CN100412590C - 用于激光器和接收器的光学耦合的衬底组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于激光器和接收器的光学耦合的衬底组件，具体公开了一种包括在光学子组件之间耦合的特征的连接器本体。连接器本体包括在相对的侧面之间的内部销孔和在相对侧面上传送光纤的内孔的阵列。该销孔适合于容纳穿过连接器本体并有利于将连接器本体连接到在一侧上的匹配衬底和在另一侧上的匹配光纤的对中销。
Description
技术领域
一般地说本发明涉及在电信号和光信号之间转换的组件，更具体地说，涉及具有如下特征的光学连接器：使用对中销有利于在前端和后端上与其它光学组件相互连接和对准。
背景技术
光纤技术十分适合于通信应用，因为光纤具有较宽的传输带宽并且衰减相对较低。然而，光纤与电子器件和光学网络的光纤接口制造昂贵，因为在衬底上安装激光发射和接收器件并使它们与分别安装的光纤对准存在相关的难度。这种难度一般与制造具有精确的公差并在精确的公差内在精确的位置上安装部件相关。为克服这些困难，通过在光纤和有源光学部件之间发射光束，有源地完成最后安装和对准过程以确保完成的组件正确地对准并起作用。
通常，光学组件至少包括三个主元件以将光纤连接到有源光学部件；连接器本体，在其上安装有源光学部件的衬底和支撑并连接连接器和衬底两者的平台。虽然已经实施这种常规的技术以形成光学组件，但理想的是形成具有更少和/或更小的部件的组件。
因此，需要不用分离的平台地安装连接器和衬底的光学组件和方法。理想地，组件和方法与边缘发射和表面发射激光技术兼容。进一步需要一种包括有利于匹配件的相互连接和对准而不极大地增加组件的尺寸的特征的光学组件。进一步还需要一种包括有利于以经济的部件进行内部安装和对准以及匹配件与组件的外部安装和对准的特征的光学组件。
发明内容
根据本发明，提供一种包括在光学子组件之间耦合的特征的连接器本体。该连接器本体在相对的侧面之间包括内部销孔和在相对侧面上之间传送光纤的内孔的阵列。销孔适合于容纳穿过连接器本体并有利于将连接器本体连接到在一侧上的匹配衬底和在另一侧上的匹配光纤的对中销。使用对中销，在组装或连接过程中连接器本体容易安装到其它的部件或子组件。对中销节省了与分离的安装平台相关的成本并且有利于部件的对准匹配。
容纳光纤的孔阵列可以位于销孔之间。此外，连接器本体可以包括一对腔体，每个腔体从连接器本体的表面延伸到对应的销孔。在组装的过程中该对腔体可以与孔阵列分离并且可用于施加粘合剂以将对中销粘合到连接器本体。连接器本体可以进一步包括从本体的表面延伸到孔阵列的中心腔体。在组装的过程中，中心腔体可用于施加粘合剂以将光纤粘合到连接器本体。连接器本体进一步可以包括在孔阵列的附近的斜面。可以使用该斜面以有利于将倾斜的端部切割成从孔阵列凸伸的光纤。
根据本发明的另一实施例，提供衬底以使光学部件与光学连接器本体匹配。衬底包括在从衬底的边缘延伸的在衬底表面中形成的至少两个沟道。该沟道适合于容纳用于将光学连接器本体对准并连接到衬底的对中销。衬底进一步可以包括安装到一表面以朝衬底的边缘发射或接收至少一个光束的有源光学部件。衬底进一步可以包括安装在有源光学部件和聚集至少一个光束的衬底的边缘之间的衬底上的透镜部件。
根据本发明的另一实施例，匹配光纤并终止光学部件的光学组件包括连接器本体、衬底、光纤、有源光学部件和对中销。连接器本体具有相对的第一和第二表面和从第一表面延伸到第二表面的两个销孔。该本体也包括在第一和第二表面之间延伸的孔阵列。光纤设置在孔阵列中的至少一些孔中。衬底包括从衬底的边缘延伸形成的至少两个沟道。对中销设置在销孔和沟道中并且将连接器本体连接到衬底。有源光学部件安装在至少与一些光纤进行光学通信地接合的衬底上。
附图说明
参考下文的详细描述和附图将会更加完整地理解本发明的上述特征和优点，这些附图给出了不构成对本发明限制的实例性实施例。
附图1所示为根据本发明的一种实施例的连接器本体。
附图2A描述了根据本发明的一种实施例包括连接器本体、匹配衬底和对中销的光学组件。
