CN103543503B - 一种具有基于全内反射表面的单体光学模块的光学装置 - Google Patents

Abstract

一种具有基于全内反射表面的单体光学模块的光学装置，用以将一束或更多束的输入光束分离为至少两束输出光束。其主要特征表现在一束或更多束的输入光束透过单体光耦合模块中的至少两块全内反射表面得到分离。介于两束或更多束的输出光束间的光分离率是能够依据两块或更多块的全内反射表面的至少一个物理特性进行预先设定的。

Description

一种具有基于全内反射表面的单体光学模块的光学装置

技术领域

本发明涉及一种光学装置及其组件，尤其涉及一种具有光分离路径的光学装置。

背景技术

目前的垂直腔面发射体激光器(vertical-cavitysurface-emittinglasers，VCSEL)，倾斜的玻璃反射镜被用以将发射出的光部分反射至设于VCSEL旁的检光器(monitorphotodetector，MPD)。如图1所示，其显示用的VCSEL组件包括晶体管外座(transistoroutline)、具有光分离玻璃的晶体管外盖、管身、及镜头等，所述的所述组件使得结构复杂且成本昂贵。

美国专利US6,888,988提出了一种单体全聚合物模块。如图2所示，分离光分离所述模块通过聚合物中的空气间隙来实现光分离的功能，以简化封装过程并降低成本。然而，因当光透过倾斜的表面反射时，对于横向电波与横向磁波光的反射率不同，故分离率无法简单的调整。

因此，需要一种可以提供轻易实现分离率调整、简化组装程序、减少组件数量以及节省组装成本的光学装置。

发明内容

本申请案是为申请中的美国专利申请第13/211,028号，申请日为2011年8月16日，发明名称为「基于全内反射表面的单体光耦合模块」的申请案的部分连续案。所述第13/211,028号专利申请案主张美国专利申请第61/462,334号，申请日为2011年2月1日，发明名称为「基于二相邻的全内反射表面的单体光耦合模块」的申请案的优先权。上述两件专利申请案将并于本案中参照。本发明披露的实施型态是可让光分离率调整轻易地被实现。

依据本发明的一种实施型态是提供一种光学装置，包含单体光学模块，所述单体光学模块包括第一主表面、第二主表面、第一全内反射表面、以及相邻于所述第一全内反射表面的第二全内反射表面，所述第一全内反射表面的外表面(exteriorsurface)与所述第二全内反射表面的外表面在所述单体光学模块上形成大致上呈V型的凹部，当至少一束第一输入光束从对准所述V型的凹部的位置通过所述第一主表面进入所述单体光学模块时，至少一束所述的第一输入光束的第一部分透过所述第一全内反射表面反射，作为至少一束第一光束以第一方向行进，并可作为一束或更多束的第一输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块，此外，至少一束所述的第一输入光束的第二部分透过所述第二全内反射表面反射，作为至少一束第二光束以第二方向行进。

于一实施例中，所述单体光学模块的光束分离率是依据所述第一全内反射表面及所述第二全内反射表面中至少一者的至少一个物理特性预先设定。

于一实施例中，所述至少一个物理特性包含所述第一全内反射表面或所述第二全内反射表面之外形及方向。

于一实施例中，所述单体光学模块是由聚合物所组成。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含对准所述V型的凹部的至少一个光源，每一所述光源发射各所述的第一输入光束，并通过所述第一主表面进入所述单体光学模块。所述之光学装置还可包含至少一个第一光纤，每一个所述第一光纤可配置成使得当所述一束或更多束的第一输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块时，光耦合至各所述第一输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第一准直透镜，每一个所述第一准直透镜可配置成使得当所述至少一束第一输入光束进入所述单体光学模块，准直各所述第一输入光束。所述的光学装置还可包含复数个第二准直透镜，每一个所述第二准直透镜组构成，当所述一束或更多束的第一输出光束离开所述单体光学模块，准直各个第一输出光束。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含邻接于所述第二全内反射表面的第三全内反射表面，所述第二全内反射表面介于所述第一全内反射表面与所述第三全内反射表面之间，所述第三全内反射表面可配置成反射至少一束所述的第二光束，作为一束或更多束的第二输出光束以第三方向行进，通过所述第一主表面离开所述单体光学模块。所述的光学装置还可包含至少一个第一检光器，每一个所述第一检光器可配置成当所述一束或更多束的第二输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第二输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第三准直透镜，每一个所述第三准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第二输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第二输出光束。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含介于所述第二全内反射表面与所述第三全内反射表面之间的第四全内反射表面，所述第四全内反射表面可配置成反射一束或更多束的第二光束的第一部分，据此，所述一束或更多束的第二光束的第一部分，作为一束或更多束的第三输出光束以第四方向行进，通过所述第一主表面离开所述单体光学模块。所述的光学装置还可包含至少一个第二检光器，每一个所述第二检光器可配置成使得当所述一束或更多束的第三输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第三输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第四准直透镜，每一个所述第四准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第三输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第三输出光束。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含至少一个第二光纤，其耦合至所述的单体光学模块，用以将至少一束第二输入光束输入至所述单体光学模块，据此，所述至少一束第二输入光束通过所述的第二主表面进入所述单体光学模块，并透过所述第一全内反射表面反射，作为一束或更多束的第四输出光束以第五方向行进。所述的光学装置还可包含至少一个检光器，每一个所述检光器可配置成使得当所述一束或更多束的第四输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第四输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第五准直透镜，每一个所述第五准直透镜可配置成使得当所述至少一束第二输入光束进入所述单体光学模块时，准直各所述第二输入光束。所述的光学装置还可包含复数个第六准直透镜，每一个所述第六准直透镜配置成使得当所述一束或更多束的第四输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第四输出光束。

