CN106873094A - 一种用于多通道并行光耦合的光互连结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多通道并行光耦合的光互连结构，用于提高光耦合的精度和效率并简化制作工艺。该光互连结构，包括：光纤阵列，光纤插芯，微透镜阵列，以及，连接头；所述光纤阵列包括多条光纤，所述光纤插芯包括多个插芯孔，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多条光纤***所述光纤插芯的多个插芯孔中，所述多个微透镜与所述光纤插芯的多个插芯孔一一对应设置，所述连接头设有位于两端的两个台阶孔以及连通所述两个台阶孔的通孔，所述光纤插芯和所述微透镜阵列分别插接到所述两个台阶孔中。

Description

一种用于多通道并行光耦合的光互连结构

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种用于多通道并行光耦合的光互连结构。

背景技术

随着高速高密度大容量通信的要求，单通道传输的信息量远远满足不了人们日益增长的对数据的需求量，因此在光通信领域，高速多通道并行光收发组件应用而生，由此也诞生了用于高速多通道并行光耦合互连的结构。

现有技术中，一种结构是用双层基板固定光纤阵列，首先将光纤阵列中的多根光纤并列放置在下基板上开设的多条平行的V型槽或者U型槽内，再用上基板固定。

实践发现，上述双基板固定结构采用V型槽或者U型槽定位，精度比较难以控制，且光纤被夹在上、下基板之间形成了对光耦合的阻碍，影响光耦合效率。

而且，现有技术中，通常将光纤阵列与芯片直接耦合，其光学容差较小，对设备精度要求较高，耦合效率低下。

另外，现有技术中还有一些结构需要将光纤端面研磨成45度角对光路进行转折，制作工艺复杂。

发明内容

本发明实施例提供一种用于多通道并行光耦合的光互连结构，用于提高光耦合的精度和效率并简化制作工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于多通道并行光耦合的光互连结构，包括：光纤阵列，光纤插芯，微透镜阵列，以及，连接头；所述光纤阵列包括多条光纤，所述光纤插芯包括多个插芯孔，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多条光纤***所述多个插芯孔中，所述多个微透镜与所述多个插芯孔一一对应设置，所述连接头设有位于两端的两个台阶孔以及连通所述两个台阶孔的通孔，所述光纤插芯和所述微透镜阵列分别插接到所述两个台阶孔中。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例技术方案取得了以下技术效果：

1.光纤阵列***到光纤插芯中，用光纤插芯固定方式取代了传统的双基板和V型槽或者U型槽的固定方式，提高了光纤的安装精度，且避免光纤被挤压，可以有效提高光耦合的效率；

2.增加了微透镜阵列结构，这样，与芯片耦合时微透镜阵列位于光纤阵列与芯片之间，后两者不再是直接耦合，这样可以提高光学容差，降低对光互连结构的精度要求，有效提高光耦合效率。

3.不需要将光纤端面加工形成特殊角度的光平面，如45°，只需要按照正常的跳线研磨步骤进行研磨即可，制作工艺简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的用于多通道并行光耦合的光互连结构的示意图；

图2是是光纤阵列的结构示意图；

图3是光纤插芯的结构示意图；

图4a和图4b分别是微透镜阵列的正视图和侧视图；

图5 a、5b、5c和5d分别是连接头的立体图，正视图，俯视图，以及侧视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。

请参考图1，本发明实施例提供一种用于多通道并行光耦合的光互连结构，可包括以下组件：光纤阵列10，光纤插芯20，微透镜阵列30，以及，连接头40。

如图2所示，是光纤阵列10的结构示意图；如图3所示，是光纤插芯20的结构示意图；如图4a和图4b所示，分别是微透镜阵列30的正视图和侧视图；如图5a、5b、5c和5d所示，分别是所述连接头40的立体图，正视图，俯视图，以及侧视图。

其中，所述光纤阵列10包括多条光纤101，所述光纤插芯20包括多个插芯孔，所述微透镜阵列30包括多个微透镜301，所述多条光纤101***所述多个插芯孔中，所述多个微透镜301与所述多个插芯孔一一对应设置，所述连接头40设有位于两端的两个台阶孔41以及连通所述两个台阶孔的通孔42，所述光纤插芯20和所述微透镜阵列30分别插接到所述两个台阶孔41中。

所述两个台阶孔41包括用于连接所述光纤插芯20的第一台阶孔411，和用于连接所述微透镜阵列30的第二台阶孔422，鉴于所述光纤插芯20和所述微透镜阵列30的尺寸不同，所述第一台阶孔411和所述第二台阶孔422的尺寸，包括深度或者说长度，有所不同，具体取值按照实际应用场景需要确定。

