高密度光学收发器组件的制作方法

本发明通常涉及一种光学收发器，并且更具体地涉及一种可扩展的(scalable)、高密度的光学收发器组件，其通道分布在分立的光电卡中。

背景技术：

光纤收发器是通过光纤发送和接收数据的设备。收发器具有有源部件(即，光学部件)，以调节和编码/解码光脉冲和电信号之间的数据。与大多数设备一样，收发器有多种类型和型号可用，其大小，性能和价格不等。

传统光学收发器具有安装在载体或中介层(interposer)上的有源部件。该中介层又安装在该设备的较大印刷电路板(pcb)上。该设备构造为在设备pcb与母板平行的情况下安装到母板上。图6中示出了一个这样的设备。收发器600包括安装在设备pcb602上的发射器601和接收器606中介层。光纤603从中介层601延伸。框架603容纳设备pcb，并且如图所示，包括耳部605，其具有用于将收发器安装到母板(未示出)的紧固件开口604。当安装时，设备pcb与母板平行。尽管该传统收发器已经商业化取得了巨大成功，但申请人认识到设备pcb相对于母板的取向存在重大缺陷。具体来说，设备pcb的取向会消耗母板上的宝贵空间。此外，随着母板上设备数量的增加，以满足对更多通道的需求，宝贵的母板空间的消耗更加恶化。

尽管传统的高密度收发器是可商购的，但是这些设备通常将许多通道集成到共同的中介层/设备pcb上。由于在单个pcb上集成了多个通道，因此此类设备不仅价格非常昂贵，而且易于单点故障。换句话说，如果单个发光器件或光电二极管发生故障，则可能需要更换整个器件。

因此，申请人已经确定了对高密度收发器的需求，该收发器不易发生单点故障。本发明尤其满足了这种需求。

技术实现要素：

以下给出了本发明的简化发明内容，以提供对本发明某些方面的基本理解。该发明内容不是本发明的广泛概述。其无意于标识本发明的关键/重要元素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些构思，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一个实施例中，本发明涉及一种用于安装在母板上的收发器组件，所述收发器组件包括：(a)框架，该框架限定了被构造为平行于所述母板安装的第一平面，所述框架限定了多个垂直于所述第一平面的插槽；以及(b)一个或多个光电卡，所述一个或多个光电卡中的每个设置在所述多个插槽之一中，并且至少包括：(i)基板，该基板具有当所述光电卡安装在所述插槽中时平行于所述第一平面的第一边缘，(ii)沿所述第一边缘的电接口，(iii)中介层，该中介层电连接到所述电接口并包括至少一个光学部件，该至少一个光学部件可操作地连接到所述电接口，以及(iv)从所述中介层自由延伸的至少一根光纤。

附图说明

图1示出了本发明的收发器组件的一个实施例的透视图；

图2示出了图1的收发器组件，其中框架的一部分被移除；

图3示出了图1的收发器组件的单个光电卡；

图4示出图3的光电卡的电接口的近视图；

图5a和5b示出了传统的12通道收发器构造与本发明的12通道收发器组件的一个实施例之间的比较；

图6示出了在图5a的收发器构造中使用的传统收发器。

具体实施方式

参照图1-4，公开了本发明的收发器组件100的一个实施例。收发器组件100被构造用于安装在母板(未示出)上。收发器组件100包括框架101，框架101限定被构造为平行于母板安装的第一平面110。框架100限定多个垂直于第一平面的插槽102。一个或多个光电卡130设置在收发器组件中-每个光电卡都设置在多个插槽之一中。每个光电卡包括当将光电卡安装在框架的插槽中时基本上垂直于第一平面的至少一基板131、当将光电卡安装在插槽中时平行于第一平面的第一边缘132、沿第一边缘的电接口133以及电连接到电接口的中介层150。中介层包括可操作地连接到电接口的至少一个光学部件151。至少一根光纤134从中介层自由地延伸。

这些元件/特征中的每一个在下面结合替代选择性所选择的相互替代实施例进行详细描述。

a.模块化光电卡

在一个实施例中，收发器组件包括分立/模块化光电卡130。在一个实施例中，每个分立光电卡可释放地与框架101接合。在一个实施例中，框架101包括多个插槽102，并且每个光电卡130可滑动地与这些插槽之一接合。通常，每个光电卡包括一个或多个用于发送/接收电/光学信号的光学元件，尽管应当理解，光电卡可以是专用的光学接收器或专用的光学发射器。在这方面，光电卡的模块化构造允许给定的收发器组件以不同的方式构造。例如，取决于应用，收发器组件可以包括被构造用于收发的光电卡的一部分以及专用于接收和/或发送的光电卡的另一部分。