依据本发明的另一种型态，提供一种光学装置，可包含单体光学模块，所述单体光学模块包含第一主表面；第二主表面；第一全内反射表面；相邻于所述第一全内反射表面第二全内反射表面；以及相邻于所述第二全内反射表面之第三全内反射表面，据此，所述第二全内反射表面介于所述第一全内反射表面与所述第三全内反射表面之间。所述第一全内反射表面的外表面与所述第二全内反射表面的外表面于所述单体光学模块上形成大致上呈V型的凹部。当一至少一束第一输入光束从对准所述V型的凹部的位置通过所述第一主表面进入所述单体光学模块时，所述的至少一束第一输入光束的第一部分透过所述第一全内反射表面反射，作为一束或更多束的第一光束以第一方向行进，并作为一束或更多束的第一输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块。所述的至少一束第一输入光束的第二部分透过所述第二全内反射表面反射，做为一束或更多束的第二光束以第二方向行进。以第二方向行进的所述一束或更多束的第二光束，透过所述的第三全内反射表面反射并以第三方向行进，且作为一束或更多束的第二输出光束，通过所述第一主表面离开所述单体光学模块。

于一实施例中，所述单体光学模块的束分离率是依据所述第一全内反射表面及所述第二全内反射表面中至少一者的至少一个物理特性预先设定。所述至少一个物理特性包含所述第一全内反射表面或所述第二全内反射表面的外形及方向。

于一实施例中，所述单体光学模块是由聚合物所组成。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含对准所述V型的凹部的至少一个光源，每一所述光源发射各所述第一输入光束，并通过所述第一主表面进入所述单体光学模块。所述的光学装置还可包含至少一个第一光纤，每一个所述第一光纤可配置成使得当所述一束或更多束的第一输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块时，光耦合至各所述第一输出光束。所述的光学装置还可包含至少一个第一检光器，每一个所述第一检光器可配置成使得当所述一束或更多束的第二输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第二输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第一准直透镜，每一个所述第一准直透镜可配置成使得当所述至少一束第一输入光束进入所述单体光学模块，准直各所述第一输入光束。所述的光学装置还可包含复数个第二准直透镜，每一个所述第二准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第一输出光束离开所述单体光学模块，准直各个第一输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第三准直透镜，每一个所述第三准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第二输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第二输出光束。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含介于所述第二全内反射表面与所述第三全内反射表面之间的第四全内反射表面，所述第四全内反射表面可配置成反射一束或更多束的第二光束的第一部分，据此，所述一束或更多束的第二光束的第一部分，作为一束或更多束的第三输出光束以第四方向行进，通过所述第一主表面离开所述单体光学模块。所述的光学装置还可包含至少一个第二检光器，每一个所述第二检光器可配置成使得当所述一束或更多束的第三输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第三输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第四准直透镜，每一个所述第四准直透镜可配置成使得所述一束或束更多的第三输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第三输出光束。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含至少一个第二光纤，其耦合至所述单体光学模块，用以将至少一束第二输入光束输入至所述单体光学模块，据此，所述至少一束第二输入光束通过所述第二主表面进入所述单体光学模块，并透过所述第一全内反射表面反射，作为一束或更多束的第四输出光束以第五方向行进。所述的光学装置还可包含至少一个检光器，每一个所述检光器可配置成使得当所述一束或更多束的第四输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第四输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第五准直透镜，每一个所述第五准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第二输入光束进入所述单体光学模块时，准直各所述第二输入光束。所述的光学装置还可包含复数个第六准直透镜，每一个所述第六准直透镜可组构成，当所述一束或更多束的第四输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第四输出光束。

依据本发明的另一种型态，提供一种光学装置，包含单体光学模块，所述单体光学模块包含第一主表面；第二主表面；第一全内反射表面；以及第二全内反射表面。当至少一束第一输入光束从对准所述的第一全内反射表面的位置通过所述第一主表面进入所述单体光学模块时，所述至少一束第一输入光束透过所述第一全内反射表面反射，作为一束或更多束的第一光束以第一方向行进。所述一束或更多束的第一光束的第一部分透过所述第二全内反射表面反射，并以第二方向行进，且作为一束或更多束的第一输出光束，通过所述第一主表面离开所述单体光学模块。所述一束或更多束的第一光束的第二部分未透过所述第二全内反射表面反射，并维持以第一方向行进，且作为一束或更多束的第二输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块。

