MX2014010491A - Dispositivo de acoplamiento que tiene una superficie reflectora estructurada para acoplar entrada/salida de una fibra optica. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de acoplamiento para acoplar de manera física y óptica un extremo de entrada/salida de una fibra óptica para dirigir señales ópticas, hacia y desde el receptor y/o transmisor óptico. El dispositivo de acoplamiento incluye una superficie reflectora estructurada que funciona como un elemento óptico que dirige luz hacia/desde los extremos de entrada/salida de la fibra óptica mediante reflejo, y una estructura de ranura de retención de fibra óptica que recibe de manera positiva la fibra óptica en una forma con el extremo de la fibra óptica a una distancia definida hacia y alineada con la superficie reflectora estructurada. La estructura abierta de la superficie reflectora estructurada y la estructura de retención de fibra se presta para procesos de producción en masa tal como grabado por precisión. El dispositivo de acoplamiento puede fijarse a un transmisor y/o receptor óptico, con la superficie reflectora estructurada alineada a la fuente de luz en el transmisor o al detector en el receptor, y adaptada en un cable óptico activo.

Description

DISPOSITIVO DE ACOPLAMIENTO QUE TIENE UNA SUPERFICIE REFLECTORA ESTRUCTURADA PARA ACOPLAR ENTRADA/SALIDA DE UNA FIBRA OPTICA CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a transmisión de fibra óptica, en particular un dispositivo para acoplar física y eléctricamente una fibra óptica para dirigir señales ópticas .

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Dados los crecientes requisitos de ancho de banda para transmisión de datos moderna (por ejemplo, para datos de video de alta definición) , las transmisiones de señal de fibra óptica se han vuelto omnipresentes para comunicar datos. Las señales ópticas se transmiten por fibras ópticas, a través de una red de fibras ópticas y conectores e interruptores asociados. Las fibras ópticas demuestran una capacidad de transmisión de datos de ancho de banda significativamente superior y pérdidas de señal inferiores comparadas con alambres de cobre para un tamaño/espacio físico dado.

En transmisión de señal de fibra óptica, las conversiones de señales ópticas y señales eléctricas se llevan a cabo más allá del extremo de terminación de la fibra óptica. Específicamente, en el extremo de salida de una fibra Ref. 250764 óptica, se detectan luces de la fibra óptica mediante un receptor de transfusión y se convierte en una señal eléctrica para procesamiento de datos adicional descendente (es decir, conversión óptica a eléctrica) . En el extremo de entrada de la fibra óptica, se convierten señales eléctricas en luz para ingresarse dentro de la fibra óptica mediante un transmisor de transducción (es decir, conversión eléctrica a óptica) .

Para acoplar la entrada/salida de la fibra óptica al transmisor/receptor, se requieren elementos ópticos tal como lentes para coincidir y/o luz de enfoque de una fuente de luz (por ejemplo, un láser) dentro del extremo de entrada de la fibra óptica, y para coincidir y/o luz de enfoque desde el extremo de salida de la fibra óptica hacia un detector de fotodiodo. Para lograr niveles de señal aceptables, las fibras ópticas deben alinearse de manera precisa a alta tolerancia a los transmisores y receptores, de manera que las fibras ópticas se alineen de manera precisa a los elementos ópticos soportados con respecto a los transmisores y receptores. En el pasado, dados los elementos y estructuras ópticas internas necesarias para lograr las alineaciones ópticas requeridas, los transmisores y receptores fueron provistos con estructuras de acoplamiento que tienen puertos de conexión a los cuales se acoplan fibras ópticas utilizando conectores que terminan las fibras ópticas. Las fibras ópticas dadas son frágiles, deben manejarse con cuidado durante y después de conexión física a las estructuras de transmisor y de receptor. Los transmisores y receptores y estructuras asociadas que tienen los puntos de conexión por lo tanto son generalmente voluminosos, lo que ocupa espacio significativo, haciéndolos con ello no adecuados para uso en dispositivos electrónicos más pequeños. De aquí en adelante, la estructura de acoplamiento para fibras ópticas y transmisores y receptores generalmente son muy costosas y comparativamente de gran tamaño para un conteo de puerto dado .

Las desventajas observadas anteriormente para transmisión de datos de fibra óptica existentes se agravan en transmisión de fibra de canales múltiples. La conexión de alineación óptica de las fibras ópticas con respecto a los transmisores y receptores deben ensamblarse y deben fabricarse los componentes con precisión de sub-micra. Como si las partes con tales niveles de precisión no fueran suficientemente desafiantes, para las partes que se van a producir de manera económica, se debe hacer en un proceso completamente automatizado, de alta velocidad.

Lo que se necesita es una estructura mejorada para acoplar física y ópticamente entrada/salida de una fibra óptica, lo que mejora la capacidad de fabricación, facilidad de uso, funcionalidad y conflabilidad en costos reducidos.

SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención proporciona un dispositivo de acoplamiento para acoplar física y ópticamente un extremo de entrada/salida de una fibra óptica para dirigir señales ópticas. El dispositivo puede implementarse para acoplar física y ópticamente una fibra óptica a un receptor y/o transmisor óptico, lo que mejora la capacidad de fabricación, facilidad de uso y conflabilidad a costos reducidos, con ello supera muchas de las desventajas de las estructuras de la técnica previa. De conformidad con la presente invención, el dispositivo de acoplamiento incluye una superficie estructurada que funciona como un elemento óptico que dirige luz hacia/desde los extremos de entrada/salida de la fibra óptica mediante reflejo (lo que también puede incluir deflexión y difracción de luz incidente) . El dispositivo de acoplamiento también incluye una estructura de retención de fibra óptica, que alinea de manera segura y precisa la fibra óptica con respecto a la superficie reflectora estructurada. En una modalidad, la estructura de retención de fibra incluye al menos una ranura (o una o más ranuras) que recibe de manera positiva la fibra óptica en una forma con el extremo de la fibra óptica a una distancia definida hacia y alineada con la superficie reflectora estructurada. La ubicación y orientación de la superficie reflectora estructurada es fijada con relación a la estructura de retención de fibra. En una modalidad, la estructura de retención de fibra y la superficie reflectora estructurada se definen en la misma estructura (por ejemplo, monolítica) del dispositivo de acoplamiento. En una modalidad alterna, la estructura de retención de fibra y la superficie reflectora de estructura se definen en estructuras separadas que se acoplan juntas para formar el dispositivo de acoplamiento.

La superficie reflectora estructurada puede configurarse para ser plana, cóncava o conexa. En una modalidad, la superficie reflectora estructurada tiene una superficie lisa con terminado de espejo. A su vez puede ser una superficie texturizada que es reflectora. La superficie reflectora estructurada puede tener una característica de superficie uniforme, o características de superficie variables, tal como grado variable de homogeneidad y/o texturas, o una combinación de varias regiones de superficies lisas y texturizadas formando la estructura reflectora estructurada. La superficie reflectora estructurada puede tener un perfil de superficie y/o característica óptica correspondientes a al menos uno del siguiente elemento óptico equivalente: espejo, lente de enfoque, lente divergente, rejilla de difracción, o una combinación de los anteriores. La superficie reflectora de estructura puede tener más de una región correspondiente a un elemento óptico equivalente diferente (por ejemplo, una región central que se está enfocando rodeada por una región anular que es divergente) . En una modalidad, la superficie reflectora estructurada es definida como un material opaco que no transmite luz a través de la superficie.

En un aspecto de la presente invención, la superficie reflectora estructurada y estructura de retención de fibra se definen con una estructura abierta que se presta para procesos de producción en masa tal como grabado, que son procesos de bajo costo, de alto rendimiento. En una modalidad, la superficie reflectora estructurada y las ranuras de retención de fibra se forman al grabar un material metálico. En una modalidad, el material metálico puede elegirse para tener alta dureza (por ejemplo, acero inoxidable) , inercia química (por ejemplo, titanio) , estabilidad a alta temperatura (aleación de níquel) , expansión térmica baja (por ejemplo, Invar) , o para hacer coincidir la expansión térmica con otros materiales (por ejemplo, Kovar para vidrio coincidente) . Alternativamente, el material puede ser un plástico duro u otro material polimérico duro.

En una modalidad, el dispositivo de acoplamiento puede fijarse a un transmisor y/o receptor óptico, con la estructura reflectora estructurada alineada a la fuente de luz (por ejemplo, un láser) en el transmisor o al detector (por ejemplo, un fotodiodo) en el receptor. El transmisor/receptor puede sellarse herméticamente al dispositivo de acoplamiento. El transmisor/receptor puede proporcionarse con almohadillas de contacto conductoras para acoplamiento eléctrico al sistema de circuitos externo. Dada la estructura reflectora estructurada fija y la estructura de retención de fibra que se definen de manera precisa en el mismo dispositivo de acoplamiento, al alinear la fuente de luz en el transmisor o el detector de luz en el receptor a la estructura reflectora estructurada en el dispositivo de acoplamiento, la fuente/detector de luz se alinearían de manera precisa al extremo de entrada/salida de la fibra óptica. En una modalidad, un método de alineación precisa del transmisor/receptor del dispositivo de acoplamiento comprende superponer marcas de alineación complementarias proporcionadas en el transmisor/receptor y el dispositivo de acoplamiento. En otro aspecto de la invención, una fibra óptica es estructurada como un cable óptico activo (AOC, por sus siglas en inglés) , que es un cable conocido en la técnica por tener un transmisor en un extremo terminal de la fibra óptica para conversión eléctrica a óptica, y un receptor en otro extremo terminal de la fibra óptica para conversión óptica a eléctrica.

El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la presente invención supera muchas de las deficiencias de la técnica previa, lo que proporciona facilidad de uso y alta conflabilidad con baja sensibilidad ambiental, y que puede fabricarse a bajo costo. El dispositivo de acoplamiento inventivo puede configurarse para soportar fibras individuales o múltiples, para entrada óptica, salida óptica o ambas (para comunicación de datos bidireccional ) .

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Para un entendimiento más completo de la naturaleza y ventajas de la invención, así como el modo de uso preferido, se debe hacer referencia a la siguiente descripción detallada leída en conjunto con las figuras anexas. En las siguientes figuras, números de referencia similares designan partes iguales o similares a través de las figuras .

