CN101983346A - 用于电路板安装的光学波导的光学抽头 - Google Patents

Abstract

一种用于将光学抽头安装到被形成在印刷电路板中的光学波导中的方法，其包括：获得在其中形成有光学波导的印刷电路板；在所述光学波导中切割出具有正平面和背平面的横向沟槽，使得所述横向沟槽的背平面与入射光束形成倾斜角；以及将预制的分束器插入到所述沟槽中，使得所述分束器被定位为与所述光束成所述倾斜入射角以使得所述光束的预先确定部分能够被导引到所述波导之外。

Description

用于电路板安装的光学波导的光学抽头

背景技术

随着电路板上的计算机芯片速度增加到越来越快的速度，芯片间通信的通信瓶颈正成为较大的问题。一种可能的解决方案是使用光纤来互连高速计算机芯片。然而，大多数印刷电路板(“PCB”)都包括许多层并且常常要求其制造中的公差小于1微米。物理地放置光纤并且将光纤连接到芯片可能太不精确和费时而不能在电路板制造工艺中被广泛采用。

在电路板的范围内和电路板之间对光学信号进行路由可能增加显著的附加复杂度。因此，尽管需要宽带数据传输，但是芯片之间的可出售的光学互连已经被证明是难以实现的。

附图说明

结合附图、根据下面的详细描述，本发明的特征和优点将变得显而易见，所述详细描述和附图作为示例一同示出了本发明的特征。能够容易地理解，这些附图仅仅描绘本发明的示例性的实施例，并且不应被认为是限制其范围，并且在此在附图中一般性地描述和示出的本发明的部件可以以多种多样不同的配置来布置和设计。但是将通过使用附图以附加的详情和细节来描述和说明本发明，其中：

图1是普通光学波导应用中的常规分束器的操作的图示；

图2示出了根据本发明的示例性实施例的对分束器的安装；

图3示出了根据本发明的示例性实施例的对多个分束器的安装；

图4示出了根据本发明的示例性实施例的将分束器安装到空心波导中，其中在沟槽之上具有透明覆盖物；

图5示出了根据本发明的另一实施例的将分束器安装到实芯波导中；

图6示出了根据本发明的示例性实施例的将分束器安装到实芯波导中，其中粘合剂填充沟槽；

图7示出了根据本发明的另一实施例的分束器安装；

图8示出了根据本发明的又一实施例的分束器安装；

图9示出了根据本发明的又一实施例的分束器安装；

图10示出了描述根据本发明实施例的用于将分束器安装到被装配在电路板上的波导中的方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的示例性实施例的详细描述参考附图进行，所述附图构成所述描述的一部分并且在所述附图中以说明的方式示出了可以实施本发明的示例性实施例。尽管这些示例性的实施例被足够详细地描述以使得本领域的技术人员能够实施本发明，但是应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以实现其它实施例，并且可以对本发明做出各种改变。因此，下面对本发明的实施例的更详细描述并不旨在限制所要求专利保护的发明范围，而是仅仅出于说明目的给出的，以便：描述本发明的特征和特性；阐述本发明的最佳操作模式；以及足以使得本领域的技术人员能够实施本发明。相应地，本发明的范围仅仅由所附权利要求书来限定。

参考附图将最佳地理解下面对本发明的示例性实施例的详细描述，其中本发明的元素和特征由贯穿全文的标记来标出。

一种用于构造电路板上的计算机芯片之间的光学互连的方法是使用在该电路板中形成的光学波导。由于使用光刻、压印(emboss)或类似的工艺在电路板上形成波导这一能力，光学波导可以在用于互连电子装置方面比光纤通信更优秀。光学波导可以被制造在电路板中，其中基本上光学透明的材料(比如聚合物和/或电介质)的芯被较低折射率的包覆物所包围，它们一起形成实芯波导。在替代方案中，PCB安装的光学波导也可以被形成为粗芯空心波导，所述粗芯空心波导具有衬以(lined with)反射涂层的包围空心中心的壁表面。

实芯波导通过提供如下的互连而可能是有利的：所述互连被构造为具有必要的物理公差以用在现代多层电路板上。这些光学通路可以被制造为具有与其被设计为载送的光的波长大致成比例的尺寸。例如，被配置为载送1000nm光的单模实芯波导可以具有的最大尺寸为1000nm至8000nm(1μm至8μm)，而多模波导可以具有稍微更大的尺寸，对于芯区域大约为20-200μm。实芯波导也可以被形成在其它类型的未被装配在印刷电路板上的衬底上，比如形成在柔性衬底上以产生具有一个或多个光学波导的带状电缆(ribbon cable)。

