光電器件以及使用該光電器件的主動式光纜的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種光電器件，包括基板子器件和線纜子器件。所述基板子器件包括基板、設置在所述基板上的固定器、光電接口IC、以及多個光電元件。所述線纜子器件包括透鏡蓋、以及粘接在所述透鏡蓋上的多個光纖線纜。所述光電接口IC和光電元件設置在所述固定器的側壁所形成的空腔中。所述光電元件包括至少一個激光光源和多個光電二極管。所述透鏡蓋插入所述空腔內，從而與所述固定器固定接合。本發明還涉及具有該光電器件的線纜插頭和使用該光電器件的主動式光纜。
【專利說明】光電器件以及使用該光電器件的主動式光纜
【技術領域】
[0001]本專利申請涉及光電互聯技術，更具體地，涉及一種連接有光纖且最適合于主動式光纜應用的光電器件、以及使用該光電器件的主動式光纜。
【背景技術】
[0002]由于存儲容量和顯示分辨率的增加，消費電子產品和個人計算數據總線的帶寬要求已經快速增長。同時，期望數據總線的延遲降低。結果，在這些設備中使用的數據總線的比特率在近年已經顯著增加。常規用于數據傳輸的銅纜不再能滿足帶寬要求的增長趨勢。為了滿足帶寬要求，光纖被用于數據傳輸。主動式光纜使用內嵌的光學收發器和光纖來實現高速數據傳輸，同時仍然提供與常規的連接器兼容的電氣接口。與銅纜相比，由于需要容納用于光耦合的額外的光-機插頭，主動式光纜通常具有笨重的線纜插頭。
【發明內容】
[0003]本專利申請涉及一種光電器件。一方面，所述光電器件包括基板子器件和線纜子器件。基板子器件包括基板、設置在基板上的固定器(holder)、光電接口 1C、以及多個光電元件。線纜子器件包括透鏡蓋、以及粘接在所述透鏡蓋上的多根光纖線纜。所述光電接口IC和光電元件設置在固定器的側壁所形成的空腔中。所述光電元件包括至少一個激光光源和多個光電二極管。所述透鏡蓋插入所述空腔內，從而與所述固定器固定接合。
[0004]所述光電接口 IC可被配置以實現光學信號轉換為數字電信號。固定器可進一步包括多個對準特征和卡扣特征，用于實現基板子器件與線纜子器件的接合。
[0005]所述至少一個激光光源和所述光電二極管可以是單線態形式或者陣列形式的。固定器的前側可具有用于支撐光纖線纜的光纖線纜固定區域。線纜子器件可進一步具有覆蓋光纖線纜的光纖蓋。透鏡蓋可使用可模壓的光學材料制造，所述光學材料能夠在光纖線纜和光電元件之間提供光學通路。
[0006]透鏡蓋的頂側可具有光纖連接區域和線纜對接(landing)區域，光纖連接區域容納用于精確對準多根裸纖的多個光纖對準結構，線纜對接區域用于將光纖線纜粘接到透鏡蓋上，裸纖是光纖線纜的一部分。透鏡蓋的頂側可進一步具有用于與固定器的卡扣特征相接合的多個結構。透鏡蓋的底側可具有多個光學透鏡結構、多個對準腳和多個支撐腳，光學透鏡結構的數量與光纖對準結構的數量相匹配。對準腳可插入對準特征，支撐腳可設置在空腔的四角。
[0007]固定器的側壁的頂部內側可具有多個斜面特征，透鏡蓋的頂側可具有多個第二斜面特征，固定器的斜面特征與透鏡蓋的斜面特征形成圍繞透鏡蓋和固定器之間的接觸面的波谷結構。可向所述波谷結構中加入粘合劑，以密封住透鏡蓋和固定器之間的任何空氣間隙。固定器的側壁可具有一位于空腔內的臺階，所述臺階用于防止粘合劑流到基板的表面。
[0008]透鏡蓋可進一步具有光束控制結構，所述光束控制結構直接位于光學透鏡結構的上方，用于導向光束，以允許在光學透鏡結構和光纖線纜之間耦合光學信號。[0009]在另一方面，本專利申請提供了一種連接至電連接器的線纜插頭。所述線纜插頭包括:連接至電連接器的線纜控制器；連接至線纜控制器和電連接器的信號調節器；以及連接至線纜控制器和信號調節器的光電器件。所述光電器件包括基板子器件和線纜子器件。基板子器件包括基板、設置在基板上的固定器、光電接口 1C、以及多個光電元件。線纜子器件包括透鏡蓋、粘接在所述透鏡蓋上的多個光纖線纜、以及覆蓋所述光纖線纜的光纖蓋。所述光電接口 IC和光電元件設置在固定器的側壁所形成的空腔中。所述光電元件包括至少一個激光光源和多個光電二極管。所述透鏡蓋插入所述空腔內，從而與所述固定器固定接合。
