TW201940913A - 有整合的光纖耦合器之單一波長雙向收發器 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種設備，其經組態以充當切換網路中之可插入式單一波長雙向收發器。該設備包括：2×1融合耦合器；輸入/輸出光纖、偵測器光學子總成（OSA）光纖及雷射OSA光纖，其全部連接至該2×1融合耦合器；及收發器，其包括收發器電子電路印刷佈線板（PWB）以及電耦合至該收發器電子電路PWB之雷射OSA及偵測器OSA。該雷射OSA包括經定位成將光傳輸至該雷射OSA光纖之雷射，且該偵測器OSA包括經定位成自該偵測器OSA光纖接收光之光偵測器。該收發器電子電路PWB亦包括配置於該PWB之一個可插入式末端處之多重收發器輸入/輸出金屬接點。

Description

有整合的光纖耦合器之單一波長雙向收發器
本文所揭示之技術大體而言係關於使能夠在電組件之間進行通信的光纖網路。
光纖雙向收發器已成功地部署於航空電子網路中以取代銅電纜，以實現大小、重量及功率降低。另外，已提出大規模高速（例如大於1 Gbit/sec）交換網路以用於在飛機中使用大量單一光纖雙向光學鏈路的下一代飛機。
用於一些航空電子網路中的現有雙向收發器需要兩個波長來操作。此對大規模交換網路系統之設計者及安裝者追蹤在每一光纖鏈路中具有正確匹配波長對的雙向收發器而言帶來了負擔。對於經設計以用於航空電子系統中之一些大規模交換網路，追蹤匹配波長對係勞力密集且耗時的過程，其在錯誤的波長收發器安裝於飛機之光學鏈路中時需要頻繁的重工。
已提出傳輸及接收光訊號具有相同波長之另一雙向收發器。此提出收發器具有安裝於光學子總成（optical subassembly；OSA）處之光束分裂器，但此設計需要使用吸收器以減小局部雷射之反射。OSA中之光學反射之大串擾及散射將停用雙向光學鏈路操作。因此，基於此光束分裂器設計生產雙向收發器將為不可取的。
下文相當詳細地揭示之主題係針對一種具有整合的融合耦合器（代替光束分裂器）之可插入式單一波長雙向（亦即，單一光纖）收發器，其使能夠在高資料傳輸速率（例如大於1 Gbit/sec）下在電組件（諸如線可替換單元）之間進行通信。下文所揭示之主題係進一步針對一種製造程序，其係基於修改以低成本廣泛可用的標準兩光纖高速SFP收發器之封裝。
根據一項具體實例，2×1多模玻璃光學融合耦合器（下文中為「2×1融合耦合器」）在SFP收發器封裝內部整合。該2×1融合耦合器係藉由融合程序而形成。藉由使用2×1融合耦合器，可避免使用光束分裂器（其封裝昂貴）。不同於光束分裂器方法，該2×1融合耦合器具有極低的背向反射（-40 dB或更小）。該2×1融合耦合器遠離收發器之前端處之OSA，從而消除局部傳輸雷射與局部接收光偵測器之間的串擾。在運用此整合的玻璃耦合器特徵的情況下，本文中所提出之單一波長雙向收發器設計使能夠在具有大的光學鏈路裕度之大規模切換網路中操作100公尺之無誤差GbPOF鏈路。
在本文中所揭示之特定具體實例中，單一波長雙向收發器為小外觀尺寸可插入式（small form-factor pluggable；SFP）收發器，其具有如在小外觀尺寸委員會（Small Form Factor Committee）之贊助下由工業標準多源協議（multisource agreement；MSA）指定的外觀尺寸（包括尺寸）。SFP收發器可容易適於各種光纖網路連接標準，且容易併入航空電子系統中之使用能夠以快於1 Gbit/sec之速率傳輸資料的光纖（塑膠或玻璃）之大規模交換網路中。然而，本文中所揭示之新穎技術特徵並不取決於可插入式收發器之尺寸是否遵照任何特定SFP規格。應用本文中所揭示之概念，可建構並不遵照SFP規格之可插入式收發器。
儘管下文將相當詳細地描述具有整合的融合耦合器之可插入式單一波長雙向收發器之各種具體實例，但彼等具體實例中之一或多者可藉由以下態樣中之一或多者表徵。
下文詳細揭示之主題之一態樣為一種設備，其包含：2×1融合耦合器；連接至該2×1融合耦合器之輸入/輸出光纖；連接至該2×1融合耦合器之偵測器光學子總成光纖；連接至該2×1融合耦合器之雷射光學子總成光纖；及收發器，其包含收發器電子電路印刷佈線板、電耦合至該收發器電子電路印刷佈線板之雷射光學子總成，及電耦合至該收發器電子電路印刷佈線板之偵測器光學子總成。該雷射光學子總成包含經定位成將光傳輸至該雷射光學子總成光纖之雷射。該偵測器光學子總成包含經定位成自該偵測器光學子總成光纖接收光之光偵測器。該收發器電子電路印刷佈線板包含配置於該收發器電子電路印刷佈線板之一末端處之多重收發器輸入/輸出金屬接點。
根據一些具體實例，該設備進一步包含金屬基座及金屬罩蓋，其中該收發器電子電路印刷佈線板及該金屬罩蓋附接至該金屬基座，且該金屬罩蓋在一末端處敞開以暴露這些收發器輸入/輸出金屬接點，從而在該收發器電子電路印刷佈線板之該末端插入至應用程式硬體中時使該應用程式硬體上之對應金屬接點能夠與這些收發器輸入/輸出金屬接點接觸。在一個所提出之實施中，該金屬基座包含自該金屬基座之一末端突出之光纖鼻管，且該輸入/輸出光纖穿過該光纖鼻管。該設備進一步包含包圍該光纖鼻管之光纖護罩（boot），且該輸入/輸出光纖之一部分在該光纖鼻管之一遠端之外突出。
