利用多芯光纤进行波分解复用的方法和光学系统的制作方法

利用多芯光纤进行波分解复用的方法和光学系统的制作方法
【专利摘要】本公开提供了利用多芯光纤进行波分解复用的方法和光学系统。该系统包括具有多个带角度的面的耦合镜，其中所述多个带角度的面被配置成向或从多芯光纤的不同纤芯引导光。另外，复用器系统还可以包括用于生成光的激光器芯片，而解复用器系统可以包括用于检测来自多芯光纤的光的光电二极管阵列。系统还可以包括引导结构，该引导结构包括滤波器/微镜以便引导来自激光器的光或将光引导至光电二极管。
【专利说明】利用多芯光纤进行波分解复用的方法和光学系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学系统，并且更特别地涉及利用多芯光纤进行波分复用和解复用的 系统、方法和设备。

【背景技术】
[0002] 高性能计算机的发展迫使用于高带宽、低功率数据传输的新技术的开发。当前在 用于机架到机架（rack-to-rack)和抽屉到抽屉（化awer-to-化awer)通信的最先进的系统 中使用光互连。不幸的是，当前可用的光学数据传输技术主要被开发用于电信业。结果，它 们通常实现成本昂贵并且经常无法满足先进的计算机的密度和功率规格。例如，一个典型 的机架到机架配置使用超过5000根光纤。


【发明内容】

[0003] 本发明的一个实施例涉及一种利用多芯光纤进行波分解复用的光学系统。该系统 包括镜子、多个滤波器和多个光电二极管。镜子包括：多个带角度的面，其配置成反射来自 多芯光纤的光。另外，每个滤波器被配置成接收反射光的至少一部分，从反射光的所述部分 中过滤至少一个相应的波长，并透过所述部分的至少一个其它的相应波长。此外，多个光电 二极管与滤波器对准，使得多个光电二极管中的每个给定的光电二极管接收从该给定的光 电二极管所对准的滤波器透过的波长的光。
[0004] 另一个实施例涉及一种利用多芯光纤进行波分复用的光学系统。该系统包括镜 子、多个激光器芯片组和引导结构。镜子包括多个带角度的面，其中每个带角度的面被配置 成将光引导至多芯光纤的不同纤芯。此外，在多个激光器芯片组中的每一组中，每个激光器 芯片发射不同波长的光。另外，引导结构被配置成组合从多个激光器芯片组的至少一个发 射的光的至少一部分并将组合的光引导至镜子。
[0005] 备选实施例涉及一种利用多芯光纤进行波分复用的光学系统。该系统包括镜子、 激光器芯片阵列和多个波导。镜子包括多个带角度的面，其中每个带角度的面被配置成将 光引导至多芯光纤的不同纤芯。在激光器芯片阵列的每个阵列中，每个激光器芯片发射相 同波长的光。此外，多个波导被配置成组合从阵列发射的光并将组合的光引导至禪合镜。
[0006] 另一个实施例涉及一种制造利用多芯光纤进行波分解复用的光学系统的方法。根 据该方法，对树脂进行模制从而限定出具有多个带角度的面的元件。此外，围绕该元件形成 多个滤波器，其中每个滤波器被配置成过滤至少一个相应的波长并透过至少一个其它的相 应波长。另外，在多个带角度的面上形成反射面。此外，在元件和多个滤波器上形成额外的 树脂从而完成引导结构。此外，在多个滤波器的下方将光电二极管阵列附装到引导结构。
[0007] 备选实施例涉及一种制造利用多芯光纤进行波分复用的光学系统的方法。根据该 方法，对树脂进行模制从而限定出具有多个带角度的面的元件。另外，围绕该元件形成多个 微镜。此外，在多个带角度的面上形成反射面。该方法还包括；在元件和多个微镜上沉积额 外的树脂从而完成引导结构。此外，在微镜下方将多个激光器芯片组附装到引导结构，其中 在多个激光器芯片组中的每一组中，每个激光器芯片发射不同波长的光。
[0008] 根据结合附图阅读的说明性实施例的W下详细描述，该些和其它特征及优点将变 得明显。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 本公开将参考下面的附图在优选实施例的W下描述中提供细节，其中：
[0010] 图1是可W与根据本发明的示例性实施例的光学系统一起使用的示例性多芯光 纤的剖面视图；
[0011] 图2是可W在根据本发明的示例性实施例的波分复用系统和波分解复用系统中 使用的示例性禪合镜的顶视图；
[0012] 图3是根据本发明的示例性实施例的波分解复用系统的剖面视图；
[0013] 图4是根据本发明的示例性实施例的波分解复用系统的顶视图；
[0014] 图5是根据本发明的实施例的接收器/解复用器结构的电气配置的顶视图；
[0015] 图6是根据本发明的实施例的接收器/解复用器结构的电气配置的备选视图；
[0016] 图7是示出多芯光纤和根据本发明的示例性实施例的波分解复用系统的禪合镜 之间的对准的剖面图；
[0017] 图8是根据本发明的示例性实施例的波分复用系统的顶视图；
