專利名稱：光學互連件的制作方法
光學互連件
背景技術：
光束或光信號經(jīng)常被用于傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)。例如，光信號可以被用于在鄰近電路板上的電子部件之間或在單個電路板上的電子部件之間長距離傳輸數(shù)據(jù)。光通信的一個方面是光通道與諸如背板、電子器件、半導體激光器、圖像探測器、其它部件的各種其它器件之間的互連件。好的光學互連件具有高的耦合效率，易于實現(xiàn)耦合，具有模塊性、高可靠性和低成本。


附圖示出這里所述原理的各個實施例，并且是本說明書的一部分。所示出的實施例僅僅是示例并且不限制權利要求的范圍。圖IA和圖IB是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的光學互連件系統(tǒng)的說明性實施例的截面圖。圖2是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的與將光束分為兩部分的有源光學元件的說明性模塊化光學互連件的圖。圖3A-圖3D是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的執(zhí)行各種光學操作的模塊化光學互連件的說明性實施例。圖4A和圖4B是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的與光學背板接口的各種模塊化光學互連件的說明性實施例。圖5是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的連接至光纖基光學背板的各種光學互連件的說明性實施例。圖6A和圖6B是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的模塊化光學互連件的透視圖。圖7是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的連接至光學背板的模塊化光學互連件的透視圖。圖8是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的連接至光學背板的模塊化光學互連件的側視圖。圖9A是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的菊花鏈網(wǎng)絡架構的圖。圖9B是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的在菊花鏈網(wǎng)絡架構中配置的光學互連件系統(tǒng)的圖。圖IOA是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的總線網(wǎng)絡架構的圖。圖IOB是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的在總線網(wǎng)絡架構中配置的光學互連件系統(tǒng)的圖。圖IlA是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的星型網(wǎng)絡架構的圖。圖IlB是根據(jù)這里所述原理的一個實施例的在星型網(wǎng)絡架構中配置的光學互連件系統(tǒng)的圖。圖12是根據(jù)這里所述原理的一個實施例，通過將模塊化光學互連件插入光學背板而定制的光學互連件系統(tǒng)的圖。
圖13是示出根據(jù)這里所述原理的一個實施例的用于使用模塊化光學互連件對光學互連件系統(tǒng)進行重新配置的一個說明性方法的流程圖。在整個附圖中，相同的附圖標記指代相似但不一定相同的元件。
具體實施例方式光束或光信號經(jīng)常被用于傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)。例如，光信號可以被用于在單個電路板上的電子部件之間或在鄰近電路板上的電子部件之間傳輸數(shù)據(jù)。這些光信號可以使用波導來路由。波導通過施加控制光能量的擴展并將其引導到期望位置的邊界來承載光能量。光通信的一個方面是光通道與諸如背板、電子器件、半導體激光器、圖像探測器、其它部件的各種其它器件之間的互連件。波導之間好的光學互連件應該具有高的耦合效率，易于實施耦合，具有低成本、可重配置性，產(chǎn)生可靠連接，并且因為可以像系統(tǒng)帶寬增加那樣執(zhí)行的能力而抗退化。形成光學互連中的挑戰(zhàn)之一是光通道通常非常小(對于單模光纖在10微米數(shù)量級，并且對于多模光纖在62. 5微米數(shù)量級)。另一個挑戰(zhàn)是處理光信號離開這些光纖時的發(fā)散。為了將光纖與另一個光纖對準，通常需要昂貴的高精度部件。實施這種連接也是費時的，并且最終的連接經(jīng)常是非常固定的。因此，對光學系統(tǒng)的重新配置經(jīng)常丟棄重新連接起來并不經(jīng)濟的大量硬線連接的硬件。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過將從光通道離開的光準直為直徑大于通道本身的光束，實現(xiàn)光學互連的對準精度會降低。因此，可以使用更加便宜的材料和制造工藝來生成具有期望精度水平的零件。然后，光學互連件系統(tǒng)的部件可以被模塊化，使得它們易于重新配置和重復使用。這提供了具有插頭和可重新配置能力的低成本互連結構。