于一实施例中，所述单体光学模块的光束分离率是依据所述第二全内反射表面的至少一个物理特性预先设定。

于一实施例中，所述至少一个物理特性包含所述第二全内反射表面的外形及方向。

于一实施例中，所述单体光学模块是由聚合物所组成。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含对准所述第一全内反射表面的至少一个光源，每一所述光源发射各所述第一输入光束，并通过所述第一主表面进入所述单体光学模块。所述的光学装置还可包含至少一个第一检光器，每一个所述第一检光器可配置成使得当所述一束或更多束的第一输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第一输出光束。所述的光学装置还可包含至少一个第一光纤，每一个所述第一光纤可配置成使得当所述一束或更多束的第二输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块时，光耦合至各所述第二输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第一准直透镜，每一个所述第一准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第一输入光束进入所述单体光学模块，准直各所述第一输入光束。所述的光学装置还可包含复数个第二准直透镜，每一个所述第二准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第一输出光束离开所述单体光学模块，准直各个第一输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第三准直透镜，每一个所述第三准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第二输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第二输出光束。

于一实施例中，所述的光学装置还可包含第三全内反射表面，其相邻于所述第二全内反射表面。所述的光学装置还可包含至少一个第二光纤，其耦合至所述单体光学模块，用以将至少一束第二输入光束输入至所述单体光学模块，据此，所述的至少一束第二输入光束通过所述第二主表面进入所述单体光学模块，并透过所述第三全内反射表面反射，作为一束或更多束的第三输出光束以第三方向行进。所述的光学装置还可包含至少一个检光器，每一个所述检光器可配置成使得当所述一束或更多束的第三输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第三输出光束。所述的光学装置还可包含复数个第四准直透镜，每一个所述第四准直透镜可配置成使得当所述的至少一束第二输入光束进入所述单体光学模块时，准直各所述第二输入光束。所述的光学装置还可包含复数个第五准直透镜，每一个所述第五准直透镜可配置成使得当所述一束或更多束的第三输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第三输出光束。

附图说明

申请书所附的图式说明用以让本发明更易理解，并成为本说明书的一部分。图式说明结合说明书用以例示本发明的实施例，并解释本发明的创作原理。

图1显示现有的VCSEL组件的剖面图；

图2显示另一种现有的VCSEL组件的剖面图；

图3显示本发明之一实施例的光学装置的剖面图；

图4显示本发明之另一实施例的光学装置的剖面图；

图5显示本发明之又一实施例的光学装置的剖面图；

图6显示本发明之一实施例的光学装置的立体视图；

图7显示本发明之另一实施例的光学装置的立体视图；

图8显示本发明之一实施例的多信道光学装置的立体视图；以及

图9显示本发明之另一实施例的双信道光学装置的立体视图。

附图标号说明：

10光学装置

15光学装置

100单体光学模块

110第一全内反射表面

120第二全内反射表面

125第一内光束分离界面

130第三全内反射表面

140第一光端口

145第一准直透镜

150第二光端口

155第二准直透镜

160第三光端口

165第三准直透镜

170第一检光器

180光源

182第一光束

184第二光束

186第三光束

188第四光束

190光纤

20光学装置

200单体光学模块

210第一全内反射表面

220第二全内反射表面

225第一内光束分离界面

230表面

240第一光端口

245第一准直透镜

250第二光端口

255第二准直透镜

260第三光端口

265第三准直透镜

270光源

272第一光束

274第二光束

276第三光束

278第四光束

280检光器

290光纤

30光学装置

300单体光学模块

310第一全内反射表面

320第二全内反射表面

325第一内光束分离界面

330第三全内反射表面

340第四全内反射表面

352第四光端口

354第三光端口

356第一光端口

358第二光端口

362第四准直透镜

364第三准直透镜

366第一准直透镜

368第二准直透镜

372第二检光器

374第一检光器

376光源

380第一光束

382第二光束

384第三光束

386第四光束

388第五光束

390光纤

具体实施方式

概述：

本发明提供一种具有基于全内反射表面的单体光学模块的光学装置。部分的光自例如为VCSEL的光源发射出来，透过至少两个的全内反射表面反射后，再与光纤耦合。自所述光源发射出来的光的至少另一部分被反射至检光器。介于导通至光纤与导通至检光器间的光分离率是依据物理特性被预设为符合特定的需求，所述的物理特性可例如为至少两个全内反射表面的形状及/或方向。由于在所述至少两个全反射表面上的光反射率可为100％，故介于至少两个的全内反射表面的光分离率对于光偏振不敏感。根据此设计，自光源发射出的光能被分离至至少两个检光器。

本发明所提供的单体光学模块可为射出成型且可为全聚合物。依据前述至少两个全内反射表面的结合，不需要额外的构件即可实现所述设计的光转向与光分离。据此，本设计有助于减少组件数量、简化封装复杂度、以及节省制造成本。

此外，依据本发明，可在单体模块中设计并实现任意调整的光分离率。现有技术中利用空气间隙分离光的方法在光分离率大于20％时，会面临极化相依损耗(PolarizationDependentLoss，PDL)的问题。为了在大于20％光分离率的情况下使用所述光学模块，必须利用粗糙的输出表面或其他方法将输出光衰减(dropped)。而相对的，本发明的实施例可实现任意调整的光分离率，且所述光分离率对偏振不敏感。

