光引擎组件、光互连系统及网络设备
本申请要求在2021年5月27日提交中国国家知识产权局、申请号为202110587294.2、申请名称为“光引擎组件、光互连系统及网络设备”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及光通信技术领域,特别涉及一种光引擎组件、光互连系统及网络设备。
背景技术
随着数据中心通信带宽的持续演进,对光纤通信的密度要求越来越高,光电合封成为光通信模块的发展趋势。其中,光电合封是指将光芯片与电芯片(又称集成电路芯片)放入同一个封装结构。假设一种光电通信系统中,电交换芯片的交换容量已经提升为51.2T,一路光信号能承载的容量为100G,一个光引擎(optical engine,OE)的容量为6.4T,一个光引擎通过一个光纤阵列单元(fiber array unit,FAU)需要扇出的光纤数量为148根。一个光互连系统若设置八个这样的光引擎,则总共需要扇出的光纤数量超过1000根。如此多的光纤数量,对光纤阵列单元与光引擎的耦合和组装提出了极高的要求。
现有一种光纤阵列单元组装于光引擎的方案中,芯片耦合座与光引擎采用有源耦合进行光路对接,芯片耦合座通过胶体粘到光引擎上,光纤阵列单元采用有源耦合与芯片耦合座进行光路对接,光纤阵列单元胶粘到芯片耦合座上。有源耦合,是指光学器件在连接和组装的时候需要通光并监控光路的插损,当调整组装位置到光路插损最小的时候把光路固定下来。然而,该种组装方式,组装效率较低,且一旦发生断纤情况,则组装好的组件必须报废无法返修。
发明内容
本申请实施例提供了一种能够提高组装效率及维护性的光引擎组件、光互连系统及网络设备。
第一方面,本申请提供一种光引擎组件,包括光引擎、耦合座及光纤阵列单元,所述耦合座固定于所述光引擎上,所述耦合座设有第一导向部,所述光纤阵列单元设有第二导向部,所述第一导向部与所述第二导向部中的其中一个为导向柱,所述第一导向部与所述第二导向部中的另一个为导向孔,所述导向柱插接于所述导向孔内,光引擎用于实现光信号和电信号之间的转换;光纤阵列单元和光引擎之间传输的光信号也经过耦合座,从所述光纤阵列单元输入的光信号经过所述耦合座到达所述光引擎;及/或,所述光引擎输出的光信号经所述耦合座到达所述光纤阵列单元进行输出。
由于光纤阵列单元的第二导向部与耦合座的第一导向部插接于一起,使得光纤阵列单元与耦合座可插拔连接,实现了光纤阵列单元与耦合座的无源耦合,提高了光引擎组件的组装效率。另外,若光纤阵列单元出现断纤的情况,则可以拔除出现故障的光纤阵列单元,而换上新的光纤阵列单元,提高了光引擎组件的维护性。所谓无源耦合,是指光学器件组装过程中无需通光监控光路插损,而是依靠结构件进行精确定位的组装方式。
还有,当承载有光引擎组件的基板需焊接,例如,将基板通过回流焊工艺焊接于网络设备的系统电路板上时,其中,回流焊的焊接温度高达260℃,可先将光纤阵列单元拔除,光 引擎、耦合座与基板可组成一个预制体,将预制体的基板焊接于系统电路板上。在焊接完成后,将光纤阵列单元插接于耦合座上,防止光纤阵列单元因焊接高温而受到损坏。
根据第一方面,所述光引擎包括芯体及设于所述芯体的第一光传导部,所述耦合座还包括座体与第二光传导部,所述座体固定于所述芯体上,所述座体与所述芯体层叠设置,所述第二光传导部嵌设于所述座体内,所述第一光传导部与所述第二光传导部光耦合,所述第一导向部设于所述座体背离所述芯体的一面。
座体固定于芯体上时,座体与芯体层叠设置。本申请对第一光传导部的位置不作限定,第一光传导部可以嵌设于芯体内,第一光传导部还可以设于芯体朝向座体的一面或者其它表面。例如,座体包括相对设置的第一表面与第二表面,座体固定于芯体上时,第一表面与芯体固定连接,第二表面位于座体背离芯体的一面。第一导向部设于座体背离芯体的一面,即第一导向部设于第二表面上。
耦合座采用第二光传导部嵌设于座体而非设置气隙的方式进行光传导,在耦合座通过胶体粘接于光引擎上时,降低胶体对光路造成污染的可能性。
根据第一方面,在本申请第一方面的第一种可能的实现方式中,所述光引擎组件还包括限位件,所述限位件用于限定所述光纤阵列单元与所述耦合座之间的相对位置,减小光纤阵列单元相对耦合座运动的可能性,从而防止所述光纤阵列单元脱离所述耦合座。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种可能的实现方式,在本申请第一方面的第二种可能的实现方式中,所述限位件包括主体及与所述主体连接设置的弹性臂,所述主体覆盖于所述耦合座及所述光纤阵列单元上,所述弹性臂抵持于所述光纤阵列单元上,通过弹性臂的弹性力将光纤阵列单元限定于耦合座上,增强耦合座与光纤阵列单元之间的连接稳定性。其中,“抵持”是指两个元件之间相互施力以顶住对方。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种或第二种可能的实现方式,在本申请第一方面的第三种可能的实现方式中,所述主体具中空腔,所述耦合座固定收容于所述中空腔内,所述光纤阵列单元穿设于所述中空腔,所述中空腔的侧壁贴合于所述耦合座与所述光纤阵列单元上。由于耦合座被封闭于主体内,光纤阵列单元与耦合座连接的一端被封闭于主体内,从而减少耦合座、光纤阵列单元在组装、使用过程中被污染的可能性。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第三种可能的实现方式,在本申请第一方面的第四种可能的实现方式中,所述弹性臂包括连接设置的连接部及抵持部,所述主体上设有贯通所述中空腔的侧壁的凹槽,所述凹槽包括沿所述座体与所述芯体的层叠方向上相对设置的第一端与第二端,所述凹槽的第一端设于所述凹槽靠近所述光引擎的一端,所述连接部固定于所述凹槽的第一端的侧壁上,所述弹性臂收容于所述凹槽内并沿所述凹槽延伸,所述抵持部露出所述凹槽的第二端并与所述光纤阵列单元抵持。由于主体设有凹槽,从而增大了主体的变形能力,方便光纤阵列单元的插拔。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第四种可能的实现方式,在本申请第一方面的第五种可能的实现方式中,所述弹性臂包括第一弹性臂及第二弹性臂,所述主体包括沿所述座体与所述芯体的层叠方向上相对设置的第一端与第二端,所述主体的第一端与所述芯体相贴合,所述第一弹性臂的所述连接部与所述主体的第一端固定连接,所述第二弹性臂的连接部与所述主体的第二端固定连接,所述主体、所述第一弹性臂与所述第二弹性臂共同围成夹持空间,所述耦合座与所述光纤阵列单元收容于所述夹持空间内,所述第二弹性臂的所述抵持部与所述光纤阵列单元抵持。
