专利名称：用于自至少二光学资料频道传送及或接收光学讯号之电光学模块的制作方法
技术领域：
本发明系关于权利要求第一项之特征子句之前所述之一种用于自至少二光学数据频道传送及或接收光学讯之电光学模块。
用于双向光学数据传输之模块，在，例如数据于光纤内于相反方向传输-在一中央馈入点(上行链路)以及在另一接收器方向(下行链路)-之星形结构中运作，于该情况中，相同或不同的波长可被用于个别的数据频道。因此电光学模块需要具有多个光学资料频道用之注入讯号至一光纤以及自其中输出之传输及接收组件。
此种型态的模块从EP-A-238 977中可知。双向通信网路用之此传输及接收模块使用自由光束光学，其中球面透镜被设置于一雷射二极管与一光纤之端点之间并互相间隔一距离，并将雷射光聚集于光纤端点上。波长选择分光器被设置于球面透镜之间用以分离光束，以及分离来自光纤端点并且波长与来自光路径之雷射光不同之光并将其传输至一侦测器或接收组件。
此种已知模块的缺点在于光通过自由光束区域。所使用的透镜因此有折射动作，也就是说折射功率仅作用在透镜与空气之边界表面上。自由光束区域的出现需要模块密封的概括，以防止自由光束区域内的凝结。此外，已知的模块在机构上对于温度变化必须是坚固且不敏感的，以确保雷射光可靠地被注入光纤(单一模光纤的直径通常仅为9.3μm)。已知模块的最后一个缺点是电连接接触必须被设置于模阻的二不同侧。这增加使用者的安装复杂度。
WO-A-96/00915揭露一种光学讯号用之多任务/解多任务模块，其于一基板上形成相位排列格并且被使用于数个光学频道的分离及组合。此种装置的缺失在于传输及接收组件必须在基板上或附加于基板而没有被罩住。此基板也相当大，因为波长必须以大的半径被传输，并相当贵。另一个问题是需要耦合外部光波导管至基板用之特定结构。
此外，传输及接收光学讯号之全部积体化双向模块是已知的，其中波导管，传输组件及接收组件被集积在一共同的半导体基板台上。但是，这些模块很贵。
本发明系基于以传输及/或接收光学讯号用之新模块概念为基础提供一光学模块之目的，且其具有简单，小型及模块化设计，并可具成本效率地生产。
依据本发明，此目的藉由具有权利要求第1项之特征之光学模块而达成。本发明较佳及有益的修改于权利要求附属项中被指定。
因此，本发明提供模块中的光学波导以形成至少二光学波导区段，每一区段具有至少一倾斜端表面，该光波导区段之倾斜端被同轴设置为一者在另一者之后，且从光波导被注入或从该光波导输出之特定光数据频道之光在相对于该光波导之光轴之一角度穿过一倾斜端点表面，或自其中出现。
依据本发明之解决方案提供一种实体概念，其系以光「T-片」型态的使用为基础，其中T的水平臂系由相邻的光波导区段所提供。光藉由光波导区段的倾斜端表面在直角或横向从/至光波导被输出/注入，光于该处横向发射或被注入。此种端点表面总是具有实质上设置于和光波导之光轴形成直角之相关的传输，或接收组件。光耦合以下列方式被提供，亦即，在一倾斜端表面偏斜的光穿过波导区段的护套(及相邻的材料)，且随后实质上由一自由光耦合至传输或接收组件之光主动区域，反之亦然。
本发明提供透明媒介中之封闭波导，其实质上不需要将光注入及将光从波导输出之自由光束光学。关于热及机械负载之稳定性在此例中是很高的，因为封闭的波导以及没有增加误差的光学。另一个优点在没有需要被分别安装之波长选择组件，因为光波导区段之倾斜端表面被用以当成这些波导选择组件的座。
另一优点在于本发明之解决方案允许光波导接近传输或接收组件，其可直接被连接至光波导用之支架，且模块的电连接系位于模块的一侧。后者有益于简单的安装。
于本发明之一较佳修改中，光波导区段之至少一端表面被涂布波长选择滤波器。这允许波长分割多任务的使用，其中不同波长的光讯号在光波导上被传输。一波长经由施加至端点表面之每一波选择滤波器而输出，而该端点表面对任何其它一种波长或多种波长而言是透明的。
