CN102483497A - 光学互连件 - Google Patents

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Abstract

光学互连件(700)包括在互连件主体(615)中终止的光纤(125)和对离开所述光纤(125)的光进行准直以产生准直光束的微透镜(620)。第一个性化模块(610)被配置为对所述准直光束进行操作，所述第一个性化模块(610)与所述互连件主体(615)对准，并可拆卸地连接至所述互连件主体(605)。所述光学互连件(700)被配置为被插入光学背板(725)的插座(721)中，所述第一个性化模块(610)进一步被配置为对从所述光学背板(725)传递到所述光学互连件(700)中的光进行操作。

Description

光学互连件
背景技术
光束或光信号经常被用于传输数字数据。例如，光信号可以被用于在邻近电路板上的电子部件之间或在单个电路板上的电子部件之间长距离传输数据。光通信的一个方面是光通道与诸如背板、电子器件、半导体激光器、图像探测器、其它部件的各种其它器件之间的互连件。好的光学互连件具有高的耦合效率，易于实现耦合，具有模块性、高可靠性和低成本。
附图说明
附图示出这里所述原理的各个实施例，并且是本说明书的一部分。所示出的实施例仅仅是示例并且不限制权利要求的范围。
图1A和图1B是根据这里所述原理的一个实施例的光学互连件系统的说明性实施例的截面图。
图2是根据这里所述原理的一个实施例的与将光束分为两部分的有源光学元件的说明性模块化光学互连件的图。
图3A-图3D是根据这里所述原理的一个实施例的执行各种光学操作的模块化光学互连件的说明性实施例。
图4A和图4B是根据这里所述原理的一个实施例的与光学背板接口的各种模块化光学互连件的说明性实施例。
图5是根据这里所述原理的一个实施例的连接至光纤基光学背板的各种光学互连件的说明性实施例。
图6A和图6B是根据这里所述原理的一个实施例的模块化光学互连件的透视图。
图7是根据这里所述原理的一个实施例的连接至光学背板的模块化光学互连件的透视图。
图8是根据这里所述原理的一个实施例的连接至光学背板的模块化光学互连件的侧视图。
图9A是根据这里所述原理的一个实施例的菊花链网络架构的图。
图9B是根据这里所述原理的一个实施例的在菊花链网络架构中配置的光学互连件系统的图。
图10A是根据这里所述原理的一个实施例的总线网络架构的图。
图10B是根据这里所述原理的一个实施例的在总线网络架构中配置的光学互连件系统的图。
图11A是根据这里所述原理的一个实施例的星型网络架构的图。
图11B是根据这里所述原理的一个实施例的在星型网络架构中配置的光学互连件系统的图。
图12是根据这里所述原理的一个实施例，通过将模块化光学互连件插入光学背板而定制的光学互连件系统的图。
图13是示出根据这里所述原理的一个实施例的用于使用模块化光学互连件对光学互连件系统进行重新配置的一个说明性方法的流程图。
在整个附图中，相同的附图标记指代相似但不一定相同的元件。
具体实施方式
光束或光信号经常被用于传输数字数据。例如，光信号可以被用于在单个电路板上的电子部件之间或在邻近电路板上的电子部件之间传输数据。这些光信号可以使用波导来路由。波导通过施加控制光能量的扩展并将其引导到期望位置的边界来承载光能量。光通信的一个方面是光通道与诸如背板、电子器件、半导体激光器、图像探测器、其它部件的各种其它器件之间的互连件。波导之间好的光学互连件应该具有高的耦合效率，易于实施耦合，具有低成本、可重配置性，产生可靠连接，并且因为可以像系统带宽增加那样执行的能力而抗退化。
形成光学互连中的挑战之一是光通道通常非常小(对于单模光纤在10微米数量级，并且对于多模光纤在62.5微米数量级)。另一个挑战是处理光信号离开这些光纤时的发散。为了将光纤与另一个光纤对准，通常需要昂贵的高精度部件。实施这种连接也是费时的，并且最终的连接经常是非常固定的。因此，对光学系统的重新配置经常丢弃重新连接起来并不经济的大量硬线连接的硬件。
已经发现通过将从光通道离开的光准直为直径大于通道本身的光束，实现光学互连的对准精度会降低。因此，可以使用更加便宜的材料和制造工艺来生成具有期望精度水平的零件。然后，光学互连件系统的部件可以被模块化，使得它们易于重新配置和重复使用。这提供了具有插头和可重新配置能力的低成本互连结构。模块化光学互连件允许在同一光学背板上进行点对点连接、分光、合并、多点发送。这些模块化光学互连件与中空金属波导或正规实芯光波导兼容。中空金属波导具有传播通过中空金属波导的光被近似对准、具有低衰减并且当光离开波导时呈现极低的发散角的特性。这种低发散角允许以低的损耗通过小空气隙耦合到其它的中空金属波导。
另外，可以使各种光学功能成为互连件的一部分。例如，这些功能可以包括：从波导中去除预定量的光功率的光学分接头，从一个端口提取光功率并且将该光功率拆分为两个或更多个分立的光束的分光器，从两个或更多个端口提取输入并且将它们的光功率合并到一个输出端口的光学合并器，从波长复合光束中去除特定波长的波长选择滤波器，以及发射/接收配置。通过将附加的功能集成到互连件中，光学结构可以通过简单地拔下互连件部件并使用具有不同功能的不同的互连件部件加以取代来重新配置。
