TWI588552B - 光收發次組件及其製造方法 - Google Patents

Description

光收發次組件及其製造方法

本發明係關於一種光通訊元件及其製造方法，特別關於一種光收發次組件及其製造方法。

現今全球許多國家已普遍採用光纖作為網路系統主要的傳輸工具。因為光纖是以光的全反射來進行傳輸，因此光纖具有高速傳輸以及低傳輸損失的特性。當光纖被用來作為網路系統的傳遞媒介時，光纖具有寬頻、高容量與高速的特性。在目前資訊傳輸量越來越大且使用者對網路要求更為快速的情形下，光纖的傳輸數據量已逐漸不敷使用。為了因應傳輸數據量不敷使用的問題，除了改善光纖傳遞速度以外，光纖兩端的接收與發射亦顯得相當重要。其中，重要的元件包括了光接收器、光發射器以及光收發器。

然而，在實務上，由於光收發器的技術日新月異，傳統的架構已無法滿足設計上與製造上的需求。因此，如何簡化光收發次組件的結構，並提升光收發次組件的組裝效率，則為研發人員應解決的問題之一。

本發明在於提供一種光收發次組件，以簡化光收發次組件的結構，並提升光收發次組件的組裝效率。

本發明所揭露的光收發次組件，包括光連接模組、光偵測模組、光源模組以及光波導模組。光連接模組係用以連接外部裝置，包括第一連接埠及第二連接埠，第一連接埠傳遞外部裝置的第一光訊號。再者，光波導模 組包括第一導光區域及第二導光區域，且光波導模組具有入光部、出光部與傳輸部。其中，第一導光區域經由傳輸部光耦接第一連接埠，第二導光區域經由傳輸部光耦接第二連接埠。光偵測模組則經由出光部光耦接第一導光區域，用以偵測經第一導光區域的第一光訊號。此外，光源模組經由入光部光耦接第二導光區域，用以發射一第二光訊號經第二導光區域至第二連接埠，第二連接埠則將第二光訊號傳遞至外部裝置。

根據上述本發明所揭露的光收發次組件，利用光波導元件取代多條光纖，以做為光收發次組件中的光通道，不僅能讓光通道的輸入端間距與輸出端間距轉換更容易，亦簡化了光收發次組件的結構與光收發次組件的組裝流程。