[0018] 图9是根据本发明的示例性实施例的波分复用系统的一部分的剖面视图；
[0019] 图10是根据本发明的备选示例性实施例的波分复用系统的顶视图；
[0020] 图11是波分复用系统的一部分的剖面视图，其示出根据本发明的备选示例性实 施例的激光器芯片和波导之间的示例性光学禪合；
[0021] 图12是波分复用系统的一部分的剖面视图，其示出根据本发明的备选示例性实 施例的波导和禪合镜之间的对准；
[0022] 图13是示出用于制造根据本发明的示例性实施例的光学系统的方法的各个处理 阶段的图；并且
[0023] 图14是用于制造根据本发明的示例性实施例的光学系统的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0024] 改善的光学互连应当被开发W实现在先进的计算系统内W低成本和低功率用低 光纤体积传输大量数据。波长和空间复用方案可W用来解决该一需要。例如，具有标准包 层尺寸的多模六边形多芯光纤可W用于操作六个数据通道（而不是常规光纤中的一个数 据通道）作为具有相对好的机械强度的空间复用方案。此外，具有四个波长的专用垂直腔 面发射激光器（VCSEL)芯片组可W在波分复用方案中使用。
[0025] 本文描述的本发明的示例性实施例通过利用新颖的结构W用多芯光纤执行波分 复用，来在单个光纤中提供相对高的带宽。特别地，包括多个不同的面的禪合镜可W被开发 并用在波长解复用和复用方案中W实现高带宽，其中所述多个不同的面各自专用于多芯光 纤的不同纤芯。例如，图1示出多芯光纤100,其包括围绕光纤的轴线104设置成六边形结 构的六个不同的纤芯102。在优选实施例中，为了利用光纤100实现复用或解复用，可采用 六边形禪合镜200并使其与光纤对准，使得每个面202与不同的对应纤芯102对准。图2 提供可W用于波分复用（WDM)和波分解复用（WDDM)的镜子200的顶视图。出于说明的目 的，图2示出当镜子200用于解复用时的反射光束208。镜子200还可W包括设置在六个禪 合镜面202之间的次要面206,并且可W包括六边形中也部204。镜子200可W对接禪合于 光100 W用于WDM和TODM。在优选实施例中，禪合镜子200的六边形结构被设计成使用标 准的VCS化芯片和具有标准205 y m间距的光电二极管阵列向/从光纤的每个纤芯引导四 个波长。然而，应当理解的是，禪合面202可W用于引导其中采用了禪合镜200的光学发射 器/接收器系统的任何数量的波长。另外，可W使用具有不同数量的纤芯102的光纤和具 有匹配数量的面202的镜子。
[0026] 本领域技术人员应该理解，本发明的各方面可W实现为系统、方法或设备。本发明 的各方面在下文中参考根据本发明的实施例的方法、装置（系统）和设备的流程图和/或 框图描述。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框W及流程图和/或框图中的各方框 的组合可W在一些备选实现中W不同于附图中指示顺序的顺序实现。例如，两个连续示出 的方框实际上可W基本上同时执行，或者各方框有时可相反的顺序执行，该取决于所 涉及的功能。
[0027] 应当理解的是，本发明将按照具有基底的给定的说明性构造进行说明；然而，其它 构造、结构、基底材料W及工艺特征和步骤可W在本发明的范围之内变化。
[0028] 还应当理解，当被描述为层、区域或基底的元件被称为位于另一个元件"上"或"上 方"时，其可W直接位于其它元件上或者也可W存在居间元件。相反地，当元件被称为"直 接位于另一个元件上"或"直接位于另一个元件上方"时，不存在居间元件。类似地，还应当 理解，当被描述为层、区域或基底的元件被称为位于另一个元件"之下"或"下方"时，其可 W直接位于其它元件之下或者也可W存在居间元件。相反地，当元件被称为"直接位于另一 个元件之下"或"直接位于另一个元件下方"时，不存在居间元件。另外，关于一个元件的术 语"在之下"应当被理解为意味着在该元件与被描述为在该元件之下的特征之间的垂直线 上位于该元件的下方。因此，术语"在之下"不应当被理解为意味着一个特征仅在相对于该 元件的不同平面中。还应当理解，当元件被称为"连接"或"禪合"到另一个元件时，其可W 直接连接或禪合到其它元件或者可W存在居间元件。相反地，当元件被称为"直接连接"或 "直接禪合"到另一个元件时，不存在居间元件。
[0029] 针对光学系统的设计可W用图形计算机编程语言创建并存储在计算机存储介质 (例如磁盘、磁带、物理硬盘驱动器、或诸如存储访问网络中的虚拟硬盘驱动器）中。如果 设计者未制造芯片或用于制造芯片的光刻掩模，则设计者可W直接或间接地通过物理手段 (例如，通过提供存储有该设计的存储介质的拷贝）或电子地（例如，通过因特网）传送所 产生的设计至该些实体。所存储的设计然后被转换成适当的格式（例如，GDSII) W用于 光刻掩模的制造，所述光刻掩模通常包括将要形成在晶片上的所考虑的芯片设计的多个拷 贝。利用光刻掩模来限定晶片（和/或其上的层）的要被蚀刻或进行其他处理的区域。