在下文中，为了解释，阐明许多具体细节，以便提供对本系统和方法的彻底理解。然而，对于本领域技术人员来说明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实现本装置、系统和方法。说明书中提及的“实施例”、“示例”或者类似用语的意思是，结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或者特性被包括在至少那一个实施例中，但是不一定包括在其它实施例中。说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”或类似短语的不同实例不一定都指相同的实施例。
通常将器件光学连接至背板。说明书和所附权利要求中所使用的词语“背板”指的是具有可以通过多个集成插座或其它插座访问的多个通信通道的结构。例如，背板可以包含可连接多个分立器件的公共总线。背板通信通道可以包括电线、光纤、中空金属波导或其它通道。背板可以包含光电变换器、信号处理电路、各种类型的光源和探测器。使用词语“光学背板”时，该背板包含被配置为通过该背板传送光信号的至少一个通道。光学背板可以被分为两组：可以通过电学方式使能以发射和接收电信号和光信号的有源背板以及传送和切换在其它地方产生的信号的无源背板。下面描述的原理可以被应用于有源背板、无源背板或混合背板。
在说明书和所附权利要求中，词语“个性化模块”指的是包含至少一个光学元件的可拆卸可互换元件，该至少一个光学元件对进来和/或出去的光进行操作以显著改变光的特性。这些特性可以包括光的方向或光谱含量。个性化模块可拆卸地与互连件对准，并且提供光学互连件系统的即插即用式重新配置。个性化模块可以被连接至源自于外部部件或源自于背板的光学尾纤。在一些实施例中，个性化模块可以被置于光学尾纤的每一端。个性化模块的模块化性质可以提供测试时的优势、配置系统的灵活性、易于组装并且在各式各样的光学系统之间提供兼容。
图1A是说明性光学互连件系统(100)的截面图。根据一个说明性实施例，光学互连件系统(100)包括模块化光学互连件(105)和形成在光学背板(140)上的相应插座(110)。模块化光学互连件(105)被形成在光纤(125)的终端上。
模块化光学互连件(105)包括对进出光学通道(125)的光能进行整形的一个或多个微光学元件(135)。根据一个说明性实施例，微光学元件(135)可以使用精密塑料注射成型而形成。微光学元件可以包括多个简单透镜或组合透镜。例如，简单透镜可以被形成为具有球面或非球面轮廓。诸如防刮涂层和抗反射涂层之类的多种涂层可以被沉积在微光学元件的外表面上。
另外，为了避免光纤(125)的端面反射，指数匹配粘合剂(130)可以被插在光纤(125)和微光学元件(135)之间。可以基于许多因素来选择指数匹配粘合剂(130)，包括使粘合剂的光学折射率与光学通道(125)的光学折射率紧密匹配。在光学通道(125)的光学折射率还与微光学元件(135)匹配的设计中，粘合剂的光学折射率可以与光学通道(125)和微光学元件(135)都匹配。例如，典型光纤的典型光学折射率可以接近1.48。微光学元件可以由聚合物形成，例如由光学折射率接近1.488的聚甲基丙烯酸甲酯形成。折射率基本相似的诸如丙烯酸酯基材料之类的粘合剂可以被插在光纤和微光学元件之间。通过匹配各个部件的光学折射率，可以大大减少或消除各种材料之间的界面处的光学中断。这使得各个光学界面处的菲涅耳反射和散射减到最小。上面所给的示例仅仅为一个说明性实施例。各种各样的材料和配置可以被用于形成互连件部件。
根据一个说明性实施例，当使用指数匹配粘合剂时，光纤(125)的端部可以被“锯切”。锯切指的是将光纤切割为期望长度的相对便宜且快速的方法，其导致相对粗糙的端部表面。锯切光纤通常呈现出大的光学损耗和大量散射。然而，当指数匹配光学粘合剂被用于将锯切光纤的端部粘合至另一个光学元件时，光学粘合剂填充锯切光纤端部的粗糙纹理并且大大地减小粗糙纹理对光透射率的负面影响。因此，在使用指数匹配粘合剂的情况下，可以对光纤进行锯切，而不需要费时的后续抛光或光纤端部的涂敷。
波导T(137)形成从微光学元件向下延伸并分支为左路径和右路径的光学路径。根据一个说明性实施例，波导T(137)由相交的中空金属波导段形成。波导T(137)可以包含一个或多个光学元件(150)。根据一个说明性实施例，波导T(137)的水平段被配置为与穿过光学背板(140)的光学通道(115)对准。
模块化光学互连件(105)被配置为通过插座(110)容纳在光学背板(140)中。模块化光学互连件(105)可以包括许多对准特征，包括特定的外部几何形状、通道、销或其它对准特征。根据一个说明性实施例，模块化光学互连件(105)包括在模块化光学互连件(105)被插入插座(110)中时被对准孔(145)容纳的至少两个对准销(120)。
