光学连接组件的制作方法

专利名称：光学连接组件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种光学连接组件。本发明具体地但不限于涉及
一种以几个Gb/s以上的容量传输数据的光学连接系统。
背景技术：
现今的大型多处理器计算机系统包括数以百计的CPU和具有百万兆 内存的数据存储设备。处理器之间的数据传输需要宽的带宽，并且近十 年会需要几个Tb/s的数据传输速率。
目前，电链路正被用于建立芯片之间的连接。电连接是可靠的，并 可以成本效益的方式制造它们。然而，电连接对于高速数据传输具有基 本的物理限制，其涉及到电力需求、传输延迟、可行的封装密度等。
可选择地，可以使用光链路建立芯片之间的数据传输，与电连接相 比其有许多优点。光链路可用于计算机中和各信号处理器之间的高速数 据总线，如在移动电话中的信号处理器。使用这种"光互连"(OI)还具有的 额外优点在于数据传输不会受到电磁干扰。
许多OI结构已经被提出用于高速数据通信，包括聚合物波导、光纤 传像、光纤带以及使用透镜和反射镜的自由空间光连接。
利用高速光纤链路建立芯片到芯片或"片间"连接具有显著优点，与 电连接所需的相比，输入和输出平台尺寸降低至约1/500，通量密度可提 高约1000倍，能量消耗可降低至约1/4，而且数据传输速率可以超过 1Tb/s。
01包括光发射器、光波导和光接收器。设计具有低比特误码率(BER) 的OI的关键问题是传输距离、光波导的性能(如发散、耦合损耗)以及光 源和接收器的性能。然而，对于芯片之间的短光链路而言，光波导的损 失和导引光的发散可以忽略不计，因此，设计OI的剩下关键问题是光源的性能、接收器的性能以及它们之间的耦合。
通常以低成本半导体激光器的形式来提供光源，如边缘发射激光器
或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。 VCSEL通常比较紧凑，易于在一维 或二维空间集成，这有利于高密度并行互连所需要的小型设计。
VCSEL发射的激光束通常具有圆形强度分布，并且最初直径只有几 个pm。即使发散角相对较小(通常10-15度)，发射的激光可以耦合进其 中的光纤的纤芯也需要非常接近VCSEL定位，以减少耦合损耗。通常使 用芯径为62.5jam (多模)或7-9pm (单模)的光纤，并且光纤的端面需要沿 VCSEL的轴向在约100nm内定位和沿面内方向在几个微米内定位，以使 耦合损耗最小。光纤的这种精确定位很繁琐并且昂贵。
为了能够进行高速数据传输，如10Gb/s以上速率的数据传输，需要 使用较小芯径的光纤。这种较小芯径进一步减少了光纤定位中的容差， 从而导致了重大的技术挑战。

发明内容
在第一方面，本发明提供一种光学连接组件，其包括 固体激光器元件，用于响应于施加的电信号而发射调制光束；
光学透镜，其相对于所述固体激光器元件定位在当使用所述光学透 镜时能减弱发射光束发散的预定位置，所述光学透镜形成在所述预定位
置，使得所述光学透镜相对于所述固体激光器元件固定；
具有导引光的波导芯的光波导，所述光波导具有第一和第二端部， 所述第一端部被定位成将来自所述光学透镜的调制光耦合进所述波导
芯；禾口
接收器，用于从所述光波导的第二端部接收调制光，并被配置成将 调制光转换成相应的电信号。
所述光学连接组件具有重大的实用优势。由于所述光学透镜，减弱 激光束的发散，因此所述光波导(如光纤)的准确定位不那么至关重要。结 果，封装容差增大，制造成本降低。此外，由于所述光学透镜相对于所述固体激光器元件固定并定位在所述预定位置，因此可以避免对透镜的 调整，这也降低了生产成本。
所述光学连接组件可以被配置成以超过l或5Gb/s的速率传输数据， 通常被配置成以超过10或15 Gb/s的速率传输数据。
所述光纤的直径可以为10|am-40fam，通常约3(Him。所述光纤可以 是多模或单模光纤。
所述光学透镜通常被配置成减弱发射激光的发散，使得发射激光可 以很低损耗耦合进所述光纤的纤芯中。例如，如果使用具有光束发散的 常规固体激光器，那么对于10|am、 20pm和30pm的芯径，所述激光器 和所述光纤的端部之间的距离可以分别小于lOO)am、 20(^m或30(Vm，以
实现最低的耦合损耗。
