CN104422990A - 利用多芯光纤进行波分解复用的方法和光学系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了利用多芯光纤进行波分解复用的方法和光学系统。该系统包括具有多个带角度的面的耦合镜，其中所述多个带角度的面被配置成向或从多芯光纤的不同纤芯引导光。另外，复用器系统还可以包括用于生成光的激光器芯片，而解复用器系统可以包括用于检测来自多芯光纤的光的光电二极管阵列。系统还可以包括引导结构，该引导结构包括滤波器/微镜以便引导来自激光器的光或将光引导至光电二极管。

Description

利用多芯光纤进行波分解复用的方法和光学系统
技术领域
本发明涉及光学系统，并且更特别地涉及利用多芯光纤进行波分复用和解复用的系统、方法和设备。
背景技术
高性能计算机的发展迫使用于高带宽、低功率数据传输的新技术的开发。当前在用于机架到机架(rack-to-rack)和抽屉到抽屉(drawer-to-drawer)通信的最先进的系统中使用光互连。不幸的是，当前可用的光学数据传输技术主要被开发用于电信业。结果，它们通常实现成本昂贵并且经常无法满足先进的计算机的密度和功率规格。例如，一个典型的机架到机架配置使用超过5000根光纤。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种利用多芯光纤进行波分解复用的光学系统。该系统包括镜子、多个滤波器和多个光电二极管。镜子包括：多个带角度的面，其配置成反射来自多芯光纤的光。另外，每个滤波器被配置成接收反射光的至少一部分，从反射光的所述部分中过滤至少一个相应的波长，并透过所述部分的至少一个其它的相应波长。此外，多个光电二极管与滤波器对准，使得多个光电二极管中的每个给定的光电二极管接收从该给定的光电二极管所对准的滤波器透过的波长的光。
另一个实施例涉及一种利用多芯光纤进行波分复用的光学系统。该系统包括镜子、多个激光器芯片组和引导结构。镜子包括多个带角度的面，其中每个带角度的面被配置成将光引导至多芯光纤的不同纤芯。此外，在多个激光器芯片组中的每一组中，每个激光器芯片发射不同波长的光。另外，引导结构被配置成组合从多个激光器芯片组的至少一个发射的光的至少一部分并将组合的光引导至镜子。
备选实施例涉及一种利用多芯光纤进行波分复用的光学系统。该系统包括镜子、激光器芯片阵列和多个波导。镜子包括多个带角度的面，其中每个带角度的面被配置成将光引导至多芯光纤的不同纤芯。在激光器芯片阵列的每个阵列中，每个激光器芯片发射相同波长的光。此外，多个波导被配置成组合从阵列发射的光并将组合的光引导至耦合镜。
另一个实施例涉及一种制造利用多芯光纤进行波分解复用的光学系统的方法。根据该方法，对树脂进行模制从而限定出具有多个带角度的面的元件。此外，围绕该元件形成多个滤波器，其中每个滤波器被配置成过滤至少一个相应的波长并透过至少一个其它的相应波长。另外，在多个带角度的面上形成反射面。此外，在元件和多个滤波器上形成额外的树脂从而完成引导结构。此外，在多个滤波器的下方将光电二极管阵列附装到引导结构。
备选实施例涉及一种制造利用多芯光纤进行波分复用的光学系统的方法。根据该方法，对树脂进行模制从而限定出具有多个带角度的面的元件。另外，围绕该元件形成多个微镜。此外，在多个带角度的面上形成反射面。该方法还包括：在元件和多个微镜上沉积额外的树脂从而完成引导结构。此外，在微镜下方将多个激光器芯片组附装到引导结构，其中在多个激光器芯片组中的每一组中，每个激光器芯片发射不同波长的光。
根据结合附图阅读的说明性实施例的以下详细描述，这些和其它特征及优点将变得明显。
附图说明
本公开将参考下面的附图在优选实施例的以下描述中提供细节，其中：
图1是可以与根据本发明的示例性实施例的光学系统一起使用的示例性多芯光纤的剖面视图；
图2是可以在根据本发明的示例性实施例的波分复用系统和波分解复用系统中使用的示例性耦合镜的顶视图；
图3是根据本发明的示例性实施例的波分解复用系统的剖面视图；
图4是根据本发明的示例性实施例的波分解复用系统的顶视图；
图5是根据本发明的实施例的接收器/解复用器结构的电气配置的顶视图；
图6是根据本发明的实施例的接收器/解复用器结构的电气配置的备选视图；
图7是示出多芯光纤和根据本发明的示例性实施例的波分解复用系统的耦合镜之间的对准的剖面图；
图8是根据本发明的示例性实施例的波分复用系统的顶视图；
图9是根据本发明的示例性实施例的波分复用系统的一部分的剖面视图；
图10是根据本发明的备选示例性实施例的波分复用系统的顶视图；