模塊化光學互連件允許在同一光學背板上進行點對點連接、分光、合并、多點發(fā)送。這些模塊化光學互連件與中空金屬波導或正規(guī)實芯光波導兼容。中空金屬波導具有傳播通過中空金屬波導的光被近似對準、 具有低衰減并且當光離開波導時呈現(xiàn)極低的發(fā)散角的特性。這種低發(fā)散角允許以低的損耗通過小空氣隙耦合到其它的中空金屬波導。另外，可以使各種光學功能成為互連件的一部分。例如，這些功能可以包括從波導中去除預定量的光功率的光學分接頭，從一個端口提取光功率并且將該光功率拆分為兩個或更多個分立的光束的分光器，從兩個或更多個端口提取輸入并且將它們的光功率合并到一個輸出端口的光學合并器，從波長復合光束中去除特定波長的波長選擇濾波器，以及發(fā)射/接收配置。通過將附加的功能集成到互連件中，光學結構可以通過簡單地拔下互連件部件并使用具有不同功能的不同的互連件部件加以取代來重新配置。在下文中，為了解釋，闡明許多具體細節(jié)，以便提供對本系統(tǒng)和方法的徹底理解。 然而，對于本領域技術人員來說明顯的是，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實現(xiàn)本裝置、 系統(tǒng)和方法。說明書中提及的“實施例”、“示例”或者類似用語的意思是，結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或者特性被包括在至少那一個實施例中，但是不一定包括在其它實施例中。說明書中不同地方的短語“在一個實施例中”或類似短語的不同實例不一定都指相同的實施例。通常將器件光學連接至背板。說明書和所附權利要求中所使用的詞語“背板”指的是具有可以通過多個集成插座或其它插座訪問的多個通信通道的結構。例如，背板可以包含可連接多個分立器件的公共總線。背板通信通道可以包括電線、光纖、中空金屬波導或其它通道。背板可以包含光電變換器、信號處理電路、各種類型的光源和探測器。使用詞語 “光學背板”時，該背板包含被配置為通過該背板傳送光信號的至少一個通道。光學背板可以被分為兩組可以通過電學方式使能以發(fā)射和接收電信號和光信號的有源背板以及傳送和切換在其它地方產(chǎn)生的信號的無源背板。下面描述的原理可以被應用于有源背板、無源背板或混合背板。在說明書和所附權利要求中，詞語“個性化模塊”指的是包含至少一個光學元件的可拆卸可互換元件，該至少一個光學元件對進來和/或出去的光進行操作以顯著改變光的特性。這些特性可以包括光的方向或光譜含量。個性化模塊可拆卸地與互連件對準，并且提供光學互連件系統(tǒng)的即插即用式重新配置。個性化模塊可以被連接至源自于外部部件或源自于背板的光學尾纖。在一些實施例中，個性化模塊可以被置于光學尾纖的每一端。個性化模塊的模塊化性質可以提供測試時的優(yōu)勢、配置系統(tǒng)的靈活性、易于組裝并且在各式各樣的光學系統(tǒng)之間提供兼容。圖IA是說明性光學互連件系統(tǒng)(100)的截面圖。根據(jù)一個說明性實施例，光學互連件系統(tǒng)(100)包括模塊化光學互連件(10 和形成在光學背板(140)上的相應插座 (110)。模塊化光學互連件(10 被形成在光纖(12 的終端上。模塊化光學互連件(10 包括對進出光學通道(12 的光能進行整形的一個或多個微光學元件(13 。根據(jù)一個說明性實施例，微光學元件(13 可以使用精密塑料注射成型而形成。微光學元件可以包括多個簡單透鏡或組合透鏡。例如，簡單透鏡可以被形成為具有球面或非球面輪廓。諸如防刮涂層和抗反射涂層之類的多種涂層可以被沉積在微光學元件的外表面上。另外，為了避免光纖(125)的端面反射，指數(shù)匹配粘合劑(130)可以被插在光纖 (125)和微光學元件(13 之間?？梢曰谠S多因素來選擇指數(shù)匹配粘合劑(130)，包括使粘合劑的光學折射率與光學通道(12 的光學折射率緊密匹配。在光學通道(12 的光學折射率還與微光學元件(13 匹配的設計中，粘合劑的光學折射率可以與光學通道(125) 和微光學元件(13 都匹配。例如，典型光纖的典型光學折射率可以接近1.48。微光學元件可以由聚合物形成，例如由光學折射率接近1.488的聚甲基丙烯酸甲酯形成。折射率基本相似的諸如丙烯酸酯基材料之類的粘合劑可以被插在光纖和微光學元件之間。通過匹配各個部件的光學折射率，可以大大減少或消除各種材料之間的界面處的光學中斷。這使得各個光學界面處的菲涅耳反射和散射減到最小。上面所給的示例僅僅為一個說明性實施例。各種各樣的材料和配置可以被用于形成互連件部件。根據(jù)一個說明性實施例，當使用指數(shù)匹配粘合劑時，光纖(12 的端部可以被“鋸切”。鋸切指的是將光纖切割為期望長度的相對便宜且快速的方法，其導致相對粗糙的端部表面。鋸切光纖通常呈現(xiàn)出大的光學損耗和大量散射。然而，當指數(shù)匹配光學粘合劑被用于將鋸切光纖的端部粘合至另一個光學元件時，光學粘合劑填充鋸切光纖端部的粗糙紋理并且大大地減小粗糙紋理對光透射率的負面影響。因此，在使用指數(shù)匹配粘合劑的情況下， 可以對光纖進行鋸切，而不需要費時的后續(xù)拋光或光纖端部的涂敷。波導T(137)形成從微光學元件向下延伸并分支為左路徑和右路徑的光學路徑。 根據(jù)一個說明性實施例，波導Τ(137)由相交的中空金屬波導段形成。波導Τ(137)可以包含一個或多個光學元件(150)。根據(jù)一個說明性實施例，波導T(137)的水平段被配置為與穿過光學背板(140)的光學通道(115)對準。