[0030] 本文描述的方法可W用在光学系统的制造中。所产生的光学系统可作为裸 芯片的原始形式或者W封装的形式分销。在后一种情况下，芯片被安装在单个芯片封装中 (例如具有附连到主板或其它更高级别载体的引线的塑料载体）或安装在多芯片封装中 (例如具有面互连或内埋互连中的一种或两种的陶瓷载体）。在任何情况下，系统随后与其 它芯片、分立的电路元件、和/或其它信号处理设备集成到一起，作为（a)中间产品（例如 主板）或（b)最终产品的一部分。最终产品可w是使用该光学系统的任何产品。
[0031] 应当理解，说明书中对于本原理的"一个实施例"或"实施例及它们的其它变体 的提及意味着接合实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本原理的至少一个实施 例中。因此，在整个说明书的各个位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中 及任何其它变体的出现不一定全都指相同的实施例。
[003引应理解的是，例如在"A/B"、"A和/或B"和"A和B中的至少一个"的情况中对W 下和/或"和"至少一个"中的任何一者的使用旨在包含W下选择：仅第一个列出的 选项（A)，或仅第二个列出的选项炬)，或两个选项（A和B)。作为另外的实例，在"A、B和/ 或C"和"A、B和C中的至少一个"的情况下，该样的措辞旨在包含W下选择；仅第一个列出 的选项（A)，或仅第二个列出的选项炬)，或仅第H个列出的选项（C)，或仅第一个和第二个 列出的选项（A和B)，或仅第一个和第H个列出的选项（A和C)，或仅第二个和第H个列出 的选项任和C)，或所有H个选项（A和B和C)。该可W对于许多列出的术语进行扩展，女口 本领域和相关领域的普通技术人员容易理解的那样。
[0033] 再次参考附图，在附图中同样的附图标记代表相同或类似的元件，并且特别地参 考图3,其示出解复用器/接收器光学系统390的剖面视图。应当指出的是，在每个图中指 出的所有尺寸仅仅是示例并且仅用于说明的目的而被提供。该些尺寸的提供不应当被理解 为W任何方式限制本发明，因为可W使用其它尺寸。如图3所示，引导结构300对接禪合于 光纤，使得每个带角度的面202与多芯光纤100的不同纤芯102对准、并接收/反射从多芯 光纤100的不同纤芯102传输的光303。换言之，每个禪合面202仅与光纤100的一个相应 的纤芯对准。在该里，禪合镜200的中也轴线207与光纤100的中也轴线104对准并设置 在光纤100的中也轴线104之下。镜子的每个禪合面202是楠圆形的，W确保光束被反射 和准直。可替换地，结构300可W配置成使得顶部内表面305上的反射中的一个或若干个 使光束准直。其它准直方案（例如使用透镜的方案）也可W用于使光束准直。
[0034] 如图3所示，系统390包括附装到结构300的底面的光电二极管阵列310和320。 光电二极管阵列310包括光电二极管31〇1-31〇4,同时光电二极管阵列320包括光电二极管 32〇1-32〇4。在图3示出的构造中，光电二极管31〇1-31〇4和光电二极管32〇1-32〇4设置在滤 波器302i-3024之下，其中光电二极管31〇1和32〇1设置在滤波器302i之下，光电二极管31〇2 和32〇2设置在滤波器3022之下，光电二极管31〇3和32〇3设置在滤波器3023之下，并且光 电二极管31〇4和32〇4设置在滤波器3024之下。如提供结构300 W及光电二极管阵列310 和320的顶视图的图4所示，滤波器302i-3024被形成为围绕镜子200设置的同也圆盘。在 该里，系统390包括其它光电二极管阵列330、340、350和360 W匹配光纤100中的纤芯数。 因此，存在六个光电二极管阵列并且每个光电二极管阵列具有四个通道。在优选实施例中， 阵列内的各光电二极管之间的最小间隔为250 y m。光电二极管阵列330、340、350和360按 照与光电二极管阵列310和320相同的方式配置并且按照与光电二极管阵列310和320对 准滤波器的方式相同的方式对准滤波器3021-3024。该样，每个光电二极管阵列对多芯光纤 100的每个纤芯102所传输的所有四个波长A1-A4敏感。然而，通过对每个阵列内的光电 二极管的数量进行适当修改，可W使用其他数量的波长。
