DE10306044A1

DE10306044A1 - Wellenleiterbasiertes optisches Koppeln eines Faseroptikkabels und eines optoelektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE10306044A1
Application number: DE10306044A
Authority: DE
Inventors: Ban-Poh Loh; James Chang; Pradeep Rajkomar; Brenton A Baugh; Ronald T Kaneshiro; Robert E Wilson; James Williams
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Broadcom International Pte Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: GB2386695B; US20030180006A1; US7021833B2; DE10306044B4; GB0306592D0; JP2003294997A; GB2386695A

Abstract

Es werden wellenleiterbasierte Verbindersysteme zum optischen Koppeln eines Faseroptikkabels und eines optoelektronischen Bauelements und ein Verfahren zum Herstellen derselben beschrieben. Bei einem Aspekt weist ein Verbindersystem einen optischen Wellenleiter und eine optische Drehanordnung auf. Der optische Wellenleiter weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das erste Ende des optischen Wellenleiters ist in einer Orientierung, die mit einer leitungsseitigen Verbindungsachse ausgerichtet ist, mit dem Faseroptikkabel verbindbar. Die optische Drehanordnung weist ein erstes optisches Tor, das in einer Orientierung, die mit einer bauelementseitigen Verbindungsachse ausgerichtet ist, mit dem zweiten Ende des optischen Wellenleiters verbunden ist, ein zweites optisches Tor, das orientiert ist, um entlang einer Bauelementkommunikationsachse, die die bauelementseitige Verbindungsachse im wesentlich schneidet, optisch mit dem optoelektronischen Bauelement zu kommunizieren, und ein optisches Drehsystem, das wirksam ist, um Licht entlang einem Weg zwischen dem ersten optischen Tor und dem zweiten optischen Tor zu führen, auf.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf wellenleiterbasierte Systeme und Verfahren zum optischen Koppeln eines Faseroptikkabels und einer optoelektronischen Vorrichtung.
Faseroptische Verbinder koppeln optische Kommunikationskanäle (z. B. optische Fasern) mit einem oder mehreren optischen Bauelementen (z. B. elektrooptischen und optoelektrischen Bauelementen). Die optischen Kommunikationskanäle können durch ein Bündel von Glas- oder Kunststoffasern (ein "Faseroptikkabel") definiert sein, von denen jede in der Lage ist, unabhängig von den anderen Fasern Daten zu übertragen. Im Vergleich zu traditionellen Metallverbindungen weisen optische Fasern eine viel größere Bandbreite auf, sie sind weniger anfällig für Störungen und sie sind viel dünner und leichter. Aufgrund dieser vorteilhaften physischen und. Datenübertragungseigenschaften wurden bzw. werden Anstrengungen unternommen, die Faseroptik in Entwürfe elektronischer Systeme einzubinden. Bei einem lokalen Netz kann beispielsweise Faseroptik verwendet werden, um eine Mehrzahl von lokalen Computern mit einer zentralisierten Ausrüstung, beispielsweise Servern und Druckern, zu verbinden. Bei dieser Anordnung weist jeder lokale Computer eine oder mehrere optoelektronische Bauelemente (z. B. einen optischen Empfänger, einen optischen Sender oder ein optisches Sende-/Empfangsgerät) zum Senden von optischen Informationen oder zum Empfangen von optischen Informationen oder für beides auf. Ein optoelektronisches Bauelement kann an einer gedruckten Schaltungsplatine angebracht sein, die eine oder mehrere integrierte Schaltungen trägt. In der Regel umfaßt jeder Computer mehrere gedruckte Schaltungsplatinen, die in die Sockel einer gemeinsamen Rückwandplatine gesteckt sind. Die Rückwandplatine kann aktiv sein (d. h. sie umfaßt eine logische Schaltungsanordnung zum Durchführen von Rechenfunktionen) oder sie kann passiv sein (d. h. sie umfaßt keine logische Schaltungsanordnung). Ein externes Netz-Faseroptikkabel kann durch einen faseroptischen Verbinder, der mit der Rückwandplatine gekoppelt ist, mit dem optischen Sende-/Empfangsgerät verbunden sein.
Allgemein besteht der Trend in der Elektronikausrüstungsbranche darin, ein ständig steigendes Maß an Funktionalität in einen stetig abnehmenden Formfaktor zu packen. Zu diesem Zweck umfassen elektronische Ausrüstungsgegenstände wie beispielsweise Computer, diagnostische Vorrichtungen und analytische Vorrichtungen in der Regel zahlreiche gedruckte Schaltungsplatinen, die in einer parallelen Anordnung hoher Dichte gestapelt sind. Um optische Übertragungsvorrichtungen in derartige dicht gepackte, parallele Anordnungen zu integrieren, müssen die Faseroptikkabel in der Regel in einer Orientierung, die zu den gedruckten Schaltungsplatinen, mit denen die Faseroptikkabel verbunden werden sollen, im wesentlichen parallel ist, in das elektronische System eingeführt werden.
