CN103293607A - 可插拔光收发器 - Google Patents

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Abstract

一种可插拔光收发器包括：顶壳体、底壳体、以及由顶壳体和底壳体封闭的光-电组件。光-电组件包括基底；设置于基底上的至少一光电发射部件；设置于基底上的至少一光电接收部件；设置于基底上的接口集成电路；设置于基底上且与接口集成电路电连接的可插拔电气接口；以及光耦合系统。光耦合系统包括可外插拔式光接口、固定安装在基底上的光耦合元件、以及使可外插拔式光接口和光耦合元件光学连接的导光结构。光耦合元件配置为使来自于光电发射部件的第一光信号与导光结构耦合，以及配置为使来自于导光结构的第二光信号与光电接收部件耦合。

Description

可插拔光收发器
相关申请的交叉引用
本申请享有申请日为2012年3月2号、申请号为No.61/605,775的美国临时专利申请的权益；该临时专利申请在此全文引用，以供参考。
技术领域
本发明总地涉及电通信技术和光通信技术；更具体地，本发明涉及结构简单且易于组装的可插拔光收发器。
背景技术
可插拔光收发器是在数据中心、移动基站和高性能计算应用中用于实现高速互联的必不可少的积木式部件（building block），其用于连接数据中心内位于单个底盘中的路由器、基站网络设备和计算机处理器。数据中心内典型的传输距离大约为300米。在该类型的应用中，通常基于收发器内在850nm波长处发射的垂直腔面发射激光器（vertical cavity surface emitting laser，VCSEL），发射器将互联上待传输的高速数据（10Gb/s或更高）转换为光信号，且待传输的高速数据通过多模式光纤传输。在链路的另一端，另一收发器的接收器部分将信号转换回电信号。移动数据使用、云计算应用和大型数据应用的指数增长导致网络设备和高性能计算机设备的需求增加。这也提高了高速光互联的需求。因此，用于实现该类型互联的低成本光收发器的需求不断增加。
数据中心应用中使用的光收发器通常遵循多源协议（multi-source agreement，MSA）形状因数（form-factor）。小型可插拔（small form-factor pluggable，SFP）是上述其中一种形状因数。在传统SFP/SFP+收发器中，激光器和光电二极管（PD）被单独封装到金属罐封装中，从而形成光发射器子组件和光接收器子组件（optical sub-assembly，OSA）。手动地使OSA上的光学器件与OSA内的激光器和光电二极管对准；其中光信号与外部光纤耦合需要所述光学器件。这些子组件随后焊接到其上组装有激光驱动器集成电路（integrated circuit，IC）、接收器IC和微控制器的印刷电路板（printed circuit boards，PCB）上。随后该组件安装（fit into）到服从SFP的（SFP-compliant）壳体中以形成最终产品。该收发器设计需要许多部件和复杂的组装工艺，因此提高了收发器的成本。
发明内容
本发明涉及可插拔光收发器。在一个方面，可插拔光收发器包括：顶壳体、底壳体、以及由顶壳体和底壳体封闭的光-电组件。光-电组件包括基底；设置于基底上的至少一光电发射部件；设置于基底上的至少一光电接收部件；设置于基底上的接口集成电路；设置于基底上且与接口集成电路电连接的可插拔电气接口；以及光耦合系统（coupling optical system）。光耦合系统包括可外插拔式光接口（external pluggable opticalinterface）、固定安装在基底上的光耦合元件、以及使可外插拔式光接口和光耦合元件光学连接的导光结构。光耦合元件配置为使来自于光电发射部件的第一光信号与导光结构耦合，以及配置为使来自于导光结构的第二光信号与光电接收部件耦合。导光结构配置为使第一光信号与可外插拔式光接口耦合，以及配置为耦合来自于可外插拔式光接口的第二光信号。可外插拔式光接口配置为使第一光信号与外部发射光纤耦合，以及配置为耦合来自于接收光纤的第二光信号。
