CN104345406A - 供在光学通信模块中使用的光学器件系统模块、光学通信系统及方法 - Google Patents

供在光学通信模块中使用的光学器件系统模块、光学通信系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请案涉及一种供在光学通信模块中使用的光学器件系统模块、一种光学通信系统及一种方法。本发明提供一种供在光学通信模块中使用的光学器件系统模块，所述光学器件系统模块可在安装过程期间较容易地与所述模块对准、减小光纤端在其连接到所述光学器件系统的相应光学端口时被损坏的可能性、且消除或减小在光纤端面与所述光学端口之间的界面处的菲涅尔损耗的发生。所述光学端口具有与所述光纤在横切方向上(即，在横切于所述光纤的光学轴的方向上)的形状对称的非圆形形状。所述光学端口的所述非圆形对称形状减小所述光学端口对所述相应光纤施加的力的量。

Description

供在光学通信模块中使用的光学器件系统模块、光学通信系统及方法
技术领域
本发明涉及光学通信模块。更特定来说，本发明涉及一种供在光学通信模块中使用的光学器件系统模块、一种并入有所述光学器件系统模块的光学通信模块及一种方法。 
背景技术
在光学网络中使用多种光学通信模块来在所述网络上发射及接收光学数据信号。光学通信模块可为(1)具有光学接收能力但不具有光学发射能力的光学接收器模块，(2)具有光学发射能力但不具有光学接收能力的光学发射器模块，或(3)具有光学发射能力及光学接收能力两者的光学收发器模块。 
典型的光学发射器模块具有发射器模块外壳、安置于所述外壳内的电子组合件(ESA)及紧固到所述发射器模块外壳或所述ESA的光学器件系统模块。发射器模块的ESA通常包含模块印刷电路板(PCB)、安装于所述模块PCB上的激光驱动器电路、安装于所述模块PCB上的至少一个激光二极管及安装于所述模块PCB上的各种其它电组件。激光驱动器电路向每一相应激光二极管输出电驱动信号以致使所述相应激光二极管被调制。当所述激光二极管被调制时，其输出具有对应于逻辑1及逻辑0的功率电平的光学信号。所述光学器件系统模块执行将由每一相应激光二极管产生的光学信号引导到相应发射光纤的端中的功能。所述发射光纤的所述端通过某一类型的紧固机构机械且光学耦合到所述光学器件系统模块。通常将模块PCB安装于较高级系统PCB上且在两个PCB之间进行电互连。 
典型的光学接收器模块具有接收器模块外壳、安置于所述外壳内的ESA及紧固到所述接收器模块外壳或所述ESA的光学器件系统模块。所述ESA包含模块PCB、安装于所述模块PCB上的至少一个接收光电二极管及安装于所述模块PCB上的各种其它电组件。所述光学接收器模块的光学器件系统将从光纤的端输出的光学数据信号引导到相应光电二极管中的一者上。所述光电二极管将传入光学数据信号转换成电信号。例如跨阻抗放大器(TIA)的电检测电路接收由光电二极管产生的电信号并输出对应经放大电信号， 所述经放大电信号由ESA的其它电路处理以恢复数据。通常将模块PCB安装于较高级系统PCB上且在两个PCB之间进行电互连。 
在光学收发器模块中，通常将接收器及发射器ESA合并成具有上面安装接收器及发射器的激光二极管、光电二极管以及其它电组件的单个模块PCB的单个ESA。所有这些组件均装纳于收发器模块外壳内。在光学收发器模块中通常使用单个光学器件系统模块来在光纤的端与相应光电二极管及激光二极管之间耦合光学信号。 
在组装上文所描述类型的发射器、接收器或收发器模块的过程期间，首先借助标准表面安装技术(SMT)过程将ESA的表面安装组件安装于模块PCB上。典型的表面安装组件包含电阻器、电容器、电感器及时钟与数据恢复(CDR)电路。接着清洁ESA。在已执行SMT过程且已清洁ESA之后，执行裸片附接过程以将激光二极管驱动器电路、激光二极管、TIA及光电二极管附接到模块PCB。在裸片附接过程期间，机器视觉系统捕获组件及PCB的图像。基于这些图像，机器人系统对组件的位置及定向做出调整以使其进入其在所述PCB上的恰当位置及定向中。 
在已执行裸片附接过程之后，执行线接合过程以做出所有必要的电连接。在已执行裸片附接过程之后，无法使ESA经受任何额外焊料回流过程，因为焊料回流过程通常会在PCB上及/或ESA的其它组件上留下例如助焊剂及焊料球等残余物或碎屑。如果不移除，那么所述残余物可导致性能问题。举例来说，助焊剂可与接合线接触从而导致电性能问题，或其可妨碍光学路径从而导致光学性能问题。在此阶段进行清洁也是不可能的，因为其可损坏线接合。另外，难以洗掉在间隔紧密的光学路径中的焊剂及碎屑。出于这些原因，光学通信模块通常不焊接到系统PCB，而是通常经配置以与非焊料界面机械耦合，例如焊接到系统PCB的机械连接器。此非焊料界面添加系统的成本。 
在已执行裸片附接及线接合过程之后，将光学器件系统模块安装到ESA上。光学器件系统模块通常为具有形成于其中的用于在光纤的端与相应光电子组件(即，激光二极管及光电二极管)之间耦合光学信号的一个或一个以上光学耦合元件的经模制塑料部件。所述光学耦合元件通常为折射、衍射或反射光学元件(例如，透镜、反射器、衍射光栅)。光纤的端经由直接耦合布置(例如，对接耦合)或经由固持光纤的端并与模块外壳配对的光学连接器装置机械耦合到光学器件系统模块。 
