CN107132624A - 具有固定内部光纤的光纤托架的光收发器 - Google Patents

具有固定内部光纤的光纤托架的光收发器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种在多个通道中执行全双工传输的光收发器。光收发器设置有：光学插座；半导体光学装置；内部光纤，其使光学插座与半导体光学装置光耦合；以及光纤托架，其固定内部光纤的额外长度。光纤托架设置有朝向与内部光纤卷曲的方向垂直的方向倾斜的内壁。内部光纤随着触碰倾斜的内壁并且在倾斜的内壁上朝向倾斜方向滑动而被设置在空间内。

Description

具有固定内部光纤的光纤托架的光收发器
技术领域
本发明涉及光收发器，具体地说，本发明涉及具有内部光纤的光收发器，该内部光纤使外部光学连接器与应用在光收发器内的光学装置光耦合。
背景技术
一种同时实现光发送功能和光接收功能的类型的光学装置通常被称为光收发器。光收发器装有用于光发送的光源的半导体激光二极管以及用于光接收的转换器的半导体光电二极管。当光收发器用作垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)型的激光二极管光源时，必须有使光源的光轴成直角弯曲的功能。即，VCSEL被安装在电路板上，同时，设置在光收发器的光学插座内的外部连接器具有与电路板垂直的光轴。因此，来自VCSEL的光必须成直角弯曲以与外部光学连接器光耦合。一个或多个内部光纤可以使光学装置与光学连接器光耦合，参见日本专利申请公开No.2008-090232。
耦合光学器件的内部光纤不可避免地具有多余长度，以便吸收光学器件的尺寸公差，并且减小因施加在其上的应力而产生的光学损耗。内部光纤的多余长度的处理成为光收发器的机械设计中的重要问题。上述现有专利文献中所披露的光收发器通过柔性印刷电路(FPC)板将同光纤耦合的透镜组件与电路板连接起来，以吸收器件的尺寸公差。然而，作为附加部分的FPC板提高了光收发器的装配成本。
发明内容
本申请的一方面涉及在发射通道和接收通道之间执行全双工通信的光收发器。光收发器包括光学插座、多光纤推入式(MPO)连接器、转换器、光纤束、光纤托架和电路板。光学插座接纳外部光学连接器。固定在光学插座内的MPO连接器与外部连接器光耦合。转换器包括设置有LD元件的激光二极管(LD)芯片，以及设置有PD元件的光电二极管(PD)芯片。光纤束包括内部光纤，内部光纤使MPO连接器与LD芯片和PD芯片光耦合，其中，光纤束具有比光学插座与转换器之间的距离长的额外长度。光纤托架将光纤束固定在其中。具有主表面的电路板在其主表面上安装有LD芯片、PD芯片和光纤托架。本申请的光收发器的特征在于，光纤托架在转换器与光学插座之间安装在电路板上，并且光纤束在光纤托架中与连接转换器和光学插座的方向相平行地卷曲(即，沿光收发器的纵向卷曲)。
优选地，光纤托架具有将光纤束固定在其中的空间，该空间具有倾斜于与连接转换器和光学插座的方向垂直的方向(即，倾斜于光收发器的横向)的内表面。
附图说明
参考附图根据以下对本发明的优选实施例的详细描述，将更好地理解上述和其它目的、方面以及优点，其中：
图1是根据本发明的实施例的光收发器的外观；
图2示出了图1中所示的光收发器的内部；
图3也示出了图1所示的光收发器的内部；
图4示出了装配有电路板的耦合部分的剖视图；
图5是内部光纤的透视图；
图6是电路板的透视图；
图7A和图7B示出了光纤托架；
图8A至图8D示出了通过光纤托架固定内部光纤的机构；
图9A和图9B分别示出了从光纤托架的前方和后方观看到的光纤托架；并且
图10A是从光纤托架的侧面观看到的光纤托架的透视图，其中，光纤托架的一部分被切掉以示出其内部，并且图10B示出了从光纤托架的后面观看到的光纤托架的剖视图。