导光结构可包括多个反射表面。可外插拔式光接口可包括发射端口和接收端口。反射表面可配置为使第一光信号与发射端口耦合，以及配置为耦合来自于接收端口的第二光信号。
光电发射部件可能是VCSEL。光电接收部件可能是光电二极管。光电发射部件和光电接收部件可安装在间距小于1mm的基底上。
接口集成电路可包括发射器驱动电路和接收器电路。发射器驱动电路可与光电发射部件电连接，并以小于1mm的距离靠近光电发射部件安置。接收器电路可与光电接收部件电连接，并以小于1mm的距离靠近光电接收部件安置。发射器驱动电路和接收器电路可集成到一个单晶片上。
发射端口和接收端口间的节距（pitch）可能大于设置于基底上的VCSEL和光电二极管间的节距。发射端口和接收端口间的节距可能遵从SFP/SFP+MSA标准。
光耦合元件可结合到基底上，并限定出容纳光电发射部件、光电接收部件和接口集成电路的腔。
导光结构可包括一对使可外插拔式光接口和光耦合元件光学连接的跳线光纤（jumper fiber）。该对跳线光纤可包括发射跳线光纤和接收跳线光纤。跳线光纤可弯曲约90°，从而直接耦合来自光电发射部件的光信号。
导光结构可包括与可外插拔式光接口光学连接的柔性波导管基底。
导光结构可进一步包括插座（jumper plug），其配置为机械固定跳线光纤的位置，从而匹配光电发射部件与光电接收部件之间的节距。可在插座的端面（end facet）终止跳线光纤。
顶壳体和底壳体可由金属制成。可插拔光收发器可进一步包括顶金属罩（metal shield）和底金属罩。顶金属罩和底金属罩可封闭光耦合元件和基底。顶壳体和底壳体可由非传导性的可模塑材料（non-conductivemoldable material）制成。
光耦合系统可形成为一个单一的模制光学元件。光耦合元件可进一步包括与基底相固定的闩锁元件。插座可与光耦合元件可拆卸接合。闩锁元件可配置为防止插座从光耦合元件上脱离。
在另一方面，本发明提供小型可插拔光收发器。小型可插拔光收发器包括：顶壳体、底壳体、以及由顶壳体和底壳体封闭的光-电组件。光-电组件包括：基底；设置于基底上的至少一光电发射部件；设置于基底上的至少一光电接收部件；设置于基底上的接口集成电路；设置于基底上且与接口集成电路电连接的可插拔电气接口；以及光耦合系统（coupling optical system）。光耦合系统包括可外插拔式光接口、固定安装在基底上的光耦合元件、以及使可外插拔式光接口和光耦合元件光学连接的导光结构。光耦合系统配置为使源于光电发射部件的第一光信号与可外插拔式光接口耦合，并配置为将在可外插拔式光接口处接收的第二光信号导向光电接收部件。光耦合元件结合到基底上，并限定出容纳光电发射部件、光电接收部件和接口集成电路的腔。顶壳体和底壳体由金属制成。
导光结构可包括一对使可外插拔式光接口和光耦合元件光学连接的跳线光纤。该对跳线光纤可包括发射跳线光纤和接收跳线光纤。
在另一方面，本发明提供可插拔光收发器，其包括：顶壳体、底壳体、以及由顶壳体和底壳体封闭的光-电组件。光-电组件包括：基底；设置于基底上的至少一光电发射部件；设置于基底上的至少一光电接收部件；设置于基底上的接口集成电路；设置于基底上且与接口集成电路电连接的可插拔电气接口；以及光耦合系统（coupling optical system）。光耦合系统包括可外插拔式光接口、固定安装在基底上的光耦合元件、以及使可外插拔式光接口和光耦合元件光学连接的导光结构。光耦合元件配置为使来自于光电发射部件的第一光信号与导光结构耦合，以及配置为使来自于导光结构的第二光信号与光电接收部件耦合。导光结构配置为使第一光信号与可外插拔式光接口耦合，以及配置为耦合来自于可外插拔式光接口的第二光信号。可外插拔式光接口配置为使第一光信号与外部发射光纤耦合，以及配置为耦合来自于接收光纤的第二光信号。接口集成电路包括发射器驱动电路和接收器电路。发射器驱动电路与光电发射部件电连接，并以小于1mm的距离靠近光电发射部件安置。接收器电路可与光电接收部件电连接，并以小于1mm的距离靠近光电接收部件安置。导光结构包括与可外插拔式光接口光学连接的柔性波导管基底。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的小型可插拔（SFP）模块的前透视图和后透视图；