聚合物、电介质以及可以在芯片和电路板制造中被用于形成板载实芯波导的其它材料通常比玻璃光纤损耗明显更大。实际上，基于聚合物的波导中的损耗量已经成为限制对光学波导互连的认可的因素之一。用于构造波导的聚合物可以具有每厘米0.1dB的损耗。相比之下，光纤中的损耗为大约每千米0.1dB。因此，实芯波导可以具有比光纤中的损耗大若干个数量级的损耗。

实芯波导的一个替代方案是粗芯空心波导，其中所述粗芯空心波导可以具有大约为该波导被配置为引导的相干光的波长的50至150倍或更多倍的直径(或宽度和/或高度)。粗芯空心波导可以具有方形、矩形、圆形、椭圆形或配置为引导光学信号的其它某个形状的横截面形状。由于波导是空心的，因此光基本上以光在空气或真空中的速度行进。

反射涂层可以包括一个或多个金属、电介质或在相干光的波长处基本上为反射性的其它材料的层。所述金属可以基于其反射率来选择。所期望的是覆盖通道的高度反射层。例如，反射层可以使用银、金、铝、或者可以形成高度反射层的其它某种金属或合金而形成。可替代地，反射层可以是介电叠层，所述介电叠层可以由一个或多个在所选波长处基本上为反射性的介电材料的层形成。

如能够理解的，反射涂层可以使用镀覆、喷溅或者类似的工艺来形成。然而，在反射层被沉积以前，未涂敷的空心通道可以经受热回流以平滑任何表面粗糙度。反射层也可经受热回流或类似的工艺以使反射层中的可能在沉积工艺期间出现的表面粗糙度平滑。也可以使用电抛光(electro-polishing)来使反射金属表面平滑。

具有反射表面的空心波导与实芯波导不同地操作。空心波导使用衰减全内反射的原理工作：通过从(一个或多个)反射层的反射来引导光，而不是如通常在实芯波导中所发生的那样通过较高折射率芯区域与较低折射率包覆区域之间的全内反射来引导光。如能够理解的，空心波导内的光可以以比全内反射所需的角度小的角度被反射。

对于圆形空心波导，TE₀₁模具有可以根据等式1确定的每单位长度的衰减：

${\mathrm{\α}}_c=\frac{R_s}{\mathrm{a\η}}\·\frac{{({\mathrm{\ω}}_c/\mathrm{\ω})}^2}{\sqrt{1-{({\mathrm{\ω}}_c/\mathrm{\ω})}^2}}---\left(1\right),$

其中a是波导半径，ω是以弧度为单位的光的频率，ω_c是TE_01`截止频率，并且η是自由空间的阻抗。空心波导中的衰减是由于金属壁的有限的传导率或有限的反射率造成的。R_s是金属的表面电阻率并且由下式给出：

$R_s=\frac{1}{\mathrm{\σ\δ}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\πf\μ}}{\mathrm{\σ}}}---\left(2\right),$

其中σ是传导率，δ是光进入金属的穿透深度，μ是金属的磁导率，并且f是光的频率。可以看出，R_s随着f的平方根而增加。

从上面的等式(1)中可以看出，TE₀₁模的衰减随着频率的增加而减小。之所以发生频率增加时衰减减小是因为该模在高频下未耦合到波导壁。还有存在于空心金属波导中的更高阶模。然而，这些模是损耗非常高的，因为其更多地耦合到金属壁(即其由于其较高的数值孔径而遭受更多的反射)。在波导弯曲和不连续处，TE₀₁模将由于到更高阶模的模转换而衰减。最低损耗的模可以由一组如下的射线来描述：所述射线仅仅以与法向成陡峭角度掠过反射壁，从而导致所述射线沿着该波导传播时发生较少数目的反弹。出于该原因，低损耗模与常规波导相比具有非常小的数值孔径。换言之，离开空芯波导的射束是高度准直的。

理想地，单模激光器通常被用于将相干光导引到空心波导中。然而，单模激光器可能相对昂贵。已经发现，更廉价的多模激光器、比如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)可以用于使用具有反射内表面的空心波导在相对短的距离内传递高数据率信号。例如，多模激光器可以被用于通过使用粗芯空心反射波导的芯片间和电路板间连接来导引高数据率信号。多模激光器的使用可以显著地降低光学互连的成本，从而使得能够将其用于互连种类多得多的电子器件。然而，多模激光器输出可能在直接耦合到空心金属波导时由于以大角度传播的较高模的多次反射而具有显著更大的损耗。

如图1所示，准直器12可以被放置在从多模激光器10发射的多模相干光线20的路径中以克服从该激光器发射的较高模的衰减。该准直器可以是准直透镜或一系列透镜，其将多模激光器的发散输出转换成准直的低数值孔径射束。在一个实施例中，该准直器可以被配置成球透镜。该球透镜可以具有抗反射涂层。在另一实施例中，该准直器可以是非球面透镜。

