專利名稱：光導(dǎo)光纖及其同軸半導(dǎo)體光源與檢光器共構(gòu)的光導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用于通信的光纖及其光源和檢光器共構(gòu)的同軸光導(dǎo) 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
公元2500年前人類發(fā)現(xiàn)玻璃，直至羅馬時(shí)代才把玻璃抽成細(xì)絲來用。 在1950年代醫(yī)學(xué)界以這些棵絲玻璃成束來傳導(dǎo)影像，希望做成內(nèi)視鏡;但漏 光太大而傳不清影像，因這些棵絲玻璃純度低且是以外部折射率較低的空 氣估文全反射層。1956年Dr.Narinder Singh Kapany首先杜撰"fiber optical" 光纖這個(gè)名字，當(dāng)時(shí)是為了在棵玻璃絲上更精確地包了 一層折射率較低的 玻璃材料做外殼，其可控地造成全反射并避免光漏出去而達(dá)到光纖更完全 傳光及影像，以做內(nèi)視鏡的目的。從此，光纖即以折射率高低不同而分成 內(nèi)外兩層，并以整個(gè)直徑作導(dǎo)光所需折射率分布為底的依據(jù)去設(shè)計(jì)及產(chǎn)制 各種光纖。原在內(nèi)部折射率較高的棵絲玻璃成為導(dǎo)光的主要部份并以光纖 核心core稱之，外部折射率較低的外殼稱為光纖的cladding纖殼并沿用至 今。而大家公眾所接受其以光線在光纖中以全反射屈曲前進(jìn)的"光線理論"， 其幾何光學(xué)物理描述也沿用至今。
圖1表示習(xí)知光纖結(jié)構(gòu)，101部分為光纖核心，102為光纖纖殼。圖 2-l，2-2，2-3為光線在光纖中傳導(dǎo)圖，圖2-3為多模態(tài)階射率MULTIMODE STEP-INDEX光纖，圖2-2為多模態(tài)斜(漸變折射率)射率MULTIMODE GRADED-INDEX光纖，圖2-1為單模態(tài)SINGLE-MODE光纖。以上各種 光纖也皆因初始以玻璃抽絲時(shí)，而自然成為圓形狀波導(dǎo)所一再發(fā)展的結(jié)果; 然在1963年英國STL KARBOWIAK曾提出彈性薄膜波導(dǎo)理論FLEXIBLE THIN-FILM WAVEGUIDE,其雖能以平層波導(dǎo)SLAB WAVEGUIDE的極薄 電介質(zhì)結(jié)構(gòu)來傳送單模態(tài)光波，但因光在由框支持的電介質(zhì)薄膜周圍空間 傳播如圖3-1所示，由于薄膜301和其上下空氣介質(zhì)302折射率差極大，薄 膜若非極薄，無法達(dá)成實(shí)用的傳送損失值，因此放棄此種作法。
同樣如圖3-1的平層波導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)，1968年R.A.KAPLAN美國發(fā)明專利 US 3386787的"MACROSCOPIC OPTICAL WAVEGUIDES"及美國貝爾通信 實(shí)驗(yàn)室MARCTILI等人于1970年的發(fā)明專利US 3659916"SINGLE-MODE DIELECTRIC WAVEGUIDE"直接以平層結(jié)構(gòu)的單模態(tài)波導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傳播結(jié) 果，如圖3-2所示。1974年康寧玻璃公司KECK等人獲得美國發(fā)明專利的
US 3806223"PLANAR OPTICAL WAVEGUIDE"亦完成平層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其 相關(guān)的制造方法。由于之前，1964年英國STL華喬高錕，CHARLES K.KAO 及GEORGE ROCKHAM放棄薄膜波導(dǎo)而傾向改用單模態(tài)圓形波導(dǎo)光纖后， 于1966年經(jīng)詳查研究玻璃中的損失要因后，提出將來改良制造技術(shù)并使玻 璃中引起損失要因的過渡金屬離子成分低于lppm,即可使吸收損失降為 20dB/Km以下，并可做為遠(yuǎn)距離通信用的低損失光纖維。此理論隨后幾年 獲得證實(shí);而因此其決定成為光纖制造發(fā)展的方向，并即掀啟光纖通信的大幕。
制造以上傳統(tǒng)習(xí)知光纖常用的方法是先制造預(yù)型體PREFORM，此預(yù)型 體的橫截面結(jié)構(gòu)和最后所要抽絲完成的細(xì)小光纖橫截面結(jié)構(gòu)一致即可。
通信用玻璃(石英)光纖的制造過程， 一般包括先制成上述橫截面預(yù)形體 Preform md(棒)及再抽絲Drawing兩技術(shù)。以目前已成熟穩(wěn)定的光纖制造技 術(shù)而言，光纖在抽絲成細(xì)小直徑如常用125微米或其它規(guī)格之前，都以放
先行放大制造。然后再放入高溫爐;抽成細(xì)絲、。這是光纖制造的兩大步::
所以所有不同種類的光纖內(nèi)部折射率分布和傳播特性所需的各項(xiàng)設(shè)計(jì)如材 料選用、幾何結(jié)構(gòu)安排、光學(xué)特性、，.等考慮都在預(yù)型體制成時(shí)大致己定。 因此預(yù)型體制造技術(shù)是光纖制造技術(shù)的核心及關(guān)鍵技術(shù)。
近二十年來，己為大家所熟知的光纖預(yù)形體制造技術(shù)主要分成兩大類 的四種方法。兩大類分別為內(nèi)沉積方法IVPO Inside Vapor-Phase Oxidation process和外;冗積、方法OVPO Outside Vapor-Phase Oxidation process 。 內(nèi)'沉,只 方法又有MCVD(Modified Chemical Vapor D印osition即改良式化學(xué)氣相沉 積法)及PCVD(Plasma-activated Chemical Vapor Deposition即電漿激勵(lì)化學(xué) 氣相沉積法)。2004年有我國人楊春足所發(fā)明中國臺(tái)灣專利第1261073號 VLSD —種直立大量同步管內(nèi)沉積的光纖預(yù)型體制造方法，可大量制造光纖 預(yù)型體。
外沉積方法又有OVD(Outside Vapor Deposition即夕卜沉積法)及 VAD(Vapor-phased Axial Deposition即軸向化學(xué)氣相沉積法)等共多種預(yù)型體
通信用的光纖是一種具有傳送電磁(°光;波從一端點(diǎn)至另 一遠(yuǎn)端、的能力。 如前所述，傳統(tǒng)的光纖是條細(xì)長均勻透明的材料;但沿著其橫截面具有折射 率變化的安排。例如其較高折射率中心的核心部位被有較低折射率的纖殼 部位所包住。如此的光纖可從純硅纖殼的熔硅材質(zhì)，包住己摻雜的硅材使 其折射率提高的核心而制成。則光在核心被限制住，并以發(fā)生在界于核心 及纖殼間的全反射傳送。通常此類型光纖都含有高于一種模態(tài)的光波被限 制在核心內(nèi)傳導(dǎo)，稱為多模態(tài)，而各模態(tài)以不同路徑速度傳導(dǎo)，這常使輸
出端光脈沖寬PULSE WIDTH變寬，稱為色散DISPERSION。
此種多模態(tài)色散其結(jié)果為群延主因，使頻寬降低。因此有以拋物線形 核心結(jié)構(gòu)的斜射率分布型光纖GRADED INDEX MULTIMODE OPTICAL FIBER將各種不同速度的模態(tài)以自我聚焦方式an optical self-focusing如圖 2-2所示來提高頻寬的方法;但因拋物線形核心結(jié)構(gòu)的折射率分布在制作上， 當(dāng)從軸心最高折射率在摻雜量往外增加距離而逐漸降低摻雜量時(shí)，控制在 摻雜量設(shè)備精確度、復(fù)現(xiàn)性及復(fù)雜度的問題及漸變折射率間產(chǎn)生的漣紋 ripple,皆難以符合理論設(shè)計(jì)上的最佳頻寬表現(xiàn)。最后，為了使各模態(tài)速度 一致而成為同時(shí)出發(fā)且同時(shí)到達(dá)遠(yuǎn)端的通信目的，不得不采取讓核心縮小 至只剩唯一 即基本模態(tài)的光被限制在核心內(nèi)傳導(dǎo)的方式來消除模態(tài)分散,
即成為單模態(tài)光纖。
除了極短距離使用多模態(tài)斜射率光纖如LAN網(wǎng)絡(luò)外;至今，用在通信的 光纖市場有90。/。以上為單模態(tài)光纖，可見單模態(tài)光纖為光纖通信的主要產(chǎn) 品。但在單模態(tài)光纖內(nèi)，主要傳送光波的媒材核心;其面積卻只占全體光纖 面積的1%，其余99%只用做全反射的反射層及強(qiáng)度支撐用，十分可惜!在 考慮光纖強(qiáng)度及接續(xù)操作容易的條件下，不去改變傳統(tǒng)光纖外徑125|im時(shí)， 可發(fā)現(xiàn)單模態(tài)光纖內(nèi)還有許多可用的面積存在，理應(yīng)充分加以利用。例如 提高單模態(tài)光纖的光通量以提供接收端更多的光子能量供應(yīng)，增加接收端 的功率能量來源，以使相同靈敏度的檢光器可以移至更遠(yuǎn)距離的接收機(jī)使
以;低系統(tǒng)成本?；騣^低靈;度檢光器降低k ii本并增長通信距離:'、
以免浪費(fèi)精純的半導(dǎo)體資源。
光纖通信除了要求系統(tǒng)成本效益外，也期望使用完美無缺的產(chǎn)品。在 數(shù)十年來親身從事光纖制造經(jīng)驗(yàn)，尤其在以內(nèi)沉積法制程去熔縮預(yù)型體后 的許多光纖制造經(jīng)驗(yàn)來看，不論是單模態(tài)光纖或多模態(tài)光纖在折射率分布 中心皆有凹陷的問題產(chǎn)生如圖4-1,4-2所示。
圖4-1為單模態(tài)光纖折射率分布中心凹陷，圖4-2為斜射率分布中心凹 陷。以目前光纖預(yù)型體主要制造方法中的MCVD、 PCVD、 OVD及VAD法 中的前三種方法，皆存有此缺點(diǎn)。因MCVD和PCVD法在完成約數(shù)百千層 內(nèi)沉積步驟(此時(shí)尚存有中空狀態(tài)，稱為預(yù)型管PREFORMTUBE)并進(jìn)行熔 縮后、及OVD法在完成約數(shù)百千層外沉積步驟并進(jìn)行脫水及透明化后(此 時(shí)尚存有一小中空孔狀態(tài)，亦可稱為預(yù)型管)，其中空尚未成實(shí)心部分的沉 積層的Ge0.sub.2摻雜材料因大量揮發(fā)出去，而造成折射率分布中心凹陷， 常困擾本人的思維至今。
通常GeO.sub.2摻雜核心層是為了增加折射率。但當(dāng)施以更高于沉積溫 度的熔縮或透明化制程，常使其揮發(fā)而降低其在純硅中的濃度，也就無法
達(dá)到原預(yù)期的折射率值。因此不論是單模態(tài)光纖或多模態(tài)光纖的折射率分 布中心凹陷，都不利于光纖的傳輸特性。這全非以上三種光纖預(yù)型體制程 的缺點(diǎn);而是傳統(tǒng)以直徑為導(dǎo)光折射率分布的全反射光路為依據(jù)時(shí)，其折射 率分布中心的較高折射率部分，剛好在制造時(shí)暴露在長時(shí)間高溫加熱的實(shí)
際最后制程而產(chǎn)生GeO.sub.2參雜高溫?fù)]發(fā)，而引起折射率分布中心凹陷的 錯(cuò)誤。
傳統(tǒng)以直徑為導(dǎo)光折射率分布的依據(jù)制造光纖，除了引起折射率分布 中心凹陷外;以內(nèi)沉積法做預(yù)型體制程的MCVD及PCVD法在完成所有沉 積層步驟成為上述還尚屬空心的預(yù)型管后，常因無法立刻做預(yù)型體品管量 測及抽絲，而影響制造效率。因最內(nèi)部還尚屬空心的核心層在熔縮 COLLAPSE前沒受到保護(hù)，容易在各操作過程時(shí)污染以至抽絲、成實(shí)心后 影響損失特性甚大。而且為了提高折射率目的所摻雜二氧化銬的參雜濃度， 是由外往內(nèi)逐漸增加，至最中心的核心層為最高摻雜濃度。由外往內(nèi)層的 材料膨漲系數(shù)因而逐漸增大而止于中空的開放部分。此種預(yù)型管內(nèi)外層材 料膨漲系數(shù)不均的情形，常因制程變化或環(huán)境溫差的變化過大造成嚴(yán)重龜 裂。因此必須直接熔縮成實(shí)心才能移出品管量測及抽絲，造成許多問題。
