CN101819300A - 高速光互连平台中的超薄连接器 - Google Patents

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

高速光互连平台中的超薄连接器

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：

$\mathrm{\ω}+\sqrt{2}\mathrm{\Δ}=\frac{\sqrt{6}}{2}d$

并列V槽的槽口宽度ω为：

$\mathrm{\ω}=\frac{\sqrt{6}}{2}d-\sqrt{2}\mathrm{\Δ}$

并列V槽的槽深度h为：

两个梯形槽位于并列V槽的两侧，定位针固定在梯形槽中。两定位针间距a₂为4600um，定位针的直径为D，梯形槽的表面到多模光纤芯径中心的距离也为Δ值，梯形槽的槽口宽度W满足：

$W=\frac{\sqrt{6}}{2}D-\sqrt{2}\mathrm{\Δ}$

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：

$\mathrm{\ω}=\frac{\sqrt{6}}{2}d-\sqrt{2}\mathrm{\Δ},$

并列V槽5的槽深度h为：

梯形槽6的槽口宽度W满足：

$W=\frac{\sqrt{6}}{2}D-\sqrt{2}\mathrm{\Δ},$

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：

$\mathrm{\ω}=\frac{\sqrt{6}}{2}d-\sqrt{2}\mathrm{\Δ}$

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：

$W=\frac{\sqrt{6}}{2}D-\sqrt{2}\mathrm{\Δ},$

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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