所述光学透镜通常被定位和配置成在使用所述光学透镜时使发射激 光基本上被准直。
所述光学透镜可以形成在所述固体激光器元件的一部分上。在本发 明的一个实施例中，所述光学透镜和所述固体激光器元件是单片集成的， 这进一步降低了制造成本，并有利于尺寸减小。
所述固体激光器可以任何合适的形式提供，但通常是垂直腔表面发 射激光器(VCSEL)。所述固体激光器通常包括第一和第二分布布拉格反 射器(DBR)。在一个实施例中，所述光学透镜形成在一个DBR的外表面上。
VCSEL通常包括夹在第一和第二DBR之间的有源区。VCSEL通常 具有用于将激励电流施加到有源区的第一和第二电接头。VCSEL通常设 有散热器，用于散去在使用时由通过有源区的电流所产生的热量。
所述接收器通常是谐振腔增强型光电二极管(RCE-PD)、正-本征-负 (PIN)光电二极管或雪崩光电二极管。RCE-PD通常包括有源区以及用作 反射器的第一和第二 DBR。 RCE-PD通常具有与VCSEL类似的结构，其 中第一和第二电接头响应于吸收的光在有源区接收光电流。RCE-PD通 常设有散热器，用于散去由通过RCE-PD的有源区的电流所产生的热量。本领域技术人员可以理解，合适的固体激光器元件也可以作为响应 于接收的光信号而产生电信号的接收器。在一个实施例中，所述接收器
也以固体激光器元件的形式提供，如VCSEL。所述固体激光器元件中的 任一个可用作发射器，而另一个固体激光器元件作为接收器，其中一个 反射镜通常具有数量减少的DBR层。
在本发明的一个具体实施例中，所述光学连接组件还包括金属基底 或层，以固体激光器元件或接收器的形式提供的至少一个光学元件定位 在其上。
例如，所述或每个光学元件可以在所述金属基底或层上直接定位。 可选择地，所述或每个光学元件可以在于所述金属基底或层上直接定位 的另一层上定位，如粘合材料层。
光学元件，如VCSEL，在操作过程中发热，这会影响光学元件的性 能。例如，VCSEL中的发热可能导致发射激光的波长的热漂移。由于在 上述具体实施例中，所述或每个光学元件定位在金属层或基底上，所以 因金属材料通常非常大的导热系数而可以减少或避免所述光学元件变 热。如果需要相对较大的电流以补偿VCSEL和光纤之间可能发生的耦合 损耗，使得能够保证对于较长通信距离所需的光强度，那么这是特别有 利。
所述金属层或基底通常是金属基底并可以由导热系数大约为230 W/mK的铝构成。
所述光学连接组件通常还包括绝缘层，其邻近至少一个以固体激 光器元件或接收器的形式提供的光学元件的至少一个侧部。此外，所述 光学连接组件通常包括与所述或各自的光学元件电连接的导电层部分， 所述导电层部分与所述绝缘层重叠，并远离所述或各自的光学元件延伸， 使得可以通过在远离所述或每个光学元件的位置接触所述导电层部分而 实现所述或每个光学元件的电连接。
例如，光学元件(其可以是以集成电路元件的形式提供的VCSEL)的 传统引线接合，通常导致电线在VCSEL的上表面上突出大约50 -100pm。因此，往往极难或不可能在靠近VCSEL上表面(在几十微米内)处准确定位光纤。可选择地，可以从光学元件下面接触光学元件，这也 存在重大问题。由于上面限定的导电层部分允许在远离所述或每个光学 元件的位置实现所述或每个光学元件的电连接，因此能够避免这些困难。
所述电绝缘层通常在被所述电绝缘层限定的平面内包围所述或每个 光学元件，并且通常包括与所述光学元件邻近的聚合物部分和与所述聚
合物部分邻近的A1203。 Al203通常是阳极化的。
所述或每个光学连接组件通常还包括覆盖所述或每个光学元件的至 少一部分或完全覆盖所述或每个光学元件的外表面的光学透明层。所述 光学透明层通常是聚合物层并且是平面化的。
所述或每个光学元件通常被上面限定的层完全封闭，从而产生封装 优点并保护所述或每个光学元件。
根据上述具体实施例的光学连接组件的光学元件通常是多个光学元 件中的一个。
在第二方面，本发明提供一种光学连接系统，其包括被配置成并行 传输数据的多个上述光学连接组件。
第一固体激光器元件通常被排列成阵列。此外，可以所述第二固体 激光器的形式提供的接收器通常被排列成阵列。所述系统通常还包括用 于驱动所述固体激光器元件的电子元件和用于驱动所述接收器的至少一 个电子元件。固体激光器元件阵列和用于驱动所述固体激光器元件阵列 的驱动器通常是集成部件，并且通常定位在第一电路板上。接收器阵列 和用于驱动所述接收器阵列的电子元件通常也是集成部件，并可以定位 在所述第一电路板上或定位在单独的第二电路板上。