下文詳細揭示之主題之另一態樣為一種資料傳輸系統，其包含：光纜，其包含十億位元（gigabit）光纖；第一及第二2×1融合耦合器，其以光學方式耦合至該光纜之相對末端；第一收發器，其包含分別以光學方式耦合至該第一2×1融合耦合器之第一雷射及第一光偵測器；及第二收發器，其包含分別以光學方式耦合至該第二2×1融合耦合器之第二雷射及第二光偵測器。該第一雷射及該第二雷射經組態以發射具有相同波長之雷射光束。
下文詳細揭示之主題之另一態樣為一種用於組裝可插入式收發器封裝之方法，其包含：製造2×1融合耦合器；將輸入/輸出光纖、偵測器光學子總成光纖及雷射光學子總成光纖連接至該2×1融合耦合器；將該輸入/輸出光纖插入自金屬基座之一末端突出的光纖鼻管中；將該2×1融合耦合器附接至該金屬基座；藉由各別撓性電路將雷射及偵測器光學子總成連接至收發器電子電路印刷佈線板；將該偵測器光學子總成光纖之一末端插入於偵測器光學子總成內部；將該雷射光學子總成光纖之一末端插入於雷射光學子總成內部；將這些雷射及偵測器光學子總成附接至該金屬基座；定位該收發器電子電路印刷佈線板使得其上覆於該金屬基座，其中在該收發器電子電路印刷佈線板與該金屬基座之間具有該2×1融合耦合器；及將該收發器電子電路印刷佈線板附接至該金屬基座上之具有保留凹槽之多重印刷佈線板支撐柱。
下文中揭示具有整合的融合耦合器之可插入式單一波長雙向收發器之其他態樣。
光纖為沿著其軸線傳輸光之圓柱形介電質波導。該光纖由被透明的包覆層（在下文中為「包層」）包圍的透明纖芯組成，其兩者皆由介電材料製成。藉由全內反射現象，光保持在纖芯中。為了將光訊號限制在纖芯中，纖芯之折射率大於包層之折射率。纖芯與包層之間的邊界可為突變的，如在階變折射率光纖中；抑或為漸變的，如在梯度折射率光纖中。光纖可由玻璃或塑膠製成。
使用塑膠光纖（plastic optical fiber；POF）之光學網路連接相較於銅佈線在重量、大小、頻寬、功率及電磁抗擾性方面具有優點。POF相較於玻璃光纖（glass optical fiber；GOF）在處置、安裝及維護之簡易性方面具有優點。POF纖芯材料可在丙烯酸酯至全氟聚合物之範圍內。POF折射率輪廓可在階變折射率至梯度折射率之範圍內。POF幾何形狀可在單纖芯至多纖芯之範圍內。使用POF可導致明顯減輕重量。重量減輕對於諸如飛機之載具上的網路可為重要的，其中重量減輕可導致燃料消耗減少及排放較低。
在光纖系統中，兩個光纖通常以端對端配置融合以提供光纖之連續長度。光學件光纖以並排配置融合亦係常見的，其中一個光纖之伸長部分融合至另一光纖之伸長部分，使得光訊號在這些融合光纖之間傳送。此並排融合之光學界面（其將在本文中被稱作「2×1融合耦合器」）允許低插入損失、低反射及融合光纖之間的光訊號之相等分裂。
慣例為將若干線可替換單元（line replaceable unit；LRU）彼此連接，以在航空電子系統內達成通信。舉例而言，載具（例如飛機）之前部中的若干LRU已連接至該載具之後部中的若干LRU。將各LRU連接至每一其他LRU可能導致不合理的大量連接。另外，LRU之間的許多連接可較長，從而產生光損失。
光纖網路相較於銅網路具有更高速度、更低重量及電磁干擾抗擾性之優點。商用飛機之許多模型具有光纖網路以實現大小、重量及功率降低。在一些狀況下，飛機中之大量GOF電纜為促成高製造成本之重要因素。為了減少在飛機中安裝光纖網路之成本，需要減少飛機中所使用之光纖電纜之數目。
光纜雙向收發器已成功地部署於航空電子網路中以取代銅電纜，以實現大小、重量及功率降低。本文中揭示將低損失及低背向反射光纖耦合器整合至經修改之小外觀尺寸可插入式（small form factor pluggable；SFP）單一波長雙向收發器中的設計及製造程序。本文中所揭示之單一波長雙向收發器可併入航空電子系統之使用能夠以快於1 Gbit/sec之速率傳輸資料的光纖（塑膠或玻璃）之大規模交換網路中。此塑膠光纖將在本文中被稱作「十億位元塑膠光纖（gigabit plastic optical fiber；GbPOF）」。十億位元塑膠光纖由延展性全氟聚合物製成，且其在繃緊纜線彎曲期間並不斷裂。一個實例GbPOF具有55微米纖芯直徑及500微米包層直徑。以上提及之玻璃光纖將在本文中被稱作「十億位元玻璃光纖（gigabit glass optical fiber；GbGOF）」。GbGOF之一個實例係OM4多模玻璃光纖，其具有50微米纖芯直徑及125微米包層直徑。此GbGOF在長達400公尺之距離內具有用於10 Gbit/sec之頻寬。本文所提出之收發器設計已經實驗證實能夠支援光學鏈路距離為至少100公尺的GbPOF網路。
下文相當詳細地描述具有整合的融合耦合器之可插入式單一波長雙向收發器之說明性具體實例。然而，本說明書中未描述實際實施方案之全部特徵。在本領域具有知識者應瞭解，在任何此類實際具體實例之發展中，必須作出大量實施方案特定決策以達成開發者之特定目標，諸如遵照系統相關及商業相關的約束，此在各個實施方案之間將不同。此外，應瞭解，此類開發努力可為複雜且耗時的，但儘管如此仍將為受益於本發明的所屬領域中具通常知識者的常規任務。
