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緊湊型光纖分路器的制作方法

文檔序號(hào):12836400閱讀:184來(lái)源:國(guó)知局
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及光學(xué)部件,并且特別地涉及緊湊型光纖分路器(opticalfibersplitter)。背景ohta的美國(guó)專利申請(qǐng)公開2010/0158446描述了光路轉(zhuǎn)向裝置。hiramatsu的美國(guó)專利申請(qǐng)公開2004/0114866描述了光路改變連接器。概述本文描述的本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種光學(xué)互連部(opticalinterconnect),其用于在光纖的第一套管和第二套管(firstandsecondferrules)之間引導(dǎo)光學(xué)信號(hào),該光學(xué)互連部包括基板、第一光學(xué)接口部(firstopticalinterface)、第二光學(xué)接口部、多個(gè)光波導(dǎo)、一個(gè)或多個(gè)第一微透鏡以及一個(gè)或多個(gè)第二微透鏡,所述第一光學(xué)接口部構(gòu)造成連接到光纖的第一套管、位于基板的第一面上,所述第二光學(xué)接口部構(gòu)造成連接到光纖的第二套管、位于基板的第二面上,所述多個(gè)光波導(dǎo)形成在基板中,并構(gòu)造成在第一光學(xué)接口部和第二光學(xué)接口部之間傳送相應(yīng)的光學(xué)信號(hào),該一個(gè)或多個(gè)第一微透鏡設(shè)置在光波導(dǎo)的相應(yīng)的第一端部上并且構(gòu)造成在第一端部和第一套管之間耦合光學(xué)信號(hào),該一個(gè)或多個(gè)第二微透鏡設(shè)置在光波導(dǎo)的相應(yīng)的第二端部上并且構(gòu)造成在第二端部和第二套管之間耦合光學(xué)信號(hào)。可選地,該多個(gè)波導(dǎo)中的每一個(gè)包括至少一個(gè)水平彎曲部,并且其中該多個(gè)波導(dǎo)的該至少一個(gè)水平彎曲部分包括在單個(gè)平面中。還提供了包括一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)、一個(gè)或多個(gè)第一微透鏡和一個(gè)或多個(gè)第二微透鏡的設(shè)備。該一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)形成在基板中并且構(gòu)造成在光波導(dǎo)的第一端部和第二端部之間傳送相應(yīng)的光學(xué)信號(hào)。該一個(gè)或多個(gè)第一微透鏡設(shè)置在光波導(dǎo)的相應(yīng)的第一端部上,并且構(gòu)造成在第一端部和相應(yīng)的第一光學(xué)元件之間耦合光學(xué)信號(hào)。該一個(gè)或多個(gè)第二微透鏡設(shè)置在光波導(dǎo)的相應(yīng)的第二端部上,并且構(gòu)造成在第二端部和相應(yīng)的第二光學(xué)元件之間耦合光學(xué)信號(hào)。在一些實(shí)施方案中,第一微透鏡設(shè)置在基板的面上,并且光波導(dǎo)的第一端部與第一微透鏡相對(duì)地終止于距基板的該面預(yù)定距離處。在其它實(shí)施方案中,第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件包括選自由光纖、光學(xué)檢測(cè)器和光學(xué)發(fā)射器組成的一組類型的至少一種元件類型。在其它實(shí)施方案中,該設(shè)備還包括機(jī)械固定裝置,該機(jī)械固定裝置將第一光學(xué)元件固定在距相應(yīng)的第一微透鏡預(yù)定距離處,以便在第一光學(xué)元件和第一微透鏡之間形成空氣間隙。在一些實(shí)施方案中,每個(gè)光波導(dǎo)包括相應(yīng)彎曲元件,該相應(yīng)彎曲元件在第一軸線和第二軸線之間彎曲光波導(dǎo)中的光學(xué)信號(hào)。在其它實(shí)施方案中,光波導(dǎo)包括光波導(dǎo)的第一和第二子集,使得第一子集中的光波導(dǎo)的第一端部布置在第一行中,并且第二子集中的光波導(dǎo)的第一端部布置在定位在第一行上方的第二行中。在其它實(shí)施方案中,光波導(dǎo)的第一和第二子集位于不同的第一和第二平行平面中。在一些實(shí)施方案中,光波導(dǎo)包括光波導(dǎo)的第一子集以及光波導(dǎo)的第二子集,該光波導(dǎo)的第一子集的第二端部位于基板的第一面上,該光波導(dǎo)的第二子集的第二端部位于基板的不同于第一面的第二面上。在其它實(shí)施方案中,第一面與第二面平行。在其它實(shí)施方案中,第一面垂直于第二面。