在可选实施例中，所述固体激光器元件包括第一组和第二组固体激 光器元件，所述接收器包括第一组和第二组接收器。通常分别以单片集 成的方式，使所述第一组固体激光器元件可以在邻近所述第一组接收器 的位置，使所述第二组固体激光器元件可以在邻近所述第二组接收器的 位置。所述第一组固体激光器元件通常通过光纤与所述第二组接收器耦 合，并且所述第二组固体激光器元件通常通过光纤与所述第一组接收器 耦合，使得可以在所述第一组和所述第二组之间双向传输数据。所述第一组固体激光器和所述第一组接收器通常在第一阵列中单片 集成。所述第二组固体激光器和所述第二组接收器通常在第二阵列中单 片集成。
根据本发明第二方面的上述系统以及根据本发明第一方面的上述光 学连接组件通常包括第一和第二机械连接元件。所述第一机械连接元件 通常被配置成在相对于所述第一机械连接元件的至少一个第一预定位置 固持所述或每个光纤的第一端部，所述第二机械连接元件通常被配置成 在相对于所述第二机械连接元件的至少一个第二预定位置固持所述或每 个光纤的第二端部。所述或每个第一预定位置通常选择成使光可以从所 述或每个固体激光器元件耦合进所述或每个光纤的纤芯，而基本上耦合
损耗最小。所述或每个第二预定位置通常选择成使光可以从所述或每个 光纤的纤芯耦合进所述或每个接收器，而基本上耦合损耗最小。
所述第一和第二机械连接元件中每一个通常被配置成使所述或每个 光纤弯曲任意角度，例如大约卯。。
所述或每个固体激光器和所述或每个接收器通常定位在至少一个电 路板上。所述第一和第二机械连接元件通常具有第一和第二导销，所述 或每个电路板通常具有用于接收各自导销的相应第一和第二孔。所述第 一导销和所述第一孔通常被定位成使得当所述第一导销被所述第一孔接 收时所述或每个光纤的第一端部定位在所述或每个第一预定位置。所述 第二导销和所述第二孔通常被定位成使得当所述第二导销被所述第二孔
接收时所述或每个光纤的第二端部定位在所述或每个第二预定位置。因 此，所述第一和第二机械连接元件被配置成使得所述光纤的端部基本上 被动对准。
在第三方面，本发明提供一种电子板，其包括通过上述光学连接组 件或光学连接系统连接的电子元件。
在第四方面，本发明提供一种计算机总线，其包括上述光学连接系统。
所述计算机总线可被配置成用于连接超过两个的电子元件。例如， 一个电子元件可以是交换中心，计算机总线可被配置成用于连接交换中心与其他或另一个电子元件。
在第五方面，本发明提供一种计算机系统，其包括通过上述光学连 接组件或光学连接系统连接的电子元件。
在第六方面，本发明提供一种连接电子元件使得能够在所述各电子 元件之间进行数据传输的方法，所述方法包括
提供第一电子元件；
提供第二电子元件；和
使用根据本发明第一方面的上述互连组件或根据本发明第二方面的 上述互连系统将所述第一和第二电子元件互连。
在第七方面，本发明提供一种包括至少一个光学元件的电子电路， 所述或每个光学元件具有电接点，所述电子电路还包括
金属基底或层，所述或每个光学元件定位在其上，
绝缘层，其定位在所述金属基底的一部分上并邻近所述或每个光学 元件的至少一个侧部；
与所述或各自的光学元件电连接的导电层部分，所述导电层部分与 所述绝缘层重叠，并远离所述或各自的光学元件延伸，使得可以通过在 远离所述或每个光学元件的位置接触所述导电层部分而实现所述或每个 光学元件的电连接。
所述或每个光学元件可以在所述金属基底或层上直接定位，或者， 所述或每个光学元件与所述金属基底或层可以通过另一个层隔开，如粘 合材料层。
从以下对本发明实施例的说明可以更充分地理解本发明。参考附图 进行说明。


图1显示根据本发明具体实施例的光学连接组件， 图2(a)-(c)显示光学连接组件的各元件，图3显示根据本发明另一个具体实施例的光学连接系统，
图4示意性显示通过本发明另一个实施例的光学连接系统连接的计
算机系统组件，和
图5显示根据本发明实施例的光学连接组件的剖视图，以及 图6和图7显示根据本发明实施例的光学连接组件的俯视图。
具体实施例方式