由于限位件通过第一弹性臂与第二弹性臂,将光引擎、耦合座、光纤阵列单元组装于一 起,进一步提高了耦合座与光引擎之间的连接稳定性,加强耦合座、光纤阵列单元之间的连接稳定性,进而提高了光路的稳定性。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第五种可能的实现方式,在本申请第一方面的第六种可能的实现方式中,所述光引擎组件还包括加强垫块,所述加强垫块设有收容槽,所述光引擎穿设于所述收容槽并与所述加强垫块固定于一起,所述座体固定于所述加强垫块上,所述第一弹性臂的所述抵持部与所述加强垫块抵持,所述加强垫块位于所述第一弹性臂与所述座体之间。
利用加强垫块增加光引擎和耦合座之间的接触面积(如粘接面积),从而增大耦合座与光引擎之间的连接稳定性(如提高粘接力),降低因插拔带来耦合座脱落的风险。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第六种可能的实现方式,在本申请第一方面的第七种可能的实现方式中,所述芯体包括第一安装面、第二安装面及侧面,所述侧面固定连接于所述第一安装面与所述第二安装面之间,所述座体固定于所述第一安装面上,所述第一光传导部包括光路对接的光波导与折光件,所述折光件与所述第二光传导部光路对接,所述折光件与所述第二光传导部光路对接。所述折光件用于改变光的传输方向,例如,从所述光纤阵列单元入射至所述第二光传导部的光经所述折光件改变传输方向后到达所述光波导,从所述光波导输出的光经所述折光件改变传输方向后入射至所述第二传导部再到达所述光纤阵列单元。耦合座与光引擎采用折光件耦合方式,通过折光件改变光的传输方向,提高光路设计的灵活性。折光件包括光栅或反射镜等能够改变光传输方向的光学器件。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第七种可能的实现方式,在本申请第一方面的第八种可能的实现方式中,所述第一光传导部包括光波导,所述光波导嵌设于所述芯体内,所述芯体包括第一安装面、第二安装面及侧面,所述侧面固定连接于所述第一安装面与所述第二安装面之间,所述第二安装面用于与基板连接,所述光波导的导光面位于所述侧面上,所述座体固定于所述侧面上,所述第二光传导部与所述导光面光耦合。光在所述光波导与所述第二光传导部的传输方向平行于所述耦合座与所述光纤阵列单元的排列方向,第二光传导部、耦合座、光纤阵列单元所形成的光路未弯折,可减少光路中的光损耗。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第八种可能的实现方式,在本申请第一方面的第九种可能的实现方式中,所述光纤阵列单元包括导光基座及固定于所述导光基座上的光纤,所述导光基座的外壁上凸设有抵持台阶,所述导光基座、所述座体与所述芯体依次层叠设置,所述第二导向部设于所述导向基座朝向所述座体的一面,所述弹性臂抵持于所述抵持台阶上。抵持台阶用于限制导光基座相对主体运动,从而提高光路的传输稳定性。
第二方面,本申请提供一种光互连系统,包括基板、电交换芯片及根据第一方面或第一方面的第一种至第九种可能的实现方式所述的光引擎组件,所述电交换芯片设置于所述基板上,所述光引擎组件设置于所述基板上,所述电交换芯片与所述光引擎组件的光引擎电连接。电交换芯片用于向光引擎发送输出电信号及接收来自光引擎的输入电信号。
根据第二方面,在本申请第二方面的第一种可能的实现方式中,所述基板包括层叠设置的第一基板与第二基板,所述电交换芯片设于所述第二基板背离所述第一基板的一面,所述光引擎设于所述第二基板背离所述第一基板的一面。
第三方面,本申请提供一种网络设备,包括系统电路板及根据第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式所述的光互连系统,所述光互连系统设于所述系统电路板上。
附图说明
图1为本申请第一实施方式提供的光互连系统组装完成后的立体示意图;
图2为本申请第一实施方式提供的光互连系统的平面示意图;
图3为本申请第一实施方式提供的光互连系统的光引擎组件的立体组装示意图;
图4为图3所示的光引擎组件的立体分解示意图;
图5为本申请第一实施方式提供的第一光传导部的立体分解示意图;
图6a为本申请第一实施方式提供的光互连系统的输出光信号的光路示意图;
图6b为本申请第一实施方式提供的光互连系统的输入光信号的光路示意图;
图7为本申请第一实施方式提供的耦合座的立体示意图;
图8为本申请第一实施方式提供的限位件的立体示意图;
图9为本申请第一实施方式提供的光纤阵列单元的立体示意图;
图10为本申请第一实施方式提供的光纤阵列单元的导光基座的仰视图;
图11为本申请第一实施方式提供的光引擎设置于基板上的示意图;
图12为本申请第一实施方式提供的耦合座、限位件与光纤阵列单元预对接时的示意图;
图13为本申请第一实施方式提供的光互连系统在移除光纤阵列单元后的示意图;