折射率分布中心凹陷而降低頻寬的情形，在多模態(tài)光纖十分普遍;尤其 是在LAN網(wǎng)絡(luò)多模態(tài)的斜射率光纖特別嚴(yán)重，雖然有發(fā)展技術(shù)將激光射入 核心較外環(huán)部分或使用中空的環(huán)形核心光纖RING CORE HOLLOW FIBER 的方法，即避免受中心折射率凹陷影響波導(dǎo)不完全的彌補(bǔ)方法，但只是過 渡性暫用己布放至管道光纖的方法，并無法徹底提高頻寬。在單模態(tài)光纖 方面，因其只有極小直徑的核心部位，折射率凹陷部分占整體折射率不均 比例甚大，影響更是嚴(yán)重。此雖有折射率分布中心凹陷補(bǔ)償?shù)募夹g(shù);但皆耗 時(shí)費(fèi)功且并不盡理想。
單模態(tài)光纖的高頻寬傳輸特性無疑是光纖通信最高質(zhì)量的主要產(chǎn)品。 但是單模態(tài)光纖卻只有極小直徑的核心部位可供傳送光能，目前傳統(tǒng)習(xí)知 單模態(tài)光纖核心光通量極低，為了傳送更遠(yuǎn)距離，皆以較大功率的激光光 源聚焦縮小光點(diǎn)進(jìn)入光纖核心來達(dá)到目的;且其側(cè)射型強(qiáng)光激光如圖5所示 的橢圓形光輻射波形505聚焦進(jìn)入圓形微小核心結(jié)構(gòu)，不符自然法則，致 浪費(fèi)功率且需增加控制電路費(fèi)用及冷卻高電流產(chǎn)生高溫的裝置，增加系統(tǒng) 成本。圖5的501為電41, 502為基板，503為作用層，504為發(fā)光區(qū)域， 506為Si02絕緣層。
面射型激光光源VCSEL如圖6所示的圓形出射波雖能與圓形核心匹 酉己;但因上下所做分布的布拉格反射鏡DBR光柵極細(xì)層的沉積層或磊晶成 長層601及605,因高折射率及A/4低折射率材料磊晶層在組件被順偏時(shí)， 通過這些極細(xì)層的電壓降，特別是異質(zhì)接面，其伴隨的能帶的不連續(xù)會(huì)妨
礙電流流動(dòng)。此引起的不穩(wěn)定電流不利于功率的提升致無法做高功率的輸 出，無法取代側(cè)射型激光。因此側(cè)射型激光的橢圓形光輸出匹配圓形核心 仍然是不符自然法則的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述先前技術(shù)的背景依據(jù)所制造的傳統(tǒng)習(xí)用光纖及其光源和檢光
器，其有下列六項(xiàng)缺點(diǎn)；致習(xí)知光纖通信系統(tǒng)的光纖、光源及檢光器無法發(fā) 揮最自然匹配的整合效果
一、 使用MCVD、 PCVD及OVD等方法制造習(xí)知光纖皆無法制造出折 射率分布中心完美的事實(shí)。因己沉積完成最高折射率分布中心附近數(shù)層，
尚在空心的軸心區(qū)域，高溫使中空逐漸收縮成實(shí)心的制程，讓毫無遮蔽保 護(hù)的沉積層中，其內(nèi)部提高折射率的GeOsub.2參雜材料，因大量揮發(fā)出去 而降低了預(yù)定的折射率，造成折射率分布中心凹陷;產(chǎn)生中心導(dǎo)光不全的缺 點(diǎn)。
二、 預(yù)型管內(nèi)層曝露無法預(yù)先品管且浪費(fèi)熔縮制程成本。使用MCVD 及PCVD等內(nèi)沉積方法制造習(xí)知光纖預(yù)型體時(shí)，當(dāng)己沉積完成最高折射率 分布中心附近數(shù)層后，因尚屬空心的原預(yù)定軸心區(qū)域?qū)?，在未?jīng)熔縮成實(shí) 心的預(yù)型體前，除非十分嚴(yán)苛的溫度環(huán)境保護(hù);否則難于移至普通環(huán)境做折 射率分布量測以預(yù)先品管。尤其是MCVD及PCVD法此時(shí)的預(yù)型管中空部 分內(nèi)徑甚大且無保護(hù)，因此必須直接熔縮制程，避免最重要的核心污染致 引起OH離子吸收損失及內(nèi)外應(yīng)力差產(chǎn)生的龜裂。但又因預(yù)型管內(nèi)層曝露 且又必須直接熔縮，在數(shù)小時(shí)熔縮過程為了避免預(yù)型管因外部加熱高溫氣 體沖擊而凹陷變形，又必須通入氣體保持一定內(nèi)壓以維持預(yù)型體真圓度及 抽絲后光纖真圓度。由于長時(shí)間的內(nèi)部通氣時(shí)，通氣系統(tǒng)的氣密度和氣體 的含水分問題，常使日后光纖內(nèi)主要導(dǎo)光核心OH含量增加，造成損失增 加的問題。
三、 最高頻寬的單模態(tài)導(dǎo)光核心太小接續(xù)不易，且其有效導(dǎo)光材料使 用比率太低，浪費(fèi)高純度材料資源，不符環(huán)保及精純材料善用法則。現(xiàn)采 用的光纖通信最寬帶域的單模態(tài)光纖主要核心太小，只約10pm直徑。其導(dǎo) 光核心面積占不到光纖截面積百分之一;卻要用99倍大的面積支撐使用，單 位面積可用的有效導(dǎo)光材料使用面積比率(A)太低，浪費(fèi)精純材料資源。如 以外徑125jim，核心直徑10|im的單模態(tài)光纖為例，其有效導(dǎo)光材料使用面 積比八=52兀/62.52^100%=0.64%，實(shí)在太低!可見其錯(cuò)用最佳單模態(tài)光波傳送 通信位置。
四、 習(xí)知單模態(tài)核心導(dǎo)光面積太小，不但光通量低而降低可接收距離; 且其必須以強(qiáng)光激光的橢圓形輻射波形聚焦進(jìn)入圓形微小核心結(jié)構(gòu)，又不
符自然法則，致增加系統(tǒng)成本。602為作用層，603為緩沖層，606為環(huán)形 電極?，F(xiàn)傳統(tǒng)采用的光纖通信最寬帶域的單模態(tài)光纖主要核心太小，由于 導(dǎo)光面積很小，孔徑值又低，因此必須以強(qiáng)光激光光源經(jīng)透鏡聚焦整形， 再射入小圓核心，才能傳送到更長距離。這不但要采用昂貴的激光，且增 加控制電路費(fèi)用及冷卻裝置，增加系統(tǒng)成本。
五、 光源橢圓形輻射波形狀對光纖圓形核心匹配問題-又因強(qiáng)光激光目 前皆為側(cè)射型，其產(chǎn)生的橢圓形輻射波，無法與圓形核心的波導(dǎo)完全匹配， 致生功率浪費(fèi)。甚至因橢圓形光一開始即具有垂直及水平軸向電場幅度不 相等的極化模態(tài)偏差值。在進(jìn)入光纖內(nèi)傳輸長距離后，因光源初始垂直及 水平極化值大小微偏差且又經(jīng)長距離光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)部幾何不均的內(nèi)部應(yīng) 力差及外部成纜過程產(chǎn)生的應(yīng)力原因，致在接收端產(chǎn)生 POLARIZATION-MODE DISPERSION(PMD)偏極化模態(tài)色散失真，尤其以 更高速率通信時(shí)影響頻寬更為嚴(yán)重。
六、 光纖輸出光強(qiáng)度分布與檢光器檢光效能匹配問題-因傳統(tǒng)光纖輸出 光波，其強(qiáng)度分布形狀為從軸心最強(qiáng)并依離軸心距離的增加而強(qiáng)度減弱成 為高斯分布的形狀，而光通信采用最多的前照式檢光器，其表面電極又為 環(huán)狀供電，如圖7所示。701為空乏層，702為S(02絕緣層，703為環(huán)形電 極，704為抗反射層，705為p-型半導(dǎo)體層，706為電場分布，707為光子 射入，708為n-型基板。當(dāng)表面環(huán)狀電極703和底層平面電極的兩電極對中 間各層半導(dǎo)體逆偏壓供電，因上表面中間中空的環(huán)形電極其內(nèi)緣端面的電 子密度較高，及電流走最短距離的作用，其空乏層區(qū)電子與電洞形成電位 障壁的電場分布,形成軸心中心區(qū)域比外環(huán)低的不均現(xiàn)象，則因受激產(chǎn)生電 子與電洞對，受空乏層701DEPLETION LAYER內(nèi)電場由軸心最小至外環(huán) 漸大的不均勻分布作用。反觀此種由光纖輸出中心最強(qiáng)光能分布的光訊號 高斯分布(GAUSSION DISTRIBUTION),卻進(jìn)入擁有中心檢光反映效率較 低的不匹配，不符合自然法則。造成檢光器軸心推動(dòng)區(qū)域的電場分布產(chǎn)生 中空低分布狀態(tài)。故空乏層呈現(xiàn)環(huán)狀分布,其不完整分布易降低檢光效能及 產(chǎn)生噪聲。
在世界銅資源逐漸短缺及光纖制造技術(shù)已發(fā)展二十多年歷史情況下，
人們對頻寬須求逐日殷切時(shí)，光纖還無法快速肩負(fù)替代通信媒材的任務(wù)，人 類還無法享用光纖到家寬頻利益;以親身投入此項(xiàng)技術(shù)二十五年努力的經(jīng)歷 者而言，甚感遺憾！
因此，以上現(xiàn)有傳統(tǒng)光纖技術(shù)的缺點(diǎn)為本發(fā)明所要解決的問題。
為提出二案一體三項(xiàng)的發(fā)明，、以重新^位光纖波導(dǎo)二結(jié)構(gòu):'半導(dǎo)體光源及
半導(dǎo)體檢光器等結(jié)構(gòu)做為同時(shí)解決上述問題的技術(shù)，并以整合成一同軸共構(gòu)
的同軸光導(dǎo)系統(tǒng)來加以完整應(yīng)用。三項(xiàng)發(fā)明為
(1) 同軸光導(dǎo)光纖:本發(fā)明的同軸光導(dǎo)光纖是以折射率分布在半徑所制 成;異于習(xí)知以折射率分布在直徑的光纖。構(gòu)成同軸的圓外殼和軸心部折射 率相同，導(dǎo)光依據(jù)的折射率分布其中心已從軸心移到光纖所有半徑上;光改 在軸心和其同軸的圓外殼間傳導(dǎo)，而不在軸心中傳導(dǎo)，如此因軸心折射率
和外殼折射率已相同，從而使光波從傳統(tǒng)集中于光纖軸心的核心傳播的安 排，移到各半徑的中間所組成的圓環(huán)形帶狀核心傳播，如圖8-1,8-2所示。
圖8-l示同軸多模態(tài)斜射率光纖的圓環(huán)形核心803中自我眾焦方式的傳 播，其以大眾所能了解的光以幾何圖示路徑方式全反射于相同折射率的軸 心及外殼的同 一半徑上:亦即以光纖的半徑縱向切面為導(dǎo)光面的設(shè)計(jì)來產(chǎn)制 光纖;取代傳統(tǒng)以直徑縱向切面為導(dǎo)光面的光纖設(shè)計(jì)。圖8-2圖示同軸單模 態(tài)光纖801圓環(huán)形核心802中的光傳播。則本發(fā)明的光纖結(jié)構(gòu)已異于傳統(tǒng) 光纖結(jié)構(gòu)，如圖9-l，9-2,9-3所示。并產(chǎn)生新的部位名稱，舉圖9-1例如下: 新的環(huán)層結(jié)構(gòu)主要的導(dǎo)光區(qū)域901稱為圓環(huán)核心層ANNULAR CORE,其折 射率為nl。而作為產(chǎn)生全反射作用的內(nèi)外兩較低折射率的部分分別稱為外
內(nèi)殼(INTERCLADDING)，內(nèi)殼折射率以^2表示，外殼折射率^ 。:2表示， 因折射率相同即in2=。n2。但有時(shí)為考慮導(dǎo)光的環(huán)核心摻離材料對光波傳播 特性的影響，或如比折射率差(A。/。)對微彎引起的損失敏感度或其他因素如 OH水份的防止進(jìn)入核心而作成兩層以上的殼層，如平殼層MATCHED CLADDING及凹?xì)覦EPRESSED CLADDING以調(diào)整比折射率差者，皆 可以另符號表示。
圖9-1為本發(fā)明同軸光纖的單模態(tài)階射率光纖，圖9 -2為本發(fā)明同軸 光纖的多模態(tài)斜射率光纖，圖9-3為本發(fā)明同軸光纖的多模態(tài)階射率光纖的 結(jié)構(gòu)及其各自光纖內(nèi)光波傳導(dǎo)方式。
(2) 同軸半導(dǎo)體光源:因同軸光纖中心軸殼不再導(dǎo)光，而導(dǎo)光的環(huán)核部分 正圍繞著軸心殼，此正好可將光源軸心改變成中心電極供電的部位，并構(gòu) 成以同軸導(dǎo)體所形成的同軸半導(dǎo)體光源。使正負(fù)內(nèi)外同軸的兩電極形成對 中間發(fā)光的環(huán)形半導(dǎo)體層同軸方式供電，達(dá)成圓環(huán)形發(fā)光體對圓環(huán)形核心 光纖完美發(fā)射光波的目的，避免產(chǎn)生習(xí)知的射入光功率損失。符合本發(fā)明 同軸光纖最佳的能量形狀匹配。