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案,另外提供了一種設(shè)備,其包括光學(xué)互連部,該光學(xué)互連部包括基板、一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)、一個(gè)或多個(gè)第一微透鏡、一個(gè)或多個(gè)第二微透鏡、以及第一和第二機(jī)械固定裝置。該一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)形成在基板中并且構(gòu)造成在光波導(dǎo)的第一端部和第二端部之間傳送相應(yīng)的光學(xué)信號(hào)。該一個(gè)或多個(gè)第一微透鏡設(shè)置在光波導(dǎo)的相應(yīng)的第一端部上,并且構(gòu)造成在第一端部和相應(yīng)的第一光學(xué)元件之間耦合光學(xué)信號(hào)。該一個(gè)或多個(gè)第二微透鏡設(shè)置在光波導(dǎo)的相應(yīng)的第二端部上,并且構(gòu)造成在第二端部和相應(yīng)的第二光學(xué)元件之間耦合光學(xué)信號(hào)。第一和第二機(jī)械固定裝置構(gòu)造成分別使第一和第二光學(xué)元件抵靠光波導(dǎo)的第一端部和第二端部固定。在一些實(shí)施方案中,第一光學(xué)元件包括光纖,并且第一機(jī)械固定裝置包括套管,該套管構(gòu)造成將光纖的相應(yīng)端面(facet)固定到光波導(dǎo)的相應(yīng)的第一端部。在其它實(shí)施方案中,第一機(jī)械固定裝置構(gòu)造成使第一光學(xué)元件固定在距相應(yīng)的第一微透鏡預(yù)定距離處,以便在第一光學(xué)元件和第一微透鏡之間形成空氣間隙。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案,另外提供了一種方法,該方法包括在基板中形成一個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo),以用于在光波導(dǎo)的第一端部和第二端部之間傳送相應(yīng)的光學(xué)信號(hào)。該一個(gè)或多個(gè)第一微透鏡設(shè)置在光波導(dǎo)的相應(yīng)的第一端部上,以用于在第一端部和相應(yīng)的第一光學(xué)元件之間耦合光學(xué)信號(hào)。該一個(gè)或多個(gè)第二微透鏡設(shè)置在光波導(dǎo)的相應(yīng)的第二端上,用于在第二端部和相應(yīng)的第二光學(xué)元件之間耦合光學(xué)信號(hào)。附圖說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述,結(jié)合附圖,本發(fā)明將得到更完全地理解,在附圖中:圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有集成微透鏡的光互連部的圖;圖2a-2d是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于光波導(dǎo)中的彎曲部的不同反射器構(gòu)造的圖;圖3a和3b是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的t形光學(xué)分路器模塊的圖;圖4a和4b是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的l形光學(xué)分路器模塊的圖;圖5a-5c是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的三個(gè)光學(xué)分路器模塊構(gòu)造的圖;以及圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的具有光檢測(cè)器的光學(xué)互連部的圖。具體實(shí)施方式綜述許多光學(xué)系統(tǒng)使用光纖使光在不同光學(xué)元件之間耦合。在一些系統(tǒng)中,單獨(dú)的光纖被保持在束或光學(xué)纜線中,并且需要被分開以將光纖路由到系統(tǒng)中不同位置處的光學(xué)元件。例如,光纖分路器模塊可以用于以非常小的模塊體積將光纖纜線中的單獨(dú)光纖物理地分離且彎曲到兩個(gè)或更多個(gè)不同的輸出光纖纜線中,以便將光纖路由到系統(tǒng)中的其目的地。隨著束中的光纖數(shù)量的增加,分路器的尺寸相應(yīng)地增加以適應(yīng)光纖的密度。該約束條件限制了分路器的尺寸減小,而空間約束條件有時(shí)是關(guān)鍵的,并且需要具有小形狀因子的模塊。本文描述的本發(fā)明的實(shí)施方案提供了非常緊湊的光學(xué)互連部,以及用于制造這種互連部(如用于光學(xué)分路器模塊的構(gòu)建塊)的方法。在所公開的實(shí)施方案中,一個(gè)或多個(gè)光纖中的光學(xué)信號(hào)穿過(guò)具有集成的微透鏡的光學(xué)接口部耦合到形成在基板中的緊湊波導(dǎo)陣列。