专利名称：光传输－接收模块和使用该模块的光耦合器和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现双向光通信的系统，特别是用于在数字音频装置之间以及信息处理装置之间进行双向的光通信，同时还涉及一种光学传输-接收模块，以及在这种光通信系统中使用的光传输-接收耦合器。
图31A和31B示出了公布于日本特许申请公开No.HEI6-140106(申请人夏普公司)之中的技术原理图，该技术提供了一种光传输-接收模块，该模块上带有一能允许多种类型的插塞都能插入的孔，因此不仅能够使用光纤插塞，也能使用现有的电插塞来进行工作。此外，在孔中还提供了多个电连接端子，因而使该光传输-接收模块不仅可以用来进行光信号的传送和接收，也允许进行电信号的传送和接收。图31A示出了一种将小型单头型电插塞(供模拟电信号使用)插入到孔中的情况，而图31B示出了将光纤插塞插入所述孔中的情形。
图31A中示出了一种小型单头型电插塞71，用于进行电连接的端子72、以及一发光部73。通过使用电连接端子72而施加的电信号被传送到电插塞71并通过连接至电插塞71的电缆传送到另一端。当光传送-接收模块工作于电状态下时，发光部73处于非工作状态。
在图31B之中示出一个发光部73、一光纤部分74和一光纤插塞75。从安装在发光部73上的半导体光发射芯片74上发射出的传输光被形成在一封装树脂表面上的镜片75所收集并入射到光纤76上。参考标号77表示一种用于驱动半导体光发射芯片74的集成电路芯片。经过光纤76传输的光信号由位于另一端的光传输-接收模块所接收。位于另一端的光传输-接收模块与图31B中所示的光传输-接收模块很相似，其中，用一光接收装置代替了半导体光发射芯片，而且用一可处理光接收信号集成电路芯片取代驱动集成电路芯片。当光传输-接收模块工作在光学应用状态下时，电连接端子72处于非工作状态。
下面将描述各种插塞与所述装置端子之间的连接。图32是一种用来说明一种状态的解释性视图，在该状态下，三个标识端子V1V2和V3同连接器部分相接触，其中，当前所插入的连接器部分的类型是利用相对于参考电压Vref和地GND的电位差来标识的。
图34说明了端子的输出与插塞(连接器)类型之间的对应关系，其中，“H”表示具有很大的电位差，而“L”表示电位差很小。当端子输出V1V2和V3分别处于L,L，和L状态时，插塞用于模拟电信号状态，而当输出分别为L,L和H状态时，插塞用于数字电信号状态，当输出为L,H,H时，插塞为数字光纤插塞，而当输出为H,H,H状态时，表明没有插塞插入。
要么是用小型单头型电插塞，要么使用光纤插塞做为连接器。所述小型单头型电插塞包括一用于模拟电信号的插塞和一用于数字电信号的插塞。光纤插塞包括一数字光信号插塞，如图33中所示。参见图33，在使用供模拟电信号所用的插塞时，输入端和输出端例如可以是线式输入MIC和线式输出耳机。在使用用于数字电信号的插塞时，输入端和输出端例如可以是数字输入(同轴输入)或数字输出(同轴输出)，在使用用于数字光信号的插塞时，输入端和输出端例如可以分别是光学数字输入和光学数字输出。
在上述现有技术的例子中，利用光纤执行单向光通信。为实现双向通信，需要两条光纤。在这种情况下，由于使用了两条光纤，所以产生的问题是在光接收装置和光发射装置之间需安装多条光纤并调整光耦合器，这比起只使用单根光纤而言要困难的多。而且，为了在只使用光的光通信中利用一根光纤进行执行双向通信，需要用一光分叉形光束和一特殊受光部，以及一发光部以便同光导相适合。在采用分叉光导的光传输-接收模块中，所述分叉光导被设计成能将一束光分成两束光或是将两束光组合成一束光，这会导致对于双向通信而言十分重要的光传输和接收效率的下降。
在日本特许公开No.HEI 8-130 507中，由夏普公司提出了一种既可执行光纤传输又可执行光空间传输的光传输-接收模块，这在图35中已经示出。在该光传输-接收模块中，一个来自发光部197的光信号经一光导198，一空间100和另一光导198传输到受光部199，并转化成电信号。在光导198和光导198之间的传输是一种由发散光或平行光进行的空间传输。
在该光传输-接收模块中，所述光导部分需要一个空间，用于从光发射装置或光接收装置的前部脱离开，并且这将导致光学模块尺寸增大的问题。
而且，各光导部分的尖部直径即为光入射直径的这一事实产生了无法拾取更多的信号光的问题，这会导致传输距离下降。
通常还有一个问题，即灰尘和污物会粘附在光传输-接收模块内的光导和光纤的连接处以及光纤和光传输-接收耦合器内的光纤的连接处。
还有一个问题是，由于灰尘和污物粘附在光传输-接收模块内的光导和光纤之间的连接部的表面上，反射回光增加。
本发明的主要目的是提供一种光传输-接收模块，其允许使用单根光纤和分叉型光导进行光信号的多路传输和接收，但在光传输和接收中提供较高光利用效率。
本发明的另一个目的是提供一种光传输-接收模块，其方便了分叉型光导与光发射和接收器件之间的对准，并且该模块易于制造，生产成本也很低。
本发明另一个目的是提供一种光传输-接收模块，其不仅能够执行光传输和光接受，还能够执行电传输和接收。
本发明的又一个目的是提供一种光传输-接收模块和一光传输耦合器，其能够减少可能会分别产生在光纤插塞与光导之间以及光纤插塞之间的反射光。从而以低成本实现完全双工通信，另外还提供使用这种光传输-接收模块和耦合器的光传输-接收系统。
根据本发明一个方面的光传输-接收模块包括一壳体，适于容纳和固持与光纤相连的光纤插塞；一设置在壳体内的半导体光学器件，当光纤插塞被插入到壳体中时，用于将一光信号提供给光纤并从光纤接收光信号；以及一分叉型光导，其具有与半导体光学器件相连的至少两个分叉，其中，在壳体中提供有分叉型光导，以便被设置在半导体光学器件与插入到壳体中的光纤插塞之间。
其中，假设分叉型光导的两分叉部分相对于所插入的光纤插塞的分叉角度分别是θ1和θ2，分叉角θ1不等于分叉角θ2，所以所述分叉型光导是非对称式的。
分叉型光导的这一结构可以提高光传输和接收中的光利用效率(被称为“光传输与接收效率”)，因而，可以实现多路型传输和接收。
在一实施例中，所述分叉型光导为双叉光导。
在一实施例中，半导体光学器件包括一发光部和一受光部，而且光导的二分叉部分中具有较小的分叉角的一个同发光部相关联，而两个分叉部分中具有较大分叉角的另一个同受光部相关联。
在一实施例中，半导体光学器件和分叉型光导形成在一同一基底上，且半导体光学器件以及分叉型光导被用同一模具进行树脂模制。
在此情况下，可以实现以高精度和低成本来制造分叉形光导。
在一个实施例中，使用了一种成套的发光部和一成套的受光部。
在这种情况下，模块组装变得更容易，另外，零部件之间的位置调整不再是必需的，因而可以以低成本制造高精度光传输-接收模块。
在一个实施例中，所述壳体也适于接收和固持一单头电插塞，所述光传输-接收模块还包括设置在壳体中的多个电端子，用于当电插塞被插入壳体时将电信号提供给电插塞并且从电插塞接收电信号。
在这种情况下，仅通过更换插塞，就可将同样的模块既用于光信号又用于电信号的多路传输和接收。
