CN105659131B - 具有包括grin透镜的光学通路的内插器耦接组件以及相关光学插头组件 - Google Patents

具有包括grin透镜的光学通路的内插器耦接组件以及相关光学插头组件 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了内插器耦接组件以及具有用于光学连接的光学接口的内插器结构。

Description

具有包括GRIN透镜的光学通路的内插器耦接组件以及相关光 学插头组件
相关的申请案
本申请案根据35U.S.C.§119要求2013年8月22日提交的美国临时申请案序列号61/868,826的优先权权益，所述申请案的内容是本申请案的基础并以全文引用方式并入本文。
技术领域
本揭示案总体涉及可用于与集成电路光学通信的内插器耦接组件和内插器结构。所述内插器耦接组件具有包括GRIN透镜的光学通路，并且允许与附接至内插器耦接组件的互补光学组件光学连接来与集成电路进行光学通信。
背景技术
出于诸如大带宽容量、介电特性等众多原因，在许多传统长距离和城域电信网络中，光纤已取代基于铜的连接性。由于通信网络需要更高网络速度，因此光纤将会更深入地进入通信网络、朝向位于管理通信网络上流量的服务器和开关中的电子器件移动。随着这种光纤迁移更深入地扩展到通信网络中，将会遇到关于制造与电子设备的光学连接以实现高速通信的新的挑战。举例来说，对准并维持光学对准以实现与集成电路的高密度的光学连接在行业中存在尚未解决的需要。
发明内容
本揭示案涉及内插器，所述内插器包括用于将光学信号传达至集成电路的内插器耦接组件。所述内插器耦接组件包括具有光学对准结构的连接器附接鞍座、包括GRIN透镜的光学通路以及与所述GRIN透镜相邻的光学信号转向元件。内插器耦接组件可光学附接至集成电路或与集成电路附接的基座以形成允许高速数据传送的内插器结构。在一个实施方式中，互补光学组件可附接至内插器耦接组件。
本揭示案还涉及用于与内插器耦接组件光学连接的光学插头组件。所述光学插头组件包括具有至少一个可旋转取向引导件以及用于接收光纤的至少一个孔的光纤组织器、GRIN透镜、附接主体以及用于接收光纤组织器的一部分和GRIN透镜的一部分的对准主体。在一个实施方式中，光学插头组件具有附接至光学插头组件的一或多个多芯光纤，以便提供相对致密的光学插头连接器。
本揭示案的另一方面涉及用于将光学信号传达至集成电路的组件。所述组件包括内插器耦接组件和光学插头组件。内插器耦接组件包括具有光学对准结构的连接器附接鞍座、包括GRIN透镜的光学通路以及与所述GRIN透镜相邻的光学信号转向元件。光学插头组件被附接至内插器耦接组件，并且光学插头组件具有一或多个多芯光纤和GRIN透镜。
本揭示案进一步涉及制造耦接组件的方法。所述方法包括提供光学信号转向元件、提供GRIN透镜、将所述GRIN透镜附接至光学信号转向元件、以及提供连接器附接鞍座。耦接组件可以用于任何合适应用，并且在一个实施方式中，可用于内插器结构。
另外的特征和优点将会在以下详述中进行阐述，并且部分将通过说明书而对本领域的技术人员显而易见，或通过实践如所撰写的说明书和其权利要求书中描述的实施方式以及附图来认识到。
应当理解，前述概述以及以下详述仅为示例性的，并且意图提供用于理解权利要求书的性质和特征的概览和框架。
附图被包括来提供进一步的理解，并被并入本说明书中而构成本说明书的一部分。附图例示一或多个实施方式，并与本说明书一起用于解释各种实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是根据本文所揭示的概念的具有用于与一或多个光学插头组件光学连接的光学接口的内插器结构的透视图；
图2是图1的内插器结构的另一个透视图，其中光纤从光学插头组件上移除；
图3是内插器结构的内插器耦接组件与光学插头组件之间的未配接的光学连接的详细透视图；
图4是示出内插器结构的内插器耦接组件与光学插头组件之间的光学连接的横截面图；
图5是图1和图2所示的内插器结构的内插器耦接组件的透视图；
图6是图1和图2的内插器结构的分解图；
图7描绘示出内插器结构的内插器耦接组件的构造的一系列的图像；
图8是图1所描绘的光学插头组件的插头的透视图；
图9是图8所描绘的插头的分解图；
图10是图9所描绘的部分组装好的光学插头组件的透视图；