需要注意的是，微透镜阵列30粘合固定时是位于连接头40的内部，因此，图1中用虚线表示；多条光纤101也是位于内部，也用虚线表示。

优选的实施方式中，所述多条光纤101，所述多个插芯孔和所述多个微透镜301均为1×N设置，N等于12或4或8或24或48；所述光纤101的端面角度为0°或者8°。当端面成斜八度的时候，回波损耗会比平面的更高，在应用于不同的场景时，可以选择采用0°或者8°。其它实施方式中，所述多条光纤101，所述多个插芯孔和所述多个微透镜301也可以采用为2×N，或3×N等方式设置，甚至还可以采用其它布局方式，对此本文中不予限制。另外，在一些特别的应用场景中，所述N的取值也可以不限于上述的12或4或8或24或48。本文中，以采用1×N设置为例进行说明。

优选的，所述微透镜阵列30到所述光纤101的端面的距离为所述微透镜301的焦距，能提高外入光线到光纤阵列10的耦合效率。

本发明一些实施例中，所述光纤阵列10和所述光纤插芯20，所述光纤插芯20和所述连接头40，以及所述微透镜阵列30和所述连接头40，可以分别采用热固型环氧树脂胶粘结固定，例如可以具体采用353ND胶进行固定。应用中可以采用353ND胶固定后，放入烘箱中，进行热固化。

请参考图2，所述光纤阵列10，可采用1×N布局，即在同一平面上，设置N条光纤。可选的，该光纤阵列10可以是成品带状光纤，或者，也可以为散状光纤构成的带状光纤。带状光纤的用于连接所述光纤插芯20的一端需要进行预处理，剥离出一根根的散状光纤101，以便能够***光纤插芯20的插芯孔中，插好之后，光纤阵列10固定在光纤插芯20中。

一些实施例中，所述光纤插芯20上可设置有导针202。

请参考图3，一些实施例中，所述光纤插芯20具体可以为标准连接器MT插芯（简称MT插芯），例如包括12个插芯孔的MT插芯；其中，固定于MT插芯中的带状光纤先穿插在MT插芯中，由于插芯孔及其相邻插芯孔间距定位精度很高，因此能很好的保证带状光纤的定位精度。MT插芯可以在外层亦涂覆一层353ND胶，然后固定在连接头40中。

一种应用场景中，所述标准连接器MT插芯中的插芯孔的直径为125微米，间距为250微米；相应的，所述微透镜阵列30中的微透镜301的直径为125微米，间距为250微米。如上文所述，固定于MT插芯中的带状光纤的端面角度可以是0°平面，也可以是加工过的其他角度，比如8°，并且，在MT插芯中带状光纤的每根光纤端面的角度可以不一致，对于12芯MT插芯的典型应用，所述标准连接器MT插芯中***的12条光纤中，用于与PD阵列耦合的4条光纤的端面角度可为0°，用于与VCSEL芯片阵列耦合的4条光纤的端面角度可为8°，另外4条位于中间的光纤可不使用。

本发明一些实施例中，所述连接头40上还可以设有开窗，以方便观察。

请参考图4a和图4b，所示的微透镜阵列30为精密光学器件，其边缘可以涂一层353ND胶，然后固定在连接头40中。所述微透镜阵列30可以为普通凸透镜阵列，一些实施例中也可以替换为菲涅尔透镜阵列，普通微透镜的焦距为一个固定值，而菲涅尔透镜的焦距可以有多个，这样可以根据需要调节本发明实施例的光互连结构所连接的装置例如VCSEL芯片阵列或者PD阵列与菲涅尔透镜的距离。另外，所述微透镜阵列30可为一个或多个，当为多个时，所述多个微透镜阵列30之间以隔圈隔离开，多个微透镜阵列30可以将外来光线的光斑尺寸缩小，获取更多的光线，从而提高光耦合效率。需要说明的是，图中所画单个微透镜大小并非实际大小，因为微透镜非常微小，图中为了方便读者理解将其放大。

请参考图5a、5b、5c和5d所示，是连接头40的结构示意图。所述连接头40的通孔中充满空气或光学介质，当采用光学介质时，所述光学介质的折射率介于所述微透镜的折射率和所述光纤的折射率之间，这样可以进一步增加对传输光的汇聚作用，减少传输光的损失，提高耦合效率。换句话说，折射率介于所述微透镜的折射率和所述光纤的折射率之间的透明光学介质，都可以用在本发明实施例连接头40的通孔中。

本发明一些实施例中，所述连接头40为长方体固定连接体，所述台阶孔为方形台阶孔，两个台阶孔一个用来接MT插芯，另一个用来接微透镜阵列30，所述连接头40中的通孔为一个或多个，当为一个时，应当是较大的通孔，允许所述多个插芯孔以及所述多个微透镜一一对应光连接；当为多个时，所述多个通孔分别与所述多个插芯孔以及所述多个微透镜一一对应，每个通孔允许一对插芯孔和微透镜对应光连接。但需要指出的是，连接头40也可以采用其它形式，只要是起到微透镜阵列30与光纤插芯20固定连接作用，不限于采用长方体固定连接体。