同时，当光纤插塞与分叉型光导相互联接时，如果在光纤插塞与分叉型光导之间存在一个间隙(气隙)，则该气隙会对被传输的光产生反射。在这种情况下，很难实现一种完全的双工通信系统。根据本发明另一方面的一种光传输-接收模块意在解决这一问题，该模块包括一壳体；一可移动地插入到壳体中的光纤插塞，该光纤插塞被连接到一用于光传输的光纤上；一分叉型光导，设置在所述壳体内；一设置在壳体之中的半导体光学器件，用于将一光信号传递给分叉型光导并从分叉型光导接受一光信号，以及一光透射元件，其具有与光纤和分叉型光导大致相同折射率，通过该元件，当被插入到壳体中之后，所述光纤插塞能够实现与分叉型光导的光学连接。
通过这种结构，当光纤插塞与分叉型光导相互之间进行光学联接时，所述光透射元件与这二者相接触。因此，光纤插塞与分叉型光导之间的气隙可以被大致消除。此外，光透射元件的折射率同光纤以及分叉型光导的折射率大致相同。从而，在光纤与光透射元件之间以及光导与光透射元件之间不易产生反射光。结果是，光纤插塞与光导之间的反射光被显著减少，这使完全的双工通信系统得以实现。
在一实施例中，光透射元件包括二个分别固定到光纤和分叉型光导尖端上的部分，且硬度高于光纤与分叉型光导。
在这种情况下，由于光透射元件的硬度大于光纤与光导的硬度，所以，即使光纤和光导是用树脂材料制成的，光纤与光导的尖端部分也不会受因光插塞的重复插入，拔出和转动操作而引起的刮伤。这样，使用该种模块的光传输-接收系统的寿命就得以延长。
在一实施例中，光透镜元件由弹性材料制成。
如果在光纤与光导之间的连接部分上存在灰尘或污物的细小颗粒，则光透射元件会因为弹性发生变形，灰尘和污物引起的应力分散开来，因此，这种光透射元件不会受损。即使光透射元件因受到很小的刮磨而使其表面变得不均匀，当光学插塞被插入到壳体并接触光透射元件时，也会使这种表面不均匀性发生改变，结果，由于表面不均匀性引起的气隙消失，且由该气隙引起的反射光被消除。
在一实施例中，光透射元件用凝胶材料制成。
在这种情况下，即使有小的刮伤、灰尘或污物存在于光透射元件的表面上，凝胶材料中所含的液体成份和水或油也起到将表面上的不均匀处填平的作用，因此，光插塞和分叉型光导之间的反射光会减少。
在一实施例中，光透射元件被放置在一膜片之上。
在此情况下，根据光插塞是否位于壳体中以及插塞的外形情况，所述光透射元件的位置可以有很大不同，因此对光传输-接收模块的设计自由度增加了。还有，可以使用光透射元件做为双侧透镜从而提高光利用效率。
在一实施例中，所述光透射元件具有导电性并接地。
在这种情况下，当将光纤插塞插入以及拔出时，该结构可以避免在接触部产生静电。因此，该结构可以避免粘上尘土和污物。
在一实施例中，在光透射元件的外周边提供有光吸收材料。
该光吸收材料吸收掉在光透射元件内产生的反射回光，因此，有可能减少反射回光。
在一实施例中，锥角θ(θ＞0)在这样一种状态下形成，即光纤插塞倚靠光透射元件和/或分叉型光导倚靠住光透射元件。
这种结构抑制了在光透射元件的倚靠表面上产生的反射回光。
在一实施例中，在尽可能靠近元件的输出端的地方提供了一种去除以大于数值孔径(NA)的直径传输的反射回光的结构。
该结构能有效地消除包层模式，即经光纤的包层部分传播的光，这样，就使反射回光下降。
根据本发明再一个方面的光传输-接收耦合器包括一壳体；两个可活动地插入到壳体中的光纤插塞，各光纤插塞与光纤相连接以进行光传输；一种光透射元件，具有与光纤大致相同的折射率，经过该透射元件，当插入到壳体中时，光纤插塞彼此光学连接。
根据这种结构，光透射元件在两光纤插塞彼此之间进行光联接时同它们相接触。因此，在光纤插塞之间基本上没有气隙。此外，光透射元件的折射率大致等于光纤的折射率。因此，在光纤与光透射元件之间不容易产生反射光。这样就实现了完全双工通信系统。
本发明还提供了包含如上所述光传输-接收模块和传输-接收耦合器的光传输-接收系统。
即使是使用市售普通光缆，该光传输-接收系统也可以采用完全的双工通信系统。该系统可以传输两倍于半双工通信系统所能传送信息的信息量。
通过下面的说明，将会使本发明的其他目的，特征以及优点变得更加明显。
通过结合附图所做的详细描述，本发明将变得更加易于理解，附图仅是说明性的，而不对本发明构成任何限制。其中
图1A为解释采用本发明第一实施例的光传输-接收模块的光传输-接收系统的操作的视图；图1B为沿图1A中的线1B-1B的剖视图；图2A示出了用于光传输-接收模块的双叉光导；图2B为一曲线，用于解释在光传输和接收中光利用效率(光传输和接收效率)与分叉角θ1之间的关系；
图3A和3B为剖面图，示出了分别从上方和后侧看去的，根据第二实施例的传输-接收模块的内部结构，其中光纤插塞被插入到连接部分之中；图4A和4B为剖面图，示出了分别从上方和从后侧看去的，根据第三实施例的光传输-接收模块的内部结构；图5A和5B分别为平面视图和剖视图，示出了在制造第三实施例的光传输一接收模块中的模具粘接工艺步骤；图6A和6B分别为平面视图和剖视图，示出了制造第三实施例中的光传输-接收模块的线粘接工艺步骤；图7A和7B分别为平面视图和剖视图，示出了制造第三实施例的光传输-接收模块的转移模制工艺步骤；图8A和8B为平面视图和剖视图，示出了经过上述加工步骤制造出的第三实施例的光传输-接收模块的主要部分；图9A,9B和9C分别示出了在小型单头型电插塞被插入连接器部分的情况下、在光纤插塞被插入的情况下、以及在连接器中未插入任何物体的情况下，采用具有一直线部分的双叉型光导的修改实施例；图10A,10B和10C分别示出了在小型单头型电插塞被插入连接器部分的情况下、在光纤插塞被插入的情况下、以及在没有任何物体插入到连接部分的情况下，使用无直线部分的双叉头型光导的一修改实施例；图11A,11B和11C分别示出了在将小型单头型电插塞插入连接器的情况下、在光纤插塞被插入的情况下、以及没有任何物体插入连接器部分的情况下，采用由转移模制工艺制造双叉型光导的一实施例；图12A和12B分别为前视图和侧视图，示出了在本发明光传输-接收模块中使用的模制封装发光部；图13A和13B为剖视图，分别示出了当光纤插塞和光导相互接触以及当其相互不接触时，从上方看去根据第四实施例的光传输-接收模块的内部结构；图14A和14B为剖视图，分别示出了当光纤插塞与光导相互接触时且与当它们相互不接触时，根据第五实施例的光传输-接收模块的内部结构；图15A和15B为剖视图，示出了当光纤插塞和光导相互接触时，以及当它们相互不接触时，从上方看去的，根据本发明第六实施例的光传输-接收模块的内部结构；图16为一剖视图，示出了当没有光纤插塞插入时从上方看去的，根据本发明第七实施例的光传输-接收装置的内部结构；图17A和17B为剖视图，分别示出了从上方和从侧面看去的，当无光纤插塞插入时根据第八实施例的光传输-接收模块的内部结构；图18A和18B为剖视图，分别示出了当光纤插塞和光导彼此接触时，以及当光纤插塞被拔出时，根据第九实施例的光传输-接收模块的从上方看去的内部结构；图19为一剖视图，示出了当没有光纤插塞插入时，根据第十实施例的光传输-接收模块的从上方看去的内部结构；图20A和20B为剖视图，分别示出了在光纤插座被插入并互相之间不接触状态下以及在光纤插座被插入