图14为本申请第二实施方式提供的光互连系统的平面示意图;
图15为本申请第二实施方式提供的光互连系统的侧面示意图;
图16为本申请第三实施方式提供的光互连系统的立体分解示意图;
图17为本申请第三实施方式提供的光互连系统的立体组装示意图;
图18为本申请第三实施方式提供的光互连系统的侧面示意图;
图19为本申请第三实施方式提供的耦合座的立体示意图;
图20为本申请第三实施方式提供的加强垫块的立体示意图;
图21为本申请第三实施方式提供的加强垫块的立体示意图;
图22为本申请第三实施方式提供的光引擎设置于基板上的示意图;
图23为本申请第三实施方式提供的耦合座、加强垫块与光纤阵列单元预对接时的示意图;
图24为本申请第三实施方式提供的光互连系统在移除光纤阵列单元后的示意图;
图25为本申请第三实施方式提供的光互连系统组装完成后的立体示意图。
具体实施方式
随着数据中心通信带宽的持续演进,对光纤通信的密度要求越来越高,光电合封成为光通信模块的发展趋势。光电合封是指光模块与电模块集成封装为一个整体。假设在一种光通信系统中,电交换芯片的交换容量已经提升为51.2T,一路光信号能承载的容量为100G。一个光引擎(optical engine,OE)的容量为达6.4T,一个光引擎通过一个光纤阵列单元(fiber array unit,FAU)需要扇出的光纤数量多达148根。一个光互连系统若设置8个这样的光引擎,则总共需要扇出的光纤数量超过1000根。如此多的光纤数量,对光纤阵列单元(fiber array unit,FAU)的耦合和组装提出了极高的要求。
现有一种光纤阵列单元组装于光引擎的方案中,芯片耦合座与光引擎采用有源耦合进行光路对接,芯片耦合座通过胶体粘到光引擎上,光纤阵列单元采用有源耦合与芯片耦合座进行光路对接,光纤阵列单元胶粘到芯片耦合座上。芯片耦合座背离光引擎的一面形成有气隙。气隙靠近光引擎一端的侧壁上设有透镜。光纤阵列单元包括光纤耦合件及插接于光纤耦合件 的光纤阵列。光纤耦合件胶粘至芯片耦合座背离光引擎的一面并覆盖气隙。光纤耦合件上设有棱镜。光纤阵列单元固定于光纤耦合件上。以光引擎出射的光信号为例,光信号通过气隙侧壁上的透镜经棱镜反射后入射至光纤阵列。
上述的组装方案中,光纤阵列单元采用有源耦合与芯片耦合座进行光路对接,然而,有源耦合需通光及监控光路插损,影响组装效率。另外,芯片耦合座通过胶体固定到光引擎上,光纤耦合件与芯片耦合座通过胶体固定连接,若光纤阵列中的光纤发生断裂,则会造成整体报废,维护性差。还有,芯片耦合座固定到光引擎的过程中,以及将光纤耦合件固定到芯片耦合座的过程中,胶体容易侵入气隙内,使光路被污染,造成不良。
相关技术中,基板与光引擎之间的电连接,基板与系统电路板之间的电连接,均可能需要通过回流焊(温度高达260℃)保证射频性能和损耗,而光纤耦合件与光纤不耐高温,造成电耦合与光耦合工艺不兼容的问题。在组装过程中,通常先完成电耦合(器件之间的电连接),再进行光耦合(器件之间的光路对接)。这对耦合工艺要求高,要求开发多套夹具,通用性不好,生产效率低。
基于此,本申请提供一种光引擎组件及其相关的光互连系统、网络设备。光引擎组件包括光引擎、耦合座及光纤阵列单元,耦合座固定于所述光引擎上,第一导向部与第二导向部中的其中一个为导向柱,第一导向部与第二导向部中的另一个为导向孔,导向柱插接于导向孔内,光引擎用于实现光信号和电信号之间的转换。光纤阵列单元和光引擎之间传输的光信号也经过耦合座,从光纤阵列单元输入的光信号经过耦合座到达所述光引擎;及/或光引擎输出的光信号经耦合座到达光纤阵列单元进行输出。
以下基于具体实施方式与附图对光引擎组件及其相关的光互连系统作进一步描述。
请参阅图1,本申请第一实施方式提供一种网络设备3000,包括一个或多个光互连系统1000与系统电路板2000。光互连系统1000设于系统电路板2000上,光互连系统1000与系统电路板2000电连接。网络设备3000通过光互连系统1000与其他设备进行信息交互。本实施方式中,网络设备3000为交换机。可以理解,本申请对网络设备3000的类型不作限定,网络设备3000还可以为路由器、接入网的局端设备、电信机房或数据中心机房框式设备的业务板、无线基站的基带单元等。
请结合参阅图2,光互连系统1000包括光通信部件100、基板300、发端光纤接口400、收端光纤接口600。光通信部件100、发端光纤接口400和收端光纤接口600均设置于基板300上。本实施方式中,基板300为交换机的单板,基板300包括至少一层电路板。基板300大致呈平板状,基板300沿第一方向(例如图2所示的X方向)与第二方向(例如图2所示的Y方向,其中X方向与Y方向相互垂直)延伸。第一方向不同于第二方向。
光通信部件100包括电交换芯片102与一个或多个光引擎组件103(图2仅示例性地示出若干个)。电交换芯片102与一个或多个光引擎组件103均设置于基板300上。电交换芯片102与一个或多个光引擎组件103电连接。电交换芯片102用于向光引擎组件103发送输出电信号及接收来自光引擎组件103的输入电信号。光引擎组件103用于将输出电信号转换为输出光信号进行输出,及/或,将接收到的输入光信号转换为输入电信号传送给电交换芯片102。
本实施方式中,依据信号的发送与接收,光引擎组件103包括发送光引擎组件与接收光引擎组件。发送光引擎组件与发端光纤接口400通过发送端光纤201(图2仅示例性地示出一个)连接,发端光纤接口400通过外部发送端光纤203(图2仅示例性地示出若干个)与外部设备(图未示)连接。发送光引擎组件用于接收电交换芯片102输出的输出电信号,并 将输出电信号转换成输出光信号。输出光信号经发送端光纤201、发端光纤接口400及外部发送端光纤203输出到外部设备。本实施方式中,发送光引擎组件与外置光源池109通过光源池光纤204(图2仅示例性地示出一个)连接。从外置光源池109发出未经调制的激光,通过光源池光纤204连接到发送并耦合到光引擎组件。发送光引擎组件根据输出电信号将激光调制转换成输出光信号,通过发送端光纤201连接到发端光纤接口400,进一步传输到外部发送端光纤203,完成信号的发送。可以理解,光源也可内置于发送光引擎组件内。
