TW201346370A - 光纖托架、光纖光學模組以及處理光纖的方法 - Google Patents

光纖托架、光纖光學模組以及處理光纖的方法 Download PDF

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Michael De Jong
Dennis Michael Knecht
Craig Alan Strause
Thomas Theuerkorn
Carl Randall Harrison
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Corning Cable Sys Llc
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Abstract

本發明揭示光纖托架及光纖光學模組以及使用該等光纖托架及光纖光學模組之組合件，其中光纖固定至光纖托架，該光纖托架則固定至光纖模組之主體。主體界定複數個透鏡，該複數個透鏡使用全內反射表面反射光，以將光導向至主動式光學元件。光纖托架固定至主體，以使得複數個光纖可固定於主體之光纖支撐特徵結構內，該等光纖支撐特徵結構將光纖之末端對準至由主體界定之透鏡。本發明亦揭示使用該等兩片式光纖光學模組之光電連接器，以及使用光纖托架處理複數個光纖的方法。

Description

光纖托架、光纖光學模組以及處理光纖的方法 【優先權】
本申請案根據專利法規定主張2012年4月20日申請之美國臨時申請案第61/636,159號及2012年5月24日申請之美國臨時申請案第61/651,307號的優先權權利，本文依賴該等申請案之內容且該等申請案之內容全部以引用之方式併入本文中。本申請案亦根據專利法主張2013年3月15日申請之美國申請案第13/838,417號的優先權權利，本文依賴該案之內容且該案之內容全部以引用之方式併入本文中。
本揭示案大體上係關於光纖光學模組，且更特定言之，本揭示案係關於光纖光學模組及光電連接器，該等光電連接器使光纖托架耦接至使用全內反射之主體。
用於消費型電子產品之近距離資料鏈路日益達到更高資料速率，尤其是用於視訊及資料儲存應用之彼等近距離資料鏈路。實例包括在兩個通道上之5 Gb/s之USB 3.0協定、10 Gb/s之HDMI及10 Gb/s之ThunderboltTM。以如此高 之資料速率，傳統銅芯電纜限制了傳輸距離及電纜可撓性。至少出於該等原因，光纖作為銅線之替代物出現用於適應下一代電子裝置(諸如，消費型裝置)之高資料速率。
不同於使用高價、高功率邊射型雷射連同調變器之電信應用，近距離光纖鏈路係基於低成本、低功率直接調變之光源，諸如，垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)。為使消費型電子產品等可行，用於在一個方向上將來自光源之光耦合至光纖中(亦即，傳輸)且在另一方向上將在另一光纖中行進之光耦合至光電二極體上(亦即，接收)之光纖組合件需要為低成本的。該要求導致對設計製造簡單同時具有適合效能之組合件的需求。因此，對光纖光學模組存在尚未解決之需求，該等光纖光學模組簡化光纖之對準。
本揭示案之實施例係關於兩片式光纖光學模組，該等模組包括光纖托架及主體，該主體具有全內反射(「TIR」)表面。保持複數個光纖之光纖托架定位且固定於主體中。自光纖托架延伸之光纖的末端被動地或主動地定位於主體之光纖支撐特徵結構內且用黏合劑(諸如，折射率匹配黏合劑)在光纖支撐特徵結構處固定至主體。光纖末端經定位，以使得該等光纖末端安置於參考光纖末端基準表面處，以使得該等光纖末端與由主體界定之複數個透鏡光學通信(亦即，光學對準)。亦揭示使用光纖托架處理光纖的方法。
本揭示案之一個態樣為一種用於與具有全內反射表面之主體耦接之光纖托架。光纖托架包括第一表面及與第 一表面相對之第二表面，連同複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構經配置以收納複數個光纖。光纖托架亦包括在第一表面與第二表面之間的第一黏合劑收納特徵結構及第二黏合劑收納特徵結構，及黏合劑井，該黏合劑井自第一表面延伸至光纖托架中一深度且穿過複數個光纖支撐特徵結構。
本揭示案之另一態樣為上述光纖托架，其中黏合劑井位於第一表面處。
本揭示案之另一態樣為上述光纖托架，其中第一黏合劑收納特徵結構及第二黏合劑收納特徵結構相較於第一邊緣更靠近第二邊緣定位。
本揭示案之另一態樣為上述光纖托架，該光纖托架進一步包括：第一額外黏合劑收納特徵結構，該第一額外黏合劑收納特徵結構定位於第三邊緣處；及第二額外黏合劑收納特徵結構，該第二額外黏合劑收納特徵結構定位於第四邊緣處。
本揭示案之另一態樣為上述光纖托架，該光纖托架進一步包括一或多個傾斜特徵結構。作為實例，光纖托架可包括一或多個突起，該一或多個突起自光纖托架之第二表面延伸。
本揭示案之另一態樣為光纖光學模組，該光纖光學模組包括：主體，該主體對具有預定波長之光為透射的；及光纖托架。光纖光學主體包括：第一表面及第二表面；全內反射(TIR)表面，該TIR表面自第一表面延伸，其中TIR表 面可操作以藉由全內反射來反射在主體內傳播之光的光學信號；光纖末端基準表面，該光纖末端基準表面鄰近TIR表面定位，以使得傳播穿過光纖末端基準表面之光學信號在TIR表面處反射；及複數個透鏡表面，該複數個透鏡表面形成於主體之第二表面上。主體之複數個透鏡表面、TIR表面、光纖末端基準表面及介入部分界定複數個透鏡，該複數個透鏡各自具有折疊光軸(亦即，光軸使光學信號轉向)。主體進一步包括光纖托架凹部，該光纖托架凹部經配置以收納光纖托架。光纖托架包括複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構安置於第一表面上。複數個光纖支撐特徵結構經配置以收納複數個光纖。光纖托架安置於光纖托架凹部內且固定至主體，以使得安置於複數個光纖支撐特徵結構中之複數個光纖的光纖末端定位於主體之光纖末端基準表面處且實質上與複數個透鏡之折疊光軸對準。
本揭示案之另一態樣為上述光纖光學模組，其中光纖托架進一步包括定位之第一黏合劑收納特徵結構及第二黏合劑收納特徵結構。第一黏合劑收納特徵結構及第二黏合劑收納特徵結構經配置以收納用於在光纖托架凹部處將光纖托架固定至主體的黏合劑。光纖托架進一步包括黏合劑井，該黏合劑井自第一表面延伸至光纖托架中一深度且穿過複數個光纖支撐特徵結構以將安置於複數個光纖支撐特徵結構內之複數個光纖固定至光纖托架。
本揭示案之另一態樣為上述光纖光學模組，其中黏合劑井定位於第一表面處。
本揭示案之另一態樣為上述光纖光學模組，其中第一黏合劑收納特徵結構及第二黏合劑收納特徵結構相較於第一邊緣更靠近第二邊緣定位。
本揭示案之另一態樣為上述光纖光學模組，其中光纖托架包括第一額外黏合劑收納特徵結構及第二額外黏合劑收納特徵結構。
本揭示案之另一態樣為上述光纖光學模組，該光纖光學模組具有用於傾斜光纖托架凹部中之光纖托架的傾斜特徵結構。一或多個傾斜特徵結構可安置於光纖托架、主體或光纖托架與主體兩者上。舉例而言，光纖托架進一步包括一或多個傾斜突起，該一或多個傾斜突起自鄰近第一邊緣之第二表面延伸，以使得光纖托架朝向光纖托架凹部之底板傾斜。然而，傾斜特徵結構可安置於主體之凹部中，以傾斜光纖托架凹部。
本揭示案之另一態樣為上述光纖光學模組，其中主體進一步包括複數個光纖支撐特徵結構。主體之複數個光纖支撐特徵結構大體上與托架之複數個光纖支撐特徵結構對準。
