KR20150034198A - 광 도파관 - Google Patents

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KR20150034198A
KR20150034198A KR20157001824A KR20157001824A KR20150034198A KR 20150034198 A KR20150034198 A KR 20150034198A KR 20157001824 A KR20157001824 A KR 20157001824A KR 20157001824 A KR20157001824 A KR 20157001824A KR 20150034198 A KR20150034198 A KR 20150034198A
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마이클 르니 타이 탠
사기 바기스 마타이
웨인 빅터 소린
알렌 엘 로에스너
글렌 씨 사이먼
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

일례는 광 도파관을 포함하는 광 엔진에 관한 것이다. 광 도파관은 광학적 광 빔의 방향을 광 도파관의 상부면 및 하부면에 평행한 각도로 바꾸는 내부 전반사(TIR) 에지를 포함할 수 있다. 또한, 광 도파관은 광 도파관의 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 정렬 구멍을 포함할 수 있다. 광 엔진은 광 도파관 아래에 있는 실질적으로 투명한 슬래브를 포함할 수 있다. 또한, 슬래브는 광학적 광 빔을 콜리메이팅하는 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 슬래브는 이 슬래브의 상부면 및 하부면으로부터 수직으로 연장되는 복수의 정렬 핀을 추가로 포함할 수 있다. 각각의 복수의 정렬 핀은 복수의 정렬 구멍 중 각 하나를 통해 연장될 수 있다.

Description

광 도파관{OPTICAL WAVEGUIDE}
본 발명은 광 도파관에 관한 것이다.
광학 장치에 있어서, 광 도파관은 광학 스펙트럼 내에서 전자기파를 안내하는 물리적 구조물이다. 일반적인 유형의 광 도파관은 광섬유 및 장방형 도파관을 포함한다. 광 도파관은 집적 광학 회로 내의 구성요소로서, 또는 근거리 및 장거리 광 통신 시스템의 전송 매체로서 채용될 수 있다.
전자 시스템에 있어서, 히트 싱크는 열을 주변 공기로 방산함으로써 디바이스를 냉각하는 수동 구성요소이다. 히트 싱크는 고-전력 반도체 디바이스와 같은 전자 구성요소, 및 고-전력 레이저 및 발광 다이오드(LED)와 같은 광전자 장치를 냉각하도록 채용될 수 있다.
또한, 붕괴 제어형 칩 접속(controlled collapse chip connection), 또는 이것의 약자, C4로 알려진 플립 칩(flip chip)은, IC 칩과 같은 반도체 디바이스를, 칩 패드 상에 증착된 땜납 범프를 갖는 외부 회로와 상호 연결하기 위한 방법이다. 땜납 범프는 최종 웨이퍼 가공 단계 동안에 웨이퍼의 상측부 상의 칩 패드 상에 증착될 수 있다. IC 칩을 외부 회로(예를 들면, 회로 기판)에 장착하기 위해, IC 칩은, 이 IC 칩의 상측부가 아래로 향하도록 플립 오버(flip over)되고, 외부 회로 상의 매칭 패드(matching pad)와 정렬하도록 정렬되며, 그 다음에 땜납 범프가 상호 연결을 성취하도록 유동된다.
본 발명의 목적은 광 도파관을 개선하는 것이다.
광 엔진은 광 도파관, 이 광 도파관 아래에 있는 실질적으로 투명한 슬래브(slab), 및 광학적 광 빔을 수신 또는 제공하는 광학 요소를 포함하며, 광 도파관은, 광학적 광 빔의 방향을 광 도파관의 상부면 및 하부면에 평행한 각도로 바꾸는 내부 전반사(TIR) 에지, 및 광 도파관의 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 정렬 구멍을 포함하고, 슬래브는, 광학적 광 빔을 콜리메이팅하는 마이크로 렌즈, 및 슬래브의 상부면 및 하부면에 수직으로 연장되는 복수의 정렬 핀을 포함하고, 복수의 정렬 핀 각각은 복수의 정렬 구멍 중 각 하나를 통해 연장되고, 그에 따라 광 도파관은 이 광 도파관의 TIR 에지가 마이크로 렌즈에 오버레이(overlay)되도록 위치설정된다.
도 1은 광 엔진의 일례를 도시하는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 광 엔진을 구현하도록 채용될 수 있는 광 엔진의 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 광 엔진을 구현하도록 채용될 수 있는 구성요소의 분해도,
도 4는 도 1에 도시된 광 엔진을 구현하도록 채용될 수 있는 PCB 상에 장착된 광 송신기 및 이 광 송신기 위에 있는 유리 슬래브(glass slab)의 평면도,
도 5는 도 4에 도시된 PCB 상에 장착된 광 송신기 및 이 광 송신기 위에 있는 유리 슬래브의 확대도,
도 6은 도 4에 도시된 PCB 상에 장착된 광 송신기 및 이 광 송신기 위에 있는 유리 슬래브의 저면도,
도 7은 도 1에 도시된 광 엔진을 구현하도록 채용될 수 있는 서브 모듈의 일례의 확대도,
도 8은 조립된 상태의 도 7에 도시된 광 엔진의 서브 모듈을 도시하는 도면,
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 서브 모듈 상의 히트 싱크의 배치를 도시하는 도면,
도 11은 도 10에 도시된 서브 모듈 및 히트 싱크에 결합된 광 도파관의 일례를 도시하는 도면,
도 12는 도 11에 도시된 서브 모듈 및 히트 싱크에 결합된 광 도파관의 확대도,
도 13은 조립된 상태의 도 12에 도시된 광 엔진의 구성요소의 일례를 도시하는 도면,
도 14는 도 13에 도시된 수형(male) 광 커넥터의 확대도,
도 15는 도 14에 도시된 수형 광 커넥터의 단면도,
도 16은 도 13에 도시된 광 엔진의 단면도,
도 17은 도 1에 도시된 광 엔진을 구현하도록 채용될 수 있는 암형(female) 광 커넥터의 일례를 도시하는 도면,
도 18은 연결된 상태의 도 17에 도시된 암형 광 커넥터 및 도 15에 도시된 수형 광 커넥터의 일례를 도시하는 도면,
도 19는 도 1에 도시된 광 엔진을 구현하도록 채용될 수 있는 광 엔진의 다른 일례를 도시하는 도면,
도 20은 도 1에 도시된 광 엔진을 채용할 수 있는 통신 신호를 전달하는 광학적 광 빔을 송수신하기 위한 시스템을 도시하는 도면.