La Figura 1 es un diagrama esquemático de la configuración de transmisión de datos por una fibra óptica, en donde se implementa el dispositivo de acoplamiento de la presente invención.

La Figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra el patrón de iluminación óptica en el extremo de entrada de la fibra óptica.

La Figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra el patrón de iluminación óptica en el extremo de salida de la fibra óptica.

La Figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra el espacio de iluminación sobre las superficies reflectoras estructuradas en el extremo de entrada y el extremo de salida .

Las Figuras 5A-5C son un diagrama esquemático que ilustra formación de un espejo plano con un punzón esférico que tiene una superficie plana lisa.

La Figura 6 es una vista en perspectiva de la geometría de punzón para grabar una ranura y un perfil de superficie estructurada en el dispositivo de acoplamiento.

La Figura 7A es una vista transversal a lo largo de un eje longitudinal de la fibra óptica; la Figura 7B es una vista seccional en perspectiva de la misma.

La Figura 8A es una vista en perspectiva de un módulo de transmisor/receptor integrado de conformidad con una modalidad de la presente invención; la Figura 8B es una vista en perspectiva del transmisor de conformidad con una modalidad de la presente invención; la Figura 8C es una vista en perspectiva del receptor de conformidad con una modalidad de la presente invención.

La Figura 9 es una vista en perspectiva de un cable óptico activo de conformidad con una modalidad de la presente invención .

La Figura 10A es una modalidad adicional de un dispositivo de acoplamiento que tiene una marca de alineación; la Figura 10B es una modalidad adicional de un transmisor/receptor .

Las Figuras 11A-11C ilustran esquemáticamente una plataforma de ensamble y proceso de ensamblado incluyendo alineación, de conformidad con una modalidad de la presente invención .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Esta invención se describe a continuación con referencia a varias modalidades con referencia a las figuras. Aunque esta descripción se describe en términos del mejor modo para lograr los objetivos de la invención, se apreciará por aquellos expertos en la técnica que pueden lograrse variaciones en vista de esas enseñanzas sin desviarse del espíritu y alcance de la invención.

La presente invención proporciona un dispositivo de acoplamiento para acoplar física y ópticamente un extremo de entrada/salida de una fibra óptica para dirigir señales ópticas. El dispositivo puede implementarse para acoplar física y ópticamente una fibra óptica a un receptor y/o transmisor óptico, lo que mejora la capacidad de fabricación, facilidad de uso y conflabilidad a costos reducidos, por lo cual supera muchas de las desventajas de las estructuras de la técnica previa. De conformidad con la presente invención, el dispositivo de acoplamiento incluye una superficie estructurada que funciona como un elemento óptico que dirige luz hacia/desde los extremos de entrada/salida de la fibra óptica por reflejo (lo que también puede incluir deflexión y difracción de luz incidente) .

La Figura 1 ilustra esquemáticamente la configuración de enlace de datos para transmitir información por una fibra óptica, en donde se implementa el dispositivo de acoplamiento de la presente invención. Para simplicidad, se incluyen algunos de los elementos básicos en la Figura 1 para explicar la invención.

En la Figura 1, las secciones de extremos de terminación de las fibras ópticas 10 (extremo de entrada 17 y extremo de salida 19 son secciones descubiertas con recubrimiento expuesto, sin amortiguador protector y capas de forro 11) se dirigen en superficies reflectoras estructuradas 12 y 14. Un transmisor 16 que tienen una fuente de luz (por ejemplo, un láser tal como un Láser Emisor de Superficie de Cavidad Vertical (VCSEL, por sus siglas en inglés) ) convierte señales eléctricas en señales ópticas. La salida de luz coincidida del transmisor se dirige en la superficie reflectora estructurada 12 de un dispositivo de acoplamiento de conformidad con la presente invención, que enfoca luz en el extremo de entrada 17 de la fibra óptica 10. Se transmiten señales de luz a través de la fibra óptica 10, y se envían a la superficie reflectora estructurada 14 en otro dispositivo de acoplamiento de conformidad con la presente invención, que enfoca la luz de salida a un detector óptico (por ejemplo, un fotodiodo de PIN) en un receptor 18. El receptor convierte señales ópticas en señales eléctricas. Al modular apropiadamente la entrada de señal eléctrica al transmisor 16, se transmiten datos a través de señales ópticas por la fibra óptica 10, y se recuperan como señales eléctricas en el receptor 18 correspondiente a los datos de entrada.