同軸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的激光光源結(jié)構(gòu)如圖io-l所示，1001為軸心正電極， 1002為外環(huán)負(fù)電極，1003為n-型基板，1004為n-型半導(dǎo)體層，1005為p-型作用層，1006為p-型半導(dǎo)體層，1007為反射層。圖10-1為本發(fā)明同軸 化的半導(dǎo)體環(huán)形層激光結(jié)構(gòu)剖面示意圖(以下剖面圖為從中央剖開對半的示 意圖，除圖16， 17, 18， 22， 23-1， 23-2， 24， 25， 26外)，圖10-2為傳統(tǒng)
平層化分布制造的半導(dǎo)體激光基本結(jié)構(gòu)示意圖，1004為n-型半導(dǎo)體層，1005 為p-型作用層，1006為p-型半導(dǎo)體層，1007為反射層，1008為正電極， 1009為負(fù)電極，IOIO為激光輸出。而本發(fā)明所示各同軸半導(dǎo)體光源，可依 構(gòu)成各種發(fā)光功能的圓環(huán)形半導(dǎo)體層的安排，去制造能達(dá)成發(fā)光作用以完 美射入同軸光纖者，例如以同軸DFB分布回授型半導(dǎo)體激光或同軸可調(diào)波 長的半導(dǎo)體激光等習(xí)知發(fā)光原理去安排意欲達(dá)成的發(fā)光作用。
(3)同軸半導(dǎo)體檢光器:因同軸光纖中心軸殼不再導(dǎo)光，從同軸光纖射出 光波形狀亦為圓環(huán)狀;故傳統(tǒng)檢光器中間受光部位不再有使用必要且可能成 為噪聲的來源。此軸心部位正好可以成為供電的電極部位，并構(gòu)成以同軸 導(dǎo)體所形成的同軸半導(dǎo)體檢光器。使正負(fù)內(nèi)外同軸共構(gòu)的兩電極形成對中 間受光的環(huán)形半導(dǎo)體層做同軸供電，達(dá)成對環(huán)形核心光纖完美接收光波的 目的，可避免產(chǎn)生傳統(tǒng)技術(shù)的射入光功率損失并提高靈敏度。此符合對本 發(fā)明同軸光纖最佳的能量形狀匹配。
同軸化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的檢光PIN 二極管及雪崩APD檢光二極管結(jié)構(gòu)如圖 11-1及圖12-1所示，圖11-1,12-1為本發(fā)明同軸化的半導(dǎo)體層檢光器結(jié)構(gòu)圖， 圖11-2，12-2為傳統(tǒng)平層分布半導(dǎo)體檢光器結(jié)構(gòu)示意圖。而本發(fā)明所示各同 軸半導(dǎo)體檢光器可依構(gòu)成各種檢光功能的圓環(huán)形半導(dǎo)體層的安排，去制造
能達(dá)成對同軸光纖所射出光的檢光作用者。圖12-1中，此同軸APD包括供 正電的導(dǎo)體軸心電極1101及供負(fù)電的同軸外環(huán)導(dǎo)體1102，與其間多層環(huán)形 同心半導(dǎo)體層共同設(shè)置在一P+型InP1106基板上制成。1103為n+InP,1201 為p-InP倍增層，1104為n-InGaAs本質(zhì)INTRINCT吸收層，1105為P+-InP 層，1107為反射層，1108為抗反射層。圖11-2的1008為正電極，1009為 負(fù)電極，1109為光子射入。 it見i羊細(xì)i兌明長口下
一、同軸光導(dǎo)光纖可解決上述缺點(diǎn)一的問題。光導(dǎo)同軸光纖其導(dǎo)光折 射率分布依據(jù)重新定位在半徑上后，光波能量主要集中通過的折射率分布
中心，已移到半徑中段部位，因此制造預(yù)型體采用管內(nèi)沉積制程的MCVD 法及PCVD法的沉積步驟，是由最外殼層的折射率依據(jù)去調(diào)配摻雜材料開 始，往內(nèi)層的一層又一層的折射率增加的安排依序沉積，并往內(nèi)層逐漸增 厚。當(dāng)完成折射率分布中心的最高折射率層沉積后，開始依序逐漸降低折 射率層的沉積。最后完成和外殼石英管純硅材料相同折射率的數(shù)層純硅沉 積步驟，此時(shí)完成的整支透明的預(yù)型管即可進(jìn)行熔縮制程。
如圖13-1,13-2以多模態(tài)斜射率光纖預(yù)型體的沉積例所示，圖13-1為預(yù) 型管沉積完成后未熔縮成實(shí)心預(yù)型體的剖面折射率分布，沉積順序由A,往 An, 130為石英管，131為折射率分布，132為折射率分布無中心凹陷，133 為預(yù)型管中空。圖13-2為預(yù)型體經(jīng)熔縮成實(shí)心預(yù)型體的剖面折射率分布。
心折射率和外殼折射率相同，摻雜較高折射率的沉積層已遠(yuǎn)離移到各半徑 中段部位的安排。成功避免高折射率摻雜物在高溫熔縮制程而揮發(fā)滲出。 同樣地，OVD法是以由內(nèi)軸心折射率和外殼折射率相同的純硅層開始由內(nèi)
層往外依序沉積(順序和MCVD及PCVD法相反，即由An往AJ。當(dāng)完成 最后沉積步驟并進(jìn)行高溫脫水及透明化的制程時(shí)，因本發(fā)明的軸心折射率 和外殼折射率相同的安排，摻雜較高折射率的沉積層己遠(yuǎn)離移到各半徑中 間部位。成功避免高折射率摻雜物在高溫制程而揮發(fā)滲出。故本發(fā)明以光 纖的半徑縱向切面為導(dǎo)光面的設(shè)計(jì)所產(chǎn)制而成的光纖，使用MCVD、 PCVD 及OVD等方法不會(huì)產(chǎn)生折射率分布中心凹陷的問題，并使三種制造方法得 以發(fā)揮其各具有的制造優(yōu)勢。
二、 同軸光導(dǎo)光纖可解決上述缺點(diǎn)二的問題。光導(dǎo)同軸光纖其導(dǎo)光折 射率分布依據(jù)重新定位在半徑后，由上項(xiàng)說明沉積完成的整支透明預(yù)型管
可預(yù)先品管并可直接抽絲。當(dāng)己沉積完成后，因尚屬空心的原預(yù)定軸心區(qū) 域?qū)诱凵渎屎屯鈿ふ凵渎氏嗤?，在未?jīng)熔縮成實(shí)心的預(yù)型體前，預(yù)型管內(nèi) 外層材料結(jié)構(gòu)一致，可移至普通環(huán)境做折射率分布量測以預(yù)先品管，無虞 污染內(nèi)管。甚至可于品管量測后直接抽絲，以節(jié)省大量的熔縮制程費(fèi)用。 雖MCVD及PCVD法此時(shí)的預(yù)型管中空部分內(nèi)徑尚大，最重要的導(dǎo)光核心 部分因有數(shù)百層無銬摻雜的純硅保護(hù)層，且已遠(yuǎn)離后制作的污染，且內(nèi)外 應(yīng)力差也因材料的內(nèi)外對稱分布的一致性而平衡，消除應(yīng)力差夠大產(chǎn)生龜 裂的問題。
三、 同軸光導(dǎo)光纖可解決上述缺點(diǎn)三的問題。通信用光纖為了降低傳 輸損失特性的要求，使用純度極高的昂貴材料制成，其中也包括使用精密 昂貴設(shè)備成本，所制造的產(chǎn)品可謂寸材萬金。因此如何有效安排和有效使 用光纖內(nèi)波導(dǎo)材料以提高光通量，來傳送更多能量的目的，是件可貴的成 本考慮。單位面積有效的光通量可以衡量材料是否有效率的使用。將光纖 單位面積有效的光通量設(shè)為A，并以有效光通比稱之，則A用下式定義<formula>formula see original document page 13</formula>
式中Af為光纖的橫截面面積。Aw為光纖內(nèi)導(dǎo)光的橫截面面積。如圖 14-1,14-2所示，若以一有相同外徑125|am的單模態(tài)光纖1401計(jì)算，設(shè)傳 統(tǒng)的圖14-1單模態(tài)導(dǎo)光核心1403直徑為10pm，有效光通比為AT,而本發(fā) 明玻璃同軸光纖其新的單模態(tài)光纖1402如圖14-2所示，如亦以相同截止波 長時(shí)的圓環(huán)形平層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的10pm厚度2t計(jì)算，則t為<formula>formula see original document page 13</formula>
(2)式為平板型導(dǎo)波路的理論計(jì)算，式(3)為圓筒型導(dǎo)波路理論計(jì)算，則
求得平板層本同軸單模態(tài)光纖的波導(dǎo)層1404之厚，其t=0.653a=0.653x 5=3.3，亦即平板層厚2t=6.6)am厚度。
故其有效光通比為An來比校，由式(l)求得
AT=:tx52/7ix62.52x腦％=0.64%
AN=7ix(34.552-27.952)/7cx62.52xl00%=10.56%
AN/AT=M56/0.似=16.5倍，
由以上兩者的比較，制造同樣外徑的一條單^^莫態(tài)光纖，可知:本發(fā)明的 同軸單模態(tài)光纖有效光通比為傳統(tǒng)單模態(tài)光纖的16.5倍。有效光通比增加 使有效導(dǎo)光材料使用效率提高16.5倍，讓原來只為了支撐光纖強(qiáng)度及容易 接續(xù)的相同面積，也相對增加光通量。這不但增加有效光導(dǎo)材料資源使用 率16.5倍，也提高單模態(tài)光纖提供接收端更多的能量供應(yīng)通道，使相同接 收靈敏度接收端往后延長通信距離的目的。
四、同軸光導(dǎo)光纖可解決上述缺點(diǎn)四的問題。本發(fā)明光導(dǎo)同軸光纖其 將導(dǎo)光折射率分布依據(jù)重新定位在半徑上，單模態(tài)導(dǎo)光區(qū)域從傳統(tǒng)軸心的 小圓核心，往外擴(kuò)大成在各半徑中段組成的環(huán)形帶狀面積，可使導(dǎo)光面積 增加16.5倍，有效光通比增加16.5倍，使傳統(tǒng)核心極小的第四項(xiàng)問題得以 解決。如以上例來計(jì)算傳統(tǒng)及本發(fā)明的單模態(tài)光纖內(nèi)導(dǎo)光的橫截面面積 Aw，傳統(tǒng)的單模態(tài)光纖為Aw^5、^25兀pml本發(fā)明的單模態(tài)光纖為 Aw=(34.552-27.952)7i=412.57t|im2。
兩者的導(dǎo)光面積相差412.5/25-16.5倍。光通量和導(dǎo)光面積成正比，使 用本發(fā)明的同軸單模態(tài)光纖的導(dǎo)光面積增加16.5倍，也因此可提供16.5倍 的單模態(tài)光纖內(nèi)能量供應(yīng)通道。在此單模態(tài)平層導(dǎo)光結(jié)構(gòu)所傳遞16.5倍光 波能量供應(yīng)下，如接收端檢光器靈敏度不變情況下，可大大地降低光源激 光功率及成本，或以相同的光源激光功率去增長通信距離。
設(shè)P。為輸入檢光二極管的光功率，Np為每單位時(shí)間射入檢光二極管的 光子數(shù)，1)為光線頻率,h為蒲朗克常數(shù)。貝'J:
Po=Np x hm
設(shè)傳統(tǒng)單模態(tài)傳送進(jìn)檢光二極管的光功率為Po(l)，本發(fā)明單模態(tài)傳送 進(jìn)檢光二極管的光功率為Po(2)，則 Po(l)=Np x hm Po(2)=16.5Np x hi)
因本發(fā)明單模態(tài)光纖光通量為傳統(tǒng)的16.5倍，可傳送16.5倍的光子量， 因此在相同檢光二極管可以接收Po(2)/Po(1)46.5倍的光功率。16.5倍光功 率的傳送，其可增加光強(qiáng)度10 x l0g16.5=12dB。因此在使用相同靈敏度 檢光器及相同激光功率的光源的情形下，改用本發(fā)明單模態(tài)光纖，即可以 傳輸損失0.4db/km的1300nm零色散波長，增加12/0.4二30Km的距離，因
本發(fā)明單模態(tài)光纖讓傳送零色散波長所攜帶的16.5倍光子量，足夠消耗增
至30公里遠(yuǎn)的距離使相同靈敏度檢光器判別出最少光子接收量。故在接收
端檢光器靈敏度不變情況下，可大大地降低光源激光功率及成本，或者以 相同的光源激光功率大大地增長通信距離的目的。
射率分布:半徑上的同;由光纖"光纖導(dǎo)光結(jié)構(gòu)已變成所有二徑上可導(dǎo)光的 線段所組成的圓環(huán)形面，亦即靠圓環(huán)核部位導(dǎo)光。其軸心的內(nèi)殼部位不再
