專利名稱：光學(xué)連接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括地涉及一種光學(xué)連接系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代計算機系統(tǒng)包括分布在多個計算機板上的大量CPU和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。目前使用大量的導(dǎo)電通道或者導(dǎo)電引線來建立計算機板之間的連接。然而，對于高速數(shù)據(jù)傳輸來說，電連接具有基本的物理局限性，這涉及電功率需求、傳輸延遲以及可達(dá)到的封裝密度。這些計算機板之間的數(shù)據(jù)傳輸還可通過與光學(xué)傳送器和接收器相連接的光纖鏈接來實現(xiàn)。這樣的光纖鏈接顯著增加了計算機板之間允許的數(shù)據(jù)傳輸速度。然而，相對于光學(xué)傳送器的光纖對齊是很困難的，并且裝置因此笨重而昂貴。因此存在對技術(shù)改進的需求。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面，本發(fā)明提供一種光連接系統(tǒng)，其包括光學(xué)部件，包括多個用于響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)以及多個用于接收發(fā)射光的接收器，所述光學(xué)部件布置在至少兩個單片集成模塊上，其中每個模塊包括至少兩個這樣的光學(xué)部件；至少一個用于在VCSEL和接收器之間引導(dǎo)光的光導(dǎo)部件；以及，用于將所述至少一個光導(dǎo)部件連接至所述單片集成模塊的聯(lián)接元件，從而在使用中光可通過所述至少一個光導(dǎo)部件在模塊之間傳輸。在一個具體實施例中，聯(lián)接元件可以是穿孔的，并且每一個都包括加工過的硅晶片。聯(lián)接元件一般具有孔，并且一般將模塊連接到至少一個光導(dǎo)部件，從而將在VCSEL和接收器之間傳輸?shù)墓獯┻^該孔導(dǎo)引。每個模塊通常與各自的聯(lián)接元件連接。可選擇地，每個模塊可與多于一個聯(lián)接元件連接。而且，每個聯(lián)接元件可與多于一個的模塊連接。在一個實施例中，每個聯(lián)接元件具有用于與該聯(lián)接元件相連接的模塊的至少一個 VCSEL和/或至少一個接收器的電子驅(qū)動部件。具有電子驅(qū)動部件的聯(lián)接元件可以以單片集成部件的形式提供。每個聯(lián)接元件可包括至少兩個孔，在使用中光通過所述孔導(dǎo)引。在一個實施例中， 每個模塊包括多于兩個的光學(xué)元件，并且每個模塊包括相應(yīng)數(shù)目的孔。每個聯(lián)接元件一般包括一定數(shù)量的孔，在使用中光通過所述孔導(dǎo)引，并且該孔的數(shù)量與模塊的光學(xué)元件的數(shù)量對應(yīng)，所述模塊與聯(lián)接元件相連接。在一個實施例中，所述至少一個光導(dǎo)部件包括多個光纖，并且所述光纖的每一端都可定位在其中一個聯(lián)接元件各自的孔內(nèi)，并且用于在各自的VCSEL和各自的接收器之間傳輸光。模塊一般通過聯(lián)接元件與至少一個光導(dǎo)部件連接，這樣使得在使用中光在各自的光學(xué)部件與各自的光纖端部之間行經(jīng)預(yù)定的距離。每個VCSEL—般具有可形成在VCSEL表面上的透鏡。在一個實施例中，每個透鏡這樣設(shè)置，使發(fā)射光束在離透鏡的表面150 μ m或者100 μ m的距離處具有100 μ m或者更小 (一般為50 μ m或者更小，甚至為IOym或者更小)的直徑。在一個特定的實施例中，每個透鏡都設(shè)置成使發(fā)射光束在距離透鏡的表面100 μ m處具有小于50 μ m的直徑，例如10 μ m。 所述至少一個光導(dǎo)部件，例如光纖或者其它任何合適的光導(dǎo)的末端面具有合適的(芯)直徑，例如50 μ m或者更小。所述末端面以一種方式定位在距離透鏡的表面100 μ m以內(nèi)的位置，使得發(fā)射光的至少大部分由所述至少一個光導(dǎo)部件接收，并且隨后被導(dǎo)引。所述多個VCSEL —般包括第一和第二 VCSEL，并且所述多個接收器一般包括第一和第二接收器。至少一個第一 VCSEL和至少一個第二接收器可形成第一單片集成模塊。至少一個第二 VCSEL和至少一個第一接收器可形成第二單片集成模塊。第一和第二單片集成模塊通常這樣布置和定位，使得在使用中至少一個第一接收器接收來自各自的第一 VCSEL 的光，并且至少一個第二接收器接受來自各自的第二 VCSEL的光。