在将光学器件系统模块安装于ESA上的过程期间，使用具有相机及计算机运行图案辨识软件的精确取放系统来辨识光电子组件及光学器件系统模块的位置。在完成几个模块之后，通常使其下线以借助显微镜系统来测量对准准确度。根据显微镜测量对取放系统做出调整以确保光学器件系统模块的光学元件与ESA的相应光电子组件准确对准。为 了严格的过程控制，周期性地执行这些线下测量及调整。 
与上文所描述的对准过程相关联的困难之一是，难以准确地测量与常规光学器件系统模块的对准。由光电子元件的线、透镜的中心及光电子元件的图像界定的光学轴需要与测量显微镜的光学轴完全对准。用于固持光纤的机械结构需要将光纤端面约束在光电子元件的图像被聚焦的恰好相同的点处。 
在其中光纤端直接紧固到光学端口的布置中，光学端口通常为圆形的且具有比光纤的直径稍大的直径以确保所述光纤可被插入到所述端口中且稍后通过环氧树脂固定地紧固到所述端口。在此设计中，由于光纤能够在端口中四处移动而存在不确定性或误差。或者，光学端口可具有比光纤的直径稍小的直径。在后一情况中，将也为圆形的光纤的端压入到相应端口中直到光纤的端面与安置于相应端口内侧的止挡件邻接为止。在此类布置中，称所述光纤被压入配合到端口中。光纤与制成端口的材料之间的干涉将光纤固持于适当位置中。 
为了使光纤端与相应光学端口之间的此圆形/圆形界面有效，需要对光纤施加相对大的力以将所述光纤推动到所述端口中，此可损坏光纤。而且，由于此界面处的紧密配合，在光纤端面与安置于端口内侧的止挡件之间将可能存在气隙，此可导致在所述界面处发生菲涅尔损耗。无法在此界面处使用折射率匹配(RIM)环氧树脂来防止此类菲涅尔损耗发生。通常，在经劈裂玻璃光纤的情况及经切割且抛光的塑料光纤的情况两者中，在光纤的端面处存在表面粗糙度。如果可在此类布置中使用RIM环氧树脂，那么其将有助于通过填补所述粗糙度来最小化光学损耗。因此，在此界面处缺少RIM环氧树脂会引入由于光纤端面的缺陷所致的额外损耗。 
需要一种可耐受焊料回流过程使得其可经由SMT过程安装到系统PCB的光学通信模块。还需要一种光学器件系统模块，其在将所述光学器件系统模块安装于光学通信模块上的过程期间较容易与光学通信模块对准且可消除或减小光纤端面与光学器件系统模块的光学端口之间的界面处的菲涅尔损耗及由于有缺陷的光纤端面所致的损耗的发生。 
发明内容
本发明针对于一种供在光学通信模块中使用的光学器件系统模块、一种并入有所述光学器件系统模块的光学通信模块，及一种方法。所述光学器件系统模块具有上表面、下表面、后端及前端。至少第一光学端口形成于所述上表面、所述下表面、所述前端及 所述后端中的一者中以用于接纳第一光纤的一端。所述第一光学端口具有非圆形形状且经定大小以夹持第一光纤的圆形外表面。 
所述光学通信模块包括：ESA，其包括电路板及安装于所述电路板的上表面上的至少第一光电子组件；及光学器件系统模块，其附接到所述ESA。所述光学器件系统模块具有上表面、下表面、后端及前端。至少第一光学端口形成于所述上表面、所述下表面、所述前端及所述后端中的一者中以用于接纳第一光纤的一端。所述第一光学端口具有非圆形形状且经定大小以夹持第一光纤的圆形外表面。所述光学器件系统模块经配置以在所述第一光学端口与所述第一光电子组件之间以光学方式耦合光。 
所述方法包括：提供包括ESA及附接到所述ESA的光学器件系统模块的光学通信模块，其中形成于所述光学器件系统模块中的至少第一光学端口具有通过RIM环氧树脂紧固到其的第一光纤的一端，且其中所述第一光学端口具有非圆形形状且经定大小使得其夹持所述第一光纤的圆形外表面；及借助所述光学器件系统模块在所述第一光学端口与所述第一光电子组件之间以光学方式耦合光。 
依据以下描述、图式及所附权利要求书，本发明的这些及其它特征及优点将变得显而易见。 
附图说明
图1图解说明根据说明性实施例的光学收发器模块的俯视透视图，展示所述光学收发器模块连接到多个光纤的端。 
图2图解说明图1中所展示的光学收发器模块的ESA的俯视透视图。 
图3图解说明图1中所展示的光学收发器模块的后视透视图，其中移除了光纤以展示形成于光学器件系统模块的后部分中的多个光学端口。 
图4图解说明图3中所展示的光学收发器模块的后视透视图，其中光纤连接到所述光学收发器模块以展示光学端口夹持相应光纤的方式。 
图5图解说明图4中所展示的光学收发器模块的一部分沿着图4的线A-A？截取的透视横截面侧视图。 
图6图解说明根据另一说明性实施例的光学收发器模块的俯视透视图，展示所述光学收发器模块连接到多个光纤的端。 
图7图解说明图6中所展示的光学收发器模块沿着图6的线B-B′截取的透视横截面侧视图。 
具体实施方式
根据本发明的实施例，提供一种光学器件系统模块，所述光学器件系统模块可在安装过程期间较容易地与ESA对准、减小光纤端在其连接到光学器件系统模块的相应光学端口时被损坏的可能性、且减少或消除在光纤端面与所述光学端口之间的界面处的菲涅尔损耗的发生。所述光学端口具有相对于光纤的横切形状(即，光纤在横切于光纤的光学轴的方向上的形状)对称的非圆形形状。此对称性确保光纤端面的中心保持于光学端口的中心处。换句话说，此对称性确保光纤的芯与光学端口的中心对准。所述光学端口的所述非圆形对称形状减小将光纤推动到端口中所需的力的量，因此减小在将光纤推动到端口中时损坏光纤的可能性。 
