TWI233508B - Optical backplane array connector - Google Patents

Description

贫明說明（1) ----- 係 、【t明所屬之技術領域】 本發明係關於資料通訊的光學介面，更明確地說， 具有較佳對準能力的光學介面。 二、【先前技術】 u >相車乂於有線電技術（wire technology)，光資料通訊技 術在頻宫、-欠，， .^ J 貝料傳輸率及頻率響應等特性上，都比傳統的

4支彳，丨ίΤ -目 /Έ -t I 電技術所二有毹勢。此外，光學技術基本上可以免除有線 次枓U★订生之無線電干擾及電磁波干擾問題。因此，光 二汛技術非常適合在各種不同的應用上，例如 核組、印刷電路板及整合型底板。 定在印刷Ϊ光連接器、電子元件、光源及光檢測器主要固 的框穴内“ ^板上，此印刷電路板再延著導位槽插入儀器 板邊：連接：框架底部的純，包含複數個對齊導位槽的 ,... 為以及複數個連接板邊緣連接器的電導體。告 底板的電導夺，使得電性連接此電路至此 個電路板間所需的電性連姓。 尾¥體楗供禝數 此複數個電路板上也包 複數個光連接器係光耦合到 測器上。此複數個電路板上 括複數個光連接器部分，而此 接收器與發射器的光源及光檢 的光連接器必須與框架上的複

1233508 五、發明說明（2) 數個光連接器緊密結合，使得光源、光檢測器及終止在框 架光連接器上的光纖能夠以光學連接（〇 p t i c a 1 1 y connected)。 以目前的板邊緣（board edge)連接器排列法來說，此 複數個電路板的光連接器被固定在此複數個電路板的前 緣。此複數個前緣部分已經佈滿了複數個板邊緣電接點。 此外，這種板邊緣連接器排列 固定在此底板上，而此底板也 接器與電導體。目前在此系統 掛在一起，而使得這堆光纖看 法’此框架上的光連接器係 已經佈滿了眾多板邊緣電連 中’成串的光纖被鬆散地吊 起來非常雜亂。

繁於以上這些問題，本發明 置盥一種方法，徂i 月之目的在於提供一種裝 置與種方法，供連接大量的光纖到— 避免有關於多重光纖對光纖連個先干底板而月匕 問題。 、戴連接及/或路徑系統的光纖雜亂 本發明另一個目的係提一一 板）間的改良式光學介而:、 母板與一子板（或底 、工子，丨面，其盘许 (pluggable)連接方法有關…、又轉角及可抽換式 本發明的另一個曰 陣列。 、係提供利用光波導與光纖的互連

第9頁 1233508 五、發明說明（3) 參考以下的說明與附圖，本發明的這些 的將更清晰易解。 J /、具他目 三、【發明内容】 本發明提供一種裝置，供 連接形成一階梯式排列 一具有複數個第一 有一低折射率區域，包 複數個叙入在此插 ，此裝置 光波導的 圍於一高 插卡與一底板間的光波導 包含： 第一階梯式排列的一第一邊緣； 插卡，此複數個光波導具 折射率核心區域的周圍； 卡的電導體，此插卡具有終止於一 複數個光纖帶，此 域，包圍於一高折射率 數個第一光波導的一終 伸出； 一第一 引導結構， 及校正此複 構包括引導 梯式排列的一第一内側 一具有 導具有一低 圍； 複數個 止於一第二 複數個第二 折射率區域 嵌入於此底 階梯式排列 引導結構， 複數個光 核心區域 端，此複 與此第一 數個光纖 ，及具有 光波導的 ，包圍在 板的附加 的一第二 與此第- 構具有包含一階梯式排列的—第 纖帶具有一低折射率區 的周圍，且具有接近此複 數個光纖帶從此第一邊緣 邊緣連接，此第一引導結 帶的通道，也具有包含階 傾角的一第一外側； 底板，此複數個第二光波 —高折射率核心區域的周 電導體，且此底板具有级 邊緣；以及 w 邊緣連接，此第二弓丨導結 二内側，與具有一傾角^