出於說明之目的，下文將詳細描述用於使飛機上之線可替換單元之間能夠以高資料傳輸速率（例如，大於1 Gbit/sec）進行光學通信的光纖光學網路之各種具體實例。然而，本文所揭示之光纖光學網路之實施方案不僅僅限於飛機環境，而是可用於其他類型之載具上的光纖光學網路中，或其他類型之光纖光學網路（例如，長距離地面應用、資料中心應用及光纖至家庭/辦公室應用）。另外，儘管在下文中相當詳細地揭示之特定實例具體實例採用GbPOF，但替代具體實例可採用GbGOF。
一種類型之高速（高於1 Gbit/sec）單一波長收發器具有用於傳輸（transmit；Tx）輸出光訊號之一光纖及用於接收（receive；Rx）輸入光訊號之另一光纖。傳輸器具有連接至雷射驅動器及傳輸器（Tx）積體電路之高速雷射二極體。接收器具有連接至放大器及接收器（Rx）積體電路之高頻寬偵測器。
圖1為識別傳輸及接收具有相同波長λ1 之光之單一波長雙光纖收發器2之一些特徵的圖。[如本文所使用，在相干雷射光之情形下，術語「波長」意謂具有窄光譜寬度的雷射光之中心波長。] 此單一波長雙光纖收發器2可經組態為遵照SFP規格。
在圖1中所描繪之實例中，單一波長雙光纖收發器2包括雷射4及光偵測器8。雷射4可藉由單模分散式回饋（distributed feedback；DFB）雷射、多模法布里-培洛（Fabry-Pérot；FP）雷射或垂直共振腔表面發射型雷射（vertical cavity surface-emitting laser；VCSEL）予以實施以實現高光學輸出功率及低模態雜訊。光偵測器8可藉由高響應度p型本質n型（p-type intrinsic n-type；PIN）光電二極體或雪崩光電二極體予以實施以提供高的接收器敏感度。
雷射4由雷射驅動器及傳輸電路6驅動，以回應於分別經由傳輸電性訊號線12a及12b自關聯之線可替換單元（圖中未示）接收差分傳輸訊號Tx+ 及Tx- 而發射具有波長λ1 之光。雷射驅動器及傳輸電路6包括電路系統，該電路系統將彼等差分訊號轉換成表示待由雷射4傳輸之資料的數位訊號。
相反地，光偵測器8接收具有波長λ1 之光且將彼偵測到之光轉換成電性數位訊號，這些電性數位訊號經提供至偵測器放大器及接收電路10。偵測器放大器及接收電路10又包括電路系統，該電路系統將彼等電性數位訊號轉換成表示接收到之資料之電性差分接收訊號Rx+ 及Rx- 。電性差分接收訊號Rx+ 及Rx- 分別經由接收電性訊號線14a及14b被傳輸至線可替換單元中之其他電路系統。
雷射4以光學方式耦合至玻璃光纖18a，而光偵測器8以光學方式耦合至玻璃光纖18b。玻璃光纖18a及18b兩者典型地具有由相同材料製成之纖芯，該材料具有經選擇以最小化沿著光纖長度傳輸的任何具有波長λ1 之光之光損失的折射率。圖1中所描繪之單一波長雙光纖收發器2經由收發器電力供應線16接收具有電壓Vcc 之電力。
圖1中所描繪之單一波長雙光纖收發器2可根據工業多源協議（multi-source-agreement；MSA）標準而封裝，具有約5.8 cm×1 cm×1 cm之尺寸。雷射驅動器及傳輸電路6以及偵測器放大器及接收電路10表面裝配於雙面印刷佈線板（printed wiring board；PWB）（圖1未示）上，該PWB使單一波長雙光纖收發器2能夠插入至應用程式硬體中，諸如連接至LRU之切換網路之十億位元乙太網路（gigabit Ethernet；GBE）交換器。
下一代航空電子系統設計將使用具有十億位元塑膠光纖（gigabit plastic optical fiber；GbPOF）連接之大規模高速切換網路以取代重型、龐大且昂貴的銅電纜，以實現大小、重量及功率降低。支援此系統要求之關鍵組件為高速收發器，其可插入至提供大量LRU之光學互連的大規模切換網路之交換器中。
圖2展示具有四個單一波長雙光纖收發器2a至2d之雙向資料傳輸系統的設計概念，該四個單一波長雙光纖收發器2a至2d具有GbPOF鏈路32以使能夠在LRU之各別集合22a及22b（下文中為「多重LRU 22a及22b」）連接至之網路交換器20a與20b之間進行雙向資料通信。在此實例中，每一GbPOF鏈路32之一末端經由各別連接器24及各別玻璃光纖18a以光學方式耦合至各別雷射4，且每一GbPOF鏈路32之另一末端經由各別連接器26及各別玻璃光纖18b以光學方式耦合至各別光偵測器8。
但在圖2中所描繪之類型的大規模切換網路中，將存在極大數目個交換器以用於LRU連接。圖3中展示使用GbPOF鏈路及SFP收發器之大規模切換網路34的一個實例。此大規模切換網路34包括：具有插入式SFP收發器之第一多重交換器36a至36c，其電耦合至第一多重LRU 22a；具有插入式SFP收發器之第二多重交換器38a至38c，其電耦合至第二多重LRU 22b；及具有插入式SFP收發器之第三多重交換器40a至40d，其以光學方式耦合至具有插入式SFP收發器之第一多重交換器36a至36c及第二多重交換器38a至38c。