本揭示案之另一態樣為一種光電連接器，該光電連接器包括基板、複數個光纖、具有主體之光纖光學模組及光纖托架。基板包含表面及複數個主動式光學元件，該複數個主動式光學元件耦接至表面。複數個光纖中之每一光纖具有纖芯，該纖芯由外塗層圍繞，其中每一光纖包含剝離區域，在該剝離區域中，纖芯自光纖末端曝露一長度。主體對具有 預定波長之光為透射的，且主體包括：第一表面及第二表面；全內反射(TIR)表面，該TIR表面自第一表面延伸，其中TIR表面可操作以藉由全內反射來反射在主體內傳播之光的光學信號；及光纖末端基準表面，該光纖末端基準表面鄰近TIR表面定位，以使得傳播穿過光纖末端基準表面之光學信號在TIR表面處反射。主體進一步包括：複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構在光纖末端基準表面處終止；及複數個透鏡表面，該複數個透鏡表面形成於主體之第二表面上，其中主體之透鏡表面、TIR表面、光纖末端基準表面及介入部分界定複數個透鏡，該複數個透鏡各自具有折疊光軸。主體亦可包括光纖托架凹部(亦即，凹穴)用於收納光纖托架。主體耦接至基板之表面，以使得複數個透鏡實質上與複數個主動式光學元件對準。光纖托架包括第一邊緣及第二邊緣，該第二邊緣與第一邊緣相對。複數個光纖安置於光纖托架內，以使得每一個別光纖延伸超過第二邊緣一偏移長度L f 。光纖托架安置於光纖托架凹部內且固定至主體，以使得複數個光纖之剝離區域安置於複數個光纖支撐特徵結構中，且複數個光纖之光纖末端定位於光纖末端基準表面處且實質上與複數個透鏡之折疊光軸對準。
本揭示案之另一態樣為上述光電連接器，其中光纖托架進一步包括第一表面及複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構在第一表面上自第一邊緣延伸至第二邊緣，其中複數個光纖安置於複數個光纖支撐特徵結構內。光纖托架進一步包括：第三邊緣；第四邊緣，該第四邊緣與 第三邊緣相對；及第一黏合劑收納特徵結構，該第一黏合劑收納特徵結構定位於第三邊緣處；及第二黏合劑收納特徵結構，該第二黏合劑收納特徵結構定位於第四邊緣處。第一黏合劑收納特徵結構及第二黏合劑收納特徵結構經配置以收納用於在光纖托架凹部處將光纖托架固定至主體的黏合劑。光纖托架亦包括黏合劑井，該黏合劑井自第一表面延伸至光纖托架中一深度且穿過複數個光纖支撐特徵結構。黏合劑井經配置以收納黏合劑，以將安置於複數個光纖支撐特徵結構內之複數個光纖固定至光纖托架。
本揭示案之另一態樣為上述光電連接器，其中複數個主動式光學元件包括至少一個光源裝置及至少一個光偵測器。與至少一個光源裝置對準之複數個透鏡表面中之透鏡表面自至少一個光源裝置的表面偏移一高度H S ，且與至少一個光偵測器對準之複數個透鏡表面中之透鏡表面自至少一個光偵測器的表面偏移一高度H D ，其中H S 大於H D 。
本揭示案之另一態樣為一種處理光纖的方法，該方法包括以下步驟：將具有纖芯之複數個光纖定位於光纖托架之第一表面中，以使得複數個光纖延伸超過光纖托架之插入邊緣一偏移長度L f ，該纖芯由複數個光纖支撐特徵結構中之外塗層圍繞；及將黏合劑塗覆於光纖托架之第一表面處，以將複數個光纖固定至光纖托架。方法進一步包括以下步驟：剝離複數個光纖中之每一光纖的外塗層，以曝露纖芯，從而形成每一光纖之剝離區域；及將光纖托架定位於光纖光學模組之主體中。主體包括：全內反射(TIR)表面，該TIR表面 自第一表面延伸；光纖末端基準表面，該光纖末端基準表面鄰近TIR表面定位；及複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構在光纖末端基準表面處終止。光纖托架插入主體中，以使得複數個光纖之剝離區域安置於主體之複數個光纖支撐特徵結構內，且每一光纖之光纖末端定位於光纖末端基準表面處。方法進一步包括以下步驟：將黏合劑塗覆至光纖托架，以將光纖托架及複數個光纖固定至光纖光學模組之主體。
本揭示案之另一態樣為上述方法，其中剝離複數個光纖中之每一光纖之外塗層的步驟藉由雷射剝離過程執行。
本揭示案之另一態樣為上述方法，該方法進一步包括以下步驟：塗覆黏合劑，以將光纖托架固定至光纖光學模組之主體。
將在隨後的具體實施方式中闡述額外特徵及優點，並且對於熟習此項技術者而言，額外特徵及優點將部分地自描述顯而易見或藉由實踐本文中揭示之實施例(包括隨後的具體實施方式、申請專利範圍及隨附圖式)來認識到。
應理解，前文一般描述及下文【實施方式】兩者提出本揭示案之實施例且意在提供用於理解主張之本揭示案之性質與特性的概述或框架。包括隨附圖式以提供對本揭示案之進一步理解，且隨附圖式併入本說明書中並構成本說明書之部分。圖式圖示本揭示案之各種實施例，並與本文中所述之描述一起用以解釋所揭示之概念的原理及操作。申請專利範圍併入以下所述之【實施方式】且構成【實施方式】之部 分。
10‧‧‧光電連接器
100‧‧‧光纖光學模組
101‧‧‧外殼
102‧‧‧電連接器
103‧‧‧基板
104‧‧‧導電元件
105‧‧‧電子元件
106‧‧‧光纖
107‧‧‧塗層
108‧‧‧纖芯
109‧‧‧光纖末端
110‧‧‧主體
111‧‧‧對準基準點
112‧‧‧光纖支撐特徵結構
113‧‧‧全內反射(TIR)表面/成角壁
114‧‧‧光纖末端基準表面
115‧‧‧凹部
116A‧‧‧臂
116B‧‧‧臂
117‧‧‧第一末端
118‧‧‧光纖托架凹部
118a‧‧‧凸起流道
119‧‧‧第一表面
120‧‧‧光纖托架
121‧‧‧第一表面
122‧‧‧光纖支撐特徵結構
123A‧‧‧第三邊緣
123B‧‧‧第四邊緣
124‧‧‧黏合劑井
125‧‧‧第一邊緣
126‧‧‧第二邊緣
127‧‧‧黏合劑收納特徵結構
128‧‧‧處理特徵結構
129‧‧‧第二表面
130‧‧‧突出部分
131A‧‧‧第一側面
131B‧‧‧第二側面
132‧‧‧第二末端
133‧‧‧凹部
134‧‧‧透鏡表面
135‧‧‧透鏡表面
136‧‧‧壁
137‧‧‧第一頂板部分
138‧‧‧第二頂板部分
139‧‧‧底板
140D‧‧‧主動式光學元件/光偵測器/光電二極體裝置
140S‧‧‧主動式光學元件/光源裝置
141‧‧‧黏合劑支座
143‧‧‧TIR部分
144‧‧‧光纖托架插入部分
145‧‧‧第二表面
146‧‧‧前表面
147‧‧‧光纖支撐突出部分
148‧‧‧後壁
149‧‧‧特徵結構
150‧‧‧光
151‧‧‧中心軸
152‧‧‧底面
153‧‧‧透鏡軸
154‧‧‧裝置軸
160‧‧‧傾斜突起
162‧‧‧倒角
164‧‧‧透鏡
165‧‧‧透鏡
170‧‧‧方塊
171‧‧‧方塊
172‧‧‧方塊
173‧‧‧方塊
174‧‧‧方塊
175‧‧‧方塊
176‧‧‧方塊
177‧‧‧方塊
178‧‧‧方塊
190‧‧‧應變釋放元件
4D-4D‧‧‧線
6D-6D‧‧‧線
6F-6F‧‧‧線
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
Φ‧‧‧傾斜角度
d c ‧‧‧距離
d w ‧‧‧深度
L f ‧‧‧偏移長度
L c ‧‧‧長度
OPS‧‧‧源光學路徑
OPD‧‧‧偵測器光學路徑
H S ‧‧‧高度
H D ‧‧‧高度
θ‧‧‧角度
