專利名稱：利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用光纖光纜的光收發(fā)器模塊，具體涉及利用兩個不同波長光的單個光纖光纜的光收發(fā)器模塊變換雙向傳輸。
在光通信中，電光轉(zhuǎn)換是利用光發(fā)射裝置的ON和OFF把數(shù)字電信號輸入端的電信號轉(zhuǎn)換成光信號，而光電轉(zhuǎn)換是利用光接收裝置從通過光纜的發(fā)射信號中接收的光信號把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。借助于光通信，可以長距離傳輸海量數(shù)據(jù)。
[4]背景技術(shù)[5]發(fā)射數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的光纜對于從兩個不同位置同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)是必需的。因?yàn)楣饫|本身沒有方向性，光可以從光纜中的位置A傳輸?shù)轿恢肂，相反地，可以光可以從位置B傳輸?shù)轿恢肁。這意味著，利用一個光纜可以雙向傳輸光學(xué)數(shù)據(jù)。但是，應(yīng)當(dāng)分開來自光發(fā)射裝置的光信號和到光接收裝置的光信號，因此，我們需要一種用于分開發(fā)射光信號和接收光信號的模塊。
[7]圖1表示常規(guī)的雙向光收發(fā)器模塊示意圖。為了有效地分開接收的信號和發(fā)射的信號，在每個點(diǎn)使用兩個不同波長(11，12)的光。例如，若在A點(diǎn)使用波長11的光發(fā)射裝置(104)則在B點(diǎn)使用波長12的光發(fā)射裝置(104b)。一般地說，發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)用作光發(fā)射裝置(104，104b)，而光電二極管(PD)用作光接收裝置(105，105b)。如圖1所示，光濾波器(101)發(fā)射和光濾波器(102)反射從光發(fā)射裝置(104)發(fā)射波長11的光，因此，波長11的光進(jìn)入光纜(107)，但不能進(jìn)入到接收裝置(105)。同樣的原理適用于B點(diǎn)，因此，能夠利用一個光纜(107)實(shí)現(xiàn)雙向光傳輸。
[9]以上描述的常規(guī)雙向光收發(fā)器模塊存在這樣的問題，它使用昂貴的金屬基TO外殼封裝并要求精確地光學(xué)對準(zhǔn)組件中的透鏡，光濾波器(101，102)和光纜(107)。為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)對準(zhǔn)，TO外殼封裝中的光發(fā)射裝置(104)需要發(fā)射光，而光收發(fā)器模塊中的裝置和光學(xué)元件要求精確的光學(xué)對準(zhǔn)，用于傳送光到相對位置的光收發(fā)器模塊中的接收裝置(105)。在實(shí)現(xiàn)光學(xué)對準(zhǔn)之后，有光發(fā)射裝置(104)和光接收裝置(105)的TO外殼封裝焊接到金屬基主體(103)。上述的光學(xué)對準(zhǔn)過程稱之為有源對準(zhǔn)。有源對準(zhǔn)需要大量時間進(jìn)行組裝，并要求非常昂貴的設(shè)備，例如，具有對準(zhǔn)能力的激光焊接機(jī)。為了克服上述的這些問題，設(shè)計一種不需要有源過程的無源對準(zhǔn)過程。代替光學(xué)對準(zhǔn)過程，無源對準(zhǔn)過程利用預(yù)對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)光學(xué)裝置。通常，利用光波導(dǎo)作為光學(xué)裝置或基于半導(dǎo)體過程的硅光具座，或光波導(dǎo)和硅光具座的組合也是可能的。
[11]具體地說，光波導(dǎo)是利用類似的工作原理在局限空間結(jié)構(gòu)中傳播光的一種裝置。光傳播通過周圍是低折射率材料的芯。光波導(dǎo)可以制作成有1mm內(nèi)的精確度，因?yàn)樗冒雽?dǎo)體制造過程。當(dāng)光入射到光波導(dǎo)中時，光被局限在芯內(nèi)并主要在其中傳播，因此，不需要光學(xué)對準(zhǔn)，光可以傳輸?shù)教囟ǖ奈恢?。通過安排光纖，光濾波器，光接收裝置和光發(fā)射裝置，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)對準(zhǔn)?？梢跃_地制作光波導(dǎo)本身，但需要在特定位置安排光波導(dǎo)，光接收裝置和光發(fā)射裝置的預(yù)對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。利用硅光具座可以實(shí)現(xiàn)精確的預(yù)對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。以下解釋用于制作硅光具座的制造過程。
