将光从发射阵列耦合到单模光纤阵列的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]光纤通信是一种通过发送光脉冲来经由光纤传输语音、视频、数据或其它信息的方法。光形成被调制为携带信息的电磁载波。在大多数情况下，光纤通信包含至少三个组件:发射光的发射器(例如，发光二极管和激光二极管)，将光携带到另一个位置的光纤电缆，以及将光转换为电信号的接收器。
[0002]光纤电缆通常包括内芯、包层和缓冲层(外部保护层)，其中，包层利用全内反射的物理原理沿内芯引导光。光纤电缆的内芯例如由高品质的二氧化硅或塑料制成，内芯具有比包层更高的折射率。结果，以小于临界角的角度进入光纤电缆的光线反射离开包层并且沿电缆行进。然而，每当光线碰到内芯和包层之间的边界时，以大于临界角的角度进入的光线部分反射并且部分折射。因此，光的强度并且因而由光携带的信号衰减并最终消失。
【附图说明】
[0003]在附图的图形中，通过示例的方式而不是通过限制的方式图示本发明，并且其中相同的附图标记指代相同的元件，其中:
[0004]图1A示出光学网络装置的侧视图，可以根据该光学网络装置执行实施例。
[0005]图1B示出移除了透镜架子组件的图1A的插入器的视图。
[0006]图1C示出图1A的透镜架子组件的俯视图。
[0007]图1D示出图1A的透镜架子组件的仰视图。
[0008]图2示出根据实施例的多纤插拔连接器(Multiple-Fiber Push-On connector)。
[0009]图3A是示出当聚焦透镜阵列和光纤电缆套圈之间不存在未对准时光传播通过图1A的光学网络装置的方框图。
[0010]图3B是示出当聚焦透镜阵列106和光纤电缆套圈之间存在未对准时光传播通过图1A的光学网络装置的方框图。
[0011]图3C是示出通过倾斜透镜架子组件对图3B的未对准进行补偿的实施例的方框图。
[0012]图4是示出根据实施例的执行主动对准的计算装置的方框图。
[0013]图5A是示出透镜架子组件未对准对实施例的单透镜光学网络连接装置设计的影响的方框图。
[0014]图5B是示出对图5A的透镜架子组件未对准进行补偿的实施例的方框图。
[0015]图6A是示出角度误差对传播通过图1A的光学网络装置的光的影响的方框图。
[0016]图6B是示出对图6A的角度误差进行补偿的实施例的方框图。
[0017]图7是示出可以执行本发明的技术的示例性计算机系统的方框图。
【具体实施方式】
[0018]描述用于将光从波导阵列耦合到单模光纤阵列的技术。在以下的描述中，出于解释的目的，阐述许多具体的细节以透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员显而易见没有这些具体的细节也可以实施本发明。在其它的实例中，已知的结构和装置以方框图的形式示出以避免不必要地模糊本发明。
[0019]下文描述了若干特征，这些特征能够彼此独立地使用或者与其它特征任意组合使用。然而，任何单独的特征不可能解决上述的任何问题或者仅能解决上述问题中的一者。上述的一些问题不能被本文所述的任何特征完全解决。虽然设置了标题，但是与具体的标题相关的信息不仅能在具有该标题的部分找到，还能在说明书的其它地方找到。
[0020]本文根据以下提纲描述实施例:
[0021]1.0总体概述
[0022]2.0光纤通信
[0023]3.0示例性光学网络装置
[0024]4.0透镜架子组件未对准补偿
[0025]5.0转向镜角度误差补偿
[0026]6.0硬件概述
[0027]7.0扩展和替代
[0028]......
