光发射模块、光通讯模块以及光发射模块制造方法
技术领域
本发明关于一种光发射模块、光通讯模块以及光发射模块制造方法，特别是有关于一种透过无反射镜方式传输光信号的光发射模块与光通讯模块。
背景技术
光纤通讯网路具有低传输损失、高数据保密性、优秀的抗干扰性，以及超大频宽等特性，已是现代主要的资讯通讯方式，其中，用于接受来自光纤网路的光讯号并将其转换成电讯号传输，及/或将电讯号转换成光讯号再藉由光纤网路向外传输的光收发器(OpticalTransceiver)是光纤通讯技术中最重要的基础元件之一。
然而，传统光通讯模块使用光学镜片(例如利用反射镜)来改变光线路径，此方式需要许多光器件，导致成本提高。再者，传统方式的光线路径复杂，对于光斑(Speckle)的控制比较困难，且光功率损耗较大。
发明内容
有鉴于此，在本发明一实施例中，使用无反射镜的方式来传送光波，不仅可以简化光通讯模块的结构，也可以改善光传送效率。
本发明一实施例揭露一种光发射模块、光通讯模块以及光通讯模块制造方法。光发射模块包括一基板、一激光器以及一透镜元件。基板具有表面，激光器设置于上述基板，上述激光器具有一发光面，沿着大体平行上述表面的方向发射一光束。透镜元件设置于上述表面，用以调整上述光束的光路以耦合上述光束至一光纤。
本发明一实施例揭露一种光通讯模块，包括基板、光发射模块以及光接收模块。基板具有一表面。光发射模块包括一激光器，设置于上述基板，上述激光器具有一发光面，沿着大体平行上述表面的方向发射一第一光束，以及一第一透镜元件，设置于上述表面，用以调整上述第一光束的光路以耦合上述光束至一第一光纤。光接收模块包括一第二透镜元件，设置于上述表面，用以从一第二光纤耦合一第二光束，并调整上述第二光束的光路，以及一光侦测器，设置于上述基板，上述光侦测器具有一光接收面，沿着大体平行上述表面的方向接收上述第二光束，并转换上述第二光束为电讯号。
本发明一实施例揭露一种光发射模块制造方法，包括提供一基板，上述基板具有一表面；设置一激光器于上述基板，上述激光器具有一发光面，沿着大体平行上述表面的方向发射一光束；设置一透镜元件于上述表面，用以调整上述光束的光路；执行上述激光器与上述透镜元件的对准程序；以及设置复数电子元件以及一电子输出输入埠于上述基板。
根据本发明一实施例，其中上述激光器具有与上述发光面正交的激光器侧面，上述激光器之上述激光器侧面透过黏着层黏附于上述基板的上述表面。
根据本发明一实施例，其中上述透镜元件具有一进光面、一出光面，以及位于上述进光面与上述出光面之间的透镜侧面，上述透镜元件之上述透镜侧面透过黏着层黏附于上述基板的上述表面。
根据本发明一实施例，其中上述激光器为垂直腔面发射雷射器。
根据本发明实施例，激光器所发出的光束以平行基板的方向发射，经过透镜元件聚光，无须经过反射的步骤，即可将光束传送至光纤。在此架构下，除了可以减少光学元件(省略反射镜元件)，又可以简化光传输路径，有效提高光传输效率并提高制造良率，且还能改善光传输品质以减少光斑的产生。
附图说明
图1显示根据本发明一实施例所述的光通讯模块的方块示意图。
图2显示根据本发明一实施例所述的光发射模块的剖面图。
图3显示图1中区域A部分的放大图。
图4显示根据本发明一实施例所述的光接收模块的剖面图。
图5显示根据本发明一实施例所述的光发射模块12的制造方法的操作流程图。
主要元件符号说明
光通讯模块10
光发射模块12
光接收模块14
控制电路16
基板20
光纤21、41
激光器22
透镜元件24、44
电子元件26、46
电子输出输入埠28、48
表面30
导线31
黏着层33、47
发光面35
光侦测器42
步骤流程S51、S52、S53
区域A
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。熟悉此技艺之人士可利用这些实施例或其他实施例所描述的细节及其他可以利用的结构，逻辑和电性变化，在没有离开本发明的精神与范围之下以实施发明。
本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置系为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中图式标号的部分重复，系为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。其中，图示和说明书中使用的相同的元件编号系表示相同或类似的元件。本说明书的图示为简化的形式且并未以精确比例绘制。为清楚和方便说明起见，方向性用语(例如顶、底、上、下以及对角)系针对伴随的图示说明。而以下说明所使用的方向性用语在没有明确使用在以下所附的申请专利范围时，并非用来限制本发明的范围。
再者，在说明本发明一些实施例中，说明书以特定步骤顺序说明本发明的方法以及(或)程序。然而，由于方法以及程序并未必然根据所述的特定步骤顺序实施，因此并未受限于所述的特定步骤顺序。熟习此项技艺者可知其他顺序也为可能的实施方式。因此，于说明书所述的特定步骤顺序并未用来限定申请专利范围。再者，本发明针对方法以及(或)程序的申请专利范围并未受限于其撰写的执行步骤顺序，且熟习此项技艺者可了解调整执行步骤顺序并未跳脱本发明的精神以及范围。
