專利名稱：用于雙向光數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓怆娔５闹谱鞣椒?br>
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別是用單根光波導(dǎo)體來雙向光傳輸數(shù)據(jù)的光電模，其中如此設(shè)計并相對布置發(fā)射光束的發(fā)射部件、接收光束的接收部件、帶分光層的光分路器、會聚光束用的聚光器，即在光電模工作時，至少一部分由發(fā)射部件發(fā)出的光束耦合地輸入一個與該光電模耦合的光學(xué)機構(gòu)中，至少一部分由此光學(xué)機構(gòu)耦合輸出的接收光束被耦合地輸入接收部件中。
這樣的光電模如由德國專利申請EP664585公開了。在此德國申請中描述了一種用于雙向光學(xué)通訊和信號傳輸?shù)陌l(fā)射-接收模。在所披露的模中，一個激光器單片被安裝在兩個基體之間的公用半導(dǎo)體上，在其靠近激光器單片的諧振面的側(cè)面上涂有反射層且相對諧振面傾斜45度角。一束由激光器單片平行地射向公用半導(dǎo)體表面的光線被其中一個側(cè)面成90度地反射向固定在基體上的耦合透鏡上并通過此耦合透鏡被耦合輸入光波導(dǎo)體中。一束由此光波導(dǎo)體耦合輸出的且可透過反射層和基體材料以及公用載體材料的光束射入了裝在公用載體下的光電二極管中。包括激光器單片、光電二極管、公用載體和基體在內(nèi)的機構(gòu)被封裝入一個開有窗口的氣密金屬罩中。
具有這種結(jié)構(gòu)的光電模的各部件的裝配是很費事的。它需要許多加工步驟，各部件的調(diào)整相對困難且金屬罩很貴重。此外，由于透鏡和反射層之間存在空氣間隙，所以出現(xiàn)了嚴重的反射損失。
本發(fā)明的目的是改進前文所述類型的光電模，此光電模具有最低的裝配成本并且它可以對各部件進行最簡單的調(diào)整而且反射損失少。
此發(fā)明目的是通過權(quán)利要求1的特征部分而實現(xiàn)的。本發(fā)明的光電模的有利實施方式和改進方案是從屬權(quán)利要求2-16的內(nèi)容。
根據(jù)本發(fā)明，在前述類型的光電模中，在發(fā)射部件的發(fā)射部件-發(fā)光面和分光層的空隙之間的空隙、在接收部件的接收部件-入射面和分光層之間以及在聚光器入射-出射面和分光層之間分別填入至少一種固體或黏性透光材料，至少用同一個注塑殼封裝發(fā)射部件、接收部件和光分路器。包括發(fā)射部件、接收部件和光分路器在內(nèi)的功能單元通過電接線片與一個電連接裝置(引線框架、導(dǎo)線架)相連，所述發(fā)射部件和接收部件與上述接線片電連接。
不言而喻，發(fā)射部件的那個側(cè)面就是發(fā)射部件-發(fā)光面，經(jīng)此側(cè)面將絕大部分在發(fā)射部件中產(chǎn)生的光束從發(fā)射部件中發(fā)射出去。同樣，接收部件-入射面指的就是接收部件的那個側(cè)面，通過此側(cè)面耦合地輸入將從接收部件中射出的接收光束。聚光器的入射-出射面指的就是聚光器的那個側(cè)面，由發(fā)射部件發(fā)出的光束穿過此入射-出射面射入聚光器中，于是聚光器從光學(xué)機構(gòu)中收到的光束經(jīng)此入射-出射面射出聚光器。
本發(fā)明的光電模的一個優(yōu)選實施方式具有其它的以下特征一個模制件被指定為光分路器，該模制件至少具有第一側(cè)面、第二側(cè)面和第三側(cè)面。該模制件大多是由可透過發(fā)射光束和接收光束的材料制成的，且其中包有所述分光層。第一側(cè)面和第二側(cè)面是相對傾斜的，特別是相互垂直的。同樣，第三側(cè)面與第二側(cè)面或第三側(cè)面與第一側(cè)面是相對傾斜的，特別是相互垂直的。第一側(cè)面和第三側(cè)面或者第二側(cè)面和第三側(cè)面是模制件的對置側(cè)面且尤其它們是彼此平行的。發(fā)射部件-發(fā)光面面向且貼靠在模制件的第一側(cè)面上或者它通過透光的連接劑與第一側(cè)面相連。此外，接收部件-入射面面向并貼靠在模制件的第二側(cè)面上或通過透光的連接劑與第二側(cè)面相連。聚光器的入射-出射面面向且貼靠在模制件的第三側(cè)面上或通過透光的連接劑與第三側(cè)面相連。
將光分路器設(shè)計成模制件具有突出的優(yōu)點，即可將模制件側(cè)面用作所有上述的光電模部件的調(diào)節(jié)基準面。具有剛剛提到的優(yōu)點的本發(fā)明的光電模的另一個優(yōu)點是體積較小。
