CN107209329A - 使用可插光学主体的收发器 - Google Patents

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CN107209329A CN201580072396.3A CN201580072396A CN107209329A CN 107209329 A CN107209329 A CN 107209329A CN 201580072396 A CN201580072396 A CN 201580072396A CN 107209329 A CN107209329 A CN 107209329A
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杰弗里·艾伦·德梅里特
克里斯托夫·保罗·里瓦伦
詹姆斯·菲利浦·卢瑟
加里·理查德·特罗特
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Abstract

公开的是使用可插光学主体的收发器。在一个实施方式中，收发器包括收发器插座主体和基板组件。收发器插座主体包括前侧、后侧和位于光学接口处的至少一个光学通道，其中前侧具有至少一个对准销并且后侧具有至少一个空腔。基板组件包括基板，基板支撑至少一个有源电子部件，并且基板包括用于与收发器插座主体的至少一个对准销配合的至少一个对准特征。在一个变化形式中，一或多个对准销可从前侧延伸至收发器插座主体的空腔中。

Description

使用可插光学主体的收发器
优先权申请
本申请根据35U.S.C.§119要求2014年11月26日提交的美国临时申请序列号第62/084,944号的优先权权益，所述申请的内容是本申请的基础并以全文引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及用于电子装置的收发器。更具体地，本公开涉及具有可插光学主体的收发器。
背景技术
随着电子装置朝向以更快数据速率来操作发展时，这些装置上的电力接口连同电力传输电缆一起将达到其带宽容量限制。另外，电子装置趋于达到更小且更薄的占用面积。在很多传统长距离和城域电信网络中，出于诸如如大带宽容量、介电特性等的众多原因，光纤已取代了基于铜的连接性。由于消费者需要更大带宽用于诸如智能电话、膝上型计算机、平板计算机等的消费者电子装置，因此正在考虑用于光学信号传输的光纤和光学端口替换用于这些应用的常规基于铜的连接性。然而，相较基于铜的连接性来说，在电子装置中提供光学连接性存在重大挑战。例如，诸如智能电话、膝上计算机和平板计算机等的装置暴露于粗鲁操作与苛刻环境下，并且消费者将会期望用于应对这些需求条件的光学连接性。另外，这些类型的装置在其寿命期间将会需要大量配合/脱离循环。因此，将需要用于消费者应用的光学连接容易由用户清洁和维持。
存在对光学连接的未解决的需求，所需要的光学连接可用于如典型消费者应用的相对小的装置，诸如人员装置，人员装置诸如智能电话、平板计算机和具有相对小的占用面积的其他消费者装置。本文所公开的概念解决对光学连接的这种未解决的需要。
发明内容
本公开涉及使用可插光学主体的收发器。在一个实施方式中，收发器包括收发器插座主体和基板组件。收发器插座主体包括前侧、后侧和位于光学接口处的至少一个光学通道，其中前侧具有至少一个对准销并且后侧具有至少一个空腔。基板组件包括基板，基板支撑至少一个有源电子部件，并且基板包括用于与收发器插座主体的至少一个对准销配合的至少一个对准特征。
在另一方面中，收发器包括收发器插座主体和基板组件。收发器插座主体包括前侧、后侧和位于光学接口处的至少一个光学通道，其中前侧具有第一对准销和第二对准销，并且后侧具有空腔。第一对准销从前侧延伸至空腔中，并且第二对准销从前侧延伸至空腔中。基板组件包括玻璃基板，玻璃基板支撑至少一个有源电子部件，并且基板包括第一对准特征和第二对准特征以用于与收发器插座主体的第一对准销和第二对准销配合。
