CN101506708A - 光学连接器和光学耦合结构 - Google Patents

Abstract

提供一种光学连接器，其中使被设置在光学连接器的下表面的光学接口模块产生的热量被有效地从光学连接器的上表面耗散。光学连接器包括其端部具有45度镜面(106)的光传输路径(101)，其中，在光传输路径(101)中，设置光输入/输出部分(102)的下表面和其面对下表面的上表面被夹在热导率高于光传输路径(101)的热导率的金属图案(107、108)之间，并且其中，金属图案(107、108)通过热导率高于光传输路径(101)的热导率的热量耗散通路(103)彼此物理连接。

Description

光学连接器和光学耦合结构

技术领域

本发明涉及一种光学连接器，其被插入到模块中和从模块中抽出，所述模块用于在信息设备(如路由器、服务器和存储器)之间或在板之间或在后连线板上传递信号。

背景技术

近年来，由于信息设备(如路由器、服务器和存储器)处理的信息量显著增加，人们明显地意识到信息设备之间、或板之间、或后连线板上的互连的电传输正达到极限，因此增加了对通过光传输进行互连的需要。

由此，也开发了用于光学互连的接口模块。

在许多情况下使用VCSEL(垂直腔面发射激光器)作为用于光学互连的光学模块的光源。作为其原因，列出了如低功耗、低成本、与光纤的高耦合效率，以及较高的二维集成和并联的特性。由于VCSEL具有这样的特性，它最适合作为用于设备中的光学互连模块的光源。

VCSEL的发射方向垂直于衬底，换言之，VCSEL在垂直于衬底的方向上发射光束。

这种类型的光学接口模块包括：其上安装光学元件(如VCSEL和驱动集成电路)的衬底、将信号从衬底上传递到安装板的通路衬底(viasubstrate)，以及安装光提取部分(如透镜)的箱体。

作为相关技术的光学模块的示例，专利文献1中公开了“光电复合模块和采用该模块作为部件的光学输入/输出设备”。

图1示出了专利文献1中公开的光学模块的截面视图。

在其中形成夹层配线的透明板601上，以及在形成配线图案的上表面和下表面上，用于发射或者接收光学信号的光学元件602通过倒装片(flipchip)安装被连接到配线电极，并且用于调节光学元件的电流幅度的输入/输出集成电路603(在光学元件是光发射元件的情况下是驱动集成电路，或在光学元件是光接收元件的情况是电气放大器集成电路)也同样地通过倒装片安装被连接到配线电极。

此外，在透明板601上，光学元件和光学连接器之间的光学耦合通过例如透镜的光学耦合装置来实现。输入/输出集成电路和其上安放光学模块的板之间的信号线经由通路衬底(夹层配线板)604从透明板601连接到板上的电极。驱动集成电路产生的热量在从光学模块下方到安装板的方向上被耗散。

在这种类型的光学接口模块中，必须将光传输路径限制在容纳板的台架的高度以内，因此必须在与光学接口模块光学耦合的光学连接器中提供光轴改变的功能。

作为这种光学连接器的相关技术，专利文献2中公开了“光学模块”。

图2示出了专利文献2中公开的光学连接器的结构。光学连接器被构成为在连接部分中设置用于定位光纤的V形槽701和倾斜45度镜面702，并且光纤阵列703被安装在V形槽701中并被玻璃盖704按压。从光纤阵列703发射的光束一旦被发射到自由空间，继而被倾斜45度的镜面反射，从而在其光路被弯曲90度的状态下从光学连接器中发射。然后，光束经由例如透镜的光学耦合装置与光学接口模块耦合。

专利文献1：日本专利公开公报No.2004-31508

专利文献2：日本专利公开公报No.2003-207694

专利文献3：日本专利公开公报No.10-186183

发明内容

本发明要解决的问题

然而，当光学模块与光学连接器光学耦合时，难以确保热量途径。即，由于光学连接器在产热体(例如光学接口模块中的光学元件或驱动集成电路)的上方被插入和抽出，很难在向上的方向上耗散热量。

此外，在热量在模块的向下的方向上被耗散的情况下，由于其上安装光学元件和驱动集成电路的透明板没有与安装板直接接触，有必要通过在驱动集成电路和安装板之间设置热量耗散材料来减小向下的热阻，向安装板侧耗散热量。

在专利文献3中公开的“光学阵列模块”中，公开了一种通过采用光纤固定块来固定光学模块中的光纤的结构。在这种结构中，当光纤固定块由金属制成时，衬底的热量可以在向上的方向上耗散。然而，该结构被构造固定光纤，因此不能应用到允许光纤插入到光学模块和从光学模块抽出的光学连接器。