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第10頁 1233508 五、發明說明（4) ----- -第二則，及複數個錐形孔，#此第一弓丨導結構的外側 接觸此弟一引導結構的外側時，此複數個錐形孔接收且導 引此複數個光纖帶的第二終端接近此複數個第二光波導、， 因而在_卡與一底才反間形成一帛階梯式排列的光波導連 此複數個光纖帶可能具有一D形橫切面，使得此高折射 率核心區域接近此D形橫切面的一平邊，且此平邊接近此複 數個第一與第二光波導。以有效的核心對核心耦合來說， 此種接近的程度係必要的。此複數個光纖帶可為一多模高 折射率聚合光纖，具有約1毫米的彎曲半徑。 此I置也可具有光栅結構，此光柵結構由此第一或第 一光波導的低折射率區域所構成，或於非光波導即光纖帶 的核心區域，以至於能產生光栅式耦合（grating —assisted coupling) °

本發明的另一個目的係提供一種方法，供形成一光波 導連接於一插卡與一底板間，此方法包含· 提供具有複數個第一光波導的一插卡，此複數個第一 光波導具有一低折射率區域，包圍在一高折射率核心區域 的周圍； 形成一第一邊緣於此插卡上，此第一邊緣終止於一第 一階梯式排列；

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W丨 im 第11頁 1233508 五、發明說明（5) 提供複數個光纖 區域，包圍在一高折 一光波導的一第 出； 連接一 包括複數個 也具有包含 一第二外側 帶，此複數個光纖帶具有一低折射率 射率核心區域的周圍，且具有接近第 端，此複數個光纖帶從此第一邊緣伸 第一引導結構至此第一邊緣，此第一引導結構 供引導及校正此複數個光纖帶的複數個通道， 一階梯式排列的一第一内側，及具有一傾角的 提供一具有複數 光波導具有 的周圍； 於此插 列； 連接一 具有包含一 第二外側， 將此複 孔，此複數 且 將此第 弟二外側， 導，且使得 連接。 一低折射 個第一光波導的底板，此複數個第二 率區域，包圍在一高折射率核心區域 卡形成一第 終止於一第二階梯式排 結構至此第一邊緣，此第二引導結構 列的第一二内側，與具有一傾角的一 錐形孔； Τ的一弟一終端插入此複數個錐形 被接收且導引此光纖帶的第二終端； 構的第一外侧接觸此第二引導結構的 數個光纖帶接近此複數個第二光波 一插卡與一底板間形成一種階梯式排列的光波 第二引導 階梯式排 及複數個 數個光纖 個錐形孔 一引導結 使得此複

1233508 五、發明說明（9) 護組合（dust and eye protection complex)，就可以被置 於此底板上7 0。除了此種陰陽接頭的調換，其他的變化， 如單層變多層等，也是可行的。 圖2B中，來自此插卡1〇之光纖帶5〇相對於此底板7〇上 的光波導20的對準過程，係以三步驟來完成。第一步驟（圖 中沒有顯示）係此插卡1 〇相對於此底板7 0的粗略機械引導方 法。此引導方法係由以支架及電性連接（如電源、接地等） 支樓此插卡1 0的機構所形成。第二步驟係運用此陰型光連 參 接器（female optical connector)80 上的複數個漏斗90。 此複數個漏斗引導此複數個光纖帶5 〇至接近此複數個光波 導2 5的位置。最後之步驟，顯示在圖2 β且隨後將參照圖式 加以討論，係由此電路板的引導結構所形成，此引導結構 (例如光波$層）將於電路板製造時被定義，因此可以被精 確地定位。 參照圖3 A，此相同製程係用來定義此複數個光波導 20、25或此複數個電性連接3〇、35，或者用來定義垂直置 於此底板70的一第三引導結構1〇〇。此第三引導結構1〇〇有 助於此光纖帶50耦合至此光波導25時的精細對準。圖冗係 此光纖帶50插入之前的俯視圖，其顯示此第三引導結構1〇〇 及此光波導25。這種接近方法的優點在於：此第三引導結 構1 0 0相對於此光波導2 5的位置，係被製造此光波導2 5之電 路板製程的精密度所控制。