在图1B中，模块化光学互连件(105)已经被插入插座(110)中。对准销(120)容纳于对准孔(145)中，以在模块化光学互连件(105)和光学背板(140)之间提供旋转转向对准。然后波导T(137)与中空金属波导(115)对准。
输入光束(155)沿光纤(125)前进，穿过指数匹配粘合剂(130)，并且被微光学元件(135)准直。该准直光束(160)向下前进到波导T(137)并且遇到光学元件(150)。光学元件(150)可以是许多光学部件中的任一种。在该例子中，光学元件(150)是反射楔，其将准直光束分成水平前进到中空金属波导(115)的两束输出光束(162、165)。
在该说明性示例中，光学互连件系统(100)已经将光纤(125)中的以折射方式引导的光转换为准直光束(160)。光束(160)的准直性质非常适于行进通过中空金属波导(115)，因为其将光与中空金属波导(115)侧面的反射次数减到最小。
中空金属波导(115)包括被高反射金属壁围绕的中空空气芯。中空金属波导可以以包括硅、玻璃或塑料的各种衬底制造而成。包括切割、激光加工、湿法和干法刻蚀、注射成型、压模、挤压成型和其它合适工艺的多种图案化工艺可以用于形成中空金属波导。根据一个说明性实施例，然后使用溅射工艺金属化这些沟槽的侧壁和底面，以提供关注波长的高反射表面。例如，银可以被溅射涂敷到沟槽内，以提供反射涂层。在某些实施例中，有利的是，在银上涂覆诸如氮化铝的保护涂层并防止氧化的钝化层。另外，可以提供下涂层，以改善银与衬底的附着力。然后可以将波导覆盖件附到图案化的衬底上，以覆盖沟槽并完成中空金属波导。中空金属波导截面的典型尺寸可以接近150微米×150微米或者300微米×300微米。波导的尺寸和几何图形可以根据具体设计而改变。
中空金属波导的低指数空气芯导致在更广泛研究的聚合物基波导中未发现的一些独特的特征。这些中空金属波导提供光学互连件系统所需的极低光学损耗、低衍射损耗和低模态色散的潜能。与聚合物波导或其它固体波导相比，中空金属波导在输入和输出面处没有反射损耗。以硅制造并且涂敷有银的中空金属波导的某些实施例已实现了低于0.05dB/cm的损耗。中空金属波导的空气芯产生极小的光学色散，这允许中空金属波导以接近于太赫兹频率的速率传输数据。
图2是类似于图1所示模块化光学互连件(100，图1)的说明性模块化光学互连件(200)的图。两个光学互连件之间的一个区别是缺少位于微光学元件(135)和光纤(125)出口端之间的指数匹配粘合层。离开光纤(125)的快速发散光(215)被微光学元件(135)准直，并且前进到中空金属波导T(160)中。
在波导T(137)的交点处，光学元件(205)执行对入射光束(160)的光学操作。在该例子中，光学元件(205)是反射楔，其将光分为左输出光束(162)和右输出光束(165)。反射楔(205)的水平位置可以被改变以修改每个方向上反射光的量。可以放置反射楔(205)的水平位置的范围由反射楔(205)下面的双箭头示出。例如，通过将反射楔(205)滑至左边，大部分准直光(106)被反射为波导T(137)的右分支。当反射楔(205)被定位于左边以使仅仅反射楔的右斜面出现在准直光束(160)面前时，所有准直光(160)向右反射。相反，当反射楔(205)完全被定位于右边以使仅仅反射楔的左斜面出现在准直光束(160)面前时，所有准直光(160)向左反射。准直光(160)中被反射到波导T左边分支和被反射到波导T右边分支的比例可以通过改变反射楔(205)的位置而变化。
尽管图2示出源于光纤(125)并被传输到光学背板(140，图1)中的光，但是相同的配置可以被用于反向操作。例如，传播通过中空金属波导(115、图1)的两个分立光束可以通过反射楔向上反射，并且进入微光学元件。然后，微光学元件(135)将光束聚焦到光纤(125)中，以传输至外部部件。
根据一个说明性实施例，当形成模块化光学互连件(200)时，反射楔(205)被固定在期望的水平位置。可替换地，反射楔可以在模块化光学互连件(200)内动态地或手动地平移，从而改变模块化光学互连件(200)的左/右分光特性。
图3A-图3D示出可以在模块化光学互连件(300、305、310、315)中使用的各种其他说明性光学元件(320、325、330、335、340)。图3A示出包括放置于波导T(137)的交点处的低剖面楔(320)的模块化光学互连件(300)。通常，传播通过中空金属波导的光完全均匀地分布在中空金属波导的横截面区域。低剖面楔(320)仅仅覆盖中空金属波导内部区域的一部分。因此，向上反射到微光学元件(135)的光的量与内部区域被低剖面楔(320)覆盖的部分成正比。剩余的光没有向上反射，而是继续沿中空金属波导行进，并离开光学互连件。这产生了基于区域的光学分接头，其允许行进通过光学背板的光的一部分被偏转到模块化光学互连件(300)中，而不阻断剩余的光通过互连件的通路。