在一個特定的實施例中，模塊通過倒裝焊接與聯(lián)接元件連接。倒裝焊接具有顯著的優(yōu)點，其能夠?qū)⒚總€聯(lián)接元件相對于各自的模塊精確地定位在預(yù)定的位置，例如橫向精度在士 10 μ m量級，間距精度在5 μ m量級。聯(lián)接元件上的每個孔都可具有第一和第二孔部。每個第一孔部具有比每個第二孔部小的直徑。第一孔部可朝向模塊，而第二孔部可用于容納光導(dǎo)的端部。每個第一孔部一般具有比光導(dǎo)部件(例如光纖的端部)小的直徑。聯(lián)接元件和模塊一般布置成當(dāng)光導(dǎo)的端部插入各自的第二孔部并且聯(lián)接元件與模塊連接時，光學(xué)光導(dǎo)的端部就定位在預(yù)定的位置以從VCSEL接收光或者向接收器引導(dǎo)光。在一個特定的示例中，第一孔部具有50 μ m量級的直徑，第二孔部具有大于大約 125 μ m的直徑，例如130 μ m,使得具有125 μ m包層直徑的光纖的端部可以容納在第二孔部內(nèi)。孔可以通過反應(yīng)離子蝕刻形成，而每個聯(lián)接元件可由硅晶片形成，例如具有300 μ m量級厚度的硅晶片?？稍诼?lián)接元件上沉積金屬觸頭，而在模塊上沉積相應(yīng)的金屬觸頭。在倒裝焊接過程中，模塊上的金屬觸頭與聯(lián)接元件上各自的金屬觸頭連接。例如，每個具有各自的透鏡的VCSEL可設(shè)置成使發(fā)射光束在距離各自的透鏡 100 μ m處具有小于50 μ m,甚至小于10 μ m的直徑。光纖(或者任何其它合適的光導(dǎo))的末端面可以以士 50 μ m或者更小的精度定位，并且光學(xué)連接系統(tǒng)一般布置成使得可以在距離各自的透鏡100 μ m內(nèi)定位光纖的末端面。如上文所述，聯(lián)接元件與模塊有關(guān)的位置公差通常足夠小，從而使光纖的末端面能夠以相對不復(fù)雜的方式精確定位在帶有透鏡的VCSEL 的最佳工作距離內(nèi)。聯(lián)接元件具有顯著的實用優(yōu)點。其能夠以有利于大規(guī)模生產(chǎn)的相對簡單和精確的方式相對于VCSEL和接收器對光導(dǎo)(例如光纖)進行布置和定位。這樣避免了光導(dǎo)相對于 VCSEL或者接收器的對準(zhǔn)難題。而且，一般不需要額外的光纖支架或者箍。光學(xué)連接系統(tǒng)可用于在電路板之間建立數(shù)據(jù)的傳輸?？蛇x擇地，光學(xué)連接系統(tǒng)可用于芯片對芯片的通信。每個接收器部件一般為諧振腔增強型光電探測器(RCE-PD)。單片集成模塊可包括VCSEL和接收器的陣列。例如第一模塊可包括VCSEL陣列，但是沒有接收器；第二陣列可包括接收器但是沒有VCSEL。每個陣列也可包括以交替的方式彼此相鄰布置的VCSEL和接收器。VCSEL和RCE-PD —般具有大體上相同的多個部件。例如，VCSEL和RCE-PD可包含大體上相同的分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)形成VCSEL和RCE-PD的每個腔的其中一個反射器。在本發(fā)明一個特定實施例中，用于制備每個VCSEL的10 %、20 %、40 %甚至50 %的工藝步驟與用于制備每個RCE-PD的工藝步驟都是相同的，并且一般關(guān)聯(lián)進行，這有利于單片集成模塊的制備。在第二方面，本發(fā)明提供了一種光學(xué)連接系統(tǒng)，包括多個光學(xué)部件，包含用于響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)以及用于接收發(fā)射光的接收器，所述接收器用于將接收到的光轉(zhuǎn)化為電信號；其中所述光學(xué)部件布置在至少兩個單片集成模塊上，每個模塊包括至少兩個光學(xué)部件，并且其中VCSEL和接收器布置成用于使調(diào)制光通過VCSEL與接收器之間限定出的各自的空間，在至少兩個單片集成模塊之間傳輸。例如，VCSEL和各自的接收器之間限定出的空間可以大體是流體(例如合適的液體或者空氣)空間。光學(xué)連接系統(tǒng)可布置成能夠以調(diào)制光的形式，通過沒有光纖、光纜或者任何其它形式的光導(dǎo)的空間，來傳輸數(shù)據(jù)。而且，光學(xué)傳輸介質(zhì)可布置在VCSEL與各自的接收器之間。光學(xué)傳輸介質(zhì)可具有大體上一致的折射率，并且例如以聚合物材料或者玻璃的形式來提供。光學(xué)連接系統(tǒng)可布置成光被沿著超過5、10、1520、2520、3050mm或者任何其它的
