KR20150003811A - 섬유 트레이, 광 섬유 모듈, 및 광 섬유 처리 방법 - Google Patents

섬유 트레이, 광 섬유 모듈, 및 광 섬유 처리 방법 Download PDF

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마티유 샤르보뇌-르포트
마이클 드 종
카알 랜달 해리슨
데니스 마이클 크네히트
크레이그 앨런 스트로즈
토마스 토어콘
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코닝 옵티컬 커뮤니케이션스 엘엘씨
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Abstract

동일한 것을 이용하여 조립되는 섬유 트레이 및 광 섬유 모듈이 개시되며, 광 섬유는 광 섬유 모듈의 바디에 고정되는 섬유 트레이에 고정된다. 상기 바디는 능동 광학 요소들로 광을 지향시키기 위해 내부 전반사 표면을 이용하여 광을 반사시키는 다수의 렌즈를 규정한다. 상기 섬유 트레이는 바디에 의해 규정된 그러한 렌즈들에 광 섬유의 단부들을 정렬시키는 상기 바디의 섬유 지지 형태부 내에 상기 다수의 광 섬유들이 고정되도록 상기 바디에 고정된다. 그와 같은 투-피스 광 섬유 모듈을 채용하는 광-전기 커넥터 뿐만 아니라 섬유 트레이를 이용하여 다수의 광 섬유를 처리하는 방법이 개시된다.

Description

섬유 트레이, 광 섬유 모듈, 및 광 섬유 처리 방법 {FIBER TRAYS, FIBER OPTIC MODULES, AND METHODS OF PROCESSING OPTICAL FIBERS}
본 출원은 2012년 4월 20일 출원된 미국 출원 제61/636,159호 및 2012년 5월 24일 출원된 미국 출원 제61/651,307호를 우선권 주장하고 있는 2013년 4월 19일 제출된 국제출원 PCT/US13/37407의 계속 출원이다. 또한, 본 출원은 2013년 3월 15일 출원된 미국 출원 제13/838,417호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 발명은 통상 광 섬유 모듈에 관한 것으로, 특히 내부 전반사를 채용하는 바디에 연결된 섬유 트레이를 갖춘 광-전기 커넥터 및 광 섬유 모듈에 관한 것이다.
가전 기기에 사용된 단거리 데이터 링크들, 특히 비디오 데이터 저장 애플리케이션에 사용된 이들 데이터 링크는 점점 더 높은 데이터 속도에 이르고 있다. 그러한 예들은 5 Gb/s의 USB 3.0 프로토콜, 10 Gb/s의 HDMI 및 2 채널을 통한 10 Gb/s의 Thunderbolt를 포함한다. 그와 같은 높은 데이터 속도에서, 통상의 동 케이블은 제한된 전송 거리 및 케이블 가요성을 갖는다. 적어도 이러한 이유들 때문에, 소비자 기기와 같은 다음 세대의 전자 장치에 높은 데이터 속도를 제공하기 위해 동선(copper wire)의 대안으로서 광 섬유가 대두되고 있다.
변조기와 함께 고가의 고출력 에지-발광 레이저를 채용하는 통신 애플리케이션들과 달리, 단거리 광 섬유 링크는 수직-공동 표면-발광 레이저(VCSEL; vertical-cavity surface-emitting laser)와 같은 저가의 저출력 직접 변조 광원에 기반한다. 가전 기기 등에 실용적으로 실행가능하도록, 그러한 광원으로부터 어느 한 방향의 광 섬유로 광을 연결(즉, 전송)하는데 사용되고 또 다른 방향의 포토다이오드 상의 또 다른 광 섬유로 이동되는 광을 연결(즉, 수신)하는데 사용된 광 섬유 어셈블리는 저렴해야 한다. 이러한 요건은 적절한 성능을 가지면서 제조가 간단한 그러한 어셈블리 디자인의 요구를 배격한다. 따라서, 이는 광 섬유의 정렬을 단순화시키는 광 섬유 모듈의 요구를 해결하지 못한다.
본 발명은 내부 전반사를 채용하는 바디에 연결된 섬유 트레이를 갖춘 광-전기 커넥터와, 광 섬유 모듈 및 이를 제조하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명 개시의 실시예들은 내부 전반사(total-internal-reflection)("TIR") 표면을 갖는 바디 및 섬유 트레이를 포함하는 투-피스(two-piece) 광 섬유 모듈에 관한 것이다. 다수의 광 섬유를 유지하는 섬유 트레이는 바디에 위치되어 고정된다. 섬유 트레이로부터 확장하는 광 섬유의 단부들은 상기 바디의 섬유 지지 형태부 내에 수동적으로 또는 능동적으로 위치되어 굴절률-매칭 접착제와 같은 접착제에 의해 상기 바디의 섬유 지지 형태부에 고정됨으로써 상기 바디에 고정된다. 상기 섬유-단부들은 이들이 상기 바디에 의해 규정된 다수의 렌즈들과 광 통신(즉, 광학적으로 정렬된)하기 위해 기준 섬유-단부 기준 표면에 배치되도록 위치된다. 또한, 섬유 트레이를 이용하여 광 섬유를 처리하는 방법이 개시된다.
본 발명 개시의 일 형태는 내부 전반사 표면을 갖는 바디와 연결하기 위한 섬유 트레이다. 그러한 섬유 트레이는 다수의 광 섬유를 수용하도록 구성된 다수의 섬유 지지 형태부를 따라 제1표면 및 이 제1표면에 대향하는 제2표면을 포함한다. 또한 상기 섬유 트레이는 상기 제1표면과 제2표면 사이에 제1접착제 수용 형태부와 제2접착제 수용 형태부, 및 상기 다수의 섬유 지지 형태부를 가로지르고 상기 제1표면부터 섬유 트레이 내까지 깊이가 확장되는 접착 웰을 포함한다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 섬유 트레이이고, 상기 접착 웰은 제1표면에 위치된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 섬유 트레이이고, 상기 제1접착제 수용 형태부 및 제2접착제 수용 형태부는 제1에지보다 제2에지에 더 가깝게 위치된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 섬유 트레이이고, 제3에지에 위치된 추가의 제1접착제 수용 형태부 및 제4에지에 위치된 추가의 제2접착제 수용 형태부를 더 포함한다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 섬유 트레이이고, 하나 또는 그 이상의 경사 형태부를 더 포함한다. 일 예로서, 상기 섬유 트레이는 이 섬유 트레이의 제2표면으로부터 확장하는 하나 또는 그 이상의 돌출부를 포함한다.
본 발명 개시의 또 다른 형태는 미리 결정된 파장을 갖는 광을 전달하는 바디, 및 섬유 트레이를 포함하는 광 섬유 모듈이다. 상기 광 섬유 모듈의 바디는 제1표면 및 이 제1표면에 대향하는 제2표면, 상기 제1표면으로부터 확장하고, 내부 전반사에 의해 상기 광 섬유 모듈 내로 전파되는 광의 광 신호를 반사하도록 동작되는 내부 전반사(TIR) 표면, 섬유-단부 기준 표면을 통해 전파되는 광 신호가 상기 TIR 표면에서 반사되도록 상기 TIR 표면에 인접하여 위치된 상기 섬유-단부 기준 표면, 상기 바디의 제2표면 상에 형성된 다수의 렌즈 표면을 포함한다. 상기 다수의 렌즈 표면, TIR 표면, 섬유-단부 기준 표면 및 상기 바디의 중간부는 굴곡진 광학 축을 각각 갖는 다수의 렌즈를 규정한다(즉, 광학 축은 광 신호를 턴(turn)시킨다). 상기 바디는 섬유 트레이를 수용하도록 구성된 섬유 트레이 오목부를 더 포함한다. 상기 섬유 트레이는 제1표면 상에 배치된 다수의 섬유 지지 형태부를 포함한다. 상기 다수의 섬유 지지 형태부는 다수의 광 섬유를 수용하도록 구성된다. 상기 섬유 트레이는 다수의 섬유 지지 형태부에 배치된 다수의 광 섬유의 섬유-단부가 바디의 섬유-단부 기준 표면에 위치되고 다수의 렌즈의 굴곡진 광학 축과 거의 정렬되도록 상기 섬유 트레이 오목부 내에 배치되어 상기 바디에 고정된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 광 섬유 모듈이고, 상기 섬유 트레이는 제1접착제 수용 형태부 및 제2접착제 수용 형태부를 포함한다. 상기 제1 및 제2접착제 수용 형태부는 섬유 트레이를 섬유 트레이 오목부에 고정시킴으로써 상기 바디에 고정시키기 위한 접착제를 수용하도록 구성된다. 상기 섬유 트레이는 섬유 트레이에 다수의 섬유 지지 형태부 내에 배치된 다수의 광 섬유를 고정시키기 위한 상기 다수의 섬유 지지 형태부를 가로지르고 상기 제1표면부터 섬유 트레이 내까지 깊이가 확장되는 접착 웰을 더 포함한다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 광 섬유 모듈이고, 상기 접착 웰은 제1표면에 위치된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 광 섬유 모듈이고, 제1접착제 수용 형태부 및 제2접착제 수용 형태부는 제1에지보다 제2에지에 더 가깝게 위치된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 광 섬유 모듈이고, 섬유 트레이는 추가의 제1접착제 수용 형태부 및 추가의 제2접착제 수용 형태부를 더 포함한다.
