在光導元件1中以全反射傳輸。

玻璃保護層2至少覆蓋於光導元件1的端部。本創作的玻璃保護層2可分為一下蓋21及一上蓋22，下蓋21及上蓋22結合以完整包覆光導元件1。在本實施例中，「上」與「下」的區分是以光學傳輸構件的端部結構100與一電路板P（如圖6所示）的結合方向作為分際。結合或朝向電路板P的部分為下蓋21，朝向外部的部分為上蓋22。然而本創作不限於此，玻璃保護層2可以是一體成型地包覆光導元件1。

回到圖1，凸透鏡3設置於玻璃保護層2的一側。在本實施例中，凸透鏡3設置於下蓋21，光導元件1的端部的斷面相對於光導元件1的軸向D為傾斜面，具有一夾角θ。凸透鏡3的光軸C垂直於光導元件1的軸向，且凸透鏡3的焦點位於纖芯11的端部的斷面。然而本創作不限於此，焦點位置可隨研磨角度及與凸透鏡3貼合的位置做相應的調整，如此一來可有效避免反射光回到原光纖或是波導路徑。

本創作的光學傳輸構件的端部結構100不限於發射端或輸出端，光訊號可為由光學傳輸構件的端部結構100進入光導元件1中，也可以為光導元件1中的光訊號由光學傳輸構件的端部結構100射出。

當光訊號由一雷射發射構件4朝向凸透鏡3發射光訊號時，雷射發射構件4可視為一點光源，點光源發散的光訊號可由凸透鏡3聚焦於纖芯11的端部的斷面，並且由於光導元件1的端部的斷面相對於光導元件1的軸向D為傾斜面，使得光訊號在該斷面發生全反射，而沿光導元件1的軸向D向遠端傳輸。

反過來說，當遠端的光訊號沿光導元件1中的軸向D朝向光學傳輸構件的端部結構100傳輸，光訊號接觸到光導元件1的端部的傾斜斷面，因而以各個角度朝向凸透鏡3發散。凸透鏡3將這些多角度發散的光訊號聚焦於一光訊號接收構件5。

藉此，本創作的光學傳輸構件的端部結構100藉由凸透鏡3可將發散的光訊號匯聚於焦點，以允許雷射發射構件4或光訊號接收構件5與光導元件1的距離之間存在較大的公差，也允許光導元件1中的端部的斷面存在較大的傾斜角度公差，並且可廣泛適應各種不同的雷射發射構件4或光訊號接收構件5的設計，並且具有組裝製造容易、縮小整體構件的尺寸的優點。除此之外，本創作的光學傳輸構件的端部結構100還可用於多波分工（在單條光纖或波導上同時發送多束不同波長之光訊號）、解多波分工（將一組包含有多個波長之光訊號，分解成數個具有特定波長的光訊號），並不限於僅用於單一的光纖或波導傳輸。

進一步地，在本實施例中，光導元件1的端部的斷面與光導元件的軸向的夾角θ為小於44度，又，考慮入光及出光的反射光效應造成異常，建議較佳地設置在42.5度±0.5度的範圍內。

進一步地，在本實施例中，光學傳輸構件的端部結構100更包括前述的雷射發射構件4，設置為朝向凸透鏡3。雷射發射構件4例如為垂直腔面射型雷射器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL），可將電訊號轉換並輸出固定波長的雷射光。

進一步地，在本實施例中，光學傳輸構件的端部結構100更包括前述的光訊號接收構件5，設置為朝向凸透鏡3。光訊號接收構件5可為導體光電二極體(Photodiodes，PD)，以將光訊號轉為電訊號。