图3B是说明性模块化光学互连件(305)，其包括以一角度与波导T(137)的水平分支交叉延伸的光学元件(325)。根据一个说明性实施例，该光学元件(325)可以是部分反射膜、基于区域的反射膜、光谱选择反射器、偏振选择膜等。例如如果光学元件(325)是与中空金属波导(137)的整个区域交叉延伸的部分反射膜，则光中位于整个区域上方的部分会向上被反射到微光学元件中。对于基于区域的反射膜，一部分膜会被反射性涂敷，并且膜的剩余部分将保持透明。因此，入射到膜的反射部分上的光会被向上引导到微光学元件中。附加地或可替换地，该膜可以基于其光谱或偏振特性选择性反射光。例如，该膜可以向上反射特定波长或偏振，同时允许具有其它波长或偏振的光穿过该膜并继续沿中空金属波导行进。光学元件(325)可以是薄膜、薄光学板、具有成角度的表面的棱镜或其它适合的光学部件。
图3C是说明性接收/发射光学互连件(310)的图。在该说明性实施例中，波导T的一侧被分为两个分立通道：左通道(330)和右通道(335)。左通道(330)和右通道(335)都成L形，在每个通道的拐角处具有反射表面。该反射表面对行进通过L形通道的光进行重新定向。一个通道可以被用于从中空金属波导接收光信息，并且其它的侧面可以被用于将光学配置传输回中空金属波导中，并且反之亦然。通道(330、335)中的每一个具有将通道中行进的准直光能量改变90°的反射壁。在期望中空金属波导中的整个光束被去除、处理然后以改变的或新的形式返回到同一波导时，这种结构是有优势的。例如，如果光信号需要相位修正，则可以使用接收/发射光学互连件(310)对整个光信号进行去除、相位修正或者返回中空金属波导。可以执行各种其它操作，包括放大和滤波。
图3D是说明性的贯通光学互连件(315)的图。在该说明性实施例中，光学互连件包括水平波导段(340)，其将光学背板中的左波导连接至光学背板中的右波导。该贯通光学互连件可以被用于填充现在不使用的插座(110、图1)。这将保护终止于插座中的波导免受污染或损坏。另外，贯通光学互连件(315)中的波导段(340)可以不是从左侧的波导笔直通到右边的直接相对的波导。相反，波导段(340)可以被用于将光信号重新路由至期望的光波导。
图4A和4B是光学互连件系统(400)的一个说明性实施例的截面图。在该说明性实施例中，光学背板(405)包括中空金属波导(408)和插座(410、425、440、455)。互连件(300、305、310、315)被配置为安装在插座(410、425、440、455)内，并且对光纤的输出进行准直和/或将输入光束引导到光纤开口中。第一互连件是基于区域的分光器互连件(300)，并且第二互连件是分光/合并光学互连件(305)。第三互连件是包括左通道和右通道的接收/发射光学互连件(310)。第四互连件是贯通互连件，其被设计为填充插座(410)并保护中空金属波导(408)免受污染或损坏。如上所述，互连件(300、305、310、315)和插座(410、425、440、455)是模块化的。因此，任一个互连件可以与任一个插座配对。在图4A中，基于区域的分光器互连件(300)在第一插座(410)上方，分光/合并光学互连件(305)在第二插座(425)的上方，发射/接收光学互连件(310)在第三插座(440)的上方，并且贯通互连件(315)在第四插座(455)的上方。
图4B示出安置在光学背板(405)的插座(410、425、440、455；图4A)中的各种互连件(300、305、310、315)。在图4B所示的说明性配置中，从左向右行进穿过中空金属波导(408)的光线(402)首先遇到第一互连件(300)的基于区域的分光器。基于区域的分光器将一部分光线向上引导到第一互连件(300)中，在第一互连件(300)中光线由微透镜聚焦到光纤中。光线的剩余部分继续行进通过中空金属波导(408)，并且遇到分光/合并元件。一部分光能被向上引导到第二互连件(305)中。剩余的光能继续通过中空金属波导(408)并且全部被偏转到第三互连件(310)的左通道中。第三互连件(310)可以将相同的光信号或不同的光信号发送出右通道。然后该信号移动通过中空金属波导(408)和贯通互连件(315)。
图5是说明性光学互连件系统(500)的截面图，其使用光纤(510)作为光学背板中的波导而不是使用上面附图所示的中空金属波导。在该说明性实施例中，互连件(520、525、535、545)与上面图4A和图4B所述的基本类似。多种光学部件(530、540、550)和附加透镜(515)被形成在互连件((520、525、535、545)内。附加透镜(515)被用于将光从光纤变换到准直的自由空间，并变换回来。当光离开互连件中的光纤时，光被微透镜准直。然后，各个光学部件(530、540、550)处理准直的光，然后将其引导到光学背板(505)的光纤(515)中。光从光纤(510)到互连件的传输以与离开光纤(510)的光由相关微透镜(515)准直并和插座中的光学部件相互作用类似的方式发生(如果有的话)。被向上引导到互连件中的光的部分被聚焦到相关的光纤中。