图11和图12分别是用于图10所描绘的光学插头组件的GRIN组件的前透视图和后透视图；
图13描绘具有光纤阵列的代表性的光纤组织器的端视图，其类似于图8所描绘的光学插头组件的光纤组织器；
图14至图18描绘可与具有用于接收多个光纤的多个光纤组织器的其他插头一起使用的代表性的光纤阵列的端视图；
图19描绘由内插器耦接组件与光学插头组件之间的光学连接来形成的两个光学路径的简化示意图，所述光学连接类似于图4所示光学连接。
图20和图21是可用于光学插头组件的第二末端以耦接至适配器面板的另一光学插头的透视图；
图22是图20和图21的光学插头的横截面图；
图23是被提供给适配器以用于与互补光学组件配接的光学插头的透视图；以及
图24是图23的光学插头的局部横截面图，所述光学插头使用适配器来与其互补光学组件连接。
具体实施方式
现将详细参考本揭示案的当前优选实施方式，所述优选实施方式实例例示在附图中。可能的话，在整个附图中，使用相同或相似的参考数字指代相同或相似的部分。应当理解，本文揭示的实施方式仅是实例，并且每个实例并入有本揭示案的某些益处。可在本揭示案的范围内来对以下实例做出各种的修改和更改，并且不同实例的各个方面可按不同方式混合以获得其他实例。因此，本揭示案的真实范围应当根据但不限于本文所述实施方式来从本揭示案全文进行理解。
揭示的是具有用于将光学信号传达至集成电路的光学连接的内插器耦接组件以及使用所述内插器耦接组件的内插器结构和系统。如本文所使用，“内插器”或“内插器集成电路”意指具有用于传达光学信号的光学接口的光学/电学集成电路(IC)，并且“内插器结构”意指包括内插器或内插器集成电路的结构。本文所揭示的内插器耦接组件概念可为任何合适集成电路(IC)的一部分或按需要形成为用于与IC耦接的分立中间结构。例如，内插器耦接组件可为一或多个IC的具有电学和/或光学通信接口的部分。还揭示了相关光学组件，诸如用于附接至内插器耦接组件的光学插头组件。举例来说，内插器耦接组件可为独立IC的一部分，或者在另一实施方式中，内插器耦接组件充当电连接至电路板等的IC之间的信号桥，同时还能处理通过光学连接从内插器结构接收的高速光学信号。确切地说，内插器耦接组件和相关光学组件配合用于提供与电子装置的高速光学通信链接。实施方式可具有材料之间的匹配的热响应，以维持内插器耦接组件上的光学路径与内插器集成电路之间的适当光学对准。本文所述内插器耦接组件、内插器结构和光学组件是有利的，因为它们提供稳固的高密度光学解决方案，从而解决通过内插器提供用于IC或与IC的光学连接性的挑战。尽管实施方式可讨论为与IC分立的部件的内插器耦接组件，但是内插器耦接组件的概念可根据所揭示的概念集成为IC的一部分。另外，尽管在内插器耦接组件上下文中有所讨论，但是耦接组件概念在适当时也可用于其他应用。
图1和图2是具有用于将光学信号传达至集成电路(诸如内插器集成电路104，在下文为“内插器IC”)/从集成电路传达出光学信号的内插器耦接组件50的内插器结构100的透视图。换句话说，内插器结构100提供集成硅光子学解决方案，所述解决方案使用内插器耦接组件50来提供与集成电路(IC)等的光学通信，从而允许光学数据连接而非仅仅具有经由电连接器来进行的常规的铜数据连接。还示出了光学插头组件10，所述光学插头组件被附接至内插器耦接组件50以将光学信号传达至从另一装置的内插器结构100传达并传达出所述内插器结构的光学信号。在这个实施方式中，内插器IC 104包括用于光学信号和电信号的转换的电路，并与另一IC(诸如电光电路106)通信，诸如电学通信。然而，根据所揭示概念的其他实施方式可不使用电光电路106，而是具有一个IC(诸如内插器IC 104)中包括的所有所需的功能性。如图所示，内插器结构100包括电路板102、内插器IC 104和电光电路106、以及内插器耦接组件50。内插器IC 104和/或电光电路106可以电附接至电路板102，并可包括在它们之间的通信链路，诸如用于信号传送、电力等的电连接。所示内插器结构100也可任选包括散热器130，诸如设置于电光电路106上用以进行冷却并为所述结构的IC提供较低操作温度，但是其他冷却布置是可能的，诸如其他类型的散热器、冷却风扇等。图2是从另一角度示出的内插器结构100的透视图，其中光纤16从光学插头组件10的插头12移除。