進一步地，在本實施例中，如圖6所示，光導元件1為複數，這些光導元件1平行排列，而玻璃保護層2至少覆蓋於這些光導元件1的端部。

進一步地，在本實施例中，如圖6所示，玻璃保護層2的設有複數V型溝槽，這些V型溝槽平行於光導元件1，可作為組裝設置光導元件1的尺標。

本創作又提出第二實施例。如圖2所示，光學傳輸構件的端部結構200其包含：一光導元件1、一玻璃保護層2及一凸透鏡3。

光導元件1包括一纖芯11（Core）及一包覆纖芯11的披覆層12（Cladding），披覆層12的折射率小於纖芯11的折射率，以允許光訊號在光導元件1中以全反射傳輸。

玻璃保護層2至少覆蓋於光導元件1的端部。本創作的玻璃保護層2可分為一下蓋21及一上蓋22，下蓋21及上蓋22結合以完整包覆光導元件1。然而本創作不限於此，玻璃保護層2可以是一體成型地包覆光導元件1。

本實施例與第一實施例的主要差別在於：光導元件1的端部的斷面為垂直於光導元件1的軸向D，凸透鏡3設置於光導元件1的端部的斷面，凸透鏡3的光軸C平行於光導元件1的軸向D。

同樣的，本創作的光學傳輸構件的端部結構200不限於發射端或輸出端，光訊號可為由光學傳輸構件的端部結構200進入光導元件1中，也可以為光導元件1中的光訊號由光學傳輸構件的端部結構200射出。

當光訊號由一雷射發射構件4朝向凸透鏡3發射光訊號時，雷射發射構件4可視為一點光源，點光源發散的光訊號可由凸透鏡3聚焦於纖芯11，使得光訊號在光導元件1內發生全反射，而沿光導元件1的軸向D向遠端傳輸。

反過來說，當遠端的光訊號沿光導元件1中的軸向D朝向光學傳輸構件的端部結構200傳輸，光訊號接觸到光導元件1的端部的斷面，並以各個角度朝向凸透鏡3發散。凸透鏡3將這些多角度發散的光訊號聚焦於一光訊號接收構件5。

藉此，本創作的光學傳輸構件的端部結構200藉由凸透鏡3可將發散的光訊號匯聚於纖芯11，以允許雷射發射構件4或光訊號接收構件5與光導元件1的距離之間存在較大的公差，並且可廣泛適應各種不同的雷射發射構件4（例如邊射型雷射（Edge-emitting Semiconductor Lasers）、分散反饋式雷射（Distributed feedback laser））或光訊號接收構件5的設計，並且具有組裝製造容易、縮小整體構件的尺寸的優點。除此之外，本創作的光學傳輸構件的端部結構200還可用於多波分工（在單條光纖或波導上同時發送多束不同波長之光訊號）、解多波分工（將一組包含有多個波長之光訊號，分解成數個具有特定波長的光訊號），並不限於僅用於單一的光纖傳輸。

進一步地，在本實施例中，凸透鏡3的焦點位於纖芯11。然而本創作不限於此，焦點位置可隨研磨角度及與凸透鏡3貼合的位置做相應的調整，如此一來可有效避免反射光回到原光纖或是波導路徑。

進一步地，在本實施例中的一個態樣，光學傳輸構件的端部結構200的凸透鏡3緊鄰光導元件1的端部的斷面。然而本創作不限於此。如圖3所示，在本實施例中的另一個態樣，光學傳輸構件的端部結構200a更包括一墊片6，設置於凸透鏡3與光導元件1的端部的斷面，以配合凸透鏡3調整雷射發射構件4或光訊號接收構件5的發射/接收距離。墊片6較佳的材質為折射率與凸透鏡3、光導元件1匹配的玻璃。然而本創作不限於此，任何在操作波長內為無吸收的介質材料都可以做為墊片。

本創作又提出第三實施例。如圖4所示，光學傳輸構件的端部結構300其包含：一光導元件1、一玻璃保護層2及一稜鏡型凸透鏡7。

光導元件1包括一纖芯11（Core）及一包覆纖芯11的披覆層12（Cladding），披覆層12的折射率小於纖芯11的折射率，以允許光訊號在光導元件1中以全反射傳輸。