图2是图1中描述的SFP模块的分解图；
图3是图1中描述的SFP模块中光-电（optical-electrical，OE）组件的分解图；
图4是根据本发明另一实施例的、在SFP模块中具有单独的驱动IC和接收器IC的基底的示意图；
图5示出了在图3描述的模制光学元件中形成的光耦合系统的光路；
图6是图3描述的OE组件中模制光学元件（光耦合系统）的顶部截面图和底部截面图；
图7是根据本发明另一实施例的、SFP模块中OE组件的透视图；
图8是图7中描述的OE组件的顶视图；
图9是图7描述的OE组件的分解图，其中该OE组件不具有图8中描述的可外插拔式光接口和导光结构；
图10是图8中描述的可外插拔式光接口和导光结构的分解图；
图11是图8中描述的可外插拔式光接口和导光结构组装到SFP模块中后的底部透视图；
图12是示出了图7中描述的SFP模块中光耦合元件的光路的截面图；
图13是示出了图7中描述的SFP模块中可外插拔式接口的光路的截面图；
图14是根据本发明另一实施例的SFP模块中OE组件的透视图；
图15是图14中描述的OE组件的顶视图；
图16是前光端口（front optical port）的分解图，所述前光端口具有图14中描述的OE组件的跳线波导管（jumper waveguide）；
图17是根据本发明另一实施例的SFP模块中OE组件的透视图；
图18是可插拔跳线组件（jumper assembly）的分解图，所述可插拔跳线组件具有图17中描述的OE组件的前透镜块；
图19是图17中描述的OE模块中组装有的可插拔跳线组件和后透镜块的分解图；
图20是图17中描述的OE组件中组装有的可插拔跳线组件和后透镜块的另一示图；
图21是根据本发明另一实施例的SFP模块中OE组件的透视图；
图22是示出了图21中描述的OE组件中光耦合的截面图；
图23是根据本发明另一实施例的SFP模块的分解图；
图24是在图23描述的SFP模块中具有金属罩的OE组件的分解图；
图25是在图23描述的SFP模块中位于下金属罩内的OE组件的顶视图；
图26是在根据本发明另一实施例的SFP组件中的单件前透镜块的顶视图和底视图；
图27A是在根据本发明另一实施例的SFP模块中处于未锁定位置的OE组件的透视图；
图27B是图27A中描述的OE组件处于锁定位置的透视图；
图28是图27A中描述的OE组件内的跳线组件的透视图；
图29是正组装到PCB上的后透镜块和闩锁元件的分解图，其中该PCB位于图27A中描述的OE组件内；
图30是后透镜块和闩锁元件组装到PCB上之后的分解图，其中该PCB位于图27A中描述的OE组件内；
图31A是在图27A描述的实施例中位于下收发器壳体内的OE组件的透视图；
图31B是在图27A描述的实施例中位于下收发器壳体内的OE组件的顶视图；
图32是在图27A描述的实施例中位于下收发器壳体内的OE组件的截面图；
图33是图27A描述的实施例中可外插拔式接口的截面图。
具体实施方式
现在将详细提及本发明中公开的可插拔光收发器的优选实施例，在以下描述中还提供可插拔光收发器的实例。虽然对本发明中公开的可插拔光收发器的示范性实施例进行了详细描述，但对本领域技术人员而言，为简明起见可能并未示出对理解可插拔光收发器而言不是特别重要的某些特征。
此外应该理解的是，本发明中公开的可插拔光收发器并不受限于以下描述的精确实施例，在不背离其保护范围或精神的情况下，本领域技术人员可对其进行各种更改和调整。例如，在这一公开的范围内，不同阐释性实施例的元件和/或特征可相互组合和/或相互替代。
