CN102819075A - 光通信组件及应用其的光通信封装模块 - Google Patents

Abstract

一种光通信组件及应用其的光通信封装模块。光通信组件包括一激光二极管、一光波导及一光学耦合元件。激光二极管用以发出一激光。光学耦合元件设置于激光二极管及光波导之间且位于激光的光路径上。光学耦合元件包括一透镜体及二平凸透镜。透镜体具有一光入射面及实质上平行于光入射面的一光出射面，光入射面与光出射面为平面。此些平凸透镜分别设置于透镜体的光入射面及光出射面。

Description

光通信组件及应用其的光通信封装模块

技术领域

本发明是有关于一种光学组件及应用其的封装模块，且特别是有关于一种光通信组件及应用其的光通信封装模块。

背景技术

随着科技的进步，发展出一种光通信技术。光通信技术是利用调变(modulation)后的光线携带数字信息，再透过光纤(optical fiber)来传递信息。

光纤传递速度比电子快上好几倍，且光纤传递的准确率也比无线电波高，因此光通信技术已经成为科技发展上的重要方向。

在一种光通信技术上，需要将激光二极管的激光聚焦于光纤上。目前采用球状的光学耦合元件来聚焦激光。当光学耦合元件的半径为250微米时，耦合效率高于80％的焦距容忍误差为1980微米。光学耦合元件的半径与焦距容忍误差的变化曲线的斜率大约是17.4。

然而，焦距容忍误差仅有1980微米，在制造过程中，必须精准地控制对位距离，否则将产生极高的产品不良率。

发明内容

本发明有关于一种光通信组件及应用其的光通信封装模块，其利用光学耦合元件的设计来提高焦距误差容忍度。

根据本发明的一实施例，提出一种光通信组件。光通信组件包括一激光二极管、一光波导及一光学耦合元件。激光二极管用以发出一激光。光学耦合元件设置于激光二极管及光波导之间且位于激光的光路径上。光学耦合元件包括一透镜体及二平凸透镜。透镜体具有一光入射面及实质上平行于光入射面的一光出射面。光入射面与光出射面为平面。此些平凸透镜分别设置于透镜体的光入射面及光出射面。

根据本发明的一实施例，提出一种光通信封装模块。光通信封装模块包括一承载组件及一光通信组件。承载组件包括一底板、一第一组装板、一第二组装板及一第三组装板。第一组装板、第二组装板及第三组装板设置于底板上。第二组装板设置于第一组装板及第三组装板之间。光通信组件包括一激光二极管、一光波导及一光学耦合元件。激光二极管用以发出一激光。激光二极管设置于第一组装板上。光波导设置于第三组装板上。光学耦合元件设置于第二组装板上且位于激光的光路径上。光学耦合元件包括一透镜体及二平凸透镜。透镜体具有一光入射面及实质上平行于光入射面的一光出射面。光入射面与光出射面为平面。此些平凸透镜分别设置于透镜体的光入射面及光出射面。

根据本发明的一实施例，提出一种光通信组件。光通信组件包括一激光二极管、一光波导及一光学耦合元件。激光二极管用以发出一激光。光学耦合元件设置于激光二极管及光波导之间且位于激光的光路径上。光学耦合元件包括一透镜体及二平凸透镜。透镜体具有一长度L及一焦距容忍误差ΔZ。透镜体的长度L增量ΔL时，透镜体具有一更新焦距容忍误差ΔZ’。长度L、焦距容忍误差ΔZ、增量ΔL及更新焦距容忍误差ΔZ’的关系式为：ΔZ’＝(ΔZ/L)×250+19.1*ΔL。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举各种实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示光通信组件的示意图。

图2绘示图1的光通信组件设置于一承载板的示意图。

图3绘示光通信组件的耦合效率与焦距的变化曲线图。

图4绘示图3的光通信组件在透镜体的长度与焦距容忍误差的变化曲线图。

图5绘示光通信封装模块的示意图。

主要元件符号说明：

100、200：光通信组件

110：激光二极管

120、220：光学耦合元件

121、123：平凸透镜

121a、123a：接面

122：透镜体

122a：光入射面

122b：光出射面

130：光波导

130a：接收面

300：承载组件

310：第一组装板

320：第二组装板

330：第三组装板

340：底板

900：承载板

1000：光通信封装模块

C1：预定点

L：长度

L1：激光

R220：半径

ΔL：增量

ΔZ：焦距容忍误差

ΔZ’：更新焦距容忍误差

具体实施方式

以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的图式省略部份元件，以清楚显示本发明的技术特点。

请参照图1，其绘示光通信组件100的示意图。光通信组件100包括一激光二极管110、一光波导(optical waveguide)130及一光学耦合元件120。激光二极管110用以发出一激光L1。光波导130用以传输光信号，例如是光纤(optical fiber)、平面波导(planar waveguide)或矩形波导(rectangular waveguide)。光学耦合元件120设置于激光二极管110及光波导130之间且位于激光L1的光路径上，用以将激光二极管110的激光L1耦合至光波导130。光学耦合元件120的材质例如是石英或透明塑胶。