具体实施方式
接下来，将参考附图描述本发明的实施例。本发明并不受限于实施例，而是可以包括在权利要求及其等同内容的范围内对实施例的全部修改和变型。另外，在附图的说明中，彼此相同或相似的附图标记或符号将指代彼此相同或相似的元件，并且不重复进行解释。
图1是根据本发明的光收发器的外观，其中，光收发器1遵循被称为四通道小型封装可热插拔(QSFP)的多源协议(MSAs)中的一种。光收发器1可以可插拔地装在主机系统上并且同时实现光发送和光接收的功能。光收发器1在光发送中设置有四个通道并且在光接收中设置有另外四个通道，其中，各个通道具有例如10Gbps或25Gbps的速度性能。因此，光收发器1可在高达10Gbps×4＝40Gbps或25Gbps×4＝100Gbps的通信容量下运行。本发明的光收发器将其应用引进到传输长度被限制在几百米到几千米的数据中心内的通信。
光收发器1设置有将电路板2封装在其中的壳体3。具体地说，光收发器1的壳体3可以由形成封装电路板2的空间的顶部壳体4和底部壳体5构成，其中，电路板2安装在底部壳体5上。在本实施例中，顶部壳体和底部壳体可以由铝(Al)和/或锌(Zn)合金的压铸形成，但顶部壳体和底部壳体也可以由表面上具有金属涂层以提高EMI屏蔽性能的树脂制成。
光收发器1在其一端还设置有MPO(多光纤推入式)连接器6，其中，MPO连接器6将外部光学连接器接纳在其中。在以下解释中，方向“前”和/或“前方”与设置MPO连接器6的一侧对应，另一方向“后”和/或“后方”是设置电插头2的一侧。然而，这些方向仅仅是出于解释的原因而假定的，并且本发明的范围不受这些假定的影响。光收发器1还可以在各个侧部中设置滑动件7以及与滑动件7结合的拉杆8。在推拉拉杆8时，滑动件7可以沿连接前侧和后侧的方向纵向地滑动。
滑动件7在各自的后端设置有从壳体3的侧部突起的突起部71。滑动件7在其与突起部71相邻的后部分处向内弯曲。将光收发器1插入主机系统中所配备的保持架中，各端中的滑动件7可以被设置在壳体3的侧壁的凹部31内。当光收发器1被设置在保持架内时，保持架中的片部抵靠在凹部31的后壁31a上，这防止了光收发器1从保持架滑离。在光收发器1处于保持架中的这种状态下向前滑动拉杆8，这将推挤滑动件7的端部分从而向外推动突起部71，抵靠在后壁31a上的保持架中的片部可以从后壁31a脱开；然后，可以将光收发器从保持架抽出。
图2和图3是示出光收发器1的内部的透视图，其中，图2去除了拉杆8、滑动件7和顶部壳体4，并且图3进一步去除了底部壳体5、光纤托架11、夹具12和支撑件13，其中，光纤托架11、夹具12和支撑件13将在后文中描述。除了MPO连接器6和电路板2之外，光收发器1还将耦合部分9、内部光纤束10、光纤托架11、夹具12和支撑件13这些部件封装在形成于顶部壳体4与底部壳体5之间的空间中。
在光收发器1中，在将半导体光学装置的光轴设定为垂直于电路板2的主表面的情况下，将半导体光学装置安装在电路板2上。另一方面，MPO连接器6的光轴(确切地说，设置在MPO连接器6内的MT(机械传输)插芯的光轴)平行于电路板2的主表面延伸。即，电路板2上的半导体光学装置的光轴与MT插芯的光轴成90°角。设置在光收发器1中的耦合部分9可以将这些光轴对准。耦合部分9可以在被支撑件13包围并支撑的状态下安装在电路板2上。
包括内部光纤10c的光纤束10使MPO连接器6中的MT插芯与耦合部分9光耦合。如图3所示，光纤束10设置有布置成阵列并且在相应端与MT连接器10a和10b耦合的内部光纤10c。本实施例中的各内部光纤10c彼此独立，并且同MPO连接器6中的MT连接器10a与耦合部分9之间的距离相比各自具有额外长度。因此，这种内部光纤10c可以吸收MT连接器10a与MT连接器10b之间的位置公差或尺寸公差。