以下圖式之元件經圖示以強調本揭示案之一般原理且不一定依比例繪製。圖式中所述之實施例本質上為說明性且示例性的，且不欲限制由申請專利範圍界定之標的物。當連同以下圖式閱讀時，可理解說明性實施例之以下詳細描述，其中相同結構用相同元件符號指示，且其中：第1圖為根據本揭示案之一或多個實施例包括光纖光學模組之示例性光電連接器的自上而下立視圖，其中為清晰之目的，移除外殼之一部分；第2圖為如第1圖所示之經拆卸之光纖光學模組的透視圖；第3圖為第1圖之光電連接器之近距自上而下立視圖，圖示具有附接至主體之光纖托架的光纖光學模組；第4A圖為第1圖至第3圖中所示之光纖光學模組之光纖托架的自上而下立視圖；第4B圖為第4A圖中所示之光纖托架之自上而下視圖；第4C圖為第4A圖及第4B圖中所示之光纖托架的後視圖；第4D圖為沿線4D-4D所取之類似於第4C圖中所示之光纖托架的另一光纖托架的橫截面圖，該光纖托架具有可選傾斜特徵結構；第5A圖為第4A圖至第4D圖中所示之以光纖填充 之光纖托架的俯視圖；第5B圖為第5A圖中所示之填充之光纖托架的側視圖；第6A圖為第1圖至第3圖中所示之光纖光學模組之主體的自上而下立視圖；第6B圖為第6A圖中所示之主體的俯視圖；第6C圖為第6A圖及第6B圖中所示之主體模組的後視圖；第6D圖為沿線6D-6D所取之第6B圖中所示之主體的橫截面圖；第6E圖為第6A圖至第6D圖中所示之主體的由下而上視圖；第6F圖為沿線6F-6F所取之第6E圖中所示之主體的橫截面圖；第7圖為根據本揭示案之一或多個實施例圖示示例性光纖處理方法之流程圖；第8圖為第1圖中所示之光電連接器之裝配之光纖光學模組的俯視圖；第9A圖為近距橫截面圖，圖示印刷電路板(「PCB」)基板(或IC晶片)及作為光源裝置之主動式光學元件，且亦圖示來自光源裝置之光在折疊源光學路徑上行進穿過光纖光學模組之主體至位於光纖內之焦點；及第9B圖為近距橫截面剖視圖，圖示光在自光纖之折疊偵測器光學路徑上在第9A圖之相反方向上之光纖中行 進且穿過光纖光學模組之主體至主動式光學元件，該主動式光學元件為由PCB基板(或IC晶片)支撐之光偵測器形式。
在隨後的【實施方式】中闡述本揭示案之額外特徵及優點，並且對於熟習此項技術者而言，額外特徵及優點將部分地自描述顯而易見或藉由實踐本文中所述之揭示案連同申請專利範圍及隨附圖式來認識到。
為了便於參考，笛卡爾(Cartesian)座標圖示於某些圖式中，且相對於方向或定向不欲為限制性的。
本揭示案之實施例係關於光纖光學模組及光電連接器，且更特定言之，本揭示案之實施例係關於光纖光學模組及使用全內反射(「TIR」)以在主動式光學元件之間提供光之光學信號的光電連接器，該等主動式光學元件諸如用於一或多個傳輸通道之光源裝置(雷射、發光二極體等等)及用在一或多個接收通道上之光偵測器裝置(例如，光電二極體)。實施例亦係關於處理且對準光纖與光纖光學模組之透鏡的方法。
大體上參看圖式，實施例係針對兩片式光纖光學模組，該兩片式光纖光學模組包括光纖托架及具有TIR表面之主體。光學電纜組合件之光纖首先插入光纖托架之光纖支撐特徵結構(例如，凹槽)，且接著進一步經處理(例如，雷射或機械剝離一或多個塗層以曝露光纖芯或包覆及/或分裂光纖末端)。光纖托架接著定位於光纖光學模組之主體中且由黏合劑固定。自光纖托架延伸之光纖的光纖末端(例如，使 用被動對準或主動對準)主動地定位於主體之光纖支撐特徵結構(例如，(諸如)凹槽)內且用折射率匹配黏合劑於光纖支撐特徵結構處固定至主體。光纖末端經對準及定位，以使得該等光纖末端安置於(亦即，接觸或近乎接觸)參考光纖末端基準表面處，以使得該等光纖末端與由主體界定之複數個透鏡對準。
使用光纖托架使得能夠在插入光纖光學模組之主體之前同時處理多個光纖，此情形可減少製造時間、成本或製造時間及成本兩者。進一步地，光纖托架將鬆散光纖固定於接近光纖末端之位置處，以使得光纖之經剝離部分在主體之光纖支撐特徵結構中的定位快速且易於製造。因為主體具有用於將光纖之光纖末端定位於設計之位置處的特徵，故僅需嚴格控制主體之公差；光纖托架尺寸的公差可更寬鬆地控制，此情形可減少製造兩片式光纖光學模組的總成本。下文詳細描述光纖光學模組、光纖托架、光電連接器及處理光纖的方法的各種實施例。
現參看第1圖，圖示主動式光學電纜組合件之示例性光電連接器10。應理解，本揭示案之實施例不限於任何連接器標準或配置。本文中所述之實施例可針對光電連接器或電纜組合件。術語「光電」用於描述光電連接器，因為光電連接器在連接器內執行光至電轉換及電至光轉換。換言之，光電連接器具有在連接器介面處之電觸點，用於連接至裝置連同內部之主動式電子產品，以將電氣信號轉換為光學信號，且反之亦然，以用於沿光學波導(諸如，附接至連接器 之模組的光纖)傳輸。示例性連接器類型包括(但不限於)USB 3.0、HDMI、ThunderboltTM及FireWire®。大體而言，主動式光學電纜組合件將來自第一光電連接器處之電氣裝置的電氣信號轉換成經由一或多個光纖傳輸之光學信號。主動式光學電纜組合件之相對末端處之第二光電連接器10接著接收來自一或多個光纖之光學信號、將光學信號轉換為電氣信號及將轉換之電氣信號傳輸至另一電氣裝置，該電氣裝置電耦接至第二光電連接器10之配合介面。
第1圖中所示之示例性光電連接器10大體上包括外殼101(注意：第1圖中未圖示外殼之頂部分來圖示內部元件)，該外殼101保持電連接器102、基板103(例如，由諸如FR-4(例如)材料製成之印刷電路板(「PCB」))、各種電子元件105(例如，用於接收電氣信號、驅動光源裝置、接收來自光電二極體裝置之信號等等的元件)、將電連接器102電氣耦接至由各種電子元件105界定之電路的導電元件104、用於將光之光學信號提供至在光纖光學模組100下方之主動式光學元件140D、主動式光學元件140S(第1圖中不可見，參見第9A圖及第9B圖)並提供來自主動式光學元件140D、主動式光學元件140S之光的光學信號的光纖光學模組100，及光學電纜之複數個光纖106。主動式光學元件包括能夠傳輸及/或接收光之裝置。用作傳輸主動式光學元件之光源裝置140S可包括(但不限於)發光二極體及雷射二極體(諸如，垂直共振腔面射型雷射(「VCSEL」)。用作接收主動式光學元件之光偵測器140D可包括(例如)光電二極體。各 種電子元件105可配置為積體電路，該等集體電纜能夠驅動(例如)主動式光學元件140D、主動式光學元件140S。視通信協定而定，可使用任何數目之主動式光學元件140D、主動式光學元件140S。在圖示之實施例中，使用兩個光源裝置140S及兩個光偵測器140D，從而提供四個通道。
大體而言，光纖光學模組100包括主體110及光纖托架120，該光纖托架120保持光纖106之末端部分。在實施例中，光纖光學模組100可提供為用於將光纖光學地耦接至主動式光學元件的成套部分。第2圖為處於拆卸狀態之光纖光學模組100的透視圖，且第3圖為裝配之光纖光學模組100之透視圖，該裝配之光纖光學模組100耦接至第1圖中所示之光電連接器10的PCB基板103。光纖托架120經配置以安置且固定至主體110之光纖托架凹部118中，以使得自可選應變釋放元件190延伸之光纖106的光纖末端定位於光纖末端基準表面114處。光纖106之光纖末端應接觸光纖末端基準表面114。然而，由於光纖長度之變化，一些光纖末端可近似接觸光纖末端基準表面114且可按需要使用折射率匹配材料。光纖106由光纖托架120之頂面中之光纖支撐特徵結構122支撐。如下詳細描述，光纖光學模組的主體110包括凹部115的成角表面，所述成角表面用作TIR表面113來反射穿過主體的中間部分的光學信號及由主動式光學元件(未圖示)發射的光學信號，主體的中間部分自光纖末端基準表面114延伸，主動式光學元件位於光纖光學模組110下方之PCB基板103上。光纖托架120藉由黏合劑固定至光纖托架凹部118 內之主體110，但光纖托架120可具有其他類型之機械附接。在主動定位光纖末端之後，光纖106可藉由折射率匹配黏合劑固定至主體110，以使得光纖106與由主體110界定之透鏡光學地對準(亦即，光學通信)。在實施例中，光纖末端可與用作透鏡位置之代用物之基準對準。
