模块化的内插器的制造方法

模块化的内插器的制造方法
【专利摘要】一种内插器(100)用于将光学装置(0D,107)光耦合到光纤（106)，该0D安装在基板（101)上，该内插器包括：(a)透镜部件（102)，该透镜部件包括用于与0D光耦合的至少一个透镜（104)，透镜具有第一光轴（112)、用于与基板配合的第一表面（102a)以及用于与光纤部件（103)的第三表面（103a)配合的第二表面（102b)；(b)该光纤部件包括第三表面以及用于接收至少一个光纤（106)且沿着第二光轴（113)保持光纤的腔体(105)，第一光轴和第二光轴是垂直的;以及(c)其中透镜部件或者光纤部件中的至少一个包括反射表面（109)，该反射表面用于将透镜光耦合到沿着第二光轴且邻近腔体的点。
【专利说明】模块化的内插器

【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及光学部件和波导/光纤之间的光耦合，并且更具体地，涉及用于 将光电装置光耦合到光纤的用于有源电缆组件的内插器（interposer)。

【背景技术】
[0002] 作为开发光纤的宽频带宽能力的方式，有源电缆组件正在获得普及。如在此使用 的，有源电缆组件是光缆，其中用于电和光之间的转换的电路位于光缆两侧。由此，电到光 的转换在电缆组件本身内部执行。特别地，关于最大电缆长度的明显性能改善可以使用有 源电缆组件实现。
[0003] 有源电缆组件的关键性的部件是内插器，内插器将光电装置（0ED)光耦合到电缆 组件中的光纤。总体上，虽然非必需，0ED的轴线以及光纤的轴线趋于是垂直的。由此，内 插器不仅用以光耦合0ED和光纤，而且也用以弯曲光以实现该耦合。
[0004] 参考图12,其示出了现有技术的内插器1200的示意图。诸如VCSEL(垂直腔面发 射激光器）或者光电二极管的0ED 1207的阵列被安装到基板1201。在这个实施例中，0ED 安装在基板的与连接内插器1200的表面1201a相反的一侧上。在这样的实施例中，基板 是光透明的，使得光被传输通过基板。典型的基板是玻璃板。玻璃板是相对薄的，例如，是 0. 5mm厚。为利用0ED实现光耦合，内插器包括透镜1204的阵列。透镜1204由透镜表面和 玻璃板之间的空气空间1211限定。反射表面1209以90°在透镜1204和光纤1210之间弯 折光。
[0005] 图13所示的内插器1300是内插器1200的改进，因为它包括用于接收包含光纤 1332的套管1331而非如图12所示的光纤的腔体1330。光纤1332被保持在平行于基板 1301的套管1331中。光纤组件的模块化以及使其从0ED和内插器的透镜之间的相互连接 中分立是优于现有技术的内插器1200的明显的改进。特别是，独立的套管1331的使用允 许独立于0ED和内插器组件测试光纤组件。因此，如果在光纤的终端中检测到问题，则能够 重做光纤组件而非报废整个组件。
[0006] 虽然内插器1300通过允许电缆组件独立于完成的内插器被测试，而提高了电缆 组件内插器的可制造性，但是内插器1300仍然具有复合的光学对准，因为容座必须精确地 对准共同组件中的透镜。因此， 申请人:已经认识到需要一种更简单的内插器构造，该构造消 除或减少复合的光耦合。本发明满足了这个需求。


【发明内容】

[0007] 下面给出了本发明的简要概述，以提供关于本发明的一些方面的基本理解。这个 概述不是本发明的详尽的综述。其并不旨在确定本发明的关键的/关键性的元件或者界定 本发明的范围。该概述唯一的目的在于，以简化形式给出本发明的一些概念，以作为随后给 出的更详细描述的序言。
[0008] 本发明涉及一种内插器，该内插器具有用于容纳透镜和光纤的分开且分立的部 件。 申请人:认识到构造内插器以光耦合具有垂直光轴的透镜和光纤涉及多个光学对准，该 光学对准的每个均复合了内插器的复杂性。亦即，传统的内插器以串行方式将光电装置 (OED)光耦合到透镜，及将透镜光耦合到光纤。复合的光耦合成指数地提高了内插器制造的 复杂性。通过将内插器拆分成为分立的透镜部件和分立的光纤部件，能够消除在单个部件 中的复合的光耦合，从而明显地简化了部件制造。
