光傳輸－接收模塊和使用該模塊的光耦合器和系統的製作方法

2023-09-14 23:55:30

專利名稱：光傳輸－接收模塊和使用該模塊的光耦合器和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種實現雙向光通信的系統，特別是用於在數字音頻裝置之間以及信息處理裝置之間進行雙向的光通信，同時還涉及一種光學傳輸-接收模塊，以及在這種光通信系統中使用的光傳輸-接收耦合器。
圖31A和31B示出了公布於日本特許申請公開No.HEI6-140106(申請人夏普公司)之中的技術原理圖，該技術提供了一種光傳輸-接收模塊，該模塊上帶有一能允許多種類型的插塞都能插入的孔，因此不僅能夠使用光纖插塞，也能使用現有的電插塞來進行工作。此外，在孔中還提供了多個電連接端子，因而使該光傳輸-接收模塊不僅可以用來進行光信號的傳送和接收，也允許進行電信號的傳送和接收。圖31A示出了一種將小型單頭型電插塞(供模擬電信號使用)插入到孔中的情況，而圖31B示出了將光纖插塞插入所述孔中的情形。
圖31A中示出了一種小型單頭型電插塞71，用於進行電連接的端子72、以及一發光部73。通過使用電連接端子72而施加的電信號被傳送到電插塞71並通過連接至電插塞71的電纜傳送到另一端。當光傳送-接收模塊工作於電狀態下時，發光部73處於非工作狀態。
在圖31B之中示出一個發光部73、一光纖部分74和一光纖插塞75。從安裝在發光部73上的半導體光發射晶片74上發射出的傳輸光被形成在一封裝樹脂表面上的鏡片75所收集併入射到光纖76上。參考標號77表示一種用於驅動半導體光發射晶片74的集成電路晶片。經過光纖76傳輸的光信號由位於另一端的光傳輸-接收模塊所接收。位於另一端的光傳輸-接收模塊與圖31B中所示的光傳輸-接收模塊很相似，其中，用一光接收裝置代替了半導體光發射晶片，而且用一可處理光接收信號集成電路晶片取代驅動集成電路晶片。當光傳輸-接收模塊工作在光學應用狀態下時，電連接端子72處於非工作狀態。
下面將描述各種插塞與所述裝置端子之間的連接。圖32是一種用來說明一種狀態的解釋性視圖，在該狀態下，三個標識端子V1V2和V3同連接器部分相接觸，其中，當前所插入的連接器部分的類型是利用相對於參考電壓Vref和地GND的電位差來標識的。
圖34說明了端子的輸出與插塞(連接器)類型之間的對應關係，其中，「H」表示具有很大的電位差，而「L」表示電位差很小。當端子輸出V1V2和V3分別處於L,L，和L狀態時，插塞用於模擬電信號狀態，而當輸出分別為L,L和H狀態時，插塞用於數字電信號狀態，當輸出為L,H,H時，插塞為數字光纖插塞，而當輸出為H,H,H狀態時，表明沒有插塞插入。
要麼是用小型單頭型電插塞，要麼使用光纖插塞做為連接器。所述小型單頭型電插塞包括一用於模擬電信號的插塞和一用於數字電信號的插塞。光纖插塞包括一數字光信號插塞，如圖33中所示。參見圖33，在使用供模擬電信號所用的插塞時，輸入端和輸出端例如可以是線式輸入MIC和線式輸出耳機。在使用用於數字電信號的插塞時，輸入端和輸出端例如可以是數字輸入(同軸輸入)或數字輸出(同軸輸出)，在使用用於數字光信號的插塞時，輸入端和輸出端例如可以分別是光學數字輸入和光學數字輸出。
在上述現有技術的例子中，利用光纖執行單向光通信。為實現雙向通信，需要兩條光纖。在這種情況下，由於使用了兩條光纖，所以產生的問題是在光接收裝置和光發射裝置之間需安裝多條光纖並調整光耦合器，這比起只使用單根光纖而言要困難的多。而且，為了在只使用光的光通信中利用一根光纖進行執行雙向通信，需要用一光分叉形光束和一特殊受光部，以及一發光部以便同光導相適合。在採用分叉光導的光傳輸-接收模塊中，所述分叉光導被設計成能將一束光分成兩束光或是將兩束光組合成一束光，這會導致對於雙向通信而言十分重要的光傳輸和接收效率的下降。
在日本特許公開No.HEI 8-130 507中，由夏普公司提出了一種既可執行光纖傳輸又可執行光空間傳輸的光傳輸-接收模塊，這在圖35中已經示出。在該光傳輸-接收模塊中，一個來自發光部197的光信號經一光導198，一空間100和另一光導198傳輸到受光部199，並轉化成電信號。在光導198和光導198之間的傳輸是一種由發散光或平行光進行的空間傳輸。
在該光傳輸-接收模塊中，所述光導部分需要一個空間，用於從光發射裝置或光接收裝置的前部脫離開，並且這將導致光學模塊尺寸增大的問題。
而且，各光導部分的尖部直徑即為光入射直徑的這一事實產生了無法拾取更多的信號光的問題，這會導致傳輸距離下降。
通常還有一個問題，即灰塵和汙物會粘附在光傳輸-接收模塊內的光導和光纖的連接處以及光纖和光傳輸-接收耦合器內的光纖的連接處。
還有一個問題是，由於灰塵和汙物粘附在光傳輸-接收模塊內的光導和光纖之間的連接部的表面上，反射回光增加。
本發明的主要目的是提供一種光傳輸-接收模塊，其允許使用單根光纖和分叉型光導進行光信號的多路傳輸和接收，但在光傳輸和接收中提供較高光利用效率。
本發明的另一個目的是提供一種光傳輸-接收模塊，其方便了分叉型光導與光發射和接收器件之間的對準，並且該模塊易於製造，生產成本也很低。
本發明另一個目的是提供一種光傳輸-接收模塊，其不僅能夠執行光傳輸和光接受，還能夠執行電傳輸和接收。
本發明的又一個目的是提供一種光傳輸-接收模塊和一光傳輸耦合器，其能夠減少可能會分別產生在光纖插塞與光導之間以及光纖插塞之間的反射光。從而以低成本實現完全雙工通信，另外還提供使用這種光傳輸-接收模塊和耦合器的光傳輸-接收系統。
根據本發明一個方面的光傳輸-接收模塊包括一殼體，適於容納和固持與光纖相連的光纖插塞；一設置在殼體內的半導體光學器件，當光纖插塞被插入到殼體中時，用於將一光信號提供給光纖並從光纖接收光信號；以及一分叉型光導，其具有與半導體光學器件相連的至少兩個分叉，其中，在殼體中提供有分叉型光導，以便被設置在半導體光學器件與插入到殼體中的光纖插塞之間。
其中，假設分叉型光導的兩分叉部分相對於所插入的光纖插塞的分叉角度分別是θ1和θ2，分叉角θ1不等於分叉角θ2，所以所述分叉型光導是非對稱式的。
分叉型光導的這一結構可以提高光傳輸和接收中的光利用效率(被稱為「光傳輸與接收效率」)，因而，可以實現多路型傳輸和接收。
在一實施例中，所述分叉型光導為雙叉光導。
在一實施例中，半導體光學器件包括一發光部和一受光部，而且光導的二分叉部分中具有較小的分叉角的一個同發光部相關聯，而兩個分叉部分中具有較大分叉角的另一個同受光部相關聯。
在一實施例中，半導體光學器件和分叉型光導形成在一同一基底上，且半導體光學器件以及分叉型光導被用同一模具進行樹脂模製。
在此情況下，可以實現以高精度和低成本來製造分叉形光導。
在一個實施例中，使用了一種成套的發光部和一成套的受光部。
在這種情況下，模塊組裝變得更容易，另外，零部件之間的位置調整不再是必需的，因而可以以低成本製造高精度光傳輸-接收模塊。
在一個實施例中，所述殼體也適於接收和固持一單頭電插塞，所述光傳輸-接收模塊還包括設置在殼體中的多個電端子，用於當電插塞被插入殼體時將電信號提供給電插塞並且從電插塞接收電信號。