图11是波分复用系统的一部分的剖面视图，其示出根据本发明的备选示例性实施例的激光器芯片和波导之间的示例性光学耦合；
图12是波分复用系统的一部分的剖面视图，其示出根据本发明的备选示例性实施例的波导和耦合镜之间的对准；
图13是示出用于制造根据本发明的示例性实施例的光学系统的方法的各个处理阶段的图；并且
图14是用于制造根据本发明的示例性实施例的光学系统的方法的流程图。
具体实施方式
改善的光学互连应当被开发以实现在先进的计算系统内以低成本和低功率用低光纤体积传输大量数据。波长和空间复用方案可以用来解决这一需要。例如，具有标准包层尺寸的多模六边形多芯光纤可以用于操作六个数据通道(而不是常规光纤中的一个数据通道)作为具有相对好的机械强度的空间复用方案。此外，具有四个波长的专用垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片组可以在波分复用方案中使用。
本文描述的本发明的示例性实施例通过利用新颖的结构以用多芯光纤执行波分复用，来在单个光纤中提供相对高的带宽。特别地，包括多个不同的面的耦合镜可以被开发并用在波长解复用和复用方案中以实现高带宽，其中所述多个不同的面各自专用于多芯光纤的不同纤芯。例如，图1示出多芯光纤100，其包括围绕光纤的轴线104设置成六边形结构的六个不同的纤芯102。在优选实施例中，为了利用光纤100实现复用或解复用，可采用六边形耦合镜200并使其与光纤对准，使得每个面202与不同的对应纤芯102对准。图2提供可以用于波分复用(WDM)和波分解复用(WDDM)的镜子200的顶视图。出于说明的目的，图2示出当镜子200用于解复用时的反射光束208。镜子200还可以包括设置在六个耦合镜面202之间的次要面206，并且可以包括六边形中心部204。镜子200可以对接耦合于光100以用于WDM和WDDM。在优选实施例中，耦合镜子200的六边形结构被设计成使用标准的VCSEL芯片和具有标准205μm间距的光电二极管阵列向/从光纤的每个纤芯引导四个波长。然而，应当理解的是，耦合面202可以用于引导其中采用了耦合镜200的光学发射器/接收器系统的任何数量的波长。另外，可以使用具有不同数量的纤芯102的光纤和具有匹配数量的面202的镜子。
本领域技术人员应该理解，本发明的各方面可以实现为系统、方法或设备。本发明的各方面在下文中参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和设备的流程图和/或框图描述。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中的各方框的组合可以在一些备选实现中以不同于附图中指示顺序的顺序实现。例如，两个连续示出的方框实际上可以基本上同时执行，或者各方框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。
应当理解的是，本发明将按照具有基底的给定的说明性构造进行说明；然而，其它构造、结构、基底材料以及工艺特征和步骤可以在本发明的范围之内变化。
还应当理解，当被描述为层、区域或基底的元件被称为位于另一个元件“上”或“上方”时，其可以直接位于其它元件上或者也可以存在居间元件。相反地，当元件被称为“直接位于另一个元件上”或“直接位于另一个元件上方”时，不存在居间元件。类似地，还应当理解，当被描述为层、区域或基底的元件被称为位于另一个元件“之下”或“下方”时，其可以直接位于其它元件之下或者也可以存在居间元件。相反地，当元件被称为“直接位于另一个元件之下”或“直接位于另一个元件下方”时，不存在居间元件。另外，关于一个元件的术语“在之下”应当被理解为意味着在该元件与被描述为在该元件之下的特征之间的垂直线上位于该元件的下方。因此，术语“在之下”不应当被理解为意味着一个特征仅在相对于该元件的不同平面中。还应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，其可以直接连接或耦合到其它元件或者可以存在居间元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在居间元件。
针对光学系统的设计可以用图形计算机编程语言创建并存储在计算机存储介质(例如磁盘、磁带、物理硬盘驱动器、或诸如存储访问网络中的虚拟硬盘驱动器)中。如果设计者未制造芯片或用于制造芯片的光刻掩模，则设计者可以直接或间接地通过物理手段(例如，通过提供存储有该设计的存储介质的拷贝)或电子地(例如，通过因特网)传送所产生的设计至这些实体。所存储的设计然后被转换成适当的格式(例如，GDSII)以用于光刻掩模的制造，所述光刻掩模通常包括将要形成在晶片上的所考虑的芯片设计的多个拷贝。利用光刻掩模来限定晶片(和/或其上的层)的要被蚀刻或进行其他处理的区域。