[00巧]根据优选实施例，滤波器302i过滤/反射波长A 2- A 4并透过波长A 1，滤波器3022 过滤/反射波长A 3和A 4并透过波长A 2,滤波器3023过滤/反射波长A 4并透过波长 入3,并且滤波器3024透过波长A4。结果，光电二极管31〇i-31〇4分别接收波长A1-A4的 光，并且类似地，光电二极管32〇1-32〇4分别接收波长A1-A4的光。也如图3所示，滤波器 302i-3024中的每一个和引导结构300的顶部内表面充当从禪合镜200的禪合面202和/或 从其它滤波器接收的光的反射器W便将光引导至滤波器。
[0036] 关于封装和电气的考虑，图5和6示出接收器/解复用器结构的电气配置，其包 括两个跨阻抗放大器（TIA)驱动器芯片502和504并且每个芯片具有12个通道。在该系 统中，光穿过基底传播的结构可W被选择为使得接地触点和信号触点在同一平面上，如图6 所示。该结构可W与类似大小的发射器/复用器结构一起放置在多芯片模块基板上。
[0037] 现在参考图7,其示出接收器/解复用器结构390的一些优选的尺寸和几何特征。 相同的配置可W用于发射器/复用器结构。在该里，如果0 =45°，则厚度h'优选为大约 125 ym，该对应于台面式光电二极管的间距的一半。所有参数可W取决于光束宽度基于基 本的几何考虑进行调整。例如，对于0 = 0 = 45°、h'=125ym并且w = 26ym，h>42ym。
[0038] 参考图8,其示出复用器/发射器光学系统890的顶视图。镜子200与上述的相同 滤波器302i-3024 -起可W按照类似的方式在系统800中使用。例如，该里的镜子200可W 充当禪合镜，其按照上面关于图2-4讨论的方式相同的方式与光纤100对准。该样，每个带 角度的面被配置成将光引导至多芯光纤的不同纤芯。在该里，光路与图3-4示出的解复用 器配置相反。
[0039] 另外，滤波器302i-3024充当将光902导向禪合镜200的微镜。然而，在该里，与包 括光电二极管阵列形成对比的是，系统890包括布置在VCS化芯片组810、820、830、840、850 和860中的单独的VCS化芯片。例如，如图9所示，VCS化芯片组820包括VCS化芯片82〇1、 82〇2、82〇3和820"其中VCS化芯片82〇1发射波长入i，VCS化芯片82〇2发射波长A 2，VCSEL 芯片8203发射波长A 3,并且VCS化芯片8204发射波长A 4。如上面讨论的，滤波器302i反 射波长A 2-入4并透过波长^ 1，滤波器3022反射波长入3和入4并透过波长^ 2,等等。因 此，VCS化芯片82〇1-82〇4设置在滤波器302i-3024之下，如图8和9所示。其它的VCS化芯 片组810、830、840、850和860按照与VCS化芯片组820相同的方式进行构造，使得它们包 括四个VCS化芯片，每个VCS化芯片发射波长A1-A4中的不同的一个波长。如上面关于图 3和4指出的，在备选实施例中可W使用不同数量的波长。其它的VCSEL芯片组810、830、 840、850和860也按照与VCS化芯片组820对准滤波器302i-3024的方式类似的方式与滤 波器3021-3024对准。因此，每个滤波器/微镜被配置成接收并透过来自多个激光器芯片 组中的每一组的一个相应的激光器芯片的光。例如，滤波器/微镜302i可W接收并透过来 自每个组810、820、830、840、850 和 860 中的发射波长Al的激光器芯片的光，滤波器/微 镜3022可W接收并透过来自每个组810、820、830、840、850和860中的发射波长A 2的激光 器芯片的光，滤波器/微镜3023可W接收并透过来自每个组810、820、830、840、850和860 中的发射波长A 3的激光器芯片的光，并且滤波器/微镜3024可W接收并透过来自每个组 810、820、830、840、850和860中的发射波长A 4的激光器芯片的光。
[0040] 根据一个优选方面，直接在每个组810、820、830、840、850、860的每个激光器芯片 上形成非对称透镜870,使得透镜870设置在滤波器3021-3024之下。因此，每个非对称透 镜870被配置成引导来自各激光器芯片组的一个相应的激光器的光。非对称透镜870被配 置成W给定的角度引导从VCS化发射的光，W确保光到达镜子200的面202。
[00川如图9所示，引导结构800和滤波器/微镜302i-3024可W组合从激光器芯片组 810、830、840、850和860中的每个组发射的光的至少一部分，并将组合的光引导至禪合镜 200。引导结构800的顶部内表面805充当反射器，其被配置成将从激光器芯片组810、830、 840、850和860中的每个激光器芯片发射的光引导至禪合镜200。该样，对于激光器芯片组 810、820、830、840、850和860中的每个组，所述结构被配置成合并来自该组中的每个激光 器芯片的光并将合并的光引导至禪合镜200,使得每个面202接收来自激光器芯片组810、 820、830、840、850和860中的不同的组的光。