接收光引擎组件与电交换芯片102电连接。接收光引擎组件与收端光纤接口600通过接收端光纤205(图2仅示例性地示出一个)连接。收端光纤接口600通过外部接收端光纤207(图2仅示例性地示出若干个)与外部设备(图未示)连接。外部设备通过外部接收端光纤207向网络设备3000传输过来的输入光信号,通过收端光纤接口600经接收端光纤205传输至接收光引擎组件。接收光引擎组件将输入光信号转换成输入电信号并传输至电交换芯片102,完成信号的接收。
需要说明的是,光引擎组件103与发送端光纤201之间可以相互独立,发送端光纤201也可以为光引擎组件103的部分。光引擎组件103与光源池光纤204之间可以相互独立,光源池光纤204也可以为光引擎组件103的部分。
请结合参阅图3与图4,光引擎组件103(发送光引擎组件与接收光引擎组件)包括光引擎(optical engine,OE)10、耦合座30及光纤阵列单元50。光引擎10用于实现光信号与电信号之间的转换。光信号包括输出光信号与输入光信号。电信号包括输入电信号与输出电信号。耦合座30固定于光引擎10上,耦合座30与光纤阵列单元50可插拔连接,耦合座30位于光引擎10与光纤阵列单元50之间。从光纤阵列单元50输入的光信号(例如输入光信号)经过耦合座30后到达光引擎10,及/或,从光引擎10输出的光信号(例如输出光信号)经过耦合座30后到达光纤阵列单元50。需要说明的是,图2中仅示例性地示出一个光引擎10上设有光纤阵列单元50。
光纤阵列单元50与耦合座30可插拔连接,实现光纤阵列单元50与耦合座30的无源耦合,提高了光引擎组件100的组装效率。另外,若光纤阵列单元50出现断纤的情况,则出现故障的光纤阵列单元50可以被拔除,并用新的光纤阵列单元50替换。所谓无源耦合是指光学元件组装过程中无需通光监控光路插损,而是依靠结构件进行精确定位的组装方式。
本实施方式中,电交换芯片102(如图1与图2所示)和光引擎10通过焊接或粘接的方式固定在基板300上,电交换芯片102和光引擎10通过基板300实现电连接。光引擎10、光纤阵列单元50的层叠方向为第三方向(例如图3与图4所示的Z方向)。第三方向不同于第一方向,第三方向不同于第二方向。可以理解,本申请对电交换芯片102和光引擎10设置于基板300上的方式不作限定。
具体地,光引擎10包括芯体11及第一光传导部13。芯体11与电交换芯片102电连接。芯体11包括第一安装面111、第二安装面113及侧面115,侧面115的一端与第一安装面111连接,侧面115的第二端固定连接第二安装面113,第一安装面111与基板300固定连接。第一光传导部13的导光面位于第二安装面113上,用于发送或接收光(包括输入光信号、输出光信号)。其中,第一安装面111和第二安装面113相对且平行设置。可以理解,第一安装面111与第二安装面113可以不平行设置。
本实施方式中,耦合座30与光引擎10采用光栅耦合的方式实现光耦合。请参阅图5,第一光传导部13的数量为多个,每个第一光传导部13包括光波导131及折光件135。光波导131嵌设于芯体11(如图4所示)内,用于传输光信号(输入光信号或输出光信号)。折 光件135设于芯体11(如图4所示)内并与光波导131光耦合,折光件135与耦合座30光耦合。折光件135用于改变光的传输方向,例如,从光波导131输出的输出光信号的传输方向以入射至光纤阵列单元50,或者,改变从光纤阵列单元50输入的输入光信号的传输方向以入射至光波导131。光波导131沿第一方向(例如图4、图5所示的X方向)延伸,本实施方式中,折光件135为光栅,折光件135将输出光信号的传输方向由第一方向改变成第三方向,或者,折光件135将输入光信号的传输方向由第三方向改变成第一方向,即折光件135使光路弯折大致90度。可以理解,本申请不限定第一光传导部13的结构,折光件135还可以为其他能够改变光传输方向的光学器件,例如,反射镜等。
发送光引擎组件的芯体11可包括驱动器(driver)及调制器(modulator)。驱动器用于将输出电信号转化为适合调制器的电流或电压信号。调制器用于将输出电信号转化后的电流或电压信号加载到光波导131中的光信号中,进而调制成输出光信号。可见,本实施方式中的发送光引擎组件具备将输出电信号转换成输出光信号的功能。可以理解,发送光引擎组件的芯体11还可以包括其他必要或非必要的器件,在此不作赘述。
接收光引擎组件的芯体11可包括光电探测器、跨阻放大器(trans-impedance amplifier,TIA)。光电探测器用于探测输入光信号并生成输入电信号。跨阻放大器用于接收光电探测器生成的输入电信号并将其进行放大后输出。通常在光通信系统中,光电探测器与跨阻放大器是配合使用的,光电探测器用于将光接口收到的微弱的光信号转换成电信号,该生成的电信号为电流信号,再通过跨阻放大器将电流信号进行一定强度的放大形成稳定的电压信号。可见,本实施方式中的接收光引擎组件具备探测输入光信号并将输入光信号转换成输入电信号的功能。可以理解,接收光引擎组件的芯体11还可以包括其他必要或非必要的器件,在此不作赘述。
发送光引擎组件中,请参阅图6a,从光波导131出射的输出光信号(如图6a中所示的实线I)入射至折光件135,折光件135将输出光信号的传输方向由第一方向(如图6a中所示的X方向)改变成第三方向(如图6a中所示的Z方向),从而使输出光信号从光引擎10传输至光纤阵列单元50。