首先，参照图1，下面说明根据本发明具体实施例的光学连接组件。 光学连接组件IO包括固体激光器元件，在该实施例中固体激光器元件以 垂直腔表面发射激光器(VCSEL) 12的形式提供。VCSEL 12发出激光14， 被耦合进光纤16。光纤16在纤芯18中导引发射的光。引导光从光纤16 的端部17发出并被导向接收器，在该实施例中接收器以谐振腔增强型光 电二极管(RCE-PD) 20的形式提供。
光学连接组件IO包括被施加电信号的输入端子(图未示)，这些输入 端子与VCSEL12连接，使得发出的激光束14被电信号调制。在该实施 例中高频电信号与10Gb/s速率的数据传输相关。在该实施例的变型中， 可以针对较低速率或较高速率的数据传输配置光学连接系统，如15Gb/s 或40Gb/s。
RCE-PD 20配置成接收调制光，并将调制光转换成被施加到输出端 子(图未示)的相应电信号。
例如，光学连接组件IO可以在诸如集成电路元件等电子元件之间提 供高速数据传输链路。这种光学"互连"可应用于高速计算机或受益于高 速数据传输的任何其他电子系统。
VCSEL 12通常发射激光束14，在发射激光束的表面上激光束的探 头直径只有几个pm。 VCSEL激光束通常具有10°-15°的发散角。即使这 种发散相对较小，探头直径也迅速增加到大于纤芯18的直径。然而，光 学连接组件10包括透镜22，由于透镜22减弱激光束14的发散，因而可 减轻上述问题。这具有特别的优点，即相对于VCSEL 12的光发射表面 准确定位光纤端部23不那么至关重要。在该实施例中，光学透镜22被定位成使发射的激光束14基本上被准直。即使也许不完全准直，光学透
镜22的准直功能也会大幅度地增加封装容差，从而有利于高速光学连接 组件10的工业制造。
在该实施例中，纤芯18的直径约2(Him，并且光纤16定位在距透镜 22大约20(^m的位置，以避免碰到VCSEL的焊线。这是相对较大的距 离，并显示出增大的可允许的封装容差。在该实施例中，透镜22和光纤 16之间的距离范围可以为0 20Q^im以上。
从光纤16的纤芯18发出的光转换成直径大约只有25^im，并被 RCE-PD 20的接收表面接收。RCE-PD 20的接收表面通常被定位在距光 纤16的端面大约20Q^im的位置。
通过并行耦合多个光学连接组件IO可以进行并行高速传输。例如， 这种并行数据传输系统可以包括VCSEL 12的阵列、RCE-PD 20的阵列 以及连接固体激光器12与对应的RCE-PD 20的多个光纤16。在一个具 体变型中，第一组VCSEL 12和第一组RCE-PD20定位在光纤的各自第 一端。第二组RCE-PD 20和第二组VCSEL 12定位在光纤16的各自第二 端，使得可以双向通信(在第一方向上，在第一组的VCSEL与第二组的 RCE-PD之间，在相反方向上，在第二组的VCSEL与第一组的RCE-PD 之间)。在建立的通信链路的任一端的VCSEL和REC-PD组单片集成， 并形式阵列。
可以理解，在本发明的可选实施例中，光纤纤芯18可以具有其他直 径，如25或30pm。此外，光学连接组件10不必须包括VCSEL，而是 可选择地包括另一种类型的固体激光器，如边缘发射激光器。此外，接 收器不必须以RCE-PD20的形式提供，而是可以任何其他适合的形式提 供，如正-本征-负光电二极管(PIN-PD)或雪崩光电二极管(APD)的形式。
在上述实施例的一个具体变型中，接收器也以RCE-PD的形式提供。 在这种情况下，接受RCE-PD响应于接收的调制光信号产生电信号。在 该实施例中，接收RCE-PD没有与透镜(如透镜22)耦合，因为从光纤的 端面17发出的光束的探头直径足够小，从而可将光耦合进入接收 RCE-PD，这样基本上使耦合损耗最小。
1可以理解，在该实施例的变型中，每个光学连接组件可以双向通信
方式配置。任一个VCSEL可以用于响应于施加的正向电信号产生光信 号，而另一个反向偏压的VCSEL可以作为接收器。在一个具体变型中， 两个VCSEL均具有定位在VCSEL的发射面或接收面的透镜(如透镜22)。
