光学收发模块及光纤缆线模块的制作方法

本发明涉及一种光学收发模块及光纤缆线模块，特别是涉及一种涉及双向(bi-directional)光学收发模块及光纤缆线模块。

背景技术：

目前，对于计算装置的需求持续上升，甚至对于计算装置达到较高性能的需求亦在提升中。然而，传统的电性I/O(输入/输出)信号传递并无不预期会与对于性能增加的需求，特别是对于未来高性能计算的期待齐步并进。现今，I/O信号是通过电路板自处理器来回地电性传送并向外输送至周边装置。电性信号必需经过焊料接头、缆线及其他电性导体。因此，电性I/O信号速率会受电性连接器的电性特性所限制。

传统的电信传输系统逐渐被光纤传输系统所取代。光纤传输系统由于并不具有带宽限制，具有高速传输、传输距离长、材质不受电磁波干扰等优点，因此，目前电子产业多朝光纤传输之方向进行研发。

在光纤通信的应用范围中，很多情况需要双向通信，其利用一条光纤来实现双向通信。然而，目前的双向光学模块仍有许多问题需进一步改良。

技术实现要素：

本发明的一目的在于提供一种光学收发模块，所述光学收发模块包括：

光发射器；

光接收器；

分光单元，设置于所述光发射器及所述光接收器之间，用于分离不同路径的光线；以及

波导单元，设置于所述光发射器及所述分光单元之间，用于避免所述光发射器所发出的光线受到干扰。

本发明的另一目的在于提供一种光纤缆线模块，所述光纤缆线模块包括：

光纤缆线；以及

光学收发模块，包括:

光发射器；

光接收器；

分光单元，设置于所述光发射器及所述光接收器之间，用于分离不同路径的光线；以及

波导单元，设置于所述光发射器及所述分光单元之间，用于避免所述光发射器所发出的光线受到干扰。

本发明的又一目的在于提供一种光学收发模块，所述光学收发模块包括：

基板，具有第一表面、第二表面及通孔，所述通孔是贯通于相对的所述第一表面及所述第二表面之间；

光发射器，设置于所述基板的所述第一表面上；

光接收器，设置于所述基板的所述第二表面上，并对位于所述通孔；以及

分光单元，设置于所述基板的所述第二表面上，并对位于所述通孔，用于分离不同路径的光线，并允许光线通过所述通孔至所述光接收器。

本发明的又一目的在于提供一种光纤缆线模块，所述光纤缆线模块包括：

光纤缆线；以及

光学收发模块，包括:

基板，具有第一表面、第二表面及通孔，所述通孔是贯通于相对的所述第一表面及所述第二表面之间；

光发射器，设置于所述基板的所述第一表面上；

光接收器，设置于所述基板的所述第二表面上，并对位于所述通孔；以及

分光单元，设置于所述基板的所述第二表面上，并对位于所述通孔，用于分离不同路径的光线，并允许光线通过所述通孔至所述光接收器。

在本发明的一实施例中，所述波导单元是设置于所述基板上。

在本发明的一实施例中，所述基板是利用支撑柱来承载于承载基座上，而形成多层封装结构。

在本发明的一实施例中，所述分光单元为一V形槽，所述分光单元的V形槽具有一反射面，所述反射面分别对位于透镜及光接收器，用于反射由所述透镜来的光线至所述光接收器。

在本发明的一实施例中，光学收发模块还包括承载基座及上盖。承载基座的至少一部分具有平坦面，用于承载基板，上盖是用于覆盖承载基座，以封装基板、光发射器、光接收器、波导单元及分光单元于承载基座及上盖所形成内部空间中。

在本发明的一实施例中，所述基板可例如为印刷电路板(PCB)或陶瓷基板，并可包括例如插脚或连接球。

在本发明的一实施例中，所述通孔的孔径可为等于小于150微米(um)，例如100um。

在本发明的一实施例中，波导单元可设置于基板的第一表面上，并对位于光发射器与透镜之间，使得光发射器所发出的光信号可通过波导单元的内部传递而到达透镜，因而可避免外界的噪声干扰波导单元内部所传递的信号。