图6A和图6B是说明性互连件(600)的透视图，互连件(600)包括互连件主体(605)和与互连件主体(605)咬合的个性化模块(610)。根据一个说明性实施例，光学带(612)连接至互连件主体(605)。光学带(612)可以容纳一个或多个光纤或其它光通道。在图6A和图6B所示的示例中，光学带(612)由12条分立光纤组成。光纤带(612)可以使用将光纤带的终端端部引导到互连件主体(615)中的期望位置的V形沟槽，而被定位在互连件主体(615)内。光纤带(612)和互连件主体(615)的对准可以发生在制造过程中或者可以在现场完成。
光纤在互连件主体(605)的主体(615)中终止，并且通过微透镜(620)阵列准直。互连件主体(605)的主体(615)包括侧面突出部(630)和C形托架(655)。两个精密销(625)从主体(615)延伸并通过微透镜阵列(620)。根据一个说明性实施例，销(625)可以为微透镜阵列(620)提供对准。可以使用各种其它对准技术，包括球锥、块角以及其它技术。这些技术可以被修改或合并以便为给定应用提供期望的对准水平。如上所述，微透镜阵列(620)可以使用指数匹配光学粘合剂被粘合至主体(615)的底部和光纤的终端端部。附加地或可替代地，可以使用各种其它粘结技术。
在光纤带(612)中使用包括用于所有光纤的准直光学元件的单片微透镜阵列(620)提供许多优点。第一，其消除了制备大量分立光学元件的需求。第二，微透镜阵列(620)比分立光学元件大，因此易于操控。第三，由于整个微透镜阵列(620)可以同时与主体(615)对准，因此对准比较简单。
个性化模块(610)是具有水平基底(647)和向上延伸的两个臂(642)的U型托架。水平基底(647)包括被配置为容纳销(625)的两个孔(635)。当将销(625)推入孔(635)中并且微透镜阵列(620)的底面与水平基底(647)的上表面相接触时，主体(605)与个性化模块(610)对准。每个臂(642)具有安置在主体(615)中的突出部(630)上的悬突(640)，从而将个性化模块(610)紧固到主体(605)。
在该说明性实施例中，十二个分立波导段(645)形成在水平基底(647)的上表面。波导段(645)的中心部分(650)包括各种光学元件，例如基于区域的分接头、接收/发射光学元件、光学滤波器/反射器、分光/合并光学元件以及上面讨论的贯通波导。也可以包括多种其它光学元件。通过示例但不限制的方式，光学元件可以包括光探测器、光源、束收集器、各种棱镜、镜面、束分光器、波长选择滤波器或其它光学元件。这些光学元件处理从背板进入互连件的准直光和/或由微透镜阵列(620)产生的准直光。给定的个性化模块(610)可以包括十二个或更多个相同的光学元件或者任何其它期望的光学元件的组合。另外，个性化模块还可以被配置为两层或更多层，以便发射和接收出现在彼此堆叠的中空金属波导中的光。
图6B是主体(605)被安置在个性化模块(610)中的说明性示图。根据一个说明性实施例，销(625)的长度使得在主体(605)被安置在个性化模块(610)中时销从个性化模块(610)的底部突出。这允许销(625)被背板(140，图1)中的对准孔(145，图1)接收。
根据一个说明性实施例，互连件(600)的部件可以被塑料注射成型。可以使用很多种塑料，例如热塑性塑料、热固塑料、玻璃填充的聚碳酸酯和人造橡胶。在某些情况下，期望针对互连件内的不同元件使用不同的聚合物。例如，相对硬的聚合物可以被用于主体(605)，同时更柔软的聚合物可以被用于附属闩和光纤带的应变消除。使用诸如塑料注射成型的便宜制造技术来生产光学互连件的能力可以显著降低互连件的价格。进一步地，主体(605)和微透镜阵列(620)对于所有的互连件都通用，而不用考虑互连件的功能。这进一步减少了零件数目和制造费用。
图7是光学互连件系统(700)的透视图，其包括安置在光学背板(730)中的互连件(600)。为清晰起见，仅仅示出光学背板(700)的一部分。光学背板(730)可以包括许多其它部件、插座和光通道。
如上所述，主体(605)被安置在个性化模块(610)中以形成互连件(600)。光学背板(730)包括插座(721)和附属闩(710)。如上所述，销(625)从个性化模块(610)的底部延伸并进入插座(721)底部的对准孔(145，图1)。附属闩(710)向上延伸通过C形托架(655)以捕获互连件(600)。在这种配置中，销(625)提供对准，并且附属闩(710)将互连件(600)保持在合适位置上。许多其它连接方案可以被用于对准和紧固个性化模块(610)、互连件主体(605)和背板(730)。
背板(730)包括许多光学通道(725)。根据一个说明性实施例，光学通道(725)是中空金属波导。如上所述，中空金属波导可以被构建在包括硅、玻璃或塑料的衬底中。根据一个说明性实施例，在背板的基底部分(720)中刻出精密槽。然后，精密槽被涂敷有反射涂层。顶板(715)的下表面也涂敷有反射涂层。然后基底部分(720)和顶板(715)结合在一起以形成密封的中空金属波导。附加地或可替代地，背板(730)可以具有各种其它配置，包括模制聚合物波导或嵌入式光纤。