模塊化光學互連件(10 被配置為通過插座(110)容納在光學背板(140)中。模塊化光學互連件(10 可以包括許多對準特征，包括特定的外部幾何形狀、通道、銷或其它對準特征。根據(jù)一個說明性實施例，模塊化光學互連件(10 包括在模塊化光學互連件 (105)被插入插座(110)中時被對準孔(145)容納的至少兩個對準銷(120)。在圖IB中，模塊化光學互連件(105)已經(jīng)被插入插座(110)中。對準銷(120)容納于對準孔(145)中，以在模塊化光學互連件(10 和光學背板(140)之間提供旋轉轉向對準。然后波導T(137)與中空金屬波導(115)對準。輸入光束(155)沿光纖(125)前進，穿過指數(shù)匹配粘合劑(130)，并且被微光學元件(13 準直。該準直光束(160)向下前進到波導T(137)并且遇到光學元件(150)。光學元件(150)可以是許多光學部件中的任一種。在該例子中，光學元件(150)是反射楔，其將準直光束分成水平前進到中空金屬波導(11 的兩束輸出光束(162、165)。在該說明性示例中，光學互連件系統(tǒng)(100)已經(jīng)將光纖(125)中的以折射方式引導的光轉換為準直光束(160)。光束(160)的準直性質非常適于行進通過中空金屬波導 (115)，因為其將光與中空金屬波導(115)側面的反射次數(shù)減到最小。中空金屬波導(115)包括被高反射金屬壁圍繞的中空空氣芯。中空金屬波導可以以包括硅、玻璃或塑料的各種襯底制造而成。包括切割、激光加工、濕法和干法刻蝕、注射成型、壓模、擠壓成型和其它合適工藝的多種圖案化工藝可以用于形成中空金屬波導。根據(jù)一個說明性實施例，然后使用濺射工藝金屬化這些溝槽的側壁和底面，以提供關注波長的高反射表面。例如，銀可以被濺射涂敷到溝槽內，以提供反射涂層。在某些實施例中，有利的是，在銀上涂覆諸如氮化鋁的保護涂層并防止氧化的鈍化層。另外，可以提供下涂層，以改善銀與襯底的附著力。然后可以將波導覆蓋件附到圖案化的襯底上，以覆蓋溝槽并完成中空金屬波導。中空金屬波導截面的典型尺寸可以接近150微米X 150微米或者300微米X300微米。波導的尺寸和幾何圖形可以根據(jù)具體設計而改變。中空金屬波導的低指數(shù)空氣芯導致在更廣泛研究的聚合物基波導中未發(fā)現(xiàn)的一些獨特的特征。這些中空金屬波導提供光學互連件系統(tǒng)所需的極低光學損耗、低衍射損耗和低模態(tài)色散的潛能。與聚合物波導或其它固體波導相比，中空金屬波導在輸入和輸出面處沒有反射損耗。以硅制造并且涂敷有銀的中空金屬波導的某些實施例已實現(xiàn)了低于 0. 05dB/cm的損耗。中空金屬波導的空氣芯產(chǎn)生極小的光學色散，這允許中空金屬波導以接近于太赫茲頻率的速率傳輸數(shù)據(jù)。圖2是類似于圖1所示模塊化光學互連件(100，圖1)的說明性模塊化光學互連件 (200)的圖。兩個光學互連件之間的一個區(qū)別是缺少位于微光學元件(13 和光纖(125) 出口端之間的指數(shù)匹配粘合層。離開光纖(12 的快速發(fā)散光(21 被微光學元件(135) 準直，并且前進到中空金屬波導T(160)中。在波導T(137)的交點處，光學元件(20 執(zhí)行對入射光束(160)的光學操作。在該例子中，光學元件(20 是反射楔，其將光分為左輸出光束(16 和右輸出光束(165)。反射楔O05)的水平位置可以被改變以修改每個方向上反射光的量?？梢苑胖梅瓷湫∣05) 的水平位置的范圍由反射楔(205)下面的雙箭頭示出。例如，通過將反射楔(205)滑至左
7邊，大部分準直光(106)被反射為波導T(137)的右分支。當反射楔(205)被定位于左邊以使僅僅反射楔的右斜面出現(xiàn)在準直光束(160)面前時，所有準直光(160)向右反射。相反， 當反射楔(20 完全被定位于右邊以使僅僅反射楔的左斜面出現(xiàn)在準直光束(160)面前時，所有準直光(160)向左反射。準直光(160)中被反射到波導T左邊分支和被反射到波導T右邊分支的比例可以通過改變反射楔Q05)的位置而變化。盡管圖2示出源于光纖(125)并被傳輸?shù)焦鈱W背板(140，圖1)中的光，但是相同的配置可以被用于反向操作。例如，傳播通過中空金屬波導(115、圖1)的兩個分立光束可以通過反射楔向上反射，并且進入微光學元件。然后，微光學元件(13 將光束聚焦到光纖 (125)中，以傳輸至外部部件。根據(jù)一個說明性實施例，當形成模塊化光學互連件(200)時，反射楔(20 被固定在期望的水平位置?？商鎿Q地，反射楔可以在模塊化光學互連件O00)內動態(tài)地或手動地平移，從而改變模塊化光學互連件O00)的左/右分光特性。圖3A-圖3D示出可以在模塊化光學互連件(300、305、310、315)中使用的各種其他說明性光學元件(320、325、330、335、340)。圖3A示出包括放置于波導T (137)的交點處的低剖面楔(320)的模塊化光學互連件(300)。通常，傳播通過中空金屬波導的光完全均勻地分布在中空金屬波導的橫截面區(qū)域。低剖面楔(320)僅僅覆蓋中空金屬波導內部區(qū)域的一部分。因此，向上反射到微光學元件(13 的光的量與內部區(qū)域被低剖面楔(320)覆蓋的部分成正比。剩余的光沒有向上反射，而是繼續(xù)沿中空金屬波導行進，并離開光學互連件。這產(chǎn)生了基于區(qū)域的光學分接頭，其允許行進通過光學背板的光的一部分被偏轉到模塊化光學互連件(300)中，而不阻斷剩余的光通過互連件的通路。