Es wurde bereits eine breite Vielfalt unterschiedlicher Lösungsansätze zum Koppeln eines Faseroptikkabels mit einem optoelektronischen Bauelement, das an einer gedruckten Schaltungsplatine angebracht ist, vorgeschlagen. Bei einem Lösungsansatz ist das optoelektronische Bauelement beispielsweise orthogonal an der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatine angebracht, derart, daß die optisch aktive Oberfläche des Bauelements die Lichttransmissionsachse des Faseroptikkabels schneidet. Bei einem anderen Lösungsansatz ist das optoelektronische Bauelement parallel zu der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatine angebracht, und einzelne optische Fasern koppeln die Kanäle des Faseroptikkabels über einen bogenförmigen Lichttransmissionsweg von 90° mit dem optoelektronischen Bauelement (siehe z. B. US-Patent Nr. 4,553,813). Bei einem weiteren Lösungsansatz schlägt das US-Patent Nr. 5,515,468 einen Verbinder zum direkten Koppeln einer faseroptischen Übertragungsleitung und eines optoelektronischen Bauelements, das im wesentlichen parallel zu einem Substrat einer gedruckten Schaltungsplatine orientiert ist, vor. Bei diesem Lösungsansatz ist eine optische Komponente, die beispielsweise eine reflektierende Oberfläche und möglicherweise eine oder mehrere optische Linsen umfaßt, positioniert, um die faseroptische Übertragungsleitung direkt zu berühren und Licht über einen bogenförmigen Lichttransmissionsweg von 90° zwischen dem optoelektronischen Bauelement und der faseroptischen Übertragungsleitung zu leiten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Koppeln eines faseroptischen Kabels mit einer optoelektronischen Vorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verbindersystem gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 16 gelöst.
Die Erfindung bezieht sich auf wellenleiterbasierte Verbindersysteme zum optischen Koppeln eines Faseroptikkabels (Glasfaserkabels) und eines optoelektronischen Bauelements sowie auf ein Verfahren zum Herstellen derselben. Das wellenleiterbasierte optische Verbindersystem umfaßt einen optischen Wellenleiter und eine optische Drehanordnung, die Licht mit einem optoelektronischen Bauelement koppelt. Der optische Wellenleiter liefert Entwerfern optoelektronischer Module die Freiheit, die optische Drehanordnung an einer praktisch beliebigen zweckmäßigen Position in einem optoelektronischen Modul ohne Lichtverlust anzuordnen, und ermöglicht dadurch effizientere Entwürfe optoelektronischer Module. Der optische Wellenleiter trennt ferner die präzisionsausgerichteten optischen Komponenten der optischen Drehanordnung von der physischen Schnittstelle des optoelektronischen Moduls und verringert dadurch das Risiko, daß eine physische Erschütterung des Moduls (z. B. ein Drehmoment, das durch eine unsachgemäße oder unbeabsichtigte Kraft, die auf einen physischen Verbinder ausgeübt wird, erzeugt wird) die präzisionsausgerichteten optischen Komponenten beschädigen oder ihre Qualität verschlechtern könnte.
Bei einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verbindersystem zum optischen Koppeln eines Faseroptikkabels und eines optoelektronischen Bauelements, das in einer Orientierung, die im wesentlichen parallel zu einem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat ist, an demselben angebracht ist. Das Verbindersystem weist einen optischen Wellenleiter und eine optische Drehanordnung auf. Der optische Wellenleiter weist ein erstes und ein zweites Ende auf. Das erste Ende des optischen Wellenleiters ist in einer Orientierung, die mit einer leitungsseitigen Verbindungsachse ausgerichtet ist, mit dem Faseroptikkabel verbindbar. Die optische Drehanordnung weist ein erstes optisches Tor, das in einer Orientierung, die mit einer bauelementseitigen Verbindungsachse ausgerichtet ist, mit dem zweiten Ende des optischen Wellenleiters verbunden ist, ein zweites optisches Tor, das orientiert ist, um entlang einer Bauelementkommunikationsachse, die die bauelementseitige Verbindungsachse im wesentlichen schneidet, optisch mit dem optoelektronischen Bauelement zu kommunizieren, und ein optisches Drehsystem, das wirksam ist, um Licht entlang einem Weg zwischen dem ersten optischen Tor und dem zweiten optischen Tor zu führen, auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen.