微透鏡構(gòu)造成在單獨(dú)光纖和基板中的相應(yīng)波導(dǎo)之間有效地聚焦或準(zhǔn)直光。一旦光耦合到基板中的波導(dǎo)陣列,則分開的波導(dǎo)在基板中被水平地彎曲或豎直地彎曲。陣列中的波導(dǎo)的一部分可以被分離并且被路由到基板的任何期望的面。波導(dǎo)可以在波導(dǎo)陣列的另一端部處以非常小的形狀因子路由到另一個(gè)微透鏡接口部?;谝粋€(gè)或多個(gè)微透鏡的光學(xué)接口部可以位于基板的任何面上,以使用多層級(jí)波導(dǎo)基板(multi-levelwaveguidesubstrate)在第一纜線到一個(gè)或多個(gè)纜線中的任何數(shù)量的光纖之間耦合光。因此,在本文所述的另外的實(shí)施方案中,具有高度緊湊形狀因子的多種低損耗光學(xué)分路器模塊構(gòu)造和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于以微透鏡為基礎(chǔ)的光學(xué)互連部構(gòu)建塊被示出。如上所提及的,在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中,多個(gè)波導(dǎo)水平地彎曲,使得該多個(gè)波導(dǎo)的彎曲區(qū)域被包括在單個(gè)平面中。在一些實(shí)施方案中,波導(dǎo)在基板內(nèi)是完全平面的。在這些實(shí)施方案中,基板中的在波導(dǎo)的相對(duì)的側(cè)上的至波導(dǎo)的接口部也包括在與波導(dǎo)相同的平面中。在其它實(shí)施方案中,波導(dǎo)在基板內(nèi)水平和豎直地彎曲,允許至波導(dǎo)的接口部位于不同的平面中。在一些實(shí)施方案中,連接一對(duì)接口部的所有波導(dǎo)在彎曲部的平面內(nèi)具有相同的長(zhǎng)度并且彼此平行地延伸。可選地,波導(dǎo)中每一個(gè)包括至少兩個(gè)彎曲部,該至少兩個(gè)彎曲部布置成使得當(dāng)波導(dǎo)連接到接口部時(shí)波導(dǎo)彼此平行。在其它實(shí)施方案中,連接一對(duì)接口部的波導(dǎo)根據(jù)其在彎曲位置處的相對(duì)位置具有不同的長(zhǎng)度。通常,在彎曲部的內(nèi)部分中的波導(dǎo)比在彎曲部的外部分處的波導(dǎo)短。使用水平彎曲部允許在波導(dǎo)的布置中具有更大的靈活性并且可以實(shí)現(xiàn)更緊湊的光纖分路器。系統(tǒng)描述圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的具有集成的微透鏡13的光學(xué)互連部10的圖。光學(xué)互連部10包括形成在基板15中的八個(gè)光波導(dǎo)20的橫向陣列,其在任一側(cè)上以八個(gè)相應(yīng)的集成微透鏡13終止。波導(dǎo)20具有垂直于波導(dǎo)20的橫截面的方向向量。光學(xué)接口部30形成在基板15的面35上,如圖1中的虛線區(qū)域所示。在基板15的面40上也形成類似的光學(xué)接口部(圖1中未示出)。光在波導(dǎo)20中穿過(guò)光波導(dǎo)20中的彎曲部45在面35和面40上的兩個(gè)相應(yīng)的光學(xué)接口部之間被耦合。在圖1中波導(dǎo)20在面35上的方向向量平行于xy平面中的y軸指向。當(dāng)波導(dǎo)20連接到面40上的光學(xué)接口部時(shí),方向向量在彎曲部45中旋轉(zhuǎn)以變成平行于xy平面中的x軸。如光學(xué)接口部30的第一插圖所示,波導(dǎo)20終止于波導(dǎo)端部50上,波導(dǎo)端部50定位成與形成在基板15的面35中的溝槽面47成一定距離d。溝槽使光穿過(guò)基板材料在波導(dǎo)20的端部50和溝槽面47之間經(jīng)過(guò)距離d。光學(xué)材料在距離每個(gè)波導(dǎo)20的端部50距離d處在面35和40處設(shè)置在溝槽面47上,以形成集成的微透鏡陣列13。陣列中的每個(gè)微透鏡13構(gòu)造成將從波導(dǎo)端部50發(fā)散的光線52聚焦到光學(xué)元件(比如光纖60的光纖端面55)上,如圖1的第一和第二插圖所示。端面55定位在距溝槽面47距離g處。在一些實(shí)施方案中,基板15可以包括一層或多層光學(xué)材料,例如聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)、二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。波導(dǎo)通過(guò)在一個(gè)或多個(gè)層中蝕刻出凹槽、用具有比該一個(gè)或多個(gè)層的折射率高的折射率的第二光學(xué)材料填充所蝕刻的凹槽并將該一個(gè)或多個(gè)層結(jié)合在一起以形成基板15來(lái)形成。