在這種情況下，僅通過更換插塞，就可將同樣的模塊既用於光信號又用於電信號的多路傳輸和接收。
同時，當光纖插塞與分叉型光導相互聯接時，如果在光纖插塞與分叉型光導之間存在一個間隙(氣隙)，則該氣隙會對被傳輸的光產生反射。在這種情況下，很難實現一種完全的雙工通信系統。根據本發明另一方面的一種光傳輸-接收模塊意在解決這一問題，該模塊包括一殼體；一可移動地插入到殼體中的光纖插塞，該光纖插塞被連接到一用於光傳輸的光纖上；一分叉型光導，設置在所述殼體內；一設置在殼體之中的半導體光學器件，用於將一光信號傳遞給分叉型光導並從分叉型光導接受一光信號，以及一光透射元件，其具有與光纖和分叉型光導大致相同折射率，通過該元件，當被插入到殼體中之後，所述光纖插塞能夠實現與分叉型光導的光學連接。
通過這種結構，當光纖插塞與分叉型光導相互之間進行光學聯接時，所述光透射元件與這二者相接觸。因此，光纖插塞與分叉型光導之間的氣隙可以被大致消除。此外，光透射元件的折射率同光纖以及分叉型光導的折射率大致相同。從而，在光纖與光透射元件之間以及光導與光透射元件之間不易產生反射光。結果是，光纖插塞與光導之間的反射光被顯著減少，這使完全的雙工通信系統得以實現。
在一實施例中，光透射元件包括二個分別固定到光纖和分叉型光導尖端上的部分，且硬度高於光纖與分叉型光導。
在這種情況下，由於光透射元件的硬度大於光纖與光導的硬度，所以，即使光纖和光導是用樹脂材料製成的，光纖與光導的尖端部分也不會受因光插塞的重複插入，拔出和轉動操作而引起的刮傷。這樣，使用該種模塊的光傳輸-接收系統的壽命就得以延長。
在一實施例中，光透鏡元件由彈性材料製成。
如果在光纖與光導之間的連接部分上存在灰塵或汙物的細小顆粒，則光透射元件會因為彈性發生變形，灰塵和汙物引起的應力分散開來，因此，這種光透射元件不會受損。即使光透射元件因受到很小的刮磨而使其表面變得不均勻，當光學插塞被插入到殼體並接觸光透射元件時，也會使這種表面不均勻性發生改變，結果，由於表面不均勻性引起的氣隙消失，且由該氣隙引起的反射光被消除。
在一實施例中，光透射元件用凝膠材料製成。
在這種情況下，即使有小的刮傷、灰塵或汙物存在於光透射元件的表面上，凝膠材料中所含的液體成份和水或油也起到將表面上的不均勻處填平的作用，因此，光插塞和分叉型光導之間的反射光會減少。
在一實施例中，光透射元件被放置在一膜片之上。
在此情況下，根據光插塞是否位於殼體中以及插塞的外形情況，所述光透射元件的位置可以有很大不同，因此對光傳輸-接收模塊的設計自由度增加了。還有，可以使用光透射元件做為雙側透鏡從而提高光利用效率。
在一實施例中，所述光透射元件具有導電性並接地。
在這種情況下，當將光纖插塞插入以及拔出時，該結構可以避免在接觸部產生靜電。因此，該結構可以避免粘上塵土和汙物。
在一實施例中，在光透射元件的外周邊提供有光吸收材料。
該光吸收材料吸收掉在光透射元件內產生的反射回光，因此，有可能減少反射回光。
在一實施例中，錐角θ(θ＞0)在這樣一種狀態下形成，即光纖插塞倚靠光透射元件和/或分叉型光導倚靠住光透射元件。
這種結構抑制了在光透射元件的倚靠表面上產生的反射回光。
在一實施例中，在儘可能靠近元件的輸出端的地方提供了一種去除以大於數值孔徑(NA)的直徑傳輸的反射回光的結構。
該結構能有效地消除包層模式，即經光纖的包層部分傳播的光，這樣，就使反射回光下降。
根據本發明再一個方面的光傳輸-接收耦合器包括一殼體；兩個可活動地插入到殼體中的光纖插塞，各光纖插塞與光纖相連接以進行光傳輸；一種光透射元件，具有與光纖大致相同的折射率，經過該透射元件，當插入到殼體中時，光纖插塞彼此光學連接。
根據這種結構，光透射元件在兩光纖插塞彼此之間進行光聯接時同它們相接觸。因此，在光纖插塞之間基本上沒有氣隙。此外，光透射元件的折射率大致等於光纖的折射率。因此，在光纖與光透射元件之間不容易產生反射光。這樣就實現了完全雙工通信系統。
本發明還提供了包含如上所述光傳輸-接收模塊和傳輸-接收耦合器的光傳輸-接收系統。
即使是使用市售普通光纜，該光傳輸-接收系統也可以採用完全的雙工通信系統。該系統可以傳輸兩倍於半雙工通信系統所能傳送信息的信息量。
通過下面的說明，將會使本發明的其他目的，特徵以及優點變得更加明顯。
通過結合附圖所做的詳細描述，本發明將變得更加易於理解，附圖僅是說明性的，而不對本發明構成任何限制。其中

圖1A為解釋採用本發明第一實施例的光傳輸-接收模塊的光傳輸-接收系統的操作的視圖；圖1B為沿圖1A中的線1B-1B的剖視圖；圖2A示出了用於光傳輸-接收模塊的雙叉光導；圖2B為一曲線，用於解釋在光傳輸和接收中光利用效率(光傳輸和接收效率)與分叉角θ1之間的關係；
圖3A和3B為剖面圖，示出了分別從上方和後側看去的，根據第二實施例的傳輸-接收模塊的內部結構，其中光纖插塞被插入到連接部分之中；圖4A和4B為剖面圖，示出了分別從上方和從後側看去的，根據第三實施例的光傳輸-接收模塊的內部結構；圖5A和5B分別為平面視圖和剖視圖，示出了在製造第三實施例的光傳輸一接收模塊中的模具粘接工藝步驟；圖6A和6B分別為平面視圖和剖視圖，示出了製造第三實施例中的光傳輸-接收模塊的線粘接工藝步驟；圖7A和7B分別為平面視圖和剖視圖，示出了製造第三實施例的光傳輸-接收模塊的轉移模製工藝步驟；圖8A和8B為平面視圖和剖視圖，示出了經過上述加工步驟製造出的第三實施例的光傳輸-接收模塊的主要部分；圖9A,9B和9C分別示出了在小型單頭型電插塞被插入連接器部分的情況下、在光纖插塞被插入的情況下、以及在連接器中未插入任何物體的情況下，採用具有一直線部分的雙叉型光導的修改實施例；圖10A,10B和10C分別示出了在小型單頭型電插塞被插入連接器部分的情況下、在光纖插塞被插入的情況下、以及在沒有任何物體插入到連接部分的情況下，使用無直線部分的雙叉頭型光導的一修改實施例；圖11A,11B和11C分別示出了在將小型單頭型電插塞插入連接器的情況下、在光纖插塞被插入的情況下、以及沒有任何物體插入連接器部分的情況下，採用由轉移模製工藝製造雙叉型光導的一實施例；圖12A和12B分別為前視圖和側視圖，示出了在本發明光傳輸-接收模塊中使用的模製封裝發光部；圖13A和13B為剖視圖，分別示出了當光纖插塞和光導相互接觸以及當其相互不接觸時，從上方看去根據第四實施例的光傳輸-接收模塊的內部結構；圖14A和14B為剖視圖，分別示出了當光纖插塞與光導相互接觸時且與當它們相互不接觸時，根據第五實施例的光傳輸-接收模塊的內部結構；圖15A和15B為剖視圖，示出了當光纖插塞和光導相互接觸時，以及當它們相互不接觸時，從上方看去的，根據本發明第六實施例的光傳輸-接收模塊的內部結構；圖16為一剖視圖，示出了當沒有光纖插塞插入時從上方看去的，根據本發明第七實施例的光傳輸-接收裝置的內部結構；圖17A和17B為剖視圖，分別示出了從上方和從側面看去的，當無光纖插塞插入時根據第八實施例的光傳輸-接收模塊的內部結構；圖18A和18B為剖視圖，分別示出了當光纖插塞和光導彼此接觸時，以及當光纖插塞被拔出時，根據第九實施例的光傳輸-接收模塊的從上方看去的內部結構；圖19為一剖視圖，示出了當沒有光纖插塞插入時，根據第十實施例的光傳輸-接收模塊的從上方看去的內部結構；圖