En la modalidad ilustrada, la fibra óptica puede ser una fibra óptica de índice graduado 50/125, con una apertura numérica (NA, por sus siglas en inglés) de 0.2 +/-0.015. Las superficies reflectoras estructuradas 12 y 14 están configuradas como espejos cóncavos, que tienen un ancho de apertura que no excede 250 µp? con el fin de coincidir con la inclinación estándar entre dos fibras ópticas en un cable plano. El eje óptico de los espejos cóncavos se alinea con el eje de la fibra óptica 10. Los extremos 17 y 19 (caras de extremo planas o pulidas anguladas) de las fibras ópticas están a una distancia efectiva (a lo largo del eje óptico) de aproximadamente 0.245 mm desde las superficies reflectoras estructuradas 12 y 14 respectivas. La fuente de luz en el transmisor 16 y el detector óptico en el receptor 18 están a una distancia efectiva (a lo largo del eje óptico) de aproximadamente 0.1 mm desde las superficies reflectoras estructuradas 12 y 14 respectivas. La fuente óptica puede ser un VCSEL, que tiene longitud de onda de 850 nm, energía de salida óptica de 6mW, y divergencia de haz de 20 a 30 grados. El detector óptico puede ser un fotodiodo de PIN con un área activa de aproximadamente 70 µt? de diámetro.

Las Figuras 2 y 3 además ilustran esquemáticamente el patrón de iluminación óptico en la entrada y salida respectivas de la fibra óptica 10.

La Figura 4 ilustra esquemáticamente el espacio de iluminación sobre las superficies reflectoras estructuradas 12 y 14. Los espejos cóncavos definidos por estas superficies reflectoras pueden tener la misma forma, pero el tamaño de ambos espejos se establece por tamaño de punto más grande sobre el espejo en el extremo de salida/recepto . En el ejemplo ilustrado, los espejos pueden ser de 170 µp?, con el tamaño de punto en el extremo de entrada/transmisor (Tx) que es 64 µp?, y el tamaño de punto en el extremo de salida/receptor (Rx) que es 108 µp?.

De conformidad con un aspecto de la presente invención, la superficie reflectora estructurada puede formarse mediante grabado por precisión de un material metálico. Las Figuras 5A-5C ilustran esquemáticamente formar un espejo plano con un punzón esférico con una superficie plana pulida. Un proceso de grabado y aparato de grabado con precisión se ha descrito en la Patente de E.U.A. No. 7,343,770, que se asignó comúnmente a la sesionaría de la presente invención. Esta patente se incorpora completamente por referencia como si se describirá aquí completamente. El proceso y aparato de grabado ahí descritos pueden adaptarse a grabado por precisión de las características del dispositivo de acoplamiento de la presente invención (incluyendo la superficie reflectora estructurada y estructura de retención de fibra óptica descrita a continuación) . El proceso y sistema de grabado pueden producir partes con una tolerancia de al menos lOOOnm.

Al hacer referencia a las Figuras 7A-7B, en otro aspecto de la presente invención, el dispositivo de acoplamiento incluye una estructura de retención de fibra óptica, que alinea de manera segura y precisa la fibra óptica 10 con respecto a la superficie reflectora estructurada 13. En un aspecto adicional de la presente invención, la superficie reflectora estructurada y estructura de retención de fibra se definen por una estructura abierta, que se presta para procesos de producción en masa tal como grabado, que son procesos de bajo costo, a alto rendimiento. La Figura 7A es una vista transversal tomada a lo largo del eje longitudinal de la fibra óptica 10. La Figura 7B es una vista de sección en perspectiva tomada a lo largo del eje longitudinal de la fibra óptica 10. En la modalidad ilustrada, la estructura de retención de fibra incluye una ranura 22 que recibe de manera positiva la fibra óptica en una forma con el extremo de la fibra óptica 10 a una distancia definida a y alineada con la superficie reflectora estructurada 13. La ubicación y orientación de la superficie reflectora estructurada 13 se fija con relación a la estructura de retención de fibra. En la modalidad ilustrada, la estructura de retención de fibra y la estructura reflectora estructurada se definen en la misma base 26 (por ejemplo, monolítica) del dispositivo de acoplamiento. En una modalidad alterna (no ilustrada), la estructura de retención de fibra y la estructura reflectora de estructura se definen sobre estructuras separadas que están acopladas de manera conjunta para formar el dispositivo de acoplamiento. La ranura 22 tiene una sección 24 que define un espacio entre la cara de extremo 15 de la fibra óptica 10. En la modalidad ilustrada, esta sección 24 tiene un ancho similar pero una parte inferior más superficial como las secciones restantes de la ranura 22. La sección 24 define un reborde 27 que proporciona un tope contra el cual se empalma una porción (extremo) de la cara de extremo 13 de la fibra óptica 10. Por consiguiente, una distancia (por ejemplo, 245 µp) a lo largo del eje óptico se define entre la cara de extremo 15 y la superficie reflectora estructurada 13. En la modalidad ilustrada, la fibra óptica se recibe completamente en la ranura 22, con la superficie exterior de la fibra óptica 22 nivelada con la superficie superior 29 de la base 26. Dada una fibra óptica que tiene un diámetro de 125 µt?, y una fuente de luz de VCSEL 30 a una distancia efectiva (por ejemplo, desde la superficie plana del VCSEL 30 a lo largo del eje óptico) de 100 µ?? desde la superficie reflectora estructurada 13, la distancia de la superficie plana del VCSEL desde la superficie superior 29 de la base 26 sería aproximadamente 37.5 µt?.