在另一方面中，收发器包括收发器插座主体、基板组件和光学插头主体。收发器插座主体包括前侧、后侧和位于光学接口处的至少一个光学通道，其中前侧具有第一对准销和第二对准销，并且后侧具有空腔。第一对准销从前侧延伸至空腔中，并且第二对准销从前侧延伸至空腔中。基板组件包括玻璃基板，玻璃基板支撑至少一个有源电子部件，并且基板包括第一对准特征和第二对准特征以用于与收发器插座主体的第一对准销和第二对准销配合。光学插头主体包括前侧和后侧，并且被设定大小来装配到收发器插座主体的空腔中。
其他特征和优点将在以下详述中阐述，并且在部分程度上，本领域的技术人员将根据描述而容易明白其他特征和优点，或通过实践如本文(包括以下的详述、权利要求书以及附图)所述的实施方式来认识到其他特征和优点。
应当理解，以上概述和以下详述两者提出各个实施方式，这些实施方式意图提供用于理解权利要求的本质和特性的概述或构架。附图被包括来提供对本公开的进一步理解，并被并入本说明书中而构成本说明书的一部分。附图示出各种实施方式，并且连同说明书一起用以解释原理和操作。
附图说明
图1是根据所公开的概念的收发器连同与其附接的光学插头连接器的正透视图，光学插头连接器可与电子装置一起使用；
图2是图1的收发器连同光学插头连接器一起从前侧看的部分分解图；
图3是图1的收发器连同光学插头连接器一起从后侧看的部分分解图；
图4是图1的收发器连同光学插头连接器一起的剖面图；
图5A-5C分别为图1的收发器插座主体的正透视图、后端视图和前端视图，描绘从收发器插座主体的前侧延伸至收发器插座主体的空腔中的对准销；
图6-8是用于支撑至少一个有源电子部件的基板的各种视图，至少一个有源电子部件在组装时附接至收发器的前侧；
图9和10分别是图1的光学插头连接器的光学插头主体的正透视图和剖面图；
图11和12分别是图1的光学插头连接器的光纤组织器的后透视图和正透视图；
图13是根据所公开概念的收发器连同与其附接的光学插头连接器一起的另一实施方式的正透视图，光学插头连接器可与电子装置一起使用；
图14是根据所公开概念的收发器的另一实施方式的部分分解图，收发器具有配置为分立部件的对准销；
图15是图14的收发器连同光学插头连接器一起呈组装状态但不具有光纤的剖面图；以及
图16-20是收发器连同光学插头连接器一起的另一实施方式的各种视图，光学插头连接器使用不同保持结构以用于将光学插头连接器固定至收发器。
具体实施方式
现将详细参考本公开的实施方式，实施方式的示例示出在附图中。任何可能情况下，相同参考数字将用于指代相同的部件或部分。
本文所公开的收发器可接收可插光学插头连接器并且允许高速数据应用，以用于将光学信号传输至电子装置，如有源光学电缆(AOC)组件、刀片式服务器、交换机、路由器和需要高速数据传输的其他类型的设备。因此，收发器可安装至电路板或其他类似的装置，而光学插头连接器可在另一独立制造操作中制造以用于通过具有单独的制造工作流而提高制造效率。另外，通过按需要从收发器移除光学插头连接器，收发器提供重新配置或断开装置的能力。收发器也提供收发器与光学插头连接器之间的被动对准。所公开的收发器提供相对小的并且紧凑的占用面积以便它们可与各种电子装置一起使用。如5千兆位/秒或更大的高速数据应用是可能的，并且在使用玻璃基板的某些实施方式中，数据速率可扩展至25千兆位/秒或更大。
收发器使用收发器的一或多个透镜来传输/接收光学信号至基板而将来自光学插头连接器的传输/接收光学信号转换成电信号并且反之亦然，基板具有与相应透镜对准的有源的至少一个有源电子部件。例如，收发器插座主体的一或多个透镜用于将来自光学插头连接器的传输通道的光准直或聚焦，并且光学地耦合至由基板支撑的有源电子部件，如光电二极管等。光学插头连接器的接收通道从由基板支撑的有源电子部件(激光器，如垂直腔面发射激光器(VCSEL))获得其信号，有源电子部件在组装时与收发器的透镜对准并且通信以用于传输光学插头连接器的光学信号。根据所公开概念的收发器连同光学插头连接器一起提供快速和容易的连接性以及有利于与电子装置一起使用的占用面积连通简化的制造。另外，收发器提供稳固和可靠的设计以用于可能需要配合、脱离或重新配置电子装置的应用。