第16頁 1233508 五、發明說明（10) " 如3A圖示，此複數個第二光波導25係由一低折射率區 域27所組成，此低折射率區域27包圍在一高折射率核心區 域2 6的周圍。同樣地，參照圖4，此第一（插卡上）光波導 2 0係由一低折射率區域2 2所組成，此低折射率區域2 2包圍 在一高折射率核心區域21的周圍。此複數個光纖帶5〇也係 由一低折射率區域52所組成，此低折射率區域52包圍在一 高折射率核心區域5 1的周圍。此光纖的核心區域5丨必須係 可接近的，且必須精確地對準此核心區域26，以得到最佳 的搞合效果。 圖3C中顯示兩個位置的橫切面圖，AA與⑽，此橫切面 圖係有關於一光波導2 5及以漏斗形狀的第三引導結構丨〇 〇。 一光纖帶50係從下方插入此對準漏斗1〇〇。在一較佳實施例 中，，對準漏斗係以與製造此光波導相同的材料製造而 成’藉此達到已討論過的製造效率。 再次參照圖3A，在一實施例中，此光纖帶5〇係被製造 成「D形」的幾何形狀，使得此高折射率核心區域51接近此 D形橫切面的平邊’進而在此光纖帶核心51及此光波導核心 26間提供極精確的對準接近功能。以有效的核心對核心耦 合來說，此種精確的對準接近程度係必要的。 此第二連接器8〇提供粗略的引導步驟。在一實施例

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奸屋生有效的光耦合。這種共線的約束力係由此第二引導 ^構80及此第三引導結構1〇〇所提供。此光纖帶5〇的〇形横 刀面導致此複數個兩個核心極為接近。 口 此光纖帶50與此插卡10上之光波導20的接合步驟，係 Z u利用任何一種接著技術來完成，如環氧樹脂，熔接或 i ^技術。這是一種「永久性」的連接。此底板70與此光 、截帶50間的連接不是永久性的，而其與以上所述的對準社 構之間係可插拔（Pluggable)的。 、、°

^ 在兩相異光波導間的極接近式或消散式光麵合效率， 係透過耦合區域的週期性折射擾動來增加（參 路（〇PUCal Integrated Clrcuits)，作者為Η·光積體電 Μ·，1 989，麥格羅希爾出 ，’’子及光電工程系列，63頁）。這種擾動係利用布拉 二光栅結構來建立，此結構可以透過沿著此特殊耦合路徑 的折射率調變而加以實現。光柵耦合器的物理理論可以: Ni sluhara的參考書找到。這種「光柵耦合器（^^丨 coupler)」有各式各樣可替代的結構能夠加以實現。

圖6顯示一較佳實施例，係由此第二光波導託上的一 柵結構150所構成。具體而言，此光柵結構15〇係由包 此光波導核心'26的-低折射率區域27所構成。此光拇姓 150的俯視圖係顯示於圖7中。此光柵結構15〇係—種週y

第19頁 1233508 五、發明說明（13) 折射擾動的機制。 在另一具體實施例中（未顯示），此光柵結構1 5〇也可形 成於此波導核心2 6或此光纖帶核心5丨，藉此調變此波導核 心2 6或此光纖帶核心5 1的折射率。若此光柵結構丨5 〇形成於 此低折射率區域27，最好以平版印刷（lith〇graphic)定義 及物理蝕刻方式來構成。若此光柵結構丨5〇形成於此波導核 心26或此光纖帶核心51，此光柵結構15〇最好以干涉法 (interferometric)寫入一折射率變化於此波導或此光纖核 心的方式構成，則此波導或此光纖核心最好以紫外線 材料如摻雜鍺的二氧化矽（Ge —d〇ped siHca)所構成 為了加強在此第一光波導2〇與此光纖帶5〇間的 ^ ^此光柵結構15〇也可以類似的排列方式形成。在此^呈效 只靶例中，此裝置具有一光栅結構丨5〇以至於能產 ς耦 合，此光柵結構由此複數個第一光波導2先柵梯 22所構成。 瓜外射率區域 雖然本發明已