광 엔진은, 광학적 광 빔의 방향을 바꾸고, 프리즘과 유사한 광학적 광 빔이 광 도파관으로 도입되게 할 수 있는 각진 내부 전반사(total internal reflection: TIR) 에지를 갖는 광 도파관을 포함할 수 있다. 광 도파관의 TIR 에지는 유리 슬래브 상의 마이크로 렌즈에 오버레이되어, 광 송신기에 의해 송신된 광학적 광 빔을 수신할 수 있다. 이러한 방식으로, 광 도파관의 TIR 에지는 광 도파관을 따라, 그리고 광 커넥터를 향해 전달하기 위해, 광학적 광 빔의 방향을 바꿀 수 있다. 광 엔진의 채용은, 광학적 광 빔을 송신하기 위해, 특히 인쇄 회로 기판 상에 장착된 랙(rack) 및/또는 구성요소 상에 장착된 컴퓨터 서버 사이의 광 통신을 위해, 효율적이고 낮은 프로파일 및 비용 효율적인 시스템을 제공한다. 게다가, 광 엔진은 약 초당 2 테라비트(Tbps)와 같은 비교적 큰 양의 대역폭(예를 들면, 광대역 통신)을 지지할 수 있다. 또한, 광 엔진은 광 페룰과 같은 비교적 고가의 구성요소의 채용을 회피하여, 광 통신을 제공할 수 있다.
도 1은 통신 신호를 전달하는 광학적 광 빔을 송신하는 광 엔진(2)의 일례를 도시한다. 도 2는 도 1의 A-A선을 따라 취한 광 엔진(2)의 단면도를 도시한다. 설명의 간략화를 위해, 동일한 구조물을 나타내도록 동일한 도면 부호가 도 1 및 도 2에 채용된다. 도 1 및 도 2에 도시된 본 예에 있어서, 광 송신기(예를 들면, 레이저)(4)는 광 빔을 광 커넥터(6)에 제공하고, 그에 따라 광 엔진(2)이 광학적 광 빔을 제공함으로써 광 통신을 제공하도록 채용될 수 있다. 다른 일례에 있어서, 광 송신기(4)는 광 수신기(예를 들면, 포토다이오드와 같은 광 검출기)로 교체되고, 그에 따라 광 엔진(2)은 광 빔의 광 통신을 수신하도록 채용될 수 있다.
광 송신기(4)는 예를 들면, 다이오드 레이저 어레이와 같은 레이저 어레이로서 구현될 수 있다. 이러한 상황에서, 광 송신기(4)는 N개의 독립적으로 제어 가능한 광 통신 신호를 송신할 수 있고, N은 1 이상의 정수이다. 광 송신기(4)는 예를 들면, 유리 슬래브(8)에 부착될 수 있는 집적 회로(IC) 칩으로서 구현될 수 있다. 일례에 있어서, 광 송신기(4)는 플립 칩 기술을 채용함으로써 유리 슬래브(8)에 부착될 수 있다. 일례에 있어서, 광 송신기(4)는 수직-공동 면-발광 레이저(Vertical-cavity surface-emitting laser: VCSEL)의 어레이로 구현될 수 있다. 일부 예에 있어서, 광 통신 신호는 단일-모드 광 통신 신호일 수 있는 반면, 다른 예에 있어서, 광 통신 신호는 다중 모드 광 통신 신호일 수 있다.
광 송신기(4)는 유리 슬래브(8)를 통해, 그리고 마이크로 렌즈 어레이(12)의 마이크로 렌즈(10)를 통해 광 통신 신호를 송신할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(12) 내에 N개의 마이크로 렌즈(10)가 있을 수 있다. 각 마이크로 렌즈(10)는 예를 들어, 광학적 광 빔을 광 통신 신호에 대응하여 콜리메이팅하고, 광학적 광 빔을 광 도파관(14)을 향해 송신할 수 있는 볼록 렌즈로서 구현될 수 있다. 광 도파관(14)은 예를 들면, 폴리머 광 도파관(15)으로서 구현될 수 있다. 폴리머 광 도파관(15)은 플라스틱 물질, 금속 시트, 유리 기판 등과 같은 보강재(17)에 부착될 수 있다. 폴리머 광 도파관(15)을 보강재(17)에 부착하면, 광 도파관(14)이 비교적 견고하게 될 수 있다. 광 도파관(14)은 N개의 병렬 광 레인(optical lane)을 포함하여, N개의 동시 광 통신 신호를 전파시킬 수 있다.