[0009] 依据本发明实施例，将内插器模块化为分立的部件还具有其它益处。例如，这样的 构造使本身作为对准特征以帮助被动对准。特别地，在反射表面限定在光纤部件中的一个 实施例中，透镜部件可通过将透镜在0ED之上对准，而被动地对准在基板上，因为透镜不被 反射表面所遮挡。此外，在一个实施例中，因为透镜/光纤和0ED/透镜之间的光耦合被分 离，所以部件可模制为平行的层，从而使得它们的接口简单且较易于对准。
[0010] 该模块化设计还有助于可制造性。增强的可制造性的一个方面为提高了检查模子 和模制部件的能力。具体地，在透镜和光纤部件平行的实施例中，模子从相对侧拉起，并且 关键性的特征（例如，透镜、基准、对准特征）位于模子的仅一侧上，由此使得模子出售商检 查模子以及用户检查模制品更容易。在这一方面，该模块化设计还允许分开地测试不同的 部件，并且在装配过程中更早地检测到缺陷，使得可采取校正行动，或者无额外制造时间和 花费投入地报废部件。
[0011] 模块化设计的另一个益处在于增强的性能的潜力。例如，在一个实施例中，光束在 内插器中在透镜和光纤部件之间的接口处扩展，从而使得光束更鲁棒（robust)，且对于灰 尘和轻微的未对准敏感性更弱。
[0012] 该模块化设计还提供更鲁棒的封装。例如，在一个实施例中，透镜部件的面积能够 如玻璃板那样大，从而提高了粘接力。
[0013] 其它的益处对于本领域技术人员依据这个公开，将是显而易见的。
[0014] 因此，本发明的一个方面是具有模块结构的内插器，其中0ED/透镜和透镜/光纤 之间的光耦合形成在分立部件中。在一个实施例中，内插器适于将光学装置（0D)光耦合到 光纤，该0D安装在基板上，该内插器包括：(a)透镜部件，该透镜部件包括用于与该0D光耦 合的至少一个透镜，该透镜具有第一光轴、用于配合基板的第一表面以及用于与光纤部件 的第三表面配合的第二表面；(b)该光纤部件包括第三表面以及用于接收至少一个光纤且 沿着第二光轴保持光纤的腔体，第一光轴和第二光轴是垂直的；以及（c)其中透镜部件或 者光纤部件中的至少一个包括反射表面，该反射表面用于将透镜光耦合到沿着第二光轴且 邻近该腔体的点。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 现在将参考以下附图描述本发明。
[0016] 图1示出了连结到玻璃板的透镜以及作为附连到透镜的第二模制件的部分的光 纤和弯折射线。
[0017] 图2示出了保持光纤的一个部件和在反射镜中包含透镜的另一部件，其中两个部 件被连结到玻璃板。
[0018] 图3示出了图1中的概念，但为了可制造性，带有更厚的透镜部件。
[0019] 图4示出了与图3中相同的概念，除了透镜表面是在透镜部件的上表面上。
[0020] 图5示出了透镜部件的俯视图，其中能够观察到对准特征和透镜的位置。
[0021] 图6示出了光纤部件的俯视图，其中能够观察到对准特征和透镜。
[0022] 图7示出了被对准的图5的透镜部件和图6的光纤部件的俯视图。
[0023] 图8示出了用以将光纤部件配合到透镜部件的外力。
[0024] 图9示出了透镜部件的附加特征，该附加特征使弹簧夹能够将光纤部件靠着透镜 部件保持。
[0025] 图10示出了具有更厚的边缘的透镜部件，从而给出了为了弹簧卡子闩接上的更 多材料。
[0026] 图11示出了具有夹到光纤部件的特征上的闩锁的透镜部件。
[0027] 图12示出了现有技术的内插器的示意图。
[0028] 图13示出了图12的改进，其中光纤被保持在分立的套管中。

【具体实施方式】
[0029] 参考图1，示出了本发明的内插器100的一个实施例。如所示，内插器100将光学 装置107光耦合到光纤106。光学装置107安装在基板101上。内插器包括透镜部件102， 该透镜部件包括由腔体111限定的至少一个透镜104,该透镜用于与0ED 107的光耦合。该 透镜具有本质上垂直于基板101的第一光轴112。透镜部件102还具有用于与基板101的 顶部表面l〇la配合的第一表面102a，以及用于与光纤部件103的第三表面103a配合的第 二表面102b。光纤部件103包括第三表面103a和用于接收至少一个光纤且沿着第二光轴 113保持光纤的腔体105。第一光轴和第二光轴本质上垂直。透镜部件102或者光纤部件 102中的至少一个包括反射表面109,用于光耦合透镜104以及光纤部件中沿着第二光轴 113且邻近腔体105的点110。以下更详细地考虑本发明的不同的实施例。