附图2B和2C描述了对中销的变型实施例。
附图3所示为根据本发明的一种实施例具有容纳对中销的凹坑的衬底。
附图4所示为根据本发明的一种实施例包括垂直腔体表面发射激光器的部件的光学组件。
附图5A和5B所示为根据本发明的一种实施例包括封盖的组件。
附图5C所示为根据本发明一种实施例包括封盖的组件的横截面。
附图6所示为根据本发明的一种实施例包括两个衬底的组件的视图。
具体实施方式
根据本发明，提供了一种包括在光学子组件之间耦合的特征的连接器本体。该连接器本体包括在相对的侧面之间的内部销孔和在相对侧面上传送光纤的内孔的阵列。销孔适合于容纳穿过连接器本体并有利于将连接器本体连接到在一侧上的匹配衬底和在另一侧上的匹配光纤的对中销。使用对中销，在组装或连接过程中连接器本体容易安装到其它的部件或子组件。对中销节省了与分离的安装平台相关的成本并且有利于部件的对准匹配。
附图1所示为根据本发明的一种实施例的连接器本体100。连接器本体100可以作为组件的一部分实施以与在衬底上的有源光学器件连通的关系安装光纤。参考附图1，所示的连接器本体为在三维上具有被切割成本体的特征的基本矩形。然而，矩形仅仅是连接器本体的一种实施例，还可以以任何方便的形状实施。
连接器本体100包括相对的侧面110和120和孔阵列130。孔阵列130的大小适合于在连接器本体内从侧面110到侧面120传送光纤130。结果，这些孔的直径稍微大于没有缓冲层的光纤的直径。一般地，孔阵列140基本是共面的并且具有由连接器本体100与其匹配的有源光学部件的间距确定的间距。作为实例性实例，在孔阵列内的孔可以具有125微米的内直径或尺寸。孔间距实例性地为250微米。然而，任何孔尺寸和间距都可用于阵列并且该阵列具有规则或不规则的间隔。此外，根据某些实施例的孔可以共面或可以不共面或者可以包括多个层。侧面110可以被称为“正面”，因为一般地它将光纤从孔阵列连接到输送到其它的系统或组件的匹配光纤。侧面120可以被称为“后”侧，因为一般它将光纤耦合到终止光纤链接的有源光学部件，比如激光发射和接收部件。
连接器本体100也包括销孔140。销孔140可以从侧面110横过到侧面120并在侧面110和120两侧上提供开口。可替换地，根据实施方案，销孔140可以仅穿过连接器本体的一部分。例如，销孔可以不给正面110提供开口。然而，根据本发明，销孔在侧面120上提供开口。作为销孔的变型，销被可以作为连接器本体的一部分模制或加工。根据再一实施例，正面110可以包括用于从另一部件容纳匹配销的销孔，由此使它成为母连接器。
使销孔的大小容纳对中销(如附图2所示)。销孔可以具有根据设计和销截面的便利组装的任何内径。作为实例性实例，销孔可以具有700微米的内径或尺寸。
对中销有利于将连接器本体100连接到匹配部件。根据本发明的一种实施例，使用对中销将连接器本体连接到包括在它的表面上的光学部件的衬底。光学部件可以是激光发射或接收器件，并且可以使用垂直或水平光学发射或接收技术。
连接器本体100可以进一步包括具有到其表面开口的腔体。参考附图1，所示的连接器本体具有一对腔体150和中心腔体160。腔体150与孔阵列135隔离。在连接器本体中的腔体150被形成为使腔体朝一表面(比如表面170)打开。每个腔体150也朝一个销孔140打开。腔体150允许通过朝表面170打开的腔体150的一部分将粘合剂应用到销孔。在对中销设置在销孔140内时，在每个腔体150内施加的粘合剂通过在对中销和每个销孔140的壁之间的毛细管作用吸到孔中。这样，腔体150有利于施加粘合剂以将对中销粘合到在销孔140内的本体100。腔体150可以具有矩形截面或者可以是其它方便的形状。
本体100可以进一步包括朝一表面(例如表面170)打开的腔体160。腔体160允许通过朝表面170打开的腔体的一部分将粘合剂应用到孔阵列。在光纤设置在孔阵列130内时，在每个腔体160内施加的粘合剂通过在光纤和每个销孔130的壁之间的毛细管作用吸到孔130中。这样，腔体160有利于应用粘合剂以将光纤粘合到在孔130内的本体100。腔体160可以具有矩形截面或者任何其它方便的形状。
