JP6174338B2 - プラガブル光トランシーバ - Google Patents

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Description

本願発明は、電気的及び光学的な通信技術にかかり、特に、簡易構造であり、組み立ての容易なプラガブル光トランシーバに関する。
(関連出願の相互参照)
本願は、2012年3月2日の米国仮特許出願No.61/605,775の優先権主張の利益を享受するものであり、当該出願に記載された内容は、本明細書に含まれるものとする。
プラガブル光トランシーバは、データセンタ内において個別の筺体に配置されたルータ、ベースバンドネットワーク装置及びコンピュータプロセッサを接続し、データセンタ、携帯基地局及び高性能コンピュータアプリケーション内において、高速な相互接続を実現するために不可欠な構成要素である。データセンタ内における典型的な伝送距離は、約300mである。
この種のアプリケーションでは、相互接続で伝送される高速データ(10Gb/s以上)は、一般に、トランシーバ内で850nmの波長を発し、マルチモード光ファイバで伝送する垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)に基づくトランスミッタにより、光信号に変換される。そして、リンクの反対側で、信号は、他のトランシーバのレシーバ部分により電気信号に戻されるよう変換される。
モバイルデータの使用、クラウドコンピューティング及び大規模データアプリケーションの指数関数的な増加により、ネットワーク設備および高機能コンピュータ機器の需要が増加しており、このことは、さらに高速な光相互接続の需要を押し上げる。したがって、上述したような光相互接続を実現する低コストの光トランシーバの必要性が増加している。
データセンタで使用される光トランシーバは、電源関係の仕様を共通化するマルチソースアグリーメント(MSA)の規格に従う。スモールフォームファクタプラガブル(SFP)は、その規格の1つである。従来のSFP/SFP+規格のトランシーバでは、レーザおよびフォトダイオード(PD)は、トランスミッタ及びレシーバオプティカルサブアセンブリ(OSA)を形成する金属パッケージの中に別々にパッケージにされる。外部ファイバとの光信号の接続に必要なOSAにおける光学部品は、手動によりOSA内にレーザ及びフォトダイオードと共に位置決めされる。これらの組立部品は、その後、レーザドライバ集積回路(IC)、レシーバIC及びマイクロコントローラを搭載したプリント基板(PBC)上にハンダ接合される。この組み立て品は、その後、最終的な製品となるよう、SFPに準拠するハウジング内に取り付けられる。
上述したトランシーバのデザインは、多くの構成要素と複雑な組立工程を要求しているため、トランシーバのコストを押し上げている。
本発明の一形態であるプラガブル光トランシーバは、
上側ハウジングと、下側ハウジングと、前記上側ハウジング及び前記下側ハウジングによって囲まれた光−電気アセンブリと、を備える。
前記光−電気アセンブリは、基板と、少なくとも前記基板上に配置された送信オプトエレクトロニクス部品と、少なくとも前記基板上に配置された受信オプトエレクトロニクス部品と、前記基板上に配置されたインタフェース集積回路と、前記基板上に配置され、前記インタフェース集積回路と電気的に接続されるプラガブル電気インタフェースと、光結合システムと、を備える。
前記光結合システムは、外側ブラガブル光インタフェースと、前記基板上に固定して搭載された光結合素子と、前記外側プラガブル光インタフェース及び前記光結合素子に光学的に接続される導光構造と、を備える。
前記光結合素子は、前記送信オプトエレクトロニクス部品から前記導光構造に第1の光信号を結合し、前記導光構造から前記受信オプトエレクトロニクス部品に第2の光信号を結合するよう構成される。
前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースに前記第1の光信号を結合し、前記外側プラガブル光インタフェースから前記第2の光信号を結合するよう構成される。
前記外側プラガブル光インタフェースは、外部送信光ファイバに前記第1の光信号を結合し、受信ファイバから前記第2の光信号を結合するよう構成される。
前記導光構造は、複数の反射面を備えていてもよい。前記外側プラガブル光インタフェースは、送信ポート及び受信ポートを備えていてもよい。前記反射面は、前記第1の光信号を前記送信ポートに結合させ、前記受信ポートから前記第2の光信号を結合させるよう構成されていてもよい。
前記送信オプトエレクトロニクス部品は、VCSELであってもよい。前記受信オプトエレクトロニクス部品は、フォトダイオードであってもよい。前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品とは、1mm未満の間隔で前記基板に搭載されていてもよい。
前記インタフェース集積回路は、送信ドライバ回路と受信回路とを備えていてもよい。前記送信ドライバ回路は、前記送信オプトエレクトロニクス部品と電気的に接続され、1mm未満の間隔で前記送信オプトエレクトロニクス部品に近接して配置されていてもよい。前記レシーバ回路は、前記受信オプトエレクトロニクス部品に電気的に接続され、1mm未満の間隔で前記受信オプトエレクトロニクス部品に近接して配置されていてもよい。前記送信ドライバ回路と前記レシーバ回路とは、一つのチップに集積されていてもよい。
前記送信ポートと前記受信ポートとの間隔は、前記基板上に配置された前記VCSELと前記フォトダイオードとの間隔より大きく形成されていてもよい。前記送信ポートと前記受信ポートとの間隔は、SFP/SFP+ MAS規格に準拠するよう形成されていてもよい。
前記光結合素子は、前記基板上に接合され、前記送信オプトエレクトロニクス部品と、前記受信オプトエレクトロニクス部品と、前記インタフェース集積回路と、を収容する空洞部を有していてもよい。
前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースと前記光結合素子とを光学的に接続する一対のジャンパーファイバを備えてもよい。前記一対のジャンパーファイバは、送信ジャンパーファイバと受信ジャンパーファイバとを備えてもよい。前記ジャンパーファイバは、前記送信オプトエレクトロニクス部品からの光信号を直接結合するために約90度曲げられていてもよい。