并互相接触状态下的，根据本发明第十一实施例的，从上方看去的光传输-接收耦合器的内部结构；图21A和21B为剖视图，分别示出了在光纤插塞被插入但互相不接触状态下以及在光纤插座被插入且互相接触状态下的，根据第十二实施例的光传输-接收耦合器的从上方看去的内部结构；图22A和22B为剖视图，分别示出了在光纤插塞被插入并互相不接触的状态下以及在光纤插塞被插入且彼此接触状态下的，根据第十三实施例的，从上方看去的光传输-接收耦合器的内部结构；图23是根据本发明第十四实施例的光传输-接收系统；图24A和24B是剖视图，分别示出了当光纤插塞被插入时，根据第十五实施例的从上方和从侧面上看去的光传输-接收模块的内部结构；图25A和25B为剖视图，分别示出了当光纤插座被插入时，根据第十六实施例的光传输-接收模块的从上方和侧面看去的内部结构；图25C为一解释性视图，示出了用于第十六实施例的光透射元件结构；图26A和26B为剖视图，分别示出了当光纤插座被插入时，根据本发明的第十七实施例的光传输-接收装置的从上方和从侧面示出的内部结构；图26C为解释性示图，示出了用于第十七实施例的光透射元件的结构；图27A为一解释性视图，示出了根据第十八实施例中光传输-接收模块中光纤插塞与光透射元件相互倚靠的状态，以及双叉型光导与光透射元件相互倚靠的状态；图27B示出了第十八实施例中的光透射元件上形成的锥角；图28示出了根据第十九实施例的光传输-接收模块的主要部分，用于解释用来在靠近光纤输出端附近处消除以大于数值孔径(NA)传输的反射回光的结构；图29A和29B中的曲线分别用于解释第十八实施例中的光透射元件的回光强度与锥角θ和折射率之间的关系，以及锥角θ与和折射率为1.5的光透射元件相关的回光强度之间的关系；图30为一曲线，用于解释在第十八实施例中，光纤的径向方向上的距离X(μm)与连接器倚靠表面的深度Z(μm)之间关系；图31A和31B分别示出了一现有技术光传输-接收模块在小型单头型电插塞被插入连接器部分的状态，以及光纤插塞被插入到连接器部分中的情况；图32为一用来解释三个标识端子与插塞相接触的状态的视图；图33示出了不同插塞的输入侧与输出侧之间的关系；图34示出了标识端子的输出与插塞的类型之间的对应关系；图35为一剖面图，用于解释实现光纤传输和光的空间传输的一种现有技术光传输-接收模块。
<第一实施例>
根据本发明第一部分的光传输-接收模块如图1A和1B所示，该光传输一接收模块使用了一种插塞-插孔型组合光电传输装置，该装置使用小型单头型电插塞或光纤插塞来做为模块的连接器部分。小型单头型电插塞包括适用于模拟电信号的插塞以及适用于数字电信号的插塞，同时光纤插塞是用于数字式光信号的。通过对插塞进行区分，该模块可被用做电传输装置或是光传输装置，在此情况下，使用有标识的光传输-接收模块。
图1A中，小型单头型电插塞被插入到连接器部分1，图1A中所示的光传输-接收模块包括一电缆58，一小型单头型电插塞59，一双叉型光导13，一模制封装发光部14，一模封受光部15，一壳体16，它具有连接器部分1、用于电连接的端子(被称为“电连接端子”)31至36，以及电控电路37。电控电路37具有一输入端子IN，一输出端子OUT以及控制端子C1和C2。来自输入端IN的光传输信号经放大电路被电连接至电连接端子36，并随后连至电插塞59。其他的电连接端子31至35在需要时被分别使用。如在图1B的剖视图中所示的那样，电缆58具有中心线58a和包围着中心线的绝缘外皮58b。后面将结合图3描述当光纤插塞被插入本发明第一实施例的光传输-接收模块的连接器部分时的情况。(双叉型光导)下面将描述与用于第一实施例的光传输-接收模块中的双叉型光导13有关的光学模拟结果。
图2A示出了在光学模拟中使用的，用于光传输-接收模块的双叉型光导的形状，在光缆60的二端经小间隙63a和63b分别设置有双叉型光导61和62。双叉型光导由一直线部分61a，一分叉部分61b和一分叉部分61c三部分构成。假设在直线部分61a和分叉部分61b之间有一分叉角θ1，在直线部分61a和分叉部分61c之间有分叉角θ2且直线部分61a长度为L1，分叉部分61b的长度为L2，分叉部分61c的长度为L2。双叉型光导61和双叉型光导62被形成为具有相似的结构，并且假设在直线部分62a和分叉部分62b之间的分叉角为θ1，直线部分62a的长度为L1，分叉部分62b,62c的长度为L2。还假设直线部分61a和62a具有一个端面A，分叉部分61b和62b具有一个端面B，分叉部分61c和62c具有端面C。
使用图2A中所示的双叉型光导的光学模拟的结果如表1所示。
表1<
<p>
在表1中，在端面A与端面B之间的光传输率表示为η(A←→B)，在端面A与端面C之间的光传输率表示为η(A←→C)，且这二个传输率之间的积[η(A←→B)]×[η(A←→C)]被称为“光传输和接收中的光利用效率η”(此处简称为“光传输及接收效率”)。
如表1中所示，当L1=5mm,L2=15mm,θ1=15°且θ2=0°时，η(A←→B)=61％，η(A←→C)=93％且光传输和接收效率η=57％。相似地，当L1=5mm,L2=15mm,θ1=15°时，η(A←→B)=70％,78％和88％,η(A←→C)=73％,59％和49％，且光传输和接收效率η=51％,46％和43％，以上数据是相对于θ2分别等于5°,10°和15°时得出的。当L1=5mm,L2=15mm,θ1=30°且θ2=0°时，η(A←→B)=83％,η(A←→C)=77％且光传输和接收效率η=64％。当L1=0mm,L2=15mm,θ1=15°且θ2=0°时，η(A←→B)=68％,η(A←→C)=97％，且光输送和接收效率η=66％。
下面，图2B中示出了列于表1中的，在L1=5mm,L2=15mm，以及θ1=15°条件下的结果，其中θ2(°)被画在水平轴上，光传输和接收效率η(％)被画在垂直轴上。图2B示出了在很大程度上依赖于双叉型光导的分叉部分与直线部分之间的分叉角θ2的光传输与接收效率η，并且光传输与接收效率η随分叉角θ2减小而增加。根据表1为了获得40％或大于该值的光传输和接收效率η，直线部分与分叉部分之间必须是15°或者更小，最好是，分叉角θ2应该为7°或更小些。虽然在图2A中，θ2≥0°，在实际应用中，当θ2位于θ1侧时，θ2＜0°的值是可接受的。
在表1中，当直线部分61a和62a的长度L1=0mm时，光传输和接收效率η=66％，并且当L1=5mm时，光传输和接收效率η=57％。这表明当L1=0时，比较其他情况，光传输和接收效率η变得更大。L1=0mm意味着光纤插塞到达光导的分叉点处。因此，分叉角θ1可被定义为“在直线部分与第一分叉部分之间的分叉角”或“在光纤维插塞与第一分叉部分之间的分叉角”。类似的，分叉角θ2可以被定义为“在直线部分与第二分叉部分之间的分叉角”或“在光纤插塞与第二分叉部分之间的分叉角”。<第二实施例>
根据本发明第二实施例的光传输-接收模块如图3A和3B所示。
在这些图中，与图1A中相同的元件以相同的参考标号表示。
