一种光耦合器件和光耦合单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光耦合器件，所述光耦合器件包括：直角反射棱镜和光纤活动连接器；所述直角反射棱镜的反射面上设置有曲面反射面，使经由光纤传播的光线汇聚后反射出去；所述光纤活动连接器与所述直角反射棱镜固定，使经由光纤传播的光线入射到所述直角反射棱镜的曲面反射面上；本实用新型还公开了一种光耦合单元。
【专利说明】一种光耦合器件和光耦合单元
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光通信领域，尤其涉及一种光耦合器件和光耦合单元。
【背景技术】
[0002]随着宽带通信网、超级计算机及大数据中心等应用领域对印刷电路板间、芯片间互连带宽需求的不断提升，基于印刷电路板的电互连技术逐渐显现出其在传输速率上的瓶颈，尤其对于中短距离(0.3m?lm)，电互连大多只能实现1Gbps速率的传输，对于25Gbps、40Gbps等高速互连已经遇到传输速率的瓶颈。于是，人们提出利用光波导取代用于连接电路的铜线，将光波导集成在印刷电路板上以实现各种电路元件之间的光互连，从而实现数据的高速传输。这种基于光波导的光互连方法具有带宽高、密度高、传输速度快、传输功耗低、损耗小、基本不存在串扰和电磁兼容等优点，因此，基于光波导的光印刷背板取代电印刷背板已是高速、宽带互连发展的大势所趋，是未来解决宽带通信网、超级计算机及大数据中心互连带宽难题的核心技术。
[0003]在互连光波导系统中，存在大量的光路转接环节，如光源与光波导、光纤与光波导、光波导与光波导等之间的光路转接，这其中，光的耦合效率是人们最为关注因素，因为耦合效率的高低将直接影响光互连链路的插入损耗，进而导致互连距离的下降，因此，光耦合相关器件在互连光波导系统中充当着重要的角色，是决定互连系统性能的重要环节。
[0004]到目前为止，实现光耦合相关器件的方法有多种，然而还没有一种标准化的互连光波导垂直光稱合的解决方案。
实用新型内容
[0005]有鉴于此，本实用新型实施例期望提供一种光耦合器件和光耦合单元，能够提高光耦合效率。
[0006]本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0007]本实用新型实施例提供了一种光耦合器件，所述光耦合器件包括:直角反射棱镜和光纤活动连接器；所述直角反射棱镜的反射面上设置有曲面反射面，使经由光纤传播的光线汇聚后反射出去；所述光纤活动连接器与所述直角反射棱镜固定，使经由光纤传播的光线入射到所述直角反射棱镜的曲面反射面上。
[0008]上述方案中，所述光纤活动连接器中设置有光纤耦合管，所述曲面反射面的中心位置和间距与所述光纤耦合管的中心位置和间距相同。
[0009]上述方案中，所述曲面反射面的曲率根据光纤耦合管的数值孔径参数设计，使从光纤入射到所述曲面反射面的最大角度的光线经曲面反射面汇聚后平行出射。
[0010]上述方案中，当所述光耦合器件的直角反射棱镜的类型依次为:单路反射棱镜、双路反射棱镜、单列多路反射棱镜和双列多路反射棱镜时，则用于固定所述直角反射棱镜的光纤活动连接器的类型依次为:单列光纤活动连接器、双路光纤活动连接器、单列多路光纤活动连接器和双列多路光纤活动连接器。
[0011]上述方案中，所述直角反射棱镜的定位导针孔的直径和位置与所述光纤活动连接器的定位导针孔的直径和位置相对应。
[0012]上述方案中，所述光纤活动连接器和直角反射棱镜通过定位导针相连，所述定位导针分别连接直角反射棱镜和光纤活动连接器上的定位导针孔；所述直角反射棱镜利用紫外胶水固定于光纤活动连接器的表面，紫外胶水施加于定位导针与直角反射棱镜和光纤活动连接器的连接处，或者施加于直角反射棱镜的边缘与光纤活动连接器相连接的区域。
