CN1291257C - 带标准mpo接口的并行光纤阵列组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带标准MPO接口的并行光纤阵列组件，该组件包括：标准MPO接插口元件、凹形槽基片和上盖基片及光纤，该组件的特点，一端是传统的标准1xN MPO接插口，保持同用一致性，另一端与面发射激光阵列VCSEL芯片、光接收PIN芯片直接耦合，在基片上刻蚀并行凹形槽，采用并行凹形槽表面两侧线定位每一条光纤的方法，制作成光纤阵列组件。由于面发射激光阵列VCSEL和接收PIN阵列芯片都是采用光刻技术研制的，其每一个象元的位置定位精度都很高，与之直接耦合相对应的每一条光纤的定位精度达0.2-0.5μm，其每一个VCSEL/PIN象元和每一条光纤定位精度完全相同，耦合的效率和均匀性就能完全得到保证。

Description

带标准MPO接口的并行光纤阵列组件

                        技术领域

本发明属于光通讯、并行处理高性能计算机光互连技术等领域中有源和无源光光电子器件输入、输出并行光通道耦合接口的光纤阵列组件，特别涉及一种带标准MPO接口的并行光纤阵列组件。

                        背景技术

近几年以来，由于Internet通讯网、移动通讯和多媒体业务的飞速发展，IP数据流迅猛增长，光通信网所需的通讯设备和高性能计算机系统都向着T比特量级发展。在强大的市场驱动下，用于信息领域中各种新型被动器件和主动器件大量涌现。用于宽带高速领域的面发射激光阵列VCSEL芯片、光接收PIN芯片、各种用途的复用、解复用、分束器等平面波导芯片、微光机电开关MEMS芯片、等相继研制成功。上述芯片要封装制作成实用器件时，必须要有极高精度的光纤阵列组件作为芯片的输入和输出耦合接口，将上述芯片中的每一条光通路，和光纤阵列组件中相应的每一条光纤严格准确的对准，才能将光信号输入、输出，制作成长期稳定实用器件。上述器件的封装技术是确保器件的优良光学特性的关键技术，同时，也是最耗费人力的工序，它是器件成本中最高部分之一。

特别是面发射激光阵列VCSEL芯片、光接收PIN芯片要研制成并行发射和接收模块，需要带标准MPO接口的并行光纤阵列组件。该组件光纤阵列，不但要求每一条光纤的定位精度很高，而且光纤的一端需要带45°裸光纤头，直接与面发射激光阵列VCSEL阵列、光接收PIN阵列耦合，而另一端需要是1xN的标准MPO接口，该标准接口与带1xN的标准MPO接口的并行光纤微带耦合，传送并行发射和接收模块的每一个光学通道信息。目前，该带标准MPO接口的并行光纤阵列组件是一种采用压模技术研制的。1xN的标准MPO接口一致性较好，但是，另一端带45°裸光纤头的每一条光纤定位精度不是很高。

                        发明内容

本发明的目的是为了克服上述存在的问题和不足，提供一种新型的带标准MPO接口的并行光纤阵列组件，该组件的特点是一端是传统的1xN标准MPO插口，保持与带1xN的标准MPO接口的并行光纤微带耦合的一性，而另一端与面发射激光阵列VCSEL芯片、光接收PIN芯片直接耦合，则采用一种高精度的刻蚀技术，在玻璃基片上刻蚀高精度并行凹形槽，用并行凹形槽表面两侧线定位每一条光纤的方法，制作成光纤阵列组件。由于面发射激光阵列VCSEL和接收PIN阵列芯片都是采用光刻技术研制的，其每一个象元的位置定位精度都很高，约0.2μm，与之直接耦合相对应的每一条光纤的定位，都应采用与面发射激光阵列VCSEL和接收PIN阵列芯片象元单位精度相同的光刻技术，这样，才能保证每一个VCSEL/PIN象元和每一条光纤定位精度完全相同，耦合的效率和均匀性就能完全得到保证。