在圖3中所描繪之類型之大規模切換網路34中，每收發器自兩個光纖至一個光纖之光纖計數減少將會藉由將兩光纖系統改變成單一光纖雙向系統而將安裝及勞動成本降低一半。本文中所揭示之單一波長雙向可插入式收發器使得此單一波長雙向系統可行的。下文相當詳細地揭示之設計及實施程序提供經最佳化以用於GbPOF應用之單一波長、單一光纖雙向可插入式收發器。使用GbPOF將取代使用昂貴且易碎的玻璃光纖，此進一步降低了飛機上之光纖交換網路之安裝及重工成本。
圖4為表示具有低光損失及低背向反射之2×1融合耦合器64之連接至單一波長雙光纖收發器2以形成單一波長雙向（亦即，單一光纖）收發器102的方塊圖。更特定言之，該2×1融合耦合器64包括：（1）輸入/輸出光纖66，其連接至且以光學方式耦合至GbPOF鏈路（圖4未示）；（2）偵測器光學子總成（optical subassembly；OSA）光纖68，其由連接器44連接至且以光學方式耦合至玻璃光纖18b（該玻璃光纖又以光學方式耦合至單一波長雙光纖收發器2之光偵測器8）；及（3）雷射光學子總成（optical subassembly；OSA）光纖70，其由連接器42連接至且以光學方式耦合至玻璃光纖18a（該玻璃光纖又以光學方式耦合至單一波長雙光纖收發器2之雷射4）。替代地，雷射OSA光纖70及偵測器OSA光纖68可在不使用玻璃光纖18a及18b的情況下直接耦合至雷射4及偵測器8，此係由於此等光纖為相同類型之多模玻璃光纖。
歸因於將飛機前部中之收發器連接至飛機之後部中之收發器的一些光纖光學路徑的長度較長，通常使用連接器來以光學方式串聯耦合複數個較短長度之光纖。存在許多不同類型之光纖連接器且其可商購。因此，圖4並不試圖描繪光纖連接器之任何特定組態或類型。連接器42及44中之每一者可具有大體上圓柱形結構。另外，眾所周知，一些連接器包括彈簧及關聯結構以用於推動兩個光纖裝置之各端從而彼此接觸。圖4中亦未示出此類彈簧及關聯結構。
當併入於可插入式封裝（圖4中未示，但參看圖14）中時，2×1融合耦合器64及單一波長雙光纖收發器2形成可插入至網路交換器中之單一波長雙向收發器102。兩個此類單一波長雙向收發器102可使其各別輸入/輸出光纖66經由GbPOF電纜彼此連接且以光學方式耦合，該GbPOF電纜由串聯連接之一或多個GbPOF鏈路組成。以此方式連接之兩個單一波長雙向收發器102將使得航空電子系統中之各別LRU能夠彼此通信。
圖4中所展示之設計經實驗證實能夠支援光學鏈路距離為至少100公尺的GbPOF網路。此融合耦合器方法之一個優點為消除了在光束分裂器用於一些其他單一波長單一光纖收發器中時可能出現的自局部雷射至局部偵測器之散射光訊號。光訊號自2×1融合耦合器64之背向反射亦極低（低於-40 dB）。此兩個因素使得單一波長及單一光纖組態係可行的。
圖5為展示一實驗設置之方塊圖，該實驗設置用以測試使用外部2×1融合耦合器64a及64b與插入至各別媒體轉換器46a及46b中之單一波長雙光纖SFP收發器（圖5中不可見）進行的單一波長雙向收發器操作的概念。這些2×1融合耦合器64a及64b以圖4中所描繪之方式以光學方式耦合至單一波長雙光纖SFP收發器。更特定言之，2×1融合耦合器64a之偵測器光學子總成光纖68以光學方式耦合至插入至媒體轉換器46a中之單一波長雙光纖SFP收發器之光偵測器8，而2×1融合耦合器64a之雷射光學子總成光纖70以光學方式耦合至同一單一波長雙光纖SFP收發器之雷射4。相似地，2×1融合耦合器64b之偵測器光學子總成光纖68以光學方式耦合至插入至媒體轉換器46b中之單一波長雙光纖SFP收發器之光偵測器8，而2×1融合耦合器64b之雷射光學子總成光纖70以光學方式耦合至同一單一波長雙光纖SFP收發器之雷射4。另外，2×1融合耦合器64a之輸入/輸出光纖66係由連接器24連接至且以光學方式耦合至GbPOF鏈路32a；2×1融合耦合器64b之輸入/輸出光纖66係由連接器26連接至且以光學方式耦合至GbPOF鏈路32b；且GbPOF鏈路32a及32b係由連接器25彼此連接且以光學方式耦合。
在使用圖5中所描繪之設置進行之實驗中，兩個雙光纖SFP收發器分別連接至兩個2×1融合耦合器64a及64b，且100公尺GbPOF迴路連接至這些2×1融合耦合器64a及64b之輸入/輸出光纖66a及66b。雙光纖SFP收發器被插入至兩個十億位元乙太網路（Gigabit Ethernet；GBE）媒體轉換器46a及46b中，該兩個GBE媒體轉換器藉由兩個CAT 5電纜98a及98b介接至電腦控制之GBE測試器48。在此光學鏈路操作期間，GBE測試器48發送並接收雙向GBE封包且檢查位元誤差及遺漏封包。實驗結果展示出，藉由圖4中所展示之單一波長設計實現了無誤差GBE操作。更特定言之，測試結果展示出，在不遺漏任何封包且具有零位元誤差的情況下經由100公尺GbPOF鏈路傳達多於10億個GBE封包。
圖4展示其中外部2×1融合耦合器64與單一波長雙光纖收發器2組合以形成單一波長雙向收發器102的設計。此設計可體現於例如屬於SFP類型之可插入式封裝中。圖6至圖15中描繪用於將2×1融合耦合器64整合至屬於SFP類型之單一波長雙光纖收發器中的一種方法。現在將參看圖6至圖15描述組裝此整合的可插入式單一波長雙向收發器之步驟及原理。