主體110可精確定位且固定至PCB基板103，以藉由任何適當構件與主動式光學元件對準。例如，PCB基板103可包括基準點，該等基準點經對準且配置以適應主體110之對準特徵結構，或反之亦然；然而，其他對準方法係可能的。例如，視覺系統可用於相對於PCB基板103上之主動式光學元件140D、主動式光學元件140S精確定位主體110。在實施例中，主體110可使用黏合劑(諸如，環氧樹脂)固定至PCB基板103上的適當位置。
光纖托架及光纖
現參看第4A圖至第4D圖，詳細描述示例性光纖托架120。第4A圖為示例性光纖托架120之自上而下立視圖，而第4B圖為光纖托架120之俯視圖，第4C圖為光纖托架120之後視圖，及第4D圖為沿第4C圖中之線4D-4D所取之光纖托架的橫截面圖。
光纖托架120經配置以在插入主體110之前且在一些實施例中，在處理光纖106之前(諸如，雷射剝離以曝露每一光纖之纖芯)保持複數個光纖106。光纖托架120可由任何適合材料製成，諸如模製熱塑性塑膠(例如)。示例性材料包括(但不限於)SABIC innovative Plastics製造之LEXAN 940A及Solvay Specialty Polymers製造之Udel 3700HC。所選材料可因材料傳輸紫外線(「UV」)波長而選擇，以使得UV固化黏合劑可固化於光纖托架120下方。在實施例中，光纖托架120之特徵結構(諸如在本實施例中配置為開口凹槽之光纖支撐特徵結構122)可藉由使用由(例如)線切割放電加工(「EDM」)製造之模具而射出成型來形成。
第4A圖至第4D圖中所示之光纖托架120大體上包括：第一表面121；第二表面129，該第二表面129與第一表面121相對；第一邊緣125(亦即，插入邊緣)，該第一邊緣125界定光纖托架120之後部分；第二邊緣126，該第二邊緣126與第一邊緣125相對；第三邊緣123A；及第四邊緣123B，該第四邊緣123B與第三邊緣123A相對。第二邊緣126可視情況包括用於嚙合主體110之倒角162。
配置為凹槽之複數個光纖支撐特徵結構122在光纖托架120之第一表面121上自第一邊緣125延伸至第二邊緣126。光纖支撐特徵結構122經配置以收納複數個光纖106之非剝離部分(亦即，「經塗佈的」)，如第5A圖及第5B圖中所示。儘管在第4A圖至第4C圖中，光纖支撐特徵結構122圖示為矩形凹槽，但實施例並不限於該等矩形凹槽。例如，凹槽可經配置為「V」型凹槽(亦即，當在橫截面中觀察時，形狀為字母「V」)或「U」型凹槽(亦即，當在橫截面中觀察時，形狀為字母「U」)。
參看第5A圖及第5B圖，圖示安置於配置為凹槽之四個光纖支撐特徵結構122內的四個光纖106，但任何適合 支撐特徵結構可用於光纖。示例性光纖106為多模光纖，諸如(例如)大纖芯、高數值孔徑光纖，例如可購自紐約Corning 之Corning Incorporated之VSDNTM光纖。在名為「High numerical aperture multimode optical fiber」已公佈之PCT專利申請案公開案第WO2010036684號中亦論述示例性光纖106，該案以引用之方式併入本文中。每一光纖106具有中心纖芯108(「纖芯」)，該纖芯108具有折射率n C 。由包層(未圖示)圍繞之纖芯108具有折射率n CL ，其中n CL <n C 。在實例中，光纖106具有數值孔徑NAF=0.29。又，在實例中，纖芯108具有梯度折射率分佈，在實例中，梯度折射率分佈為抛物線分佈。在實例中，纖芯108具有約80微米之直徑。每一光纖106之纖芯108及包層由塗層107圍繞。例如，塗層107可為丙烯酸酯材料。光纖托架120之光纖支撐特徵結構122經定尺寸以收納光纖106之經塗佈部分107。纖芯108具有中心軸151，如第5B圖中所示。
如第5A圖中所示，光纖106安置於光纖支撐特徵結構122內，以使得光纖106延伸超過第二邊緣126。每一光纖106經剝離以曝露纖芯108(或包層)，且接著實質上垂直於光纖軸斷裂，以使得每一光纖106延伸超過光纖托架120之第二邊緣126一長度L f 。作為實例且非限制，光纖106可藉由雷射剝離過程剝離塗層107，其中雷射用於移除塗層材料。作為實例且非限制，雷射源可用於移除塗層107，諸如(例如)由英國Abingdon之OpTek Systems提供之雷射剝離過程。亦可使用其他雷射剝離方法。另外，非雷射剝離方法可用於 剝離塗層材料，諸如，化學剝離、機械剝離或熱氣剝離。剝離之光纖106可藉由(例如)雷射斷裂或機械斷裂加以斷裂。在一些實施例中，光纖106不在安置於光纖托架120中之後斷裂。示例性雷射斷裂系統包括(但不限於)由英國Abingdon之OpTek Systems提供之雷射斷裂系統。
長度L c 之每一光纖106之剝離部分自塗層107之末端至光纖末端109量測。在斷裂之後，長度L f 應使得光纖之光纖末端109到達光纖末端基準表面114，如下詳細描述。長度L c 應等於或大於主體110之光纖支撐特徵結構112之長度(參見第6A圖)。在實施例中，在固定至光纖托架120之後，光纖106可藉由剝離過程剝離塗層107，以使得多個光纖可以線性陣列處理。
大體上參看第4A圖至第4D圖及第5A圖，所示光纖托架120進一步包括黏合劑井124，該黏合劑井124自第一表面121延伸至大部分光纖托架120中深度d w 。黏合劑井124可提供以收納諸如可固化環氧樹脂(例如)之黏合劑，以將光纖106固定於光纖托架120之光纖支撐特徵結構122內。因此，黏合劑井124經配置為用於黏合劑之儲存庫。施加至黏合劑井124之黏合劑可沿光纖支撐特徵結構122及光纖106之塗層107滲透。示例性UV固化折射率匹配黏合劑可包括(但不限於)Nextgen Adhesives製造之Nextgen UV AB14。可使用其他UV固化折射率匹配黏合劑。儘管黏合劑井124圖示為中心地安置於光纖托架120之第一表面121內，但實施例並不限於此。另外，在其他實施例中，黏合劑井124亦可配置 為光纖托架120之第一表面121內之一個以上井。
光纖托架120亦可包括用於將光纖托架120固定至主體110之光纖托架凹部118的黏合劑收納特徵結構127(參見第6A圖)。黏合劑收納特徵結構127在所示實施例中配置為位於光纖托架之第三邊緣123A及第四邊緣123B上凹口，黏合劑收納特徵結構127提供容器以收納黏合劑(例如，將光纖末端109匹配至主體110之材料的可固化折射率匹配環氧樹脂)。在此情況下，凹口為弓狀，但該等凹口可具有任何適合形狀，諸如有角的、矩形、正方形等。黏合劑收納特徵結構127允許黏合劑在光纖托架120下滲透，以使得光纖托架120可黏合至主體110之光纖托架凹部118的底板139。應理解，可提供兩個以上黏合劑收納特徵結構127(亦即，額外黏合劑收納特徵結構)，且在除圖式中圖示之彼等位置之外的位置處兩個以上黏合劑收納特徵結構127係可能的。在替代實施例中，黏合劑收納特徵結構可配置為通孔，該等通孔自光纖托架120之第一表面121延伸至第二表面129，從而允許黏合劑在光纖托架120與主體110之光纖托架凹部118之間流動。使用揭示之概念的其他實施例可放棄使用黏合劑收納特徵結構。例如，黏合劑可安置在元件之間或可使用光纖托架與主體之間(諸如，舌片與凹槽之間)的機械附接。