本发明之较佳特征是二相邻光波导区段之端点表面是共面。这表示相邻光波导区段的结合中以尽可能小的间隙互相靠近，因此很少产生任何由于二端点表面之间的反射所造成的损失。端点表面对光波导光轴之角度实质上是45°。「实质上」一词在此例中表示也可能与此数值有些偏离(最多20°)，以避免，例如，回馈。唯一必要的特征是被注入或输出的光足够地由倾斜的端点表面偏移。
在本发明之较佳修改中，每一光波导区段被设置在一玻璃套圈之中，其对于在使用的波长的光是透明的，且具有一端点表面于对应的方式在其端点倾斜至光波导区段。在此例中之偏斜的光首先穿过光波导区段的护套，随后穿过玻璃套圈，且反之亦然。此玻离套圈确保光波导区段被可靠的维持及引导。
一较佳实施例提供一安装管的使用，其容纳个别的玻璃套圈及设置于其中的光波导区段，并将它们同轴定位。此安装管较好具有一长槽以及同时以弹簧的方式包围玻璃套圈。这允许管的内部直接藉由弹簧效应而被补偿，因比唯一大的误差是玻璃套圈外部直径所引起。
以弹簧方式容纳玻璃套圈及具有长槽的安装管的使用也简化光波导区段及相关玻璃套圈的安装。当玻璃套圈区段被导入时，希望它们于排列中在其倾斜端表面上的结合处具有尽可能小的缝隙。套圈外部表面及与安装管内部之间的简单处理、不需任何空隙的匹配表示倾斜端表面可简单地藉由使个别的套圈相互触压而实质上不需要任何空隙即互相倚靠，任何已经达到的位置藉由安装管内的弹簧装置以及从此产生之个别套圈上的力而受到维持。在此程序中，任何端点表面之共面的缺乏藉由个别套圈上的轴压力而被克服，其导致个别套圈相对共同轴旋转直到达成共平面为止。
依然出现在相邻光波导区段之端点表面之间的间隙最好藉由具有匹配的折射率之沉浸装置填满。因此，发明提供将被形成于安装管内每一相邻光波导区段或玻璃套圈之区域内之沉浸装置之插入用的放射开孔。
固定安装管于一支架上的固定装置较好是形成于安装管上。这些固定装置是，尤其是，长沟槽。
于本发明之一较佳修改中，数个传输或接收组件在模块内光波导区段或光波导之光轴之方向中被设置为一者在另一者之后，每一传输或接收组件与一光波导区段之倾斜端表面有关。依据本发明之模块具有套件的特征，因为不同的传输或接收组件可依据需要被设计为一者在另一者之后，且因此可以被加上以形成一多任务/解多任务装置，其中任何想要的数量的传输及/或接收组件被设置为一者在另一者之后。个别光波导区段之端点表面被涂布不同波长用的波长选择滤波器，因此一资料频道于每一情况中在二相邻光波导区段之间之每一边界区域被输入或输出。
传输或接收组件之光轴实质上总是与光波导区段的光轴形成直角(假设相关光波导接收的端点表面是倾斜45°)。「实质上直角」于此例中表示这可以是允许光落于光波导区段端点表面上而被偏折至光波导区段内，反之亦然。
于一实施例中，传输或接收组件被设置为一TO罐。此TO罐是习知已知的光学传输或接收模块件用之标准容器，其形式类似「传统的」晶体管封装，但具有一玻璃窗以让光从上表面进入并沉浸。依据本发明之模块较好具有与每一TO罐相关之一安装封装，其首先容纳该TO罐，其次具有容纳并维持该安装管用之安装套。此例中的封装具有可让光线穿过之窗，或由半透明材料组成，以避免与个别光波导区段之端点表面与传输或接收组件之间的光路径干扰。
但传输或接收组件也可以被设计为除了在TO罐以外之内，例如在可被设置于一印刷电路板上之一半导体封装内。该安装管随后被设置在半导体封装之一侧上。
本发明之范围包括光线聚焦用之透镜被设置于一光波导区段之一端点表面与相关的传输或接收组件之间的光路径中。如果传输或接收组件被设置在极接近相关光波导区段之处，则可能免除该透镜光学。
在本发明之一修改中，光波导核从第一光波导区段至一相邻光波导区段变得较大。当光穿过具有加大的核的光波导区段之端点表面时倾向于在具有加大的感光层之接收器上被取得影像。
此光波导，或每一个别的光波导区段，较好是一单一模式波导。但是，本发明的模块概念表示不同的波导型态也可以互相结合，例如单一模式光纤及多模式光纤。原则上，也可以仅使用多模式光纤。