광 도파관(14)은 정렬 구멍(16)을 포함하여, 유리 슬래브(8) 상에 장착된 정렬 핀(18)을 수용할 수 있다. 정렬 핀(18)을 정렬 구멍(16) 내로 삽입할 때에, 광 도파관(14)의 위치는 마이크로 렌즈 어레이(12)의 위치에 대해 설정될 수 있다. 일부 예에 있어서, 정렬 구멍(16)은 정렬 핀(18)보다 수 마이크로미터만큼 더 클 수 있다.
광 도파관(14)의 단부면은 광 도파관(14)의 상부면 또는 하부면에 대해 경사질 수 있고, 이러한 단부면은 TIR 에지(20)로 불릴 수 있다. TIR 에지(20)의 각은 굽힘각으로 불릴 수 있다. 굽힘각은 광학적 광 빔의 방향을 바꿀 수 있고, 그에 따라 광학적 광 빔은 광 도파관(14)을 따라 송신될 수 있다. 예를 들어, 일부 예에 있어서, 굽힘각은 약 45°일 수 있고, 그에 따라 광학적 광 빔이 광 도파관(14)의 상부면(22) 및 하부면(24)에 수직 방향으로 송신되는 경우에, 광학적 광 빔은 약 90°로 굽혀질 수 있다. 화살표(26)는, 광 도파관(14)의 상부면 및 하부면(22 및 24)에 실질적으로 수직인 방향인, 실질적으로 수직 방향으로 송신된 광학적 광 빔의 일례를 도시한다. 게다가, 화살표(28)는 TIR 에지(20)에 의해 약 90°로 굽혀지는 방향으로 송신되는 광학적 광 빔의 일례를 도시한다. TIR 에지(20)는 실질적으로 평면으로 구현되는 것으로 도시된다. 그러나, 다른 예에 있어서, TIR 에지(20)는 볼록면과 같은 상이한 형상을 가질 수 있다. 광 통신 신호는 광 커넥터(6)에 제공될 수 있다. 광 커넥터(6)는 예를 들어, 암형 또는 수형 광 커넥터에 각각 연결될 수 있는 수형 또는 암형 광 커넥터일 수 있다.
광 엔진(2)을 채용하면, 효율적이고 낮은-프로파일, 높은 대역폭, 광 통신 시스템을 제공한다. 광 엔진(2)은 광 도파관(14)을 통해 N개의 병렬 광 레인을 제공하도록 채용되고, 그에 따라 대역폭은 약 초당 2 테라비트(Tbps)까지일 수 있다. 게다가, 광 도파관(14)이 광 빔의 능동-정렬 및 땜납 및/또는 에폭시의 차후의 사용을 필요로 하는 일 없이, 기계적으로(예를 들면, 기계적 파스너를 거쳐서) 유리 슬래브(8)에 부착될 수 있으므로, 광 엔진(2)은 조립 및 유지하는데 비교적 저가일 수 있다. 또한, 광 엔진(2)은 플립 칩 기술을 포함할 수 있는 비교적 간단한 땜납 리플로우(solder reflow) 기법의 채용에 의해 제조될 수 있다.
도 3 내지 도 16은 예시적인 광 엔진(100), 및 예를 들면, 도 1에 도시된 광 엔진(2)을 구현하도록 채용될 수 있는 관련 구성요소의 다양한 도면을 도시한다. 설명의 간략화를 위해, 동일한 구조물을 나타내도록 동일한 도면 부호가 도 3 내지 도 16에 채용된다.
도 3은 예를 들면, 도 1에 도시된 광 엔진(2)을 구현하도록 채용될 수 있는 광 엔진(100)의 구성요소의 확대도를 도시한다. 광 엔진(100)은 보강재로 적층될 수 있는 폴리머 광 도파관을 포함할 수 있는 광 도파관(102)을 포함할 수 있다. 보강재는 광 도파관에 강성을 제공할 수 있다. 광 도파관(102)은 N개의 광 통신 신호를 동시에 송신하기 위해, N개의 광 레인(104)을 갖는 다중-레인 광 도파관일 수 있고, 각 광 통신 신호는 N개의 광학적 광 빔 중 하나에 대응할 수 있다. 광 도파관(102)은 대응하는 정렬 핀을 수용하기 위한 정렬 구멍(106)을 포함할 수 있다.
광 엔진(100)은 인쇄 회로 기판(PCB)(108)(예를 들면 유기 PCB)과 같은 기판에 장착된 광 송신기, 및 유리 슬래브(110)를 포함할 수 있다. 유리 슬래브(110)는 광 송신기에 오버레이된다. 게다가, PCB(108)는 광 송신기를 수용하도록, 그리고 히트 스프레더(114)를 수용하도록 크기설정된 기다란 개구(112)를 포함할 수 있다. 히트 스프레더 클립(116)은 PCB(108)에 오버레이될 수 있다. 게다가, 히트 싱크(118)는 히트 스프레더 클립(116)에 오버레이될 수 있다. 스페이서(120)는 클립(122)을 수용하도록 히트 싱크(118)에 부착될 수 있다. 광 도파관(102)은 수형 광 커넥터(124)에 고정될 수 있다.