[0042] 根据一个示例性方面，相比于上面关于图3和4描述的光学系统，引导结构800的 垂直路径厚度可W被增加，W增加各滤波器之间的间距并留下足够的间隔来放置各个单独 的芯片。例如，垂直路径长度可W增至双倍成为250 y m，从而将各滤波器/透镜870之间的 间距和各组中的激光器芯片之间的间距增至双倍成为500 y m。
[0043] 现在参考图10,其说明性地示出可W在其中使用VCS化阵列的发射器中的用于 WDM的光学系统的备选实施例1000的顶视图。在该里，上述的镜子200可W按照与其在系 统800中使用的方式类似的方式被用在系统1000中。例如，在该里，镜子200充当按照与上 面关于图2-4和图8-9讨论的方式相同的方式与光纤100对准的禪合镜。该样，每个带角 度的面被配置成将光引导至多芯光纤的不同纤芯。根据图10中的实施例，使用两组VCSEL 阵列1050和1060,其中每个阵列使用H个通道。例如，组1050包括四个阵列1002、1004、 1006和1008。类似地，组1060也包括四个阵列1010、1012、1014和1016,使得在该特定实 施例中总共存在八个VCS化阵列。每个VCS化阵列包括H个VCS化芯片。另外，每个阵列 内的激光器件发射相同波长的光。例如，阵列1002包括H个发射波长入1的光的VCS化芯 片1003,阵列1004包括H个发射波长A 2的光的VCS化芯片1005,阵列1006包括H个发射 波长A 3的光的VCS化芯片1007,并且阵列1008包括H个发射波长A 4的光的VCS化芯片 1009。激光器阵列1010、1012、1014和1016按照相同的方式进行配置，使得给定的阵列中的 每个激光器发射相同的波长，其中每个阵列1010、1012、1014和1016分别发射波长Ai-入4 的光。如图10所示，系统包括六个波导1020,每个波导组合从组1050或1060之一中的每 个阵列发射的光的至少一部分。如提供图10中的元件1100沿着组1002的最右边的VCSEL 的中也截取的剖面视图的图11所示，来自每个VCS化器件的光使用四十五度的微镜1102 禪合到波导结构中。特别地，四十五度的微镜1102用于将VCSH^光从激光器芯片禪合到波 导1020或1022中。另外，给定的波导1020或1022中的每个微镜1102接收来自不同的 激光器芯片阵列的光。可W示出的是，对于波导1020的半径r = 5mm，系统1000的弯曲损 耗小于3地。还可W示出的是，可W实现损耗低于0. 5地的'y'型禪合结构1022。实施例 1000或890与实施例300的实现可W与典型的光学互连链路相兼容，其中典型的光学互连 链路的总功率预算为大约10-12地。
[0044] 如提供图10中的元件1200的剖面视图的图12所示，每个波导1020将组合的光引 导至禪合镜200的不同的面202。如图12所示，每个波导1020被光禪合于禪合镜200的带 角度的面202中的不同的一个。因此，该系统对于每个镜面包括一个波导结构1020。应当 指出的是，该里使用六个波导结构1020是因为本示例中为其设计发射器系统的多芯光纤 具有六个纤芯。然而，在备选实施例中，可W使用不同数量的波导结构1020。根据需要使用 "y"型禪合器1022, W便将来自阵列1050或1060的具有不同波长的VCS化器件的光组合 到主波导芯中。例如，禪合于组1050的波导1020接收来自阵列1002的激光器1003之一、 阵列1004的激光器1005之一、阵列1006的激光器1007之一、和阵列1008的激光器1009 之一的光。在镜子200附近，根据需要将波导弯曲W使其具有垂直于镜座的方向，使得光从 面202之一被反射到光纤102的纤芯之一中，如图12所示。弯曲的波导部分具有被优化W 避免过度的弯曲和传播损耗的半径（约为几毫米）。整个波导结构可W使用光刻技术制造 W形成期望的图案。
[0045] 现在参考图13和14,其说明性地示出用于制造根据示例性实施例的光学系统的 方法1400的各个处理阶段和流程图。出于说明性的说明，图13的特定处理阶段示出被应 用W制造图3和4中示出的解复用器光学系统390的方法1400。然而，应当理解的是，方法 1400也可W用于制造图8和9中示出的复用器光学系统890。也可W执行该方法的相关步 骤W制造图10中示出的复用器光学系统1000。
[0046] 方法1400可W开始于步骤1402,在该步骤获得用于禪合镜的模具。例如，在图13 的阶段1320中示出的可重复使用的磨具1304可W使用高精密微加工技术来制造。