圖6為表示根據一項具體實例的用於可插入式收發器之金屬基座50之三維可視化的圖。此金屬基座50較佳藉由低成本壓鑄模製程序而形成。該金屬基座50經設計為包括以下特徵：四個PWB支撐柱52a至52d；接收OSA固持器54；傳輸OSA固持器56；PWB螺釘柱58；光纖鼻管60；及耦合器固持器62。PWB支撐柱52a至52d具有經專門設計之凹槽，其中PWB（圖6中未示，但參看圖10中之收發器電子電路PWB 74）將被安放成實現PWB之「插入及移除」操作。PWB螺釘柱58用以將PWB牢固地裝配於金屬基座50上。金屬基座50亦具有光纖鼻管60以用於插入2×1融合耦合器（圖6中未示，但參看圖7中之2×1融合耦合器64）之輸入/輸出光纖。金屬基座50之中間具有耦合器固持器62以用於將2×1融合耦合器裝配於金屬基座50上之適當位置處。
圖7為表示準備裝配至金屬基座50上之2×1融合耦合器64之三維可視化的圖。根據一項所提出實施，金屬基座50具有55.5 mm之長度及12.8 mm之寬度，而2×1融合耦合器64具有25 mm之長度及1.5 mm之直徑，如圖7中所指示。2×1融合耦合器64之此小型化使得該2×1融合耦合器64能夠嵌入於SFP收發器內部。
如圖7中所見，2×1融合耦合器64之一末端連接至且以光學方式耦合至輸入/輸出光纖66，而另一末端分裂，這些分裂末端連接至且以光學方式耦合至作為該2×1融合耦合器64之輸入光纖的偵測器OSA光纖68及雷射OSA光纖70。雷射OSA光纖70短於偵測器OSA光纖68。輸入/輸出光纖66以光學方式耦合單一波長雙向收發器之輸入及輸出光訊號。所有光纖之端面分裂成無缺陷的修飾面層。
圖8為表示展示2×1融合耦合器64附接至金屬基座50上且光纖護罩72之定位成待滑動至光纖鼻管60上之三維可視化的圖。更特定言之，2×1融合耦合器64之輸入/輸出光纖66被插入至金屬基座50之光纖鼻管60中。同時，2×1融合耦合器64定位至金屬基座50中間的耦合器固持器62上。該2×1融合耦合器64使用空間級環氧樹脂附接至耦合器固持器62。在此位置中，偵測器OSA光纖68之遠端部分安置於接收OSA固持器54上方，而雷射OSA光纖70之遠端部分安置於傳輸OSA固持器56上方。接著，遵照金屬基座50之鼻管60之直徑的光纖護罩72準備滑動至光纖鼻管60上。當光纖護罩72滑動至光纖鼻管60上時，輸入/輸出光纖66之遠端將在光纖護罩72之外突出，如圖9中所見。
圖9為表示包括金屬基座50、2×1融合耦合器64及光纖護罩72之光學總成100之三維可視化的圖。此圖展示在光纖護罩72已滑動至光纖鼻管60上之後光學總成100之狀態，其中輸入/輸出光纖66經饋送通過光纖護罩72使得該輸入/輸出光纖66之遠端在該光纖護罩72之末端之外突出。光纖護罩72使用空間級環氧樹脂附接至金屬基座50。該光纖護罩72為輸入/輸出光纖66提供應變消除且亦為輸入/輸出光纖66提供彎曲半徑限制器，以防止歸因於過度彎曲之斷裂。
圖10為表示經設計為裝配至圖9中所描繪之光學總成100的PBW總成（圖10中未示，但參看圖11中之PBW總成92）之組件（在組裝之前）之三維分解可視化的圖。圖10中所描繪之組件包括以下各者：（a）收發器電子電路PWB 74，其具有印刷之傳輸及接收電路以及相關聯附接之電子晶片；（b）撓性電路76，其使一末端連接至收發器電子電路PWB 74且另一末端與多重偵測器焊料孔77a連接；（c）撓性電路78，其使一末端連接至收發器電子電路PWB 74且另一末端與多重雷射焊料孔77b連接；（d）多重（例如二十個）收發器輸入/輸出金屬接點80，其配置於收發器電子電路PWB 74之可插入式末端處以用於在插入之後與應用程式硬體電接觸；（e）螺釘通孔82，其形成於收發器電子電路PWB 74中；（f）電晶體輪廓（transistor outline；TO）罐84中之偵測器；（g）偵測器外殼86，其中將容納有TO罐84中之偵測器；（h）多重偵測器焊料接腳87a，其連接至TO罐84中之偵測器之基座；（i）TO罐88中之雷射；（j）雷射外殼90，其中將容納有TO罐88中之雷射；及（k）多重雷射焊料接腳87b，其連接至TO罐88中之雷射之基座。製造該兩個撓性電路76及78以用於與偵測器焊料接腳87a及雷射焊料接腳87b高頻寬連接。運用具有焊料孔之圓形墊製備這些撓性電路76及78，以用於將雷射及偵測器電連接至收發器電子電路PWB 74上之傳輸器及接收器電子件。雷射之較佳波長係在1270 nm至1310 nm之範圍內，其中GbPOF之光損失最小。
圖11為表示PBW總成92之三維分解可視化的圖。組裝方法（圖11中未示）涉及以下步驟：（a）將TO罐84中之偵測器安裝於偵測器外殼86之內部以形成偵測器OSA 101；（b）定位偵測器OSA 101使得偵測器OSA 101之多重偵測器焊料接腳87a分別插入於形成於撓性電路76中的多重偵測器焊料孔77a中；（c）接著將偵測器OSA 101之多重偵測器焊料接腳87a焊接至撓性電路76中之多重偵測器焊料孔77a；（d）將TO罐88中之雷射安裝於雷射外殼90內部以形成雷射OSA 103；（e）定位雷射OSA 103使得雷射OSA 103之多重雷射焊料接腳87b分別插入於形成於撓性電路78中的多重雷射焊料孔77b中；及（f）接著將雷射OSA 103之多重雷射焊料接腳87b焊接至撓性電路78中之多重雷射焊料孔77b。