[0013]本实用新型实施例提供了一种光耦合单元，所述光耦合单元包括光波导和上述光耦合器件，所述光耦合器件垂直插入于所述光波导中，使经由光耦合器件中直角反射棱镜上的曲面反射面反射的光线入射进光波导中进行传播。
[0014]上述方案中，所述光耦合器件垂直插入于所述光波导，包括:光波导中的平面光波导基底上方设置有凹槽，所述光耦合器件中的直角反射棱镜垂直插入于所述凹槽内，所述凹槽的尺寸大于或等于所述直角反射棱镜的尺寸。
[0015]上述方案中，当所述光耦合器件中的直角反射棱镜的类型依次为:单路反射棱镜、双路反射棱镜、单列多路反射棱镜和双列多路反射棱镜时，则所述光波导的类型依次为:单路光波导、双路光波导、单列多路光波导和双列多路光波导。
[0016]上述方案中，所述光耦合器件中直角反射棱镜的曲面反射面的曲率根据光纤耦合管和光波导的数值孔径参数设计，使从光纤入射到所述曲面反射面的最大角度的光线经曲面反射面汇聚后，出射光线的角度小于光波导的数值孔径。
[0017]本实用新型实施例所提供的光耦合器件和光耦合单元，在光耦合器件的直角反射棱镜的反射面上设置曲面反射面，并将光耦合器件中的光纤活动连接器与所述直角反射棱镜固定，使经由光纤传播的光线入射到所述曲面反射面上，进而使所述经由光纤传播的光线汇聚后再反射出去；如此，能够减少光传播时的损耗、提高光耦合效率；并且，本实用新型实施例所提供的光耦合器件及光耦合单元结构简单，其制造方法简单易行。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为现有技术中直角反射棱镜的横截面图；
[0019]图2为本实用新型至少一个实施例提供的一种光耦合器件的截面图；
[0020]图3为本实用新型至少一个实施例提供光纤活动连接器的横截面图；
[0021]图4为本实用新型至少一个实施例提供的直角反射棱镜的立体结构图；
[0022]图5为本实用新型至少一个实施例提供的双路反射棱镜的立体结构图；
[0023]图6为本实用新型至少一个实施例提供的单列多路反射棱镜的立体结构图；
[0024]图7为本实用新型至少一个实施例提供的多列多路反射棱镜的立体结构图；
[0025]图8为本实用新型至少一个实施例提供的一种光耦合器件的制造方法流程图；
[0026]图9为本实用新型至少一个实施例提供的一种光耦合单元的截面图；
[0027]图10为本实用新型至少一个实施例提供的一种光耦合单元的制造方法流程图。
【具体实施方式】
[0028]在本实用新型的至少一个实施例中，提供了包括光纤活动连接器和直角反射棱镜的光耦合器件，在所述直角反射棱镜的反射面上设置曲面反射面，并将所述光纤活动连接器与所述直角反射棱镜固定，使经由光纤传播的光线入射到所述曲面反射面上，进而使所述经由光纤传播的光线汇聚后再反射出去，以减少光传播时的损耗，提高光耦合效率。
[0029]下面通过附图及具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
[0030]图1为直角反射棱镜的横截面示意图，图1中两个直角边AB和AC表示直角反射棱镜上两个互相垂直的侧面，而BC表示直角反射棱镜上的反射面。
[0031]本实用新型至少一个实施例提供了一种光耦合器件，图2为本实用新型实施例中一种光耦合器件的截面图，如图2所示，所述光耦合器件由一个光纤活动连接器21和一个直角反射棱镜23构成，在所述直角反射棱镜23的反射面上设置曲面反射面24，所述曲面反射面24用于使入射到其上的光线汇聚后反射出去；所述光纤活动连接器21与所述直角反射棱镜23固定；所述光纤活动连接器21包括光纤耦合管22，所述光纤耦合管22，用于固定和对准光纤，使经由光纤传播的光线入射到所述直角反射棱镜23的曲面反射面24上；
