相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2012年3月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/606，885的優(yōu)先權(quán)，其全文通過引用方式并入于此。下述指出的所有的公開通過引用方式并入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖信號(hào)傳輸，尤其一種用于物理地以及光學(xué)地耦合光纖的裝置，用于指定各光信號(hào)路徑。

背景技術(shù)：

鑒于用于現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜找嬖黾拥膸捫枨?例如，用于高清晰視頻數(shù)據(jù))，光纖信號(hào)傳輸在數(shù)據(jù)通信中變得無(wú)處不在。光信號(hào)通過光纖和相關(guān)連接件以及交換器的網(wǎng)絡(luò)在光纖上被傳輸。對(duì)于給定的物理尺寸/空間，所述光纖與銅線相比展示了明顯更高的帶寬數(shù)據(jù)傳輸能力以及更低的信號(hào)損失。

在光纖信號(hào)傳輸中，除了其終止端之外，光信號(hào)和電信號(hào)的轉(zhuǎn)化在光纖上發(fā)生。具體地，在光纖的輸出端，來(lái)自光纖的光線通過轉(zhuǎn)換接收器被探測(cè)到并且轉(zhuǎn)化為電信號(hào)用于下游進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理(即光至電的轉(zhuǎn)化)。在光纖的輸入端，電信號(hào)通過轉(zhuǎn)換發(fā)射器被轉(zhuǎn)化為要輸入光纖中的光(即電至光的轉(zhuǎn)化)。

為了耦合光纖的輸入/輸出至發(fā)射器/接收器，需要例如透鏡的光學(xué)元件以平行和/或聚焦來(lái)自光源(例如，激光)的光線在光纖的輸入端，并且用以準(zhǔn)直和/或聚焦來(lái)自光纖輸出端的光線進(jìn)入光敏二極管探測(cè)器。為了獲得可接受的信號(hào)水平，光纖必須以高公差被精確地對(duì)齊至發(fā)射器和接收器，以使光纖相對(duì)于發(fā)射器和接受器被精確地對(duì)齊至所支撐的各光學(xué)元件。在過去，鑒于實(shí)現(xiàn)所需的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)需要的內(nèi)部光學(xué)元件以及結(jié)構(gòu)，發(fā)射器和接收器設(shè)置有具有連接端口的耦合結(jié)構(gòu)，光纖使用終止光纖的連接器耦合到所述連接端口。鑒于光纖是易碎的，其在物理連接至發(fā)射器和接收器結(jié)構(gòu)期間和之后必須小心輕放。因此，所述發(fā)射器和接收器以及具有連接端口的相關(guān)結(jié)構(gòu)一般是笨重的，其占用大量空間，從而使它們不適合使用在更小的電子裝置中。至今為止，用于光纖以及發(fā)射器和接收器的耦合結(jié)構(gòu)對(duì)于給定端口數(shù)一般非常昂貴并且尺寸較大。

在多通道光纖傳輸中，上述提到的光纖數(shù)據(jù)傳輸存在的缺點(diǎn)被加重。光纖相對(duì)于發(fā)射器和接收器的連接和光學(xué)對(duì)準(zhǔn)必須被裝配，并且各部件必須以亞微米級(jí)精度組裝。好像具有這樣的精密水平的各部件不夠挑戰(zhàn)性一樣，為了經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)所述各部件，其應(yīng)該在全自動(dòng)、高速度工藝中完成。

所需的是改進(jìn)的結(jié)構(gòu)用于光纖的物理地以及光學(xué)地耦合輸入/輸出，其在降低成本的情況下，提高可制造性、易用性、功能性以及可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種耦合裝置，其用于物理地以及光學(xué)地耦合光纖的輸入/輸出端以指定光信號(hào)的路徑。所述裝置可被實(shí)施用于物理地以及光學(xué)地耦合光纖至光學(xué)接收器和/或發(fā)射器，其在降低成本的情況下，提高可制造性、易用性以及可靠性，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的許多缺陷。