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。

1、3、4、6、7‧‧‧光收發次組件

10、30、40、50、60‧‧‧基板

12、42、62、72‧‧‧光連接模組

14、34、44、64‧‧‧光偵測模組

16、46、66‧‧‧光源模組

18、28、38、48、68‧‧‧光波導模組

120、620‧‧‧第一連接埠

122、622‧‧‧第二連接埠

180、280‧‧‧第一導光區域

182、282‧‧‧第二導光區域

184、284、484‧‧‧入光部

186、286、386‧‧‧出光部

188、288、688‧‧‧傳輸部

2800、2820‧‧‧光通道

28000、28002、28200、28202‧‧‧輸入/輸出端

340‧‧‧光偵測元件

342‧‧‧透鏡單元

3420‧‧‧入射端

3422‧‧‧反射面

3424‧‧‧出射端

3426‧‧‧定位部

381、383‧‧‧表面

41‧‧‧光隔離器

43‧‧‧電流電壓轉換器

460‧‧‧發光元件

462‧‧‧控制單元

510、512‧‧‧磁性體

514‧‧‧法拉第轉子

6200、6220‧‧‧光纖

622‧‧‧玻璃片

75‧‧‧殼體

第1圖為本發明一實施例之光收發次組件的結構示意圖。

第2圖為本發明一實施例之光波導模組的結構示意圖。

第3圖為本發明一實施例之光收發次組件的側視圖。

第4圖為本發明另一實施例之光收發次組件的結構示意圖。

第5圖為本發明一實施例之光隔離器的結構圖。

第6圖為本發明又一實施例之光收發次組件的結構示意圖。

第7圖為本發明再一實施例之光收發次組件的結構示意圖。

第8圖為本發明一實施例之光收發次組件製造方法的流程圖。

請參照第1圖，係為本發明一實施例之光收發次組件的結構示意圖。如第1圖所示，光收發次組件1包括光連接模組12、光偵測模組14、光源模組16以及光波導模組18。光連接模組12係用以連接外部裝置，包括第一 連接埠120及第二連接埠122，第一連接埠120傳遞外部裝置的第一光訊號。光波導模組18具有一光波導元件，係以氧化矽或矽晶圓製成。於實務上，可對氧化矽或矽晶圓基板進行半導體製程，以產生包括第一導光區域180及第二導光區域182。且光波導模組18具有入光部184、出光部186與傳輸部188。第一導光區域180經由傳輸部188光耦接第一連接埠120，第二導光區域182經由傳輸部188光耦接第二連接埠122。再者，光偵測模組14係經由出光部186光耦接第一導光區域180，用以偵測經第一導光區域180的第一光訊號。此外，光源模組16係經由入光部184光耦接第二導光區域182。光源模組16發射第二光訊號經第二導光區域182至第二連接埠122，第二連接埠122則將第二光訊號傳遞至外部裝置。

於一實施例中，光收發次組件1更可包括基板10。其中，基板10的材料可以是有絕緣及/或散熱效果的材料，例如氮化鋁、矽或是其他陶瓷材料。因此，光波導模組18、光偵測模組14以及光源模組16可分別設置於基板10。惟本實施例並不以此為限，該所屬技術領域之通常知識者亦可依實際需求利用其他適合的固接設計以設置光波導模組18、光偵測模組14以及光源模組16。

請參照第2圖，係為本發明一實施例之光波導模組的結構示意圖。光波導模組28中的第一導光區域280包括至少一第一光通道2800，每一個第一光通道2800包括第一輸入端28000及第一輸出端28002。第一輸入端28000光耦接於傳輸部288，以接收第一光訊號。第一輸出端28002光耦接於出光部286，以便將透過第一光通道2800傳送的第一光訊號傳送至光偵測模組。再者，第二導光區域282包括至少一第二光通道2820，每一個第二光通道2820包括第二輸入端28200及第二輸出端28202。第二輸入端28200光耦接於入光部284，以接收第二光訊號。第二輸出端28202光耦接於傳輸部288，以便將透過第二光通道2820傳送的第二光訊號傳送至光連接模組。

其中，相鄰的第二輸入端28200之間係間隔第一距離，相鄰的 第二輸出端28202之間則間隔第二距離。於實務上，第一距離可不等於第二距離。舉例來說，通常由於光源模組尺寸的限制，第一距離為1mm。第二距離則需配合光連接模組而設定為250μm。於此例中，第一距離為1mm係遠大於第二距離。但透過光波導元件的光通道設計，可輕易將兩端差異極大的間距做轉換。此外，相鄰的第一輸入端28000之間係間隔第三距離，相鄰的第一輸出端28002之間則間隔第四距離。於實務上，第三距離亦可不等於第四距離。如是，利用光波導元件易於調適光通道輸入端間距與輸出端間距的特性，讓輸入端間距與輸出端間距的轉換更容易，以使光連接模組、光偵測模組及光源模組之間的組配更有彈性。此外，更可避免以光纖作為光通道時為達到適當間距配置而遭遇光纖間距的限制或是光纖扭曲問題。

請參照第3圖，係為本發明一實施例之光收發次組件的側視 圖。光收發次組件3包括光連接模組(圖未示)、光偵測模組34、光源模組(圖未示)以及光波導模組38。其中，光偵測模組34包括光偵測元件340及一透鏡單元342。透鏡單元342設置於光偵測元件340的上方，並鄰近於出光部386。透鏡單元342包括入射端3420、反射面3422及出射端3424，入射端3420對準出光部386，出射端3424對準光偵測元件340。反射面3422用以使從入射端3420進入的第一光訊號轉朝向出射端3424。於實務上，由於光波導模組38於製造時出光部386與光波導模組38的下表面381的垂直距離通常較不易控制，但出光部386與光波導模組38的上表面383的垂直距離則可精確控制以配合透鏡單元342中入射端3420的位置。因此，可利用上表面383做為定位的參考平面，將透鏡單元342的定位部3426設置於上表面383上，以便將入射端3420對準出光部386。於實務上，光收發次組件3更可包括基板30，並將光偵測元件340設置於基板30上，惟本實施例不以此為限。