图2(a)更详细地显示VCSEL 12、透镜22和具有光纤纤芯18的光纤 16。 VCSEL 12包括包含AlGaAs、 InGaAs和GaAs层的层状结构。有源 中心区24夹在分布布拉格反射器26和28之间。底部的分布布拉格反射 器(DBR) 26反射在有源区24中产生的几乎100%的光，而顶部的DBR 28 只反射产生的大约98%的激光，从而导致在VCSEL 12的顶端面发射一 些激光。虚线29示意性表明在没有透镜22时发射的激光束的发散。
下面说明定位在VCSEL 12顶面的光学透镜22的制造。在与VCSEL 12相关的层状结构("底部层状结构")上形成数字合金AlxGai.xAs。数字合 金包括另一个层状结构("顶部层状结构")，包含层厚度为2-90个单层的 AlAs和GaAs薄层。利用分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积 (MOCVD)沉积AlAs和GaAs薄层。用厚度约100nm的GaAs层包覆顶部 层状结构。传统的蚀刻技术用来使顶部层状结构形成二维延伸的形状， 一种蚀刻过程可用来使顶部层状结构和底部层状结构一起成形。然后在 氧环境中使顶部层状结构退火，使得AlAs/GaAs数字合金的AlAs层中 所含的一部分铝被氧化。GaAs包层用作氧扩散垂直阻挡层，AlAs中的 更多铝在蚀刻的顶部层状结构的暴露侧部被氧化，这导致在VCSEL 12 的顶面上形成主要含有未被氧化的铝的凸形区域。该区域外部的氧化降 低了数字合金的折射率，因此凸形区域对于VCSEL 12发射的光具有透 镜的聚焦功能。可以使用合适的蚀刻过程除去凸形区域和GaAs包层上 的被氧化的铝，从而形成基本上球形外表面的透镜22。
图2(b)和图2(c)显示形成的透镜22的扫描电子显微照片。
下面参照图3,说明并行数据传输的光学连接系统30。在该实施例 中，系统30包括阵列32，阵列32包括带有光学透镜的四个VCSEL。每 个VCSEL以如图1所示和上文所述的VCSEL 12的形式提供。每个透镜 定位在VCSEL的端面上，并且是如图1所示和上文所述类型的透镜22。 VCSEL阵列32由VCSEL驱动组件34驱动，VCSEL驱动组件34由连接在连接38处的驱动控制所控制。在该实施例中，VCSEL驱动组件34 也被配置成通过连接36与诸如CPU等数据源连接，输入信号从连接36 被导向VCSEL驱动组件34。在该实施例中，VCSEL阵列32以集成方 式形成，VCSEL驱动组件34也是集成元件。VCSEL阵列32和VCSEL 驱动组件34定位在电路板35上。
连接系统30包括机械连接元件38，机械连接元件38被配置成将光 纤42、 44、 46和48的第一端部固持在各自的预定位置。机械连接元件 38包括销子40，销子被配置成当机械连接元件38与电路板35配合时插 入孔41中，使得光纤42、 44、 46和48的第一端部定位在各自的位置， 其中从阵列32的VCSEL发出的光被导入光纤42、 44、 46和48，而没 有明显损耗。
光学连接系统30还包括机械连接元件39，机械连接元件39将光纤 42、 44、 46和48的第二端部固持在预定位置。在该实施例中，机械连接 元件38和39使光纤42、 44、 46和48弯曲90°。
光学连接系统30还包括第二电路板49，四个RCE-PD的阵列50定 位在第二电路板49上。阵列50的每一个RCE-PD与如图1所示和上文 所述的RCE-PD 20是同一类型的。此外，光电二极管(PD)驱动组件52 被定位在电路板49上，用于驱动RCE-PD阵列50。电路板49还包括用 于连接PD驱动组件52与驱动控制单元(图未示)的连接56。
例如，PD驱动组件52可以被配置成通过存储器连接54与计算机存 储器(图未示)连接。当连接元件39被定位在电路板49上，使得销子40 被孔41接收时，光纤42、44、46和48的第二端部定位在阵列50的RCE-PD 上，从而使光可以从光纤的第二端部耦合进阵列50的各自的RCE-PD，
而没有明显耦合损耗。
可以理解，在如图3所示和上文所述的实施例的变型中，驱动组件、 VCSEL阵列和RCE-PD阵列可被定位在同一电路板上。此外，VCSEL 可被定位在光纤的两端，在这种情况下，可以建立双向光学连接。
另外，阵列32和50均可以包括VCSEL和RCE-PD,这样也能够进 行双向数据传输。在这种情况下，每个阵列通常包括相同数量的VCSEL和RCE-PD。