具體地說，利用光刻方法，有圖形的薄膜可以沉積在硅基片上。在蝕刻溶液中浸泡硅基片，和有選擇地阻擋有薄膜圖形的蝕刻溶液，可以制成特定圖形的槽。制成的結(jié)構(gòu)稱之為硅光具座，并通過插入光波導(dǎo)，光接收裝置和光發(fā)射裝置到硅光具座的制成槽中，可以實(shí)現(xiàn)精確的對準(zhǔn)。我們知道，利用半導(dǎo)體過程的光學(xué)對準(zhǔn)元件有非常高的精確度，但制造過程是不容易的，它不適合于低成本的批量生產(chǎn)。那些精確的元件需要其他的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝，因此，不能保持所需的精確度，除非所有的部件都是利用半導(dǎo)體過程制作的。但是，利用半導(dǎo)體過程制作所有的部件是不現(xiàn)實(shí)的，因此，我們需要一種解決該問題的方案。
發(fā)明內(nèi)容[14]本發(fā)明的一個目的是提供利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，它是由光發(fā)射裝置，光接收裝置，濾波器和透鏡的模塊化制成的，并通過它們之間分別的連接完成光學(xué)對準(zhǔn)，因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的批量生產(chǎn)。本發(fā)明的另一個目的是提供利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，它是利用注塑成型技術(shù)制成，從而能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的批量生產(chǎn)。本發(fā)明的另一個目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)電屏蔽的發(fā)射模塊和接收模塊。
[16]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明包括包含光發(fā)射裝置的發(fā)射模塊；包含光接收裝置的接收模塊；分開發(fā)射光和接收光的濾波器模塊；和連接發(fā)射模塊，接收模塊，濾波器模塊和光纖光纜的透鏡模塊，并通過它們之間分別的連接完成光學(xué)對準(zhǔn)。
制作發(fā)射模塊，接收模塊，透鏡模塊和濾波器模塊的最理想方法是分別利用注塑成型技術(shù)。透鏡模塊包括連接光纖光纜的插座；在特定位置連接透鏡模塊和發(fā)射模塊的第一連接部分；在特定位置連接透鏡模塊和接收模塊的第二連接部分；和在特定位置連接透鏡模塊和濾波器模塊的第三連接部分。
[19]按照本發(fā)明，借助于精密機(jī)械制成的模壓導(dǎo)向孔和導(dǎo)向銷，安裝光發(fā)射裝置的發(fā)射器模塊和安裝光接收裝置的接收器模塊連接到透鏡模塊，而光發(fā)射裝置，光接收裝置和光纖光纜的精確對準(zhǔn)僅是通過連接每個模塊。透鏡模塊內(nèi)形成的透鏡能夠有效地聚焦光進(jìn)入光纖光纜。此外，包括透鏡模塊的所有部件是利用注塑成型技術(shù)制成的，從而能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的批量生產(chǎn)。
雖然參照附圖和通過例子充分地描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)注意，各種變化和改動對于專業(yè)人員是顯而易見的。所以，這種變化和改動應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，除非它們偏離了本發(fā)明的范圍。


[22]圖1表示常規(guī)雙向光收發(fā)器模塊的示意圖。
圖2是利用本發(fā)明單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊的示意圖。
圖3表示利用本發(fā)明完成雙向光傳輸。
圖4表示圖2中透鏡模塊和濾波器模塊的結(jié)構(gòu)。
圖5表示圖4中濾波器模塊的放大圖。
圖6說明從光發(fā)射裝置到光纖光纜的光束軌跡。
圖7說明從光纖光纜到光接收裝置的光束軌跡。
圖8表示圖2中發(fā)射器模塊的結(jié)構(gòu)。
圖9表示圖2中接收器模塊的結(jié)構(gòu)。
圖10表示圖9中屏蔽的接收器模塊的結(jié)構(gòu)。 具體實(shí)施方式
[33]光收發(fā)器模塊采用數(shù)字電信號作為輸入，利用光發(fā)射裝置把它轉(zhuǎn)換成光信號，發(fā)射到相對位置的光收發(fā)器模塊，以及相反地，從相對位置的光收發(fā)器模塊接收光信號，并把它轉(zhuǎn)換成電信號。用于發(fā)射和接收的每個光波長是不同的，因?yàn)楣庑盘柕膫鬏敽徒邮绽脝蝹€光纖光纜。