在一种应用中，可以根据一数字讯息码的内容控制激光二极管110，以对应地射出一组调变后的激光L1。激光二极管110射出的激光L1透过光学耦合元件120耦合至光波导130后，即可将激光L1传递至远处。远处的接收器则可再将激光L1反向解码回数字讯息码。

如图1所示，光学耦合元件120包括一透镜体122及二平凸透镜121、123。透镜体122具有一光入射面122a及实质上平行于光入射面122a的一光出射面122b。光入射面122a与光出射面122b为平面。此些平凸透镜121、123分别设置于透镜体122的光入射面122a及光出射面122b。激光L1穿越平凸透镜121、透镜体122及平凸透镜123后，将聚焦且成像于一预定点C1。光波导130的一接收面130a只需对应于此预定点C1即可顺利接收激光L1。

在一实施例中，此些平凸透镜121、123凸向二相反方向。平凸透镜121朝X轴的正方向凸向激光二极管110；平凸透镜123则朝X轴的负方向凸向光波导130。平凸透镜121、123的表面可以是半球面、一定比例的球面、半椭圆面、一定比例的椭圆面或抛物面。一定比例的球面例如是30％的球面。两个平凸透镜121、123的曲率半径实质上相同。

透镜体122可为一圆柱体。透镜体122的光入射面122a的面积与平凸透镜121的接面121a的面积可以实质上相同，透镜体122的光出射面122b的面积与平凸透镜123的接面123a的面积可以实质上相同，使得所有进入平凸透镜121的激光L1均能进入透镜体122，并皆能继续进入平凸透镜123。

在一实施例中，光学耦合元件120的透镜体122及此些平凸透镜121、123为一体成型，以避免透镜体122与平凸透镜121、123之间形成反射、折射的现象。

请参照图2，其绘示图1的光通信组件100设置于一承载板900的示意图。一组光通信组件100设置于承载板900上时，可以将激光二极管110、光学耦合元件120及光波导130沿一直线排列于承载板900上，并且将激光二极管110的中心轴、光学耦合元件120的中心轴及光波导130的中心轴对齐。如此一来，激光二极管110射出的激光L1可以准直地射入光学耦合元件120，并耦合入光波导130内。

请参照图3，其绘示光通信组件100的耦合效率与焦距的变化曲线图。在一实施例中，激光二极管110的激光L1的波长为1550纳米(nanometer，nm)，透镜体120及平凸透镜121、123的折射率为1.52。当透镜体122的长度L(标示于图1)为250微米(micrometer，um)时，耦合效率高于80％的焦距容忍误差ΔZ(标示于图1)为2260微米；当透镜体122的长度L为300微米时，耦合效率高于80％的焦距容忍误差ΔZ为3150微米；当透镜体122的长度L为350微米时，耦合效率高于80％的焦距容忍误差ΔZ为4110微米；当透镜体122的长度L为400微米时，耦合效率高于80％的焦距容忍误差ΔZ为5130微米。

请参照图4，其绘示图3的光通信组件100在透镜体122的长度L的增量ΔL与更新焦距容忍误差ΔZ’的变化曲线图。透镜体122的长度L增加为长度L与增量ΔL之合时，透镜体122具有一更新焦距容忍误差ΔZ’，长度L、焦距容忍误差ΔZ、增量ΔL及更新焦距容忍误差ΔZ’的关系式(1)为：

ΔZ’＝(ΔZ/L)×250+19.1*ΔL.....................(1)

也就是说，透镜体122的长度L的增量ΔL越多时，更新焦距容忍误差ΔZ’也会越大。透镜体122的长度L的增量ΔL与更新焦距容忍误差ΔZ’的变化曲线的斜率大约是19.1。

相较于已知的球状光学耦合元件，本实施例采用具有透镜体122的光学耦合元件120可以获得较大的更新焦距容忍误差ΔZ’。并且本实施例的透镜体122的变化曲线的斜率较大，所以采用透镜体122的光学耦合元件120随着透镜体122的长度L的增量ΔL增加，可以快速增加更新焦距容忍误差ΔZ’。

