用于數據通信的光學引擎的制作方法

本申請涉及用于數據通信的光學引擎。

背景技術：

由于移動數據應用、云計算和物聯網(internetofthings，iot)的日益普及，對數據中心內的切換能力和計算能力的需求日益增長。這使得對于交換機、計算節點和存儲設備之間的數據交換的容量和密集度的需求日益增長。高速光收發機和基于短距離多模光纖的有源光纜(aoc)的生產是用于解決這類需求的方案。隨著數據中心交換機的每端口的數據速率當今達到100gb/s且很快將提高并超過400gb/s和1tb/s，需要可擴展的光學引擎來促進具有成本效益優勢的高速且高密集度的多模(mm)光互連方案的快速發展。隨著數據中心的規模變得更大，傳輸距離會增長，例如超過500米。因此，存在極大需求來生產可擴展的光學引擎，以促進實現低成本、高速且高密集度的光收發機和應答機方案，從而應對現代數據中心互連需求的挑戰。

上述對背景技術的描述用以幫助理解用于數據通信的光學引擎，但是不應當被認為是描述或設立關于用于數據通信的光學引擎的現有技術。

技術實現要素：

按照一方面，本申請提供了一種用于數據通信的光學引擎，包括：設定縱軸線的基板；橫向地安裝在所述基板上的光學半導體器件陣列，所述光學半導體器件選自包括發射型光電組件、接收型光電組件、以及發射型光電組件和接收型光電組件的組合的組；器件透鏡組，所述器件透鏡組安裝在所述基板上且形成腔體，所述腔體用于容納所述光學半導體器件的陣列；兩個器件透鏡陣列分別形成在所述器件透鏡組的兩個相對側上；跨接透鏡組，所述跨接透鏡組聯接在所述器件透鏡組的上表面處，其中，所述跨接透鏡組具有第一對準部件以及透鏡陣列，所述第一對準部件配置成可與形成在所述器件透鏡組上的第二對準部件緊密地接合，以促使所述跨接透鏡組與所述器件透鏡組的精確的光對準，所述透鏡陣列形成在相對于所述基板成45度角布置的內部全反射表面上；光纖陣列，所述光纖陣列安裝在所述跨接透鏡組上，借助于所述器件透鏡組的一個所述器件透鏡陣列和所述跨接透鏡組的所述透鏡陣列與所述光學半導體器件的陣列光學地聯接；以及金屬鎖，所述金屬鎖用于將所述跨接透鏡組固定在所述器件透鏡組表面的特定位置上，其中，所述金屬鎖包括第一部分和第二部分，所述第一部分可拆卸地與所述器件透鏡組聯接，所述第二部分接觸并使所述跨接透鏡組固定于所述器件透鏡組。在一個實施例中，所述光纖陣列可以布置為平行于所述基板。

在一個實施例中，所述內部全反射表面可以在接收光學信號時將來自所述光纖陣列的光反射到所述光學半導體器件的陣列，以及在發送光學信號時將來自所述光學半導體器件的陣列的光反射到所述光纖陣列。所述跨接透鏡組的所述透鏡陣列可以是橢圓形透鏡陣列。

在一個實施例中，一個所述器件透鏡陣列可以用于發送光學信號，另一個所述器件透鏡陣列可以用于接收光學信號。

在一個實施例中，所述第二對準部件可以為兩對對準凹槽的形式，所述兩對對準凹槽分別形成在所述器件透鏡組的兩個相對側上，每對對準凹槽用于容納所述跨接透鏡組的所述第一對準部件，所述第一對準部件可以為形成在所述跨接透鏡組上的一對對準柱的形式。

在一個實施例中，所述的光學引擎可以包括：兩個光學半導體器件的陣列，所述兩個光學半導體器件的陣列布置成并排式排列且與兩個并排式器件透鏡組光學地關聯；以及兩個并排式光纖陣列，所述兩個并排式光纖陣列分別安裝在兩個并排式跨接透鏡組上且與所述兩個光學半導體器件的陣列光學地聯接。