通過連接包含光發(fā)射裝置(204)的發(fā)射器模塊(223)和包含光接收裝置(205)的光接收器模塊(224)到利用注塑成型技術(shù)制成的透鏡模塊(221)，本發(fā)明完成光學(xué)對準(zhǔn)。
發(fā)射器模塊(223)包含光發(fā)射裝置(204)，而光發(fā)射二極管(LED)或垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)通常用作光發(fā)射裝置。發(fā)射器模塊(223)采用數(shù)字電信號作為輸入，和利用光發(fā)射裝置把它轉(zhuǎn)換成光信號，并發(fā)射到相對位置的光收發(fā)器模塊。
接收器模塊(224)包含把光轉(zhuǎn)換成電信號的光接收裝置(205)，而光電二極管通常用作光接收裝置。利用光接收裝置，接收器模塊(224)接收從相對位置的光收發(fā)器模塊發(fā)射的光信號，并把它轉(zhuǎn)換成電信號。
透鏡模塊(221)和濾波器模塊(222)分離發(fā)射的光信號和接收的光信號。因此，利用單個光纖光纜可以實(shí)現(xiàn)雙向光傳輸。透鏡模塊(221)包括發(fā)射器透鏡(211)，用于準(zhǔn)直來自發(fā)射器模塊(223)的光；接收器透鏡(212)，用于聚焦光到接收器模塊(224)內(nèi)的光接收裝置(205)，和插座透鏡(213)，用于同時聚焦光到光纖光纜和準(zhǔn)直光纖光纜中的光。為了有效地分離發(fā)射的光信號和接收的光信號，發(fā)射波長和接收波長是不同的，并利用濾波器模塊(222)內(nèi)的光濾波器(201)。濾波器模塊(222)分離發(fā)射的光信號和接收的光信號。光濾波器(202)放置在接收器模塊(224)之前，它阻塞來自發(fā)射器模塊(223)的光。
利用兩個光濾波器(201，202)，可以實(shí)現(xiàn)兩個光信號的分離。一個光濾波器(202)反射長波長的光和傳輸短波長的光，而另一個光濾波器(201)傳輸長波長的光和反射短波長的光。位置A的一個發(fā)射器模塊(223)利用光發(fā)射裝置(204)發(fā)射長波長的光，而位置B的另一個發(fā)射器模塊(223)利用光發(fā)射裝置(204b)發(fā)射短波長的光。長波長和短波長分別是指相對的數(shù)值，而不是指絕對的數(shù)值。長波長與短波長之差值可以在某個范圍內(nèi)變化，且利用光濾波器可以分開任何的差值。例如，850nm的VCSEL和780nm的VCSEL可以分別用作光發(fā)射裝置。在光纖光纜(207)與發(fā)射器模塊之間插入45度的光濾波器。
[40]圖4表示圖2中透鏡模塊和濾波器模塊的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向銷(433，434)形成在模塊插入部分，用于精確地對準(zhǔn)發(fā)射器模塊(223)和接收器模塊(224)。利用注塑成型技術(shù)制成透鏡模塊(221)。利用注模技術(shù)，所述透鏡(211，212，213)，插入部分(422，423，424)和導(dǎo)向銷(433，434)制成完全集成的部件。因?yàn)楣饪梢詡鬏斖ㄟ^透鏡模塊(221)，透鏡模塊(221)的材料是透明的。透明的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)可以用作該材料。
[42]圖5表示圖4中濾波器模塊的放大圖。濾波器模塊(222)制作成分開的部件，可以容易地插入光濾波器(201)到透鏡模塊(221)中。光濾波器的尺寸是1mm×1mm，其厚度為0.1～0.2mm。由于小和薄的尺寸，操作和插入光濾波器(201)是非常困難的。為了正確地插入和對準(zhǔn)光濾波器，利用包含插入光濾波器(201)的濾波器模塊(222)。濾波器模塊(222)有用于插入光濾波器(201)的底座(501)。該底座有可以透射光的通孔。濾波器模塊是容易操作和插入到透鏡模塊中，這是因?yàn)樗写笥诠鉃V波器的尺寸。濾波器模塊的頂部可以用作保護(hù)透鏡模塊內(nèi)部免遭外來物質(zhì)侵入的蓋子，例如，灰塵。利用常規(guī)的注塑成型技術(shù)制成濾波器模塊。
[44]圖6說明從光發(fā)射裝置到光纖光纜的光束軌跡。
[46]圖7說明從光纖光纜到光接收裝置的光束軌跡。
[48]圖8表示圖2中發(fā)射器模塊的結(jié)構(gòu)。
發(fā)射器模塊(223)包含金屬引線框(804a，804b)，用于轉(zhuǎn)移電信號到光發(fā)射裝置，而形成的預(yù)制槽用于插入特定位置的光發(fā)射裝置到引線框，和光發(fā)射裝置插入到預(yù)制槽中。導(dǎo)向槽(801)形成在發(fā)射器模塊(223)的兩側(cè)，用于連接透鏡模塊(221)中的導(dǎo)向銷(圖4中的433)。當(dāng)透鏡模塊的導(dǎo)向銷連接到發(fā)射器模塊的導(dǎo)向槽時，透鏡模塊中發(fā)射器側(cè)的中心與光發(fā)射裝置中光發(fā)射點(diǎn)的中心重合。利用注塑成型技術(shù)制成發(fā)射器模塊。