设置在MPO连接器6与耦合部分9之间并且安装在电路板2上的光纤托架11可以接纳内部光纤10c的额外长度。本实施例的光收发器1的一个特征在于，仅一部分布置内部光纤10c的光纤托架11具有大致等于MPO连接器6和/或耦合部分9的尺寸(特别是横向宽度的尺寸)。换言之，电路板2安装有这样的光纤托架11：光纤托架11的横截面和底部轮廓分别与壳体3的横截面和电路板2的面积相当。
将耦合部分9设置在电路板2上的设计位置的支撑件13具有字符C的平面形状，其中由字符C中的各个条部(bar)包围的内部空间将耦合部分9固定在其中。支撑件13也固接在电路板2上。夹具12可以与支撑件13协作将耦合部分9固接于电路板2，并且将MT连接器10b与耦合部分9固定。
图4是安装在电路板2上的耦合部分9的剖视图。电路板2在其主表面2a上安装有LD芯片2b，LD芯片2b整合有布置成阵列的LD元件。本实施例中的LD元件为朝向与电路板2的主表面2a垂直的方向发射LD光的垂直腔面发射LD(VCSEL)的类型。电路板2还安装有PD芯片2c，PD芯片2c整合有布置成阵列的PD元件。在图4中PD芯片2c放置在LD芯片2b的后面，并且PD芯片2c将在图6中示出。可通过内部光纤10c接收来自MPO连接器6的光信号的PD元件沿与LD元件的阵列相同的横向布置成阵列。电路板2在其主表面2a中还安装有监视器PD(mPD)2d。mPD 2d也整合有与LD元件和PD元件一样横向布置的PD元件。mPD 2d中的PD元件可以感测从LD元件输出的光信号。因此，mPD 2d安装在电路板2上，使得mPD 2d中的PD元件与LD元件大致平行。
电路板2在其主表面2a中还安装有诸如下述电子器件：激光驱动器2e，其整合有各自独立地驱动LD元件的驱动元件；以及前置放大器2f，其还整合有放大从PD芯片2c中的PD元件输出的信号的放大器元件等。这些电子装置2e和2f优选地设置为尽可能靠近LD芯片2b和PD芯片2c，这是由于光学装置2b和2c与电子装置2e和2f之间的距离严重地影响电子信号的质量，尤其是当电子信号包括超过数千兆赫兹的极高频分量时。
覆盖了包括LD芯片2b和PD芯片2c的光学半导体装置的耦合部分9与电路板2固接。耦合部分9设置有反射表面9a，反射表面9a法线相对于电路板2的主表面2a成45°的角度。耦合部分9还设置有透镜9b至9d，透镜9b至9d用于将从LD元件输出的散射光转换为准直光或者将准直光转换为用于PD元件的会聚光。耦合部分9还装配有反射镜9e，反射镜9e反射从LD元件输出并透过反射表面9a的光。耦合部分9可以由模制树脂制成。
如上文所述，从LD芯片2b输出的光被透镜9b转换为准直光束，被反射表面9a反射为使光的光轴成直角弯曲从而指向前方，并且被前部透镜9d会聚在保持在MT连接器10b中的内部光纤的端部上。尽管未在附图中示出，但反射表面9a设置有具有三角形截面的尖部或肋部。被透镜9b准直的光中的进入反射表面9a中的尖部的部分透过尖部并且朝向反射镜9e行进从而被反射。被反射镜9e反射的光的一部分朝向电路板2行进并且最终被透镜9c会聚在mPD 2d上。因此，在反射表面9a中形成的尖部使安装在主表面2a上的mPD 2d能够感测从LD芯片2b输出的光的功率。
来自设置在MPO连接器6内的外部光学连接器的光经过内部光纤10c的传播从耦合部分9的前端进入耦合部分9。进入耦合部分9的光被透镜9d转换为准直光束，被反射表面9a反射为使其光轴成90°弯曲，并且最终会聚在PD芯片2c的PD元件上。