图3是示出内插器结构100的内插器耦接器组件50与光学插头组件10的插头12之间未配接的光学连接的详细透视图，并且图4是光学连接的已配接的横截面图。如所描绘，内插器耦接器组件50包括光学转向元件60、具有梯度折射率(GRIN)透镜70的光学通路以及连接器附接鞍座80，所述连接器附接鞍座包括光学对准结构82，用于将光学插头组件10与内插器耦接器组件50的光学通路精确对准以与集成电路(诸如内插器IC 104)或其他电路通信。在这个实施方式中，光学对准结构82包括一或多个孔，所述孔设置于连接器附接鞍座80的相反侧，用于接收插头12的对准销，从而提供内插器耦接器组件50与插头12之间的光学对准。连接器附接鞍座80还包括了一或多个附接特征84，用于将插头12固定到所述连接器附接鞍座上。
内插器耦接器组件50也可包括任选窗口90(例如，非GRIN材料)，所述窗口允许在诸如850至1300纳米之间的传输波长下传输光学信号，但是其他波长是可能的。窗口90通过提供用于连接器附接鞍座80的安装参考表面来辅助内插器耦接器组件50的组装。窗口90具有合适厚度，并且形成内插器耦接器组件50的光学通路的一部分。窗口90提供内插器耦接组件50的GRIN透镜70与插头12的GRIN透镜之间的接口。内插器耦接器组件50的光学通路还包括具有长度L的GRIN透镜70和穿过光学信号转向元件60的通路(例如，非GRIN材料)。GRIN透镜70可以具有任何合适长度L。在一个实施方式中，GRIN透镜70具有长度L(图7)，所述长度短于将传达至内插器耦接器组件50的波长的四分之一间距。内插器耦接器组件50具有提供低轮廓的高度H。例如，高度H可为10毫米或更小，并且在其他实施方式中，可为6毫米或更小，高度H甚至可为3毫米或更小。
内插器IC 104可包括用于转换信号(诸如根据给定内插器结构的构造将光学信号转换成电信号(即，光电转换)和/或将电信号转换成光学信号(即，光电转换))的电路。例如，来自内插器耦接器组件50的光学信号可由光电二极管等接收，所述光电二极管是内插器IC 104的用于光电转换和信号的进一步处理的部分。同样，内插器IC 104可在来自内插器IC 104或其他电路的电信号进行电光转换之后，将光学信号传输至内插器耦接器组件50。内插器IC 104也可包括其他合适电路以按需要来对高速信号进行信号处理。然而，光学耦接组件50可直接附接至任何合适IC或结构，或者具有其他应用。例如，这个实施方式具有附接至任选基座98的内插器耦接器组件50。基座98可用于辅助内插器耦接器组件50的组装，并用于将内插器耦接器组件50的光学通道与内插器IC 104对准。基座98是由允许光学信号从中穿过而朝向内插器IC 104传输的材料形成。基座98也可包括对准基准点或其他物理结构，用于辅助基座98与光学转向元件60之间或基座98与内插器IC 104之间的对准。
另外，基座98可以具有如图1至图3所示附接至同一基座的多于一个内插器耦接器组件50。尽管图1至图3描绘在基座98中的一个上的两个内插器耦接器组件50，但是基座可按需要包括一或多个内插器耦接器组件，以便增加带宽能力。用于增加带宽能力的其他方法也是可能的。例如，光学转向元件60可以具有较大宽度以供将多个GRIN透镜70附接至单个光学转向元件60，而非针对每个GRIN透镜使用单独光学转向元件。图14至图18示出用于多个GRIN透镜阵列的其他可能布置，并且同样，光学插头组件将会具有互补布置。合适的连接器附接鞍座可在适当时与这些概念一起使用。
图4描绘内插器耦接器组件50与插头12之间的光学连接的横截面图。插头12传输和接收来自内插器耦接器组件50的光学信号。插头12包括具有多个孔14a的光纤组织器14(图11)，所述孔按需要布置成可为对称或不对称的精确阵列。插头12将在以下针对图8至图12更详细地讨论。例如，内插器耦接器组件50的光学通道限定的光学通路中的一个将会针对从插头12接收的光学信号进行讨论。从插头12接收的光学信号首先遇到窗口90。波长传输通过具有预先确定厚度的窗口90，并且窗口90实质上不影响信号传输，但确实会改变用于光学耦接的光学路径的总长度。接着，光学信号传递至紧靠窗口90的GRIN透镜70中，并且朝向光学信号转向元件60行进。GRIN透镜70具有准直光学信号的合适的折射率分布和合适长度。光学信号转向元件60由对正在传输的波长透明的合适材料(诸如LEXAN等)形成。光学信号转向元件60用于使光学信号向下朝内插器IC 104转向。例如，光学信号转向元件60可以具有全内反射(TIR)表面62，所述TIR表面如所知的那样是由光学信号转向元件60的材料/空气界面形成。然而，其他合适结构(诸如反射光学元件)也可用于将光学信号朝内插器IC 104转向。