金屬引線框(804b)暴露在槽的底部，用于插入發(fā)射器模塊(223)的光發(fā)射裝置(204)，而光發(fā)射裝置安裝在表面之上，在分配少量導(dǎo)電粘合劑到該槽內(nèi)金屬引線框的暴露表面上之后，引線框(804b)和光發(fā)射裝置底部形成電路連接。利用細(xì)金屬導(dǎo)線(802)，可以使光發(fā)射裝置的頂部金屬片與另一個引線框(804a)連接。因此，電流信號可以傳輸通過引線框(804a，804b)。
[52]圖9表示圖2中接收器模塊的結(jié)構(gòu)。
接收器模塊(224)包含金屬引線框(904a，904b，904c)，用于轉(zhuǎn)移從光接收裝置(205)產(chǎn)生的電信號，而形成的預(yù)制槽可以插入特定位置的光接收裝置到引線框。預(yù)制槽是預(yù)先對準(zhǔn)的，當(dāng)接收器模塊(224)連接到透鏡模塊(221)時，可以使光接收孔徑的中心與透鏡的中心重合。除了光接收裝置(205)以外，還插入用于放大從光接收裝置(205)產(chǎn)生電信號的前置放大器IC(905)和用于驅(qū)動前置放大器的其他元件，例如，電容器(906)。導(dǎo)向槽(901)形成在接收器模塊(224)的兩側(cè)，用于連接透鏡模塊(221)中的導(dǎo)向銷(434)。利用注塑成型技術(shù)制成接收器模塊。金屬引線框(904c)暴露在槽的底部，用于插入接收器模塊(224)的光接收裝置(205)，而光接收裝置安裝在表面之上，在分配少量導(dǎo)電粘合劑到該槽內(nèi)金屬引線框的暴露表面上之后，引線框(904c)和光接收裝置底部形成電路連接。利用細(xì)金屬導(dǎo)線(902)，通過引線框(904c)連接的光接收裝置底部與前置放大器(905)連接。利用細(xì)金屬導(dǎo)線(902)，光接收裝置(205)的頂部金屬片直接連接到前置放大器(905)。通過分配導(dǎo)電粘合劑到其他金屬引線框(904a)的表面上，可以安裝前置放大器。與前置放大器底面連接的延伸金屬引線框(911)表示電屏蔽的金屬蓋，而903表示利用注塑成型技術(shù)制成的接收器模塊主體。光濾波器(202)安裝在光接收裝置(205)之上，并利用諸如環(huán)氧樹脂的膠固定。除了來自相對著的位置的發(fā)射器模塊的光以外，光濾波器(202)可以阻塞雜散光。
[55]圖10表示圖9中屏蔽接收器模塊的結(jié)構(gòu)。
通過折疊延伸的金屬引線框，接收器模塊是被接地的延伸金屬引線框覆蓋，如圖10所示。這可以使接收器模塊的內(nèi)部是電屏蔽的。1001表示可以傳輸光到光接收裝置的通孔。上述的電屏蔽可以防止外部的電磁波輻射，這是從前置放大器發(fā)射的高頻信號，而且還可以保護(hù)光電二極管免遭從外部耦合電磁波的輸出信號。此外，從外部阻塞雜散光可以提高光信號的靈敏度。
工業(yè)應(yīng)用[57]本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，例如，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，接入網(wǎng)，本地網(wǎng)，存儲區(qū)網(wǎng)和用于數(shù)字多媒體傳輸?shù)挠脩艄饫w，例如，IEEE 1394，DVI/HDMI，USB等。
與光通信的常規(guī)光收發(fā)器模塊比較，本發(fā)明可以極大地減少制造成本和制作過程。因此，在工業(yè)和用戶市場上，本發(fā)明能夠廣泛地采用光傳輸產(chǎn)品。
[60]
權(quán)利要求
1.一種利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，包括包含光發(fā)射裝置的光發(fā)射模塊；包含光接收裝置的光接收模塊；濾波器模塊，通過引導(dǎo)從所述光發(fā)射模塊到光纜發(fā)射的光和引導(dǎo)從所述光纜接收的光，分離發(fā)射光和接收光；和利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，包含透鏡模塊，通過組合所述光發(fā)射模塊，光接收模塊，濾波器模塊和所述光纜，可以光學(xué)對準(zhǔn)雙向光收發(fā)器模塊。
2.按照權(quán)利要求1的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述光發(fā)射模塊，光接收模塊，透鏡模塊和濾波器模塊是分別利用注塑成型技術(shù)制造的。