图5是光纤束10和附接固定在光纤束的各端的MT连接器10a和10b的透视图。本实施例中的光纤束10包括两端分别终止于MT连接器10a和MT连接器10b的十二(12)个内部光纤10c。MT连接器10a和10b设置有MT插芯10d，MT插芯10d在其一个端面中将内部光纤10c的末端10f露出。MT插芯10d的端面在内部光纤10c露出的末端10f的两侧还设置有引导孔10e。MT插芯10d的另一端面还设置有保护罩10g，保护罩10g保护在由MT插芯10d保持的部分中的内部光纤10c。
如已描述的，本实施例的光收发器1具有发送彼此独立的四(4)个信号并且接收同样彼此独立的四个信号的功能，这意味着光收发器1用作四个光发射器件和四个光接收器件。为了实现全双工构造，光收发器1必须使用八(8)个内部光纤10c。然而，如上文所述，光收发器1实际装有十二(12)个内部光纤10c，其中布置在光纤束10的每一侧的四个内部光纤10c传输光学信号。布置在光纤束10中央的其余四个内部光纤10c不传输任何光信号。这是出于减少光收发器的成本的原因。即，包括十二个光纤的光纤束是本领域常用的，并且采用容易获得的部件导致成本的减少。内部光纤10c具有足够将MT连接器10a和10b连接起来的长度，从而不产生应力但也不形成环。
图6是固定光纤束10的光纤托架11的透视图，其中，光纤托架11安装在电路板2上。电路板2还安装有LD芯片2b、PD芯片2c、mPD 2d、LD驱动器2e的电子器件、前置放大器2f等。光纤托架11固定内部光纤10c的额外部分，并且光纤托架11的布置是本发明的特征。
图7A至图8D示出了设置在光纤托架11内的内部光纤10c的布置，其中，图7A和图7B示出了从前方观看到的内部光纤10c的布置，而图8A示出了不受光纤托架11影响的内部光纤10c的布置，图8B和图8C示出了从侧边观看到的内部光纤10c的布置，并且图8D示出了从前方观看到的布置。
如图8A所示，在将内部光纤10c用在光收发器1中之前，内部光纤10c可以直线延伸。当内部光纤10c具有相对较短的长度时，该长度仍比MPO连接器6与耦合部分9之间的距离长从而留有额外长度；如图7A和图8B所示，即使在将内部光纤10c设置在光纤托架11内时，内部光纤10c也不触碰光纤托架11的顶板11a。
然而，当内部光纤10c具有足够的额外长度时，如图8C所示，在将光纤托架11安装在电路板2上之后，内部光纤10c触碰顶板11a。如图8D所示，由于顶板11a的内表面朝向侧边倾斜，因此当将光纤托架11固接于电路板2时，触碰顶板11a的内部光纤10c可以在倾斜的顶板上朝向侧边滑动而不产生任何应力。
如图7B所示，即使当内部光纤10c具有较长的额外长度时，本发明所描述的光纤托架11也容易将内部光纤10c成对角地固定在其中。上述倾斜的顶板11a是沿光收发器1的横向引导内部光纤10c的表面。在实例中，倾斜的顶板11a与电路板2的主表面2a成一定角度；即，倾斜的顶板11a在光收发器1的横向上相对于电路板2不平行地延伸。倾斜的顶板11a还与顶部壳体4的内表面成一定角度。
图9A示出了从前方观看到的光纤托架11的外观，图9B是从后方观看到的光纤托架11的外观，图10A示出了侧剖视图，并且图10C示出了光纤托架11的后剖视图。可由树脂制成的光纤托架11设置有第一侧壁11b、第二侧壁11c以及将侧壁11b和11c连接起来的顶壁11d。第二侧壁11c的前端和后端分别设置有前平台11f和后平台11g，前平台11f和后平台11g均朝向第一侧壁11b突出。这两个平台11f和11g与顶壁11d可以形成从前向后延伸的窗口11e。前平台11f和后平台11g还分别相对于第一侧壁11b形成引导部11h和11i。尽管窗口11e具有比MT连接器10a和10b狭窄的面积，但可以将内部光纤10c穿过引导部11h和11i设置在窗口内。侧壁11b和11c设置有向下延伸的腿部11b1和11c1，并且腿部11b1和11c1设置有钩锁电路板2的背面的钩部11b2和11c2。因此，光纤托架11可以固接于电路板2。