본 발명 개시의 다른 형태는 섬유 트레이 홈 내에 상기 섬유 트레이를 경사지게 하기 위한 경사 형태부를 갖는 상술한 광 섬유 모듈이다. 그러한 하나 또는 그 이상의 경사 형태부는 섬유 트레이 상에, 또는 바디 상에 또는 그 모두에 배치된다. 예컨대, 상기 섬유 트레이는 섬유 트레이가 섬유 트레이 홈의 바닥 쪽으로 경사지도록 제1에지에 가까운 제2표면으로부터 확장하는 하나 또는 그 이상의 경사 돌출부를 더 포함한다. 그러나, 그러한 경사 형태부는 섬유 트레이 홈을 경사지게 하기 위한 바디의 홈 내에 배치된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 광 섬유 모듈이고, 상기 바디는 다수의 섬유 지지 형태부를 더 포함한다. 상기 바디의 다수의 지지 형태부는 통상 그 트레이의 다수의 지지 형태부와 정렬된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 기판, 다수의 광 섬유, 바디 및 섬유 트레이를 갖춘 광 섬유 모듈을 포함하는 광-전기 커넥터이다. 다수의 광 섬유의 각각의 광 섬유는 외부 코팅에 의해 둘러싸인 코어를 갖추고, 각각의 광 섬유는 상기 코어가 섬유-단부로부터의 길이에 대해 노출된 스트립된 영역을 포함한다. 상기 바디는 미리 결정된 파장을 갖는 광을 전달하며, 제1표면 및 제2표면, 상기 제1표면으로부터 확장하는 내부 전반사(TIR) 표면을 포함하고, 상기 TIR 표면은 내부 전반사에 의해 상기 바디 내로 전파되는 광의 광 신호를 반사하도록 동작되며, 상기 섬유-단부 기준 표면은 이 섬유-단부 기준 표면을 통해 전파되는 광 신호가 상기 TIR 표면에서 반사되도록 상기 TIR 표면에 인접하여 위치된다. 상기 바디는 상기 섬유-단부 기준 표면에서 종결되는 다수의 섬유 지지 형태부, 및 상기 바디의 제2표면 상에 형성된 다수의 렌즈 표면을 더 포함하며, 상기 다수의 렌즈 표면, TIR 표면, 섬유-단부 기준 표면 및 상기 바디의 중간부는 굴곡진 광학 축을 각각 갖는 다수의 렌즈를 규정한다. 또한 상기 바디는 섬유 트레이를 수용하기 위한 섬유 트레이 홈(즉, 포켓)을 포함한다. 상기 바디는 다수의 렌즈 표면이 다수의 능동 광학 요소들과 거의 정렬되도록 기판의 표면에 연결된다. 상기 섬유 트레이는 제1에지 및 이 제1에지에 대향하는 제2에지를 포함한다. 상기 다수의 광 섬유는 각 개별 광 섬유가 오프셋 길이(L f )로 제2에지를 넘어 확장하도록 섬유 트레이 내에 배치된다. 상기 섬유 트레이는 다수의 광 섬유의 스트립된 영역이 다수의 섬유 지지 형태부에 배치되도록 섬유 트레이 홈 내에 배치되어 바디에 고정되며, 상기 다수의 광 섬유의 섬유-단부는 섬유-단부 기준 표면에 위치되고 다수의 렌즈의 굴곡진 광학 축과 거의 정렬된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 광-전기 커넥터이고, 상기 섬유 트레이는 제1표면 및 상기 제1표면에서 이 제1표면 상의 제2에지로 확장하는 다수의 섬유 지지 형태부를 더 포함하며, 상기 다수의 광 섬유는 다수의 섬유 지지 형태부 내에 배치된다. 상기 섬유 트레이는 제3에지, 이 제3에지에 대향하는 제4에지, 및 상기 제3에지에 위치된 제1접착제 수용 형태부 및 상기 제4에지에 위치된 제2접착제 수용 형태부를 더 포함한다. 상기 제1 및 제2접착제 수용 형태부는 섬유 트레이를 섬유 트레이 오목부에 고정시킴으로써 상기 바디에 고정시키기 위해 접착제를 수용하도록 구성된다. 상기 섬유 트레이는 또한 다수의 섬유 지지 형태부를 가로지르고 제1표면부터 섬유 트레이까지 깊이가 확장되는 접착 웰을 포함한다. 상기 접착 웰은 섬유 트레이에 상기 다수의 섬유 지지 형태부 내에 배치된 다수의 광 섬유를 고정시키기 위한 접착제를 수용하도록 구성된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 광-전기 커넥터이고, 다수의 능동 광학 요소들은 적어도 하나의 광원 장치 및 적어도 하나의 광검출기를 포함한다. 상기 적어도 하나의 광원 장치와 정렬된 다수의 렌즈 표면의 렌즈 표면은 높이(H S )로 상기 적어도 하나의 광원 장치의 표면으로부터 오프셋되고, 상기 적어도 하나의 광검출기와 정렬된 다수의 렌즈 표면의 렌즈 표면은 높이(H D )로 상기 적어도 하나의 광검출기의 표면으로부터 오프셋되며, H S 는 H D 보다 크다.
본 발명 개시의 또 다른 형태는 광 섬유 모듈을 제조하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은 다수의 광 섬유가 오프셋 길이(L f )로 섬유 트레이의 삽입 에지를 넘어 확장되도록 섬유 트레이의 제1표면의 다수의 섬유 지지 형태부에 외부 코팅에 의해 둘러싸인 코어를 갖춘 다수의 광 섬유를 위치맞추는 단계, 및 상기 섬유 트레이에 다수의 광 섬유를 고정시키기 위해 상기 섬유 트레이의 제1표면에 접착제를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 각 광 섬유의 스트립된 영역을 형성하기 위해 코어를 노출시키도록 다수의 광 섬유의 각각의 광 섬유의 외부 코팅을 스트립핑하는 단계, 및 상기 섬유 트레이를 광 섬유 모듈의 바디 내로 위치맞추는 단계를 더 포함한다. 상기 바디는 제1표면으로부터 확장하는 내부 전반사(TIR) 표면, 상기 TIR 표면에 가깝게 위치된 섬유-단부 기준 표면, 및 상기 섬유-단부 기준 표면에서 종결되는 다수의 섬유 지지 형태부를 포함한다. 상기 섬유 트레이는 다수의 광 섬유의 스트립된 영역이 바디의 다수의 섬유 지지 형태부 내에 배치되고 각 광 섬유의 섬유-단부가 상기 섬유-단부 기준 표면에 위치되도록 바디 내에 삽입된다. 상기 방법은 광 섬유 모듈의 바디에 다수의 광 섬유 및 섬유 트레이를 고정시키기 위해 상기 섬유 트레이에 접착제를 제공하는 단계를 더 포함한다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 방법이며, 다수의 광 섬유의 각각의 광 섬유의 외부 코팅을 스트립핑하는 단계는 레이저 스트립핑 프로세스에 의해 수행된다.
본 발명 개시의 다른 형태는 상술한 방법이며, 섬유 트레이를 고정시키기 위한 접착제를 광 섬유 모듈의 바디에 제공하는 단계를 더 포함한다.
추가의 형태 및 장점들은 이하 상세한 설명에 기술되며, 그 일부는 통상의 기술자가 용이하게 알 수 있거나 또는 수반되는 도면들 뿐만 아니라 이하의 상세한 설명 및 청구항을 포함하는 본원에 기술된 실시예들을 실시함으로써 알 수 있을 것이다.
상술한 통상의 설명 및 이하의 상세한 설명 모두가 개시의 실시예들을 나타내며, 청구된 바와 같은 개시의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 기초를 제공하기 위한 것이라는 것을 알아야 한다. 수반되는 도면들은 그러한 개시를 더 잘 이해시키기 위해 제공되며, 본 명세서에 통합되어 그 명세서의 일부를 구성한다. 그러한 도면들은 개시된 개념들의 원리 및 동작들을 설명하기 위해 본원에 기술된 상세한 설명과 함께 본원 개시의 다양한 실시예들을 기술한다. 청구항은 이하 기술된 상세한 설명에 통합되어 그 상세한 설명의 일부를 구성한다.
이하 도면의 구성요소들은 본 발명 개시의 일반적인 원리들을 강조하기 위해 도시되며, 일정한 비율로 도시하려는 것은 아니다. 그러한 도면에 기술된 실시예들은 특성의 설명으로 예시이며, 청구항에 의해 정의된 대상으로 한정하려는 것은 아니다. 기술된 실시예들의 이하 상세한 설명은 이하의 도면들과 연계하여 참조함으로써 이해될 수 있으며, 유사한 구조는 유사한 참조부호로 표시했다.
도 1은 본 발명 개시의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 명확한 목적을 위해 분리된 하우징의 일부를 구비한 광 섬유 모듈을 포함하는 예시의 광-전기 커넥터의 상부 사시도이고;
도 2는 도 1에 나타낸 바와 같은 분해된 광 섬유 모듈의 사시도이고;
도 3은 바디에 부착된 섬유 트레이를 구비한 광 섬유 모듈을 나타내는 도 1의 광-전기 커넥터를 클로즈업(close-up)한 상부 사시도이고;
도 4a는 도 1 내지 3에 나타낸 광 섬유 모듈의 섬유 트레이의 상부 사시도이고;
도 4b는 도 4a에 나타낸 섬유 트레이의 하향도이고;
도 4c는 도 4a 및 4b에 나타낸 섬유 트레이의 배면도이고;
도 4d는 선택의 경사 형태부를 갖는 라인 4D-4D에 따라 취해진 도 4c에 나타낸 것과 유사한 또 다른 섬유 트레이의 횡단면도이고;
도 5a는 광 섬유들이 채워진 도 4a-4d에 나타낸 섬유 트레이의 상면도이고;
도 5b는 도 5a에 나타낸 채워진 섬유 트레이의 측면도이고;
도 6a는 도 1 내지 3에 나타낸 광 섬유 모듈의 바디의 상부 사시도이고;
도 6b는 도 6a에 나타낸 바디의 상면도이고;
도 6c는 도 6a 및 6b에 나타낸 바디 모듈의 배면도이고;
도 6d는 라인 6D-6D에 따라 취해진 도 6B에 나타낸 바디의 횡단면도이고;
도 6e는 도 6a-6d에 나타낸 바디의 하면도이고;
도 6f는 라인 6F-6F에 따라 취해진 도 6e에 나타낸 바디의 횡단면도이고;
도 7은 본 발명 개시의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 예시의 광 섬유 처리 방법을 기술하는 순서도이고;
도 8은 도 1에 나타낸 광-전기 커넥터의 조립된 광 섬유 모듈의 상면도이고;
도 9a는 인쇄회로보드(PCB) 기판(또는 IC 칩) 및 광원 장치로서 능동 광학 요소를 나타냄과 더불어, 또 광원 장치로부터 광 섬유 모듈의 바디를 통해 굴곡진 소스 광로를 걸쳐 광 섬유 내에 존재하는 포커스로 이동하는 광을 나타내는 글로즈업 횡단면도이며;
도 9b는 광 섬유로부터 굴곡진 검출 광로를 걸쳐 광 섬유 모듈의 바디를 통해 PCB 기판(또는 IC 칩)에 의해 지지된 광검출기의 형태의 능동 광학 요소로 도 9a의 반대 방향으로 광 섬유로 이동하는 광을 나타내는 클로즈업 횡단면도이다.
본 발명 개시의 추가 형태 및 장점들은 이하의 상세한 설명에 기술되며, 그 설명으로부터 통상의 기술자가 용이하게 알 수 있거나 또는 청구항 및 수반되는 도면들과 함께 본원에 기술된 바와 같은 발명을 실시함으로써 알 수 있을 것이다.
직교좌표가 참조를 위해 소정 도면에 나타나 있으나 방향 또는 방위를 한정하려는 것은 아니다.