而且，光纤与光学端口的形状之间的差异在光纤的外表面与光学端口的内表面之间形成通道，所述通道允许RIM环氧树脂与光纤的端面并与光学端口接触地安置于光学端口内侧以消除任何气隙。消除气隙确保在光纤的端面与光学端口的界面处将不发生菲涅尔损耗。如上文所指示，无法使用RIM环氧树脂来防止在已知圆形光纤/圆形端口界面中发生此类菲涅尔损耗，这是因为在此类设计中光纤端面必须与安置于相应端口内侧中的相应止挡件邻接以实现精确对准。 
另外，根据一实施例，所述光学器件系统模块具有致使光电子组件的图像聚焦于其上的图像平面位于光学端口中可容易从端口的外侧观看的预定位置处的配置。此后一特征促进在安装过程期间将光学器件系统模块与光学通信模块对准的过程。现在将参考图1到7来描述光学器件系统模块及并入有所述光学器件系统模块的光学通信模块的说明性实施例，在所述图中相同参考编号表示相同元件、组件或特征。应注意，图1到7中的元件、组件或特征未必按比例绘制。 
图1图解说明根据说明性实施例的光学收发器模块1的俯视透视图，展示光学收发器模块1连接到多个光纤20的端。根据此说明性实施例，光学收发器模块1具有四个信道，但光学收发器模块1可具有等于或大于1的任何数目个信道。光学收发器模块1包含ESA2及安装于ESA2上的光学器件系统模块10。根据此说明性实施例，光学收发器模块1还包含用于固持光纤20的端部分的光纤组织器3，如下文将更详细地描述。光纤组织器3为任选的。光学器件系统模块10通常由经模制塑料材料制成，例如ULTEMTM聚醚酰亚胺，其为由沙特阿拉伯利雅得的沙特基础工业公司(SABIC)(Saudi Basic Industries Corporation of Riyadh,Saudi Arabia)制造的一种类型的聚醚酰亚胺。然 而，可针对光学器件系统模块10使用其它适合材料，例如聚碳酸酯。 
图2图解说明图1中所展示的光学收发器模块1的ESA2的俯视透视图。根据此说明性实施例，ESA2提供两个发射信道及两个接收信道。所述发射信道中的每一者包含光源，其通常为垂直腔表面发射激光二极管(VCSEL)。光源5a及5b分别产生用于在光纤20c及20d(图1)上发射的光学信号。所述接收信道中的每一者包含用于将光学信号转换成电信号的光检测器，其通常为P-本征-N(PIN)二极管。光检测器4a及4b将分别从光纤20a及20b(图1)的端传出的光学信号转换成电信号。光源5a、5b及光检测器4a、4b经由接合线6电耦合到ESA2的控制器IC7。 
控制器IC7充当用于驱动光源5a、5b的驱动器IC且充当用于处理从光检测器4a、4b输出的电信号的接收器IC。ESA2还包含用于光源5a、5b及光检测器4a、4b与ESA2的粗略对准的基准标记8a。ESA2还包含用于在安装过程期间调平光学器件系统模块10的基准标记8b。将ESA2的组件4到7裸片附接于ESA2的PCB9的表面上。如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解，控制器IC7除上文所描述的功能性以外还可具有功能性，但为简洁起见本文中将不描述此种额外功能性。额外组件13a通常也安装于ESA2上，例如，解耦电容器、电阻器及CDR电路。ESA2还可包含在将光学收发器模块1插入到边缘卡槽(出于清晰的目的而未展示)中时与外部电路(为清晰起见而未展示)进行电连接的边缘卡连接器电接触垫13b。 
图3图解说明图1中所展示的光学收发器模块1的后视透视图，其中移除了光纤20及组织器3以展示形成于光学器件系统模块10的后部分中的多个光学端口10a到10d。出于说明性目的，将光学端口10a到10d展示为矩形形状，但其可具有与光纤20a到20d的横切形状(即，与光纤在横切于光纤的光学轴的方向上的形状)对称的任何非圆形形状。在每一光学端口10a到10d内，存在构成端口10a到10d的前端的止挡件11。光学器件系统模块10的后表面12构成端口10a到10d中的每一者的后端。端口10a到10d中的每一者具有形成于相应止挡件11中的类透镜元件14。类透镜元件14的形状及位置相对于端口10a到10d的侧壁15对称。在图3中所展示的说明性实施例中，将端口10a到10d描绘为正方形形状且将类透镜元件14描绘为圆形形状且在止挡件11上居中。 
类透镜元件14与止挡件11且与聚焦到相应类透镜元件14的相应顶点上的相应光电子组件4a到5b(图2)的相应图像大体共面，如下文将参考图5更详细地描述。此方面促进将光学器件系统模块10与ESA2光学对准的过程以便将相应光电子组件4a到5b与相应光学端口10a到10d光学对准，如下文将更详细地描述。 
端口10a到10d各自具有对应于相应止挡件11与后表面12驻存于其中的平面之间 的最短距离的长度L。此长度L被设计为相对较短以便允许显微镜(未展示)或其它具有相对宽视场(FOV)的视觉系统从端口10的外侧观察类透镜元件14。如上文所指示，光电子组件4a到5b的图像聚焦于相应类透镜元件14的相应顶点上。此方面结合宽FOV使得较容易借助其它观看系统的显微镜观看光电子组件4a到5b的图像以确定端口10a到10d与光电子组件4a到5b的对准准确度。此又使得较容易在制造期间控制对准过程。 
