模塊化的內插器的制造方法
【專利摘要】一種內插器(100)用于將光學裝置(0D,107)光耦合到光纖（106)，該0D安裝在基板（101)上，該內插器包括：(a)透鏡部件（102)，該透鏡部件包括用于與0D光耦合的至少一個透鏡（104)，透鏡具有第一光軸（112)、用于與基板配合的第一表面（102a)以及用于與光纖部件（103)的第三表面（103a)配合的第二表面（102b)；(b)該光纖部件包括第三表面以及用于接收至少一個光纖（106)且沿著第二光軸（113)保持光纖的腔體(105)，第一光軸和第二光軸是垂直的;以及(c)其中透鏡部件或者光纖部件中的至少一個包括反射表面（109)，該反射表面用于將透鏡光耦合到沿著第二光軸且鄰近腔體的點。
【專利說明】模塊化的內插器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及光學部件和波導/光纖之間的光耦合，并且更具體地，涉及用于 將光電裝置光耦合到光纖的用于有源電纜組件的內插器（interposer)。

【背景技術】
[0002] 作為開發(fā)光纖的寬頻帶寬能力的方式，有源電纜組件正在獲得普及。如在此使用 的，有源電纜組件是光纜，其中用于電和光之間的轉換的電路位于光纜兩側。由此，電到光 的轉換在電纜組件本身內部執(zhí)行。特別地，關于最大電纜長度的明顯性能改善可以使用有 源電纜組件實現。
[0003] 有源電纜組件的關鍵性的部件是內插器，內插器將光電裝置（0ED)光耦合到電纜 組件中的光纖?？傮w上，雖然非必需，0ED的軸線以及光纖的軸線趨于是垂直的。由此，內 插器不僅用以光耦合0ED和光纖，而且也用以彎曲光以實現該耦合。
[0004] 參考圖12,其示出了現有技術的內插器1200的示意圖。諸如VCSEL(垂直腔面發(fā) 射激光器）或者光電二極管的0ED 1207的陣列被安裝到基板1201。在這個實施例中，0ED 安裝在基板的與連接內插器1200的表面1201a相反的一側上。在這樣的實施例中，基板 是光透明的，使得光被傳輸通過基板。典型的基板是玻璃板。玻璃板是相對薄的，例如，是 0. 5mm厚。為利用0ED實現光耦合，內插器包括透鏡1204的陣列。透鏡1204由透鏡表面和 玻璃板之間的空氣空間1211限定。反射表面1209以90°在透鏡1204和光纖1210之間彎 折光。
[0005] 圖13所示的內插器1300是內插器1200的改進，因為它包括用于接收包含光纖 1332的套管1331而非如圖12所示的光纖的腔體1330。光纖1332被保持在平行于基板 1301的套管1331中。光纖組件的模塊化以及使其從0ED和內插器的透鏡之間的相互連接 中分立是優(yōu)于現有技術的內插器1200的明顯的改進。特別是，獨立的套管1331的使用允 許獨立于0ED和內插器組件測試光纖組件。因此，如果在光纖的終端中檢測到問題，則能夠 重做光纖組件而非報廢整個組件。
[0006] 雖然內插器1300通過允許電纜組件獨立于完成的內插器被測試，而提高了電纜 組件內插器的可制造性，但是內插器1300仍然具有復合的光學對準，因為容座必須精確地 對準共同組件中的透鏡。因此， 申請人:已經認識到需要一種更簡單的內插器構造，該構造消 除或減少復合的光耦合。本發(fā)明滿足了這個需求。


【發(fā)明內容】

[0007] 下面給出了本發(fā)明的簡要概述，以提供關于本發(fā)明的一些方面的基本理解。這個 概述不是本發(fā)明的詳盡的綜述。其并不旨在確定本發(fā)明的關鍵的/關鍵性的元件或者界定 本發(fā)明的范圍。該概述唯一的目的在于，以簡化形式給出本發(fā)明的一些概念，以作為隨后給 出的更詳細描述的序言。
[0008] 本發(fā)明涉及一種內插器，該內插器具有用于容納透鏡和光纖的分開且分立的部 件。 申請人:認識到構造內插器以光耦合具有垂直光軸的透鏡和光纖涉及多個光學對準，該 光學對準的每個均復合了內插器的復雜性。亦即，傳統(tǒng)的內插器以串行方式將光電裝置 (OED)光耦合到透鏡，及將透鏡光耦合到光纖。復合的光耦合成指數地提高了內插器制造的 復雜性。通過將內插器拆分成為分立的透鏡部件和分立的光纖部件，能夠消除在單個部件 中的復合的光耦合，從而明顯地簡化了部件制造。