La ranura 22 es estructurada para retener de manera segura la fibra 10 (sección descubierta con recubrimiento expuesto, sin amortiguador protector y capas de forro) al sujetar la fibra 10, por ejemplo, mediante un ajuste mecánico o de interferencia (o ajusta a presión) . El ajuste de interferencia asegura que la fibra 10 está sujetada en su lugar y consecuentemente se establece a la posición y orientación de la fibra 10 mediante la ubicación y eje longitudinal de la ranura 22. En la modalidad ilustrada, la ranura 22 tiene una sección transversal en forma de U que recibe de manera justa la fibra óptica 10 descubierta (es decir, con el recubrimiento expuesto, sin el amortiguador y capas protectoras) . Las paredes laterales de la ranura 22 son sustancialmente paralelas, en donde la abertura de la ranura puede ser ligeramente más estrecha que la separación paralela entre las paredes laterales (es decir, con una sección transversal ligeramente en forma de C) para proporcionar ajuste mecánico o de interferencia adicional para la fibra 10. Pueden encontrarse detalles adicionales de la estructura de ranura abierta en la Solicitud de Patente de E.U.A. pendiente de resolución No. 13/440,970 presentada el 5 de abril, 2012, que es incorpora por referencia aquí completamente. La base 26 que tiene la ranura 22 es efectivamente una férula abierta de una pieza que soporta la fibra óptica 10 en ubicación y alineación precisas con la estructura reflectora estructurada 13. La ubicación de la superficie reflectora estructurada 13 sería con respecto a la ranura 22 y el reborde 27, y por lo tanto se fija con respecto a la cara de extremo de la fibra óptica 10. La superficie reflectora estructurada 13 no es soportada sobre una parte móvil y no involucra ninguna parte móvil.

En una modalidad, la base 26 del dispositivo de acoplamiento se forma de un material metálico. En una modalidad, el material metálico por elegirse para obtener alta dureza (por ejemplo, acero inoxidable) , inercia química (por ejemplo, titanio) , estabilidad a alta temperatura (aleación de níquel), expansión térmica baja (por ejemplo, Invar) , o para hacer coincidir expansión térmica con otros materiales (por ejemplo, Kovar para vidrio coincidente) . Para reflectividad, la base 26 puede formarse de un metal tal como aluminio o cobre, que ofrece alta reflectividad óptica. La receptividad también puede lograrse al revestir materiales tal como oro, plata, níquel, aluminio, etc., sobre el cuerpo 26. Alternativamente, el material puede ser un plástico duro u otro material polimérico duro. La estructura abierta descrita anteriormente al dispositivo de acoplamiento que tiene la estructura reflectora estructurada y la estructura de retención de fibra se presta a procesos de producción en masa tal como grabado, que son procesos de bajo costo, alto rendimiento. Un proceso y aparato de grabado de precisión se han descrito en la Patente de E.U.A. No. 7,343,770, que se asignó comúnmente a la sesionaría de la presente invención. Esta patente se incorpora completamente por referencia como si se describiera aquí completamente. El proceso y aparato de grabado ahí descritos pueden adaptarse a grabado de precisión de las férulas de la presente invención.

La Figura 6 ilustra un punzón 200 configurado para grabar la ranura 22 y superficie reflectora estructurada 13 en la base 26. El punzón 200 tiene un perfil de superficie convexo que es esencialmente inverso en la superficie reflectora estructurada y la ranura. El perfil de superficie del punzón 200 se adapta a las características que se van a grabar .

La Figura 8A ilustra una modalidad de un módulo de transmisor/receptor 40 integrado que comprende un transmisor/receptor 38 fijado a un dispositivo de acoplamiento óptico 39, con la superficie reflectora estructurada en el dispositivo de acoplamiento alineado a la fuente/detector de luz en el transmisor/receptor. La Figura 8B ilustra una modalidad de un transmisor/receptor 38. El transmisor/receptor 38 incluye una base 150 que soporta una tarjeta de circuito 51 sobre la cual se monta una fuente/detector de luz 52 (por ejemplo, un VCSEL/un fotodiodo) y un circuito de control asociado (por ejemplo, un chip de IC) . Se define una superficie de unión 53 en el perímetro del transmisor/receptor 38.

La Figura 8C ilustra la estructura abierta interna del dispositivo de acoplamiento 39, que es muy similar a la estructura abierta del dispositivo de acoplamiento discutido anteriormente. Esencialmente, el dispositivo de acoplamiento 39 tiene una base 46 que tiene una ranura 42 y superficie reflectora estructurada 43 ahí definida similar a la ranura 22 y superficie reflectora estructurada 13 definida en la base 26 en las modalidades previas de las Figuras 6 y 7A-7B discutidas anteriormente. En esta modalidad, la sección 44 de la ranura 22 es más ancha, más sin embargo tiene una profundidad que define un reborde 47 para colocar de manera precisa la cara de extremo de la fibra 10. Se proporciona una ranura 34 más ancha sobre la base 46 para recibir la sección más gruesa de la fibra que tiene una capa protectora 11. Puede aplicarse epoxi para asegurar la capa protectora 11 en la ranura 34.