根据此说明性实施例，后表面12(图3)从光学器件系统模块10的后端19凹入以形成啮合组织器3的互补形状的托盘3a(图1)的唇部16。此特征允许组织器3与光学器件系统模块10彼此精确地啮合。将光纤20a到20d的端插入穿过组织器中由横梁3b(图1)的下表面及托盘3a(图1)界定的开口。接着将光纤20a到20d的端插入到相应光学端口10a到10d中使得光纤20a到20d的相应端面与相应类透镜元件14的相应顶点邻接或几乎邻接。接着将组织器3滑动成与光学器件系统模块10啮合。 
通常，将在光纤20a到20d的端连接到相应端口10a到10d之前将RIM环氧树脂(未展示)放置于相应光纤的尖端上或类透镜元件14上。将光纤20a到20d的端插入到相应端口10a到10d中会向前推动环氧树脂以填充原本可能存在于光纤20a到20d的端面与相应止挡件11之间的任何气隙。任何过量环氧树脂将通过存在于光纤20a到20d的外表面与端口10a到10d的内表面15之间的前述通道漏出。在将组织器3滑动到适当位置中之后，将更多的环氧树脂浇注到安置于组织器3的托盘3a的顶部上的光纤20a到20d的部分中。当环氧树脂固化时，其以图1中所展示的位置将光纤20a到20d的端固定地紧固到相应端口10a到10d且将组织器3固定地紧固到光学器件系统模块10。组织器3为光纤20a到20d提供应变消除且有助于将其端面固持于其经连接位置中。 
倾斜小面25(图1)形成于光学器件系统模块10的上表面17中。倾斜小面25为使光学路径弯折的反射器。光学器件系统模块10的透镜(未展示)也形成于光学器件系统模块10的下表面18中。如下文将更详细地描述，倾斜小面25与形成于光学器件系统模块10的下表面18中的透镜协作以分别在光电子组件4a到5b与光纤20a到20d的端之间耦合光。 
图4图解说明图3中所展示的光学收发器模块1的后视透视图，其中光纤20连接到光学收发器模块1以展示光学端口10a到10d夹持相应光纤20a到20d的方式。端口10a到10d的宽度W及/或长度L稍小于光纤20a到20d的直径，以确保端口10a到10d对相应光纤20a到20d施加致使端口10a到10d夹持光纤20a到20d的对称力。通常，端口的宽度W及长度L两者将稍小于光纤的直径以确保所述端口在围绕光纤的外围的数个位置处夹持所述光纤。由于光学端口10a到10d为非圆形形状(例如，矩形)，因此 将光纤20a到20d推动到相应端口10a到10d中需要较少的力。虽然端口与光纤20a到20d之间存在比在上文所描述的已知圆形/圆形界面中少的干涉，但在光纤20a到20d与相应端口10a到10d之间存在的干涉量足以确保端口10a到10d夹持光纤20a到20d以帮助将其固持于其经连接位置中。 
此外，如上文所指示，RIM环氧树脂(未展示)安置于端口10a到10d的内侧以用于将光纤20a到20d固定地紧固于其在相应端口10a到10d内侧的经连接位置中。由于端口10a到10d的形状不同于光纤20a到20d的形状，因此光纤20a到20d的外表面与端口10的内表面之间存在RIM环氧树脂可通过其渗漏的某一空间。当RIM环氧树脂硬化时，其形成帮助将光纤20a到20d紧固到相应端口10a到10d的接合。RIM环氧树脂对于由光学收发器模块1使用的光学信号的操作波长为透明的。 
RIM环氧树脂起到填补可存在于光纤20a到20d的端面与端口10a到10d的相应止挡件11(图3)之间的任何气隙的额外目的。填补这些气隙消除光纤20a到20d的端面与止挡件11(图3)之间的界面处原本可能存在的任何折射率改变。消除这些气隙防止在这些界面处发生菲涅尔反射。防止在这些界面处发生菲涅尔反射防止了在所述界面处发生光学损耗，这在帮助收发器模块1实现良好光学性能方面为重要的。另外，所述环氧树脂可填补由于光纤尖端的制备所致的任何粗糙度或缺陷。此类缺陷可能在劈裂或抛光操作期间形成。 
图5图解说明图4中所展示的光学收发器模块1的一部分沿着图4的线A-A？截取的透视横截面侧视图。如在图5中可见，当光纤20a到20d连接到相应端口10a到10d时，光纤20a到20d的端面的中心与止挡件11的类透镜元件14的中心或顶点邻接。如上文所指示，RIM环氧树脂(未展示)的薄膜安置于光纤20a到20d的端面与止挡件11中间以防止光纤20a到20d的端面与止挡件11之间的界面处存在任何折射率改变。 
光学器件系统模块10具有形成于光学器件系统模块10的上表面17中的倾斜小面25，其用作全内反射(TIR)表面。根据此说明性实施例，TIR表面25倾斜成45°使得其将入射光反射到90°的角度，但TIR表面25可经设计而以其它角度反射光。可看出，光学器件系统模块10的下表面形成光学器件系统模块10中的腔28，其为ESA2(图2)的组件4到7提供空间使得组件4到7安置于腔28的壁与ESA2的PCB9的上表面中间。 