图8示出光学互连件系统(700)的一个说明性实施例的截面图。光学带(705)进入互连件主体(615)。组成光学带(705)的单个光纤(125)在互连件主体(615)的底面或附近终止。透镜阵列(620)被结合到互连件主体(615)，如以上所述。个性化模块(610)与互连件咬合，使得个性化模块(610)的波导段(645)与光学背板(730)中的波导通道(725)对准。个性化模块(610)可以包括位于波导段(645)内的一个或多个光学元件(722)。
如上所述，光学背板(730)可以由基底部分(720)和顶板(715)组成。附属闩(710)向上延伸通过C形托架(655)以捕获互连件主体(615)。根据一个说明性实施例，光学带及其光纤被固定结合至互连件主体(615)。通过用新的个性化模块简单地更换个性化模块(610)，可以改变光学互连件系统(700)的配置。图9A至图12示出即插即用配置，其可以通过拔下互连件、去除第一个性化模块并且以另一个性化模块替代并将互连件插回光学背板中而简单实现。
图9A是说明性串行网络架构(802)或菊花链的图。串行网络架构(802)中，在网络节点(804、806、808、812)之间进行点对点物理互连(814)。在该网络配置中，从左至右行进通过网络(802)的光信号首先被第一节点(804)拦截。第一节点(804)对光信号执行期望的任何操作。第一节点(804)可以向第二节点(806)传输光信号，或者不向第二节点(806)传输光信号。如果信号被传递至第二节点(806)，则第二节点拦截该信号，并且可以向第三节点(808)传递该信号，或者不向第三节点(808)传递该信号，等等。
如图9B所示，该串行网络架构可以使用光学背板(805)上的单个光通道(820)被轻易的实现。为清晰起见，仅仅示出互连件的相关部分。例如，在图9B中，仅仅示出个性化模块的略图以及个性化模块内的相关光学部件。每个互连件的个性化模块(830、840、850、860)被选择为使得发射/接收光学元件处于光通道(820)的路径上。光学带(834)将多个节点(838、848、858、868)连接至正确的互连件。节点(838、848、858、868)可以是本质上纯光学的、主要是电子的，或者可以是光学和电子的组合。
当光信号(825)从左进入时，光信号(825)被第一个性化模块(830)的接收/发射光学元件偏转到光学带(834)中，并传输到第一节点(838)。第一节点(838)接收光信号、处理光信号并且将光信号重新发送回光学带(834)。然后，接收/发射光学元件(832)将信号引导至下一个性化模块并且重复处理。该配置产生了图9A所描述的串行结构。
通过简单地拔下互连件并且使用具有不同光学元件的新的个性化模块替代个性化模块(830、840、850、860)，可以改变网络的架构。图10A示出总线图。在总线图(816)中，每个节点(818、822、824、826)被连接至单个通信通道(828)。来自源的信号行进至网络中的每个节点(818、822、824、826)。
根据一个说明性实施例，通过使用具有逐渐增大的基于区域的分接头(880、882、884、884)的一系列新个性化模块(890、892、894、896)替代图9B所示的所有个性化模块，光学互连件系统(800)可以从图9B所示的菊花链图重新配置为图10B的总线架构。输入信号(825)被第一基于区域的分接头(880)分光，以将总信号功率的25％偏转为沿着光学带(834)行进到第一节点(838)的新信号(836)。该信号剩余的75％传递至包含较大的基于区域的分接头(882)的第二个性化模块(892)。该分接头(882)也提取出初始信号的25％并将该信号(846)传递至第二节点(848)。类似地，初始信号剩余的50％被逐步分布到其它两个节点(858、868)，作为由其它个性化模块(894、896)所产生的信号。最后一个基于区域的分接头(848)覆盖波导(820)的整个区域并且将剩余的光信号(866)全部引导至最后一个节点(868)。
图11A示出星型网络架构(817)，其包括通过通信链路(827)单独连接至周围的三个节点(822、824、826)中的每一个的中心节点(818)。图11B示出从光学互连件系统(800)到星型网络架构的说明性重新配置。在该实施例中，第一节点(838)是中心节点并且使用双向信号(891)与其它节点中的每一个单独通信。双向信号(891)由三个不同波长的光能组成。该双向信号(891)被传输至第一个性化模块(890)，第一个性化模块(890)包括镜面(837)，镜面(837)将所有波长的光沿着光通道(820)反射至其它节点。第二个性化模块(892)具有波长选择分接头(847)，波长选择分接头(827)将具有第一波长的第一信号(893)偏转至第二节点(848)，并且允许其它波长穿过到达其它节点(858、868)。类似地，其它个性化模块(894、896)将它们各自的波长信号(895、897)偏转至适当的节点(858、868)。星节点(848、858、868)中的每一个使用其接收的相同波长进行响应。因此，在星节点(848、858、868)中的每一个和中心节点(838)之间创建分立的双向通信。