圖:3B是說明性模塊化光學互連件(305)，其包括以一角度與波導T (137)的水平分支交叉延伸的光學元件(325)。根據(jù)一個說明性實施例，該光學元件(32 可以是部分反射膜、基于區(qū)域的反射膜、光譜選擇反射器、偏振選擇膜等。例如如果光學元件(325)是與中空金屬波導(137)的整個區(qū)域交叉延伸的部分反射膜，則光中位于整個區(qū)域上方的部分會向上被反射到微光學元件中。對于基于區(qū)域的反射膜，一部分膜會被反射性涂敷，并且膜的剩余部分將保持透明。因此，入射到膜的反射部分上的光會被向上引導到微光學元件中。 附加地或可替換地，該膜可以基于其光譜或偏振特性選擇性反射光。例如，該膜可以向上反射特定波長或偏振，同時允許具有其它波長或偏振的光穿過該膜并繼續(xù)沿中空金屬波導行進。光學元件(32 可以是薄膜、薄光學板、具有成角度的表面的棱鏡或其它適合的光學部件。圖3C是說明性接收/發(fā)射光學互連件(310)的圖。在該說明性實施例中，波導T 的一側被分為兩個分立通道左通道(330)和右通道(33 。左通道(330)和右通道(335) 都成L形，在每個通道的拐角處具有反射表面。該反射表面對行進通過L形通道的光進行重新定向。一個通道可以被用于從中空金屬波導接收光信息，并且其它的側面可以被用于將光學配置傳輸回中空金屬波導中，并且反之亦然。通道(330、335)中的每一個具有將通道中行進的準直光能量改變90°的反射壁。在期望中空金屬波導中的整個光束被去除、處理然后以改變的或新的形式返回到同一波導時，這種結構是有優(yōu)勢的。例如，如果光信號需要相位修正，則可以使用接收/發(fā)射光學互連件(310)對整個光信號進行去除、相位修正或者返回中空金屬波導?？梢詧?zhí)行各種其它操作，包括放大和濾波。
8
圖3D是說明性的貫通光學互連件(315)的圖。在該說明性實施例中，光學互連件包括水平波導段(340)，其將光學背板中的左波導連接至光學背板中的右波導。該貫通光學互連件可以被用于填充現(xiàn)在不使用的插座(110、圖1)。這將保護終止于插座中的波導免受污染或損壞。另外，貫通光學互連件(315)中的波導段(340)可以不是從左側的波導筆直通到右邊的直接相對的波導。相反，波導段(340)可以被用于將光信號重新路由至期望的光波導。圖4A和4B是光學互連件系統(tǒng)000)的一個說明性實施例的截面圖。在該說明性實施例中，光學背板(405)包括中空金屬波導(408)和插座010、425、440、455)?；ミB件 (300、305、310、315)被配置為安裝在插座010、425、440、455)內，并且對光纖的輸出進行準直和/或將輸入光束引導到光纖開口中。第一互連件是基于區(qū)域的分光器互連件(300)， 并且第二互連件是分光/合并光學互連件(30 。第三互連件是包括左通道和右通道的接收/發(fā)射光學互連件(310)。第四互連件是貫通互連件，其被設計為填充插座(410)并保護中空金屬波導(408)免受污染或損壞。如上所述，互連件(300、305、310、315)和插座010、 425,440,455)是模塊化的。因此，任一個互連件可以與任一個插座配對。在圖4A中，基于區(qū)域的分光器互連件(300)在第一插座(410)上方，分光/合并光學互連件(30 在第二插座G25)的上方，發(fā)射/接收光學互連件(310)在第三插座(440)的上方，并且貫通互連件(315)在第四插座055)的上方。圖4B示出安置在光學背板(405)的插座010、425、440、455 ；圖4A)中的各種互連件(300、305、310、315)。在圖4B所示的說明性配置中，從左向右行進穿過中空金屬波導 (408)的光線(402)首先遇到第一互連件(300)的基于區(qū)域的分光器?；趨^(qū)域的分光器將一部分光線向上引導到第一互連件(300)中，在第一互連件(300)中光線由微透鏡聚焦到光纖中。光線的剩余部分繼續(xù)行進通過中空金屬波導008)，并且遇到分光/合并元件。 一部分光能被向上引導到第二互連件(305)中。剩余的光能繼續(xù)通過中空金屬波導008) 并且全部被偏轉到第三互連件(310)的左通道中。第三互連件(310)可以將相同的光信號或不同的光信號發(fā)送出右通道。然后該信號移動通過中空金屬波導(408)和貫通互連件 (315)。圖5是說明性光學互連件系統(tǒng)(500)的截面圖，其使用光纖(510)作為光學背板中的波導而不是使用上面附圖所示的中空金屬波導。在該說明性實施例中，互連件(520、 525,535,545)與上面圖4A和圖4B所述的基本類似。多種光學部件(530、M0、550)和附加透鏡(51 被形成在互連件((520、525、5355妨)內。附加透鏡(51 被用于將光從光纖變換到準直的自由空間，并變換回來。當光離開互連件中的光纖時，光被微透鏡準直。然后， 各個光學部件(530、M0、550)處理準直的光，然后將其引導到光學背板(50 的光纖(515) 中。光從光纖(510)到互連件的傳輸以與離開光纖(510)的光由相關微透鏡(515)準直并和插座中的光學部件相互作用類似的方式發(fā)生(如果有的話)。被向上引導到互連件中的光的部分被聚焦到相關的光纖中。圖6A和圖6B是說明性互連件(600)的透視圖，互連件(600)包括互連件主體 (605)和與互連件主體(605)咬合的個性化模塊(610)。根據(jù)一個說明性實施例，光學帶 (612)連接至互連件主體(605)。光學帶(612)可以容納一個或多個光纖或其它光通道。