CN103308994A - 光耦合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光耦合装置包含有光学耦合组件、至少一光电转换组件、以及至少一光导纤维，其中，该光学耦合组件具有第一表面、第二表面以及反射面；该第一表面上形成有至少一第一透镜；该第二表面上形成有至少一第二透镜；该光电转换组件位于该光学耦合组件的该第一表面的一侧，且面对该第一透镜；该光导纤维位于该光学耦合组件的该第二表面的一侧，且面对该第二透镜；且该光耦合装置主要满足下列条件：0.3<β<0.9；β=NA1/NA2；其中，NA1为该光电转换组件的数值孔径；NA2为该光导纤维的数值孔径。

Description

光耦合装置
技术领域
本发明与光学有关，更详而言之是指一种光耦合装置。
背景技术
随着光学科技的进步，利用光讯号来传导信息的设计与装置越来越多元与普及，而其中又以光耦合装置普及运用于许多领域中。
而已知光耦合装置的设计如***合众国公告第7369328号专利「Opticalpath change type optical coupling element」所示，于两个光学连接器(opticalconnector)之间设计有光学耦合组件，且该光学耦合组件的两个面上分别有一组透镜组，且该两透镜组至该反射面的距离相同，藉以通过该两透镜组改变光讯号特性的设计，使得该光耦合装置在进行光耦合传输时能产生较低的损耗，而可具有较佳耦合效率。
然而，随着时代的进步，光讯号源亦依据不同使用需求而设计有不同大小的数值孔径(number aperture)，但上述光耦合装置的设计在光讯号源具有较大的数值孔径时，光讯号容易扩散到透镜组的周缘，而有损耗加大及失真的疑虑。
因此，已知的光耦合装置因上述原因，而无法一次适用于多种不同数值孔径的光讯号源上，且因其适用范围小，亦会增加对光讯号校准所需耗费的时间，并容易影响光耦合组件定位时的准确度。综上说明可知，已知光耦合装置的设计仍未臻完善，且尚有待改进之处。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的光耦合装置对光讯号校准耗费时间、且容易影响光耦合组件定位时的准确度的缺陷，提供一种光耦合装置，具有较大的适用范围，而使其具有对光校准时间所需耗费的时间低、光学定位准确度高、以及可容许偏差±10μm等特性。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种光耦合装置包含有光学耦合组件、至少一光电转换组件、以及至少一光导纤维(optical fiber)，其中，该光学耦合组件具有第一表面、第二表面以及反射面；该第一表面上形成有至少一第一透镜；该第二表面上形成有至少一第二透镜；光讯号由该第一透镜进入该光学耦合组件，经由该反射面反射后，由该第二透镜离开该光学耦合组件；或是由该第二透镜进入该光学耦合组件，经由该反射面反射后，由该第一透镜离开该光学耦合组件；该光电转换组件位于该光学耦合组件的该第一表面的一侧，且面对该第一透镜；该光电转换组件用以接收自该光学耦合组件射出的光讯号，并转换成电讯号后输出；或是将接收的电讯号转换成光讯号后，射往该光学耦合组件；该光导纤维位于该光学耦合组件的该第二表面的一侧，且面对该第二透镜；该光导纤维用以将自外部传输的光讯号射往该光学耦合组件；或是接收自该光学耦合组件射出的光讯号，并传输至外部。
依据上述构思，该第一透镜与该第二透镜的***组合会满足下列条件：
0.5<α<1.5，其中α=R1/R2，R1为该第一透镜的曲率半径(radius ofcurvature)；R2为该第二透镜的曲率半径(radius of curvature)。
依据上述构思，该光电转换组件与该光导纤维满足下列条件：
0.3<β<0.9，其中β=NA1/NA2，NA1为该光电转换组件的数值孔径(number aperture)；NA2为该光导纤维的数值孔径(number aperture)。
依据上述构思，该第一透镜的表面至该反射面的距离大于该第二透镜的表面至该反射面的距离。
依据上述构思，该第一透镜的表面为非球面表面。
依据上述构思，该第二透镜的表面为非球面表面。
依据上述构思，该光耦合装置包含有两个该光电转换组件，分别为第一光电转换组件以及第二光电转换组件，其中，该第一光电转换组件用以将接收的电讯号转换成光讯号后，射往该光学耦合组件；该第二光电转换组件用以接收自该光学耦合组件射出的光讯号，并转换成电讯号后输出。
依据上述构思，NA1为该第一光电转换组件的数值孔径(number aperture)。
依据上述构思，该第一光电转换组件为面射型雷射(vertical cavity surfaceemitting laser，VCSEL)。