应该提及的是，数个数据频道之数据传输用之不同波长的使用被公认为是较好的，但并非绝对必要。如果仅使用一种波长，例如，不同的数据频道可藉由不同的编码或不同的时间窗而被提供。于此情况中，二光波导区段之相邻端点表面形成，例如，一个50/50分离器，其确保光穿过传输或接收组件。特定资料频道的资料在一评估单元中被决定。
本发明的范围还包括一特定的波长不直接在倾斜端点表面上被选择，而是在它们之前或之后，例如在关于接收组件之一滤波器中被选择。
本发明将参照图式使用数个实施例而被详细说明于下文，其中
图1表示依据本发明具有一传输或接收组件设置于一TO罐中之一电光学模块之爆炸图；图2a表示图1所示之组合模块之立体图；图2b表示穿过图2a模块之剖面，相对于模块之光波导之光轴的横向；图2c表示图2a所示之穿过模块之一区段，平行于光波导之光轴；图3a表示图2b所示之模决之耦合区域之放大图；图3b表示模块耦合区域之另一放大图；图4a表示本发明模块之立体图，具有三个传输或接收组件，其一者被设置于另一者之后且每一者被设置在一TO罐内；图4b表示图4a所示之模块侧视图；图4c表示图4a图所示之模块的平面图；图4d表示图4a所示之模块的剖面图，具有个别的耦合区域且每一者也被放大表示；图5a表示本发明之另一实施例模块之平面图，具有三个成列之一者位于另一者之后之传输或放大组件；图5b表示图5a所示之模块的侧视图；图5c表示图5a所示之前视图；图6表示做为数个耦合方法之注入误差函数之插入损失的图式；第7a图表示产生如图6所示之测量曲线之装置，其中光线被注入一光波导之端点表面内；第7b图表示产生图6所示之测量曲线之一装置，其中光线注入本发明之一光波导内。
图1至3表示本发明之模块，其中于一传输或接收组件与一光波导之间提供特定波长用之耦合。
模块1具有一传输或接收组件10，尤其是一雷射二极管或一光二极管，其被设置于一TO罐20之内。此TO罐20被维持于一连接或安装封装30内，其具有包含附加至安装管40之支撑件32之一支撑板31。安装管40容纳二光波导区段51，52，其被固定于个别的玻璃套圈61，62之中。
于此例中，所示实施例之传输或接收组件系一雷射二极管10，被设置于一架11之上，且较好由硅组成(见图3a)。从雷射二极管10发射的光经由偏移棱镜12被偏移至一耦合透镜13之上，其于该处向上发射。
TO罐20具有一基板21，基板21包括四个电刷用以和雷射芯片10及监视二极管14形成电接触。此外，TO罐具有一罐部22，罐部上表面具有一窗23，因此来自雷射二极管10之光可以向上发射或，如果此装置被设计为具有实质上与一接收单元相同之结构，侦测用的光可以落入一接收组件上。TO罐在习知领域中为已知，因此不再于本文进一步描述。
连接封装30具有圆柱形容纳部33以及已经描述过的支撑或安装板31。容纳部33被用以容纳TO罐20。支撑板31，如图2b所示，同样具有一窗31a，具有互相分离且纵向沿伸之二相对支撑组件32，其上端是弧形并形成引导表面32a。此支撑组件32被用以支撑安装管40(也称为分离套)，其具有对应支撑表面32a之二直径相对的纵向沟槽41。此安装管40可以简单地被推入支撑件中，不需要任何活动。
安装管40具有一连续纵向槽42，其以向下直角对准且因此来自传输二极管10之光线可以穿过其中的方式与支撑板对齐。
具有个别倾斜端点表面61a，61b之二玻璃套圈61，62不需任何活动地被设置于安装管40内，该端点表面实质上互相紧邻且不任何空隙在结合面上。具有纵向槽42之安装管42施加一轻微的弹力于玻璃套圈61，62之上，因此补偿安装管40之内径中的误差。
玻璃套管61，62简单地藉由使用轴向压力强迫玻璃套圈61，62在一起的方式而被安装在安装管40内，任何依然出现的缺乏共面的现象藉由相对其共同轴7旋转个别套圈而被克服。
安装管40之轴7与TO罐20及连接封装30之轴8成直角。