本发明一些实施例中，所述连接头40的两侧可具有与所述光纤插芯20匹配的导向孔43，优选的，所述导向孔43的直径与所述光纤插芯20中导针202的直径一致。如需要将此连接器与带有导向针的其他部件对接时，可以极大提高对接精准度。

值得说明的是，本发明实施例中：光纤插芯20的材质可以为合金塑料（Phenylenesulfide ，PPS）；微透镜阵列30的材质可以为石英玻璃或者塑料；连接头40的材质可以为金属或合金或合金塑料等。

如上所述，本发明实施例提供了一种用于多通道并行光耦合的光互连结构，其具有以下技术效果：

一、不需要对光纤端面加工以形成特殊角度的光平面，如45°。在本发明中光纤端面角度为正常0°或者8°，只需要按照正常的跳线研磨步骤进行研磨即可，不需要对光纤微带端面的角度进行特殊控制。这样制作工艺简单，成本低廉，适合批量生产并且封装之后的成品体积较小。

二、固定光纤阵列可采用批量注塑成型的MT插芯。MT插芯定位孔精度相对于V槽或者凹槽精度很高，只需要在MT开窗口位置加胶固定就好。不像有V槽或者凹槽定位结构那样，光纤需要上下两个方向受力。采用批量注塑成型的MT插芯，成本更加低廉，并且定位精度更高。

三、在光纤阵列和所连接的装置例如阵列VCSEL（Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，垂直腔面发射激光器）或者PD（Photo-Diode，光电二极管）芯片耦合中间加了一个整体微透镜阵列，光纤微带和微透镜阵列可通过一个连接套筒相连接。微透镜阵列到光纤端面的距离为微透镜的焦距。这样能提高外入光线到光线阵列的耦合效率。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于多通道并行光耦合的光互连结构，其特征在于，包括：

光纤阵列，光纤插芯，微透镜阵列，以及，连接头；

所述光纤阵列包括多条光纤，所述光纤插芯包括多个插芯孔，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多条光纤***所述多个插芯孔中，所述多个微透镜与所述多个插芯孔一一对应设置，所述连接头设有位于两端的两个台阶孔以及连通所述两个台阶孔的通孔，所述光纤插芯和所述微透镜阵列分别插接到所述两个台阶孔中。

2.根据权利要求1所述的光互连结构，其特征在于，

所述多条光纤，所述多个插芯孔和所述多个微透镜均为1×N设置，N等于12或4或8或24或48；所述光纤的端面角度为0°或者8°。

3.根据权利要求2所述的光互连结构，其特征在于，

所述光纤插芯具体为包括12个插芯孔的标准连接器MT插芯；

所述标准连接器MT插芯中的插芯孔的直径为125微米，间距为250微米；相应的，所述微透镜阵列中的微透镜的直径为125微米，间距为250微米；

所述标准连接器MT插芯中***的12条光纤中，用于与PD阵列耦合的4条光纤的端面角度为0°，用于与VCSEL芯片阵列耦合的4条光纤的端面角度为8°。

4.根据权利要求1所述的光互连结构，其特征在于，

所述微透镜阵列到所述光纤的端面的距离为所述微透镜的焦距。

5.根据权利要求1所述的光互连结构，其特征在于，

所述光纤阵列为成品带状光纤，或者为散状光纤构成的带状光纤。

6.根据权利要求1所述的光互连结构，其特征在于，

所述光纤阵列和所述光纤插芯，所述光纤插芯和所述连接头，以及所述微透镜阵列和所述连接头，分别采用热固型环氧树脂胶粘结固定。

7.根据权利要求1所述的光互连结构，其特征在于，

所述连接头的通孔中充满空气或光学介质，所述光学介质的折射率介于所述微透镜的折射率和所述光纤的折射率之间。

8.根据权利要求1所述的光互连结构，其特征在于，

所述连接头为长方体固定连接体，所述台阶孔为方形台阶孔，所述连接头中的通孔为一个或多个，当为多个时，所述多个通孔分别与所述多个插芯孔以及所述多个微透镜一一对应。

9.根据权利要求1所述的光互连结构，其特征在于，

所述连接头的两侧具有与所述光纤插芯匹配的导向孔，所述导向孔的直径与所述光纤插芯中导针的直径一致。

10.根据权利要求1所述的光互连结构，其特征在于，

所述微透镜阵列为普通凸透镜阵列或菲涅尔透镜阵列，且所述微透镜阵列为一个或多个，当为多个时，所述多个微透镜阵列之间以隔圈隔离开。