图1是根据本发明一实施例的小型可插拔（SFP）模块的前透视图和后透视图。该实施例中的SFP模块也称为类型1设计。在图1中示出了位于前面的可插拔光接口1（图3中也示出）和位于后面的可插拔电气接口2。图2是图1中描述的SFP模块的分解图。参考图2，SFP模块包括顶金属壳体11、底金属壳体12和光-电（OE）组件10。图3是图2中描述的SFP模块中光-电组件的分解图。参考图3，光源133、PD134、组合驱动器和接收器IC135相互靠近地结合到基底131上，以形成OE组件10。光源与PD间的距离通常小于1mm。光源（或PD）到IC135的距离通常小于1mm。IC135电连接到可插拔电气接口2和一部分前述OE组件10上，其中所述可插拔电气接口设置在基底131的另一端。除了基底131、光源133、PD134、组合驱动器和接收器IC135以及可插拔电气接口2以外，OE组件10还包括光耦合系统，此后将更详细对所述光耦合系统予以描述。光耦合系统形成为一个单一的、固定安装到基底131上的模制光学元件。可能还需要其他有源和无源电子部件，并且其他有源和无源电子部件可分布在基底131的其他区域中。在如图4所阐释的另一实施例中，单独的驱动器IC和接收器IC1351安装到基底1311上。应该注意的是，在该实施例和此后描述的实施例中，光耦合系统配置为使来自光源的第一光信号与可插拔光接口耦合，并将在可插拔光接口处接收的第二光信号导向光电二极管（PD）。还应该注意的是，该实施例中的光源133可能是VCSEL，并可能被其他类型的光电发射部件替代。该实施例中的PD134可能被其他类型的光电接收部件替代。组合驱动器和接收器IC135可能被其他类型的接口集成电路替代。
图5示出了在图3描述的模制光学元件132中形成的光耦合系统的光路。参考图5，光学设备140发出的光首先经过使光充分校准的第一透镜表面141。随后由第一反射表面142和第二反射表面143引导光束，并在光束经过可插拔光接口1的发射端口且到达光纤耦合的外部区域前通过第二透镜表面144使光束再聚焦。可凭借全内反射或反射涂层实现反射表面142和143。图6是模制光学元件132（光耦合系统）的顶部截面图和底部截面图。应该理解的是，接收自可插拔光接口1的接收端口的光可沿与以上光路基本相反的光路传播，其经过多个反射表面，并因此到达PD134。
在这一实施例中，光耦合系统包括可外插拔式光接口（图1和图3中为1）、固定安装在基底（131）上的光耦合元件（图6中为141）、以及使可外插拔式光接口与光耦合元件光学连接的导光结构（142、143和144）。光耦合元件配置为使来自光电发射部件的第一光信号与导光结构耦合，以及配置为使来自导光结构的第二光信号与光电接收部件耦合。导光结构配置为使第一光信号与可外插拔式光接口耦合，以及配置为耦合来自于可外插拔式光接口的第二光信号。可外插拔式光接口配置为使第一光信号与外部发射光纤耦合，以及配置为耦合来自于接收光纤的第二光信号。
图7是根据本发明另一实施例的、SFP模块中OE组件的透视图。该实施例中的SFP模块也称为类型2设计。图8是图7中描述的OE组件的顶视图。参考图7和图8，OE组件包括前透镜块201和后透镜块203。前透镜块201充当外部光纤的可插拔光端口（即可外插拔式光接口）。后透镜块203结合到基底204上，并限定出容纳如图9所阐述的激光器206、PD207、IC208的腔；图9是图7描述的OE组件的分解图，其中该OE组件不具有图8中描述的可外插拔式光接口201和导光结构205。这些部分临近基底204的后端安置，从而使电信号经由基底204上的传导迹线的传输距离最小化。参考图8，前透镜块201通常经由导光结构205光学连接到后透镜块203上。导光结构205包括一对跳线光纤或任何形式的光波导管（此后在另一实施例中对其进行详细阐述），并被视为该实施例中OE组件的光耦合系统的一部分。该对跳线光纤包括发射跳线光纤和接收跳线光纤。支撑结构202定位在前透镜块201与后透镜块203之间，并配置为向导光结构205提供机械支撑。图10是图8中描述的可外插拔式光接口201和导光结构205的分解图。参考图10，导光结构205可定位在支撑结构202上的防护槽211内。一对自支撑结构202延伸出来的扣合结构（snap structure）210使导光结构205紧固到基底204上。透镜块203上的耦合结构209便于导光结构205的一端与透镜块203上的透镜呈光学对准（optical alignment），从而使光耦合最大化。使用粘结剂将导光结构205的一端固定到透镜块203上，以确保稳定的光耦合。图11是图8中描述的可外插拔式光接口201和导光结构205组装到SFP模块中后的底部透视图.
