CN101819300A - 高速光互连平台中的超薄连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速光互连平台中的超薄连接器,目的是提供一种既可提高光传输过程中的耦合效率,又可埋入光背板中的超薄MT连接器。它由一个硅基V型槽、一个阵列光纤和两根定位针组成。硅基V型槽采用P型硅片,在硅片上腐蚀有12个相同的并列V槽和2个梯形槽;阵列光纤的每一根光纤分别放在一个并列V槽中,两个梯形槽位于并列V槽的两侧,定位针固定在梯形槽中。本发明由于采用了定位针对准,可以提高光传输过程中的耦合效率,降低耦合损耗,且整体的厚度不超过1.5mm,可以埋入互联芯片的光背板中。
Description
技术领域
本发明涉及光传播路径中光学耦合元件,具体涉及高速光互连平台中用于光路耦合的连接器。
背景技术
近年来,高速光互连技术取得了快速的发展,阵列光纤、光源模块和探测接收模块等受到极大的关注。例如,垂直腔表面发射激光器VCSEL(Vertical Cavity Surface-emitting Laser)的光发送模块已经在商业上取得了应用,光发送模块由12个间距为250μm的激光发射器组成。光发送模块和探测接收模块之间利用包含12根光纤的阵列光纤与相应接收模块互连形成平行光互连。但是VCSEL发射激光的发散角非常大,使得到达光纤端面的激光光斑直径大于纤芯直径(62.5um/50um),使得光纤和激光器不能耦合对准,导致光损耗增加。
为了使得光纤和激光器能耦合对准,以往的阵列光纤都是采用在特定晶向硅片上,腐蚀一些平行的V型槽,将光纤嵌入V型槽内,用V型槽内表面作为定位每一条光纤的表面,制作成光纤阵列,但这样封装后的阵列光纤不利于芯片间光互联平台中的光传输。因为,对于多通道的光纤传输,首先要保证所有纤芯在一条直线上,而仅用V型槽和带纤不能完全保证纤芯的一致性,这样在光纤进行耦合对准的时候,就会影响耦合效率,增加光损耗;且仅采用光纤阵列对准,而没有固定的器件作为对准基准,稳固性也会降低。专利号为03254144.9的中国专利公开了一种并行光纤阵列耦合组件,提出了带45°裸光纤头的一维光纤阵列与并行发射激光阵列VCSEL芯片或者并行阵列探测器PIN芯片直接耦合的结构。该结构由刻槽基片、衬底基片和光纤芯径构成一维光纤阵列,其端部裸露纤芯加工成45°光学平面,每一条纤芯与并行发射激光阵列VCSEL芯片或者探测器PIN芯片每一象元一对一对准。缺点是没有进行定位对准,必须保证光纤阵列与耦合组件在同一平面上,使得耦合组件灵活性大大降低,限制了耦合组件的应用。
MOLEX公司研制的MT(Mechanical Transfer)连接器很好地实现了阵列光纤连接,这种连接器包括一个公头连接器和一个母头连接器,公头连接器的阵列光纤两端的定位针很好地起到了对准作用,方便使用,公头和母头的精密对接很好地起到了降低耦合损耗的作用;但标准的MT连接器上下采用两个夹持模具把定位针和阵列光纤夹持住,这样使其厚度增大,为2.5mm,很难埋入互联芯片的光背板中,因此很难应用于芯片间的光互连中,导致应用受到限制。因此,需要使MT连接器的厚度在不影响其光学性能的情况下尽可能的减少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超薄MT连接器,既可以提高光传输过程中的耦合效率,降低耦合损耗,又可埋入互联芯片的光背板中。
本发明的技术方案:
本发明超薄连接器由一个硅基V型槽、一个12芯阵列光纤和两根定位针组成。
阵列光纤与标准MT连接器的阵列光纤相同。
硅基V型槽采用宽度a1为6000um、厚度h1为1mm的P型硅片,在硅片上腐蚀有12个相同的并列V槽和2个梯形槽。阵列光纤的每一根光纤分别放在一个并列V槽中。并列V槽的间隔d1等于阵列光纤的间距,并列V槽的槽口宽度ω由光纤纤径d决定。当光纤放置在V型槽中时,要保证光纤与V型槽切点的高度适中,切点高会使光纤重心上升,放置不稳;切点低会导致光纤底部和槽底之间的距离变小,V型槽在腐蚀过程中会产生一些突出的小丘,当槽底小丘高度过高时,光纤会被小丘顶出,使光纤在V型槽中放置不稳定。对于纤径(即外径)为d的光纤,当光纤固定在并列V槽内后,未腐蚀硅基V型槽的表面到多模光纤芯径中心的距离为Δ,并列V槽的槽口宽度ω满足:
并列V槽的槽口宽度ω为:
并列V槽的槽深度h为:
梯形槽下底宽度满足:
w2=W-2h2cot54.74°
由于定位针直径D(为700um)过大,如使用V型槽则需要很厚的硅片作为基底,所以采用梯形槽,取槽深h2大于400um、小于500um。这样做成的梯形槽不但可以固定住定位针,而且降低了连接器的厚度。
12个并列V槽内的每个V槽内置有一根光纤,光纤与V槽之间采用紫外胶进行固定,紫外胶慢慢地渗入到光纤与V槽的缝隙中,以免造成光纤的凸起变形。光纤与V型槽固定好后,光纤的端面经过磨平处理,使12根光纤端面在同一平面上,以减少耦合损耗。