在圖1中所示的八個(gè)平行波導(dǎo)20的示例性構(gòu)造中,為了用兩層光學(xué)材料形成波導(dǎo)陣列20,上層上的填充的凹槽層對(duì)準(zhǔn)并結(jié)合到下層上的鏡像的填充的凹槽,以形成基板15。可以以這種方式產(chǎn)生波導(dǎo)20的任何合適的橫截面形狀,這取決于確定被蝕刻的凹槽的形狀的蝕刻工藝。此外,如下面將進(jìn)一步示出的,可以以這種方式形成一層或多層堆疊的波導(dǎo)。在其它實(shí)施方案中,可以使用例如在硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)工藝中使用的常規(guī)光刻工藝或形成si微機(jī)械系統(tǒng)(mems)裝置的工藝來(lái)直接形成波導(dǎo)。微透鏡13可以使用制造技術(shù)(例如聚醚酰亞胺(pei)的注射成型)或用于在溝槽面47上設(shè)置合適材料來(lái)形成微透鏡13的本領(lǐng)域已知的其它技術(shù)而在溝槽面47上與波導(dǎo)端部50相對(duì)地形成。在一些實(shí)施方案中,除了聚焦光之外,微透鏡13還被設(shè)計(jì)成過(guò)濾光。例如,微透鏡13可以通過(guò)過(guò)濾特定波長(zhǎng)的材料來(lái)制造和/或微透鏡13被著色以衰減光強(qiáng)度??蛇x地或另外地,另外的玻璃窗定位在微透鏡13前方以進(jìn)行過(guò)濾。光纖60通常保持在形成在套管70中的微通道中,其在圖1的第一插圖中以虛線輪廓線示出。光纖60通常是具有如下直徑的多模光纖:芯直徑范圍為50-62.5μm,環(huán)繞的包覆層直徑為125μm,并且外部機(jī)械圈(outermechanicalcoil)直徑為250-900μm。然而,僅通過(guò)示例給出了這些尺寸,并且可以使用任何其它合適的尺寸。在一些實(shí)施方案中,導(dǎo)引銷80形成面35和面40上,以通過(guò)將導(dǎo)引銷80插入形成在套管70的主體中的導(dǎo)引銷通道85中來(lái)將套管70保持在每個(gè)面處。然后可以將光纖端面55的陣列精確地放置在距相應(yīng)的微透鏡13的陣列的間隙距離g處,即,以便在光纖端部和對(duì)應(yīng)的微透鏡之間形成寬度g的空氣間隙。通常,光纖纜線被連接并支撐在套管的第一端部處。來(lái)自纜線的單個(gè)光纖穿過(guò)形成在套管主體中的單獨(dú)的微通道并保持在該微通道中。在套管的第二(相對(duì))端部處,將光耦合到光學(xué)接口部30中的光纖的端部通常是切割或拋光的光纖端面55,其與套管70的邊緣對(duì)齊,如圖1的第一插圖所示。套管的示例是由connectedfibres,inc.(roswell,georgia)生產(chǎn)的mt套管。2009年1月的標(biāo)題為“mtferrules”的這些mt套管的數(shù)據(jù)手冊(cè)通過(guò)引用并入本文。被并入本文作為參考的1996年1月的國(guó)際電工委員會(huì)(iec)文件號(hào)iec61754-5、標(biāo)題為“fiberopticconnectorinterfaces–part5:typemtconnectorferrules”詳細(xì)說(shuō)明了這些套管設(shè)計(jì)。光纖端面55與連接到模塊的套管70的第二端部對(duì)齊。光纖端面在套管邊緣處的布置可以具有不同的封裝部(footprint)。例如,保持二十四根光纖的套管可以布置在以預(yù)定距離隔開的兩行十二根光纖的封裝部中。在圖1的實(shí)施方案中,八個(gè)波導(dǎo)連接基板15的面35和面40上的接口部溝槽面47。最靠?jī)?nèi)的波導(dǎo)是最短的,并且每個(gè)隨后的波導(dǎo)比先前的波導(dǎo)長(zhǎng)。應(yīng)注意的是,面35上的最右邊的波導(dǎo)對(duì)應(yīng)于面40上最左側(cè)的波導(dǎo),反之亦然。盡管在基板15中示出了連接面35和面40上的接口部溝槽面47的八個(gè)波導(dǎo),但根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的基板可以包括其它數(shù)量的波導(dǎo),包括多于10個(gè)或甚至多于20個(gè)的波導(dǎo)。在互連部10的兩個(gè)面35和面40處的在波導(dǎo)20和光纖60之間的光的耦合效率可以經(jīng)驗(yàn)地優(yōu)化或通過(guò)模擬來(lái)優(yōu)化。這種優(yōu)化通過(guò)改變參數(shù)(諸如光學(xué)互連部10中的間隙距離g、距離d、微透鏡13的形狀、波導(dǎo)彎曲部45的形狀以及任何其它合適的幾何或材料參數(shù))來(lái)完成。換句話說(shuō),離開波導(dǎo)的光應(yīng)該通過(guò)改變上述參數(shù)以將從波導(dǎo)端部50發(fā)散的光聚焦到光纖端面55上而配合到具有給定數(shù)值孔徑的纖芯中。