請參照第4圖，係用以說明本發明另一實施例之光收發次組件 的結構示意圖。如第4圖所示，光收發次組件4包括光連接模組42、光偵測模組44、光源模組46以及光波導模組48，其耦接關係及運作原理與第1圖所示 實施例相同，在此不再贅述。與第1圖不同的是，光收發次組件4更包括光隔離器41，設置於光源模組46與入光部484之間，且分別光耦接於光源模組46及入光部484。光隔離器41係用以控制第二光訊號，使其行進方向為單一方向(即由光源模組46射向光波導模組48)，以避免第二光訊號反射回光源模組46而影響發光效能。於實務上，光收發次組件4更可包括基板40，並將光隔離器41、光偵測模組44、光源模組46以及光波導模組48設置於基板40上，惟本實施例不以此為限。請參照第5圖，係為本發明一實施例之光隔離器的結構圖。光隔離器包括第一磁性體510、第二磁性體512及法拉第轉子514，法拉第轉子514係設置於第一磁性體510與第二磁性體512之間。舉例來說，如第5圖所示，可將光隔離器的第二磁性體512端設置於基板50上，使第一磁性體510、第二磁性體512及法拉第轉子514成上下排列，以節省光隔離器所占的橫向空間。於另一個例子中，亦可將第一磁性體510、第二磁性體512及法拉第轉子514以橫向方式設置於基板50上。除此之外，於又一個例子中，亦可將法拉第轉子514設置於圓形磁性體中間，再將光隔離器設置於基板50上。

請復參照第4圖，於又一實施例中，光收發次組件4更可包括 電流電壓轉換器43。電流電壓轉換器43係電性連接於光偵測模組44，用以將光偵測模組44產生的電流訊號轉換為電壓訊號。此外，可將電流電壓轉換器43設置於基板40上，惟本實施例不以此為限。於實務上，光源模組46可包括發光元件460及控制單元462。其中，控制單元462可包括光偵測器及控制電路。控制單元462透過控制電路電性連接於發光元件460，並透過光偵測器光耦接於發光元件460。由於發光元件460除了朝入光部484的方向發光外，亦會朝另一方向(即朝控制單元462的方向)發光，且兩方向的發光亮度具有一定的關係。因此，可利用控制單元462的光偵測器偵測發光元件460的發光亮度，以推知發光元件460朝入光部484的發光亮度。控制單元462並依據推知的發光亮度，決定是否利用控制電路對發光元件460的發射功率進行調整，藉以達到自動功率控制的目的。

請參照第6圖，係為本發明另一實施例之光收發次組件的結構 示意圖。如第6圖所示，光收發次組件6包括光連接模組62、光偵測模組64、光源模組66以及光波導模組68。於實務上，光收發次組件6更可包括基板60。其耦接關係及運作原理與第1圖所示實施例相同，在此不再贅述。除此之外，第一連接埠620包括至少一第一光纖6200，第二連接埠622包括至少一第二光纖6220，第一光纖6200及第二光纖6220光耦接傳輸部688，以做為光波導模組68與光連接模組62之間光訊號的傳輸媒介。再者，第一光纖6200及第二光纖6220係利用玻璃片622進行夾固。

請參照第7圖，係為本發明再一實施例之光收發次組件的結構 示意圖。如第7圖所示，光收發次組件7包括光連接模組72、光偵測模組(圖未示)、光源模組(圖未示)以及光波導模組(圖未示)，其耦接關係及運作原理與第1圖所示實施例相同，在此不再贅述。除此之外，光收發次組件7更包括殼體75。且光連接模組72與殼體75連接，並至少一部份露出殼體75，光偵測模組、光源模組及光波導模組則設置於殼體內75。