如上所述，在光学接口模块的结构中，存在着难以在模块的向上的方向上耗散热量的问题，以及为实现在向下的方向上热量的耗散而使模块的结构复杂化的问题。

基于上述的问题提出本发明。本发明的一个目的是提供一种能使被设置在光学连接器的下表面的光学接口模块中产生的热量有效地从光学连接器的上表面耗散的光学连接器，并且提供一种使用该光学连接器的光学耦合结构。

解决问题的手段

为了实现上述的目的，根据本发明，设置了一种光学连接器，包括：在端部包括光路改变功能部分的光传输路径，其中在光传输路径中，光入射/发射表面和面对光入射/发射表面的表面被夹在热导率高于光传输路径的热导率的高导热构件之间，并且其中，光传输路径的两个表面上的高导热构件通过热导率高于光传输路径的热导率的传热构件彼此物理连接。

根据本发明，优选地，光路改变功能部分反射垂直入射在光传输路径的一个表面上的光束，以将所反射的光束引入光传输路径。抑或，优选地，光路改变功能部分反射在光传输路径中传输的光束，以使所反射的光束从光传输路径的一个表面垂直地发射。

根据本发明的上述任何结构中，优选地，高导热构件在凝胶的状态下或在片材的状态下。抑或，优选地，高导热构件由金属制成。

根据本发明的上述任何结构中，优选地，传热构件通过在光传输路径中形成的通孔中充填热导率高于光传输路径的热导率的材料而形成。抑或，优选地，传热构件是穿过光传输路径形成的热量耗散通路。

根据本发明的上述任何结构中，优选地，用于装配光学接口模块的突出或孔被形成在光传输路径的光入射/发射表面上。此外，优选地，用于装配光学接口模块的对准标记被形成在光传输路径上。

此外，为实现上述目的，本发明提供一种光学耦合结构，其中具有上述任意结构中一者的光学连接器的光入射/发射表面被设置为面对光学接口模块的光入射/发射表面。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种光学连接器，其使被设置在连接器的下表面的光学接口模块产生的热量被有效地从连接器上表面耗散；并且提供一种使用该光学连接器的光学耦合结构。

附图说明

图1是示出传统的光学连接器的结构的视图；

图2是示出传统的光学连接器的结构的视图；

图3是示出根据优选地实施本发明的第一示例性实施例的阵列光学连接器的结构的视图；

图4是示出根据第一示例性实施例的阵列光学连接器的结构的视图；

图5是示出根据第一示例性实施例的阵列光学连接器的结构的视图；

图6是示出根据优选地实施本发明的第二示例性实施例的阵列光学连接器的结构的视图；

图7是示出根据优选地实施本发明的第三示例性实施例的阵列光学连接器的结构的视图；

图8是示出根据优选地实施本发明的第四示例性实施例的阵列光学连接器的结构的视图；以及

图9是示出根据优选地实施本发明的第五示例性实施例的阵列光学连接器的结构的视图。

具体实施方式

第一示例性实施例

将描述优选地实施本发明的第一示例性实施例。

图3、图4和图5示出了根据本实施例的阵列光学连接器的结构。图3和图4是根据本实施例的阵列光学连接器的立体图。图5是根据本实施例的阵列光学连接器的截面图。根据本实施例的阵列光学连接器以这样的方式构造，使得用于向/从阵列光学接口模块109输入/输出光束的光学输入/输出部分102被设置在光传输路径101上，并且光传输路径101的端面被以45度斜切，从而使下表面(与光学模块接触的表面)侧比上表面侧更长，使得金属图案107和108被形成在光传输路径101的上表面和下表面上，并且使得形成通路103用于连接光传输路径101的上表面和下表面上金属图案107和108。

假定其端面被以45度斜切的光传输路径101由芯104和包覆层105形成。然而，也可以应用其它任何已知的结构(适于引导光束的结构)作为光传输路径101的层状结构和内部结构。

根据本实施例的阵列光学连接器用作用于耦合发射模块的阵列光学连接器，其耦合方式为：使从阵列光学接口模块109中的VCSEL阵列发射的平行光信号入射在连接器中的光传输路径101上，并且45度镜面106使平行光信号的光路径以直角弯曲，然后在光传输路径101中传输。

在光传输路径101中高精度地形成安装孔110，用于将设置在光学接口模块上的锁紧销装配在其中。可能应用使用激光(如UV-YAG激光和准分子激光)的激光束加工来形成安装孔110。注意与图中所示的示例相反，也可以构造为将突出设置在光传输路径侧，并且安装孔设置在光学接口模块侧。