实施例：

图3显示本发明的一实施例的光学装置10的剖面图。

光学装置10包含单体光学模块100、第一全内反射表面110、相邻第一全内反射表面110的第二全内反射表面120、以及相邻于第二全内反射表面120的第三全内反射表面130。第二全内反射表面120是设置于第一全内反射表面110与第三全内反射表面130之间。其他的表面或结构只要不会阻挡到光束，即可设置于第一全内反射表面110与第三全内反射表面130之间。介于第一全内反射表面110与第二全内反射表面120的界面形成第一内光束分离界面125。如图3所示，第一全内反射表面110的外表面与第二全内反射表面120的外表面于单体光学模块100上形成大致上呈V型的凹部。

单体光学模块100还包含第一光端口140、第二光端口150及第三光端口160。

第一光端口140对准第一内光束分离界面125。第一光束182通过第一光端口140进入单体光学模块100并入射至第一内光束分离接口125上，其中，部分光束透过第一全内反射表面110反射，作为第二光束184朝第一方向行进，而部分光束透过第二全内反射表面120反射，作为第三光束186朝第二方向行进。第二方向大致上与第一方向相反。

第二光端口150对准第一全内反射表面110，据此第二光束184通过第二光端口150离开单体光学模块100。

第三光端口160对准第三全内反射表面130，第三光束186的至少部分光束透过第三全内反射表面130反射，作为第四光束188朝第三方向行进。第四光束188通过第三光端口160离开单体光学模块100。

于一实施例中，光学模块10还可包含对准第一光端口140的光源180。光源180可发射通过第一光端口140进入单体光学模块100的第一光束182。光源180可例如为VCSEL、发光二极管(LED)、雷射二极管或其他类似者。

于另一实施例中，光学装置10还可包含耦合至第二光端口150的光纤190，据此，通过第二光端口150离开单体光学模块100的第二光束184可耦合至光纤190。

于又一实施例中，光学装置10还包含对准第三光端口160的第一检光器170。第一检光器170当第四光束188通过第三光端口160进入或离开单体光学模块100时，可检测第四光束188。

单体光学模块100的光束分离率可依据至少一种物理特性预先设定，所述的物理特性可例如为第一全内反射表面110及第二全内反射表面120中至少一者的形状及/或方向。

于一实施例中，单体光学模块100可由聚合物所组成。换言之，单体光学模块100可为全聚合物单体光学模块。

于一实施例中，光学装置10还可包含第一准直透镜(collimatinglens)145，其耦合于第一光端口140，以准直通过第一光端口140进入或离开单体光学模块100的光束；第二准直透镜155，其耦合于第二光端口150，以准直通过第二光端口150进入或离开单体光学模块100的光束；第三准直透镜165，其耦合于第三光端口160，以准直通过第三光端口160进入或离开单体光学模块100的光束。

于图3中所示的实施型态，光源180发射第一光束182。第一光束182通过第一光端口140进入单体光学模块100，在透过第一准直透镜145准直后，入射至第一内光束分离界面125上。据此，第一光束182分离为以第一方向行进的第二光束184以及以第二方向行进的第三光束186，第二方向大致与第一方向相反。第三光束186入射至第三全内反射表面130，藉以将第三光束186转折一定角度后以第三方向行进，再透过第三光端口160离开单体光学模块100，利用准直透镜165准直离开单体光学模块100的第三光束186，并利用检光器170检测。通过第二光端口150离开单体光学模块100的第二光束184透过第二准直透镜155准直并耦合至光纤190。

图4为显示本发明的另一实施例的光学装置20的剖面图。

光学装置20包含单体光学模块200，单体光学模块200包含第一全内反射表面210及第二全内反射表面220。第一光束272入射至第一全内反射表面210，作为第二光束274以第一方向行进，据此，第二光束274的第一部分透过第二全内反射表面220反射，作为第三光束276以第二方向行进，而第二光束274的第二部分未透过第二全内反射表面220反射，作为第四光束278维持第一方向行进。

于一实施例中，单体光学模块200还包含相邻于第二全内反射表面220的表面230，第二全内反射表面220位于第一全内反射表面210与表面230之间。于某些实施例中，表面230可为全内反射表面，而于其他实施例中，表面230亦可为非全内反射表面。其他的表面或结构可设置第一全内反射表面及第二全内反射表面间，只要所述表面或结构不会阻挡光束。

单体光学模块200的光束分离率可依据至少第二全内反射表面220与表面230中至少一者的至少一物理特性预先设定。

于一实施例中，单体光学模块200还包含第一光端口240、第二光端口250及第三光端口260。当第一光束272通过第一光端口240进入单体光学模块200时，入射至第一全内反射表面210上。第三光束276通过第二光端口250离开单体光学模块200。第四光束278通过第三光端口260离开单体光学模块200。

于一实施例中，光学装置20还可包含对准第一光端口240的光源270。光源270可发射出第一光束272，第一光束272通过第一光端口240进入单体光学模块200。光源270可例如为VCSEL、发光二极管、雷射二极管或其他类似者。

于另一实施例中，光学装置20还可包含对准第二光端口250的检光器280。当第三光束276通过第二光端口250离开单体光学模块200时，检光器280可检测第三光束276。