图9A-图11B所示的配置仅仅是通过使用单个光通道和适当的个性化模块而易于得到的光学互连件配置的简单示例。其它通道也可以被用于创建更加复杂或更加坚固的网络，或者用于执行用户所期望的其它操作。
图12示出光学互连件系统(800)的定制配置。该定制配置使用与图9B、图10B和图11B所示配置相同的光学背板(805)、光通道(810、815、820)和节点(838、848、858、868)。该配置和其它配置之间的最显著的物理区别在于各个互连件底部的个性化模块已被新的个性化模块(900、902、904、905)所替代。这些个性化模块(900、902、904、905)包括多种光学元件(908、910、918、924、936、937、940)。
在图12所示的实施例中，第一输入信号(942)从左边进入上光通道(820)，并且遇到容纳在第一个性化模块(900)中的基于区域的分接头(910)。基于区域的分接头(910)将第一输入信号的一部分(844)偏转到连接至第一节点(838)的光学带(912)中。剩余的信号(946)穿过包含在第二个性化模块(902)中的贯通件(916)，并且被包含在第三个性化模块(904)中的合并器元件(936)偏转，并且进入光学带(928)和第三节点(858)。
第二输入信号(960)从右边通过中心光通道(815)进入系统(800)。第二输入信号(960)遇到第四个性化模块(906)中的将第二输入信号(960)从中心光通道(815)传送到上光通道(820)的转向光学元件(937)。然后第二输入信号(960)由第三个性化模块(904)中的合并器元件(936)向上反射到第三节点(858)中，以在光学带(928)中形成合并信号(948)。
第三输入信号(950)在第二节点(848)内生成，并穿过光学带(920)到达第二个性化模块(902)，在第二个性化模块(902)中遇到分配器(918)。信号(952)的一部分向左，遇到第一个性化模块(900)中的反射元件(908)，并且向上反射通过光学带通道到达第一节点(838)。右边部分(954)遇到第三个性化模块(904)中的光谱反射器(924)，并且被分为第一波长信号(956)和第二波长信号(958)。第一波长信号(956)沿着光学带通道(932)传递至第四节点(868)。第二波长信号(958)继续通过光谱反射器(924)，并且被包含在第四个性化模块(906)中的束收集器(940)吸收。束收集器(940)是用于吸收光束的光学元件。束收集器(940)被设计为吸收入射光线并防止向回反射和散射。为了将散射减到最小，束收集器(940)可以由被设计为吸收并限制入射光的相对深且暗的腔形成。
图13是描述配置光学互连件系统的一个说明性方法的流程图。在第一步骤中，确定光学互连件系统的期望配置(步骤1300)。选择适合的互连件主体，并通过光纤将其连接至节点(步骤1305)。互连件主体包括对光纤的输出进行准直的光学元件。选择包括期望的光学元件的个性化模块(步骤1310)。通过将从互连件主体的底部延伸的销插过个性化模块中的相应对准孔，将个性化模块与互连件主体对准(步骤1315)。然后，将个性化模块锁在适当的位置，以在对准位置将其紧固到互连件主体(步骤1320)。然后将互连件主体和个性化模块插入光学背板的插座中(步骤1325)，使得个性化模块中的光通道与背板内的光通道对准。根据一个说明性实施例，从互连件主体延伸的销延伸通过个性化模块，并被插入光学背板中的对准孔。针对光学互连件系统内的所有互连件重复该过程(步骤1330)。对于光学背板中不需要互连件的插座，插入空白以保护背板内的光通道(1335)。
总而言之，上述光学互连件系统使用注射成型的互连件提供低成本即插即用型高密度光学互连件。这些模块化光学互连件允许在同一光学背板上进行点对点连接、分光、合并、多点发送等。这些模块化光学互连件与中空金属波导或正规实芯波导兼容。模块化光学互连件从光纤产生准直光束。准直光束允许比其它方法更大的错位容限，并且减少部件零件的成本。与传统的硬线连接系统相比，光学互连件系统允许以最小的成本和时间进行显著的即插即用重新配置。
已经呈现了前面的描述，目的仅仅在于图示和描述所述原理的实施例和示例。该说明书并不致力于穷尽或将这些原理限制为公开的任何精确形式。按照上面的教导，可以进行许多修改和改变。

Claims (15)

1.一种光学互连件(700)，包括：
光纤(125)；
互连件主体(605)，所述光纤(125)在所述互连件主体(605)中终止；
微透镜(620)，用于对离开所述光纤(125)的光进行准直以产生准直光束；
第一个性化模块(610)，被配置为对所述准直光束进行操作，所述第一个性化模块(610)与所述互连件主体(605)对准，并可拆卸地连接至所述互连件主体(605)；
其中所述光学互连件(700)被配置为被插入光学背板(725)的插座(721)中，所述第一个性化模块(610)进一步被配置为对在所述光学背板(725)与所述光学互连件(700)之间传递的光进行操作。