准直器12被配置为使多模射束准直，以致使从激光器10发射的多个多模或射线20形成准直射束22，其中在所述准直射束22中，射线基本上平行地在粗芯空心波导2内行进。多模射束的准直可以被用于通过发出与波导几乎平行的射线来将多模激光器高效地耦合到空心金属波导的低损耗模，从而显著地减小在该波导内发生的反射的数目。通常，确实在波导内发生的准直射束的反射将处于关于波导壁的相对浅的角度，由此使波导内的反射的数目最小化并且因此减小光在空心波导内的衰减。

如果穿过空心金属波导的光学通路不是基本上直的，或者如果射束在壁之间反弹而不是沿着该波导的中心行进，则可能在该波导内发生显著的损耗。因此，将光束对准到光学波导的中心是关键的。空心金属波导被制成尽可能得直，因为弯曲或转弯可能致使光具有导致增加的衰减的不希望的反弹数目。为了使得光学信号能够以不同的方向被路由，可以使用镜子、分束器、以及透镜。

已经认识到，廉价的光学互连、比如分束器14可以是用于与其它波导和光学器件互连的成本效益高的解决方案。而且已经发现，使用分束器可以提供对入射光学束22、反射光学束24和透射光学束26之间的功率抽头比(power tap ratio)(亦称功率比)的精确控制。通过使用分束器来控制反射光学束24和透射光学束二者的功率，多个光学抽头4可以被沿着同一光学波导2布置，从而允许以最优的方式在电路板的范围内和电路板之间路由光学信号。

分束器到板装波导中的安装可能难以实现。如图1所示，一个普遍的问题是可能在分束器14内发生的显著量的射束走离(walk off)28。射束走离是由于波导2的芯介质与分束器材料之间的折射率改变造成的现象。入射射束22在其进入分束器时被折射，并且然后在透射射束26离开背表面时被折射回。发生折射的角度取决于波导介质与分束器材料之间的折射率的差异。射束走离是射束由于通过分束器的折射而行进的侧向(lateral)距离。射束走离通常与光学器件、在该情况下为分束器14的厚度16成比例。光在空心金属波导内的侧向位移由于光束与波导壁耦合时激发较高阶模而导致增加的衰减。因此重要的是，使射束走离最小化。

在使用相对小的光学波导2时射束走离28可能表现得被放大，因为该波导内部的光学通路的直径可能与分束器14的厚度16的数量级相同。如果沿着同一光学波导顺序地布置多个光学抽头4，并且所有分束器都被定向为沿相同的方向重定向该光束，则光束的该侧向位移可能被增加。如图9所示，可能发现该配置具有电路板安装的光学背板，该光学背板光学连接到多个子卡。每个光学抽头都贡献附加的侧向位移，直到光束处于所期望的透射区域之外为止，从而导致由于与波导的侧面相耦合造成的显著损耗。

如图1所示，为了补偿射束走离的侧向偏移，光学波导2可以被侧向偏移等于光束28的偏移量的距离，以形成偏移的输出波导6。然而，为了补偿射束走离而在每个接合处对波导进行侧向偏移可能显著地使制造复杂化并且明显地增加成本。这在具有平面外(out-of-plane)的光学抽头的PCB安装的光学背板应用中可能特别不利，因为用于补偿射束走离的任何侧向偏移将处于垂直方向，从而致使每个偏移的输出波导被制造在不同的深度，由此导致电路板内的多个电路层之间的潜在干扰。

另一用于将光束导引到电路板的平面外的方法可以是完全消除分束器并且用与PCB一体形成的镀银镜取代分束器。然而，该解决方案需要附加的制造步骤并且不允许离开同一波导的多个光学抽头位置，因为该一体镜反射100％的入射光，而不将光束的任何部分向前透射到下一抽头位置。这可能导致达不到形成可以具有多个从同一光学波导分叉的光学抽头的光学总线或背板这一目的。

最后，尽管实芯波导与粗芯空心波导之间的相对尺寸存在差异，两种类型的光学通路都仍然是尺寸极小的。因为其小的尺寸，连接被形成在电路板中的任何光学波导都可能是昂贵和具有挑战性的，这从历史角度来看减少了它们在大多数常见应用中的使用。

由于上面所识别的不足，已经认识到：需要一种改进的用于将光学抽头安装在被形成在电路板中的光学波导中的方法。已经发现，预制的分束器可以被插入到光学波导中以控制光学束在穿过光学抽头时的功率抽头比，从而允许将附加的抽头附接到同一波导。而且已经发现，预制的分束器可以匹配光学波导的类别以最小化或显著减小射束走离。已经发现，所安装的分束器可以被保护以免受意外的位移或去除并且被保护以免受外来颗粒、灰尘或水分的污染。并且已经进一步认识到，该方法可以通过减小安装过程中所需的步骤数目来降低成本。