如以下所将描述，尤其是参照图3a，3b，套圈的端点表面61a，62a被倾斜45°。光波导51，52被固定在套圈内部应同样具有倾斜的表面，精确地说具有相同的倾斜角度，以确保共面。个别玻璃套圈61，62中之光波导51，52形成光波导区段，其于倾斜的端点表面相互连接在一起。
光波导51，52系玻璃光纤，具有一核区域51b，52b以及一光纤套51c，52c。玻璃光纤51，52之端点表面51a，52a被光因此它们是倾斜的。于此例中，一光波导区段52之一端点表面52a被涂布波长选择滤波器9，其被当成一波选择镜使用并确保从雷射二极管10发射及承载至光波导区段52之端点表面52a的光仅被注入光波导区段52之内，而在相对的方向中，在光波导区段52内所承载的不同波长的光讯号(其因此与一不同资料频道有关)穿过端点表面52a且随后穿过透明的端点表面51a，并且穿过光波导区段51。另一端点表面51a未被涂布且对所有波长是半透明的。
应该提出的是，在图3b所示之实施例中，光波导区段51之核51b之直径大于光波导区段52之核52b之直径。这于穿过具有较大核51b之光波导区段51之端点表面的光在具有放大的感光层之接收器上被取得影像时尤其有益。
一圆形开孔43形成于安装套40内邻近玻璃套圈61，62之端点表面61a，62a之区域内，经由该开孔可以导入折射率被匹配之一沉浸装置，填补任何可能依然出现在套圈，尤其是光波导，之二相邻端点表面之间的缝隙。
本发明之模块的操作将参照图2c被说明如下文。依据此模块，从雷射二极管10发射的光线经由耦合透镜13被聚集并穿过TO罐中的窗23以及支撑板31中的窗31a，并穿过安装管40中的纵向间隙42，至玻璃套圈62之较低的区段62b，以倾斜方式投射。此玻璃套圈对来自雷射二极管10之光而言是透明的，因此光穿过玻璃套圈62并落在光波导区段52之端点表面52a上。光入射方向是相对于波导区段52之轴(7)一个角度。端点表面52a之波长选择反射表示从传输二极管(在例示实施例之最左侧)承载并承载至端点表面的光被偏移并注入光波导区段52之中。于此情况中，光首先穿过光波导的套，从该处落入核区域上，于该处其在45°入射角被大反射。波长选择滤波器于本例中被设计，因此其自然反射来自雷射二极管10之波长。对其它的波长，二光波导区段52，51之间的接口，另一方面，是极大的透明，因此来自左侧注入波导区段52之光穿过并进入波导区段51。
以相同的设置，传输或接收组件10也可以是一接收二鼻体，于该情况中一特定波长的光由被涂布一波长选择滤波器之端点表面52a偏移，穿过光波导的套并穿过套圈，并且在接收组件10之方向中在相对光波导区段之轴7之一角度(此处为直角)发射。
应该说明的是，来自传输或接收组件10的光也可在非45°的角度被注入或从波导区段52输出，例如46°，47°或甚至60°。为此目的，TO罐被设置，例如，因此其轴8并未与光波导轴7成直角(如图1，二所示)，但轻微地相对于光波导51，52倾斜。本发明的范围还包括光波导区段51，52二者之二端点表面不是在45°角度。唯一重要的因子是光以一角度落入个别光波导区段之端点表面，因此光在端点表面被偏移并以高注入耦合准位被注入光波导区段。
图1至三所示之模块代表一套件之基本组件，藉此提供极大范围的操作以产生光数据传输用之传输及/或接收模块。例如，如图1所示之数个传输装置或图1所示之接收装置可在一光波导之光轴方向中被设置为一个接一个，以光经由一光波导区段之倾斜端点表面被注入或输出，因此数个波长可连续被注入及/或从光波导内。因此可以提供所需之多任务器/解多任务器用之极大范围的选择。
于本文中，图4a至4d说明以该方式使用数个注入一波长及输出二其它波长用之波导区段之实施例(称为三端口双向组件)。
如从图4d所示之之区段可见，三光波导区段151，152，153，每一者具有在45°被抛光之端点表面，被设置于一连续安装管140之内。为了引导一沉浸装置，数个圆形开孔143被合并至安装管140内，如图1至三所示。