连接器本体100可以进一步包括斜面175。斜面175可以包括自本体100的切面，该切面产生了从后面朝正面延伸的表面。如附图1A所示，斜面175包括从后面延伸并与朝正面的孔阵列相邻的表面。斜面与表面170相交并形成相对于孔阵列的平面具有锐角的平面。该角度可以是45度或者任何其它方便的锐角。选择该角度以确保光束偏离在垂直定向的光学发射或接收部件和水平设置的光纤之间的光纤的成角度的端面的正确的反射。
斜面有利于切割在连接器本体100的后面上的光纤135的边缘。根据本发明的一个实施例，从后面120凸伸的光纤的端部以激光束切割到在孔130的平面和表面170之间测量的大约45度的角度(或其它的锐角)。斜面175有利于以如下的方式切割光纤135。在光纤135已经粘合在连接器本体内之后，斜面提供了在表面170和在靠近连接器本体的后面120的位置上光纤的后端之间的视线。激光切割器件可以被定位在沿视线投射切割光束以将光纤135的后端切割到45度的角度。虽然描述了45度的角度，但是斜面和光纤的端部可以被设置在根据设计方便的任何锐角上。此外，除了激光切割之外，光纤端部可以根据任何常规的切割技术切割。
连接器本体100可以由包括硅、塑料、玻璃、陶瓷或金属的各种材料制成。连接器本体可以通过任何常规的制造技术(包括模制)形成。在模制本体或者机加工本体、给本体钻孔或其组合的同时，可以形成包括上述的表面和孔的连接器本体100的特征。
附图2A所示为包括连接器本体100、衬底210和对中销220的组件200。参考附图2A，使用对中销220将连接器本体100耦合到衬底210。对中销220可以由任何常规的材料制成，包括金属、玻璃、塑料或其组合。对中销具有如附图2A所示的均匀的圆形横截面。可替换地，对中销可以具有如附图2B和附图2C所示的不同的横截面或不规则的形状。附图2B所示为具有沿它的长度的一部分的圆形横截面和沿它的长度的另一部分的矩形横截面。可以有多个无穷数量的销的变型例。附图2C描述了具有将销锁定到位的带螺纹的端部的螺钉的对中销220。可以给销孔车螺纹以接收带螺纹的销，如在附图2C所示。
在组装的过程中，对中销220设置在连接器本体的孔140内并以粘合剂(比如环氧树脂或焊料)粘合到连接器本体。销220也可以被焊接到连接器本体100。对中销220可以设置在连接器本体内以使销220从连接器本体的正面110和后面120两侧延伸。销220的后面突起用于固定连接器本体到衬底210。这通过相对于衬底定位销220而执行，如下文所述，然后例如以十分公知的方式通过环氧树脂、钎焊或焊接将销接合到衬底。
衬底210包括用于终止在连接器本体100内的光纤的有源光学部件。这些光学部件可以是在电脉冲和光脉冲之间转换的半导体部件。因此，衬底210可以是包括一个或多个电介质层和用于将光学部件电耦合到电源、地端和在衬底210上的信号管脚的涂敷金属的印刷电路板。光学部件可以被定位并连接到衬底以使它们与在光纤阵列130内的光纤135进行正确地光通信。
附图3所示为根据本发明的一种实施例的实例性衬底300的表面视图。参考附图3，衬底300包括相对的侧面310和320和表面330。衬底300包括在表面330上形成的槽340以容纳对中销。这些槽在侧面310和320之间在纵向方向上延伸。槽不需要从侧面310到320地横过整个衬底。相反，仅仅在310和320之间的一部分表面可以从侧面310开始横过，它是与连接器本体100匹配的侧面。槽的大小和形状形成为与销220紧密地耦合。因此，每个槽一般包括在尺寸和形状上大致等于销220的外部尺寸或它的一部分的纵向横截面。销以及槽的横截面可以是圆形、矩形、三角形或任何其它的适宜的形状。根据本发明的一种实施例，在销220位于槽340内时设定槽的深度以控制在孔阵列内的光纤135的高度。
衬底300可以进一步包括对准并安装光学部件的凹坑350。凹坑350可以具有根据它将要容纳的光学部件的尺寸的深度、长度和宽度。虽然没有示出，凹坑在它的表面上进一步可以包括销涂敷金属。在凹坑内连接部件的过程中，在涂敷金属上的焊球可用于将光学部件固定并电耦合到衬底300。