En esta modalidad, la base 46 tiene paredes laterales 37 elevadas que definen una cavidad 36 en la cual se localizan la superficie reflectora estructurada 43 y ranuras. La cavidad 46 proporciona espacio para incorporar la altura del chip de IC montado sobre la tarjeta de circuito 51. La altura de las paredes laterales 37 define la distancia entre la fuente/detector de luz en el transmisor/receptor 38 y la superficie reflectora estructurada 43 en el dispositivo de acoplamiento 39. Al hacer referencia también a la Figura 7A, dada una fibra óptica que tiene un diámetro de 125 i , y la superficie de salida plana del VCSEL a lo largo del eje óptico de 100 ]i desde la superficie reflectora estructurada 43, la altura de las paredes laterales 37 define la distancia de la superficie de salida plana del VCSEL desde la superficie de la cavidad 36 (correspondiente a la superficie superior 29 de la base 26 en la Figura 7A) para ser aproximadamente 37.5 µt?.

Como uno puede apreciar, en el módulo 40, dado que la estructura reflectora estructurada fija y la estructura de retención de fibra se definen de manera precisa sobre el mismo dispositivo de acoplamiento, al alinear la fuente de luz en el transmisor del detector de luz en el receptor a la superficie reflectora estructurada en el dispositivo de acoplamiento, la fuente/detector de luz se alinearían de manera precisa al extremo de entrada/ sal ida de la fibra óptica .

Desde otra perspectiva, la combinación descrita anteriormente de transmisor/receptor y dispositivo de acoplamiento puede percibirse para ser un módulo de transmisor/receptor integrado que incluye una superficie reflectora estructurada y una estructura de acoplamiento integral que alinea una fibra óptica con la superficie reflectora estructurada.

El dispositivo de acoplamiento 39 puede ser grabado a partir de un material metálico maleable, como se discutió anteriormente. La superficie superior 33. de las paredes laterales 37 proporciona un área de unión para fijación al transmisor/receptor 38. El transmisor/receptor 38 puede fijarse al dispositivo de acoplamiento 39 mediante pegamento, epoxi, soldeo blando o soldadura. En una modalidad, el transmisor/receptor 38 puede sellarse herméticamente contra el dispositivo de acoplamiento 39, por ejemplo, mediante soldadura láser, soldeo blando, o encendido. El transmisor/receptor 38 y el dispositivo de acoplamiento pueden fabricarse y probarse de manera separada antes de ensamble .

En otro aspecto de la presente invención, una fibra óptica es estructurada como un cable óptico activo, que es un cable conocido en la técnica por tener un transmisor en un extremo terminal de la fibra óptica para conversión eléctrica óptica, y un receptor en otro extremo terminal de la fibra óptica para conversión óptica a eléctrica. La Figura 9 ilustra una modalidad de un AOC 48 que adopta el módulo de transmisor/receptor 50 de conformidad con la presente invención. (Unicamente se muestra un extremo del AOC en la Figura 9; el otro extremo es similar en una estructura, en donde un extremo es un módulo de transmisor que tiene un láser o fuente de luz y otro extremo es un módulo de receptor que tiene un detector fotoiónico) . La estructura del módulo 50 es similar a la estructura del módulo 40 en la modalidad previa de las Figuras 8A-8C, con la excepción de almohadillas de contacto eléctrico 49 proporcionada sobre el exterior del transmisor/receptor 39. Las almohadillas de contacto eléctrico 49 proporcionan acceso eléctrico externo al circuito de control 54 dentro del módulo 50.

También al hacer referencia a la figura esquemática de la Figura 1, el AOC 48 esencialmente incluye los componentes ilustrados en la Figura 1. El AOC 48 incluye una fibra óptica (fibra descubierta 10 y capas protectoras) , un módulo de transmisión 50 correspondiente a la combinación de transmisor 16 y un dispositivo de acoplamiento que tiene una superficie reflectora estructurada 12 y una estructura de retención de fibra discutida anteriormente que soporta el extremo 17 de la fibra 10, un módulo de receptor 50 correspondiente a la combinación de un receptor 18 y un dispositivo de acoplamiento que tiene la superficie reflectora estructurada 14 y una estructura de retención de fibra discutida anteriormente que soporta el extremo 19 de la fibra 10.

