CN212031792U - 用于在光学连接器与光电基板之间提供接口的光子适配器及用于安装到载体基板的光电组件 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及光子适配器及光电组件。所述光子适配器具有用于将光子适配器耦接到光学连接器的第一正面及用于将光子适配器耦接到光电基板的第二正面。光子适配器包括多个光纤，所述光纤设置在光子适配器的第一正面与第二正面之间。光子适配器包括从光子适配器的至少第一正面突出的至少一个对准销。至少一个对准销被配置为插入光学连接器中，以将光缆的光纤与光子适配器的光纤对准。

Description

用于在光学连接器与光电基板之间提供接口的光子适配器及 用于安装到载体基板的光电组件
优先权申请
本申请请求2017年3月7日申请的美国临时申请第62/467,981号的权利，其全部内容依赖于此并以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种用于将光缆耦接到光电基板的通用光子适配器。
背景技术
越来越多的应用程序使用光信号来传输数据。光信号通过光缆的光纤传输。为了进一步处理数据，光纤必须耦接到光电基板，所述光电基板将通过光缆传输的光信号转换成电信号。光电基板可包括光子集成电路(PIC)或平面光波电路(PLC)。光电基板设置在载体基板上，例如包括集成电路(例如ASIC)的印刷电路板，以进一步处理电信号。
通常通过光缆的各个光纤与光电基板的光学波导的主动对准来制造光纤到芯片互连。为此，端接光缆的光学连接器必须耦接到光电基板。根据常用技术，使用粘合剂UV固化将光缆的光纤粘合到光电基板的正面，光学波导端接于所述正面。有时，支撑装置用于支撑光纤。这种支撑材料块通常粘附到光电基板的侧面。
此技术的缺点在于，在不损坏先前配合的组件的情况下，不能释放光缆的光纤与光电基板之间的连接。此外，在多数情况下，光缆/光学连接器和光电基板的配合组件不能通过软纤焊工艺放置在印刷电路板上。在软纤焊工艺(例如,回流焊工艺)，出现高达260℃的温度并且通常导致光缆的光纤与光电基板的光学波导之间的光学连接的变形或者甚至破坏光学连接。
需要提供一种光子适配器，所述光子适配器用于在端接光缆的光学连接器与光电基板之间提供接口，其中光子适配器提供可以通过光学连接器重新连接的连接平台。进一步期望提供一种包括光子适配器的光电组件，其中例如通过使用回流焊工艺，光电组件可以承受通常在将组件软纤焊到载体基板期间发生的高温。
实用新型内容
公开了一种用于在光学连接器与光电基板之间提供接口的光子适配器。
光子适配器包括用于将光子适配器耦接到光学连接器的第一正面；以及用于将光子适配器耦接到光电基板(例如，光电基板)的第二正面。光子适配器进一步包括多个光纤，所述多个光纤设置在光子适配器的第一正面与第二正面之间，使得光纤的各自的第一前侧端接于光子适配器的第一正面，并且光纤的各自的第二前侧端接于光子适配器的第二正面。光子适配器进一步包括从光子适配器的至少第一正面突出的至少一个对准销。至少一个对准销被配置为插入端接光缆的光学连接器中，以对准光缆的光纤与光子适配器的光纤。
光子适配器可以用作光电基板与光学连接器之间的接口，用于在光电基板与光缆之间传输光学数据。光子适配器可以包括支撑基板，所述支撑基板可以配置为玻璃板。支撑基板可以包括用于放置至少一个对准销的至少一个第一凹槽，以及光纤固定在其内部并从支撑基板的两侧抛光的第二凹槽。第一和第二凹槽可以设置在支撑基板的材料中。第二凹槽可以设置在两个第一凹槽之间以接收对准销。第一和第二凹槽可以形成为V形槽。
至少一个对准销可以固定在支撑基板与另一基板之间。基板可以配置为硅树脂或玻璃基板，例如玻璃板。低CTE(热膨胀系数)材料用于至少一个对准销，其与保持至少对准销的基板的玻璃和硅树脂相匹配。这允许大的工作温度范围而不降低耦接效率。
至少一个对准销可以配置为从光子适配器的两侧突出。从光子适配器的第一正面突出的至少一个对准销的第一部分被配置为插入光学连接器中，以将光缆的光纤对准光子适配器的光纤。从光子适配器的第二正面突出的至少一个对准销的第二部分被配置为插入光电基板侧面的配合结构中，以将光电基板的光学波导对准光子适配器的光纤。
还公开了一种用于安装到载体基板的光电组件。
光电组件包括以上所述的光子适配器、光电基板，例如光电芯片，以及耦接对准层。光电基板可包括PIC或PLC。光电基板包括光学波导。光学波导的各自的前面端接于光电基板的正面。耦接对准层包括配合结构，所述配合结构被配置为接收光子适配器的至少一个对准销以将光子适配器配合到光电基板。配合结构和至少一个对准销形成为使得在光子适配器和光电基板的配合状态下，光子适配器的光纤和光电基板的光学波导彼此对准，以便在光子适配器的光纤与光电基板的光学波导之间传输光。至少一个对准销设置在耦接对准层的配合结构中。
在光子适配器的设置有光电基板的一侧上，在组装过程中，优选地使用软纤焊或焊接技术将至少一个对准销永久地连接到耦接对准层的配合结构。在光子适配器的另一配合侧上，光子适配器被配置为可以连接到外部电缆组件的通用光学接口。
为了将至少一个对准销结合到耦接对准层的配合结构，使用金属互连，例如软纤焊或焊接技术。与粘合剂结合相比，此技术允许高的组装温度，使得光子适配器以及完整的光电组件，即处于配合状态的光电基板和光子适配器，可以承受通常在软纤焊工艺(例如，回流焊工艺)中发生的高温，以将光电组件安装在载体基板(例如，印刷电路板)上。