도 4는, 광 송신기(126) 위에 있는 유리 슬래브(110) 상에 장착되고 PCB(108) 상에 장착된 광 송신기(126)의 평면도를 도시한다. 도 5는 도 4의 선(128)을 따라 취한 유리 슬래브(110)의 확대도를 도시한다. 설명의 간략화를 위해, 도 5의 유리 슬래브(110)는 불투명하게 도시되지만, 광학적 광 빔의 투과를 허용하기 위해 실질적으로 투명 또는 반투명일 수 있다는 것이 이해된다.
유리 슬래브(110)는, 광 송신기(126)로부터 N개의 광학적 광 빔을 각각 수용할 수 있는 N개의 마이크로 렌즈(132)를 포함할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이(130)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(130)의 각 마이크로 렌즈(132)는 각각의 광학적 광 빔을 광 도파관(102)을 통해 투과시키기 위해 콜리메이팅할 수 있다.
유리 슬래브(110)는 정렬 핀의 2개의 상이한 세트, 즉 정렬 핀의 제 1 세트(134) 및 정렬 핀의 제 2 세트(136)를 포함할 수 있다. 정렬 핀의 제 1 세트(134)는 광 송신기(126)에 대해 광 도파관(102)을 정렬하도록 위치설정될 수 있다. 정렬 핀의 제 2 세트(136)는 스페이서(120) 및 클립(122)을 정렬하도록 위치설정될 수 있다. 정렬 핀의 제 1 및 제 2 세트(134 및 136)의 각 정렬 핀은 광 도파관(102)의 대응하는 정렬 구멍(106) 또는 스페이서(120) 내로의 각 정렬 핀의 삽입을 용이하게 하도록, 테이퍼진 구역(138)을 포함할 수 있다.
도 6은 유리 슬래브(110) 상에 장착된 광 송신기(126)의 저면도를 도시한다. 광 송신기(126)는 예를 들면, 다이오드 레이저와 같은 IC 칩으로서 구현될 수 있다. 일부 예에 있어서, 광 송신기(126)는 플립 칩 기술이 채용을 통해 유리 슬래브(110)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 광 송신기(126)는 유리 슬래브(110)에 땜납 리플로우될 수 있다. 땜납 리플로우 후에, 에지 시일 물질(에폭시)은 광 송신기(126)의 주변 상에 도포될 수 있다. 이러한 상황에서, 에지 시일 물질은 광 송신기(126)와 유리 슬래브(110) 사이뿐만 아니라, 땜납 리플로우로부터 형성된 땜납 범프 주위로 흐를 수 있다. 그러나, 플립 칩 기술을 채용하면, 에지 시일 물질이 비교적 없는 상태로 광 송신기(126)의 내부를 유지할 수 있다. 게다가, 광 송신기(126)는 복수의 땜납 지점을 거쳐서 PCB(108)에 부착될 수 있다. 유사한 방법으로, 유리 슬래브(110)는 다른 복수의 땜납 지점을 통해 PCB(108)에 부착될 수 있다. PCB(108)은 광 송신기(126)를 수용하도록 크기설정될 수 있는 기다란 개구(112)를 포함할 수 있다. 이러한 방법으로, 일부 예에 있어서, 광 송신기(126)는 PCB(108)를 통해 연장되지 않는다. 또한, 기다란 개구(112)는 본 명세서에 설명된 방법으로 히트 스프레더(114)를 수용하도록 크기설정될 수 있다.
도 7 및 도 8은 광 엔진(100)의 서브모듈(140)의 조립체의 일례를 도시한다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, PCB(108)의 기다란 개구(112)는 PCB(108)의 하부 상의 히트 스프레더(114)를 수용할 수 있다. 히트 스프레더(114)는 광 송신기(126)를 수용하도록 기다란 홈(142)을 포함할 수 있다. 게다가, 히트 스프레더(114)는 PCB(108)의 기다란 개구(112)의 대향 단부 내로 삽입될 수 있는 대향 클립(144)을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 히트 스프레더(114)의 대향 클립(144)은 서로를 향해 눌려질 수 있고, 그에 따라 대향 클립(144)은 PCB(108)의 기다란 개구(112)를 통해 삽입될 수 있다. 일부 예에 있어서, 히트 스프레더(114)는 구리와 같은 열전도성 물질로 형성될 수 있다. 게다가, 히트 스프레더 클립(116)은 유리 슬래브(110) 및 히트 스프레더(114)의 대향 클립(144)을 제한할 수 있다. 게다가, 히트 스프레더 클립(116)은 PCB(108)에 오버레이될 수 있다. 히트 스프레더 클립(116)은 예를 들면, 플라스틱으로 형성될 수 있다. 일부 예에 있어서, 히트 스프레더 클립(116)은 도 7에 도시된 바와 같은 형상을 가질 수 있는 반면, 다른 예에 있어서, 다른 형상이 채용될 수 있다. 히트 스프레더(114)의 대향 클립(144)의 해제 시에, 히트 스프레더(114)의 대향 클립(144)은 히트 스프레더 클립(116) 및 히트 스프레더(114)를 제자리에 단단히 고정시킬 수 있다.