例如，總是采用一種透光介質(zhì)如透明的合成樹脂作為連接劑，該連接劑被填入可能會出現(xiàn)在各面之間的縫隙中。當發(fā)射部件-發(fā)光面與第一側(cè)面物理接觸時即當發(fā)射部件-發(fā)光面與第一側(cè)面之間的距離小于或等于十分之一個發(fā)射光束波長時，這是特別有利的。理想的情況是，發(fā)射部件-發(fā)光面貼靠在第一側(cè)面上。相似情況適用于接收部件-入射面和聚光器的入射-出射面。具有這樣一種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的光電模有利地具有很少的內(nèi)部反射損失。
在本發(fā)明的光電模的另一個有利改進方案中，分光器由至少兩個組裝的光學(xué)棱鏡構(gòu)成，在這兩個光學(xué)棱鏡之間設(shè)有分光層。于是，制造大量的結(jié)構(gòu)簡單的分光器制造成本低。
在本發(fā)明的光電模的另一個特別優(yōu)選的實施方式中，分光器為長方體，分光層位于長方體對角線的截面內(nèi)，一個垂直于分光層的長方體截面成矩形特別是成正方形?？梢杂欣匾院芎唵蔚姆绞酱笈可a(chǎn)這種所謂的正方體棱鏡。在本發(fā)明的光電模的另一個優(yōu)選實施例中，聚光器具有一個基體，在基體上固定分光器和發(fā)射部件，基體大多是由可透過發(fā)射光束和接收光束的材料制成的。將發(fā)射部件和聚光器設(shè)置在基體的對置面上。于是，可以很有利地明顯縮小光電模的結(jié)構(gòu)尺寸并尤其是可以進一步降低光束在光電模內(nèi)的損失。在對光電模作出的有利改進方案的一個優(yōu)選實施方式中，基體與聚光器被設(shè)計成一個整體。
本發(fā)明的光電模的另一個優(yōu)選實施方式具有一個檢測二極管，它具有一個面向模制件的第四側(cè)面的檢測二極管入射面。在這里，檢測二極管入射面指的就是檢測二極管的那個側(cè)面，一部分將由檢測二極管檢測的光束經(jīng)此入射面射入檢測二極管中。檢測二極管也被封裝在注塑殼內(nèi)。
如此布置模制件的第一側(cè)面和第四側(cè)面，即在光電模工作時，至少一部分穿過分光層的發(fā)射光束照射到檢測二極管入射面上。例如，此第一側(cè)面和第四側(cè)面是模制件的對置側(cè)面且尤其它們是彼此平行的。在這種情況下，例如第二側(cè)面和第三側(cè)面也是模制件的對置側(cè)面且是相互平行的。將檢測二極管同樣有利地固定在基體上并在可能存在于模制件第四側(cè)面和檢測二極管入射面之間的縫隙中填入透明材料。
在本發(fā)明的光電模的一個特別優(yōu)選的改進方案中，模制件為長方體，分光層位于正方體對角線的截面內(nèi)，一個垂直于分光層的長方體截面成矩形特別是成正方形。第二側(cè)面和第三側(cè)面是模制件的對置側(cè)面，從而聚光器和接收部件被布置在模制件的對置側(cè)上。這種改進方案具有以下特征發(fā)射光束光軸和接收光束光軸的夾角為90°，如此布置和設(shè)計分光層，即它反射絕大部分的發(fā)射光束，從而反射光束的光軸平行于接收光束光軸，該分光層至少透過一部分接收光束，從而這些透過的光束照射到接收機-入射面上。
在本發(fā)明的光電模的一個特別優(yōu)選的改進方案中，模制件為長方體，分光層位于體對角線所在截面內(nèi)，一個垂直于分光層的長方體截面成矩形特別是成正方形，第一側(cè)面和第三側(cè)面是模制件的對置側(cè)面，從而聚光器和接收部件被裝在模制件的對置側(cè)面上。此改進方案具有以下特征發(fā)射光束光軸與接收光束光軸基本互相平行，如此設(shè)計和布置分光層，即它可以透過耦合射入光學(xué)機構(gòu)中的那部分發(fā)射光束并反射回絕大部分的接收光束且將這些反射光束一直反射給接收部件。
此外有利的是，在接收部件和模制件第二側(cè)面之間安裝一個不允許發(fā)射光束的波長繼續(xù)前進的阻波器。由此減少了串音即發(fā)射部件直接將信號傳給接收部件的現(xiàn)象。
在本發(fā)明的光電模的另一個優(yōu)選實施方式中，其中聚光器具有基體，通過一種透光的連接劑將該基體與模制件連接在一起，基體大多是由可透過發(fā)射光束和接收光束的材料制成，將發(fā)射部件和光學(xué)機構(gòu)安裝在基體的相互對置的側(cè)面上。發(fā)射部件、模制件和可能會有的檢測二極管被固定在基體第一主面上，基體通過一個與第一主面對置的第二主面固定在一個引線框架的基片上，基片上開有其中或其上或其下裝有聚光器的孔。
在該實施方式的改進方案中，發(fā)射部件、接收部件、分光器、聚光器、基片、基體、電接線片局部和可能會有的檢測二極管被封裝在注塑殼內(nèi)，它在對置基片的基片一側(cè)且在孔區(qū)內(nèi)具有一個直伸向基片的開口。在這種本發(fā)明光電模中，可以有利地在孔區(qū)內(nèi)將光波導(dǎo)體連接裝置安裝在基片上。