[0047] 在步骤1404,对树脂进行模制从而限定出禪合镜元件的形状。例如，模具1304可 W用于在模具1304中限定元件1303,其包括多个带角度的面1307。在该里，如下面关于步 骤1410讨论的那样使面1307具有反射性之后，带角度的面1307提供与上面关于TODM实 施例390和WDM实施例890描述的带角度的面202相同的功能。在备选实施例中，镜子200 可W使用适当的模具形成。在WDDM或WDM系统中，树脂1302可W被光硬化从而限定出禪 合镜的形状。
[0048] 在步骤1408,形成多个滤波器/微镜。例如，对于TODM和WMD系统该两者，如图13 的阶段1330和1340所示，滤波器/微镜302i-3024可W围绕禪合元件形成，如上面关于图3、 4、8和9讨论的。如上文讨论的，每个滤波器/微镜被配置成过滤至少一个相应的波长并透 过至少一个其它的相应波长。特别地，在优选实施例中，每个滤波器/微镜根据复用方案的 需要被配置成仅透过一个波长并反射其余的波长。也如图13的阶段1330和1340中所示， 可W通过对每个滤波器应用不同的掩模（例如掩模1308)来形成滤波器/微镜3021-3024。 如上文提到的，滤波器/微镜3021-3024可W形成为围绕禪合元件1303/200设置的同也圆 盘。每个滤波器/微镜302i-3024可W由介电材料构成，并且可W使用例如Ti化/Si化多层 材料通过蒸锻（evaporation)来形成，其中所述多个层的厚度针对每个滤波器进行不同的 调整W便获得期望的频谱特性。为了制造WDM系统，滤波器/微镜3021-3024可W围绕禪合 元件1303/200形成，使得每个滤波器/微镜3021-3024设置在不同的光电器件的上方，如上 面关于图8和9讨论的。
[0049] 在步骤1410,在禪合镜元件上形成反射面。例如，对于TODM和WDM系统，都可W在 带角度的面1307/202上形成反射面。例如，如阶段1350所示，通过使用掩模1310,可W将 金属例如金蒸锻到镜元件1303/200上，W便在面1307/202上形成反射面1317,并从而形成 禪合镜1312。
[0050] 在步骤1412,沉积额外的树脂W完成引导结构。例如，对于TODM系统，如图13的 阶段1360所示，额外的树脂可W沉积在禪合元件1312/200和滤波器/微镜302i-3024之上 W完成引导结构1314/300。可替换地，对于WDM系统，额外的树脂可W沉积在禪合元件200、 滤波器/微镜302i-3024之上W完成引导结构800。对于TODM和WDM系统，都可W使额外 的树脂光硬化并且可W蒸锻用于形成反射面1317的至少一部分金属。如上面关于TODM系 统390讨论的，引导结构1314/300的硬化树脂的顶部内表面可W充当配置成将光引导至每 个滤波器302i-3024的反射器。
[005。 在步骤1414,将光电二极管阵列/单独的VCS化芯片附装到该结构上。例如，如 图13中的阶段1360针对TODM系统所示并且如上面关于图3和4讨论的，可W在滤波器 302i-3024之下将光电二极管阵列310、320、330、340、350和360附装到结构1314/300。可替 换地，对于WDM系统，可W将多个激光器芯片组附装到结构800,其中在激光器芯片组810、 820、830、840、850和860中的每个组中，每个激光器芯片发射不同波长的光，如上面关于图 8和9讨论的。在每个激光器芯片上，在执行附装步骤之前，例如在步骤1413,制造非对称透 镜870,使得从芯片发射的光被准直并具有与面法线所成的角度，使得光到达图8中的滤波 器302i-3024之一和禪合元件1312/200。因此，每个透镜被形成在激光器芯片组的一个不同 的激光器芯片上。尽管透镜形成步骤1413在图14中被示出为在步骤1412之后执行，但是 该透镜形成步骤可W在步骤1414之前的任何时间形成。也如上文指出的，结构800的硬化 树脂的顶部内表面可W充当配置成将从激光器芯片组的每个激光器芯片发射的光引导至 禪合镜元件1312/200的反射器。另外，也如上文关于图8和9指出的，对于每个激光器组， 结构800被配置成合并来自该组中的每个激光器芯片的光、并将合并的光引导至禪合镜元 件200,使得每个反射面202接收来自多个激光器芯片组810、820、830、840、850和860的不 同芯片组的光。
[0052] 在步骤1416,将禪合镜对准多芯光纤。例如，对于TODM系统，如上面关于图3和4 讨论的，禪合镜元件200/1312可W对接禪合于并且对准多芯光纤100,使得每个带角度的 面202/1317对准多芯光纤100的不同纤芯102并接收来自多芯光纤100的不同纤芯102 的光。可替换地，对于WDM系统，如上面关于图8和9讨论的，禪合镜元件200/1312可W对 准多芯光纤100,使得每个带角度的面202/1317被配置成将光引导至多芯光纤100的不同 纤芯102。