类似地,在接收光引擎组件中,请参阅图6b,从光纤阵列单元50输入的输入光信号(如图6b中所示的实线II)入射至折光件135,折光件135将输入光信号的传输方向由第三方向(如图6b中所示的Z方向)改变成第一方向(如图6b中所示的X方向),从而使输入光信号入射至光波导131。
请结合参阅图3与图7,耦合座30包括座体31、第二光传导部32及第一导向部33。座体31固定于芯体11背离基板300的一面上,即座体31固定于芯体11的第二安装面113上。座体31与芯体11层叠设置。本实施方式中,座体31为透明结构,例如玻璃制成的透明结构。座体31包括相对设置的第一表面311与第二表面313。第一表面311与第二安装面113通过胶体固定连接,第二表面313位于座体31背离光引擎10的一面。
第二光传导部32(图7中所示的点状物)嵌设于座体31内,换而言之,第二光传导部32被座体31包裹。第二光传导部32沿第三方向(如图7中所示的Z方向)延伸,第二光传导部32由第一表面311延伸至第二表面313,第二光传导部32的一个端面位于第一表面311上,第二光传导部32的另一个端面位于第二表面313上。第二光传导部32的数量为多个,进而于耦合座30形成多个光通道。多个第二光传导部32沿第二方向(如图7中所示的Y方向)排列形成阵列。每个第二光传导部32与一个第一光传导部13光路对接进而实现光耦合。输入光信号能够通过嵌设于座体31内的第二光传导部32入射至第一光传导部13,从第一光 传导部13输出的输出光信号能够通过嵌设于座体31内的第二光传导部32输出至光纤阵列单元50。
耦合座30采用第二光传导部32嵌设于座体31而非设置气隙的方式进行光传导,在耦合座30通过胶体粘接于光引擎10上时降低胶体对光路造成污染的可能性。第二光传导部32包括光波导或光纤。光波导可通过激光直写或离子注入等方式在座体31中形成。座体31中可以设置贯穿孔,贯穿孔贯穿第一表面311与第二表面313,裸光纤可通过胶水把固定在座体31中的贯穿孔中,再利用研磨抛光工艺处理光学侧面。可以理解,本申请对第二光传导部32的结构不作限定,能够传输光即可。
第一导向部33设于座体31的第二表面313上,即第一导向部33设于座体31背离光引擎10的一面,第一导向部33用于与光纤阵列单元50插接于一起,使光纤阵列单元50贴合于座体31的第二表面313上。第一光传导部13(光波导131、折光件135)、第二光传导部32与光纤阵列单元50形成能够传输光(输入光信号、输出光信号)的光路。
可以理解,在一些实施方式中,座体31包括连接设置的透光区域及非透光区域,也就是说,座体31的局部区域可以为透光区域,第二光传导部32设置于透光区域,第一导向部33可设置于非透光区域或透光区域。
请结合参阅图3、图4、图8,光引擎组件103还包括限位件40,限位件40用于限定耦合座30与光纤阵列单元50的相对位置,减少耦合座30相对光纤阵列单元50运动的可能性,防止光纤阵列单元50脱离耦合座30。
限位件40包括主体41及与主体41连接设置的弹性臂43。主体41与耦合座30固定连接,主体41贴合于光纤阵列单元50上,弹性臂43抵持于光纤阵列单元50上,使光纤阵列单元50限定在耦合座30上。通过弹性臂43的弹性力将光纤阵列单元50的位置限定在耦合座30上,增强耦合座30与光纤阵列单元50之间的连接稳定性,并进一步降低了光引擎组件103的组装难度。
主体41具有中空腔410。耦合座30固定收容于中空腔410内,光纤阵列单元50穿设于中空腔410,中空腔410的侧壁贴合于耦合座30的座体31上与光纤阵列单元50上。由于耦合座30被封闭于主体41内,光纤阵列单元50与耦合座30连接的一端被封闭于主体41内,从而减少耦合座30、光纤阵列单元50在组装、使用过程中被污染的可能性。
本实施方式中,主体41通过胶体与耦合座30的座体31的周壁粘接于一起,使主体41与耦合座30密封连接,从而降低灰尘等杂质进入主体41内部污染光路的可能性。可以理解,主体41与耦合座30之间的连接方式不作限定,例如,主体41的侧壁可以与耦合座30的座体31卡接。
主体41还设有凹槽411,凹槽411贯通主体41的中空腔410的侧壁,凹槽411沿第三方向(如图8中所示的Z方向)延伸。由于主体41设有凹槽411,从而增大了主体41的变形能力,方便光纤阵列单元50的插拔。凹槽411包括沿座体31与芯体11层叠方向相对设置的第一端4111与第二端4113,相较于第二端4113,第一端4111更为靠近光引擎10(如图3所示)设置。弹性臂43固定于凹槽411的第一端4111的侧壁上并沿凹槽411延伸。
弹性臂43的数量为两个,两个弹性臂43沿第二方向(如图8中所示的Y方向)间隔设置于主体41上。光纤阵列单元50被夹持于两个弹性臂43之间,以增强光纤阵列单元50与耦合座30之间的连接稳定性。弹性臂43可受力向主体41外运动,从而增大两个弹性臂43之间的开口口径,方便光纤阵列单元50进入中空腔410,提高光互连系统1000的组装便利性。
可以理解,本申请不限定弹性臂43的个数,弹性臂43可以为1个、三个或更多个。
弹性臂43包括连接设置的连接部431及抵持部433,连接部431远离抵持部433的一端固定连接于主体41上。抵持部43弹性抵持于光纤阵列单元50上,实现限位件40将光纤阵列单元50限定在耦合座30上,减小光纤阵列单元50相对耦合座30运动的可能性,防止光纤阵列单元50从耦合座30上脱离。连接部431固定于凹槽411的第一端4111的侧壁上并沿凹槽411延伸。抵持部433露出凹槽411的第二端4113并朝向光纤阵列单元50所在方向延伸,以增强弹性臂43夹持光纤阵列单元50的夹紧力。