在此實施方式的另一個改進方案中，電接線片穿過注塑殼的唯一側(cè)面或相互對置的側(cè)面而伸出此注塑殼外，所有電接線片在注塑殼外至少沿同一方向彎曲90度，或者先沿同一方向彎曲90度一次，接著再向內(nèi)向構(gòu)件中部的方向變90°或向外彎離構(gòu)件，從而光電模具有一種可表面貼裝的結(jié)構(gòu)。
在一種在有效裝配中同時制造至少兩個光電模的優(yōu)選工藝中，聚光器總是具有一個基體，分光層、發(fā)射部件固定在此基體上，基體大多是由一種可透過發(fā)射光束和接收光束的材料制成，發(fā)射部件和接收部件被裝在基體的相互對置側(cè)面上。此制造工藝具有以下加工步驟a)制造一個由一種可透過發(fā)射光束和接收光束的材料制成的基片；b)如此將至少兩個聚光器安裝在基片主面上，即在這兩個聚光器之間總是存在間隙；c)如此將一個棱柱安裝在基片上，即分光層位于聚光器上，其中在此棱柱中沿其縱向中軸包有一位于其對角線平面內(nèi)的分光層；d)如此將至少兩個發(fā)射部件安裝在基片上，即發(fā)射部件的發(fā)射部件-發(fā)光面總是面向棱柱的第一側(cè)面，將各聚光器配屬給單個的發(fā)射部件；e)如此將至少兩個接收部件安裝在棱柱上，即將各聚光器配屬給單個的接收部件；f)倘若規(guī)定了，如此將至少兩個檢測二極管安裝在基片上，即將各發(fā)射機配屬給各檢測二極管；g)如此分別在兩個聚光器之間將基片分開或許也將棱柱分開，即產(chǎn)生彼此分開的功能單元，各功能單元分別具有基體、分光器、發(fā)射部件、必要時具有檢測二極管、接收部件、聚光器；h)將功能單元安裝到一個導(dǎo)線帶上，此導(dǎo)線帶具有許多帶有所屬電接線片的基片，其中為每個功能單元配備一個獨立的基片；i)用注塑殼將包括所屬基片和部分所屬電接線片在內(nèi)的功能單元封裝起來；j)分別在兩個光電模之間將導(dǎo)線帶分開。為了敘述完整起見，順便在此提一句在半導(dǎo)體技術(shù)中，同時生產(chǎn)許多同類的光集成晶片的方式被稱為“有效集成”。
以下將根據(jù)三個實施例結(jié)合附
圖1-6地來進一步描述本發(fā)明的光電模和優(yōu)選制造工藝，其中圖1是本發(fā)明的光電模的第一實施例的截面示意圖；圖2是本發(fā)明的光電模的第二實施例的截面示意圖；圖3是本發(fā)明的光電模的第三實施例的截面示意圖；圖4是用于本發(fā)明光電模的引線框架的透視示意圖；圖5是本發(fā)明的光電模的透視示意圖；圖6是描述同時生產(chǎn)許多如圖1實施例所示的光電模的示意圖。
在圖中，相同部件或相同功能部件分別由同一標記表示。
在圖1的本發(fā)明光電模中，在基體1的第一主面30上開有切口31，在與第一主面30相對的基體1的第二主面32上設(shè)有會聚光束用的聚光器8(在這種情況下，它是球面聚光透鏡或非球面聚光透鏡)。借助透光的連接劑29如透明粘結(jié)劑將正方體棱柱14作為光分路器4固定在切口31底面49上。正方體棱鏡14包括兩個組裝的光學(xué)棱鏡15、16，在這兩個棱鏡間設(shè)有分光層10。分光層10在正方體棱鏡14的對角線所在平面上。很明顯，此實施例并不僅限于使用正方體棱鏡14。除了使用正方體棱鏡，例如也可以采用具有垂直于分光層10的正方形或矩形截面的長方體棱鏡。
在基體1的第一主面30上，如此靠近正方體棱鏡14的第一側(cè)面5地固定一個發(fā)射部件2如法布里-珀羅式激光器或DFB激光器即一個邊緣發(fā)射機，即該發(fā)射部件2的發(fā)射部件發(fā)光面11平行于正方體棱鏡14的第一側(cè)面5。例如可以采用焊劑或粘結(jié)劑作為發(fā)射部件2和基體1之間的連接劑33。如圖2和6所示，有選擇地在基體1的第一主面30上噴涂一層與發(fā)射部件2的電接頭相連的且用作發(fā)射機2的外部電接頭的金屬結(jié)構(gòu)層42。為此，發(fā)射部件2的電接頭可直接裝在金屬鍍層42上并例如借助焊劑與此金屬鍍層導(dǎo)電地連通。
可以有選擇地直接將發(fā)射部件-發(fā)光面11裝在正方體棱鏡14的第一側(cè)面5上或與其間隔地設(shè)置發(fā)光面。當間隔設(shè)置時，如圖1所示，可以在發(fā)光面11和正方體棱鏡14的第一側(cè)面5之間的空隙中充入其折射率高于空氣折射率的透光耦合介質(zhì)24。因而，由于空氣折射率明顯不同于半導(dǎo)體或正方體棱鏡材料的折射率，所以可以減少反射損失。理想的情況是，發(fā)射部件發(fā)光面11與第一側(cè)面5物理接觸。