Das optische Drehsystem weist vorzugsweise eine reflektierende Oberfläche auf, die orientiert ist, um Licht, das von einem optischen Tor empfangen wird, zu dem anderen optischen Tor umzuleiten. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die reflektierende Oberfläche bei einem Winkel von ungefähr 45° bezüglich der bauelementseitigen Verbindungsachse und der Bauelementkommunikationsachse orientiert. Das optische Drehsystem kann ferner ein Kollimatorelement aufweisen, das an dem zweiten optischen Tor positioniert ist. Das optische Drehsystem kann ferner ein Fokussierelement aufweisen, das an dem ersten optischen Tor positioniert ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die optische Drehanordnung eine V-gerillte Oberfläche auf, die Lichttransmissionselemente des optischen Wellenleiters trägt. Bei diesen Ausführungsbeispielen weist der optische Wellenleiter mehrere optische Fasern auf, die jeweils in einer entsprechenden V-förmigen Rille der V-gerillten Trägeroberfläche angeordnet sind. Die optischen Fasern des optischen Wellenleiters können in einer ausgerichteten Anlage an der reflektierenden Oberfläche gehalten werden.
Die optische Drehanordnung kann ein Gehäuse mit einem Hohlraum umfassen, das dimensioniert und angeordnet ist, um das optoelektronische Bauelement aufzunehmen, und das konfiguriert ist, um in einer Ausrichtung mit dem zweiten optischen Tor des optischen Drehsystems an dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat über dem optoelektronischen Bauelement angebracht zu werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Verbindersystem ferner einen optischen Verbinder aufweisen, der entlang der leitungsseitigen Verbindungsachse im wesentlichen parallel zu dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat orientiert ist und wirksam ist, um das erste Ende des optischen Wellenleiters mit dem Faseroptikkabel zu verbinden. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die optische Drehanordnung wirksam sein, um Licht durch eine 90°-Drehung zwischen dem ersten optischen Tor und dem zweiten optischen Tor zu leiten. Der optische Wellenleiter kann an dem ersten Ende einen Stöpsel aufweisen und der optische Verbinder kann einen Sockel zum Empfangen und Ausrichten des Stöpsels des optischen Wellenleiters bezüglich des Faseroptikkabels aufweisen. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind der optische Verbinder und das erste optische Tor der optischen Drehanordnung im wesentlichen koplanar. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind der optische Verbinder und das erste optische Tor der optischen Drehanordnung in jeweiligen nicht-koplanaren parallelen Ebenen orientiert. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist ein Zwischenabschnitt des optischen Wellenleiters zwischen dem ersten und dem zweiten Ende vorzugsweise ausreichend flexibel, um Raum für die Nicht-Koplanarität des optischen Verbinders und des ersten optischen Tors der optischen Drehanordnung zu bieten.
Bei einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen wellenleiterbasierten optischen Verbindersystems.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Faseroptikkabels, das durch ein wellenleiterbasiertes optisches Kopplungssystem mit einem optoelektronischen Bauelement gekoppelt ist, das an einem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat eines optoelektronischen Moduls angebracht ist;
Fig. 2A eine schematische perspektivische Ansicht des wellenleiterbasierten optischen Kopplungssystems der Fig. 1, das in einer Ausrichtung mit dem optoelektronischen Bauelement an dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat angebracht ist;
Fig. 2B eine schematische Querschnittsseitenansicht des wellenleiterbasierten optischen Kopplungssystems der Fig. 2A, entlang der Linie 2B-2B genommen;
Fig. 3A eine schematische Querschnittsseitenansicht eines bauelementseitigen Abschnitts des wellenleiterbasierten optischen Kopplungssystems gemäß Fig. 1, wobei die Komponenten auseinandergebaut sind;
Fig. 3B eine schematische Querschnittsseitenansicht des bauelementseitigen Abschnitts des in Fig. 3A gezeigten wellenleiterbasierten optischen Kopplungssystems, wobei die Komponenten wieder zusammengebaut sind;
Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer V-gerillten Trägerstruktur, die konfiguriert ist, um optische Fasern eines optischen Wellenleiters in einer Ausrichtung in einer optischen Drehanordnung, die an einem bauelementseitigen Abschnitt des wellenleiterbasierten optischen Kopplungssystems der Fig. 1 angeordnet ist, zu halten;