光电卡的模块化性不仅提供了通过收发/发送/接收光电卡来构成收发器组件的灵活性，而且还提供了可扩展性。即，不是购买和安装具有其全部通道补充的收发器组件，而是在一个实施例中，本发明的收发器组件可以按比例放大以满足应用的需求。例如，最初，可以安装具有相对较少的光电卡的收发器框架，然后，随着对附加通道的需求增加，可以将附加的光电卡添加到框架。因此，在一个实施例中，本发明的收发器组件提供了一种按需付费的解决方案。

收发器组件和母板之间的电接口也是可扩展的。在一个实施例中，电接口是分立光电卡的一部分而不是框架的一部分，因此，将电接口限制为仅使用的那些光电卡。更具体地，在一个实施例中，框架沿第一平面具有开口，以容纳光电卡的电接口，使得电接口穿过框架以连接至母板。例如，参考图3-4，光电卡130包括沿第一边缘132的针眼连接器133。(这种连接器是众所周知的，在此将不再详细描述。)因此，该实施例的一个优点是根据所使用的通道确定其电气接口的尺寸(即一次性固定连接)。

尽管分立的电接口可以与光电卡一起使用，但是存在其他实施例。例如，不是卡的电气接口处的分立的针眼，可以使用可断开的电气接口，例如美国专利号9,196,985中公开的“multigig”连接器的可断开电接口(在接头和插座之间)。通过这样做，可以实现密集的多通道“有源光缆”。例如，连接器主体可以被构造为插入连接器框架101中。连接器主体可以容纳光电卡，从而使整个组件可匹配。唯一的连接是连接器主体中的电插针-所有有源部件基本上都内置在或隐藏在连接器主体中。

光电卡的模块化构造的另一个优点是能够定期更换有缺陷的光电卡或定期升级光电卡，而不必更换整个收发器组件。换句话说，不像其中如果一个或多个通道无法使用时必须更换整个收发器的传统收发器，在收发器组件的一个实施例中，只需更换无法使用或过期的光电卡即可。因此，光电卡的模块化构造消除了整个收发器组件的单点故障。而且，本发明的分立光电卡解决方案能够实现可构造的通道保护比。更具体地说，本发明的可扩展构造使用户能够精确地构造所需的通道保护水平-例如通道保护级水平从1:1冗余到1:1n冗余-而不必以更大的初始和更换成本提供整个的单个冗余多通道收发器(例如12通道设备)。

b.高密度通道

在一个实施例中，光电卡基本上垂直于框架的第一平面布置，并且因此垂直于其上安装框架的母板布置。例如，参考图1，在一个实施例中，收发器组件沿着第一平面110限定电面110a，并且沿着垂直于第一平面的第二平面120限定光学面120a，光纤延伸通过光学面120a。尽管图1仅示出了光纤从其延伸的单个光学面，但是应当理解存在其他实施例。例如，光纤可以被构造为从收发器组件的任何面和/或方向延伸。实际上，如下所述，通过使卡从第一平面(和母板)垂直延伸，光纤可以自由地从收发器组件沿所有方向延伸。

这样的构造有助于高密度通道。也就是说，通过最小化母板上的空间并且代替垂直于母板布置光电卡，实现了远远超过传统方法的通道密度。例如，图5a示出了具有收发光学部件503，503以及相关联的光纤504，505的传统收发器封装501。每个封装501具有去除耳部的大约14.5×14.1mm(即，大约14.5mm的宽度和约为14.1mm的深度)的空间量(见图6)。当以12通道线性阵列布置时，如图5a的实施例所示，封装之间的间距约为14.5mm，因此产生的空间量为174x14.1mm(即，约为174mm的宽度，约为14.1mm的深度)。另一方面，图5b示出了收发器组件550的一个实施例。对于相同数量的通道(12)，它具有显著较小的空间量–36x13.5mm(即，宽度为36mm，深度为13.5mm)。这等于小于图5a的传统收发器阵列的面积的1/5。因此，在一个实施例中，本发明的收发器组件促进了高密度的通道构造，其使母板上的宝贵房空间的消耗最小化。