图1显示根据本发明一实施例所述的光通讯模块的方块示意图。根据本发明一实施例所述的光通讯模块10，包括光发射模块12、光接收模块14以及控制电路16。控制电路16用来控制光发射模块12以及光接收模块14。根据本发明一实施例，光发射模块12以及光接收模块14不限于一组，亦可以有多组，实现多频道或多讯号通道同时进行光讯号传输，也就是说，光通讯模块10可在多个不同的频率范围下以分时(Time Division)或分波(WaveDivision)方式进行光讯号的发送与接收。控制电路16用以处理光接收模块14传来的电讯号和要传送至光发射模块12的电讯号，控制电路16可以为数位讯号处理积体电路。在其他实施例中，控制电路16也可以分别整合至光发射模块12以及光接收模块14。
图2显示根据本发明一实施例所述的光发射模块12的剖面图。根据本发明一实施例所述的光发射模块12，包括基板20，激光器22，透镜元件24，电子元件26以及电子输出输入埠28。根据本发明一实施例，基板20可用不同的材料制作，如硅、高分子和陶瓷材料制作。基板20上承载有激光器22，透镜元件24，电子元件26以及电子输出输入埠28。激光器22为光源。在光通讯系统中，通常使用发光二极体或雷射二极体作为光源。根据本发明一实施例，激光器22可包括单个或多个垂直腔面发射雷射二极体(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser Diode，以下简称VCSEL)，或称面射型雷射二极体，多个VCSEL构成阵列，并由驱动晶片驱动而发射光讯号。在其他实施例中，亦可使用其他可作为光源的元件，例如发光二极体、边射型雷射二极体(Edge Emitting Laser Diode，EELD)或分散式反馈雷射器(Distributed Feedback Laser，DFB)。
电子元件26包括用来驱动激光器22的激光器驱动器及其他实施光信号发射功能所必要的电路元件，在其他实施例中，也可包括部分控制电路16。经由电子输出输入埠28所输入之控制信号和电子信号透过激光器驱动器驱动激光器22以发出光束。
图3显示图1中，区域A部分的放大图。参阅图3，激光器22透过导线31与基板20电性连接，并透过基板20的内连线电性连接至驱动晶片。根据本发明一实施例，导线31可透过打线接合(Wire bonding)程序电性连接激光器22与基板20。激光器22透过黏着层33附着至基板20的表面30。根据本发明一实施例，黏着层33可包括聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚乙烯对苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、铁氟龙(Teflon)、液晶高分子(LiquidCrystal Polymer，LCP)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)、尼龙(Nylon orPolyamides)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、ABS塑胶(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)、酚树脂(Phenolic Resins)、环氧树脂(Epoxy)、聚酯(Polyester)、硅胶(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane，PU)、聚酰胺-酰亚胺(polyamide-imide，PAI)或其组合，但不限于此，只要具有黏着特性的材料皆可应用于本发明。
另外，激光器22具有发光面35，沿着大体平行基板20的表面30的方向发射光束。如图2中所示，激光器22朝着图2的右侧发射光束。以激光器22为六面体为例，与发光面35正交且相邻的是四个激光器侧面，而四个激光器侧面之一透过黏着层33贴在基板20的表面30。
透镜元件24具有一进光面、一出光面，以及位于进光面与出光面之间的透镜侧面，透镜侧面与进光面正交。激光器22所发射的光束由进光面入射至透镜元件24，并从出光面输出。与激光器22相同，透镜元件24的透镜侧面也是透过黏着层33贴在基板20的表面30。
根据本发明一实施例，透镜元件24为聚光透镜，激光器22所发射的光束经由聚光透镜汇聚后耦合(Coupling)到光纤21，然后藉由光纤21传输至其他光接收器(图未显示)。根据本发明其他实施例，透镜元件24还可视需要增加准直透镜，用来调整光束的方向，例如转换成平行光束。
图4显示根据本发明一实施例所述的光接收模块14的剖面图。根据本发明一实施例所述的光接收模块14，包括基板20，光侦测器42，透镜元件44，电子元件46以及电子输出输入埠48。根据本发明一实施例，基板20可用不同的材料制作，如硅、高分子和陶瓷材料制作。基板20上承载有光侦测器42，透镜元件44，电子元件46以及电子输出输入埠48。必须说明的是，由于光接收模块14与光发射模块12具有类似对称的结构，因此相同的结构不再重复以精简说明。另外，虽然光接收模块14与光发射模块12都是设置在基板20上，在其他实施例中，也可分别设置在不同的基板。
由其他光发射器(图未显示)所发射的光束经光纤41传递，并朝透镜元件44发射。透镜元件44具有一进光面、一出光面，以及位于进光面与出光面之间的透镜侧面。光纤41所发射的光束由进光面入射至透镜元件44，并从出光面输出。与光发射模块12相同，透镜元件44的透镜侧面也是透过黏着层47贴在基板20的表面。根据本发明一实施例，透镜元件44为聚光透镜，光纤41所发射的光束经由聚光透镜汇聚后耦合(Coupling)到光侦测器42。根据本发明其他实施例，透镜元件44还可视需要增加准直透镜，用来调整光束的方向，例如转换成平行光束。