距離穿過該空間而導(dǎo)引。每個VCSEL —般具有可形成在VCSEL表面并且可與VCSEL集成在一起的透鏡。在一個特定的示例中，每個透鏡用于在聚焦區(qū)后面將發(fā)射光束在相對靠近各自的VCSEL的位置擴展為具有相對大的直徑。由于擴展后的相對大的光束直徑，使得與幾μm直徑的光束的相關(guān)的發(fā)散問題得以避免?？梢灶A(yù)想，在進一步的變型中，可以使用合適的發(fā)散透鏡，在靠近發(fā)散透鏡的位置處實現(xiàn)相似的發(fā)射光束的擴展。在一個實施例中，在各自的VCSEL和接收器之間布置至少另外兩個透鏡。第一透鏡一般用于接收從各自的VCSEL中發(fā)射的光，并且一般用于大體上校準(zhǔn)接收的光。第二透鏡一般用于接收來自于第一透鏡的大體上校準(zhǔn)的光，并將該光聚焦在各自的接收器部件的接收表面上。第一和第二透鏡可間隔大于10、20、30、40甚至50mm的距離。透鏡一般排列成陣列。第三方面，本發(fā)明提供了一種形成光學(xué)連接系統(tǒng)的方法，該方法包括提供包括至少一個垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的模塊，其中VCSEL響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光；提供光學(xué)光導(dǎo)；提供用于連接至少一個光學(xué)光導(dǎo)的聯(lián)接元件，所述聯(lián)接元件具有用于容納光學(xué)光導(dǎo)的端部的預(yù)定長度的凹槽；將光導(dǎo)與聯(lián)接元件的凹槽連接，從而使光導(dǎo)相對于聯(lián)接元件的表面固定在預(yù)定的位置；以及使用倒裝焊接工藝將聯(lián)接元件的表面與模塊的表面連接，從而使光導(dǎo)的端部相對于VCSEL定位在預(yù)定的位置，用于從VCSEL接收光。從對下文中具體實施方式
的描述可以更充分地理解本發(fā)明。下文的描述是結(jié)合附圖進行的。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)連接系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)連接系統(tǒng)的部件；以及，圖3和4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光學(xué)連接系統(tǒng)。
具體實施例方式本發(fā)明概括地涉及光學(xué)連接系統(tǒng)。該光學(xué)連接系統(tǒng)包括多個光學(xué)部件，所述光學(xué)部件包括用于響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)以及用于接收發(fā)射光的接收器。所述接收器設(shè)置成將從各自的VCSEL接收的光轉(zhuǎn)化為電信號。光學(xué)部件設(shè)置在至少兩個單片集成模塊上，每個集成模塊包括至少兩個光學(xué)部件。VCSEL和接收器布置成使得調(diào)制光在單片集成模塊之間傳輸。調(diào)制光在單片集成模塊之間的傳輸可通過多種方式實現(xiàn)，例如通過在集成模塊之間連接光導(dǎo)。這樣的示例結(jié)合附圖3和4記載在下文中。在另外的示例中，集成模塊之間調(diào)制光的傳輸是穿過空氣進行的，并且通過將各自的VCSEL和接收器的組合彼此相對地定位，以及在他們之間設(shè)置透鏡系統(tǒng)來實現(xiàn)。首先結(jié)合附圖1描述該示例。首先參考附圖1，其中描述了根據(jù)本發(fā)明具體實施例的光學(xué)連接系統(tǒng)。光學(xué)連接系統(tǒng)100包括垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL) 102和104。而且，系統(tǒng)100包括光學(xué)接收器， 其在該實施例中以諧振腔增強型光電探測器(RCE-PD) 106和108的形式提供。VCSEL 102 和104用于響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光束。系統(tǒng)100還包括透鏡114、116、118以及 120，上述透鏡通過支架110和112保持，并且位于VCSEL和RCE-PD之間。在該實施例中，光學(xué)連接系統(tǒng)100設(shè)置成可以通過調(diào)制光束穿過透鏡114、116、 118以及120之間的空間來傳輸數(shù)據(jù)，并且一般穿過空氣或者其它合適的流體傳輸，所述流體包括合適的液體。例如，VCSEL 102和RCE-PD 106可布置在第一電路板上，例如計算機板，而VCSEL 104和RCE-PD 108可布置在第二電路板上。