雙透鏡一體式光接收器組件的制作方法
【專利說明】雙透鏡一體式光接收器組件
[0001]本申請是申請日為2007年12月21日，申請號為20078004683L 0，名稱為“雙透鏡一體式光接收器組件”的發明專利申請的分案申請。
_2] 相關串請的交叉引用
[0003]本申請要求2006年12月22日提交的美國臨時申請第60/876，848號和2007年2月3日提交的美國臨時申請第60/899，208號的權益。
技術領域
[0004]本發明涉及雙透鏡一體式光接收器組件(dual-lensed unitary opticalreceiver assembly)，且更具體地涉及用于提供入射光纖(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。
[0005]發明背景
[0006]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制性。
[0007]實際上，在纖維光學系統中期望用模塊化部件來減小制造系統的成本，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。典型的光接收器模塊包括用于光纖(或其它光傳播設備)的輸入端口 /通道、用于探測入射光信號的光電二極管，以及用于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。
[0008]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復雜性的能力。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。
[0009]因此，本領域依然需要真正緊湊的、并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】
[0010]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，涉及用于在入射光纖(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。
[0011]依照本發明，一體式接收器組件形成為包括與準直透鏡(透鏡沿著垂直于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，并用來使接收的光信號進入一體式組件里。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(也模制在一體式組件中)，然后進入光敏裝置中。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管(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)模制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復雜性。
[0012]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。
[0013]本發明的特征是: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征的、沿單個組件的表面放置的陣列結構易于形成。可選地，該模制透鏡的陣列可以與嵌入式棱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。
[0014]現有技術的光接收器/收發器組件中，光端口軸線通常平行于支撐襯底表面。組件一般包括兩個部件:T0_can封裝光端口組件(TO can optical port assembly)(包含光電二極管和跨阻抗放大器)和用于把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，并特別地，因為光電二極管直接位于襯底上作為一體式組件的一部分，因此不需要柔性電路。
[0015]在以下討論的過程期間并通過參考附圖，本發明的其它和進一步的方面以及特征將變得明顯。
[0016]附圖簡沐
[0017]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:
[0018]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；
[0019]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；
[0020]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管之間的對準；
[0021]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；
[0022]圖5是聚焦透鏡和光電二極管之間的耦合效率作為兩個部件之間的間距的函數的圖；
[0023]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；
[0024]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視圖；以及
[0025]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。
[0026]詳細描沐
[0027]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，例如聚酰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布置在于模塊10的表面16上形成的V形凹槽14里。
[0028]準直透鏡18沿豎直壁20模制，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，并形成準直波前，此準直波前隨后傳播經過模塊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關于光軸(OA)以預先確定的角Θ傾斜。在優選實施方式中，角Θ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，其被引導向下并進入沿著模塊10的水平壁28模制的聚焦透鏡26。光敏裝置30 (例如PIN光電二極管)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管。
[0029]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顯示為包括用于支撐裸光纖(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于設計選擇，只要光纖的纖芯區域與光軸0A和第一非球面透鏡18的中心對準。
[0030]圖3是光線蹤跡，示出當確定本發明的模制的一體式接收器模塊的尺寸時，要考慮的相關的