在图3A中，光传输-接收模块主要由光纤部分11、光纤插塞12，具有分叉部分13a和13b的双叉型光导13，模制封装的发光部14，模制封装的受光部15和用于容纳光纤插塞12，双叉型光导13，发光部14和受光部15的壳体16所构成。
被模制封装的发光部分14具有半导体发光器件19和一用于处理传输信号和驱动半导体发光器件的驱动集成电路芯片18，二者同会聚透镜均安装在具有输入端子的引线框架17上。另一方面，模制封装的受光部15具有一个光接收装置22用于接纳一个接收信号并将该信号转化成电信号。还具有一个放大集成电路芯片23，用于处理接收信号并将结果信号输出，上述二者均和一会聚透镜24一道安装在一带有输出端的引线框架21之上。于是，光传输-接收模块被大致分成下面二个部分一包含光纤部分11和光纤插塞12的活动部分和一包含双叉型光导13，发光部14，受光部15和壳体16的固定部分。
下面将描述有关传输阶段的操作。一传输信号被输入到具有输入端子的引线框架17上，被传输至驱动集成电路芯片18，被转化成驱动半导体发光器件的电信号并施加到半导体发光器件19上。传输信号被半导体发光器件器件转化成光，该光被经会聚透镜20会聚到双叉型光导13的一分叉部分13a的端面B上，经分叉部分13a传输并同时被其内侧表面完全反射，并随后从端面A射出。出射光经过一个小间隙25(例如大约0.1mm)入射到光纤插塞12上的光纤26中。光纤26同光纤部分11结合在一起，且光传输信号经光纤部分11传输并被导向到提供在另一端处的另一双叉型光导。
下面将描述接收阶段的操作，光接收信号经光纤部分11的光纤26传输，经一小间隙(例如大约0.1mm)从光纤插塞12的光纤26入射双叉型光导13的另一分叉部分13b的端面A上，经分叉部分13b传输并从端面C辐射出，辐射出的光由受光部15的会聚透镜会聚，且光接收信号被引导至光接收装置22并且转化成电接收信号。被转化的电接收信号由放大集成电路芯片23处理并经引线框架21的输出端子向外输出。
通过以此方式使用双叉型光导13，可以获得双路光传输-接收模块。通过使用三叉型光导或多叉型光导来代替双叉形光导13，可以实现多路型光传输-接收模块。<第三实施例>
根据本发明第三实施例的光传输-接收模块示于图4A和4B，在这些图中，与图3A和3B中相同的部分以相同的参考标号表示。
在图4A和4B中，光传输-接收模块包括光纤部分11，光纤插塞12，双叉型光导41，嵌入在双叉型光导41的一分叉部分41a中的半导体发光器件42，嵌入在双叉型光导41的另一分叉部分中的光接收装置43，用于处理传输信号并驱动半导体发光器件的驱动集成电路芯片44，一处理接收信号并输出结果信号的放大集成电路芯片45，一同双叉型光导41安装在一起的印刷线路板46，半导体发光器件42以及光接收装置43，以及用来容纳这些零件的壳体47。半导体发光器件42和光接收装置43同驱动集成电路芯片44和放大集成电路芯片45分别电连接。于是，光传输-接收模块被大致分成二部分一包括光纤部分11和光纤插塞12的活动部分和一个包括双叉型光导41，半导体发光器件42，光接收装置43，驱动集成电路芯片44，放大集成电路芯片45，印刷线路板46和壳体47的固定部分。
对第三实施例的光传输-接收模块的操作说明将主要针对其与第二实施例光传输-接收模块不相同的零件来进行。首先，说明传输阶段的操作。从半导体发光器件42发出的传输信号光被覆盖半导体发光器件42的树脂模制部分48的表面完全反射(或由形成在板表面的金属模反射)，相对于光轴偏转90°并随后入射到双叉型光导41的一分叉部分41a上。树脂模制部分48具有凹面反射镜面，并具有与第二实施例的光传输-接收模块的会聚透镜相应的功能。入射到分叉部分41a上的光信号经一小间隙(例如大约0.1mm)25入射到光纤插塞12中的光纤26上。光纤26与光纤部分11成为一体，并且光传输信号被传输过光纤部分11并被导向到位于其他端子端的双叉型光导。
下面将描述接收阶段的操作。接收操作与传输阶段的操作几乎相同，经过双叉型光导41的另一分叉部分41b传输的光接收信号由一构成形成在覆盖光接收装置43的树脂模制部分的凹面反射镜的表面完全反射(或是由形成在板表面的金属膜反射)，相对于光轴偏转90°角并随后被导向光接收装置43。来自光接收装置43的电接收信号由放大集成电路芯片45处理并经输出端子向外输出。
有关将双叉型光导41，半导体发光器件42，光接收装置43，驱动集成电路芯片44，放大集成电路芯片45制做在印刷线路板46上的方法将在下面结合图5A,5B,8A和8B来说明。
印刷线路板46是在用玻璃环氧树脂板或是注模液晶聚合物制成的基底上形成一铜膜层，通过化学蚀刻方法在铜膜上印刷图案并在需要时提供镀金的布线来制成的。虽然为了说明的目的在此以印刷线路板46为例，但也可以采用例如陶瓷和玻璃材料并用丝网印刷或相似的方法构成线路或芯片座。
图5A和5B示出了一种膜具粘接工艺步骤，在印刷线路板46上形成有线路图案51和52，同时半导体发光器件42，光接收装置43，驱动集成电路芯片44和放大集成电路芯片45被导电胶(如银膏)模制粘接在一起，参考标号50表明了双叉型光导41形成的区域。
图6A和6B示出了导线粘接工艺步骤。半导体发光器件42和驱动集成电路芯片44经布线图案51由金线53进行布线接合，同时光接收装置43和放大集成电路芯片45经布线图案52由金线53进行连接。驱动集成电路芯片44和放大集成电路芯片45由金线53线连接到印刷线路板46上的布线图案上(未示出)。通过这种布线连接，获得了所需的电连接。
图7A和7B示出了一种转移模制工艺步骤。一种金属模具54被压靠在印刷线路板46上，透光树脂被注入到金属模具的空间内，并且该金属模具在树脂硬化之后被移去。在图7B中，参考标号55是指一树脂模制部分，用于覆盖驱动集成电路芯片44。
图8A和图8B示出了位于印刷线路板46之上的光传输-接收模块的结构。
下面将参考附图9A,9B和9C以及图11A,11B和11C，描述光传输-接收模块，其中小型单头型电插塞以及光纤插塞均能以可移动方式有选择地插入到壳体的连接部分。
图9A,9B和9C示出了在双叉型光导13具有一直线部分情况下的光传输-接收模块的不同状态。图9A示出了小型单头型电插塞(用于模拟电信号信号)被插入到连接部分1中的情况。图9B示出了光纤插塞被插入连接器部分1的情况。图9C示出了在连接器部分中未插入任何物体时的情况。虽然没有示出，但也可以使用用于数字电信号的小型单头型电插塞。很显然，通过仅改变插塞(一活动部件)和使用经过标识的固定部件，就可以获得能够进行电信号和光信号的传输和接收的光传输-接收模块。
图10A,10B和10C在双叉型光导13无直线部分的情况下，光传输-接收模块的不同状态。图10A示出了小型单头型电插塞(用于模拟电信号)被插入连接器1时情况。图10B示出了光纤插塞被插入到连接器部分1中时的情况，而图10C示出当没有任何物体插入到连接器部分1时的情况。
图11A,11B和11C示出了使用图4A和4B中示出第三实施例结构的光传输-接收模块的不同状态。图11A中示出了小型单头型电插塞被插入连接器部分1中时的情况。图11B示出了当光纤插塞被插入连接器1时的情况，图11C示出了当没有任何物体被插入到连接器部分1中时的情况。