如果電路板是互相對齊的，例如使用將電路板保持在預(yù)定位置上的合適的插槽，那么板之間的數(shù)據(jù)傳輸不需要用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w或者電連接就能做到。本發(fā)明的實施例因此將光學(xué)連接的速度優(yōu)點與組裝的簡單性以及應(yīng)用的靈活性結(jié)合在一起。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，光也可以不必穿過空間，而是可選擇地使用光導(dǎo)來傳輸，這將在下文結(jié)合附圖3和4來描述。透鏡116和114用于校準(zhǔn)從VCSEL 102和104接收的光。VCSEL還包括透鏡122 和124。透鏡122和IM分別與VCSEL 104和102集成在一起，并且形成在VCSEL的一部分上。在該實施例中，透鏡122和IM具有匯聚特性。與VCSEL 102和104集成在一起的透鏡122和IM提供如下的優(yōu)勢發(fā)射光束的直徑在相對緊靠VCSEL的位置擴大到大約為100-140 μ m。即使VCSEL 102和104不具有透鏡122和124，發(fā)射光束也會擴大，但是只會在距離VCSEL更遠(yuǎn)的地方，光束直徑才會擴大為100-140 μ m。因此，透鏡122和IM提供這樣的優(yōu)勢，透鏡114和116可定位在相對緊靠 VCSEL部件102和104的位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在可選的實施例中，透鏡122和IM不必用于匯聚光，還可以作為光發(fā)散透鏡。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可選擇地，光學(xué)系統(tǒng)100可用于傳送調(diào)制光穿過布置在VCSEL和各自的接收器之間的光學(xué)傳輸材料。光學(xué)傳輸材料可以具有大體上一致的折射率，例如可以以高分子材料或者玻璃的形式來提供。光學(xué)傳輸材料也可以用于支撐透鏡114、116、118以及120。而且，透鏡114、116、118以及120可以與光學(xué)傳輸材料集成在一起?，F(xiàn)在參考圖2來更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)連接系統(tǒng)的部件。圖2示出了部件200，其包括襯底202。VCSEL 204和RCE-PD 206位于該襯底202上。而且，透鏡 208和210位于VCSEL 204和RCE-PD 206的上方。透鏡208和210位于由隔板214支撐的支架212上。隔板214具有大約300 μ m的長度。VCSEL 204包括集成的透鏡216，其布置在靠近透鏡208的位置。VCSEL 204和RCE-PD 206是集成的部件。在該實施例中，VCSEL204和RCE-PD 206 都包括從同一分層結(jié)構(gòu)218形成的第一反射鏡。VCSEL 204和RCE-PD 206使用半導(dǎo)體工業(yè)中熟知的蝕刻以及薄膜沉積工藝來制備。VCSEL 204和RCE-PD 206包含使用專用蝕刻以及薄膜沉積工藝形成的結(jié)構(gòu)上的差異。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，襯底202可支撐任何數(shù)量的VCSEL和/或RCE-PD，例如VCSEL和/或RCE-PD的陣列。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，支架212可支撐同樣設(shè)置成陣列的任何數(shù)量的透鏡208和210。圖1所示的支架110和112也可以采用與圖2 所示支架212相同的方式設(shè)置?，F(xiàn)在詳述VCSEL部件102、104、204頂表面上的透鏡122、124、216的制備過程。 AlxGai_xAs數(shù)字化合金(digital alloy)形成在與VCSEL相關(guān)的分層結(jié)構(gòu)(所述“底分層結(jié)構(gòu)”)上。數(shù)字化合金包括進一步的分層結(jié)構(gòu)(所述“頂分層結(jié)構(gòu)”)，所述頂分層結(jié)構(gòu)包括具有層厚度范圍為2-90個單層的AlAs及GaAs薄層。使用分子束外延(MBE)或者金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)來沉積AlAs和GaAs層。