本文描述的方法可以用在光学系统的制造中。所产生的光学系统可以以作为裸芯片的原始形式或者以封装的形式分销。在后一种情况下，芯片被安装在单个芯片封装中(例如具有附连到主板或其它更高级别载体的引线的塑料载体)或安装在多芯片封装中(例如具有面互连或内埋互连中的一种或两种的陶瓷载体)。在任何情况下，系统随后与其它芯片、分立的电路元件、和/或其它信号处理设备集成到一起，作为(a)中间产品(例如主板)或(b)最终产品的一部分。最终产品可以是使用该光学系统的任何产品。
应当理解，说明书中对于本原理的“一个实施例”或“实施例”以及它们的其它变体的提及意味着接合实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本原理的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”以及任何其它变体的出现不一定全都指相同的实施例。
应理解的是，例如在“A/B”、“A和/或B”和“A和B中的至少一个”的情况中对以下“/”、“和/或”和“至少一个”中的任何一者的使用旨在包含以下选择：仅第一个列出的选项(A)，或仅第二个列出的选项(B)，或两个选项(A和B)。作为另外的实例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一个”的情况下，这样的措辞旨在包含以下选择：仅第一个列出的选项(A)，或仅第二个列出的选项(B)，或仅第三个列出的选项(C)，或仅第一个和第二个列出的选项(A和B)，或仅第一个和第三个列出的选项(A和C)，或仅第二个和第三个列出的选项(B和C)，或所有三个选项(A和B和C)。这可以对于许多列出的术语进行扩展，如本领域和相关领域的普通技术人员容易理解的那样。
再次参考附图，在附图中同样的附图标记代表相同或类似的元件，并且特别地参考图3，其示出解复用器/接收器光学系统390的剖面视图。应当指出的是，在每个图中指出的所有尺寸仅仅是示例并且仅用于说明的目的而被提供。这些尺寸的提供不应当被理解为以任何方式限制本发明，因为可以使用其它尺寸。如图3所示，引导结构300对接耦合于光纤，使得每个带角度的面202与多芯光纤100的不同纤芯102对准、并接收/反射从多芯光纤100的不同纤芯102传输的光303。换言之，每个耦合面202仅与光纤100的一个相应的纤芯对准。在这里，耦合镜200的中心轴线207与光纤100的中心轴线104对准并设置在光纤100的中心轴线104之下。镜子的每个耦合面202是椭圆形的，以确保光束被反射和准直。可替换地，结构300可以配置成使得顶部内表面305上的反射中的一个或若干个使光束准直。其它准直方案(例如使用透镜的方案)也可以用于使光束准直。
如图3所示，系统390包括附装到结构300的底面的光电二极管阵列310和320。光电二极管阵列310包括光电二极管3101-3104，同时光电二极管阵列320包括光电二极管3201-3204。在图3示出的构造中，光电二极管3101-3104和光电二极管3201-3204设置在滤波器3021-3024之下，其中光电二极管3101和3201设置在滤波器3021之下，光电二极管3102和3202设置在滤波器3022之下，光电二极管3103和3203设置在滤波器3023之下，并且光电二极管3104和3204设置在滤波器3024之下。如提供结构300以及光电二极管阵列310和320的顶视图的图4所示，滤波器3021-3024被形成为围绕镜子200设置的同心圆盘。在这里，系统390包括其它光电二极管阵列330、340、350和360以匹配光纤100中的纤芯数。因此，存在六个光电二极管阵列并且每个光电二极管阵列具有四个通道。在优选实施例中，阵列内的各光电二极管之间的最小间隔为250μm。光电二极管阵列330、340、350和360按照与光电二极管阵列310和320相同的方式配置并且按照与光电二极管阵列310和320对准滤波器的方式相同的方式对准滤波器3021-3024。这样，每个光电二极管阵列对多芯光纤100的每个纤芯102所传输的所有四个波长λ1-λ4敏感。然而，通过对每个阵列内的光电二极管的数量进行适当修改，可以使用其他数量的波长。