根據(jù)本發(fā)明，所述耦合裝置包括結(jié)構(gòu)化表面，其作為光學(xué)元件，此光學(xué)元件通過反射(其也可包括入射光的偏轉(zhuǎn)與衍射)指引光線至/來(lái)自光纖的輸入/輸出端。所述耦合裝置還包括光纖保持結(jié)構(gòu)，其相對(duì)于結(jié)構(gòu)化反射表面牢固地和準(zhǔn)確地對(duì)齊光纖。在一實(shí)施例中，所述光纖保持結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)凹槽(或者一個(gè)或者更多的凹槽)，其以光纖的端部以確定的距離至并且對(duì)齊于結(jié)構(gòu)化反射表面的方式積極地容納光纖。結(jié)構(gòu)化反射表面的位置與方向相對(duì)于光纖保持結(jié)構(gòu)是固定的。在一實(shí)施例中，所述光纖保持結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)化反射表面被限定在耦合裝置的同一(例如，單塊)結(jié)構(gòu)上。在一替代性實(shí)施例中，光纖保持結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)化反射表面被限定在分離式結(jié)構(gòu)上，該分離式結(jié)構(gòu)被連接在一起以形成耦合裝置。

所述結(jié)構(gòu)化反射表面可構(gòu)造成平面、凹面或者凸面。在一實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化反射表面具有鏡面加工的光滑表面。其可被反光的紋理表面代替。所述結(jié)構(gòu)化反射表面可具有統(tǒng)一的表面特征，或者不同的表面特征，例如不同的平滑度和/或不同程度的紋理，或者光滑面和紋理表面的不同區(qū)域的組合來(lái)制成結(jié)構(gòu)化反射表面。所述結(jié)構(gòu)化反射表面可有一表面輪廓和/或光學(xué)特征，其對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)下述等價(jià)的光學(xué)元件：鏡子、聚焦透鏡、發(fā)散透鏡、衍射光柵，或者上述的組合。所述結(jié)構(gòu)化反射表面可有多于一個(gè)的區(qū)域，其對(duì)應(yīng)于不同的等價(jià)光學(xué)元件(例如，發(fā)散環(huán)形區(qū)域包圍的聚焦中心區(qū)域)。在一實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化反射表面被限定在不能穿過表面?zhèn)鬏敼饩€的不透明材料上。

在本發(fā)明的一方面，結(jié)構(gòu)化反射表面以及光纖保持結(jié)構(gòu)被開放式結(jié)構(gòu)限定，此開放式結(jié)構(gòu)適于批量生產(chǎn)工藝，例如沖壓，其是低成本、高產(chǎn)量工藝。在一實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)化反射表面以及各光纖保持凹槽通過沖壓金屬材料形成。在一實(shí)施例中，所述金屬材料可被選為具有高剛度(例如，不銹鋼)、化學(xué)惰性(例如，鈦)、高溫度穩(wěn)定性(鎳合金)、低熱膨脹性(例如，殷鋼(Invar))，或者被選為匹配熱膨脹至其他的材料(例如用于匹配玻璃的柯伐鐵鎳鈷合金(Kovar))?？商娲?，所述材料可為硬塑料或其他硬聚合材料。

在一實(shí)施例中，所述耦合裝置可被連接至光學(xué)發(fā)射器和/或接收器，耦合裝置的結(jié)構(gòu)化反射表面對(duì)齊于發(fā)射器中的光源(例如，激光)或者對(duì)齊于接收器中的探測(cè)器(例如，光敏二極管)。所述發(fā)射器/接收器可被不透氣地密封至耦合裝置。所述發(fā)射器/接收器可設(shè)置有導(dǎo)電接觸墊，其用于電連接至外部電路。鑒于固定的結(jié)構(gòu)化反射表面以及光纖保持結(jié)構(gòu)通過對(duì)齊發(fā)射器中的光源或者接收器中的光探測(cè)器至耦合裝置中的結(jié)構(gòu)化反射表面的方式被精確的限定在同一耦合裝置上，光源/探測(cè)器將被精確的對(duì)齊至光纖的輸入/輸出端。在一實(shí)施例中，精確對(duì)準(zhǔn)發(fā)射器/接收器至耦合裝置的方法包括疊加設(shè)置在發(fā)射器/接收器以及耦合裝置上的互補(bǔ)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。