再次参考附图2，光学部件230设置在凹坑350内。光学部件230是水平发射或接收型。部件230包括以与在连接器本体100内的孔阵列130的间距匹配的间距隔开地设置的光发射或接收元件。在连接器本体100与衬底210的对准的过程中，部件的光发射或接收元件被设置成从连接器本体100的后面120凸伸的光纤135发射或接收光束。在本实施例中，从连接器本体100的后面120凸伸的光纤的端部一般以相对于阵列的平面90度的角度偏离的各种角度切割。这些端部也可以与本体100平齐。根据本实施例，斜面可以包括在本体100内或可以不包括在其内。
在使用附图2中描述的组件200的过程中，部件240可以将激光束的阵列发射给在孔阵列内的光纤135以通过耦合到连接器本体100的正面110的光学网络发射给远程设备。类似地，部件240是接收器，部件可以从光纤135接收激光束阵列，并将所接收的激光束转换为电脉冲，该电脉冲被发送给在衬底210上的其它部件或者离开衬底210。
根据本发明的一种实施例，衬底210可以进一步包括安装在部件230和与连接器本体100相邻的侧面之间的表面上的透镜240。透镜240因此被设置在光纤阵列的后端和部件240之间，并且被用于对一个或多个光束聚焦以有利于在部件240上的光信令元件和一个或多个光纤之间的光学通信。透镜240可以包括单个透镜或透镜阵列以对单个光束或光束阵列进行聚焦、准直、衰减、偏振、整形、导向或其它方式的改变。
附图4所示为根据本发明的另一实施例的组件。参考附图4，组件400非常类似于组件200。然而，附图4的组件包括实施垂直而不是水平发射或接收光学部件的光学部件410。部件410设置在最接近连接器本体100的衬底420的侧面上。具体地，部件410被设置成部件的垂直发射或接收元件以如下的方式与光纤420光学地耦合。
光纤的端部具有半透明基并在光纤的平面和连接器的上表面之间具有大约45度(或其它适宜的角度)的锐角的端面。可以选择反射性涂层并将其应用到光纤的端面以控制反射离开成角度的表面的光量。
在部件包括垂直发射光学元件比如垂直腔表面发射激光器时，每个激光器从该部件将光束垂直发射给对应光纤的底部。入射光束然后越过光纤的端面并沿光纤的长度朝连接器430的正面反射偏离成角度的端面。
在部件410包括垂直光学接收元件比如光电二极管时，从正面430入射的光束到达后面440并通过光纤的底部反射偏离成角度的端面，并进入光电二极管。
附图5A和5B所示为可以应用到附图2或4的组件的封盖500。参考附图5A和5B，封盖500可以是基本空心的矩形壳体，其尺寸适合于包围连接器本体100的后面部分并与其匹配。封盖可以包括肋板，附图5C示出了组件的横截面视图。肋板用于使封盖与连接器邻接，由此有利于封盖与组件200和400对准。封盖可以由塑料、玻璃、陶瓷、金属或其它任何适宜的材料制成。
根据本发明的一种实施例肋板可以进一步用作镜座。例如，在组件400的部件410上实施垂直腔表面发射激光器时，导向到光纤的底座中的光束的一部分不反射偏离光纤的成角度的端面。相反，一部分光束通过光纤透射并离开顶部。附着到肋板的镜面可以将这部分透射的光反射回衬底440的表面或者部件410，在这里通过光学监测器件可以测量这些光线。使用监测器件监测激光的完整性并在激光器失效或者因其它原因不能有效地工作时产生信号。
封盖500可由塑料、玻璃、陶瓷、金属或任何其它适宜的金属制成。根据本发明的一种实施例，可以给包围衬底的封盖的空心部分注入半透明的密封剂(比如硅酮)以保护组件和在组件上的器件。
在连接器100的前面和后面上的光纤可以以激光束或其它切割工具切割。如果需要的话，在切割之后可以对光纤的端面进行抛光。在使用激光切割工具时，可以不需要抛光。在连接器100的后面的光纤可以相对于光纤的阵列的平面垂直地或成锐角地形成。该角度可以是在0和90度之间的任何角度，选择该角度以有利于沿光纤或者朝在光学部件上的接收元件反射光束偏离端面。