導(dǎo)光，正配合本同軸半導(dǎo)體光源軸心電極部位不發(fā)光的安排;而以發(fā)光的圓 環(huán)形半導(dǎo)體層所發(fā)射的圓環(huán)形光進(jìn)入同軸光纖的圓環(huán)核部位，完成圓環(huán)形 對圓環(huán)形自然匹配的法則。解決形狀不匹配的功率耗損問題后，也同時(shí)解 決PMD偏極化色散損失問題。因形成同軸供電的兩電極對兩電極間圓環(huán)形 半導(dǎo)體層所產(chǎn)生電子及電洞流動(dòng)，取最近距離形成的方向，正好為各半徑 的極化方向，亦即在其形成最大徑向電場作用中，載子及受激的光子依最 大徑向電場推動(dòng)方向移動(dòng)。當(dāng)以本發(fā)明同軸半導(dǎo)體層制造單頻或選頻共振 腔產(chǎn)生受激發(fā)光的同調(diào)光波激光時(shí)，受激光的極化及輻射方向受本同軸供 電所產(chǎn)生半徑極化方向最強(qiáng)電場的引誘作用，形成依半徑極化輻射的射出 波。此半徑極化波如同水平極化為零的唯一垂直極化波，因此可降低偏極 化色散的問題。如以本發(fā)明同軸半導(dǎo)體激光產(chǎn)生的環(huán)形零色散1300nm單頻 同調(diào)半徑極化激光光，射入本發(fā)明同軸單模態(tài)平層光纖的環(huán)核內(nèi)，半徑極 化光如同進(jìn)入各半徑縱向切面內(nèi)傳導(dǎo)的同軸半徑縱向波導(dǎo)光纖力殳(THE RADIIS LONGITUDINAL WAVEGUIDED OPTICAL FIBER),可實(shí)現(xiàn)更高頻 寬和更長距離的光纖通信。本發(fā)明同軸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光源，正好完美匹配 本發(fā)明的同軸光纖的環(huán)核導(dǎo)光結(jié)構(gòu)如圖15 A及B所示。
六、同軸半導(dǎo)體檢光器解決上述缺點(diǎn)六的問題。因本發(fā)明的同軸半導(dǎo) 體檢光器是以形成同軸的兩電極供電，以本軸心電極為中心的同心半導(dǎo)體 各環(huán)層厚度一致，電子或電洞皆沿其半徑走最短路徑至外環(huán)電極。以逆偏 壓供電所形成環(huán)形空乏層或雪崩二極管的倍增層或吸收層的電場分布方 向，皆以依半徑極向分布。如以橫切面來看，其環(huán)形空乏層正足以完美匹 配同軸光纖輸出的環(huán)形光波，達(dá)到最佳的功率耦合檢光目的。雖然傳統(tǒng)檢
為s:i發(fā)明光纖最佳的能量形狀匹配:使每一射出的光子有最佳的接收 效益，達(dá)到最佳耦合效率以充分發(fā)揮檢光效能，還是使用本發(fā)明同軸半導(dǎo)
體層結(jié)構(gòu)的檢光器結(jié)構(gòu)最符合自然法則。如圖15B及C所示。又因主要檢 光的空泛層直接受光產(chǎn)生電子電洞對的光電流為驅(qū)動(dòng)電流DRIFT，非擴(kuò)散電 流，故可提高反應(yīng)速度，增長通信距離。
總結(jié)以上，本發(fā)明重新定位光纖內(nèi)導(dǎo)光的折射率分布依據(jù)在半徑上后，
光源和檢光器之間的缺點(diǎn)，并達(dá)到下列目的:
一、 以前使用MCVD、 PCVD及OVD等方法所產(chǎn)生折射率分布中心凹 陷的問題從此消失，并讓MCVD、 PCVD及OVD法可以做出折射率分布完 美的各種高質(zhì)量光纖，使光在光纖內(nèi)依預(yù)定的路徑傳播。
二、 內(nèi)沉積法完成的預(yù)型管，不但可預(yù)先品管及直接抽絲，節(jié)省大量 熔縮制程成本外;又可使傳給損失降低，頻寬提高。因不必熔縮預(yù)型管節(jié)省 大量能源而直接抽絲，并可避免傳統(tǒng)數(shù)小時(shí)熔縮過程中水分子污染，及在 水平操作玻璃車床上熔縮時(shí)，預(yù)型體因玻璃車床兩邊夾頭的準(zhǔn)直度因高溫 離位和旋轉(zhuǎn)操作時(shí)受到變形的影響.因此類操作變形，常使得完成實(shí)心化 的預(yù)型體內(nèi)部結(jié)構(gòu)真圓度降低，核心偏心度提高，使傳輸特性變差，影響 品質(zhì)。本發(fā)明的同軸光纖預(yù)型管可經(jīng)量測品管后直接在垂直抽絲機(jī)械上直 接抽絲；可減少預(yù)型管實(shí)心化成預(yù)型體的能源浪費(fèi)、縮短制造時(shí)間及降低水 平熔縮制程機(jī)械設(shè)備的投入成本。且又因?qū)Ч夂诵囊巡皇芪廴?，可獲得高 品質(zhì)的產(chǎn)品。
三、 光波能量主要集中通過的完美折射率分布中心，移到半徑中間部 位，又讓單模態(tài)光纖內(nèi)有效光通比提高16.5倍，昂貴半導(dǎo)體材料使用效率 提高，也相對降低制造成本。
四、 光波能量主要集中通過的完美折射率分布中心，移到半徑中間部 位所增加的總光通量提高16.5倍，此集合傳統(tǒng)單模態(tài)光纖及多模態(tài)光纖雙 重優(yōu)點(diǎn)，則本發(fā)明不但耐接續(xù)損失而以可舍棄制作復(fù)雜、成本昂貴的斜射 率多模態(tài)光纖，就最簡單制作的光纖結(jié)構(gòu)及最完美自然功率匹配的光源和 檢光器，且更可以選用硅質(zhì)單模態(tài)光纖天賜最自然的零色散波長1300nm, 將可以最優(yōu)勢的條件組合如增長通信距離或降低光源及操作成本，去創(chuàng)造
光纖通信的各種應(yīng)用，尤其是光纖到家的寬頻應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息暢流及知識 共享的世界大同理想。
五、 同軸光纖、同軸光源及同軸檢光器三者一體共構(gòu)，形成最符自然 法則并達(dá)到完美匹配的組合，并創(chuàng)新此一同軸光導(dǎo)系統(tǒng)。促進(jìn)有效導(dǎo)光材 料資源使用率、珍貴激光激發(fā)光能量利用度及已傳送至遠(yuǎn)端稀有光子的充 分檢光效益。
六、 同軸世紀(jì)的延續(xù)-同軸電線電纜貢獻(xiàn)一世紀(jì)之久，二十多年來， 傳統(tǒng)習(xí)知光纖光導(dǎo)系統(tǒng)雖已證實(shí)其抗電磁干擾、低損失及高頻寬等多種優(yōu) 點(diǎn)，而將傳統(tǒng)電子通信時(shí)代最高頻的同軸電纜線逐漸取代甚至淘汰出局;但 同軸完美的特性有本發(fā)明同軸光纖、同軸光源與同軸檢光器三者共構(gòu)一體 如實(shí)施例2及各實(shí)施例擴(kuò)大應(yīng)用優(yōu)勢的再現(xiàn)光輝，將電磁波升華為純凈光 波，延續(xù)再為人類所用，使大家共享先人累積智慧發(fā)掘大自然奧秘的成果。
由于導(dǎo)光折射率分布在光纖半徑上的改變，達(dá)到上列目的，光纖通信 以前存在的許多問題，及為了解決這些問題，所采取的先前技術(shù)，將因本發(fā) 明的重新定位，使以上根本問題不再發(fā)生。已往復(fù)雜而且提高成本又浪費(fèi) 材料資源的作法，可以放棄使用并可重新開啟新而有效的光纖制造技術(shù)和 通信方式。光纖到家所使用的普及化光纖，可因新一代的簡單同軸單模態(tài) 結(jié)構(gòu)，以低功率同軸激光在零色散波長發(fā)揮高頻寬的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。人類追求 高頻寬信息應(yīng)用的未來生活，從此光纖新定位的出現(xiàn)，知識分享更為方便 容易，大同社會(huì)的理想目標(biāo)透過大家努力可及早實(shí)現(xiàn)。
為解決同軸光導(dǎo)光纖符合最自然的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，而重新定位本發(fā)明同軸 半導(dǎo)體光源及檢光器的結(jié)構(gòu)，其實(shí)已激發(fā)出另一創(chuàng)新的同軸半導(dǎo)體制程， 而超越傳統(tǒng)習(xí)知半導(dǎo)體平面制程。此一制造優(yōu)秀同軸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的同軸半 導(dǎo)體制程，可制出同軸等距半徑向內(nèi)建電場及供電結(jié)構(gòu)。因此除了以上同 軸光導(dǎo)光纖所使用的同軸半導(dǎo)體光源及檢光器裝置外;舉例光源部分還可以 同軸發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，在平面上組合制造出高分辨率直接發(fā)光的顯示器及 高亮度的白光照明裝置。舉例檢光器部分還可以同軸檢光二極管結(jié)構(gòu)，在 平面上組合制造出高像素密度的彩色影像感測裝置及高飽和電流輸出的太 陽電池供電裝置。這些以同軸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新定義所產(chǎn)制的新裝置，皆以 其同軸半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)和供電結(jié)構(gòu)，所形成等距徑向內(nèi)建均勻電場，及其成
功避免習(xí)知上下電極阻擋光波進(jìn)出的優(yōu)點(diǎn)，所共同產(chǎn)生的卓越特性。這將 在以下的實(shí)施例部分說明。
四十多年來，有感我華人為西方世界在光電各方面技術(shù)創(chuàng)新的貢獻(xiàn)皆 尚未反哺至我國自身工業(yè)的價(jià)值獲益上。此次本發(fā)明在同軸光導(dǎo)結(jié)構(gòu)科技 的創(chuàng)新，重新定義光纖光導(dǎo)結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體檢光結(jié)構(gòu)于一 同軸光導(dǎo)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的精神基礎(chǔ)上，將為我中華民族創(chuàng)造本世紀(jì)一新的利基。 更值得一提的是在能源開發(fā)及耗能減少的貢獻(xiàn)上，同軸發(fā)光二極管在白光 照明的節(jié)能表現(xiàn)，及同軸檢光發(fā)電的太陽電池在飽和電力供電的潔凈電力
開發(fā)表現(xiàn)，將是我"華人之光"！
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，'并配合附 圖，詳細(xì)說明如下。


圖1為習(xí)知光纖剖面結(jié)構(gòu)示意圖
圖2-l，2-2，2-3為習(xí)知各種光纖構(gòu)造及各波導(dǎo)示意圖
圖3-1為彈性薄膜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3-2為1970年發(fā)明專利US3659916平層波導(dǎo)示意圖 圖4-1為單模態(tài)光纖折射率分布中心凹陷 圖4-2為斜射率分布中心凹陷 圖5為側(cè)射型激光的橢圓形光輸出輻射波形示意圖 圖6為傳統(tǒng)環(huán)狀供電前照式面射型VCSEL激光光源剖面示意圖 圖7為傳統(tǒng)環(huán)狀供電前照式檢光器其空乏區(qū)電場分布示意圖 圖8-1為本發(fā)明同軸光纖的多模態(tài)斜射率光纖的結(jié)構(gòu)及光纖內(nèi)光波傳 導(dǎo)方式示意圖
圖8-2為本發(fā)明同軸單模態(tài)光纖的結(jié)構(gòu)及光纖內(nèi)光波傳導(dǎo)方式示意圖 圖9-1為本發(fā)明同軸光纖的同軸單模態(tài)階射率光纖的結(jié)構(gòu)及光纖內(nèi)光 波導(dǎo)方式示意圖
圖9-2為本發(fā)明同軸光纖的多模態(tài)斜射率光纖的結(jié)構(gòu)及光纖內(nèi)光波導(dǎo) 方式示意圖
圖9-3為本發(fā)明同軸光纖的多模態(tài)階射率光纖的結(jié)構(gòu)及光纖內(nèi)光波傳 導(dǎo)方式