图12A和12B分别是模制封装(一体的)的发光部14的正视图和侧视图。在这些图中示出了引线框架17，驱动集成电路芯片18，半导体发光器件19和会聚透镜20。
模制封装受光部15可以用与发光部14同样的金属模具制做。在这一情况下，用光接收装置22和放大集成电路芯片23来分别代替半导体发光器件19和驱动集成电路芯片18。<第四实施例>
下面参照附图13A和13B描述根据本发明第四实施例的光传输-接收模块。其中和前面的实施例相同的部件用相同的参考标号表示。
在图13A中，光传输-接收模块包括一光纤部分11，光纤插塞12，具有分叉部13a,13b的分叉型光导13，一模制封装的发光部14，一模制封装的受光部15，以及壳体16，壳体16用于容纳光纤插塞12，分叉型光导13，发光部14和受光部15。
模制封装的发光部14中设有半导体发光器件19，驱动集成电路芯片18，它用于处理传输信号以及驱动半导体发光器件，两者以及会聚透镜20均安装在具有输入端子的引线框架17上。另一方面，模制封装的受光部15具有受光器件22，用于接受接收信号并将该信号转化成电信号，一放大集成电路芯片23，用于处理该接收信号并输出所得的信号，两者及会聚透镜24都将安装在具有输出端子的引线框架21上，。那么，光传输-接收模块大致分成两部分一活动部分，它包括光纤部分11，光纤插塞12；固定部，包括分叉型光导13，发光部14，受光部15和壳体16。
在采用光传输-接收模块的光传输-接收系统的结构中，利用两个光纤部分通过单个或多个光传输-接收耦合器将两个光传输-接收模块光学连接。这将在以后参照附图23所示的第11实施例进行描述。
传输阶段的操作描述如下。传输信号输入到具有输入端子的引线框架17中，发送到驱动集成电路芯片18，转换成电信号用于驱动半导体发光器件并加到半导体发光器件19上。由半导体发光器件19转换成光的传输信号通过会聚透镜20入射到分叉型光导13的分叉部13a的端面B上，通过分叉部13a传输，同时被其内表面全反射，然后在另一端自光导13的端面A输出。出射光入射在光纤插塞12上的光纤26上。
在这种情况中，光纤插塞12上的光纤26的端面C和分叉型光导13的端面A上分别具有光透射元件225a和225b，其折射率近似等于光纤26或光导13的折射率，硬度比它们大。
光纤26和光纤部分11成为一体，光传输信号通过光纤部分11传输并被导向位于一端部的分叉型光导。
下面描述接收操作阶段。光接收信号传输通过光纤部分11的光纤26，从位于光纤插塞12的光纤26的端面D处的光透射元件225a入射到分叉型光导13的另一分叉部13b的端面A上，传输通过分叉部13b并自分叉部13b的端面C输出。出射光由受光部15的会聚透镜24会聚，导向至光接收器件22并转换成电接收信号。转换后的电接收信号由放大集成电路芯片23处理并通过引线框架21的输出端子向外输出。
本实施例的特征是，光纤插塞12的光纤26的端面D和A以及分叉型光导上分别装有光透射元件225a和225b其折射率约等于光纤26或光导13的折射率，而硬度比光纤或光导所用的材料高。
很容易将光透射元件的折射率和光纤或光导的折射率偏差限制在±0.1内，在此情况下，全反射率约为0.1％。例如，如果用市售的硬质涂覆剂(如Shin Etsu化学株氏会社产生的硅基KP-80)作为光透射元件225(225a和225b)，则形成的硬质覆涂膜的厚度约为几十微米或更小。这些硬质覆涂膜有一定的粘结特性，通过覆涂之类的工艺易于固定在有关的部件上。因此覆涂膜既不需要真空拉延，也不需要膜的厚度控制，并且制造成本低，这在形成抗反射薄膜时是必须的。
光透射元件由硅基KP-80制成，该材料的折射率为1.4，硬度为6H(以铅笔硬度表示)。它可以由浸渍法，流体覆涂法，喷溅方法等来形成。和此相对照，如果选用丙烯酸材料作为光纤和光导，其折射率为1.49，硬度为2H(以铅笔硬度表示)。假定光透射元件的折射率为n2，光纤和光导的折射率为n1，则垂直光线反射率Tv为Tv=(n1-n2)2/(n1+n2)2=(1.49-1.40)2/(1.49+1.40)2=0.00097，即0.097％。
如果选用聚碳酸酯材料制作光纤和光导，该材料的硬度B(用铅笔硬度表示)小于光透射元件225。由于光透射元件的硬度高于光纤和光导的硬度，光透射元件不易划伤，故工作寿命得以延长。<第五实施例>
下面参照图14A和14B描述根据本发明第五实施例的光传输-接收模块。其中和图13A、13B相似的元件用相同的标号表示，且不再对它们描述。
下面参照图14A、14B描述和第四实施例的不同点。第五实施例的特征在于，光透射元件231(231a和231b)由弹性材料制成。因此，如细微的灰尘进入该元件之间，由弹性材料制成的这些元件易于变形而形成应力分布，因而几乎不会损坏这些元件。另外，即便在光透射元件中出现微小刮磨或缺口而造成不平整，但通过这些元件的相互接触，使不平整处变形，消除了空气间隙，以及因空气间隙造成的光的反射。通过把光透射元件231a和231b的前部形成凸形，所述接触始自中心处，并在接触变形过程中向着边缘扩展。结果所容纳的空气在变形过程中逸向边缘处。因此，不会残留那怕是很小的空气间隙，故性能提高了。
在第五实施例中，传输阶段和接收阶段的操作和第四实施例相同。
具体的光透射元件231的材料可以是硅胶，人造橡胶之类，这些材料的特性如下(硅胶)折射率1.4硬度(JIS-A):20-50相对于丙烯酸的全表面反射率0.097％
覆涂或施加方法浸渍，流体覆涂喷溅法等。(人造橡胶)折射率1.5硬度(JIS-A):35-70相对于丙烯酸的全表面反射率0.001％覆涂或施加方法浸渍，流体覆涂喷溅法等。
硅胶和人造橡胶具有粘结特性，可将其直接用覆涂等方法固定在部件上。该材料也可用折射率大约相同的透明胶粘接在接触面上。
如果利用封装法等将适当数量的透光弹性材料固连在相关部件上，表面张力会使之形成凸形。因此，如果在此状态下将透光材料固化，很容易形成凸形。<第六实施例>
下面参照图15A和15B描述根据本发明第六实施例的光传输-接收模块。其中和图13A至14B相似的部件用相同的标号来表示，故不对其进行描述。
下面仅参照图15A、15B描述与第四和第五实施例之间的不同之处。第六实施例的特征在于，仅在光纤26的端面D上设置光透射元件34，它由一种凝胶材料制成，该材料为可透光的弹性材料。在凝胶材料的分子之间包含有水或油。因此，即使在光透射元件的表面上有微小的刮磨或灰尘，凝胶材料中的液体也会充盈所述空气间隙(空气间隙的折射率为1)，因而降低了反射。由于液体的表面张力，灰尘会贴附在凝胶材料上，因此，通过将凝胶材料仅固定在所示的光纤插塞12一侧，粘附在光导13上的灰尘会移向光纤插塞12一侧，便于使用者进行清洗。
凝胶材料是透光弹性材料，有硅胶，聚乙烯胶之类。这些材料具有粘结特性，可以通过涂覆工艺等将其固定在相关部件上。
聚乙烯胶和硅胶有如下特性。(聚乙烯胶)折射率1.51硬度(JIS-A):1-12相对于丙烯酸酯的全表面反射率0.0044％覆涂或施加方法刷光，喷溅，浸渍方法等。(硅胶)折射率1.4硬度(JIS-A):1-20相对于丙烯酸的全表面反射率0.0097％覆涂或施加方法刷光，喷溅，浸渍方法等。