通過透光的連接劑25將接收部件3如光電二極管固定在垂直于基體1第一側(cè)面5的且平行于基體1第一主面30的正方體棱鏡14第二側(cè)面6上。接收部件2的接收部件入射面12面向第二側(cè)面6。同樣理想的是，接收部件入射面12與第二側(cè)面6物理接觸。如此安裝正方體棱鏡14，即分光層10位于一個設(shè)置在發(fā)射部件2和接收部件3之間的且與基體1第一主面30以45度角相交的平面內(nèi)。同樣在與發(fā)射部件2對置的正方體棱鏡14側(cè)上通過連接劑34如金屬焊劑或粘結(jié)劑將檢測二極管21固定在基體1的切口31內(nèi)。檢測二極管21主要用于檢查發(fā)射部件2的發(fā)射光束7的波長。為此，如此設(shè)計分光層10，即它可以透過一部分發(fā)射光束7。
如此布置檢測二極管21，即檢測二極管入射面23面向與第一側(cè)面5對置的正方體棱鏡14的第四側(cè)面22。在正方體棱鏡14第四側(cè)面22和檢測二極管入射面23之間空隙中充入透明的耦合介質(zhì)26如透明的環(huán)氧樹脂。于是減小了射向檢測二極管21的光線反射損失。
與檢測二極管入射面23對置的檢測二極管21側(cè)面44是傾斜的，它至少將部分進入檢測二極管21的光線反射給檢測二極管21的光敏p-n結(jié)45。該側(cè)面44結(jié)與最靠近pn結(jié)45的檢測二極管21側(cè)面46的夾角小于90度。另外，例如，它上面還涂有增強反射涂層。
如此設(shè)計和相對安裝發(fā)射部件2、接收部件3、正方體棱鏡14和聚光器8，即在光電模工作時，至少一部分由發(fā)射部件2發(fā)出的光束7在穿過聚光器8后耦合地輸入一個(沿所發(fā)出光束的散射方向觀察)位于聚光器8后面的光學(xué)機構(gòu)9中，至少一部分由此光學(xué)機構(gòu)9耦合輸出的接收光束13在穿過聚光器8和正方體棱鏡14后進入接收部件3中。
為此，正方體棱鏡14由可透過發(fā)射光束7和接收光束13的材料制成(如水晶、硼硅玻璃、藍寶石或半導(dǎo)體(為此，如參見用于基體的半導(dǎo)體))。如此設(shè)計分光層10，即它反射回絕大部分發(fā)射光束7并盡可能透過接收光束13。在這里沒有進一步描述這樣的分光層10(它在光學(xué)領(lǐng)域中是人所盡知的)，如3dB分光器或WDM濾光器(波長-分散-倍增器)。還可以有選擇地在正方體棱鏡的側(cè)面5、6、17、22上噴鍍抗反射涂層48(虛線所示)。
發(fā)射光束7的光軸19和接收光束13的光軸20在此實施例中是相互垂直的。為了完整起見，在此要闡述的是發(fā)射光束7和接收光束13最好具有不同波長λ。這適用于本申請所述的所有本發(fā)明的光電模實施例。
光學(xué)機構(gòu)9例如如圖1所示是一個光波導(dǎo)體、透鏡機構(gòu)或其它光電模等。包括聚光器8在內(nèi)的基體1是由一種不僅可透過發(fā)射光束7也可透過接收光束13的材料制成的。在這里，例如象玻璃、塑料、藍寶石、鉆石或半導(dǎo)體這些可透過發(fā)射光束7和接收光束13的材料是適用的。例如，當波長λ＞400nm時，可與之相應(yīng)地采用SiC；當波長λ＞550nm時，可采用GaP；當波長λ＞900nm時，可采用GaAs；當波長λ＞1100nm時，可采用Si。
聚光器8例如可以是經(jīng)蝕刻或磨削而成的球面透鏡或非球面透鏡、也可以采用經(jīng)蝕刻、磨削或銑削制成的衍射光學(xué)元件、全息曝光式光學(xué)元件或夫累內(nèi)爾透鏡作為聚光器8。切口31例如是經(jīng)蝕刻或銑削制成的。
借助兩個獨立生產(chǎn)的且彼此間隔固定在基體1上的異型件形成切口31。也可以與上述情況不同地分別制造聚光器8并例如通過透光的焊劑或粘結(jié)劑將聚光器固定在基體1上。基體1由α-Si制成而聚光器8由玻璃制成，于是這兩個部件可以通過陽極化底面相連。
基體1和固定在其上的元件(發(fā)射部件2、帶接收部件3的正方體棱鏡14、聚光器8和可能會有的檢測二極管21)是如此通過連接劑47(如焊劑或粘結(jié)劑)固定在基片34上的，即基體1的第二主面32面向基片34。
基片34例如是一塊帶電接線片64的引線框架如銅引線架的基片，此基片具有一個其中或其上固定有聚光器8的孔62(為此參見圖4)。在與基體1對置的基片34側(cè)上安裝有一個帶有作為光學(xué)機構(gòu)9的光波導(dǎo)體的光波導(dǎo)體連接裝置41，它通過焊接、釬焊、粘結(jié)而固定在基片34上，在這種情況下，將光波導(dǎo)體裝在孔62上以使聚光器8的發(fā)射光束7基本會聚在光波導(dǎo)體端面上。