于又一实施例中，光学装置20还可包含耦合至第三光端口260的光纤290，据此，通过第三光端口260离开单体光学模块200的第四光束278耦合至光纤290。

于一实施例中，光学装置20还可包含第一准直透镜245、第二准直透镜255及第三准直透镜265。在第一光束272通过第一光端口240进入单体光学模块200之前，第一准直透镜245准直第一光束272。在第三光束276通过第二光端口250离开单体光学模块200之后，第二准直透镜255准直第三光束276。在第四光束278离开单体光学模块200后，与光纤290耦合之前，第三准直透镜265准直第四光束278。

于一实施例中，单体光学模块200可由聚合物所组成。换言之，单体光学模块200可为全聚合物单体光学模块。

图5显示本发明之又一实施例之光学装置30的剖面图。

光学装置30包含单体光学模块300，单体光学模块300包含第一全内反射表面310、相邻第一全内反射表面310的第二全内反射表面320、以及相邻于第二全内反射表面320的第三全内反射表面330。第二全内反射表面320是设置于第一全内反射表面310与第三全内反射表面330之间。介于第一全内反射表面310的第二全内反射表面320的界面形成第一内光束分离界面325。如图5所示，第一全内反射表面310的外表面与第二全内反射表面320的外表面于单体光学模块300上形成大致上呈V型的凹部。

单体光学模块300还包含第一光端口356、第二光端口358及第三光端口354。

第一光端口356对准第一内光束分离界面325。第一光束380通过第一光端口356进入单体光学模块300并入射至第一内光束分离界面325上，其中，部分光束透过第一全内反射表面310反射，作为第二光束382朝第一方向行进，而部分光束透过第二全内反射表面320反射，作为第三光束384朝第二方向行进。第二方向大致上与第一方向相反。

第二光端口358对准第一全内反射表面310，据此，第二光束382通过第二光端口358离开单体光学模块300。

第三光端口354对准第三全内反射表面330。第三光束384可至少部分地透过第三全内反射表面330反射，以作为第四光束386于第三方向行进。第四光束386可通过第三光端口354离开单体光学模块300。

如图5所示，单体光学模块300还可包含第四全内反射表面340以及对准第四全内反射表面340的第四光端口352。第三光束384的部分以第二方向行进且不透过第三全内反射表面330反射，而作为第五光束388维持第二方向行进。第五光束388可透过第四全内反射表面340反射，而作为第六光束389以第四方向行进。第六光束389可通过第四光端口352离开单体光学模块300。

于一实施例中，光学装置30还可包含对准第一光端口356的光源376。光源376可发射第一光束380，第一光束380通过第一光端口356进入单体光学模块300。光源376可例如为VCSEL、发光二极管、雷射二极管或其他类似者。

于另一实施例中，光学装置30还可包含耦合至第二光端口358的光纤390，据此，第二光束382通过第二光端口358离开单体光学模块300，并可耦合至光纤390。

于又一实施例中，光学装置30还可包含对准第三光端口354的第一检光器374。当第四光束386通过第三光端口354离开单体光学模块300时，第一检光器374可检测第四光束386。

于再一实施例中，光学装置30还可包含对准第四光端口352的第二检光器372。当第六光束389通过第四光端口352离开单体光学模块300时，第二检光器372可检测第六光束389。

单体光学模块300的光束分离率可依据至少一种物理特性预先设定，所述的物理特性可例如为第一全内反射表面310、第二全内反射表面320及第三全内反射表面330中至少一者的形状及/或方向。

于一实施例中，单体光学模块300可由聚合物所组成。换言之，单体光学模块300可为全聚合物单体光学模块。

于一实施例中，光学装置30还可包含第一准直透镜366，其耦合于第一光端口356，以准直通过第一光端口356进入或离开单体光学模块300的光束；第二准直透镜368，其耦合于第二光端口358，以准直通过第二光端口358进入或离开单体光学模块300的光束；第三准直透镜364，其耦合于第三光端口354，以准直通过第三光端口354进入或离开单体光学模块300的光束；第四准直透镜362，其耦合于第四光端口352，以准直通过第四光端口352进入或离开单体光学模块300的光束。

于图5所示的实施例中，光源376发射第一光端口380。第一光束380在经过第一准直透镜366准直后，通过第一光光端口356进入单体光学模块300，并入射至第一内光束分离界面325上。接着，第一光束380分离为以第一方向行进的第二光束382以及以第二方向行进的第三光束384，第二方向大致上与第一方向相反。第三光束384的第一部分入射至第三全内反射表面330，藉以将第三光束384转折一角度后作为第四光束386以第三方向行进，再透过第三光端口354离开单体光学模块300，并利用第三准直透镜364准直离开单体光学模块300的第四光束386，并利用第一检光器374检测。第三光束384的第二部分未透过第三全内反射表面330反射，作为第五光束388维持第二方向行进，直到入射至第四全内反射表面340。透过第四全内反射表面340的反射，经过反射的第五光束388作为第六光束389以第四方向行进，再透过第四光端口352离开单体光学模块300，并利用第四准直透镜362准直离开单体光学模块300的第六光束389，并利用第二检光器372检测。第二光束382透过第二光端口358离开单体光学模块300，再利用第二准直透镜368准直离开单体光学模块300的第二光束382并耦合至光纤190。