在圖6A和圖6B所示的示例中，光學帶(612)由12條分立光纖組成。光纖帶(612)可以使用將光纖帶的終端端部引導到互連件主體(615)中的期望位置的V形溝槽，而被定位在互連件主體(615)內。光纖帶(61 和互連件主體(615)的對準可以發(fā)生在制造過程中或者可以在現(xiàn)場完成。光纖在互連件主體(605)的主體(615)中終止，并且通過微透鏡(620)陣列準直。 互連件主體(605)的主體(61 包括側面突出部(630)和C形托架(655)。兩個精密銷 (625)從主體(615)延伸并通過微透鏡陣列(620)。根據(jù)一個說明性實施例，銷(625)可以為微透鏡陣列(620)提供對準?？梢允褂酶鞣N其它對準技術，包括球錐、塊角以及其它技術。這些技術可以被修改或合并以便為給定應用提供期望的對準水平。如上所述，微透鏡陣列(620)可以使用指數(shù)匹配光學粘合劑被粘合至主體(615)的底部和光纖的終端端部。 附加地或可替代地，可以使用各種其它粘結技術。在光纖帶(612)中使用包括用于所有光纖的準直光學元件的單片微透鏡陣列 (620)提供許多優(yōu)點。第一，其消除了制備大量分立光學元件的需求。第二，微透鏡陣列 (620)比分立光學元件大，因此易于操控。第三，由于整個微透鏡陣列(620)可以同時與主體(615)對準，因此對準比較簡單。個性化模塊(610)是具有水平基底(647)和向上延伸的兩個臂(642)的U型托架。 水平基底(647)包括被配置為容納銷(625)的兩個孔(635)。當將銷(625)推入孔(635)中并且微透鏡陣列(620)的底面與水平基底(647)的上表面相接觸時，主體(60 與個性化模塊(610)對準。每個臂(642)具有安置在主體(615)中的突出部(630)上的懸突(640)， 從而將個性化模塊(610)緊固到主體(605)。在該說明性實施例中，十二個分立波導段(64 形成在水平基底(647)的上表面。 波導段(645)的中心部分(650)包括各種光學元件，例如基于區(qū)域的分接頭、接收/發(fā)射光學元件、光學濾波器/反射器、分光/合并光學元件以及上面討論的貫通波導。也可以包括多種其它光學元件。通過示例但不限制的方式，光學元件可以包括光探測器、光源、束收集器、各種棱鏡、鏡面、束分光器、波長選擇濾波器或其它光學元件。這些光學元件處理從背板進入互連件的準直光和/或由微透鏡陣列(620)產(chǎn)生的準直光。給定的個性化模塊(610) 可以包括十二個或更多個相同的光學元件或者任何其它期望的光學元件的組合。另外，個性化模塊還可以被配置為兩層或更多層，以便發(fā)射和接收出現(xiàn)在彼此堆疊的中空金屬波導中的光。圖6B是主體(605)被安置在個性化模塊(610)中的說明性示圖。根據(jù)一個說明性實施例，銷(625)的長度使得在主體(605)被安置在個性化模塊(610)中時銷從個性化模塊(610)的底部突出。這允許銷(625)被背板(140，圖1)中的對準孔(145，圖1)接收。根據(jù)一個說明性實施例，互連件(600)的部件可以被塑料注射成型。可以使用很多種塑料，例如熱塑性塑料、熱固塑料、玻璃填充的聚碳酸酯和人造橡膠。在某些情況下， 期望針對互連件內的不同元件使用不同的聚合物。例如，相對硬的聚合物可以被用于主體 (605)，同時更柔軟的聚合物可以被用于附屬閂和光纖帶的應變消除。使用諸如塑料注射成型的便宜制造技術來生產(chǎn)光學互連件的能力可以顯著降低互連件的價格。進一步地，主體 (605)和微透鏡陣列(620)對于所有的互連件都通用，而不用考慮互連件的功能。這進一步減少了零件數(shù)目和制造費用。圖7是光學互連件系統(tǒng)(700)的透視圖，其包括安置在光學背板(730)中的互連件(600)。為清晰起見，僅僅示出光學背板(700)的一部分。光學背板(730)可以包括許多其它部件、插座和光通道。如上所述，主體(605)被安置在個性化模塊(610)中以形成互連件(600)。光學背板(730)包括插座(721)和附屬閂(710)。如上所述，銷(625)從個性化模塊(610)的底部延伸并進入插座(721)底部的對準孔(145，圖1)。附屬閂(710)向上延伸通過C形托架 (655)以捕獲互連件(600)。在這種配置中，銷(62 提供對準，并且附屬閂(710)將互連件(600)保持在合適位置上。許多其它連接方案可以被用于對準和緊固個性化模塊(610)、 互連件主體(60 和背板(730)。背板(730)包括許多光學通道(72 。根據(jù)一個說明性實施例，光學通道(725)是中空金屬波導。如上所述，中空金屬波導可以被構建在包括硅、玻璃或塑料的襯底中。根據(jù)一個說明性實施例，在背板的基底部分(720)中刻出精密槽。然后，精密槽被涂敷有反射涂層。頂板(715)的下表面也涂敷有反射涂層。然后基底部分(720)和頂板(71 結合在一起以形成密封的中空金屬波導。附加地或可替代地，背板(730)可以具有各種其它配置，包括模制聚合物波導或嵌入式光纖。圖8示出光學互連件系統(tǒng)(700)的一個說明性實施例的截面圖。光學帶(705)進入互連件主體(615)。組成光學帶(705)的單個光纖(12 在互連件主體(615)的底面或附近終止。透鏡陣列(620)被結合到互連件主體(615)，如以上所述。個性化模塊(610)與互連件咬合，使得個性化模塊(610)的波導段(64 與光學背板(730)中的波導通道(725) 對準。個性化模塊(610)可以包括位于波導段(645)內的一個或多個光學元件(722)。