光子适配器为电缆侧提供通用光学接口，其始终保持对准销之间的相同距离、各个光纤相对于对准销的位置，以及物理接触连接器机构。光子适配器为光子适配器安装到光电基板的一侧提供可定制的光学接口。光子适配器的光纤与光电基板的光学波导之间的耦接可以通过各种方法来执行，例如物理接触耦接、透镜耦接、通过柔性波导(例如由玻璃或聚合物制成的波导)的耦接，以实现倏逝波/绝热耦接、光学镜转向耦接，例如通过使用45°镜，或光纤转向耦接，例如使用以小半径弯曲并垂直于光电基板的光学波导耦接的柔性光纤。
包括配合结构的耦接对准层可以设置在光电基板的表面上。由于光子适配器没有胶合到光电基板的侧面，而是通过固定在耦接对准层的配合结构中的至少一个对准销机械地耦接到光电基板，任何机械力分布在光电基板的表面区域上而不是光电基板的边缘上。
包括配合结构的耦接对准层可以由玻璃或金属制成。如果在用于光电基板与载体基板之间的电互连的耦接对准层的材料中使用玻璃通孔，则使用玻璃结构允许倒装芯片组装，例如其上安装有光电组件的印刷电路板。将金属结构用于耦接对准层允许从光电基板到冷却体的有效热扩散。
附图说明
图1A示出用于在光学连接器与光电基板之间提供接口的光子适配器的实施方式。
图1B示出用于在光学连接器与光电芯片之间提供接口的光子适配器的第一实施方式的剖视图。
图1C示出用于在光学连接器与光电芯片之间提供接口的光子适配器的第二实施方式的剖视图。
图2示出用于安装到载体基板的光电组件的实施方式。
图3示出安装在载体基板上的光电组件的第一实施方式的剖视图。
图4示出安装在载体基板上的光电组件的第二实施方式的剖视图。
图5示出光子适配器和光电基板的实施方式，其中配合结构以未配合状态设置在光电基板上。
图6A示出处于未配合状态的光电组件和光学连接器的套管的实施方式。
图6B示出处于配合状态的光电组件和光学连接器的套管的实施方式。
图7A示出处于未配合状态的光电组件和光学连接器的套管的另一实施方式。
图7B示出光子适配器与光电基板之间的透镜耦接的放大视图。
图8A和图8B示出使用对准销接收器制造光电组件的方法步骤，所述对准销接收器由玻璃制成并且以第一取向安装在光电组件上以将光子适配器结合到光电基板。
图9A和图9B示出使用对准销接收器制造光电组件的方法步骤，所述对准销接收器由玻璃制成并且以第二取向安装在光电组件上以将光子适配器结合到光电基板。
图10A和图10B示出使用对准销接收器制造光电组件的方法步骤，所述对准销接收器由金属制成并且以第一取向安装在光电组件上以将光子适配器结合到光电基板。
图11A和图11B示出使用对准销接收器制造光电组件的方法步骤，所述对准销接收器由金属制成并且以第二取向安装在光电组件上以将光子适配器结合到光电基板。
图12A至图12C示出用于制造适用于倏逝波耦接的光子适配器的方法步骤。
图13A至图13C示出用于制造适用于倏逝波耦接的光子适配器的其他方法步骤。
图14A和图14B示出用于制造光电组件的方法步骤，所述光电组件具有光子适配器的光纤与光电基板的光学波导之间的倏逝波耦接。
图15A和图15B示出使用玻璃间隔物制造光电组件的方法步骤，所述玻璃间隔物用于将光子适配器结合到光电基板。
图16示出用于将光纤边缘结合到光电基板的光子适配器的实施方式。
图17A和图17B示出使用边缘附件制造光电组件的方法步骤，所述边缘附件用于通过玻璃导轨将光子适配器安装到光电基板上。
图18A和图18B示出使用边缘附件制造光电组件的方法步骤，所述边缘附件用于通过玻璃桥接轨道将光子适配器安装到光电基板。
图19A至图19C示出用于制造接收对准销的光子适配器的方法步骤。
图20A至图20E示出使用不同耦接方案将光子适配器光学耦接到光电基板的光电组件。
具体实施方式
现将在下文中参考附图更全面地描述光子适配器和包括所述光子适配器的光电组件的实施方式。然而，光子适配器和光电组件可以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所述的实施方式。相反，提供这些实施方式，以使得本公开能够将光子适配器和光电组件的范围完全传达给本领域技术人员。附图不一定按比例绘制，而是配置成清楚地示出光子适配器和光电组件的不同实施方式。
图1A示出用于在光学连接器与光电基板之间提供接口的光子适配器100 的实施方式。光子适配器100包括用于将光子适配器100耦接到光学连接器的第一正面101，以及用于将光子适配器100耦接到光电基板的第二正面102。光子适配器100包括设置在光子适配器的正面101与正面102之间的多个光纤 140。光纤140的各自的前侧141端接于光子适配器的正面101。光纤140的各自的前侧142端接于光子适配器的正面102。
光子适配器100包括从光子适配器的至少正面101突出的至少一个对准销 150。图1A示出包括两个对准销150的光子适配器100的实施方式。至少一个对准销150被配置为插入端接光缆的光学连接器中，以将光缆的光纤与光子适配器100的光纤140对准。
至少一个对准销150具有从光子适配器100的正面101突出的第一部分151。至少一个对准销150的部分151被配置为插入光学连接器中，以将光学连接器机械地耦接到光子适配器100并将光子适配器100的光纤140与光缆的光纤彼此对准，从而将光从光子适配器100的光纤140传输到光缆的光纤，反之亦然。
至少一个对准销150具有从光子适配器100的正面102突出的第二部分 152。至少一个对准销150的第二部分152被配置为插入耦接对准层的配合结构中，所述配合结构安装在光电基板上，以将光子适配器100机械地耦接到光电基板，并将光子适配器100的光纤140与光电基板的光学波导对准，从而在光电基板的光学波导与光子适配器100的光纤140之间传输光。
图1B示出图1A的光子适配器100的剖视图。光子适配器100包括支撑基板110，所述支撑基板110包括至少一个凹槽111以接收至少一个对准销150。支撑基板110可以实施为玻璃或硅树脂板。至少一个对准销150通过粘合剂附接到至少一个凹槽111。光子适配器进一步包括第一覆盖基板120，所述第一覆盖基板120设置在第一支撑基板110上方，使得至少一个对准销150固定在支撑基板110与覆盖基板120之间。覆盖基板120可以实施为玻璃或硅树脂板。