본 발명 개시의 실시예들은 광 섬유 모듈 및 광-전기 커넥터에 관한 것으로, 특히 전송 채널(들)에 사용된 광원 장치(레이저, 발광 다이오드 등)들과 같은 능동 광학 요소와 수신 채널(들)에 사용된 광검출기 장치(예컨대, 포토다이오드)간 광의 광 신호를 제공하기 위해 내부 전반사(TIR)를 채용하는 광 섬유 모듈 및 광-전기 커넥터에 관한 것이다. 또한 실시예들은 광 섬유 처리 방법 및 광 섬유를 광 섬유 모듈의 렌즈와 정렬시키는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도면에 따른 실시예들은 TIR 표면을 갖는 바디 및 섬유 트레이를 포함하는 투-피스(two-piece) 광 섬유 모듈에 관한 것이다. 광 케이블 어셈블리의 광 섬유는 먼저 섬유 트레이의 섬유 지지 형태부(예컨대, 홈) 내에 삽입된 후 더 처리(예컨대, 광 섬유 코어 또는 클래딩을 노출하기 위해 하나 또는 그 이상의 코팅 층을 레이저 또는 기계적 스트립핑(stripping)하는, 그리고/또 광 섬유의 단부를 클리빙(cleaving)하는)된다. 다음에 상기 섬유 트레이는 광 섬유 모듈의 바디에 위치되어 접착제에 의해 고정된다. 상기 섬유 트레이로부터 확장하는 광 섬유(들)의 섬유-단부(들)는 바디의 섬유 지지 형태부(예컨대, 홈과 같은) 내에 능동적으로 위치되고(예컨대, 수동 정렬 또는 능동 정렬을 이용하여) 굴절률-매칭 접착제에 의해 상기 바디의 섬유 지지 형태부에 고정됨으로써 상기 바디에 고정된다. 상기 섬유-단부들은 이들이 바디에 의해 규정된 다수의 렌즈와 정렬되도록 기준 섬유-단부 기준 표면에 배치(즉, 접촉 또는 거의 접촉)되도록 정렬되어 위치된다.
그러한 섬유 트레이의 사용은 상기 광 섬유 모듈의 바디 내에 삽입하기 전에 다수의 광 섬유의 동시 처리를 가능하게 하기 때문에, 제조 시간, 비용 또는 그 모두를 감소시킬 수 있다. 더욱이, 상기 섬유 트레이는 바디의 섬유 지지 형태부에 광 섬유들의 스트립된 부분의 위치맞춤이 제조 동안 신속하면서 용이해지도록 섬유-단부들에 가까운 위치에 헐거운(loose) 광 섬유들을 고정한다. 상기 바디가 광 섬유들의 섬유-단부들을 디자인된 위치에 위치맞추기 위한 형태들을 갖기 때문에, 단지 상기 바디의 공차만이 엄밀하게 콘트롤되어야 한다. 섬유 트레이 치수의 공차는 좀더 느슨하게 콘트롤될 수 있는데, 이는 상기 투-피스 광 섬유 모듈을 제조하는 전체 비용을 감소시킬 수 있다. 이하, 광 섬유 모듈, 섬유 트레이, 광-전기 커넥터, 및 광 섬유 처리 방법의 여러 실시예들을 상세히 기술한다.
도 1에는 능동 광 케이블 어셈블리의 예시의 광-전기 커넥터(10)가 도시되어 있다. 본 발명 개시의 실시예들은 소정의 커넥터 표면 또는 구성으로 한정하지 않는다는 것을 알아야 한다. 본원에 기술된 실시예들은 광-전기 커넥터 또는 케이블 어셈블리들에 관한 것이다. 용어 "광-전기"는 광-전기 커넥터를 기술하기 위해 사용되는데, 이는 그 커넥터 내에서 광-전기 변환 및 전기-광 변환을 수행하기 때문이다. 즉, 상기 광-전기 커넥터는 그 커넥터의 모듈에 부착된 광 섬유와 같은 광도파로를 따라 전송을 위해 전기 신호를 광 신호로 그리고 그 반대로 변환하기 위한 내부의 능동 전자소자와 함께 장치에 대한 연결을 위한 커넥터 인터페이스에 전기 콘택트(electrical contact)를 갖춘다. 예시의 커넥터 타입은 USB 3.0, HDMI, ThunderboltTM 및 FireWire®를 포함하나 이들로 한정하진 않는다. 일반적으로, 능동 광 케이블 어셈블리는 제1광-전기 커넥터에서 전기 장치로부터의 전기 신호를 하나 또는 그 이상의 광 섬유를 통해 전송되는 광 신호로 변환한다. 이후 능동 광 케이블 어셈블리의 대향 단부에 제2광-전기 커넥터(10)는 하나 또는 그 이상의 광 섬유로부터 광 신호를 수신하고, 그 광 신호를 전기 신호로 변환하며, 그 변환된 전기 신호를 상기 제2광-전기 커넥터(10)의 결합 인터페이스에 전기적으로 연결된 또 다른 전자 소자로 전송한다.
일반적으로 도 1에 나타낸 예시의 광-전기 커넥터(10)는 전기 커넥터(102), 기판(103; 예컨대 FR-4와 같은 재료로 이루어진 인쇄회로보드(PCB)), 다양한 전자 소자(105; 전기 신호를 수신하고, 광원 장치를 구동시키고, 포토다이오드 소자로부터 신호를 수신하는 소자들)들, 상기 다양한 전자 소자(105)들에 의해 규정된 회로에 전기 커넥터(102)를 전기적으로 연결하는 전도성 소자(104), 광 섬유 모듈(100) 하부의 능동 광학 요소(140D, 140S; 도 1에서는 볼 수 없고, 도 9a 및 9b 참조)들로 그리고 그로부터 광의 광 신호를 제공하기 위한 광 섬유 모듈(100), 및 광 케이블의 다수의 광 섬유(106)를 유지하는 외부 하우징(101; 내부 구성요소들을 기술하기 위해 그 외부 하우징의 상부는 나타내지 않았다는 것을 참고)을 포함한다. 능동 광학 요소들은 광을 전송 및/또는 수신할 수 있는 장치들을 포함한다. 전송 능동 광학 요소로 작동하는 광원 장치(140S)는 수직-공동 표면-발광 레이저(VCSEL)와 같은 레이저 다이오드 및 발광 다이오드를 포함하나 이들로 한정하진 않는다. 수신 능동 광학 요소로 작동하는 광검출기(140D)는 예컨대 포토다이오드를 포함한다. 상기 다양한 전자 소자(105)들은 예컨대 상기 능동 광학 요소(140D, 140S)들을 구동시킬 수 있는 집적회로로 구성된다. 소정 수의 능동 광학 요소(140D, 140S)들이 통신 프로토콜에 따라 사용될 것이다. 기술된 실시예에 있어서, 2개의 광원 장치(140S) 및 2개의 광검출기(140D)가 사용되며, 이에 따라 4개의 채널을 제공한다.
일반적으로, 광 섬유 모듈(100)은 바디(110) 및 광 섬유(106)의 일단부를 유지하는 섬유 트레이(120)를 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유 모듈(100)은 광 섬유(들)를 능동 광학 요소(들)에 광학적으로 연결하기 위한 부품 키트(kit)로 제공된다. 도 2는 분해된 상태의 광 섬유 모듈(100)의 사시도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 광-전기 커넥터(10)의 PCB 기판(103)에 연결된 조립된 광 섬유 모듈(100)의 사시도이다. 상기 섬유 트레이(120)는 임의의 스트레인(strain) 경감 요소(190)로부터 확장하는 광 섬유(106)가 섬유-단부 기준 표면(114)에 위치되도록 바디(110)의 섬유 트레이 오목부(118) 내에 배치되어 고정되도록 구성된다. 광 섬유(106)의 섬유-단부들은 상기 섬유-단부 기준 표면(114)과 접촉한다. 그러나, 섬유 길이의 변화로 인해, 일부의 섬유-단부는 상기 섬유-단부 기준 표면(114)에 거의 접촉하며 필요에 따라 굴절률-매칭 재료를 사용할 것이다. 상기 광 섬유(106)는 상기 섬유 트레이(120)의 상면의 섬유 지지 형태부(122)에 의해 지지된다. 이하 상세히 기술하는 바와 같이, 상기 광 섬유 모듈의 바디(110)는 상기 섬유-단부 기준 표면(114)으로부터 확장하는 바디의 중간부를 통과하는 광 신호 및 상기 광 섬유 모듈(100) 바닥의 PCB 기판(103) 상에 위치된 능동 광학 요소(도시하지 않음)들에 의해 방출된 광 신호를 반사하기 위해 TIR 표면(113)으로 작용하는 오목부(115)의 각진 표면을 포함한다. 상기 섬유 트레이(120)는 접착제에 의해 섬유 트레이 오목부(118) 내에 고정됨으로써 상기 바디(110)에 고정되며, 다른 타입의 기계적인 부착물을 갖지는 않는다. 섬유-단부들이 상기 바디(110)에 의해 규정된 렌즈들과 광학적으로 정렬(즉, 광 통신으로)되도록 상기 섬유-단부들을 능동적으로 위치맞춤시킨 후, 상기 광 섬유(106)들이 굴절률-매칭 접착제에 의해 상기 바디(110)에 고정된다. 실시예들에 있어서, 상기 섬유-단부들은 렌즈들의 위치에 대한 대용으로 작용하는 기준에 맞추어 정렬될 것이다.
상기 바디(110)는 소정의 적절한 수단에 의해 능동 광학 소자들과 정렬되도록 PCB 기판(103)에 정확하게 위치되어 고정된다. 예컨대, 상기 PCB 기판(103)은 상기 바디(110)와 정렬되어 그 바디의 정렬 형태 내에(또는 그 반대) 맞추기 위해 구성되는 기준점을 포함한다. 그러나, 다른 정렬 방법들이 가능하다. 예컨대, 시각 시스템은 상기 PCB 기판(103) 상에 능동 광학 요소(140D, 140S)들에 따라 바디(110)를 정확하게 위치시키는데 사용될 것이다. 실시예들에 있어서, 상기 바디(110)는 에폭시와 같은 접착제를 이용하여 PCB 기판(103) 상의 위치에 고정될 것이다.
섬유 트레이 및 광 섬유
이제 도 4a-4d에 따라, 예시의 섬유 트레이(120)를 상세히 기술한다. 도 4a는 예시의 섬유 트레이(120)의 상부 사시도이고, 반면 도 4b는 그 섬유 트레이(120)의 상면도이고, 도 4c는 상기 섬유 트레이(120)의 배면도이며, 도 4d는 도 4c의 라인 4D-4D를 따라 취해진 섬유 트레이의 횡단면도이다.