图5是内插器结构100的内插器耦接组件50的透视图，并且图6是内插器结构100的分解图。内插器耦接组件50包括具有光学对准结构82的光学接口52，用于在与内插器耦接组件50配接期间定位光学插头组件10。如所描绘，GRIN透镜70被附接至光学信号转向元件60以使信号传达通过组件，并且连接器附接鞍座绕GRIN透镜70的一部分装配。内插器耦接组件50的组装将结合图7来更详细地讨论。合适互补组件可附接至内插器耦接组件50以便形成光学互连，并且互补组件(诸如插头)也可包括GRIN透镜。
使用允许光学连接的配接和拆解的光学互连对于装置的制造、组装、拆卸、移动、增加或变化来说是合乎需要的。此外，将其上带有精确安装的光学元件的精密集成电路与互补光学插头组件所相关联的力分离是有益的。例如，光学插头组件包括柔性波导，诸如光纤，所述光纤可在施加外力的情况下移动和转移，从而抑制将力传送至集成电路。另外，光学插头组件的一部分可锚固或应变消除至装置的刚性部分，以进一步使力与具有内插器耦接组件的集成电路隔离。因此，任何外力被抑制免于传输至具有内插器耦接组件的集成电路。
内插器耦接组件50与光学插头组件10之间的光学连接可以在相对小的区域中提供相对大数目的光学连接(即，穿过单个GRIN透镜的多个光学通道)，从而提供大的带宽连接，而无诸如串扰、杂散电容等通常与电连接相关联的任何问题。另外，光学连接中的光学通道的数目和密度以及因此带宽可通过使用具有多芯构造的光纤16而非单芯光纤来增加；然而，光学通道需要足够间隔，以便抑制光学串扰。在最简单的形式中，光学连接的插头12具有所附接的单个光纤，并且可为单芯或多芯光纤；然而，带宽可通过将多于一个光纤附接至插头或通过使用具有多个芯的光纤来大大增加。换句话说，与具有一个芯的光纤相比，使用带有具有八个芯的单个多芯光纤的插头可使带宽增加八倍。再例如，若干用于在每个光纤上传输多达八个光学信号的各自具有八(8)个芯的多芯光纤可使带宽显著增加，但是光纤可按需要具有任何其他合适数目的芯。以下参考图13至图18来提供对光学通道布置的进一步的讨论，并且图19描绘由内插器耦接组件50与光学插头组件10之间的光学连接形成的两个光学路径的简化示意图，所述光学连接类似于图4所示光学连接。
提供内插器IC 104的光学通路与光学插头组件10的光纤16之间的精确对准产生对准挑战。如果使用多芯光纤，那么对准挑战还会增加，因为还必须解决诸如旋转对准的问题，以便对准单个光纤中的多个芯。另外，甚至在温度变化较大情况下，仍需维持精确光学对准，并且如果内插器耦接组件50暴露于诸如焊料回流的工艺，那么精确光学对准可能包括对制造放main的挑战。因此，内插器耦接组件的一或多种材料与内插器集成电路的主要材料之间的热膨胀系数(CTE)需要匹配至给定值(即，材料之间的CTE差值)，以便适应温度变化，从而维持合适的光学连接性。在一个实施方式中，内插器集成电路104是由硅材料(诸如硅晶片)形成或可包括硅材料(诸如硅晶片)，其中光学通路在制造工艺期间形成于硅上。换句话说，在制造工艺期间，内插器集成电路的不同层形成在硅上。此外，内插器耦接组件的一或多种材料中的每种的CTE应当在内插器集成电路CTE的给定范围(例如，CTE差值)内，以在温度变化和/或制造工艺期间维持光学性能。
图7描绘示出内插器耦接组件50的构造的一系列的图像。尽管在制造内插器耦接组件的情形中加以描述，但是方法也可在适当时适用于制造用于其他应用的耦接组件。制造内插器耦接组件50的方法包括提供光学信号转向元件60以及提供GRIN透镜70。在一个实例中，GRIN透镜70的第一末端使用合适的粘合剂来附接至光学信号转向元件60。一种合适的粘合剂允许光学传输从中穿过，并且足够稳固以适应诸如在焊料回流工艺期间所经历的高温。因此，内插器耦接组件50可为组件的具有IC、电路板等的部分，并且所述组件能够承受焊料回流工艺。GRIN透镜70在光学信号转向元件60上的合适位置处来对准至元件60。