[0030] 虽然就有源电缆组件详细地说明了本发明，这仅是为说明的目的，并且应理解，本 发明可以在包括光耦合的各种应用中实施，光耦合包括例如，芯片和另一芯片之间的、或者 芯片和底板、中平面、板到板或者板载连接器之间的光耦合。本发明也可用以将光耦合到波 导。
[0031] 0D可为影响光的任何已知部件。例如，0D可为例如（a)无源部件，其不将光能转 变为另一形式并且不改变状态（例如，光纤、透镜、插/分滤波器、阵列式波导栅格（AWG)、 GRIN透镜、分离器/耦合器、平面型波导，或者衰减器）；(b)在光能和电能之间转换的光电 装置（0ED)(例如，激光器，诸如，坚直腔体表面发射激光器（VCSEL)、双通道平面隐埋异质 结构（DC-PBH)、掩埋新月型（BC)、分布式反馈（DFB)、分布式布拉格反射（DBR);发光二极管 (LED)，诸如，表面发光二极管（SLED)，边缘发光二极管（ELED)，超辐射发光二极管（SLD); 以及光电二极管，诸如，P本征N(PIN)和雪崩光电二极管（APD));或者（c)混合装置，其不 将光能转变为另一形式，但响应于控制信号（例如，开关、调制器、衰减器以及可调谐滤光 器）而改变状态。还应理解，光学部件可以是单独的分立装置，或者其可组装或集成为装置 的阵列。
[0032] 在图1的实施例中，透镜部件102的第一表面102a被连结到基板101，在这个实施 例中，该基板是玻璃板。值得注意到，部件102U03的平行设计提供了大的表面用于连结到 基板101。实际上，透镜部件的面积能够如基板那样大，以提高粘接力。此外，透镜部件102 的第一表面和第二表面102a、102b平行，使得光纤部件103也平行于基板101安装。在这 个实施例中，反射表面109限定在光纤部件103中。在这个实施例中，透镜部件102的厚度 t是相对薄的，由此，在第二表面102b上光的光束的直径接近它的最大值，从而使得本设计 是鲁棒的，且不易于受到灰尘的影响。
[0033] 参考图2,内插器200包括基板201，该基板上安装有透镜部件202,其中第一表面 202a本质上垂直于第二表面202b。与图1的实施例不同，在这个实施例中，光纤部件203 直接安装到基板201，使得它的第三表面203a垂直于基板201。在这个实施例中，反射表面 209形成在透镜部件202中。这个构造的一个优势在于，两个部件比图1中的那些部件更 厚，同时实现了同样功能。（下面讨论的图3也示出了更厚的部件，但构造不同）。
[0034] 参考图3,示出了图1的内插器的更鲁棒实施例。更具体地，如上所述，图1的透镜 部件102是相对薄的，例如小于0. 5_厚，这并不有助于可制造性。相反，在图3的实施例 中，透镜部件302从第一表面302a到第二表面302b的距离t更厚，例如为0. 5mm，从而有 利于可制造性。在这一特别设计中，腔体305构造在光纤部件303中，使得第二光轴313与 第三表面303a相距距离h，该距离在一个实施例中是与透镜部件的距离t本质上相同的距 离。
[0035] 如在图1和3的实施例中能够看到的，两个模制部件的厚度可通过调节透镜在透 镜部件内的位置以及光纤的定位来控制。在这个方面，腔体311限定透镜304的表面。这 个腔体311可根据应用而构造在透镜部件的不同的侧面上。例如，参考图3,腔体311在透 镜部件的第一表面302a上。
[0036] 相反的，如图4所示，腔体411限定在透镜部件402的第二表面402b中。具体地， 在这个实施例中，内插器400包括基板401、透镜部件402以及光纤部件403,构造与图1和 3本质上相同。然而，腔体411如所示地被限定在透镜部件的第二表面402b中，而不是第一 表面402a中。由此，不是使透镜的凸出部分如图3所示的面向下，而是透镜404的凸出部 分如图4所示的面向上。
[0037] 透镜的凸出表面可依据应用而面朝上或者朝下。例如，如图3所示，使腔体在部件 的底部的一个优势在于，不趋于积累灰尘和碎片。另一方面，内插器300的透镜304需要凹 进足够多，从而用以将透镜部件连结到玻璃板的粘合剂不干涉光的路径，在这个意义上，图 3的构造易于受到粘合剂淤塞的影响。