支撑基板110进一步包括多个凹槽112。多个凹槽112中的每一者被配置为接收多个光纤140中的一者。凹槽112设置在横向布置的凹槽111之间的支撑基板110。用于接收对准销150的凹槽111设置在支撑基板110的材料中比用于接收光纤140的凹槽112更深。多个光纤140通过粘合剂附接到支撑基板 110的凹槽112。
光子适配器100进一步包括覆盖基板130，所述覆盖基板130设置在支撑基板110的表面S110上。支撑基板110的表面S110指向覆盖基板120。多个光纤140由覆盖基板130覆盖。支撑基板110和覆盖基板130形成包括光纤 140的光子适配器的套管10。覆盖基板130可以实施为玻璃或硅树脂板。
根据图1B的实施方式，覆盖基板130具有平坦表面，通过所述平坦表面，光纤140被覆盖并固定在支撑基板100的凹槽112中。图1C示出光子适配器 100的另一实施方式，其中覆盖基板130具有分别由平坦表面部分132分开的多个凹槽131。如图1C所示，覆盖基板130设置在玻璃板310的表面S110上，使得光子适配器100的光纤140由玻璃板330的平坦表面部分132覆盖。
支撑基板110与覆盖基板120和130形成玻璃套管，所述玻璃套管包括具有附接的对准销150的光纤140。这种子组件允许用于光纤芯片耦接的模块化方法。基本上，光学连接器的MTP套管可以附接在光子适配器的侧面101上，并且光电基板/芯片的正面可以附接在光子适配器100的另一侧102上。凹槽 112使得能够相对于对准销150精确地对准光纤140。
支撑基板110与覆盖基板120和130可以配置为玻璃板。根据图1C所示的实施方式，凹槽112的区域115在支撑基板110的表面S110中下降。包括凹槽112的下降区域115在两侧具有倾斜表面116。覆盖基板130具有横向设置的倾斜表面113，所述倾斜表面113邻接在支撑基板110的倾斜表面116上。
根据图1B所示的覆盖概念，覆盖基板130的表面是平坦的，以仅仅将光纤140固定到支撑基板110的V形槽112中。覆盖基板120不具有V形槽并且胶合在支撑基板110和覆盖基板330的组件上方。覆盖基板120的主要功能是将对准销150固定在其V形槽111中。所有的覆盖基板都胶合在一起以构建具有光纤140和固定对准销150的常用套管。
图2示出用于安装到载体基板2的光电组件1的实施方式。载体基板2 可以配置为印刷电路板20。光电组件1包括图1A和图1B所示的光子适配器 100，以及光电基板200(例如，光电芯片)。光电基板200可以包括PIC或PLC。光电电路200包括光学波导210。光学波导210的各自的前面211端接于光电电路200的正面201。模场转换器/模场扩展器1000可以设置在光学波导210 的一部分上，以便在光子适配器的光纤140与光电基板200的光学波导210 之间传输光时，提供模场转换。
光电组件1进一步包括耦接对准层300，所述耦接对准层300包括配合结构310。耦接对准层300可以由玻璃或金属制成。配合结构310被配置为接收光子适配器100的至少一个对准销150，以将光子适配器100配合到光电基板 200。配合结构310和至少一个对准销150形成使得如图2所示，在光子适配器100和光电基板200的配合状态下，光子适配器100的光纤140和光电基板 200的光学波导210彼此对准，以在光纤140与光学波导210之间传输光。
至少一个对准销150设置在耦接对准层300的配合结构310中，并且可以使用粘合剂、软纤焊或激光焊接固定到耦接对准层的配合结构310。配合结构 310由耦接对准层300的材料中的至少一个切口区域311形成。根据图2所示的实施方式，耦接对准层300设置在光电基板200的顶部上。
图1A示出基本形式的光子适配器100，所述光子适配器100包括支撑基板110和覆盖基板120、130的双层夹心V形槽组件。光纤140的两个前侧141 和142都在支撑基板110的正面113、114处抛光。对准销150和光纤140的设置精度由支撑基板110的凹槽111和112给出，从而限定了用于适合光纤 140和对准销150的结构。结构精度通常在亚微米范围内。
根据图1A至图1C所示的光子适配器100的实施方式，至少一个对准销 150的中心轴与光纤140的各自的中心轴在垂直于至少一个对准销150和光纤 140的各自的中心轴的方向设置成彼此偏移。重要的是纤芯相对于对准销具有偏移，因为对准销不与光电基板的边缘接合，但与耦接对准层300接合。需要将偏移调整并控制到若干维度，例如V形槽、V形槽深度等。在此V形槽座中，偏移非常有限。
特别地，图1C所示的实施方式提供了改进的偏移变化。根据此实施方式，支撑基板110以及覆盖基板130具有V形槽112、131，以允许纤芯到销的表面偏移的更好变化。
在组装过程中，光纤140插入支撑基板110的凹槽112中并使用覆盖元件 130的内盖结构胶合到位以形成套管10。然后子组件/套管10将进行双面抛光，使得光纤的前侧141和142被抛光。最后的组装步骤是将对准销150插入支撑基板110的两个外部凹槽111中以及附接覆盖基板120以将对准销150保持在适当位置。对准销150的长度可以自定义。
可以使用有源或无源对准技术来完成光子适配器100到光电基板200的附接。图2示出通过有源对准过程使用通过读出经由光纤140和光学波导210 传输的信号的主动反馈信息将光子适配器100耦接到光电基板200以及调整光子适配器100相对于光电基板200的位置，从而最大化耦接效率的示例。在光电基板200的表面顶部的耦接对准层300的配合结构310用作参考表面，用于使用粘合剂结合、软纤焊或激光焊接技术来附接对准销150。