图6显示本发明的一个实施例光学装置10的立体视图。图7显示本发明的另一实施例的光学装置15的立体视图，图7的光学装置15可为图6的光学装置10的变化实施例，其可具有一个不同外形的全内反射表面的外表面以及介于二相邻全内反射表面间包含复数个光束路径(line)的内光束分离界面，以取代图6所示的直线路径。图6与图7显示二个用以形成单体光学模块的立体结构的典型结构，并可于此二光分离架构中实现分光分离率的调整。

如先前配合图3至图5的说明，光束透过单体光学模块中的一个或多个全内反射表面反射，且最终分离至光纤以及一个或多个检光器。介于光纤以及一个或多个检光器间的方分离率可依据物理特性予以设计，所述的物理特性可例如为全内反射表面的形状及/或方向。由于在全内反射表面的光反射率为100％，介于全内反射表面间光分离率对于光偏振完全不敏感。藉由此种设计，自光源所发射出的光可分离至一个或多个检光器。于图5中，来自光源的光分离的进入二个检光器。若将频带滤波器增加到准直透镜与相对应的检光器间，则波长偏移可被监测。

具有多光通道且提供超过一个以上光讯号传送的单体光学模块可依据图3至图5所示的架构予以组装。举例言之，图8显示本发明的一实施例的多信道光学模块的立体视图。多信道光学模块是以图6所示的单信道光学模块100的光分离架构为基础。多信道光学模块包含以下所述的优点以简单的将复数个单信道光学模块置放在一起。第一，透过减少光学模块的类型及数量可大幅降低制造成本。第二，藉由简化的封装流程可降低封装成本。于多信道光学模块中，不需要对每一个组件进行校准、树脂添加(add-resin)、紫外线固化(UV-curing)或热固化。最后，可将多信道光学模块封装成较小的规格。

图9显示本发明的一实施例的单体光学模块的立体视图，其可传送光讯号至具有光功率监测功能的第一光纤，并同时藉由第二光纤接收光讯号。图3至图5所示光分离架构可用于传送光讯号至第一光纤。举例言之，于图9中，图7所示光学模块100可用于将光讯号传送至第一光纤。如图9所示，如VCSEL、费布力-佩若(Fabry-Perot，FP)雷射、或LED的光源发射光至光学模块底部透镜，部分的光透过第一全内反射表面反射再耦合至第一光纤，另一部分的光透过第二全内反射表面反射并行进至第三全内反射表面，再透过第三全内反射表面反射至位于光学模块下方的低速检光器。为接收光讯号，来自第二光纤的输入光讯号耦合至光学模块，光讯号接着透过第一全内反射表面反射至位于光学模块下方的高速检光器。高速检光器可将光讯号转换成高速电讯号据以接收讯息。藉由图9所示光学模块，仅需要一个光学模块以接收光讯号并同时传送另一个具有光功率检测功能的光讯号。此光学模块的封装更为简单、容易地被制造且体积较二个相分离的单信道光学模块为小。据此，可大幅降低成本。

图9显示所述单体光学模块的立体视图，所显示的光耦合架构可扩展为单体光学模块，藉以提供传送超过一个的光讯号并同时接收超过一个的光讯号。

尽管以上揭露了部分的实施例，但并非用以限制本发明的范围。本发明技术领域中具有通常知识者均可在不违背本创作的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变化。因此，本创作的权利保护范围，应如权利要求书所述。

Claims (20)

1.一种具有基于全内反射表面的单体光学模块的光学装置，包含：

单体光学模块，所述的单体光学模块包含：

第一主表面；

第二主表面，不同于该第一主表面；

第一全内反射表面；以及

第二全内反射表面，其相邻于所述的第一全内反射表面，所述第一全内反射表面的外表面与所述第二全内反射表面的外表面在所述的单体光学模块上形成大致上呈V型的凹部；以及

第三表面，其相邻于所述第二全内反射表面，所述第二全内反射表面介于所述第一全内反射表面与所述第三表面之间，所述第一全内反射表面的外表面与所述第二全内反射表面的外表面以及所述第三表面在所述的单体光学模块上大致上呈Z型,

其中，所述的第一全内反射表面与第二全内反射表面，以及所述的第一主表面与所述的第二主表面配置成使得当至少一束第一输入光束从对准所述的V型的凹部位置通过所述第一主表面进入所述单体光学模块时，至少一束所述的第一输入光束的第一部分透过所述第一全内反射表面反射，作为至少一束的第一光束以第一方向行进，并作为至少一束的第一输出光束，通过所述第二主表面离开所述的单体光学模块，至少一束所述的第一输入光束的第二部分透过所述第二全内反射表面反射，作为至少一束的第二光束以不同于第一方向的第二方向朝第三表面行进。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述单体光学模块的光束分离率是依据所述的第一全内反射表面及第二全内反射表面中至少一者的至少一个物理特性预先设定的。

3.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述的至少一个物理特性包含所述的第一全内反射表面或第二全内反射表面的外形及方向。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述单体光学模块是由聚合物所组成。

5.根据权利要求1所述的光学装置，还包含：

至少一个对准所述V型的凹部光源，每一所述光源各自发射所述的第一输入光束，所述第一输入光束通过所述第一主表面进入所述单体光学模块；

至少一个第一光纤，每一个所述的第一光纤配置成使得当至少一束所述的第一输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块时，光耦合至各所述的第一输出光束；