包括光電模工作部件即發(fā)射部件2、接收部件3、檢測二極管21和正方體棱鏡14在內(nèi)的整個功能單元配有一個主要由塑料或其它合適的澆注材料如用環(huán)氧樹脂或其它適用塑料注塑成制成的注塑殼35。為了與熱膨長系數(shù)相配，例如可以在澆注材料中填入合適的填充材料如金屬粉末、金屬氧化物粉末、金屬碳化物粉末或金屬硅化物粉末、如此設(shè)計出的光電模表現(xiàn)出了一種通過單個光波導(dǎo)體進行光傳輸信息的雙向發(fā)射-接收模的簡單實施方式。如圖5所示，這樣可以比表面貼裝(SMT)的元件實施起來更簡單。還可以根據(jù)需要在注塑殼35內(nèi)裝有附加電子元件如光電二極管的前置放大器、激光激勵器等。很明顯，因高機械應(yīng)力的原因，除注塑殼35外還可以采用一個帶有漏光口的氣密金屬罩。
圖2所示的本發(fā)明的光電模實施例與圖1所示的實施例的不同點尤其在于，聚光器8安裝在與發(fā)射部件2對置的正方體棱鏡14側(cè)上且如此設(shè)計分光層10，即它可以透過絕大部分發(fā)射光束7并反射回絕大部分接收光束13。發(fā)射光束7的光軸19和接收光束13的光軸20一上一下地相互平行。分光層10所反射的那部分接收光束13的光軸43垂直于接收光束13的光軸19。發(fā)射部件2、正方體棱鏡14和聚光器8例如通過粘結(jié)或焊接固定在一個例如大多是由硅制成的公用半導(dǎo)體36上。半基導(dǎo)體36具有一個將第一安裝面37和與第一安裝面平行的第二安裝面38彼此分開的臺階40。
靠近垂直于安裝面37、38的臺階40頂面41處將正方體棱鏡14安裝在第一安裝面37上。在第一安裝面37上還通過連接劑28如此固定聚光器8，即入光-發(fā)光面18平行且面向正方體棱鏡14的第三側(cè)面17。在此實施例中，在聚光器8和正方體棱鏡14之間存在縫隙，在此縫隙中填入透明的耦合介質(zhì)26如合成樹脂。當然，聚光器8也可以與正方體棱鏡14物理接觸，理想的是直接裝在正方體棱鏡14上。
如此將發(fā)射部件2固定在第二安裝面38上，即發(fā)光面11面向正方體棱鏡14，發(fā)射部件2直接貼靠在第一側(cè)面5上。當然在發(fā)射部件2和正方體棱鏡14之間也可以象圖1所示實施例那樣存在縫隙，為了減少反射而在此縫隙中填入透明的耦合介質(zhì)如合成樹脂或在此發(fā)射部件和正方體棱鏡之間呈物理接觸。
在第二安裝面38上噴涂有金屬鍍層42。此金屬鍍層與發(fā)射部件2的電接頭導(dǎo)電連接。為此，例如如此設(shè)計發(fā)射部件2和金屬鍍層42，即發(fā)射部件2的電接頭和金屬鍍層42疊置并例如通過金屬焊劑或?qū)щ姷恼辰Y(jié)劑相連。同時，金屬鍍層42被用作發(fā)射部件2的外部電接頭。例如，此外部電接頭通過連接線與引線框架相連。當然發(fā)射機2的電接頭也可以借助鍵合線與金屬鍍層42相連或直接與引線框架相連。相似情況適用于圖1的實施例。在這里，也可以在基體1上采用合適的金屬鍍層42。
此外在圖2的實施例中，在安裝在正方體棱鏡14上的接收機3和正方體棱鏡14之間安裝有一個不允許發(fā)射光束7的波長繼續(xù)前進的阻波器27。于是可以降低光電模的串音衰減。可以把發(fā)射部件2的發(fā)射光束直接傳給接收部件2理解為“串音”?？梢杂羞x擇地將阻波器27設(shè)置在接收部件-接收面12或正方體棱鏡14的第二側(cè)面6上。另外如因光學(xué)需要，則可以在接收部件-接收面12和正方體棱鏡14之間安裝一個透鏡。
如果采用激光二極管作為發(fā)射部件2，則可以以其工作側(cè)向上地或工作區(qū)向下地即沿半基導(dǎo)體36方向安裝發(fā)射部件。在第二種情況下，激光二極管襯底厚度必須與分光層10位置非常精確地匹配。這就導(dǎo)致高安裝成本和高調(diào)試成本。在第一種情況下，與第二種不同的是只要考慮激光二極管的外沿層厚度和有可能存在于半基導(dǎo)體36上的電連接金屬鍍層42的厚度。制造誤差在這里可以保持在毫米級范圍內(nèi)或更低的范圍內(nèi)。由此明顯簡化了調(diào)試。相似情況當然也適用于圖1中的上述實施例。
當在此實施例中同樣設(shè)有檢測二極管21時，如圖3實施例所示，從正方體棱鏡14看過去，此檢測二極管在發(fā)射機2后安裝在第二安裝面38上。于是，發(fā)射部件2所產(chǎn)生的一部分光束當然必須耦合地向后輸出，在將激光二極管用作發(fā)射部件2時，輸出耦合與激光參數(shù)的衰減有關(guān)，這是因為諧振后反射必須透過部分光器。圖1的實施例不存在這種缺點，在這里被用作發(fā)射部件2的激光二極管的反射器具有強反射性。