為說明本發明一實施例之光收發次組件製造方法的流程，請一 併參照第1圖及第8圖，其中第8圖係為本實施例之流程圖。如第8圖所示，光收發次組件製造方法包括下步驟。首先，於步驟S80中，將光波導模組18固定於基板10上。其中，光波導模組18包括第一導光區域180及第二導光區域182。且光波導模組18具有入光部184、出光部186與傳輸部188，傳輸部188光耦接於光連接模組12。接著，於步驟S81中，將光偵測模組14對準出光部186。接著，於步驟S82中，將光偵測模組14固定。又於步驟S83中，將光源模組16對準入光部184。再來，於步驟S84中，並將光源模組16固定於基板10上。而上述固定相關步驟，其方式可先將膠體設於固定處或待固定元件，再以光照固化膠體，藉由膠體的固化使得元件固定。再者，使用於固化膠體的光線可以但不限制為紫外線光。

於一實施例中，請一併參照第3圖及第8圖。光偵測模組34包 括光偵測元件340及透鏡單元342，透鏡單元342包括入射端3420、出射端3424及定位部3426，步驟S81包括下列步驟。首先，將光偵測元件340固定於基板30上。其次，將透鏡單元342的定位部3426設置於光波導模組38的上表面383。接著，將入射端3420對準出光部386。再來，將出射端3424對準光偵測元件340。此外，步驟S82包括將透鏡單元342的定位部3426固定於光波導模組38的上表面383的步驟。於另一實施例中，請一併參照第4圖及第8圖，光收發次組件製造方法更包括將電流電壓轉換器43固定於基板40上，並電性連接於光偵測模組44的步驟。於又一實施例中，光收發次組件製造方法更包括將光隔離器41固定於光源模組46與入光部484之間的基板40上，且光耦接於光源模組46及入光部484的步驟。於再一實施例中，請一併參照第7圖及第8圖，光收發次組件製造方法更包括將光連接模組72及基板與殼體75結合的步驟。其中，基板固定於殼體75內，且光連接模組72至少一部份露出殼體75。

舉例來說，光收發次組件可應用於並行單模四路(Parallel Single Mode 4 lane,PSM4)的技術，惟並不以應用於並行單模四路的技術為限。請復參照第1圖及第2圖，以便說明並行單模四路光收發次組件的運作。首先，關於光訊號接收，光連接模組12可從外部裝置接收到並行單模四路的第一光訊號，其中第一光訊號為單模四路的光訊號。接著，光連接模組12將單模四路的第一光訊號透過第一導光區域280的四個第一光通道2800傳送至光偵測模組14。再來，光偵測模組14依據第一光訊號產生相應的電性訊號，以利後續處理。至於光訊號發射的部分，係由光源模組16將電性訊號轉換為相應的並行單模四路第二光訊號。再透過第二導光區域282的四個第二光通道2820將第二光訊號傳送至光連接模組12，以便將第二光訊號發送至外部裝置。

綜上所述，利用光波導元件取代多條光纖，以做為光收發次組 件中的光通道，不僅能讓光通道的輸入端間距與輸出端間距轉換更容易，亦簡化了光收發次組件的結構與光收發次組件的組裝流程。此外，藉由特別設計的 透鏡單元，利用光波導模組的上表面做為定位的參考平面，更可提高定位的準確度，並提升光收發次組件的組裝效率。再者，將光隔離器的磁性體及法拉第轉子以上下方式排列，可節省光隔離器所占的橫向空間，進而提供縮小產品尺寸的可能性。

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。

1‧‧‧光收發次組件

10‧‧‧基板

12‧‧‧光連接模組

14‧‧‧光偵測模組

16‧‧‧光源模組

18‧‧‧光波導模組

120‧‧‧第一連接埠

122‧‧‧第二連接埠

180‧‧‧第一導光區域

182‧‧‧第二導光區域

184‧‧‧入光部

186‧‧‧出光部

188‧‧‧傳輸部

Claims (14)