在本发明的一实施例中，波导单元可由玻璃、高分子聚合物或光纤材料所制成。

在本发明的一实施例中，波导单元可为一长条状，长条状波导单元的一端是对位于光发射器，其另一端是对位于透镜，以允许光发射器所发出的信号可直接进入长条状波导单元，并由透镜发出。

在本发明的一实施例中，波导单元亦可通过其他方式来支撑于光发射器及分光单元之间，而不需设置于基板上。

在本发明的一实施例中，可省略基板的通孔，而仅设置波导单元于光发射器及分光单元之间。

在本发明的一实施例中，波导单元的两端面(入光面、出光面)之外的外围或外表面可包覆不透光的材料，以确实地避免外界的噪声进入波导单元内，因而可避免外界的噪声干扰波导单元内部所传递的信号。

在本发明的一实施例中，分光单元可形成于波导单元上，并对位于基板的通孔，用于分离不同路径的光线。

在本发明的一实施例中，光发射器所发出的光线可直接通过分光单元，使得光发射器所发出的光线(信号)可经由透镜来发出至光学收发模块之外。且分光单元可反射由透镜来的光线(亦即由外界所进入的信号)至通孔，以允许外部的光线(信号)通过基板的通孔来传至光接收器。

在本发明的一实施例中，上盖的透镜是位于基板及波导单元的一侧，且透镜的长轴可垂直于基板。

在本发明的一实施例中，形成于波导单元上的分光单元可为一V形槽，此V形槽的开口可相对于通孔。

在本发明的一实施例中，波导单元的长度可大于光发射器与分光单元(或通孔)之间的距离。

在本发明的一实施例中，波导单元的长度可实质等于光发射器与分光单元(或通孔)之间的距离。

在本发明的一实施例中，所述分光单元的V形槽可具有一反射面，此反射面分别对位于透镜及通孔，用于反射由透镜来的光线(亦即由外界所进入的信号)至光接收器。此外，光发射器所发出的光线可直接通过此反射面。因此，具有反射面的V形槽可达到分光的功效。

在本发明的一实施例中，可涂布特定的反射或滤波材料于此反射面，以达到分光功效。

在本发明的一实施例中，分光单元的反射面与透镜所传来的光线(亦即由外界所进入的信号)方向之间具有一角度，此角度可实质介于30与60之间，以反射由透镜所传来的光线(亦即由外界所进入的信号)至光接收器。

在本发明的一实施例中，所述角度可例如介于40与50之间。

在本发明的一实施例中，分光单元可形成于波导单元的一端，而形成楔形结构，并具有反射面，其分别对位于透镜及通孔。

在本发明的一实施例中，可省略设置波导单元于光学收发模块中，亦即光发射器所发出的光线是直接到达分光单元，而未经过波导单元。

在本发明的一实施例中，分光单元可例如为滤光片、分光镜、绕射光学组件(DOE)、波长分离多任务器(wavelength division multiplexer,WDM)、绕射光栅或其他具有分光功能的组件。

在本发明的一实施例中，承载基座可平行于基板，并利用多个支撑柱来承载基板于承载基座上，因而可形成多层封装结构。

在本发明的一实施例中，光接收器可选择设置于基板的第二表面上或承载基座的表面上，并对位于基板的通孔。

在本发明的一实施例中，上盖的透镜可对位于基板的通孔的上方，使得透镜的长轴可平行于基板，且分光单元的V形槽的开口可面对于通孔。

在本发明的一实施例中，分光单元可反射光发射器所发出的光线至透镜，并允许外部的光线(信号)通过基板的通孔来传至光接收器。

相较于现有的光学收发模块的问题，本发明的光学收发模块可实现双向通信，且可大幅降低光学收发模块中不预期的噪声(杂光)干扰，以确保双向通信的质量。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