根据优选实施例，滤波器3021过滤/反射波长λ2-λ4并透过波长λ1，滤波器3022过滤/反射波长λ3和λ4并透过波长λ2，滤波器3023过滤/反射波长λ4并透过波长λ3，并且滤波器3024透过波长λ4。结果，光电二极管3101-3104分别接收波长λ1-λ4的光，并且类似地，光电二极管3201-3204分别接收波长λ1-λ4的光。也如图3所示，滤波器3021-3024中的每一个和引导结构300的顶部内表面充当从耦合镜200的耦合面202和/或从其它滤波器接收的光的反射器以便将光引导至滤波器。
关于封装和电气的考虑，图5和6示出接收器/解复用器结构的电气配置，其包括两个跨阻抗放大器(TIA)驱动器芯片502和504并且每个芯片具有12个通道。在该系统中，光穿过基底传播的结构可以被选择为使得接地触点和信号触点在同一平面上，如图6所示。该结构可以与类似大小的发射器/复用器结构一起放置在多芯片模块基板上。
现在参考图7，其示出接收器/解复用器结构390的一些优选的尺寸和几何特征。相同的配置可以用于发射器/复用器结构。在这里，如果θ＝45°，则厚度h'优选为大约125μm，这对应于台面式光电二极管的间距的一半。所有参数可以取决于光束宽度基于基本的几何考虑进行调整。例如，对于h'＝125μm并且w＝26μm，h≥42μm。
参考图8，其示出复用器/发射器光学系统890的顶视图。镜子200与上述的相同滤波器3021-3024一起可以按照类似的方式在系统800中使用。例如，这里的镜子200可以充当耦合镜，其按照上面关于图2-4讨论的方式相同的方式与光纤100对准。这样，每个带角度的面被配置成将光引导至多芯光纤的不同纤芯。在这里，光路与图3-4示出的解复用器配置相反。
另外，滤波器3021-3024充当将光902导向耦合镜200的微镜。然而，在这里，与包括光电二极管阵列形成对比的是，系统890包括布置在VCSEL芯片组810、820、830、840、850和860中的单独的VCSEL芯片。例如，如图9所示，VCSEL芯片组820包括VCSEL芯片8201、8202、8203和8204，其中VCSEL芯片8201发射波长λ1，VCSEL芯片8202发射波长λ2，VCSEL芯片8203发射波长λ3，并且VCSEL芯片8204发射波长λ4。如上面讨论的，滤波器3021反射波长λ2-λ4并透过波长λ1，滤波器3022反射波长λ3和λ4并透过波长λ2，等等。因此，VCSEL芯片8201-8204设置在滤波器3021-3024之下，如图8和9所示。其它的VCSEL芯片组810、830、840、850和860按照与VCSEL芯片组820相同的方式进行构造，使得它们包括四个VCSEL芯片，每个VCSEL芯片发射波长λ1-λ4中的不同的一个波长。如上面关于图3和4指出的，在备选实施例中可以使用不同数量的波长。其它的VCSEL芯片组810、830、840、850和860也按照与VCSEL芯片组820对准滤波器3021-3024的方式类似的方式与滤波器3021-3024对准。因此，每个滤波器/微镜被配置成接收并透过来自多个激光器芯片组中的每一组的一个相应的激光器芯片的光。例如，滤波器/微镜3021可以接收并透过来自每个组810、820、830、840、850和860中的发射波长λ1的激光器芯片的光，滤波器/微镜3022可以接收并透过来自每个组810、820、830、840、850和860中的发射波长λ2的激光器芯片的光，滤波器/微镜3023可以接收并透过来自每个组810、820、830、840、850和860中的发射波长λ3的激光器芯片的光，并且滤波器/微镜3024可以接收并透过来自每个组810、820、830、840、850和860中的发射波长λ4的激光器芯片的光。
根据一个优选方面，直接在每个组810、820、830、840、850、860的每个激光器芯片上形成非对称透镜870，使得透镜870设置在滤波器3021-3024之下。因此，每个非对称透镜870被配置成引导来自各激光器芯片组的一个相应的激光器的光。非对称透镜870被配置成以给定的角度引导从VCSEL发射的光，以确保光到达镜子200的面202。
如图9所示，引导结构800和滤波器/微镜3021-3024可以组合从激光器芯片组810、830、840、850和860中的每个组发射的光的至少一部分，并将组合的光引导至耦合镜200。引导结构800的顶部内表面805充当反射器，其被配置成将从激光器芯片组810、830、840、850和860中的每个激光器芯片发射的光引导至耦合镜200。这样，对于激光器芯片组810、820、830、840、850和860中的每个组，所述结构被配置成合并来自该组中的每个激光器芯片的光并将合并的光引导至耦合镜200，使得每个面202接收来自激光器芯片组810、820、830、840、850和860中的不同的组的光。