根据其中光学器件系统模块10中形成有四个光学路径的此说明性实施例，在光学器件系统模块10的下表面18上形成有四个聚焦透镜26a到26d，但在图5中可仅看到透镜26c。图5中所展示的虚线27表示由光源5a产生的光学信号且示范光学器件系统 模块10对从光源5a输出的光学信号进行操作的方式。光学器件系统模块10以一方式对光学信号27进行操作使得光学器件系统模块10将光源5a的图像聚焦于类透镜元件14的顶点处。当光学信号27从光源5a输出时，其开始发散且继续发散直到其入射于透镜26c上为止。根据此实施例，透镜26c为致使光束开始会聚的折射透镜。所述光束在于TIR表面25上反射之后继续会聚，直到其到达类透镜特征14的顶点为止。透镜26c反转光源4a的图像并将其投射到类透镜元件14上。 
TIR表面25及透镜26a到26d的特性以及其相对于彼此及相对于光电子组件4a到5b的位置的位置经选择以确保光电子组件4a到5b的图像聚焦于相应类透镜元件14的顶点上。此通过根据众所周知的透镜方程式对光学器件系统模块10及ESA2进行设计来实现： 
1/u+1/v＝1/f，其中u＝从相应光电子组件4a到5b到相应透镜26a到26d的距离，v＝从透镜26a到26d到相应图像平面(类透镜特征14的顶点)的距离除以透镜材料的折射率，且f＝透镜26a到26d的焦距，其与所述透镜的曲率相关。在所述透镜方程式中并不考虑TIR表面25，因为虽然其使光学路径弯折，但另外并不对光执行任何光学操作。 
由于类透镜元件14与光电子组件4a到5b的所聚焦图像处于相同平面中，因此当借助显微镜检查对准时，消除了由于显微镜的光学轴不与光电子组件4a到5b的光学轴对准所致的误差。另外，由于光学端口10a到10d的相对短的长度L，显微镜可具有用于相对宽的FOV来观看光电子组件4a到5b的图像及类透镜元件14。这些特征的组合使得较容易执行测量光学器件系统模块10与光电子组件的对准准确度的过程且使得能够以较大准确度来执行所述过程。通常使用取放系统来将光学器件系统模块10与ESA2对准。此类系统通常为快速的、具有高精度且可重复性地执行此功能。然而，有时使组件下线且借助显微镜来测量对准。此测量需要为准确的。一旦已执行此测量，便在必要的情况下根据由所述显微镜获得的测量来调整取放系统的视觉系统。类透镜元件14及光电子组件在类透镜元件14的顶点处的图像使得能够准确且容易地执行显微镜测量。可执行此测量的准确度及容易性允许执行较大数目的此类测量操作，此导致对组装过程的较严格且较准确的控制。当然，可使用除显微镜之外的视觉系统来执行线下光学测量过程。 
从前文描述可看出，光学器件系统模块10具有胜过现有光学器件系统的数个优点，例如，更好地促进光学对准/安装过程、进一步减小光学损耗的可能性及进一步减小光纤20的端将被使其推动到端口中所需的力损坏的可能性。所述光学器件系统可以多种方式配置以实现这些目标中的一者或一者以上，如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的 描述将理解。光学器件系统模块10为经配置以在与ESA2一起使用时实现所有这些目标的光学器件系统的一个实例。 
ESA2具有特定配置及特定组件，但具有其它配置及其它组件的ESA也可与所述光学器件系统一起使用，如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解。而且，尽管已将光学收发器模块1展示及描述为具有发射功能性及接收功能性两者，但其可代替地具有发射或接收功能性而非两者。当术语“光学通信模块”在本文中使用时，所述术语打算表示所有这些不同类型的模块，即，光学收发器模块、光学发射器模块及光学接收器模块。 
图6图解说明根据另一说明性实施例的光学通信模块100的俯视透视图，展示光学通信模块100连接到多个光纤20a到20d的端。根据此说明性实施例，光学通信模块100为具有四个信道的光学收发器模块，但模块100可具有等于或大于1的任何数目个信道。光学收发器模块100包含ESA2及安装于ESA2上的光学器件系统模块110。根据此说明性实施例，光学收发器模块100还包含用于固持光纤20a到20d的端部分的光纤组织器3。光纤组织器3以光纤组织器3啮合图1中所展示的光学器件系统模块10的相同方式啮合光学器件系统模块110。如同图1中所展示的光纤组织器3，图6中所展示的光纤组织器3为任选的。 
图7图解说明图6中所展示的光学收发器模块100沿着图6的线B-B′截取的透视横截面侧视图。根据此说明性实施例，光学器件系统模块110由在执行焊料回流过程的高温度下保持尺寸稳定的材料制成。此类温度通常等于或大于大约230摄氏(C)度。适合于此目的的材料的实例为由SABIC生产的EXTEMTM聚醚酰亚胺，但可针对此目的使用能够在此类温度下维持其结构完整性或尺寸稳定性的任何材料，前提是其也具有必要或所要的光学性质。如上文参考组装已知光学收发器模块的已知过程所描述，通常使用单独的分离及安装过程将ESA的组件安装于PCB上且将光学器件系统安装于所述模块上。 