在圖3的實施例中，與圖1實施例不同的是如上所述，從正方體棱鏡14看過去，檢測二極管21安裝在發(fā)射部件2后面。這兩個實施例在其它方面是沒有區(qū)別的。
在圖4中示出了一個例如可用于本發(fā)明光電模的引線框架。此引線架具有帶孔62的基片34和用于功能單元的安裝面66?？偣矠槠邆€的在一平面內(nèi)相互平行的電接線片64從基片34中伸出，所述電接線片通過橫片65相連。其上固定有基片34的中央電接線片64在基片34附近具有一個彎折部，從而基片34相對接線片64的平面是錯開布置的。擬用于電連接功能單元的接線片64指向基片34的端頭不與基片34相連。此引線框架例如是常用的銅引線架。在圖5所示的本發(fā)明的光電模中，包括發(fā)射部件2、接收部件3、正方體棱鏡14、聚光器8、基體1和可能會有的檢測二極管和其它部件(例如前置放大器等)在內(nèi)的功能單元被固定在基片34上。它們和基片34以及部分接線片64一起被封裝在注塑殼35內(nèi)。注塑殼35在與功能單元對置的那一側(cè)具有一個直伸向基片34開口63，光波導(dǎo)連接裝置41通過該開口固定在基片34上。
此光波導(dǎo)體連接裝置41例如是一個常見的插座或是一根軟引線。在基片34上焊接有一個帶焊圖67的金屬套68。在金屬套68中有一個用于對光纖進行準確導(dǎo)向的陶瓷套69。為了沿光纖軸向固定插頭，可以通過注塑殼34移動插頭固定機構(gòu)。
接線片64凸起于注塑殼35側(cè)面上。接線片在注塑殼35外兩次以相同形狀彎曲90度，其中第一個90度彎曲與光波導(dǎo)連接裝置41的伸展方向相反，第二個90度彎曲一直指向構(gòu)件中部，即沿同一方向繼續(xù)彎曲，在第一彎曲和第二彎曲之間有一定距離，從而為各接線片64形成了一個焊劑-接觸面69。相鄰接線片64之間的橫片65總是分斷的。因而簡單地將本發(fā)明的光電模設(shè)計成SMD元件。在圖6示意畫出的處理過程中，為了同時生產(chǎn)許多如圖1實施例所述的本發(fā)明的光電模，在一塊基片50的第一主面51上開設(shè)了許多彼此平行且間隔的矩形槽54。圖6所示的基片50圖具有四個功能單元，圖中示出了前兩個功能單元。根據(jù)預(yù)設(shè)光柵相應(yīng)地在與第一主面51對置的基片50第二主面61上形成了許多聚光器8。在這種情況下，例如聚光器是經(jīng)蝕刻或磨削而成的球面透鏡或非球面透鏡。聚光器8排成行且在槽的正對面地與槽54平行。基片50由允許所發(fā)出光線7和接收光束13透過的材料制成。對此，人們可參見對圖1的描述。在各槽54中，靠近槽的第一側(cè)面55地固定有一個其橫截面呈正方形的棱柱52。在這里，第一側(cè)面55可被用作棱柱52的第一側(cè)面5的調(diào)節(jié)基準面。各棱柱52具有分光層10，此分光層位于平行于其縱向中軸的棱柱對角線的截面上。所以，分光層10與基片50第一主面51的夾角α為45度。
棱柱52如由玻璃制成而基片由α硅制成(或反之)，因而可以通過陽極化鍵合連接劑29取代上述連接結(jié)構(gòu)地將棱柱52固定在基片50上。在此工藝中，待連接面是對置的并例如將其加熱到約450℃，并在玻璃和硅之間施加約-1000V的電壓。當基片由玻璃或其它任一種材料制成且在與棱柱52的連接位置上具有α硅層時，這種連接技術(shù)是可行的。只需要玻璃與α硅層對置即可。
靠近第一側(cè)面5地將許多發(fā)射部件2固定在基片50的第一主面51上，從而發(fā)射部件2的電接頭與為此噴涂在基片50的第一主面51上的金屬鍍層42接觸并與其導(dǎo)電連接。在這里，側(cè)面5可被分別用作發(fā)射部件2的調(diào)節(jié)基準面。如此安裝發(fā)射部件2，即將一個聚光器8配屬于發(fā)射部件。
為了確保將激光二極管-發(fā)射部件的p-n點可靠地分開，或是為了在使用具有整流片式波導(dǎo)的激光器(MCRW-激光器)時避免整流片損壞，在安裝發(fā)射機前分別在金屬鍍層42之間形成如蝕刻出一個分離切口。在棱柱52的第二側(cè)面6上分別固定有許多帶電接頭56的接收部件3。如此布置這些接收部件，即將一個聚光器8配屬于接收部件。
與此相似的，分別靠近與第一側(cè)面5對置的第四側(cè)面22地將許多帶電接頭56的檢測二極管21固定在槽54中。
在將激光二極管用作發(fā)射部件2時，可以借助在基片50第一主面51上的金屬線路57(在圖4中以虛線所示)串列錯接激光二極管，從而為了擊穿(Burb-In)對所謂的激光二極管只需要分別接通布置在各激光二極管列58兩端上的兩個靠外的接觸面42?？梢院芎唵蔚赝瑫r實現(xiàn)屬于同一激光二極管列58的激光二極管的擊穿。此外，可以通過接通所屬金屬鍍層42、56并接通適當?shù)木瑱z測器而在基片集成時即工作中測量各發(fā)射部件2和接收部件3的電光參數(shù)。相似的情況自然也適用于檢測二極管21。