在本發(fā)明的另一方面，光纖被構(gòu)建為主動(dòng)式光纜(active optical cable，AOC)，其是在現(xiàn)有技術(shù)中公知的光纜用以在光纖的一個(gè)終端設(shè)有用于電至光的轉(zhuǎn)化的發(fā)射器，并且在光纖的另一個(gè)終端設(shè)有用于光至電的轉(zhuǎn)化的接收器。

根據(jù)本發(fā)明所述的耦合裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中許多不足，其以低環(huán)境敏感性提供易用性和高可靠性，并且其能夠以低成本制造。發(fā)明的耦合裝置可以被構(gòu)造成支撐單一或多個(gè)光纖，用于光輸入、光輸出或者以上兩者(用于雙向數(shù)據(jù)通訊)。

附圖說(shuō)明

為了更全面的理解本發(fā)明的性質(zhì)以及優(yōu)點(diǎn)，和優(yōu)選使用模式，應(yīng)結(jié)合附圖參照下述具體實(shí)施方式。在下述附圖中，遍及附圖的相同或相似的部件采用相同的附圖標(biāo)記。

圖1是在光纖上數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?gòu)造的示意圖，其中實(shí)施本發(fā)明的耦合裝置。

圖2是示出在光纖的輸入端的光學(xué)照明模式的示意圖。

圖3是示出在光纖的輸出端的光學(xué)照明模式的示意圖。

圖4是示出在輸入端以及輸出端的結(jié)構(gòu)化反射表面上照明的足跡的示意圖。

圖5A-5C是示出了用具有光滑平面的球形沖頭形成平面鏡的示意圖。

圖6是用于沖壓耦合裝置中的凹槽和結(jié)構(gòu)化反射表面輪廓的沖頭幾何形狀的透視圖。

圖7A是沿光纖的縱向軸的剖面圖；

圖7B是其透視截面圖。

圖8A是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的完整的發(fā)射器/接收器模塊的透視圖；

圖8B是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的發(fā)射器的透視圖；

圖8C是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的接收器的透視圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的主動(dòng)式光纜(AOC)的透視圖。

圖10A是具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的耦合裝置的另一實(shí)施例；

圖10B是發(fā)射器/接收器的另一實(shí)施例。

圖11A-11C根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例示意性的示出了裝配臺(tái)以及包括對(duì)準(zhǔn)的裝配過程。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明在下面參照參考附圖的多個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行描述。雖然本發(fā)明按照用以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的最佳方式進(jìn)行說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，變化可以鑒于這些教導(dǎo)實(shí)現(xiàn)而不偏離本發(fā)明精神或范圍。

本發(fā)明提供一種耦合裝置，其用于物理地及光學(xué)地耦合光纖的輸入/輸出端用以指定光學(xué)信號(hào)的路徑。此裝置可被實(shí)施用于物理地和光學(xué)地耦合光纖至光學(xué)接收器和/或發(fā)射器，其在降低成本的情況下，提高了可制造性、易用性和可靠性，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的多個(gè)缺陷。根據(jù)本發(fā)明，所述耦合裝置包括結(jié)構(gòu)化表面，其作為通過反射(其也可以包括入射光的偏轉(zhuǎn)及衍射)指引光線至/來(lái)自光纖的輸入/輸出端的光學(xué)元件。

圖1示意性的示出了用于在光纖上傳輸信息的數(shù)據(jù)鏈的構(gòu)造，其中實(shí)施本發(fā)明所述的耦合裝置。為簡(jiǎn)單起見，圖1中僅包括一些基本的元件以解釋本發(fā)明。

在圖1中，光纖10的終止端部(輸入端17以及輸出端19是包層暴露的裸露部分，其沒有保護(hù)緩沖及套層11)指向結(jié)構(gòu)化反射表面12以及14。具有光源(例如，激光，像VCSEL-垂直腔表面發(fā)射激光器)的發(fā)射器16將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。發(fā)射器的平行光輸出指向根據(jù)本發(fā)明所述的耦合裝置的結(jié)構(gòu)化反射表面12，其將光線聚焦在光纖10的輸入端17上。光信號(hào)通過光纖10被傳輸，并且輸出至根據(jù)本發(fā)明所述的另一耦合裝置的結(jié)構(gòu)化反射表面14，其將輸出的光線聚焦至接收器18中的光學(xué)探測(cè)器(例如，PIN光敏二極管)。所述接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制輸入至發(fā)射器16的電信號(hào)，數(shù)據(jù)經(jīng)由在光纖10上的光信號(hào)被傳輸，并且在接收器18處對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)據(jù)恢復(fù)為電信號(hào)。

