雙透鏡一體式光接收器組件的製作方法

2023-06-06 17:54:56

專利名稱：雙透鏡一體式光接收器組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及雙透鏡一體式光接收器組件(dual-lensed unitary optical receiver assembly )，且更具體地涉及用於提供入射光纖(或其它波導結構) 和光敏接收裝置之間的被動對準的一體式組件。
背景技術：
光網絡，包括纖維光學和光電子學，是高速通信系統的重要方面，特 別是因為其允許在網絡系統中各種部件之間有效、準確和快速傳輸數據的 能力。就大多數通信系統而言，有效使用光網絡中的空間和功率變得愈加 重要。進一步，這種網絡的設計考慮必須顧及包括在網絡中的具體部件的 調製性。
實際上，在纖維光學系統中期望用模塊化部件來減小製造系統的成 本，其增加使系統變得更加用戶化。模塊化部件的例子是光接收器模塊， 其也可以是完整的光收發器組件(包括光傳送器模塊和光接收器模塊)的 一部分，或進一步包括波長多路復用/多路復用分解(wavelength multiplexing/demultiplexing)的光轉發器的一部分。典型的光4妄收器才莫塊 包括用於光纖(或其它光傳播設備)的輸入埠/通道、用於探測入射光 信號的光電二極體，以及用於把光信號轉換為與其它網絡部件兼容的數字 電子信號的傳感電路。迄今為止，光接收器的這些元件的數量和布置限制了減少接收器的尺 寸的能力以及減少其成本和複雜性的能力。例如，入射光信號(通常沿著 光纖)和光敏裝置之間的光校準通常要求"主動"對準，調整光敏裝置的 布置直到探測到最大光功率。在高速光接收器中，光敏裝置一般呈現相對 小的有效面積(為了更有效地將光信號轉換為其電對應物)。該小的有效 面積使執行主動對準的過程更加困難。
因此，本領域依然需要真正緊湊的、並允許入射光信號和光敏接收裝 置之間使用被動對準的光接收器模塊。

發明內容
本發明描述了現有技術中存在的需要，本發明涉及雙透鏡一體式光接 收器組件，且更具體地，涉及用於在入射光纖(或其它波導結構)和光敏 接收裝置之間提供被動對準的透明 一體式組件。
依照本發明， 一體式接收器組件形成為包括與準直透鏡(透鏡沿著垂
直於v形凹槽的表面形成)對準的v形凹槽。光纖沿著v形凹槽放置， 並用來使接收的光信號進入一體式組件裡。當接收的光信號經過準直透鏡
時，轉向鏡壁(turning mirror wall)將攔截接收的光信號，向下引導信號 通過聚焦透鏡(也模製在一體式組件中)，然後進入光敏裝置中。有利地， 光敏裝置布置為與聚焦透鏡被動對準，允許所接收的信號從入射光纖耦合 到光敏裝置，其間不需要任何類型的主動對準。使用聚焦透鏡允許接收的 信號有效地耦合到光敏裝置中。因此，小的有效面積的光電二極體(如在
高速應用中使用的)適合用在本發明的一體式模塊中。此外，通過直接把 準直透鏡和聚焦透鏡(和V形凹槽)模製到一體式接收器模塊中，實現 了光纖和光敏裝置之間的被動對準，減少了接收設備的成本和複雜性。
在本發明的另 一方面， 一體式組件可形成為包括入射光波導(代替入 射光纖)，波導的核心同樣形成為與準直透鏡對準。
本發明的特徵是結合V形凹槽和轉向鏡，使用一體式組件中的模 制透鏡允許提供多個這些特徵的、沿單個組件的表面放置的陣列結構易於形成。可選地，該模製透鏡的陣列可以與嵌入式稜鏡元件和承載多個波長 信號的單個輸入光纖聯合使用，以形成多路復用分解裝置。
現有技術的光接收器/收發器組件中，光埠軸線通常平行於支撐村
底表面。組件一般包括兩個部件TO-can封裝光埠組件(TO can optical port assembly)(包含光電二極體和跨阻抗放大器)和用於把TO-can連接 到襯底的柔性電路。本發明的設備不需要兩個單獨的元件，並特別地，因 為光電二極體直接位於襯底上作為一體式組件的一部分，因此不需要柔性 電路。
在以下討論的過程期間並通過參考附圖，本發明的其它和進一步的方 面以及特徵將變得明顯。
附圖簡述
現在參考附圖，相似的參考數字在幾個圖中代表相似的部件


圖1是依照本發明形成的示例性的一體式接收器模塊的側視圖，具體 示出準直透鏡、聚焦透鏡以及轉向鏡的位置和布置；
圖2是圖1的模塊的等距視圖，具體示出支撐光纖的V形凹槽的位
置；