图4显示包括计算机总线95的计算机组件的图80的一个例子。在 该实施例中，存储器控制中心82通过多个光学连接系统90的形式的计 算机总线95与CPU 84、存储器86、 GPU 88和I/O控制器87连接，光 学连接系统90与如图3所示和上文所述的光学连接系统30是同一类型 的，但包括12条并行线。插图94显示机械连接组件的端面和12个光纤 的端面。插图96显示VCSEL阵列98和RCE-PD阵列100的照片。插图 102显示具有电接点104和光学透镜106的VCSEL阵列的顶部。
计算机总线95通过存储器控制中心82在CPU 84、 GPU 88、存储器 86和I/O控制中心87之间传输数据，其中存储器控制中心82在各来源 和目的地之间指导数据通信。存储器控制中心82通过将输入信号(例如 来源于CPU 84)复制到其他电子元件(例如存储器86、 GPU 88和I/O控制 中心87)或根据传输的数据中的地址信息将输入信号切换到适当的电子 元件而起作用。每一个光学连接系统90以120 Gb/s的速率(包括校验/纠 错位)在这些组件之间并行数据传输，其中12条并行线中的每个光学连 接以10Gb/s的速率传输数据。
下面参照图5~图7，说明根据具体实施例的光学连接组件的各元件。 图5~图7所示的电子电路100包括光学元件102，光学元件102可以图 1和图2所示的VCSEL 12或RCE-PD 20的形式提供。在所述具体实施 例的变型中，电子电路100可以例如形成如图3所示和上文所述的 VCSEL阵列32或RCE-PD阵列50。
在光学元件102定位在铝基底104上，这有利于将产生的热量传导 出去。例如，可以通过芯片焊接或使用适当的粘合剂106将光学元件102 连接到基底104上，这样有利的是也具有相对较高的导热系数。
电子电路100包括包围光学元件102的聚合物部分108。聚合物部 分108被绝缘层110包围，在该实施例中，以阳极化Al203的形式提供 绝缘层。铝的接点部分112蒸发沉积在光学元件102的电接点107以及 聚合物材料108和绝缘层110的一部分上。然后，在光学元件102、绝缘 层110、聚合物材料108和部分接点112上沉积透明的聚合物层114，使得只有接点112的远端区露出。图6显示在沉积聚合物层114之前的电 子电路100，图7显示在沉积聚合物层114之后的电子电路100。
电子电路100具有重大的实用优势，因为用于电连接的电线可以在 远离光学元件102的位置，因此不会使光纤在光学元件102上的准确定 位复杂化或妨碍准确定位。此外，产生的热可以在远离光学元件102的 铝基底中传导，并且也有利于封装。
电子电路100的制造包括半导体工业中已知的蚀刻、图案化和沉积 技术。
虽然已经参照具体的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应 该理解，本发明可以体现为多种其他形式。例如，定位在同一电子板或 在不同电子板上的计算机组件之间的任何一个链路，均可以光学连接组 件或系统的形式提供。
权利要求
1. 一种高速光学连接组件，其包括固体激光器元件，用于响应于施加的电信号而发射调制光束；光学透镜，其相对于所述固体激光器元件定位在当使用所述光学透镜时能减弱发射光束发散的预定位置，所述光学透镜形成在所述预定位置，使得所述光学透镜相对于所述固体激光器元件固定；具有导引光的波导芯的光波导，所述光波导具有第一和第二端部，所述第一端部被定位成将来自所述光学透镜的调制光耦合进所述波导芯；和接收器，用于从所述光波导的第二端部接收调制光，并被配置成将调制光转换成相应的电信号。
2. 如权利要求1所述的光学连接组件，其被配置成以超过5 Gb/s的速率传输数据。
3. 如权利要求1或2所述的光学连接组件，其被配置成以超过10Gb/s的速率传输数据。
4. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，其中所述光波导是光纤。
5. 如权利要求4所述的光学连接组件，其中所述光纤的直径为10拜-40,。
6. 如权利要求4所述的光学连接组件，其中所述光纤的直径为30,。
7. 如权利要求4 6中任一项所述的光学连接组件，其中所述光学透镜被配置成减弱发射激光的发散，使得如果所述光纤的第一端部定位在比纤芯直径大至少两倍的距离内，那么发射激光可以很低损耗耦合进所述光纤的纤芯中。