根據(jù)此加工步驟，基片50和棱柱52沿其在各發(fā)射部件2之間垂直于槽54的第一分界線59分開，基片50沿分別分布在兩個槽54之間的第二分界線60分開。如此制成的、總是包括發(fā)射部件2、接收部件3、檢測二極管21和正方體棱鏡14和帶基體1的聚光器8各裝置連續(xù)地安裝在導(dǎo)線架上并被澆注上一個注塑殼35(為此可參見圖4和5)。
上述方法明顯可以在稍作修動的情況下用于另外兩個圖即圖2和3的實施例。在獲得裝配高效益的同時也可以實現(xiàn)低成本制造，并且可以在工作中即基片集成時百分之百地檢測光電模的所有重要工作參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于雙向光數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓怆娔＃渲腥绱嗽O(shè)計并相對布置發(fā)射光束的發(fā)射部件(2)、接收光束的接收部件(3)、帶分光層(10)的光分路器(4)、會聚光束的聚光器(8)，即在光電模工作時，至少一部分由發(fā)射部件(2)發(fā)出的發(fā)射光束(7)耦合地輸入一個與該光電模耦合的光學(xué)機構(gòu)(9)中，至少一部分由光學(xué)機構(gòu)(9)耦合輸出的接收光束(13)被耦合地輸入接收部件(3)中，其特征在于至少在發(fā)射機(2)的發(fā)射部件-發(fā)光面(11)和分光層(10)之間的空隙中、在接收部件(3)的接收機-入射面(12)和分光層(10)之間的空隙中以及在聚光器(8)的入射-出射面(18)和分光層(10)之間部分地分別填入透光材料(24+16；25+15；29+16)，至少給發(fā)射部件(2)、接收部件(3)和分光器(4)罩上同一個注塑殼(35)，具有如此結(jié)構(gòu)的發(fā)射部件(2)、接收部件(3)和分光器(4)的功能單元通過電接線片(64)與一個引線框架(70)相連，發(fā)射部件(2)和接收部件(3)與上述接線片電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光電模，其特征在于，一個模制件(14)被定為分光路器(4)，該模制件至少具有第一側(cè)面(5)、第二側(cè)面(6)和第三側(cè)面(17)，該模制件大多是由可使發(fā)射光束(7)和接收光束(13)透過的材料制成的，且其中包有所述分光層(10)；第一側(cè)面(5)和第二側(cè)面(6)是相對傾斜的；第三側(cè)面(17)和第二側(cè)面(6)是相對傾斜的，或第三側(cè)面(17)和第一側(cè)面(5)是相對傾斜的；第一側(cè)面(5)和第三側(cè)面(17)是模制件(14)的對置側(cè)面，或者第二側(cè)面(6)和第三側(cè)面(17)是模制件的對置側(cè)面；發(fā)射部件-發(fā)光面(11)面向并貼靠在模制件(14)的第一側(cè)面(5)上或通過透光的連接劑(24)與第一側(cè)面相連；接收部件-入射面(12)面向并貼靠在模制件(14)的第二側(cè)面(6)上或通過透光的連接劑(25)與第二側(cè)面相連；聚光器(8)的入射-出射面(18)面向并貼靠在模制件(14)的第三側(cè)面(17)上或通過透光的連接劑(26)與第三側(cè)面相連。
3.如權(quán)利要求2所述的光電模，其特征在于，第一側(cè)面(5)與第二側(cè)面(6)是彼此垂直的，第三側(cè)面(17)與第二側(cè)面(6)是彼此垂直的或者第一側(cè)面(5)與第三側(cè)面(17)是相互垂直的，第一側(cè)面(5)與第三側(cè)面(17)是相互平行的或者第三側(cè)面(17)與第二側(cè)面(6)是彼此平行的。
4.如權(quán)利要求2或3所述的光電模，其特征在于，模制件(14)由至少兩個組裝的光學(xué)棱鏡(15，16)構(gòu)成，在這兩個光學(xué)棱鏡(15，16)之間設(shè)有分光層(10)。
5.如權(quán)利要求2-4中任何一項權(quán)利要求所述的光電模，其特征在于，模制件(14)為長方體，分光層(10)位于長方體體對角線所在截面內(nèi)，一個垂直于分光層(10)的長方體截面成矩形特別是成正方形。
6.如權(quán)利要求1-5中任何一項權(quán)利要求所述的光電模，其特征在于，聚光器(8)具有一個基體(1)，借助一種透光的連接劑(29)使該基體與模制件(14)相連，基體(1)大多是由可透過發(fā)射光束(7)和接收光束(13)的材料制成的，將發(fā)射機(2)和光學(xué)機構(gòu)(9)安裝在基體(1)的不同側(cè)面上。