在已将组件4到7及任何其它ESA组件(未展示)安装于PCB9上之后，对准光学器件系统模块110并将其安装于PCB9上。在已执行此对准及安装过程之后，通过形成于光学器件系统模块110中的开口132施配RIM环氧树脂131且其覆盖ESA2的安置于由PCB9的上表面及光学器件系统模块110的各种壁及表面形成的腔133内的组件，如图7中所展示。接着使RIM环氧树脂131固化以致使其硬化。经固化的RIM环氧树脂131保护ESA2的组件4到7免受可在后续焊料回流过程期间产生的任何助焊剂或其它碎屑的影响。 
在已使RIM环氧树脂131固化之后，光学收发器模块100可由SMT过程用作SMT 组件以将模块100安装于出于清晰目的而未展示的较高级系统PCB上。模块PCB9通常具有安置于其下表面上的焊料球阵列134以用于将模块PCB9与安置于较高级系统PCB(未展示)的上表面上的电触点阵列(未展示)电介接。通常使用SMT过程将其它组件安装于较高级系统PCB上且接着执行焊料回流过程以做出所有必要的电焊料连接。由于光学器件系统模块110能够耐受焊料回流温度，因此可使用用于将SMT组件安装于较高级系统PCB上的相同SMT过程将光学收发器模块100安装于较高级系统PCB上。接着可执行清洁过程以从较高级系统PCB及安装于其上的组件洗掉任何助焊剂。固化的RIM环氧树脂131在焊料回流及清洁过程期间保护ESA2及安装于其上的组件。 
固化的RIM环氧树脂131密封其所覆盖的ESA2的部分免受外部元件的影响。以此方式，固化的环氧树脂131防止助焊剂妨碍接合线6及ESA2的其它电连接，此又防止在光学收发器模块100中发生电问题(例如，短路)。由固化的RIM环氧树脂131提供的密封还防止助焊剂妨碍光学收发器模块100的光学路径，此防止在光学收发器模块100中发生光学问题(例如，导致光学损耗的反射)。 
光学器件系统模块110(图6及7)在许多方面类似于光学器件系统模块10(图1及3到5)。如同光学器件系统模块10，光学器件系统模块110具有用于接纳光纤20a到20d的端的端口10a到10d，及倾斜小面125。倾斜小面125包括用于聚焦光学路径并使其弯折90°的角度的TIR透镜125a到125d。根据此说明性实施例，存在四个TIR透镜125a到125d。不同于光学器件系统模块10，光学器件系统模块110不具有形成于其下表面上的透镜26a到26d(图5)。在光学器件系统模块110中，由于RIM环氧树脂131填充腔133(图7)，因此在沿着从光电子组件4a到5b穿过光学器件系统模块110延伸到端口10a到10d的光学路径的任何位置处不存在折射率的改变，此避免了对折射透镜26a到26d(图5)的需要。由于RIM环氧树脂也安置于光纤20a到20d的端面上，因此在沿着从光电子组件4a到5b到相应光纤20a到20d的端面的光学路径的任何位置处不存在折射率的改变。此特征消除了菲涅尔损耗及由光纤端面中的缺陷导致的任何损耗使其不在这些界面中的任一者处发生。 
在发射方向上，由VCSEL5a(图7)发射的光向上行进穿过RIM环氧树脂131且入射于相应TIR透镜125c上，TIR透镜125c使光学路径弯折90°且将VCSEL5a的图像聚焦到在相应光学端口10c的类透镜元件14的顶点处的相应图像平面上。所有发射信道均以此方式操作。在接收方向上，从光纤20b的端面传出的光入射于TIR透镜125b上，TIR透镜125b使光学路径弯折90°且将光学信号聚焦到相应PIN二极管4b上。所有接收信道均以此方式操作。 
光学器件系统模块110提供由上文所描述的光学器件系统模块10提供的促进光学器件系统模块110与ESA2的光学对准的相同优点，从而防止光纤20a到20d的端被由相应端口10a到10d施加于光纤20a到20d上的过多力损坏且消除了在光纤20的端面与光学器件系统模块110之间的界面处的菲涅尔反射的发生。不同于上文参考图1到5所描述的光学收发器模块1，图6及7中所展示的光学收发器模块100提供便于组装及避免与助焊剂相关联的问题的前述额外优点。 
应注意，已出于示范本发明的原理及概念的目的参考说明性实施例描述了本发明。可对本文中所描述的说明性实施例做出许多修改，此并不背离本发明的范围。举例来说，虽然已将光学器件系统展示为具有特定形状或配置，但所述光学器件系统并不限于这些形状或配置，如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解。所述光学系统也不限于在任何特定类型的光学通信模块中使用。所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解，这些及其它修改在本发明的范围内。 

Claims (40)

1.一种供在光学通信模块中使用的光学器件系统模块，所述光学器件系统模块包括：
上表面、下表面、后端及前端，其中所述光学器件系统模块的所述上表面、所述下表面、所述前端或所述后端中的一者具有形成于其中的用于接纳第一光纤的一端的至少第一光学端口，所述第一光学端口具有非圆形形状且经定大小以夹持第一光纤的圆形外表面。
2.根据权利要求1所述的光学器件系统模块，其中所述光学器件系统模块由经模制塑料材料制成。
3.根据权利要求1所述的光学器件系统模块，其中所述至少第一光学端口形成于所述光学器件系统模块的所述后端中。