도 9 및 도 10은 서브 조립체 모듈에 부착되는 히트 싱크(118)를 도시한다. PCB(108)는 히트 싱크(118)의 정렬 핀(148)을 수용할 수 있는 정렬 구멍(146)을 포함할 수 있다. 히트 싱크(118)는 구리와 같은 열을 전달할 수 있는 금속으로 제조될 수 있다. 히트 싱크(118)는 열을 PCB(108) 및 광 송신기(126)로부터 멀리 빼낼 수 있는 열분배 요소(150)(예를 들면, 포스트)를 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 열분배 요소(150)는 핀-핀(pin-fin)으로 불릴 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(118)는 유리 슬래브(110), 및 히트 스프레더(114)의 대향 클립(144)을 수용하도록 기다란 개구(152)를 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 히트 싱크(118)는 히트 스프레더(114)의 대향 클립(144)을 수용하도록, 그리고 서브모듈(140)에 대해 히트 싱크(118)를 위치설정하도록 홈(154)을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 전도성 에폭시는 히트 스프레더(114)와 히트 싱크(118) 사이에 도포되어, 광 송신기(126)로부터 열분배 포스트로의 열 전달을 용이하게 할 수 있다. 또한, 히트 싱크(118)는 광 도파관(102)을 수용하도록 크기설정될 수 있는 광 도파관 홈(156)을 포함할 수 있다.
도 11은 히트 싱크(118)의 광 도파관 홈(156) 내로 삽입된 광 도파관(102), 및 히트 싱크(118)에 오버레이되는 스페이서(120)를 갖는 클립(122)을 도시한다. 도 12는 도 11의 선(160)으로부터 취한 히트 싱크(118)의 광 도파관 홈(156) 내로 삽입된 광 도파관(102)의 확대도를 도시한다. 광 도파관(102)의 정렬 구멍(106)이 유리 슬래브(110) 상에 장착되는 정렬 핀의 제 1 세트(134)를 수용하도록, 광 도파관(102)이 위치설정될 수 있다. 히트 싱크(118)의 광 도파관 홈(156)은 광 도파관(102)의 폭과 거의 동일한 폭을 가질 수 있다. 광 도파관 홈(156) 내의 히트 싱크(118)의 높이가 유리 슬래브(110)의 높이와 실질적으로 일치하도록, 히트 싱크(118)의 광 도파관 홈(156)은 깊이를 가질 수 있고, 그에 따라 광 도파관(102)은 중단되는 일 없이, 유리 슬래브(110)로부터 수형 광 커넥터(124)로 연장될 수 있다.
도 12에 도시되는 바와 같이, 광 도파관(102)의 TIR 에지(162)는 유리 슬래브(110)의 마이크로 렌즈 어레이(130) 위에 있을 수 있다. TIR 에지(162)는 예를 들면, 광 도파관(102)의 상부면 또는 하부면에 대해 약 45° 각도(또는 일부 다른 각도)로 커팅 및/또는 형성된 광 도파관(102)의 면일 수 있다.
도 13은 완전히 조립된 상태의 광 엔진(100)을 도시한다. 완전히 조립된 상태에 있어서, 스페이서(120)의 정렬 구멍이 유리 슬래브(110)의 정렬 핀의 제 2 세트(136)를 수용하도록 스페이서(120)가 삽입될 수 있다. 스페이서(120)는 예를 들면, 플라스틱으로 형성될 수 있다. 게다가, 클립(122)은 스페이서(120)에 오버레이될 수 있다. 클립(122)은 이 클립(122)의 중심으로부터 연장되는 아암 요소(163)를 포함할 수 있다. 클립(122)의 아암 요소(163)는 히트 싱크(118)의 대응하는 홈(164) 내에 수용되어, 스페이서(120) 및 클립(122)을 히트 싱크(118)에 기계적으로 고정시킬 수 있다.
도 14는 도 13의 선(166)으로부터 취한 수형 광 커넥터(124) 및 광 도파관(102)의 확대도를 도시한다. 도 15는 도 14의 B-B선을 따라 취한 수형 광 커넥터(124) 및 광 도파관(102)의 단면도를 도시한다. 수형 광 커넥터(124)는 광 도파관(102)의 TIR 에지(162)의 원위인 광 도파관(102)의 단부에서 광 도파관(102)에 부착될 수 있다. 광 도파관(102) 내의 N개의 광 레인(104)은 수형 광 커넥터(124) 내의 개구부를 통해 제공될 수 있다. 수형 광 커넥터(124)는 예를 들면, 광 도파관-대-광 도파관 광 커넥터로 불릴 수 있는 직렬의 저-비용 광 커넥터로서 구현될 수 있다.
수형 광 커넥터(124)는 이 수형 광 커넥터(124)의 메인 바디로부터 연장되는 클립(168)을 포함할 수 있다. 클립(168)은 대향 방향으로 연장될 수 있고, 가요성일 수 있다. 게다가, 강성의 정렬 핀(170)은 수형 광 커넥터(124)를, 대응하는 암형 커넥터와 기계적으로 결합 및 정렬시킬 수 있는 수형 광 커넥터(124)의 메인 바디로부터 연장될 수 있다.
도 16은 도 13의 C-C선을 따라 취한 완전히 조립된 광 엔진(100)의 단면도를 도시한다. 이 도면에서, 광 도파관(102)이 보강재(174)로 적층된 폴리머 도파관(172)을 포함한다는 것이 관찰될 수 있다. 게다가, 정렬 구멍(106)은 유리 슬래브(110)의 정렬 핀의 제 1 세트(134)를 수용할 수 있다. 스페이서(120)는 유리 슬래브(110)의 정렬 핀의 제 1 세트(134)의 상부와 접촉할 수 있다. 게다가, 스페이서(120)는 광 도파관(102)과 유리 슬래브(110) 사이의 상대 운동을 감소 및/또는 제거하도록, 광 도파관(102)에 힘을 인가할 수 있다.