如果将任选窗口90用于组件中，那么所述窗口可在任何时间使用合适的粘合剂(诸如用于附接GRIN透镜70的相同的粘合剂)来附接至GRIN透镜70。如图所示，窗口90被附接至GRIN透镜70的第二末端。同样，如果正在使用任选基座98，那么光学信号转向元件60和GRIN透镜70的子组件可对准，并且使用如本文讨论的合适的粘合剂来附接至所提供的基座98。连接器附接鞍座80随后绕GRIN透镜70对准并固定至基座98和/或窗口90(如果使用的话)和GRIN透镜70。制造内插器耦接组件50的方法可按需要包括其他步骤和/或部件。一旦组装，内插器耦接组件50可用于任何合适组件上。在其他制造方法中，内插器耦接组件50可以类似方式直接构造在所需装置上。
如果内插器耦接组件50将要经历焊料回流操作，那么所需的是内插器耦接组件50的一或多种材料与内插器集成电路104之间具有匹配的热响应，以用于在工艺期间维持内插器耦接组件50上的光学路径与内插器集成电路104之间的适当光学对准。换句话说，如果内插器集成电路的主要材料(例如，硅)与内插器耦接组件50材料之间的CTE并非完全相同(即，材料之间存在CTE差值)，那么在工艺期间的显著温度变化将不引起较大应力，因为内插器耦接组件50的部分可固定至内插器集成电路104，所述部分将以类似速率来膨胀或收缩并且减少部件和附接件上的应力。
例如，内插器耦接组件50是由一或多种材料形成，所述材料具有与用于内插器集成电路的CTE主要材料匹配的CTE，但实际上材料将会是不同的，并将存在CTE差值。然而，内插器耦接组件50材料应选择来提供所需的性能和材料特性、以及内插器耦接组件50与内插器集成电路的主要材料之间可接受的CTE差值。例如，在环境条件下，内插器耦接组件50材料中的一或多种与内插器集成电路的主要材料之间可接受的CTE差值在一个实施方式中为约4.0×10-6℃(Δmm/mm)，在另一实施方式中为约2.0×10-6℃(Δmm/mm)，并且在另一实施例中为约1.0×10-6℃(Δmm/mm)。典型的硅材料是各向同性的，并且在环境条件下具有2.6x10-6℃(△mm/mm)的CTE值。因此，对于所给实例来说，在环境条件下，内插器耦接组件50材料中的一或多种的CTE是2.6×10-6℃±1.0×10-6℃。同样，基座98也可具有与主要内插器集成电路104(如果使用的话)匹配的CTE。
用于连接器附接鞍座60的合适材料的实例是聚合物，所述聚合物包括填料以帮助维持与内插器集成电路104材料的所需CTE差值。例如，聚合物材料的填料具有相对高的百分比。例如，40重量％或更大，或70重量％或更大。合适的聚合物实例具有70重量％或更大的玻璃填料。除了玻璃外的其他材料也可用于填料材料，诸如陶瓷(像铝硅酸盐玻璃-陶瓷、硼硅酸盐玻璃、石英等)。当然，如果非填充材料具有合适的特性和性质，那么所述非填充材料可用于连接器附接鞍座60。作为可用于连接器附接鞍座60的低CTE非聚合物材料的非限制性实例的是以商品名INVAR(例如，64FeNi)可获得的铁镍合金。
另外，内插器耦接组件50可由具有大体上与内插器集成电路104的CTE匹配的CTE的材料形成。例如，光学信号转向元件60的CTE和内插器集成电路104的CTE与光学信号转向元件60材料CTE的CTE之间的差值匹配，所述差值在内插器集成电路材料CTE的40％百分比内，但是CTE匹配的其他值是可能的，并且可受设计具体细节的影响。
图8是光学插头组件10的插头12的透视图，并且图9是插头12的分解图。如图9最佳示出，插头12包括光纤组织器14、对准主体20、GRIN透镜30以及附接主体40。对准主体20包括通路22，所述通路从对准主体20后侧延伸至前侧。其他插头实施方式可包括在多于一个GRIN透镜用于插头的情况下呈任何合适布置的若干通路22。插头12还包括了一或多个任选的对准销46以及用于固定对准销46的任选的保持器48。换句话说，对准销46对于插头12来说并非必需，因为对准销替代地可为内插器耦接组件50的一部分。对准主体20也可任选包括一或多个对准销孔，用于接收任选的对准销46。如果使用的话，那么对准销孔24从对准主体20前端延伸至后端。如图9所示，附接主体40也可包括一或多个对准销孔43。对准销孔43可延伸穿过附接主体40的一部分，以便使对准销46可从中延伸穿过并如图8所示通过保持器48固定。附接主体40也可包括一或多个保持特征42，用于将插头12固定至内插器耦接组件50。在这个实施方式中，保持特征42是弹性臂，所述弹性臂具有突起以用于与附接特征84配合，所述附接特征被配置为内插器耦接组件50的连接器附接鞍座80上的开口。
