3-1 蝶式雷射模組結構 3-1-1 內部結構
蝶式雷射模組的內部重要的結構如下 (1)雷射(Laser diode):
雷射依通訊應用的需求可以做不同的調整，如在長距離光通訊應 用中，常使用性能較好但價格較貴的 DFB (Distributed Feed-Back) 雷射，DFB 雷射有良好的模態輸出，因其內部架構有設計光柵，
使得模態為單模輸出，且 MSR 大於 30 dB，適合應用於長距離的 光通訊中，而 FP (Fabry-Perot) Laser 其成本較低，但輸出為多 模，長距離傳輸會有色散效應，故適合應用於短距離傳輸。[1-15]
(2)檢光器(Photo Detector)
檢光器主要是在檢測雷射的功率是否操作正常，倘若功率太高或 太低，檢光器可配合迴授電路調整驅動雷射的電流大小，使得雷 射輸出功率較穩定。
(3)光纖(Fiber)
在電訊號轉換成光訊號經由雷射輸出之後，必須透過光纖來進行 光訊號的傳遞，而光纖與雷射之間的耦光對準是構裝雷射模組的
過程中最困難的部分。
(4)光纖套管(Fiber Ferrule)
光纖與雷射之間的固定結合通常都是使用雷射銲接，但要獲得較 佳的雷射銲接結果，銲接物最好是相同的金屬材料，光纖本身是 屬於非金屬，因此與金屬材料不能直接使用雷射銲接，因此設計 一金屬材料包覆光纖稱之光纖套管，其為圓柱型且內部中空可放 置光纖，光纖與光纖套管間可用錫銲固定。利用光纖套管固定光 纖並配合雷射銲接，可以順利的將雷射模組構裝流程自動化。
(5)馬鞍(Saddle Shaped Clip)
馬鞍目的為固定光纖套管在基板上的特定位置使得與雷射之間的 耦光對準達到最佳的耦光效率。
(6)光隔離器(Isolator)
光在光纖中傳輸時，有時會因光纖的彎曲造成光訊號逆傳的現 象，而這種現象將會干擾並降低光功率，因此光隔離器的目的就 是在隔離這些逆向傳輸的光訊號，避免對光功率的輸出造成不良 的影響，使得傳輸距離變短，一般來說，光隔離器較常使用在遠 距離的光通訊元件中，而傳輸距離較短的雷射模組則可視情況而 不放置光隔離器以節省雷射模組成本。
(7)透鏡(Lens)
DFB 雷射與 FP 雷射的發光場型都屬於發散的形式，因此需要透 鏡來聚焦，使得耦光效率提高。
(8)熱敏電阻(Thermistor)
利用環境中不同的溫度造成熱敏電阻其阻抗的改變，當施加偏壓 時會產生不同電流，藉由迴授機制來達到雷射模組溫度上的控制。
(9)致冷器(Thermoelectric Cooler)
利用電子傳熱效應將雷射所產生的熱能帶走，使得雷射能操作在 適當的工作溫度下，保持穩定的功率輸出。
圖 3.1 蝶式雷射模組側視圖
應用在傳輸距離較短或都會網路中的雷射模組，基於成本與訊號 品質的考量，可以在設計上省略光隔離器與透鏡，這樣不但可以減少 材料的成本，亦可節省耦光對準的成本，因為當模組中放置光隔離器 與透鏡時，每個光學元件間都必須要耦光對準，因此相當費時，所以 耦光成本會較高。
圖 3.2 應用於都會網路的蝶式雷射模組結構
3-1-2 外部結構與尺寸
如圖 3.3 所示為蝶式雷射模組外部構造與尺寸，其兩側各有 7 個 pin 腳，看起來類似蝴蝶，故稱之蝶式構裝，圖 3.4 為其腳位定義。
(以 NEC 產品 NX8571 Series 為例)
圖 3.4 腳位定義表
3-2 蝶式雷射模組之構裝流程 蝶式構裝流程如下:
(1)用錫銲將光纖固定於光纖套管內，而在固定的過程中，要避免錫 污染光纖套管表面。
(2)將致冷器放入蝶式模組之中(如圖 3.5)。
圖 3.5 將致冷器放入蝶式模組 Thermoelectric Cooler Butterfly Box
(3)在次載具上完成雷射、檢光器與熱敏電阻的配置，再將次載具放 置於致冷器上方(如圖 3.6)。