根据一个示例性方面，相比于上面关于图3和4描述的光学系统，引导结构800的垂直路径厚度可以被增加，以增加各滤波器之间的间距并留下足够的间隔来放置各个单独的芯片。例如，垂直路径长度可以增至双倍成为250μm，从而将各滤波器/透镜870之间的间距和各组中的激光器芯片之间的间距增至双倍成为500μm。
现在参考图10，其说明性地示出可以在其中使用VCSEL阵列的发射器中的用于WDM的光学系统的备选实施例1000的顶视图。在这里，上述的镜子200可以按照与其在系统800中使用的方式类似的方式被用在系统1000中。例如，在这里，镜子200充当按照与上面关于图2-4和图8-9讨论的方式相同的方式与光纤100对准的耦合镜。这样，每个带角度的面被配置成将光引导至多芯光纤的不同纤芯。根据图10中的实施例，使用两组VCSEL阵列1050和1060，其中每个阵列使用三个通道。例如，组1050包括四个阵列1002、1004、1006和1008。类似地，组1060也包括四个阵列1010、1012、1014和1016，使得在该特定实施例中总共存在八个VCSEL阵列。每个VCSEL阵列包括三个VCSEL芯片。另外，每个阵列内的激光器件发射相同波长的光。例如，阵列1002包括三个发射波长λ1的光的VCSEL芯片1003，阵列1004包括三个发射波长λ2的光的VCSEL芯片1005，阵列1006包括三个发射波长λ3的光的VCSEL芯片1007，并且阵列1008包括三个发射波长λ4的光的VCSEL芯片1009。激光器阵列1010、1012、1014和1016按照相同的方式进行配置，使得给定的阵列中的每个激光器发射相同的波长，其中每个阵列1010、1012、1014和1016分别发射波长λ1-λ4的光。如图10所示，系统包括六个波导1020，每个波导组合从组1050或1060之一中的每个阵列发射的光的至少一部分。如提供图10中的元件1100沿着组1002的最右边的VCSEL的中心截取的剖面视图的图11所示，来自每个VCSEL器件的光使用四十五度的微镜1102耦合到波导结构中。特别地，四十五度的微镜1102用于将VCSEL光从激光器芯片耦合到波导1020或1022中。另外，给定的波导1020或1022中的每个微镜1102接收来自不同的激光器芯片阵列的光。可以示出的是，对于波导1020的半径r＝5mm，系统1000的弯曲损耗小于3dB。还可以示出的是，可以实现损耗低于0.5dB的‘y’型耦合结构1022。实施例1000或890与实施例300的实现可以与典型的光学互连链路相兼容，其中典型的光学互连链路的总功率预算为大约10-12dB。
如提供图10中的元件1200的剖面视图的图12所示，每个波导1020将组合的光引导至耦合镜200的不同的面202。如图12所示，每个波导1020被光耦合于耦合镜200的带角度的面202中的不同的一个。因此，该系统对于每个镜面包括一个波导结构1020。应当指出的是，这里使用六个波导结构1020是因为本示例中为其设计发射器系统的多芯光纤具有六个纤芯。然而，在备选实施例中，可以使用不同数量的波导结构1020。根据需要使用“y”型耦合器1022，以便将来自阵列1050或1060的具有不同波长的VCSEL器件的光组合到主波导芯中。例如，耦合于组1050的波导1020接收来自阵列1002的激光器1003之一、阵列1004的激光器1005之一、阵列1006的激光器1007之一、和阵列1008的激光器1009之一的光。在镜子200附近，根据需要将波导弯曲以使其具有垂直于镜座的方向，使得光从面202之一被反射到光纤102的纤芯之一中，如图12所示。弯曲的波导部分具有被优化以避免过度的弯曲和传播损耗的半径(约为几毫米)。整个波导结构可以使用光刻技术制造以形成期望的图案。
现在参考图13和14，其说明性地示出用于制造根据示例性实施例的光学系统的方法1400的各个处理阶段和流程图。出于说明性的说明，图13的特定处理阶段示出被应用以制造图3和4中示出的解复用器光学系统390的方法1400。然而，应当理解的是，方法1400也可以用于制造图8和9中示出的复用器光学系统890。也可以执行该方法的相关步骤以制造图10中示出的复用器光学系统1000。
方法1400可以开始于步骤1402，在该步骤获得用于耦合镜的模具。例如，在图13的阶段1320中示出的可重复使用的磨具1304可以使用高精密微加工技术来制造。