상기 섬유 트레이(120)는 바디(110) 내에 삽입하기 전에, 그리고 몇몇 실시예들에서는 각 광 섬유의 코어를 노출시키기 위한 레이저 스트립핑과 같은 광 섬유(106)의 처리 전에 다수의 광 섬유(106)를 유지하도록 구성된다. 상기 섬유 트레이(120)는 예컨대 몰딩된 열가소성 물질과 같은 소정의 적절한 재료들로 이루어질 것이다. 예시의 재료들은 한정하진 않지만 SABIC innovative Plastics에 의해 제조된 LEXAN 940A 및 Solvay Specialty Polymers에 의해 생산된 Udel 3700HC를 포함한다. 선택된 그러한 재료는 자외선(UV)-경화 접착제를 섬유 트레이(120) 아래에 경화시키기 위해 자외선(UV) 파장을 전달하도록 선택될 것이다. 실시예들에 있어서, 본 실시예에서 개방 홈들로 구성된 섬유 지지 형태부(122)들과 같은 섬유 트레이(120)의 형태는 예컨대 와이어 방전가공(EDM; wire electrical discharge machining)에 의해 제조된 몰드(mold)를 이용하여 사출 성형(injection molding)에 의해 형성될 것이다.
일반적으로 도 4a-4d에 나타낸 섬유 트레이(120)는 제1표면(121), 이 제1표면(121)에 대향하는 제2표면(129), 섬유 트레이(120)의 후면부를 규정하는 제1에지(125; 즉, 삽입 에지), 상기 제1에지(125)에 대향하는 제2에지(126), 제3에지(123A), 및 상기 제3에지(123A)에 대향하는 제4에지(123B)를 포함한다. 상기 제2에지(126)는 선택적으로 상기 바디(110)를 체결하기 위한 챔퍼(162; chamfer)를 포함한다.
홈들로 구성된 다수의 섬유 지지 형태부(122)들은 상기 섬유 트레이(120)의 제1표면(121) 상에서 상기 제1에지(125)부터 제2에지(126)까지 확장한다. 상기 섬유 지지 형태부(122)들은 도 5a 및 5b에 나타낸 바와 같이 다수의 광 섬유(106)의 비-스트립부(non-stripped portion; 즉, 코팅된)를 수용하도록 구성된다. 비록 그러한 섬유 지지 형태부(122)가 도 4a-4c에서 직사각형 홈들로 도시했을 지라도, 실시예들은 이것으로 한정하진 않는다. 예컨대, 상기 홈들은 "V"형 홈(즉, 단면으로 보아 "V"자와 같은 형태) 또는 "U"형 홈(즉, 단면으로 보아 "U"자와 같은 형태)으로 구성될 수 있다.
도 5a 및 5b에 따르면, 홈들로 구성된 4개의 섬유 지지 형태부(122) 내에 배치된 4개의 광 섬유(106)가 도시되어 있지만, 소정의 적절한 지지 형태부들이 광 섬유를 위해 사용될 수 있다. 예시의 광 섬유(106)들은 예컨대 대형 코어, 고개구수(high-numerical-aperture)의 광 섬유와 같은 멀티-모드 광 섬유, 예컨대 뉴욕, 코닝의 코닝 인코포레이티드로부터 이용가능한 VSDNTM 광 섬유이다. 또한 예시의 광 섬유(106)들은 참조로 본원에 포함되는 "High numerical aperture multimode optical fiber,"로 명칭된 공개된 PCT 특허출원공개공보 WO2010036684호에 개시되어 있다. 각각의 광 섬유(106)는 굴절률 n C 를 갖는 중심 코어(108; '코어(core)')를 갖춘다. 상기 코어(108)는 굴절률 n CL 을 갖는 클래딩(도시하지 않음)에 의해 둘러싸이며, 여기서 n CL ＜ n C 이다. 일 예에 있어서, 상기 광 섬유(106)는 개구수 NAF = 0.29를 갖는다. 또한, 일 예에 있어서, 상기 코어(108)는 한 예에서 포물선 프로파일인 경사-굴절률 프로파일을 갖는다. 일 예에 있어서, 상기 코어(108)는 약 80 μ(micron)의 직경을 갖는다. 각각의 광 섬유의 그러한 코어(108) 및 클래딩은 코팅(107)에 의해 둘러싸인다. 상기 코팅(107)은 예컨대 아크릴레이트 재료가 될 것이다. 상기 섬유 트레이(120)의 섬유 지지 형태부(122)들은 상기 광 섬유(106)들의 코팅부(107)를 수용할 수 있는 치수가 된다. 상기 코어(108)는 도 5b에 나타낸 바와 같은 중심 축(151)을 갖는다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 광 섬유(106)들은 이들이 제2에지(126)를 넘어 확장되도록 섬유 지지 형태부(122)들 내에 배치된다. 각각의 광 섬유(106)는 코어(108; 또는 클래딩)를 노출시키도록 스트립되고 이후 각각의 광 섬유(106)가 길이(L f )로 상기 섬유 트레이(120)의 제2에지(126)를 넘어 확장되도록 섬유 축에 거의 수직으로 클리빙된다. 일 예로서 그리고 한정하진 않지만, 상기 광 섬유(106)들은 레이저가 코팅 재료를 제거하기 위해 이용되는 레이저 스트립핑 프로세스에 의해 코팅(107)이 스트립된다. 일 예로서 그리고 한정하진 않지만, 레이저 소스는 예컨대 영국, Abingdon의 OpTek Systems에 의해 제공된 레이저 스트립핑 프로세스(laser stripping process)에 의해 코팅(107)을 제거하기 위해 이용될 것이다. 다른 레이저 스트립핑 방법들이 이용될 수도 있다. 추가로, 비-레이저 스트립핑 방법들은 화학적, 기계적 또는 핫 가스 스트립핑에 의해 코팅 재료를 스트립하기 위해 이용될 수 있다. 그러한 스트립된 광 섬유(106)는 예컨대 레이저 클리빙 또는 기계적 클리빙에 의해 클리빙될 것이다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(106)들은 섬유 트레이(120)에 배치된 후 클리빙되지 않는다. 예시의 레이저 클리빙 시스템은 한정하진 않지만 영국, Abingdon의 OpTek Systems에 의해 제공된 레이저 클리빙 시스템을 포함한다.
각 광 섬유(106)의 스트립된 부분의 길이(L c )는 코팅(107)의 단부에서 섬유-단부(109)까지 측정된다. 클리빙 후의 길이(L f )는 광 섬유들의 섬유-단부(109)들이 이하 상세히 기술하는 바와 같이 섬유-단부 기준 표면(114)에 도달되는 것이 될 것이다. 상기 길이(L c )는 바디(110)의 섬유 지지 형태부(112; 도 6a 참조)들의 길이와 같거나 그보다 클 것이다. 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(106)들은 다수의 광 섬유들이 선형 어레이로 처리되도록 섬유 트레이(120)에 고정된 후 스트립핑 프로세스에 의해 코팅(107)이 스트립될 것이다.
일반적으로 도 4a-4d, 및 5a에 따르면, 기술된 섬유 트레이(120)는 제1표면(121)부터 섬유 트레이(120) 부피 내까지 깊이(d w )가 확장되는 접착 웰(124; adhesive well)을 더 포함한다. 그러한 접착 웰(124)은 경화성 에폭시와 같은 접착제를 수용하도록, 예컨대 섬유 트레이(120)의 섬유 지지 형태부(122) 내에 광 섬유(106)를 고정하도록 제공된다. 따라서, 상기 접착 웰(124)은 접착제용 매장소로 구성된다. 접착 웰(124)에 제공된 접착제는 섬유 지지 형태부(122) 및 광 섬유(106)의 코팅(107)을 따라 위킹(wicking)될 것이다. 예시의 UV 경화 굴절률 매칭 접착제는 한정하진 않지만 Nextgen Adhesives에 의해 제조된 Nextgen UV AB14를 포함한다. 다른 UV 경화 굴절률 매칭 접착제들이 사용될 수 있다. 비록 접착 웰(124)이 섬유 트레이(120)의 제1표면(121) 내에 중심으로 배치되는 것으로 나타나 있을 지라도, 실시예들은 이것으로 한정하진 않는다. 추가로, 상기 접착 웰(124)은 또한 또 다른 실시예들에서 섬유 트레이(120)의 제1표면(121) 내에 하나 이상의 웰로서 구성될 것이다.
또한 상기 섬유 트레이(120)는 바디(110)의 섬유 트레이 오목부(118; 도 6a 참조)에 그 섬유 트레이(120)를 고정시키기 위한 접착제 수용 형태부(127)를 포함한다. 기술된 실시예에서, 섬유 트레이의 제3 및 제4에지(123A, 123B) 상에 위치된 노치(notch)로서 구성되는 그러한 접착제 수용 형태부(127)는 접착제(예컨대, 섬유-단부(109)를 바디(110)의 재료에 매칭시키는 경화성 굴절률-매칭 에폭시)를 수용하기 위한 리셉터클(receptacle)을 제공한다. 이러한 경우, 상기 노치는 아치형이지만, 각진 형태, 직사각형, 정사각형 등과 같은 소정의 적절한 형태를 가질 수 있다. 상기 접착제 수용 형태부(127)들은 섬유 트레이(120)가 바디(110)의 섬유 트레이 오목부(118)의 바닥(139)에 접합되도록 접착제가 그 섬유 트레이(120) 아래로 위킹될 수 있게 한다. 2개 이상의 접착제 수용 형태부(127; 즉, 추가 접착제 수용 형태부)가 제공되고, 도면에 나타낸 것과 다른 위치들이 가능하다는 것을 알아야 할 것이다. 대안의 실시예들에 있어서, 상기 접착제 수용 형태부들은 섬유 트레이(120)의 제1표면(121)에서 제2표면(129)까지 확장하는 관통-구멍들로서 구성됨으로써, 접착제가 섬유 트레이(120)와 바디(110)의 섬유 트레이 오목부(118)간 흐를 수 있게 한다. 그러한 개시된 개념들을 이용한 다른 실시예들은 그러한 접착제 수용 형태부의 사용을 보류할 수 있다. 예컨대, 접착제는 그러한 구성요소들간 배치되거나 또는 텅(tongue) 및 홈과 같은 바디와 섬유 트레이간 기계적인 부착을 이용할 수 있다.