每一光波导区段之一端点表面具有一相关传输或接收组件设置于一TO罐内。在一对应的方式中，提供三个TO罐120a，120b，120c，二个左TO罐具有一接收组件110a，110b，而右TO罐120c具有一传输组件110c。TO罐120C于此例中对应图1的TO罐20，以每一接收组件110a，110b也具有一相关的前放大器114a，114b。再次，提供耦合透镜113a，113b，其聚集由光波导区段151，152之端点表面偏移且在接收组件110a，110b之方向中发射之光至接收组件110a，110b之光主动区域上。
在图四所示之本发明模块中，光波导区段153之左端点表面153a以从传输组件110c发射的波长λ3的光被注入光波导区段153之内且被偏移至右边的方式被提供波长选择滤波器。以未被表示细节之方式从左边被注入之波长λ1，λ2之光讯号穿过端点表面153a而无任何干扰(且当然，同时穿过相邻，未被涂布之中央波导区段152之端点表面)。
波长λ2现在藉由适当设计的波长选择滤波器在接收组件110b的方向在左端点表面152a被输出，而波长λ1之光现在接收组件110a的方向在光波导区段151之左端点表面151a被输出，因此二波长λ1，λ2被解多任务。
其它波长可藉由增加适合单元而被输出或注入。光讯号之多任务及/或解多任务用之适应的模块因此被提供，藉由不同资料频道之光讯号可被结合在一光波导内，且个别的频道可被分别侦测。
图五表示一实施例，其中传输或接收组件(未分别示出)未被设置于一TO罐，而是被设置于半导体封装20’中。半导体封装20’包括传输或接收组件用之一座(未示出)以及一连接接触24’，经由该接触使传输或接收组件可被连接至一印刷电路板。
数个光波导区段51’，52’，53’及54’以对应图1的方式被形成于安装管40’中，其较好是连续的。安装管40’以类似图1的方式被设置于半导体封装20’上。为允许光穿过，每一半导体封装具有一光输出开孔23’位于其面对安装管之面上。
此模块的操作方法与已经描述的模块相同，因此应该参照关于它们的解释。
图6提供数中耦合型态之当注入光至一光纤内时做为光被注入之位置的函数的插入损失的图表。于此例中，此注入依据图7b中所示之测量曲线A，D而被执行，基于光系依据本发明经由一倾斜，反射的端点表面而被注入，其偏移注入的光至光波导内。测量曲线B，C表示注入过程，其中，另一种方式是，光在端点注入，如图7a所示。
对曲线A而言，为了仿真耦合误差，注入的幅射的焦点应该在Y方向被移出光纤的核区域之外，且为测量曲线D，应该在Y方向被偏移出光纤的核区域。此数值”0μm”指示光纤核的中心。在相同的方式中，在X方向之一偏移系用于测量曲线B，而在Y方向之一偏移系用于测量曲线C。
所示的测量曲线表示，对于最佳注入而言(偏移＝0μm)，依据本发明之插入损失大约是-5dB，且因此多少大于在端点的插入损失，其大约是-3dB。然而，相对于耦合误差之误差是较大的。所使用之测量用之波导核的直径为9μm。
权利要求
1.一种在被承载于一光波导内之至少二光资料频道上传输及/或接收光讯号用之电光学模块，具有至少一传输组件(10)，其光被注入该光波导内，及/或具有至少一接收组件(10)用以接收来自该光波导之光输出，特征在于该模块中之该光波导形成至少二每一者具有至少一倾斜的端点表面(51a，51b)之光波导区段(51，52)，以该光波导区段(51，52)之该倾斜的端点表面(51a，51b)被同轴且一者位于另一者之后地被设置，而被注入或从一特定光数据频道之光波导输出之光在相对该光波导之光轴(7)之一角度被传送至一倾斜的端点表面(52a)，或自其中出现。
2.如权利要求1之模块，特征在于该至少一光波导区段之至少一端点表面(52a)被涂布一波长选择滤波器(9)。
3.如权利要求1或2之模块，特征在于该二相邻光波导区段之端点表面(51a，51b)系共平面。
4.如权利要求3之模块，特征在于该端点表面(51a，51b)相对该光波导之光轴(7)的角度实质上为45°。