可以通过具有近似相同的折射率的透明胶将由凝胶材料模制而成的光透射元件粘在光纤的接触面上。<第七实施例>
下面参照图16描述根据本发明第七实施例的光传输-接收模块。其中和图13A至15B相似的部件用相同的参考标号表示，且不对其进行描述。
下面将描述和第四实施例至第七实施例的不同之处。该光传输-接收模块的特征是，构成光透射元件236的透镜由透光弹性材料制成，以实现光学空间传输。
总的来说，光学透镜必须严格按光学设计曲线形成，而不仅仅是形成为凸形。为此，利用金属模通过注塑制成透镜。利用折射率和光导13近似相同的透明胶将透镜形状的模制部件固定在光导13的端面A上。
作为本发明的实施例的变形，光导13可以由透光弹性材料利用注塑方法制成。自光导的端面A处的光透射元件236发出的光信号由镜片的形状在尖端处会聚，并向模块外传送通过光传输-接收模块的光纤插塞入口16a。另一方面，入射光通过反向路径进入光导13。参考标号37表示入射和出射光道量。
硅胶是用于光透射元件236的透光弹性材料的一个实例。硅胶的性能，如折射率，硅胶硬度(JIS-A)，涂覆方法，相对于丙烯酸的全表面反射率参照第二实施例的描述。
光透射元件236由弹性材料制成。当光学插塞插入时，即使微小尘粒侵入光纤26和光导13之间，该元件会发生变形而使应力分散，因此该元件236不易受刮磨的影响。此外，即使因微小刮磨而造成元件的表面不平整，但和其它元件接触时不平整部分会发生变形，从而空气间隙消失，消除了空气间隙的反射。
由于将透光元件236制成凸透镜形状，当光学插塞插入时，从其中心部开始接触，该接触部向边缘延伸，在变形过程中，所包含的空气向边缘逸出，因而不会残留空气间隙。
插塞插入后，由透光弹性材料制成的透镜为平面表面，不会影响和光纤的光耦合，如果将插塞取出，透镜恢复原状，因此光导的出射光线变成平行光或发散光。<第八实施例>
下面参照附图17A和17B描述根据本发明第八实施例的光传输-接收模块。附图中，和附图16相似的部件用相同的标号来表示，并不再进行描述。
该实施例和第七实施例的不同之处在于，反射膜241设置在壳体16的内表面上。利用注塑或类似方法形成壳体16后，利用覆涂工艺等在壳体的内表面上形成反射膜241。如图17A和17B所示，信号光被壳体16的内表面多次反射并传播，从而获得更大的传输和接收光道量。参考标号242表示入射和出射光道量。<第九实施例>
下面参照附图18A和18B描述根据本发明的第九实施例的光传输-接收模块。本发明的该实施例的特征是，由透光弹性材料制成的光透射元件246设置在一膜片245上。下面只描述和第七实施例的不同点。
为也能实现光学空间传输，光传输-接收模块的光透射元件246为透镜形状。具有透镜形状的光透射元件246通过在膜片245上进行型芯模制而成，膜片245由不锈钢或磷光铜板制成。参考标号247表示在壳体16中和膜片245固定和配合的框架。
如果光纤插塞12的尖端没有插入光透射元件，则将具有透镜形状的光透射元件246被插塞挤压而使膜片245变形。因此，光透射元件246移动到光导13的端面A一侧。光透射元件246(透镜形状)立即和光导13的端面A发生接触，从而光纤26和光导13彼此无间隙(之间无空气间隙)地光学连接。如果去除光纤插塞12，则由于膜片245的恢复力的作用，则光透射元件246从光导13的尖部A上分离，并回复到其初始位置。此时，在透镜形状的光透射元件的双侧形成空气间隙，因此透镜起双面镜的作用。和第七实施例中所描述的单侧透镜形状的光透射元件236相比，该实施例的光学透镜的性能提高了。
此外，通过提供若干个透镜/膜片组件，增加了设计自由度。当然，螺旋弹簧之类代替膜片也是可以接受的。<第十实施例>
下面参照附图19描述根据本发明第十实施例的光传输-接收模块。同样，在该光传输-接收模块中，和第七实施例类似，为了实现光学空间传输，光透射元件251由透光弹性材料制成的透镜构成。
该实施例和第七实施例的不同之处仅在于，壳体252由透光材料制成，用于插入光纤插塞12的小孔周围的壳体252的前部253制成透镜形状。根据第十实施例，壳体252可在很宽的范围内发送和接收光线。参考标号254表示入射和出射光通量。<第十一实施例>
下面参照附图20A和20B描述根据本发明第十一实施例的光传输-接收耦合器。该实施例的特征是，它将光纤插塞256和257耦合在一起的良好功能。这里只对本实施例的特征点进行描述。
如图20A所示，光纤插塞256的尖部E和光纤插塞257的尖部F上分别设有光透射元件258和259，它们的折射率约等于光纤26的折射率，硬度比光纤26高。参考标号11a和11b表示光纤部分，参考标号26表示壳体。
如图20B所示，当光纤插塞256,257插入壳体260时，穿过插塞的光纤26通过光透射元件258和259彼此光学连接。将光透射元件258、259的折射率相对于光纤折射率的偏差限制在±0.1是容易的，因此，在这种情况下，总反射率约为0.1％。例如，使用市售的硬质覆涂剂(如Shin-Etsu化学株式会社生产的KP-80)作为光透射元件258和259，涂层厚度约为几十微米或更小。若采用硅氧烷树脂基KP-80，这种材料的折射率为n=1.4，硬度为6H(用铅笔硬度表示)元件258,259用浸渍法，流体覆涂法，喷溅法等形成。
硬质涂覆膜具有粘结特性，因此可通过涂覆工艺之类将其容易地固定到相关部件上。涂覆膜既不需要真空压延，也不需要薄膜厚度控制，这在形成抗反射膜时是必须的，而且制作成本低。
假设壳体260的总长度为La，当光纤插塞256,257在壳体260中就位时，光纤部分11a的颈部261与光纤部分11b的颈部262之间的长度为Lp，形成耦合器以满足条件La≤Lp，这是光纤插塞尖部之间的接触条件。见图20B。<第十二实施例>
下面参照附图21A和21B描述根据本发明第十二实施例的光传输-接收耦合器。
第十二实施例和第十一实施例的不同之处在于，本发明的光透射元件265,266均由凸透镜构成，凸透镜由透光弹性材料制成。在图21A和21B中，和图20A,20B相似的部件用相同的参考标号表示，省去对它们的描述。
利用这种结构，如果微小尘粒侵入光透射元件265和266之间，则这些由弹性材料制成的元件体积发生变形而分布应力。因此，这些元件几乎不受刮磨的影响。尽管所产生的微小刮磨造成表面不平整，但光透射元件265和266的直接接触补偿了这种不平度，因而空气间隙消失，全反射减小。利用凸形形状，光透射元件的接触始自中心部，接触部分在接触变形过程中向边缘扩展，因此，在接触变形过程中所包含的空气逸向边缘。因而不会残留微小空气间隙，从而增强了光传输性能。
透光弹性材料有硅胶，人造橡胶等，由于这些材料有粘接特性，它们可以通过覆涂工艺能容易地装在相关部件上。
如果利用封装工艺等将适当数量的透光弹性材料施加到相关部件上，则表面张力会产生凸形形状。因此，如果该材料在此状态下固化，就可以容易地形成凸形透光材料。<第十三实施例>
下面参照附图22A和22B描述根据本发明第十三实施例的光传输-接收耦合器。该实施例和第十二实施例的区别仅在于，由透光弹性材料制成的光透射元件274设置在膜片273(支承件)上，膜片273设置在壳体275的中央部，用于将光纤插塞271和272之间光学连接。