Fig. 5A eine schematische perspektivische Ansicht des wellenleiterbasierten optischen Kopplungssystems der Fig. 1, wobei ein ein Gehäuse der bauelementseitigen optischen Drehanordnung in einer Ausrichtung über einem optoelektronischen Bauelement angeordnet ist, das an einem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat angebracht ist;
Fig. 5B eine schematische Querschnittsseitenansicht des in Fig. 5A gezeigten wellenleiterbasierten optischen Kopplungssystems, entlang der Linie 5B-5B genommen; und
Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht eines alternativen wellenleiterbasierten optischen Kopplungssystems, bei dem der optische Verbinder mit einem optischen Tor einer optischen Drehanordnung im wesentlichen koplanar ist.
In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu identifizieren. Ferner sollen die Zeichnungen lediglich wichtige Merkmale von exemplarischen Ausführungsbeispielen auf eine schematische Weise veranschaulichen. Die Zeichnungen sollen nicht jedes Merkmal von tatsächlichen Ausführungsbeispielen oder relative Abmessungen der gezeigten Elemente zeigen und sind nicht maßstabsgetreu.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist bei einem Ausführungsbeispiel ein wellenleiterbasiertes optisches Kopplungssystem 10 konfiguriert, um ein Faseroptikkabel 12 und ein optoelektronisches Bauelement 14, das in einer Orientierung, die im wesentlichen parallel zu einem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat 16 ist, an demselben angebracht ist, optisch zu koppeln. Das optoelektronische Bauelement 14 kann in Form eines beliebigen einer breiten Palette verschiedener optoelektronischer Bauelemente implementiert sein, einschließlich eines faseroptischen Senders, eines faseroptischen Empfängers und eines faseroptischen Sende-/Empfangsgeräts. Der Begriff "Verbindungssubstrat" bezieht sich breit gefaßt auf ein Substrat, auf dem eine oder mehrere elektronische Komponente(n) (z. B. Chips oder integrierte Schaltungen) getragen sein kann bzw. können. Das Verbindungssubstrat 16 kann als herkömmliche gedruckte Schaltungsplatine oder gedruckte Verdrahtungsplatine implementiert sein und kann zusätzlich zu dem optoelektronischen Bauelement 14 eine oder mehrere elektronische Schaltungen 18, 20 (z. B. eine Vorverstärkerschaltung und eine Nachverstärkerschaltung) umfassen. Beispiele von gedruckten Schaltungsplatinen umfassen Hauptplatinen (Motherboards), Erweiterungsplatinen, Tochterplatinen (oder Schaltungskarten), Steuerplatinen, Netzschnittstellenkarten, Eingabe-/Ausgabekarten und Adapterkarten (z. B. Video- und Audioadapterkarten). Das wellenleiterbasierte optische Kopplungssystem 10, das optoelektronische Bauelement 14 und das Verbindungssubstrat sind in einem Gehäuse 22 enthalten. Das Gehäuse 22 kann konfiguriert sein, um direkt an einer Hauptplatine oder einer anderen Systemplatine eines elektronischen Systems (z. B. eines Computers oder eines Peripheriegeräts) angebracht zu sein. Alternativ kann das Gehäuse 22 in Form eines Sende-/Empfangsgerätemoduls implementiert sein, das in eine Sende-/Empfangsgeräteaufnahmeeinrichtung eingesteckt werden kann, die sich beispielsweise aus einer Rückplatte eines elektronischen Systems heraus erstreckt und das Sende-/Empfangsgerätemodul mit einer Hauptplatine oder Schaltungskarte in dem elektronischen System verbindet.
Wie in Fig. 1, 2A und 2B gezeigt ist, umfaßt das wellenleiterbasierte optische Kopplungssystem 10 einen optischen Verbinder 24, einen optischen Wellenleiter 26 und eine optische Drehanordnung 28. Der optische Wellenleiter 26 kann in Form einer beliebigen Einmoden- oder Mehrmodenstruktur implementiert sein, die Licht entlang ihrer Länge leitet, einschließlich eines Bündels einer oder mehrerer optischer Fasern und eines planaren Wellenleiters. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der optische Wellenleiter 26 als flexibles, straffes gepuffertes Mehrfaserbandkabel implementiert. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfaßt der Wellenleiter 26 an einem leitungsseitigen Ende 30 einen Stöpsel 32 mit einem Paar von Ausrichtstiften 34, 36, die konfiguriert sind, um mit einem Paar von entsprechenden Stiftlöchern (oder Bohrungen) in dem optischen Verbinder 24 zusammenzupassen. Auf diese Weise ist der optische Verbinder 24 konfiguriert, um das Faseroptikkabel 12 in einer Orientierung, die entlang einer leitungsseitigen Verbindungsachse 37, die im wesentlichen parallel zu dem Verbindungssubstrat 16 ist, ausgerichtet ist, mit dem leitungsseitigen Ende 30 des optischen Wellenleiters 26 zu verbinden. Der optische Verbinder 24, der Wellenleiterstöpsel 30 und der entsprechende Verbinder am Ende des Faseroptikkabels 12 können einem beliebigen einer Vielzahl von Optische-Schnittstelle-Standards entsprechen, einschließlich Verbindern vom LC-Typ, vom HSSDC2-Typ, RJ- Typ, SC-Typ, SG-Typ, ST-Typ, FDDI-Typ, FC-Typ, D4-Typ und vom Biconic-Typ.