5.如前述权利要求至少一项之模块，特征在于该光波导区段(51，52)系设置于一个别的玻璃套圈(61，62)内，其对所使用的光的波长是穿透的，且在其端部具有一端点表面(61a，62a)，其以对应该光波导区段(51，52)之方式倾斜。
6.如权利要求5之模块，特征在于一安装管(40)，其容纳该个别的玻璃套圈(61，62)及设置于其中之该光波导区段(51，52)，并且将它们设置于互相同轴之位置。
7.如权利要求6之模块，特征在于该安装管(40)具有一纵槽(42)且同时以一弹簧方式包围该玻璃套圈(61，62)。
8.如权利要求6或7之模块，特征在于固定该安装管于一支架(31，32)上之固定装置(41)，尤其是纵槽，系形成于该安装管(40)上。
9.如前述权利要求至少一项之模块，特征在于相邻光波导区段(51，52)之端点表面(51a，51b)之间的任何间隙系由具有一匹配之折射率之一沉浸装置所填入。
10.如权利要求6或9之模块，特征在于该沉浸装置之插入用之一径向开孔(43)被形成于该安装管(40)内每一该相邻光波导区段(51，52)之区域内。
11.如前述权利要求至少一项之模块，特征在于数个传输或接收组件于该模块内在该光波导或该光波导区段(151，152，153)之光轴(7)的方向被一个接着一个地排列，每一者与一光波导区段(151，152，153)之一倾斜的端点表面(151a，152a，153a)相关。
12.如权利要求1至11至少一项之模块，特征在于一传输或接收组件(10，110a，110b，110c)之光轴实质上与相关的光波导区段(52，151，152，153)之光轴(7)成直角。
13.如前述权利要求至少一项之模块，特征在于该传输或接收组件(10，110a，110b，110c)被设置于一个别的TO罐(20，120a，120b，120c)。
14.如权利要求13之模块，特征在于与每一TO罐(20)相关之一安装封装(30)首先容纳该TO罐(20)，其次具有用以容纳并支撑该安装管(40)之一扣持帽(31)，该封装(30)具有一窗，经由该窗使光能够穿过或由半透明材料组成。
15.如权利要求6至12至少一项之模块，特征在于该传输或接收组件被设置于一半导体封装(20’)内，其可被设置于一印刷电路板上，且于其上设置该安装管(40’)之一侧。
16.如前述权利要求至少一项之模块，特征在于一耦合透镜(13)设置于一光波导区段之一端点表面(52a)与相关传输或接收组件(10)之间的光路径中。
17.如前述权利要求至少一项之模块，特征在于该光波导核从一第一光波导区段至一相邻光波导区段变得更大。
18.如前述权利要求至少一项之模块，特征在于该光波导(51，52)系一单一模式波导。
19.如权利要求2至18至少一项之模块，特征在于该光波导区段(151，152，153)之个别的端点表面(151a，152a，153a)被涂布不同波长用之波长选择滤波器，每一波长选择滤波器与光数据频道之一相关。
20.如权利要求1之模块，特征在于该二光波导区段(51，52)之相邻端点表面形成一光分离器，尤其是一50/50光分离器。
全文摘要
本发明关于一种电光学模块，用以传输及/或接收来自经由一光波导被输入之至少二光资料频道之光讯号。依据本发明，光波导于模块内形成至少二光波导区段(51，52)，每一者具有至少一前倾斜表面(51a，51b)。该光波导区段(51，52)在倾斜的前表面(51a，51b)一个在另一个之后地同轴设置，而光注入光波引导或自该光波导之光解耦合为特定的光数据频道发生，藉此该光数据频道之光在相对该光波导之光轴(7)之一角度从一倾斜前表面(52a)被导入或存在。
文档编号G02B6/28GK1507574SQ01823287
公开日2004年6月23日 申请日期2001年5月23日 优先权日2001年5月23日
发明者L·梅奇奥尔, V·普里科特, L 梅奇奥尔, 锟铺 申请人:因芬尼昂技术股份公司