图1是说明性收发器10连同与其附接的说明性光学插头连接器100一起的正透视图，光学插头连接器可与电子装置(未示出)一起使用，并且图2和3是收发器10和光学插头连接器100的部分分解图。图4是与光学插头连接器100配合的收发器10的剖面图，示出了光纤160与光学插头连接器100的光学插头主体102的光学通道118对准，光学通道118与收发器插座主体12的光学通道18对准，并且与收发器10的基板组件的有源电子部件60对准。收发器10适用于将在传输光学通道上从光学插头连接器100接收的光学信号转换成用于电子装置的电信号，并且将从电子装置接收的电信号转换成光学信号以在收发器10的光学通道上传输至光学插头连接器100。
收发器10包括收发器插座主体12，收发器插座主体12具有前侧14、后侧16和在光学接口19处的至少一个光学通道18。在这个实施方式中，光学接口19具有四个光学通道18，具有两个接收光学通道和两个传输光学通道，但其他实施方式可包括任何适合数量的光学通道。另外，传输通道和接收通道的数量不需要在数量上相等。至少一个光学通道18可包括在前侧处的具有透镜24的传输光学通道18T和在前侧14处的具有透镜24的接收光学通道18R。前侧14可任选地包括用于光学接口19的阶梯状轮廓15。使用阶梯状轮廓15允许传输透镜和接收透镜24定位在离基板组件80的有源电子部件60的不同焦距处，从而允许用于传输通道和接收通道的定制(例如，改进的)光学耦合。因此，阶梯状轮廓15包括第一表面15a和第二表面15b，其中第一透镜24设置于第一表面15a上并且第二透镜24设置于第二表面15b上。
收发器插座主体12的前侧14也具有至少一个对准销22。如所描绘，前侧14包括两个对准销，对准销设置于光学接口19的相对侧上，并且设置于凸台部分(未编号)上，凸台部分在Z方向上延伸超过光学接口19达预定距离。凸台被用作止挡部并且将基板组件80的有源电子部件60与透镜24间隔所需距离。如图3所示，收发器插座主体12的后侧16具有用于接收光学插头连接器100的一部分的至少一个空腔30。
图5A-5C分别是收发器插座主体12的正透视图、后端视图和前端视图，描绘出对准销22连同其他特征。对准销22从收发器插座主体12的前侧14延伸至收发器插座主体12的空腔30中。换句话说，收发器插座主体12包括从前侧14延伸至空腔30中的第一对准销22和从前侧14延伸至空腔30中的第二对准销22。如图1所示，当组装时，收发器插座主体12的对准销22被接收在如基板50的对准钻孔的对准特征52，以用于将光学接口19处的光学通道18与相应有源电子部件60适合地对准。例如，收发器10的传输光学通道与传输通道上的光电二极管适合地对准，并且收发器10的接收光学通道与接收通道上的VCSEL适合地对准。对准销22的延伸至空腔30中的部分用于将光学插头连接器100的光学接口119(和光学通道)与收发器插座主体12的光学通道18对准。对准销22可与收发器插座主体12整体形成，诸如在这个实施方式中所示，或对准销可为装配至收发器插座主体12中或模制在其中的分立部件(图14和15)。
收发器10也包括基板组件80，其包括支撑至少一个有源电子部件60的基板50。基板50包括至少一个对准特征52，以与收发器插座主体12的至少一个对准销22配合。例如，对准特征52可为基板内的一或多个钻孔(例如，孔)以供与收发器插座主体的对准销22的精确对准。理想地，对准特征52利用对准销而成为足够精确的以用于允许被动对准；然而，有源对准也可与所公开的概念一起使用。另外，利用有源电子部件60的光学对准也可取决于有源电子部件60在基板50上的精确放置。基板50可由任何适合的材料形成，如具有电迹线并使用用于电连接的引线接合的常规电路板材料，但也可按需要由其他材料制成。例如，基板50可由用于允许高速应用(至多25千兆位/秒或更快)的玻璃材料形成，而常规电路板可具有支持超过10千兆位/秒的速度的困难。