对于光子适配器100的部件、光电基板200以及耦接对准层300，使用低 CTE材料。根据可能的实施方式，光电基板200可以包括硅树脂基板，例如硅树脂表面PLC，并且光子适配器100可以包括具有非常相似的CTE的硼硅酸盐玻璃板，并且将沿水平轴产生非常小的差分偏移变化，例如，在70℃的温度范围内仅为84nm。
关于对准销150，由Kovar制成的销在垂直轴上显示出小于122.5nm的偏移。没有考虑粘合剂、软纤焊或激光焊接在配合结构310的切口区域311中的影响。然而，由于对准销150附接到配合结构310的侧壁，任何结合收缩或膨胀应当通过设计来补偿，因为出现的力向量指向相反的方向。
从组装可靠性的观点来看，将对准销150软纤焊或激光焊接到配合结构 310保证了在高温组装过程中的最佳性能，例如高温回流过程。如果通过粘合剂将对准销150固定在配合结构310中，则可以选择粘合剂组合物以在约 260℃的回流焊温度下保持一段时间，以保持低损耗耦接的精度。
图3示出图2的光电组件1的剖视图。光电基板200可包括具有提供光学波导210的区域的PLC、具有配合结构310的耦接对准层300，以及光子适配器100，其中对准销150插入配合结构310中。光电组件进一步包括安装在耦接对准层300顶部的散热器400。
一旦光电组件1完全组装，如图2和图3所示，光电基板200与光子适配器100一起附接到载体基板2，例如印刷电路板20。图3示出在光电基板200 与载体基板2之间使用焊线500的引线结合附接。如果焊线500用于光电基板 200与载体基板2之间的电互连，则耦接对准层300的材料可以是低CTE金属，例如具有约5ppm/K的CTE的Kovar。这将允许低热膨胀并因此在后续组装过程中具有低机械应力，并且为顶部安装的散热片或散热器400提供良好的导热性。
可以使用环氧树脂将光电基板200附接到载体基板2。光子适配器100和耦接对准层300已经预组装并且不用作散热器400的热导体，散热器400在将电互连从光电基板200引线结合到载体基板2之后安装在组件的顶部上。
图4示出光电组件1的另一实施方式，所述光电组件1包括光电基板200、耦接对准层300以及通过对准销150耦接到光电基板200的光子适配器100。根据图4所示的实施方式，光电基板200与耦接对准层300一起倒装安装在载体基板2的顶部。散热器400直接安装到光电基板200的表面202(即，背面)。耦接对准层300设置在光电基板200的表面203上。
根据图4所示的实施方式，具有配合结构310的耦接对准层300由玻璃制成。耦接对准层300可以包括用于接收光子适配器100的对准销150的切口区域311中的金属化侧壁。光电基板200与载体基板2之间的电互连通过设置在耦接对准层300中的金属化玻璃通孔320实现。
如果光电组件倒装安装到载体基板2，则耦接对准层300的材料优选地是具有金属化玻璃通孔的玻璃基板，所述玻璃基板的最小厚度作为光子适配器 100的对准销150的直径。电信号和电力通过耦接对准层300提供给载体衬底 2。用于接收对准销150的切口区域311可以在侧壁上金属化，以允许所有三种可能的组装技术，即粘合剂结合、软纤焊及激光焊接。
图5示出在将光子适配器100耦接到光电基板200之前处于未配合状态的光电组件1的实施方式。为了将光子适配器100，特别是光子适配器的光纤140 对准到光电基板200的光学波导210，在光电基板200的顶面处，在光电基板 200的材料中提供对准结构220。
对准结构220可以用于无源对准，作为上述有源对准的替代。对于无源对准，可以在光电基板200上实现精密参考结构(例如，对准结构220)，用于接收和校准对准销150，使得光纤140与光学波导210充分对准，以便以低损耗进行光耦接，并且不需要处理反馈信息。精密基准/对准结构220可以配置为用于接收至少一个对准销的至少一个V形槽，所述V形槽集成在光电基板200 的顶面处的材料或共同安装或集成到光电基板200中的其他硬停止中。
为了将包括光纤的光缆连接到光电组件1，光缆由光学连接器端接。图6A 示出包括处于配合状态的光子适配器100、光电基板200以及耦接对准层300 的光电组件1，以及端接光缆4的光纤40的光学连接器3。光学连接器3包括套管30，所述套管30包括空腔31。
图6B示出光学连接器3，其中套管30机械连接到光电组件1。对准销150 的部分151插入套管30的空腔31中，以将光缆4的光纤40对准光学适配器 100的光纤140。套管30设计用于匹配对准销150的相应位置。特别地，套管 30和光子适配器100设计成使包括在套管30中的光纤40与光子适配器100 的光纤140之间的物理接触。取决于光纤的数量和抛光表面的质量的某种配合力是必要的，以确保所有光纤40与相应配合部的适当接触。
图2至图6B示出光电组件1的实施方式，其中光子适配器100与光电基板200的边缘物理接触，用于将光子适配器100的光纤140直接耦接到光电基板200的光学波导210。图7A和图7B示出光电组件1的另一实施方式，其中使用光学透镜600匹配光电基板的光学波导210(例如，PLC)的小模场直径与光子适配器100的光纤140的较大模场直径来实现光子适配器100与光电基板200之间的光学接口。光学透镜600可以实施为微透镜。通过在光子适配器100的抛光正面102与光学透镜阵列600之间使用薄的环氧树脂/粘合剂线，光学透镜600可以在光纤140的前侧的前面附接到光子适配器100。