本发明公开有一种用于选择一个或多个预制的分束器以用于安装到被形成到印刷电路板中的光学波导中的方法。可替代地，光学波导可以被形成在其它衬底、比如金属板、陶瓷板、玻璃板、塑料板等等中。该方法通过在光学波导中切割出具有所期望的深度的精确沟槽来提供所述分束器在光学波导内的精确定位。所述沟槽的背面可以相对于入射光束形成倾斜角。该方法进一步包括：将预制的分束器插入到所述沟槽中，使得其呈所述背面的倾斜入射角并且抵靠所述沟槽的配准拐角配准。该方法进一步包括：选择所述沟槽的深度，使得所述分束器的光学通路与所述光学波导的中心通道或芯对准。

该方法还包括：选择最合适的预制的分束器以与特定类型的光学波导一起使用。例如，板式分束器可以有效地与实芯波导一起使用以在板材料的折射率基本上与芯材料的折射率相匹配时最小化射束走离。该配置可以通过如下方式优化：用也具有与芯材料的折射率相匹配的折射率的粘合剂填充板式分束器与沟槽的前壁之间的任何剩余空白空间。折射率匹配的粘合剂可以用于最小化射束走离、保护分束器免受不希望的位移、并且保护光学抽头免受灰尘颗粒或外来物质的污染。

该方法进一步包括：选择薄膜分束器以与其中芯介质为空气或真空的粗芯空心金属波导一起使用。所述分束器的膜可以被配置为足够薄，使得其即使在穿过多个光学抽头以后也产生可忽略的走离。也可以选择具有一个或多个空通孔的板式分束器以与粗芯空心波导一起使用，所述通孔允许入射光束的一部分不受限制地穿过所述分束器。由于在空心金属波导中切割出横向沟槽暴露出空的内部以及正面和背面二者的周边表面，因此该方法还可以包括：在将薄膜分束器插入到位置中以前，用粘合剂涂敷背面的周边表面，以便在该粘合剂已经凝结以后防止分束器的不对准或去除。该方法可以进一步包括：用透明的覆盖物覆盖所述沟槽以保护具有空的通孔的薄膜分束器或板式分束器免受污染。

参考图2，示出了本发明的示例性实施例100，其中薄膜分束器150已经被安装到粗芯空心波导120中。该光学波导可以被形成在印刷电路板110中，并且具有被侧壁124包围的空心光通道122。侧壁的内部可以被涂覆有反射涂层(未示出)。光学光源126、比如多模激光器可以被安放在该波导的一端，并且可以耦合到该电路板的信号处理以产生可以在电路板的范围内以及在电路板之间被路由的光学信号。在可替代的实施例中，光学波导可以被形成在除印刷电路板之外的衬底上，所述衬底比如由金属、陶瓷、玻璃、塑料、或者这些材料的某种组合制成的板或衬底。

光源126可以发射多模光束，所述多模光束沿着中央光通道122行进。准直器128可以被放置在该通道内并且与该光源相邻，以将所述多模光准直成相干光线132的准直射束，其中在所述准直射束中，多个模基本上平行地在空心金属波导120内行进。

分束器150、在该情况下为薄膜分束器可以被插入到已经被切割在光学波导120中的横向沟槽140中。所述沟槽可以用如下工具来切割：微型切割器(microdicer)或切割锯，其具有带有金刚石尖端的边缘的刃；或者任意其它的设备，其能够进行精确到几微米内的受控深度的精确切割并且产生具有基本上平滑地完成的正面平面142和背面平面144的沟槽。如图2所示，该沟槽还具有两个平面相交在一起的底部切口或拐角146，所述底部切口或拐角146可以给分束器150的底部提供配准的安装部(fit)，以允许将薄膜分束器被动地放置到波导中。

配准拐角146可以具有与切割锯的刃的尖端基本上相同的轮廓(profile)。例如，如果切割锯具有拥有两个彼此成90度角的表面(90度轮廓)的V形刃，则沟槽的配准拐角将具有90度角。并且如果具有90度轮廓的刃与垂直方向对准，则正面142和背面144二者都将以45度与电路板的水平面以及波导的光轴对准。

尽管图2中所示的实施例具有90度轮廓，但是本发明的方法不限于具有90度轮廓、V形轮廓的微型切割器刃、或者甚至不限于微型切割器刃。用于切割具有能够精确地容纳、对准、和保持预制分束器的轮廓的沟槽的任意装置都被认为是落入本发明的范围内。这包括V形刃、直角形刃、以及具有方形、多边形、或圆形尖端形状的刃。