如上所述，光學背板(730)可以由基底部分(720)和頂板(715)組成。附屬閂 (710)向上延伸通過C形托架(655)以捕獲互連件主體(615)。根據(jù)一個說明性實施例，光學帶及其光纖被固定結合至互連件主體(615)。通過用新的個性化模塊簡單地更換個性化模塊(610)，可以改變光學互連件系統(tǒng)(700)的配置。圖9A至圖12示出即插即用配置，其可以通過拔下互連件、去除第一個性化模塊并且以另一個性化模塊替代并將互連件插回光學背板中而簡單實現(xiàn)。圖9A是說明性串行網(wǎng)絡架構(802)或菊花鏈的圖。串行網(wǎng)絡架構(802)中，在網(wǎng)絡節(jié)點(804、806、808、81幻之間進行點對點物理互連(814)。在該網(wǎng)絡配置中，從左至右行進通過網(wǎng)絡(802)的光信號首先被第一節(jié)點(804)攔截。第一節(jié)點(804)對光信號執(zhí)行期望的任何操作。第一節(jié)點(804)可以向第二節(jié)點(806)傳輸光信號，或者不向第二節(jié)點 (806)傳輸光信號。如果信號被傳遞至第二節(jié)點(806)，則第二節(jié)點攔截該信號，并且可以向第三節(jié)點(808)傳遞該信號，或者不向第三節(jié)點(808)傳遞該信號，等等。如圖9B所示，該串行網(wǎng)絡架構可以使用光學背板(80 上的單個光通道(820)被輕易的實現(xiàn)。為清晰起見，僅僅示出互連件的相關部分。例如，在圖9B中，僅僅示出個性化模塊的略圖以及個性化模塊內的相關光學部件。每個互連件的個性化模塊(830、840、850、 860)被選擇為使得發(fā)射/接收光學元件處于光通道(820)的路徑上。光學帶(834)將多個節(jié)點(838、848、858、868)連接至正確的互連件。節(jié)點(838、848、858、868)可以是本質上純光學的、主要是電子的，或者可以是光學和電子的組合。當光信號(82 從左進入時，光信號(82 被第一個性化模塊(830)的接收/發(fā)射光學元件偏轉到光學帶(834)中，并傳輸?shù)降谝还?jié)點(838)。第一節(jié)點(838)接收光信號、處理光信號并且將光信號重新發(fā)送回光學帶(834)。然后，接收/發(fā)射光學元件(832) 將信號引導至下一個性化模塊并且重復處理。該配置產(chǎn)生了圖9A所描述的串行結構。通過簡單地拔下互連件并且使用具有不同光學元件的新的個性化模塊替代個性化模塊(830、840、850、860)，可以改變網(wǎng)絡的架構。圖IOA示出總線圖。在總線圖(816)中， 每個節(jié)點(818、822、824、826)被連接至單個通信通道(擬8)。來自源的信號行進至網(wǎng)絡中的每個節(jié)點(818、822、824、826)。根據(jù)一個說明性實施例，通過使用具有逐漸增大的基于區(qū)域的分接頭(880、882、 884,884)的一系列新個性化模塊(890、892、894、896)替代圖9B所示的所有個性化模塊，光學互連件系統(tǒng)(800)可以從圖9B所示的菊花鏈圖重新配置為圖IOB的總線架構。輸入信號(82 被第一基于區(qū)域的分接頭(880)分光，以將總信號功率的25%偏轉為沿著光學帶 (834)行進到第一節(jié)點(838)的新信號(836)。該信號剩余的75%傳遞至包含較大的基于區(qū)域的分接頭(882)的第二個性化模塊(892)。該分接頭(88 也提取出初始信號的25% 并將該信號(846)傳遞至第二節(jié)點(848)。類似地，初始信號剩余的50%被逐步分布到其它兩個節(jié)點(858、868)，作為由其它個性化模塊(894、896)所產(chǎn)生的信號。最后一個基于區(qū)域的分接頭(848)覆蓋波導(820)的整個區(qū)域并且將剩余的光信號(866)全部引導至最后一個節(jié)點(868)。圖IlA示出星型網(wǎng)絡架構(817)，其包括通過通信鏈路(827)單獨連接至周圍的三個節(jié)點(822、824、826)中的每一個的中心節(jié)點(818)。圖IlB示出從光學互連件系統(tǒng)(800) 到星型網(wǎng)絡架構的說明性重新配置。在該實施例中，第一節(jié)點(838)是中心節(jié)點并且使用雙向信號(891)與其它節(jié)點中的每一個單獨通信。雙向信號(891)由三個不同波長的光能組成。該雙向信號(891)被傳輸至第一個性化模塊(890)，第一個性化模塊(890)包括鏡面(837)，鏡面(837)將所有波長的光沿著光通道(820)反射至其它節(jié)點。第二個性化模塊(89 具有波長選擇分接頭(847)，波長選擇分接頭(827)將具有第一波長的第一信號 (893)偏轉至第二節(jié)點(848)，并且允許其它波長穿過到達其它節(jié)點(858、868)。類似地，其它個性化模塊(894、896)將它們各自的波長信號(895、897)偏轉至適當?shù)墓?jié)點(858、868)。 星節(jié)點(848、858、868)中的每一個使用其接收的相同波長進行響應。因此，在星節(jié)點(848、 858,868)中的每一個和中心節(jié)點(838)之間創(chuàng)建分立的雙向通信。圖9A-圖IlB所示的配置僅僅是通過使用單個光通道和適當?shù)膫€性化模塊而易于得到的光學互連件配置的簡單示例。