参考图10A，如上文所述，本实施例的光纤托架11设置有倾斜的顶板11a，倾斜的顶板11a具有沿光收发器1的纵向的拱形截面。此外，在从前方或后方观看时，光纤托架11的顶壁11d具有随着靠近引导部11h和11i而逐渐减小的厚度，如此可以形成倾斜的顶板11a。因此，即使当内部光纤10c设置有足够的额外长度时，内部光纤10c的额外部分也可以在倾斜的顶板11a上朝向引导部11h和11i侧滑动。
本实施例所描述的光纤托架11设置有用于固定内部光纤10c的额外长度的空间并且该空间具有倾斜的顶板11a。由于实施例的内部光纤10c或光纤束10具有带状光纤或束状阵列的布置；因此其额外长度可以沿垂直于带状平面或阵列平面的方向弯曲或卷曲。当MT连接器10a或10b布置为使得光纤束10在光收发器1中上下延伸时，光纤托架11优选地设置有带倾斜侧壁的用于固定内部光纤10c的内部空间。即，侧壁11b和11c中至少一个优选地具有沿竖直方向倾斜的内表面。
本申请要求2016年2月29日提交的日本专利申请No.2016-037806的优先权，该专利申请通过引用的方式并入本文。

Claims (6)

1.一种光收发器，其执行发送通道与接收通道之间的全双工通信，所述光收发器包括：
光学插座，其接纳外部光学连接器；
多光纤推入式连接器，其与所述外部光学连接器光耦合，所述多光纤推入式连接器固定在所述光学插座内；
转换器，其包括设置有激光二极管元件的激光二极管芯片以及设置有光电二极管元件的光电二极管芯片；
光纤束，其包括使所述多光纤推入式连接器与所述激光二极管芯片和所述光电二极管芯片光耦合的内部光纤，所述光纤束具有比所述光学插座与所述转换器之间的距离长的额外长度；
光纤托架，其将所述光纤束固定在其中；以及
电路板，其具有主表面，所述电路板将所述激光二极管芯片、所述光电二极管芯片和所述光纤托架安装在所述电路板的所述主表面上，
其中，所述光纤托架在所述转换器与所述光学插座之间安装在所述电路板上，并且
所述光纤束在所述光纤托架中与连接所述转换器和所述光学插座的方向相平行地卷曲。
2.根据权利要求1所述的光收发器，
其中，所述光纤托架具有将所述光纤束固定在其中的空间，所述空间具有倾斜于与连接所述转换器和所述光学插座的方向垂直的方向的内表面。
3.根据权利要求1所述的光收发器，
其中，所述光纤束在与所述多光纤推入式连接器连接的一端设置有一个机械传输连接器，且在与所述转换器耦合的另一端设置有另一机械传输连接器，所述一个机械传输连接器和所述另一机械传输连接器的截面宽于所述光纤托架中的所述空间的截面，
所述光纤托架的所述空间在面向所述多光纤推入式连接器和所述转换器的端部分别具有引导部，所述光纤束被设置为穿过所述引导部。
4.根据权利要求3所述的光收发器，
其中，所述激光二极管芯片和所述光电二极管芯片具有垂直于所述电路板的所述主表面延伸的光轴，
所述光收发器还包括耦合部分，所述耦合部分使所述激光二极管芯片的光轴和所述光电二极管芯片的光轴成直角弯曲，所述光纤束的所述另一机械传输连接器与所述耦合部分耦合。
5.根据权利要求1所述的光收发器，
其中，所述光纤束包括12个内部光纤，所述内部光纤中的4个与所述激光二极管芯片光耦合以用于光发送，并且所述内部光纤中的另外四个与所述光电二极管芯片光耦合以用于光接收，所述内部光纤中的其余四个不作任何连接。
6.根据权利要求5所述的光收发器，
其中，所述光纤束为具有平面的阵列形状，所述光纤束的所述额外长度垂直于所述阵列形状的所述平面而弯曲。
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