前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースと光学的に接続されるフレキシブル導波路基板を備えてもよい。
前記導光構造は、さらに、前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品との間隔を合わせるために前記ジャンパーファイバの位置を機械的に固定するジャンパープラグを備えてもよい。前記ジャンパーファイバは、前記ジャンパープラグの端面で終端してもよい。
前記上側ハウジングと前記下側ハウジングとは、金属製であってもよい。
また、プラガブル光トランシーバは、さらに、上側金属シールドと、下側金属シールドと、を備えていてもよい。前記上側金属シールドと前記下側金属シールドとは、前記光結合素子と前記基板とを囲うよう構成されていてもよい。前記上側ハウジングと前記下側ハウジングとは、非伝導性の成形可能材料で形成されていてもよい。
前記光結合システムは、一つのモールド成形された光素子により構成されていてもよい。
前記光結合素子は、さらに、前記基板に固定されるラッチ要素を備えていてもよい。
前記ジャンパープラグは、前記光結合素子と分離可能なよう嵌め合わされてもよい。
前記ラッチ要素は、前記ジャンパープラグが前記光結合素子から外れることを防ぐように構成されていてもよい。
本発明の他の形態であるスモールフォームファクタプラガブル光トランシーバは、
上側ハウジングと、下側ハウジングと、前記上側ハウジング及び前記下側ハウジングによって囲まれた光−電気アセンブリと、を備える。
前記光−電気アセンブリは、基板と、少なくとも前記基板上に配置された送信オプトエレクトロニクス部品と、少なくとも前記基板上に配置された受信オプトエレクトロニクス部品と、前記基板上に配置されたインタフェース集積回路と、前記基板上に配置され、前記インタフェース集積回路と電気的に接続されるプラガブル電気インタフェースと、外側ブラガブル光インタフェース、前記基板上に固定して搭載された光結合素子、及び、前記外側プラガブル光インタフェース及び前記光結合素子に光学的に接続される導光構造を備えた光結合システムと、を備える。
前記光結合システムは、前記送信オプトエレクトロニクス部品から前記外側プラガブル光インタフェースに第1の光信号を結合し、前記外側プラガブル光インタフェースで受信した第2の光信号を前記受信オプトエレクトロニクス部品に導くよう構成される。
前記光結合素子は、前記基板上に接合され、前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品と前記インタフェース集積回路とを収容する空洞部を有する。
前記上側ハウジングと前記下側ハウジングとは、金属製である。
前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースと前記光結合素子とを光学的に接続する一対のジャンパーファイバを備えていてもよい。前記一対のジャンパーファイバは、送信ジャンパーファイバと受信ジャンパーファイバとを備えていてもよい。
本発明の他の形態であるプラガブル光トランシーバは、上側ハウジングと、下側ハウジングと、前記上側ハウジング及び前記下側ハウジングによって囲まれた光−電気アセンブリと、を備える。
前記光−電気アセンブリは、基板と、少なくとも前記基板上に配置された送信オプトエレクトロニクス部品と、少なくとも前記基板上に配置された受信オプトエレクトロニクス部品と、前記基板上に配置されたインタフェース集積回路と、前記基板上に配置され、前記インタフェース集積回路と電気的に接続されるプラガブル電気インタフェースと、外側ブラガブル光インタフェース、前記基板上に固定して搭載された光結合素子、及び、前記外側プラガブル光インタフェースと前記光結合素子とに光学的に接続される導光構造を備えた光結合システムと、を備える。
前記光結合素子は、前記送信オプトエレクトロニクス部品から前記導光構造に第1の光信号を結合し、前記導光構造から前記受信オプトエレクトロニクス部品に第2の光信号を結合するよう構成される。
前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースに前記第1の光信号を結合し、前記外側プラガブル光インタフェースから前記第2の光信号を結合するよう構成される。
前記外側プラガブル光インタフェースは、外部送信光ファイバに前記第1の光信号を結合し、受信ファイバから前記第2の光信号を結合するよう構成される。
前記インタフェース集積回路は、送信ドライバ回路と受信回路とを備えている。
前記送信ドライバ回路は、前記送信オプトエレクトロニクス部品と電気的に接続され、1mm未満の間隔で前記送信オプトエレクトロニクス部品に近接して配置される。
前記レシーバ回路は、前記受信オプトエレクトロニクス部品に電気的に接続され、1mm未満の間隔で前記受信オプトエレクトロニクス部品に近接して配置される。
前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースと光学的に接続されるフレキシブル導波路基板を備える。
本願発明の一実施形態におけるスモールフォームファクタプラガブル(SFP)モジュールの正面および背面の斜視図である。 図1に開示したSFPモジュールの分解図である。 図1に開示したSFPモジュールの光−電気(OE)アセンブリの分解図である。 本願発明の他の実施形態におけるSFPモジュールの個別にドライバとレシーバICが配置された基板を示す。 図3に開示したモールド成形された光素子で形成された光結合システムの光路を示す。 図3に開示したOEアセンブリに形成されたモールド成形の光素子(光結合システム)の上面図、下面図、断面図である。 本願発明の他の実施形態におけるSFPモジュールのOEアセンブリの斜視図である。 図7に開示したOEアセンブリの上面図である。 図8に開示した外側プラガブル光インタフェースと導光構造を除いた、図7に示すOEアセンブリの分解図である。 図8に開示した外側プラガブル光インタフェースと導光構造の分解図である。 SFPモジュールに組み立てられた後の図8に示す外側プラガブル光インタフェース及び導光構造の底面斜視図である。 図7に開示したSFPモジュールの光結合素子における光路を示す断面図である。 図7に開示したSFPモジュールの外側プラガブルインタフェースにおける光路を示す断面図である。 本願発明の他の実施形態におけるSFPモジュールのOEアセンブリの斜視図である。 図14に開示したOEアセンブリの上面図である。 