图12是示出了图7中描述的SFP模块中光耦合元件（图8中为203）的光路的截面图。图13是示出了图7中描述的SFP模块中可外插拔式接口的光路的截面图。参考图12，其示出了自激光器206开始、经过透镜块203、并到达导光结构205的光路212。同样采用粘结剂将导光结构205的另一端固定到前透镜块201的背侧。图13示出了从导光结构205的一端开始、经过前透镜块201并到达外部纤芯214的光路213。
该实施例中的光耦合系统包括可外插拔式光接口（图8中为201）、固定安装在基底上的光耦合元件（图8中为203）、以及使可外插拔式光接口与光耦合元件光学连接的导光结构（图8中为205）。光耦合元件配置为使来自光电发射部件的第一光信号与导光结构耦合，以及配置为使来自导光结构的第二光信号与光电接收部件耦合。导光结构配置为使第一光信号与可外插拔式光接口耦合，以及配置为耦合来自于可外插拔式光接口的第二光信号。可外插拔式光接口配置为使第一光信号与外部发射光纤耦合，以及配置为耦合来自于接收光纤的第二光信号。
图14是根据本发明另一实施例的SFP模块中OE组件的透视图。该实施例中的SFP模块也称为类型3设计。图15是图14中描述的OE组件的顶视图。图16是前光端口的分解图，所述前光端口具有图14中描述的OE组件的跳线波导管。参考图14-16，类型3设计与类型2设计相似。主要差别在于，通过一片柔性波导管基底（光波导管薄片）304取代使前透镜块301（该实施例中为可插拔光接口）与后透镜块302光学连接的导光结构205，其中该片柔性波导管基底在该实施例中是光耦合系统的一部分。许多波导管305嵌在波导管基底304中，并配置为在前透镜块301与后透镜块302之间为每个发射光通道和接收光通道引导光信号。与类型2设计相似的是，支撑结构303定位在前透镜块301与后透镜块302之间，以为导光结构304提供机械支撑。
该实施例中的光耦合系统包括可外插拔式光接口（图15中为301）、固定安装在基底上的光耦合元件（图15中为302）、以及使可外插拔式光接口与光耦合元件光学连接的导光结构（图15中为304、305）。光耦合元件配置为使来自光电发射部件的第一光信号与导光结构耦合，以及配置为使来自导光结构的第二光信号与光电接收部件耦合。导光结构配置为使第一光信号与可外插拔式光接口耦合，以及配置为耦合来自于可外插拔式光接口的第二光信号。可外插拔式光接口配置为使第一光信号与外部发射光纤耦合，以及配置为耦合来自于接收光纤的第二光信号。
图17是根据本发明另一实施例的SFP模块中OE组件的透视图。图18是可插拔跳线组件41的分解图，所述可插拔跳线组件具有图17中描述的OE组件的前透镜块401。图19是图17中描述的OE组件中组装有的可插拔跳线组件41和后透镜块405的分解图。图20是图17中描述的OE组件中组装有的可插拔跳线组件41和后透镜块405的另一示图。该实施例中的SFP模块也称为类型4设计。参考图17-20，这类型的设计具有可插拔跳线组件41，其包括前透镜块401（该实施例中为可外插拔式光接口）、跳线光纤404、光纤支撑结构403和后插座406，所述后插座配置为机械固定跳线光纤404的位置，从而与该实施例中光电发射部件和光电接收部件之间的节距相匹配。403、404和406的组件形成了该实施例中的导光结构。包括有发射跳线光纤和接收跳线光纤的跳线光纤404在后插座406端面上的光纤终止孔4071处终止。后插座406可与后透镜块405接合，从而使光信号耦合。跳线光纤406上的对准结构407相对于光纤终止孔4071精确定位，并配置为与后透镜块405上的相应凸出对准结构408紧密配合，从而确保有良好对准。一旦插座406与后透镜块405接合，跳线光纤404的端面与后透镜块405上的透镜元件4081精确对准。光纤支撑结构403上的闩锁结构4031防止插座406从后透镜块405上脱离。与类型3设计相似的是，可以由柔性光波导管取代跳线光纤404。
该实施例中的光耦合系统包括可外插拔式光接口（图18中为401）、固定安装在基底上的光耦合元件（图20中为405）、以及使可外插拔式光接口与光耦合元件光学连接的导光结构（图18中为403、404和406）。光耦合元件配置为使来自光电发射部件的第一光信号与导光结构耦合，以及配置为使来自导光结构的第二光信号与光电接收部件耦合。导光结构配置为使第一光信号与可外插拔式光接口耦合，以及配置为耦合来自于可外插拔式光接口的第二光信号。可外插拔式光接口配置为使第一光信号与外部发射光纤耦合，以及配置为耦合来自于接收光纤的第二光信号。
图21是根据本发明另一实施例的SFP模块中OE组件的透视图。图22是示出了图21中描述的OE组件中光耦合的截面图。该实施例中的SFP模块也称为类型5设计。参考图21-22，该设计与类型2设计相似，除了后透镜块501（该实施例中作为光耦合元件）以图22中阐释的不同光学设计为特征。导光结构502（该实施例中本质上为跳线光纤）弯曲约90°，从而直接耦合来自于光源503的光信号。