依据上述构思，该第二光电转换组件为光电二极管(photodiodes，PD)。
依据上述构思，该光耦合装置包含有两个该光导纤维，分别为第一光导纤维以及第二光导纤维，其中，该第一光导纤维用以接收自该光学耦合组件射出的光讯号，并传输至外部；该第二光导纤维用以将自外部传输的光讯号射往该光学耦合组件。
依据上述构思，该光学耦合组件第一表面上形成有两组该第一透镜，分别为第一输入透镜以及第一输出透镜；该第二表面上形成有两组该第二透镜，分别为第二输入透镜以及第二输出透镜；由该第一输入透镜进入该光学耦合组件的光讯号，经由该反射面反射后，将由该第二输出透镜离开该光学耦合组件；由该第二输入透镜进入该光学耦合组件的光讯号，经由该反射面反射后，将由该第一输出透镜离开该光学耦合组件。
藉此，通过上述设计，将可使该光耦合装置具有较大的适用范围，而使其具有对光校准时间所需耗费的时间低、光学定位准确度高、以及可容许偏差±10μm等特性。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的立体图。
图2为本发明光学耦合组件的立体图。
图3为本发明光学耦合组件的剖视图。
图4揭示光讯号由光电转换组件传输至光导纤维。
图5揭示光讯号由光导纤维传输至光电转换组件。
具体实施方式
为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。
请参阅图1，本发明较佳实施例的光耦合装置用以适用于现行较为广泛被使用的四发四收的收发器(transceiver)以及MT型带状光导纤维连接器。该光耦合装置1包含有光学耦合组件10、数个光电转换组件20、以及数个光导纤维(optical fiber)30。其中：
请参阅图2，该光学耦合组件10具有第一表面11、第二表面12以及反射面13。于本实施例中，该第一表面11上形成有十二个第一透镜111，且该第二表面12上形成有十二个第二透镜121，而这些透镜111、121的表面皆为非球面表面。另外，请参阅图3，于本实施例中，各该第一透镜111的表面至该反射面13的距离X设计大于各该第二透镜121的表面至该反射面13的距离Y，藉以通过延伸部份光路的方式，搭配两排非球面的透镜111、121数组，使该光学耦合组件10能具有较佳的光学效果。再者，这些第一透镜111中最靠近两侧的八个透镜111a、111b分别为四个第一输入透镜111a以及四个第一输出透镜111b，而这些第二透镜中121最靠近两侧的八个透镜121a、121b则分别为四个第二输入透镜121a以及四个第二输出透镜121b。
这些光电转换组件20位于该光学耦合组件10的该第一表面11的一侧，且面对该第一透镜111。这些光电转换组件20分别为四个第一光电转换组件20a以及四个第二光电转换组件20b，其中，各该第一光电转换组件20a用以将接收的电讯号转换成光讯号后，射往该光学耦合组件10；该第二光电转换组件20b用以接收自该光学耦合组件10射出的光讯号，并转换成电讯号后输出。于本实施例中，该第一光电转换组件20a为垂直腔面射型雷射(verticalcavity surface emitting laser，VCSEL)，该第二光电转换组件20b为光电二极管(photodiodes，PD)，但不以此为限，亦可是其它可达到相同功能的光电转换组件。
这些光导纤维30位于该光学耦合组件10的该第二表面12的一侧，且其一端面对该第二透镜121。这些光导纤维30分别为四个第一光导纤维30a以及四个第二光导纤维30b，其中，各该第一光导纤维30a用以接收自该光学耦合组件10射出的光讯号并传输至外部；而各该第二光导纤维30b用以将自外部传输的光讯号射往该光学耦合组件10。
藉此，请参阅图4，当该第一光电转换组件20a接收到电讯号后，便转换成光讯号并射往该光学耦合组件10，光讯号由该第一表面11上的该第一输入透镜111a进入该光学耦合组件10后，经由该反射面13反射，并由该第二表面12上的该第二输出透镜121b离开该光学耦合组件10至该第一光导纤维30a，而可将该光讯号传输至外部；反之，请参阅图5，当外部的光讯号传输至该第二光导纤维30b后，将由该第二光导纤维30b射往该光学耦合组件10，此时，光讯号将由该第二表面12上的该第二输入透镜121a进入该光学耦合组件10，经由该反射面13反射后，由该第一表面11上的该第一输出透镜111b离开该光学耦合组件10至该第二光电转换组件20b而转换成电讯号。
而为使该光耦合装置1该进行光耦合传输的过程中，能具有低损耗及高耦合的优点，该光耦合装置满足下列条件：
0.5<α<1.5；α=R1/R2