[0032]进一步的，所述曲面反射面24上镀有高反射率光学薄膜，所述曲面反射面24上的光学薄膜可以采用金、银等金属薄膜，也可以采用其他介质薄膜；经过镀膜处理后的曲面反射面24可以达到更高的反射率，实现对入射光线的全反射；当光纤活动连接器21中光纤耦合管22中固定有光纤时，经由光纤传输的入射光线入射到直角反射棱镜的曲面反射面24上后，所述入射光线将经由镀有高反射率光学薄膜的曲面反射面24反射出去；
[0033]在本实用新型至少一个实施例中，对所述光纤活动连接器21的类型、结构并无特殊要求，所述光纤活动连接器21的类型包括但不限于=MT-RJ或MPO等等，这使得本实用新型所述光耦合器件结构简单、易于实现。
[0034]图3为光纤活动连接器21的横截面图，其中以横线填充的A部分为光纤耦合管22的横截面，以斜线填充的B和C示出了两个定位导针孔；图4为本实用新型至少一个实施例提供的一种直角反射棱镜23的立体结构图，标号41标示出了曲面反射面所在的位置，标号42示出了一个定位导针孔的位置；在实际应用中，光纤活动连接器21和直角反射棱镜23上的定位导针孔的个数和位置均可以根据需要进行设计，不限于本实用新型实施例提供的结构。
[0035]在实际应用中，直角反射棱镜23的曲面反射面24的中心位置和间距应与所选择的光纤活动连接器21中光纤耦合管22的中心位置和间距相同；
[0036]所述直角反射棱镜23上的定位导针孔的直径和位置应与所选择的光纤活动连接器21上的定位导针孔的直径和位置相匹配，从而通过定位导针更好的连接光纤活动连接器21和直角反射棱镜23 ；
[0037]如图2所示，所述直角反射棱镜23固定于光纤活动连接器21表面，使经由光纤传输的光线刚好入射到直角反射棱镜23的曲面反射面24上，并经由所述曲面反射面24反射出去；
[0038]具体的，所述光纤活动连接器21与所述直角反射棱镜23固定，包括:通过定位导针将直角反射棱镜23与光纤活动连接器21相连，所述定位导针分别连接直角反射棱镜23和光纤活动连接器21上的定位导针孔；此外，利用紫外胶水将直角反射棱镜23固定于光纤活动连接器21的表面，紫外胶水可以施加在定位导针与直角反射棱镜23和光纤活动连接器21的连接处上，也可以施加在直角反射棱镜23的边缘与光纤活动连接器21相连接的区域；
[0039]具体的，在实际应用中，上述直角反射棱镜23的曲面反射面24的曲率可以根据光纤的数值孔径参数进行设计，根据光反射原理，曲面反射面24对光束具有汇聚作用，因此，直角反射棱镜23的曲面反射面24的曲率设计须确保从光纤入射到直角反射棱镜23的最大角度的光线能够经曲面反射面24汇聚后，平行出射；所述反射面面型的选择包括但不限于圆弧面、抛物面等。
[0040]参见图2，经由光纤传输的入射光线210经过直角反射棱镜曲面反射面24的全反射之后，由于汇聚作用，将获得平行出射光211，这样，可以减少采用一般反射棱镜时由于光线发散而导致的光损耗，从而提高光耦合的效率。
[0041]本实用新型至少一个实施例中所述直角反射棱镜还可以是双路反射棱镜，S卩，在直角反射棱镜的反射面上设置两个曲面反射面，如图5所示，其中，标号52所标示的是定位导针孔，标号51所标示的是曲面反射面；相应的，与所述双路反射棱镜固定的光纤活动连接器应为双通道光纤活动连接器，即，包括两个光纤耦合管的光纤活动连接器，这样，可以同时实现两路光线的反射。