4.根据权利要求3所述的光学器件系统模块，其中所述光学器件系统模块的所述后端具有形成于其中的用于接纳第二光纤的一端的至少第二光学端口，所述第二光学端口具有非圆形形状且经定大小以夹持第二光纤的圆形外表面。
5.根据权利要求3所述的光学器件系统模块，其进一步包括：
腔，其形成于所述光学器件系统模块的所述下表面中，所述腔具有对应于所述光学器件系统模块的内表面的内表面；
至少第一折射光学元件，其安置于所述腔的所述内表面上；及
至少第一全内反射TIR光学元件，其沿着第一光学路径安置于所述光学器件系统模块中，其中所述第一光学路径的第一部分从所述第一折射光学元件延伸到所述第一TIR光学元件，且其中所述第一光学路径的第二部分从所述第一TIR光学元件延伸到所述第一光学端口，且其中所述第一TIR光学元件使所述第一光学路径弯折使得所述第一部分与所述第二部分成非零角度。
6.根据权利要求5所述的光学器件系统模块，其中所述第一TIR光学元件使所述光学路径弯折90°的角度。
7.根据权利要求5所述的光学器件系统模块，其中所述第一光学端口为矩形形状且具有宽度W及长度L，且其中所述宽度W及所述长度L中的至少一者小于所述第一光纤的外径。
8.根据权利要求7所述的光学器件系统模块，其中所述第一光学端口的所述宽度W及所述长度L均小于所述第一光纤的外径。
9.根据权利要求2所述的光学器件系统模块，其中所述经模制塑料材料为热塑性聚醚酰亚胺。
10.一种光学通信模块，其包括：
电子组合件ESA，其包括电路板及安装于所述电路板的上表面上的至少第一光电子组件；及
光学器件系统模块，其附接到所述ESA，所述光学器件系统模块具有上表面、下表面、后端及前端，其中所述光学器件系统模块的所述上表面、所述下表面、所述前端或所述后端中的一者具有形成于其中的用于接纳第一光纤的一端的至少第一光学端口，所述第一光学端口具有非圆形形状且经定大小以夹持第一光纤的圆形外表面，所述光学器件系统模块经配置以在所述第一光学端口与所述第一光电子组件之间以光学方式耦合光。
11.根据权利要求10所述的光学通信模块，其中所述至少第一光学端口形成于所述光学器件系统模块的所述后端中。
12.根据权利要求11所述的光学通信模块，其进一步包括：
腔，其形成于所述光学器件系统模块的所述下表面中，所述腔具有对应于所述光学器件系统模块的内表面的内表面，其中所述至少第一光电子组件安置于所述腔内在所述电路板的所述上表面与所述腔的所述内表面中间。
13.根据权利要求12所述的光学通信模块，其进一步包括：
至少第一折射光学元件，其安置于所述腔的所述内表面上，所述第一折射光学元件具有与所述第一光电子组件的光学轴对准的光学轴；及
至少第一全内反射TIR光学元件，其沿着第一光学路径安置于所述光学器件系统模块中，其中所述第一光学路径的第一部分从所述第一光电子组件穿过所述第一折射光学元件延伸到所述第一TIR光学元件，且其中所述第一光学路径的第二部分从所述第一TIR光学元件延伸到所述第一光学端口，且其中所述第一TIR光学元件使所述第一光学路径弯折使得所述第一部分与所述第二部分成非零角度。
14.根据权利要求13所述的光学通信模块，其中所述第一TIR光学元件使所述光学路径弯折90°的角度。
15.根据权利要求14所述的光学通信模块，其中所述第一TIR光学元件具有提供对入射光的聚焦效应的曲率。
16.根据权利要求14所述的光学通信模块，其进一步包括：
止挡件，其安置于所述第一光学端口中在所述第一光学端口的前端处，所述止挡件驻存于横切于所述第一光学端口的光学轴的平面中，所述止挡件具有形成于其中的类透镜元件，且其中所述第一光电子组件、所述第一折射光学元件及所述第一TIR光学元件经定位及定向使得所述第一光电子组件的图像聚焦于所述类透镜元件的顶点处。
17.根据权利要求16所述的光学通信模块，其中所述类透镜元件具有圆形形状且与所述端口对称。
18.根据权利要求16所述的光学通信模块，其中所述类透镜元件具有非圆形形状且与所述端口对称。
19.根据权利要求16所述的光学通信模块，其中所述光学器件系统模块由经模制塑料材料制成。
20.根据权利要求19所述的光学通信模块，其中所述经模制塑料材料为热塑性聚醚酰亚胺。
21.根据权利要求11所述的光学通信模块，其进一步包括：
折射率匹配RIM环氧树脂，其安置于所述腔中且与所述第一光电子组件的至少第一表面并与所述腔的所述内表面接触；及
至少第一全内反射TIR光学元件，其沿着第一光学路径的从所述第一光电子组件的所述第一表面延伸到所述第一TIR光学元件的第一部分安置于所述光学器件系统模块中，所述RIM环氧树脂包围所述第一光学路径的所述第一部分，其中所述第一光学路径的第二部分从所述第一TIR光学元件延伸到所述第一光学端口，且其中所述第一TIR光学元件使所述第一光学路径弯折使得所述第一部分与所述第二部分成非零角度。
22.根据权利要求21所述的光学通信模块，其中所述第一光学端口为矩形形状且具有宽度W及长度L，且其中所述宽度W及所述长度L中的至少一者小于所述第一光纤的外径。
23.根据权利要求22所述的光学通信模块，其中所述第一光学端口的所述宽度W及所述长度L均小于所述第一光纤的外径。