Las Figuras 10A-10B y 11A-11C ilustran una modalidad de un proceso de ensamblado, incluyendo alineación precisa del transmisor/receptor al dispositivo de acoplamiento al superponer marcas de alineación complementarias proporcionada sobre el transmisor/receptor y el dispositivo de acoplamiento. La Figura 10A es otra modalidad de un dispositivo de acoplamiento 46' que es similar a la Figura 8C, excepto omitiendo paredes laterales elevadas del dispositivo de acoplamiento. Se proporciona una marca de alineación sobre la superficie superior de la base 46' del acoplamiento óptico 49' . La base 46' alinea de manera precisa la fibra óptica 10 retenida en una ranura, con respecto a la superficie reflectora estructurada 43' . La marca de alineación comprende tres puntos 64 (que pueden ser abolladuras producidas por el proceso de grabado que forman la ranura y superficie reflectora estructurada) dispuestos en una configuración L alrededor de la superficie reflectora estructurada 43', proporcionando de esa forma alineación espacial en dos ejes/direcciones. Los puntos de alineación 64 están espaciados de manera que correspondan a ciertas características sobre la fuente/detector de luz sobre el transmisor/receptor. Por ejemplo, la Figura 11B representa la vista superior de la superficie superior cuadrada 72 de un VCSEL 70. El VCSEL 70 tiene un área de salida 71 que está desviada más cerca de una esquina de la superficie superior cuadrada 72. Por consiguiente, al colocar los tres puntos 64 sobre la superficie superior 66 adyacente a dos lados de la superficie reflectora estructurada 43', y adicionalmente con los puntos 64 espaciados para corresponder a las esquinas de la superficie superior cuadrada 72 del VCSEL 70, el área de salida 71 puede alinearse a la superficie reflectora estructurada 43' al alinear los puntos 64 a las esquinas de la superficie superior cuadrada 72 del VCSEL 70. Alineación similar del fotodiodo en un receptor a una superficie reflectora estructurada definida en un dispositivo de acoplamiento, al proporcionar marcas de alineación similares sobre la superficie superior del dispositivo de acoplamiento en una forma similar como se discutió anteriormente. Al hacer referencia de nuevo a la Figura 8C, se proporciona marca de alineación similar (puntos 64) sobre la parte inferior de la cavidad alrededor de la superficie reflectora estructurada 43.

Las Figuras 10A-10B ilustran otra modalidad del transmisor 38' . La base 150' tiene paredes laterales elevadas que tienen un relieve de ranura 79 para incorporar el grosor extra de la capa protectora 11 de la fibra óptica 10. El VCSEL 70 está montado sobre una tarjeta de circuito 51' .

La Figura 11A ilustra esquemáticamente una plataforma de ensamble 80 que incluye un sistema de alineación que adopta las marcas de alineación descritas anteriormente. La plataforma de ensamble 80 incluye una base 81 que soporta una tapa de alineación 82 (por ejemplo, traslaciones X-Y en el plano horizontal X-Y y eje Z ortogonal fuera del plano, y rotación alrededor del eje Z) . La plataforma de ensamble 80 además incluye un brazo giratorio 83 que tiene una cabeza de levantar y colocar, que es soportada para girar alrededor de un cojinete 84 para oscilar el brazo sobre la etapa de alineación 82. El dispositivo de acoplamiento 39' (o el dispositivo de acoplamiento 39 en las Figuras 8A-8C y 9) es soportado sobre la etapa de alineación 82, con los puntos de alineación 64 en un plano horizontal. El transmisor/receptor 38' (o el transmisor/receptor 38 en las Figuras 8A-8C y 9) es soportado por la cabeza de levantar y colocar del brazo giratorio 83. Con el brazo giratorio 83 en una posición vertical como se muestra en la Figura 11A, la superficie superior cuadrada 72 del VCSEL 70 está en un plano vertical. El eje ortogonal al plano de la superficie superior cuadrada 72 del VCSEL 70 es ortogonal al eje ortogonal al plano de los puntos de alineación 64. Utilizar una cámara 86 y un divisor de haz 85 indica imagenología simultánea tanto de la superficie superior cuadrada 72 del VCSEL 70 como los puntos de alineación 64. Al accionar la etapa de alineación 82, la imagen de los puntos de alineación 64 puede llevarse en alineación con la imagen de la superficie superior cuadrada 72, como se muestra en la Figura 11B. El brazo giratorio 83 entonces es oscilado para colocar el transmisor 38' sobre la parte superior del dispositivo de acoplamiento 39', como se muestra en la Figura 11C. El transmisor 38' y el dispositivo de acoplamiento 39' se unen, por ejemplo, mediante soldadura láser, soldeo blando asistido por láser, o soldeo blando infrarrojo.

El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la presente invención supera muchas de las deficiencias de la técnica previa, lo que proporciona facilidad de uso y alta conflabilidad con baja sensibilidad ambiental, y que pueden fabricarse a bajo costo. El dispositivo de acoplamiento inventivo puede configurarse para soportar fibras individuales o múltiples, para entrada óptica, salida óptica o ambas (para comunicación de datos bidireccional) .

Aunque las modalidades anteriores se escriben con referencia a un dispositivo de acoplamiento para una fibra óptica individual, está bien dentro del alcance y espíritu de la presente invención para adaptar las estructuras de dispositivo de acoplamiento descritas anteriormente para múltiples fibras ópticas al proporcionar ranuras paralelas en el dispositivo de acoplamiento.

Para todas las modalidades descritas anteriormente, desde otra perspectiva, la combinación de transmisor/receptor y dispositivo de acoplamiento a su vez puede percibirse para ser un módulo de transmisor/receptor integrado que incluye una o más fuentes/detectores de luz, una estructura de acoplamiento integral que incluye una o más superficies reflectoras estructuradas y alinea una o más fibras ópticas a las superficies reflectoras estructuradas.