为了一端是标准的MPO插口，而另一端是用光刻技术高精度定位的光纤列阵，本发明提出了一种带标准MPO接口的并行光纤阵列组件，包括：标准MPO接插口元件、用光刻技术刻蚀的凹形槽基片130和上盖基片140及光纤，将凹形槽基片嵌入标准MPO接插口元件中间，排放在V形槽之后，并且使基片上每一个凹形槽与前面的每一个V形槽一一对应，并胶合固定为一个整体。排放并行光纤时，将1xN光纤微带一端的塑料包层剥离，清洗干净，将每一条裸光纤排放在相应的凹形槽表面两侧线和上基片之间，并沿V型槽分别穿入标准MPO接插口元件前面的每一个定位孔。从V形槽窗口注入紫外胶，让紫外胶沿着裸露光纤向前和向后流动填满光纤、凹形槽基片和上盖基片内，再照射紫外光固化，使得所有元件胶合成一个整。也可以先在刻有平行凹形槽平面玻璃基片和上盖平面玻璃基片之间，在凹形槽表面两侧线排放光纤，制作成一端带长度为S裸露光纤，而另一端在裸露光纤端面已加工成45°角的光纤阵列，然后将长度为S裸露光纤的一端，分别搁置在带标准MPO接插口中的V型槽内，并向前推入，使每一条光纤分别插入每一个定位孔内，从V形槽窗口注入紫外胶，让紫外胶沿着裸露光纤向前或向两侧流动，再固化，使得所有元件胶合成一个整体。注意上盖基片比凹形槽基片短1mm左右，让该1mm光纤裸露在凹形槽基片上，再将该裸露光纤一端加工成45°角，而另一个MPO端面加工成平面，抛光制作成一端带标准MPO接插口，这样，就研制成功了一端带45°裸露光纤头，而另一端是带标准MPO接插口的1xN光纤阵列组件。

所述的凹形槽基片的厚度为h-62.5μm，凹形孔的间距与1xN标准MPO接插口元件中的光纤定位孔和V形槽的标准间距基本相同，而精度远高于标准MPO接插口元件中的光纤定位孔的精度，基片的宽带与1xN标准MPO接插口元件中间宽度d相同，凹形槽基片长度与1xN标准MPO接插口元件的长度L相同，其中h为标准MPO接插口元件的光纤定位孔的高度，d为标准MPO接插口元件中间宽度，L为标准MPO接插口元件定位V形槽与尾部端的距离。

本发明的组件的特点是一端是传统的标准的1xN MPO接插口，保持了同用一致性，而另一端与面发射激光阵列VCSEL芯片、光接收PIN芯片直接耦合，则采用高精度的光刻技术，在玻璃基片上刻蚀并行凹形槽，采用并行凹形槽表面两侧线定位每一条光纤的方法，制作成光纤阵列组件。由于面发射激光阵列VCSEL和接收PIN阵列芯片都是采用光刻技术研制的，其每一个象元的位置定位精度都很高，与之直接耦合相对应的每一条光纤的定位精度可达0.2-0.5μm，每一个VCSEL/PIN象元和每一条光纤定位精度完全相同，耦合的效率和均匀性就能完全得到保证。