Die optische Drehanordnung 28 umfaßt ein erstes optisches Tor 38 und ein zweites optisches Tor 40. Das erste optische Tor 38 ist in einer Orientierung, die mit einer bauelementseitigen Verbindungsachse 44 ausgerichtet ist, mit einem bauelementseitigen Ende 42 des optischen Wellenleiters 26 verbunden. Das zweite optische Tor 40 ist orientiert, um entlang einer Bauelementkommunikationsachse 46, die die bauelementseitige Kommunikationsachse 44 im wesentlichen schneidet, mit dem optoelektronischen Bauelement 14 zu kommunizieren. Die optische Drehanordnung 28 umfaßt ferner ein optisches Drehsystem, das wirksam ist, um Licht entlang einem Weg zwischen dem ersten optischen Tor 38 und dem zweiten optischen Tor 40 zu führen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Bauelementkommunikationsachse 46 im wesentlichen senkrecht zu dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat 16 orientiert, so daß das zweite optische Tor 40 mit der aktiven Oberfläche (oder dem aktiven Bereich) des optoelektronischen Bauelements 14 ausgerichtet ist. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen die aktive Oberfläche des optoelektronischen Bauelements 14 einen divergenten Lichtstrahl erzeugt (oder auf einen solchen anspricht), ist das zweite optische Tor 40 vorzugsweise mit der Durchschnittslichtstrahlrichtung ausgerichtet. Beispielsweise emittiert ein Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL - vertical cavity surface emitting laser) Laserlicht von der oberen Oberfläche eines lichtemittierenden Resonators mit einer relativ geringen Strahldivergenz (z. B. in der Größenordnung von 10°). Bei diesen Ausführungsbeispielen kann das zweite optische Tor 40 mit dem mittleren Abschnitt des divergenten Lichtstrahls (z. B. in der Größenordnung von 5° von der Strahlperipherie) ausgerichtet sein. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die bauelementseitige Verbindungsachse 44 im wesentlichen parallel zu dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat 16 orientiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die optische Drehanordnung 28 wirksam, um Licht durch eine 90°-Drehung zwischen dem ersten optischen Tor 38 und dem zweiten optischen Tor 40 zu führen. Im allgemeinen können die bauelementseitige Verbindungsachse 44 und die Bauelementkommunikationsachse 46 bei einem beliebigen einer breiten Palette von verschiedenen Winkeln bezüglich einander orientiert sein. Der Winkel zwischen der bauelementseitigen Verbindungsachse 44 und der Bauelementkommunikationsachse 46 liegt vorzugsweise zwischen ca. 45° und ca. 135° und liegt stärker bevorzugt in der Größenordnung von 90°.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B umfaßt die optische Drehanordnung 28 bei einem Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 50, eine Oberflächenplatte 52 und ein optisches Drehsystem, das eine optische Komponente 54 mit einer reflektierenden Oberfläche 56 und einer optischen Linse 58 umfaßt. Das Gehäuse 50 und die Oberflächenplatte 52 können aus einem präzisionsgeformten Kunststoffmaterial oder einem Metall gebildet sein. Das Gehäuse 50 umfaßt eine V-förmige Rille 64, die konfiguriert ist, um eine optische Komponente 54 zu tragen, wobei die reflektierende Oberfläche 56 bezüglich der bauelementseitigen Verbindungsachse 44 bei einem 45°- Winkel orientiert ist. Das Gehäuse 50 umfaßt ferner eine Ausnehmung 66, die konfiguriert ist, um die optische Linse 58 in einer Ausrichtung bezüglich der Bauelementkommunikationsachse 46 zu halten, und einen Hohlraum 67, der dimensioniert und angeordnet ist, um das optoelektronische Bauelement 14 aufzunehmen. Im allgemeinen kann sowohl die optische Komponente 54 als auch die optische Linse 58 als eine beliebige einer breiten Palette von verschiedenen passiven optischen Komponenten implementiert sein. Beispielweise kann die optische Komponente 54 als ein Spiegel oder ein Innere-Totalreflexion-Prisma implementiert sein, und die optische Linse 58 kann als eine herkömmliche Kollimatorlinse implementiert sein, die konfiguriert ist, um beispielsweise einen