专利名称：光学耦合设备、光学通信系统及制造方法
技术领域：
本发明涉及光学耦合设备、包括这种光学耦合设备的光学通信系统、及其制造方法。
背景技术：
多数通信系统包括许多系统卡。这种卡通常制造为所谓的印刷电路板(PCB)。因为在数据速率方面不断增加的需求，例如由于互联网，已经达到了使用电通信的极限。保证经过电线的良好信号稳定性变得困难。为了回应这种带宽需求，高速系统现在被构建出，其中光学层(光纤或平面波导)被弓I入代替导电金属。的确，光不经受与电相同的限制。光学耦合设备通常用于将PCB，或所谓的光学电路板(0CB)，的光学层与外部的光学设备相互连接。为了确保光穿过光学耦合设备的高效传输，所述光学耦合设备沿竖直方向相对于电路板的非常精确的定位是必要的。然后，光学耦合设备的固定部分胶接至光学电路板的固定表面。需要改善光学耦合设备至光学电路板的固定。
发明内容
提供一种用于光学通信系统的光学耦合设备。光学耦合设备包括第一面，其将面向光学耦合设备的支撑件。所述支撑件具有向上面向并配置成接收光学耦合设备的接收面。光学耦合设备另外包括空腔，其接入(mouthing)至第一面，并配置成接收胶以将光学耦合设备固定至支撑件。空腔由包括至少部分地向上面向的第二面的壁包围。通过这些特征，固化的胶将用作锚固件，进一步有助于防止撕开耦合设备。在一些实施方式中，人们还可以使用限定在从属权利要求中的特征中的一个或多个。根据另一方面，提供一种用于光学通信系统的光学耦合设备。光学耦合设备包括:-底面，其配置成面向光学耦合设备的支撑件，以及-与底面相反的顶面。通孔延伸在所述顶面与所述底面之间。通孔可以接收胶以将光学耦合设备固定至支撑件。这允许从光学耦合设备上方而非从其侧面配给胶，这更易于施行，并且允许在除了仅光学耦合设备周缘以外的其它地方中施胶。在一些实施方式中，人们还可以使用限定在从属权利要求中的特征中的一个或多个。
本发明的其它特征和优点将从以下对于作为非限制性实施例提供的本发明实施方式中的四个以及对于附图的描述中容易显现。在图中:-图1是光学系统的局部立体俯视图，-图2是光学耦合设备的底面的立体图，-图3是用于第一电路板的沿图1的线II1-1II的局部截面图，-图4是用于第二实施方式的部分类似于图3的视图，-图5是用于第三实施方式的类似于图4的视图，-图6是第三实施方式的局部俯视图，以及-图7是用于第四实施方式的类似于图4的视图。在不同的图中，相同的参考标记标注同样或类似的元件。
具体实施例方式图1局部地示出了混合或完全的光学PCB1，例如背板，其是包括多个层的层叠。特别地，所述层叠I从上至下包括铜层101、预浸料层102、光学层103、以及另外的铜层104和预浸料层105。光学层103自身包括第一顶覆壳层106、在第一顶覆壳层106下方的第二传递光学层107、以及在第二传递光学层107下方的第三底覆壳层108 (见图3)。术语“顶”、“底”、“上”、“下”或之类参照方向Z给出，所述方向Z正交于PCB的顶表面la，并且指向将要光学耦合至PCB的匹配的光学设备4。PCB的顶表面平行于X-Y平面延伸，其中X和Y是人为限定的。例如，X对应于层107中的光传播方向，Y对应于横向于该传播方向的方向。层叠I的光学层107由多个管2制成，所述管一体形成或嵌入在本体3中，所述本体具有比管2低的折射率。因此，管2和本体3分别构成波导的芯和覆壳。嵌入的波导可以是聚合物波导、玻璃片波导或通过嵌入光纤技术所获得的波导，或之类。应理解的是，PCB的一部分被从图1中移除以方便表示，并且显示为面Ic的实际上不是面，而是PCBl的内部。如图1中可见，切口 27形成在PCBl中。特别地，切口 27成形为具有正平行六面体这一非常简单的形式。切口由直的壁限定。切口还可以具有平的底部27b，如图所示。管2接入到切口中所在的壁限定了 PCB的光学界面。即，所有芯2接入到切口 27中以限定出PCB的光学界面9 (图3)。所述光学界面9包括布置成阵列的离散的光传递区域。根据需要，沿方向Y的传递区域间隔可以是或不是恒定的。例如，在本图中，在邻近的传递区域之间的间隔被设置成恒定于250 μ m。被传输至匹配的光学设备4或从该匹配的光学设备传输出的光学信号经过第一光学路径6被提供至层叠I的芯2或被从所述层叠的芯提供，所述光学设备比如是光学设备或光电设备或其它PCB，所述芯2提供平行于X-Y平面的用于光学信号的第二光学路径