1. 一種光收發次組件，包括：一光連接模組，用以連接一外部裝置，包括一第一連接埠及一第二連接埠，該第一連接埠傳遞該外部裝置的一第一光訊號；一光波導模組，包括一第一導光區域及一第二導光區域，且該光波導模組具有一入光部、一出光部與一傳輸部，該第一導光區域經由該傳輸部光耦接該第一連接埠，該第二導光區域經由該傳輸部光耦接該第二連接埠；一光偵測模組，經由該出光部光耦接該第一導光區域，該光偵測模組偵測經該第一導光區域的該第一光訊號，該光偵測模組包括一光偵測元件及一透鏡單元，該透鏡單元設置於該光偵測元件的上方，並鄰接於該出光部，該透鏡單元包括一入射端、一反射面及一出射端，該入射端對準該出光部，該出射端對準該光偵測元件，該反射面用以使從該入射端進入的該第一光訊號轉朝向該出射端，該光偵測元件用以偵測從該出射端射出的該第一光訊號，該透鏡單元更包括一定位部，該定位部設置於該光波導模組的一上表面；以及一光源模組，經由該入光部光耦接該第二導光區域，該光源模組發射一第二光訊號經該第二導光區域至該第二連接埠，該第二連接埠將該第二光訊號傳遞至該外部裝置。
2. 如請求項1所述之光收發次組件，更包括一基板，其中該光波導模組、該光偵測模組以及該光源模組分別設置於該基板。
3. 如請求項1所述之光收發次組件，其中該第一導光區域包括至少一第一光通道，每一該第一光通道包括一第一輸入端及一第一輸出端，該第一輸入端光耦接於該傳輸部，該第一輸出端光耦接於該出光部，該第二導光區域包括至少一第二光通道，每一該第二光通道包括一第二輸入端及一第二輸出端，該第二輸入端光耦接於該入光部，該第二輸出端光耦接於該傳輸部。
4. 如請求項3所述之光收發次組件，其中相鄰的該第二輸入端之間間隔一第一距離，相鄰的該第二輸出端之間間隔一第二距離，該第一距離不等於該第二距離。
5. 如請求項2所述之光收發次組件，更包括一光隔離器，設置於該光源模組與該入光部之間的該基板上，且光耦接於該光源模組及該入光部，其中該光隔離器包括一第一磁性體、一第二磁性體及一法拉第轉子，該法拉第轉子設置於該第一磁性體與該第二磁性體之間，且該第二磁性體位於該法拉第轉子與該基板之間。
6. 如請求項1所述之光收發次組件，更包括一電流電壓轉換器，電性連接於該光偵測模組，用以將該光偵測模組產生的一電流訊號轉換為一電壓訊號。
7. 如請求項1所述之光收發次組件，其中該光源模組包括一發光元件及一控 制單元，該發光元件發射該第二光訊號該控制單元電性連接且光耦接於該發光元件，用以依據該發光元件的一發光亮度控制該發光元件的一發射功率。
8. 如請求項1所述之光收發次組件，其中該第一連接埠包括至少一第一光纖，該第二連接埠包括至少一第二光纖、該至少一第一光纖及該至少一第二光纖光耦接該傳輸部。
9. 如請求項1所述之光收發次組件，更包括一殼體，其中，該光連接模組與該殼體連接，並至少一部份露出該殼體，該光偵測模組、該光源模組及該光波導模組設置於該殼體內。
10. 一種光收發次組件製造方法，包括：固定一光波導模組於一基板上，該光波導模組包括一第一導光區域及一第二導光區域，且該光波導模組具有一入光部、一出光部與一傳輸部，該傳輸部光耦接於一光連接模組的一第一連接埠及一第二連接埠；將一光偵測模組對準該出光部，該光偵測模組包括一光偵測元件及一透鏡單元；固定該光偵測模組；將一光源模組對準該入光部，包含：固定該光偵測元件於該基板上；將該透鏡單元的一定位部設置於該光波導模組的一上表面；將該透鏡單元的一入射端對準該出光部；以及 將該透鏡單元的一出射端對準該光偵測元件；以及固定該光源模組於該基板上。
11. 如請求項10所述之光收發次組件製造方法，其中該固定該光偵測模組的步驟包括：將該定位部固定於該光波導模組的該上表面。
12. 如請求項10所述之光收發次組件製造方法，更包括固定一電流電壓轉換器於該基板上，並電性連接於該光偵測模組。
13. 如請求項10所述之光收發次組件製造方法，更包括固定一光隔離器於該光源模組與該入光部之間的該基板上，且光耦接於該光源模組及該入光部。
14. 如請求項10所述之光收發次組件製造方法，更包括將該光連接模組及該基板與一殼體結合，其中該基板固定於該殼體內，且該光連接模組至少一部份露出該殼體。