頂分層結(jié)構(gòu)使用具有大約IOOnm厚度的 GaAs層覆蓋。使用傳統(tǒng)的蝕刻工藝對頂分層結(jié)構(gòu)的二維擴展進行塑型，并且使用一個蝕刻過程來一同對頂分層結(jié)構(gòu)和底分層結(jié)構(gòu)塑型。頂分層結(jié)構(gòu)然后在氧氣氣氛中退火，從而使包含在AlAs/GaAs數(shù)字化合金的AlAs層內(nèi)的一些鋁被氧化。GaAs覆蓋層是作為垂直氧化擴散的阻擋層，并且AlAs中更多的Al在蝕刻的頂分層結(jié)構(gòu)暴露的側(cè)部被氧化。選擇頂分層結(jié)構(gòu)的屬性(例如層厚度)，以便在VCSEL的頂表面形成含有未被氧化的鋁的中凸形狀的區(qū)域。該區(qū)域外部的氧化減低了數(shù)字化合金的折射率，因此中凸形狀區(qū)域?qū)CSEL發(fā)射的光具有透鏡的聚焦功能。中凸形狀區(qū)域以及GaAs覆蓋層上的被氧化的鋁可使用合適的蝕刻工序去除，從而形成具有大體上球形外表面的透鏡。在所述實施例的變型中，也可選擇頂分層結(jié)構(gòu)的屬性，特別是AlAs以及AlAs/ GaAs層的相對厚度，以便透鏡具有發(fā)散性能。例如，可以選擇屬性，使形成的透鏡在包含透鏡軸的截面上具有兩個凹陷的彎曲邊界，從頂點向VCSEL的頂表面延伸。而且，也可以采取選擇性地蝕刻AlAs的透鏡制備方法來替代所述的選擇性氧化的方法。關(guān)于透鏡制備更詳細(xì)的內(nèi)容記載在韓國專利申請102005114145以及10200400912 中，通過交叉參考將其并入本文。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的光學(xué)連接系統(tǒng)300。光學(xué)連接系統(tǒng)300包括芯片304，該芯片304包括單片集成的VCSEL和RCE-PD。該VCSEL和RCE-PD類似于上文中示出的光學(xué)連接系統(tǒng)100和200中的部件。每個VCSEL包括透鏡122或者124，并且與RCE-PD相鄰布置。然而，在該示例中，每個透鏡122沒有設(shè)置成將光束擴大至相對大的直徑，而是使發(fā)射光束在距離透鏡大約100 μ m處具有小于50 μ m或者甚至小于IOym的直徑。芯片302可包括任何數(shù)量的VCSEL 304和接收器306。單片集成結(jié)構(gòu)利用了 VCSEL 與RCE-PD之間的相似性。VCSEL和RCE-PD的很多層是相同的，因此能夠以本輕利厚的方式生產(chǎn)使VCSEL與RCE-PD相鄰的芯片。光學(xué)連接系統(tǒng)300還包含用于連接光纖部分310和312的聯(lián)接元件308。聯(lián)接元件308由具有300 μ m厚度的硅晶片形成。聯(lián)接元件308具有第一側(cè)314以及第二側(cè)316。 為了制備聯(lián)接元件308，在聯(lián)接元件308中形成孔318和320?？?18和320具有50 μ m量級的厚度。而且聯(lián)接元件308的第二側(cè)316形成另外的孔322和324。所述另外的孔322 和3M分別與孔320和318是同軸的，并且具有130 μ m量級的厚度。孔322和3M分別具有足夠容納光纖端部310和312的厚度，所述光纖的端部插入到孔322和324內(nèi)，并且使用適當(dāng)粘合劑粘結(jié)。在該實施例中，光纖具有芯以及包層，并且由塑料材料形成。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可選擇地，壁(孔)可具有不同的尺寸，而且可用于容納其它類型的光纖。例如，孔 318、320、322以及324可使用反應(yīng)離子蝕刻或者任何其它合適的方法來形成。在該實施例中，光學(xué)連接系統(tǒng)300不包括任何與VCSEL 304和RCE-PD 306隔開的透鏡。由VCSEL產(chǎn)生的光通過透鏡122聚焦，然后直接通過各自的光纖(例如光纖310)的端部接收。芯片302與聯(lián)接元件308通過倒裝焊接連接在一起。為了該焊接工序，在聯(lián)接元件308的第一表面314和/或芯片302底表面上的金屬表面部分(例如，由銅覆蓋的表面部分)布置焊接凸點。然后，芯片302與聯(lián)接元件308仔細(xì)地相對于彼此定位在預(yù)定的相對位置，在所述位置處焊接凸點能夠?qū)⑿酒?02與聯(lián)接元件308連接在一起。該連接工序，例如包括局部加熱和熔化焊接凸點的焊料，使焊料將芯片302與聯(lián)接元件308各自的表面部分連接。使用倒裝焊接技術(shù)能夠以大約5μπι的間距精度以及大約10 μ m的橫向精度將芯片302與聯(lián)接元件308對齊。