[0053] 根据本发明的优选实施例，如果使用复用结构1000,则可W将具有标准间距的光 电子芯片阵列与多芯光纤一起使用。对于复用器配置800或1000,在单根光纤中，可W传输 二十四个数据通道，该与不采用WDM的常规单芯光纤仅传输一个通道相对。结果，利用本发 明的优选实施例，可W强烈地减小在高性能计算机中用于机架到机架和抽屉到抽屉数据传 输的光纤数量。另外，由于优选实施例在光纤附近光学地传输信号，因此优选实施例还避免 了电串扰，该电串扰可能会在使用直接相邻于多芯光纤设置的单独的芯片的接收器装置中 遇到。
[0054] 已经描述了利用多芯光纤进行WDM和TODM的系统、方法和装置的优选实施例（其 旨在是说明性的，而不是限制性的），应当指出的是，本领域技术人员可W根据上述教导做 出修改和变更。因此应当理解的是，可W在所公开的特定实施例中做出在由所附权利要求 书概述的本发明的范围之内的变动。在已经该样描述了本发明的各个方面与专利法所要求 的细节和特性之后，由专利证书宣称和期望保护的内容在所附权利要求书中阐述。
【权利要求】
1. 一种利用多芯光纤进行波分解复用的光学系统，包括： 包括多个带角度的面的镜子，所述多个带角度的面被配置成反射来自所述多芯光纤的 光； 多个滤波器，其中每个滤波器被配置成接收反射光的至少一部分，从所述反射光的所 述部分中过滤至少一个相应波长，并透过所述部分中的至少一个其它的相应波长；以及 与所述滤波器对准的多个光电二极管，其中所述多个光电二极管中的每个给定的光电 二极管接收从该给定的光电二极管所对准的滤波器透过的波长的光。
2. 如权利要求1所述的光学系统，其中每个带角度的面与所述多芯光纤的不同纤芯对 准并接收来自所述多芯光纤的不同纤芯的光。
3. 如权利要求2所述的光学系统，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个 纤芯，以及其中所述镜子呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
4. 如权利要求1所述的光学系统，其中所述多个滤波器被间隔开并且围绕所述镜子设 置。
5. 如权利要求4所述的光学系统，其中所述多个滤波器是围绕所述镜子设置的同心圆 盘。
6. 如权利要求1所述的光学系统，还包括： 反射器，其配置成将所述反射光引导至每个滤波器。
7. -种利用多芯光纤进行波分复用的光学系统，包括： 包括多个带角度的面的耦合镜，其中每个带角度的面被配置成将光引导至所述多芯光 纤的不同纤芯； 多个激光器芯片组，其中，在所述多个激光器芯片组中的每个组中，每个激光器芯片发 射不同波长的光；以及 引导结构，其配置成组合从所述多个激光器芯片组的至少一个组发射的光的至少一部 分并将组合后的光引导至所述耦合镜。
8. 如权利要求7所述的光学系统，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个 纤芯，以及其中所述镜呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
9. 如权利要求7所述的光学系统，其中所述引导结构还包括一组微镜，其中每个微镜 被配置成接收来自所述多个激光器芯片组的每个组中的一个相应激光器芯片的光。
10. 如权利要求9所述的光学系统，其中所述微镜被间隔开并且围绕所述耦合镜设置。
11. 如权利要求10所述的光学系统，其中所述微镜被形成为围绕所述耦合镜设置的同 心圆盘。
12. 如权利要求9所述的光学系统，其中所述引导结构还包括位于所述一组微镜和所 述激光器芯片组的激光器之间的非对称透镜组，其中每个非对称透镜被配置成引导来自所 述激光器芯片组的一个相应激光器的光。
13. 如权利要求12所述的光学系统，其中所述激光器芯片是垂直腔面发射激光器 VCSEL芯片。
14. 如权利要求7所述的光学系统，其中所述引导结构还包括反射器，所述反射器被配 置成将从所述激光器芯片组的每个激光器芯片发射的光引导至所述耦合镜。
15. 如权利要求7所述的光学系统，其中对于所述多个激光器芯片组中的每个组，所述 引导结构被配置成合并来自该组中的每个激光器芯片的光、并将合并后的光引导至所述耦 合镜，使得每个所述面接收来自所述多个激光器芯片组中的不同组的光。
16. -种利用多芯光纤进行波分复用的光学系统，包括： 包括多个带角度的面的耦合镜，其中每个带角度的面被配置成将光引导至所述多芯光 纤的不同纤芯； 激光器芯片阵列，其中，在所述激光器芯片阵列的每个阵列中，每个激光器芯片发射相 同波长的光；以及 多个波导，其配置成组合从所述阵列发射的光的至少一部分、并将组合后的光引导至 所述耦合镜。