图10是部分组装好的光学插头组件10的透视图，所述部分组装好的光学插头组件具有插入到对准块20中的GRIN组件8(图11和图12)。GRIN组件8被定位成使得GRIN透镜30正面定位在对准主体20的前表面的附近，并且可以合适方式固定，诸如使用粘合剂等。GRIN组件8的定位可使用被动或主动对准，以按需要将光纤的芯定位至对准主体20。在这个实施方式中，附接主体40包括开口侧41，使得光纤16可插入附接主体40中，因此对准主体20可定位在保持特征42之间。开口侧41是任选的，并且允许光纤16被附接至光纤组织器14，而不必将光纤牵引穿过附接主体40的孔。随后，对准销46可插入对准主体20的对准销孔24中以及附接主体40的对准销孔43中，因此，对准销46暴露在附接主体40的后方。此后，对准销46可由滑动保持器48围绕对准销46固定。
图11和图12分别是用于光学插头组件10的GRIN组件8的前透视图和后透视图。如所描绘，光纤组织器14包括布置成阵列的多个孔14a，所述孔从光纤组织器14前端延伸至后端，用于将一或多个光纤16接收在所述光纤组织器中。作为非限制性实例，阵列可布置为对应于内插器IC 104的光学通路的线性和/或圆形阵列。在一个实施方式中，光纤16是多芯光纤，但是其他类型光纤是可能的。在其他实施方式中，光纤组织器14可以包括单个孔14a，用于在需要时接收单个光纤。如果使用多芯光纤，那么光纤16中每个的旋转位置应当在光纤组织器14的单个孔14a内恰当对准，以便多个芯相对于内插器耦接组件50的光学路径处于所需位置。在光纤16被固定至光纤组织器14后，光纤16末端可按需要使用任何合适方法进行修整，诸如激光处理和/或机械抛光。此后，GRIN透镜30可使用用于光学传输的合适的粘合剂附接至光纤组织器14末端。根据本文所揭示的概念，光纤组织器14的其他变化也是可能的，诸如改变形状(诸如正方形或其他形状)、用于对准结构的不同布置等。另外，光纤组织器14可在周边包括一或多个键或键槽14b以用于与对准主体20的通路22配合来提供与所述对准主体的粗略或精细的对准。
存在许多不同光纤阵列布置，所述光纤阵列布置可与所揭示的概念一起使用。图13描绘类似于光纤组织器14的代表性的光纤组织器14’的端视图，示出可与合适光学插头组件10一起使用的阵列。如所描绘，光纤组织器14’具有多个孔14a，所述孔从前端延伸至后端以便接收多个光纤16。如图所示，光纤组织器14’包括多个光纤16。确切地说，光纤16包括多芯光纤和单芯光纤两者。多芯光纤各自具有八个芯，但是光纤可按需要具有不同数目的芯。此外，多个孔14a具有合适间隔。在这个实施方式中，相邻孔的间隔为约375微米，但是其他合适间隔布置是可能的。
图14至图18描绘代表性的光纤阵列的端视图，所述光纤阵列可与具有各自接收多个光纤的多个光纤组织器的其他插头一起使用。换句话说，其他插头的对准主体将具有用于接收GRIN组件的通路的其他形状，或对准主体将具有用于接收GRIN组件的多个通路。图14示出另一阵列，所述阵列具有以并排关系和相邻光纤之间不同的中心到中心间隔来布置的两个较小外径光纤组织器。在这个实施方式中，相邻光纤之间的中心到中心间隔S是450微米。阵列的中心到中心间隔S的其他布置也是可能的。光纤组织器/光纤之间相等间隔提供一定的对称性，但是间隔可按需要变化。
图15描绘具有三个光纤组织器14的另一阵列，所述光纤组织器以六方堆积构型布置，其中每个光纤组织器具有四个多芯光纤。此外，在任何光纤组织器布置中可以具有任何合适数目光纤。图16是具有四个紧密空间光纤组织器14的另一阵列，所述光纤组织器以线性阵列布置，其中每个光纤组织器具有单个多芯光纤16。图17是具有四个间隔开的光纤组织器14的另一阵列，所述光纤组织器以线性阵列布置，其中每个光纤组织器具有单个多芯光纤。当然，光纤组织器布置可具有其他1xN布置，诸如以线性阵列布置的六个、八个等光纤组织器。图18是具有多排光纤组织器14的又一阵列，所述光纤组织器以线性NxM阵列布置，其中每个光纤组织器具有单个多芯光纤16。多排光纤组织器可按需要紧密堆积在一起或间隔开来。这些只是根据所揭示的概念的许多不同可能布置中的几个。