4)開啟壓縮機(Compressor)，將空氣輸入防震光學桌，並注意壓縮機 洩油之狀況，並開啟風扇避免壓縮機過熱。
圖 3.6 將雷射放入蝶式模組
Laser Diode Chip Thermoelectric Cooler
(5)開啟監視器與光功率計(如圖 3.7)
圖 3.7 監視器與光功率計
光功率計(圖 3.8)的功能是量測不同波長下所傳送的光功率，配合光 纖檢光器(圖 3.9)可以量測到雷射模組透過光纖輸送出來的耦光功 率。由於整個雷射模組相當的小，且位於封閉式的雷射銲接主機內，
因此需要透過 CCD 與監視器操作整個構裝流程。
Monitor
Power Meter
圖 3.8 光纖檢光器(Fiber Optic Detector) Model 818-IS-1 (可量測的波長範圍為 400nm 到 1650nm)
圖 3.9 光功率計(Power Meter) Model 1835
(可量測功率範圍為 2fW 至 2W，波長範圍 190 至 1800nm) (6)開啟電腦控制主機與雷射輸出主機並進入軟體控制端，並將蝶式
模組置入雷射銲接工作機台之中(圖 3.10)。
(7)使用光纖載具(Fiber Loader)將光纖置入雷射銲接工作機台之中，並 且用氣動夾將之固定(圖 3.11、3.12)。
圖 3.10 將蝶式模組置入雷射銲接工作機台之中 Laser Diode
圖 3.11 利用光纖載具將光纖置入蝶式模組 Pneumatic
Tweezers
Fiber Ferrule
Fiber Loader
Fiber Ferrule Fiber
圖 3.12 氣動夾固定住光纖示意圖
(8)利用耦光平台調整雷射模組與光纖的相對位置，先進行初步的粗 調耦光，然後再進行細微耦光，耦光的動作執行是由 PCS (Process Control System) 這套軟體所執行。
(9)耦光完成之後，用光學鑷子將馬鞍放置在光纖套管上(圖 3.13)。
Fiber Ferrule
Saddle Shaped
Clip
LD Pneumatic Tweezers
(10)放置完馬鞍之後，必須再進行一次耦光動作，其原因為放置馬鞍 時，光纖與雷射之間的最佳耦光位置會受到影響而產生位移，因此 必須再進行一次細微耦光，圖 3.14 為鞍放置在光纖套管上的俯視 圖。
圖 3.14 馬鞍放置在光纖套管上的實際俯視圖 Laser Diode
Fiber Ferrule
Saddle Shaped
Clip
(11)馬鞍放置完成後則是進行雷射銲接，雷射銲接的前六個銲點主要 是固定馬鞍與基板，雷射每次發射會完成兩個銲點，所以一共會進行 三次的銲接動作，完成馬鞍與基板的銲接後，接著是銲接光纖套管與 馬鞍，馬鞍與光纖套管之間一共有四個銲點，而光功率的損失在此步 驟損失最多。圖 3.15 為雷射銲接馬鞍與基板的立體示意圖，圖 3.16 為實際雷射銲接完成的情形
。
圖 3.15 雷射銲接固定馬鞍與基板
圖 3.16 實際雷射銲接完成的情形
(數字代表銲接的順序，1 至 3 是銲接馬鞍與基板，4-5 則是銲接馬鞍 與光纖套管)
(12)雷射銲接完成之後，則是量測模組的光功率等特性，再進行氣密 封裝，然後完成整個蝶式雷射模組的製作流程。
圖 3.17 氣密封裝完成的蝶式雷射模組
以上是整個蝶式雷射模組的構裝流程，但在實際的實驗上，必須 使用特殊的設計節省材料費用(圖 3.18)，其設計的方式主要為在次載 具上與基板之間用螺釘固定，當銲接完成後，可以鬆開螺釘取下基 板，用這樣的設計可以重複使用同一雷射，只需換上不同的基板，便
可以重複多次實驗，如此將可以省下購置大量雷射做實驗的成本，圖 3.19 為實驗完成後的成品。
圖 3.18 實驗用的雷射模組架構
圖 3.19 銲接完成的完成的成品