광 송신기(126)는 광 도파관(102)의 상부면 및 하부면(178 및 180)에 수직인 방향으로 광학적 광 빔을 수신할 수 있다. 본 예에 있어서, 광학적 광 빔은 화살표(176)로 도시될 수 있다. 광 도파관(102)의 TIR 에지(162)는 광학적 광 빔을 약 90°의 각도로 방향을 바꾸게 할 수 있고, 그에 따라 광학적 광 빔은 광 도파관(102)의 상부면 및 하부면(178 및 180)에 평행한 방향으로, 그리고 수형 광 커넥터(124)를 향해 송신될 수 있다. 절곡된 광학적 광 빔은 화살표(182)로 나타낼 수 있다.
도 17은 수형 광 커넥터(124) 대신에 채용될 수 있는 암형 광 커넥터(190)의 일례를 도시한다. 대안적으로, 암형 광 커넥터(190)는 수형 광 커넥터(124)와 기계적으로 결합될 수 있다. 암형 커넥터는 수형 광 커넥터(124)의 정렬 핀을 수용할 수 있는 정렬 구멍(192)을 포함할 수 있다. 게다가, 암형 광 커넥터(190)는 수형 광 커넥터(124)의 클립을 수용하도록 홈(194)을 포함할 수 있다. 암형 광 커넥터(190)는 다른 광 도파관(196)에 부착될 수 있다. 도 18은 수형 광 커넥터(124)와 기계적으로 결합되고 정렬된 암형 광 커넥터(190)의 일례를 도시한다. 이러한 방법으로, 광학적 광 빔은 광 송신기(126)로부터 광 도파관(102)을 거쳐서 수형 및 암형 광 커넥터를 통과하는 다른 광 도파관(196)으로 송신될 수 있다. 일부 예에 있어서, 다른 광 도파관(196)은 광 수신기와 선택적으로 결합될 수 있고, 그에 따라 광학적 광 빔은 광 송신기(126)로부터 광 수신기로 송신될 수 있다.
광 엔진(100)의 채용에 의해, 낮은-프로파일, 저-비용, 높은-대역폭 광 연결이 달성된다. 게다가, 유리 슬래브(110)의 정렬 핀의 제 1 세트(134) 및 광 도파관(102)의 대응하는 정렬 구멍(106)은 광 엔진(100)의 조립 시에 광 송신기(126)와의 조정의 필요성을 감소 및/또는 제거한다.
도 19는 광 엔진(200)의 단면도를 도시한다. 광 엔진은 광 도파관(202)을 포함한다. 광 도파관(202)은 광학적 광 빔의 방향을 광 도파관(202)의 상부면(206) 및 하부면(208)에 평행한 각도로 바꾸도록 TIR 에지(204)를 포함할 수 있다. 광 도파관(202)은 이 광 도파관(202)의 상부면(206)으로부터 하부면(208)으로 연장되는 복수의 정렬 구멍(210)을 포함할 수 있다. 또한, 광 엔진(200)은 광 도파관(202) 아래에 있는 실질적으로 투명한 슬래브(212)를 포함할 수 있다. 투명한 슬래브(212)는 광학적 광 빔을 콜리메이팅하는 마이크로 렌즈(214)를 포함할 수 있다. 또한, 투명 슬래브(212)는 이 슬래브(212)의 상부면(218) 및 하부면(220)에 수직으로 연장되는 복수의 정렬 핀(216)을 포함할 수 있다. 각각의 복수의 정렬 핀(216)은 복수의 정렬 구멍(210) 중 각 하나를 통해 연장될 수 있어서, 광 도파관(202)이 위치설정되고, 그에 따라 광 도파관(202)의 TIR 에지(204)는 마이크로 렌즈(214)에 오버레이된다. 또한, 광 엔진(200)은 광학적 광 빔을 수신 또는 제공하도록 광학 요소(222)(예를 들면, 레이저 어레이 또는 광 검출기 어레이)를 포함할 수 있다.