【附图说明】

图1是使用本发明光学缆线模块的一系统的一实施例的方块图；

图2及图3为本发明光学收发模块的一实施例的示意图；

图4为本发明波导单元的一实施例的示意图；

图5为本发明光学收发模块的一实施例的示意图；以及

图6为本发明光学收发模块的一实施例的示意图。

【具体实施方式】

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

附图和说明被认为在本质上是示出性的，而不是限制性的。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。另外，为了理解和便于描述，附图中示出的每个组件的尺寸和厚度是任意示出的，但是本发明不限于此。

在附图中，为了清晰起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。在附图中，为了理解和便于描述，夸大了一些层和区域的厚度。将理解的是，当例如层、膜、区域或基底的组件被称作“在”另一组件“上”时，所述组件可以直接在所述另一组件上，或者也可以存在中间组件。

另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”将被理解为意指包括所述组件，但是不排除任何其它组件。此外，在说明书中，“在......上”意指位于目标组件上方或者下方，而不意指必须位于基于重力方向的顶部上。

请参照图1，图1是其中可使用一光学缆线模块100的一系统的一实施例之方块图。本实施例的光学缆线模块100可包括光学收发模块110及光纤缆线130，用于传输信号(视讯video或数据data)至电子装置101。电子装置101可以是许多运算或显示装置中的任何一种，其包括但不局限于数据中心、桌上型或膝上型计算机、笔记本电脑、超薄型笔电、平板计算机、小笔电、或其它运算装置。除了运算装置之外，可被了解的是，许多其他类型的电子装置可包含一或多种描述于本文中的光学收发模块110及/或匹配端口102，且描述于本文中的实施例可等效地应用在这些电子装置上。这些其它电子装置的例子可包括手持式装置、智能型手机、媒体装置、个人数字助理(PDA)、超行动个人计算机、移动电话、多媒体装置、内存装置、照相机、录音机、I/O装置、服务器、机顶盒、打印机、扫描机、监视器、电视机、电子广告牌、投影机、娱乐控制单元、可携式音乐播放器、数字摄影机、上网装置、游戏设备、游戏主机、或任何可以包括此光学收发模块110及/或匹配端口102的其它电子装置。在其它实施例中，此电子装置101可以是任何其他处理数据或影像的电子装置。

光纤缆线130是连接于光学收发模块110，用于传输光学信号。光纤缆线130可包括至少一或多条光纤芯，用于允许光学信号在光纤芯内传输。

如图1所示，电子装置101可包括处理器103，其可代表任何类型的处理电性及/或光学I/O信号的处理组件。可理解的是，此处理器103可以是一单一处理装置，或多个分开的装置。此处理器103可包括或可以是一微处理器、可程序逻辑装置或数组、微型控制器、讯号处理器、或某些组合。

如图1所示，电子装置101的匹配端口102是用于作为一界面，以连接至光学收发模块100的光学收发模块110。光学收发模块110可允许另一周边装置105与电子装置101相互连接。本实施例的光学收发模块110可支持经由一光学界面的通信。在各种实施例中，光学收发模块110亦可支持透过一电性界面的通信。

如图1所示，此周边装置105可以是一外围I/O装置。在各种实施例中，周边装置105可以是多种运算装置中的任何一种，其包括但不局限于桌上型或膝上型计算机、笔记本电脑、超薄型笔电、平板计算机、小笔电、或其它运算装置。除了运算装置之外，可被了解的是，周边装置105可包括手持式装置、智能型手机、媒体装置、个人数字助理(PDA)、超行动个人计算机、移动电话、多媒体装置、内存装置、照相机、录音机、I/O装置、服务器、机顶盒、打印机、扫描机、监视器、电视机、电子广告牌、投影机、娱乐控制单元、可携式音乐播放器、数字摄影机、上网装置、游戏设备、游戏主机、或其他电子装置。

如图1所示，在一些实施例中，周边装置105可通过转接器107来耦接光学收发模块110。

在一实施例中，电子装置101也可包括内部的光学路径。此光学路径可代表一或多个组件，其可包括在处理器103与端口102之间传送一光学信号的处理及/或终止组件。传送一信号系可包括产生及转换至光学性、或接收及转换至电性。在一实施例中，装置也包括电性路径。电性路径代表在处理器103与匹配端口102之间传送一电信号的一或多个组件。