薄膜分束器150具有由框154支撑的膜152，所述框154可以被安装到由配准拐角146形成的配准安装部中。横向沟槽可以被精确地切割到如下的深度：所述深度在分束器一旦被插入到该沟槽中就自动地将该膜的中心光路与波导的空心光通道122对准。可替代地，可以使膜分束器的尺寸制成大于波导芯，由此使其对薄膜分束器的放置不敏感。分束器可以被确定尺寸成抵靠沟槽的背面平面144放置，并且呈该背面相对于从光源126发射的入射光学束132所成的倾斜角。分束器膜和框可以被精确地制造为扁平的并且彼此平行，使得该膜在波导中的最终的角位置仅由横向沟槽的角度来确定。

一旦入射射束撞击到分束器的膜，该光的反射部分134就通过沟槽中的顶部开口被向上导引并且被导引出电路板的平面，并且该射束的其余的透射部分136穿过该膜以沿着光学波导120进一步继续行进。

图3中进一步示出了本发明的实施例100，其中使用具有拥有90度轮廓的V形尖端162的微型切割器刃160在空心金属波导120中切割出沟槽140。图3还示出了本发明的如下方面：波导不需要被形成在电路板110的顶面上，而是可以被形成在电路板内、比如在中间层112之上但是在中间层114和顶层116之下。因此，该微型切割器刃可以在达到空心波导120以前切穿上覆的层114和116。可替代地，在将薄膜分束器150插入到沟槽以后，可以将附加的层制造在空心波导之上。所述附加的层可以包括反射光束能够穿过的通孔或通路孔。

无论是将波导放置在电路板110上还是电路板110内，微型切割器刃160都可以被精确控制为将沟槽140切割到产生该波导的较低部分中的配准拐角146的深度。在一个实施例中，沟槽的背面平面144的尺寸可以与分束器150的尺寸相匹配，使得当分束器的底部部分被安装到配准拐角中时，分束器的框154可以平坦地靠在沟槽的背面上，并且膜152的光路基本上与空心波导的中心光通道122对准。在可替代的实施例中，可以使薄膜分束器的尺寸制成大于波导的尺寸以使最终的对准对放置深度相对不敏感。

在图3中还示出了本发明的其中可以将多个分束器150安装在同一光学波导120上的方面。若干沟槽140可以通过利用微型切割器刃切出多个切口而被形成在沿着波导的长度的所选位置处。分束器150可以被安装在每个沟槽中以形成光学抽头，并且每个分束器膜154的功率抽头比可以被控制为在每个抽头位置提供所期望的反射输出量。本发明的该特征优于现有方法(比如形成具有一体镜的波导)，因为其允许在每个波导上形成一个以上光学抽头。附加地，每个抽头都可以容易地通过切割波导和插入预制的分束器来产生。

图4示出了本发明的如下附加方面180：在安装薄膜分束器150之后，用基本上光学透明的覆盖物170覆盖空心波导120中所切割出的沟槽140。光学波导和分束器的极小的尺寸使得光学抽头对诸如灰尘颗粒或水分的外来物质非常敏感。甚至小粒度的灰尘在变为停留在沟槽中的情况下都可能完全阻挡反射光束134。该覆盖物可以由任意的如下材料制成：该材料对由光源126所发射的光学射束132以及被分束器向上反射的光束134的频率是透明的。该透明覆盖物可以作为预制的覆盖物被放置在沟槽开口之上，或者在电路板110的制造中的单独步骤之一期间被形成。此外，光学透明的覆盖物可以如图4所示作为固体结构桥接沟槽的开口，或者作为膜或固化前的粘性糊料下陷或下落到沟槽中。可替代地，可以替代于透明覆盖物将光电探测器直接放置在光学抽头之上以防止污染。

参考图5，示出了本发明的一个示例性实施例200，其中板式分束器250已经被安装到实芯波导220中。该实芯波导可以被形成在印刷电路板210中。芯光通道222可以由固体的基本上光学透明的材料、比如聚合物和/或电介质形成，其中所述材料被反射包覆物224包围。光学光源226、比如多模激光器可以被安放在波导的一端，并且可以耦合到电路板的信号处理以产生可以在电路板的范围内以及电路板之间被路由的光学信号。

光源226可以发射沿着光学透明的芯222行进的多模光束。准直器228可以被放置在该通道内并且与该光源相邻，以将所述多模光准直成相干光线232的准直射束，其中在所述准直射束中，多个模基本上平行地在空芯波导220内行进。在替代方案中，该光源可以直接被对接耦合到实芯波导。只要光源的数值孔径小于光学波导的数值孔径，就将发生高效的耦合。