复数个第一准直透镜，每一个所述的第一准直透镜配置成使得当至少一束所述的第一输入光束进入所述的单体光学模块，准直各所述第一输入光束；以及

复数个第二准直透镜，每一个所述的第二准直透镜配置成使得当至少一束所述的第一输出光束离开所述的单体光学模块时，准直各个第一输出光束。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述的第三表面包括第三全内反射表面,且所述的第三全内反射表面配置成反射至少一束所述的第二光束，作为至少一束第二输出光束以第三方向行进，通过所述第一主表面离开所述单体光学模块，还包含：

至少一个第一检光器，每一个所述的第一检光器配置成使得当至少一束所述的第二输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述的第二输出光束；以及

复数个第三准直透镜，每一个所述的第三准直透镜配置成使得当至少一束所述的第二输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述的第二输出光束。

7.根据权利要求6所述的光学装置，还包含：

第四全内反射表面，所述第三全内反射表面介于所述第二全内反射表面与所述第四全内反射表面之间，所述的第四全内反射表面配置成反射所述至少一束的第二光束的第一部分，据此，至少一束所述的第二光束的第一部分，作为一束或更多束的第三输出光束以第四方向行进，通过所述的第一主表面离开所述的单体光学模块；

至少一个第二检光器，每一个所述第二检光器配置成使得当至少一束所述的第三输出光束通过所述的第一主表面离开所述的单体光学模块时，检测各所述的第三输出光束；以及

复数个第四准直透镜，每一个所述的第四准直透镜配置成使得当至少一束所述的第三输出光束离开所述的单体光学模块时，准直各所述的第三输出光束。

8.根据权利要求1所述的光学装置，还包含：

至少一个第二光纤，其耦合至所述的单体光学模块，用以将至少一束第二输入光束输入至所述的单体光学模块，据此，所述的至少一束第二输入光束通过所述的第二主表面进入所述的单体光学模块，并透过所述的第一全内反射表面反射，作为一束或更多束的第四输出光束以第五方向行进；

至少一个检光器，每一个所述的检光器配置成使得当至少一束所述的第四输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第四输出光束；

复数个第五准直透镜，每一个所述的第五准直透镜配置成使得当至少一束所述的第二输入光束进入所述的单体光学模块时，准直各所述第二输入光束；以及

复数个第六准直透镜，每一个所述的第六准直透镜配置成使得当至少一束所述的第四输出光束离开所述的单体光学模块时，准直各所述第四输出光束。

9.一种具有基于全内反射表面的单体光学模块的光学装置，包含：

单体光学模块，包含：

第一主表面；

第二主表面；

第一全内反射表面；

第二全内反射表面，其相邻于所述的第一全内反射表面，所述的第一全内反射表面的外表面与所述第二全内反射表面的外表面在所述的单体光学模块上形成大致上呈V型的凹部；以及

第三全内反射表面，其相邻于所述的第二全内反射表面，据此，所述的第二全内反射表面介于所述第一全内反射表面与所述第三全内反射表面之间，

其中，所述的第一全内反射表面、第二全内反射表面、第三全内反射表面，以及所述的第一主表面与第二主表面配置成使得当至少一束第一输入光束从对准所述V型的凹部的位置通过所述第一主表面进入所述单体光学模块时，至少一束所述的第一输入光束的第一部分透过所述的第一全内反射表面反射，作为一束或更多束的第一光束以第一方向行进，并作为一束或更多束的第一输出光束，通过所述的第二主表面离开所述的单体光学模块，至少一束所述的第一输入光束的第二部分透过所述第二全内反射表面反射，作为一束或更多束的第二光束以第二方向行进，以及

其中以第二方向行进的至少一束所述的第二光束，透过所述的第三全内反射表面反射并以第三方向行进，且作为一束或更多束的第二输出光束，通过所述的第一主表面离开所述单体光学模块。

10.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，所述的单体光学模块的光束分离率是依据所述第一全内反射表面及所述第二全内反射表面中至少一者的至少一个物理特性预先设定的，所述的至少一个物理特性包含所述第一全内反射表面或所述第二全内反射表面的外形及方向。

11.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，所述单体光学模块是由聚合物所组成。

12.根据权利要求9所述的光学装置，还包含：

至少一个对准所述V型的凹部的光源，每一个所述的光源发射各自所述的第一输入光束，并通过所述的第一主表面进入所述的单体光学模块；

至少一个第一光纤，每一个所述的第一光纤配置成使得当至少一束所述的第一输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块时，光耦合至各该第一输出光束；

至少一个第一检光器，每一个所述的第一检光器配置成使得当至少一束所述束的第二输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述的第二输出光束；

复数个第一准直透镜，每一个所述第一准直透镜配置成使得当至少一束所述的第一输入光束进入所述单体光学模块，准直各所述第一输入光束；

复数个第二准直透镜，每一个所述第二准直透镜配置成使得当至少一束所述的第一输出光束离开所述的单体光学模块，准直各个第一输出光束；以及

复数个第三准直透镜，每一个所述第三准直透镜配置成当至少一束所述的第二输出光束离开所述的单体光学模块时，准直各所述第二输出光束。

13.根据权利要求9所述的光学装置，还包含：

介于所述的第二全内反射表面与第三全内反射表面之间的第四全内反射表面，所述第四全内反射表面配置成反射至少一束第二光束的第一部分，据此，所述至少一束第二光束的第一部分，作为一束或更多束的第三输出光束以第四方向行进，通过所述的第一主表面离开所述的单体光学模块；