光纖端面55相對(duì)于溝槽面47的使用套管導(dǎo)引銷85的精確定位也是影響互連部10中整體光學(xué)損耗的重要參數(shù)。圖2a-2d是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于光波導(dǎo)彎曲部45的不同反射器構(gòu)造的圖。波導(dǎo)彎曲部45的構(gòu)造對(duì)于使在波導(dǎo)20中傳播的光線52在彎曲部45中的光學(xué)損耗最小化也是重要的,這進(jìn)而也是光學(xué)互連部10的設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。圖2a示出了波導(dǎo)20中的45度的直的光學(xué)反射器100。圖2b示出了波導(dǎo)20中的90度的彎曲的凹形光學(xué)反射器110。圖2c示出了波導(dǎo)20中的90度的直的光學(xué)反射器120。圖2d示出了波導(dǎo)20中的90度的拋物線光學(xué)反射器130。圖2a-2d中所示的彎曲反射器構(gòu)造可以例如通過(guò)蝕刻、電鍍反射層、通過(guò)將反射裝置放置在波導(dǎo)的蝕刻槽中或通過(guò)用于形成反射器的任何合適的制造方法來(lái)形成。圖2a-2d中所示的光學(xué)反射器構(gòu)造僅作為示例而非限制本發(fā)明的實(shí)施方案。任何這樣的構(gòu)造可以用于實(shí)現(xiàn)圖1中的彎曲部45或下面圖中所示的任何其它波導(dǎo)彎曲部。例如,可以使用任何合適的彎曲角度或反射器構(gòu)造以將波導(dǎo)的方向向量從第一軸線旋轉(zhuǎn)到第二軸線。緊湊型光學(xué)分路器和路由模塊各種光學(xué)分路器模塊構(gòu)造可以使用光學(xué)接口部30作為基本構(gòu)建塊來(lái)制造,如圖1中所示。圖1中所示的光學(xué)互連部10包括一行波導(dǎo),該行波導(dǎo)連接基板15的面35上的光學(xué)接口部30、沿著y軸定向,該一行波導(dǎo)彎曲到連接到面40上的光學(xué)接口部中的沿著x軸定向的同一行波導(dǎo)。為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)分路器模塊,光學(xué)互連部30中示出的兩個(gè)或更多個(gè)波導(dǎo)陣列20可以豎直堆疊??蛇x地,每個(gè)波導(dǎo)陣列位于相應(yīng)的單個(gè)平面內(nèi)。輸入光學(xué)接口部可以包括如圖1中所示在xy平面中但是在沿著z軸的不同的高度處豎直地堆疊的一行或多行波導(dǎo)。類似地,相應(yīng)行的微透鏡陣列可以以與豎直堆疊的波導(dǎo)相同的對(duì)準(zhǔn)設(shè)置在輸入光學(xué)接口部處的溝槽面47上,以便使來(lái)自光纖的光在基板邊緣處穿過(guò)微透鏡耦合到堆疊波導(dǎo)中。在沿著z軸的相應(yīng)高度處以堆疊層級(jí)(inthestackedlevel)形成的每個(gè)波導(dǎo)陣列然后可以遠(yuǎn)離輸入光學(xué)接口部路由到基板15的不同面,以形成光學(xué)分路器模塊的芯部。下面附圖中所示的光學(xué)分路器的示例性實(shí)施方案具有在基板15的第一邊緣上的微透鏡的第一陣列(例如,以兩行布置的微透鏡),其構(gòu)造成將光耦合到基板中的第一層級(jí)和第二層級(jí)的豎直堆疊的波導(dǎo)中。第一層級(jí)的豎直堆疊的波導(dǎo)被路由到形成在基板的第二邊緣上的相應(yīng)微透鏡的第二陣列,并且第二層級(jí)被路由到基板15的第三邊緣上的相應(yīng)微透鏡的第三陣列。本文示出的具有傳送光的八個(gè)或十六個(gè)光纖60(其穿過(guò)微透鏡陣列13在基板15中的相應(yīng)波導(dǎo)之間耦合)的示例性實(shí)施方案僅僅是出于概念上的清楚而示出而無(wú)論如何不限制本發(fā)明的實(shí)施方案。通常,只要套管的封裝部構(gòu)造成支撐m*n個(gè)光纖,則可以使用以m行、每行n個(gè)光纖布置的任何數(shù)量的m*n個(gè)光纖,其中m和n為整數(shù)。此外,如上所述,在以n行布置的m*n個(gè)光纖中傳送并保持在套管中的光應(yīng)該使用合適的多層基板(suitablemultilayeredsubstrate)精確地耦合到包括m個(gè)波導(dǎo)的n個(gè)層級(jí)的對(duì)應(yīng)波導(dǎo)陣列。然而,根據(jù)本文所描述的本發(fā)明的實(shí)施方案,任何數(shù)量的光纖可以保持在任何合適的殼體中,并且不限于套管,該任何數(shù)量的光纖穿過(guò)相應(yīng)的微透鏡耦合到任何布置中的任何數(shù)量的波導(dǎo)。圖3a和3b是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的t形光學(xué)分路器模塊168的示意圖。圖3a示出了基板15,其中腔140形成在基板15的前面155上。類似地,兩個(gè)腔150和151分別形成在基板15的右面152和左面158中。