在所示實(shí)施例中，所述光纖可以是50/125漸變折射率(graded index)光纖，其具有0.2+/-0.015的數(shù)值孔徑(NA)。結(jié)構(gòu)化反射表面12及14被配置成凹透鏡，其具有不超過250μm的孔徑寬度以匹配在帶狀光纜中兩光纖之間的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。凹透鏡的光軸與光纖10的軸線對(duì)齊。所述光纖的端部17和19(平端面或角度拋光端面)距各自的結(jié)構(gòu)化反射表面12和14大概為0.245mm的有效距離(沿光軸)。發(fā)射器16中的光源以及接收器18中的光學(xué)探測(cè)器距各自的結(jié)構(gòu)化反射表面12和14大概為0.1mm的有效距離(沿光軸)。所述光源可以是VCSEL，其具有850nm的波長(zhǎng)，6mW的光輸出功率，以及20至30度的光束發(fā)散度。所述光學(xué)探測(cè)器可為PIN光敏二極管，其具有大約為70μm直徑的有效面積。

圖2及圖3分別進(jìn)一步示意性的示出了光纖10的輸入及輸出端的光學(xué)照明模式。

圖4示意性的示出了在結(jié)構(gòu)化反射表面12及14上照明的足跡。被這些反射表面限定的凹透鏡具有相同的形狀，但是兩透鏡的尺寸被在輸出/接收器端透鏡上的更大的光斑尺寸設(shè)置。在圖示的示例中，所述透鏡可以是170μm，其在輸入/發(fā)射器(Tx)端的光斑尺寸為64μm，并且在輸出/接收器(Rx)端光斑尺寸為108μm。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述結(jié)構(gòu)化反射表面可通過精密沖壓金屬材料形成。圖5A-5C示意性的示出了用具有拋光平面的球形沖頭的平面鏡的形成。精密沖壓工藝以及裝置已在美國(guó)專利號(hào)7,343,770中公開，其共同轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。該發(fā)明全文通過引用方式被并入本文。在那里公開的工藝以及沖壓裝置可適用于精密沖壓本發(fā)明的耦合裝置的特征(包括結(jié)構(gòu)化反射表面以及在下文公開的光纖保持結(jié)構(gòu))。所述沖壓工藝以及系統(tǒng)能夠以至少1000nm的公差生產(chǎn)部件。

參照?qǐng)D7，在本發(fā)明的另一方面中，所述耦合裝置包括光纖保持結(jié)構(gòu)，其牢固地并且準(zhǔn)確地相對(duì)于結(jié)構(gòu)化反射表面13對(duì)齊光纖10。在本發(fā)明的其他方面，結(jié)構(gòu)化反射表面以及光纖保持結(jié)構(gòu)被開放式結(jié)構(gòu)限定，此開放式結(jié)構(gòu)適于批量生產(chǎn)工藝，例如沖壓，其是低成本、高產(chǎn)量的工藝。圖7A是沿光纖10的縱向軸獲取的剖面圖。圖7B是沿光纖10的縱向軸獲取的剖面透視圖。在圖示實(shí)施例中，光纖保持結(jié)構(gòu)包括凹槽22，其以光纖10的端部至結(jié)構(gòu)化反射表面13有一定的距離并且與此結(jié)構(gòu)化反射表面對(duì)齊的方式積極地容納光纖。結(jié)構(gòu)化反射表面13的位置及方向相對(duì)于光纖保持結(jié)構(gòu)固定。在圖示實(shí)施例中，所述光纖保持結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)化反射表面限定在耦合裝置的同一(例如，整體)基座26上。在可替代實(shí)施例中(未示出)，所述光纖保持結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)化反射表面限定在分離式結(jié)構(gòu)上，其連接在一起以形成耦合裝置。凹槽22有區(qū)段24，其限定在光纖10的端面15之間的空間。在圖示實(shí)施例中，此區(qū)段24除了如凹槽22的剩余區(qū)段的淺底之外具有相似的寬度。此區(qū)段24限定肩部27，其提供光纖10的端面13的一部分(端部)與其抵接的止動(dòng)件。因此，沿光軸的距離(例如245μm)被限定在端面15與結(jié)構(gòu)化反射表面13之間。在圖示的實(shí)施例中，光纖被完全容納在凹槽22中，光纖22的外表面與基座26的頂面29齊平。鑒于具有125μm直徑的光纖，以及距結(jié)構(gòu)化反射表面13為100μm有效距離(例如從VCSEL30的平面沿光軸)的VCSEL光源30，VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)的平面距基座26的頂面29的距離大概為37.5μm。