本实施方式中,抵持部433大致呈S形的弯曲结构,以增强弹性臂43的弹性变形能力。可以理解,本申请对弹性臂43的结构不作限定,例如方形结构,本申请对弹性臂43设置于主体41上的位置不作限定,例如,凹槽411可以省略,可以将弹性臂43直接设于主体41远离光引擎10的一端。
本实施方式中,限位件40采用易成型的金属材料制成,弹性臂43与主体41一体制成,主体41通过胶体粘接到光引擎10上,两侧的弹性臂43可通过定制的夹具实现开合。在进行光纤阵列单元50插拔操作的时候,使弹性臂43受力向主体41外运动,待光纤阵列单元50插入主体41并与耦合座30插接后合上,对光纤阵列单元50起到固定和压紧的作用。可以理解,弹性臂43与主体41的材质也可以不相同。
请结合参阅图6a与图9,光纤阵列单元50包括导光基座51及固定于导光基座51上的光纤53。导光基座51收容于限位件40的中空腔410内。导光基座51、座体31与芯体11依次层叠设置。导光基座51朝向光引擎10的一面设有第二导向部515(如图10所示)。第二导向部515与第一导向部33插接于一起,用于对导光基座51相对耦合座30的运动进行导向,实现在将光纤阵列单元50插接于耦合座30或将光纤阵列单元50从耦合座30拔除时的导向和定位。
本实施方式中,第一导向部33(如图7所示)为导向柱,座体31设有贯通第一表面311与第二表面313的通孔(图未示),通孔中固定有导向柱(例如精密导向柱),第二导向部515为导向孔,导向柱收容于导向孔内,实现光纤阵列单元50和耦合座30之间的精密对准和可插拔定位。导向柱包括但不限定为金属、玻璃或陶瓷等材质,导向柱远离座体31的顶侧面具有倒角,以便于插拔组装的对准和导向。
可以理解,第一导向部33与第二导向部515中的其中一个为导向柱,第一导向部33与第二导向部515中的另一个为导向孔,导向柱插接于导向孔内,例如,在其它实施方式中,第一导向部33为导向孔,第二导向部515为导向柱。
可以理解,本申请对光纤阵列单元50与耦合座30的可插拔连接的方式不作限定,例如,耦合座上设置滑槽,光纤阵列单元50的侧壁上设有滑块,通过滑块滑动设置于滑槽内,实现光纤阵列单元50与耦合座30的可插拔连接。
导光基座51上可设置V形槽或固定孔,通过粘胶的方式将光纤53固定于V形槽或固定孔。光引擎10的第一光传导部13所形成的光通道、第二光传导部32所形成的光通道、光纤53所形成的光通道对准,形成可传输光的光路。导光基座51朝向座体31的面通过研磨抛光工艺处理。光纤53的数量为多个。光纤53的端面经过光学研磨,光纤53的端面与耦合座30的座体31上的第二光传导部32光耦合,实现输入光信号的接收和输出光信号的发送。
导光基座51朝向光引擎10的一面设有第二导向部515,第二导向部515与耦合座30的第一导向部33可实现精密对准和限位,保证光纤阵列单元50在插拔过程中光路的对准和耦合;光纤53远离座体31的另一端可设置光纤连接器(例如MT、LC、DLC、SC等)以固定外 部的光纤。光纤53也可通过熔接的方式与外部的光纤连接。本实施方式中,光纤阵列单元50的光纤53中的光纤为弯曲结构,光纤53的弯曲角度大致为90°。可以理解,在一些十四方式中,光纤53可以为直线结构。
在光纤阵列单元50组装于耦合座30的过程中,无需通光及监控光路的插损,而是通过第二导向部515与第一导向部33的插接进行快速定位,使光纤阵列单元50与耦合座30的预设安装区域贴合于一起,即光纤阵列单元50与光引擎10通过无源耦合的方式实现光耦合,因此,提高了光纤阵列单元50组装于光引擎10的组装效率。
导光基座51的外壁上凸设有抵持台阶513。在光纤阵列单元50插入限位件40并与耦合座30插接于一起时,弹性臂43的抵持部433抵持于抵持台阶513上。抵持台阶513用于限制导光基座51相对主体41运动,降低光信号传输过程中的光损耗,及进一步提高光引擎组件103的可靠性。本实施方式中,抵持台阶513沿第三方向延伸,用于限制导光基座51沿第三方向相对主体41运动。
以下对光互连系统1000的组装流程进行简单介绍。
请参阅图11,将光引擎10设置于基板300。光引擎10与基板300通过焊料或胶体固定。光引擎10与基板300的电连接可通过金线绑定,例如通过高温回流焊工艺。可以理解,光引擎10上可在第二安装面113上设置焊盘,光引擎10与基板300的电连接也可通过光引擎10上的焊盘与基板300焊接实现。在一些实施方式中,光引擎10与基板300之间还可通过可插拔的电连接器固定和连接。
请参阅图12,将耦合座30(如图6a所示)、限位件40与光纤阵列单元50组装于一起,及将耦合座30与光引擎10之间实现有源耦合。例如,光引擎10通常包括用于与光纤阵列单元50耦合的一对或多对直通波导,光纤阵列单元50对应直通波导设有对应的一对或多对通道;将每对通道中的一个外接光源,另一个外接光功率计;耦合时在线监控链路插损,插损最小时在耦合座30与光引擎10之间点胶并固化,从而实现光引擎10的第一光传导部13的通道、第二光传导部32的通道、光纤阵列单元50的通道的对准。耦合座30与光引擎10固化后,将光纤阵列单元50从耦合座30移除。以上述类似的方式,将其他的光引擎组件103(如图2所示)的光引擎10、耦合座30、限位件40设置于基板300上。
移除光纤阵列单元50后(如图13所示),光引擎10、耦合座30、限位件40、基板300组成一个预制体,预制体通过回流焊焊接与网络设备3000的系统电路板2000电连接。
完成其他部分组装后,将光纤阵列单元50无源插入到限位件40中,光纤阵列单元50与耦合座30无源对准后,即完成组装(如图1所示)。如果在插入光纤阵列单元50之后再发生断纤的问题,将光纤阵列单元50拔出更换即可。
基板与光引擎之间的电连接,基板与系统电路板之间的电连接,需要通过回流焊(焊接温度高达260℃)保证射频性能和损耗,而光纤、光纤连接器不耐高温,容易损坏。