光纖的末端面相對于VCSEL 304的位置公差一般為50 μ m。 設(shè)置聯(lián)接元件308上的孔，并且模塊302足夠靠近聯(lián)接元件308，從而能夠?qū)⒐饫w的端部定位在距離VCSEL 304的每個透鏡122的100 μ m之內(nèi)，因此，端面接收由VCSEL 304發(fā)射的至少大多數(shù)的光。因此，聯(lián)接元件308與倒裝焊接技術(shù)共同提供了顯著的優(yōu)點可以相對不復(fù)雜地將光纖的端部相對于VCSEL以預(yù)定的、良好限定的方式進行定位。圖4示出了光學(xué)連接系統(tǒng)400。光學(xué)連接系統(tǒng)400包括光學(xué)連接系統(tǒng)300所包含的部件。光學(xué)連接系統(tǒng)400包括第一和第二芯片302、302，，第一和第二聯(lián)接元件308、308，， 以及光纖310和312。但是在該實施例的變型中，其還可以包括代替光纖的任何其它的光導(dǎo)材料。芯片302、302，布置成芯片302、302，中之一的VCSEL304發(fā)射的光由芯片302，、302中另一個的RCE-PD接收。每個聯(lián)接元件308、308，可包括CMOS VCSEL驅(qū)動器以及CM0SRCE-PD驅(qū)動器，用于驅(qū)動每個芯片302、302，各自的VCSE1304和RCE-PD 306。以這種方式，每個聯(lián)接元件308、 308’都包含用于將芯片302、302’與光纖310和312連接在一起的部件，以及用于驅(qū)動芯片 302 上的 VCSEL 304 和 RCE-PD 306 的部件。在圖4所示的實施例中，第一聯(lián)接元件308包括CMOS RCE-PD驅(qū)動器406以及CMOS VCSEL驅(qū)動器410,并且第二聯(lián)接元件308，包含CMOS RCE-PD驅(qū)動器408以及CMOS VCSEL 驅(qū)動器412。聯(lián)接元件308、308，分別布置在PC板402和404上。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，PC板402和404可以在任何合適的位置相對于彼此進行定位，并且光纖310和312可以彎曲并且定位成能夠?qū)崿F(xiàn)板402與404之間的通信。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識至IJ，以相同的方式，可以在計算機板之間建立任何數(shù)量的光學(xué)通信。而且，每個光學(xué)連接系統(tǒng)100、300或400都可包括任何數(shù)量的RCE-PD或者VCSEL 的陣列。例如，10、50、100、1000或者任何其它數(shù)量的VCSEL部件或者RCE-PD的第一陣列可與具有相同數(shù)量的VCSEL和RCE-PD的第二陣列相對，并且陣列可設(shè)置成每個VCSEL與各自的RCE-PD相對。在一個實施例中，每個VCSEl布置成與RCE-PD相鄰。在該實施例的變型中，VCSEL組布置成與RCE-PD組相鄰。而且，為進行單向通信，第一陣列可以只包括VCSEL， 而第二陣列可以只包括RCE-PD。兩個或者更多的VCSEL或者RCE-PD的陣列也可相鄰布置， 并且可以與相同數(shù)量的RCE-PD和VCSEL陣列相對。韓國專利申請102005114145及1020040091224提供的參考并不構(gòu)成如下的認(rèn)可 這些韓國專利申請公開的內(nèi)容在澳大利亞或者其它任何國家是公知常識的一部分。雖然結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做出了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明可以以多種其它形式實施。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)連接系統(tǒng)，其包括光學(xué)部件，其包括多個用于響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光的垂直腔面發(fā)射激光器 VCSEL和多個用于接收發(fā)射光的接收器，所述光學(xué)部件布置在至少兩個單片集成模塊上，每個模塊包括至少兩個所述光學(xué)部件；至少一個用于在所述VCSEL和所述接收器之間引導(dǎo)所述光的光導(dǎo)部件；以及，用于將所述至少一個光導(dǎo)部件與所述單片集成模塊連接的聯(lián)接元件，使得在使用中光通過所述至少一個光導(dǎo)部件在模塊之間傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述聯(lián)接元件包含孔，所述聯(lián)接元件布置成將所述模塊連接至所述至少一個光導(dǎo)部件，使得所述VCSEL和所述接收器之間傳輸?shù)墓獯┻^所述孔而被導(dǎo)引。