圖3b示出了基板15放置到其中的t形光學(xué)分路器模塊168。腔140構(gòu)造成支撐多纖套管165,多纖套管165保持十六根光纖,該十六根光纖以兩行八根光纖的封裝部布置在由兩個(gè)套管導(dǎo)引銷80支撐的套管殼體內(nèi)。圖3a和圖3b中所示的t形光學(xué)分路器模塊168將保持在垂直于x軸的面155上的套管165中的十六根光纖分成兩束八根光纖,每束保持在兩個(gè)相應(yīng)的套管70中。套管安裝在基板15的相對(duì)的面152和面158上,該兩個(gè)面都垂直于y軸。單個(gè)光纖60保持在光學(xué)纜線中。第一光學(xué)纜線160構(gòu)造成連接到套管165的封裝部。腔150和腔151構(gòu)造成支撐多纖套管70,套管70使用一行八根光纖的封裝部將八根光纖保持在套管殼體內(nèi)。第二光學(xué)纜線170構(gòu)造成連接到套管70的在基板15的面152處的腔150中和基板15的面158處的腔151中的封裝部。在一些實(shí)施方案中,圖3b中所示的t形光學(xué)分路器模塊168直接由具有用于三個(gè)套管的支撐銷80、支撐腔140、150和151的基板15(如圖3a的示例所示)形成。在其它實(shí)施方案中,模塊168可以通過(guò)以任何合適的殼體材料形成腔140、150和151來(lái)制造,其中基板15放置在殼體內(nèi)。套管然后由基板15中的導(dǎo)引銷80和形成在殼體材料中的腔140、150和151兩者來(lái)支撐。在圖3a中,基板15將來(lái)自具有兩行八根光纖的封裝部的套管160的十六根光纖的光在平行于x軸的八個(gè)相應(yīng)波導(dǎo)20中路由到兩個(gè)套管70,該兩個(gè)套管70各自具有一行八根光纖的封裝部。兩行八根光纖在套管165中以預(yù)定的距離隔開。離開腔140中的具有兩行八個(gè)波導(dǎo)的封裝部的套管的兩個(gè)層級(jí)的波導(dǎo)20在z方向上以不同高度物理地隔開套管165的封裝部中的兩行光纖端面的預(yù)定距離,其納入到基板15的設(shè)計(jì)和制造中。因此,面152上的腔150中的一行八個(gè)微透鏡13和面158上的腔151中的一行八個(gè)微透鏡13沿著z軸偏移相同的預(yù)定距離。圖4a和4b是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的l形光學(xué)分路器模塊190的圖。圖4a示出了基板15,其中腔182形成在基板15的頂面185上,以便支撐具有兩行八根光纖的套管165。類似地,兩個(gè)腔183和184形成在基板15的左面180中,以支撐具有一行八根光纖的套管70。對(duì)于圖4a中所示的實(shí)施方案,兩層級(jí)的八個(gè)波導(dǎo)20形成在基板15中,基板15構(gòu)造成將插入腔182的套管165中的兩行十六根光纖中的光分離到兩個(gè)套管70,該兩個(gè)套管70具有插入到腔183和184中的一行八根光纖。在每個(gè)腔182、183和184中,導(dǎo)引銷80形成在基板中并且插入到形成在套管主體中的導(dǎo)引銷通道85中,以便使光纖端面55的端部以距相應(yīng)的微透鏡陣列13間隙距離g來(lái)精確地定位。波導(dǎo)20的大部分長(zhǎng)度在單個(gè)平面內(nèi)延伸。在該單個(gè)平面中,每個(gè)波導(dǎo)具有兩個(gè)彎曲點(diǎn),一個(gè)靠近腔182,另一個(gè)靠近腔184或腔183。在該實(shí)施方案中,第一組中的連接腔182和腔183的所有波導(dǎo)具有相同的長(zhǎng)度并且平行延伸。可選地,第二組中的連接腔182和腔183中的所有波導(dǎo)也具有相同的長(zhǎng)度??赡艿?,盡管不是必要的,第一組和第二組的波導(dǎo)具有相同的長(zhǎng)度。應(yīng)注意到,靠近腔182,波導(dǎo)20具有豎直彎曲部,該豎直彎曲部將波導(dǎo)從單個(gè)平面引導(dǎo)出來(lái)到腔182。圖4b示出了l形光學(xué)分路器模塊190,其中腔182構(gòu)造成支撐多纖套管165,套管165保持布置在兩行八根光纖的封裝部中的十六根光纖。單個(gè)光纖60保持在光學(xué)纜線中。第一光學(xué)纜線160構(gòu)造成連接到套管165的封裝部。腔183和腔184構(gòu)造成支撐多纖套管70,其保持八根光纖,該光纖布置在由兩個(gè)套管導(dǎo)引銷80支撐的套管殼體內(nèi)的一行八根光纖的封裝部中。兩根光學(xué)纜線170構(gòu)造成連接到左面180處的、支撐在形成于基板15中的腔183和184中的兩個(gè)相應(yīng)的套管70的封裝部。在一些實(shí)施方案中,如圖4b中所示的l形光學(xué)分路器模塊190直接由具有用于套管的支撐銷80和支撐腔182、183和184的基板15形成。在其它實(shí)施方案中,模塊190可以通過(guò)以任何合適的外殼材料形成腔182、183和184來(lái)制造,其中基板15放置在殼體內(nèi)。