도 20은 광학 시스템(250)의 일례를 도시한다. 광학 시스템(250)은 소정의 광 도파관(252)을 포함할 수 있고, 이러한 광 도파관(252)은, 광학적 광 빔의 방향을 소정의 광 도파관(252)의 상부면(256) 및 하부면(258)에 평행한 각도로 바꾸도록 소정의 TIR 에지(254)를 포함한다. 소정의 광 도파관(252)은 이러한 소정의 광 도파관(252)의 상부면(256)으로부터 하부면(258)으로 연장되는 복수의 정렬 구멍(260)을 포함할 수 있다. 광학 시스템(250)은 다른 광 도파관(262)을 포함할 수 있고, 이러한 광 도파관(262)은, 광학적 광 빔의 방향을 다른 광 도파관(262)의 상부면(266) 및 하부면(268)에 실질적으로 수직인 각도로 바꾸도록 다른 TIR 에지(264)를 포함한다. 또한, 광학 시스템(250)은 소정의 광 도파관(252) 아래에 있는 소정의 실질적으로 투명한 슬래브(270)를 포함할 수 있다. 실질적으로 투명한 슬래브(270)는 이러한 슬래브(270)의 상부면(274) 및 하부면(276)에 수직으로 연장되는 복수의 정렬 핀(272)을 포함할 수 있다. 각각의 복수의 정렬 핀(272)이 소정의 광 도파관(256)의 복수의 정렬 구멍(260) 중 각 하나를 통해 연장되어, 소정의 광 도파관(252)이 위치설정되고, 그에 따라 소정의 광 도파관(252)의 소정의 TIR 에지(254)가 소정의 실질적으로 투명한 슬래브(270)의 마이크로 렌즈(278)에 오버레이된다. 또한, 광학 시스템(250)은 소정의 실질적으로 투명한 슬래브(270)의 하부면(276)에 부착된 광 송신기(280)를 포함하여, 광학적 광 빔을 소정의 광 도파관(252)의 소정의 TIR 에지(254)로 제공할 수 있다. 광학 시스템(250)은, 소정의 광 도파관(252)의 소정의 TIR 에지(254)의 원위인 소정의 광 도파관(252)의 단부(284)에 기계적으로 고정된 소정의 광 커넥터(282)를 추가로 포함할 수 있다. 광학 시스템(250)은, 소정의 광 커넥터(282)에 결합되고, 다른 광 도파관(262)의 다른 TIR 에지(264)의 원위인 다른 광 도파관(262)의 단부(288)에 기계적으로 고정될 수 있는 다른 광 커넥터(286)를 추가로 포함할 수 있다. 소정의 그리고 다른 광 도파관(252 및 262)은 광 통신 상태에 있을 수 있다. 또한, 광학 시스템(250)은 광 송신기(280)에 의해 송신된 광학적 광 빔을 수신하도록 광 수신기(290)를 포함할 수 있다.
본 개시내용 또는 특허청구범위가 "요소", "제 1 요소" 또는 "다른 요소" 또는 그 동등물을 나열하는 경우, 2개 이상의 이러한 요소를 필요로 하지도 포함하지도 않고, 하나 이상의 이러한 요소를 포함하는 것으로 설명되어야 한다.
게다가, 상기에 설명된 것은 예시이다. 물론, 구성요소 또는 방법의 모든 고려 가능한 조합을 설명하는 것은 불가능하지만, 당업자는 많은 추가의 조합 및 변경이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시내용은, 첨부된 특허청구범위를 포함하는 본 명세서의 범위 내에 포함되는 모든 이러한 변화, 변경, 및 변형을 수용하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 광 엔진에 있어서,
    광 도파관, 상기 광 도파관 아래에 있는 실질적으로 투명한 슬래브, 및 광학적 광 빔을 수신 또는 제공하는 광학 요소를 포함하며,
    상기 광 도파관은,
    상기 광학적 광 빔의 방향을 상기 광 도파관의 상부면 및 하부면에 평행한 각도로 바꾸는 내부 전반사(TIR) 에지, 및
    상기 광 도파관의 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 정렬 구멍을 포함하고,
    상기 슬래브는,
    상기 광학적 광 빔을 콜리메이팅하는 마이크로 렌즈, 및
    상기 슬래브의 상부면 및 하부면에 수직으로 연장되는 복수의 정렬 핀을 포함하고, 상기 복수의 정렬 핀 각각은 상기 복수의 정렬 구멍 중 각 하나를 통해 연장되고, 그에 따라 상기 광 도파관은 상기 광 도파관의 TIR 에지가 상기 마이크로 렌즈에 오버레이되도록 위치설정되는
    광 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 슬래브 아래에 있는 광 송신기를 포함하고, 상기 광 송신기는 상기 광학적 광 빔을 상기 광 도파관의 상부면 및 하부면에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 마이크로 렌즈에 제공하는
    광 엔진.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬래브는 유리 슬래브를 포함하는
    광 엔진.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 마이크로 렌즈의 어레이를 포함하며,
    상기 광 송신기는 레이저 다이오드의 어레이를 포함하고, 상기 레이저 다이오드의 어레이의 각 레이저 다이오드는 광학적 광 빔을 상기 마이크로 렌즈의 어레이의 각 마이크로 렌즈에 제공하는
    광 엔진.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 도파관의 TIR 에지의 원위인 광 도파관의 단부에 기계적으로 고정된 광 커넥터를 추가로 포함하는
    광 엔진.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 슬래브 아래에 있는 광 수신기를 포함하고, 상기 광 수신기는 상기 마이크로 렌즈로부터의 광학적 광 빔을 상기 광 도파관의 상부면 및 하부면에 실질적으로 수직인 방향으로 수신하는
    광 엔진.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결되고, 상기 인쇄 회로 기판은 상기 광학 요소를 수용하는 기다란 개구를 포함하는
    광 엔진.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 PCB의 기다란 개구를 통해 연장되는 대향 클립의 세트, 및
    상기 광학 요소를 수용 및 열 접촉하는 홈을 포함하는 히트 스프레더를 추가로 포함하는
    광 엔진.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 히트 스프레더와 열 연통하는 히트 싱크를 추가로 포함하고,
    상기 히트 싱크는,
    상기 히트 스프레더의 대향 클립의 세트를 수용하는 소정 세트의 홈,
    스페이서를 상기 광 도파관에 고정 및 위치설정하기 위해 클립의 대향 아암을 수용하는 다른 세트의 홈,
    상기 슬래브를 4변에서 둘러싸는 개구, 및
    상기 광 도파관을 수용하는 광 도파관 홈을 포함하는
    광 엔진.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 열을 상기 광학 요소로부터 멀리 빼내도록 복수의 열분배 요소를 추가로 포함하는
    광 엔진.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 땜납을 거쳐서 상기 슬래브에 부착되는
    광 엔진.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 도파관은,
    복수의 광학적 광 빔을 동시에 전파하는 복수의 병렬 광 레인을 포함하는 폴리머 물질, 및
    상기 폴리머 물질에 오버레이되고, 비교적 강성인 보강재 물질을 포함하는
    광 엔진.