20A和20B為剖視圖，分別示出了在光纖插座被插入並互相之間不接觸狀態下以及在光纖插座被插入並互相接觸狀態下的，根據本發明第十一實施例的，從上方看去的光傳輸-接收耦合器的內部結構；圖21A和21B為剖視圖，分別示出了在光纖插塞被插入但互相不接觸狀態下以及在光纖插座被插入且互相接觸狀態下的，根據第十二實施例的光傳輸-接收耦合器的從上方看去的內部結構；圖22A和22B為剖視圖，分別示出了在光纖插塞被插入並互相不接觸的狀態下以及在光纖插塞被插入且彼此接觸狀態下的，根據第十三實施例的，從上方看去的光傳輸-接收耦合器的內部結構；圖23是根據本發明第十四實施例的光傳輸-接收系統；圖24A和24B是剖視圖，分別示出了當光纖插塞被插入時，根據第十五實施例的從上方和從側面上看去的光傳輸-接收模塊的內部結構；圖25A和25B為剖視圖，分別示出了當光纖插座被插入時，根據第十六實施例的光傳輸-接收模塊的從上方和側面看去的內部結構；圖25C為一解釋性視圖，示出了用於第十六實施例的光透射元件結構；圖26A和26B為剖視圖，分別示出了當光纖插座被插入時，根據本發明的第十七實施例的光傳輸-接收裝置的從上方和從側面示出的內部結構；圖26C為解釋性示圖，示出了用於第十七實施例的光透射元件的結構；圖27A為一解釋性視圖，示出了根據第十八實施例中光傳輸-接收模塊中光纖插塞與光透射元件相互倚靠的狀態，以及雙叉型光導與光透射元件相互倚靠的狀態；圖27B示出了第十八實施例中的光透射元件上形成的錐角；圖28示出了根據第十九實施例的光傳輸-接收模塊的主要部分，用於解釋用來在靠近光纖輸出端附近處消除以大於數值孔徑(NA)傳輸的反射回光的結構；圖29A和29B中的曲線分別用於解釋第十八實施例中的光透射元件的回光強度與錐角θ和折射率之間的關係，以及錐角θ與和折射率為1.5的光透射元件相關的回光強度之間的關係；圖30為一曲線，用於解釋在第十八實施例中，光纖的徑向方向上的距離X(μm)與連接器倚靠表面的深度Z(μm)之間關係；圖31A和31B分別示出了一現有技術光傳輸-接收模塊在小型單頭型電插塞被插入連接器部分的狀態，以及光纖插塞被插入到連接器部分中的情況；圖32為一用來解釋三個標識端子與插塞相接觸的狀態的視圖；圖33示出了不同插塞的輸入側與輸出側之間的關係；圖34示出了標識端子的輸出與插塞的類型之間的對應關係；圖35為一剖面圖，用於解釋實現光纖傳輸和光的空間傳輸的一種現有技術光傳輸-接收模塊。
第一實施例
根據本發明第一部分的光傳輸-接收模塊如圖1A和1B所示，該光傳輸一接收模塊使用了一種插塞-插孔型組合光電傳輸裝置，該裝置使用小型單頭型電插塞或光纖插塞來做為模塊的連接器部分。小型單頭型電插塞包括適用於模擬電信號的插塞以及適用於數字電信號的插塞，同時光纖插塞是用於數字式光信號的。通過對插塞進行區分，該模塊可被用做電傳輸裝置或是光傳輸裝置，在此情況下，使用有標識的光傳輸-接收模塊。
圖1A中，小型單頭型電插塞被插入到連接器部分1，圖1A中所示的光傳輸-接收模塊包括一電纜58，一小型單頭型電插塞59，一雙叉型光導13，一模製封裝發光部14，一模封受光部15，一殼體16，它具有連接器部分1、用於電連接的端子(被稱為「電連接端子」)31至36，以及電控電路37。電控電路37具有一輸入端子IN，一輸出端子OUT以及控制端子C1和C2。來自輸入端IN的光傳輸信號經放大電路被電連接至電連接端子36，並隨後連至電插塞59。其他的電連接端子31至35在需要時被分別使用。如在圖1B的剖視圖中所示的那樣，電纜58具有中心線58a和包圍著中心線的絕緣外皮58b。後面將結合圖3描述當光纖插塞被插入本發明第一實施例的光傳輸-接收模塊的連接器部分時的情況。(雙叉型光導)下面將描述與用於第一實施例的光傳輸-接收模塊中的雙叉型光導13有關的光學模擬結果。
圖2A示出了在光學模擬中使用的，用於光傳輸-接收模塊的雙叉型光導的形狀，在光纜60的二端經小間隙63a和63b分別設置有雙叉型光導61和62。雙叉型光導由一直線部分61a，一分叉部分61b和一分叉部分61c三部分構成。假設在直線部分61a和分叉部分61b之間有一分叉角θ1，在直線部分61a和分叉部分61c之間有分叉角θ2且直線部分61a長度為L1，分叉部分61b的長度為L2，分叉部分61c的長度為L2。雙叉型光導61和雙叉型光導62被形成為具有相似的結構，並且假設在直線部分62a和分叉部分62b之間的分叉角為θ1，直線部分62a的長度為L1，分叉部分62b,62c的長度為L2。還假設直線部分61a和62a具有一個端面A，分叉部分61b和62b具有一個端面B，分叉部分61c和62c具有端面C。
使用圖2A中所示的雙叉型光導的光學模擬的結果如表1所示。
表1<

在表1中，在端面A與端面B之間的光傳輸率表示為η(A←→B)，在端面A與端面C之間的光傳輸率表示為η(A←→C)，且這二個傳輸率之間的積[η(A←→B)]×[η(A←→C)]被稱為「光傳輸和接收中的光利用效率η」(此處簡稱為「光傳輸及接收效率」)。
如表1中所示，當L1=5mm,L2=15mm,θ1=15°且θ2=0°時，η(A←→B)=61％，η(A←→C)=93％且光傳輸和接收效率η=57％。相似地，當L1=5mm,L2=15mm,θ1=15°時，η(A←→B)=70％,78％和88％,η(A←→C)=73％,59％和49％，且光傳輸和接收效率η=51％,46％和43％，以上數據是相對於θ2分別等於5°,10°和15°時得出的。當L1=5mm,L2=15mm,θ1=30°且θ2=0°時，η(A←→B)=83％,η(A←→C)=77％且光傳輸和接收效率η=64％。當L1=0mm,L2=15mm,θ1=15°且θ2=0°時，η(A←→B)=68％,η(A←→C)=97％，且光輸送和接收效率η=66％。
下面，圖2B中示出了列於表1中的，在L1=5mm,L2=15mm，以及θ1=15°條件下的結果，其中θ2(°)被畫在水平軸上，光傳輸和接收效率η(％)被畫在垂直軸上。圖2B示出了在很大程度上依賴於雙叉型光導的分叉部分與直線部分之間的分叉角θ2的光傳輸與接收效率η，並且光傳輸與接收效率η隨分叉角θ2減小而增加。根據表1為了獲得40％或大於該值的光傳輸和接收效率η，直線部分與分叉部分之間必須是15°或者更小，最好是，分叉角θ2應該為7°或更小些。雖然在圖2A中，θ2≥0°，在實際應用中，當θ2位於θ1側時，θ2＜0°的值是可接受的。
在表1中，當直線部分61a和62a的長度L1=0mm時，光傳輸和接收效率η=66％，並且當L1=5mm時，光傳輸和接收效率η=57％。這表明當L1=0時，比較其他情況，光傳輸和接收效率η變得更大。L1=0mm意味著光纖插塞到達光導的分叉點處。因此，分叉角θ1可被定義為「在直線部分與第一分叉部分之間的分叉角」或「在光纖維插塞與第一分叉部分之間的分叉角」。類似的，分叉角θ2可以被定義為「在直線部分與第二分叉部分之間的分叉角」或「在光纖插塞與第二分叉部分之間的分叉角」。第二實施例
根據本發明第二實施例的光傳輸-接收模塊如圖3A和3B所示。
在這些圖中，與圖1A中相同的元件以相同的參考標號表示。