请参照图5，其绘示光通信封装模块1000的示意图。在一实施例中，上述光通信组件100可以透过一承载组件300封装成一光通信封装模块1000。光通信封装模块1000包括承载组件300及至少一光通信组件100。在图7的实施例中，光通信封装模块1000以8个光通信组件100为例做说明。

承载组件300包括一底板340、一第一组装板310、一第二组装板320及一第三组装板330。底板340、第一组装板310、第二组装板320及第三组装板330的材质可以是硅材料、陶瓷材料、金属材料、玻璃纤维或塑胶材料。第一组装板310、第二组装板320及第三组装板330设置于底板340上。第二组装板320设置于第一组装板310及第三组装板330之间。

如图5所示，各个激光二极管110设置于第一组装板310上，各个光学耦合元件120设置于第二组装板320上，各个光波导130设置于第三组装板330上。各个激光二极管110、各个光学耦合元件120及各个光波导130相互对应。

第一组装板310、第二组装板320及第三组装板330实质上垂直于底板340。并且，第一组装板310、第二组装板320及第三组装板330实质上相互平行。如此一来，只要每个激光二极管110的中心轴垂直于第一组装板310，每个光学耦合元件120的中心轴垂直于第二组装板320，且每个光波导130的中心轴垂直于第三组装板330，则可使激光二极管110的中心轴、光学耦合元件120的中心轴及光波导130的中心轴相互平行，而便于对准。

综上所述，虽然本发明已以各种实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (19)

1.一种光通信组件，包括：

一激光二极管，用以发出一激光；

一光波导；以及

一光学耦合元件，设置于该激光二极管及该光波导之间且位于该激光的光路径上，该光学耦合元件包括：

一透镜体，该透镜体具有一光入射面及实质上平行于该光入射面的一光出射面，该光入射面与该光出射面为平面；及

二平凸透镜，分别设置于该透镜体的该光入射面及该光出射面。

2.如权利要求1所述的光通信组件，其中该透镜体的长度为250～400微米。

3.如权利要求1所述的光通信组件，其中该些平凸透镜凸向二相反方向。

4.如权利要求1所述的光通信组件，其中该光学耦合元件的该透镜体及该些平凸透镜为一体成型。

5.如权利要求1所述的光通信组件，其中该些平凸透镜的曲率半径实质上相同。

6.如权利要求1所述的光通信组件，其中该透镜体及该些平凸透镜的折射率为1.52。

7.如权利要求1所述的光通信组件，其中该透镜体为一圆柱透镜体。

8.如权利要求1所述的光通信组件，其中该光波导为一光纤、一平面波导及一矩形波导的其中之一。

9.一种光通信封装模块，包括：

一承载组件，包括：

一底板；

一第一组装板；

一第二组装板；及

一第三组装板，该第一组装板、该第二组装板及该第三组装板设置于该底板上，该第二组装板设置于该第一组装板及该第三组装板之间；以及

一光通信组件，包括：

一激光二极管，用以发出一激光，该激光二极管设置于该第一组装板上；

一光波导，设置于该第三组装板上；及

一光学耦合元件，设置于该第二组装板上且位于该激光的光路径上，该光学耦合元件包括：

一透镜体，该透镜体具有一光入射面及实质上平行于该光入射面的一光出射面，该光入射面与该光出射面为平面；及

二平凸透镜，分别设置于该透镜体的该光入射面及该光出射面。

10.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该第一组装板、该第二组装板及该第三组装板实质上垂直于该底板。

11.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该第一组装板、该第二组装板及该第三组装板实质上相互平行。

12.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该透镜体的长度为250～400微米。

13.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该些平凸透镜凸向二相反方向。

14.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该光学耦合元件的该透镜体及该些平凸透镜为一体成型。

15.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该些平凸透镜的曲率半径实质上相同。

16.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该透镜体及该些平凸透镜的折射率为1.52。

17.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该透镜体为一圆柱透镜体。

18.如权利要求9所述的光通信封装模块，其中该光波导为一光纤、一平面波导及一矩形波导的其中之一。

19.一种光通信组件，包括：

一激光二极管，用以发出一激光；

一光波导；以及

一光学耦合元件，设置于该激光二极管及该光波导之间且位于该激光的光路径上，该光学耦合元件包括：

二平凸透镜；以及

一透镜体，具有一长度L及一焦距容忍误差ΔZ，该透镜体的该长度L增量ΔL时，该透镜体具有一更新焦距容忍误差ΔZ’，该长度L、该焦距容忍误差ΔZ、该增量ΔL及该更新焦距容忍误差ΔZ’的关系式为：

ΔZ’＝(ΔZ/L)×250+19.1*ΔL。

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