7。在本实施例中，光学设备4例如可以包括机械转换卡套(“MT卡套”)，其包括高精度的套21，光纤22的末端在所述套内延伸在精确限定的相对位置中。匹配的光学设备4因此具有光学界面10，其被定义为指向PCB的一组光纤末端。在本图中，所述界面平行于X-Y平面延伸。匹配的连接器的光学界面10具有数量与PCB的光学界面9相同的传递区域。匹配的光学设备的光学界面10的每个传递区域对应于PCB的光学界面9的相应传递区域。这意味着，传递区域两两相关联，并且穿过其中一个界面的传递区域而正交地离开的光将被传递至其中另一个界面的对应传递区域。印刷电路板I另外包括Z向基准。Z向基准是印刷电路板的一部分，所述Z向基准沿Z方向的位置相对于光学界面9精确已知。例如，所述Z向基准对应于底覆壳层的底部(或者说对应于与其重合的下面铜层104的顶部23 (见图3))。然而，其它位置也是可能的，例如顶覆壳层的顶部。为了获得在第一和第二光学路径之间的最佳光学耦合，光学耦合设备8被提供用于对准目的，所述第一和第二光学路径对于这里的光学系统而言垂直于彼此。在本实施例中，光学耦合设备8被设置成单一的单元式部件，尽管不必要一直是如此。在图1中，只有光学耦合设备的用于光学耦合的中央部分可见。耦合设备8例如是通过模制适合的半透明材料而制造出的单元式件。光学耦合设备8包括第一面24，其限定出第一光学界面25，所述第一光学界面将被置于与PCB的光学界面9光学耦合。第一光学界面25具有传递区域13，所述传递区域放置成以自由的间隔(有时穿过半透明的耦合介质，比如空气或适合的胶)与PCB界面的对应传递区域相对。因此，第一光学界面25的布置直接从印刷电路板的光学界面9的布置得出，这里将不再详述。光学耦合设备8包括第二面11b，其在这种情况下正交于第一面延伸，即平行于X-Y平面延伸。所述第二面限定出第二光学界面26，所述第二光学界面将被置于与匹配的光学设备4的光学界面光学耦合。第二光学界面26具有传递区域13’，所述传递区域将被放置成(有时穿过半透明耦合介质，比如空气或适合的胶)与匹配的光学设备4的界面的对应传递区域相对。因此，第二光学界面26的布置直接从匹配的光学设备4的光学界面的布置得出，这里将不再详述。光学路径被限定在耦合设备8的第一和第二界面25、26之间。S卩，来自印刷电路板I的界面的、在其第一界面25进入耦合设备8的发散光将作为基本上平行化的光束穿过耦合设备8被传播至第二界面26，并且将被聚焦到匹配的光学设备4的界面中。光以类似方式沿相反方向传播。特别地，耦合设备8的每个界面的每个传递区域可以被设置有光束成形结构15、15’，比如透镜。透镜15使芯2的去往/来自耦合设备8的光学信号的光学耦合最优化。透镜15’使卡套4的去往/来自耦合设备8的光学信号的光学耦合最优化。由于透镜15和15’分别在每个芯2的入口处和在每个光纤22的入口处聚焦光学信号，所以相比没有透镜的光学耦合系统，耦合设备8、卡套4和层叠I的制造公差增大。如本实施例中所示，透镜15、15’可以形成耦合设备8的一体部分。所述透镜定位在第一和第二界面处。例如，所述透镜可以是Fresnel型或非球面型的。可以理解的是，对于每个界面而言，该界面的所有透镜均可以设置为相同的。图2更详细地不出f禹合设备8的底面。(其中被完整不出了)。I禹合设备8被设置成薄板，其具有第一(底)面Ila以及相反的平行的第二 (顶)面Ilb (图1)。本体16优选以居中方式从底面Ila向下突伸。所述本体承载有光学界面25以及将光从X方向偏转至Z方向的镜子18。另外，光学耦合设备8设置有Z向基准部分12。这些Z向基准部分12是光学耦合设备8的一部分，所述Z向基准部分沿方向Z的位置相对于第一光学界面25精确已知。所述部分例如是平行于X-Y表面延伸的表面。例如，三个所述部分可以设置为从面Ila突伸出的三个脚部14。所述脚部可以设置成不在一条直线上，并且长度相同，从而使得三个Z向基准部分12精确限定出平面。光学耦合设备8另外包括固定部分。所述固定部分用于将光学耦合设备8固定至印刷电路板I。固定部分例如设置在光学耦合设备8的周缘处，比如在本第一实施方式中。例如，第一固定部分是周向脊部17，所述周向脊部围绕设备的整个周缘连续延伸。