圖10-1為本發(fā)明同軸化的半導(dǎo)體環(huán)形層激光結(jié)構(gòu)剖面示意圖 圖10-2為傳統(tǒng)平層化分布制造的半導(dǎo)體激光基本結(jié)構(gòu)示意圖 圖U-l為同軸化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的檢光PIN二極管，為本發(fā)明同軸化的半
導(dǎo)體層PIN檢光器結(jié)構(gòu)剖面示意圖
圖11-2為傳統(tǒng)平層分布半導(dǎo)體PIN檢光器結(jié)構(gòu)示意圖
圖12-1為同軸雪崩APD檢光二極管結(jié)構(gòu)，為本發(fā)明同軸化的半導(dǎo)體層
檢光器結(jié)構(gòu)剖面示意圖
圖12-2為傳統(tǒng)平層分布雪崩APD檢光二極管結(jié)構(gòu)示意圖
圖13-1為預(yù)型管沉積完成后未熔縮成實(shí)心預(yù)型體的剖面折射率分布，
沉積順序由A,往An
圖13-2為預(yù)型體經(jīng)熔縮成實(shí)心預(yù)型體的剖面折射率分布示意圖。 圖14-1單模態(tài)導(dǎo)光核心直徑為9pm。
圖14-2本發(fā)明玻璃同軸單模態(tài)光纖，在相同截止波長條件的薄膜厚
7(im。
圖15為同軸光導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)施例為由一同軸光纖、同軸光源及同軸^r光器 三者同軸共構(gòu)組成的光纖及收發(fā)端結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖16為同軸光導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)施例2的剖面圖，為由同軸的半導(dǎo)體收發(fā)器同 軸共構(gòu)制造在同一基板上，以共用唯一同軸光纖節(jié)省一條光纖的應(yīng)用例子
圖17為在同軸彩色顯示器結(jié)構(gòu)實(shí)施例3示意圖
圖18為同軸彩色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)立體剖面示意圖
圖19為實(shí)施例4紅綠藍(lán)光三條同軸化長線形發(fā)光二極管組成白光固體
照明結(jié)構(gòu)示意圖
圖20為雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)同軸長線形發(fā)光二極管立體結(jié)構(gòu)示意圖 圖21為同軸發(fā)光二極管同軸供電的電子與電洞在徑向內(nèi)建電場等距分 布頂視示意圖
圖22為實(shí)施例5在平面上組成的彩色影像感測器結(jié)構(gòu)示意圖 圖23-1為同軸彩色檢光二極管結(jié)構(gòu)立體剖面示意圖 圖23-2為同軸檢光二極管結(jié)構(gòu)立體剖面示意圖 圖24為實(shí)施例6中PIN型同軸太陽電池結(jié)構(gòu)立體剖面示意圖 圖25為實(shí)施例6中同軸太陽電池組供電裝置示意圖 圖26為實(shí)施例6中線形同軸太陽電池組供電裝置示意圖 圖27為實(shí)施例6中線形同軸太陽電池組供電裝置內(nèi)的光子射入路徑頂 視示意圖
(以上有些圖同軸半導(dǎo)體上的軸心電極和其環(huán)形電極所位于基板問的 絕緣層為簡化說明并未標(biāo)圖出來)
具體實(shí)施例方式
以下舉例說明
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
以一同軸光纖、同軸光源及同軸檢光器組成三者同軸共構(gòu)的光纖及收 發(fā)端結(jié)構(gòu)為實(shí)施例，如圖15所示來說明。本發(fā)明實(shí)例闡述各種細(xì)節(jié)所引用 各參考編號的組件，皆可視為相同或功能上類似的組件，且意欲以極簡化 的圖解方式來圖說實(shí)例所表示的主要實(shí)施特點(diǎn);因此，此圖示并非意欲描繪 出實(shí)際實(shí)施例的所有特點(diǎn)，亦并非意欲描繪所繪元件的相對尺寸，故所示 的圖并非按比例繪成，其系按本發(fā)明的同軸光導(dǎo)基本精神所繪成。
參照圖15的光源A為一同軸半導(dǎo)體激光，其顯示一同軸圓環(huán)形半導(dǎo)體
質(zhì)^合;4體激光結(jié)構(gòu)的局部剖面圖，此結(jié)構(gòu)為習(xí)知平層板型結(jié)構(gòu)口DFB異 質(zhì)接合激光，將其以更符合自然法則的同軸共構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)明。具體而言， 此分布田授型異質(zhì)接合半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)包括供正電的導(dǎo)體軸心電極1001及 供負(fù)電的同軸外環(huán)導(dǎo)體1002,與其間多層環(huán)形同心半導(dǎo)體層共同設(shè)置在一 n 型InP基板1003上所制成。本同軸半導(dǎo)體激光其間各層環(huán)形半導(dǎo)體層可以 同質(zhì)接合(HOMO JUNCTION)或同位型(ISOTYPE)異質(zhì)接合(HETERO JUNCTION)或非同位型(UNISOTYPE)異質(zhì)接合等各種半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)組 合成自然發(fā)光或受激發(fā)光的發(fā)光作用，此等發(fā)光作用 一如習(xí)知技術(shù)可采布 拉格光柵(BRAGG'S GRATING)的回授作用，以作成分布回授型單模激光二
極管(DISTR IBUTED FEEDBACK LASER DIODE)。本發(fā)明同軸半導(dǎo)體光源 主要精神是以同軸的結(jié)構(gòu)為主張，本實(shí)施例的同軸半導(dǎo)體激光光源系以上 述中的一種同軸異質(zhì)接合分布回授型激光二極管代表說明。1504為圓環(huán)形 活性作用層。1505為圓環(huán)形半導(dǎo)體層、1503為布拉格回授光柵、1503此光 柵由1501 n-型圓環(huán)形InP半導(dǎo)體層及1502n型InGaAsP圓環(huán)形半導(dǎo)體層組 成，布拉格光柵的回授波長？ib可用XB=2nA/m求得,n為所用半導(dǎo)體材料折 射率，A為布拉格光柵的周期長,m為1或2的數(shù)值稱為繞射序數(shù)(ORDER OF DIFFRACTION，'通常為1)。
參照圖15的光纖B為一同軸光導(dǎo)單模光纖，其外徑以128(jm為例說 明，所示單模平板型導(dǎo)光的圓環(huán)形部位厚度為2a二7pm,環(huán)核心折射率 n|=1.4629，內(nèi)殼折射率in2等于外殼折射率。n2,即化=。n2=1.46,操作波長 ^o=1.3|im，則依平板型導(dǎo)波路理論，可得在2a厚平板傳播模態(tài)數(shù)N為
N=4a/ io x (ni2—in22)1/2=o.99^1
N^l時(shí)，可成為同軸單模態(tài)光纖，其截止波長Xc為
Xc=4a x (ni2— (n22)l/2= 1.289,
此7pm厚圓環(huán)形平板層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以讓同軸半導(dǎo)體激光射入的單模光 波以單模波導(dǎo)方式，及以玻璃的零色散波長1.3lam,在同軸光纖中傳送至遠(yuǎn) 端的同軸檢光半導(dǎo)體端，如圖15的光纖B所示。
圖15的檢光器C顯示一同軸圓環(huán)形半導(dǎo)體層同心共構(gòu)的COAXIAL APD同軸APD 二極管結(jié)構(gòu)的局部剖面圖，此結(jié)構(gòu)為將習(xí)知平層扳型半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)APD創(chuàng)新以更符合自然法則的同軸共構(gòu)的發(fā)明。具體而言，此實(shí)施例 的同軸APD包括供正電的導(dǎo)體軸心電極1101及供負(fù)電的同軸外環(huán)導(dǎo)體 1102，與其間多層環(huán)形同心半導(dǎo)體層共同設(shè)置在一 P'型InP 1106基板上制 成。1103為n+ InP, 1201為p-InP倍增層，1104為n-InGaAs本質(zhì)INTRINCT 圓環(huán)形半導(dǎo)體吸收層，1105為P'-InP圓環(huán)形半導(dǎo)體層。1107為反射層，1108 為抗反射層。在平層板型構(gòu)成的習(xí)知雪崩二極管可分為許多類;然本同軸雪 崩二極管，僅作為代表本發(fā)明同軸半導(dǎo)體檢光器主要精神的同軸共構(gòu)的主 張，以說明其他可據(jù)以等效發(fā)揮同軸圓環(huán)形檢光半導(dǎo)的檢光功能及據(jù)以應(yīng) 用的各種樣態(tài)。
實(shí)例上所談，本同軸單才莫光纖的外徑128pm較傳統(tǒng)125pm大，因改以 2的指數(shù)倍(即22、 23、 24、 25、 26、 27=128)，可增加其易算性，如此任何數(shù) 值除以2皆可為整數(shù)，此改變比傳統(tǒng)以125起算較符科學(xué)性且又增大不多， 半徑約大1.5)im，本例的向軸單模態(tài)光纖其光通面積比傳統(tǒng)單模態(tài)光通面積 大22倍，且又擁有與傳統(tǒng)50(iM直徑多模態(tài)光通面積約72°/。的高光通量易 接續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，因
同軸的光通面積Aw=(35.52-28.52)7i
=448兀而
傳統(tǒng)9(iM直徑單模光通面積=4.52兀=20.25兀 傳統(tǒng)50pM直徑多模光通面積=252兀=625兀
亦即本發(fā)明單模態(tài)光纖不但擁有多模態(tài)光纖容易操作及使用低功率收 發(fā)器來降低成本的優(yōu)點(diǎn)，且保有自身單模態(tài)高頻寬的特性;故可以舍棄傳統(tǒng) 少于一哩(mileless)寬頻能力的多模態(tài)光纖了 。因此將光纖通信復(fù)雜多樣變 化致阻礙全面光纖化的瓶頸予以克服，以更低成本實(shí)現(xiàn)寬頻光纖通信的目 的。
實(shí)施例2
圖16為同軸光導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)施例2結(jié)構(gòu)簡化剖面圖，是由同軸的半導(dǎo)體 收發(fā)器同軸共構(gòu)制造在同一基板1602上，以共用唯一同軸光纖801,且可 以節(jié)省 一條光纖的應(yīng)用例子。傳統(tǒng)光纖的收發(fā)器因光源發(fā)射器及光信號接 收的檢光器是分開制造后再組配在一起。因光纖本身具有雙向光波導(dǎo)能力， 如以本發(fā)明的同軸半導(dǎo)體光送受器，同軸共構(gòu)制造在同一基板上，即可節(jié) 省許多硬體架構(gòu)的成本。因?yàn)槿咄S，所以十分容易上下重疊共構(gòu)互為 利用，產(chǎn)生各種應(yīng)用組合。此收發(fā)器的上層為APD檢光器，1103為11+-半 導(dǎo)體層，1201為p型倍增層，1104為InP本質(zhì)半導(dǎo)體層(INTRINSIC), 1105 為p型半導(dǎo)體層，1107為反射層，1601為絕緣層，1604為上層檢光器外環(huán) 導(dǎo)體。下層為DFB激光，1603為下層同軸外環(huán)導(dǎo)體，1501~1505同實(shí)施例 1的光源結(jié)構(gòu)組件，1101為收發(fā)器共用軸心正電極。由實(shí)施例2的右圖供 電順序來決定光纖用戶的收發(fā)狀態(tài)，1605表示激光不動(dòng)作時(shí)上層APD檢光 器高壓供電，以逆偏提供檢光沖擊并發(fā)生倍增電流的檢光作用。當(dāng)光纖用 戶發(fā)射信號時(shí)，下層DFB激光高壓供電1606，以產(chǎn)生單頻光波射出，同時(shí) 因上層檢光器以低壓供電1607，且因InP能量間隙比光子能量大，在低壓 逆偏時(shí)對光線是透明的，故可通過大量光功率送至同軸光纖輸入環(huán)核心 802;同時(shí)只吸收一點(diǎn)光子所產(chǎn)生的電流可作為激光發(fā)射功率的回授功率監(jiān) 測功能。如此構(gòu)成的同軸光送受器可節(jié)省大量建設(shè)網(wǎng)路成本，節(jié)省光纖送 受網(wǎng)路一半經(jīng)費(fèi)。