分束器250、在该情况下为板式分束器可以被插入到已经在光学波导220中被切割出的横向沟槽240中。所述沟槽可以用如下工具来切割：切割锯或微型切割器，其具有带有金刚石尖端的边缘的刃；或者任意其它的设备，其能够进行精确到几微米内的受控深度的精确切割并且产生具有基本上平滑地完成的正面平面242和背面平面244的沟槽。此外，该沟槽还具有其中两个平面相交在一起的底部切口或配准拐角246，所述底部切口或配准拐角246可以给分束器250的底部提供配准的安装部。

实芯波导的数值孔径取决于芯和包覆物的折射率，并且通常可以为0.22的量级。这意味着，光束将以大约13度的半锥角离开该波导。因此，可能有利的是使沟槽切口制成尽可能得小，以免由于光学抽头处的衍射而导致过大的损耗。例如，2个芯折射率n₁＝1.52和包覆物折射率n₂＝1.43的实芯波导之间的500μm气隙产生8.5dB耦合损耗，而将气隙降低到100μm将产生仅仅0.53dB的耦合损耗。如果用匹配粘合剂(matching adhesive)n＝1.5代替500μm气隙，则损耗从8.5dB下降到4.7dB。

配准拐角246可以呈与切割锯的刃尖端相同的轮廓。例如，如前面讨论的那样，如果切割锯具有拥有两个彼此成90度角的表面(90度轮廓)的V形刃，则沟槽的配准拐角将具有90度角。此外，如果具有90度轮廓的刃与垂直方向对准，则正面242和背面244二者都将以45度与电路板的水平面对准。尽管图5中所示的实施例具有90度轮廓，但是本发明的方法不限于具有90度轮廓的微型切割器刃、或者甚至不限于具有V形轮廓的微型切割器刃。用于切割具有能够精确地容纳、对准、和保持预制分束器的轮廓的沟槽的任意装置都被认为是落入本发明的范围内。这包括V形刃、直角形刃、以及具有方形、多边形、或圆形尖端形状的刃。

板式分束器250可以具有被涂敷到分束器衬底254的表面的分束器涂层252，所述衬底可以被安装到由配准拐角246所形成的配准安装部中。横向沟槽可以被精确地切割到如下的深度：所述深度在分束器一旦被插入到沟槽240中就自动地将该分束器的光路与波导的光学透明的芯222中心对准。分束器可以被确定尺寸成靠在沟槽的背面平面244上，并且呈该背面相对于从光源226发射的入射光学束232所成的倾斜角。一旦入射射束撞击到所述分束器涂层，则该光的反射部分234通过沟槽中的顶部开口被向上导引并且被导引出电路板的平面，并且该射束的其余的透射部分236穿过该分束器涂层以沿着实芯光学波导220进一步继续行进。

如图5所示，所述分束器涂层可以被涂敷到该衬底的正面。在替代方案中，所述分束器涂层可以改为被涂敷到背面。所述分束器涂层可以根据允许控制预制分束器的总功率抽头比的多种方法形成。这些方法可以包括交替的介电层、选择性反射部分以及清澈的(clear)选项、或者为本领域的技术人员所知的任意其它配置。此外，抗发射涂层可以被涂敷到该衬底的未被所述分束器涂层覆盖的表面以减少虚反射(Ghosting)效应。

在本发明的一方面，分束器衬底254由基本上光学透明的具有与形成实芯222的材料的折射率基本类似的折射率的材料形成。在所述两种材料之间进行折射率匹配有助于最小化透射光束236穿过分束器衬底与实芯之间的界面时的耦合损耗和射束走离。

如图6所示，射束走离可以通过如下方式被进一步减小：用基本上光学透明的具有与芯材料222的折射率基本上相匹配的折射率的粘合剂270填充板式分束器250与沟槽242的前壁之间的剩余空白空间。所述光学透明的粘合剂可以由任意的如下材料制成：该材料对由光源226所发射的光学束232以及被分束器向上反射的光束234的频率为透明的。因此，在将多个光学抽头形成在实芯波导220中的困难应用中，可以减小入射光束232越过每个界面的折射，可以基本上最小化射束走离，并且通过将粘合剂270和分束器衬底254材料二者选择为具有与芯材料的折射率值相匹配的折射率来消除对抗反射涂层的需要。该相同光学透明的粘合剂的薄层也可以被放置在分束器250与沟槽244的背面之间以消除可能影响光束通过的任何截留的空白气穴(pocket)或真空穴。除了改善光学性能，折射率匹配粘合剂还用于保护分束器免受不希望的位移的损害并且保护光学抽头免受灰尘颗粒或其它外来物质的污染。