图8A至图11B示出光电组件1的实施方式，其中耦接对准层300不是以“一体式设计”形成，即，不是设置在光电基板200上的连续体或连续层而没有用于前述实施方式的耦接对准层300的任何中断，如图所示。根据图8A至图 11B所示的光电组件1的实施方式，耦接对准层300由单独的对准销接收器 330a、330b形成。对准销接收器330a、330b分别具有接收光子适配器100的对准销150的空腔331。空腔331可为U形的。
对准销接收器330a、330b具有其空腔331的内宽，所述内宽与对准销150 的外径紧密匹配。各个对准销接收器330a、330b的设计确保对准销150与对准销接收器330a、330b之间的间隙很小，从而最小化使组装期间移位的可能性。对准销接收器330a、330b安装在光电基板200的顶面上的距离可以适应对准销150之间的间距，而连续对准耦接层必须以高精度制造，使得接收对准销150的配合结构的槽之间的距离精确地适应对准销150之间的距离。在位于对准销150附近的简单侧块上使用各个对准销接收器330a，330b的另一个优点在于，在有源对准功率峰值期间，对准销接收器跟随光子适配器的横向运动。
光子适配器100如图1所示设计。光学波导210设置在光电基板200的顶面中并且配置为波导阵列。图8A至图11B还示出间距转换器基板1100，所述间距转换器基板1100附接在光纤140的前侧142的前面，以在光子适配器 100的光纤140与光电基板200的光学波导210之间提供光桥。
图8A、图8B、图9A及图9B分别示出处于未配合和配合状态的光电组件1的实施方式。对准销接收器330a、330b实施为玻璃块。这些玻璃块可以通过精密玻璃再拉工艺制造，其中可以在制造表面上实现微米级公差。
图8A和图8B示出光电组件1的实施方式，其中对准销接收器330a、330b 向上定向，其各自的空腔331位于光电基板200的表面上。图9A和图9B示出另一种配置。销接收器330a、330b的各个玻璃块倾斜，使得空腔331的纵轴垂直于光电基板200的顶面设置。空腔的U形直径位于光电基板200的平面中。图9A和图9B所示的配置可以增加附接到对准销150的薄垂直元件330a、 330b的刚度。
为了将对准销接收器330a、330b安装在光电基板200的顶面上，在光电基板200的表面与对准销接收器330a、330b的表面之间涂覆薄粘合剂层，所述对准销接收器330a、330b的表面与光电基板200的顶面接触。为了将对准销150的部分152固定在对准销接收器330a、330b的空腔331中，将粘合剂涂覆在空腔331内并固化以将对准销150保持在其目标位置。同时，对准销接收器330a、330b与光电基板200的顶面之间的薄粘合剂层被固化，以将对准销接收器330a、330b固定在光电基板200上如图8A至图9B所示的位置。
根据图8A和图8B所示的光电组件的实施方式，对准销150的部分152 从上方插入对准销接收器330a、330b的空腔331中。根据图9A和图9B所示的光电组件1的实施方式，对准销150的部分152侧向插入对准销接收器330a、 330b的空腔331中。
图10A、图10B、图11A及图11B示出光电组件1的其他实施方式，其中对准销接收器330a、330b分别被配置为设置在光电基板200的顶面上的金属块。
根据图10A和图10B所示的实施方式，对准销接收器330a、330b定向在光电基板200的顶面上，使得空腔331的纵轴垂直于光电基板200的顶面定向。对准销150的部分152侧向插入对准销接收器330a、330b的空腔331中。
根据图11A和图11B所示的实施方式，对准销接收器330a、330b定向在光电基板200的顶面上，使得对准销接收器330a、330b的各自的空腔331向下反转，从而在光电基板200的顶面上形成通道以接收对准销150的部分152。在将光子适配器100的光纤140对准光电基板200的光学波导210之后，对准销接收器330a、330b从上方放置到光电基板200的顶面，使得对准销150的部分152接收在对准销接收器330a、330b的各自的空腔331中，如图11A所示。
为了将图10A至图11B所示的对准销接收器330a、330b固定在光电基板 200的顶面上，在光电基板200的顶面与对准销接收器330a、330b的各自的表面之间提供薄粘合剂层，所述对准销接收器330a、330b的表面指向光电基板200的顶面。使用用于对准销接收器的独立金属块的配置允许对准销接收器 330a、330b在粘合剂固化之前在横向对准过程中跟踪对准销的运动。根据另一实施方式，图10A和图10B所示的金属对准销接收器330a、330b可以预先弯曲成弹簧结构，所述弹簧结构紧密地夹紧对准销150的部分152，而不管其在最终粘合剂固化时的垂直位置。
在图8A至图11B所示的所有对准销接收器解决方案中，各个对准销接收器330a和330b可以通过低模量材料(例如硅树脂)或薄弧形构件保持在一起。此连接构件将允许各个对准销接收器330a和330b实现对准销150的正确间距，同时实现对准销接收器与对准销之间的小间隙。在组装期间，通过将多个对准销接收器组合在一起，连接构件还将简化多个对准销接收器的定位。以此方式，在精密有源对准之前，使用例如连接构件上的单一夹点粗略地定位多个对准销接收器。
图1至图11B示出光电组件1的实施方式，其中对准销150从光子适配器100的正面101和102突出。光子适配器100的这种配置允许将光子适配器 100被动地对准到光电基板200。以下图12A至图19C示出光子适配器100和光电组件1的实施方式，其中对准销在光子适配器的正面102处被截短。光电基板200不包括具有配合结构的耦接对准层，以接收对准销的部分152。对准销150仅通过部分151在光子适配器的正面101上延伸，以将光学连接器耦接并对准光子适配器的正面101。由于对准销的部分152被截短，光子适配器100 必须通过使用有源对准光学耦接到光电基板200。