En todas las modalidades descritas anteriormente, la superficie reflectora estructurada puede ser configurada para ser plana, cóncava o convexa, o una combinación para estructurar una superficie reflectora compuesta. En una modalidad, la superficie reflectora estructurada tiene una superficie de espejo lisa (pulida) . A su vez puede ser una superficie texturizada que es reflectora. La superficie reflectora estructurada puede tener una característica de superficie uniforme, o características de superficie variables, tal como grado variable de homogeneidad y/o texturas a través de la superficie, o una combinación de varias regiones de superficies lisas y texturizadas que forman la superficie reflectora estructurada. La superficie reflectora estructurada puede tener un perfil de superficie y/o característica óptica correspondientes al menos a uno del siguiente elemento óptico equivalente: espejo, lente de enfoque, lente divergente, rejilla de difracción, o una combinación de los anteriores. La superficie reflectora de la estructura puede tener un perfil compuesto que define más de una región correspondiente a un elemento óptico equivalente diferente (por ejemplo, una región central que se está enfocando rodeada por una región anular que es divergente) .

En una modalidad, la superficie reflectora estructurada es definida sobre un material opaco que no transmite luz a través de la superficie.

Aunque la invención ha sido particularmente mostrada y descrita con referencia a las modalidades preferidas, se entenderá por aquellos expertos en la técnica que pueden hacerse varios cambios en forma y detalles sin apartarse del espíritu, alcance, y enseñanza de la invención. Por consiguiente, la invención descrita se va a considerar simplemente como ilustrativa y limitada en alcance únicamente como se especificó en las reivindicaciones anexas.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1.- Un dispositivo de acoplamiento para acoplar de manera física y óptica una fibra óptica para dirigir señales ópticas, caracterizado porque comprende: una base que tiene una superficie reflectora estructurada y una estructura de retención de fibra óptica definida en la misma de manera que una cara de extremo de la fibra óptica está localizada a una distancia predeterminada desde la superficie reflectora estructurada a lo largo del eje de la fibra óptica, en donde la cara de extremo de la fibra óptica está localizada a una vista una distancia predeterminada desde la estructura reflectora estructurada a lo largo del eje de la fibra óptica, y en donde la estructura de retención de fibra óptica alinea de manera precisa la fibra óptica con respecto a la superficie reflectora estructurada, de manera que luz enviada desde la fibra óptica puede reflejarse por la superficie reflectora estructurada hacia afuera del dispositivo de acoplamiento o luz ingresada desde afuera del dispositivo de acoplamiento incidente en la superficie reflectora de estructura puede reflejarse hacia la fibra óptica.

2. - El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de retención de fibra óptica comprende una ranura proporcionada sobre la base, en donde la ranura es alineada con respecto a la estructura reflectora estructurada.

3. - El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la ranura incluye un reborde que define un tope contra el cual puede empalmarse una porción de la cara de extremo de la fibra óptica para definir la distancia predeterminada entre la cara de extremo de la fibra óptica y la superficie reflectora estructurada .

4. - El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la ranura es formada por precisión para alinear la fibra óptica con respecto a la superficie reflectora estructurada.

5.- El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la ranura es una ranura abierta .

6. - El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la superficie reflectora estructurada y la ranura abierta se forman al grabar un material maleable.

7.- El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el material maleable es metal .

8.- El dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie reflectora estructurada es cóncava.

9. - El módulo de transmisor/receptor, caracterizado porque comprende: un dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, al menos uno de una fuente de luz y un detector de luz soportados con respecto a la estructura reflectora estructurada, en donde la fuente de luz produce la luz ingresada que se va a reflejar por la superficie reflectora estructurada y el detector de luz recibe la luz enviada reflejada por la superficie reflectora estructurada.

10.- El módulo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la estructura de retención de fibra óptica comprende una ranura proporcionada sobre la base, en donde la ranura es alineada con respecto a la superficie reflectora estructurada.

11.- El módulo de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la ranura incluye un reborde que define un tope contra el cual puede empalmarse una porción de la cara de extremo de la fibra óptica para definir una distancia predeterminada entre la cara de extremo de la fibra óptica y la superficie reflectora estructurada.

12. - El módulo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la ranura es formada por precisión para alinear la fibra óptica con respecto a la superficie reflectora estructurada.

13. - El módulo de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la ranura es una ranura abierta.

14. - El módulo de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la superficie reflectora estructurada y la ranura abierta se forman al grabar un material maleable.

15. - El módulo de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el material maleable es metal.

16. - El módulo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la superficie reflectora estructurada es cóncava.

17. - El módulo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la fuente de luz es parte de un transmisor, y el detector de luz es parte de un receptor.

18. - Un cable óptico activo, caracterizado porque comprende : un cable de fibra óptica que tiene al menos una fibra óptica; un módulo de transmisor de conformidad con la reivindicación 9, acoplado de manera física y óptica a un primer extremo de la fibra óptica; y un módulo de receptor de conformidad con la reivindicación 9, acoplado de manera física y óptica a un segundo extremo de la fibra óptica.

19.- Un proceso para elaborar el dispositivo de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende: grabar una base para formar una superficie reflectora estructurada y una estructura de retención de fibra óptica.

20.- El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la estructura de retención de fibra óptica comprende una ranura proporcionada sobre la base, en donde la ranura está alineada con respecto a la superficie reflectora estructurada.