                        附图说明

图1为1xN标准MPO接插口元件结构示意图。

图2为尾部为斜口的1xN标准MPO接插口元件结构示意图。

图3为凹形刻蚀槽基片结构示意图。

图4为光纤排放方法示意图。

图5为中间两基片和光纤端部成45°斜角端面示意图。

图6a带标准MPO插口的并行光纤阵列组件结构示意图。

图6b一端尾部为斜口，另一端为标准MPO插口的并行光纤阵列组件结构示意图。

                        具体实施方式

首先，用传统的标准压模技术制作出如图1所示传统的1xN标准MPO接插口元件，该元件上有如下三个关键的功能：其一，两侧有两个贯通整个器件的定位销孔100，用于两个相对的器件对接时，使两个器件中的所有光学通道一致性完全耦合；其二，一端有1xN芯光纤定位孔110，用于1xN条光纤的严格定位；其三，在1xN定位孔之后，有1xN芯光纤定位V形槽120，它的高度和水平位置严格与前面的光纤定位孔相同，用于排放光纤时，导入每一条光纤到每一个定位孔中，同时，对每一条光纤起到支持作用。该传统的标准1xN MPO接插口元件也可以从市场上采购，将尾部上盖切除，或尾部再改制成斜角形状，其结构如图1和2所示的1xN标准MPO接插口元件。

为了更精确地与面发射激光阵列VCSEL和接收阵列PIN芯片中每一个象元耦合、接收，用光刻和反应离子刻蚀技术在一块并行平面基片上刻蚀出一些并行的凹形槽170，如图3所示。该基片的厚度为h-62.5μm，将125μm裸露光纤190嵌在凹形槽两侧线180后，其光纤的中心高度与1xN标准MPO接插口元件中的光纤定位孔110中心高度相同。凹形槽的间距严格为标准的250μm与1xN标准MPO接插口元件中的光纤定位孔110和V形槽的间距相同，但是，精度远高于标准MPO接插口元件中的光纤定位孔的精度。基片的宽带与1xN标准MPO接插口元件中间宽度d相同，并且，将此基片嵌入1xN标准MPO接插口元件中间后，使基片上每一个凹形槽170与前面的每一个V形槽和光纤定位孔一一对应，其长度与如图1中的长度L相同，基片嵌入其内后，胶合固定为一个整体。光纤的排放方法在以下作描述，如图4所示。

将宽度相同的上盖基片置于刻蚀基片之上，两侧上下对齐，上面基片比下面基片短约1-2mm，让下面刻蚀基片的后端露出1-2mm，将排气管150放下，使吸管接口的密封橡皮圈160完全与上基片接触，然后进行排气，让抽气管接口的密封橡皮圈牢牢吸住上基片。用五维微调整架调整上基片平面，首先，使上基片向上移动很小距离，严格监视上、下基片之间的空隙，调整到使上、下基片平面完全保持平行为止，然后再微整五维调整架让上、下基片之间的距离Δ略少于裸光纤的外径125μm。如图4所示，δ为一条裸光纤嵌入凹形槽的深度，上、下基片完全调整好时，其间距Δ应满足如下条件：

δ+Δ＝125μm。

为了让N条光纤中的每一条光纤能同时插入每一条凹形槽表面两侧线和上表面基片之间，并严格用凹形槽表面两侧线定位每一条光纤。在完全保持上、下基片平行的情况下，让上、下两基片的之间的间距为：

125μm≥Δ≥125μm-δ。

然后，将备用的端部塑料包层被剥离成裸露并行光纤微带，其裸露光纤长度大于如图1所示的L+S，S为标准MPO接插口元件定位V形槽与头部端的距离，其裸露光纤从后部搁置在上、下基片之间，并让N条光纤中每一条光纤逐条分别搁置在一条相应的凹形槽表面两侧线上，然后，将光纤微带的N条并行光纤同时向前推，使得每一条裸露光纤部分分别逐条嵌入一条相应的凹形槽表面两侧线和上基片之间。最后，再用微整五维调整架向下尾基片，将上基片完全压紧每一条裸露光纤背脊，使得每一条光纤完全定位在每一条凹形槽表面两侧线上。此光纤的排放全过程都在上方的光学仪器观察系统和前面的CCD监视系统进行严格监视情况下进行，最后，让每一条裸光纤都完全逐条的无缝隙紧密的排放在相应的凹形槽表面两侧线和上基片之间。而后，从V形槽窗口注入紫外胶，让紫外胶沿着裸露光纤向前和向后流动填满光纤和上、下基片，特别是基片后部，光纤裸露在下基片的部分，光纤的下面与凹形槽之间填满紫外胶，再照射紫外光进行光固化，使得所有元件胶合成一个整体。最后，截断尾部带胶层光纤，按照需要，端面加工成45°角，组件中间两基片和光纤端部成45°斜角端面如图5所示。而另一端面加工成90°角垂直平面，抛光制作成一端为标准MPO接插口，而另一端带45°裸露光纤头的1xN光纤阵列组件，如图6a和图6b所示的。