所述凹槽22被構(gòu)建為通過夾緊光纖10以牢固地保持光纖10(包層暴露的裸露部分，其沒有保護(hù)緩沖及套層)，例如通過機(jī)械的或過盈配合(或壓入配合)。過盈配合確保光纖10夾緊在位，并且因此光纖10的位置與方向通過凹槽22的位置和其縱向軸設(shè)置。在圖示實(shí)施例中，凹槽22具有一U型橫截面，其緊貼地容納裸露的光纖10(例如，包層暴露，沒有保護(hù)緩沖及套層)。凹槽22的側(cè)壁基本上是平行的，其中凹槽的開口可稍微窄于側(cè)壁之間的平行間距(例如，輕微的C型橫截面)以對(duì)光纖10提供額外的機(jī)械或過盈配合。開放式凹槽結(jié)構(gòu)的其他細(xì)節(jié)可發(fā)現(xiàn)于在2012年4月5日提交的待審的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/440,970，其全文通過引用方式合并與此。具有凹槽22的基座26實(shí)際上是一體式開放套箍，其用于支撐光纖10在精確的位置并且與結(jié)構(gòu)化反射表面13對(duì)齊。結(jié)構(gòu)化反射表面13的位置相對(duì)于凹槽22及肩部27固定，并且因此相對(duì)于光纖10的端面固定。結(jié)構(gòu)化反射表面13不在移動(dòng)部件上支撐并且不涉及任何移動(dòng)部件。

在一實(shí)施例中，耦合裝置的基座26由金屬材料形成。在一實(shí)施例中，所述金屬材料可被選為具有高剛度(例如，不銹鋼)、化學(xué)惰性(例如，鈦)，高溫度穩(wěn)定性(鎳合金)、低熱膨脹性(例如，殷鋼)，或者被選為匹配熱膨脹至其他的材料(例如，用于匹配玻璃的柯伐鐵鎳鈷合金)。為了反射性，基座26可采用例如鋁或銅的金屬形成，其提供更高的光學(xué)反射率。反射性也可以通過在基座26上涂覆例如金、銀、鎳、鋁等材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。可替代地，所述材料可為硬塑料或其他硬聚合材料。上述公開的具有結(jié)構(gòu)化反射表面以及光纖保持結(jié)構(gòu)的耦合裝置的開放式結(jié)構(gòu)適于批量生產(chǎn)工藝，例如沖壓，其為低成本、高產(chǎn)量的工藝。精密沖壓工藝以及裝置已在美國(guó)專利號(hào)7,343,770中公開，其共同轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。該發(fā)明全文通過引用方式合并與此。在那里公開的工藝以及沖壓裝置可適用于精密沖壓本發(fā)明的套箍。

圖6示出沖頭200，其構(gòu)造成用于在基座26中沖壓凹槽22以及結(jié)構(gòu)化反射表面13。所述沖頭200具有凸起表面輪廓，所述表面輪廓基本上與結(jié)構(gòu)化反射表面以及凹槽是相反的。沖頭200的表面輪廓符合被沖壓的特征。