在步骤1404，对树脂进行模制从而限定出耦合镜元件的形状。例如，模具1304可以用于在模具1304中限定元件1303，其包括多个带角度的面1307。在这里，如下面关于步骤1410讨论的那样使面1307具有反射性之后，带角度的面1307提供与上面关于WDDM实施例390和WDM实施例890描述的带角度的面202相同的功能。在备选实施例中，镜子200可以使用适当的模具形成。在WDDM或WDM系统中，树脂1302可以被光硬化从而限定出耦合镜的形状。
在步骤1408，形成多个滤波器/微镜。例如，对于WDDM和WMD系统这两者，如图13的阶段1330和1340所示，滤波器/微镜3021-3024可以围绕耦合元件形成，如上面关于图3、4、8和9讨论的。如上文讨论的，每个滤波器/微镜被配置成过滤至少一个相应的波长并透过至少一个其它的相应波长。特别地，在优选实施例中，每个滤波器/微镜根据复用方案的需要被配置成仅透过一个波长并反射其余的波长。也如图13的阶段1330和1340中所示，可以通过对每个滤波器应用不同的掩模(例如掩模1308)来形成滤波器/微镜3021-3024。如上文提到的，滤波器/微镜3021-3024可以形成为围绕耦合元件1303/200设置的同心圆盘。每个滤波器/微镜3021-3024可以由介电材料构成，并且可以使用例如TiO2/SiO2多层材料通过蒸镀(evaporation)来形成，其中所述多个层的厚度针对每个滤波器进行不同的调整以便获得期望的频谱特性。为了制造WDM系统，滤波器/微镜3021-3024可以围绕耦合元件1303/200形成，使得每个滤波器/微镜3021-3024设置在不同的光电器件的上方，如上面关于图8和9讨论的。
在步骤1410，在耦合镜元件上形成反射面。例如，对于WDDM和WDM系统，都可以在带角度的面1307/202上形成反射面。例如，如阶段1350所示，通过使用掩模1310，可以将金属例如金蒸镀到镜元件1303/200上，以便在面1307/202上形成反射面1317，并从而形成耦合镜1312。
在步骤1412，沉积额外的树脂以完成引导结构。例如，对于WDDM系统，如图13的阶段1360所示，额外的树脂可以沉积在耦合元件1312/200和滤波器/微镜3021-3024之上以完成引导结构1314/300。可替换地，对于WDM系统，额外的树脂可以沉积在耦合元件200、滤波器/微镜3021-3024之上以完成引导结构800。对于WDDM和WDM系统，都可以使额外的树脂光硬化并且可以蒸镀用于形成反射面1317的至少一部分金属。如上面关于WDDM系统390讨论的，引导结构1314/300的硬化树脂的顶部内表面可以充当配置成将光引导至每个滤波器3021-3024的反射器。
在步骤1414，将光电二极管阵列/单独的VCSEL芯片附装到该结构上。例如，如图13中的阶段1360针对WDDM系统所示并且如上面关于图3和4讨论的，可以在滤波器3021-3024之下将光电二极管阵列310、320、330、340、350和360附装到结构1314/300。可替换地，对于WDM系统，可以将多个激光器芯片组附装到结构800，其中在激光器芯片组810、820、830、840、850和860中的每个组中，每个激光器芯片发射不同波长的光，如上面关于图8和9讨论的。在每个激光器芯片上，在执行附装步骤之前，例如在步骤1413，制造非对称透镜870，使得从芯片发射的光被准直并具有与面法线所成的角度，使得光到达图8中的滤波器3021-3024之一和耦合元件1312/200。因此，每个透镜被形成在激光器芯片组的一个不同的激光器芯片上。尽管透镜形成步骤1413在图14中被示出为在步骤1412之后执行，但是该透镜形成步骤可以在步骤1414之前的任何时间形成。也如上文指出的，结构800的硬化树脂的顶部内表面可以充当配置成将从激光器芯片组的每个激光器芯片发射的光引导至耦合镜元件1312/200的反射器。另外，也如上文关于图8和9指出的，对于每个激光器组，结构800被配置成合并来自该组中的每个激光器芯片的光、并将合并的光引导至耦合镜元件200，使得每个反射面202接收来自多个激光器芯片组810、820、830、840、850和860的不同芯片组的光。
在步骤1416，将耦合镜对准多芯光纤。例如，对于WDDM系统，如上面关于图3和4讨论的，耦合镜元件200/1312可以对接耦合于并且对准多芯光纤100，使得每个带角度的面202/1317对准多芯光纤100的不同纤芯102并接收来自多芯光纤100的不同纤芯102的光。可替换地，对于WDM系统，如上面关于图8和9讨论的，耦合镜元件200/1312可以对准多芯光纤100，使得每个带角度的面202/1317被配置成将光引导至多芯光纤100的不同纤芯102。