在圖3A中，光傳輸-接收模塊主要由光纖部分11、光纖插塞12，具有分叉部分13a和13b的雙叉型光導13，模製封裝的發光部14，模製封裝的受光部15和用於容納光纖插塞12，雙叉型光導13，發光部14和受光部15的殼體16所構成。
被模製封裝的發光部分14具有半導體發光器件19和一用於處理傳輸信號和驅動半導體發光器件的驅動集成電路晶片18，二者同會聚透鏡均安裝在具有輸入端子的引線框架17上。另一方面，模製封裝的受光部15具有一個光接收裝置22用於接納一個接收信號並將該信號轉化成電信號。還具有一個放大集成電路晶片23，用於處理接收信號並將結果信號輸出，上述二者均和一會聚透鏡24一道安裝在一帶有輸出端的引線框架21之上。於是，光傳輸-接收模塊被大致分成下面二個部分一包含光纖部分11和光纖插塞12的活動部分和一包含雙叉型光導13，發光部14，受光部15和殼體16的固定部分。
下面將描述有關傳輸階段的操作。一傳輸信號被輸入到具有輸入端子的引線框架17上，被傳輸至驅動集成電路晶片18，被轉化成驅動半導體發光器件的電信號並施加到半導體發光器件19上。傳輸信號被半導體發光器件器件轉化成光，該光被經會聚透鏡20會聚到雙叉型光導13的一分叉部分13a的端面B上，經分叉部分13a傳輸並同時被其內側表面完全反射，並隨後從端面A射出。出射光經過一個小間隙25(例如大約0.1mm)入射到光纖插塞12上的光纖26中。光纖26同光纖部分11結合在一起，且光傳輸信號經光纖部分11傳輸並被導向到提供在另一端處的另一雙叉型光導。
下面將描述接收階段的操作，光接收信號經光纖部分11的光纖26傳輸，經一小間隙(例如大約0.1mm)從光纖插塞12的光纖26入射雙叉型光導13的另一分叉部分13b的端面A上，經分叉部分13b傳輸並從端面C輻射出，輻射出的光由受光部15的會聚透鏡會聚，且光接收信號被引導至光接收裝置22並且轉化成電接收信號。被轉化的電接收信號由放大集成電路晶片23處理並經引線框架21的輸出端子向外輸出。
通過以此方式使用雙叉型光導13，可以獲得雙路光傳輸-接收模塊。通過使用三叉型光導或多叉型光導來代替雙叉形光導13，可以實現多路型光傳輸-接收模塊。第三實施例
根據本發明第三實施例的光傳輸-接收模塊示於圖4A和4B，在這些圖中，與圖3A和3B中相同的部分以相同的參考標號表示。
在圖4A和4B中，光傳輸-接收模塊包括光纖部分11，光纖插塞12，雙叉型光導41，嵌入在雙叉型光導41的一分叉部分41a中的半導體發光器件42，嵌入在雙叉型光導41的另一分叉部分中的光接收裝置43，用於處理傳輸信號並驅動半導體發光器件的驅動集成電路晶片44，一處理接收信號並輸出結果信號的放大集成電路晶片45，一同雙叉型光導41安裝在一起的印刷線路板46，半導體發光器件42以及光接收裝置43，以及用來容納這些零件的殼體47。半導體發光器件42和光接收裝置43同驅動集成電路晶片44和放大集成電路晶片45分別電連接。於是，光傳輸-接收模塊被大致分成二部分一包括光纖部分11和光纖插塞12的活動部分和一個包括雙叉型光導41，半導體發光器件42，光接收裝置43，驅動集成電路晶片44，放大集成電路晶片45，印刷線路板46和殼體47的固定部分。
對第三實施例的光傳輸-接收模塊的操作說明將主要針對其與第二實施例光傳輸-接收模塊不相同的零件來進行。首先，說明傳輸階段的操作。從半導體發光器件42發出的傳輸信號光被覆蓋半導體發光器件42的樹脂模製部分48的表面完全反射(或由形成在板表面的金屬模反射)，相對於光軸偏轉90°並隨後入射到雙叉型光導41的一分叉部分41a上。樹脂模製部分48具有凹面反射鏡面，並具有與第二實施例的光傳輸-接收模塊的會聚透鏡相應的功能。入射到分叉部分41a上的光信號經一小間隙(例如大約0.1mm)25入射到光纖插塞12中的光纖26上。光纖26與光纖部分11成為一體，並且光傳輸信號被傳輸過光纖部分11並被導向到位於其他端子端的雙叉型光導。
下面將描述接收階段的操作。接收操作與傳輸階段的操作幾乎相同，經過雙叉型光導41的另一分叉部分41b傳輸的光接收信號由一構成形成在覆蓋光接收裝置43的樹脂模製部分的凹面反射鏡的表面完全反射(或是由形成在板表面的金屬膜反射)，相對於光軸偏轉90°角並隨後被導向光接收裝置43。來自光接收裝置43的電接收信號由放大集成電路晶片45處理並經輸出端子向外輸出。
有關將雙叉型光導41，半導體發光器件42，光接收裝置43，驅動集成電路晶片44，放大集成電路晶片45製做在印刷線路板46上的方法將在下面結合圖5A,5B,8A和8B來說明。
印刷線路板46是在用玻璃環氧樹脂板或是注模液晶聚合物製成的基底上形成一銅膜層，通過化學蝕刻方法在銅膜上印刷圖案並在需要時提供鍍金的布線來製成的。雖然為了說明的目的在此以印刷線路板46為例，但也可以採用例如陶瓷和玻璃材料並用絲網印刷或相似的方法構成線路或晶片座。
圖5A和5B示出了一種膜具粘接工藝步驟，在印刷線路板46上形成有線路圖案51和52，同時半導體發光器件42，光接收裝置43，驅動集成電路晶片44和放大集成電路晶片45被導電膠(如銀膏)模製粘接在一起，參考標號50表明了雙叉型光導41形成的區域。
圖6A和6B示出了導線粘接工藝步驟。半導體發光器件42和驅動集成電路晶片44經布線圖案51由金線53進行布線接合，同時光接收裝置43和放大集成電路晶片45經布線圖案52由金線53進行連接。驅動集成電路晶片44和放大集成電路晶片45由金線53線連接到印刷線路板46上的布線圖案上(未示出)。通過這種布線連接，獲得了所需的電連接。
圖7A和7B示出了一種轉移模製工藝步驟。一種金屬模具54被壓靠在印刷線路板46上，透光樹脂被注入到金屬模具的空間內，並且該金屬模具在樹脂硬化之後被移去。在圖7B中，參考標號55是指一樹脂模製部分，用於覆蓋驅動集成電路晶片44。
圖8A和圖8B示出了位於印刷線路板46之上的光傳輸-接收模塊的結構。
下面將參考附圖9A,9B和9C以及圖11A,11B和11C，描述光傳輸-接收模塊，其中小型單頭型電插塞以及光纖插塞均能以可移動方式有選擇地插入到殼體的連接部分。
圖9A,9B和9C示出了在雙叉型光導13具有一直線部分情況下的光傳輸-接收模塊的不同狀態。圖9A示出了小型單頭型電插塞(用於模擬電信號信號)被插入到連接部分1中的情況。圖9B示出了光纖插塞被插入連接器部分1的情況。圖9C示出了在連接器部分中未插入任何物體時的情況。雖然沒有示出，但也可以使用用於數字電信號的小型單頭型電插塞。很顯然，通過僅改變插塞(一活動部件)和使用經過標識的固定部件，就可以獲得能夠進行電信號和光信號的傳輸和接收的光傳輸-接收模塊。
圖10A,10B和10C在雙叉型光導13無直線部分的情況下，光傳輸-接收模塊的不同狀態。圖10A示出了小型單頭型電插塞(用於模擬電信號)被插入連接器1時情況。圖10B示出了光纖插塞被插入到連接器部分1中時的情況，而圖10C示出當沒有任何物體插入到連接器部分1時的情況。
圖11A,11B和11C示出了使用圖4A和4B中示出第三實施例結構的光傳輸-接收模塊的不同狀態。圖11A中示出了小型單頭型電插塞被插入連接器部分1中時的情況。圖11B示出了當光纖插塞被插入連接器1時的情況，圖11C示出了當沒有任何物體被插入到連接器部分1中時的情況。