von der optoelektronischen Komponente 14 empfangenen divergenten Lichtstrahl zu kollimieren. Bei manchen Ausführungsbeispielen können die optische Komponente 54 und die optische Linse 58 in eine einzige unitäre Struktur integriert sein, die konfiguriert ist, um die notwendigen Lichtdrehungs- und Kollimierungsfunktionen (bzw. Fokussierfunktionen) zu erfüllen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3B und 4 ist die Oberflächenplatte 52 konfiguriert, um die optische Komponente 54 und die freiliegenden Enden 60 der konstituierenden Lichttransmissionselemente 62 (z. B. optischen Fasern) des optischen Wellenleiters 26 bezüglich des Gehäuses 50 in Position zu halten. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Oberflächenplatte 52 konfiguriert, um die freiliegenden Enden 60 der Lichttransmissionselemente 62 in einer ausgerichteten Anlage an der optischen Komponente 54 zu halten. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt das Gehäuse 50 insbesondere eine V-gerillte Oberfläche 68 mit einzelnen Rillen 70, die mit der bauelementseitigen Verbindungsachse 44 ausgerichtet sind und konfiguriert sind, um ein jeweiliges der freiliegenden Enden 60 der Lichttransmissionselemente 62 zu halten. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann zwischen der optischen Komponente 54 und den freiliegenden Enden 60 der Lichttransmissionselemente 62 eine Fokussierlinse positioniert sein.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5A und 5B kann, nachdem das wellenleiterbasierte optische Kopplungssystem 10 hergestellt wurde, das Gehäuse 50 so positioniert sein, daß das zweite optische Tor 40 mit der Bauelementkommunikationsachse 46 ausgerichtet ist. Das zweite optische Tor 40 kann unter Verwendung herkömmlicher aktiver Ausrichttechniken mit dem optoelektronischen Bauelement 14 ausgerichtet werden. Nachdem das zweite optische Tor 40 ausgerichtet wurde, kann das Gehäuse 50 an dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat 16 über dem optoelektronischen Bauelement 14 angebracht werden. Das Gehäuse 50 kann auf herkömmliche Weise an dem Verbindungssubstrat 16 angebracht werden. Beispielsweise können die Komponenten (z. B. das optoelektronische Bauelement 14 und die integrierten Schaltungen 18, 20), die durch das Verbindungssubstrat 16 getragen werden, in entsprechenden Kugelrasterarraygehäusen (BGA-Gehäusen - BGA = ball array grid) untergebracht sein, die Chipträger mit unteren Oberflächen umfassen, die eine Mehrzahl von Lötkugeln (oder Höckern) tragen, die mit Kontakten auf der Oberfläche des im wesentlichen planaren Verbindungssubstrats verbunden sind. Die BGA-Gehäuse können einen darüber geformten Anschlußflächenarrayträger oder ein Keramiksubstratmaterial umfassen, das die Komponenten der gedruckten Schaltungsplatine(n) beherbergt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können die Verbindungssubstratkomponenten unter Verwendung einer Oberflächenanbringungstechnologie (SMT - surface mount technology) oder einer anderen Anbringungstechnik, beispielsweise einer Bohrungslöten-Technologie ("Stiftdurchgangsloch"-Technologie) oder einer Flip-Chip-Technologie, angebracht werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können das optoelektronische Bauelement 14 und die integrierten Schaltungen 18, 20 statt an einem Verbindungssubstrat mit einer Seite an einem Verbindungssubstrat mit zwei Seiten angebracht werden.
Auch andere Ausführungsbeispiele fallen in den Schutzbereich der Patentansprüche.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann bei einem Ausführungsbeispiel beispielsweise ein Faseroptikkabel mit der optischen Drehanordnung 28 mit einem im wesentlichen starren optischen Wellenleiter 80, statt dem flexiblen optischen Wellenleiter 26, der bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet wurde, optisch gekoppelt sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das erste optische Tor 38 der optischen Drehanordnung 28 bezüglich des optischen Verbinders 24 im wesentlichen koplanar, nachdem das wellenleiterbasierte optische Kopplungssystem installiert wurde. Auf diese Weise kann sich der optische Wellenleiter 80 im wesentlichen in einer Ebene erstrecken, wodurch jeglicher Optische-Transmission-Verlust, der ansonsten infolge beispielsweise eines Durchbiegens der konstituierenden Lichttransmissionselemente des optischen Wellenleiters 80 auftreten könnte, verringert wird.
In dem Schutzbereich der Patentansprüche sind noch weitere Ausführungsbeispiele enthalten.