圖8A示出完整的發(fā)射器/接收器模塊40的一個(gè)實(shí)施例，此模塊包括連接至光學(xué)耦合裝置39的發(fā)射器/接收器38，耦合裝置中結(jié)構(gòu)化反射表面對(duì)齊于在發(fā)射器/接收器中的光源/探測(cè)器。圖8B示出了發(fā)射器/接收器38的實(shí)施例。發(fā)射器/接收器38包括基座150，其支撐電路板51，光源/探測(cè)器52(例如，VCSEL/光敏二極管)以及相關(guān)控制電路(例如，IC芯片)被安裝在電路板51上。粘結(jié)表面53被限定在發(fā)射器/接收器38的周界。

圖8C示出了耦合裝置39的內(nèi)部開放式結(jié)構(gòu)，其與上述討論的耦合裝置的開放式結(jié)構(gòu)非常相似?；旧?，耦合裝置39具有一基座46，其具有在那里限定的凹槽42以及結(jié)構(gòu)化反射表面43，類似與上述討論的圖6及圖7中的之前實(shí)施例中限定在基座26中的凹槽22以及結(jié)構(gòu)化反射表面13。在此實(shí)施例中，凹槽22的區(qū)段44更寬，但是具有限定肩部47的深度用以精確的定位光纖10的端面。更寬的凹槽34被設(shè)置在基座46上以容納具有保護(hù)層11的光纖的更厚的區(qū)段。環(huán)氧樹脂可被應(yīng)用于保護(hù)凹槽34中的保護(hù)層11。

在此實(shí)施例中，基座46具有凸起的側(cè)壁37，其限定腔36，結(jié)構(gòu)化反射表面43以及各凹槽位于腔36內(nèi)。所述腔36設(shè)置用于容納安裝在電路板51上的IC芯片的高度的空間。側(cè)壁37的高度限定發(fā)射器/接收器38中的光源/探測(cè)器與耦合裝置39中的結(jié)構(gòu)化反射表面43之間的距離。同樣參照?qǐng)D7A，鑒于光纖具有125μm的直徑，以及沿光軸方向距結(jié)構(gòu)化反射表面43為100μm的VCSEL的平面輸出表面，側(cè)壁37的高度限定VCSEL的平面輸出表面距腔36(對(duì)應(yīng)于圖7A中基座26的頂面29)的距離大概為37.5μm。

如人們可理解的，在模塊40中，鑒于固定的結(jié)構(gòu)化反射表面以及光纖保持結(jié)構(gòu)通過對(duì)齊發(fā)射器中的光源或者接收器中的光探測(cè)器至耦合裝置中的結(jié)構(gòu)化反射表面的方式被精確的限定在同一耦合裝置上，光源/探測(cè)器被精確的對(duì)齊至光纖的輸入/輸出端。

從另一觀點(diǎn)，上面所描述的發(fā)射器/接收器與耦合裝置的組合可被認(rèn)為是完整的發(fā)射器/接收器模塊，其包括結(jié)構(gòu)化反射表面以及完整的耦合結(jié)構(gòu)，此耦合結(jié)構(gòu)對(duì)齊光纖至結(jié)構(gòu)化反射表面。

如之前討論的，耦合裝置39可由可鍛金屬材料沖壓制得。側(cè)壁37的頂面33設(shè)置有用于連接至發(fā)射器/接收器38的粘結(jié)區(qū)域。所述發(fā)射器/接收器38可通過膠水、環(huán)氧樹脂、錫焊或者焊接的方式被連接至耦合裝置39。在一實(shí)施例中，發(fā)射器/接收器38可抵靠耦合裝置39被不透氣地密封，例如，通過激光焊接、錫焊、或者燃燒(blazing)。所述發(fā)射器/接收器38以及耦合裝置能夠在組裝前單獨(dú)地制造及測(cè)試。

本發(fā)明的另一方面，光纖被構(gòu)建為主動(dòng)式光纜(AOC)，其是在現(xiàn)有技術(shù)中公知的光纜，用以在光纖的一個(gè)終端設(shè)有用于電至光的轉(zhuǎn)化的發(fā)射器，并且在光纖的另一個(gè)終端設(shè)有用于光至電的轉(zhuǎn)化的接收器。圖9示出了AOC48的實(shí)施例，其按照本發(fā)明采用發(fā)射器/接收器模塊50。(在圖9中僅示出了主動(dòng)式光纜的一端；另一端在結(jié)構(gòu)上是相似的，其中一端是設(shè)有激光或光源的發(fā)射器模塊并且另一端是設(shè)有光子探測(cè)器的接收模塊。)所述模塊50的結(jié)構(gòu)與在圖8中所示的之前實(shí)施例中的模塊40的結(jié)構(gòu)相似，除了設(shè)置在發(fā)射器/接收器39外側(cè)的電接觸墊49之外。所述電接觸墊49提供外部電通路至模塊50內(nèi)部的控制電路54。