參看第4D圖(以及參看第4C圖及第5B圖)，光纖光學模組可視情況包括用於使光纖托架與水平面成角度的傾斜特徵結構。例如，光纖托架120可視情況包括一或多個傾斜突起160，該一或多個傾斜突起160自第二邊緣129接近 第一邊緣125延伸，以在光纖托架120位於光纖托架凹部118中時，使光纖托架120朝向第二邊緣126及光纖支撐特徵結構112與主體110之光纖末端基準表面114之間的介面向下傾斜一傾斜角度Φ(參見下文介紹之第7圖)。傾斜角度Φ應使得延伸超過光纖托架120之第二邊緣126的光纖106經促進以安置於主體110之光纖支撐特徵結構112內，且因此，在主動對準之前，光纖106與主體110之透鏡(下文所述)預對準。在其他實施例中，未提供傾斜突起，以使得光纖托架120之整個第二表面129(亦即，底面)接觸主體110之光纖托架凹部118的底板139。在其他實施例中，傾斜特徵結構(諸如，傾斜突起)可安置於主體之光纖托架凹部上或安置於光纖托架及主體兩者上，而非僅僅安置於光纖托架上。
在一些實施例中，光纖托架120亦可包括可選處理特徵結構128，以減輕(由人或機器)對光纖托架120的處理，諸如當將光纖托架120插入光纖托架凹部118中及將光纖之光纖末端109對準至光纖支撐特徵結構112中時。進一步地，除所示形狀之外，光纖托架可具有與光纖托架凹部互補的其他適合形狀。
光纖光學模組之主體
參看第6A圖至第6F圖，圖示經配置以收納第4A圖至第5B圖中所示之光纖托架120之光纖光學模組的示例性主體110。第6A圖為示例性主體110之自上而下立視圖，而第6B圖為主體110之俯視圖，第6C圖為主體110之後視圖，且第6D圖為沿第6B圖之線6D-6D所取之主體110的橫截面 圖。第6E圖為主體110之底視圖，而第6F圖為沿第6E圖之線6F-6F所取之橫截面圖。
大體而言，光纖光學模組之主體110經配置以將自光纖106之光纖末端109發射之光的光學信號重定向且聚焦至光偵測器140D上，且將由光源裝置140S發射之光的光學信號重定向且聚焦至光纖106中。模組100具有主體110，在所示實施例中，主體110界定長方體形狀TIR部分143及光纖托架插入部分144，該光纖托架插入部分144自TIR部分143之前表面146延伸。然而，其他更簡單幾何形狀可界定主體，諸如，矩形主體。
主體110由對光為透射的材料製成，該光具有根據特定光學通信協定之預定波長λ，諸如，在800nm至1100nm之範圍內的紅外線(IR)波長λ，該範圍為用於形成光學資料鏈路之VCSEL的波長範圍。如本文中所使用，透射意謂光學信號能夠穿過材料，而無顯著損耗。可使用其他預定波長λ，諸如，(例如)可見光譜中之波長。
在示例性實施例中，光纖光學模組100之主體110由透明樹脂(諸如，由General Electric Company以商標名稱ULTEM® 1010出售之聚醚醯亞胺(PEI))構成，該樹脂具有在上述IR波長範圍內之約n=1.64之折射率。在實例中，主體110為整體且(例如)藉由模製、藉由機製或藉由模製及機製兩者之組合形成。在實例中，模具由鋼製成且經精密微機製，以使得主體之特徵結構(包括下述透鏡表面134、透鏡表面135)以高精度形成，以在光纖末端109與主動式光學元件之 間提供良好光學對準。
主體110具有在插入部分144處之第一末端117、TIR部分143之前表面146、可實質上平行於前表面146之第二末端132、第一表面119及可實質上平行於第一表面119之第二表面145。主體110之TIR部分143亦包括兩個側面131A、131B。示例性插入部分144包括兩個臂116A、116B及底板139，該兩個臂116A、116B及底板139界定光纖托架凹部118，光纖托架120安置於該光纖托架凹部118中。在替代實施例中，主體110不包括如第6A圖至第6F圖中所示之插入部分144，但相反，主體110經配置為整體的長方體形狀(例如，前表面146位於第一末端117處)。
光纖托架凹部118延伸至TIR部分143中，且在所示實施例中，光纖托架凹部118之底板139在突出部分130處終止，該突出部分130可經配置以在光纖托架120安置於光纖托架凹部118中時嚙合光纖托架120之倒角162。突出部分130過渡至光纖支撐突出部分147，該光纖支撐突出部分147具有大於突出部分130之高度的高度。光纖支撐突出部分147界定壁136。或者，底板139可直接在光纖支撐突出部分147而非中間突出部分130處終止。
光纖支撐突出部分147包括在所示實施例中配置為「V」型凹槽之光纖支撐特徵結構112。例如，光纖支撐特徵結構112可配置為矩形凹槽或「U」型凹槽。或者，光纖支撐特徵結構112亦可配置為孔，該等孔經定尺寸以收納光纖106之剝離部分。光纖支撐特徵結構112在Z方向上行進長度L g ， 且若需要，光纖支撐特徵結構112可大體上平行於第一側面131A及第二側面131B。在一些實施例中，光纖支撐特徵結構112在光纖末端基準表面114處終止，該光纖末端基準表面114實質上與光纖支撐特徵結構112正交且朝向第一表面119延伸，並且，光纖支撐特徵結構112在光纖支撐突出部分147之相反末端處係敞開的。在其他實施例中，出於製造目的，光纖末端基準表面114相對於與光纖支撐特徵結構112正交的平面微微成角(例如，5度)(例如，當模具在製造過程期間打開時，防止模具擦損光纖末端基準表面114)。光纖支撐特徵結構112經配置以當光纖托架120安置於光纖托架凹部118中時，與光纖托架120之光纖支撐特徵結構122對準。進一步地，如下更詳細描述，每一模組光纖支撐特徵結構112與每一透鏡之透鏡軸對準，以用透鏡之相應透鏡軸適當地定位光纖106的光纖軸。
第一表面119亦包括凹部115，該凹部115自光纖末端基準表面114偏移。凹部115包括：前成角壁113，該前成角壁113界定如下所述之TIR表面113；及後壁148，該後壁148可成角或替代地，可為實質上垂直的。成角壁113面向光纖末端基準表面114且以角度θ傾斜遠離光纖末端基準表面114(參見第9A圖及第9B圖)。在實例中，成角壁113相對於Y方向具有標稱角度θ=45°。
相應地，光纖末端基準表面114用作用於光纖106之光纖末端109的機械擋板，該機械擋板建立由光纖支撐特徵結構112支撐之光纖106的縱向位置(亦即，Z方向位置)。
凹部115及相應成角壁113提供空氣主體介面，該空氣主體介面允許成角壁113用作實質上90°之TIR鏡面，用於反射光之光學信號，如下詳細描述。成角壁113在下文中稱為TIR表面113。主體110之材料具有折射率n，折射率n足夠大以在TIR表面113處提供標稱90°之全內反射。簡單而言，TIR表面113在成角壁113之材料與具有不同折射率之空氣之間提供介面，用於在模組110內使光學信號轉向。
若需要，主體110亦可包括其他可選特徵結構。舉例而言，主體可包括在主體110之底部處之一或多個黏合劑支座141，如第6A圖中虛線所示。黏合劑支座141允許主體110與PCB等等之間的較少表面區域接觸，且亦可允許任何黏合劑流出，以使得自黏合劑之任何額外安裝高度可為均勻的且受控的。該實施例展示黏合劑支座位於主體110之轉角處，但位置、大小及佈置的其他適合配置係可能的，諸如沿主體110之邊緣行進之兩個縱向支座。黏合劑支座可提供自PCB至主體110之透鏡的均勻間隔及高度，且提供PCB上之快速、簡便、精確且可重複放置，以提供光學耦合效率。其他可選特徵結構仍可能用於主體110，諸如，安置於光纖托架凹部118中之凸起流道118a，如第6B圖及第6C圖中之虛線所示。凸起流道118a可維持光纖托架與光纖托架凹部118之間的可靠高度公差，及/或可允許用於黏合劑之間隔。