图12A至图15B示出光电组件1的实施方式，其中光子适配器100和光电基板200通过重叠片结合技术机械地固定。图16至图19C示出光电组件1 的实施方式，其中光子适配器100通过边缘结合技术机械地固定到光电基板 200。
图12A至图12C示出使用配置为所谓的D形光纤阵列160的光纤140的光子适配器的组装过程的第一制造步骤。D形光纤阵列包括并排设置在支撑基板110的凹槽112中的光纤140，其中移除光纤140的涂层和包层。处理光纤 140使得每一光纤140具有平坦顶面。D形光纤阵列的光纤在支撑基板110的凹槽112中定向，其平面朝上。
使用粘合剂和设置在D形光纤阵列的光纤140上方的覆盖基板130将D 形光纤阵列160的光纤140保持在凹槽112中。覆盖基板130可以配置为薄玻璃盖板。覆盖基板130可以胶合到支撑基板110的表面115上，如图12B所示。在将D形光纤阵列160固定在支撑基板110的凹槽112中之后，移除在光子适配器100的正面101上延伸的光纤140的涂覆部分，并且抛光在支撑基板110的正面处暴露的纤芯。
图12C示出在移除D形光纤阵列160的光纤140的涂覆部分之后的光子适配器100。覆盖基板130被配置为使得D形光纤阵列160仅被覆盖基板130 部分地覆盖，从而离开D形光纤阵列160的末端，所述D形光纤阵列160的末端靠近支撑基板110的侧面114设置，并且没有被覆盖基板130覆盖，所述覆盖基板130暴露用于随后倏逝波耦接到光电基板的光学波导。
在图13A至图13C所示的下一组装步骤中，短路对准销150，即不具有在支撑基板110的正面114上延伸的部分152的对准销被放置在支撑基板110 的凹槽111中。如图13B所示，将对准销放置在凹槽111(例如，V形槽)中之后，顶部覆盖基板120从上方放置在对准销上。顶部覆盖基板120可以配置为玻璃板。顶部覆盖基板130用粘合剂固定就位。
图13C示出组装的光子适配器100，其中D形光纤阵列160被覆盖基板 130部分地覆盖，并且对准销150设置在支撑基板110的凹槽111中并且固定在支撑基板110与覆盖基板120之间。
图14A和图14B示出图13C的光子适配器100附接到光电基板200，例如包括PLC的基板/芯片。光电基板200包括光学波导210，所述光学波导210 被配置为提供在光电基板200的上表面中的波导阵列。如图14A所示，图13C 的光子适配器100被反转，使得D形光纤阵列160的光纤140的平坦表面向下定向，如图12A所示。然后，光子适配器100在光电基板200的顶面上下降并有源或无源对准，使得D形光纤阵列160的光纤140的纤芯以近距离放置在光学波导上方，并且与光电基板200的光学波导210对准。
光子适配器100通过在支撑基板110的重叠表面部分与光电基板200的上表面之间提供粘合剂而固定到光电基板200。粘合剂远离D形光纤阵列160和光电基板200的表面波导210涂覆，以通过机械坚固的宽面积接头将光子适配器100和光电基板保持在一起。
图15A和图15B示出包括光子适配器100的光电组件1的实施方式，所述光子适配器100具有支撑基板110及设置在支撑基板110上方的覆盖基板 120。支撑基板110包括用于接收对准销150的凹槽111及用于接收光纤140 的凹槽112。覆盖基板120的尺寸相对于支撑基板110增大，使得覆盖基板120 悬伸在支撑基板110上。覆盖基板120的悬伸部分121提供机械坚固的大面积连接表面。
对准销150的直径向上偏置覆盖基板120的位置，使得覆盖基板120的底部远高于光电基板200的顶面，例如PLC。为了桥接此间隙，在光电基板200 的顶面上提供间隔基板1200。间隔基板1200可由玻璃制成。间隔基板1200 夹在覆盖基板120与光电基板200的顶面之间，如图15A所示。间隔基板1200 可包括切口区域1210，以为位于光电基板200的周边边缘处的芯片或其他部件提供间隙。
图15B示出包括光子适配器100的光电组件1，所述光子适配器100通过将覆盖基板120的突出部分121安装到间隔基板1200的顶面上而固定到光电基板200。覆盖基板120的悬伸部分121可以通过在间隔基板1200的顶面与覆盖基板120的悬伸部分121的底面之间涂覆粘合剂而固定到间隔基板1200。
图16示出包括支撑基板110的光子适配器100的实施方式，所述支撑基板110具有用于接收对准销150的凹槽111及用于接收光纤140的凹槽112。光纤140被覆盖基板/盖板130覆盖。顶层基板/覆盖基板120设置在对准销和覆盖基板130上方。图16所示的实施方式类似于图13C所示的光子适配器的实施方式，其中支撑基板110的悬伸区域已被消除，从而在适合于将光子适配器边缘附接到光电基板的光子适配器100的正面102处留下支撑基板110和覆盖基板120、130的共同平坦表面。光纤140可以配置为D形光纤阵列。图16 的方法还适用于标准的基于SMF-28的光纤阵列。
图17A和图17B示出图16的光子适配器100边缘附接到包括设置在光电基板200的顶面上的波导阵列中的光学波导210的光电基板200(例如，PLC)。光学适配器100使用例如由玻璃制成的轨道1300结合到光电基板200的边缘，轨道1200预先施加到光电基板200的顶面。轨道1300的正面1301与支撑基板200的正面201齐平地安装。在图17A和图17B所示的光学波导210的周边处的轨道或盖基板方式允许为安装到光电基板200的边缘的光子适配器100 提供垂直对称性。