同樣參照?qǐng)D1的示意圖，主動(dòng)式光纜48基本上包括在圖1中所示的部件。所述主動(dòng)式光纜48包括光纖(裸露的光纖10以及保護(hù)層)、發(fā)射器模塊50、接收器模塊50，所述發(fā)射器模塊50對(duì)應(yīng)于發(fā)射器16與耦合裝置的組合，其中耦合裝置具有結(jié)構(gòu)化反射表面12以及上面討論的支撐光纖10的端部17的光纖保持結(jié)構(gòu)；所述接收器模塊50對(duì)應(yīng)于接收器18與耦合裝置的組合，其中耦合裝置具有結(jié)構(gòu)化反射表面14以及上面討論的支撐光纖10的端部19的光纖保持結(jié)構(gòu)。

圖10和圖11示出了裝配過程的一實(shí)施例，其包括通過疊加設(shè)置在發(fā)射器/接收器以及耦合裝置上的互補(bǔ)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的發(fā)射器/接收器至耦合裝置的精密對(duì)準(zhǔn)。圖10A是耦合裝置46’的另一實(shí)施例，其與圖8C相似，除了其省略了耦合裝置的凸起的側(cè)面之外。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記被設(shè)置在光學(xué)耦合裝置39’的基座46’的頂面上。所述基座46’相對(duì)于結(jié)構(gòu)化反射表面43’精確的對(duì)齊保持在凹槽中的光纖10。所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記包括三個(gè)點(diǎn)64(其可以是由形成凹槽和結(jié)構(gòu)化反射表面的沖壓工藝所造成的凹痕)，其圍繞結(jié)構(gòu)化反射表面43’以L構(gòu)型布置，因此其在兩個(gè)軸/方向上提供了空間對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)64是隔開的以使其對(duì)應(yīng)于在發(fā)射器/接收器中光源/探測(cè)器上一定的特征。例如，圖11B為VCSEL70(垂直腔表面發(fā)射激光器)的正方形頂面72的俯視圖。所述VCSEL70(垂直腔表面發(fā)射激光器)具有輸出區(qū)域71，其被偏移靠近于正方形頂面72的一個(gè)角。因此，通過在鄰近于結(jié)構(gòu)化反射表面43’的兩側(cè)的頂面66上鋪設(shè)三個(gè)點(diǎn)64，并且此外隔開的各點(diǎn)64對(duì)應(yīng)于VCSEL70(垂直腔表面發(fā)射激光器)的正方形頂面72的各個(gè)角，輸出區(qū)域71能夠通過對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)64至VCSEL70(垂直腔表面發(fā)射激光器)的正方形頂面72的各個(gè)角的方式來(lái)對(duì)齊于結(jié)構(gòu)化反射表面43’。通過以上述討論的類似的方式在耦合裝置的頂面上提供類似的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，在接收器中的光敏二極管至結(jié)構(gòu)化反射表面的類似對(duì)準(zhǔn)限定在耦合裝置上?；仡^參照?qǐng)D8C，類似地對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(點(diǎn)64)被設(shè)置在圍繞結(jié)構(gòu)化反射表面43的腔的底部上。

圖10示出了發(fā)射器38’的另一實(shí)施例?；?50’具有凸起的側(cè)壁，其有凹槽79以容納光纖10的保護(hù)層11的額外的厚度。所述VCSEL70(垂直腔表面發(fā)射激光器)被安裝在電路板51’上。