通路103以足够的精度在光传输路径101中被制造(例如采用激光束加工等)。

由于光传输路径101通过半导体工艺制造，也可以通过曝光的方法同时制作通过光传输路径101上的金属图案107形成的对准标记或用于形成安装孔的图案。即，光传输路径101上用于形成安装孔的对准标记或图案可高精度地形成为金属图案107。由此，可以高精度地执行与阵列光学接口的对准。

注意，与阵列光学接口模块109的光学耦合的对准也可以通过将通路103用作由金属图案形成的对准标记或用作安装孔110来执行。

由连接器下表面上的金属图案107、通路103和连接器上表面上的金属图案108形成在模块内产生的热量的向上方向的热量路径，从而在模块中产生的热量从金属图案108耗散到空气中。注意上侧的金属图案108可以设置有凹入和凸起以增加散热面积。另一方面，优选地，下侧的金属图案107形成为没有凹入和凸出的表面状态，从而具有与模块上表面的良好的粘着性能。

金属图案107和108的最大长度不受具体限制，只要长度大于能使阵列光学接口模块中的光学元件和驱动集成电路产生的热量被充分耗散到空气中的长度。应注意，优选地，金属图案107位于作为光学模块中最大产热源的驱动集成电路(或接收器集成电路)的正上方。

此外，金属图案107和108的厚度原则上根据金属图案所使用的材料的热导率来最佳地设定。然而，在不能在与阵列光学连接器耦合的阵列光学接口模块的上表面上加入电磁屏蔽导体的情况下，金属图案的厚度被要求为与以下公式表述的电磁场贯入深度对应的厚度。

导体中电磁场贯入深度 $\mathrm{\δ}=\sqrt{2/\mathrm{\ω\σ\ρ}}$

(ω：角频率，σ：电导率，ρ：磁导率)

这里应注意，作为示例，描述这样的情况：光传输路径101为直线形状，但是光传输路径101可以被构成为膜状波导(柔性波导)。此外，可以使用光纤作为光波导101，也可以使用通过用已知的层状材料将光纤夹在其中而形成的光纤板。

至于光波导101的材料，优选地使用一种已知的用树脂(由硅基材料、环氧基材料或聚酰亚胺基材料形成)制成的材料。

也可以形成为使用PD(光电检测器)阵列代替VCSEL阵列。在这种情况下，信号流很明显与使用VCSEL阵列的情况的信号流相反，并且阵列光学连接器用作为接收模块的连接器。

根据本实施例，光学连接器在产热体(例如光学接口模块中的光学元件或驱动集成电路)的正上方被插入和抽出，可以容易地在光学连接器中确保向上的方向上的热量路径。此外，类似于构成光学连接器的光传输路径，可以通过刻蚀或冲压热导率高的材料来制作热量路径，因此可以将光学连接器的成本降低到等于或小于传统光学连接器的成本。

此外，通过在光波导侧设置金属图案，可以提高光路弯曲机构中的光的反射率。

此外，当用金属图案形成对准标记时，光波导上的用半导体工艺制造的标记具有增大的制造精度，从而实现高效率的光耦合。

此外，当金属图案的厚度设为导体的电磁场贯入深度时，可以省去与光学连接器耦合的光学接口模块的上表面上的电磁屏蔽图案或电磁屏蔽构件。

第二示例性实施例

将描述优选实施本发明的第二示例性实施例。

图6是示出根据本实施例的阵列光学连接器的结构的视图。在本实施例中，金属图案201被形成在光传输路径101的45度镜面部分上。

通过设置金属图案201，可以更容易地确保向上的方向上的热量路径。即，当热量由下向上传递时，不仅可以使用通路103，还可以使用波导的侧面作为热量路径，从而可以更可靠地确保向上的方向上的热量路径。

另一方面，金属图案201具有提高光反射率的作用。

由于除了在45度镜面部分设置金属图案201，其他的结构和操作与第一示例实施例相同，所以省去了重复的说明。

第三示例性实施例

将描述优选实施本发明的第三示例性实施例。

图7是示出根据第三示例实施例的阵列光学连接器的结构的视图。根据第三示例实施例的阵列光学连接器具有几乎与第一示例实施例相同的结构，但是不同的是散热装置301被安装在光传输路径101的上侧的金属图案108的上部。

在本实施例中，由阵列光学接口模块中的驱动集成电路产生的热量经由连接器下表面上的金属图案107和通路103传递到金属图案108，继而经由散热装置301被耗散到空气中。散热装置301可以直接安装到光波导101，也可以通过模块外围部件被间接地连接。