圖12A和12B分別是模製封裝(一體的)的發光部14的正視圖和側視圖。在這些圖中示出了引線框架17，驅動集成電路晶片18，半導體發光器件19和會聚透鏡20。
模製封裝受光部15可以用與發光部14同樣的金屬模具製做。在這一情況下，用光接收裝置22和放大集成電路晶片23來分別代替半導體發光器件19和驅動集成電路晶片18。第四實施例
下面參照附圖13A和13B描述根據本發明第四實施例的光傳輸-接收模塊。其中和前面的實施例相同的部件用相同的參考標號表示。
在圖13A中，光傳輸-接收模塊包括一光纖部分11，光纖插塞12，具有分叉部13a,13b的分叉型光導13，一模製封裝的發光部14，一模製封裝的受光部15，以及殼體16，殼體16用於容納光纖插塞12，分叉型光導13，發光部14和受光部15。
模製封裝的發光部14中設有半導體發光器件19，驅動集成電路晶片18，它用於處理傳輸信號以及驅動半導體發光器件，兩者以及會聚透鏡20均安裝在具有輸入端子的引線框架17上。另一方面，模製封裝的受光部15具有受光器件22，用於接受接收信號並將該信號轉化成電信號，一放大集成電路晶片23，用於處理該接收信號並輸出所得的信號，兩者及會聚透鏡24都將安裝在具有輸出端子的引線框架21上，。那麼，光傳輸-接收模塊大致分成兩部分一活動部分，它包括光纖部分11，光纖插塞12；固定部，包括分叉型光導13，發光部14，受光部15和殼體16。
在採用光傳輸-接收模塊的光傳輸-接收系統的結構中，利用兩個光纖部分通過單個或多個光傳輸-接收耦合器將兩個光傳輸-接收模塊光學連接。這將在以後參照附圖23所示的第11實施例進行描述。
傳輸階段的操作描述如下。傳輸信號輸入到具有輸入端子的引線框架17中，發送到驅動集成電路晶片18，轉換成電信號用於驅動半導體發光器件並加到半導體發光器件19上。由半導體發光器件19轉換成光的傳輸信號通過會聚透鏡20入射到分叉型光導13的分叉部13a的端面B上，通過分叉部13a傳輸，同時被其內表面全反射，然後在另一端自光導13的端面A輸出。出射光入射在光纖插塞12上的光纖26上。
在這種情況中，光纖插塞12上的光纖26的端面C和分叉型光導13的端面A上分別具有光透射元件225a和225b，其折射率近似等於光纖26或光導13的折射率，硬度比它們大。
光纖26和光纖部分11成為一體，光傳輸信號通過光纖部分11傳輸並被導向位於一端部的分叉型光導。
下面描述接收操作階段。光接收信號傳輸通過光纖部分11的光纖26，從位於光纖插塞12的光纖26的端面D處的光透射元件225a入射到分叉型光導13的另一分叉部13b的端面A上，傳輸通過分叉部13b並自分叉部13b的端面C輸出。出射光由受光部15的會聚透鏡24會聚，導向至光接收器件22並轉換成電接收信號。轉換後的電接收信號由放大集成電路晶片23處理並通過引線框架21的輸出端子向外輸出。
本實施例的特徵是，光纖插塞12的光纖26的端面D和A以及分叉型光導上分別裝有光透射元件225a和225b其折射率約等於光纖26或光導13的折射率，而硬度比光纖或光導所用的材料高。
很容易將光透射元件的折射率和光纖或光導的折射率偏差限制在±0.1內，在此情況下，全反射率約為0.1％。例如，如果用市售的硬質塗覆劑(如Shin Etsu化學株氏會社產生的矽基KP-80)作為光透射元件225(225a和225b)，則形成的硬質覆塗膜的厚度約為幾十微米或更小。這些硬質覆塗膜有一定的粘結特性，通過覆塗之類的工藝易於固定在有關的部件上。因此覆塗膜既不需要真空拉延，也不需要膜的厚度控制，並且製造成本低，這在形成抗反射薄膜時是必須的。
光透射元件由矽基KP-80製成，該材料的折射率為1.4，硬度為6H(以鉛筆硬度表示)。它可以由浸漬法，流體覆塗法，噴濺方法等來形成。和此相對照，如果選用丙烯酸材料作為光纖和光導，其折射率為1.49，硬度為2H(以鉛筆硬度表示)。假定光透射元件的折射率為n2，光纖和光導的折射率為n1，則垂直光線反射率Tv為Tv=(n1-n2)2/(n1+n2)2=(1.49-1.40)2/(1.49+1.40)2=0.00097，即0.097％。
如果選用聚碳酸酯材料製作光纖和光導，該材料的硬度B(用鉛筆硬度表示)小於光透射元件225。由於光透射元件的硬度高於光纖和光導的硬度，光透射元件不易劃傷，故工作壽命得以延長。第五實施例
下面參照圖14A和14B描述根據本發明第五實施例的光傳輸-接收模塊。其中和圖13A、13B相似的元件用相同的標號表示，且不再對它們描述。
下面參照圖14A、14B描述和第四實施例的不同點。第五實施例的特徵在於，光透射元件231(231a和231b)由彈性材料製成。因此，如細微的灰塵進入該元件之間，由彈性材料製成的這些元件易於變形而形成應力分布，因而幾乎不會損壞這些元件。另外，即便在光透射元件中出現微小刮磨或缺口而造成不平整，但通過這些元件的相互接觸，使不平整處變形，消除了空氣間隙，以及因空氣間隙造成的光的反射。通過把光透射元件231a和231b的前部形成凸形，所述接觸始自中心處，並在接觸變形過程中向著邊緣擴展。結果所容納的空氣在變形過程中逸向邊緣處。因此，不會殘留那怕是很小的空氣間隙，故性能提高了。
在第五實施例中，傳輸階段和接收階段的操作和第四實施例相同。
具體的光透射元件231的材料可以是矽膠，人造橡膠之類，這些材料的特性如下(矽膠)折射率1.4硬度(JIS-A):20-50相對於丙烯酸的全表面反射率0.097％
覆塗或施加方法浸漬，流體覆塗噴濺法等。(人造橡膠)折射率1.5硬度(JIS-A):35-70相對於丙烯酸的全表面反射率0.001％覆塗或施加方法浸漬，流體覆塗噴濺法等。
矽膠和人造橡膠具有粘結特性，可將其直接用覆塗等方法固定在部件上。該材料也可用折射率大約相同的透明膠粘接在接觸面上。
如果利用封裝法等將適當數量的透光彈性材料固連在相關部件上，表面張力會使之形成凸形。因此，如果在此狀態下將透光材料固化，很容易形成凸形。第六實施例
下面參照圖15A和15B描述根據本發明第六實施例的光傳輸-接收模塊。其中和圖13A至14B相似的部件用相同的標號來表示，故不對其進行描述。
下面僅參照圖15A、15B描述與第四和第五實施例之間的不同之處。第六實施例的特徵在於，僅在光纖26的端面D上設置光透射元件34，它由一種凝膠材料製成，該材料為可透光的彈性材料。在凝膠材料的分子之間包含有水或油。因此，即使在光透射元件的表面上有微小的刮磨或灰塵，凝膠材料中的液體也會充盈所述空氣間隙(空氣間隙的折射率為1)，因而降低了反射。由於液體的表面張力，灰塵會貼附在凝膠材料上，因此，通過將凝膠材料僅固定在所示的光纖插塞12一側，粘附在光導13上的灰塵會移向光纖插塞12一側，便於使用者進行清洗。
凝膠材料是透光彈性材料，有矽膠，聚乙烯膠之類。這些材料具有粘結特性，可以通過塗覆工藝等將其固定在相關部件上。
聚乙烯膠和矽膠有如下特性。(聚乙烯膠)折射率1.51硬度(JIS-A):1-12相對於丙烯酸酯的全表面反射率0.0044％覆塗或施加方法刷光，噴濺，浸漬方法等。(矽膠)折射率1.4硬度(JIS-A):1-20相對於丙烯酸的全表面反射率0.0097％覆塗或施加方法刷光，噴濺，浸漬方法等。