図14に開示したOEアセンブリのジャンパー導波路を備えたフロント光ポートの分解図である。 本願発明の他の実施形態におけるSFPモジュールのOEアセンブリの斜視図である。 図17に開示したOEアセンブリにおけるフロントレンズブロックを備えたプラガブルジャンパーアセンブリの分解図である。 図17に開示したOEアセンブに組み立てられるプラガブルジャンパーアセンブリ及びリアレンズブロックの分解図である。 図17に開示したOEアセンブリに組み立てられるプラガブルジャンパーアセンブリ及びリアレンズブロックの他の分解図である。 本願発明の他の実施形態におけるSFPモジュールのOEアセンブリの斜視図である。 図21で開示したOEアセンブリにおける光結合を示す断面図である。 本願発明の他の実施形態におけるSFPモジュールの分解図である。 図23に開示したSFPモジュールにおける金属シールドを備えたOEアセンブリの分解図である。 図23に開示したSFPモジュールにおける下側金属シールドに配置されたOEアセンブリの上面図である。 本願発明の他の実施形態におけるSFPモジュールの個々に分離したフロントレンズブロックの上面図と仮面図である。 本願発明の他の実施形態におけるSFPモジュールにラッチされていない位置にあるOEアセンブリの斜視図である。 ラッチされた位置にある図27Aに開示したOEアセンブリの斜視図である。 図27Aに開示したOEアセンブリにおけるジャンパーアセンブリの斜視図を示す。 図27Aに開示したOEアセンブリにおけるPCB上に組み付けられるリアレンズブロック及びラッチ要素の分解図である。 図27Aに開示したOEアセンブリにおけるPCB上に組み付けられた後のリアレンズブロック及びラッチ要素の斜視図を示す。 図27Aに開示した実施形態における下側トランシーバハウジングに配置されたOEアセンブリの斜視図である。 図27Aに開示した実施形態における下側トランシーバハウジングに配置されたOEアセンブリの上面図である。 図27Aに開示した実施形態における下側トランシーバハウジングに配置されたOEアセンブリの断面図である。 図27Aに開示した実施形態における外側プラガブルインタフェースを示す断面図である。
以下では、本特許出願におけるプラガブル光トランシーバの最良の実施形態及び実施例の詳細を説明する。本願のプラガブル光トランシーバの一例を詳細に説明するが、当業者にとって明らかな内容であり、プラガブル光トランシーバを理解する上で特に重要でない構成については、本願発明の明瞭化のため、その記載を省略する。
さらに、本願で説明するプラガブル光トランシーバは、以下で説明する詳細な実施例の構成に限定されるものではなく、本願の保護範囲から逸脱しない技術で、当業者によって様々な変更や改良をすることができる。例えば、各実施形態で示される異なる要素及び/又は機構は、本願の開示の範囲内において、相互に組み合わせられたり、置き換えることが可能である。
図1は、本願の実施形態におけるスモールフォームファクタプラガブル(SFP)モジュールの正面及び背面斜視図を示す。本実施形態におけるSFPモジュールは、タイプ1デザインとも呼ばれる。図1では、正面側に位置するプラガブル光インタフェース1(さらに、図3に示す)、および、後方側に位置するプラガブル電気インタフェース2が示される。
図2は、図1で示したSFPモジュールの分解図である。図2を参照すると、SFPモジュールは、上側金属ハウジング11と、下側金属ハウジング12と、光−電気(OE)アセンブリ10と、を含んでいる。
図3は、図2に開示したSFPモジュールにおける光−電気アセンブリの分解図である。図3を参照すると、光源133、PD134、及び、ドライバとレシーバが一体化されたIC135が、OEアセンブリ10を形成するために、基板131上に互いに近接して接合される。光源とPDの間の距離は、基本的に1mm未満である。光源(又はPD)からIC135までの間の距離は、基本的に1mm未満である。
IC135は、基板131の他端に配置されたプラガブル電気インタフェース2と、上述したOEアセンブリ10と、に電気的に接続させる。基板131、光源133、PD134、ドライバおよびレシーバが一体化されたIC135、及び、プラガブル電気インタフェース2に加えて、OEアセンブリ10はさらに、光結合システムを含む。この光結合システムについての詳細は後述する。光結合システムは、基板131上に固定して搭載され、一つのモールド成形された光素子132として形成される。
他のアクティブ及びパッシブな電気部品は必要とされてもよく、基板131の他の領域に配置することができる。他の実施形態では、図4に示すように、ドライバとレシーバとが分離されたIC群1351が、基板1311上に搭載されてもよい。
本実施形態では、後述する実施形態と同様に、光結合システムは、光源から発せられる第1の光信号をプラガブル光インタフェースへ接続し、プラガブル光インタフェースで受光された第2の光信号をフォトダイオード(PD)へ導くように構成される。
さらに、本実施形態における光源133は、VCSEL(垂直共振器面発光レーザ)でもよく、他のタイプの送信オプトエレクトロニクス部品であってもよい。本実施形態におけるPD134は、他のタイプの受信オプトエレクトロニクス部品であってもよい。ドライバ及びレシーバが一体化されたIC135は、他のタイプのインタフェース集積回路であってもよい。
図5は、図3における光素子132内に形成された光結合システムの光路を示す。図5を参照すると、光デバイス140によって発せられた光は、まず、光を平行にする第一レンズ面141を通過する。光線は、その後、第一及び第二の反射面142,143によって導光され、プラガブル光インタフェース1の送信ポートを通過してファイバ接続用の外部エリアに到達する前に、第二レンズ面144によって再びフォーカスされる。
反射面142,143は、全反射またはミラーコーティングにより実現される。図6は、モールド成形された光素子132(光結合システム)の上面図、下面図及び断面図を示す。プラガブル光インタフェース1の受信ポートから受けた光は、基本的には上述した光路とは逆となる、つまり、複数の反射面によって通過された後にPD134に到達する、ことがわかる。
本実施形態では、光結合システムは、外側プラガブル光インタフェース(図1及び図3における符号1)と、基板(131)上に固定して搭載された光結合素子(図6の符号141)と、外側プラガブル光インタフェースおよび光結合素子を光学的に接続する導光構造(符号142,143及び144)と、を含む。