图6-8是由用于支撑至少一个有源电子部件60的玻璃材料形成的基板50的各种视图。当组装时，基板50使用对准特征附接至收发器10的前侧14。如图所示，这个实施方式可使用用于对准特征52的圆孔和狭槽的组合以在组装期间抑制拉伸力。使用用于基板50的玻璃材料也可需要用于制造或结构的其他技术。例如，基板上的电迹线54可为形成于玻璃材料上的多个通孔，如图6中描绘的。图7将跨阻放大器(TIA)集成电路(下方部件)描绘为由基板50支撑的有源电子部件60中的一个，此外还描绘了用于收发器10的常规有源电子部件(即，上方部件，诸如光电二极管和VCSEL)。有源电子部件60可被倒装芯片接合至基板50，其与用于至多10千兆位/秒的应用的常规引线接合相比较支持更快的速度并且也可被使用。
图7和8示出用于将光学信号转换成电信号并且反之亦然的基板组件80的背侧，并且可以具有任何适合的布置或布局。基板组件80包括在适当地对准并且附接至收发器插座主体12时与收发器插座主体12的至少一个光学通道18对准的至少一个有源部件60。
使用凸台或其他适合的结构将基板组件80附接并间隔在离透镜24适合的距离处，凸台或其他适合的结构在有源电子部件60与透镜24之间提供所需的z方向距离。如所讨论，基板组件80可使用被动和/或主动对准以用于在X方向和Y方向上定位基板组件80。有源电子部件是用于向/从收发器10的光学通道传输或接收光学信号的电光部件。例如，有源部件是用于接收光学信号的光电二极管或其他类似装置或用于传输光学信号的垂直腔面发射激光器(VCSEL)，从而提供一或多个传输和接收通道。另外，插座电路板组件可以包括诸如跨阻放大器(TIA)或激光驱动器的其他电子部件，其他电子部件被布置为用于处理信号的第一电路部分和/或第二电路部分，以及其他电子元件，诸如集成电路(ICS)，诸如电路板上的时钟和数据恢复件(CDR)、激光驱动器串行器/解串器(SerDes)等。
图2和3分别以前部和后部部分分解图描绘光学插头连接器100。光学插头连接器100包括光学插头主体102，光学插头主体包括前侧104和后侧106；并且光学插头连接器100被设定大小以用于装配至收发器插座主体12的空腔30中。如在图9和10中最佳所示，光学插头主体102包括光学接口119，光学接口在前侧104处具有至少一个透镜124。一般说来，光学插头主体102在光学接口119处具有对应数量的透镜124，光学接口匹配收发器插座主体12的光学通道18的数量。换句话说，光学插头主体102的每个透镜124对应于光学收发器10的每个光学通道18，以便每个单个光纤160可与收发器10的相应光学通道18通信。光学插头主体102也在前侧104上包括至少一个对准特征122，以与收发器插座主体12的至少一个对准销22配合。光学插头主体102也包括用于接收光纤160的端部162的光纤引导件108，如图4所描绘。在光学插头主体102的前侧104上使用透镜124提供与收发器插座主体12的较大未对准公差。光纤引导件间隔与透镜124匹配，并且提供用于避免收发器10中的光学串扰的适当距离。光学插头主体102可键合至空腔30以供适当定向并且具有单向配合。另外，光学插头主体102包括在光学接口119外部的凸台(未编号)，以用于在透镜124与收发器插座主体12之间提供所需的Z方向间隔。光学插头主体102可以任何适合的机械方式固定至收发器插座主体12，机械方式如卡扣配合、销、闩锁、旋转拉环等。
在这个实施方式中，光学插头连接器100任选地进一步包括在后侧106处的空腔130。空腔130被设定大小并成形以用于接收光纤组织器150，如图11和12中最佳所示。光纤组织器150适用于提供用于光纤160的扇出以与光学插头主体102的光纤引导件108具有所需间隔。例如，光纤组织器150允许光纤160与带材间隔，其中光纤160紧密间隔在一起达到收发器10的光学通道的较大间隔。另外，光纤组织器150可用作在按需要将光纤160的端部162固定至光纤组织器(如激光剥离和/或切割)之后用于端部的夹具。如图所示，光纤组织器150在后侧154处具有共用通道153，共用通道153在前侧152处分成单个通道158以用于分离并间隔光纤160。光纤组织器150也可具有键合特征或引导件156，使得其对准至光学插头主体102。光纤组织器150可以任何适合的机械方式固定至光学插头主体102，机械方式如卡扣配合、粘着剂等。一旦组装，光学插头连接器100就是独立组件，其可附接、移除和重新附接至任何适合的收发器，并且可连接至任何适合的装置或可为跳线组件。