在图7和8中还示出了本发明的如下方面：横向沟槽不需要具有被定向为与电路板203的平面成45度角、或者在背面的情况下与入射光束312成135度倾斜角的正面306或背面308。图7中示出了本发明的实施例300，其中横向沟槽的背面平面308可以被形成为与入射光束312成小于135度的倾斜角，这在安装分束器320以后导致反射射束314不垂直于电路板的平面，而是改为朝着光学源322向前倾斜。横向沟槽的该配置可以如下方式被切割出：使微型切割器的刃倾斜成非垂直的角度；或者重新确定微型切割器刃的尖端的轮廓使得其切割面与所完成的非对称的沟槽的形状相匹配。

类似地，本发明的在图8中所示的实施例340可以具有如下的横向沟槽：其具有被形成为与入射光束352成大于135度的倾斜角的背面平面348，这在安装分束器360以后导致反射射束354也不垂直于电路板342的平面，而是改为远离光学源362向后倾斜。在图7和8所示的两个实例中，光的透射射束316和356沿着光学波导继续行进。将沟槽的背面形成为与电路板的平面成非45度的角度这一能力允许在相对于电路板上的光学波导定位子卡以及从光学抽头接收反射输出的其它设备时的更多灵活性。这在计算机和消费电子器件的领域中是有利的，在这些领域中，空间常常非常珍贵并且物件不能限于严格的配置和对准。

图9示出了本发明的一个示例性实施例400，其中多个光学波导420被安装在电路板410上。所述光学波导可以以平行的配置被布置，以形成能够以最小的信号损耗让光学信号高速地通过的光学背板422。所述波导可以是实芯波导或粗空芯波导。使用本发明的方法，光学抽头424可以被安装在沿着光学背板的轴向长度的各个位置处，以将光学信号的所期望的部分传送到垂直的并且以可去除的方式附接的电路板或子卡414。本发明的一个有利的方面允许在形成背板的所有光学波导中的相同轴向位置处切割出横向沟槽，从而允许精确地对准源自波导布置的若干光学抽头以形成连接器位置412。

如图10的流程图中所示，本发明的另一实施例提供一种用于将光学抽头安装到板装波导中的方法500。该方法包括操作：获得502在其中形成至少一个光学波导的印刷电路板，其中所述至少一个光学波导被配置为载送相干光束。所述光学波导可以是实芯波导，所述实芯波导具有由基本上光学透明的材料、比如聚合物和/或电介质制成的芯，所述芯被较低折射率的包覆物包围。所述光学波导也可以是粗芯空心波导，所述粗芯空心波导具有被管状壁表面包围的空心中心光通道，所述管状壁表面被衬以反射涂层。

方法500进一步包括操作：在所述光学波导中切割504具有正平面和背平面的横向沟槽，其中所述背平面具有相对于所述光束所成的倾斜入射角。所述沟槽可以利用切割锯或微型切割器被切割出，并且所述背面相对于入射光束所成的倾斜入射角可以是不同于135度的角度。

最后，方法500包括操作：将预制的分束器插入506到所述沟槽中，使得所述分束器被定位为与所述光束成倾斜入射角，所述倾斜入射角使得所述光束的预先确定部分能够被导引到所述波导之外。所述预制的分束器可以是薄膜分束器、板式分束器等等。在插入所述分束器以后，所述光学抽头可以通过如下方式被保护免受污染：在空心金属波导的情况下，用透明覆盖物覆盖所述抽头；或者在实芯波导的情况下，用具有与芯材料的折射率相匹配的折射率的基本上光学透明的粘合剂填充所述沟槽。

前面的详细描述参考特定的示例性实施例描述了本发明。然而，能够理解，在不偏离本发明的由所附权利要求书中所阐述的范围的情况下，可以作出各种修改和改变。应将该详细描述和附图视为仅仅是说明性的、而不是限制性的，并且所有这些修改或改变如果有的话则旨在落到本发明的在此所描述和阐述的范围内。

更具体而言，尽管在此已经描述了本发明的说明性的示例性实施例，但是本发明不限于这些实施例，而是包括任意和所有的具有修改、省略、组合(例如各个实施例中的方面的组合)、适配和/或改动的实施例，如本领域的技术人员基于前面的详细描述能够理解的。权利要求书中的限制应当基于权利要求中所使用的用语被宽泛地解释，而不是限于前面的详细描述中所述或者在对本申请进行审查期间所描述的例子，其中这些例子应当被认为是非排它性的。例如，在本公开中，术语“优选地”是非排它性的，其中其旨在是指“优选但不限于”。方法或工艺权利要求中所记载的任何步骤都可以以任意顺序被执行并且不限于权利要求书中给出的顺序。

Claims (25)