可以通過具有近似相同的折射率的透明膠將由凝膠材料模製而成的光透射元件粘在光纖的接觸面上。第七實施例
下面參照圖16描述根據本發明第七實施例的光傳輸-接收模塊。其中和圖13A至15B相似的部件用相同的參考標號表示，且不對其進行描述。
下面將描述和第四實施例至第七實施例的不同之處。該光傳輸-接收模塊的特徵是，構成光透射元件236的透鏡由透光彈性材料製成，以實現光學空間傳輸。
總的來說，光學透鏡必須嚴格按光學設計曲線形成，而不僅僅是形成為凸形。為此，利用金屬模通過注塑製成透鏡。利用折射率和光導13近似相同的透明膠將透鏡形狀的模製部件固定在光導13的端面A上。
作為本發明的實施例的變形，光導13可以由透光彈性材料利用注塑方法製成。自光導的端面A處的光透射元件236發出的光信號由鏡片的形狀在尖端處會聚，並向模塊外傳送通過光傳輸-接收模塊的光纖插塞入口16a。另一方面，入射光通過反向路徑進入光導13。參考標號37表示入射和出射光道量。
矽膠是用於光透射元件236的透光彈性材料的一個實例。矽膠的性能，如折射率，矽膠硬度(JIS-A)，塗覆方法，相對於丙烯酸的全表面反射率參照第二實施例的描述。
光透射元件236由彈性材料製成。當光學插塞插入時，即使微小塵粒侵入光纖26和光導13之間，該元件會發生變形而使應力分散，因此該元件236不易受刮磨的影響。此外，即使因微小刮磨而造成元件的表面不平整，但和其它元件接觸時不平整部分會發生變形，從而空氣間隙消失，消除了空氣間隙的反射。
由於將透光元件236製成凸透鏡形狀，當光學插塞插入時，從其中心部開始接觸，該接觸部向邊緣延伸，在變形過程中，所包含的空氣向邊緣逸出，因而不會殘留空氣間隙。
插塞插入後，由透光彈性材料製成的透鏡為平面表面，不會影響和光纖的光耦合，如果將插塞取出，透鏡恢復原狀，因此光導的出射光線變成平行光或發散光。第八實施例
下面參照附圖17A和17B描述根據本發明第八實施例的光傳輸-接收模塊。附圖中，和附圖16相似的部件用相同的標號來表示，並不再進行描述。
該實施例和第七實施例的不同之處在於，反射膜241設置在殼體16的內表面上。利用注塑或類似方法形成殼體16後，利用覆塗工藝等在殼體的內表面上形成反射膜241。如圖17A和17B所示，信號光被殼體16的內表面多次反射並傳播，從而獲得更大的傳輸和接收光道量。參考標號242表示入射和出射光道量。第九實施例
下面參照附圖18A和18B描述根據本發明的第九實施例的光傳輸-接收模塊。本發明的該實施例的特徵是，由透光彈性材料製成的光透射元件246設置在一膜片245上。下面只描述和第七實施例的不同點。
為也能實現光學空間傳輸，光傳輸-接收模塊的光透射元件246為透鏡形狀。具有透鏡形狀的光透射元件246通過在膜片245上進行型芯模製而成，膜片245由不鏽鋼或磷光銅板製成。參考標號247表示在殼體16中和膜片245固定和配合的框架。
如果光纖插塞12的尖端沒有插入光透射元件，則將具有透鏡形狀的光透射元件246被插塞擠壓而使膜片245變形。因此，光透射元件246移動到光導13的端面A一側。光透射元件246(透鏡形狀)立即和光導13的端面A發生接觸，從而光纖26和光導13彼此無間隙(之間無空氣間隙)地光學連接。如果去除光纖插塞12，則由於膜片245的恢復力的作用，則光透射元件246從光導13的尖部A上分離，並回復到其初始位置。此時，在透鏡形狀的光透射元件的雙側形成空氣間隙，因此透鏡起雙面鏡的作用。和第七實施例中所描述的單側透鏡形狀的光透射元件236相比，該實施例的光學透鏡的性能提高了。
此外，通過提供若干個透鏡/膜片組件，增加了設計自由度。當然，螺旋彈簧之類代替膜片也是可以接受的。第十實施例
下面參照附圖19描述根據本發明第十實施例的光傳輸-接收模塊。同樣，在該光傳輸-接收模塊中，和第七實施例類似，為了實現光學空間傳輸，光透射元件251由透光彈性材料製成的透鏡構成。
該實施例和第七實施例的不同之處僅在於，殼體252由透光材料製成，用於插入光纖插塞12的小孔周圍的殼體252的前部253製成透鏡形狀。根據第十實施例，殼體252可在很寬的範圍內發送和接收光線。參考標號254表示入射和出射光通量。第十一實施例
下面參照附圖20A和20B描述根據本發明第十一實施例的光傳輸-接收耦合器。該實施例的特徵是，它將光纖插塞256和257耦合在一起的良好功能。這裡只對本實施例的特徵點進行描述。
如圖20A所示，光纖插塞256的尖部E和光纖插塞257的尖部F上分別設有光透射元件258和259，它們的折射率約等於光纖26的折射率，硬度比光纖26高。參考標號11a和11b表示光纖部分，參考標號26表示殼體。
如圖20B所示，當光纖插塞256,257插入殼體260時，穿過插塞的光纖26通過光透射元件258和259彼此光學連接。將光透射元件258、259的折射率相對於光纖折射率的偏差限制在±0.1是容易的，因此，在這種情況下，總反射率約為0.1％。例如，使用市售的硬質覆塗劑(如Shin-Etsu化學株式會社生產的KP-80)作為光透射元件258和259，塗層厚度約為幾十微米或更小。若採用矽氧烷樹脂基KP-80，這種材料的折射率為n=1.4，硬度為6H(用鉛筆硬度表示)元件258,259用浸漬法，流體覆塗法，噴濺法等形成。
硬質塗覆膜具有粘結特性，因此可通過塗覆工藝之類將其容易地固定到相關部件上。塗覆膜既不需要真空壓延，也不需要薄膜厚度控制，這在形成抗反射膜時是必須的，而且製作成本低。
假設殼體260的總長度為La，當光纖插塞256,257在殼體260中就位時，光纖部分11a的頸部261與光纖部分11b的頸部262之間的長度為Lp，形成耦合器以滿足條件La≤Lp，這是光纖插塞尖部之間的接觸條件。見圖20B。第十二實施例
下面參照附圖21A和21B描述根據本發明第十二實施例的光傳輸-接收耦合器。
第十二實施例和第十一實施例的不同之處在於，本發明的光透射元件265,266均由凸透鏡構成，凸透鏡由透光彈性材料製成。在圖21A和21B中，和圖20A,20B相似的部件用相同的參考標號表示，省去對它們的描述。
利用這種結構，如果微小塵粒侵入光透射元件265和266之間，則這些由彈性材料製成的元件體積發生變形而分布應力。因此，這些元件幾乎不受刮磨的影響。儘管所產生的微小刮磨造成表面不平整，但光透射元件265和266的直接接觸補償了這種不平度，因而空氣間隙消失，全反射減小。利用凸形形狀，光透射元件的接觸始自中心部，接觸部分在接觸變形過程中向邊緣擴展，因此，在接觸變形過程中所包含的空氣逸向邊緣。因而不會殘留微小空氣間隙，從而增強了光傳輸性能。
透光彈性材料有矽膠，人造橡膠等，由於這些材料有粘接特性，它們可以通過覆塗工藝能容易地裝在相關部件上。
如果利用封裝工藝等將適當數量的透光彈性材料施加到相關部件上，則表面張力會產生凸形形狀。因此，如果該材料在此狀態下固化，就可以容易地形成凸形透光材料。第十三實施例
下面參照附圖22A和22B描述根據本發明第十三實施例的光傳輸-接收耦合器。該實施例和第十二實施例的區別僅在於，由透光彈性材料製成的光透射元件274設置在膜片273(支承件)上，膜片273設置在殼體275的中央部，用於將光纖插塞271和272之間光學連接。