[0009] 依據本發(fā)明實施例，將內插器模塊化為分立的部件還具有其它益處。例如，這樣的 構造使本身作為對準特征以幫助被動對準。特別地，在反射表面限定在光纖部件中的一個 實施例中，透鏡部件可通過將透鏡在0ED之上對準，而被動地對準在基板上，因為透鏡不被 反射表面所遮擋。此外，在一個實施例中，因為透鏡/光纖和0ED/透鏡之間的光耦合被分 離，所以部件可模制為平行的層，從而使得它們的接口簡單且較易于對準。
[0010] 該模塊化設計還有助于可制造性。增強的可制造性的一個方面為提高了檢查模子 和模制部件的能力。具體地，在透鏡和光纖部件平行的實施例中，模子從相對側拉起，并且 關鍵性的特征（例如，透鏡、基準、對準特征）位于模子的僅一側上，由此使得模子出售商檢 查模子以及用戶檢查模制品更容易。在這一方面，該模塊化設計還允許分開地測試不同的 部件，并且在裝配過程中更早地檢測到缺陷，使得可采取校正行動，或者無額外制造時間和 花費投入地報廢部件。
[0011] 模塊化設計的另一個益處在于增強的性能的潛力。例如，在一個實施例中，光束在 內插器中在透鏡和光纖部件之間的接口處擴展，從而使得光束更魯棒（robust)，且對于灰 塵和輕微的未對準敏感性更弱。
[0012] 該模塊化設計還提供更魯棒的封裝。例如，在一個實施例中，透鏡部件的面積能夠 如玻璃板那樣大，從而提高了粘接力。
[0013] 其它的益處對于本領域技術人員依據這個公開，將是顯而易見的。
[0014] 因此，本發(fā)明的一個方面是具有模塊結構的內插器，其中0ED/透鏡和透鏡/光纖 之間的光耦合形成在分立部件中。在一個實施例中，內插器適于將光學裝置（0D)光耦合到 光纖，該0D安裝在基板上，該內插器包括：(a)透鏡部件，該透鏡部件包括用于與該0D光耦 合的至少一個透鏡，該透鏡具有第一光軸、用于配合基板的第一表面以及用于與光纖部件 的第三表面配合的第二表面；(b)該光纖部件包括第三表面以及用于接收至少一個光纖且 沿著第二光軸保持光纖的腔體，第一光軸和第二光軸是垂直的；以及（c)其中透鏡部件或 者光纖部件中的至少一個包括反射表面，該反射表面用于將透鏡光耦合到沿著第二光軸且 鄰近該腔體的點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 現在將參考以下附圖描述本發(fā)明。
[0016] 圖1示出了連結到玻璃板的透鏡以及作為附連到透鏡的第二模制件的部分的光 纖和彎折射線。
[0017] 圖2示出了保持光纖的一個部件和在反射鏡中包含透鏡的另一部件，其中兩個部 件被連結到玻璃板。
[0018] 圖3示出了圖1中的概念，但為了可制造性，帶有更厚的透鏡部件。
[0019] 圖4示出了與圖3中相同的概念，除了透鏡表面是在透鏡部件的上表面上。
[0020] 圖5示出了透鏡部件的俯視圖，其中能夠觀察到對準特征和透鏡的位置。
[0021] 圖6示出了光纖部件的俯視圖，其中能夠觀察到對準特征和透鏡。
[0022] 圖7示出了被對準的圖5的透鏡部件和圖6的光纖部件的俯視圖。
[0023] 圖8示出了用以將光纖部件配合到透鏡部件的外力。
[0024] 圖9示出了透鏡部件的附加特征，該附加特征使彈簧夾能夠將光纖部件靠著透鏡 部件保持。
[0025] 圖10示出了具有更厚的邊緣的透鏡部件，從而給出了為了彈簧卡子閂接上的更 多材料。
[0026] 圖11示出了具有夾到光纖部件的特征上的閂鎖的透鏡部件。
[0027] 圖12示出了現有技術的內插器的示意圖。
[0028] 圖13示出了圖12的改進，其中光纖被保持在分立的套管中。

【具體實施方式】
[0029] 參考圖1，示出了本發(fā)明的內插器100的一個實施例。如所示，內插器100將光學 裝置107光耦合到光纖106。光學裝置107安裝在基板101上。內插器包括透鏡部件102， 該透鏡部件包括由腔體111限定的至少一個透鏡104,該透鏡用于與0ED 107的光耦合。該 透鏡具有本質上垂直于基板101的第一光軸112。透鏡部件102還具有用于與基板101的 頂部表面l〇la配合的第一表面102a，以及用于與光纖部件103的第三表面103a配合的第 二表面102b。光纖部件103包括第三表面103a和用于接收至少一個光纖且沿著第二光軸 113保持光纖的腔體105。第一光軸和第二光軸本質上垂直。透鏡部件102或者光纖部件 102中的至少一個包括反射表面109,用于光耦合透鏡104以及光纖部件中沿著第二光軸 113且鄰近腔體105的點110。以下更詳細地考慮本發(fā)明的不同的實施例。