如图1所示，光学收发模块110可用于对应配接电子装置101的匹配端口102。在本实施例中，将一连接器插头和另一者配接可以是用来提供一机械式连接。将一连接器插头与另一者配接通常亦提供通信连接。此匹配端口102可包括一罩壳104，其可提供该机械式连接机构。此匹配端口102亦可包括一或多个光学界面构件。路径106可代表一或多个构件，其可包括用来传递光讯号(或光讯号及电讯号)于处理器103和匹配端口102之间的处理及/或终止构件。传递讯号可包括产生并转换成光讯号、或接收并转换成电讯号。

如图1所示，本发明的光学收发模块110可被称为光学连接器或光学接头。一般而言，此一光学连接器可用于提供和一匹配的连接器及一光学组件相界接的实体连接界面。此光学收发模块110可为一光引擎，用于产生光讯号及/或接收并处理光讯号。光学收发模块110可提供从电-至-光信号或从光-至-电信号的转换。

在一实施例中，光学收发模块110可用来遵照或依据一或多种通信协议处理该等光讯号。对于光学收发模块110用来传递一光讯号及一电讯号的实施例而言，光学界面和电性界面可依据相同的协议，但这并不是绝对必要的。不论光学收发模块110是依据电性I/O界面的协议，或是依据一不同的协议或标准来处理讯号，光学收发模块110都可为了一预期的(intended)的协议而被建构或程序化于一特定的模块内，且不同的收发模块或光引擎可为了不同的协定而被建构。

请参照图2及图3，其为本发明光学收发模块的一实施例的示意图。此光学收发模块110包括承载基座111、上盖112、基板113、光发射器114、光接收器115、波导单元116及分光单元117。承载基座111的至少一部分具有平坦面，用于承载基板113，上盖112是用于覆盖承载基座111，以封装基板113、光发射器114、光接收器115、波导单元116及分光单元117于承载基座111及上盖112所形成内部空间中。承载基座111可例如为晶体管外形头(transistor outline header,TO-header)，而上盖112可例如为晶体管外型罐(transistor outline can,TO-can)。上盖112的顶部可设有一透镜通孔，用于设置透镜1121。透镜1121可设置于光纤的光轴方向(z方向)上，透镜1121可透过及聚集来自光纤的接收光与来自光发射器114的发射光。在本发明的实施例中，光学收发模块110可包括传输电子信号之发射电路和接收电路，更具体的说，是处理对应光信号之电子信号的时序或其它协议方面的事项。放大器及电容器也可安装在承载基座111及上盖112所形成内部空间内，但它们与通常的情况是同样的，所以不图示。

在本发明的实施例中，如图2及图3所示，光学收发模块110的承载基座111可包括多个导脚，其分别电性连接至光发射器114、光接收器115。此外，这些导脚可电性连接至系统端或用户端，其中系统端或用户端例如为计算机系统、服务器、路由器(router)或其他网络系统中的装置。例如，系统端与用户端可各设有光学收发模块110，而光学收发模块110之间是通过光纤来连接。光接收器115在侦测到接收光信号后可将光信号转换为电信号，而电信号经由导脚传递至光学收发模块110所连接的系统端或用户端，而完成信号之接收。相似地，系统端或用户端可发出电信号而传递至其所连接的光学收发模块110，例如是使电信号经由导脚传递至光发射器114，而光发射器114将电信号转换为发射光束所包含的光信号。如此一来，即完成信号的发射。如此，本实施例之光学收发模块110可达到双向光信号收发的功效。

在本发明的实施例中，如图2及图3所示，基板113可例如为印刷电路板(PCB)或陶瓷基板，并可包括例如插脚或连接球。在本发明的实施例中，基板113可具有第一表面1131、第二表面1132及通孔1133，通孔1133是贯通于相对的第一表面1131及第二表面1132之间。通孔1133可用于光线或光信号通过，并可避免不预期的噪声(杂光)干扰通孔1133内的光信号。在一些实施例中，通孔1133的孔径可为等于小于150微米(um)，例如100um。