  13. 시스템에 있어서,
    소정의 광 도파관, 다른 광 도파관, 상기 소정의 광 도파관 아래에 있는 소정의 실질적으로 투명한 슬래브, 광 송신기, 소정의 광 커넥터, 다른 광 커넥터, 및 광 수신기를 포함하며,
    상기 소정의 광 도파관은,
    광학적 광 빔의 방향을 상기 소정의 광 도파관의 상부면 및 하부면에 평행한 각도로 바꾸는 소정의 내부 전반사(TIR) 에지, 및
    상기 소정의 광 도파관의 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 정렬 구멍을 포함하고,
    상기 다른 광 도파관은, 상기 광학적 광 빔의 방향을 상기 다른 광 도파관의 상부면 및 하부면에 실질적으로 수직인 각도로 바꾸는 다른 TIR 에지를 포함하고,
    상기 실질적으로 투명한 슬래브는 상기 실질적으로 투명한 슬래브의 상부면 및 하부면에 수직으로 연장되는 복수의 정렬 핀을 포함하고, 상기 복수의 정렬 핀 각각은 상기 소정의 광 도파관의 복수의 정렬 구멍 중 각 하나를 통해 연장되고, 그에 따라 상기 소정의 광 도파관은 상기 소정의 광 도파관의 소정의 TIR 에지가 상기 소정의 실질적으로 투명한 슬래브의 마이크로 렌즈에 오버레이되도록 위치설정되고,
    상기 광 송신기는, 상기 소정의 실질적으로 투명한 슬래브의 하부면에 부착되어, 상기 광학적 광 빔을 상기 소정의 광 도파관의 소정의 TIR 에지에 제공하고,
    상기 소정의 광 커넥터는, 상기 소정의 광 도파관의 소정의 TIR 에지의 원위인 상기 소정의 광 도파관의 단부에 기계적으로 고정되고,
    상기 다른 광 커넥터는, 상기 소정의 광 커넥터에 결합되고, 상기 다른 광 도파관의 다른 TIR 에지의 원위인 다른 광 도파관의 단부에 기계적으로 고정되고, 상기 소정의 광 도파관 및 다른 광 도파관은 광 연통 관계에 있으며,
    상기 광 수신기는 상기 광 송신기에 의해 송신된 상기 광학적 광 빔을 수신하는
    시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    소정의 광 도파관 및 다른 광 도파관 각각은 복수의 광학적 광 빔을 동시에 전파하도록 복수의 병렬 광 레인을 포함하는
    시스템.
  15. 광 엔진에 있어서,
    유리 슬래브의 아래쪽에 장착된 광 송신기, 광 도파관, 상기 유리 슬래브의 아래쪽에 부착된 인쇄 회로 기판(PCB), 및 광 커넥터를 포함하며,
    상기 광 송신기는 복수의 광학적 광 빔을 제공하는 집적 회로(IC) 칩을 포함하고,
    상기 유리 슬래브는,
    상기 유리 슬래브의 상부면 및 하부면에 수직으로 연장되는 복수의 정렬 핀, 및
    상기 광 송신기로부터 전파되는 상기 복수의 광학적 광 빔을 콜리메이팅하는 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 광 도파관은,
    비교적 강성인 보강재 물질 아래에 있고, 복수의 광 레인을 포함하는 폴리머 광 도파관 물질,
    상기 복수의 광학적 광 빔 각각의 방향을 상기 폴리머 광 도파관의 복수의 광 레인 중 각 하나 내로 바꾸는 내부 전반사(TIR) 에지, 및
    상기 광 도파관의 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 정렬 구멍을 포함하고, 상기 복수의 정렬 구멍 각각은 상기 유리 슬래브의 복수의 정렬 핀 중 각 하나를 수용하고, 그에 따라 상기 광 도파관은 상기 광 도파관의 TIR 에지가 상기 마이크로 렌즈 어레이에 오버레이되도록 위치설정되고,
    상기 인쇄 회로 기판(PCB)은,
    상기 광 송신기를 수용하고 상기 광 송신기와 열 접촉한 상태로 히트 스프레더를 수용하는 기다란 개구,
    상기 히트 스프레더 및 상기 PCB에 열적으로 결합된 히트 싱크를 포함하며,
    상기 히트 싱크는,
    상기 히트 스프레더 및 상기 광 송신기로부터 열을 멀리 빼내는 복수의 열분배 요소, 및 상기 광 도파관을 위치설정시키는 광 도파관 홈을 포함하며,
    상기 광 커넥터는, 상기 광 도파관의 TIR 에지의 원위인 상기 광 도파관의 단부에 기계적으로 고정되고, 상기 광 도파관을 다른 광 도파관에 선택적으로 결합시키는
    광 엔진.
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