圖3是光線蹤跡圖，示出光纖端面、準直透鏡、轉向鏡、聚焦透鏡和 光電二極體之間的對準；
圖4是入射光纖和準直透鏡之間的耦合效率作為兩個部件之間的間 距的函數的圖5是聚焦透鏡和光電二極體之間的耦合效率作為兩個部件之間的 間距的函數的圖6是結合本發明的一體式光接收器模塊的示例性的光收發器系統 的等距視圖7包含本發明的一體式光接收器模塊的示例性的陣列配置的等距 ^L圖；以及圖8示出依照本發明形成的示例性的波長多路復用分解器。 詳細描述
圖1示出依照本發明形成的示例性的一體式光接收器模塊10。模塊 10由透明材料形成，例如聚醯亞胺熱塑樹脂或允許光信號有少量或沒有 信號損失地經過其傳播的任何其它的材料。承載接收的光信號的光纖12 布置在於模塊10的表面16上形成的V形凹槽14裡。
準直透鏡18沿豎直壁20模製，以便與光纖12的纖芯區域對準。準 直透鏡18作用為捕獲離開光纖12的端面22的光信號，並形成準直波前, 此準直波前隨後傳播經過模塊10的透明材料。如在圖1所示，傳播信號 被模塊10的成角度的壁24攔截，壁24關於光軸(OA)以預先確定的角 6傾斜。在優選實施方式中，角6可以是45。，但是可以使用其它的值 (各種其它元件的特性隨之相應地更改)。反射信號將保持校準，在本例 這種情形中，其被引導向下並進入沿著模塊10的水平壁28模製的聚焦透 鏡26。光敏裝置30 (例如PIN光電二極體)布置在聚焦透鏡26的下面， 以便進入透鏡26的光信號將被直接聚焦到裝置30的光敏區域。如以上提 到的，通過使用透鏡26把光聚集到裝置30,可使用高速、小的有效面積 的光電二極體。
圖2中模塊10的等距視圖清楚地示出了 V形凹槽14的位置和構造 (然而在這個圖上看不到透鏡18和26)。在這個具體實施方式
中，V形 凹槽14顯示為包括用於支撐棵光纖(也就是，去掉外部覆層的光纖)的 端部區域的內部的、較淺的V形凹槽14-1和外部的、較深的V形凹槽14-2。 外部區域14-2用來支撐仍然覆蓋有外部覆層的入射光纖。顯然，V形凹 槽配置的細節取決於設計選擇，只要光纖的纖芯區域與光軸OA和第 一非 球面透鏡18的中心對準。
圖3是光線蹤跡，示出當確定本發明的模製的一體式接收器模塊的尺 寸時，要考慮的相關的各種因素。這些因素顯示為包括(l)光纖的軸線； (2)光纖端面和準直透鏡的間距；(3)光敏裝置的軸線；(4)轉向壁在兩個軸線(光纖和光敏裝置)的相交處的位置；以及(5)光敏裝置和聚
焦透鏡之間的間距。當然，透鏡的曲率將是涉及確定透鏡和其相關聯的光
學裝置之間的間距的因素。本發明的優點是使用模製結構形成模塊10 允許每個透鏡的曲率為了其希望的應用而特殊定製，允許曲率隨著光纖和 /或光電探測器類型的改變而改變。
實際上，本發明的設備的特殊的優點是把透鏡(和光纖/波導)直 接模製到接收器結構中的能力允許形成被動對準的接收器，不需要在光 纖、透鏡和接收裝置之間主動對準的過程。因此，整個的接收器比需要主 動對準的現有技術的接收器製造起來更便宜以及更有效。已經發現，現在 的精密模製能力允許形成透鏡和V形凹槽(波導)，並在與常規光接收器 相關聯的可接受的容限內自動良好地對準。圖4是這個優點的示例圖，示 出與光纖端面和準直透鏡之間的間距相關聯的可接受的容限範圍。如顯示 的，對於許多不同類型的輸入光纖，包括多模光纖和單模光纖，在±100 pm數量級的容限仍然產生可接受的耦合效率(描述為從100%耦合效率 的減少)。圖5是示例這個特徵的另一個圖，在這種情形示出與聚焦透鏡 和光敏裝置的有效面積之間的間距相關聯的容限。如顯示的，有效面積和 聚焦透鏡之間的± 30 p m數量級的間距容限仍然提供足夠的耦合效率(再 次描繪為從100%耦合效率的減少)。
如以上提到的，本發明的一體式光接收器模塊的顯著優點是其可容 易地結合到更大的光收發器設備中。圖6示出一種這樣的光收發器，其具 有分別與光傳送器30以及相關聯的光和電部件40和50結合使用的光接 收器模塊10。
實際上，已經發現，使用透明的、可模製的材料來形成本發明的光接 收器模塊允許形成陣列結構，再次排除了對在各種部件之間提供主動對準 的需要。圖7示出示例性的一體式光接收器陣列模塊100,在這種情形用
來支撐一組五個單獨的輸入信號。每個V形凹槽14-1、 14-2..... 14-5
以上面討論的方式形成，以便分別與其相對應的準直透鏡18-1、 18-2.....