[0038] 如上所述，具有可拆分透镜和光纤部件的关键特征在于能够观察且建立关键性的 对准特征。具体地，参考图5,从第二表面502b通过第一表面502a(在下面）观察到透镜部 件502。如所不的，透镜部分包括限定在第一表面502a (如图3所不）或者顶部表面502b (如 图4所示）中的一系列透镜504。图5还示出了若干对准特征530。因为没有反射镜或者光 纤腔体干涉光的路径，所以从透镜部件502的顶部或者底部易于观察到对准特征和透镜。
[0039] 参考图6,不出了光纤部件603。这个部件包括反射表面609,该反射表面与第三表 面和第四表面603a、603b本质上成45°角。光纤部件603还包括与透镜部件502的对准 特征530协作的对准特征631。附加地，一系列的光纤腔体605被限定在光纤部件603中。 在这个实施例中，光纤腔体605是已被蚀刻到如所示的顶部或者第四表面603b中的一系列 V形槽605a。
[0040] 参考图7,示出了透镜部件502和光纤部件603的组合，其中光纤部件603置于透 镜部件502的顶部上，使得对准特征631和530被对准。应理解，虽然示出透镜504通过光 纤部件603,但是通常地，这些透镜由于反射表面609而将不是可见的，其会垂直于另外的 表面且平行于光纤腔体605来反射它们的图像。
[0041] 如上所述，可拆分镜头和光纤部件具有许多优势。特别地，用以建立透镜部件的 模子可包含用于限定对准孔的销。虽然销可具有难以制造的形状，但是这些销的位置相对 于彼此以及相对于对准特征是相对容易实现的，因为透镜和对准特征能够在一次观察中检 查。然而，在一个实施例中，用于光纤部件的模子可包含必须相对于光纤凹槽和对准特征在 三个维度上准确定位的成角度的反射镜。因此，在一个实施例中，对准孔用在光纤部件中， 并且对准销用在透镜部件中。替代地，对准孔可制成在透镜部件和光纤部件两者中，并且销 可用以使两个模制品对准。这增加了成本，并且要求操纵各种小的部件。根据本公开本领 域技术人员将知道用于对准分立的透镜和光纤部件的其它方案。
[0042] 在一个实施例中，如图8所示，透镜部件302被粘合到基板301，继而粘合剂被施加 在透镜部件302和光纤部件303之间，并且外力801被施加于堆叠结构（stack)，同时粘合 齐_化。
[0043] 不使用粘合剂，而可优选地使用机械夹子或者其它种类的机械装置以将部件保持 在一起。在一个实施例中，特征被添加到透镜部件的边缘，以帮助其与弹性机械夹子的相互 接合。例如，参考图9,示出了内插器900,其中透镜部件902使用粘合剂或者其它手段固定 到基板901。接着，光纤部件903置于透镜部件902之上，并且弹簧卡子950置于光纤和透 镜部件之上。为帮助夹子与透镜部件的相互接合，突出部940形成在透镜部件的边缘处。在 这个实施例中，突出部940如所示地与透镜部件902模制在一起。夹子如所示地，被偏置使 得该夹子促使光纤部件进入透镜部件。
[0044] 在一些情况下，透镜部件902的边缘可过薄而不能容纳突出部940。然而应理解， 透镜部件在其边缘处的厚度不必与限定出透镜的中间部分的厚度相同。相反，透镜部件的 边缘可以厚得多以容纳突出部或者类似的机械的相互接合部。例如，参考图10,示出了内插 器1000,其中透镜部件1002被粘结地固定到玻璃板1001上。在这个情况中，边缘1040向 上延伸并且比透镜所位于的透镜部件的中间部分厚得多。除如所示地使得边缘1040更鲁 棒之外，这样的构造还限定了如所示的腔体1060用于接收光纤部件1003。弹簧卡子1050 起到通过促使光纤部件进入透镜部件来固定光纤部件的作用。
[0045] 在另一实施例中，透镜部件构造有弹性的闩锁，该闩锁卡接到光纤部件上以牢固 地将该光纤部件保持。例如，参考图11，内插器1100包括粘合有透镜部件1102的基板 1101。透镜部件包括边缘1140,该边缘向上延伸以形成顺应的闩锁1141。闩锁的顺应性源 自于其是从透镜部件的本体延伸的悬臂梁。闩锁1141适合于与限定在光纤部件1103的边 缘1170上的肩部1171协作。由此，在这个实施例中，顺应的闩锁1141随着光纤部件1103 被插入透镜部件1103的腔体1160而向外偏转。一旦肩部1171位于闩锁1141之下，闩锁 1141急速返回，而与肩部1171相互接合，且将光纤部件1103固定到透镜部件。虽然这一构 造增加了模子的复杂性，但它简化了组件并且使得组件高度最小化。