在本发明的实施例中，如图2及图3所示，光发射器114是设置于基板113的第一表面1131上，用于发出光信号。在一些实施例中，光发射器114所发出的光信号的波长可位于近红外光至红外光的范围，约为830纳米(nm)～1660纳米。光发射器114可为可为适于产生光信号之任一种类型的激光芯片(例如边射型激光装置，FP/DFB/EML激光，或垂直腔表面发光型激光，VCSEL)。

在一些实施例中，基板113上的光发射器114可使用端面射出型LD或集成有微透镜的垂直射出型LD。

在本发明的实施例中，如图2及图3所示，光接收器(Photo-Detector，PD)115例如为光电二极管。具体而言，光侦测器120可侦测该接收光束后将该接收光束所包含的光信号转换成电信号。光接收器115是设置于基板113的第二表面1132上，并对位于通孔1133，以允许通过通孔1133的光信号可直接被光接收器115所接收。由于光接收器115所接收的信号是通过通孔1133来传送，因而可利用基板113的通孔1133来隔绝不预期的噪声(如杂光)，避免传送中的信号被不预期的噪声(杂光)所干扰。

在一实施例中，可涂布不透光层于基板113的通孔1133的内表面，以确实地避免其他不预期的杂光会穿过基板113来影响通孔1133内的传送中信号。

在本发明的实施例中，如图2及图3所示，波导单元116是设置于光发射器114及分光单元117之间，用于避免所述光发射器所发出的光线受到干扰。具体地，波导单元116可设置于基板113的第一表面1131上，并对位于光发射器114与透镜1121之间，使得光发射器114所发出的光信号可通过波导单元116的内部传递而到达透镜1121，因而可避免外界的噪声干扰波导单元116内部所传递的信号。波导单元116可由玻璃、高分子聚合物或光纤材料所制成。在本发明的实施例中，波导单元116可为一长条状，长条状波导单元116的两端分别位于光发射器114与透镜1121，以允许光发射器所发出的信号可直接进入长条状波导单元116，并由透镜1121发出。

在本发明的实施例中，如图2及图3所示，波导单元116可设置于基板113上。然不限于此，在一些实施例中，波导单元116亦可通过其他方式来支撑于光发射器114及分光单元117之间，而不需设置于基板113上。在一些实施例中，亦可省略基板113的通孔1133，而仅设置波导单元116于光发射器114及分光单元117之间。

在一实施例中，如图3所示，波导单元116的两端面(入光面、出光面)之外的外围或外表面可包覆不透光的材料1161，以确实地避免外界的噪声进入波导单元116内，因而可避免外界的噪声干扰波导单元116内部所传递的信号。

在本发明的实施例中，如图2及图3所示，分光单元117可形成于波导单元116上，并对位于基板113的通孔1133，用于分离不同路径的光线(光发射器114所发出的光线、传至光接收器115的光线)，以实现双向通信。在此实施例中，光发射器114所发出的光线可直接通过分光单元117，使得光发射器114所发出的光线(信号)可经由透镜1121来发出至光学收发模块110之外。且分光单元117可反射由透镜1121来的光线(亦即由外界所进入的信号)至通孔1133，以允许外部的光线(信号)通过基板113的通孔1133来传至光接收器115。

此外，在此实施例中，如图2所示，上盖112的透镜1121是位于基板113及波导单元116的一侧，且透镜1121的长轴可垂直于基板113。因此，光线可直接穿过透镜1121、波导单元116。

又，在此实施例中，如图2所示，基板113可垂直于承载基座111的表面。

在一实施例中，如图2所示，形成于波导单元116上的分光单元117可为一V形槽，此V形槽的开口可相对于通孔1133。在此实施例中，波导单元116的长度可大于光发射器114与分光单元117(或通孔1133)之间的距离。然不限于此，在一些实施例中，波导单元116的长度可实质等于光发射器114与分光单元117(或通孔1133)之间的距离。