光結合素子は、送信オプトエレクトロニクス部品から導光構造に第1の光信号を結合し、導光構造から受信オプトエレクトロニクス部品に第2の光信号を結合するように構成される。導光構造は、外側プラガブル光インタフェースに第1の光信号を結合し、外側プラガブル光インタフェースから第2の光信号を結合するように構成される。外側プラガブル光インタフェースは、外部送信光ファイバに第1の光信号を結合し、受信光ファイバから第2の光信号を結合するように構成される。
図7は、本願の他の実施形態におけるSFPモジュールのOEアセンブリを示す斜視図である。本実施形態におけるSFPモジュールは、タイプ2デザインと呼ばれる。図8は、図7に開示したOEアセンブリの上面図である。
図7及び図8を参照すると、OEアセンブリは、フロントレンズブロック201と、リアレンズブロック203と、を含む。フロントレンズブロック201は、外部ファイバ用のプラガブル光ポート(つまり、外側プラガブル光インタフェース)としての役割を果たす。リアレンズブロック203は、基板204上に接合され、図9に示すように、レーザ206、PD207、IC208に対応する空洞部を有している。図9は、図8における外側プラガブル光インタフェース201と導光構造205とを除いた、図7におけるOEアセンブリを示す分解図である。これらの部品は、基板204上の導電トレースを伝送する電気信号の伝送距離を最小化するために、基板204の後端の近くに配置される。
図8を参照すると、フロントレンズブロック201は、導光構造205を通ってリアレンズブロック203に光学的に接続される。導光構造205は、一対のジャンパーファイバ、または、あらゆる形状の光導波路(他の実施形態で詳細は後述する)を含み、本実施形態におけるOEアセンブリの光結合システムの一部として構成されている。一対のジャンパーファイバの組は、送信ジャンパーファイバと受信ジャンパーファイバとを含む。支持構造202は、フロントレンズブロック201とリアレンズブロック203の間に配置され、導光構造205を機械的に支持するように構成される。
図10は、図8で開示した外側プラガブル光インタフェース201と導光構造205の分解図である。図10を参照すると、導光構造205は、支持構造202上の保護溝211内に配置される。支持構造202からのびる一対のスナップ構造210は、基板204上に導光構造205を固定する。レンズブロック203の結合構造209は、光結合を最大化するために、レンズブロック203のレンズに対する導光構造205の一端の光学的な位置合わせを容易にする。接着剤は、安定した光結合を保証するために、レンズブロック203上の導光構造205の一端を固定するために使用される。
図11は、SFPモジュールに組み立てられた後の図8に開示した外側プラガブル光インタフェース201および導光構造205の底面斜視図である。図12は、図7に開示したSFPモジュールにおける光結合素子(図8の符号203)の光路を示す断面図である。図13は、図7に開示したSFPモジュールにおける外側プラガブルインタフェースの光路を示す断面図である。
図12では、レーザ206から始まり、レンズブロック203を通過して導光構造205に至るまでの光路212を示す。導光構造205の他端は、接着剤でフロントレンズブロック201の裏側に固定される。図13は、導光構造205の端部から始まり、フロントレンズブロック201を通過して外部ファイバコア214に至るまでの光路213を示す。
本実施形態における光結合システムは、外側プラガブル光インタフェース(図8の符号201)と、基板上に固定して搭載された光結合素子(図8の符号203)と、外側プラガブル光インタフェース及び光結合素子を光学的に接続する導光構造(図8の符号205)と、を含む。光結合素子は、送信オプトエレクトロニクス部品から導光構造へ第1の光信号を結合し、導光構造から受信オプトエレクトロニクス部品へ第2の光信号を結合するよう構成される。導光構造は、外部プラガブル光インタフェースへ第1の光信号を結合すると共に、外部プラガブル光インタフェースから第2の光信号を結合するように構成される。外部プラガブル光インタフェースは、外部の送信光ファイバに第1の光信号を結合すると共に、受信ファイバから第2の光信号を結合するよう構成される。
図14は、本発明の他の実施形態におけるSFPモジュールのOEアセンブリを示す斜視図である。本実施形態におけるSFPモジュールは、タイプ3デザインと呼ばれる。図15は、図14に開示したOEアセンブリの上面図である。図16は、図14に開示したOEアセンブリのジャンパー導波路を備えたフロント光ポートを示す分解組立図である。
図14乃至16を参照すると、タイプ3デザインはタイプ2デザインに類似する。主な違いは、フロントレンズブロック301(本実施形態では、プラガブル光インタフェース)とリアレンズ302とを光学的に接続する導光構造205が、本実施形態における光結合システムの一部に相当する、フレキシブル導波路基板(光導波路シート)304の一部に置き換えられていることである。送受信光経路の各々のためのフロントレンズブロック301とリアレンズブロック302との間で光信号を導くように構成される複数の導波路305が、導波路基板304に埋め込まれる。タイプ2デザインに類似しており、支持構造303は、導光構造304を機械的に支持するフロントレンズブロック301とリアレンズブロック302との間に配置される。
本実施形態における光結合システムは、外側プラガブル光インタフェース(図15の符号301)と、基板上に固定して搭載された光結合素子(図15の符号302)と、外側プラガブル光インタフェース及び光結合素子を光学的に接続する導光構造(図15の符号304,305)と、を含む。光結合素子は、送信オプトエレクトロニクス部品から導光構造に第1の光信号を結合し、導光構造から受信オプトエレクトロニクス部品へ第2の光信号を結合するように構成される。導光構造は、外側プラガブル光インタフェースへ第1の光信号を結合し、外側プラガブル光インタフェースから第2の光信号を結合するよう構成される。外側プラガブル光インタフェースは、外部の送信光ファイバに第1の光信号を結合し、受信ファイバから第2の光信号を結合するよう構成される。