在一個實施例中，所述的光學引擎可以包括：兩個光學半導體器件的陣列，所述兩個光學半導體器件的陣列垂直于所述基板的所述縱軸線、分別沿著所述腔體的兩個相對側延伸；以及兩個首尾相連的光纖陣列，所述兩個首尾相連的光纖陣列分別安裝在兩個首尾相連的跨接透鏡組上且與所述兩個光學半導體器件的陣列光學地聯接。

在一個實施例中，所述的光學引擎可以包括：兩個光學半導體器件的陣列，所述兩個光學半導體器件的陣列分別沿著所述器件透鏡組腔體中的兩個相對側延伸；以及安裝在兩個跨接透鏡組上的兩個光纖陣列，其中，所述跨接透鏡組包括透鏡陣列，所述透鏡陣列分別形成在相對于所述基板成45度角布置的兩個內部全反射表面上，且其中，所述兩個光纖陣列分別借助于所述處于兩個跨接透鏡組上的兩個透鏡陣列而與所述兩個光學半導體器件的陣列光學地聯接。

在一個實施例中，所述發射型光電組件可以是垂直腔面發射激光器；且可以連接到驅動集成電路。

在一個實施例中，所述接收型光電組件可以是光電二極管；且可以連接到驅動集成電路。

在一個實施例中，所述跨接透鏡組的所述第一對準部件可以為兩個對準柱的形式，且所述器件透鏡組的所述第二對準部件為兩個對準凹槽的形式，所述兩個對準凹槽分別形成在所述器件透鏡組的兩個相對側上，由此所述跨接透鏡組的所述兩個對準柱分別能夠插入到所述器件透鏡組的所述兩個對準凹槽中。

在一個實施例中，所述金屬鎖可以包括：(i)兩個鎖槽，所述兩個鎖槽形成在所述金屬鎖的中間部分處的兩個相對側上，用于與兩個鎖勾接合，所述兩個鎖勾形成在所述器件透鏡組上的中間部分處；(ii)兩個柔性臂，所述兩個柔性臂從所述中間部分的第一端處開始縱向延伸，至少一個突出部形成在每個柔性臂的底部表面上，用于與所述跨接透鏡組接觸，將其按壓在所述器件透鏡組上，兩個內彎端部形成在兩個所述柔性臂的自由端上，用于緊靠所述跨接透鏡組的端部表面；以及(iii)兩個u形彈簧，所述兩個u形彈簧從所述中間部分的第二端開始延伸，用于接觸并使所述器件透鏡組偏向所述基板。所述金屬鎖還包括兩個突出部，所述兩個突出部分別從所述兩個鎖槽開始縱向延伸，以于解鎖時促進所述金屬鎖脫離所述器件透鏡組。

在一個實施例中，所述的光學引擎還可以包括金屬鎖，所述金屬鎖用于將所述跨接透鏡組固定在所述器件透鏡組上的特定位置上，所述金屬鎖包括：兩個鎖槽，所述兩個鎖槽形成在所述金屬鎖的中間部分處的兩個相對側上，用于與兩個鎖定特征接合，所述兩個鎖定特征形成在所述器件透鏡組上的中間部分處；以及第一對柔性臂，所述第一對柔性臂從所述中間部分的第一端開始縱向延伸，用于與兩個所述第一跨接透鏡組中的一者接觸并將其按壓在所述器件透鏡組上。所述金屬鎖還包括第二對柔性臂，所述第二對柔性臂從所述中間部分的第二端開始縱向延伸，用于與兩個所述跨接透鏡組中的另一者接觸并將其按壓在所述器件透鏡組上。

按照另一方面，本申請提供了一種光收發機，包括披露在本申請中的光學引擎，其中，一個光學半導體器件的陣列可以包括用于發送光學信號的發射型光電組件的陣列，另一個光學半導體器件的陣列可以包括用于接收光學信號的接收型光電組件的陣列。