如圖12中所展示，製備成品PWB總成92以附接至填有2×1融合耦合器64之金屬基座50。金屬PWB螺釘94被展示為準備好螺旋至金屬基座50上之PWB螺釘柱58中，以將PWB總成92緊固至光學總成100。更特定言之，組裝方法（圖12中未示）涉及以下步驟：（a）一開始，將少量空間級環氧樹脂施加於四個PWB支撐柱52a至52d之凹槽上以及金屬基座50之接收OSA固持器54及傳輸OSA固持器56之凹槽上。（b）接著，分別將雷射OSA光纖70及偵測器OSA光纖68插入至雷射OSA 103及偵測器OSA 101中。（c）接下來，將PWB總成92裝配至金屬基座50上，其中2×1融合耦合器64安置於收發器電子電路PWB 74下方。雷射OSA 103及偵測器OSA 101分別安放於接收OSA固持器54及傳輸OSA固持器56之環氧樹脂塗佈之凹槽上。另外，收發器電子電路PWB 74安放於四個PWB支撐柱52a至52d之環氧樹脂塗佈之凹槽上。四個PWB支撐柱52a至52d之凹槽上之空間級環氧樹脂用以將收發器電子電路PWB 74附接至金屬基座50，而接收OSA固持器54及傳輸OSA固持器56之凹槽上之空間級環氧樹脂用以分別將雷射OSA 103及偵測器OSA 101附接至金屬基座50。（d）接著，將PWB螺釘94插入通過PWB螺釘通孔82且牢固地螺旋至金屬基座50之PWB螺釘柱58中。PWB總成92現在牢固地附接至金屬基座50以執行單一波長雙向收發器102之「插入及移除」功能，如圖13中所展示。
圖13為表示在完成先前段落中所描述之方法之組裝後即附接至金屬基座50之PBW總成92的三維可視化的圖，其中2×1融合耦合器64安置於收發器電子電路PWB 74下方。由此組裝方法導致之產品為單一波長雙向收發器102。
在完成收發器組裝程序之後，單一波長雙向收發器102可由金屬罩蓋96部分地覆蓋，圖14中所展示。金屬罩蓋96遵照單一波長雙向收發器102之形狀及尺寸，但在一末端處敞開以暴露收發器輸入/輸出金屬接點80。此使得當單一波長雙向收發器102插入至應用程式硬體上時彼應用程式硬體上之對應金屬接點能夠與收發器輸入/輸出金屬接點80接觸。
圖15為表示使用空間級環氧樹脂附接至金屬基座50之側之金屬罩蓋96的三維可視化的圖。金屬罩蓋96向單一波長雙向收發器102提供環境及電磁保護。在此步驟之後完成收發器組裝程序。單一波長雙向收發器102現在為可插入式的且可自應用程式硬體（例如切換網路之交換器）抽取。單一波長雙向收發器102之尺寸可遵照SFP規格。
總之，本發明已提出使用具有低背向反射及低串擾之多模2×1玻璃光纖融合耦合器混合整合至現有二光纖SFP收發器中。此方法允許所得單一波長雙向收發器設計保留良好確立之雙光纖SFP收發器之所有有益的特性，同時消除了局部傳輸器與局部接收器之間的串擾問題。所提出之製造程序成本低且可製造以支援下一代節能飛機之大規模切換網路要求。另外，由於由減少了飛機中之光纖電纜計數所引起的巨大成本節省，本文中所揭示之技術特徵係有價值的。
上文所描述之系統在替代例中可使用全玻璃光纖實施。GbPOF之使用係特殊應用（或解決方案），其中對於飛機安裝，玻璃光纖係有問題的。但對於許多長距離地面應用、資料中心應用及光纖至家庭/辦公室應用（非航空航天），玻璃光纖安裝並非主要問題。
雖然已參考各種具體實例描述了光學網路連接系統，但在本領域具有知識者應理解，在不脫離本文中之教示的情況下可進行各種改變，且其元素可由等效物替代。此外，可進行許多修改以使概念及減少適應於本文所揭示之實踐，以用於特定情形。因此，申請專利範圍所涵蓋之主題意欲不限於所揭示之具體實例。
下文所闡述之方法請求項不應被認作要求其中所敍述之步驟按字母次序來執行（這些請求項中之任何字母定序僅僅出於參考先前所敍述步驟之目的而使用）或按其被敍述之次序來執行，除非請求項語言明確地指定或陳述指示執行彼等步驟中之一些或全部之特定次序之條件。方法請求項亦不應被認作排除同時地或交替地執行兩個或多於兩個步驟之任何部分，除非請求項語言明確地陳述排除此解譯之條件。
應注意：以下段落描述本發明之其他態樣：
A1. 一種用於組裝可插入式收發器封裝之方法，其包含：
製造2×1融合耦合器；
將輸入/輸出光纖、偵測器光學子總成光纖及雷射光學子總成光纖連接至該2×1融合耦合器；
將該輸入/輸出光纖插入至自金屬基座之一末端突出的光纖鼻管中；
將該2×1融合耦合器附接至該金屬基座；
藉由各別撓性電路將雷射及偵測器光學子總成連接至收發器電子電路印刷佈線板；
將該偵測器光學子總成光纖之一末端插入於偵測器光學子總成內部；
將該雷射光學子總成光纖之一末端插入於雷射光學子總成內部；
將這些雷射及偵測器光學子總成附接至該金屬基座；
定位該收發器電子電路印刷佈線板使得其上覆於該金屬基座，其中在該收發器電子電路印刷佈線板與該金屬基座之間具有該2×1融合耦合器；及