図17は、本願の他の実施形態におけるSFPモジュールのOEアセンブリを示す斜視図である。図18は、図17に開示したOEアセンブリにおけるフロントレンズブロック401を備えたプラガブルジャンパーアセンブリ41を示す分解図である。図19は、図17に開示したOEアセンブリで組み立てられるプラガブルジャンパーアセンブリ41およびリアレンズブロック405を示す分解図である。図20は、図17に開示したOEアセンブリで組み立てられるプラガブルジャンパーアセンブリ41及びリアレンズブロック405を示す別の方向から見た図である。
本実施形態におけるSFPモジュールは、タイプ4デザインと呼ばれる。図17乃至図20を参照すると、このタイプのデザインは、プラガブルジャンパーアセンブリ41を備える。プラガブルジャンパーアセンブリ41は、フロントレンズブロック401(本実施形態では、外側プラガブル光インタフェース)と、ジャンパーファイバ404と、ファイバ支持構造403と、本実施形態の送信オプトエレクトロニクス部品および受信オプトエレクトロニクス部品の高さを合わせるためにジャンパーファイバ404の位置を機械的に固定するために構成されたリアジャンパープラグ406と、を含む。
符号403,404及び406のアセンブリは、本実施形態における導光構造を形成する。送信ジャンパーファイバと受信ジャンパーファイバとを含むジャンパーファイバ404は、リアジャンパープラグ406の端面にあるファイバ終端穴4071で終端する。リアジャンパープラグ406は、光信号を結合するために、リアレンズブロック405と嵌め合わされる。
ジャンパープラグ406上の位置調整構造407は、ファイバ終端穴4071に関して正確に位置決めされており、良好な位置決めを保証するために、リアレンズブロック405上の対応する突出位置決め構造408と結合するよう構成されている。一旦、ジャンパープラグ406がリアレンズブロック405に嵌め合うと、ジャンパーファイバ404の端面は、リアレンズブロック405上のレンズ素子4081に正確に位置決めされる。
ファイバ支持構造403上のラッチ構造4031は、ジャンパープラグ406がリアレンズブロック405から外れることを防ぐ。タイプ3デザインに類似しているため、ジャンパーファイバ404は、フレキシブル光導波路に置き換えることができる。
本実施形態における光結合システムは、外側プラガブル光インタフェース(図18の符号401)と、基板に固定して搭載された光結合素子(図20の符号405)と、外側プラガブル光インタフェースおよび光結合素子を光学的に接続する導光構造(図18の符号403,404,406)と、を含む。
光結合素子は、送信オプトエレクトロニクス部品から導光構造に第1の光信号を結合し、導光構造から受信オプトエレクトロニクス部品へ第2の光信号を結合するよう構成される。導光構造は、外側プラガブル光インタフェースへ第1の光信号を結合し、外部プラガブル光インタフェースから第2の光信号を結合するよう構成される。外側プラガブル光インタフェースは、外部の送信光ファイバに第1の光信号を結合し、受信ファイバから第2の光信号を結合するように構成される。
図21は、本発明の他の実施形態におけるSFPモジュールのOEアセンブリを示す斜視図である。図22は、図21に開示したOEアセンブリの光結合を示す断面図である。本実施形態におけるSFPモジュールは、タイプ5デザインと呼ばれる。
図21,22を参照すると、このタイプ5デザインは、リアレンズブロック501(本実施形態における光結合素子として)が、図22で示される異なる光学デザインであることを特徴としている点を除いて、タイプ2デザインに類似している。導光構造502(基本的に、本実施形態におけるジャンパーファイバ)は、光源503から直接光信号を結合するために、約90度曲げられている。
上述した実施形態では、タイプ1−5デザインは、製品のEMI規格を保証するためにOEアセンブリを囲む金属ハウジングを使用する必要がある。以下の代替デザインでは、上側と下側のハウジングとして、より低コストである非伝導性のモールド成形可能な材料を使用したSFP/SFP+トランシーバを示す。
図23は、本発明の他の実施形態におけるSFPモジュールを示す分解図である。図24は、図23に開示したSFPモジュールの金属シールドを備えたOEアセンブリを示す分解図である。図25は、図23に開示したSFPモジュールのより下側に金属シールドを配置したOEアセンブリの上面図である。本実施形態におけるSFPモジュールは、タイプ6デザインと呼ばれる。
図23−25を参照すると、トランシーバモジュールは、上側プラスチックハウジング601と、下側プラスチックハウジング602と、回路基板612およびリアレンズブロック611(本実施形態における光結合素子として)を備えており上側金属シールド604と下側金属シールド607とによって囲まれた中央OEアセンブリ603と、を含む。サーマルパッド606は、基板の放熱を促進するよう、下側金属シールド607に熱的に接触させる。
タイプ2デザインに類似しているので、光信号は、基板上の光学部品間で、構造609によって機械的に支持されている導光構造601(本実施形態における光結合システムの一部として)を通過して、フロントレンズブロック608(本実施形態では、外側プラガブル光インタフェース)へ送信される。EMI保護が金属シールド604及び607によってサポートされるため、外側ハウジングを、モジュールのEMI性能を下げることなく、非伝導性の成形可能材料で形成することができる。
上述したタイプ2−6デザインについては、フロントレンズブロックは1つの単一成形品である。代わりに、図26に示すように、フロントレンズブロックは、それぞれ1つの光ポートを含む複数の個別の部品で構成することができる。
図27Aは、本願の他の実施形態におけるSFPモジュールのラッチされていない位置のOEアセンブリを示す斜視図である。図27Bは、ラッチされた位置における図27Aで開示したOEアセンブリを示す斜視図である。図28は、図27AにおけるOEアセンブリのジャンパーアセンブリを示す斜視図を示す。図29は、図27Aで開示したOEアセンブリのPCB上で組み立てられるリアレンズブロック及びラッチ要素を示す分解組立図である。図30は、図27Aに開示したOEアセンブリのPCB上で組み立てられた後のリアレンズブロック及びラッチ要素を示す斜視図である。本実施形態におけるSFPモジュールは、タイプ7デザインと呼ばれる。
このタイプは、リアジャンパープラグ704が、離脱を防ぐためにラッチ要素706によってリアレンズブロック707に保持される、ということを除いて、タイプ4デザインに類似している。ラッチ要素706は、基板に固定される。