另外，第二固定部分被设置成第二周向脊部19，所述第二周向脊部围绕设备的整个周缘连续延伸。第二周向脊部还围绕第一周向脊部17。因此，第二周向脊部19是外固定部分，而第一周向脊部17是内固定部分。因此，第一周向脊部17位于第二周向脊部19与本体16之间。固定部分17、19从光学f禹合设备的面Ila突伸出。如图3中可见，光学耦合设备将被放置在印刷电路板I的切口 27上方，从而使得Z向基准部分12将与印刷电路板的Z向基准协作，以便精确限定出光学耦合设备8沿Z轴相对于印刷电路板Z向基准的位置。例如，简单地将Z向基准部分12搁置在印刷电路板I的Z向基准23上。然而，存在其它方法来精确限定光学耦合设备8沿Z方向相对于印刷电路板的Z向基准的位置。理论上，在该位置中，光学耦合设备和印刷电路板如此沿方向Z相对于彼此定位，使得印刷电路板的界面9 (自图3平面离开)与光学耦合设备的光学界面25 (本图中不可见)之间产生高效的光学耦合。这是由于:-通过电路板构造实现的电路板的界面9与Z向基准23的沿方向Z的精确已知的相对定位，-通过协作实现的Z向基准23与光学耦合设备8的Z向基准部分12的沿方向Z的精确已知的相对定位，以及-通过耦合设备构造实现的Z向基准部分12与光学界面25的沿方向Z的精确已知的相对定位。如必要，使用X-Y基准装置(未示出)来仔细地相对于电路板将耦合设备放置在X-Y平面中。Z轴定向在出离电路板的主平面朝向匹配光学设备4的方向上。这是光离开电路板的方向。印刷电路板的固定表面20被用于与光学稱合设备8的固定部分17、18协作来将光学稱合设备8固定至电路板I。例如，固定表面20对应于印刷电路板的可触及的顶面Ia,例如，要么是铜层101的顶面，要么如果铜层101在该区域内被移除则是预浸料层102的顶面。当光学耦合设备8放置在印刷电路板上时，内和外固定部分17、19与表面20隔开，以使Z向基准部分12能够搁置在电路板的Z向基准23上。另外，所述固定部分的高度彼此不同。在本实施方式中，所述固定部分的高度可以相差至少50微米。特别地，第一(内)固定部分17比第二(外)固定部分19更靠近固定表面20。一旦光学耦合设备被定位，那么，例如沿箭头29用注射器，使胶从耦合设备的周边流入。胶28将流动在第一固定部分17的底表面与跟其直接相对的电路板的固定表面20之间。固定将发生在这两个表面之间。耦合设备设置有定位在第一和第二固定部分之间的容槽30。在本实施例中，其中第一和第二固定部分是完全沿耦合设备周缘延伸的周向脊部，容槽30则可以被设置为同样完全沿耦合设备周缘延伸的沟槽(见图2)。容槽30将吸收流动在耦合设备与电路板之间的多余的胶。如图3中可见,容槽30包括两个不同的部分31、32。第一部分31从光学稱合设备的底部沿方向Z向上延伸并接入到第二部分32中。特别地，第二部分32沿方向X比第一部分31更宽，从而使得限定和包围容槽30的壁具有向上面向的面33。在本实施例中，面33在X-Y平面内并具有其沿方向Z定向的法线。当胶28流进容槽30时，其将流进第二部分32。一旦固化以后，胶28就硬化，从而使得在沿轴线Z施加了趋于从电路板I移除光学耦合设备的移除力的情况下，胶将与光学耦合设备的面33机械协作。胶将用作锚固装置以改善光学耦合设备至电路板I的持留。图4现在部分地示出本发明的第二实施方式。当较之于图3的第一实施方式时，容槽30的形状不同。特别地，容槽不具有第一实施方式的第一和第二部分31、32。然而，不同于如图3所示使容槽31沿方向Z变窄，容槽现在沿方向Z变宽，从而使得容槽30包括仅部分地向上面向的面33。因此，当面33的法线在Z轴上的投影向上指向时，面33就被认为至少部分地向上面向。对于面33而言，适合的角度被认为是相对于Y-Z平面的至少15度。图5现在示出本发明的第三实施方式。图5的实施方式类似于图3的实施方式，区别在于第二部分32向上延伸至光学耦合设备的顶面，如图所示。因此，光学耦合设备8设有从其顶面Ilb延伸至其底面的通孔。该第二部分具有类似于第一实施方式第二部分的几何形态，具有面向顶部的面33，以及从面33延伸至顶面Ilb的另外的倾斜表面33’。所述倾斜面33’还可以部分地向上面向，如图所示。图6局部地示出根据图5实施方式的光学耦合设备8的俯视图。