光纤排放的方式也可以采用另一种方式进行，首先，按照上述光纤排放的方式，严格在上方的光学仪器观察系统和前面的CCD监视系统进行严格监视情况下，裸露光纤在凹形槽表面两侧线和上基片之间，从前端向尾端推进，使光纤略长于下基片，并让每一条裸光纤都完全逐条的无缝隙紧密的排放在相应的凹形槽表面两侧线和上基片之间。注入紫外胶，让紫外胶沿着裸露光纤向后流动，填满光纤和上、下基片，和尾端裸露光纤的下端于下基片之间。再照射紫外光进行光固化，使得上、下基片和光纤胶合成一个整体，然后，前端留下裸露光纤长度稍大于S。最后，将此做好的组件嵌入1xN标准MPO接插口元件内，让每一条裸露光纤分别放置在每一条V形槽内，将组件向前推，使每一条光纤分别进入标准MPO的定位孔，并在前端露出一点光纤。在V形槽和基片侧面注胶，紫外光进行光固化成一个整体。按照需要，在玻璃基片一端面，裸露光纤加工成45°角斜面，而另一端面，加工、抛光成90°角垂直平面的标准MPO接插口，如图6a和图6b所示的。

Claims (4)

1、一种带标准MPO接插口的并行光纤阵列组件，包括：标准MPO接插口元件、凹形槽基片(130)和上盖基片(140)及光纤，其特征在于：将凹形槽基片(130)嵌入标准MPO接插口元件中间，并且使基片上每一个凹形槽与前面标准MPO接插口元件的每一个V形槽和光纤定位孔一一对应，并胶合固定为一个整体，将每一条裸光纤排放在相应的凹形槽表面两侧线和上盖基片之间，从V形槽窗口注入紫外胶，让紫外胶沿着裸露光纤向前和向后流动填满光纤、凹形槽基片和上盖基片上，再固化，使得所有元件胶合成一个整体。

2、一种带标准MPO接插口的并行光纤阵列组件，包括：标准MPO接插口元件、凹形槽基片(130)和上盖基片(140)及光纤，其特征在于：先在凹形槽基片和上盖基片之间，在凹形槽表面两侧线排放光纤，制作成一端带长度为S裸露光纤，而另一端在裸露光纤端面已加工成45°角的光纤阵列，然后将长度为S裸露光纤的一端，搁置在带标准MPO接插口中的V形槽内，并向前推入，使每一条光纤分别插入标准MPO接插口元件每一个定位孔内，从V形槽窗口注入紫外胶，让紫外胶沿着裸露光纤向前或向两侧流动，再固化，使得所有元件胶合成一个整体。

3、根据权利要求1或2所述的并行光纤阵列组件，其特征在于：将光纤一端面加工成45°角，而另一端面加工、抛光成90°角垂直平面，制作成一端带标准MPO接插口，另一端带45°裸露光纤头的1xN光纤阵列组件。

4、根据权利要求1或2所述的并行光纤阵列组件，其特征在于：所述的凹形槽基片的厚度为h-62.5μm，凹形槽的间距与1xN标准MPO接插口元件中的光纤定位孔和V形槽的标准间距相同，基片的宽带与1xN标准MPO接插口元件中间宽度d相同，凹形槽基片长度与1xN标准MPO接插口元件的长度L相同，其中h为标准MPO接插口元件的光纤定位孔的高度，d为标准MPO接插口元件中间宽度，L为标准MPO接插口元件定位V形槽与尾部端的距离。

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