利用這種結構，即使將現有技術的用於光纜的光纖插塞插入所述殼體，光纖插塞內的光纖26的尖部通過光透射元件274和另一光纖26的尖部光學連接，該光透射元件由透光彈性材料製成，因此，抑制了全反射。而且由於元件274的彈性，光纖26的端面幾乎不受刮磨的影響。第十四實施例
下面參照圖23描述根據本發明第十四實施例的光傳輸-接收系統。該系統是靠將兩個光傳輸-接收模塊通過兩個以上的光纖部分11藉助單個或多個光傳輸-接收耦合器連在一起而構成的。
在圖23示出的實例中，第五實施例所述的光傳輸-接收模塊30a,30b通過現有技術中已經廣泛應用的光纖部分(光纜)和參照第十三實施例所述的光傳輸-接收耦合器彼此連接在一起，從而通過全雙工通信系統實現光信號的傳輸(傳輸和接收)。
對光纖部分11(光纜)的光纖插塞271和272進行光學連接時，是通過位於耦合器270的殼體275內的膜片273上的由透光彈性材料製成的光透射元件274實現光學連接的，因此，在插塞271和插塞272之間沒有產生間隙(空氣間隙)，例如可防止自光傳輸-接收模塊30a發出的光被空氣反射到該模塊而進入其接收器。
因此第十四實施例中的光傳輸-接收系統可以通過雙工通信系統高效地實現傳輸和接收。第十五實施例
下面參照附圖24A和24B描述根據本發明第十五實施例的光傳輸-接收模塊。
第十五實施例和第四實施例(圖13A和13B)的不同僅在於設置在插入光纖插塞的光纖端面和光導端面之間的光透射元件。因此，在圖24A和24B中和圖13A和13B中所示的第四實施例中相似的元件用相同的標號表示，故不對其作描述。
第十五實施例中的光透射元件283具有導電性，它由透光絕緣材料和透光導電材料層壓而成，是絕緣材料與透光材料的混合體，或是具有導電性的透光材料組成。光透射元件283是這樣一種光透射元件，其折射率「約等於」光導13的折射率和用於光纖部分11的光纖插塞12的折射率，且該光透射元件和光導13及光纖插塞12光學連接，並位於兩者之間。
「約等於」意味著光透射元件與光纖和光導的折射率的偏差限制在±0.1範圍內，其描述參見根據本發明的第四實施例等對光傳輸-接收模塊的描述。在這種情況下，全反射率變為約0.1％。具體來說，用矽基材料等製作光透射元件283。
在圖24A和24B中，光透射元件283以外的元件及其操作已在圖13A和13B中描述，故不再對其作描述。第十六實施例
下面參照圖25A,25B和25C對根據本發明的第十六實施例的光傳輸-接收模塊進行描述。
如圖25C所示，第十六實施例中的光透射元件286由一多層結構構成，它是通過將一導電材料288施加在絕緣透光材料287的兩個表面上實現的。
絕緣透光材料287使用和上面已經描述過的光透射元件225和231的材料相同的材料。另一方面，導電材料288為一透光膜，其上有導電薄膜；如導電ITO膜(氧化銦錫)導電材料288的導電薄膜的基膜可利用PET(聚乙烯對苯酸酯)，PC(聚碳酸酯)和PMMA(聚甲基丙烯酸酯)之類。
通過將具有導電性的光透射元件286接地，插入或拔出光纖插塞12時在接觸部位產生的靜電得以釋放。因此，即使在插入或拔出操作中有微細的灰塵和導電膜接觸，它們也很難附著在該膜上，從而可維持良好的光學性能。
另外，即使反覆多次插入和拔出光纖插塞，光纖插塞12的光纖26總是通過光透射元件286和分叉型光導13相接觸，因而在其上均不會產生刮磨。導電材料288(膜)一般是硬質材料，對絕緣透光材料287起到機械保護的附加效果，該透光材料一般是軟質材料。第十七實施例
下面參照附圖26A,26B和26C描述根據本發明第十七實施例的光傳輸-接收模塊。第十七實施例和第十六實施例的不同之處僅在於光透射元件的結構。
光透射元件291的結構為，在透光片292的周圍設有一吸光膜293(一種具有較高的光吸收係數的材料)。在吸光膜293材料的一個具體實例中，可以將適當數量的碳溶解到用於顏料的可牢固地粘附在光透射元件292上的有機樹脂中(例如Toray Dow Coming半導體公司生產的SH 804)，可牢固地粘附在光透射元件292的黑樹脂中(例如Toray Dow Corning半導體公司生產的封裝介質CY52-211)的封裝劑CY 52-211)等等。吸光膜可利用上述材料之一覆塗或封裝而成。
具有在透光片292周圍的吸光膜293的光透射元件291能減少被反射的回光，這是因為，如果在透光片292中出現反射光，則入射到其外邊緣上的光被吸光材料293完全吸收，因而提高了信噪比。
根據本發明的第十七實施例的光傳輸-接收模塊，對置於無反射狀態的吸光材料293進行了光學模擬。結果發現，和發生簡單Fresnel反射的情況相比，反射的回光降低約0.15％。第十八實施例
下面參照圖27A和27B描述根據本發明第十八實施例的光傳輸-接收模塊。
在圖27A和27B中，在光透射元件296的對置的倚靠部分上形成錐角θ，光纖插塞和分叉型光導13的光纖26分別倚靠其上。通過在光透射元件296的倚靠面上形成該錐角θ或截錐形，在光透射元件296的倚靠面上發生的Fresnel反射逼近無反射狀態，所以可防止現有技術實例中光學元件的反光直接射向光纖26上。
圖29A,29B和30示出了根據本發明第十八實施例的光傳輸-接收模塊的光學模擬結果。
在圖29A中，橫軸表示光透射元件296的折射率，縱軸表示錐角θ為變量時的回光強度。在圖29A中，錐角設定為0°,5°,10°,15°,30°,45°和60°，當折射率從1.3增至1.4時，回光強度從0.4％至0.01％或以下單調下降。在折射率從1.4至1.55的區間，回光強度從0％至2％之間幾乎是平直的。在折射率大於1.55的區域，回光強度單調上升。
在圖29B中，將傳輸元件296的折射率設為1.5，橫軸畫出了錐角θ，縱軸畫出了回光強度。這裡，錐角θ在15°至45°的範圍內時，回光強度幾乎變為0％。
為達到圖29B所示的回光強度幾乎為0％的狀態，必須適當地設定連接器(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高分子公司生產)可作為光透射元件296的一個實例，其未被染黃，折射率n=1.513。
圖30是錐角測量實例，示出了用於製作光透射元件296的氨基甲酸乙酯基材料的數據(該材料由Tigers高分子公司生產，未被染黃)。圖30中，橫軸表示離參數位置的徑向距離X(μm)，縱軸表示連接器(插塞)倚靠光透射元件的倚靠深度Z(μm)。當距離X約為400至900μm之間以及1900至2400μm，抵靠深度Z從0μm增至160μm，這個增量的傾角就是錐角θ。通常，儘管錐角θ取決於抵靠狀態，但左右兩側的錐角θ近似相同。當距離X約為900至1900μm時，抵靠深度Z幾乎變為常值，約160μm。有一值(約1900μm-900μm=約1000μm，(約為1mm))和光纖直徑的值對應。形成在直徑約為1000μm的光纖外側的錐角中途不發生改變，其呈現近似均勻的20°錐角。
這種光透射元件296的材料硬度和普通毛玻璃(desk mat)的硬度相同。為達到20°至40°的錐角，必須選擇比矽膠或其它軟質材料硬一些的材料。