將該收發器電子電路印刷佈線板附接至該金屬基座上之具有保留凹槽之多重印刷佈線板支撐柱。
A2. 如段落A1中所敍述之方法，其進一步包含：
將光纖護罩滑動至該光纖鼻管上；及
將該光纖護罩附接至該金屬基座上之光纖鼻管。
A3. 如段落A1中所敍述之方法，其進一步包含：將金屬罩蓋置放於這些雷射及偵測器光學子總成以及該收發器電子電路印刷佈線板上方；及將該金屬罩蓋附接至該金屬基座，其中該金屬罩蓋在一末端處敞開以暴露該收發器電子電路印刷佈線板上之多重收發器輸入/輸出金屬接點，從而在該收發器電子電路印刷佈線板之該敞開末端插入至一應用程式硬體中時使該應用程式硬體上之對應金屬接點能夠與這些收發器輸入/輸出金屬接點接觸。
2‧‧‧單一波長雙光纖收發器
2a‧‧‧單一波長雙光纖收發器
2b‧‧‧單一波長雙光纖收發器
2c‧‧‧單一波長雙光纖收發器
2d‧‧‧單一波長雙光纖收發器
4‧‧‧雷射
6‧‧‧雷射驅動器及傳輸電路
8‧‧‧光偵測器
10‧‧‧偵測器放大器及接收電路
12a‧‧‧傳輸電性訊號線
12b‧‧‧傳輸電性訊號線
14a‧‧‧接收電性訊號線
14b‧‧‧接收電性訊號線
16‧‧‧收發器電力供應線
18a‧‧‧玻璃光纖
18b‧‧‧玻璃光纖
20a‧‧‧網路交換器
20b‧‧‧網路交換器
22a‧‧‧第一多重線可替換單元（LRU）
22b‧‧‧第二多重線可替換單元（LRU）
24‧‧‧連接器
25‧‧‧連接器
26‧‧‧連接器
32‧‧‧十億位元塑膠光纖（GbPOF）鏈路
32a‧‧‧十億位元塑膠光纖（GbPOF）鏈路
32b‧‧‧十億位元塑膠光纖（GbPOF）鏈路
34‧‧‧大規模切換網路
36a‧‧‧具有插入式SFP收發器之第一多重交換器
36b‧‧‧具有插入式SFP收發器之第一多重交換器
36c‧‧‧具有插入式SFP收發器之第一多重交換器
38a‧‧‧具有插入式SFP收發器之第二多重交換器
38b‧‧‧具有插入式SFP收發器之第二多重交換器
38c‧‧‧具有插入式SFP收發器之第二多重交換器
40a‧‧‧具有插入式SFP收發器之第三多重交換器
40b‧‧‧具有插入式SFP收發器之第三多重交換器
40c‧‧‧具有插入式SFP收發器之第三多重交換器
40d‧‧‧具有插入式SFP收發器之第三多重交換器
42‧‧‧連接器
44‧‧‧連接器
46a‧‧‧十億位元乙太網路（GBE）媒體轉換器
46b‧‧‧十億位元乙太網路（GBE）媒體轉換器
48‧‧‧電腦控制之十億位元乙太網路（GBE）測試器
50‧‧‧金屬基座
52a‧‧‧印刷佈線板（PWB）支撐柱
52b‧‧‧印刷佈線板（PWB）支撐柱
52c‧‧‧印刷佈線板（PWB）支撐柱
52d‧‧‧印刷佈線板（PWB）支撐柱
54‧‧‧接收光學子總成（OSA）固持器
56‧‧‧傳輸光學子總成（OSA）固持器
58‧‧‧印刷佈線板（PWB）螺釘柱
60‧‧‧光纖鼻管
62‧‧‧耦合器固持器
64‧‧‧2×1融合耦合器
64a‧‧‧外部2×1融合耦合器
64b‧‧‧外部2×1融合耦合器
66‧‧‧輸入/輸出光纖
66a‧‧‧輸入/輸出光纖
66b‧‧‧輸入/輸出光纖
68‧‧‧偵測器光學子總成（OSA）光纖
70‧‧‧雷射光學子總成（OSA）光纖
72‧‧‧光纖護罩
74‧‧‧收發器電子電路印刷佈線板（PWB）
76‧‧‧撓性電路
77a‧‧‧偵測器焊料孔
77b‧‧‧雷射焊料孔
78‧‧‧撓性電路
80‧‧‧收發器輸入/輸出金屬接點
82‧‧‧螺釘通孔
84‧‧‧電晶體輪廓（TO）罐
86‧‧‧偵測器外殼
87a‧‧‧偵測器焊料接腳
87b‧‧‧雷射焊料接腳
88‧‧‧輪廓（TO）罐
90‧‧‧雷射外殼
92‧‧‧印刷佈線板（PWB）總成
94‧‧‧金屬印刷佈線板（PWB）螺釘
96‧‧‧金屬罩蓋
98a‧‧‧CAT 5電纜
98b‧‧‧CAT 5電纜
100‧‧‧光學總成
101‧‧‧偵測器光學子總成（OSA）
102‧‧‧單一波長雙向收發器
103‧‧‧雷射光學子總成（OSA）
Rx+‧‧‧電性差分接收訊號
Rx-‧‧‧電性差分接收訊號
Tx+‧‧‧差分傳輸訊號
Tx-‧‧‧差分傳輸訊號
Vcc‧‧‧電壓
λ1‧‧‧波長
先前章節中所論述之特徵、功能及優點可在各種具體實例中獨立地達成或可在其他具體實例中加以組合。出於說明上述態樣及其他態樣之目的，將在下文中參考圖式描述各種具體實例。在此章節中簡要描述之圖皆未按比例繪製。
圖1為識別雙光纖雙向SFP收發器設計之一些特徵的方塊圖，其中收發器傳輸及接收具有相同波長之光。
圖2為表示具有單一波長雙光纖SFP收發器之雙向資料傳輸系統之圖，其具有GbPOF鏈路以使能夠在LRU之各別集合連接至之光學網路交換器之間進行雙向資料通信。
圖3為展示使用GbPOF及SFP收發器之大規模光學網路之一個實例的方塊圖。
圖4為表示2×1融合耦合器連接至單一波長雙光纖SFP收發器以形成單一波長單一光纖SFP收發器的方塊圖。
圖5為展示用以驗證圖4中所展示之收發器之單一波長操作之所提出設計的實驗設置之方塊圖。
圖6至圖15為描繪根據一項具體實例的可插入式單一波長雙向收發器之總成中之各個階段的圖。
在下文中將參看圖式，其中不同圖式中之類似元件具有相同參考編號。