光侦测器42可为PIN光二极体或雪崩式光电二极体(Avalance Photodiode，APD)，用以将由透镜元件44所耦合的光束转换成电讯号。电子元件46包括用来控制光侦测器42以及用来处理光侦测器42所产生的电讯号所必要的电路元件，例如透过转阻放大器将光侦测器42所产生的电讯号转换成振幅较小的电讯号，再透过后端的电路转换成数位讯号。在其他实施例中，也可包括部分控制电路16。
根据本发明一实施例，光侦测器42透过导线与基板20电性连接，并透过基板20的内连线电性连接至电子元件46。光侦测器42透过黏着层附着至基板20的表面。根据本发明一实施例，黏着层47可包括聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)、铁氟龙(Teflon)、液晶高分子(Liquid Crystal Polymer，LCP)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)、尼龙(Nylon or Polyamides)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、ABS塑胶(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)、酚树脂(Phenolic Resins)、环氧树脂(Epoxy)、聚酯(Polyester)、硅胶(Silicone)、聚氨基甲酸乙酯(Polyurethane，PU)、聚酰胺-酰亚胺(polyamide-imide，PAI)或其组合，但不限于此，只要具有黏着特性的材料皆可应用于本发明。
另外，光侦测器42具有光接收面，所接收光束的行进方向是沿着大体平行基板20的表面。如图4中所示，光纤41所发射的光束朝着图4的左侧发射，沿着大体平行基板20的表面行进，经由透镜元件44汇聚后耦合到光侦测器42。以光侦测器42为六面体为例，与光接收面正交且相邻的是四个光侦测器侧面，而四个光侦测器侧面之一透过黏着层贴在基板20的表面。
图5显示根据本发明一实施例所述的光发射模块12的制造方法的操作流程图。参考图2，首先设置元件于基板20(步骤S51)，包括激光器22、透镜元件24、电子元件26以及电子输出输入埠28。根据本发明一实施例，基板20可用不同的材料制作，如硅、高分子和陶瓷材料制作。激光器22为光源。在光通讯系统中，通常使用发光二极体或雷射二极体作为光源。根据本发明一实施例，激光器22可包括单个或多个垂直腔面发射雷射二极体(VerticalCavity Surface Emitting Laser Diode，以下简称VCSEL)，或称面射型雷射二极体，多个VCSEL构成阵列，并由驱动晶片驱动而发射光讯号。在其他实施例中，亦可使用其他可作为光源的元件，例如发光二极体、边射型雷射二极体(Edge Emitting Laser Diode，EELD)或分散式反馈雷射器(Distributed Feedback Laser，DFB)。电子元件26包括用来驱动激光器22的激光器驱动器及其他实施光信号发射功能所必要的电路元件，在其他实施例中，也可包括部分控制电路16。经由电子输出输入埠28所输入之控制信号和电子信号透过激光器驱动器驱动激光器22以发出光束。根据本发明一实施例，激光器22的侧面透过黏着层33贴在基板20的表面30，而电子元件26可使用表面黏着技术(Surface mount technology，SMT)或焊接的方式安装在基板20上。在基板20中，具有预先设计的内连线结构，电子元件26之间与控制电路16可以透过内连线结构电性连接。
在步骤S52中，执行打线接合(Wire bonding)程序，透过金线将激光器22与基板20的内连线结构电性连接。在步骤S53中，执行光学对准程序，首先可在基板20上设置定位部以协助激光器22与透镜元件24的初步对准，此时可涂布UV胶于透镜元件24与基板20之间，为了提高定位的精确度，可透过电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)摄影机对位，待透镜元件24定位完成后，对UV胶照射紫外光以固化UV胶，接下来再以黏着层33固定透镜元件24，完成光发射模块的制作。必须说明的是，上述方法说明的顺序并非固定，熟习此项技艺者可知其他顺序也为可能之实施方式。另外，关于光接收模块的制造方法，与光发射模块的方式类似，差异仅在于将激光器22置换为光侦测器42，因此不再赘述以精简说明。必须说明的是，根据本发明实施例所述的光发射模块不一定要与本发明实施例所述的光接收模块搭配使用，也可以与其他用于接收光讯号的光接收模块对接。
根据本发明实施例，激光器22所发出的光束以平行基板20的方向发射，经过透镜元件24聚光，无须经过反射的步骤，即可将光束传送至光纤21。在此架构下，除了可以减少光学元件(省略反射镜元件)，又可以简化光传输路径，有效提高光传输效率并提高制造良率，且还能改善光传输品质以减少光斑的产生。
对本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的发明方案和发明构思结合生成的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本发明权利要求的保护范围。