而本申请中,在预制体焊接至网络设备3000的系统电路板2000之前,完成光学阵列单元50、耦合座30与光引擎10之间的预对接(即光引擎10的第一光传导部13、第二光传导部32、光纤阵列单元50的光路对准),相当于在芯片级即完成光引擎10、耦合座30与光纤阵列单元50之间的预对接。在完成光学阵列单元50、耦合座30与光引擎10之间的预对接后,将光纤阵列单元50拔除,再将预制体的基板300焊接至网络设备3000的系统电路板2000上;预制体焊接至网络设备3000的系统电路板2000上后,再将光学阵列单元50与耦合座30插接于一起。如此,降低光互连系统100焊接至网络设备3000的系统电路板2000上时的高温对造成光纤阵列单元50损坏的可能性,有利于降低电耦合与光耦合的工艺不兼容的问题 及降低耦合的难度。
请参阅图14与图15,本申请第二实施方式提供的光互连系统1000的结构与第一实施方式提供的光互连系统1000结构大致相同,不同在于,基板300包括层叠设置的第一基板301与第二基板303,电交换芯片102设于第二基板303背离第一基板301的一面,光引擎10设于第二基板303背离第一基板301的一面。光引擎10用于将输出电信号转换成输出光信号,及探测输入光信号并将输入光信号转换成输入电信号。本实施方式中,电交换芯片102与第二基板303电连接,光引擎10与第二基板303电连接,其中,第一基板301为网络设备的单板,第二基板303为光电载板。可以理解,第一基板301不限定为网络设备的单板,第二基板303不限定为光电载板,第一基板301能够承载第二基板303,第二基板303能够承载光引擎组件103、电交换芯片102即可。
具体地,第一基板301上设有光纤接口400与外置光源池109,光纤接口400通过光纤201与光引擎组件103连接,光纤接口400与外部光纤203连接,外置光源池109通过光源池光纤204与光纤阵列单元50连接。
从外置光源池109发出未经调制的激光,通过光源池光纤204传送到光纤阵列单元50,并耦合到光引擎10上的第一光传导部(图未示)。经过光引擎10调制后的输出光信号,再耦合到光纤阵列50,并通过光纤201连接到光纤接口400,进一步传输到外部光纤203,完成输出光信号的发送。
从外部光纤203中传输过来的输入光信号通过光纤接口400传送到光纤201,之后通过光纤阵列单元50耦合至光引擎10,在光引擎10中实现光探测和光电转换,完成输入光信号的接收。
第二实施方式中,电交换芯片102与光引擎组件103设于第二基板303从而形成一个整体,方便了光互连系统1000的组装与拆卸。另外,光引擎10集成将输出电信号转换成输出光信号,及探测输入光信号并将输入光信号转换成输入电信号的功能为一体,有利于简化光通信部件100的结构,以及进一步降低光互连系统1000的组装难度与布线难度。
请参阅图16与图17,本申请第三实施方式提供的光引擎组件103与第一实施方式提供的光引擎组件103的不同在于,光纤阵列单元50与光引擎10采用边缘耦合的方式实现光耦合。
比较具体地,光引擎10包括芯体11与嵌设于芯体11内的第一光传导部13。芯体11包括第一安装面111、第二安装面113及侧面115,第一安装面111与第二安装面113相对设置,侧面115连接于第一安装面111与第二安装面113之间。第一安装面111固定于基板300上。第一光传导部13包括光波导(图未示)。第一光传导部13的光波导的导光面位于芯体11的侧面115上,用于传输光。
侧面115因第一光传导部13的光波导端面处理工艺和裂片工艺不一致形成台阶1151(如图18所示)。请参阅图19,耦合座30包括座体31、第二光传导部32及第二导向部33。座体31包括相对设置的第一表面311与第二表面313。第一表面311设有配合台阶3111,配合台阶3111与光引擎10的台阶1151(如图18所示)配合连接,以降低耦合难度,提升粘接可靠性。第二光传导部32嵌设于座体31内,第二光传导部32与第一光传导部13的导光面光耦合。第二导向部33凸设于第二表面313上,即第二导向部33凸设于座体31背离光引擎10的一面。
本实施方式中,耦合座30、光纤阵列单元50沿第一方向(如图17所示的X方向)排列设置,光引擎10与基板300沿第三方向(如图17所示的Z方向)层叠设置。
以输出光信号的发送(如图18所示的实线I I I)为例,输出光信号经第一光传导部13经耦合座30再由光纤阵列单元50输出。输出光信号的传输方向沿第一方向,光在第一光传导部13与第二光传导部32的传输方向平行于耦合座31与光纤阵列单元50的排列方向,第二光传导部32、耦合座30、光纤阵列单元50所形成的光路未弯折,可减少光路中的光损耗。
请结合参阅图16、图17、图18、图20,光引擎组件103还包括加强垫块60,加强垫块60固定于光引擎10的芯体11上,加强垫块60固定于座体31的第一表面311上,即加强垫块60固定于座体31的背离第一导向部33的一面。光引擎10位于加强垫块60与基板300之间。
本实施方式中,请结合参阅图17与图21,限位件40为金属簧片。限位件40包括主体41及与主体41连接设置的弹性臂43。弹性臂43抵持于光纤阵列单元50上,实现限位件40将光纤阵列单元50限定在耦合座30上,防止光纤阵列单元50脱离耦合座30。
主体41为片体结构。主体41包括沿座体31与芯体11层叠方向(如图17所示的X方向)相对设置的第一端411与第二端413。主体41的第一端411靠近芯体11设置。弹性臂43包括第一弹性臂435及第二弹性臂437。第一弹性臂435及第二弹性臂437均包括连接部431及抵持部433,第一弹性臂435的连接部431与主体41的第一端411固定连接。第二弹性臂437的连接部431与主体41的第二端413固定连接。主体41、第一弹性臂435与第二弹性臂437共同围成夹持空间。加强垫块60、耦合座30与光纤阵列单元50依次排列于夹持空间内。第一弹性臂435的抵持部433通过加强垫块60与耦合座30的座体31抵持,第二弹性臂437的抵持部433与光纤阵列单元50抵持,从而限位件40将光纤阵列单元50限定在耦合座30上。