8. 如权利要求4 7中任一项所述的光学连接组件，其中所述光学透镜被配置成减弱发射激光的发散，使得如果所述光纤的第一端部定位在比纤芯直径大至少三倍的距离内，那么发射激光可以很低损耗耦合进光纤的纤芯中。
9. 如权利要求7或8所述的光学连接组件，其中所述芯径为30nm以下，所述距离至少为100nm。
10. 如权利要求7或8所述的光学连接组件，其中所述芯径为30(im以下，所述距离至少为200pm。
11. 如权利要求7或8所述的光学连接组件，其中所述芯径为30pm以下，所述距离至少为300fim。
12. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，其中所述光学透镜被定位和配置成在使用所述光学透镜时使发射激光基本上被准直。
13. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，其中所述光学透镜形成在所述固体激光器元件的一部分上。
14. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，其中所述光学透镜和所述固体激光器元件是单片集成的。
15. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，其中所述固体激光器是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
16. 如权利要求15所述的光学连接组件，其中所述固体激光器包括分布布拉格反射器(DBR)，并且所述光学透镜形成在DBR的外表面上。
17. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，其中所述接收器是谐振腔增强型光电二极管(RCE-PD)。
18. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，其中所述固体激光器元件是第一固体激光器元件，所述接收器以被设置用于接收光的第二固体激光器元件的形式提供。
19. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，其中所述波导是光纤，所述光学连接组件包括第一和第二机械连接元件，所述第一机械连接元件被配置成在相对于所述第一机械连接元件的第一预定位置固持所述光纤的第一端部，所述第二机械连接元件被配置成在相对于所述第二机械连接元件的第二预定位置固持所述光纤的第二端部，其中所述第一预定位置选择成使光可以从所述固体激光器元件耦合进所述光纤的纤芯，而没有明显耦合损耗，以及所述第二预定位置选择成使光可以从所述光纤的纤芯耦合进所述接收器，而没有明显耦合损耗。
20. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，还包括金属基底或层，以固体激光器元件或接收器的形式提供的至少一个光学元件定位在其上。
21. 如权利要求20所述的光学连接组件，其中所述金属层或基底是金属基底并由铝构成。
22. 如前述权利要求中任一项所述的光学连接组件，还包括绝缘层，其邻近至少一个以固体激光器元件或接收器的形式提供的光学元件的至少一个侧部；和与所述或各自的光学元件电连接的导电层部分，所述导电层部分与所述绝缘层重叠，并远离所述或各自的光学元件延伸，使得可以通过在远离所述或每个光学元件的位置接触所述导电层部分而实现所述或每个光学元件的电连接。
23. 如权利要求22所述的光学连接组件，其中 所述电绝缘层在被所述电绝缘层限定的平面内包围所述或每个光学元件，并且包括与所述或每个光学元件邻近的聚合物部分和与所述聚合 物部分邻近的A1203。
24. 如权利要求22或23所述的光学连接组件，还包括覆盖所述或 每个光学元件的至少一部分的光学透明层。
25. —种光学连接系统，其包括多个如权利要求1 18中任一项所述 的光学连接组件并被配置成并行传输数据。
26. 如权利要求25所述的系统，其中所述固体激光器元件被排列成 阵列。
27. 如权利要求25或26所述的系统，其中所述接收器被排列成阵列。