図27A−30を参照すると、OEエンジンデザインのこのタイプは、取り外し可能なファイバジャンパーアセンブリ71を含む。ジャンパーアセンブリ71は、フロント光ポート71aと、ジャンパーファイバ703と、リアジャンパープラグ704と、を含む。符号703及び704のアセンブリは、本実施形態における導光構造を形成している。ジャンパープラグ704は、正確に位置合わせさせる機構704aと、ジャンパーファイバが終端するファイバガイドホール704bと、を含む。
上述した実施形態に類似して、リアレンズブロック707は、レーザ/PDチップ709を覆い、トランシーバIC708はPCB702上に組み立てられる。本実施形態では、ジャンパープラグ704は、光結合素子、より具体的にはレンズブロック707に取り外し可能なよう取り付けられる。一旦、ジャンパープラグ704がレンズブロック707に取り付けられると、一対のラッチアーム706aを備えるラッチ要素706は、2つの部品がお互いに離れることを防ぐように構成されている。ラッチ要素706は、金属板を用いて形成される。
このようにすることで、ラッチ要素は、EMIシールドと、モジュールの環境上の堅牢性を向上させる熱拡散の追加機能を提供することができる。嵌め合わさった位置において、ジャンパープラグ704の位置合わせ構造704aは、ファイバガイドホール704bでファイバの終結を保証するリアレンズブロック707のレンズ要素707bと共に配置された対応する位置合わせ構造707aと結合する。その結果、光路は、図12に示すものと同様に、レーザ/PDチップ709と光ファイバ703の間で形成される。なお、本実施形態における光結合素子は、ラッチ要素706とレンズブロック707とを含む。
ファイバジャンパーアセンブリ71のフロント光ポート71a(本実施形態の外側ブラガブル光インタフェース)は、中心にそれぞれ位置決め通路701c(図32を参照)を有する一対のアライメントスリーブ701で構成される。光ファイバ703は、中心にプレシジョンアライメントホール701b(図33を参照)を通過させ、アライメントフェルール701aの端面701d(図32を参照)で終端される。フェルールは、アライメントスリーブ701へ挿入され、位置決め通路701c内に位置するフェルール端面701dと共に固定される。
図31Aは、図27Aで開示した本実施形態における下側トランシーバハウジングに配置されたOEアセンブリを示す斜視図である。図31Bは、図27Aに開示した本実施形態における下側トランシーバハウジングに配置されたOEアセンブリを示す上面図である。図32は、図27Aに開示した本実施形態における下側トランシーバハウジングに配置されたOEアセンブリを示す断面図である。図31A−32では、下側トランシーバハウジング710内に配置された、組み立てられたOEアセンブリ72を示す。図をわかりやすくするために、上側トランシーバハウジングは図示していない。2つの光ポート701の間隔は、下側トランシーバハウジングの機械的構造とSFP/SFP+MSA規格に応じて維持される。
図33は、図27Aに開示した本実施形態における外側プラガブルインタフェースを示す断面図である。図33は、対応する外部プラグがトランシーバに連結される際におけるジャンパーファイバと外部ファイバケーブルとの間の光路の連結を示す。この場合、アライメントスリーブ701のアライメント通路701cに挿入された外側フェルール711aは、端面701dで止められる。この位置では、外部ファイバ711bのファイバ端面は、アライメントフェルール701a内のジャンパーファイバ703と近接し、正確に位置決めされる。このように、光信号は、さらなる光を必要とせず、最小損失で、ジャンパーファイバと外部ファイバとの間で直接突き合わされて結合される。
上述した実施形態におけるSFP/SFP+モジュールでは、レーザ、フォトダイオード(PD)、及び、ドライバとレシーバに相当するICは、PCB上で直接組み付けられる。レーザのドライバとレシーバICは、対応する光部品に近い位置に配置される。光部品は、お互いに正確に位置合わせされる。プラガブル光インタフェースの間隔は、光部品の間隔とは異なる。光結合システムは、送信ポートへ光信号を送信するよう導き、受信ファイバからPDで光信号を受信するよう導くために使用される。
上述した実施形態では、プラガブル光トランシーバは、一端にプラガブル光インタフェース、他端にプラガブル電気インタフェースを有するハウジングを含む。プラガブル光インタフェースは、少なくとも1つの送信ポート及び1つの受信ポートを有する。プラガブル電気インタフェースは、ハウジング内部に配置された回路基板を延長して形成される。
少なくとも1つの光の光源と、少なくとも1つのフォトダイオード(PD)とは、基板上に直接搭載される。光源とPDは、互いに近接して配置されている(望ましくは、1mm未満の距離)。構成要素の間隔は、高精度な結合技術を用いて、正確に維持される。送信ドライバ回路は、光源に近接し(望ましくは、1mm未満の距離)、光源と電気的に接続される。レシーバ集積回路は、PDに近接し(望ましくは、1mm未満の距離)、PDと電気的に接続される。ドライバ回路とレシーバ回路は、1つのシングルチップに統合することができる。空洞部を有して形成された光素子は基板上に接合される。空洞部は、基板上の光源、PD及びICを囲む。
光結合システムは、光源から送信ポートに送信された光信号を結合し、受信ポートからPDへ受信された光信号を導くよう成形された光素子と共に構成される。上述したように構成された光結合システムは、上述した光素子の一部と見なすことができる。送信ポートおよび受信ポートの間隔は、光システムの光部品の間隔とは異なる。つまり、光部品の間隔より、送信ポートおよび受信ポートの間隔の方が大きくなる。送信ポートおよび受信ポートの間隔は、SFP/SFP+
MSA規格に従う。トランシーバの物理的なサイズは、SFP/SFP+
MSA規格に従う。
上述した実施形態におけるプラガブル光トランシーバでは、オプトエレクトロニクス部品(レーザとフォトダイオード)および光結合部品は、PCBボード上に直接配置される。レーザとフォトダイオードは、レーザドライバ及びレシーバICと同様に互いに近接して配置される。この配置により、オプトエレクトロニクス部品とICの間で送信される電気信号の完全性を、容易に維持している。さらに、光結合部品及びオプトエレクトロニクス部品の位置合わせプロセスは、従来の高価で複雑な位置合わせプロセスを排除して、単純な1ステップで行うことができる。
上述した実施形態におけるプラガブル光トランシーバは、従来のスモールフォームファクタプラガブル(SFP)トランシーバと比較して、より簡易なトランシーバ構造と、より少ない必要構成と、より低いアセンブリ複雑さと、より低い全体コストと、の利点を有する。