如第6D圖至第6F圖(以及以下介紹之第9A圖及第9B圖)中最佳所見，模組100之主體110界定凹部133，該凹部133形成於底面152中且鄰近第二末端132。當模組 110固定至PCB基板103時，固定至PCB基板103或中間IC晶片之主動式光學元件安置於凹部133內。在所示實施例中，凹部133界定第一頂板部分137及第二頂板部分138，該第二頂板部分138自第一頂板部分137偏移距離d c (第6F圖)。如下所述，第一頂板部分137與第二頂板部分138之間的偏移距離d c 經提供以適應用於由光電二極體裝置140D接收之光學信號的光學路徑不同於(亦即，經不同光學調諧)用於由光源裝置140S發射之光學信號的光學路徑的事實。
第一頂板部分137包括一或多個透鏡表面134，該一或多個透鏡表面134經配置以將光學信號聚焦至光偵測器140D上，而第二頂板部分138包括一或多個透鏡表面135，該一或多個透鏡表面135經配置以自光源裝置140S接收光學信號且將該光學信號聚焦至光纖106中。透鏡表面134、透鏡表面135連同TIR表面113及光纖末端基準表面114一起界定相應透鏡164(透鏡164用於將光學信號聚焦至光電二極體裝置140D上)及相應透鏡165(透鏡165用於將光學信號聚焦至光纖106中)，每一透鏡具有折疊透鏡軸153。折疊透鏡軸153以實質上直角穿過透鏡表面134、透鏡表面135及光纖末端基準表面114。
透鏡表面134、透鏡表面135及相關聯之折疊透鏡軸153沿Z方向與相應光纖支撐特徵結構112對準，其中用於每一光纖支撐特徵結構之一個透鏡表面支撐於相應光纖支撐特徵結構112中，且因此用於每一光纖106之一個透鏡表面支撐於相應光纖支撐特徵結構112中。
在實例中，當相應光纖106安置於相應模組光纖支撐特徵結構112中時，折疊透鏡軸153之在Z方向上行進之部分與光纖中心軸151重合。因此，光纖支撐特徵結構112經配置，以使得光纖之中心軸151與折疊透鏡軸153實質上成直角且實質上在TIR表面113處相交(第6D圖及第9A圖及第9B圖中最佳所示)。折疊透鏡軸153界定一部分折疊光源(「源」)光學路徑OPS或折疊光偵測器(「偵測器」)光學路徑OPD，其中每一光學路徑之一部分位於模組主體110內，如下論述且如第9A圖及第9B圖中所示。
透鏡表面134、透鏡表面135、TIR表面113、光纖末端基準表面114之相應部分及該等表面之間的主體110的相應部分界定具有折疊光軸153之透鏡164、透鏡165。透鏡表面134、透鏡表面135可視為「前」透鏡表面，且光纖末端基準表面114可視為「後」透鏡表面。主體110之相應部分包括透鏡主體。前透鏡表面與後透鏡表面之間的軸向距離為透鏡厚度，亦即，透鏡主體之厚度。應注意，特徵結構149(第6E圖)在製造過程期間可提供為用於模具之頂出銷或結構。該頂出銷亦可用作用於對準主體110與主動式光學元件及PCB基板103之對準基準點。
在實例中，透鏡表面134整體性形成於第一頂板部分137上，且透鏡表面135形成於第二頂板部分138上(亦即，透鏡表面134、透鏡表面135與主體110成一體，且因此組成主體110之彎曲部分)。在另一實例中，透鏡表面134、透鏡表面135添加至第一頂板部分137及第二頂板部分138。 透鏡表面134、透鏡表面135各自具有直徑或淨孔徑CA。在實例中，透鏡表面134、透鏡表面135各自具有在250微米與600微米之間的淨孔徑CA，且在更具體實例中，透鏡表面134、透鏡表面135各自具有約500微米的淨孔徑CA，但其他適合大小係可能的。單點鑽石車削(「SPDT」)可用於形成模具之精確元件，諸如，光纖支撐特徵結構及透鏡表面134、透鏡表面135。然而，線EDM或其他過程亦可用於形成該等組件。
應注意，在本文中，儘管透鏡164、透鏡165可為相同的，但(至少一個)源光學路徑OPS及(至少一個)偵測器光學路徑OPD通常不相同。參看第9A圖及第9B圖，此係因為離開光纖末端109之光150通常將具有不同於光源裝置140S之散度(數值孔徑)。因此，源光學路徑OPS及偵測器光學路徑OPD通常不為反向光學路徑。在所示實施例中，第一頂板部分137及第二頂板部分138相對於彼此偏移，以因而偏移透鏡表面134及透鏡表面135，以適應源光學路徑OPS與偵測器光學路徑OPD之差異。在替代實施例中，透鏡表面134及透鏡表面135可能不相對於彼此及個別透鏡偏移，該等透鏡經配置以適應源光學路徑OPS與偵測器光學路徑OPD之差異。
處理光纖且將光纖托架及光纖安裝至光纖光學模組之主體中
現參看第7圖，提供處理光纖106之示例性方法的流程圖。在方塊170處，複數個光纖106插入光纖托架120之第一表面121內的光纖支撐特徵結構122中，如第5A圖及 第5B圖中所示。光纖之光纖末端109延伸超過第二邊緣126一偏移長度，該偏移長度等於或大於主體110上之光纖支撐特徵結構112的長度L g 。作為實例且非限制，夾具或自動化裝置可用以將複數個光纖106準確定位於光纖托架120中。在方塊171中，延伸超過第二邊緣126之光纖106之部分的長度L f 可在實施例中檢定(例如，藉由適當量測系統)，其中光纖106未斷裂至所需長度L f 。
在光纖106適當地定位於光纖托架120內之後，例如，諸如可固化環氧樹脂之黏合劑施加至黏合劑井124。黏合劑流動遍及黏合劑井124且流入光纖支撐特徵結構122中。因此，黏合劑將光纖106固定至光纖托架120(方塊172)。
以此方式將複數個光纖106固定至光纖托架120之步驟允許多個光纖106同時剝離該等光纖106之塗層107，因為該等光纖106不為鬆散的(亦即，該等光纖106為可管理且保持於已知所需配置中)。在方塊173處，每一光纖106之塗層107藉由雷射剝離過程移除，以曝露纖芯108(或包層)，因而形成具有長度L c 之剝離部分，該長度L c 等於或大於主體110上之光纖支撐特徵結構112的長度L g 。另外，在一些實施例中，光纖106斷裂，以使得該等光纖106延伸超過光纖托架120之第二邊緣126一長度L f (方塊174)。任何剝離系統可用以移除圍繞纖芯108之塗層107及任何其他光纖106層。進一步地，任何斷裂方法可用於將光纖106斷裂至適當長度。作為實例且非限制，示例性雷射剝離過程及雷射斷裂過程包括由英國Abingdon之OpTek Systems提供之光 纖雷射剝離系統及光纖斷裂系統。應注意，除雷射剝離過程外的剝離過程可用於移除塗層107，諸如化學剝離、機械剝離或熱氣剝離。另外，在一些實施例中，機械斷裂方法而非雷射斷裂可用於斷裂光纖106。
在方塊175處，光纖托架120連同剝離之光纖106定位於主體110之光纖托架凹部118內。光纖托架凹部118經定尺寸以適應光纖托架120。在所示實施例中，光纖托架120在Z方向上插入光纖托架凹部118。作為實例且非限制，真空微操縱器可耦接至光纖托架120之處理特徵結構128，以將光纖托架120定位於光纖托架凹部118中。