图18A和图18B示出通过桥接轨道1400(例如，玻璃轨)将光子适配器100 边缘附接到光电基板200。与包括如图17A和图17B所示的轨道1300的光电组件1的实施方式相比，图18A和图18B所示的桥接轨道1400被修改以适应位于光电基板200的光学波导210周边的基板或其他部件，其中光学波导210 耦接到光子适配器100的光纤140。这些部件可包括附接到光电基板表面的模场转换器/模场扩展器1000，或附接到光子适配器100的柔性波导基板。桥接轨道1400具有凹口1410以覆盖安装在光学波导210上的部件。桥接轨道1400 可以通过金刚石锯切、粗磨或玻璃再拉工艺切口。图18A和图18B示出桥接轨道1400预先施加到光电基板200的顶面，使得桥接轨道的正面1401与光电基板200的正面201齐平地安装。
在使用在光纤140的前侧142前面附接到光子适配器100的柔性基板的情况下，在光子适配器100附接到光电基板200边缘期间，柔性基板可以穿过桥接轨道1400的凹口1410。一般而言，凹口1410还可以用作无源对准引导件，用于相对于光电基板200的表面上的光学波导210定位柔性波导基板。
图19A至图19C示出用于组装接收对准销150的光子适配器100的方法步骤。光子适配器100包括支撑基板110，所述支撑基板110具有用于接收光纤阵列的光纤140的凹槽112及用于接收对准销150的凹槽111。如图19A和图19B所示，在顶层基板/覆盖基板120与底层/支撑基板110之间插入被配置为精密玻璃间隔物的覆盖基板130。
除了提供对准销之外，图19B所示的光子适配器100的配置允许接收对准销150。覆盖基板/玻璃隔板130同时用于保持光纤阵列的光纤140向下并在顶层基板110与底层基板120之间形成导销尺寸的空腔。看起来可通过选择性地挑选市售玻璃板获得精确的玻璃厚度(控制在<0.2μm)。图19C示出在使用期间部分地插入了对准销150的光子适配器100。也可以使用这种方法制造基于雌雄同体销的连接器。
为了实现简化的图示，除了图7A和图7B之外，先前的附图示出光子适配器100的光纤140与光电基板200的光学波导210之间的物理接触耦接。然而，在实际使用中，根据耦接技术，光子适配器100可以在正面102上定制到光电基板。图20A至图20E示出可用于将光子适配器100的光纤140光学耦接到光电基板200的光学波导210的各种耦接技术。
图20A至图20E示出包括由覆盖基板110和130提供的套管10的光子适配器100，其中光纤140设置在套管10中。顶层基板/覆盖基板120被示出具有用于将光子适配器100附接到包括光学波导210的光电基板200的悬伸部分 121。然而，图20A至图20E所示的不同耦接技术不限于图20A至图20E所示的重叠片结合技术。
图20A示出物理接触耦接方案，其中光子适配器100的光纤140和光电基板200的光学波导210通过光学波导210的前面211与光子适配器100的光纤140的前侧142之间的直接接触而光学耦接。根据图20A所示的物理接触接口方案，凹槽112中的光纤140的抛光前侧142与光学波导210的前面211 直接接触。还可以在此物理接口之间添加折射率匹配材料以减少光学背反射。
图20B示出透镜耦接方案，其中光子适配器100的光纤140和光电基板 200的光学波导210通过光学透镜600光学耦接。相应的一个光学透镜600在光子适配器100的光纤140的各自的前侧142前面设置在光子适配器100的正面102。如果光电基板200的光学波导210与光纤140具有不同的模场直径，则透镜阵列600优选地附接到光子适配器100。
图20C示出柔性波导耦接方案，其中光子适配器100的光纤140和光电基板200的光学波导210通过相应的柔性波导700光学耦接，所述柔性波导 700设置在光纤140的各自的前侧142与光学波导210之间，用于光的倏逝波耦接。柔性波导700实施为玻璃或聚合物波导。
图20D示出光学镜耦接方案，其中光子适配器100的光纤140和光电基板200的光学波导210通过相应光学镜800光学耦接，所述光学镜800设置在光子适配器100的光纤140的各自的前侧142与光电基板200的光学波导210。根据图20D所示的实施方式，80-90°的光学转向用于耦接到光电基板200的垂直波导光栅中。
图20E示出光纤转向耦接方案，其中光子适配器100的光纤140和光电基板200的光学波导210通过相应的柔性耦接光纤900光学耦接，所述柔性耦接光纤900设置在光子适配器100的光纤140的各自的前侧142与相应的一个光学波导210之间。相应的柔性耦接光纤900被弯曲，使得柔性耦接光纤900 的端部901垂直于光电基板200的相应光学波导210。如图20E所示，以窄半径弯曲的光纤的延伸片可用于直接与光子适配器100形成光学转向。

Claims (20)

1.一种用于在光学连接器与光电基板之间提供接口的光子适配器，其特征在于所述光子适配器包括：
第一正面，所述第一正面用于将所述光子适配器耦接到光学连接器；
第二正面，所述第二正面用于将所述光子适配器耦接到光电基板；
多个光纤，所述光纤设置在所述光子适配器的所述第一正面与所述第二正面之间，使得所述光纤的各自的第一前侧端接于所述光子适配器的所述第一正面，并且所述光纤的各自的第二前侧端接于所述光子适配器的所述第二正面；
至少一个对准销，所述对准销从所述光子适配器的至少所述第一正面突出，其中所述至少一个对准销被配置为插入端接光缆的光学连接器中，以将所述光缆的光纤与所述光子适配器的所述光纤对准；
支撑基板，所述支撑基板包括至少一个第一凹槽，所述第一凹槽用于接收所述至少一个对准销；以及
第一覆盖基板，所述第一覆盖基板设置在所述支撑基板下方，使得所述至少一个对准销固定在所述支撑基板与所述第一覆盖基板之间。