按照又一方面，本申請提供了一種光應答機模塊，包括披露在本申請中的光學引擎。

盡管針對某些實施方式示出并且描述了用于數據通信的光學引擎，但是顯而易見的是，對于本領域的技術人員在閱讀并且理解本說明書之后將有等效替代和修改。本申請中的用于數據通信的光學引擎包括所有這樣的等效替代和修改，而僅由權利要求書的范圍所限制。

附圖說明

現在將參照附圖以示例方式描述用于數據通信的光學引擎的具體實施方式，附圖中：

圖1為現有技術的光學引擎。

圖2為本申請的光學引擎的第一實施方式的分解圖。

圖3為光學引擎的第一實施方式的橫截面圖。

圖4為光學引擎的第一實施方式的側視圖。

圖5為光學引擎的第一實施方式的組裝圖。

圖6為跨接透鏡組的透視圖。

圖7為跨接透鏡組的仰視圖。

圖8為器件透鏡組的俯視圖。

圖9為器件透鏡組的仰視圖。

圖10為光學引擎的第二實施方式的分解圖。

圖11為光學引擎的第二實施方式的組裝圖。

圖12為光學引擎的第三實施方式的分解圖。

圖13為光學引擎的第三實施方式的組裝圖。

圖14為光學引擎的第三實施方式的橫截面圖。

具體實施方式

現在將詳細地闡述用于數據通信的光學引擎的優選實施方式，在下面的描述中還提供了用于數據通信的光學引擎的示例。雖然詳細地描述了用于數據通信的光學引擎的示例性實施方式，但是對于相關技術領域中的技術人員來說很明顯的是，對于理解用于數據通信的光學引擎而言不是非常重要的一些特征為了清楚起見并未顯示。

此外，在本領域的普通技術人員閱讀本說明書、附圖和所附的權利要求書之后，對于本領域的普通技術人員來說顯而易見的改進和修改被視為落入本申請的精神和保護范圍內。

為了說明目的，下面出現的諸如“上”，“下”，“豎直”，“水平”，“頂部”和“底部”這些術語如在附圖中所定向的，和本發明有關。應該理解，除非另有明確說明，本發明可以采用不同的位置。

需要注意的是，在整個說明書和權利要求書中，當提到一個元件與另一個元件“聯接”或“連接”時，不一定意味著一個元件緊固、固定、或附接到另一個元件。相反，術語“聯接”或“連接”的意思是一個元件與另一個元件直接或間接連接，或者是機械的、電氣的或光學通信的與另一個元件連接。

如本文中所使用的，“一個”指至少一個，除非另有明確指示。

圖1為現有技術的光學引擎。光學半導體器件的陣列101和器件驅動集成電路(ic)102布置在光電(oe)透鏡組(block)103的腔中。跨接透鏡和光纖陣列105與oe透鏡組103光學地聯接。該光學引擎對跨接透鏡的對準精度具有很高的要求。但不僅真實透鏡到垂直腔面發射激光器(vcsel)/光電二極管(pd)的對準難以測量，而且這些具有多個透鏡和內部全反射(tir)表面的復雜透鏡組還難以生產。在該光學引擎中，光纖走向無法靈活改變。此外，優化的發射器tx和接收器rx需要不同的透鏡組。

圖2至圖5示出了本申請的用于數據通信的光學引擎的第一實施方式的不同視圖。用于數據通信的光學引擎可以包括設定縱軸線x的電路基板200。光學半導體器件的陣列202可以橫向地安裝在基板200上。光學半導體器件的陣列可以與驅動集成電路(ic)203連接。光學半導體器件的陣列202可以是用于發送光學信號的發射型光電組件的陣列(諸如vcsel陣列)、或用于接收光學信號的接收型光電組件的陣列(諸如光電二極管陣列)、或用于發送和接收光學信號的發射型光電組件和接收型光電組件的組合的陣列。