[0042]本实用新型至少一个实施例中所述直角反射棱镜，还可以是单列多路反射棱镜，即在棱镜斜面上制备单列多个曲面反射面，如图6所示，其中，标号62所标示的是定位导针孔，标号61所标示的是曲面反射面，相应的，与所述单列多路反射棱镜相固定的光纤活动连接器将为单列多路光纤活动连接器，即，包括一列、多个光纤耦合管的光纤活动连接器，这样，可以同时实现单列多路光线的反射。
[0043]本实用新型至少一个实施例中所述直角反射棱镜还可以是多列多路反射棱镜，SP在棱镜斜面上制备多列曲面反射面，每一列上的曲面反射面为多个，如图7所示，其中，标号72所标示的是定位导针孔，标号71所标示的是曲面反射面，与所述多列多路反射棱镜相固定的光纤活动连接器将为多列多路光纤活动连接器，即，包括多列、每一列包含多个光纤耦合管的光纤活动连接器，这样，可以同时实现多列多路光线的反射。
[0044]本实用新型至少一个实施例提供了一种光耦合器件的制造方法，所述制造方法的流程图如图8所示，所述制造方法包括以下步骤:
[0045]步骤801:在直角反射棱镜的反射面上设置曲面反射面；
[0046]这里，所述直角反射棱镜可采用光学磨抛技术制成，直角反射棱镜的中心位置和间距应与其所要固定的光纤活动连接器中光纤耦合管的中心位置和间距相同，且所述直角反射棱镜上的定位导针孔的直径和位置应与其所要固定的光纤活动连接器上的定位导针孔的直径和位置相匹配，从而通过定位导针更好的连接光纤活动连接器和直角反射棱镜;
[0047]具体的，所述设置的曲面反射面的中心位置和间距与其所要固定的光纤活动连接器中光纤耦合管的中心位置和间距相同；所述曲面反射面的曲率可以根据光纤的数值孔径参数进行设计，根据光反射原理，曲面反射面对光束具有汇聚作用，因此，直角反射棱镜的曲面反射面的曲率在设计时须确保从光纤入射到曲面反射面的最大角度的光线能够经曲面反射面汇聚后，平行出射；所述反射面面型的选择包括但不限于圆弧面、抛物面等；根据所设计的曲面结构，采用紫外激光消融、二氧化碳激光热熔、机械研磨或超声波研磨等工艺，在直角反射棱镜上加工反射面；
[0048]其中，对曲面反射面可进行真空镀膜，获得全反射曲面；具体的，所述镀膜可以选择金、银等金属薄膜，也可以选择其他介质薄膜；
[0049]步骤802:将所述直角反射棱镜固定于光纤活动连接器的表面，使经由光纤传播的光线正好全部入射到直角曲面反射棱镜的曲面反射面上；
[0050]具体的，将步骤801中制造好的直角反射棱镜与光纤活动连接器中的定位导针孔分别通过定位导针相连，此外，利用紫外胶水将直角反射棱镜固定于光纤活动连接器表面，具体的，紫外胶水可以施加在定位导针与反射棱镜和光纤活动连接器的连接处上，也可以施加在棱镜的边缘与光纤活动连接器相连接的区域；
[0051]需要说明的是，以上步骤的序号仅用于区分不同的步骤，并不用于限定步骤的先后顺序，所有的步骤在执行时并没有严格意义上的先后顺序。
[0052]本实用新型至少一个实施例提供了一种光耦合单元，如图9所示，包括上述光耦合器件以及光波导91，将所述光耦合器件垂直插入光波导91中，使经由光耦合器件中的曲面反射面反射的光线入射进光波导91中进行传播；
[0053]如图9所不,所述光波导91由平面光波导基底95、光波导下包层材料94、光波导芯层材料93和光波导上包层材料92组成,所述将光稱合器件垂直插入光波导91,为:在光波导91中平面光波导基底95以上位置开槽，使所述光耦合器件中的直角反射棱镜23垂直插入所述槽内，对所述开槽尺寸的要求是--大于直角反射棱镜的尺寸，即，可以放入整个直角反射棱镜23 ；