在方塊176處，每一光纖106之曝露之纖芯108的剝離部分定位於光纖106之各別光纖支撐特徵結構122，且藉由使用主動對準過程接觸(或近乎接觸)光纖末端基準表面114。主體110之公差經嚴格控制，以使得光纖支撐特徵結構112與光纖末端基準表面114之介面提供用於每一光纖106之光纖末端109的準確位置，以使得每一纖芯108的中心軸151實質上與由主體110提供之相應透鏡164、透鏡165之折疊透鏡軸153對準(參見第9A圖及第9B圖)。主動對準過程可使用顯微鏡說明將光纖106完全安置於各別模組光纖支撐特徵結構112，以使得光纖106實質上與光纖末端基準表面114正交，且光纖末端109定位於光纖末端基準表面114處。光纖末端109可實質上接觸光纖末端基準表面114。在一些實施例中，X-Y-Z分度機(未圖示)可用以說明將光纖托架120適當定位於光纖托架凹部118中，以使得光纖末端109在正 確位置中。例如，X-Y-Z分度機可允許光纖托架120及/或主體110在X方向、Y方向及Z方向上的增量運動用於適當對準。
在方塊177處，檢定光纖支撐特徵結構112中之光纖106之光纖末端109的位置。例如，光纖末端109的位置可使用顯微鏡視覺上地檢定。或者，光纖末端109之位置可藉由發送及接收穿過由主體110界定之透鏡164、透鏡165之光學信號及證實接收到該等光學信號而主動地檢定。
一旦檢定出光纖末端109之位置，便使用適合材料將光纖托架120及光纖106之曝露之纖芯108固定至主體110(方塊178)，如第8圖中所示。適合材料之實例為折射率匹配黏合劑180，諸如，環氧樹脂。折射率匹配黏合劑實質上匹配主體110及光纖106之纖芯108之材料的折射率，且折射率匹配黏合劑可填入存在於光纖106之光纖末端109與光纖末端基準表面114之間的任何間隙中。光纖托架120可藉由將折射率匹配黏合劑塗覆至黏合劑收納特徵結構127而固定至主體110之光纖托架凹部118部分，黏合劑收納特徵結構127連同光纖托架插入部分144之臂116A、臂116B的內表面一起界定用於收納折射率匹配黏合劑的凹部。黏合劑180可在光纖托架120下方流動且將光纖托架120固定至光纖托架凹部118的底板139。類似地，光纖106之曝露之纖芯108可藉由將折射率匹配黏合劑(諸如，環氧樹脂)塗覆至光纖支撐突出部分147及相應光纖支撐特徵結構112而固定至光纖支撐特徵結構112，因而亦折射率匹配光纖末端109與光纖 末端基準表面114用於光學耦合。
在一些實施例中，在將光纖末端109主動定位於光纖支撐特徵結構112中之前，光纖托架120可固定至主體110。例如，黏合劑180可首先塗覆至黏合劑收納特徵結構127，之後主動對準光纖末端109，且接著用黏合劑將曝露之纖芯108固定至光纖支撐特徵結構112。
主體110固定至PCB基板103，以使得透鏡164、透鏡165與亦固定至PCB基板103之相應主動式光學元件140S、主動式光學元件140D對準，如第9A圖及第9B圖中所示，以下介紹且論述第9A圖及第9B圖。
光纖光學模組及主動式光學元件之操作
現將參看第9A圖及第9B圖描述光纖光學模組100及主動式光學元件的操作，該光纖光學模組100包括光纖托架120及主體110。大體而言，主體110應與電路板之主動式光學元件適當對準，以在元件之間傳輸/接收光學信號。任何適合主動式方法或被動式方法可用於對準主體110與主動式元件，且主體110可視情況包括用於說明對準之一或多個特徵結構。舉例而言，主體110可包括一或多個對準基準點111，諸如第3圖中以虛線所示，一或多個對準基準點111用於對準主體110與PCB上之對準特徵結構，諸如印在PCB上之標記。例如，對準基準點111可為穿式開口，該等穿式開口關於PCB上之標記對準/集中，以對準主體110之各別透鏡與PCB上之各別主動式元件。在其他實施例中，對準基準點可為自頂面之凹部，或可配置為在主體110之側壁上打開。
第9A圖圖示以位於PCB基板103頂上之光源裝置140S(或位於PCB基板103頂上之IC晶片)的形式的主動式光學元件。光源裝置140S具有裝置軸154，該裝置軸154實質上與由主體110提供之至少一個透鏡165的透鏡軸153對準。在第9A圖中所示之配置中，光源裝置140S產生發散光150，發散光150大體上沿透鏡軸153在源光學路徑OPS上朝向透鏡165行進。發散光150入射至凸透鏡表面135上，該凸透鏡表面135用於將發散光轉換成會聚光150，會聚光150接著沿源光學路徑OPS在主體110內行進。會聚光150最終入射至TIR表面113上，TIR表面113將該光反射實質上90°，以使得該光現沿朝向光纖106之源光學路徑OPS朝向光纖末端基準表面114行進。會聚光150行進穿過光纖末端基準表面114且進入光纖末端109，其中該光繼續在光纖106內行進。注意，若該材料安置在光纖末端109與光纖末端基準表面114之間，光150可穿過折射率匹配材料(例如，折射率匹配環氧樹脂)之薄部分。
在類似於第9A圖中所示之示例性實施例中，透鏡表面135實質上形成準直光，該準直光自TIR表面113呈實質上90°反射且作為實質上準直之光離開光纖末端基準表面114。例如，在某些情況下可使用該實施例，其中光纖106具有梯度折射率纖芯108，且光150較佳地作為實質上準直之光引入纖芯108。注意，該梯度折射率光纖將在距光纖末端109一定距離處將光150引至焦點。透鏡表面135自光源裝置140S偏移一高度H S ，以使得光150在光纖106之纖芯108內之位 置處引至焦點。
第9B圖類似於第9A圖且圖示實例，其中PCB基板103(或IC晶片)可操作地支撐光偵測器140D(例如，光電二極體)。光偵測器140D具有裝置軸154，該裝置軸154實質上與由主體110提供之至少一個透鏡164的透鏡軸153對準。在第9B圖中所示之配置中，導引光(自光學電纜組合件之相對末端處之光源裝置發射)作為發散光150離開光纖末端109。當該發散光150在偵測器光學路徑OPD上行進時，發散光150穿過光纖末端基準表面114且進入光纖光學模組100之主體110。注意，光150可穿過折射率匹配材料(例如，折射率匹配環氧樹脂)之薄部分，若該材料安置在光纖末端109與光纖末端基準表面114之間。
發散光150接著入射至TIR表面113上，且自TIR表面113反射實質上90°，以在偵測器光學路徑OPD上沿透鏡軸153行進。當發散光150在主體110之材料內行進至至少一個透鏡表面134時，發散光150繼續發散。當發散光150離開主體110且朝向光偵測器140D行進時，透鏡表面134用以將發散光150轉換成會聚光150。透鏡表面134自光偵測器140D偏移一高度H D ，以使得會聚光150大體上向下聚焦至光偵測器140D上。光偵測器140D接著接收該聚焦光150且將該聚焦光150轉換成電氣信號(未圖示)，諸如，在別處經定向用於處理之光電流。
儘管已參考特定態樣及特徵描述本文中之實施例，但應理解，該等實施例僅為說明所需原理及應用。因此， 應理解，可對說明性實施例進行許多修改，並且在不背離附加申請專利範圍的精神及範疇的情況下可設計其他配置。
100‧‧‧光纖光學模組
110‧‧‧主體
112‧‧‧光纖支撐特徵結構
113‧‧‧全內反射(TIR)表面/成角壁
114‧‧‧光纖末端基準表面
115‧‧‧凹部
118‧‧‧光纖托架凹部
120‧‧‧光纖托架
122‧‧‧光纖支撐特徵結構
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向

Claims (20)

  1. 一種用於與一光纖光學模組耦接之光纖托架，該光纖托架包含：一第一表面，一第二表面，該第二表面與該第一表面相對；複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構在該第一表面上，其中該複數個光纖支撐特徵結構經配置以收納複數個光纖；一第一黏合劑收納特徵結構及一第二黏合劑收納特徵結構，該第一黏合劑收納特徵結構及該第二黏合劑收納特徵結構安置在該第一表面與該第二表面之間；及一黏合劑井，該黏合劑井自該第一表面延伸至該光纖托架中一深度且穿過該複數個光纖支撐特徵結構。