图13是收发器10(1)连同附接其的光学插头连接器100一起的另一实施方式的正透视图，收发器10(1)类似于收发器10，但使用了不同基板组件80(1)。基板组件80(1)具有配置为开口狭槽的对准特征52(1)。开口狭槽缓解基板上的组装应力。
图14是收发器10(2)的另一实施方式的部分分解图，收发器10(2)类似于收发器10，但是具有配置为分立部件的对准销22(1)。对准销22(1)可配置来***收发器插座主体12的前侧14中。替代地，图15是另一收发器10(3)的剖面图，收发器10(3)类似于收发器10，但是具有配置为分立部件并模制在收发器插座主体12(2)中的对准销22(2)。
图16-20是收发器10(4)的另一实施方式的各种视图，收发器10(4)类似于收发器10，但使用了拉环300用于将光学插头连接器100固定至收发器10(4)。收发器10(4)使用收发器插头主体12(3)，其修改为用于以旋转方式将拉环300安装至侧面。因此，当光学插头连接器100被完全***收发器10(4)中(图17)，随后拉环300可旋转以在适当位置中俘获光学插头连接器100并将其固定在位置中。图18-20描绘固定至收发器10(4)的光学插头连接器100的各种视图。
尽管已参考了本公开的实施方式和特定示例来说明并描述了公开内容，但是本领域的一般技术人员将显而易见的是，其他实施方式和示例可以执行类似功能和/或实现类似结果。所有此类等效实施方式和示例在本公开的精神和范围内，并且旨在涵盖在随附权利要求书内。本领域的技术人员还将明白，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下对所公开的概念做出各种修改和变化。因此，本申请旨在涵盖这些修改和变化，前提是它们落在随附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims (33)

1.一种收发器，所述收发器包括：
收发器插座主体，具有前侧、后侧和位于光学接口处的至少一个光学通道，所述前侧具有至少一个对准销并且所述后侧具有至少一个空腔；以及
基板组件，包括基板，所述基板支撑至少一个有源电子部件，并且所述基板包括用于与所述收发器插座主体的所述至少一个对准销配合的至少一个对准特征。
2.如权利要求1所述的收发器，其中所述至少一个对准销从所述前侧延伸至所述收发器插座主体的所述空腔中。
3.如权利要求2所述的收发器，其中所述至少一个对准销与所述收发器插座主体整体形成。
4.如权利要求1-3中任一项所述的收发器，其中所述基板包括玻璃材料。
5.如权利要求1-4中任一项所述的收发器，其中所述至少一个光学通道包括在所述前侧处具有透镜的传输光学通道和在所述前侧处具有透镜的接收光学通道。
6.如权利要求1-5中任一项所述的收发器，其中所述前侧具有用于光学接口的阶梯状轮廓。
7.如权利要求6所述的收发器，其中所述阶梯状轮廓包括第一表面和第二表面，并且第一透镜设置于所述第一表面上而第二透镜设置于所述第二表面上。
8.如权利要求1-7中任一项所述的收发器，其中所述收发器插座主体包括从所述前侧延伸至所述空腔中的第一对准销和从所述前侧延伸至所述空腔中的第二对准销。
9.如权利要求1-8中任一项所述的收发器，其进一步包括光学插头主体，所述光学插头主体包括前侧和后侧，并且被设定大小来装配到所述收发器插座主体的所述空腔中。
10.如权利要求9所述的收发器，其中所述光学插头主体在所述前侧处包括至少一个透镜。
11.如权利要求9或10所述的收发器，其中所述光学插头主体在所述前侧上包括至少一个对准特征，以用于与所述收发器插座主体的所述至少一个对准销配合。
12.如权利要求9-11中任一项所述的收发器，所述光学插头主体进一步包括在所述后侧处的空腔和接收在所述光学插头主体中的光纤组织器。