其它通道也可以被用于創(chuàng)建更加復雜或更加堅固的網(wǎng)絡，或者用于執(zhí)行用戶所期望的其它操作。圖12示出光學互連件系統(tǒng)(800)的定制配置。該定制配置使用與圖9B、圖IOB 和圖IlB所示配置相同的光學背板(805)、光通道(810、815、820)和節(jié)點(838、848、858、 868)。該配置和其它配置之間的最顯著的物理區(qū)別在于各個互連件底部的個性化模塊已被新的個性化模塊(900、902、904、90幻所替代。這些個性化模塊(900、902、904、90幻包括多種光學元件(908、910、918、924、936、937、940)。在圖12所示的實施例中，第一輸入信號(94 從左邊進入上光通道(820)，并且遇到容納在第一個性化模塊(900)中的基于區(qū)域的分接頭(910)?；趨^(qū)域的分接頭(910) 將第一輸入信號的一部分(844)偏轉到連接至第一節(jié)點(838)的光學帶(912)中。剩余的信號(946)穿過包含在第二個性化模塊(90 中的貫通件(916)，并且被包含在第三個性化模塊(904)中的合并器元件(936)偏轉，并且進入光學帶(928)和第三節(jié)點(858)。第二輸入信號(960)從右邊通過中心光通道(81 進入系統(tǒng)(800)。第二輸入信號(960)遇到第四個性化模塊(906)中的將第二輸入信號(960)從中心光通道(815)傳送到上光通道(820)的轉向光學元件(937)。然后第二輸入信號(960)由第三個性化模塊 (904)中的合并器元件(936)向上反射到第三節(jié)點(858)中，以在光學帶(928)中形成合并信號(948)。第三輸入信號(950)在第二節(jié)點(848)內生成，并穿過光學帶(920)到達第二個性化模塊(902)，在第二個性化模塊(902)中遇到分配器(918)。信號(952)的一部分向左，遇到第一個性化模塊(900)中的反射元件(908)，并且向上反射通過光學帶通道到達第一節(jié)點(838)。右邊部分(954)遇到第三個性化模塊(904)中的光譜反射器(擬4)，并且被分為第一波長信號(956)和第二波長信號(958)。第一波長信號(956)沿著光學帶通道 (932)傳遞至第四節(jié)點(868)。第二波長信號(958)繼續(xù)通過光譜反射器(擬4)，并且被包含在第四個性化模塊(906)中的束收集器(940)吸收。束收集器(940)是用于吸收光束的光學元件。束收集器(940)被設計為吸收入射光線并防止向回反射和散射。為了將散射減到最小，束收集器(940)可以由被設計為吸收并限制入射光的相對深且暗的腔形成。圖13是描述配置光學互連件系統(tǒng)的一個說明性方法的流程圖。在第一步驟中，確定光學互連件系統(tǒng)的期望配置(步驟1300)。選擇適合的互連件主體，并通過光纖將其連接至節(jié)點(步驟1305)?；ミB件主體包括對光纖的輸出進行準直的光學元件。選擇包括期望的光學元件的個性化模塊(步驟1310)。通過將從互連件主體的底部延伸的銷插過個性化模塊中的相應對準孔，將個性化模塊與互連件主體對準(步驟1315)。然后，將個性化模塊鎖在適當?shù)奈恢茫栽趯饰恢脤⑵渚o固到互連件主體(步驟1320)。然后將互連件主體和個性化模塊插入光學背板的插座中(步驟1325)，使得個性化模塊中的光通道與背板內的光通道對準。根據(jù)一個說明性實施例，從互連件主體延伸的銷延伸通過個性化模塊，并被插入光學背板中的對準孔。針對光學互連件系統(tǒng)內的所有互連件重復該過程(步驟1330)。 對于光學背板中不需要互連件的插座，插入空白以保護背板內的光通道(1335)?？偠灾?，上述光學互連件系統(tǒng)使用注射成型的互連件提供低成本即插即用型高密度光學互連件。這些模塊化光學互連件允許在同一光學背板上進行點對點連接、分光、合并、多點發(fā)送等。這些模塊化光學互連件與中空金屬波導或正規(guī)實芯波導兼容。模塊化光學互連件從光纖產(chǎn)生準直光束。準直光束允許比其它方法更大的錯位容限，并且減少部件零件的成本。與傳統(tǒng)的硬線連接系統(tǒng)相比，光學互連件系統(tǒng)允許以最小的成本和時間進行顯著的即插即用重新配置。已經(jīng)呈現(xiàn)了前面的描述，目的僅僅在于圖示和描述所述原理的實施例和示例。該說明書并不致力于窮盡或將這些原理限制為公開的任何精確形式。按照上面的教導，可以進行許多修改和改變。
權利要求
1.一種光學互連件(700)，包括 光纖(125)；互連件主體(605)，所述光纖(12 在所述互連件主體(605)中終止； 微透鏡(620)，用于對離開所述光纖(125)的光進行準直以產(chǎn)生準直光束； 第一個性化模塊(610)，被配置為對所述準直光束進行操作，所述第一個性化模塊 (610)與所述互連件主體(605)對準，并可拆卸地連接至所述互連件主體(605)；其中所述光學互連件(700)被配置為被插入光學背板(725)的插座(721)中，所述第一個性化模塊(610)進一步被配置為對在所述光學背板(72 與所述光學互連件(700)之間傳遞的光進行操作。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學互連件，其中所述光學背板(72 包括多個中空金屬波導，所述中空金屬波導被配置為從所述光學互連件(700)接收光，并向所述光學互連件 (700)發(fā)射光。