[0030] 雖然就有源電纜組件詳細地說明了本發(fā)明，這僅是為說明的目的，并且應理解，本 發(fā)明可以在包括光耦合的各種應用中實施，光耦合包括例如，芯片和另一芯片之間的、或者 芯片和底板、中平面、板到板或者板載連接器之間的光耦合。本發(fā)明也可用以將光耦合到波 導。
[0031] 0D可為影響光的任何已知部件。例如，0D可為例如（a)無源部件，其不將光能轉 變?yōu)榱硪恍问讲⑶也桓淖儬顟B(tài)（例如，光纖、透鏡、插/分濾波器、陣列式波導柵格（AWG)、 GRIN透鏡、分離器/耦合器、平面型波導，或者衰減器）；(b)在光能和電能之間轉換的光電 裝置（0ED)(例如，激光器，諸如，堅直腔體表面發(fā)射激光器（VCSEL)、雙通道平面隱埋異質 結構（DC-PBH)、掩埋新月型（BC)、分布式反饋（DFB)、分布式布拉格反射（DBR);發(fā)光二極管 (LED)，諸如，表面發(fā)光二極管（SLED)，邊緣發(fā)光二極管（ELED)，超輻射發(fā)光二極管（SLD); 以及光電二極管，諸如，P本征N(PIN)和雪崩光電二極管（APD));或者（c)混合裝置，其不 將光能轉變?yōu)榱硪恍问剑憫诳刂菩盘枺ɡ?，開關、調制器、衰減器以及可調諧濾光 器）而改變狀態(tài)。還應理解，光學部件可以是單獨的分立裝置，或者其可組裝或集成為裝置 的陣列。
[0032] 在圖1的實施例中，透鏡部件102的第一表面102a被連結到基板101，在這個實施 例中，該基板是玻璃板。值得注意到，部件102U03的平行設計提供了大的表面用于連結到 基板101。實際上，透鏡部件的面積能夠如基板那樣大，以提高粘接力。此外，透鏡部件102 的第一表面和第二表面102a、102b平行，使得光纖部件103也平行于基板101安裝。在這 個實施例中，反射表面109限定在光纖部件103中。在這個實施例中，透鏡部件102的厚度 t是相對薄的，由此，在第二表面102b上光的光束的直徑接近它的最大值，從而使得本設計 是魯棒的，且不易于受到灰塵的影響。
[0033] 參考圖2,內插器200包括基板201，該基板上安裝有透鏡部件202,其中第一表面 202a本質上垂直于第二表面202b。與圖1的實施例不同，在這個實施例中，光纖部件203 直接安裝到基板201，使得它的第三表面203a垂直于基板201。在這個實施例中，反射表面 209形成在透鏡部件202中。這個構造的一個優(yōu)勢在于，兩個部件比圖1中的那些部件更 厚，同時實現了同樣功能。（下面討論的圖3也示出了更厚的部件，但構造不同）。
[0034] 參考圖3,示出了圖1的內插器的更魯棒實施例。更具體地，如上所述，圖1的透鏡 部件102是相對薄的，例如小于0. 5_厚，這并不有助于可制造性。相反，在圖3的實施例 中，透鏡部件302從第一表面302a到第二表面302b的距離t更厚，例如為0. 5mm，從而有 利于可制造性。在這一特別設計中，腔體305構造在光纖部件303中，使得第二光軸313與 第三表面303a相距距離h，該距離在一個實施例中是與透鏡部件的距離t本質上相同的距 離。
[0035] 如在圖1和3的實施例中能夠看到的，兩個模制部件的厚度可通過調節(jié)透鏡在透 鏡部件內的位置以及光纖的定位來控制。在這個方面，腔體311限定透鏡304的表面。這 個腔體311可根據應用而構造在透鏡部件的不同的側面上。例如，參考圖3,腔體311在透 鏡部件的第一表面302a上。
[0036] 相反的，如圖4所示，腔體411限定在透鏡部件402的第二表面402b中。具體地， 在這個實施例中，內插器400包括基板401、透鏡部件402以及光纖部件403,構造與圖1和 3本質上相同。然而，腔體411如所示地被限定在透鏡部件的第二表面402b中，而不是第一 表面402a中。由此，不是使透鏡的凸出部分如圖3所示的面向下，而是透鏡404的凸出部 分如圖4所示的面向上。
[0037] 透鏡的凸出表面可依據應用而面朝上或者朝下。例如，如圖3所示，使腔體在部件 的底部的一個優(yōu)勢在于，不趨于積累灰塵和碎片。另一方面，內插器300的透鏡304需要凹 進足夠多，從而用以將透鏡部件連結到玻璃板的粘合劑不干涉光的路徑，在這個意義上，圖 3的構造易于受到粘合劑淤塞的影響。