^ 〜呵路戈口上，纸且並非田 本發0月’任何熟習此技藝者，在不脫離：發明之：：限定 圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發。和範 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 呆4範圍 1233508

為配合說明書解釋本發明。 圖式簡單說明 所附圖式係 圖1係本裝置的立 圖2A係未組合前之艘圖，其顯示正交陣列連接系統。 内嵌光波導I 結合排列的示意圖，其顯示相連的多^ 圖2 B係組合後之鈇 一 嵌光波導。 、° a排列的示意圖，其顯示相連的多層户 圖3 A係光纖與光波 圖3B係先纖鱼光^對準釔構的檢切面圖。 圖3C係光纖與光= =切面圖。 光纖核心對準光I =對準結構的俯視圖，包含複數個引^ 圖4係光纖核心與光波導核心對準的橫切面圖。 圖5A係光纖與光波導之一錐形對準結構的橫切面圖。 圖5B係光纖與光波導之一錐形對準結構的橫切面圖。 圖係光纖與光波導之一錐形對準結構的俯視圖，包含招 供模式轉換的α刺Π八形部分。 圖6係包含一光柵結構之光耦合器的橫切面圖。 圖7係包含一光柵結構之光耦合器的俯視圖。 元件符號說明 卜: 2、3 階層 10 插卡 20 光波導 21 高折射率核心匯威 22 低折射率區威 25 光波導 26 高折射率核心區域 27 低折射率區威

1233508 圖式簡單說明 30 電導體 35 電導體 40 電路板 45 邊緣 50 光纖帶 51 高折射率核心區域 52 低折射率區域 53 終端 54 終端 60 引導結構 61 内側 62 外側 70 底板 75 邊緣 80 連接器 81 内側 82 外側 90 開口 100 引導結構 140 喇 < 形展開的部分 150 光拇結構

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Claims (1)

1233508 側 收且導引該弁纖册a ，二 Γ彳則呀，該複數個錐似 遙茲 、”页的一第二終端接近該複數個第二光波 ^連ϊ —插卡與—底板間形成—種階梯式排列的光波 _ D ^ ^ 1軏圍第1項之裝置，其中該複數個光纖帶具有 # 一4刀面^•使侍該焉折射率核心區域接近該D形橫切面 、-、邊’且該平邊接近該複數個第—與第：光波導。 3 ·如申請專利範圍第1頂 爿士 Mrmn1f . . . ^員之衣置，其中該複數個光纖帶係多 核Cmulti-mode)^折射率令人广Ί 、 乎的蛾Λ坐广π 旱來ΰ (polymer)光纖，具有約1毫 木的，弓，曲半徑（bend radii)。 4丰如中I青專利範圍第u之裝置，其中該插卡 ^ 一丨v、、、口構泫弟二引導結構在該複數個朵鏞 ▼及該複數個第一與第二光波導間供精密對準 先義 (alignment)。 5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該第三弓丨 漏斗形狀’且與該複數個光波導同時製造。 八 6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第二引導处 一V形槽的幾何形狀。 …籌八有