Claims (16)

  1. 一種設備，其包含： 2×1融合耦合器； 連接至該2×1融合耦合器之輸入/輸出光纖； 連接至該2×1融合耦合器之偵測器光學子總成光纖； 連接至該2×1融合耦合器之雷射光學子總成光纖；及 收發器，其包含收發器電子電路印刷佈線板、電耦合至該收發器電子電路印刷佈線板之雷射光學子總成，及電耦合至該收發器電子電路印刷佈線板之偵測器光學子總成， 其中該雷射光學子總成包含經定位成將光傳輸至該雷射光學子總成光纖之雷射，且該偵測器光學子總成包含經定位成自該偵測器光學子總成光纖接收光之光偵測器。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該收發器電子電路印刷佈線板包含配置於該收發器電子電路印刷佈線板之一末端處之多重收發器輸入/輸出金屬接點。
  3. 如請求項2所述之設備，其進一步包含金屬基座及金屬罩蓋，其中該收發器電子電路印刷佈線板及該金屬罩蓋附接至該金屬基座，且該金屬罩蓋在一末端處敞開以暴露這些收發器輸入/輸出金屬接點，從而在該收發器電子電路印刷佈線板之該末端插入至應用程式硬體中時使該應用程式硬體上之對應金屬接點能夠與這些收發器輸入/輸出金屬接點接觸。
  4. 如請求項1所述之設備，其進一步包含金屬基座，其中該2×1融合耦合器安置於該金屬基座與該收發器電子電路印刷佈線板之間，另外其中該雷射光學子總成及該偵測器光學子總成以及該收發器電子電路印刷佈線板附接至該金屬基座。
  5. 如請求項4所述之設備，其進一步包含一對撓性電路，該對撓性電路分別將該雷射光學子總成及該偵測器光學子總成電連接至該收發器電子電路印刷佈線板。
  6. 如請求項1所述之設備，其中該金屬基座包含自該金屬基座之一末端突出之光纖鼻管，且該輸入/輸出光纖穿過該光纖鼻管，該設備進一步包含包圍該光纖鼻管之光纖護罩，且該輸入/輸出光纖之一部分在該光纖鼻管之一遠端之外突出。
  7. 如請求項1所述之設備，其中該2×1融合耦合器、該輸入/輸出光纖、該偵測器光學子總成光纖及該雷射光學子總成光纖係由玻璃製成。
  8. 如請求項1所述之設備，其中該2×1融合耦合器具有約25 mm之長度及約1.5 mm之直徑。
  9. 一種資料傳輸系統，其包含： 光纜，其包含十億位元光纖； 第一2×1融合耦合器及第二2×1融合耦合器，其以光學方式耦合至該光纜之相對末端； 第一收發器，其包含分別以光學方式耦合至該第一2×1融合耦合器之第一雷射及第一光偵測器；及 第二收發器，其包含分別以光學方式耦合至該第二2×1融合耦合器之第二雷射及第二光偵測器， 其中該第一雷射及該第二雷射經組態以發射具有相同波長之光。
  10. 如請求項9所述之資料傳輸系統，其中該十億位元光纖係由塑膠製成。
  11. 如請求項9所述之資料傳輸系統，其中這些第一2×1融合耦合器及第二2×1融合耦合器係由玻璃製成且具有約25 mm之長度及約1.5 mm之直徑。
  12. 如請求項9所述之資料傳輸系統，其進一步包含： 連接至該第一收發器之第一交換器； 連接至該第一交換器之第一線可替換單元； 連接至該第二收發器之第二交換器；及 連接至該第二交換器之第二線可替換單元， 其中該第一線可替換單元與該第二線可替換單元在該第一交換器及該第二交換器閉合時能夠藉由該光纜、該第一2×1融合耦合器與該第二2×1融合耦合器及該第一收發器與第二收發器進行通信。
  13. 如請求項9所述之資料傳輸系統，其進一步包含： 連接至該第一2×1融合耦合器之輸入/輸出光纖； 連接至該第一2×1融合耦合器之偵測器光學子總成光纖；及 連接至該第一2×1融合耦合器之雷射光學子總成光纖， 其中該第一收發器包含： 收發器電子電路印刷佈線板； 電耦合至該收發器電子電路印刷佈線板之雷射光學子總成；及 電耦合至該收發器電子電路印刷佈線板之偵測器光學子總成， 其中該雷射光學子總成包含經定位成將光傳輸至該雷射光學子總成光纖之雷射，且該偵測器光學子總成包含經定位成自該偵測器光學子總成光纖接收光之光偵測器。
  14. 如請求項13所述之資料傳輸系統，其中該收發器電子電路印刷佈線板包含配置於該收發器電子電路印刷佈線板之一末端處之多重收發器輸入/輸出金屬接點，該資料傳輸系統進一步包含金屬基座及金屬罩蓋，其中該收發器電子電路印刷佈線板及該金屬罩蓋附接至該金屬基座，且該金屬罩蓋在一末端處敞開以暴露這些收發器輸入/輸出金屬接點，從而在該收發器電子電路印刷佈線板之該末端插入至應用程式硬體中時使該應用程式硬體上之對應金屬接點能夠與這些收發器輸入/輸出金屬接點接觸。
  15. 如請求項13所述之資料傳輸系統，其進一步包含金屬基座，其中該第一2×1融合耦合器安置於該金屬基座與該收發器電子電路印刷佈線板之間，另外其中該雷射光學子總成及該偵測器光學子總成以及該收發器電子電路印刷佈線板附接至該金屬基座。
  16. 如請求項15所述之資料傳輸系統，其進一步包含一對撓性電路，該對撓性電路分別將該雷射光學子總成及該偵測器光學子總成電連接至該收發器電子電路印刷佈線板。
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