實(shí)施例3
以一水平列1024個(gè)同軸彩色發(fā)光二極管，及垂直行768個(gè)同軸彩色發(fā) 光二極管組成的彩色顯示器結(jié)構(gòu)為實(shí)施例3,如圖17所示來說明。參照圖17 的彩色顯示器內(nèi)各發(fā)光體系由1024 X768 =786432個(gè)如圖18的同軸彩色發(fā) 光二極管組成。同軸彩色發(fā)光二極管系由同軸化后的三色發(fā)光二極管的軸 心共用共構(gòu)后，所形成的彩色發(fā)光二極管(以下稱同軸彩色發(fā)光二極管CCLED-COAXIAL COLOR LIGHT EMITTING DIODES),舉例圖的1801為 三色軸心共用電極、1802為紅色R層、1803為綠色G層、1804為藍(lán)色B 層、1805為紅色R同軸外環(huán)形供電電極、1806為綠色G同軸外環(huán)形供電電 極、1807為藍(lán)色B同軸外環(huán)形供電電極、1808為基底平板、1809為透明 絕緣層、1810為透明絕緣層、1811為透明絕緣層、1812為環(huán)形發(fā)光作用層、 1813為環(huán)形電洞注入或傳導(dǎo)層、1814為環(huán)形電子注入或傳導(dǎo)層。則由習(xí)知 平面彩色顯示器上以平面方向三色塊排列布置，變成本實(shí)施例三色層以在 同軸心垂直向直立重疊共構(gòu)布置后，所有CCLED組成后的顯示器相對于使 用彩色濾光片的LCD顯示器可以提高三倍分辨率。同軸共構(gòu)后的RGB三 色層(1802為紅色R層、1803為綠色G層、1804為藍(lán)色B層)可以最少層 數(shù)直接向上發(fā)色，三色并集中在同 一像素區(qū)以原色呈現(xiàn)并擺脫使用彩色濾 光片避免間接發(fā)光。因各發(fā)光體1701為直接發(fā)光且直接合成顯示器各位址 的色彩，顯示器上方不再用彩色濾光片。各水平方向的1024個(gè)同軸彩色發(fā) 光二極管的1024個(gè)軸心在顯示器底層所連接而成的連接導(dǎo)線1702，接至顯 示器的垂直步進(jìn)方向掃描及多任務(wù)處理器(VIRTICAL STEP SCAN AND MULTIPLEXER PROCESSOR)控制電路1703。當(dāng)顯像需要的信號依水平位 址線內(nèi)容，提供各水平行軸心電壓至同行各同軸發(fā)光二極管的軸心。
在同行垂直步進(jìn)方向掃描供電開啟時(shí)間內(nèi)，顯示器的水平步進(jìn)方向掃
信號控制電路1704，依顯像需要的位址上彩色RGB信號內(nèi)容，逐一輸出各 自彩色電壓準(zhǔn)位至同軸彩色發(fā)光二極管上的同軸外環(huán)電極。使第 一水平同 行上的1024個(gè)同軸彩色發(fā)光二極管依次完成顯像發(fā)色作用。垂直步進(jìn)方向 掃描控制電路接隨輸出下一水平位址線信號，并在同行垂直步進(jìn)方向掃描 供電開啟時(shí)間內(nèi)，顯示器的水平信號控制電路1704，再依顯像需要的位址上 彩色RGB信號內(nèi)容，逐一輸出各自彩色電壓準(zhǔn)位至同軸彩色發(fā)光二極管上 的同軸外環(huán)電極。使第二水平同行上的1024個(gè)同軸彩色發(fā)光二極管依次完 成顯像發(fā)色作用。當(dāng)彩色顯示產(chǎn)生器(COLOR DISPLAYGENERATOR)的顯 示過程控制電路1705依序完成768條垂直步進(jìn)方向掃描輸出控制信號及 1024 X 3條水平位址內(nèi)容后，即快速完成一個(gè)完整畫面的顯示動(dòng)作。重復(fù) 以上相同顯示程序即能持續(xù)將靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的影像內(nèi)容不斷播出。
圖18顯示本發(fā)明的同軸彩色發(fā)光二極管，僅作為代表本發(fā)明同軸半導(dǎo) 體發(fā)光二極管主要精神的同軸共構(gòu)的主張，以說明其他可據(jù)以等效發(fā)揮同 軸共構(gòu)的發(fā)光功能及據(jù)以應(yīng)用的各種樣態(tài)。例如以動(dòng)態(tài)圖像配合紅光或綠 光來當(dāng)作交通號志燈的發(fā)光功能。又例如以全面紅光、綠光及藍(lán)光三色層 全亮信號的輸出，來當(dāng)作白光固體照明的發(fā)光功能等應(yīng)用，皆包含在本發(fā) 明的各種樣態(tài)應(yīng)用范圍內(nèi)。實(shí)例上所談，本同軸彩色發(fā)光二極管所組成的彩色顯示器，不但擁有 高顯像像素而以更高分辨率來表現(xiàn)在各種應(yīng)用場合的顯示器，且可以任何 放大投影而不失真的方式呈現(xiàn)真接合成彩色及達(dá)到逼真的效果。比較于要 多花成本以彩色濾光片間接合成彩色的方式，演色將較生動(dòng)得多。
應(yīng)可了解，上述每一組件的功能及其同軸使用發(fā)光功能、或兩個(gè)或多 個(gè)組件的功能及其同軸使用光導(dǎo)功能，皆可單獨(dú)或共同有效應(yīng)用在不同于 上述類型的其它類型的同軸共構(gòu)發(fā)光系統(tǒng)中。例如用于照明發(fā)光的同軸發(fā) 光二極管，其同軸使用光導(dǎo)功能的軸心組件可加粗以提供較高電流及較多 的光導(dǎo)出或熱散出功能。
盡管本文系以光電共導(dǎo)同軸發(fā)光二極管及其組成同軸彩色顯示器系統(tǒng)
圖解說明并闡述本發(fā)明;但此并非意欲僅將本發(fā)明局限于此等圖示細(xì)節(jié)，因
為在以不脫離本發(fā)明精神的任何方式的前提下，可對本發(fā)明實(shí)施各種修改 及結(jié)構(gòu)的改變。
實(shí)施例4
同軸長線形紅綠藍(lán)色發(fā)光二極管并排組成白光照明裝置 三支同軸長線形紅綠藍(lán)色發(fā)光二極管組成白光固體照明裝置如圖19所 示。1901為紅光同軸長線形發(fā)光二極管，1902為綠光同軸長線形發(fā)光二極 管，1903為藍(lán)光同軸長線形發(fā)光二極管，1904為具反射面的固定座。同軸 長線形發(fā)光二極管(簡稱CLLED)為一種將發(fā)光二極管同軸結(jié)構(gòu)化且加長制 造如圖20所示的構(gòu)造，使習(xí)知發(fā)光二極管電極的上下層排列布置變成為本 發(fā)明內(nèi)外供電兩電極及其中所夾各環(huán)形半導(dǎo)體層的同軸化布置。舉例圖20 中的加長軸心的同軸發(fā)光二極管，其2001為軸心電極、2002為同軸外環(huán)形 透明電極、2003為環(huán)形發(fā)光作用層(本例采用DH雙異質(zhì)結(jié)機(jī)發(fā)光的材料， 以GaAs當(dāng)P型活性作用層)、2004為環(huán)形電洞注入或傳導(dǎo)層(如當(dāng)P型局限 層的AL、Ga^As材料)、2005為環(huán)形電子注入或傳導(dǎo)層(如當(dāng)N型局限層的 AL、Ga:—、As材料)。則電流由軸心的陽極2001提供，并以半徑向輻射狀等距 推動(dòng)(DRIFT)及擴(kuò)散至外環(huán)導(dǎo)體2002的安排，如圖21的一 LED內(nèi)建電場 頂視圖所示以半徑向輻射狀等距推動(dòng)至外環(huán)導(dǎo)體。發(fā)光二極管系將電能轉(zhuǎn) 變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體組件。因此需要電流的注入，尤其是如何使注入電流很 均勻的推動(dòng)及擴(kuò)散在整個(gè)發(fā)光二極管中則極為重要，尤其是能均勻進(jìn)入發(fā) 光活性作用層。依圖示，在同軸供電兩電極提供電壓形成電場的驅(qū)動(dòng)下， 電洞和電子對在環(huán)形發(fā)光層2003中因不同的發(fā)光機(jī)制(如HOPPING， EXC1T1NG…)產(chǎn)生自然發(fā)光(SPONTANEOUS EMISSION)而四向射出。因形 成同軸供電的兩電極，對兩電極所提供的電子及電洞流動(dòng)至其間所夾的圓 環(huán)形發(fā)光層2003,走最近距離方向移動(dòng)，也正好為各半徑的電場極化方向，
亦即在其形成最大徑向電場作用中，載子依最大徑向電場推動(dòng)方向移動(dòng)(亦 是最高注入電流成因)。以本發(fā)明加長軸心電極為中心所制成的同心半導(dǎo)體 各環(huán)層厚度一致，電子或電洞皆沿其半徑走最短路徑十分均勻越過pn內(nèi)建 電位障壁，各自推動(dòng)及擴(kuò)散至外環(huán)電極及軸心電極，并在穿透過電位障壁
S單位跳躍式hopping移i),;生的光由折射率i導(dǎo)往外傳送的設(shè)計(jì)，
穿透過透明外環(huán)電極射出。此圖為橫切面所看者。因電極是以同軸等距供 電方式，以致在持續(xù)供電或脈沖供電開關(guān)區(qū)間內(nèi)，兩內(nèi)外電極所提供發(fā)光 作用的各電子電洞對因其所行路徑長相同，且同時(shí)出發(fā)并皆以最短距離行 進(jìn)至發(fā)光層結(jié)合發(fā)光。更重要的是所有提供發(fā)光的電子電洞對因同軸等距 分布的安排，在供電脈沖開關(guān)區(qū)間或持續(xù)供電區(qū)間同時(shí)放光發(fā)色，不但亮 度集中以增加發(fā)光效率，且因長線形活性發(fā)光層全體發(fā)光，如數(shù)百粒習(xí)知 點(diǎn)狀發(fā)光二極管成串組成，其面積十分長且大，功率可隨特性需求彈性改 變長度來達(dá)成。因此本實(shí)施例以制成各IO公分長的長圓柱狀紅光、綠光及 藍(lán)光CLLED并排固定在一具反射光座位上，形成一白光固體照明裝置(或 是以10公分藍(lán)光CLLED及一支10公分長黃光CLLED組成互補(bǔ)發(fā)出白光 的固體照明裝置)。則本發(fā)明的CLLED可大為提升發(fā)光二極管作為固體照 明的最佳結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到為人類降低照明耗電50 %的目的。
實(shí)施例5
圖22為一水平列3072個(gè)同軸彩色檢光器，及為提高像素密度排列成 重復(fù)折曲式的垂直行2304個(gè)同軸彩色檢光器，在平面上組成的彩色影像感 測器結(jié)構(gòu)為實(shí)施例。
參照圖22的彩色影像感測器內(nèi)各彩色檢光器系由3072 X 2304=7,077,888個(gè)同軸彩色檢光二極管(COAXIAL COLOR DIODES DETECTOR以下簡稱CCDD)組成。此為將同一像素上藍(lán)綠紅(BGR)三色各 同軸構(gòu)造化的檢光二極管，依各色波長光子預(yù)計(jì)可射入深度次序上下垂直 方向重疊，并以相同正極供電的軸心共構(gòu)，其各色層間以透明絕緣層隔開， 而構(gòu)成一個(gè)同軸彩色檢光器CCDD，如圖23-1所示。圖23-1中23011為藍(lán) 光同軸檢光層、23021為綠光同軸檢光層及23031為最下層的紅光同軸檢光 層，而23041為同軸心共構(gòu)重疊成串的軸心電極。由于本發(fā)明同軸檢光器 可制成三色層、四色層、五色層、六色層、七色層或更多色層可選多波長 等，依光子射入深度能力分別設(shè)計(jì)多層取出輸出方式。但為簡化說明以便 于了解，以下用相同原理的特選紅綠藍(lán)的RGB三色層其中最上一層來舉例， 亦達(dá)到同原理的說明效果。將檢光二極管同軸結(jié)構(gòu)化后，使習(xí)知檢光二極 管電極的上下層排列布置，變成為同軸化布置。則光激作用層即空乏區(qū)不
再以平層分布型態(tài)被隱藏在底層下，而形成為環(huán)切棵露空乏區(qū)的同軸環(huán)形 分布型態(tài)。