[0038] 如上所述，具有可拆分透鏡和光纖部件的關鍵特征在于能夠觀察且建立關鍵性的 對準特征。具體地，參考圖5,從第二表面502b通過第一表面502a(在下面）觀察到透鏡部 件502。如所不的，透鏡部分包括限定在第一表面502a (如圖3所不）或者頂部表面502b (如 圖4所示）中的一系列透鏡504。圖5還示出了若干對準特征530。因為沒有反射鏡或者光 纖腔體干涉光的路徑，所以從透鏡部件502的頂部或者底部易于觀察到對準特征和透鏡。
[0039] 參考圖6,不出了光纖部件603。這個部件包括反射表面609,該反射表面與第三表 面和第四表面603a、603b本質上成45°角。光纖部件603還包括與透鏡部件502的對準 特征530協(xié)作的對準特征631。附加地，一系列的光纖腔體605被限定在光纖部件603中。 在這個實施例中，光纖腔體605是已被蝕刻到如所示的頂部或者第四表面603b中的一系列 V形槽605a。
[0040] 參考圖7,示出了透鏡部件502和光纖部件603的組合，其中光纖部件603置于透 鏡部件502的頂部上，使得對準特征631和530被對準。應理解，雖然示出透鏡504通過光 纖部件603,但是通常地，這些透鏡由于反射表面609而將不是可見的，其會垂直于另外的 表面且平行于光纖腔體605來反射它們的圖像。
[0041] 如上所述，可拆分鏡頭和光纖部件具有許多優(yōu)勢。特別地，用以建立透鏡部件的 模子可包含用于限定對準孔的銷。雖然銷可具有難以制造的形狀，但是這些銷的位置相對 于彼此以及相對于對準特征是相對容易實現的，因為透鏡和對準特征能夠在一次觀察中檢 查。然而，在一個實施例中，用于光纖部件的模子可包含必須相對于光纖凹槽和對準特征在 三個維度上準確定位的成角度的反射鏡。因此，在一個實施例中，對準孔用在光纖部件中， 并且對準銷用在透鏡部件中。替代地，對準孔可制成在透鏡部件和光纖部件兩者中，并且銷 可用以使兩個模制品對準。這增加了成本，并且要求操縱各種小的部件。根據本公開本領 域技術人員將知道用于對準分立的透鏡和光纖部件的其它方案。
[0042] 在一個實施例中，如圖8所示，透鏡部件302被粘合到基板301，繼而粘合劑被施加 在透鏡部件302和光纖部件303之間，并且外力801被施加于堆疊結構（stack)，同時粘合 齊_化。
[0043] 不使用粘合劑，而可優(yōu)選地使用機械夾子或者其它種類的機械裝置以將部件保持 在一起。在一個實施例中，特征被添加到透鏡部件的邊緣，以幫助其與彈性機械夾子的相互 接合。例如，參考圖9,示出了內插器900,其中透鏡部件902使用粘合劑或者其它手段固定 到基板901。接著，光纖部件903置于透鏡部件902之上，并且彈簧卡子950置于光纖和透 鏡部件之上。為幫助夾子與透鏡部件的相互接合，突出部940形成在透鏡部件的邊緣處。在 這個實施例中，突出部940如所示地與透鏡部件902模制在一起。夾子如所示地，被偏置使 得該夾子促使光纖部件進入透鏡部件。
[0044] 在一些情況下，透鏡部件902的邊緣可過薄而不能容納突出部940。然而應理解， 透鏡部件在其邊緣處的厚度不必與限定出透鏡的中間部分的厚度相同。相反，透鏡部件的 邊緣可以厚得多以容納突出部或者類似的機械的相互接合部。例如，參考圖10,示出了內插 器1000,其中透鏡部件1002被粘結地固定到玻璃板1001上。在這個情況中，邊緣1040向 上延伸并且比透鏡所位于的透鏡部件的中間部分厚得多。除如所示地使得邊緣1040更魯 棒之外，這樣的構造還限定了如所示的腔體1060用于接收光纖部件1003。彈簧卡子1050 起到通過促使光纖部件進入透鏡部件來固定光纖部件的作用。
[0045] 在另一實施例中，透鏡部件構造有彈性的閂鎖，該閂鎖卡接到光纖部件上以牢固 地將該光纖部件保持。例如，參考圖11，內插器1100包括粘合有透鏡部件1102的基板 1101。透鏡部件包括邊緣1140,該邊緣向上延伸以形成順應的閂鎖1141。閂鎖的順應性源 自于其是從透鏡部件的本體延伸的懸臂梁。閂鎖1141適合于與限定在光纖部件1103的邊 緣1170上的肩部1171協(xié)作。由此，在這個實施例中，順應的閂鎖1141隨著光纖部件1103 被插入透鏡部件1103的腔體1160而向外偏轉。一旦肩部1171位于閂鎖1141之下，閂鎖 1141急速返回，而與肩部1171相互接合，且將光纖部件1103固定到透鏡部件。雖然這一構 造增加了模子的復雜性，但它簡化了組件并且使得組件高度最小化。