图19描绘在内插器耦接组件50’与光学插头组件10’之间的光学连接中使用GRIN透镜的两个光学路径P1、P2的简化示意图，所述光学连接类似于图4所示布置。示出组件之间的中断点BP(即，配接界面)。为了允许光学信号朝向内插器集成电路的精确转向，用于内插器耦接组件50’和光学插头组件10’的GRIN透镜各自具有小于四分之一间距(例如，小于0.25P)的相应长度L。透镜的间距是光线横越透镜的全正弦周期的长度。例如，GRIN透镜将具有0.5毫米(mm)与5mm之间的长度L。另外，例如一个GRIN透镜的焦距在0.3mm与3mm之间，从而使射束(即，光学信号)扩展以具有在约60微米与450微米之间的准直空间射束直径。因此，具有约2mm或更小的外径的GRIN透镜可容纳来自多芯光纤的多达20个光学通道。如图19所示，GRIN透镜30与GRIN透镜70之间的距离由空气或非GRIN材料(诸如窗口90)填充，并且非GRIN材料的长度受到对象空间和图像空间中的远心条件约束。内插器耦接组件50和插头12的配接表面在需要时可角抛光以便增加回波损耗(return loss)。另外，非GRIN材料和GRIN透镜两者可具有用于减少背反射的防反射涂层。
可能存在对单个GRIN透镜传输和接收的光学通道的数目的实际限制。例如，当使用较短长度GRIN透镜时，组件焦距较短，准直空间中的扩束大小较小，并且GRIN透镜孔径大小也较小。较小孔径大小提供较小视场以使较少数目的多芯光纤可使用单个GRIN透镜来耦接。另一方面，为了维持相同光纤耦接效率，准直空间中的较小扩束大小提供对侧向偏移的较大公差，而针对角度不对准提供较小公差。因此，如果需要较大的角度不对准公差，那么需要短焦距连接器，例如像焦距为约1.5mm，这表示可使用常见光学元件耦接较小数目多芯光纤。例如，具有0.6毫米(mm)的焦距和0.35mm的外径的GRIN透镜可用于耦接一个多芯光纤，并且多个GRIN透镜可如图14至图18所示那样使用。因此，具有多个GRIN透镜的组件比具有使用单个较大直径和较长焦距的GRIN透镜的配置的组件更容忍角度不对准。说明性地，与使用耦接较少多芯光纤的较小GRIN透镜的配置相比，具有使用1.8mm外径和2mm焦距的GRIN透镜耦接十二个多芯光纤的单个透镜配置的图13更容易角度不对准。
图20和图21是另一光学插头200的透视图，所述光学插头可用于光学插头组件10的第二末端，以耦接至适配器面板300(图23)，并且图22是光学插头200的横截面图。
如图23中最佳示出，包括GRIN透镜230的插头200具有与插头12类似的构造，并且包括光纤组织器214、对准主体220以及用于耦接插头200的附接主体或外壳240。对准主体220包括通路，所述通路从对准主体220后侧延伸至前侧。其他插头实施方式可包括在多于一个GRIN透镜用于插头的情况下呈任何合适布置的若干通路22。插头200还包括了一或多个任选的对准销246以及用于固定对准销246的任选的保持器。如同插头12，对准销246对于插头200来说并非必需，因为对准销替代地在需要时可为互补组件400的一部分(图23和图24)。对准主体220也可任选包括一或多个对准销孔，用于接收任选的对准销246。如果使用的话，那么对准销孔从对准主体20前端延伸至后端。外壳240也可包括一或多个保持特征242，用于将插头200固定至适配器300，如图23所示。在这个实施方式中，保持特征242是具有用于接合适配器300的突起的弹性臂。图23是提供给适配器300以用于与互补光学组件400配接的插头200的透视图，并且图24是适配器300内的已配接的插头200和其互补光学组件400的部分横截面图。
本领域的技术人员将会清楚，可以在不脱离本揭示案的精神或范围的情况下，做出各种的修改和变化。由于本领域的技术人员可以想到并入有本揭示案的精神和主旨的所揭示的实施方式的修改组合、子组合和变化，因此，本揭示案应解释为包括所附权利要求书及其等效物范围内的任何内容。

Claims (13)

1.一种内插器结构，所述内插器结构包括：
用于将光学信号传达至集成电路的内插器耦接组件，所述内插器耦接组件包括：
连接器附接鞍座，所述连接器附接鞍座具有光学对准结构；
光学通路，所述光学通路包括GRIN透镜，所述GRIN透镜具有适用于接收多个光学信号的直径；以及