도 4d(도 4c 및 5b 뿐만 아니라)에 따르면, 광 섬유 모듈은 섬유 트레이를 수평 평면으로 정렬하기 위한 경사 형태부를 선택적으로 포함할 수 있다. 예컨대, 그러한 섬유 트레이(120)는 이 섬유 트레이(120)가 섬유 트레이 오목부(118) 내에 위치될 때 바디(110)의 섬유 지지 형태부(112)들과 섬유-단부 기준 표면(114)간 인터페이스 및 제2에지(126) 쪽으로 경사각(φ)만큼 아래로 향해 섬유 트레이(120)를 경사지게 하기 위해 제1에지(125)의 근방으로 제2표면(129)으로부터 확장하는 하나 또는 그 이상의 경사 돌출부(160)들을 선택적으로 포함할 수 있다(이하 기술되는 도 7 참조). 상기 경사각(φ)은 섬유 트레이(120)의 제2에지(126)를 넘어 확장하는 광 섬유(106)들이 바디(110)의 섬유 지지 형태부(112)들 내에 배치되는 것을 촉진하고, 이에 따라 능동 정렬 전에 바디(110)의 렌즈(이하 기술하는)들과 선(pre)-정렬되게 하는 것이다. 다른 실시예들에 있어서, 섬유 트레이(120)의 전체 제2표면(129; 즉, 바닥 표면)이 바디(110)의 섬유 트레이 오목부(118)의 바닥(139)과 접촉하도록 경사 돌출부가 제공되지 않는다. 다른 실시예들에 있어서, 경사 돌출부와 같은 경사 형태부는 바디의 섬유 트레이 오목부에 배치되거나, 섬유 트레이 상에 단독으로 배치되는 대신, 그 섬유 트레이와 바디 모두에 배치될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 섬유 트레이(120)는 또한 그 섬유 트레이(120)를 섬유 트레이 오목부(118) 내에 삽입하고 광 섬유의 섬유-단부(109)들을 섬유 지지 형태부(112) 내에 정렬시킬 때 그 섬유 트레이(120)의 핸들링(인간 또는 기계에 의해)을 쉽게하기 위해 선택의 핸들링 형태부(128; handling feature)를 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 섬유 트레이는 기술된 형태와 다른 섬유 트레이 오목부와 상보적인 다른 적절한 형태들을 가질 수 있다.
광 섬유 모듈의 바디
도 6a-6f에 따르면, 도 4a-5b에 나타낸 섬유 트레이(120)를 수용하도록 구성된 광 섬유 모듈의 예시의 바디(110)가 도시된다. 도 6a는 예시 바디(110)의 상부 사시도이고, 도 6b는 그 바디(110)의 상면도이고, 도 6c는 상기 바디(110)의 배면도이며, 도 6d는 도 6b의 라인 6D-6D를 따라 취해진 상기 바디(110)의 횡단면도이다. 도 6e는 상기 바디(110)의 저면도이고, 반면 도 6f는 도 6e의 라인 6F-6F를 따라 취해진 횡단면도이다.
일반적으로, 광 섬유 모듈의 바디(110)는 광 섬유(106)들의 섬유-단부(109)들로부터 방출된 광의 광 신호를 광검출기(140D) 상으로 재지향시켜 포커스하고, 광원 장치(140S)들에 의해 방출된 광의 광 신호를 광 섬유(106)들로 재지향시켜 포커스하도록 구성된다. 그러한 모듈(100)은 기술된 실시예들에서 직육면체 형태 TIR부(143) 및 이 TIR부(143)의 전면(146)으로부터 확장하는 섬유 트레이 삽입부(144)를 규정하는 바디(110)를 갖춘다. 그러나, 다른 좀더 단순한 형태가 본원에 개시된 개념들을 이용하여 직사각형 바디와 같은 바디를 규정할 수 있다.
상기 바디(110)는 광 데이터 링크를 형성하는데 사용된 VCSEL의 파장 범위인 800 nm 내지 1,100 nm 범위의 적외선(IR) 파장(λ)과 같은 특정 광 통신 프로토콜에 따른 소정 파장(λ)을 갖는 광을 전달하는 재료로 이루어진다. 본원에 사용된 바와 같이, 전달 수단은 광 신호가 크나큰 손실 없이 재료를 통과할 수 있게 한다. 또한 예컨대 가시광 스펙트럼의 파장과 같은 다른 소정의 파장(λ)이 사용될 수 있다.
예시의 실시예에 있어서, 광 섬유 모듈(100)의 바디(110)는 상술한 IR 파장 범위에서 약 n = 1.64의 굴절률을 갖는 상표명 ULTEM®1010로 General Electric Company에 의해 판매된 폴리에테르이미드(PEI; Polyetherimide)와 같은 투명 수지로 형성된다. 일 예에 있어서, 상기 바디(110)는 단판이며, 예컨대 몰딩에 의해, 기계가공에 의해, 또는 몰딩과 기계가공의 조합에 의해 형성된다. 일 예에 있어서, 몰드는 강철로 이루어지며, 이하 기술된 렌즈 표면(134, 135)들을 포함하는 바디의 형태가 섬유-단부(109)와 능동 광학 요소들간 미세한 광학 정렬을 제공하기 위해 높은 정밀도로 형성되도록 정밀한 마이크로-기계가공된다.
상기 바디(110)는 삽입부(144)에 제1단부(117), TIR부(143)의 전면(146), 이 전면(146)에 거의 평행한 제2단부(132), 제1표면(119), 및 이 제1표면(119)에 거의 평행한 제2표면(145)를 구비한다. 또한 상기 바디(110)의 TIR부(143)는 2개의 측면(131A, 131B)을 포함한다. 예시의 삽입부(144)는 섬유 트레이(120)가 배치되는 섬유 트레이 오목부(118)를 규정하는 2개의 아암(116A, 116B) 및 바닥(139)을 포함한다. 대안의 실시예들에 있어서, 상기 바디(110)는 도 6a-6f에 나타낸 바와 같은 삽입부(144)를 포함하지 않고, 오히려 그 바디(110)가 단일의 직육면체 형태(예컨대, 전면(146)이 제1단부(117)에 위치된)로 구성된다.
상기 섬유 트레이 오목부(118)는 TIR부(143) 내로 확장하고, 기술된 실시예에서, 그러한 섬유 트레이 오목부(118)의 바닥(139)은 섬유 트레이(120)가 상기 섬유 트레이 오목부(118)에 배치될 때 섬유 트레이(120)의 챔퍼(162)를 체결하도록 구성되는 레지(130; ledge)에서 종결된다. 상기 레지(130)는 이 레지(130)의 높이보다 높은 높이를 갖는 섬유 지지 레지(147; support ledge)로 전이된다. 상기 섬유 지지 레지(147)는 벽(136)을 규정한다. 대안적으로, 상기 바닥(139)은 중간 레지(130)가 아닌 상기 섬유 지지 레지(147)에서 바로 종결될 수 있다.
상기 섬유 지지 레지(147)는 기술된 실시예에서 "V"형 홈들로 구성된 섬유 지지 형태부(112)들을 포함한다. 상기 섬유 지지 형태부(112)들은 예컨대 직사각형 홈, 또는 "U"형 홈으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기 섬유 지지 형태부(112)는 또한 광 섬유(106)의 스트립된 부분을 수용하도록 치수화된 보어(bore)로서 구성될 수 있다. 상기 섬유 지지 형태부(112)는 길이 L g 로 Z-방향으로 이어지고, 필요한 경우 보통 제1 및 제2측면(131A, 131B)과 평행해질 것이다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 섬유 지지 형태부(112)들은 그 섬유 지지 형태부(112)들과 거의 직각을 이루고 제1표면(119) 쪽으로 확장되는 섬유-단부 기준 표면(114)에서 종결되며, 섬유 지지 레지(147)의 대향 단부에서 개방된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 섬유-단부 기준 표면(114)은 제조 목적(예컨대, 제조 프로세스 동안 몰드가 개방될 때 그 몰드가 섬유-단부 기준 표면(114)을 스커핑(scuffing)하는 것을 방지하기 위해)을 위해 상기 섬유 지지 형태부(112)에 직각인 평면에 대해 약간 각진다(예컨대, 5°). 상기 섬유 지지 형태부(112)들은 섬유 트레이(120)가 섬유 트레이 오목부(118)에 배치될 때 그 섬유 트레이(120)의 섬유 지지 형태부(122)들과 정렬되도록 구성된다. 더욱이, 이하 좀더 상세히 기술하는 바와 같이, 각각의 모듈 섬유 지지 형태부(112)는 광 섬유(106)들의 섬유 축을 렌즈들의 대응하는 렌즈 축과 적절하게 위치시키기 위해 각 렌즈의 렌즈 축과 정렬된다.
또한 상기 제1표면(119)은 섬유-단부 기준 표면(114)으로부터 오프셋(offset)되는 오목부(115)를 포함한다. 상기 오목부(115)는 이하 기술하는 바와 같이 TIR 표면(113)을 규정하는 전면 각진 벽(113), 및 각지거나 또는 대안적으로 거의 수직인 후벽(148)을 포함한다. 상기 각진 벽(113)은 섬유-단부 기준 표면(114)에 면하고, 그 섬유-단부 기준 표면(114)으로부터 떨어져 각도 θ(도 9a 및 9b 참조)로 경사진다. 일 예에 있어서, 상기 각진 벽(113)은 Y-방향에 대해 공칭각 θ= 45°를 갖는다.
따라서 상기 섬유-단부 기준 표면(114)은 상기 섬유 지지 형태부(112)들에 의해 지지된 광 섬유(106)들의 종방향 위치(즉, Z-방향 위치)를 확립하는 광 섬유(106)들의 섬유-단부(109)들에 대한 기계적 정지부로서 작용한다.
상기 오목부(115) 및 대응하는 각진 벽(113)은 이하 기술하는 바와 같이 광의 광 신호들을 반사하기 위한 거의 90°TR 미러로서 제공하도록 각진 벽(113)을 고려한 에어-바디 인터페이스를 제공한다. 상기 각진 벽(113)은 이하 TIR 표면(113)이라 부른다. 상기 바디(110)의 재료는 상기 TIR 표면(113)에서 공칭적으로 90°내부 전반사를 제공하기에 충분히 큰 굴절률(n)을 갖는다. 간단히 설명된 상기 TIR 표면(113)은 바디(110) 내의 광 신호를 턴시키기 위한 각기 다른 굴절률을 갖는 각진 벽(113)의 재료와 공기간 인터페이스를 제공한다.
상기 바디(110)는 또한 필요에 따라 다른 선택의 형태들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 바디는 도 6a에 점선으로 나타낸 바와 같이 상기 바디(110)의 바닥에 하나 또는 그 이상의 접착제 스탠드오프(141; standoff)들을 포함할 수 있다. 그러한 접착제 스탠드오프(141)들은 바디(110)와 PCB 등간 낮은 표면 영역 접촉을 허용하며, 또한 그러한 접착제로부터의 소정의 추가 설치 높이가 일정해지게 콘트롤되도록 소정의 접착제가 흐를 수 있게 한다. 이러한 실시예는 상기 바디(110)의 코너에 위치된 접착제 스탠드오프를 나타내지만, 그러한 바디(110)의 에지들을 따라 이어지는 2개의 종방향 스탠드오프와 같은 위치, 크기, 및 배치가 다른 적절한 배열이 가능하다. 상기 접착제 스탠드오프는 PCB에서 바디(110)의 렌즈까지 균일한 간격 및 높이를 제공하며, 효율적인 광학 연결을 제공하기 위해 신속성, 용이성, 정확성, 및 PCB 상의 반복가능 배치를 제공할 수 있다. 도 6b 및 6c에 점선으로 나타낸 바와 같이 섬유 트레이 오목부(118)에 배치된 상승 러너(118a; raised runner)들과 같은 바디(110)를 위한 또 다른 선택의 형태가 가능하다. 그러한 상승 러너(118a)들은 섬유 트레이와 섬유 트레이 오목부(118)간 신뢰할 수 있는 높이 공차를 유지하고, 그리고/또 접착제를 위한 공간을 허용한다.