利用这种结构，即使将现有技术的用于光缆的光纤插塞插入所述壳体，光纤插塞内的光纤26的尖部通过光透射元件274和另一光纤26的尖部光学连接，该光透射元件由透光弹性材料制成，因此，抑制了全反射。而且由于元件274的弹性，光纤26的端面几乎不受刮磨的影响。<第十四实施例>
下面参照图23描述根据本发明第十四实施例的光传输-接收系统。该系统是靠将两个光传输-接收模块通过两个以上的光纤部分11借助单个或多个光传输-接收耦合器连在一起而构成的。
在图23示出的实例中，第五实施例所述的光传输-接收模块30a,30b通过现有技术中已经广泛应用的光纤部分(光缆)和参照第十三实施例所述的光传输-接收耦合器彼此连接在一起，从而通过全双工通信系统实现光信号的传输(传输和接收)。
对光纤部分11(光缆)的光纤插塞271和272进行光学连接时，是通过位于耦合器270的壳体275内的膜片273上的由透光弹性材料制成的光透射元件274实现光学连接的，因此，在插塞271和插塞272之间没有产生间隙(空气间隙)，例如可防止自光传输-接收模块30a发出的光被空气反射到该模块而进入其接收器。
因此第十四实施例中的光传输-接收系统可以通过双工通信系统高效地实现传输和接收。<第十五实施例>
下面参照附图24A和24B描述根据本发明第十五实施例的光传输-接收模块。
第十五实施例和第四实施例(图13A和13B)的不同仅在于设置在插入光纤插塞的光纤端面和光导端面之间的光透射元件。因此，在图24A和24B中和图13A和13B中所示的第四实施例中相似的元件用相同的标号表示，故不对其作描述。
第十五实施例中的光透射元件283具有导电性，它由透光绝缘材料和透光导电材料层压而成，是绝缘材料与透光材料的混合体，或是具有导电性的透光材料组成。光透射元件283是这样一种光透射元件，其折射率“约等于”光导13的折射率和用于光纤部分11的光纤插塞12的折射率，且该光透射元件和光导13及光纤插塞12光学连接，并位于两者之间。
“约等于”意味着光透射元件与光纤和光导的折射率的偏差限制在±0.1范围内，其描述参见根据本发明的第四实施例等对光传输-接收模块的描述。在这种情况下，全反射率变为约0.1％。具体来说，用硅基材料等制作光透射元件283。
在图24A和24B中，光透射元件283以外的元件及其操作已在图13A和13B中描述，故不再对其作描述。<第十六实施例>
下面参照图25A,25B和25C对根据本发明的第十六实施例的光传输-接收模块进行描述。
如图25C所示，第十六实施例中的光透射元件286由一多层结构构成，它是通过将一导电材料288施加在绝缘透光材料287的两个表面上实现的。
绝缘透光材料287使用和上面已经描述过的光透射元件225和231的材料相同的材料。另一方面，导电材料288为一透光膜，其上有导电薄膜；如导电ITO膜(氧化铟锡)导电材料288的导电薄膜的基膜可利用PET(聚乙烯对苯酸酯)，PC(聚碳酸酯)和PMMA(聚甲基丙烯酸酯)之类。
通过将具有导电性的光透射元件286接地，插入或拔出光纤插塞12时在接触部位产生的静电得以释放。因此，即使在插入或拔出操作中有微细的灰尘和导电膜接触，它们也很难附着在该膜上，从而可维持良好的光学性能。
另外，即使反复多次插入和拔出光纤插塞，光纤插塞12的光纤26总是通过光透射元件286和分叉型光导13相接触，因而在其上均不会产生刮磨。导电材料288(膜)一般是硬质材料，对绝缘透光材料287起到机械保护的附加效果，该透光材料一般是软质材料。<第十七实施例>
下面参照附图26A,26B和26C描述根据本发明第十七实施例的光传输-接收模块。第十七实施例和第十六实施例的不同之处仅在于光透射元件的结构。
光透射元件291的结构为，在透光片292的周围设有一吸光膜293(一种具有较高的光吸收系数的材料)。在吸光膜293材料的一个具体实例中，可以将适当数量的碳溶解到用于颜料的可牢固地粘附在光透射元件292上的有机树脂中(例如Toray Dow Coming半导体公司生产的SH 804)，可牢固地粘附在光透射元件292的黑树脂中(例如Toray Dow Corning半导体公司生产的封装介质CY52-211)的封装剂CY 52-211)等等。吸光膜可利用上述材料之一覆涂或封装而成。
具有在透光片292周围的吸光膜293的光透射元件291能减少被反射的回光，这是因为，如果在透光片292中出现反射光，则入射到其外边缘上的光被吸光材料293完全吸收，因而提高了信噪比。
根据本发明的第十七实施例的光传输-接收模块，对置于无反射状态的吸光材料293进行了光学模拟。结果发现，和发生简单Fresnel反射的情况相比，反射的回光降低约0.15％。<第十八实施例>
下面参照图27A和27B描述根据本发明第十八实施例的光传输-接收模块。
在图27A和27B中，在光透射元件296的对置的倚靠部分上形成锥角θ，光纤插塞和分叉型光导13的光纤26分别倚靠其上。通过在光透射元件296的倚靠面上形成该锥角θ或截锥形，在光透射元件296的倚靠面上发生的Fresnel反射逼近无反射状态，所以可防止现有技术实例中光学元件的反光直接射向光纤26上。
图29A,29B和30示出了根据本发明第十八实施例的光传输-接收模块的光学模拟结果。
在图29A中，横轴表示光透射元件296的折射率，纵轴表示锥角θ为变量时的回光强度。在图29A中，锥角设定为0°,5°,10°,15°,30°,45°和60°，当折射率从1.3增至1.4时，回光强度从0.4％至0.01％或以下单调下降。在折射率从1.4至1.55的区间，回光强度从0％至2％之间几乎是平直的。在折射率大于1.55的区域，回光强度单调上升。
在图29B中，将传输元件296的折射率设为1.5，横轴画出了锥角θ，纵轴画出了回光强度。这里，锥角θ在15°至45°的范围内时，回光强度几乎变为0％。
为达到图29B所示的回光强度几乎为0％的状态，必须适当地设定连接器(插塞)的倚靠深度以及光透射元件的硬度。氨基甲酸乙酯基材料(由Tigers高分子公司生产)可作为光透射元件296的一个实例，其未被染黄，折射率n=1.513。
图30是锥角测量实例，示出了用于制作光透射元件296的氨基甲酸乙酯基材料的数据(该材料由Tigers高分子公司生产，未被染黄)。图30中，横轴表示离参数位置的径向距离X(μm)，纵轴表示连接器(插塞)倚靠光透射元件的倚靠深度Z(μm)。当距离X约为400至900μm之间以及1900至2400μm，抵靠深度Z从0μm增至160μm，这个增量的倾角就是锥角θ。通常，尽管锥角θ取决于抵靠状态，但左右两侧的锥角θ近似相同。当距离X约为900至1900μm时，抵靠深度Z几乎变为常值，约160μm。有一值(约1900μm-900μm=约1000μm，(约为1mm))和光纤直径的值对应。形成在直径约为1000μm的光纤外侧的锥角中途不发生改变，其呈现近似均匀的20°锥角。
这种光透射元件296的材料硬度和普通毛玻璃(desk mat)的硬度相同。为达到20°至40°的锥角，必须选择比硅胶或其它软质材料硬一些的材料。