在以上实施例中，类型1-5的设计需要采用金属壳体来封闭OE组件，从而确保产品的EMI依从性。以下替代性设计示出了将低成本非传导型模制材料用作顶壳体和底壳体的SFP/SFP+收发器。
图23是根据本发明另一实施例的SFP模块的分解图。图24是在图23描述的SFP模块中具有金属罩的OE组件的分解图。图25是在图23描述的SFP模块中位于下金属罩内的OE组件的顶视图。该实施例中的SFP模块也称为类型6设计。参考图23-25，收发器模块包括顶塑料壳体601、底塑料壳体602和由顶金属罩604和底金属罩607封闭的中部OE组件603；所述中部OE组件具有电路基底612和后透镜块611（该实施例中作为光耦合元件）。导热垫片606使基底与下金属罩607热接触，以促进散热。与类型2设计相似的是，光信号在基底上的光学部件之间传输，并通过结构609机械支撑的导光结构610（该实施例中作为光耦合系统的一部分）传输到前透镜块608（该实施例中为可外插拔式光接口）。由于金属罩604和607支持EMI防护，因此外壳体可由非传导型模制材料制成，而不会降低模块的EMI性能。
对上述类型2-6设计而言，前透镜块可以是一个单一的模制件。替代性地，如图26中所阐释的，其可包括多个单独件，每个单独件包括一个光端口。
图27A是在根据本发明另一实施例的SFP模块中处于未锁定位置的OE组件的透视图。图27B是图27A中描述的OE组件处于锁定位置的透视图。图28是图27A中描述的OE组件内的跳线组件的透视图。图29是正组装到PCB上的后透镜块和闩锁元件的分解图，其中该PCB位于图27A中描述的OE组件内。图30是后透镜块和闩锁元件组装到PCB上之后的分解图，其中该PCB位于图27A中描述的OE组件内。该实施例中的SFP模块也称为类型7设计。该类型与类型4设计相似，除了是由闩锁元件706将后插座704支承到后透镜块707上，以防止脱离。闩锁元件706与基底固定在一起。参考图27A-30，该类型的OE引擎设计包括可拆卸的光纤跳线组件71。跳线组件71包括前光端口71a、跳线光纤703和后插座704。703和704的组件形成了该实施例中的导光结构。插座704包括精确对准特征704a和光纤定位孔704b，通过所述光纤定位孔终止跳线光纤。与前述实施例相似的是，后透镜块707覆盖激光器/PD芯片709和组装到PCB702上的收发器IC708。在该实施例中，插座704与光耦合元件、更具体的是与透镜块707可拆卸接合。一旦插座704与透镜块707接合，具有一对闩锁臂706a的闩锁元件706则配置为防止两个部分相互脱离。可使用金属薄片形成闩锁元件706。通过这样做，闩锁元件可提供EMI屏蔽和散热的额外功能，从而增强该模块的环境鲁棒性（environmental robustness）。在接合位置处，插座704上的对准结构704a与后透镜块707上的相应对准结构707a紧密配合，从而确保在光纤定位孔704b处终止的光纤与透镜元件707b对准。结果，在激光器/PD芯片709与光纤703之间形成与图12所示相似的光路。应该注意的是，该实施例中的光耦合元件包括闩锁元件706和透镜块707。
采用一对对准套筒701形成光纤跳线组件71的前光端口71a（该实施例中为可外插拔式光接口），每个对准套筒在中心处具有对准通道701c（参考图32）。光纤703在对准套管（alignment ferrule）701a的端面701d处（参考图32）凭借其中心的精确对准孔701b（参考图33）终止。套管随后插入并固定到对准套筒701内，其中套管端面701d位于对准通道701c内。
图31A是在图27A描述的实施例中位于下收发器壳体内的OE组件的透视图。图31B是在图27A描述的实施例中位于下收发器壳体内的OE组件的顶视图。图32是在图27A描述的实施例中位于下收发器壳体内的OE组件的截面图。图31A-32示出了位于下收发器壳体710内、组装后的OE组件72。为阐释清楚，并未示出顶收发器壳体。通过下收发器壳体的机械结构维持两个光端口701的节距，且两个光端口701的节距遵从SFP/SFP+MSA标准。
图33是图27A描述的实施例中可外插拔式接口的截面图。图33阐释了当易弯曲的（compliant）外部插头与收发器接合时，跳线光纤与外部光纤电缆间光路的耦合。这种情况下，外套管711a插入到对准套筒701的对准通道701c内，并在端面701d处停止。在该位置，外部光纤711b的光纤端面与对准套管701a内的跳线光纤703紧密接触，并与对准套管701a内的跳线光纤703精确对准。因此，光信号可直接在跳线光纤与外部光纤间对接耦合（butt-couple），无需额外的光学器件且具有最小损失。
在以上实施例提供的SFP/SFP+模块中，激光器、光电二极管（PD）和相应的驱动器IC以及接收器IC直接组装到PCB上。激光驱动器IC和接收器IC相对于相应光学部件紧密安置。光学部件相互间精确对准。可插拔光接口的节距与光学部件的节距不同。采用光耦合系统，从而将发射光信号导向发射端口，将来自接收光纤的接收光信号导向PD。