在一个实施例中，光电卡的垂直(竖直)安装和堆叠可以从现有的连接器设计(例如“multigig”连接器)中重复使用。此外，美国专利号9,196,985公开了这种连接器的实施方式，其中有源部件被安装在pcb上。光学部件也可以类似的方式安装到光电卡上。

c.自由延伸的光纤

在一个实施例中，如图3所示，本发明的光电卡130构造有从光电卡130的中介层150自由延伸的光纤124。这样的实施例在将光纤往返于收发器组件布线方面提供了灵活性。具体地，因为光纤从收发器组件自由地延伸，所以不需要传统使用的复杂/限制性扇出组件或罩。替代地，自由延伸的光纤可以沿任何所需的方向布线。例如，某些光纤可被引导至一个干线，而其他光纤可被分离至另一干线。在一个实施例中，光电卡的光纤被布线到不同的位置，例如到不同的交换机、服务器、访问点，多路复用器设备等。

此外，从收发器组件延伸的光纤可以是任何期望的尺寸，使得更长的光纤可以端接到其他设备，而无需拼接头和/或连接器连接。在这方面，光电卡的模块性可以与自由延伸的光纤相结合，以提供针对特定光纤长度可构造的光电卡。例如，在一个实施例中，光电卡可以具有从其延伸的不同的光纤长度，例如短、中、长，使得收发器组件可以根据需要由具有不同的光纤长度的光电卡构成。

在一个实施例中，框架101在收发器组件100的表面上限定了多个开口170，如图1所示，光纤可以穿过这些开口。尽管该实施例将光纤引导到收发器组件的公共面，但是其他实施例也是可能的。例如，在一个实施例中，框架包括在两个或更多个面上的开口，以允许光纤从收发器组件沿不同的方向延伸。根据本公开，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。

d.中介层

在一个实施例中，光电卡包括创新的中介层，其使磁滞最小化并简化了光学对准。本发明的中介层的一个实施例公开在例如待审的美国专利申请no.16/450,189中，该专利申请通过引用整体结合在此。在一个实施例中，中介层150垂直于光电卡基板131，如图3所示。这样的实施例具有如上述申请中所述的许多优点。在一个实施例中，中介层设置在中间板上，从而减小了增加阻抗/磁滞的迹线的长度。在一个实施例中，中介层是安装在光电卡上的板载光学模块的一部分。

在一个实施例中，中介层将光学部件和芯片集成在一起。如本文所使用的，光学部件可以是可以如下文所述光学地耦合到光学导管的任何已知或以后开发的部件。光学部件可以是例如：(a)光电设备(oed)，其是一种发出、检测和/或控制光的电气设备(例如，诸如竖直腔表面发射激光器(vcsel)的激光器、双通道、平面掩埋异质结构(dc-pbh)、掩埋新月形(bc)、分布式反馈(dfb)、分布式布拉格反射器(dbr)；发光二极管(led)，例如表面发光led(sled)、边缘发射led(eled)、超发光二极管(sld)；光电二极管，例如p本征n(pin)和雪崩光电二极管(apd)；光子处理器，例如cmos光子处理器，用于接收光学信号，处理信号并进行传输响应信号，电光存储器、电光随机存取存储器(eo-ram)或电光动态随机存取存储器(eo-dram)以及用于管理光存储器的电光学逻辑芯片(eo-逻辑芯片))；(b)一混合设备，其不会将光学能量转换为另一种形式，而是响应于控制信号而改变状态(例如，开关、调制器、衰减器和可调滤波器)。还应该理解，光学部件可以是单个分立的设备，或者可以组装或集成为设备的阵列。在一个实施例中，光学部件是一表面发射光源。在一个实施例中，表面发射光源是vcsel。在一个实施例中，光学部件是光敏的。在一个实施例中，光敏光学部件是光电二极管。

在一个实施例中，光学部件与一个或多个电子芯片协同工作。如本文中所使用的芯片是指促进光学部件的功能所需的任何电子/半导体芯片。例如，如果光学部件是发送器，则芯片可以是驱动器，或者，如果光学部件是接收器，则芯片可以是跨阻放大器(tia)。给定的光学部件所需的芯片在本领域中是众所周知的，这里将不再详细描述。

尽管将芯片与光学部件集成在中介层上是有益的并且通常是优选的，但是这不是必须的，并且在某些实施例中，可以将芯片设置在光电卡基板131上。

这些和其他优点可以根据所描述的具体实施例以及其他变型实现。应当理解，以上描述旨在说明而不是限制。通过阅读以上描述，在权利要求书的精神和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。