器件透鏡組204可以安裝在基板200上且形成腔體221，該腔體221用于容納光學半導體器件的陣列202，如圖3所示。

跨接透鏡組205可以在器件透鏡組204的上表面處與器件透鏡組204聯接。光纖陣列207可以安裝在跨接透鏡組205上且與光學半導體器件的陣列202光學地聯接。

如圖2、圖3和圖4所示，跨接透鏡組205可以形成有兩個對準柱212，這兩個對準柱212配置成與兩個對準凹槽213緊密地接合或插入到兩個對準凹槽213中，這兩個對準凹槽213形成在器件透鏡組204的兩個相對側上。對準柱212可以一體地形成在跨接透鏡組205的底部表面上。對準柱212可以達致跨接透鏡組205與器件透鏡組204的精確的光對準。盡管已經示出和描述了跨接透鏡組205設置有可插入到形成在器件透鏡組204上的兩個對準凹槽213中的兩個對準柱212，但是應當理解，可以使用其它可行的對準方法。例如，器件透鏡組204可以設置有可插入到形成在跨接透鏡組205上的兩個對準凹槽中的兩個對準柱。跨接透鏡組205和器件透鏡組204也可以形成有其它對準部或結構，諸如銷和銷孔、突出部和凹口等。

可以設置金屬鎖(latch)206以將跨接透鏡組205固定在相對于器件透鏡組204特定的位置上。金屬鎖206可以包括：兩個鎖槽209，這兩個鎖槽209形成在金屬鎖206的中間部分處的兩個相對側上，用于與兩個鎖勾208接合，這兩個鎖勾208形成在器件透鏡組204上的中間部分處；以及兩個柔性臂222，這兩個柔性臂222從器件透鏡組204中間部分的第一端處開始縱向延伸。至少一個突出部223可以形成在每個柔性臂222的底部表面上，用于與跨接透鏡組205接觸并按壓其在器件透鏡組204上。兩個內彎端部211可以形成在兩個柔性臂222的自由端上，用于緊靠跨接透鏡組205的端部表面，以防止跨接透鏡組205傾斜。兩個u形彈簧210可以從器件透鏡組204中間部分的第二端處開始延伸，用于接觸并使器件透鏡組204偏向基板200。一對突出部403可以分別從一對鎖槽209開始縱向延伸，以在解鎖時促進金屬鎖206脫離器件透鏡組204。

在本實施方式中，光纖陣列207可以平行于基板200布置在v形槽701內部。跨接透鏡組205可以包括內部全反射表面224，該內部全反射表面224用于在接收光學信號時將來自光纖陣列207的光反射到光學半導體器件的陣列202的接收型光電組件，以及在發送光學信號時將來自光學半導體器件的陣列202的發射型光電組件的光反射到光纖陣列207。

圖6和圖7示出了跨接透鏡組205的不同視圖。跨接透鏡組205可以形成有兩個對準柱212，這兩個對準柱212配置成插入到兩個對準凹槽213中，這兩個對準凹槽213形成在器件透鏡組204的兩個相對側上，如圖8和圖9所示。對準柱212可以一體地形成在跨接透鏡組205的底部表面上。對準柱212可以形成跨接透鏡組205與器件透鏡組204的精確的光對準。橢圓形透鏡陣列603可以形成在跨接透鏡組205的內部全反射表面224上。內部全反射表面224可以布置為相對于基板200成45度角。

圖8和圖9示出了器件透鏡組204的不同視圖。可以看出，兩個器件透鏡陣列302可以分別形成在器件透鏡組204的兩個相對側上。一個器件透鏡陣列302可以用于發送光學信號，另一個器件透鏡陣列302可以用于接收光學信號。兩對對準凹槽213可以分別形成在器件透鏡組204的兩個相對側上。每對對準凹槽213可以用于在其中容納一個跨接透鏡組205的一對對準柱212。