  2. 如請求項1所述之光纖托架，其中該黏合劑井定位於該第一表面處。
  3. 如請求項1或請求項2所述之光纖托架，其中該第一黏合劑收納特徵結構及該第二黏合劑收納特徵結構相較於一第一邊緣更靠近一第二邊緣定位。
  4. 如請求項1或請求項2所述之光纖托架，該光纖托架進一步包含：一第一額外黏合劑收納特徵結構，該第一額外黏合劑收納特徵結構定位於一第三邊緣處；及一第二額外黏合劑 收納特徵結構，該第二額外黏合劑收納特徵結構定位於一第四邊緣處。
  5. 如請求項1或請求項2所述之光纖托架，該光纖托架進一步包含一或多個傾斜特徵結構。
  6. 一種光纖光學模組，該光纖光學模組包含：一主體，該主體對具有一預定波長之光為透射的，該光纖光學模組之該主體包含：一第一表面及一第二表面，該第二表面與該第一表面相對；一全內反射(TIR)表面，該TIR表面自該第一表面延伸，其中該TIR表面可操作以藉由全內反射來反射在該光纖光學模組內傳播之光的一光學信號；一光纖末端基準表面，該光纖末端基準表面鄰近該TIR表面定位，以使得傳播穿過該光纖末端基準表面之光學信號在該TIR表面處反射；複數個透鏡表面，該複數個透鏡表面形成於該主體之該第二表面上，其中該主體之該複數個透鏡表面、該TIR表面、該光纖末端基準表面及介入部分界定複數個透鏡，該複數個透鏡各自具有一折疊光軸；及一光纖托架凹部；及一光纖托架，該光纖托架包含：複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結 構安置於一第一表面上，其中：該複數個光纖支撐特徵結構經配置以收納複數個光纖；且該光纖托架安置於該光纖托架凹部內且固定至該主體，以使得安置於該複數個光纖支撐特徵結構中之該複數個光纖的光纖末端定位於該主體之該光纖末端基準表面處且實質上與該複數個透鏡之該等折疊光軸對準。
  7. 如請求項6所述之光纖光學模組，其中：該光纖托架進一步包含：一第一黏合劑收納特徵結構及一第二黏合劑收納特徵結構；及一黏合劑井，該黏合劑井自該第一表面延伸至該光纖托架中一深度且穿過該複數個光纖支撐特徵結構。
  8. 如請求項7所述之光纖光學模組，其中該黏合劑井位於該第一表面處。
  9. 如請求項7或請求項8所述之光纖光學模組，其中該第一黏合劑收納特徵結構及該第二黏合劑收納特徵結構相較於一第一邊緣更靠近一第二邊緣定位。
  10. 如請求項7或請求項8所述之光纖光學模組，其中該光纖托架進一步包含一第一額外黏合劑收納特徵結構及一第二額 外黏合劑收納特徵結構。
  11. 如請求項6至請求項8中任一項所述之光纖光學模組，其中該光纖托架包括一或多個傾斜特徵結構。
  12. 如請求項6至請求項8中任一項所述之光纖光學模組，其中：該主體進一步包含複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構具有在該光纖末端基準表面處之一第一末端及一第二末端；且該光纖托架之該複數個光纖支撐特徵結構實質上與該主體之該複數個光纖支撐特徵結構對準。
  13. 如請求項1、2或6至8中任一項所述之光纖光學模組，該主體包括一或多個對準基準點。
  14. 一種光電連接器，該光電連接器包含：一基板，該基板包含一表面及複數個主動式光學元件，該複數個主動式光學元件耦接至該表面；複數個光纖，該複數個各自光纖具有由一外塗層圍繞之一纖芯，其中每一光纖包含一剝離區域，在該剝離區域中，該纖芯自一光纖末端曝露一長度；一光纖光學模組，該光纖光學模組具有一主體，該主體對具有一預定波長之光為透射的，該主體包含： 一第一表面及一第二表面，該第二表面與該第一表面相對；一全內反射(TIR)表面，該TIR表面自該第一表面延伸，其中該TIR表面可操作以藉由全內反射來反射在該主體內傳播之光的一光學信號；一光纖末端基準表面，該光纖末端基準表面鄰近該TIR表面定位，以使得傳播穿過該光纖末端基準表面之光學信號在該TIR表面處反射；複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構在該光纖末端基準表面處終止；複數個透鏡表面，該複數個透鏡表面形成於該主體之該第二表面上，其中該主體之該複數個透鏡表面、該TIR表面、該光纖末端基準表面及介入部分界定複數個透鏡，該複數個透鏡各自具有一折疊光軸；及一光纖托架凹部，其中該主體耦接至該基板之該表面，以使得該複數個透鏡表面與該複數個主動式光學元件對準；及一光纖托架，該光纖托架包含一第一邊緣及一第二邊緣，該第二邊緣與該第一邊緣相對，其中：該複數個光纖安置於該光纖托架內，以使得每一個別光纖延伸超過該第二邊緣一偏移長度L f ；且該光纖托架安置於該光纖托架凹部內且固定至該主體，以使得該複數個光纖之該剝離區域安置於該複數個光纖支撐特徵結構中，且該複數個光纖之光纖末端定位於該光纖 末端基準表面處且實質上與該複數個透鏡之該等折疊光軸對準。
  15. 如請求項14所述之光電連接器，其中：該光纖托架進一步包含：一第一黏合劑收納特徵結構及一第二黏合劑收納特徵結構；一黏合劑井，該黏合劑井自該第一表明延伸至該光纖托架中一深度；且該光電連接器進一步包含一黏合劑，該黏合劑安置於該第一黏合劑收納特徵結構及該第二黏合劑收納特徵結構中以在該光纖托架凹部處將該光纖托架固定至該主體；及一黏合劑，該黏合劑安置於該黏合劑井中以固定安置至該光纖托架的該複數個光纖。
  16. 如請求項14或請求項15所述之光電連接器，其中：該複數個主動式光學元件包含至少一個光源裝置及至少一個光偵測器；與該至少一個光源裝置對準之該複數個透鏡表面的一透鏡表面自該至少一個光源裝置之一表面偏移一高度H S ；且與該至少一個光偵測器對準之該複數個透鏡表面的一透鏡表面自該至少一個光偵測器之一表面偏移一高度H D ，其中H S 大於H D 。
  17. 一種用於製造一光纖光學模組的方法，該方法包含以下步驟：將具有一纖芯之複數個光纖定位於一光纖托架之一第一表面中，以使得該複數個光纖延伸超過該光纖托架之一插入邊緣一偏移長度，該纖芯由複數個光纖支撐特徵結構中之一外塗層圍繞；將一黏合劑塗覆至該光纖托架之該第一表面處，以將該複數個光纖固定至該光纖托架；剝離該複數個光纖中之每一光纖的該外塗層，以曝露該纖芯，從而形成每一光纖之一剝離區域；將該光纖托架定位至一光纖光學模組之一主體中，該光纖光學模組包含：一全內反射(TIR)表面，該TIR表面自一第一表面延伸；一光纖末端基準表面，該光纖末端基準表面鄰近該TIR表面定位；及複數個光纖支撐特徵結構，該複數個光纖支撐特徵結構在該光纖末端基準表面處終止，其中該光纖托架固定至該主體，以使得該複數個光纖之該等剝離區域安置於該複數個光纖支撐特徵結構內，且每一光纖之一光纖末端定位於該光纖末端基準表面處。
  18. 如請求項17所述之方法，其中剝離該複數個光纖中之每一光纖之該外塗層的步驟藉由一雷射剝離過程執行。
  19. 如請求項17或請求項18所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：塗覆一黏合劑以將該光纖托架固定至該主體。
  20. 如請求項17或請求項18所述之方法，其中每一光纖經斷裂至超過該光纖托架之該插入邊緣之一期望長度L f 。
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