[0046] 替代使用光纤部件的向下力以楔开如上所述的闩锁，在一个实施例中，在闩锁上 增加特征，以允许它们更容易地用工具扩展开，或者闩锁可延伸使得它们伸出到光纤部件 的表面之上。
[0047] 应理解，以上描述提供了关于本发明的说明性实施例，并且存在其它的实施例。
【权利要求】
1. 一种内插器，所述内插器用于将光学装置光耦合到光纤，所述光学装置安装在基板 上，所述内插器包括： 透镜部件，所述透镜部件包括用于与所述光学装置光耦合的至少一个透镜，所述透镜 具有第一光轴、用于与所述基板配合的平的第一表面以及用于与光纤部件的平的第三表面 配合的平的第二表面； 所述光纤部件包括所述第三表面以及用于接收至少一个光纤且沿着第二光轴保持所 述光纤的腔体，所述第一光轴和第二光轴是垂直的；以及 其中所述透镜部件或者所述光纤部件中的至少一个包括反射表面，所述反射表面用于 将所述透镜光耦合到沿着所述第二光轴且邻近所述腔体的点。
2. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述透镜部件包括所述反射表面。
3. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述光纤部件包括所述反射表面。
4. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述第二表面平行于所述第一表面。
5. 根据权利要求4所述的内插器，其中所述光纤部件包括所述反射表面。
6. 根据权利要求5所述的内插器，其中所述透镜由所述透镜部件中的透镜腔体限定。
7. 根据权利要求6所述的内插器，其中所述透镜腔体在所述透镜部件的底部。
8. 根据权利要求6所述的内插器，其中所述透镜腔体在所述透镜部件的顶部。
9. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述第二表面垂直于所述第一表面。
10. 根据权利要求9所述的内插器，其中所述光纤部件包括用于配合到所述基板的第 四表面。
11. 根据权利要求9所述的内插器，其中所述透镜部件包括所述反射表面。
12. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述透镜部件大于0. 5mm厚。
13. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述透镜和所述第二表面之间的距离小于所 述反射表面和所述第二轴线之间的距离。
14. 根据权利要求1所述的内插器，进一步包括在所述点处的第二透镜。
15. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述透镜部件包括至少一个对准特征以用于 将所述透镜部件定位在所述基板上，当平行于所述第一光轴看所述透镜部件时，可观察到 所述对准特征。
16. 根据权利要求15所述的内插器，其中所述对准特征包括两个特征，在所述至少一 个透镜的每一侧上有一个所述特征。
17. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述光纤部件包括至少一个对准特征以用于 使所述光纤部件对准到所述透镜部件上。
18. 根据权利要求17所述的内插器，其中所述至少一个对准特征包括两个对准孔。
19. 根据权利要求18所述的内插器，其中所述透镜部件包括第二对准特征，所述第二 对准特征与所述光纤部件的所述对准孔协作以使所述透镜部件与所述光纤部件对准。
20. 根据权利要求19所述的内插器，其中所述第二对准特征包括对准孔。
21. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述腔体是V形槽。
22. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述腔体被构造成接收包含所述光纤的套管。
23. 根据权利要求1所述的内插器，其中所述腔体被构造成接收裸露光纤。
【文档编号】G02B6/42GK104220915SQ201380019589
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月1日 优先权日:2012年3月2日
【发明者】M.A.卡达尔-卡伦 申请人:泰科电子公司