在两个梯形槽内分别置有定位针,定位针与梯形槽通过紫外胶进行固定,紫外胶慢慢地渗入到定位针与梯形槽的缝隙中,定位针伸出梯形槽的长度与标准的MT连接器的定位针伸出长度相同,便于连接器的使用。定位针伸出V型槽的部分不能太多也不能太少,太多会使光纤连接出现缝隙,太少又会使连接不稳定。
采用本发明可达到以下技术效果:
1.由于采用了定位针对准,本发明可以提高光传输过程中的耦合效率,降低耦合损耗,且由于不需要夹持模具,解决了普通MT连接器在厚度方面的问题。
2.本发明以硅基V型槽作为基底,使用紫外胶固定封装阵列光纤和定位针,硅基V型槽的厚度即为硅片的厚度,只有1mm,标准定位针的半径为350um,连接器整体的厚度不超过1.5mm,从而使本发明可以埋入互联芯片的光背板中,节省了空间,同时也为光纤在计算机领域的应用与发展拓宽了道路。
附图说明
图1是背景技术MOLEX公司研制的MT连接器的结构示意图;
图2是本发明横向截面图;
图3是图2中并列V槽5的结构图;
图4是本发明俯视图;
图5是本发明应用于光互连时的示意图。
具体实施方式:
图1是背景技术MOLEX公司研制的MT连接器的结构示意图。它由一个12芯的阵列光纤1、两根定位针2和两个夹持模具3组成。阵列光纤1包含12根光纤。MT连接器的厚度是2.5mm。
图2是本发明的横向截面图,图3是图2中并列V槽5的结构图,图4是本发明俯视图。如图2和图4所示,本发明超薄MT连接器由一个硅基V型槽4、一个12芯的阵列光纤1和两根定位针2组成。硅基V型槽1由12个相同的并列V槽5和2个梯形槽6组成,采用宽度a1为6000um、厚度h1为1mm的P型硅片。12个并列V槽5中的每一个V槽内置有一根光纤,光纤与V槽之间采用紫外胶进行固定。并列V槽5间隔d1由阵列光纤1的间距决定;V槽的槽口宽度ω由光纤纤径d决定。
在12个并列V槽5的两侧分别有两个梯形槽6,两个梯形槽6内分别置有定位针2,两定位针2间距a2为4600um,定位针2与V型槽6通过紫外胶进行固定,定位针2伸出梯型槽6的长度与标准的MT连接器定位针伸出的长度一致。
如图3所示,并列V槽5的槽口宽度ω为:
并列V槽5的槽深度h为:
梯形槽6的槽口宽度W满足:
梯形槽6下底宽度w2满足:
w2=W-2h2cot54.74°,
梯形槽6槽深h2大于400um、小于500um。
图4是本发明应用于光互连时的示意图,采用本发明进行芯片光互连时,光发送模块7发出的光束到达第一微透镜阵列8端面时,第一微透镜阵列8聚焦并经过第一微型直角棱镜9全反射,完成90°转向,在第一直角棱镜9上有两个可以插入定位针的小孔,与第一薄MT连接器10通过定位针连接起来,使光源发出的光耦合进入互联芯片的光背板的光纤带1中,第二超薄MT连接器11通过定位针与第二直角棱镜12连接,光纤带1中的光束经过第二直角棱镜12转向耦合入第二微透镜阵列13,最后进入光接收模块14。这样采用两个超薄MT连接器10、11,可以完成光路耦合,每个超薄MT连接器的耦合损耗仅1dB左右。
Claims (5)
1.一种高速光互连平台中的超薄连接器,它包括一个12芯的阵列光纤(1)、两根定位针(2),其特征在于它还包括一个硅基V型槽(4),硅基V型槽(4)采用P型硅片,在硅片上腐蚀有12个相同的并列V槽(5)和2个梯形槽(6);阵列光纤(1)的每一根光纤分别放在一个并列V槽(5)中,并列V槽(5)的间隔d1等于阵列光纤(1)的间距,并列V槽(5)的槽口宽度ω为:
并列V槽(5)的槽深度h为:
其中,d为光纤纤径,Δ为当光纤固定在并列V槽(5)内后,未腐蚀硅基V型槽(4)的表面到多模光纤芯径中心的距离;
两个梯形槽(6)位于并列V槽(5)的两侧,定位针(2)固定在梯形槽(6)中;梯形槽(6)的槽口宽度W满足:
梯形槽(6)下底宽度w2满足:
w2=W-2h2cot54.74°,
D为定位针(2)的直径;梯形槽(6)槽深h2大于400um、小于500um。
2.如权利要求1所述的高速光互连平台中的超薄连接器,其特征在于所述P型硅片宽度a1为6000um、厚度h1为1mm。
3.如权利要求1所述的高速光互连平台中的超薄连接器,其特征在于所述光纤与V型槽固定好后,光纤的端面经过磨平处理,使12根光纤端面在同一平面上。
4.如权利要求1所述的高速光互连平台中的超薄连接器,其特征在于所述定位针(2)伸出梯形槽(6)的长度与标准的MT连接器即MechanicalTransfer连接器的定位针(2)伸出长度相同,两定位针(2)的间距a2为4600um。
5.如权利要求1所述的高速光互连平台中的超薄连接器,其特征在于所述光纤与并列V槽(5)之间采用紫外胶进行固定,定位针(2)也通过紫外胶固定在梯形槽(6)中。
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