도 6d-6f(이하 도입되는 도 9a 및 9b 뿐만 아니라)에 가장 잘 나타낸 바와 같이, 모듈(100)의 바디(110)는 바닥 표면(152)에 형성되고 제2단부(132)에 인접한 오목부(133)를 규정한다. PCB 기판(103) 또는 중간 IC 칩에 고정된 능동 광학 요소들은 모듈(100)이 PCB 기판(103)에 고정될 때 오목부(133) 내에 배치된다. 기술된 실시예에 있어서, 상기 오목부(133)는 제1천정부(137) 및 이 제1천정부(137)로부터 거리 d c (도 6f)만큼 오프셋되는 제2천정부(138)를 규정한다. 이하 기술된 바와 같이, 상기 제1천정부(137)와 제2천정부(138)간 오프셋 거리(d c )는 포토다이오드 소자(140D; 간단히 '포토다이오드'라고도 함)에 의해 수신된 광 신호를 위한 광로가 광원 장치(140S)에 의해 방출된 광 신호를 위한 광로와 다른(즉, 광학적으로 다르게 조정된) 사실을 조절하기 위해 제공된다.
상기 제1천정부(137)는 광검출기(140D) 상에 광 신호를 포커스하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 렌즈 표면(134)을 포함하며, 반면 제2천정부(138)는 광원 장치(140S)로부터의 광 신호를 수신하고 그 광 신호를 광 섬유(106)로 포커스하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 렌즈 표면(135)을 포함한다. 상기 렌즈 표면(134, 135)들은, TIR 표면(113) 및 섬유-단부 기준 표면(114)에 따라, 각각 굴곡진 렌즈 축(153)을 갖는 대응하는 렌즈(164; 포토다이오드 소자(140D) 상에 광 신호를 포커스하기 위한)들, 및 대응하는 렌즈(165; 광 섬유(106)로 광 신호를 포커스하기 위한)들을 규정한다. 상기 굴곡진 렌즈 축(153)은 거기에 거의 직각으로 렌즈 표면(134, 135) 및 섬유-단부 기준 표면(114)을 통과한다.
상기 렌즈 표면(134, 135)들과 그 연관된 굴곡진 렌즈 축(153)은 Z-방향을 따라 대응하는 섬유 지지 형태부(112)와, 각각의 광 섬유 지지 형태부에 대한 어느 하나의 렌즈 표면과 정렬되고, 이에 따라 본원에 지지된 각각의 광 섬유(106)에 대한 어느 하나의 렌즈 표면과 정렬된다.
일 예에 있어서, Z-방향으로 이어지는 그러한 굴곡진 렌즈 축(153)의 일부는 대응하는 광 섬유(106)가 대응하는 모듈 섬유 지지 형태부(112)에 배치될 때 광 섬유 중심 축(151)과 일치한다. 따라서, 상기 섬유 지지 형태부(112)들은 광 섬유의 중심 축(151) 및 굴곡진 렌즈 축(153)이 거의 직각으로 그리고 실질적으로 TIR 표면(113)에서 교차하도록 구성된다(도 6d 및 도 9a 및 9b에 가장 잘 나타난). 상기 굴곡진 렌즈 축(153)은 굴곡형 광원(소스) 광로(OPS) 또는 굴곡형 광검출기(검출기) 광로(OPD)의 섹션을 규정하며, 각 광로의 일부는 이하 기술한 바와 같이 그리고 도 9a 및 9b에 도시한 바와 같이 모듈 바디(110) 내에 존재한다.
렌즈 표면(134, 135)들, TIR 표면(113), 섬유-단부 기준 표면(114)의 대응하는 부분 및 그들간 바디(110)의 대응하는 부분은 굴곡진 광학 축(153)을 갖는 렌즈(164, 165)들을 규정한다. 상기 렌즈 표면(134, 135)들은 "전방" 렌즈 표면으로 고려되고 상기 섬유-단부 기준 표면(114)은 "후방" 렌즈 표면으로 고려될 수 있다. 상기 바디(110)의 대응하는 부분은 렌즈 바디를 포함한다. 상기 전방 렌즈 표면과 후방 렌즈 표면간 축 거리는 렌즈 두께, 즉 렌즈 바디의 두께이다. 형태부(149; 도 6e)는 제조 프로세스 동안 몰드에 대한 이젝터 핀(ejector pin) 또는 구조로 제공될 것이다. 그와 같은 이젝터 핀은 또한 바디(110)를 능동 광학 요소들 및 PCB 기판(103)과 정렬시키기 위한 정렬 기준으로 사용될 수 있다.
일 예에 있어서, 렌즈 표면(134)들이 제1천정부(137) 상에 그리고 렌즈 표면(135)들이 제2천정부(138) 상에 일체로 형성(즉, 렌즈 표면(134, 135)들이 바디(110)와 일체화)됨으로써, 바디(110)의 굴곡부를 구성한다. 또 다른 예에 있어서, 그러한 렌즈 표면(134, 135)들은 제1 및 제2천정부(137, 138)들에 부가된다. 상기 렌즈 표면(134, 135)들 각각은 직경 또는 유효 구경(CA; clear aperture)을 갖는다. 일 예에 있어서, 상기 렌즈 표면(134, 135)들 각각은 250 μ과 600 μ 사이의 유효 구경(CA)을 가지며, 특정 예에서는 약 500 μ의 유효 구경을 갖지만, 다른 적절한 크기가 가능하다. 단일 지점 다이아몬드 터닝법(SPDT; Single point diamond turning)이 섬유 지지 형태부들 및 렌즈 표면(134, 135)들과 같은 몰드의 정밀한 요소들을 형성하기 위해 사용된다. 그러나, 와이어 EDM 또는 다른 프로세스들 또한 이들 요소들을 형성하는데 사용될 수 있다.
여기서, 렌즈(164, 165)들은 동일할 수 있으나, (적어도 하나의) 소스 광로(OPS) 및 (적어도 하나의) 검출 광로(OPD)는 통상 동일하지 않다는 것을 알아야 한다. 도 9a 및 9b와 관련하여, 이는 광 섬유 단부(109)를 떠나는 광(150)이 통상 광원 장치(140S)와 다른 발산(개구수)을 갖기 때문이다. 따라서, 그러한 소스 및 검출 광로 OPS 및 OPD는 통상 역 광로가 아니다. 기술된 실시예에 있어서, 상기 제1천정부(137) 및 제2천정부(138)는 소스 광로(OPS) 및 검출 광로(OPD)의 차이를 조절하기 위해 렌즈 표면(134 및 135)들을 오프셋시키기 위해 서로 오프셋된다. 대안의 실시예들에 있어서, 그러한 렌즈(134 및 135)들은 서로 오프셋되지 않고 그러한 각 개별 렌즈들이 소스 광로(OPS) 및 검출 광로(OPD)의 차를 조절하도록 구성될 수 있다.
광 섬유 처리 및 광 섬유 모듈의 바디 내에 섬유 트레이 및 광 섬유의 설치
도 7에 따르면, 광 섬유(106)들을 처리하는 예시의 방법의 순서도가 제공된다. 블록 170에서, 다수의 광 섬유(106)가 도 5a 및 5b에 나타낸 바와 같이 섬유 트레이(120)의 제1표면(121) 내의 섬유 지지 형태부(122)들 내로 삽입된다. 그러한 광 섬유들의 섬유-단부(109)들은 바디(110) 상의 섬유 지지 형태부(112)들의 길이(L g )와 같거나 그보다 큰 오프셋 길이로 제2에지(126)를 넘어 확장한다. 일 예로서 그리고 한정하지 않고, 픽스처(fixture) 또는 자동화 장치가 상기 섬유 트레이(120) 내에 다수의 광 섬유(106)들을 정확하게 위치시키기 위해 이용될 것이다. 블록 171에서, 제2에지(126)를 넘어 확장하는 광 섬유(106)들의 일부의 길이(L f )는 광 섬유(106)들이 원하는 길이(L f )로 클리빙되지 않는 실시예에서 확인(예컨대, 적절한 측정 시스템에 의해)될 수 있다.
그러한 광 섬유(106)들이 섬유 트레이(120) 내에 적절히 위치된 후, 예컨대 경화성 에폭시와 같은 접착제가 접착 웰(124)에 제공된다. 그러한 접착제는 접착제 웰(124)을 거쳐 섬유 지지 형태부(122)들로 흐른다. 따라서, 상기 접착제는 섬유 트레이(120)에 광 섬유(106)들을 고정시킨다(블록 172).
그와 같은 방식으로 섬유 트레이(120)에 다수의 광 섬유(106)를 고정시키는 것은 그것들을 헐겁지 않게 하기 때문에 그러한 다수의 광 섬유(106)들은 동시에 그들 코팅 층들을 스트립할 수 있게 한다(즉, 그것들은 다루기 쉽고 공지의 원하는 배열로 유지된다). 블록(173)에서, 각 광 섬유(106)의 코팅(107)이 코어(108; 또는 클래딩)를 노출시키기 위해 레이저 스트립핑 프로세스에 의해 제거됨으로써, 바디(110) 상의 섬유 지지 형태부(112)들의 길이(L g )와 같거나 그보다 큰 길이(L c )를 갖는 스트립된 부분을 형성한다. 추가로, 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 광 섬유(106)들은 그 광 섬유들이 길이(L f )로 상기 트레이(120)의 제2에지(126)를 넘어 확장하도록 클리빙된다(블록 174). 소정의 스트립핑 시스템이 코어(108)를 둘러싸는 광 섬유(106)들의 코팅(107) 및 소정 다른 층들을 제거하기 위해 이용될 것이다. 더욱이, 소정의 클리빙 방법이 적절한 길이로 상기 광 섬유(106)들을 클리빙하기 위해 이용될 것이다. 일 예로서 그리고 한정하지 않고, 예시의 레이저 스트립핑 프로세스 및 레이저 클리빙 프로세스는 영국, Abingdon의 OpTek Systems에 의해 제공된 광 섬유 레이저 스트립핑 및 클리빙 시스템을 포함한다. 화학적, 기계적 또는 핫 가스 스트립핑과 같은 레이저 스트립핑 프로세스들과 다른 스트립핑 프로세스들이 코팅(107)을 제거하는데 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 추가로, 몇몇 실시예들에서 레이저 클리빙이 아닌 기계적 클리빙 방법들이 광 섬유(106)들을 클리빙하는데 사용될 수 있다.