R1为各该第一透镜111的曲率半径；
R2为各该第二透镜121的曲率半径。
当然，亦可如下缩减上述条件的范围0.8<α<1.0，而可达到较佳的低损耗及高耦合效果。
因此，通过上述的条件设计，将可使得该光耦合装置具有低散射、低损耗以及高耦合的特性，而使得于选择该光电转换组件与该光导纤时，可通过下列条件而可具有较大的可选用范围：
0.3<β<0.9；β=NA1/NA2
NA1为该第一光电转换组件20a的数值孔径；
NA2为该第二光导纤维30b的数值孔径。
藉此，由上述说明可得知，通过该光学耦合组件中的光路长度设计(即距离X大于距离Y的设计)、各该第一透镜111以及各该第二透镜121的非球面与曲率半径比值限定的设计，将可大幅提升该光电转换组件20与该光导纤维30数值孔径的可选用范围，而增大数值孔径的可选用范围后，更可同时达到大幅降低该光耦合装置1于对光校准时间时所需耗费的时间、大幅提升光学定位准确度、以及±10μm的容许偏差位移量的效果。
以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，并不以此为限。举例而言，本发明除可将对应输入/输出光讯号的各透镜111、121整合于同一光学耦合组件10上外，亦可各别设置于不同光学耦合组件上来达到相同的目的。另外，凡应用本发明说明书及权利要求所做的的等效结构及制作方法变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (11)

1.一种光耦合装置，其特征在于，包含：
光学耦合组件，具有第一表面、第二表面以及反射面；该第一表面上形成有至少一第一透镜；该第二表面上形成有至少一第二透镜；光讯号由该第一透镜进入该光学耦合组件，经由该反射面反射后，由该第二透镜离开该光学耦合组件；或是由该第二透镜进入该光学耦合组件，经由该反射面反射后，由该第一透镜离开该光学耦合组件；
至少一光电转换组件，位于该光学耦合组件的该第一表面的一侧，且面对该第一透镜；该光电转换组件用以接收自该光学耦合组件射出的光讯号，并转换成电讯号后输出；或是将接收的电讯号转换成光讯号后，射往该光学耦合组件；
至少一光导纤维，位于该光学耦合组件的该第二表面的一侧，且面对该第二透镜；该光导纤维用以将自外部传输的光讯号射往该光学耦合组件；或是接收自该光学耦合组件射出的光讯号，并传输至外部；
其中，该第一透镜与该第二透镜满足下列条件：
0.3 <β< 0.9，β= NA1/NA2；
NA1为该光电转换组件的数值孔径；
NA2为该光导纤维的数值孔径。
2.如权利要求１所述的光耦合装置，其特征在于，该光电转换组件与该光导纤维满足下列条件：
0.5 <α< 1.5，α= R1/R2
R1为该第一透镜的曲率半径；
R2为该第二透镜的曲率半径。
3.如权利要求１所述的光耦合装置，其特征在于，该第一透镜的表面至该反射面的距离大于该第二透镜的表面至该反射面的距离。
4.如权利要求１所述的光耦合装置，其特征在于，该第一透镜的表面为非球面表面。
5.如权利要求１所述的光耦合装置，其特征在于，该第二透镜的表面为非球面表面。
6.如权利要求１所述的光耦合装置，其特征在于，包含有两个该光电转换组件，分别为第一光电转换组件以及第二光电转换组件，其中，该第一光电转换组件用以将接收的电讯号转换成光讯号后，射往该光学耦合组件；该第二光电转换组件用以接收自该光学耦合组件射出的光讯号，并转换成电讯号后输出，其中，NA1为该第一光电转换组件的数值孔径。
7.如权利要求６所述的光耦合装置，其特征在于，该第一光电转换组件为垂直腔面射型雷射。
8.如权利要求６所述的光耦合装置，其特征在于，该第二光电转换组件为光电二极管。
9.如权利要求１所述的光耦合装置，其特征在于，包含有两个该光导纤维，分别为第一光导纤维以及第二光导纤维，其中，该第一光导纤维用以接收自该光学耦合组件射出的光讯号，并传输至外部；该第二光导纤维用以将自外部传输的光讯号射往该光学耦合组件，其中，NA2为该第二光导纤维的数值孔径。
10.如权利要求１所述的光耦合装置，其特征在于，该第一表面上形成有两组该第一透镜，分别为第一输入透镜以及第一输出透镜；该第二表面上形成有两组该第二透镜，分别为第二输入透镜以及第二输出透镜；由该第一输入透镜进入该光学耦合组件的光讯号，经由该反射面反射后，将由该第二输出透镜离开该光学耦合组件；由该第二输入透镜进入该光学耦合组件的光讯号，经由该反射面反射后，将由该第一输出透镜离开该光学耦合组件。
11.如权利要求２所述的光耦合装置，其特征在于，该第一透镜与该第二透镜更满足下列条件：0.8 <α< 1.0。
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