根据本发明的优选实施例，如果使用复用结构1000，则可以将具有标准间距的光电子芯片阵列与多芯光纤一起使用。对于复用器配置800或1000，在单根光纤中，可以传输二十四个数据通道，这与不采用WDM的常规单芯光纤仅传输一个通道相对。结果，利用本发明的优选实施例，可以强烈地减小在高性能计算机中用于机架到机架和抽屉到抽屉数据传输的光纤数量。另外，由于优选实施例在光纤附近光学地传输信号，因此优选实施例还避免了电串扰，该电串扰可能会在使用直接相邻于多芯光纤设置的单独的芯片的接收器装置中遇到。
已经描述了利用多芯光纤进行WDM和WDDM的系统、方法和装置的优选实施例(其旨在是说明性的，而不是限制性的)，应当指出的是，本领域技术人员可以根据上述教导做出修改和变更。因此应当理解的是，可以在所公开的特定实施例中做出在由所附权利要求书概述的本发明的范围之内的变动。在已经这样描述了本发明的各个方面与专利法所要求的细节和特性之后，由专利证书宣称和期望保护的内容在所附权利要求书中阐述。

Claims (40)

1.一种利用多芯光纤进行波分解复用的光学系统，包括：
包括多个带角度的面的镜子，所述多个带角度的面被配置成反射来自所述多芯光纤的光；
多个滤波器，其中每个滤波器被配置成接收反射光的至少一部分，从所述反射光的所述部分中过滤至少一个相应波长，并透过所述部分中的至少一个其它的相应波长；以及
与所述滤波器对准的多个光电二极管，其中所述多个光电二极管中的每个给定的光电二极管接收从该给定的光电二极管所对准的滤波器透过的波长的光。
2.如权利要求1所述的光学系统，其中每个带角度的面与所述多芯光纤的不同纤芯对准并接收来自所述多芯光纤的不同纤芯的光。
3.如权利要求2所述的光学系统，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个纤芯，以及其中所述镜子呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
4.如权利要求1所述的光学系统，其中所述多个滤波器被间隔开并且围绕所述镜子设置。
5.如权利要求4所述的光学系统，其中所述多个滤波器是围绕所述镜子设置的同心圆盘。
6.如权利要求1所述的光学系统，还包括：
反射器，其配置成将所述反射光引导至每个滤波器。
7.一种利用多芯光纤进行波分复用的光学系统，包括：
包括多个带角度的面的耦合镜，其中每个带角度的面被配置成将光引导至所述多芯光纤的不同纤芯；
多个激光器芯片组，其中，在所述多个激光器芯片组中的每个组中，每个激光器芯片发射不同波长的光；以及
引导结构，其配置成组合从所述多个激光器芯片组的至少一个组发射的光的至少一部分并将组合后的光引导至所述耦合镜。
8.如权利要求7所述的光学系统，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个纤芯，以及其中所述镜呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
9.如权利要求7所述的光学系统，其中所述引导结构还包括一组微镜，其中每个微镜被配置成接收来自所述多个激光器芯片组的每个组中的一个相应激光器芯片的光。
10.如权利要求9所述的光学系统，其中所述微镜被间隔开并且围绕所述耦合镜设置。
11.如权利要求10所述的光学系统，其中所述微镜被形成为围绕所述耦合镜设置的同心圆盘。
12.如权利要求9所述的光学系统，其中所述引导结构还包括位于所述一组微镜和所述激光器芯片组的激光器之间的非对称透镜组，其中每个非对称透镜被配置成引导来自所述激光器芯片组的一个相应激光器的光。
13.如权利要求12所述的光学系统，其中所述激光器芯片是垂直腔面发射激光器VCSEL芯片。
14.如权利要求7所述的光学系统，其中所述引导结构还包括反射器，所述反射器被配置成将从所述激光器芯片组的每个激光器芯片发射的光引导至所述耦合镜。
15.如权利要求7所述的光学系统，其中对于所述多个激光器芯片组中的每个组，所述引导结构被配置成合并来自该组中的每个激光器芯片的光、并将合并后的光引导至所述耦合镜，使得每个所述面接收来自所述多个激光器芯片组中的不同组的光。
16.一种利用多芯光纤进行波分复用的光学系统，包括：
包括多个带角度的面的耦合镜，其中每个带角度的面被配置成将光引导至所述多芯光纤的不同纤芯；
激光器芯片阵列，其中，在所述激光器芯片阵列的每个阵列中，每个激光器芯片发射相同波长的光；以及
多个波导，其配置成组合从所述阵列发射的光的至少一部分、并将组合后的光引导至所述耦合镜。