2.如权利要求1所述的光子适配器，其特征在于所述至少一个对准销具有第一部分，所述第一部分从所述光子适配器的所述第一正面突出，所述至少一个对准销的所述第一部分被配置为插入所述光学连接器中，以将所述光学连接器耦接到所述光子适配器并对准所述光学适配器的所述光纤与所述光缆的所述光纤，以便在所述光子适配器的所述光纤与所述光缆的所述光纤之间传输光，并且所述至少一个对准销具有第二部分，所述第二部分从所述光学适配器的所述第二正面突出，所述至少一个对准销的所述第二部分被配置为插入安装在所述光电基板上的耦接对准层的配合结构中，以将所述光子适配器耦接到所述光电基板并对准所述光子适配器的所述光纤与所述光电基板的光学波导，以便在所述光电基板的所述光学波导与所述光子适配器的所述光纤之间传输光。
3.如权利要求1所述的光子适配器，其特征在于所述支撑基板包括多个第二凹槽，并且所述多个第二凹槽中的每一者被配置为接收所述光子适配器的所述多个光纤中的一者。
4.如权利要求3所述的光子适配器，其特征在于所述至少一个对准销附接到所述至少一个第一凹槽，并且所述光子适配器的所述多个光纤通过粘合剂附接到所述支撑基板的所述第二凹槽。
5.如权利要求1所述的光子适配器，其特征在于包括：第二覆盖基板，所述第二覆盖基板设置在所述支撑基板的表面上，所述支撑基板的所述表面指向所述第一覆盖基板，其中所述多个光子适配器的所述多个光纤被所述第二覆盖基板覆盖。
6.如权利要求1至5中任一项所述的光子适配器，其特征在于所述至少一个对准销的中心轴及所述光子适配器的所述多个光纤的各自的中心轴在垂直于所述至少一个对准销和所述光子适配器的所述多个光纤的所述各自的中心轴的方向设置成彼此偏移。
7.一种用于安装到载体基板的光电组件，其特征在于所述光电组件包括：
如权利要求1至5中任一项所述的光子适配器；
光电基板，所述光电基板包括光学波导，其中所述光学波导的各自的前面端接于所述光电基板的正面；以及
耦接对准层，所述耦接对准层包括配合结构，所述配合结构被配置为接收所述光子适配器的所述至少一个对准销，以将所述光子适配器配合到所述光电基板；
其中所述配合结构和所述至少一个对准销形成为使得在所述光子适配器和所述光电基板的配合状态下，所述光子适配器的所述光纤与所述光电基板的所述光学波导彼此对准，以便在所述光子适配器的所述光纤与所述光电基板的所述光学波导之间传输光，并且
所述至少一个对准销设置在所述耦接对准层的所述配合结构中。
8.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述至少一个对准销通过软纤焊或激光焊接固定到所述配合结构。
9.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述配合结构由所述耦接对准层的材料中的至少一个切口区域形成。
10.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述耦接对准层设置在所述光电基板的顶部。
11.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于在所述光电基板的顶面的材料中提供对准结构。
12.如权利要求10所述的光电组件，其特征在于包括散热器，所述散热器安装在所述耦接对准层的顶部。
13.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于包括：
散热器，所述散热器直接安装在所述光电基板的第一表面上，其中所述耦接对准层设置在所述光电基板的第二表面上。
14.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述耦接对准层包括金属或玻璃。
15.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述耦接对准层包括一个或多个金属化玻璃通孔。
16.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述光子适配器的所述光纤和所述光电基板的所述光学波导通过所述光电基板的所述光学波导的所述前面与所述光子适配器的所述光纤的所述第二前侧之间的直接接触而光学耦接。
17.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述光子适配器的所述光纤和所述光电基板的所述光学波导通过光学透镜光学耦接，并且其中各个所述光学透镜设置在所述光子适配器的所述第二正面，位于所述光子适配器的所述光纤的各自的第二前侧的前面。
18.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述光子适配器的所述光纤和所述光电基板的所述光学波导通过各自的柔性波导光学耦接，所述柔性波导设置在所述光子适配器的所述光纤的所述各自的第二前侧与所述光电基板的所述光学波导之间，用于光的倏逝波耦接。
19.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述光子适配器的所述光纤和所述光电基板的所述光学波导通过各自的光学镜光学耦接，所述光学镜设置在所述光子适配器的所述光纤的所述各自的第二前侧与所述光电基板的所述光学波导之间。
20.如权利要求7所述的光电组件，其特征在于所述光子适配器的所述光纤和所述光电基板的所述光学波导通过各自的柔性耦接光纤光学耦接，所述柔性耦接光纤设置在所述光子适配器的所述光纤的所述各自的第二前侧与所述光电基板的各个所述光学波导之间，其中所述各自的柔性耦接光纤被弯曲，使得所述柔性耦接光纤的端部垂直于所述光电基板的所述各自的光学波导。
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