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述聯(lián)接元件的每個孔具有第一孔部和第二孔部，所述第一孔部具有小于所述第二孔部的直徑，并且，其中所述第一孔部朝向所述模塊，所述第二孔部用于容納所述光導(dǎo)部件的端部。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述第一孔部具有50μ m量級的直徑，并且所述第二孔部具有大于大約125 μ m的直徑。
5.如權(quán)利要求3或4所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個第一孔部具有的直徑小于所述光導(dǎo)的直徑。
6.如權(quán)利要求3-5中任一項所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述聯(lián)接元件和所述模塊布置成，當(dāng)所述光導(dǎo)的端部插入各自的第二孔部并且所述聯(lián)接元件與所述模塊連接時，所述光導(dǎo)的端部定位在預(yù)定位置，用于接收來自于所述VCSEL的光或者將光引導(dǎo)至所述接收器。6.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接部件，其中所述聯(lián)接元件包括加工過的硅晶片。
7.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個模塊與各自的聯(lián)接元件連接。
8.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的光學(xué)連接部件，其中每個模塊與多于一個的聯(lián)接元件連接。
9.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接部件，其中每個聯(lián)接元件包括用于與所述聯(lián)接元件連接的模塊的至少一個VCSEL和/或至少一個接收器的電子驅(qū)動部件。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)連接部件，其中所述具有電子驅(qū)動部件的聯(lián)接元件以單片集成部件的形式提供。
11.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個聯(lián)接元件包含至少兩個孔，在使用中光通過所述孔導(dǎo)引。
12.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個聯(lián)接元件包含一定數(shù)量的孔，在使用中光通過所述孔導(dǎo)引，并且所述孔的數(shù)量對應(yīng)于與所述聯(lián)接元件連接的模塊上的光學(xué)元件的數(shù)量。
13.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述至少一個光導(dǎo)部件包含多個光纖，并且光纖的每個端部布置在其中一個所述聯(lián)接元件各自的孔內(nèi)或者孔附近，用于在各自的VCSEL和各自的接收器之間傳輸光。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述模塊通過所述聯(lián)接元件與所述至少一個光導(dǎo)部件連接，使得在使用中光在光學(xué)部件以及各自的光纖端部之間穿過預(yù)定的距離ο
15.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個VCSEL具有形成在所述VCSEL 表面上的透鏡。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個透鏡布置成使得發(fā)射光束在距離透鏡的表面100 μ m處具有50 μ m或者更小的直徑。
17.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述模塊通過倒裝焊接與所述聯(lián)接元件連接。
18.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述光學(xué)連接系統(tǒng)用于在電路板之間建立數(shù)據(jù)傳輸。