블록 175에서, 그러한 스트립된 광 섬유(106)들을 수반한 섬유 트레이(120)는 바디(110)의 섬유 트레이 오목부(118) 내에 위치된다. 그러한 섬유 트레이 오목부(118)는 섬유 트레이(120)를 조절하도록 치수화된다. 기술된 실시예에 있어서, 상기 섬유 트레이(120)는 Z-방향으로 섬유 트레이 오목부(118) 내에 삽입된다. 일 예로서 그리고 한정하지 않고, 진공 마이크로-매뉴플레이터(vacuum micro-manipulator)가 섬유 트레이(120)를 섬유 트레이 오목부(118) 내에 위치시키기 위해 그 섬유 트레이(120)의 핸들링 형태부(128)에 연결된다.
블록 176에서, 각 광 섬유(106)의 노출된 코어(108)의 스트립된 부분은 그들 각각의 섬유 지지 형태부(122)에 위치되고 능동 정렬 프로세스를 이용하여 섬유-단부 기준 표면(114)과 접촉(또는 거의 접촉)한다. 바디(110)의 공차는 각 코어(108)의 중심 축(151)이 바디(110)에 의해 제공된 대응하는 렌즈(164, 165)들의 굴곡진 렌즈 축(153)과 거의 정렬(도 9a 및 9b 참조)되도록 섬유-단부 기준 표면(114)과 섬유 지지 형태부(112)들의 인터페이스가 각 광 섬유(106)의 섬유-단부(109)에 대한 정확한 위치를 제공하도록 엄밀하게 콘트롤된다. 그러한 능동 정렬 프로세스는 광 섬유(106)들이 섬유-단부 기준 표면(114)에 거의 직교하고, 그 섬유-단부(109)들이 그 섬유-단부 기준 표면(114)에 위치되도록 각각의 모듈 섬유 지지 형태부(112) 내에 상기 광 섬유(106)들을 완전히 배치하는 것을 돕기 위해 현미경을 이용한다. 상기 섬유-단부(109)들은 상기 섬유-단부 기준 표면(114)과 거의 접촉될 것이다. 몇몇 실시예들에 있어서, X-Y-Z 인덱싱 머신(도시하지 않음)은 상기 섬유-단부(109)들이 정확한 위치에 위치되도록 섬유 트레이 오목부(118) 내에 섬유 트레이(120)를 적절히 위치시키는 것을 돕기 위해 이용될 것이다. 예컨대, 그러한 X-Y-Z 인덱싱 머신은 적절한 정렬을 위해 X, Y, 및 Z 방향으로 섬유 트레이(120) 및/또는 바디(110)의 점진적 이동을 가능하게 할 것이다.
블록(177)에서, 섬유 지지 형태부(112)들에서의 광 섬유(106)들의 섬유-단부(109)들의 위치가 확인된다. 예컨대, 그러한 섬유-단부(109)들의 위치는 현미경을 이용하여 시각적으로 확인될 것이다. 대안적으로, 상기 섬유-단부(109)들의 위치는 바디(110)에 의해 규정된 렌즈(164, 165)들을 통해 광 신호를 송신 및 수신하여, 그와 같은 광 신호의 수신을 확인함으로써 능동적으로 확인될 수 있다.
일단 상기 섬유-단부(109)들의 위치가 확인되면, 섬유 트레이(120) 및 광 섬유(106)들의 노출된 코어(108)가 도 8에 나타낸 바와 같이 적절한 재료를 이용하여 바디(110)에 고정된다(블록 178). 일 예의 적절한 재료는 에폭시와 같은 굴절률-매칭 접착제(180)가 있다. 그러한 굴절률-매칭 접착제는 광 섬유(106)들의 코어(108) 및 바디(110)의 재료의 굴절률과 매칭되며, 광 섬유(106)들의 섬유-단부(109)들과 섬유-단부 기준 표면(114)간 존재하는 소정의 갭에 채워질 것이다. 상기 섬유 트레이(120)는 섬유 트레이 삽입부(144)의 아암(116A, 116B)들의 내부 표면과 함께 굴절률-매칭 접착제를 수용하기 위한 오목부를 규정하는 접착제 수용 형태부(127)들에 굴절률-매칭 접착제를 제공함으로써 바디(110)의 섬유 트레이 오목부(118)에 고정된다. 그러한 접착제(180)는 섬유 트레이(120)의 바닥을 흐르고 섬유 트레이 오목부(118)의 바닥(139)에 그 섬유 트레이(120)를 고정시킨다. 유사하게, 섬유 지지 레지(147) 및 대응하는 섬유 지지 형태부(112)들에 에폭시와 같은 굴절률-매칭 접착제를 제공함으로써 상기 광 섬유(106)들의 노출된 코어(108)가 섬유 지지 형태부(112)들에 고정되며, 이에 의해 광학 연결을 위한 섬유-단부 기준 표면(114)에 대해 섬유-단부(109)들의 굴절률이 매칭된다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 섬유 트레이(120)는 섬유-단부(109)들을 섬유 지지 형태부(112)들에 능동적으로 위치맞춤하기 전에 바디(110)에 고정된다. 예컨대, 우선 접착제(180)가 접착제 수용 형태부(127)들에 제공되고, 이후 섬유-단부(109)들이 능동 정렬된 다음, 접착제에 의해 섬유 지지 형태부(112)들에 노출된 코어(108)를 고정시킨다.
이하 도입되어 기술되는 도 9a 및 9b에 나타낸 바와 같이 PCB 기판(103)에 고정된 대응하는 능동 광학 요소(140C, 140D)들과 렌즈(164, 165)들이 정렬되도록 상기 바디(110)가 PCB 기판(103)에 고정된다.
광 섬유 모듈 및 능동 광학 요소들의 동작
이제 섬유 트레이(120)와 바디(110) 및 능동 광학 요소들을 포함하는 광 섬유 모듈(100)의 동작이 도 9a 및 9b를 참조하여 기술된다. 일반적으로 말해서, 바디(110)는 요소들간 광 신호를 전송/수신하기 위한 회로보드의 능동 광학 요소들과 적절하게 정렬되어야 한다. 소정의 적절한 능동 또는 수동형 방법이 바디(110)를 능동 요소들에 정렬시키는데 이용되며, 그러한 바디(110)는 그러한 정렬을 돕기 위한 하나 또는 그 이상의 형태들을 선택적으로 포함할 수 있다. 일 예로서, 바디(110)는 상기 바디(110)를 인쇄된 마킹과 같은 PCB 상의 정렬 형태들과 정렬시키기 위해 점선으로 도 3에 나타낸 바와 같은 하나 또는 그 이상의 정렬 기준(111)들을 포함한다. 예컨대, 그러한 정렬 기준(111)들은 바디(110)의 각각의 렌즈들을 PCB 상의 각각의 능동 요소들과 정렬시키기 위한 PCB 상의 마킹에 대해 정렬된/중심이 맞추어진 관통 개구들이 될 것이다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 정렬 기준들은 상면으로부터 오목부가 되거나 또는 바디(110)의 측벽을 개방하도록 배열될 수 있다.
도 9a는 PCB 기판(103) 상에 존재하는 광원 장치(140S; 또는 PCB 기판(103) 상의 IC 칩)의 형태로 능동 광학 요소를 기술하고 있다. 그러한 광원 장치(140S)는 바디(110)에 의해 제공된 적어도 하나의 렌즈(165)의 렌즈 축(153)과 거의 정렬되는 소자 축(154)을 갖는다. 도 9a에 나타낸 구성에 있어서, 상기 광원 장치(140S)는 통상 소스 광로(OPS)를 걸쳐 렌즈(165) 쪽으로 렌즈 축(153)을 따라 이동하는 발산 광(150)을 생성한다. 그러한 발산 광(150)은 이 발산 광을 수렴 광(150)으로 변환시킨 후, 소스 광로(OPS)를 따라 바디(110) 내로 이동시키는 볼록 렌즈 표면(135)으로 입사한다. 상기 수렴 광(150)은 궁극적으로 그 광이 광 섬유(106) 쪽으로 소스 광로(OPS)를 따라 섬유-단부 기준 표면(114) 쪽으로 이동되도록 거의 90°로 그 광을 반사시키는 TIR 표면(113)으로 입사한다. 상기 수렴 광(150)은 섬유-단부 기준 표면(114)을 통해 이동하여 광 섬유 단부(109)로 들어가며, 여기서 그 광은 광 섬유(106) 내로 계속해서 이동한다. 만약 굴절률-매칭 재료가 광 섬유 단부(109)와 섬유-단부 기준 표면(114) 사이에 배치되면 상기 광(150)은 그러한 굴절률-매칭 재료(예컨대, 굴절률-매칭 에폭시)의 얇은 부분을 통과한다는 것을 염두해 두자.
도 9a에 나타낸 것과 유사한 예시의 실시예에 있어서, 상기 렌즈 표면(135)은 거의 90°로 TIR 표면(113)으로부터 반사되어 실질적으로 시준된 광으로서 섬유-단부 기준 표면(114)을 빠져나가는 거의 시준된 광을 형성한다. 이러한 실시예는 예컨대 광 섬유(106)가 경사-굴절률 코어(108)를 갖고 광(150)이 바람직하게 거의 시준된 광으로 상기 코어(108) 내에 도입되는 소정의 경우에 사용될 수 있다. 그와 같은 경사-굴절률 광 섬유는 광(150)을 광 섬유 단부(109)로부터 약간의 거리를 두고서 포커스하게 한다는 것을 알아야 한다. 상기 렌즈 표면(135)은 상기 광(150)이 광 섬유(106)의 코어(108) 내의 위치에 포커스되도록 높이(H S )로 광원 장치(140S)로부터 오프셋된다.
도 9b는 도 9a와 유사하고, PCB 기판(103; 또는 IC 칩)이 광검출기(140D; 예컨대, 포토다이오드)를 동작적으로 지지하는 예를 나타낸다. 상기 광검출기(140D)는 바디(110)에 의해 제공된 적어도 하나의 렌즈(164)의 렌즈 축(153)과 거의 정렬되는 소자 축(154)을 갖는다. 도 9b에 나타낸 구성에 있어서, 안내된 광(광원 장치로부터 광 케이블 어셈블리의 대향 단부로 방출된)은 발산 광(150)으로서 광 섬유 단부(109)를 빠져 나간다. 이러한 발산 광(150)은 섬유-단부 기준 표면(114)을 통과하여 광 섬유 모듈(100)의 바디(110)로 통과함으로써 검출 광로(OPD)를 통해 이동한다. 상기 광(150)은 굴절률-매칭 재료가 광 섬유 단부(109)와 섬유-단부 기준 표면(114) 사이에 배치될 경우 그러한 굴절률-매칭 재료(예컨대, 굴절률-매칭 에폭시)의 얇은 부분을 통과한다.