[0029]1.0 概述
[0030]提出用于进行主动对准的方法。在实施例中，该方法包括测量经过透镜架子组件的光的强度。透镜架子组件将一个或多个聚焦透镜耦合到一个或多个光纤套圈。响应于判定光的强度超过特定的阈值，将透镜架子组件锁定就位。响应于判定光的强度未超过特定的阈值，调节透镜架子组件的位置或透镜架子组件的倾斜度。
[0031]在实施例中，由一个或多个计算装置执行该方法。
[0032]描述用于耦合光的设备。在实施例中，该设备包括:发射器，其配置成发射调制光，根据该调制光对数据进行编码；一个或多个聚焦透镜，其被配置成将调制光聚焦到一个或多个光纤套圈中；以及透镜架子组件，其相对于调制光的传播轴线倾斜，该透镜架子组件将一个或多个聚焦透镜耦合到一个或多个光纤套圈。
[0033]从以下对各种实施例的详细描述中，本文的前述特征方面以及其它特征和方面将会变得更容易明白。
[0034]2.0光纤通信
[0035]目前，存在两种常见类型的光纤电缆:多模光纤电缆和单模光纤电缆。多模光纤电缆和单模光纤电缆主要的不同在于内芯的尺寸，内芯的尺寸是确定电缆能够维持的光模的数量的一个因素。光模可被称为路径，尽管该术语只是实际的物理现象的近似，其中，光线能够通过该路径沿着光纤电缆传播。
[0036]多模光纤电缆通常具有50-100微米直径的内芯，并且因此能够支持沿着电缆的选择多条路径的光线。例如，在最小的模中传播的光在不从包层反弹的情况下沿着电缆的中心行进并且到达末端。遵循后续的模的光通过从包层上反弹来传播，以逐渐更大的角度进入的光线在越来越大的模中传播并且因此在传输期间更经常地反弹。
[0037]由于维持沿着多条路径的光线，多模光纤电缆遭受模分散，其中，由于所有模的光信号的传播速度不同，所以光线中所表示的信号适时地传播。简单来说，不经常反弹的路径被穿过得更快，因此，在最小的模中传播的光到达电缆的末端与在最大的模中传播的光到达电缆的末端之间存在时间差。当电缆的长度更长时，该时间延迟并且因此模分散更加明显。因此，多模光纤电缆通常在数据传输速率和光纤连接的长度上有限制。结果，多模光纤电缆主要用于短距离(诸如，在建筑物内或者遍及校园)通信。
[0038]单模光纤电缆通过只维持单一(最小)模的光来解决模分散。因此，与多模光纤电缆相比，单模光纤电缆能够以更快的速率并且以更远的距离传输数据。然而，为了仅维持单模光，单模光纤电缆的内芯比多模光纤电缆的内芯小得多。在大多数情况下，单模光纤电缆设计有约8-10.5微米直径的内芯。结果，孔较窄并且将光从发射器对准到光纤电缆时需要及其精确，光必须在该孔处进入单模光纤电缆。因此，与用于将光耦合到多模光纤电缆的仪器相比，用于将光耦合到单模光纤电缆所执行的精确校准所需的仪器非常昂贵。
[0039]用于将光耦合到多模光纤电缆的一个技术包括双透镜设计(有时称为“PRIZM”耦合器)。在PRIZM耦合器设计中，使用第一透镜阵列使由发射器发射的光准直。然后，通过反射镜或转向棱镜使准直光朝着透镜架子组件定向。透镜架子组件包括将光聚焦到套圈中的第二透镜阵列，光纤电缆能够放置在该套圈中以接收光。
[0040]扩展“PRIZM”耦合器以用于与单模光纤电缆一起使用是有问题的，这是因为与多模光纤电缆的50-100微米相比，单模光纤内芯直径仅为8.5-10微米。因此，当第二透镜阵列对准到套圈时，从多模光纤转换到单模光纤所需的公差需要至少高于五倍的精度。产生前述的精确度所要求的仪器可能非常昂贵并且/或者难以获得。
[0041]例如，通常通过将第二透镜阵列对准到套圈并且用环氧树脂将就位的第二透镜阵列胶合在透镜架子组件上来创建透镜架子组件。然而，由于环氧树脂通常通过紫外线或热固化而硬化，产生的应力可能使得第二透镜阵列和套圈移位略微失准。对于多模光纤电缆，公差足够大使得移动对产生的信号强度造成的影响可以忽略不计。另一方面，透镜架子组件内即使细微未对准可能大大影响单模光纤电缆的信号强度。结果，以几乎最大标称量的未对准制造的透镜架子组件通常是不可用于耦合单模光纤电缆的目的。
[0042]本文所述的技术用于放宽公差并且因此放宽将光耦合进单模光纤电缆中所需的精确度要求。因此，由于可以使用更便宜的并且更容易得到的仪器来有效地执行耦合，所以可以大大降低耦合得成本。
[0043]在实施例中，通过使透镜架子组件相对于准直光纤的传播轴线倾斜来对透镜架子组件内的未对准进行补偿。在倾斜轴线控制的情况下，几乎没有直至没有因透镜子组件内的第二透镜阵列和套圈之间的未对准而产生的附加损耗，这增大了允许公差并且因此降低成本。由于可以根据横向未对准的程度调节倾斜量，因此通过改变未对准的程度所制造的透镜架子组件仍然可以用于将光耦合进单模光纤电缆中。此外，也可以使用相同的技术补偿其它的缺陷，诸如用于将光定向到透镜架子组件中的转向镜或棱镜的角度误差(例如，制造或位移)。
[0044]在另一个实施例中，代替使用双透镜PRIZM设计，使用单透镜执行耦合。在单透镜设计中，代替使用第一透镜阵列使光准直，发射器将光发射到转向镜/棱镜上，该转向镜/棱镜将光定向到透镜架子组件上。由于未使光准直，光以许多不同的角度落在透镜架子组件上。因此，通过横向调节透镜架子组件可以实现对透镜架子组件内的未对准进行补偿，而无需倾斜进入控制。此外，相同的技术可以用于校正其它缺陷，诸如用于使发散光朝着透镜架子组件定向的转向镜或棱镜的角度误差。
[0045]3.0示例性光学网络装置
[0046]图1A、图1B、图1C、图1D示出光学网络装置109的示例，根据该光学网络装置