光学信号转向元件，所述光学信号转向元件与所述GRIN透镜相邻；
内插器集成电路，所述内插器耦接组件与所述内插器集成电路通信；
其中所述GRIN透镜被附接至所述光学信号转向元件，
其中所述内插器耦接组件由具有相应热膨胀系数(CTE)的一或多种材料形成，并且所述内插器集成电路由具有第二CTE的材料形成，并且在环境条件下，所述内插器耦接组件的所述一或多种材料中的每种与所述内插器集成电路之间的CTE差值是4.0×10-6℃(Δmm/mm)或更小。
2.根据权利要求1所述的内插器结构，其特征在于，所述光学信号转向元件包括全内反射表面。
3.根据权利要求1所述的内插器结构，其进一步包括基座，其中所述内插器耦接组件被附接至所述基座。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内插器结构，所述内插器耦接组件进一步包括窗口，所述窗口与所述连接器附接鞍座相邻。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的内插器结构，所述内插器耦接组件具有6毫米或更小的高度。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的内插器结构，所述GRIN透镜具有比传达至所述光学接口的波长的四分之一间距短的长度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的内插器结构，其特征在于，所述光学对准结构包括用于将光学信号对准至所述内插器耦接组件的一或多个光纤对准特征。
8.根据权利要求6所述的内插器结构，其特征在于，所述光学对准结构包括一或多个孔。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的内插器结构，所述内插器耦接组件具有附接至所述连接器附接鞍座的光学插头组件。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的内插器结构，所述光学插头组件被附接至所述内插器耦接组件，所述光学插头组件具有一或多个多芯光纤和GRIN透镜。
11.一种用于将光学信号传达至集成电路的组件，所述组件包括：
内插器耦接组件，所述内插器耦接组件具有带有光学对准结构的连接器附接鞍座、包括GRIN透镜的光学通路以及与所述GRIN透镜相邻的光学信号转向元件，其中所述GRIN透镜被附接至所述光学信号转向元件；
内插器集成电路；
基座，所述基座设置在所述内插器集成电路上，其中所述基座是由允许光学信号朝向所述内插器集成电路传输的材料形成，并且所述内插器耦接组件附接至所述基座；以及
光学插头组件，所述光学插头组件被附接至所述内插器耦接组件，所述光学插头组件具有一或多个多芯光纤和GRIN透镜，
其中所述内插器耦接组件与所述内插器集成电路通信，并且其中所述内插器耦接组件由具有相应热膨胀系数(CTE)的一或多种材料形成，并且所述内插器集成电路由具有第二CTE的材料形成，并且在环境条件下，所述内插器耦接组件的所述一或多种材料中的每种与所述内插器集成电路之间的CTE差值是4.0×10-6℃(Δmm/mm)或更小。
12.一种制造内插器结构的方法，所述内插器结构包括内插器耦接组件和内插器集成电路，所述方法包括：
提供光学信号转向元件；
提供GRIN透镜；
将所述GRIN透镜附接至所述光学信号转向元件；
提供连接器附接鞍座；
在所述内插器集成电路上提供基座，其中所述基座是由允许光学信号朝向所述内插器集成电路传输的材料形成；以及
将所述内插器耦接组件附接至所述基座，
其中所述内插器耦接组件与所述内插器集成电路通信，其中所述内插器耦接组件由具有相应热膨胀系数(CTE)的一或多种材料形成，并且所述内插器集成电路由具有第二CTE的材料形成，并且在环境条件下，所述内插器耦接组件的所述一或多种材料中的每种与所述内插器集成电路之间的CTE差值是4.0×10-6℃(Δmm/mm)或更小。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括提供窗口并将所述窗口固定至所述GRIN透镜的步骤。
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