[0046] 替代使用光纖部件的向下力以楔開如上所述的閂鎖，在一個實施例中，在閂鎖上 增加特征，以允許它們更容易地用工具擴展開，或者閂鎖可延伸使得它們伸出到光纖部件 的表面之上。
[0047] 應理解，以上描述提供了關于本發(fā)明的說明性實施例，并且存在其它的實施例。
【權利要求】
1. 一種內插器，所述內插器用于將光學裝置光耦合到光纖，所述光學裝置安裝在基板 上，所述內插器包括： 透鏡部件，所述透鏡部件包括用于與所述光學裝置光耦合的至少一個透鏡，所述透鏡 具有第一光軸、用于與所述基板配合的平的第一表面以及用于與光纖部件的平的第三表面 配合的平的第二表面； 所述光纖部件包括所述第三表面以及用于接收至少一個光纖且沿著第二光軸保持所 述光纖的腔體，所述第一光軸和第二光軸是垂直的；以及 其中所述透鏡部件或者所述光纖部件中的至少一個包括反射表面，所述反射表面用于 將所述透鏡光耦合到沿著所述第二光軸且鄰近所述腔體的點。
2. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述透鏡部件包括所述反射表面。
3. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述光纖部件包括所述反射表面。
4. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述第二表面平行于所述第一表面。
5. 根據權利要求4所述的內插器，其中所述光纖部件包括所述反射表面。
6. 根據權利要求5所述的內插器，其中所述透鏡由所述透鏡部件中的透鏡腔體限定。
7. 根據權利要求6所述的內插器，其中所述透鏡腔體在所述透鏡部件的底部。
8. 根據權利要求6所述的內插器，其中所述透鏡腔體在所述透鏡部件的頂部。
9. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述第二表面垂直于所述第一表面。
10. 根據權利要求9所述的內插器，其中所述光纖部件包括用于配合到所述基板的第 四表面。
11. 根據權利要求9所述的內插器，其中所述透鏡部件包括所述反射表面。
12. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述透鏡部件大于0. 5mm厚。
13. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述透鏡和所述第二表面之間的距離小于所 述反射表面和所述第二軸線之間的距離。
14. 根據權利要求1所述的內插器，進一步包括在所述點處的第二透鏡。
15. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述透鏡部件包括至少一個對準特征以用于 將所述透鏡部件定位在所述基板上，當平行于所述第一光軸看所述透鏡部件時，可觀察到 所述對準特征。
16. 根據權利要求15所述的內插器，其中所述對準特征包括兩個特征，在所述至少一 個透鏡的每一側上有一個所述特征。
17. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述光纖部件包括至少一個對準特征以用于 使所述光纖部件對準到所述透鏡部件上。
18. 根據權利要求17所述的內插器，其中所述至少一個對準特征包括兩個對準孔。
19. 根據權利要求18所述的內插器，其中所述透鏡部件包括第二對準特征，所述第二 對準特征與所述光纖部件的所述對準孔協(xié)作以使所述透鏡部件與所述光纖部件對準。
20. 根據權利要求19所述的內插器，其中所述第二對準特征包括對準孔。
21. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述腔體是V形槽。
22. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述腔體被構造成接收包含所述光纖的套管。
23. 根據權利要求1所述的內插器，其中所述腔體被構造成接收裸露光纖。
【文檔編號】G02B6/42GK104220915SQ201380019589
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年3月1日 優(yōu)先權日:2012年3月2日
【發(fā)明者】M.A.卡達爾-卡倫 申請人:泰科電子公司