玻璃保護層2至少覆蓋於光導元件1的端部。本創作的玻璃保護層2可分為一下蓋21及一上蓋22，下蓋21及上蓋22結合以完整包覆光導元件1。然而本創作不限於此，玻璃保護層2可以是一體成型地包覆光導元件1。

本實施例與第一實施例、第二實施例的主要差別在於：光導元件1的端部的斷面為垂直於光導元件1的軸向D，稜鏡型凸透鏡7設置於光導元件1的端部，稜鏡型凸透鏡7具有一連接面71、一凸透面72及一相對於連接面71的一反射面73。連接面71鄰接於光導元件1的端部的斷面，反射面73相對於光導元件1的軸向D為傾斜面，具有一夾角θ’。凸透面72形成一凸透鏡，此凸透鏡的光軸C垂直於光導元件1的軸向D。

本創作的光學傳輸構件的端部結構300不限於發射端或輸出端，光訊號可為由光學傳輸構件的端部結構300進入光導元件1中，也可以為光導元件1中的光訊號由光學傳輸構件的端部結構300射出。

當光訊號由一雷射發射構件4朝向凸透面72形成的凸透鏡發射光訊號時，雷射發射構件4可視為一點光源，點光源發散的光訊號可由凸透面72形成的凸透鏡匯聚於反射面73，並且由於反射面73相對於光導元件1的軸向D為傾斜面，使得各角度的光訊號在反射面73發生全反射，射向連接面71並再度匯聚於纖芯11，而使得光訊號沿光導元件1的軸向D向遠端傳輸。

反過來說，當遠端的光訊號沿光導元件1中的軸向D朝向光學傳輸構件的端部結構300傳輸，各角度的光訊號自連接面71在稜鏡型凸透鏡7中傳輸，並在反射面73發生全反射，因而以各個角度朝向凸透面72形成的凸透鏡發散。凸透面72形成的凸透鏡將這些多角度發散的光訊號聚焦於一光訊號接收構件5。

藉此，本創作的光學傳輸構件的端部結構300可允許雷射發射構件4或光訊號接收構件5與光導元件1的距離之間存在較大的公差，也允許稜鏡型凸透鏡7的反射面73存在較大的傾斜角度公差，並且可廣泛適應各種不同的雷射發射構件4或光訊號接收構件5的設計，並且具有組裝製造容易、縮小整體構件的尺寸的優點。除此之外，本創作的光學傳輸構件的端部結構300還可用於多波分工（在單條光纖或波導上同時發送多束不同波長之光訊號）、解多波分工（將一組包含有多個波長之光訊號，分解成數個具有特定波長的光訊號），並不限於僅用於單一的光纖傳輸。

進一步地，在本實施例中，反射面73與光導元件1的軸向D的夾角θ’為小於44度，較佳地為42.5度±0.5度的範圍內。

進一步地，在本實施例的一個態樣中，稜鏡型凸透鏡7為一體成形之稜鏡。然而本創作不限於此。如圖5所示，在本實施例中的另一個態樣，光學傳輸構件的端部結構300a的稜鏡型凸透鏡為一多面稜鏡7b與一凸透鏡7a之組合。

本創作在上文中已以實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100:光學傳輸構件的端部結構 200:光學傳輸構件的端部結構 200a:光學傳輸構件的端部結構 300:光學傳輸構件的端部結構 300a:光學傳輸構件的端部結構 1:光導元件 11:纖芯 12:披覆層 2:玻璃保護層 21:下蓋 22:上蓋 3:凸透鏡 4:雷射發射構件 5:光訊號接收構件 6:墊片 7:稜鏡型凸透鏡 71:連接面 72:凸透面 73:反射面 7a:凸透鏡 7b:多面稜鏡 C:光軸 D:軸向 P:電路板 θ:夾角 θ’:夾角