套管然后由基板15中的導(dǎo)引銷80和形成在殼體材料中的腔182、183和184兩者來(lái)支撐。對(duì)于圖4a和4b中所示的光纖分路器模塊190,兩行八個(gè)微透鏡13將來(lái)自插入腔182中的套管165中的兩行八根光纖的封裝部的光聚焦到基板15中的波導(dǎo)20。然而,在圖4a中,光在波導(dǎo)20的平行于z軸的豎直部分187中豎直地指向。波導(dǎo)20的豎直部分187具有豎直方向向量,該豎直方向向量然后通過(guò)豎直轉(zhuǎn)水平彎曲部或任何合適的過(guò)渡部水平旋轉(zhuǎn)到xy平面中。通過(guò)在填充有具有比基板材料高的折射率的合適光學(xué)材料的基板材料層中蝕刻出豎直通孔,豎直波導(dǎo)187可以由基板15中的填充的波導(dǎo)形成。類似地,將波導(dǎo)20的豎直部分187旋轉(zhuǎn)成在x-y平面中定向的波導(dǎo)20的豎直轉(zhuǎn)水平的波導(dǎo)彎曲部可以使用圖2a-2d的實(shí)施方案中所示的反射器中的任一種或任何合適的豎直轉(zhuǎn)水平過(guò)渡部來(lái)形成。圖5a-5c是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的三個(gè)光學(xué)分路器模塊構(gòu)造的圖。圖5a示出了平面光學(xué)分路器構(gòu)造,其中三個(gè)套管安裝在位于不同x位置的兩個(gè)xy平面上。圖5b和5c示出了光學(xué)分路器構(gòu)造,其中所有三個(gè)套管連接器在分路器模塊的同一頂面上,套管在頂面上處于不同的方向。圖5a-5c僅示出了內(nèi)部波導(dǎo)20的路由和基板15以示出不同的模塊構(gòu)造。在圖5a中所示的第一實(shí)施方案中,示出了平面光學(xué)分路器構(gòu)造,其中光學(xué)套管連接器垂直于x軸定向。腔202形成在基板15的前面200上,以支撐保持十六根光纖的多纖套管165,該十六根光纖以兩行八根光纖布置在由也形成在基板中的兩個(gè)套管導(dǎo)引銷80支撐的套管殼體內(nèi)。類似地,在后面210上,兩個(gè)腔212和214在基板15中垂直于x軸形成,以容納各自具有一行八根光纖的兩個(gè)套管70??蛇x地,在圖5a的實(shí)施方案中,每個(gè)波導(dǎo)20完全包括在單個(gè)平面中。將腔202連接到腔214的波導(dǎo)在第一平面中,而將腔202連接到腔212的波導(dǎo)在第二平面中。在圖5b中所示的第二實(shí)施方案中,示出了光學(xué)分配器構(gòu)造,其中光學(xué)套管連接器在垂直于z軸定向的同一頂面220上。形成腔222以支撐保持十六根光纖的多纖套管165,該十六根光纖以兩行八根光纖布置在由也形成在基板15中的兩個(gè)套管導(dǎo)引銷80支撐的套管殼體內(nèi)。類似地,在基板15中形成兩個(gè)腔224和腔226,以容納各自具有一行八根光纖的兩個(gè)套管70。然而,腔222中的兩行微透鏡13平行于x軸定向,并且腔224和腔226中的該一行微透鏡13平行于y軸定向,如圖5b中所示。在圖5b的實(shí)施方案中,波導(dǎo)包括引向腔222、224和226的豎直彎曲部和用于配合腔224和226相對(duì)于腔222的不同方向的水平彎曲部?jī)烧?。雖然水平彎曲部可以在兩個(gè)不同的平面中,例如,一個(gè)平面用于引向腔224的波導(dǎo),并且一個(gè)平面用于引向腔226的波導(dǎo),但在一些實(shí)施方案中,所有水平彎曲部都在單個(gè)平面中。最后,在圖5c中所示的第三實(shí)施方案中,示出了光學(xué)分路器構(gòu)造,其中支撐光學(xué)套管連接器的腔在垂直于z軸定向的同一頂面230上。形成腔235以支撐多纖套管165,該多纖套管165保持十六根光纖,該十六根光纖以兩行八根光纖布置在由也形成在基板15中的兩個(gè)套管導(dǎo)引銷80支撐的套管殼體內(nèi)。類似地,在基板15中形成兩個(gè)腔237和腔240,以容納各自具有一行八根光纖的兩個(gè)套管70。然而,腔222中的兩行微透鏡13平行于x軸定向,并且腔224和腔226中的該一行微透鏡13也平行于x軸定向,如圖5c中所示。在圖5c的實(shí)施方案中,波導(dǎo)僅具有豎直彎曲部。對(duì)于圖5b和5c中所示的實(shí)施方案,通過(guò)前面描述的方法,在基板15中形成豎直波導(dǎo)187(平行于z軸的方向向量)和水平波導(dǎo)(x-y平面中的方向向量)兩者,以便實(shí)現(xiàn)這里所示的實(shí)施方案。在前述附圖中示出的示例性實(shí)施方案中,光學(xué)接口部30和套管沿著笛卡爾軸線定向。該方向僅為了視覺(jué)清晰被示出,且其不限制本發(fā)明的實(shí)施方案??蛇x地,光學(xué)接口部30可以以相對(duì)于基板15的任何合適的角度來(lái)構(gòu)造。