在以上实施例中，可插拔光收发器包括壳体，该壳体在一端具有可插拔光接口，在另一端具有可插拔电气接口。可插拔光接口容纳至少一个发射端口和一个接收端口。通过使位于壳体内的电路基底延伸形成可插拔电气接口。至少一个光学光源和至少一个光电二极管（PD）直接安装在基底上。光源和PD相互间靠近安置（距离优选小于1mm）。使用高精度结合技术精确地维持各部件的节距。发射器驱动电路靠近光学光源安置（距离优选小于1mm），并与该光学光源电连接。接收器集成电路靠近PD定位（距离优选小于1mm），并与PD电连接。驱动电路和接收器电路可集成到一个单晶片上。具有一腔的模制光学元件结合到基底上。该腔封闭有位于基底上的光源、PD和IC。连同模制光学元件形成光耦合系统，从而使来自光源的发射光信号与发射端口耦合，并将接收自接收端口的光信号导向PD。应该理解的是，上述光耦合系统可视为上述光学元件的一部分。发射端口与接收端口间的节距与光学系统的光学部件的节距不同，其中前者大于后者。发射端口与接收端口间的节距遵从SFP/SFP+MSA标准。收发器的物理尺寸遵守SFP/SFP+MSA标准。
在以上实施例提供的可插拔光收发器中，光电部件（激光器和光电二极管）以及光学耦合器件直接位于PCB板上。激光器和光电二极管相互靠近安置，并且与激光驱动器IC和接收器IC靠近安置。这一配置容易保留在光电部件与IC间传输的电信号的完整性。另外，可仅在一个步骤中执行光学耦合器件和光电部件的对准处理，消除传统设计所需的成本较高的有源对准处理。与传统的小型可插拔（SFP）收发器相比，以上实施例中的可插拔光收发器具有的优点例如：更简单的收发器结构、需要更少部件、较低组装复杂度和较低总成本。
虽然特定地结合其许多实施例示出和描述了本发明，但应该注意，在不背离本发明的范围的情况下可做出其他改变和调整。

Claims (20)

1.一种可插拔光收发器，其特征在于，包括：
顶壳体；
底壳体；以及
由所述顶壳体和所述底壳体封闭的光-电组件；所述光-电组件包括
基底；
设置于所述基底上的至少一光电发射部件；
设置于所述基底上的至少一光电接收部件；
设置于所述基底上的接口集成电路；
设置于所述基底上且与所述接口集成电路电连接的可插拔电气接口；以及
光耦合系统；所述光耦合系统包括可外插拔式光接口、固定安装在所述基底上的光耦合元件、以及使所述可外插拔式光接口和所述光耦合元件光学连接的导光结构；其中，所述光耦合元件配置为使来自于所述光电发射部件的第一光信号与所述导光结构耦合，以及配置为使来自于所述导光结构的第二光信号与所述光电接收部件耦合；所述导光结构配置为使第一光信号与所述可外插拔式光接口耦合，以及配置为耦合来自于所述可外插拔式光接口的第二光信号；以及
所述可外插拔式光接口配置为使所述第一光信号与外部发射光纤耦合，以及配置为耦合来自于接收光纤的所述第二光信号。
2.根据权利要求1所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述导光结构包括多个反射表面；所述可外插拔式光接口可包括发射端口和接收端口；所述反射表面配置为使所述第一光信号与所述发射端口耦合，以及配置为耦合来自于所述接收端口的第二光信号。
3.根据权利要求2所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述光电发射部件是VCSEL；所述光电接收部件是光电二极管；所述光电发射部件和所述光电接收部件安装在间距小于1mm的所述基底上。
4.根据权利要求1所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述接口集成电路包括发射器驱动电路和接收器电路；所述发射器驱动电路与所述光电发射部件电连接，并以小于1mm的距离靠近所述光电发射部件安置。
5.根据权利要求4所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述接收器电路与所述光电接收部件电连接，并以小于1mm的距离靠近所述光电接收部件安置。
6.根据权利要求4所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述发射器驱动电路和所述接收器电路集成到一个单晶片上。
7.根据权利要求3所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述发射端口和所述接收端口间的节距大于设置于所述基底上的VCSEL和光电二极管间的节距。
8.根据权利要求7所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述发射端口和所述接收端口间的节距遵从SFP/SFP+MSA标准。