Claims

1. Optisches Verbindersystem (10) zum optischen Koppeln eines Faseroptikkabels (12) und eines optoelektronischen Bauelements (14), das in einer Orientierung, die zu einem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat (16) im wesentlichen parallel ist, an dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat (16) angebracht ist, wobei das Verbindersystem folgende Merkmale aufweist:
einen optischen Wellenleiter (26), der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende in einer Orientierung, die mit einer leitungsseitigen Verbindungsachse (37) ausgerichtet ist, mit dem Faseroptikkabel (12) verbindbar ist; und
eine optische Drehanordnung (28), die ein erstes optisches Tor (38), das in einer Orientierung, die mit einer bauelementseitigen Verbindungsachse (44) ausgerichtet ist, mit dem zweiten Ende des optischen Wellenleiters (26) verbunden ist, ein zweites optisches Tor (40), das orientiert ist, um entlang einer Bauelementkommunikationsachse (46), die die bauelementseitige Verbindungsachse (44) im wesentlichen schneidet, mit dem optoelektronischen Bauelement (14) optisch zu kommunizieren, und ein optisches Drehsystem, das wirksam ist, um Licht entlang einem Weg zwischen dem ersten optischen Tor (38) und dem zweiten optischen Tor (40) zu führen, aufweist.

2. Verbindersystem (10) gemäß Anspruch 1, bei dem das optische Drehsystem eine reflektierende Oberfläche (56) aufweist, die orientiert ist, um von einem optischen Tor empfangenes Licht zu dem anderen optischen Tor umzuleiten.

3. Verbindersystem (10) gemäß Anspruch 2, bei dem die reflektierende Oberfläche (56) in einem Winkel von ungefähr 45° bezüglich der bauelementseitigen Verbindungsachse (44) und der Bauelementkommunikationsachse (46) orientiert ist.

4. Verbindersystem (10) gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem das optische Drehsystem ferner ein an dem zweiten optischen Tor (40) positioniertes Kollimatorelement aufweist.

5. Verbindersystem (10) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das optische Drehsystem ferner ein an dem ersten optischen Tor (38) positioniertes Fokussierelement aufweist.

6. Verbindersystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die optische Drehanordnung (28) eine Vgerillte Oberfläche (68) aufweist, die Lichttransmissionselemente (62) des optischen Wellenleiters (26) trägt.

7. Verbindersystem (10) gemäß Anspruch 6, bei dem der optische Wellenleiter (26) mehrere optische Fasern aufweist, von denen jede in einer entsprechenden V- förmigen Rille (70) der V-gerillten Trägeroberfläche (68) angeordnet ist.

8. Verbindersystem (10) gemäß Anspruch 7, bei dem die optischen Fasern des optischen Wellenleiters (26) in einer ausgerichteten Anlage gegen die reflektierende Oberfläche (56) gehalten sind.

9. Verbindersystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die optische Drehanordnung (28) ein Gehäuse (50) mit einem Hohlraum (67) aufweist, der dimensioniert und angeordnet ist, um das optoelektronische Bauelement (14) aufzunehmen, und konfiguriert ist, um in einer Ausrichtung mit dem zweiten optischen Tor (40) des optischen Drehsystems an dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat (16) über dem optoelektronischen Bauelement (14) angebracht zu sein.

10. Verbindersystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner einen optischen Verbinder (24) aufweist, der entlang der leitungsseitigen Verbindungsachse (37) im wesentlichen parallel zu dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat (16) orientiert ist, und der wirksam ist, um das erste Ende des optischen Wellenleiters (26) mit dem Faseroptikkabel (12) zu verbinden.