圖1係為根據本創作第一實施例之光學傳輸構件的端部結構之剖面示意圖。 圖2係為根據本創作第二實施例之光學傳輸構件的端部結構之剖面示意圖。 圖3係為根據本創作第二實施例之光學傳輸構件的端部結構的另一態樣之剖面示意圖。 圖4係為根據本創作第三實施例之光學傳輸構件的端部結構之剖面示意圖。 圖5係為根據本創作第三實施例之光學傳輸構件的端部結構的另一態樣之剖面示意圖。 圖6係為根據本創作實施例之複數光導元件平行排列之立體示意圖。

100:光學傳輸構件的端部結構

1:光導元件

11:纖芯

12:披覆層

2:玻璃保護層

21:下蓋

22:上蓋

3:凸透鏡

4:雷射發射構件

5:光訊號接收構件

C:光軸

D:軸向

θ:夾角

Claims (15)

1. 一種光學傳輸構件的端部結構，其包含： 一光導元件，包括一纖芯及一包覆該纖芯的披覆層，該披覆層的折射率小於該纖芯的折射率，以允許光訊號在該光導元件中以全反射傳輸； 一玻璃保護層，至少覆蓋於該光導元件的端部；以及 一凸透鏡，設置於該玻璃保護層的一側， 其中，該光導元件的端部的斷面相對於該光導元件的軸向為傾斜面，該凸透鏡的光軸垂直於該光導元件的軸向。
2. 如請求項1所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該凸透鏡的焦點位於該纖芯的端部的斷面。
3. 如請求項1所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該光導元件的端部的斷面與該光導元件的軸向的夾角為小於44度。
4. 如請求項1所述之光學傳輸構件的端部結構，更包括一雷射發射構件，設置為朝向該凸透鏡。
5. 如請求項1所述之光學傳輸構件的端部結構，更包括一光訊號接收構件，設置為朝向該凸透鏡。
6. 如請求項1所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該光導元件為複數，該等光導元件平行排列，該玻璃保護層至少覆蓋於該等光導元件的端部。
7. 如請求項5所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該玻璃保護層設有複數V型溝槽，該等V型溝槽平行於該等光導元件。
8. 一種光學傳輸構件的端部結構，其包含： 一光導元件，包括一纖芯及一包覆該纖芯的披覆層，該披覆層的折射率小於該纖芯的折射率，以允許光訊號在該光導元件中以全反射傳輸； 一玻璃保護層，至少覆蓋於該光導元件的端部；以及 一凸透鏡，設置於該光導元件的端部的斷面， 其中，該光導元件的端部的斷面為垂直於該光導元件的軸向，該凸透鏡的光軸平行於該光導元件的軸向。
9. 如請求項8所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該凸透鏡的焦點位於該纖芯。
10. 如請求項8所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該凸透鏡緊鄰該光導元件的端部的斷面。
11. 如請求項8所述之光學傳輸構件的端部結構，更包括一墊片，設置於該凸透鏡與該光導元件的端部的斷面。
12. 一種光學傳輸構件的端部結構，其包含： 一光導元件，包括一纖芯及一包覆該纖芯的披覆層，該披覆層的折射率小於該纖芯的折射率，以允許光訊號在該光導元件中以全反射傳輸，該光導元件的端部的斷面為垂直於該光導元件的軸向； 一玻璃保護層，至少覆蓋於該光導元件的端部；以及 一稜鏡型凸透鏡，設置於該光導元件的端部，該稜鏡型凸透鏡具有一連接面、一凸透面及一相對於該連接面的一反射面，該連接面鄰接於該光導元件的端部的斷面，該反射面相對於該光導元件的軸向為傾斜面，該凸透面形成一凸透鏡，該凸透鏡的光軸垂直於該光導元件的軸向。
13. 如請求項12所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該稜鏡型凸透鏡為一體成形之稜鏡。
14. 如請求項12所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該稜鏡型凸透鏡為一多面稜鏡與一凸透鏡之組合。
15. 如請求項12所述之光學傳輸構件的端部結構，其中該反射面與該光導元件的軸向的夾角為小於44度。

Images