24.根据权利要求21所述的光学通信模块，其中所述第一TIR光学元件使所述光学路径弯折90°的角度。
25.根据权利要求24所述的光学通信模块，其中所述第一TIR光学元件具有提供对入射光的聚焦效应的曲率。
26.根据权利要求21所述的光学通信模块，其进一步包括：
止挡件，其安置于所述第一光学端口中在所述第一光学端口的前端处，所述止挡件驻存于横切于所述第一光学端口的光学轴的平面中，所述止挡件具有形成于其中的类透镜元件，且其中所述第一光电子组件及所述第一TIR光学元件经定位及定向使得所述第一光电子组件的图像聚焦于所述类透镜元件的顶点处。
27.根据权利要求21所述的光学通信模块，其中所述光学器件系统模块由经模制塑料材料制成。
28.根据权利要求27所述的光学通信模块，其中所述经模制塑料材料为热塑性聚醚酰亚胺。
29.根据权利要求28所述的光学通信模块，其中所述热塑性聚醚酰亚胺具有在等于或大于摄氏230度的温度下维持的结构完整性。
30.一种用于在光学通信模块中以光学方式耦合光的方法，所述方法包括：
提供包括电子组合件ESA及附接到所述ESA的光学器件系统模块的光学通信模块，所述ESA包括电路板及安装于所述电路板的上表面上的至少第一光电子组件，所述光学器件系统模块具有上表面、下表面、后端及前端，其中所述光学器件系统模块的所述上表面、下表面、后端及前端中的一者具有形成于其中的至少第一光学端口，所述至少第一光学端口具有通过折射率匹配RIM环氧树脂紧固到其的第一光纤的一端，所述第一光学端口具有非圆形形状且经定大小使得所述第一光学端口夹持所述第一光纤的圆形外表面；且
其中所述光学器件系统模块在所述第一光学端口与所述第一光电子组件之间以光学方式耦合光。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述至少第一光学端口形成于所述光学器件系统模块的所述后端中。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述光学器件系统模块具有形成于其下表面中的腔，所述腔具有对应于所述光学器件系统模块的内表面的内表面，其中所述至少第一光电子组件安置于所述腔内在所述电路板的所述上表面与所述腔的所述内表面中间。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述光学器件系统模块进一步包括：
至少第一折射光学元件，其安置于所述腔的所述内表面上，所述第一折射光学元件具有与所述第一光电子组件的光学轴对准的光学轴；及
至少第一全内反射TIR光学元件，其沿着第一光学路径安置于所述光学器件系统模块中，其中所述第一光学路径的第一部分从所述第一光电子组件穿过所述第一折射光学元件延伸到所述第一TIR光学元件，且其中所述第一光学路径的第二部分从所述第一TIR光学元件延伸到所述第一光学端口，且其中所述第一TIR光学元件使所述第一光学路径弯折使得所述第一部分与所述第二部分成非零角度。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第一TIR光学元件使所述光学路径弯折90°的角度。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述光学器件系统模块进一步包括：
止挡件，其安置于所述第一光学端口中在所述第一光学端口的前端处，所述止挡件驻存于横切于所述第一光学端口的光学轴的平面中，所述止挡件具有形成于其中的类透镜元件，且其中所述第一光电子组件、所述第一折射光学元件及所述第一TIR光学元件经定位及定向使得所述第一光电子组件的图像聚焦于所述类透镜元件的顶点处。
36.根据权利要求33所述的方法，其中折射率匹配RIM环氧树脂安置于所述腔中且与所述第一光电子组件的至少第一表面并与所述腔的所述内表面接触，且其中至少第一全内反射TIR光学元件沿着第一光学路径的从所述第一光电子组件的所述第一表面延伸到所述第一TIR光学元件的第一部分安置于所述光学器件系统模块中，所述RIM环氧树脂包围所述第一光学路径的所述第一部分，其中所述第一光学路径的第二部分从所述第一TIR光学元件延伸到所述第一光学端口，且其中所述第一TIR光学元件使所述第一光学路径弯折使得所述第一部分与所述第二部分成非零角度。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述第一TIR光学元件具有提供对入射光的聚焦效应的曲率。
38.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一光学端口为矩形形状且具有宽度W及长度L，且其中所述宽度W及所述长度L中的至少一者小于所述第一光纤的外径。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述第一光学端口的所述宽度W及所述长度L均小于所述第一光纤的外径。
40.根据权利要求36所述的方法，其中所述光学器件系统模块包括具有在等于或大于摄氏230度的温度下维持的结构完整性的热塑性聚醚酰亚胺。
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