11. Verbindersystem (10) gemäß Anspruch 10, bei dem die optische Drehanordnung (28) wirksam ist, um Licht durch eine 90°-Drehung zwischen dem ersten optischen Tor (38) und dem zweiten optischen Tor (40) zu führen.

12. Verbindersystem (10) gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem der optische Wellenleiter (26) an dem ersten Ende einen Stöpsel (30) aufweist und der optische Verbinder (24) einen Sockel zum Aufnehmen und Ausrichten des Stöpsels (30) des optischen Wellenleiters bezüglich des Faseroptikkabels (12) aufweist.

13. Verbindersystem (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem der optische Verbinder (24) und das erste optische Tor (38) der optischen Drehanordnung (28) im wesentlichen koplanar sind.

14. Verbindersystem (10) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem der optische Verbinder (24) und das erste optische Tor (38) der optischen Drehanordnung (28) in jeweiligen nicht-koplanaren parallelen Ebenen orientiert sind.

15. Verbindersystem (10) gemäß Anspruch 14, bei dem ein Zwischenabschnitt des optischen Wellenleiters (26) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende ausreichend flexibel ist, um die Nicht-Koplanarität des optischen Verbinders (24) und des ersten optischen Tors (38) der optischen Drehanordnung (28) aufzunehmen.

16. Verfahren zum Herstellen eines Verbindersystems (10) zum optischen Koppeln eines Faseroptikkabels (12) und eines optoelektronischen Bauelements (14), das in einer Orientierung, die zu einem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat (16) im wesentlichen parallel ist, an dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat (16) angebracht ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bilden eines optischen Wellenleiters (26), der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende in einer Orientierung, die mit einer leitungsseitigen Verbindungsachse (37) ausgerichtet ist, mit dem Faseroptikkabel (12) verbindbar ist; und
Bilden einer optischen Drehanordnung (28), die ein erstes optisches Tor (38), das in einer Orientierung, die mit einer bauelementseitigen Verbindungsachse (44) ausgerichtet ist, mit dem zweiten Ende des optischen Wellenleiters (26) verbunden ist, ein zweites optisches Tor (40), das orientiert ist, um entlang einer Bauelementkommunikationsachse (46), die die bauelementseitige Verbindungsachse (44) im wesentlichen schneidet, mit dem optoelektronischen Bauelement (14) optisch zu kommunizieren, und ein optisches Drehsystem, das wirksam ist, um Licht entlang einem Weg zwischen dem ersten optischen Tor (38) und dem zweiten optischen Tor (40) zu führen, aufweist.

17. Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das optische Drehsystem eine reflektierende Oberfläche (56) aufweist, die orientiert ist, um von einem optischen Tor empfangenes Licht zu dem anderen optischen Tor umzuleiten.

18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, bei dem die optische Drehanordnung (28) eine V-gerillte Oberfläche (68) aufweist, die Lichttransmissionselemente (62) des optischen Wellenleiters (26) trägt.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die optische Drehanordnung (28) ein Gehäuse (50) mit einem Hohlraum (67) aufweist, der dimensioniert und angeordnet ist, um das optoelektronische Bauelement (14) aufzunehmen, und konfiguriert ist, um in einer Ausrichtung mit dem zweiten optischen Tor (40) des optischen Drehsystems an dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat (16) über dem optoelektronischen Bauelement (14) angebracht zu sein.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, das ferner den Schritt des Bildens eines optischen Verbinders (24) aufweist, der entlang der leitungsseitigen Verbindungsachse (37) im wesentlichen parallel zu dem im wesentlichen planaren Verbindungssubstrat (16) orientiert ist, und der wirksam ist, um das erste Ende des optischen Wellenleiters (26) mit dem Faseroptikkabel (12) zu verbinden.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem der optische Verbinder (24) und das erste optische Tor (38) der optischen Drehanordnung (28) im wesentlichen koplanar sind.

22. Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, bei dem der optische Verbinder (24) und das erste optische Tor (38) der optischen Drehanordnung (28) in jeweiligen nicht-koplanaren parallelen Ebenen orientiert sind.

23. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem ein Zwischenabschnitt des optischen Wellenleiters (26) zwischen dem ersten und dem zweiten Ende ausreichend flexibel ist, um die Nicht-Koplanarität des optischen Verbinders (24) und des ersten optischen Tors (38) der optischen Drehanordnung (28) aufzunehmen.