用于數據通信的光學引擎的基礎實施方式可以在四路小型可插拔(qsfp)板中采用12個通道。透鏡光學器件可以僅附接在光學引擎的一側上。不同功能區中的透鏡可以供應不同的光學系統。跨接透鏡組可以被插入光學引擎的兩側中以形成兩個不同的光學耦合系統，例如一個光學耦合系統用于發射器tx，一個光學耦合系統用于接收器rx。兩個透鏡陣列(均用于發射器tx和接收器rx)可以被模塑在一片透鏡組上。因此，本申請中公開的光學引擎的應用是靈活的。

圖10和圖11示出了光學引擎的第二實施方式的不同視圖。根據本實施方式，可以具有：兩個橫向的光學半導體器件的陣列1103、1104，這兩個光學半導體器件的陣列1103、1104布置成并列排列且與兩個并排式器件透鏡組1101、1102光學地關聯；以及兩個并排式光纖陣列207，這兩個光纖陣列207分別安裝在兩個并排式跨接透鏡組205上且與兩個光學半導體器件陣列1103、1104光學地聯接。透鏡陣列603可以形成在每個器件透鏡組1101、1102上，用于分別耦合兩個并列排列的光學半導體器件陣列1103、1104與設置在兩個并排式跨接透鏡組205上的兩個光纖陣列207之間的光。兩個金屬鎖206可以被設置用于分別將兩個跨接透鏡組205固定在相對于兩個器件透鏡組1101、1102特定的位置上。兩個光學半導體器件的陣列1103、1104可以分別與兩個驅動集成電路1105、1106連接。

兩組12個通道可以被應用于發送或接收光學信號。該光學引擎設計可以與當前的qsfp印刷電路板兼容。如果需要，則可以擴展到多于兩組12個通道。如果應用多組12個通道，則發送速度將超過300g且高達nx300g。

圖12至圖14示出了光學引擎的第三實施方式的不同視圖。根據本實施方式，可以具有：兩個光學半導體器件的陣列1103、1104，這兩個光學半導體器件的陣列1103、1104垂直于基板200的縱軸線x、沿著器件透鏡組1201的腔1221的兩個相對側橫向延伸；以及兩個首尾相連的光纖陣列207，這兩個光纖陣列207分別安裝在兩個首尾相連的跨接透鏡組205上且與兩個光學半導體器件的陣列1103、1104光學地聯接。兩個光學半導體器件的陣列1103、1104可以分別與兩個驅動集成電路1105、1106連接。兩個透鏡陣列1110、1112可以形成在器件透鏡組204上，用于分別耦合兩個光學半導體器件的陣列1103、1104與設置在兩個首尾相連的跨接透鏡組205上的兩個首尾相連的光纖陣列207之間的光。

金屬鎖1202可以用于將兩個跨接透鏡組205固定在器件透鏡組1201上的特定位置上。金屬鎖1202可以包括：兩個鎖槽209，這兩個鎖槽209形成在金屬鎖1202的中間部分處的兩個相對側上，用于與兩個鎖勾208接合，這兩個鎖勾208形成在器件透鏡組1201上的中間部分處；以及第一對柔性臂1203和第二對柔性臂1204，第一對柔性臂1203從中間部分的第一端處開始縱向延伸，第二對柔性臂1204從中間部分的第二端處開始縱向延伸，用于分別接觸兩個跨接線透鏡組205并將其按壓在器件透鏡組1201上。

光應答機可以設置有本申請中所公開的用于數據通信的光學引擎。可以在光應答機上應用兩組12個通道。發射器tx和接收器rx可以共同被組裝在單片上。通過使用多片，可以實現快速的數據發送/接收。這也可以幫助增大傳輸距離。

光收發機也可以設置有本申請中所公開的用于數據通信的光學引擎。一個光學半導體器件的陣列202可以是用于發送光學信號的發射型光電組件的陣列，另一個光學半導體器件的陣列202可以是用于接收光學信號的接收型光電組件的陣列。

盡管通過特別地參考多個優選實施方式已經示出并且描述了用于數據通信的光學引擎，應當注意的是，在不偏離所附的權利要求書的范圍的情況下可以進行各種其它改變或修改。