9.根据权利要求1所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述光耦合元件结合到所述基底上，并限定出容纳所述光电发射部件、所述光电接收部件和所述接口集成电路的腔。
10.根据权利要求1所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述导光结构包括一对使所述可外插拔式光接口和所述光耦合元件光学连接的跳线光纤；该对跳线光纤包括发射跳线光纤和接收跳线光纤。
11.根据权利要求10所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述跳线光纤弯曲约90°，从而直接耦合来自所述光电发射部件的光信号。
12.根据权利要求1所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述导光结构包括与所述可外插拔式光接口光学连接的柔性波导管基底。
13.根据权利要求10所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述导光结构还包括插座，所述插座配置为机械固定所述跳线光纤的位置，从而匹配所述光电发射部件与所述光电接收部件之间的节距；在所述插座的端面终止所述跳线光纤。
14.根据权利要求1所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述顶壳体和所述底壳体可由金属制成。
15.根据权利要求1所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述可插拔光收发器还包括顶金属罩和底金属罩；其中，所述顶金属罩和所述底金属罩封闭所述光耦合元件和所述基底；所述顶壳体和所述底壳体可由非传导性的可模塑材料制成。
16.根据权利要求1所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述光耦合系统形成为一个单一的模制光学元件。
17.根据权利要求13所述的可插拔光收发器，其特征在于，所述光耦合元件还包括与所述基底相固定的闩锁元件；所述插座可与所述光耦合元件可拆卸接合；所述闩锁元件配置为防止所述插座从所述光耦合元件上脱离。
18.一种小型可插拔光收发器，其特征在于，包括：
顶壳体；
底壳体；以及
由所述顶壳体和所述底壳体封闭的光-电组件；所述光-电组件包括：
基底；
设置于所述基底上的至少一光电发射部件；
设置于所述基底上的至少一光电接收部件；
设置于所述基底上的接口集成电路；
设置于所述基底上且与所述接口集成电路电连接的可插拔电气接口；以及
光耦合系统；所述光耦合系统包括可外插拔式光接口、固定安装在所述基底上的光耦合元件、以及使所述可外插拔式光接口和所述光耦合元件光学连接的导光结构；所述光耦合系统配置为使源于所述光电发射部件的第一光信号与所述可外插拔式光接口耦合，并配置为将在所述可外插拔式光接口处接收的第二光信号导向所述光电接收部件；
所述光耦合元件结合到所述基底上，并限定出容纳所述光电发射部件、所述光电接收部件和所述接口集成电路的腔；以及
所述顶壳体和所述底壳体由金属制成。
19.根据权利要求18所述的小型可插拔光收发器，其特征在于，所述导光结构包括一对使所述可外插拔式光接口和所述光耦合元件光学连接的跳线光纤；该对跳线光纤包括发射跳线光纤和接收跳线光纤。
20.一种可插拔光收发器，其特征在于，包括：
顶壳体；
底壳体；以及
由所述顶壳体和所述底壳体封闭的光-电组件；所述光-电组件包括：
基底；
设置于所述基底上的至少一光电发射部件；
设置于所述基底上的至少一光电接收部件；
设置于所述基底上的接口集成电路；
设置于所述基底上且与所述接口集成电路电连接的可插拔电气接口；以及
光耦合系统；所述光耦合系统包括可外插拔式光接口、固定安装在所述基底上的光耦合元件、以及使所述可外插拔式光接口和所述光耦合元件光学连接的导光结构；所述光耦合元件配置为使来自于所述光电发射部件的第一光信号与所述导光结构耦合，以及配置为使来自于所述导光结构的第二光信号与所述光电接收部件耦合；
所述导光结构配置为使所述第一光信号与所述可外插拔式光接口耦合，以及配置为耦合来自于所述可外插拔式光接口的所述第二光信号；
所述可外插拔式光接口配置为使所述第一光信号与外部发射光纤耦合，以及配置为耦合来自于接收光纤的所述第二光信号；
所述接口集成电路包括发射器驱动电路和接收器电路；所述发射器驱动电路与所述光电发射部件电连接，并以小于1mm的距离靠近所述光电发射部件安置；
所述接收器电路与所述光电接收部件电连接，并以小于1mm的距离靠近所述光电接收部件安置；以及
所述导光结构包括与所述可外插拔式光接口光学连接的柔性波导管基底。
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