[0054]具体的，所述光波导的长度可以根据实际电路需要进行选择；所述光波导的类型可以根据光耦合器件中直角反射棱镜的类型进行选择，具体的，当所述直角反射棱镜为双路反射棱镜时，光波导应选择为双路光波导，这样，将所述光稱合器件垂直插入光波导时，能够将两路光纤与两路光波导对准，从而实现双通道光纤与光波导的垂直光耦合；当所述直角反射棱镜为单列多路反射棱镜时，所述光波导应选择为单列多路光波导，这样，将所述光耦合器件垂直插入光波导时，能够将单列多路光纤与单列多路光波导对准，从而实现单列多路光纤与光波导的垂直光耦合；当所述直角反射棱镜为双列多路反射棱镜时，所述光波导应选择为双列多路光波导，这样，将所述光稱合器件垂直插入光波导时，能够将双列多路光纤与双列多路光波导对准，从而实现双列多路光纤与光波导的垂直光耦合；
[0055]具体的，所述光耦合器件中的直角反射棱镜23的曲面反射面24的曲率可以根据光纤及光波导的数值孔径参数进行设计，根据光反射原理，曲面对光束具有汇聚作用，因此，直角反射棱镜23的反射面的曲率设计须确保从光纤入射到曲面反射面24的最大角度的光线经曲面反射面24汇聚后，出射光线的角度小于光波导的数值孔径参数，S卩，没有光能量的损失；所述曲面反射面面型的选择包括但不限于圆弧面、抛物面等。
[0056]参见图9，在本实用新型至少一个实施例所提供的光耦合单元中，经由光纤传输的入射光线910经过直角反射棱镜曲面反射面24的全反射之后，由于汇聚作用，将获得平行出射光911，所述平行出射光911注入光波导并通过光波导进行传播，这样，可以大大降低光损耗，实现光纤与光波导之间更加高效的垂直光稱合；
[0057]本实用新型至少一个实施例中提供了一种光耦合单元的制造方法，如图10所示，所述方法包括以下步骤:
[0058]1001:在直角反射棱镜的反射面上设置曲面反射面；
[0059]具体的，所述直角反射棱镜可采用光学磨抛技术制成，在直角反射棱镜上制备定位导针孔，使定位导针孔的直径和位置应与光纤活动连接器上的定位导针孔的直径和位置相匹配；
[0060]在所述直角反射棱镜的反射面上设置曲面反射面，使所述设置的曲面反射面的中心位置和间距与其所要固定的光纤活动连接器中光纤耦合管的中心位置和间距相对应；
[0061]确定曲面反射面的曲率和面型，以确定曲面反射面结构；
[0062]具体的，可以根据光纤活动连接器和光波导的数值孔径参数设计所述曲面反射面的曲率；具体的，根据光反射原理，曲面对光束具有汇聚作用，因此，直角反射棱镜的反射面的曲率设计须确保从光纤入射到直角反射棱镜的最大角度的光线经曲面反射面汇聚后，反射入光波导的角度小于光波导的数值孔径，即没有光能量的损失；所述曲面反射面面型的选择包括但不限于圆弧面、抛物面等；
[0063]根据所确定的曲面结构，采用紫外激光消融、二氧化碳激光热熔或机械、超声研磨等工艺，在直角反射棱镜上加工反射面；
[0064]其中，对曲面反射面可进行真空镀膜，获得全反射曲面；具体的，可以对曲面反射面镀金、镀银等金属薄膜，也可以镀其他介质薄膜；
[0065]步骤1002:将所述直角反射棱镜固定于光纤活动连接器的表面，使经由光纤传播的光线正好全部入射到直角反射棱镜的曲面反射面上，形成光耦合器件；
[0066]具体的，将所述直角反射棱镜与所述光纤活动连接器相匹配的定位导针孔分别通过定位导针相连，此外，利用紫外胶水将直角反射棱镜固定于光纤活动连接器表面，具体的，紫外胶水可以施加在导针与反射棱镜和光纤活动连接器的连接处上，也可以施加在棱镜的边缘与光纤活动连接器相连接的区域；
[0067]步骤1003:在光波导上设置凹槽；
[0068]具体的，所述在光波导上设置凹槽包括:在光波导中平面光波导基底以上位置基于激光消融技术，利用紫外激光设置凹槽，所述凹槽的尺寸大于或等于直角反射棱镜的尺寸，即，可以放入整个直角反射棱镜；