7.如權(quán)利要求6所述的光電模，其特征在于，發(fā)射部件(2)也固定在基體(1)上，接收部件(3)固定在模制件(14)上。
8.如權(quán)利要求6或7所述的光電模，其特征在于，將基體(1)與聚光器(8)設(shè)計成一個整體。
9.如權(quán)利要求1-8中任何一項權(quán)利要求所述的光電模，其特征在于，設(shè)有一個檢測二極管(21)，它具有一個面向模制件(14)的第四側(cè)面(22)的檢測二極管入射面(23)，如此設(shè)計分光層(10)，即一部分發(fā)射光束(7)照射到檢測二極管入射面(23)上，檢測二極管(21)也被封裝在注塑殼(35)內(nèi)。
10.如權(quán)利要求2或如權(quán)利要求2且3-8中任何一項權(quán)利要求所述的光電模，其特征在于，發(fā)射光束(7)的光軸(19)與接收光束(13)的光軸(20)基本平行，如此設(shè)計和布置分光層(10)，即它可以透過耦合輸入光學(xué)機構(gòu)(9)中的那部分發(fā)射光束(7)并反射回絕大部分的接收光束(13)且將這些光束一直反射向接收部件(3)，聚光器(8)和發(fā)射部件(2)被安裝在模制件(14)的對置側(cè)面上，或者發(fā)射光束(7)的光軸(19)垂直于接收光束(13)的光軸(20)，如此設(shè)計和布置分光層(10)，即它至少將絕大部分的發(fā)射光束(7)反射回去，從而反射光束的光軸基本平行于接收光束(13)的光軸(20)且該分光層至少透過一部分接收光束(13)，從而這些光束照射到接收部件-入射面(12)上。
11.如權(quán)利要求1-10中任何一項權(quán)利要求所述的光電模，其特征在于，在接收機(3)和模制件(14)的第二側(cè)面(6)之間安裝有一個不允許發(fā)射光束(7)的波長繼續(xù)前進的阻波器(27)。
12.如權(quán)利要求6或權(quán)利要求6且權(quán)利要求7-11中任何一項權(quán)利要求所述的光電模，其特征在于，發(fā)射部件(2)、模制件(14)和可能會有的檢測二極管(21)固定在基體(1)的第一主面(30)上，基體(1)通過一個與第一主面(30)對置的第二主面(32)固定在一個引線框架(70)的基片(34)上，基片(34)上開有其中或其上裝有聚光器(8)的孔(62)。
13.如權(quán)利要求12所述的光電模，其特征在于，發(fā)射部件(2)、接收部件(3)、分光器(4)、聚光器(8)、基片(34)、基體(1)、電接線片(64)的局部和可能會有的檢測二極管(21)被封裝在注塑殼(35)內(nèi)，注塑殼(35)在基片(34)與功能單元相對的那一側(cè)在孔(62)區(qū)域內(nèi)具有一個直伸向基片(34)的開口(63)。
14.如權(quán)利要求13所述的光電模，其特征在于，電接線片(64)穿過注塑殼(35)的唯一側(cè)面而伸出此注塑殼外，所有電接線片(64)在注塑殼(35)外至少沿同一方向彎曲90度一次，從而光電模具有一種可表面貼裝的結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求13所述的光電模，其特征在于，電接線片(64)穿過注塑殼(35)的對置側(cè)面而伸出注塑殼外，所有電接線片在注塑殼(35)外先沿同一方向彎曲90度一次，接著再向內(nèi)彎向構(gòu)件中部的方向彎90°或向外彎離構(gòu)件，從而光電模具有一種可表面貼裝的結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求13、14或15所述的光電模，其特征在于，一個光波導(dǎo)體連接裝置(41)在開口(63)中固定在基片(34)上。
全文摘要
一種用于雙向光數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓怆娔?其中一個模制件(14)被指定為分光器(4),該模制件大多是由可透過發(fā)射光束(7)和接收光束(13)的材料制成的,且其中包有所述分光層(10)。發(fā)射部件(2)、接收剖件(3)和聚光器(8)最好直接與模制件(14)相連并被罩在一個注塑殼(35)內(nèi)。
文檔編號H01S5/00GK1190743SQ9712140
公開日1998年8月19日 申請日期1997年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月30日
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