17. 如权利要求16所述的光学系统，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六 个纤芯，以及其中所述镜呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
18. 如权利要求16所述的光学系统，其中每个所述波导被光学地耦合到所述多个带角 度的面中的不同的面。
19. 如权利要求16所述的光学系统，其中每个所述波导包括微镜，其中每个所述微镜 被配置成接收来自所述阵列中的不同的阵列的光。
20. 如权利要求16所述的光学系统，其中所述激光器芯片是垂直腔面发射激光器 VCSEL芯片。
21. -种制造利用多芯光纤进行波分解复用的光学系统的方法，包括： 对树脂进行模制从而限定出具有多个带角度的面的元件； 围绕所述元件形成多个滤波器，其中每个所述滤波器被配置成过滤至少一个相应波长 并透过至少一个其它的相应波长； 在所述多个带角度的面上形成反射面； 在所述元件和所述多个滤波器上沉积额外的树脂从而完成引导结构；以及 在所述多个滤波器下方将光电二极管阵列附装到所述引导结构。
22. 如权利要求21所述的方法，其中形成所述多个滤波器还包括：对于每个所述滤波 器应用不同的掩模。
23. 如权利要求21所述的方法，其中形成所述反射面还包括：在所述元件上蒸镀金属 以形成所述反射面。
24. 如权利要求21所述的方法，其中每个所述树脂是光硬化树脂。
25. 如权利要求21所述的方法，还包括： 将所述元件与所述多芯光纤对准，使得每个带角度的面与所述多芯光纤的不同纤芯对 准并接收来自所述多芯光纤的不同纤芯的光。
26. 如权利要求25所述的方法，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个纤 芯，以及其中所述元件呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
27. 如权利要求21所述的方法，其中所述滤波器是围绕所述元件设置的同心圆盘。
28. 如权利要求21所述的方法，其中沉积所述额外的树脂还包括：使所述额外的树脂 硬化，以及其中硬化后的额外树脂的顶部内表面是配置成将光引导至每个滤波器的反射 器。
29. -种制造利用多芯光纤进行波分复用的光学系统的方法，包括： 对树脂进行模制从而限定出具有多个带角度的面的元件； 围绕所述元件形成多个微镜； 在所述多个带角度的面上形成反射面； 在所述元件和所述多个微镜上沉积额外的树脂从而完成引导结构；以及 在所述微镜下方将多个激光器芯片组附装到所述引导结构，其中，在所述多个激光器 芯片组中的每个组中，每个激光器芯片发射不同波长的光。
30. 如权利要求29所述的方法，其中形成所述反射面还包括：在所述元件上蒸镀金属 以形成所述反射面。
31. 如权利要求29所述的方法，其中每个所述树脂是光硬化树脂。
32. 如权利要求29所述的方法，其中每个所述微镜被配置成接收来自所述多个激光器 芯片组中的每个组的光。
33. 如权利要求32所述的方法，其中形成所述多个微镜还包括：对每个所述微镜应用 不同的掩模。
34. 如权利要求33所述的方法，其中所述微镜被形成为围绕所述元件设置的同心圆 盘。
35. 如权利要求29所述的方法，还包括：在所述激光器芯片组上形成多个透镜，使得每 个透镜被形成在所述激光器芯片中的不同的激光器芯片上。
36. 如权利要求29所述的方法，还包括： 将所述元件与所述多芯光纤对准，使得每个带角度的面被配置成将光引导至所述多芯 光纤的不同纤芯。
37. 如权利要求35所述的方法，其中所述多芯光纤具有围绕所述光纤的轴线的六个纤 芯，以及其中所述元件呈六边形并且设置在所述光纤的中心。
38. 如权利要求29所述的方法，其中所述激光器芯片是垂直腔面发射激光器VCSEL芯 片。
39. 如权利要求29所述的方法，其中沉积所述额外的树脂还包括使所述额外的树脂硬 化，以及其中硬化后的额外树脂的顶部内表面是配置成将从所述激光器芯片组中的每个激 光器芯片发射的光引导至所述元件的反射器。
40. 如权利要求29所述的方法，其中对于所述多个激光器芯片组中的每个组，所述引 导结构被配置成合并来自该组中的每个激光器芯片的光、并将合并后的光引导至所述元 件，使得每个所述反射面接收来自所述多个激光器芯片组中的不同组的光。
【文档编号】G02B6/293GK104422990SQ201410452726
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】J·B·海鲁克斯, 德成正雄 申请人:国际商业机器公司