1.一种用于将光学抽头安装到被形成在衬底中的光学波导中的方法，包括：

获得在其中形成至少一个光学波导的衬底，其中所述至少一个光学波导被配置为载送相干光束；

在所述至少一个光学波导中切割出具有正平面和背平面的横向沟槽，其中所述背平面具有相对于所述光束所成的倾斜入射角；以及

将预制的分束器插入到所述沟槽中，使得所述分束器被基本上定位为相对于所述光束成所述倾斜入射角以使得所述光束的预先确定部分能够被导引到所述波导之外。

2.根据权利要求1所述的方法，其中获得在其中形成至少一个光学波导的衬底还包括：获得选自由印刷电路板、金属衬底、陶瓷衬底、玻璃衬底、以及塑料衬底构成的组中的衬底。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：切割V形的所述至少一个横向沟槽，并且其中所述至少一个横向沟槽的正平面和背平面相交在一起以形成处于所述沟槽的底部的配准拐角。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：将所述分束器插入到所述至少一个横向沟槽中，直到其抵靠所述沟槽的底部处的配准拐角而配准。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：插入为薄膜分束器的预制的分束器。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：插入为板式分束器的预制的分束器。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：切割出至少两个横向沟槽并且将至少两个分束器安装到所述至少一个光学波导中。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：获得在其中形成至少两个基本上平行的光学波导的衬底，并且其中切割出具有正平面和背平面的横向沟槽进一步包括：在所述至少两个基本上平行的光学波导中同时切割出所述横向沟槽。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：利用切割锯来切割出所述沟槽。

10.根据权利要求1所述的方法，其中切割横向沟槽进一步包括：使用选自由压印和模压构成的组中的工艺来形成横向沟槽。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：切割所述沟槽使得所述背面的倾斜入射角是相对于所述光束所成的不同于135度的角度。

12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述光学波导中切割出所述横向沟槽，其中所述光学波导是空心金属波导，并且其中切割出所述沟槽暴露出所述背平面的周边表面和空心内部。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在插入所述分束器以前用粘合剂涂覆所述背平面的周边表面。

14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在插入所述分束器以后用透明的覆盖物覆盖所述沟槽。

15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述光学波导中切割出横向沟槽，其中所述光学波导是实芯波导，并且其中切割出所述沟槽暴露出背平面，其包括具有折射率的透明的芯材料和周边包覆表面。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：插入作为具有板材料的板式分束器的预制的分束器，其中所述板材料具有与芯材料的折射率基本上类似的折射率。

17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：用基本上光学透明的具有与芯材料的折射率值基本上类似的折射率值的粘合剂填充所述沟槽的正平面与所述分束器之间的空间。

18.一种用于将光学抽头安装到被一体形成在印刷电路板中的空心金属波导中的方法，包括：

在印刷电路板上形成具有金属化的内部的空心波导，其中所述空心波导被配置为载送相干光束；

在所述空心波导中切割出具有正面和背面的至少一个横向沟槽，并且其中所述沟槽的背面相对于所述光束所成的角度具有倾斜入射角；以及

将至少一个预制的薄膜分束器插入到所述沟槽中，使得所述薄膜被定位为相对于所述光束成所述倾斜入射角以使得所述光束的预先确定部分能够被导引到所述空心波导之外。

19.根据权利要求18所述的方法，其中切割出至少一个横向沟槽进一步包括：切割出至少一个V形横向沟槽，其中所述至少一个V形横向沟槽的正平面和背平面相交在一起以形成处于所述V形沟槽的底部的配准拐角。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：将所述至少一个薄膜分束器插入到所述至少一个V形横向沟槽中，直到其抵靠所述沟槽的底部处的配准拐角而配准。

21.一种基于衬底的光学互连，包括：

衬底，在其中形成有至少一个光学波导，其中所述至少一个光学波导被配置为载送相干光束；

形成在所述至少一个光学波导中的横向沟槽，其具有正平面和背平面，其中所述背平面具有相对于所述光束所成的倾斜入射角；以及

预制的分束器，其被定位在所述沟槽中，使得所述分束器被基本上定位为相对于所述光束成所述倾斜入射角以使得所述光束的预先确定部分能够被导引到所述波导之外。

22.根据权利要求21所述的光学互连，其中所述至少一个光学波导是空心金属波导并且被定位在所述横向沟槽中的预制的分束器是薄膜分束器。

23.根据权利要求23所述的光学互连，其中被定位在所述横向沟槽中的薄膜分束器被用透明的覆盖物覆盖。

24.根据权利要求21所述的光学互连，其中所述至少一个光学波导是实芯波导并且被定位在所述横向沟槽中的预制的分束器是板式分束器，并且进一步其中所述板式分束器由具有与实芯波导的折射率基本上类似的折射率的板材料形成。

25.根据权利要求24所述的光学互连，其中被定位在所述横向沟槽中的板式分束器被用基本上光学透明的具有与芯材料的折射率值基本上类似的折射率值的粘合剂覆盖。

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