本圖23-1中舉例，又以圖23-2的同軸檢光二極管為PIN結(jié)構(gòu)者來舉例， 2301為同軸軸心電極、2302為N型環(huán)形半導(dǎo)體層、2303為I型環(huán)形半導(dǎo)體 層、2304為P型環(huán)形半導(dǎo)體層、2305為同軸外環(huán)形電極、2306為絕緣電介 質(zhì)層、2307為軸心共電輸出端。其環(huán)形空乏區(qū)(P-I接面至I-N接面)直接露 出在表面上的直接受光面方式，縱使在表面最短波長光子，亦可立刻吸收。 因受光激電子與電洞對，直接在推動(dòng)區(qū)域電場內(nèi)加速，且直接形成快速移 動(dòng)的推對電流輸出，短波長可獲快速反應(yīng)的結(jié)果。且本發(fā)明的同軸檢光二 極管內(nèi)的環(huán)形等厚度PN接合區(qū)，其游離化產(chǎn)生內(nèi)建(BUILT-IN)的正負(fù)徑向 等距分布電場，如圖21所示。因光子直接射入而產(chǎn)生的電子及電洞對，各 受PN接面形成半徑向電場驅(qū)動(dòng)，以最短等距路徑推動(dòng)至各同軸層的內(nèi)外二 電極，直接可被取出的快速反應(yīng)電流;已非如習(xí)知的光子必須穿透空乏層上 層的P型半導(dǎo)體內(nèi)的擴(kuò)散區(qū)，而產(chǎn)生延后輸出的擴(kuò)散電流。故本同軸檢光 二極管可獲得高反應(yīng)速度。其他各層同軸檢光二極管亦同樣可獲得高反應(yīng) 速度及提高靈敏度，并在更暗條件下拍取影像。同軸化檢光二極管檢光效 能提升又將三色同軸共用共構(gòu)，如實(shí)施例3 —樣又可使其組成的彩色檢光 器分辨率提高三倍。
因各CCDD2201為直接檢光且直接檢出各位址像素的色彩，CCDD上 方不再用彩色濾光片。各水平方向的3072個(gè)CCDD的3072個(gè)軸心在影像 感測器底層所連接而成的連接導(dǎo)線2202，接至影像感測器的垂直步進(jìn)掃描多 工處理器 2203(VERTICAL STEP SCAN AND MULTIPLEXER PROCESSOR)控制電路。當(dāng)時(shí)序產(chǎn)生器2204(TIMINGGENERATOR)啟動(dòng)攝 像需要的信號，依水平位址線內(nèi)容，提供各水平行軸心正電壓至同行各 CCDD的軸心。在同列掃描供電啟時(shí)間內(nèi)，攝像感測器的水平步進(jìn)掃描多 工處理 2205 ( HORIZOTAL STEP SCAN AND MULTIPLEXER PROCESSOR)信號控制電路，也依攝像需要的位址逐一輸出負(fù)電壓至 CCDD同軸外環(huán)電極上，則在類比信號處理器2206(ANALOG SIGNAL PROCESSOR)負(fù)荷上檢出行與列交插點(diǎn)像素位址上(CROSS POINT IMAGE ADDRESS)的彩色RGB電流信號內(nèi)容，逐一輸出各自彩色電壓準(zhǔn)位至類比 轉(zhuǎn)變數(shù)位轉(zhuǎn)換電路2207(A/D CONVERTER )，再由數(shù)位信號處理器 2208(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)處理控制并送至介面端部 2209(INTERFACE SECTION)以輸出至各顯示或儲(chǔ)存裝置上。則完成第一水 平同行上的3072個(gè)CCDD的攝像檢光作用。當(dāng)時(shí)序產(chǎn)生器啟動(dòng)攝像需要的 信號，依第二水平位址線所欲攝取內(nèi)容，提供下一水平行軸心正電壓至同 行各CCDD的軸心。在同行掃描供電開啟時(shí)間內(nèi)，攝像感測器的水平步進(jìn)
掃描多工處理器信號控制電路，也依攝像需要的位址逐一輸出負(fù)電壓至 CCDD同軸外環(huán)電極上，則在類比信號處理器負(fù)荷上檢出第二行與各垂直
列交插點(diǎn)像素位址上各CCDD的RGB電流信號內(nèi)容后。并逐一輸出各自彩 色電壓準(zhǔn)位至類比轉(zhuǎn)變數(shù)位轉(zhuǎn)換電路(A/D CONVERTER),再由數(shù)位信號處 理器處理控制并送至介面端部以輸出至各顯示或儲(chǔ)存裝置上。完成第二水 平同行上的3072個(gè)CCDD的攝像檢光作用。當(dāng)垂直步進(jìn)掃描控制電路依序 完成2304條水平行各行3072個(gè)CCDD像素信號內(nèi)容后，則獲得一個(gè)畫面 影像完整的檢出動(dòng)作。重復(fù)以上相同掃描程序即能持續(xù)將靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的影 像內(nèi)容不斷地輸出。
實(shí)施例6
利用本發(fā)明的同軸檢光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其所具有將接收光子能量檢出并 輸出電流的特性，以制成同軸太陽電池的發(fā)電結(jié)構(gòu)。太陽電池發(fā)電二極管 同軸結(jié)構(gòu)化后如圖24所示，使習(xí)知太陽電池二極管電極的上下層排列布置， 變成為同軸化布置后。則光激作用層即空乏區(qū)不再以平層分布型態(tài)隱藏在 底層下，而改變成同軸環(huán)形分布型態(tài)。本舉例同軸太陽電池為PIN結(jié)構(gòu)， 2401為同軸軸心電極、2402為N型環(huán)形半導(dǎo)體層、2403為I型環(huán)形半導(dǎo)體 層、2404為P型環(huán)形半導(dǎo)體層、2405為同軸外環(huán)形電極、2406為絕緣電介 質(zhì)層、2407為軸心共電輸出端。其環(huán)形空乏區(qū)直接露出在表面上，形成直 接受光面，縱使最短波長光子，可立刻吸收。因受光激電子與電洞對，直 接在推動(dòng)區(qū)域內(nèi)建電場內(nèi)加速，且直接形成快速移動(dòng)的推對電流輸出，短 波長可獲得快速直接輸出的結(jié)果。
將同軸太陽電池平面排列成如圖25的平面同軸太陽電池組，可以制成 大面積的供電裝置。參照圖25的同軸太陽電池供電器內(nèi)各太陽電池，系由 各行100個(gè)如圖,24所述硅質(zhì)P-I-N型同軸太陽電池組成，共100行。各同 軸太陽電池2501為P-I-N型同軸太陽電池，2502為各同軸太陽電池的供電 軸心電極。2503為各同軸太陽電池的同軸化的外圓環(huán)集電負(fù)電極，2509則 為此負(fù)電極的集電共用輸出端子。2504為P—型圓環(huán)形半導(dǎo)體。2505為I-型圓環(huán)形本質(zhì)半導(dǎo)體層。2506為內(nèi)環(huán)N—型圓環(huán)形半導(dǎo)體層。2507為平面 絕緣電介質(zhì)，2508為將所有2502軸心電極底部，連接在同平面的正極共平 面，2510為此平面的正極輸出端子。如上述說明所述的本發(fā)明同軸太陽電 池發(fā)電原理，因各波長光子直接射入推動(dòng)區(qū)，不同深度受激電子與電洞， 受均勻分布PN接面內(nèi)建徑向電場等距同步推動(dòng)，順利分離流出的電流，形 同共10000個(gè)同軸太陽電池并聯(lián)排列^T出電流的供電電池組。此電池組可 以再依用電設(shè)備所需的電壓與電流值的最低與最高狀況，分別串聯(lián)或并聯(lián) 供電，達(dá)到完美供電的目的。
將同軸太陽電池結(jié)構(gòu)加長制造，以制成長線形同軸太陽電池，并組成 一大單位面積的供電裝置，如圖26所示。此一大單位面積的供電裝置是由
1000條各長1000毫米(l公尺)的線形同軸太陽電池2601并聯(lián)后，鑲在同一 平面或有一特定曲面，如飛機(jī)或汽車外體流線形曲面的固定座2602上所構(gòu) 成。如此構(gòu)成的每一單位電池組，可以再依用電設(shè)備所需的電壓與電流值 的最低與最高狀況，分別串聯(lián)或并聯(lián)供電，達(dá)到所需供應(yīng)的電功率目標(biāo)。
每一線形同軸太陽電池2601,由下列同軸化材料組成，包括具有反射作 用的金屬導(dǎo)體軸心正電極2603、圓管狀N型半導(dǎo)體層2604、圓管狀I(lǐng)型半 導(dǎo)體層2605、圓管狀P型半導(dǎo)體層2606、透明圓管狀外環(huán)電極導(dǎo)體層2607、 外側(cè)抗反射鍍膜及表面保護(hù)層2608及固定座上鑲?cè)虢槊娴姆瓷溴兡?609 等。將各線形同軸心正電極2603并聯(lián)構(gòu)成正電輸出端子2610，及將2607外 環(huán)負(fù)電極并if關(guān)構(gòu)成負(fù)電輸出端子的2611。
線形同軸太陽電池也具有高效能集電原理， 一如同上述本發(fā)明同軸化 的均勻內(nèi)建電場作用，將側(cè)面射入光子產(chǎn)生光激沖擊電子與電洞對后，持 續(xù)分離及累積容電及供電的能力。雖沒有直接棵露推動(dòng)區(qū)而稍有失去極短 波長光能的遺珠之憾;但由于側(cè)面大面積進(jìn)入一如球透鏡狀的同軸太陽電池 后，內(nèi)部依材料特性需要所安排反射及折射后，可獲得一長短兼具的光吸 收路徑。故可制成較小半徑且較輕的同軸太陽電池構(gòu)造，達(dá)成寬光譜面的 吸收作用，并彌補(bǔ)較短波長稍微損失的部分，如圖27所示，各元件號同圖 26所說明內(nèi)容。
實(shí)例6上所談，本線形同軸太陽電池所組成的供電設(shè)備，不但可以更 小線徑同軸太陽電池構(gòu)造，達(dá)到更寬光譜面光子能量吸收的作用，又可以 更大單位面積組成平面或任何曲面排列，以適合作任何應(yīng)用場合及發(fā)電工 具所必要的外形組合、角度組合、串并聯(lián)組合、供電量組合、或地形及綷 度組合等發(fā)電作用。如此能脫離以昂貴晶棒切割成基板形式的制程，或非 單晶硅平面制程所制成小片組合的各種方式，而達(dá)到低成本制造大面積太 陽電池供電的效果，以擴(kuò)大供人類使用，創(chuàng)造人類福祉。
可應(yīng)了解，上述各實(shí)施例上每一組件的功能及其同軸使用光導(dǎo)功能、 或兩個(gè)或多個(gè)組件的功能及其同軸使用光導(dǎo)功能，皆可單獨(dú)或共同有效應(yīng) 用在不同于上述類型的其它類型的同軸共構(gòu)光導(dǎo)及光學(xué)系統(tǒng)中。
盡管本文是以同軸光導(dǎo)光纖及其同軸半導(dǎo)體光源和檢光器組合的同軸 光導(dǎo)系統(tǒng)圖解說明并闡述本發(fā)明;但此并非意欲僅將本發(fā)明局限于此等圖示 細(xì)節(jié)，因?yàn)樵谝圆幻撾x本發(fā)明精神的任何方式的前提下，可對本發(fā)明實(shí)施 各種修改及結(jié)構(gòu)的改變。
無需再分析以上說明所全面披露本發(fā)明的要旨，其己可以使人們能夠 應(yīng)用現(xiàn)有知識在合并根據(jù)先前技術(shù)觀點(diǎn)，以合理構(gòu)成本發(fā)明的一般或具體