至少一个第二检光器，每一个所述的第二检光器配置成使得当至少一束所述的第三输出光束通过所述的第一主表面离开所述的单体光学模块时，检测各所述第三输出光束；以及

复数个第四准直透镜，每一个所述第四准直透镜配置成使得当至少一束所述的第三输出光束离开所述的单体光学模块时，准直各所述第三输出光束。

14.根据权利要求9所述的光学装置，还包含：

至少一个第二光纤，其耦合至所述单体光学模块，用以将至少一束第二输入光束输入至所述的单体光学模块，据此，至少一束所述的第二输入光束通过所述第二主表面进入所述的单体光学模块，并透过所述第一全内反射表面反射，作为一束或更多束的第四输出光束以第五方向行进；

至少一个检光器，每一个所述检光器配置成使得当至少一束所述的第四输出光束通过所述第一主表面离开所述的单体光学模块时，检测各所述的第四输出光束；

复数个第五准直透镜，每一个所述第五准直透镜配置成使得当至少一束所述的第二输入光束进入所述的单体光学模块时，准直各所述第二输入光束；以及

复数个第六准直透镜，每一个所述第六准直透镜组构成，当至少一束所述的第四输出光束离开所述的单体光学模块时，准直各所述第四输出光束。

15.一种具有基于全内反射表面的单体光学模块的光学装置，包含：

单体光学模块，包含：

第一主表面；

第二主表面，不同于第一主表面；

第一全内反射表面；

第二全内反射表面；以及

第三表面，

其中，所述的第一全内反射表面、第二全内反射表面、第一主表面、所述第二主表面与第三表面，通过其形状结构的配置使得当至少一束第一输入光束从对准所述的第一全内反射表面的位置通过所述第一主表面进入所述的单体光学模块时，至少一束所述的第一输入光束透过所述第一全内反射表面反射，作为至少一束第一光束以第一方向行进，

其中，至少一束所述的第一光束的第一部分透过所述第二全内反射表面反射，并以第二方向行进，且作为一束或更多束的第一输出光束，通过所述第一主表面离开所述的单体光学模块，以及

其中，第三表面与第二全内反射表面形成V型结构，以及所述的V型结构与第一全内反射表面的结构配置，至少一束所述的第一光束的第二部分未透过所述第二全内反射表面反射，沿着V型结构的边缘并维持以第一方向行进，且作为一束或更多束的第二输出光束，通过所述的第二主表面离开所述单体光学模块。

16.根据权利要求15所述的光学装置，其特征在于，所述的单体光学模块的光束分离率是依据所述第二全内反射表面的至少一个物理特性预先设定。

17.根据权利要求15所述的光学装置，其特征在于，所述的至少一个物理特性包含所述第二全内反射表面的外形及方向。

18.根据权利要求15所述的光学装置，其特征在于，所述单体光学模块是由聚合物所组成。

19.根据权利要求15所述的光学装置，还包含：

至少一个对准所述第一全内反射表面的光源，每一所述的光源发射各所述的第一输入光束，并通过所述第一主表面进入所述的单体光学模块；

至少一个第一检光器，每一个所述的第一检光器配置成使得当至少一束所述的第一输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第一输出光束；

至少一个第一光纤，每一个所述的第一光纤配置成使得当至少一束所述的第二输出光束，通过所述第二主表面离开所述单体光学模块时，光耦合至各所述的第二输出光束；

复数个第一准直透镜，每一个所述第一准直透镜配置成使得当至少一束所述的第一输入光束进入所述单体光学模块，准直各所述第一输入光束；

复数个第二准直透镜，每一个所述第二准直透镜配置成使得当至少一束所述的第一输出光束离开所述单体光学模块，准直各个第一输出光束；以及

复数个第三准直透镜，每一个所述第三准直透镜组构成，当至少一束所述的第二输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第二输出光束。

20.根据权利要求15所述的光学装置，还包含：

第三全内反射表面，其相邻于所述的第二全内反射表面；

至少一个第二光纤，其耦合至所述的单体光学模块，用以将至少一束第二输入光束输入至所述的单体光学模块，据此，至少一束所述的第二输入光束通过所述第二主表面进入所述的单体光学模块，并透过所述第三全内反射表面反射，作为一束或更多束的第三输出光束以第三方向行进；

至少一个检光器，每一个所述检光器配置成使得当至少一束所述的第三输出光束通过所述第一主表面离开所述单体光学模块时，检测各所述第三输出光束；

复数个第四准直透镜，每一个所述的第四准直透镜配置成使得当至少一束所述的第二输入光束进入所述单体光学模块时，准直各所述第二输入光束；以及

复数个第五准直透镜，每一个所述的第五准直透镜配置成使得当至少一束所述的第三输出光束离开所述单体光学模块时，准直各所述第三输出光束。