17.如权利要求16所述的光学系统，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个纤芯，以及其中所述镜呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
18.如权利要求16所述的光学系统，其中每个所述波导被光学地耦合到所述多个带角度的面中的不同的面。
19.如权利要求16所述的光学系统，其中每个所述波导包括微镜，其中每个所述微镜被配置成接收来自所述阵列中的不同的阵列的光。
20.如权利要求16所述的光学系统，其中所述激光器芯片是垂直腔面发射激光器VCSEL芯片。
21.一种制造利用多芯光纤进行波分解复用的光学系统的方法，包括：
对树脂进行模制从而限定出具有多个带角度的面的元件；
围绕所述元件形成多个滤波器，其中每个所述滤波器被配置成过滤至少一个相应波长并透过至少一个其它的相应波长；
在所述多个带角度的面上形成反射面；
在所述元件和所述多个滤波器上沉积额外的树脂从而完成引导结构；以及
在所述多个滤波器下方将光电二极管阵列附装到所述引导结构。
22.如权利要求21所述的方法，其中形成所述多个滤波器还包括：对于每个所述滤波器应用不同的掩模。
23.如权利要求21所述的方法，其中形成所述反射面还包括：在所述元件上蒸镀金属以形成所述反射面。
24.如权利要求21所述的方法，其中每个所述树脂是光硬化树脂。
25.如权利要求21所述的方法，还包括：
将所述元件与所述多芯光纤对准，使得每个带角度的面与所述多芯光纤的不同纤芯对准并接收来自所述多芯光纤的不同纤芯的光。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个纤芯，以及其中所述元件呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
27.如权利要求21所述的方法，其中所述滤波器是围绕所述元件设置的同心圆盘。
28.如权利要求21所述的方法，其中沉积所述额外的树脂还包括：使所述额外的树脂硬化，以及其中硬化后的额外树脂的顶部内表面是配置成将光引导至每个滤波器的反射器。
29.一种制造利用多芯光纤进行波分复用的光学系统的方法，包括：
对树脂进行模制从而限定出具有多个带角度的面的元件；
围绕所述元件形成多个微镜；
在所述多个带角度的面上形成反射面；
在所述元件和所述多个微镜上沉积额外的树脂从而完成引导结构；以及
在所述微镜下方将多个激光器芯片组附装到所述引导结构，其中，在所述多个激光器芯片组中的每个组中，每个激光器芯片发射不同波长的光。
30.如权利要求29所述的方法，其中形成所述反射面还包括：在所述元件上蒸镀金属以形成所述反射面。
31.如权利要求29所述的方法，其中每个所述树脂是光硬化树脂。
32.如权利要求29所述的方法，其中每个所述微镜被配置成接收来自所述多个激光器芯片组中的每个组的光。
33.如权利要求32所述的方法，其中形成所述多个微镜还包括：对每个所述微镜应用不同的掩模。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述微镜被形成为围绕所述元件设置的同心圆盘。
35.如权利要求29所述的方法，还包括：在所述激光器芯片组上形成多个透镜，使得每个透镜被形成在所述激光器芯片中的不同的激光器芯片上。
36.如权利要求29所述的方法，还包括：
将所述元件与所述多芯光纤对准，使得每个带角度的面被配置成将光引导至所述多芯光纤的不同纤芯。
37.如权利要求35所述的方法，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个纤芯，以及其中所述元件呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
38.如权利要求29所述的方法，其中所述激光器芯片是垂直腔面发射激光器VCSEL芯片。
39.如权利要求29所述的方法，其中沉积所述额外的树脂还包括使所述额外的树脂硬化，以及其中硬化后的额外树脂的顶部内表面是配置成将从所述激光器芯片组中的每个激光器芯片发射的光引导至所述元件的反射器。
40.如权利要求29所述的方法，其中对于所述多个激光器芯片组中的每个组，所述引导结构被配置成合并来自该组中的每个激光器芯片的光、并将合并后的光引导至所述元件，使得每个所述反射面接收来自所述多个激光器芯片组中的不同组的光。
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