本願発明を多くの実施形態を参照して説明したが、本願発明は、現在の発明の範囲から逸脱せずに、様々な他の変更や改良を行うことができる。

Claims (18)

  1. 上側ハウジングと、
    下側ハウジングと、
    前記上側ハウジング及び前記下側ハウジングによって囲まれた光−電気アセンブリと、
    を備えたプラガブル光トランシーバであって、
    前記光−電気アセンブリは、
    基板と、
    少なくとも前記基板上に配置された送信オプトエレクトロニクス部品と、
    少なくとも前記基板上に配置された受信オプトエレクトロニクス部品と、
    前記基板上に配置されたインタフェース集積回路と、
    前記基板上に配置され、前記インタフェース集積回路と電気的に接続されるプラガブル電気インタフェースと、
    外側ラガブル光インタフェースと、前記基板上に固定して搭載された光結合素子と、前記外側プラガブル光インタフェース及び前記光結合素子に光学的に接続される導光構造と、を備えた光結合システムと、を備え、
    前記光結合素子は、前記送信オプトエレクトロニクス部品から前記導光構造に第1の光信号を結合し、前記導光構造から前記受信オプトエレクトロニクス部品に第2の光信号を結合するよう構成され、
    前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースに前記第1の光信号を結合し、前記外側プラガブル光インタフェースから前記第2の光信号を結合するよう構成され、
    前記外側プラガブル光インタフェースは、外部送信光ファイバに前記第1の光信号を結合し、受信ファイバから前記第2の光信号を結合するよう構成されており、
    さらに、
    前記導光構造は、複数の反射面を備え、
    前記外側プラガブル光インタフェースは、送信ポート及び受信ポートを備えており、
    前記反射面は、前記第1の光信号を前記送信ポートに結合させ、前記受信ポートから前記第2の光信号を結合させるよう構成され、
    前記送信ポートと前記受信ポートとの間隔は、前記基板上に配置された前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品との間隔より大きい、
    プラガブル光トランシーバ。
  2. 請求項に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記送信オプトエレクトロニクス部品は、VCSELであり、
    前記受信オプトエレクトロニクス部品は、フォトダイオードであり、
    前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品とは、1mm未満の間隔で前記基板に搭載されている、
    プラガブル光トランシーバ。
  3. 請求項1に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記インタフェース集積回路は、送信ドライバ回路と受信回路とを備えており、
    前記送信ドライバ回路は、前記送信オプトエレクトロニクス部品と電気的に接続されると共に、1mm未満の間隔で前記送信オプトエレクトロニクス部品に近接して配置される、
    プラガブル光トランシーバ。
  4. 請求項に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記受信回路は、前記受信オプトエレクトロニクス部品に電気的に接続されると共に、1mm未満の間隔で前記受信オプトエレクトロニクス部品に近接して配置される、
    プラガブル光トランシーバ。
  5. 請求項に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記送信ドライバ回路と前記受信回路とは、一つのチップに集積されている、
    プラガブル光トランシーバ。
  6. 請求項に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記送信ポートと前記受信ポートとの間隔は、SFP/SFP+MAS規格に準拠する、
    プラガブル光トランシーバ。
  7. 請求項1に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記光結合素子は、前記基板上に接合されており、前記送信オプトエレクトロニクス部品と、前記受信オプトエレクトロニクス部品と、前記インタフェース集積回路と、を収容する空洞部を有している、
    プラガブル光トランシーバ。
  8. 請求項1に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースと前記光結合素子とを光学的に接続する一対のジャンパーファイバを備え、
    前記一対のジャンパーファイバは、送信ジャンパーファイバと受信ジャンパーファイバとを備える、
    プラガブル光トランシーバ。
  9. 請求項に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記ジャンパーファイバは、前記送信オプトエレクトロニクス部品からの光信号を結合するために約90度曲げられている、
    プラガブル光トランシーバ。
  10. 請求項1に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースと光学的に接続されるフレキシブル導波路基板を備えた、
    プラガブル光トランシーバ。
  11. 請求項に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記導光構造は、前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品との間隔を合わせるために前記ジャンパーファイバの位置を機械的に固定するジャンパープラグを備え、
    前記ジャンパーファイバは、前記ジャンパープラグの端面で終端している、
    プラガブル光トランシーバ。
  12. 請求項1に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記上側ハウジングと前記下側ハウジングとは、金属製である、
    プラガブル光トランシーバ。