28. 如权利要求25所述的光学连接系统，其中所述固体激光器元件 包括第一组和第二组固体激光器元件，所述接收器包括第一组和第二组 接收器，所述第一组固体激光器元件在邻近所述第一组接收器的位置， 所述第二组固体激光器元件在邻近所述第二组接收器的位置。
29. 如权利要求28所述的光学连接系统，其中所述第一组固体激光 器元件通过光纤与所述第二组接收器耦合，并且所述第二组固体激光器 元件通过光纤与所述第一组接收器耦合，使得可以在所述第一组和所述 第二组之间双向传输数据。
30. 如权利要求29所述的光学连接系统，其中所述第一组固体激光 器和所述第一组接收器排列在第一阵列中，所述第二组固体激光器和所 述第二组接收器排列在第二阵列中，并且其中每一个阵列均是单片集成 的。
31. 如权利要求26 21中任一项所述的系统，其中所述波导是光纤， 所述系统包括第一和第二机械连接元件，所述第一机械连接元件被配置 成在相对于所述第一机械连接元件的第一预定位置固持所述光纤的第一 端部，所述第二机械连接元件被配置成在相对于所述第二机械连接元件 的第二预定位置固持所述光纤的第二端部，其中所述第一预定位置选择成使光可以从所述固体激光器元件耦合 进所述光纤的纤芯，而没有明显耦合损耗，以及所述第二预定位置选择 成使光可以从所述光纤的纤芯耦合进所述接收器，而没有明显耦合损耗。
32. 如权利要求31所述的系统，其中所述第一和第二机械连接元件 具有第一和第二导销，所述或每个电路板具有用于接收各自导销的相应 第一和第二孔。
33. 如权利要求32所述的系统，其中所述第一导销和所述第一孔被 定位成使得当所述第一导销被所述第一孔接收时所述光纤的第一端部定 位在所述第一预定位置，以及其中所述第二导销和所述第二孔被定位成 使得当所述第二导销被所述第二孔接收时所述光纤的第二端部定位在所 述第二预定位置。
34. —种电子板，其包括通过如权利要求1~24中任一项所述的光学 连接组件连接的电子元件。
35. —种电子板，其包括通过如权利要求25~33中任一项所述的系 统连接的电子元件。
36. —种计算机系统，其包括通过如权利要求1 24中任一项所述的 光学连接组件连接的电子元件。
37. —种计算机系统，其包括通过如权利要求25 33中任一项所述 的系统连接的电子元件。
38. —种计算机总线，其包括如权利要求25~33中任一项所述的系统。
39. —种连接电子元件使得能够在所述各电子元件之间进行数据传 输的方法，所述方法包括提供第一电子元件； 提供第二电子元件；和使用如权利要求1~24中任一项所述的互连组件将所述第一和第二 电子元件互连。
40. —种连接电子元件使得能够在所述各电子元件之间进行数据传 输的方法，所述方法包括.-提供第一电子元件； 提供第二电子元件；和使用如权利要求25 33中任一项所述的互连系统将所述第一和第二 电子元件互连。
41. 一种包括至少一个光学元件的电子电路，所述或每个光学元件 具有电接点，所述电子电路还包括金属基底或层，所述或每个光学元件定位在其上，绝缘层，其定位在所述金属基底的一部分上并邻近所述或每个光学元件的至少一个侧部；与所述或各自的光学元件电连接的导电层部分，所述导电层部分与所述绝缘层重叠，并远离所述或各自的光学元件延伸，使得可以通过在远离所述或每个光学元件的位置接触所述导电层部分而实现所述或每个光学元件的电连接。
全文摘要
本发明提供一种高速光学连接组件，其包括用于响应于施加的电信号而发射调制光束的固体激光器元件。该光学连接组件还包括光学透镜，其相对于该固体激光器元件定位在该光学透镜能减弱发射光束发散的预定位置。该光学透镜形成在该预定位置，使得该光学透镜相对该固体激光器元件固定。该光学连接组件还包括具有导引光的波导芯的光波导。该光波导具有第一和第二端部。该第一端部被定位成将来自该光学透镜的调制光耦合进该波导芯。此外，该光学连接组件还包括接收器，用于从该光波导的第二端部接收调制光，并被配置成将调制光转换成相应的电信号。
文档编号G02B6/42GK101535859SQ200680056182
公开日2009年9月16日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年9月13日
发明者卡迈勒·阿拉梅, 李用卓 申请人:埃迪斯科文大学;光州科学技术院