3.按照權(quán)利要求1的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述透鏡模塊包括與所述光纖光纜連接的插座；在預(yù)對準(zhǔn)位置相互連接所述透鏡模塊和光發(fā)射模塊的第一連接部分；在預(yù)對準(zhǔn)位置相互連接所述透鏡模塊和光接收模塊的第二連接部分；和在預(yù)對準(zhǔn)位置相互連接所述透鏡模塊和濾波器模塊的第三連接部分。
4.按照權(quán)利要求3的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述透鏡模塊包括光發(fā)射透鏡，用于準(zhǔn)直從所述光發(fā)射裝置發(fā)射的光；光接收透鏡，用于聚焦來自所述光纖光纜的光并入射到所述接收裝置；和插座透鏡，用于聚焦來自所述發(fā)射裝置的光并入射到所述光纖光纜和準(zhǔn)直從所述光纖光纜發(fā)射到光收發(fā)器模塊的光。
5.按照權(quán)利要求1的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述濾波器模塊包括發(fā)射第一波長光和反射不同于第一波長的第二波長光。
6.按照權(quán)利要求3的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述第一連接部分包括在所述透鏡模塊或發(fā)射模塊上形成的導(dǎo)向銷；和在所述透鏡模塊或發(fā)射模塊上形成的導(dǎo)向孔。
7.按照權(quán)利要求3的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述第二連接部分包括在所述透鏡模塊或發(fā)射模塊上形成的導(dǎo)向銷；和在所述透鏡模塊或發(fā)射模塊上形成的導(dǎo)向孔。
8.按照權(quán)利要求3的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述第三連接部分包括在所述透鏡模塊上的槽，用于組合所述濾波器模塊到透鏡模塊；和所述濾波器模塊的頂部插入并固定到透鏡模塊上的所述槽。
9.按照權(quán)利要求3的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述發(fā)射模塊包括當(dāng)所述透鏡模塊和發(fā)射器模塊是由所述第一連接部分連接時，位于對應(yīng)位置到發(fā)射器透鏡中心的槽；和所述光發(fā)射裝置插入到該槽中，和從發(fā)射裝置發(fā)射的光入射到發(fā)射器透鏡的中心。
10.按照權(quán)利要求3的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述接收模塊包括當(dāng)所述透鏡模塊和接收器模塊是由所述第二連接部分連接時，位于對應(yīng)位置到接收器透鏡中心的槽；和所述光接收裝置插入到該槽中，和來自接收透鏡的光入射到光接收裝置的中心。
11.按照權(quán)利要求4的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述發(fā)射器透鏡，接收器透鏡，插座透鏡和透鏡模塊中的插座是利用透明材料制成一個整體。
12.按照權(quán)利要求3的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述接收器模塊包含用于電屏蔽的引線框部分，和在插入所述光接收裝置和電裝置之后，通過折疊屏蔽部分和覆蓋所述接收器模塊的頂部表面，可以實(shí)現(xiàn)電屏蔽。
13.按照權(quán)利要求3的利用單個光纖光纜的雙向光收發(fā)器模塊，其中所述發(fā)射器模塊包含用于電屏蔽的引線框部分，和在插入所述光發(fā)射裝置之后，通過折疊屏蔽部分和覆蓋所述發(fā)射器模塊的頂部表面，可以實(shí)現(xiàn)電屏蔽。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用光纖光纜的光收發(fā)器模塊，具體涉及利用兩個不同波長光的單個光纖光纜的光收發(fā)器模塊變換雙向傳輸。光收發(fā)器模塊的制作是通過光發(fā)射裝置，光接收裝置，濾波器和透鏡的模塊化，并通過它們之間的連接，完成光學(xué)對準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)精確的光學(xué)對準(zhǔn)，借助于精密機(jī)械制作的模壓導(dǎo)向孔和導(dǎo)向銷，包含光發(fā)射裝置的發(fā)射器模塊和包含光接收裝置的接收器模塊連接到透鏡模塊。透鏡模塊包含可以實(shí)現(xiàn)有效光聚焦的透鏡形狀部分。
文檔編號G02B6/42GK1973228SQ200580020709
公開日2007年5月30日 申請日期2005年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者陳勇盛, 孫晚振, 孫英成 申請人:福希納光學(xué)公司