如图2所示，分光单元117的V形槽可具有一反射面1171，此反射面1171分别对位于透镜1121及通孔1133，用于反射由透镜1121来的光线(亦即由外界所进入的信号)至光接收器115。此外，光发射器114所发出的光线可直接通过此反射面1171。因此，具有反射面1171的V形槽可达到分光的功效。在一些实施例中，可涂布特定的反射或滤波材料于此反射面1171上，以达到分光功效。

在本发明的实施例中，如图2所示，分光单元117的反射面1171与透镜1121所传来的光线(亦即由外界所进入的信号)方向之间具有一角度θ，此角度θ可实质介于30与60之间，以反射由透镜1121所传来的光线(亦即由外界所进入的信号)至光接收器115。在一些实施例中，此角度θ可例如介于40与50之间。当由透镜1121所传来的光线与基板113的第一表面1131平行时，分光单元117的反射面1171与基板113的第一表面1131之间亦具有此角度θ(实质介于30与60之间)。

请参照图4，其为本发明波导单元的一实施例的示意图。在一实施例中，分光单元117可形成于波导单元116的一端，而形成楔形结构，并具有反射面1171，其分别对位于透镜1121及通孔1133，用于反射由透镜1121来的光线(亦即由外界所进入的信号)至光接收器115。在此实施例中，波导单元116的长度可实质等于光发射器114与分光单元117(或通孔1133)之间的距离。

请参照图5，其为本发明光学收发模块的一实施例的示意图。在一实施例中，亦可省略设置波导单元116于光学收发模块110中，亦即光发射器114所发出的光线是直接到达分光单元217，而未经过波导单元116。在此实施例中，分光单元217可例如为滤光片、分光镜、绕射光学组件(DOE)、波长分离多任务器(wavelength division multiplexer,WDM)、绕射光栅或其他具有分光功能的组件。

请参照图6，其为本发明光学收发模块的一实施例的示意图。在一实施例中，承载基座311可平行于基板113，并利用支撑柱118来承载基板113于承载基座311上，因而可形成多层封装结构。由于基板113是平行地设置于承载基座311上，故基板113可更稳固地封装于光学收发模块110内。且由于基板113是堆栈于承载基座311上，因而更有利于光学收发模块110的制程。在此实施例中，光接收器115可选择设置于基板113的第二表面1132上或承载基座311的表面上，并对位于基板113的通孔1133。

此外，如图6所示，在此实施例中，上盖112的透镜3121可对位于基板113的通孔1133的上方，使得透镜3121的长轴可平行于基板113，且分光单元317的V形槽的开口可面对于通孔1133。在此实施例中，分光单元317可反射光发射器114所发出的光线至透镜3121，并允许外部的光线(信号)通过分光单元317，使得外部的光线可通过基板113的通孔1133来传至光接收器115。

本发明的光学收发模块可实现双向通信，且可大幅降低光学收发模块中不预期的噪声(杂光)干扰，以确保双向通信的质量。

在本发明中，术语「透镜」在内容背景允许时可指代各种类型之光学组件中任一者，包括折射、绕射、反射、磁性、电磁及静电光学组件，或其组合。

“在一些实施例中”及“在各种实施例中”等用语被重复地使用。该用语通常不是指相同的实施例；但它亦可以是指相同的实施例。“包含”、“具有”及“包括”等用词是同义词，除非其前后文意显示出其它意思。

虽然各种方法、设备、及系统的例子已被描述于本文中，但本揭示内容涵盖的范围并不局限于此。相反地，本揭示内容涵盖所有合理地落在权利要求界定的范围内的方法、设备、系统及制造之物，权利要求的范围应依据已被建立的申请专利范围解释原理来加以解读。例如，虽然上面揭示的系统的例子在其它构件之外还包括可自硬件上执行的软件或或韧体，但应被理解的是，该等系统只是示范性的例子，并应被解读为是限制性的例子。详言之，任何或所有被揭示的硬件、软件、及/或韧体构件可被专门地被体现为硬件、专门地被体现为软件、专门地被体现为韧体、或硬件、软件及/或韧体的一些组合。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。