例如通過(guò)以適當(dāng)?shù)男苯乔懈罨?5、在基板15的斜邊緣上形成微透鏡13并將套管定位在傾斜部上,光學(xué)接口部可以構(gòu)造成使光在基板中的波導(dǎo)和套管中的光纖之間以任何期望的角度耦合??梢允褂萌魏魏线m的制造技術(shù)和材料來(lái)形成傾斜光學(xué)接口部,以便支撐相對(duì)于光纖分路器模塊的主體以任何合適的角度安裝的套管。如本發(fā)明實(shí)施方案中所描述的光學(xué)接口部30不限于光纖分路器模塊。如前所述,根據(jù)圖1中所示的本發(fā)明的實(shí)施方案,波導(dǎo)陣列20中的光可以通過(guò)互連部10中的光學(xué)接口部30引導(dǎo)到任何合適的光學(xué)元件中。接口部30被設(shè)計(jì)成其中代替圖1中所示的多纖套管70,任何合適的光學(xué)元件可以安裝在光纖端面55的同一平面處。因此,通過(guò)改變距波導(dǎo)20的邊緣50的參數(shù)d和從微透鏡13到光學(xué)元件的間隙g使從邊緣50發(fā)散的光聚焦到光學(xué)元件上。用于說(shuō)明該實(shí)施方案的示例性構(gòu)造可以包括例如保持在套管165中的16根光纖中的光耦合到基板15中的兩個(gè)層級(jí)的波導(dǎo)20中,并且被分離成基板15中的八個(gè)波導(dǎo)的兩個(gè)堆疊層級(jí),如圖3a中所示。然而,當(dāng)在腔150和腔151中時(shí),八個(gè)波導(dǎo)的每個(gè)層級(jí)到達(dá)基板的兩個(gè)相對(duì)面。然而,代替相應(yīng)腔中的套管,第一芯片上的八個(gè)豎直腔表面發(fā)射激光器(vcsel)裝置的光電轉(zhuǎn)換器陣列和第二芯片上的八個(gè)光電二極管(pd)裝置的陣列可以安裝在距微透鏡13間隙距離g處??蛇x地,可以使用任何其它合適類型的光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)檢測(cè)器。類似地,波導(dǎo)可以終止于距基板面的邊緣的距離d處,其中pd和vcsel陣列芯片安裝在基板15中(代替腔150和腔151中的套管70)。光學(xué)接口部根據(jù)圖1中所示的本發(fā)明的實(shí)施方案被設(shè)計(jì),如前所述。應(yīng)注意,除了波導(dǎo)20之外,基板15可以包括諸如光纖分路器和光功率監(jiān)視器的另外的光學(xué)元件。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的光學(xué)互連部300的示意圖。除了以類似于圖1的光學(xué)互連部10中的方式布置的波導(dǎo)之外,互連部300包括外波導(dǎo)上的光分路器302。光分路器302將通過(guò)外波導(dǎo)的光的一部分引導(dǎo)到側(cè)波導(dǎo)304中,側(cè)波導(dǎo)304引向光監(jiān)視器306。光分路器302可以是例如在meyer等人的題為“in-planeopticalwaveguidewithareabasedsplitter”的美國(guó)專利公開2011/0150390中所描述的任何已知類型,該專利公開通過(guò)引用并入本文。雖然僅示出了單個(gè)分路器302,但是光學(xué)互連部可以包括多個(gè)波導(dǎo)上的多個(gè)分路器,例如在多于35%的波導(dǎo)上,或者甚至在所有波導(dǎo)上。側(cè)波導(dǎo)304可選地在包括波導(dǎo)20的同一平面中延伸??蛇x地,側(cè)波導(dǎo)304將分路器302連接到與包括波導(dǎo)20的平面不同的平面。盡管這里描述的實(shí)施方案主要討論光學(xué)分路器模塊中的用于在輸入/輸出套管中的光纖束之間耦合光纖中的光的低損耗光學(xué)接口部,但是本文所描述的光學(xué)接口部也可以用于其它應(yīng)用中,用于使光纖中的光穿過(guò)微透鏡陣列精確耦合到任何合適的光學(xué)元件。因此,應(yīng)理解上述實(shí)施方案是通過(guò)示例被引用,并且應(yīng)理解本發(fā)明并不限于上文已具體示出和描述的內(nèi)容。相反,本發(fā)明的范圍包括上文描述的各種特征的組合和子組合以及本發(fā)明的變化和修改,所述變化和修改將在本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀前面描述時(shí)發(fā)生并且在現(xiàn)有技術(shù)中未被公開。通過(guò)引用并入本專利申請(qǐng)的文件被認(rèn)為是該申請(qǐng)的一體的部分,除了任何術(shù)語(yǔ)在這些所并入的文件中在某種程度上以與本說(shuō)明書中明確地或隱含地作出的定義相沖突的方式被定義之外,僅僅本說(shuō)明書中的定義應(yīng)該被考慮。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12
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