[0069]步骤1004:将步骤1002中形成的光耦合器件插入步骤1003所设置的凹槽中并固定；
[0070]所述进行固定可以采用多种方式，包括但不限于采用紫外胶水粘贴固定；通过将光耦合器件插入光波导的凹槽中并固定，即可实现光的垂直耦合。
[0071]需要说明的是，以上步骤的序号仅用于区分不同的步骤，并不用于限定步骤的先后顺序，所有的步骤在执行时并没有严格意义上的先后顺序。
[0072]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种光耦合器件，其特征在于，所述光耦合器件包括:直角反射棱镜和光纤活动连接器； 所述直角反射棱镜的反射面上设置有曲面反射面，使经由光纤传播的光线汇聚后反射出去； 所述光纤活动连接器与所述直角反射棱镜固定，使经由光纤传播的光线入射到所述直角反射棱镜的曲面反射面上。
2.根据权利要求1所述的光耦合器件，其特征在于，所述光纤活动连接器中设置有光纤耦合管，所述曲面反射面的中心位置和间距与所述光纤耦合管的中心位置和间距相同。
3.根据权利要求2所述的光耦合器件，其特征在于，所述曲面反射面的曲率根据光纤耦合管的数值孔径参数设计，使从光纤入射到所述曲面反射面的最大角度的光线经曲面反射面汇聚后平行出射。
4.根据权利要求3所述的光耦合器件，其特征在于，当所述光耦合器件的直角反射棱镜的类型依次为:单路反射棱镜、双路反射棱镜、单列多路反射棱镜和双列多路反射棱镜时，则用于固定所述直角反射棱镜的光纤活动连接器的类型依次为:单列光纤活动连接器、双路光纤活动连接器、单列多路光纤活动连接器和双列多路光纤活动连接器。
5.根据权利要求1所述的光耦合器件，其特征在于，所述直角反射棱镜的定位导针孔的直径和位置与所述光纤活动连接器的定位导针孔的直径和位置相对应。
6.根据权利要求5所述的光耦合器件，其特征在于，所述光纤活动连接器和直角反射棱镜通过定位导针相连，所述定位导针分别连接直角反射棱镜和光纤活动连接器上的定位导针孔； 所述直角反射棱镜利用紫外胶水固定于光纤活动连接器的表面，紫外胶水施加于定位导针与直角反射棱镜和光纤活动连接器的连接处，或者施加于直角反射棱镜的边缘与光纤活动连接器相连接的区域。
7.一种光稱合单兀，其特征在于，所述光稱合单兀包括光波导和权利要求1至6任一项所述的光耦合器件，所述光耦合器件垂直插入于所述光波导中，使经由光耦合器件中直角反射棱镜上的曲面反射面反射的光线入射进光波导中进行传播。
8.根据权利要求7所述的光耦合单元，其特征在于，所述光耦合器件垂直插入于所述光波导，包括:光波导中的平面光波导基底上方设置有凹槽，所述光耦合器件中的直角反射棱镜垂直插入于所述凹槽内，所述凹槽的尺寸大于或等于所述直角反射棱镜的尺寸。
9.根据权利要求8所述的光耦合单元，其特征在于，当所述光耦合器件中的直角反射棱镜的类型依次为:单路反射棱镜、双路反射棱镜、单列多路反射棱镜和双列多路反射棱镜时，则所述光波导的类型依次为:单路光波导、双路光波导、单列多路光波导和双列多路光波导。
10.根据权利要求7至9任一项所述的光耦合单元，其特征在于，所述光耦合器件中直角反射棱镜的曲面反射面的曲率根据光纤耦合管和光波导的数值孔径参数设计，使从光纤入射到所述曲面反射面的最大角度的光线经曲面反射面汇聚后，出射光线的角度小于光波导的数值孔径。
【文档编号】G02B6/34GK204009138SQ201420027992
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】庞拂飞, 王廷云, 夏倩, 陈石琼, 张仁武, 顾鑫, 赵丽, 刘哲, 王玉 申请人:中兴通讯股份有限公司, 上海大学