通过调节壳体内的连接器固定夹头的位置，也可以调节抵靠深度，它是决定锥角的另一个因素。<第十九实施例>
下面参照附图28描述根据本发明第十九实施例的光传输-接收模块。
在图28中，在尽可能靠近光纤的输出端的一端部将光纤26的护套297剥除，它是光纤插塞的内芯。然后将折射率大致等于光纤护层的折射率匹配件298置于护套297已剥离的裸露部297a。此外，沿折射率匹配件的周向表面设置一光吸收材料299。该附图中，参考标号283表示光透射元件，参考标号13表示分叉型光导。
采用这一结构，可有效地消除包层模式。包层模式意思是透过光纤包层的光及其透射率很大，尤其是在多模光纤中。
在该实施例中的光传输-接收模块中，光纤和光导耦合时，如果光纤和光导之间发生错位或偏离，从光纤射出的部分光由光透射元件以Fresnel反射方式反射并返回至光纤。大部分返回至光纤的光有较大的数值孔径(NA)，变成回光的并不是最初的光线。
但是，为了起加固作用，通常在光纤上覆盖黑色聚乙烯(折射率n=1.54，透射率约为0％)之类，那么数值孔径NA较大且在没有包层时逸出的光线会因为这一盖层而穿过包层。本发明的第十九实施例的光传输-接收模块旨在消除这样引起的包层模式。
为获得这种效果，例如硅基凝胶材料之类的软质透明凝胶材料可用作折射率匹配件298的材料(例如Toray Dow Coming半导体公司生成的SE1740，其折射率n=1.405，或Shin Etsu化学工业株式会社生产的KE 1031，其折射率n=1.407)。
在制作加在折射率匹配元件298周围的光吸收元件299的材料的实例中，可以将适当数量的碳溶解到用于颜料的可牢固地粘附在折射率匹配元件298上的有机树脂中(如Toray Dow Coming半导体公司生产的SH 804)，可牢固地粘附在折射率匹配元件298的黑树脂中(如Toray Dow Corning半导体公司生产的CY 52-211封装剂)等等。该元件可利用上述材料之一覆涂或封装而成。
表2以数字示出了根据本发明第十九实施例的光传输-接收模块的效果。若未覆盖部分297a的长度或包层的剥离量设定为1cm,3cm和5cm，则没有光透射元件283时的回光率分别为2.12％,1.71％和1.16％，而具有光透射元件283时的回光率分别为0.16％,0.04％和0.02％，具有显著的改变。
表2
在折射率匹配元件298周围形成光吸收元件299之前，最好利用砂纸之类的物理方法或适当的有机溶剂处理方法将折射率匹配元件298的表面粗化，这样，其表面积增加，可以更有效地消除包层模式。
很明显，所描述的本发明可在诸多方面进行改变，而不偏离本发明的精神和范围。对本领域技术人员显而易见的这些修改均落入所附权利要求的范围内。
权利要求
1．一种光传输-接收模块，包括一壳体，适于容纳和固定与光纤相连的光纤插塞；一设置在壳体内的半导体光学器件，当光纤插塞被插入到壳体中时，用于将一光信号提供给光纤并从光纤接收光信号；以及一分叉型光导，其具有与半导体光学器件相连的至少两个分叉，其中，在壳体中提供有分叉型光导，以便被设置在半导体光学器件与插入到壳体中的光纤插塞之间。其中，假设分叉型光导的两分叉部分相对于所插入的光纤插塞的分叉角度分别是θ1和θ2，分叉角θ1不等于分叉角θ2，所以所述分叉型光导是非对称式的。
2．如权利要求1所述的光传输-接收模块，其中，所述分叉型光导为双叉光导。
3．如权利要求1所述的光传输-接收模块，其中，半导体光学器件包括一发光部和一受光部，而且光导的二分叉部分中具有较小的分叉角的一个同发光部相关联，而两个分叉部分中具有较大分叉角的另一个同受光部相关联。
4．如权利要求1所述的光传输-接收模块，其中，半导体光学器件和分叉型光导形成在一同一基底上，且半导体光学器件以及分叉型光导被用同一模具进行树脂模制。
5．如权利要求1所述的光传输-接收模块，其中，半导体光学器件包括至少一个整体发光部和至少一个整体受光部。
6．如权利要求1所述的光传输-接收模块，所述壳体也适于接收和固持一单头电插塞，所述光传输-接收模块还包括设置在壳体中的多个电端子，用于当电插塞被插入壳体时将电信号提供给电插塞并且从电插塞接收电信号。
7．一种光传输-接收系统，包括如权利要求1所述的光传输-接收模块；有选择地插入该模块的壳体内的光纤插塞和单头电插塞。
8．一种光传输-接收模块，包括一壳体；一可移动地插入到壳体中的光纤插塞，该光纤插塞被连接到一用于光传输的光纤上；一分叉型光导，设置在所述壳体内；一设置在壳体之中的半导体光学器件，用于将一光信号传递给分叉型光导并从分叉型光导接受一光信号，以及一光透射元件，其具有与光纤和分叉型光导大致相同折射率，通过该元件，当被插入到壳体中之后，所述光纤插塞能够实现与分叉型光导的光学连接。
9．如权利要求8所述的光传输-接收模块，其中，光透射元件包括二个分别固定到光纤和分叉型光导尖端上的部分，且硬度高于光纤与分叉型光导。
10．如权利要求8所述的光传输-接收模块，其中，光透射元件由弹性材料制成。
11．如权利要求8所述的光传输-接收模块，其中，光透射元件用凝胶材料制成。
12．如权利要求8所述的光传输-接收模块，其中，光透射元件被放置在一膜片之上。
13．如权利要求8所述的光传输-接收模块，其中，所述光透射元件具有导电性并接地。
14．如权利要求13所述的光传输-接收模块，其中，光透射元件具有光透射绝缘材料和导电材料组成的多层结构，它设置在光透射绝缘材料的相对的表面上。
15．如权利要求8所述的光传输-接收模块，其中，在光透射元件的外周边提供有光吸收材料。
16．如权利要求8所述的光传输-接收模块，其中，锥角θ(θ＞0)在这样一种状态下形成，即光纤插塞倚靠光透射元件和/或分叉型光导倚靠住光透射元件。
17．如权利要求8所述的光传输-接收模块，其中，在尽可能靠近元件的输出端处提供了一种消除以大于数值孔径的直径传输的反射回光的结构。
18．一种光传输-接收耦合器，包括一壳体；两个可活动地插入到壳体中的光纤插塞，各光纤插塞与光纤相连接以进行光传输；一光透射元件，具有与光纤大致相同的折射率，经过该透射元件，当插入到壳体中时，光纤插塞彼此光学连接。
19．如权利要求18所述的光传输-接收耦合器，其中，光透射元件由弹性材料制成。
20．如权利要求18所述的光传输-接收耦合器，其中，光透射元件由凝胶材料制成。
21．如权利要求18所述的光传输-接收耦合器，其中，光透射元件置于壳体内光纤插塞被连接的位置。
22．一种包括权利要求8所述的光传输-接收模块和权利要求18所述的光传输-接收耦合器的光传输-接收系统。
全文摘要
一种光传输－接收模块,其中和用于光学传输的光纤连接的光纤插塞可活动地插入在壳体内。壳体内具有一分叉型光导、一半导体光学器件,用于向分叉型光导发出光信号,或者从该分叉型光导接收光信号。当光纤插塞插入壳体时,它通过一光透射元件与分叉型光导光学连接,该元件的折射率大约等于光纤和分叉型光导的折叠率。
文档编号G02B6/30GK1236898SQ9910510
公开日1999年12月1日 申请日期1999年4月16日 优先权日1998年5月27日
发明者石原武尚, 幸秀树, 名仓和人, 寺岛健太郎 申请人:夏普公司