3.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的光學互連件，進一步包括對準元件(625)，所述對準元件(625)從所述互連件主體(615)向外延伸，通過所述個性化模塊(610)，并且進入所述光學背板(725)的接收元件中。
4.根據(jù)權利要求3所述的光學互連件，其中所述微透鏡(620)包括注射成型的微透鏡陣列(620)，所述銷(725)穿過所述微透鏡陣列(620)，使得所述微透鏡陣列(620)與光纖 (125)對準。
5.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的光學互連件，進一步包括第二個性化模塊(830)，被配置為替代所述第一個性化模塊(610)，所述第二個性化模塊(830)重新配置所述光學背板(725)的網(wǎng)絡架構；以及附到所述光學互連件(700)的節(jié)點(838)。
6.根據(jù)上述權利要求中任一項所述的光學互連件，其中所述第一個性化模塊(610)被配置為選擇性地將穿過所述光學背板(725)的光的一部分引導到所述光纖(12 中。
7.一種光學互連件系統(tǒng)(700)，包括 光學背板(730)；位于所述光學背板(730)中的插座(721)，用于暴露所述光學背板(730)中的光通道 (725)；互連件主體(615)；光纖(125)，被配置為連接至外部節(jié)點(838)，所述光纖(12 在所述互連件主體(615) 中終止以形成終端端部；微透鏡(620)，被配置為與所述光纖(12 的所述終端端部接口，以對離開所述光纖 (125)的光進行準直，從而產(chǎn)生準直光束(160)；以及個性化模塊(610)，連接至所述互連件主體(615)，其中所述互連件主體(61 和所述個性化模塊(610)被配置為被插入所述插座(721)中，使得所述個性化模塊(610)內的光通道(64 與所述光學背板(730)內的光通道(72 對準，所述個性化模塊(610)被配置為接收所述準直光束；所述個性化模塊(610)包括被配置為對所述準直光束進行光學操縱并且將所述準直光束引導到所述光學背板(725)的光通道(725)中的光學元件(722)；所述個性化模塊(610)進一步被配置為從所述互連件主體(615)被去除，并且被具有不同光學元件的第二個性化模塊所替代。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述光學元件(722)是分光器/合并器(918)、 光譜分接頭(擬4)、調制器、開關005)、束收集器(940)、貫通件(916)、基于區(qū)域的分接頭 (910)或發(fā)射/接收元件(832)中的至少一個。
9.根據(jù)權利要求7和8中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述光學背板(730)內的光通道 (725)是配置為引導光能的中空金屬波導。
10.根據(jù)權利要求7-9中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述光學互連件系統(tǒng)(700)的架構通過替代所述個性化模塊(610)來重新配置。
11.根據(jù)權利要求7-10中任一項所述的系統(tǒng)，進一步包括插在所述光纖(12 的所述終端端部和所述微透鏡(620)之間的指數(shù)匹配粘合劑(130)。
12.根據(jù)權利要求7-11中任一項所述的系統(tǒng)，進一步包括從所述互連件主體(615)的界面延伸的對準銷(625)，所述對準銷(625)被配置為穿過所述個性化模塊(610)中的對準孔(635)，使得所述個性化模塊(610)與所述微透鏡(620)光學對準。
13.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述對準銷(625)的終端端部被所述光學背板 (730)中的對準孔(14 接收，使得所述個性化模塊(610)中的波導段(64 與所述光學背板(730)中的光通道(725)對準。
14.根據(jù)權利要求7-12中任一項所述的系統(tǒng)，其中與所述個性化模塊(610)的上部分接口的至少一部分表面具有光學反射性，使得當所述個性化模塊(610)與所述互連件主體 (615)耦合時，形成中空金屬波導。
15.根據(jù)權利要求7-14中任一項所述的系統(tǒng)，進一步包括波導T(137)，所述光學元件 (722)被設置在所述波導T(137)的豎直段和水平段之間的交點處。
全文摘要
光學互連件(700)包括在互連件主體(615)中終止的光纖(125)和對離開所述光纖(125)的光進行準直以產(chǎn)生準直光束的微透鏡(620)。第一個性化模塊(610)被配置為對所述準直光束進行操作，所述第一個性化模塊(610)與所述互連件主體(615)對準，并可拆卸地連接至所述互連件主體(605)。所述光學互連件(700)被配置為被插入光學背板(725)的插座(721)中，所述第一個性化模塊(610)進一步被配置為對從所述光學背板(725)傳遞到所述光學互連件(700)中的光進行操作。
文檔編號G02B6/36GK102483497SQ201080040116
公開日2012年5月30日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權日2010年1月6日
發(fā)明者保羅·凱斯勒·羅森伯格, 邁克爾·瑞恩·泰·譚, 郭輝培 申請人:惠普發(fā)展公司有限責任合伙企業(yè)