在组装的过程中部件连接到衬底。部件可以是任何有源光学部件，比如光发射和接收器件。其它的电子器件也可以安装在衬底上以有利于衬底的驱动信号的接通或切断，以执行信号处理或者任何其它任何有用的目的。
销可以插入或通过连接器本体100，并且该本体和销相对衬底对准。这种对准可以以十分公知的方式有源地实施，其中衬底的光学部件是有源的。可替换地，在衬底中提供凹坑和槽时，通过以衬底的槽和连接器本体的销孔定位销来无源地执行对准。
应用这种销，连接器本体和衬底正确地对准，并且在步骤640中将销接合到连接器本体100和衬底。如上文所述，通过使用应用到腔150的粘合剂、通过钎焊、焊接或任何其它方便的连接方案完成接合。
这样，连接器本体可以用光纤和对中销方便地配置以形成带衬底的组件。封盖可以如上文所述地接合到组件。
在本发明的范围内可以做出许多变型。例如，附图6描述了本发明的一种变型实施例，根据这种实施例两个衬底300通过销220安装到连接器本体100。参考附图6，每个衬底300可以具有耦合到上表面或下表面的光学部件。此外，孔阵列的各个层可以位于衬底或衬底外部之间。监测器件也可以根据结构连接或加工在该衬底上。一个或两个衬底可以相对连接器100或销220有源地对准，并接合到销220以在一个或多个衬底300和连接器100之间形成光学连接。根据这个实施例可以使用封盖500以如上文所述地密封组件。
虽然已经示出并描述了本发明的具体实施例，但是本领域普通技术人员应该理解的是在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以对这些实施例进行修改。
Claims (14)
1. 一种用于在光学组件之间耦合的连接器本体，包括：
具有相对的第一和第二表面的本体；
该本体包括从第一表面延伸到第二表面的两个销孔，
该本体进一步包括：在第一和第二表面之间传送光纤的孔阵列，以及一对腔体，每个腔体从本体的第三表面延伸到所述销孔中的对应一个，该对腔体中的每个与孔阵列隔离；
其中销孔适合于容纳从第一和第二表面凸伸的对中销，该对中销有利于与匹配组件连接和对准。
2. 根据权利要求1的连接器本体，其中孔阵列位于销孔之间。
3. 根据权利要求2的连接器本体，其中每个腔体的横截面为矩形。
4. 根据权利要求2的连接器本体，进一步包括从本体的第三表面延伸到孔阵列的中心腔体。
5. 根据权利要求4的连接器本体，进一步包括：
从第二表面朝第一表面延伸并与第三表面相交的斜面，该斜面与在孔阵列附近的第二表面相交。
6. 一种使光学部件与根据权利要求1中的连接器本体匹配的衬底，包括：
安装有源光学部件的衬底，该衬底包括在衬底的表面上形成并从衬底的边缘延伸以容纳对中销的至少两个沟道，其中对中销用于使所述连接器本体与衬底对准并连接。
7. 根据权利要求6的衬底，进一步包括：
安装到衬底以用于朝衬底的边缘发射至少一个光束的水平发射有源光学部件。
8. 根据权利要求6的衬底，进一步包括：
安装到所述有源光学部件和衬底的边缘之间的衬底上以对至少一个光束进行聚焦的透镜部件。
9. 根据权利要求6的衬底，进一步包括：
安装到衬底用于发射至少一个光束的垂直发射有源光学部件。
10. 根据权利要求6的衬底，进一步包括：
安装到边缘附近的衬底上以监测至少一个光束的发射的监测二极管。
11. 根据权利要求6的衬底，进一步包括：
安装到衬底以从衬底的边缘接收至少一个光束的有源光学部件。
12. 根据权利要求10的衬底，进一步包括：
安装到在有源光学部件和衬底的边缘之间的衬底上以对至少一个光束进行聚焦的透镜部件。
13. 一种用于匹配光纤和结束光学部件的光学组件，包括：
根据权利要求1的连接器本体；
设置在所述连接器本体中的孔阵列中的至少一些孔内的光纤；
包括形成在衬底表面上并从衬底的边缘延伸的至少两个沟道的衬底；
设置在销孔和沟道中的对中销，该对中销将连接器本体连接到衬底，和
安装在与至少一些光纤光学通信地接合的衬底上的有源光学部件。
14. 根据权利要求13的光学组件，进一步包括设置在衬底周围的封盖。
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