樣態(tài)的基本特征的前提下，可輕易地將本發(fā)明修改用于各種應(yīng)用，例如實(shí) 施舉例中的同軸彩色影像顯示器、同軸固態(tài)白光照明裝置、同軸彩色影像 感測裝置、同軸太陽電池等應(yīng)用;且因此，此等修改應(yīng)該且已意欲包含在隨 附權(quán)利要求書的等效意義及范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種同軸光導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)軸殼(903)、環(huán)核心層(901)與外殼(902)三部份，而主要導(dǎo)光的環(huán)核心層(901)介于內(nèi)軸殼(903)與外殼(902)中間且其折射率高于無摻雜的純氧化硅、熔硅或其他導(dǎo)光材料所制成的內(nèi)軸殼(903)與外殼(902)所形成的同軸光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于光纖導(dǎo)光的折射率分布依據(jù)設(shè)定在半徑上，光在兩相同折射率的內(nèi)軸殼(903)及外殼(902)所形成的同軸導(dǎo)光結(jié)構(gòu)中，依折射率分布安排的波導(dǎo)方式傳送的同軸光導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸光導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于依折射率分 布安排的波導(dǎo)形式結(jié)構(gòu)光纖為單模態(tài)波導(dǎo)形式的同軸光導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸光導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于依折射率分 布安排的波導(dǎo)形式結(jié)構(gòu)光纖為多模態(tài)波導(dǎo)形式的同軸光導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸光導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于其折射率相
5、 一同軸半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)，其在一基板(1003)或平板上制作由形成同 軸供電的兩內(nèi)外導(dǎo)體(1001,1002)，其間隔以多層同心圓環(huán)形半導(dǎo)體層 (1004,1005,1006)或?qū)w層所組成的同軸半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)，其特征在于使其形成正負(fù)同軸的兩電極(1001,1002)對中間發(fā)光作用的圓環(huán)形半導(dǎo) 體層(1004,1005，1006)同軸供電后，達(dá)成圓環(huán)形發(fā)光半導(dǎo)體層1005對同軸光 纖；或受光裝置發(fā)射光波目的的結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的同軸半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)，其特征在于其形成正 負(fù)同軸的兩電極(1001,1002)對中間產(chǎn)生的發(fā)光作用結(jié)構(gòu)(1005),為一種電子 與電洞結(jié)合產(chǎn)生的自然性發(fā)光作用的有機(jī)或無機(jī)同軸發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的同軸半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)，其特征在于其形成正 負(fù)同軸的兩電極(1001,1002)對中間產(chǎn)生的發(fā)光作用結(jié)構(gòu)(1504),為一種電子
8 、 一種同軸半導(dǎo)體檢光器結(jié)構(gòu)，其在一基板(1106)上制作由形成同軸 供電的兩內(nèi)外導(dǎo)體(1101,1102),其間隔以多層同心圓環(huán)形半導(dǎo)體層 (1103,1104,1105)或?qū)w層所組成的半導(dǎo)體檢光結(jié)構(gòu)，其特征在于使其形成正負(fù)同軸的兩電極對中間產(chǎn)生檢光作用的圓環(huán)形半導(dǎo)體層 (1103,1104， 1105)同軸供電后，達(dá)成圓環(huán)形檢光半導(dǎo)體空乏區(qū)直接吸收來自 同軸光纖所傳送光波的光子能量；或來自光學(xué)系統(tǒng)接收影像光子能量，并 在均勻半徑向內(nèi)建電場作用下，將受激電子與電洞對分離的推動(dòng)電流檢出 目的的結(jié)構(gòu)。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所迷的同軸半導(dǎo)體檢光器結(jié)構(gòu)，其特征在于其形成正負(fù)同軸的兩電極對中間安排圓環(huán)形半導(dǎo)體檢光層(1103,1104，1105)產(chǎn)生檢 光作用的結(jié)構(gòu)，為光子進(jìn)入圓環(huán)形檢光半導(dǎo)體層(1103，1104，1105)的吸收， 產(chǎn)生電子與電洞的推動(dòng)電流檢光作用的同軸半導(dǎo)體PN檢光二極管。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的同軸半導(dǎo)體檢光器結(jié)構(gòu)，其特征在于其形 成正負(fù)同軸的兩電極對中間安排圓環(huán)形半導(dǎo)體檢光層(l 103,1104,1105)產(chǎn)生 檢光作用的結(jié)構(gòu)，為光子進(jìn)入圓環(huán)形檢光半導(dǎo)體層(1103,1104，1105)的吸收， 產(chǎn)生電子與電洞的推動(dòng)電流檢光作用的同軸半導(dǎo)體PIN檢光二極管結(jié)構(gòu)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的同軸半導(dǎo)體檢光器結(jié)構(gòu)，其特征在于其形 成正負(fù)同軸的兩電極對中間安排圓環(huán)形半導(dǎo)體4全光層(1103， 1201,1104,1105) 產(chǎn)生檢光作用的結(jié)構(gòu)，為光子進(jìn)入圓環(huán)形檢光半導(dǎo)體層具高電場沖擊電離 區(qū)1201，產(chǎn)生受沖擊高速度或高能量的電子與電洞，再繼續(xù)電離眾多新電 子及電洞的倍增電流的檢光作用，所構(gòu)成的同軸雪崩二極管檢光結(jié)構(gòu)。
12、 一種同軸光導(dǎo)系統(tǒng)，包含 一種權(quán)利要求5所述的同軸半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)；或 一種權(quán)利要求1所述的同軸光導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)；或 一種權(quán)利要求8所述的同軸半導(dǎo)體檢光器結(jié)構(gòu)； 其特征在于施行同軸光導(dǎo)系統(tǒng)的通信及感測目的，其將同軸半導(dǎo)體光源與同軸光 纖組合；或?qū)⑼S光纖與同軸半導(dǎo)體檢光器組合；或?qū)⑼S光纖、同軸半 導(dǎo)體光源與同軸半導(dǎo)體檢光器組合使用。
13、 一種彩色影像顯示器裝置，由權(quán)利要求5所述的同軸光源結(jié)構(gòu)所 組成，其特征在于將同軸發(fā)光二極管光源結(jié)構(gòu)，以在一基板或平板的同一 共同透明供電軸心上，直立重疊制作三層藍(lán)綠紅色的同軸發(fā)光二極管 (1701)，形成三色同軸共構(gòu)方式，且分層各外環(huán)電極可分別控制發(fā)光量的同 軸可調(diào)色彩發(fā)光二極管，所排列組成的彩色影像顯示器裝置，其各水平行 或垂直列所有同軸彩色發(fā)光二極管的供電軸心的連接線(1702)作為尋址供 電垂直步進(jìn)方向或水平步進(jìn)方向掃描線；其各垂直列或水平行同色層外環(huán) 電極聯(lián)線作為水平步進(jìn)方向或垂直步進(jìn)方向逐點(diǎn)尋址掃描供電。
14、 一種影像傳感器裝置，由權(quán)利要求8所述的同軸檢光器結(jié)構(gòu)所組 成，其特征在于將同軸檢光二極管結(jié)構(gòu)，以在一基板或平板的同一共同透 明供電軸心上，依各波長可射入深度次序直立重疊制作所定義的三層藍(lán)綠 紅色的同軸檢光二極管(2201)，形成三色同軸共構(gòu)方式，且分層各外環(huán)電極 可分別檢出受光量的一種同軸可選色彩檢光二極管結(jié)構(gòu)，并依序排列組合 在同一平面上組成的彩色影像感測裝置，其各水平行或垂直列所有同軸檢 光器供電軸心的連接線(2202)作為尋址供電垂直向或水平向掃描結(jié)構(gòu)，且其 的內(nèi)容。
15、 一種固體照明裝置，由權(quán)利要求5所述的同軸半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)所 組成，其組成發(fā)光可供照明的白光；或紅外線光源；或彩色光源的發(fā)光二 極管，其特征在于將同軸半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)在平面組合成固體照明裝置結(jié)構(gòu)。
16、 一種固體照明裝置，由權(quán)利要求5所述的同軸半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)所 組成，其組成發(fā)光可供照明的白光；或紅外線光源；或彩色光源的發(fā)光二 極管，其特征在于以同軸化結(jié)構(gòu)增長成線形同軸發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，組合成 同軸長線形固體照明裝置結(jié)構(gòu)。
17、 一種同軸半導(dǎo)體太陽電池結(jié)構(gòu)，由權(quán)利要求8所述的同軸半導(dǎo)體 檢光器結(jié)構(gòu)所制成，，其特征在于將同軸半導(dǎo)體檢光結(jié)構(gòu)組合在一平面或基 板上，制作由形成同軸供受電的兩內(nèi)外導(dǎo)體(2401，2405)，其間隔以多層同的;并聯(lián)發(fā)電裝置，使其中持續(xù)i受太陽光子射至;環(huán)形半導(dǎo)體層所累;、 轉(zhuǎn)變的電能，而形成正負(fù)同軸能夠供電輸出的兩電極，達(dá)成圓環(huán)形半導(dǎo)體 空乏區(qū)直接吸收太陽光子能量，并在均勻半徑向內(nèi)建電場作用下，將受激 電子與電洞對分離的推動(dòng)電流輸出目的的太陽電池結(jié)構(gòu)。
18、 一種同軸半導(dǎo)體太陽電池結(jié)構(gòu)，由權(quán)利要求8所述的同軸半導(dǎo)體成線;同/由太陽電池結(jié)構(gòu):組合在i平面或曲面上，:;:形成同軸供受電的兩內(nèi)外管線狀導(dǎo)體(2603,2607)，其間隔以多層同心圓管形半導(dǎo)體層 (2604,2605，2606)或?qū)w層所組成的長線形同軸太陽電池受光結(jié)構(gòu)的串并聯(lián) 發(fā)電裝置，使其中持續(xù)接受太陽光子射至圓管形半導(dǎo)體層(2604，2605，2606) 所累積轉(zhuǎn)變的電能，而形成正負(fù)同軸能夠供電輸出的兩電極(2610,2611)，達(dá) 成圓管形半導(dǎo)體空乏區(qū)直接吸收太陽光子能量，并在均勻半徑向內(nèi)建電場 作用下，將受激電子與電洞對分離的推動(dòng)電流輸出目的的長線形太陽電池 結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明同軸光導(dǎo)系統(tǒng)的同軸光導(dǎo)光纖是以折射率分布在半徑所制成；異于習(xí)知以折射率分布在直徑的光纖。構(gòu)成同軸的圓外殼和軸心部折射率相同，導(dǎo)光依據(jù)的折射率分布其中心已從軸心移到光纖所有半徑上；光改在軸心和其同軸的圓外殼間傳導(dǎo)。此新定位不但避免習(xí)知光纖制造后折射率分布中心凹陷問題，且依本發(fā)明所制同軸單模光纖的光通量比習(xí)知單模光纖大，而增加通信距離。配合此新定位所發(fā)明以同軸供電的內(nèi)外導(dǎo)體，其間隔以多層圓環(huán)形半導(dǎo)體構(gòu)成的同軸光源和檢光器，不但解決側(cè)射型橢圓光源射入圓核心的耗能問題，且使同軸的光纖、光源及檢光器可一體共構(gòu)組成完美光電匹配的同軸光導(dǎo)系統(tǒng)。
文檔編號H04B10/12GK101393302SQ20071015466
公開日2009年3月25日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者楊春足 申請人:楊春足