第24頁 1233508 六、申請專利範圍 ^汝申明專利範圍第1項之裝置，其中該複數個光殲帶以環 氣樹脂接著於該第一邊緣。 8卜，申請專利範圍第丨項之裝置，其中該複數個 帶以熱 炫接方式接著於該第一邊緣。 9沾如申凊專利^圍第1項之裝4，該装置進-步包含，光栅 二，形成於該複數個第一及第二光波導的低折射率臨域， 吏得該光柵結構接近該複數個光纖帶的高折射率核心區 域。 ίο.如申請專利範圍第丨項之裝置，該裴置進一步包含一光 柵結構形成於該複數個第一及第二光波導的高折射率核心 區域，使付该光柵結構接近該複數個光纖帶的高射 心區域。 乂 11.如申請專利範圍第1項之裝置，該裝置進一步包含一光 栅結構形成於該複數個光纖帶的高折射率核心區域，使得 该光棚結構接近該複數個第一與第二光波導。 ' 12·如申請專利範圍第9項之裝置’其中該光柵結構形成於 該複數個第一及第二光波導的低折射率區域，並以印刷 (1 i thographic)定義及物理蝕刻方式來形成。

Ϊ233508 六、申請專利範圍 13. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該光柵結構形成於 该複數個第一及第二光波導的高折射率核心區域，並以干 涉法（interferometric)寫入一折射率變動於該核心區域的 方式來形成。 14. 如申請專利範圍第1〇項之裝置，其中該光柵結構形成於 该複數個光纖帶的高折射率核心區域，並以干涉法寫入一 折射率變動於該核心區域的方式來形成。 =·如申請專利範圍第1 〇項之裝置，其中該光波導或該光纖 ^的核心包含一紫外線感光材料彳^““^^^。 1 6 ·如申清專利範圍第！ 5項之裝f，其令該紫外線感光材料 係摻雜鍺的二氧化矽（Ge-doped silica)。 Π.、如申請專^利範圍第i項之裝置，其中該複數個第一及第 一光波‘的问折射率核心區域具有—喇叭形（^ 1 &厂e d geometry)部分，用來增進在該光波導核心區域與該光纖帶 核心區域之間的對準效果。 18.如申請專利範圍第！項之裝置’其中該板 一步包含複數個該第一及箆一来浊1 a卫/ ^ ^ 攻乐及弟一九疚導上的平行平面陣列 (parallel planar array) °

第26頁 1233508_ 六、申請專利範圍 外側； 提供一具有複數個第二光波導的底板，該複數個第二 光波導具有一低折射率區域，包圍在一高折射率核心區域 的周圍； 形成一第二邊緣於該插卡上，該第二邊緣終止於一第 二階梯式棑列； 連接一第二引導結構至該第二邊緣，該第二引導結構 具有包含一階梯式排列的一第二内側，與具有一傾角的一 第二外侧，及複數個錐形孔； 將該複數個光纖帶的一第二終端插入該複數個錐形 孔，該複數個錐形孔接收且導引該光纖帶的第二終端；以 及 將该第一引導結構的第一外側接觸該第二引導結構的 第二外侧，使得該複數個光纖帶接近該複數個第二光波 導，且使得一插卡與一底板間形成一階梯式排列的光波 連接。 22·如申請專利範圍第21項之方法，其中該複數個光纖帶1 有一D形橫切面，使得該高折射率核心區域接近該〇形橫切、 面的一平邊，且該平邊接近該複數個第一盥 該底板進一步包含一引導姓槿，兮a、皆 V 纖▼及戎複數個第二光波導間提供對準功能。 先 23.如申請專利範圍第21項之方 乃次，该方法進一步包含形成

1233508 六、申請專利範圍 :構的步驟，該光栅結構形成於該複數個第一與第 i1 ^低折射率區域，因此該光柵結構接近該複數個 光、，戴f的鬲折射率核心區域。 專利範圍第21項之方法，該方法進一步包含形成 -二、Γ、:構2步驟，該光栅結構形成於該複數個第一與第 二總二=2兩折射率區域，因此該光栅結構接近該複數個 光纖π的鬲折射率核心區域。 2-5光如柵申Λ專利範圍第21項之方法，該方法進-步包含形成 古，的步驟，該光柵結構形成於該複數個光纖帶的 ===率區域，因此該光柵結構接近該複數個 无波導。 2的6·連如範圍第21項之方法，其中該插卡與該底板間 交的連接方式，該第一外側與該第二外側 具有一約45度的傾角。 不