本实施方式中,第一弹性臂435与第二弹性臂437沿第一方向间隔排列于主体41上。第一弹性臂435的数量为两个,第二弹性臂437的数量为两个。两个第一弹性臂435沿第二方向间隔排列于主体41的第一端411上,两个第二弹性臂437沿第二方向间隔排列于主体41的第二端413上。光引擎10被两个第一弹性臂435夹持,光引擎10位于两个第一弹性臂435之间。光纤阵列单元50被两个第二弹性臂437夹持,光纤阵列单元50位于两个第二弹性臂437之间。
由于限位件40通过第一弹性臂435与第二弹性臂437,将光引擎10、耦合座30、光纤阵列单元50组装于一起,进一步提高了耦合座30与光引擎10之间的连接稳定性,进而提高了光路的稳定性。
本实施方式中,光纤阵列单元50的光纤53中的光纤为直线结构,由于光纤53不用弯曲90°,第二光传导部13、耦合座30、光纤阵列单元50中的光纤53所形成的光路沿第一方向延伸,减少光损耗。
光纤阵列单元50还可以包括光纤尾套(图未示),用来固定光纤53的尾纤,减少光纤受到的应力,降低断纤的风险。
本实施方式中,加强垫块60与光引擎10的芯体11(第二安装面113及/或侧面115)通过胶体粘接,加强垫块60通过胶体固定于座体31的第一表面311。加强垫块60朝向基板300的一面设有收容槽62,光引擎10穿设于收容槽62。利用加强垫块60增加光引擎10和耦合座30之间的接触面积(如粘接面积),从而增大光引擎10和耦合座30之间的连接稳定性(如提高粘接力),降低因光纤阵列单元50的插拔带来耦合座30脱落的风险性。本实施方式中,为了加强垫块60与光引擎10实现热膨胀系数匹配,加强垫块60的材质可以为玻璃,也可用硅、陶瓷等其它材料。在组装时,耦合座30先通过有源耦合的方式与光引擎10的第一光传 导部13的导光面耦合,再通过胶体固定于加强垫块60上。
以下对光互连系统1000的组装流程进行简单介绍。
如图22所示,将光引擎10设置于基板300上。光引擎10与基板300通过焊料或胶水固定。光引擎10与基板300的电连接可通过金线绑定,例如通过高温回流焊工艺。
如图23所示,将加强垫块60固定套设于光引擎10上,将光纤阵列单元50与耦合座30插接于一起,将耦合座30通过有源耦合的方式贴合于光引擎10上。光引擎10通常包括用于与光纤阵列单元50耦合的一对或多对直通波导,光纤阵列单元50对应直通波导设有对应的一对或多对通道;将每对通道中的一个外接光源,另一个外接光功率计;耦合时在线监控链路插损,插损最小时在耦合座30与光引擎10之间点胶并固化,从而实现光引擎10的第一光传导部13的通道、第二光传导部32的通道、光纤阵列单元50的通道的对准。将其他的光引擎组件103(如图16所示)的光引擎10、耦合座30、加强垫块60通过类似方式设置在基板300上。
如图24所示,将光纤阵列单元50拆除。移除光纤阵列单元50后,可将带着光引擎10、耦合座30的整个组件通过焊接或其他方式与基板300连接。
如图25所示,完成其他部分组装后,将光纤阵列单元50与耦合座30无源耦合,再用夹具将限位件40覆盖于加强垫块60、耦合座30、光纤阵列单元50上,使加强垫块60、耦合座30、光纤阵列单元50固定于限位件40的夹持空间内即完成最后的操作。如果在插入光纤阵列单元50之后再发生断纤的问题,将光纤阵列单元50拔出更换即可。
可以理解,加强垫块60可以省略,弹性臂43包括第一弹性臂435及第二弹性臂437,第一弹性臂435的连接部431与主体41的第一端固定连接,第二弹性臂437的连接部431与主体41的第二端固定连接,主体41、第一弹性臂435与第二弹性臂437共同围成夹持空间,耦合座30与光纤阵列单元50收容于夹持空间内,第一弹性臂435的抵持部433与耦合座30抵持,第二弹性臂437的抵持部433与光纤阵列单元50抵持。
应当理解的是,可以在本申请中使用的诸如“包括”以及“可以包括”之类的表述表示所公开的功能、操作或构成要素的存在性,并且并不限制一个或多个附加功能、操作和构成要素。在本申请中,诸如“包括”及/或“具有”之类的术语可解释为表示特定特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合,但是不可解释为将一个或多个其它特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合的存在性或添加可能性排除在外。
此外,在本申请中,表述“及/或”包括关联列出的词语中的任意和所有组合。例如,表述“A及/或B”可以包括A,可以包括B,或者可以包括A和B这二者。
在本申请中,包含诸如“第一”和“第二”等的序数在内的表述可以修饰各要素。然而,这种要素不被上述表述限制。例如,上述表述并不限制要素的顺序及/或重要性。上述表述仅用于将一个要素与其它要素进行区分。例如,第一用户设备和第二用户设备指示不同的用户设备,尽管第一用户设备和第二用户设备都是用户设备。类似地,在不脱离本申请的范围的情况下,第一要素可以被称为第二要素,类似地,第二要素也可以被称为第一要素。
当组件被称作“连接”或“接入”其他组件时,应当理解的是:该组件不仅直接连接到或接入到其他组件,而且在该组件和其它组件之间还可以存在另一组件。另一方面,当组件被称作“直接连接”或“直接接入”其他组件的情况下,应该理解它们之间不存在组件。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。