19.如權(quán)利要求1-17中任一項所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中所述光學(xué)連接系統(tǒng)用于芯片對芯片的通信。
20.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個接收器部件是諧振腔增強型光電探測器RCE-PD。
21.如上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個單片集成模塊包含VCSEL和接收器的陣列。
22.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個陣列包括以交替方式相鄰布置的 VCSEL和接收器。
23.一種光學(xué)連接系統(tǒng)，其包括多個光學(xué)部件，其包括用于響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光的垂直腔面發(fā)射激光器 VCSEL和用于接收發(fā)射光的接收器，所述接收器用于將接收的光轉(zhuǎn)換為電信號；其中所述光學(xué)部件布置在至少兩個單片集成模塊上，每個所述模塊包括至少兩個所述光學(xué)部件，并且其中所述VCSEL和所述接收器布置成用于使所述調(diào)制光通過所述VCSEL與所述接收器之間限定的空間，在所述至少兩個單片集成模塊之間傳輸。
24.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中在所述VCSEL與各自的接收器之間限定出的空間大體上充滿空氣。
25.如權(quán)利要求23或M所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其中每個VCSEL具有與所述VCSEL集成在一起的透鏡，并且其用于在聚焦區(qū)后面將發(fā)射光束在相對靠近各自的VCSEL的位置擴大為相對大的直徑。
26.如權(quán)利要求25所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其包括布置在各自的VCSEL和接收器之間的至少另外兩個透鏡；第一透鏡用于接收從各自的VCSEL發(fā)射的光，并且用于大體上校準(zhǔn)接收的光；第二透鏡用于從所述第一透鏡接收大體上校準(zhǔn)的光，并且將該光聚焦在各自的接收器部件的接收表面上。
27.一種形成光學(xué)連接系統(tǒng)的方法，所述方法包括提供包括至少一個用于響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光的垂直腔面發(fā)射激光器 (VCSEL)的模塊；提供光學(xué)光導(dǎo)；提供用于連接所述至少一個光學(xué)光導(dǎo)的聯(lián)接元件，所述聯(lián)接元件具有用于容納所述光學(xué)光導(dǎo)的端部的預(yù)定長度的凹槽；將所述光學(xué)光導(dǎo)連接至所述聯(lián)接元件的凹槽，從而使所述光學(xué)光導(dǎo)相對于所述聯(lián)接元件的表面固定在預(yù)定的位置；以及，使用倒裝焊接工藝將所述聯(lián)接元件的表面與所述模塊的表面相連接，從而使所述光學(xué)光導(dǎo)的端部相對于VCSEL定位在預(yù)定位置，用于接收來自于所述VCSEL的光。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種包括光學(xué)部件的光學(xué)連接系統(tǒng)，光學(xué)部件包括多個用于響應(yīng)于施加的電信號而發(fā)射調(diào)制光的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)和多個用于接收發(fā)射光的接收器。所述光學(xué)部件布置在至少兩個單片集成模塊上，每個模塊上包括至少兩個光學(xué)部件。所述光學(xué)連接系統(tǒng)還包括至少一個用于在所述VCSEL和所述接收器之間引導(dǎo)所述光的光導(dǎo)部件。光學(xué)連接系統(tǒng)還包括用于將所述至少一個光導(dǎo)部件連接至單片集成模塊的聯(lián)接元件，這樣在使用中光通過所述至少一個光導(dǎo)部件在模塊之間傳輸。
文檔編號H04B10/24GK102484538SQ201080012270
公開日2012年5月30日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者卡邁勒·阿拉梅, 李用卓 申請人:伊特爾光電有限公司, 埃迪斯科文大學(xué)