  13. 請求項1に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    上側金属シールドと、下側金属シールドと、を備え、
    前記上側金属シールドと前記下側金属シールドとは、前記光結合素子と前記基板とを囲い、
    前記上側ハウジングと前記下側ハウジングとは、非伝導性の成形可能材料で形成されている、
    プラガブル光トランシーバ。
  14. 請求項1に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記光結合システムは、一つのモールド成形された光素子により構成される、
    プラガブル光トランシーバ。
  15. 請求項11に記載のプラガブル光トランシーバであって、
    前記光結合素子は、前記基板に固定されるラッチ要素を備え、
    前記ジャンパープラグは、前記光結合素子と分離可能なよう嵌め合わされ、
    前記ラッチ要素は、前記ジャンパープラグが前記光結合素子から外れることを防ぐように構成される、
    プラガブル光トランシーバ。
  16. 上側ハウジングと、
    下側ハウジングと、
    前記上側ハウジング及び前記下側ハウジングによって囲まれた光−電気アセンブリと、
    を備えたスモールフォームファクタプラガブル光トランシーバであって、
    前記光−電気アセンブリは、
    基板と、
    少なくとも前記基板上に配置された送信オプトエレクトロニクス部品と、
    少なくとも前記基板上に配置された受信オプトエレクトロニクス部品と、
    前記基板上に配置されたインタフェース集積回路と、
    前記基板上に配置され、前記インタフェース集積回路と電気的に接続されるプラガブル電気インタフェースと、
    外側ラガブル光インタフェースと、前記基板上に固定して搭載された光結合素子と、前記外側プラガブル光インタフェース及び前記光結合素子に光学的に接続される導光構造と、を備えた光結合システムと、を備え、
    前記光結合システムは、前記送信オプトエレクトロニクス部品から前記外側プラガブル光インタフェースに第1の光信号を結合し、前記外側プラガブル光インタフェースで受信した第2の光信号を前記受信オプトエレクトロニクス部品に導くよう構成され、
    前記光結合素子は、前記基板上に接合され、前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品と前記インタフェース集積回路とを収容する空洞部を有し、
    前記上側ハウジングと前記下側ハウジングとは、金属製であり、
    さらに、
    前記導光構造は、複数の反射面を備え、
    前記外側プラガブル光インタフェースは、送信ポート及び受信ポートを備えており、
    前記反射面は、前記第1の光信号を前記送信ポートに結合させ、前記受信ポートから前記第2の光信号を結合させるよう構成され、
    前記送信ポートと前記受信ポートとの間隔は、前記基板上に配置された前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品との間隔より大きい、
    スモールフォームファクタプラガブル光トランシーバ
  17. 請求項16に記載のスモールフォームファクタプラガブル光トランシーバであって、
    前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースと前記光結合素子とを光学的に接続する一対のジャンパーファイバを備え、
    前記一対のジャンパーファイバは、送信ジャンパーファイバと受信ジャンパーファイバとを備える、
    スモールフォームファクタプラガブル光トランシーバ。
  18. 上側ハウジングと、
    下側ハウジングと、
    前記上側ハウジング及び前記下側ハウジングによって囲まれた光−電気アセンブリと、
    を備えたプラガブル光トランシーバであって、
    前記光−電気アセンブリは、
    基板と、
    少なくとも前記基板上に配置された送信オプトエレクトロニクス部品と、
    少なくとも前記基板上に配置された受信オプトエレクトロニクス部品と、
    前記基板上に配置されたインタフェース集積回路と、
    前記基板上に配置され、前記インタフェース集積回路と電気的に接続されるプラガブル電気インタフェースと、
    外側ラガブル光インタフェースと、前記基板上に固定して搭載された光結合素子と、前記外側プラガブル光インタフェース及び前記光結合素子に光学的に接続される導光構造と、を備えた光結合システムと、を備え、
    前記光結合素子は、前記送信オプトエレクトロニクス部品から前記導光構造に第1の光信号を結合し、前記導光構造から前記受信オプトエレクトロニクス部品に第2の光信号を結合するよう構成され、
    前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースに前記第1の光信号を結合し、前記外側プラガブル光インタフェースから前記第2の光信号を結合するよう構成され、
    前記外側プラガブル光インタフェースは、外部送信光ファイバに前記第1の光信号を結合し、受信ファイバから前記第2の光信号を結合するよう構成され、
    前記インタフェース集積回路は、送信ドライバ回路と受信回路とを備えており、
    前記送信ドライバ回路は、前記送信オプトエレクトロニクス部品と電気的に接続されると共に、1mm未満の間隔で前記送信オプトエレクトロニクス部品に近接して配置され、
    前記受信回路は、前記受信オプトエレクトロニクス部品に電気的に接続されると共に、1mm未満の間隔で前記受信オプトエレクトロニクス部品に近接して配置され、
    前記導光構造は、前記外側プラガブル光インタフェースと光学的に接続されるフレキシブル導波路基板を備え、
    さらに、
    前記導光構造は、複数の反射面を備え、
    前記外側プラガブル光インタフェースは、送信ポート及び受信ポートを備えており、
    前記反射面は、前記第1の光信号を前記送信ポートに結合させ、前記受信ポートから前記第2の光信号を結合させるよう構成され、
    前記送信ポートと前記受信ポートとの間隔は、前記基板上に配置された前記送信オプトエレクトロニクス部品と前記受信オプトエレクトロニクス部品との間隔より大きい、
    プラガブル光トランシーバ。
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