다음에 그러한 발산 광(150)은 TIR 표면(113)으로 입사하고 이로부터 거의 90°로 반사하여 검출 광로(OPD)를 통해 렌즈 축(153)을 따라 이동한다. 상기 발산 광(150)은 적어도 하나의 렌즈 표면(134)으로 바디(110)의 재료 내로 이동함에 따라 계속해서 발산한다. 상기 렌즈 표면(134)은 발산 광(150)이 바디(110)를 빠져 나가 광검출기(140D) 쪽으로 이동함에 따라 상기 발산 광(150)을 수렴 광(150)으로 변환시키기 위해 제공된다. 상기 렌즈 표면(134)은 상기 수렴 광(150)이 통상 광검출기(140D) 상에 하향 포커스되도록 광검출기(140D)로부터 높이(H D )만큼 오프셋된다. 이후 광검출기(140D)는 이러한 포커스된 광(150)을 수신하고 상기 광을 처리를 위해 어딘가로 지향되는 광전류와 같은 전기 신호(나타내지 않음)로 변환한다.
비록 본원의 실시예들이 특정 형태 및 특징들에 대해 기술했을 지라도, 그러한 실시예들은 단지 원하는 원리 및 적용의 예일 뿐이라는 것을 알아야 한다. 따라서, 수반되는 청구항의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다수의 변형이 예시의 실시예들로 이루어질 수 있으며, 또 다른 배열들이 안출될 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (20)

  1. 광 섬유 모듈과 연결하기 위한 섬유 트레이로서,
    상기 섬유 트레이는:
    제1표면, 이 제1표면에 대향하는 제2표면;
    다수의 광 섬유를 수용하도록 구성된 상기 제1표면 상의 다수의 섬유 지지 형태부;
    상기 제1표면과 제2표면간 배치된 제1접착제 수용 형태부 및 제2접착제 수용 형태부; 및
    상기 다수의 섬유 지지 형태부를 가로지르고 상기 제1표면부터 섬유 트레이 내까지 깊이가 확장되는 접착 웰을 포함하는, 섬유 트레이.
  2. 청구항 1에 있어서,
    접착 웰은 제1표면에 위치되는, 섬유 트레이.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    제1접착제 수용 형태부 및 제2접착제 수용 형태부는 제1에지보다 제2에지에 더 가깝게 위치되는, 섬유 트레이.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    제3에지에 위치된 추가의 제1접착제 수용 형태부 및 제4에지에 위치된 추가의 제2접착제 수용 형태부를 더 포함하는, 섬유 트레이.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 경사 형태부를 더 포함하는, 섬유 트레이.
  6. 미리 결정된 파장을 갖는 광을 전달하는 바디, 및 섬유 트레이를 포함하는 광 섬유 모듈로서,
    상기 광 섬유 모듈의 바디는:
    제1표면 및 이 제1표면에 대향하는 제2표면;
    상기 제1표면으로부터 확장하고, 내부 전반사에 의해 상기 광 섬유 모듈 내로 전파되는 광의 광 신호를 반사하도록 동작되는 내부 전반사(TIR) 표면;
    섬유-단부 기준 표면을 통해 전파되는 광 신호가 상기 TIR 표면에서 반사되도록 상기 TIR 표면에 인접하여 위치된 상기 섬유-단부 기준 표면;
    상기 바디의 제2표면 상에 형성된 다수의 렌즈 표면; 및
    섬유 트레이 오목부를 포함하며,
    상기 다수의 렌즈 표면, TIR 표면, 섬유-단부 기준 표면 및 상기 바디의 중간부는 굴곡진 광학 축을 각각 갖는 다수의 렌즈를 규정하고,
    상기 섬유 트레이는 제1표면 상에 배치되고, 다수의 광 섬유를 수용하도록 구성된 다수의 섬유 지지 형태부를 포함하며,
    상기 섬유 트레이는 다수의 섬유 지지 형태부에 배치된 다수의 광 섬유의 섬유-단부가 바디의 섬유-단부 기준 표면에 위치되고 다수의 렌즈의 굴곡진 광학 축과 정렬되도록 상기 섬유 트레이 오목부 내에 배치되어 상기 바디에 고정되는, 광 섬유 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 섬유 트레이는:
    제1접착제 수용 형태부와 제2접착제 수용 형태부; 및
    상기 다수의 섬유 지지 형태부를 가로지르고 상기 제1표면부터 섬유 트레이 내까지 깊이가 확장되는 접착 웰을 더 포함하는, 광 섬유 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 접착 웰은 제1표면에 위치되는, 광 섬유 모듈.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    제1접착제 수용 형태부 및 제2접착제 수용 형태부는 제1에지보다 제2에지에 더 가깝게 위치되는, 광 섬유 모듈.
  10. 청구항 7 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유 트레이는 추가의 제1접착제 수용 형태부 및 추가의 제2접착제 수용 형태부를 더 포함하는, 광 섬유 모듈.
  11. 청구항 6 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유 트레이는 하나 또는 그 이상의 경사 형태부를 포함하는, 광 섬유 모듈.
  12. 청구항 6 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    바디는 섬유-단부 기준 표면에 제1단부 및 제2단부를 갖는 다수의 섬유 지지 형태부를 더 포함하며,
    섬유 트레이의 다수의 섬유 지지 형태부는 바디의 다수의 섬유 지지 형태부와 정렬되는, 광 섬유 모듈.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    바디는 하나 또는 그 이상의 정렬 기준을 포함하는, 광 섬유 모듈.
  14. 광-전기 커넥터로서,
    상기 광-전기 커넥터는:
    표면 및 이 표면에 연결된 다수의 능동 광학 요소를 포함하는 기판;
    각각 외부 코팅에 의해 둘러싸인 코어를 갖추고, 상기 코어가 섬유-단부로부터의 길이에 대해 노출된 스트립된 영역을 각각 포함하는 다수의 광 섬유; 및
    미리 결정된 파장을 갖는 광을 전달하는 바디, 및 제1에지 및 이 제1에지에 대향하는 제2에지를 포함하는 섬유 트레이를 갖춘 광 섬유 모듈을 구비하며,
    상기 바디는:
    제1표면 및 이 제1표면에 대향하는 제2표면;
    상기 제1표면으로부터 확장하고, 내부 전반사에 의해 상기 바디 내로 전파되는 광의 광 신호를 반사하도록 동작되는 내부 전반사(TIR) 표면;
    섬유-단부 기준 표면을 통해 전파되는 광 신호가 상기 TIR 표면에서 반사되도록 상기 TIR 표면에 인접하여 위치된 상기 섬유-단부 기준 표면;
    상기 섬유-단부 기준 표면에서 종결되는 다수의 섬유 지지 형태부;
    상기 바디의 제2표면 상에 형성된 다수의 렌즈 표면; 및
    섬유 트레이 오목부를 포함하며,
    상기 다수의 렌즈 표면, TIR 표면, 섬유-단부 기준 표면 및 상기 바디의 중간부는 굴곡진 광학 축을 각각 갖는 다수의 렌즈를 규정하고,
    상기 바디는 다수의 렌즈 표면이 다수의 능동 광학 요소들과 정렬되도록 기판의 표면에 연결되며,
    상기 다수의 광 섬유는 각 개별 광 섬유가 오프셋 길이(L f )로 제2에지를 넘어 확장하도록 섬유 트레이 내에 배치되고,
    상기 섬유 트레이는 다수의 광 섬유의 스트립된 영역이 다수의 섬유 지지 형태부에 배치되도록 섬유 트레이 홈 내에 배치되어 바디에 고정되며, 상기 다수의 광 섬유의 섬유-단부는 섬유-단부 기준 표면에 위치되고 다수의 렌즈의 굴곡진 광학 축과 정렬되는, 광-전기 커넥터.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 섬유 트레이는:
    제1접착제 수용 형태부 및 제2접착제 수용 형태부;
    상기 제1표면부터 섬유 트레이 내까지 깊이가 확장되는 접착 웰을 더 포함하며,
    상기 광-전기 커넥터는 섬유 트레이를 섬유 트레이 오목부에 고정시킴으로써 상기 바디에 고정시키기 위한 제1 및 제2접착제 수용 형태부에 배치된 접착제; 및 섬유 트레이에 배치된 다수의 광 섬유를 고정시키기 위한 접착 웰에 배치된 접착제를 더 포함하는, 광-전기 커넥터.
  16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    다수의 능동 광학 요소들은 적어도 하나의 광원 장치 및 적어도 하나의 광검출기를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 광원 장치와 정렬된 다수의 렌즈 표면의 렌즈 표면은 높이(H S )로 상기 적어도 하나의 광원 장치의 표면으로부터 오프셋되고,
    상기 적어도 하나의 광검출기와 정렬된 다수의 렌즈 표면의 렌즈 표면은 높이(H D )로 상기 적어도 하나의 광검출기의 표면으로부터 오프셋되며,
    H S 는 H D 보다 큰, 광-전기 커넥터.
  17. 광 섬유 모듈을 제조하기 위한 방법으로서,
    다수의 광 섬유가 오프셋 길이로 섬유 트레이의 삽입 에지를 넘어 확장되도록 섬유 트레이의 제1표면의 다수의 섬유 지지 형태부에 외부 코팅에 의해 둘러싸인 코어를 갖춘 다수의 광 섬유를 위치맞추는 단계;
    상기 섬유 트레이에 다수의 광 섬유를 고정시키기 위해 상기 섬유 트레이의 제1표면에 접착제를 제공하는 단계;
    각 광 섬유의 스트립된 영역을 형성하기 위해 코어를 노출시키도록 다수의 광 섬유의 각각의 광 섬유의 외부 코팅을 스트립핑하는 단계;
    상기 섬유 트레이를 광 섬유 모듈의 바디 내로 위치맞추는 단계를 포함하며,
    상기 광 섬유 모듈은:
    제1표면으로부터 확장하는 내부 전반사(TIR) 표면;
    상기 TIR 표면에 가깝게 위치된 섬유-단부 기준 표면; 및
    상기 섬유-단부 기준 표면에서 종결되는 다수의 섬유 지지 형태부를 포함하고,
    상기 섬유 트레이는 다수의 광 섬유의 스트립된 영역이 다수의 섬유 지지 형태부 내에 배치되고 각 광 섬유의 섬유-단부가 상기 섬유-단부 기준 표면에 위치되도록 바디에 고정되는, 광 섬유 모듈 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    다수의 광 섬유의 각각의 광 섬유의 외부 코팅을 스트립핑하는 단계는 레이저 스트립핑 프로세스에 의해 수행되는, 광 섬유 모듈 제조 방법.
  19. 청구항 17 또는 18에 있어서,
    섬유 트레이를 고정시키기 위한 접착제를 바디에 제공하는 단계를 더 포함하는, 광 섬유 모듈 제조 방법.
  20. 청구항 17 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 광 섬유는 섬유 트레이의 삽입 에지를 넘어 원하는 길이(L f )로 클리빙되는, 광 섬유 모듈 제조 방법.
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