仅在一些局部区域34中容槽30施行为通孔。在两个局部区域34之间的中间区域35中，容槽30的横截面可以例如是如图3所示的，或在这些位置中可能不存在任何容槽。然而，这种容槽允许胶沿着光学耦合设备8的周缘均匀流动。不同局部区域34的位置可以如图6所示。然而，为了方便胶的配给，可以不存在任何如图6所示在光学耦合设备的角部中的这种局部区域34。当容槽30设置为通孔时，比如图5和6所示的，胶可以从光学耦合设备的顶面Ilb穿过光学耦合设备配给，如图7所示，而非从侧面(图3至5的箭头29)配给。胶配给嘴部36示意性示出在图7中。从顶部而非从周缘配给胶可以是有利的，因为这意味着胶并不必须仅配给在光学耦合设备的周缘处，而是可以配给在其它位置中。特别地，胶可以配给在更靠近包括光学相关部件的中央区域的地方，这使得能够提供在更恰当位置中的固定。当然，胶阻隔件可能必须被精细地限定出，以防止任何胶流干涉到光学信号在光学耦合设备处的传递。如图7所示，根据本发明的这一实施方式，容槽30并不必须展现出任何向上面向的面。例如，限定容槽30的壁可以沿Z轴笔直地延伸，即正交于PCBl的接收面延伸。
权利要求
1.一种用于光学通信系统的光学耦合设备，所述光学耦合设备包括: -第一面，其配置成面向光学耦合设备的支撑件(1)，所述支撑件具有向上面向并配置成接收光学耦合设备的接收面， -空腔(30)，其接入至第一面，并配置成接收胶以将光学耦合设备固定至支撑件， 其中，所述空腔由包括至少部分地向上面向的第二面(33，33’)的壁包围。
2.根据权利要求1所述的光学耦合设备，具有用于光学耦合的中央区域，并且其中，所述空腔包含包围所述中央区域的周沟槽(30)。
3.根据权利要求1或2所述的光学耦合设备，其中，所述空腔具有窄部分(31)和宽部分(32 )，所述窄部分比所述宽部分更靠近第一面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学耦合设备，具有外顶面(11b)，其与第一面相反，并配置成面向将被光学耦合至支撑件的光学部件，其中，所述空腔包括延伸在所述外顶面与第一面之间的至少一个通孔。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学耦合设备，包括顶面(11b)，并且其中，所述壁的第二面(33，33’)关于所述顶面(Ilb)正交定向。
6.一种用于光学通信系统的光学耦合设备，所述光学耦合设备包括: -底面，其配置成面向光学耦合设备的支撑件， -顶面(11b)，其与所述底面相反， -通孔，其延伸在所述顶面和所述底面之间，并配置成接收胶以将光学耦合设备固定至支撑件。
7.根据权利要求6所述的光学耦合设备，具有用于光学耦合的中央区域，另外具有包围所述中央区域的周沟槽，所述周沟槽至少接入至所述通孔以及至延伸在所述顶面与所述底面之间的另一通孔，所述另一通孔也配置成接收胶以将光学耦合设备固定至支撑件。
8.根据权利要求6或7所述的光学耦合设备，其中，所述支撑件(I)具有朝向顶部面向并配置成接收光学耦合设备的接收面，其中，所述通孔的包围壁正交于所述接收面延伸。
9.一种光学通信系统，包括: -根据权利要求1至8中任一项所述的光学耦合设备， -光学电路板(I )，其形成支撑件，所述支撑件具有向上面向并配置成接收所述光学耦合设备的接收面。
10.一种制造光学通信系统的方法，包括: -提供具有接收面的光学电路板(I)， -将光学耦合设备(8)放置在光学电路板上，所述光学耦合设备包括: 底面，其放置成面向接收面， 顶面(11b)，其与所述底面相反， 通孔，其延伸在所述顶面和所述底面之间， -从顶面上方经过通孔配给液体的可固化胶(28)，以将光学耦合设备固定至光学电路 板。
全文摘要
一种光学耦合设备，包括第一面，其面向光学耦合设备的支撑件，所述支撑件(1)具有向上面向的接收面，以及；空腔(30)，其接入至第一面，并接收胶以将光学耦合设备固定至支撑件。空腔(30)由包括至少部分地向上面向的第二面(33)的壁包围。
文档编号G02B6/42GK103210331SQ201180054515
公开日2013年7月17日 申请日期2011年11月4日 优先权日2010年11月19日
发明者G·德勒斯贝克, G·亚布雷 申请人:Fci公司