因此，可以减小允许阵列光学接口模块中的光学元件和驱动集成电路产生的热量被充分耗散到空气中所需金属图案108的长度，从而可以更有效地耗散热量。

由于除了在光传输路径101上侧的金属图案108上设置散热装置301，其他的结构和操作与第一示例实施例相同，所以省去了重复的说明。

第四示例性实施例

将描述优选实施本发明的第四示例性实施例。

图8是示出根据本实施例的阵列光学连接器的按压结构的视图。

在光波导101的侧面上形成波导固定按压机构的槽401。通过使用槽401，阵列光学连接器可被固定并与阵列光学接口模块光耦合。

在不设置槽401的情况下，在光学接口模块侧的锁紧销被装配到安装孔110中之后，有必要通过使用工具(图3中没有示出)来固定光学连接器。然而，根据本实施例的光学连接器包括槽401。因此，通过在模块或安装板中预先安装固定工具，可以仅通过将锁紧销装配到安装孔110中就可以在预定的位置处固定光学连接器。

即，通过在模块或安装板上安装光学连接器固定工具，可以通过使用槽401使光学连接器与模块固定和光学耦合。

由于除了设置上述的阵列光学连接器按压结构，其他的结构和操作与第一示例实施例相同，省去了重复的说明。

第五示例性实施例

将描述优选地实施本发明的第五示例性实施例。

图9是示出根据本实施例的阵列光学连接器的结构的视图。根据本实施例的阵列光学连接器在与阵列光学接口模块光学耦合的光学输入/输出部分的相对端处包括扇形展开部分。

阵列光学连接器可以在平行传输路径的状态下使用，或者也可以扇形展开从而被用作为单独的传输路径502。

在扇形展开部分形成扇形金属图案501。这种结构的目的是尽可能地增加金属图案的面积，从而实现提高的热量耗散性能。

由于除了设置扇形展开部分，其他的结构和操作与第一示例实施例的相同，省去了重复的说明。

应注意上述实施例是优选地实施本发明的示例，本发明并不限于这些。

例如，在以上的描述中，基于根据本发明的第一示例性实施例的阵列光学连接器的构造，描述了进一步分别加入了金属图案201、散热装置301、扇形展开等的构造，但是还可以构造为使金属图案201、散热装置301、扇形展开等中的一些被结合并附加到根据本发明第一示例性实施例的阵列光学连接器的构造中。

此外，也可以构造为使具有热量耗散特性的凝胶或片材被设置在光传输路径的两侧，从而彼此物理连接。通过使用凝胶状构件或片材状构件作为热导率高于光传输路径的热导率的构件，可以增加热量耗散面积，从而可以容易地确保热量路径。

这样，在本发明的范围和主旨之内，可以进行各种改进。

本申请基于2006年8月22日提出的在先日本专利申请No.2006-225417并且享受其优先权，此处通过引用引入其公开全文。

Claims (10)

1.一种光学连接器，包括：

光传输路径，在其端部包括光路改变功能部分，

其中，在所述光传输路径中，光入射/发射表面和面对所述光入射/发射表面的表面被夹在热导率高于所述光传输路径的热导率的高导热构件之间，并且

其中，所述光传输路径的两个表面上的所述高导热构件通过热导率高于所述光传输路径的热导率的传热构件彼此物理连接。

2.根据权利要求1所述的光学连接器，其中，所述光路改变功能部分反射垂直入射在所述光传输路径的一个表面上的光束，以将所反射的光束引入所述光传输路径。

3.根据权利要求1所述的光学连接器，其中，所述光路改变功能部分反射在所述光传输路径中传输的光束，以使所反射的光束从所述光传输路径的一个表面垂直地发射。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学连接器，其中，所述高导热构件是在凝胶的状态下或在片材的状态下。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学连接器，其中，所述高导热构件由金属制成。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的光学连接器，其中，所述传热构件通过在所述光传输路径中形成的通孔中充填热导率高于所述光传输路径的热导率的材料而形成。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的光学连接器，其中，所述传热构件是穿过所述光传输路径形成的热量耗散通路。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学连接器，其中，用于装配光学接口模块的突出或孔被形成在所述光传输路径的所述光入射/发射表面上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学连接器，其中，用于装配所述光学接口模块的对准标记被形成在所述光传输路径上。

10.一种光学耦合结构，其中，根据权利要求1至9中任一项所述的光学连接器的光入射/发射表面被设置为面对光学接口模块的光入射/发射表面。

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