18-5對準。單個的傾斜表面24為每個信號進入其自己的聚焦透鏡(未在 該圖中示出)提供方向的改變。
8除了使用多個單獨的輸入光纖，本發明的一體式接收器陣列模塊可使 用承載多個波長信號的單個輸入光纖，以及將每個不同波長的信號引導進 入不同的準直透鏡的稜鏡。圖8示出這個波長多路復用分解光接收器模塊
200的形式的實施方式。模塊200顯示為包括用於支撐入射光纖(未顯示) 的單個V形凹槽14,光纖承載工作在不同波長的多個不同信號。稜鏡元
件210沿V形凹槽14和支撐多個單獨的準直透鏡18-1、 18-2..... 18-5
的豎直壁20之間的槽220放置。在這個具體實施方式
中，稜鏡210配置 為分離各種接收的波長，把每個波長指向透鏡18中單獨的一個。這由圖 8中指向透鏡18-1的第一波長信號人,、指向透鏡18-2的在入2的第二信 號，等等，示出。
以上雖然已經結合優選實施方式描述了本發明的原理，但是應理解， 該描述僅僅是作為舉例的方式給出，而並不作為本發明的範圍的限制。
權利要求
1.一種一體式光接收器組件，其包括第一水平表面，其限定入射光信號軸線；準直透鏡，其布置為攔截入射光信號，所述準直透鏡模製到所述一體式光接收器組件的豎直壁部分；傾斜壁表面，其超過所述準直透鏡布置，所述傾斜壁用於將入射光信號的方向改變為向下遠離所述入射光信號軸線的方向；聚焦透鏡，其布置為攔截改變方向的光信號，並重新聚焦所述光信號；以及光敏裝置，其布置在所述聚焦透鏡的焦點處。
2. 如權利要求1所述的一體式光接收器組件，其中所述接收器組件 包括透明材料。
3. 如權利要求2所述的一體式光接收器組件，其中所述透明材料包 括聚醯亞胺熱塑樹脂。
4. 如權利要求2所述的一體式光接收器組件，其中所述接收器組件 包括可模製的、透明的材料，以便所述準直透鏡和所述聚焦透鏡模製為在 所述組件中的集成元件。
5. 如權利要求1所述的一體式光接收器組件，其中所述第一水平表 面包括用於支撐與所述準直透鏡對準的光纖的V形凹槽。
6. 如權利要求5所述的一體式光接收器組件，其中所述V形凹槽包 括用於支撐光纖的棵露的、端部的區域的內部、淺的部分和用於支撐光纖 的包有外部覆層的區域的外部、較深部分。
7. 如權利要求1所述的一體式光接收器組件，其中所述傾斜壁以大 約45°角定向，以將經準直的光信號的方向改變為向下朝著所述光敏裝置。
8. —種一體式光接收器組件，其與多個單獨的光敏裝置一起使用，所述組件包括數量為N的多個準直透鏡，每個透鏡布置為攔截單獨的入射光信號， 所述數量為N的多個準直透鏡模製到所述一體式光接收器組件的單個豎 直壁部分；傾斜壁表面，其超過所述數量為N的多個準直透鏡布置，所述傾斜 壁用於將所述單獨的入射光信號的方向改變為向下遠離所述入射光信號 4由線的方向；數量為N的多個聚焦透鏡，其布置為攔截數量為N的多個改變方向 的光信號中單獨的一個光信號並重新聚焦被攔截的光信號；以及數量為N的多個光敏裝置，每個光敏裝置布置在所述數量為N的多個聚焦透鏡中的單獨的一個聚焦透鏡的焦點處。
9. 如權利要求8所述的一體式光接收器組件，其中所述組件進一步 包括沿所述組件的水平表面布置的數量為N的多個V形凹槽，每個V形 凹槽形成為與所述數量為N的多個準直透鏡中單獨的一個準直透鏡被動 對準。
10. 如權利要求8所述的一體式光接收器組件，其中所述組件進一步 包括單個V形凹槽，其沿所述組件的水平表面布置，所述單個V形凹槽 用於支撐傳播工作在不同波長的多個不同信號的光纖；以及光學稜鏡，其布置在所述V形凹槽和所述數量為N的多個準直透鏡 之間，所述光學稜鏡用於使工作在不同波長的信號朝向所述數量為N的 多個準直透鏡中不同的準直透鏡。
全文摘要
一種一體式光接收器組件形成為包括與第一非球面透鏡(透鏡沿著垂直於V形凹槽的表面形成)被動對準的V形凹槽。光纖沿V形凹槽布置，並用來使接收的光信號進入一體式組件裡。當經過第一非球面透鏡時，所接收的光信號將與45°轉向鏡壁相交，該轉向鏡壁向下引導信號經過第二非球面透鏡(也模製在一體式組件中)，然後進入光敏裝置中。有利地，將光敏裝置布置為與第二非球面透鏡被動對準，允許所接收的信號從入射光纖耦合到光敏裝置，其間不需要任何類型的主動對準。
文檔編號H04N5/95GK101578860SQ200780046831
公開日2009年11月11日 申請日期2007年12月21日 優先權日2006年12月22日
發明者大衛·派德, 拉傑什·蒂格德, 瑪麗·娜朵, 秦文宏, 迪因策·彼琳希格魯 申請人:光導束公司