通過調節殼體內的連接器固定夾頭的位置，也可以調節抵靠深度，它是決定錐角的另一個因素。第十九實施例
下面參照附圖28描述根據本發明第十九實施例的光傳輸-接收模塊。
在圖28中，在儘可能靠近光纖的輸出端的一端部將光纖26的護套297剝除，它是光纖插塞的內芯。然後將折射率大致等於光纖護層的折射率匹配件298置於護套297已剝離的裸露部297a。此外，沿折射率匹配件的周向表面設置一光吸收材料299。該附圖中，參考標號283表示光透射元件，參考標號13表示分叉型光導。
採用這一結構，可有效地消除包層模式。包層模式意思是透過光纖包層的光及其透射率很大，尤其是在多模光纖中。
在該實施例中的光傳輸-接收模塊中，光纖和光導耦合時，如果光纖和光導之間發生錯位或偏離，從光纖射出的部分光由光透射元件以Fresnel反射方式反射並返回至光纖。大部分返回至光纖的光有較大的數值孔徑(NA)，變成回光的並不是最初的光線。
但是，為了起加固作用，通常在光纖上覆蓋黑色聚乙烯(折射率n=1.54，透射率約為0％)之類，那麼數值孔徑NA較大且在沒有包層時逸出的光線會因為這一蓋層而穿過包層。本發明的第十九實施例的光傳輸-接收模塊旨在消除這樣引起的包層模式。
為獲得這種效果，例如矽基凝膠材料之類的軟質透明凝膠材料可用作折射率匹配件298的材料(例如Toray Dow Coming半導體公司生成的SE1740，其折射率n=1.405，或Shin Etsu化學工業株式會社生產的KE 1031，其折射率n=1.407)。
在製作加在折射率匹配元件298周圍的光吸收元件299的材料的實例中，可以將適當數量的碳溶解到用於顏料的可牢固地粘附在折射率匹配元件298上的有機樹脂中(如Toray Dow Coming半導體公司生產的SH 804)，可牢固地粘附在折射率匹配元件298的黑樹脂中(如Toray Dow Corning半導體公司生產的CY 52-211封裝劑)等等。該元件可利用上述材料之一覆塗或封裝而成。
表2以數字示出了根據本發明第十九實施例的光傳輸-接收模塊的效果。若未覆蓋部分297a的長度或包層的剝離量設定為1cm,3cm和5cm，則沒有光透射元件283時的回光率分別為2.12％,1.71％和1.16％，而具有光透射元件283時的回光率分別為0.16％,0.04％和0.02％，具有顯著的改變。
表2
在折射率匹配元件298周圍形成光吸收元件299之前，最好利用砂紙之類的物理方法或適當的有機溶劑處理方法將折射率匹配元件298的表面粗化，這樣，其表面積增加，可以更有效地消除包層模式。
很明顯，所描述的本發明可在諸多方面進行改變，而不偏離本發明的精神和範圍。對本領域技術人員顯而易見的這些修改均落入所附權利要求的範圍內。
權利要求
1．一種光傳輸-接收模塊，包括一殼體，適於容納和固定與光纖相連的光纖插塞；一設置在殼體內的半導體光學器件，當光纖插塞被插入到殼體中時，用於將一光信號提供給光纖並從光纖接收光信號；以及一分叉型光導，其具有與半導體光學器件相連的至少兩個分叉，其中，在殼體中提供有分叉型光導，以便被設置在半導體光學器件與插入到殼體中的光纖插塞之間。其中，假設分叉型光導的兩分叉部分相對於所插入的光纖插塞的分叉角度分別是θ1和θ2，分叉角θ1不等於分叉角θ2，所以所述分叉型光導是非對稱式的。
2．如權利要求1所述的光傳輸-接收模塊，其中，所述分叉型光導為雙叉光導。
3．如權利要求1所述的光傳輸-接收模塊，其中，半導體光學器件包括一發光部和一受光部，而且光導的二分叉部分中具有較小的分叉角的一個同發光部相關聯，而兩個分叉部分中具有較大分叉角的另一個同受光部相關聯。
4．如權利要求1所述的光傳輸-接收模塊，其中，半導體光學器件和分叉型光導形成在一同一基底上，且半導體光學器件以及分叉型光導被用同一模具進行樹脂模製。
5．如權利要求1所述的光傳輸-接收模塊，其中，半導體光學器件包括至少一個整體發光部和至少一個整體受光部。
6．如權利要求1所述的光傳輸-接收模塊，所述殼體也適於接收和固持一單頭電插塞，所述光傳輸-接收模塊還包括設置在殼體中的多個電端子，用於當電插塞被插入殼體時將電信號提供給電插塞並且從電插塞接收電信號。
7．一種光傳輸-接收系統，包括如權利要求1所述的光傳輸-接收模塊；有選擇地插入該模塊的殼體內的光纖插塞和單頭電插塞。
8．一種光傳輸-接收模塊，包括一殼體；一可移動地插入到殼體中的光纖插塞，該光纖插塞被連接到一用於光傳輸的光纖上；一分叉型光導，設置在所述殼體內；一設置在殼體之中的半導體光學器件，用於將一光信號傳遞給分叉型光導並從分叉型光導接受一光信號，以及一光透射元件，其具有與光纖和分叉型光導大致相同折射率，通過該元件，當被插入到殼體中之後，所述光纖插塞能夠實現與分叉型光導的光學連接。
9．如權利要求8所述的光傳輸-接收模塊，其中，光透射元件包括二個分別固定到光纖和分叉型光導尖端上的部分，且硬度高於光纖與分叉型光導。
10．如權利要求8所述的光傳輸-接收模塊，其中，光透射元件由彈性材料製成。
11．如權利要求8所述的光傳輸-接收模塊，其中，光透射元件用凝膠材料製成。
12．如權利要求8所述的光傳輸-接收模塊，其中，光透射元件被放置在一膜片之上。
13．如權利要求8所述的光傳輸-接收模塊，其中，所述光透射元件具有導電性並接地。
14．如權利要求13所述的光傳輸-接收模塊，其中，光透射元件具有光透射絕緣材料和導電材料組成的多層結構，它設置在光透射絕緣材料的相對的表面上。
15．如權利要求8所述的光傳輸-接收模塊，其中，在光透射元件的外周邊提供有光吸收材料。
16．如權利要求8所述的光傳輸-接收模塊，其中，錐角θ(θ＞0)在這樣一種狀態下形成，即光纖插塞倚靠光透射元件和/或分叉型光導倚靠住光透射元件。
17．如權利要求8所述的光傳輸-接收模塊，其中，在儘可能靠近元件的輸出端處提供了一種消除以大於數值孔徑的直徑傳輸的反射回光的結構。
18．一種光傳輸-接收耦合器，包括一殼體；兩個可活動地插入到殼體中的光纖插塞，各光纖插塞與光纖相連接以進行光傳輸；一光透射元件，具有與光纖大致相同的折射率，經過該透射元件，當插入到殼體中時，光纖插塞彼此光學連接。
19．如權利要求18所述的光傳輸-接收耦合器，其中，光透射元件由彈性材料製成。
20．如權利要求18所述的光傳輸-接收耦合器，其中，光透射元件由凝膠材料製成。
21．如權利要求18所述的光傳輸-接收耦合器，其中，光透射元件置於殼體內光纖插塞被連接的位置。
22．一種包括權利要求8所述的光傳輸-接收模塊和權利要求18所述的光傳輸-接收耦合器的光傳輸-接收系統。
全文摘要
一種光傳輸－接收模塊,其中和用於光學傳輸的光纖連接的光纖插塞可活動地插入在殼體內。殼體內具有一分叉型光導、一半導體光學器件,用於向分叉型光導發出光信號,或者從該分叉型光導接收光信號。當光纖插塞插入殼體時,它通過一光透射元件與分叉型光導光學連接,該元件的折射率大約等於光纖和分叉型光導的摺疊率。
文檔編號G02B6/30GK1236898SQ9910510
公開日1999年12月1日 申請日期1999年4月16日 優先權日1998年5月27日
發明者石原武尚, 幸秀樹, 名倉和人, 寺島健太郎 申請人:夏普公司