2.根据权利要求1所述的光学互连件，其中所述光学背板(725)包括多个中空金属波导，所述中空金属波导被配置为从所述光学互连件(700)接收光，并向所述光学互连件(700)发射光。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光学互连件，进一步包括对准元件(625)，所述对准元件(625)从所述互连件主体(615)向外延伸，通过所述个性化模块(610)，并且进入所述光学背板(725)的接收元件中。
4.根据权利要求3所述的光学互连件，其中所述微透镜(620)包括注射成型的微透镜阵列(620)，所述销(725)穿过所述微透镜阵列(620)，使得所述微透镜阵列(620)与光纤(125)对准。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光学互连件，进一步包括：
第二个性化模块(830)，被配置为替代所述第一个性化模块(610)，所述第二个性化模块(830)重新配置所述光学背板(725)的网络架构；以及
附到所述光学互连件(700)的节点(838)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光学互连件，其中所述第一个性化模块(610)被配置为选择性地将穿过所述光学背板(725)的光的一部分引导到所述光纤(125)中。
7.一种光学互连件系统(700)，包括：
光学背板(730)；
位于所述光学背板(730)中的插座(721)，用于暴露所述光学背板(730)中的光通道(725)；
互连件主体(615)；
光纤(125)，被配置为连接至外部节点(838)，所述光纤(125)在所述互连件主体(615)中终止以形成终端端部；
微透镜(620)，被配置为与所述光纤(125)的所述终端端部接口，以对离开所述光纤(125)的光进行准直，从而产生准直光束(160)；以及
个性化模块(610)，连接至所述互连件主体(615)，其中所述互连件主体(615)和所述个性化模块(610)被配置为被插入所述插座(721)中，使得所述个性化模块(610)内的光通道(645)与所述光学背板(730)内的光通道(725)对准，所述个性化模块(610)被配置为接收所述准直光束；所述个性化模块(610)包括被配置为对所述准直光束进行光学操纵并且将所述准直光束引导到所述光学背板(725)的光通道(725)中的光学元件(722)；所述个性化模块(610)进一步被配置为从所述互连件主体(615)被去除，并且被具有不同光学元件的第二个性化模块所替代。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述光学元件(722)是分光器/合并器(918)、光谱分接头(924)、调制器、开关(205)、束收集器(940)、贯通件(916)、基于区域的分接头(910)或发射/接收元件(832)中的至少一个。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的系统，其中所述光学背板(730)内的光通道(725)是配置为引导光能的中空金属波导。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的系统，其中所述光学互连件系统(700)的架构通过替代所述个性化模块(610)来重新配置。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的系统，进一步包括插在所述光纤(125)的所述终端端部和所述微透镜(620)之间的指数匹配粘合剂(130)。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的系统，进一步包括从所述互连件主体(615)的界面延伸的对准销(625)，所述对准销(625)被配置为穿过所述个性化模块(610)中的对准孔(635)，使得所述个性化模块(610)与所述微透镜(620)光学对准。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述对准销(625)的终端端部被所述光学背板(730)中的对准孔(145)接收，使得所述个性化模块(610)中的波导段(645)与所述光学背板(730)中的光通道(725)对准。
14.根据权利要求7-12中任一项所述的系统，其中与所述个性化模块(610)的上部分接口的至少一部分表面具有光学反射性，使得当所述个性化模块(610)与所述互连件主体(615)耦合时，形成中空金属波导。
15.根据权利要求7-14中任一项所述的系统，进一步包括波导T(137)，所述光学元件(722)被设置在所述波导T(137)的竖直段和水平段之间的交点处。
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