13.如权利要求1-11中任一项所述的收发器，其进一步包括至少一个光纤，所述至少一个光纤被对准用于与所述至少一个有源电子部件光学通信。
14.一种收发器，所述收发器包括：
收发器插座主体，具有前侧、后侧和位于光学接口处的至少一个光学通道，所述前侧具有第一对准销和第二对准销，并且所述后侧具有空腔，其中所述第一对准销从所述前侧延伸至所述空腔中，并且所述第二对准销从所述前侧延伸至所述空腔中；以及
基板组件，包括玻璃基板，所述玻璃基板支撑至少一个有源电子部件，并且所述基板包括第一对准特征和第二对准特征以用于与所述收发器插座主体的所述第一对准销和第二对准销配合。
15.如权利要求14所述的收发器，其中所述第一对准销和所述第二对准销与所述收发器插座主体整体形成。
16.如权利要求14或15所述的收发器，其中所述至少一个光学通道包括在所述前侧处具有透镜的传输光学通道和在所述前侧处具有透镜的接收光学通道。
17.如权利要求14-16中任一项所述的收发器，其中所述前侧具有用于光学接口的阶梯状轮廓。
18.如权利要求17所述的收发器，其中所述阶梯状轮廓包括第一表面和第二表面，并且第一透镜设置于所述第一表面上而第二透镜设置于所述第二表面上。
19.如权利要求14-18中任一项所述的收发器，其进一步包括光学插头主体，所述光学插头主体包括前侧和后侧，并且被设定大小来装配到所述收发器插座主体的所述空腔中。
20.如权利要求19所述的收发器，其中所述光学插头主体在所述前侧处包括至少一个透镜。
21.如权利要求19或20所述的收发器，其中所述光学插头主体在所述前侧上包括至少一个对准特征，以用于与所述收发器插座主体的所述至少一个对准销配合。
22.如权利要求15-21中任一项所述的收发器，所述光学插头主体进一步包括在所述后侧处的空腔和接收在所述光学插头主体中的光纤组织器。
23.如权利要求19-22中任一项所述的收发器，其进一步包括至少一个光纤，所述至少一个光纤被对准用于与所述至少一个有源电子部件光学通信。
24.一种收发器，所述收发器包括：
收发器插座主体，具有前侧、后侧和位于光学接口处的至少一个光学通道，所述前侧具有第一对准销和第二对准销，并且所述后侧具有空腔，其中所述第一对准销从所述前侧延伸至所述空腔中，并且所述第二对准销从所述前侧延伸至所述空腔中；
基板组件，包括玻璃基板，所述玻璃基板支撑至少一个有源电子部件，并且所述基板包括第一对准特征和第二对准特征以用于与所述收发器插座主体的所述第一对准销和第二对准销配合；以及
光学插头主体，包括前侧和后侧，并且被设定大小来装配到所述收发器插座主体的所述空腔中。
25.如权利要求24所述的收发器，其中所述第一对准销和所述第二对准销与所述收发器插座主体整体形成。
26.如权利要求24或25所述的收发器，其中所述至少一个光学通道包括在所述前侧处具有透镜的传输光学通道和在所述前侧处具有透镜的接收光学通道。
27.如权利要求24-26中任一项所述的收发器，其中所述前侧具有用于光学接口的阶梯状轮廓。
28.如权利要求27所述的收发器，其中所述阶梯状轮廓包括第一表面和第二表面，并且第一透镜设置于所述第一表面上而第二透镜设置于所述第二表面上。
29.如权利要求24-28中任一项所述的收发器，其中所述光学插头主体包括前侧和后侧，并且被设定大小来装配到所述收发器插座主体的所述空腔中。
30.如权利要求29所述的收发器，其中所述光学插头主体在所述前侧处包括至少一个透镜。
31.如权利要求29或30所述的收发器，其中所述光学插头主体在所述前侧上包括至少一个对准特征，以用于与所述收发器插座主体的所述至少一个对准销配合。
32.如权利要求24-31中任一项所述的收发器，其中所述光学插头主体进一步包括在所述后侧处的空腔和接收在所述光学插头主体中的光纤组织器。
33.如权利要求24-32中任一项所述的收发器，其进一步包括至少一个光纤，所述至少一个光纤被对准用于与所述至少一个有源电子部件光学通信。
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