圖11A示意性的示出了裝配臺(tái)80，其包括采用上述描述的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。所述裝配臺(tái)80包括支撐對(duì)準(zhǔn)臺(tái)82(例如在X-Y水平面中的X-Y平移并且正交于平面外的Z軸，以及其關(guān)于Z軸旋轉(zhuǎn))的基座81。所述裝配臺(tái)80還包括具有取放頭的旋轉(zhuǎn)臂83，其被支撐以關(guān)于軸承84旋轉(zhuǎn)用以擺動(dòng)所述臂至對(duì)準(zhǔn)臺(tái)82上。耦合裝置39’(或者圖8和圖9中的耦合裝置39)被支撐在對(duì)準(zhǔn)臺(tái)82上，以對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)64在水平面中。發(fā)射器/接收器38’(或者圖8和圖9中的發(fā)射器/接收器38)通過旋轉(zhuǎn)臂83的取放頭來(lái)支撐。如圖11A所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂83在豎直位置時(shí)，所述VCSEL70的正方形頂面72在豎直平面內(nèi)。正交于VCSEL70的正方形頂面72的平面的軸線與正交于對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)64的平面的軸線正交。使用相機(jī)86以及分光器85設(shè)置用于VCSEL70的正方形頂面72以及對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)64的同時(shí)成像。如圖11B所示，通過啟動(dòng)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)82，對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)64的成像能夠被帶入至與正方形頂面72的成像對(duì)齊。如圖11C所示，然后旋轉(zhuǎn)臂83擺動(dòng)以放置發(fā)射器38’在耦合裝置39’的頂部上。所述發(fā)射器38’與所述耦合裝置39’通過例如激光焊接，激光輔助錫焊，或者紅外錫焊的方式連接。

根據(jù)本發(fā)明所述的耦合裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中的許多不足，其以低環(huán)境敏感性提供易用性和高穩(wěn)定性，以及其能夠以低成本制造。發(fā)明的耦合裝置可以被配置成支撐單一或多個(gè)光纖，用于光輸入、光輸出或者以上兩者(用于雙向數(shù)據(jù)通訊)。

雖然上述實(shí)施例參照用于單一光纖的耦合裝置描述，但通過在耦合裝置中提供平行的凹槽，使上述公開的耦合裝置適用于多個(gè)光纖也在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。

對(duì)于上述描述的所有實(shí)施例，從另一觀點(diǎn)，發(fā)射器/接收器與耦合裝置的組合可被完整的發(fā)射器/接收器模塊代替，此完整的發(fā)射器/接收器模塊包括一個(gè)或更多的光源/探測(cè)器，完整的耦合結(jié)構(gòu)，其包括一個(gè)或更多的結(jié)構(gòu)化反射表面并且對(duì)齊一個(gè)或多個(gè)光纖至各結(jié)構(gòu)化反射表面。

在上述描述的所有實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化反射表面可被構(gòu)造成平面、凹面或凸面，或者這些的組合以構(gòu)建混合反射表面。在一實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化反射表面具有光滑(拋光)鏡面。其可代替為反光的紋理表面。所述結(jié)構(gòu)化反射表面可具有統(tǒng)一的表面特征，或者不同的表面特征，例如表面上不同的平滑度和/或不同程度的紋理，或者光滑面和紋理表面不同區(qū)域的組合來(lái)制成結(jié)構(gòu)化反射表面。所述結(jié)構(gòu)化反射表面可有表面輪廓和/或光學(xué)特征，其對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)下述等價(jià)的光學(xué)元件：鏡子、聚焦透鏡、發(fā)散透鏡、衍射光柵，或者上述的組合。所述結(jié)構(gòu)化反射表面可有限定多于一個(gè)區(qū)域的組合輪廓，所述區(qū)域?qū)?yīng)于不同的等價(jià)光學(xué)元件(例如，由發(fā)散環(huán)形區(qū)域包圍的聚焦中心區(qū)域)。在一實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化反射表面被限定在不透明材料上，其不能穿過表面?zhèn)鬏敼饩€。

雖然本發(fā)明已被參照優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地示出并描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，可對(duì)形式以及細(xì)節(jié)作出多種改變而不偏離本發(fā)明的精神、范圍以及教導(dǎo)。因此，所公開的發(fā)明僅僅被考慮作為說(shuō)明性的，并且被限定在附加權(quán)利要求指定的范圍中。