[0010]所述信號調節器可被配置用于提供高速信號接口，以通過電連接器、利用至少一個發送信道和一個接收信道與外部系統通信，所述發送信道和接收信道均以至少10吉比特/秒的數據率運行。
[0011]所述線纜控制器可被配置以根據存儲在線纜控制器的內部存儲器內的協議管理信號調節器和光電接口 IC的操作。
[0012]另一方面，本專利申請提供了一種主動式光纜，包括:第一電連接器；第二電連接器；與第一電連接器相連的第一線纜插頭；與第二電連接器相連的第二線纜插頭；以及具有第一端和第二端的光纜，所述光纜的第一端和第二端分別與第一線纜插頭和第二線纜插頭連接。第一和第二線纜插頭中的每一個都包括:線纜控制器，與連接到線纜插頭的電連接器相連；信號調節器，連接至線纜控制器和電連接器；以及光電器件，連接至線纜控制器和信號調節器。所述光電器件包括光電接口 1C、至少一個光學發送器、至少一個光學接收器、以及穿過所述光纜的多根粘結的光纖線纜，所述多根光纖線纜連接到另一線纜插頭，從而形成光學通路。
[0013]所述電連接器可以是雷電連接器(Thunderbolt connector)。所述主動式光纜可進一步包括分別覆蓋所述電連接器和所述光電器件的兩個金屬蓋、以及包圍所述光電器件的外套。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是根據本專利申請的一實施例的連接有光纖的光電器件的透視圖；
[0015]圖2是圖1所示的連接有光纖的光電器件的爆炸圖；
[0016]圖3是圖1所示的連接有光纖的光電器件的固定器的頂部和底部視圖；
[0017]圖4是圖3所示的固定器的透視圖；
[0018]圖5是圖1所示的連接有光纖的光電器件的透鏡蓋的頂部視圖和底部視圖；
[0019]圖6是圖5所示的透鏡蓋的透視圖；
[0020]圖7示出了圖5的透鏡蓋被組裝到固定器中(光纖和光纖蓋未示出)；
[0021]圖8示出了圖5中的透鏡蓋完全組裝到固定器中(光纖和光纖蓋未示出)；
[0022]圖9示出了圖1所示的連接有光纖的光電器件中的光纖連接器件的組裝；
[0023]圖10是圖1所示的連接有光纖的光電器件完全組裝后的截面圖；
[0024]圖11是用于組裝圖1所示的連接有光纖的光電器件中的基板子器件的過程的流程圖；
[0025]圖12是用于組裝圖1所示的連接有光纖的光電器件中的線纜子器件的過程的流程圖；
[0026]圖13是使用如圖12所組裝的線纜子器件和如圖11所組裝的基板子器件組裝成圖1所示的連接有光纖的光電器件的過程的流程圖；
[0027]圖14 Ca)示出了根據本專利申請的另一個實施例的包括圖1所示的連接有光纖的光電器件的主動式光纜(AOC)。
[0028]圖14 (b)是圖14 Ca)中的AOC中所包括的線纜插頭的內部示意圖；
[0029]圖15 (a)示出了根據圖14 (a)的實施例的與雷電連接器兼容的AOC線纜插頭的內部結構；
[0030]圖15 (b)是圖15 Ca)中所示的AOC線纜插頭的透視圖。
【具體實施方式】
[0031]現在將詳細描述本專利申請公開的光電器件、以及使用所述光電器件的主動式光纜的優選實施例，它們的例子在以下的描述中提供。本專利申請公開的光電器件、以及使用所述光電器件的主動式光纜的示范性實施例被詳細描述，雖然對于相關【技術領域】的人員來說，很顯然，為了簡潔起見，對于理解光電器件和使用它的主動式光纜來說不是特別重要的某些特征沒有示出。
[0032]此外，還應該理解，本專利申請公開的光電器件和使用該光電器件的主動式光纜并不限于以下描述的精確實施例，本【技術領域】的人員可做出各種更改和修改而不脫離保護的精神和范圍。例如不同的說明性實施例的元素和/或特征可在所公開的范圍內彼此組合和/或彼此替換。
[0033]圖1是根據本專利申請的實施例的連接有光纖的光電器件的透視圖；圖2是圖1所示的連接有光纖的光電器件的爆炸圖。參照圖1和圖2，該光電器件包括基板子器件300和線纜子器件200。基板子器件300和線纜子器件200接合在一起從而形成最終的光電器件。如圖2所示，基板子器件300包括基板310、設置在基板310上的固定器100、光電接口IC301和多個光電元件302。光電接口 IC301和光電元件302被容納在固定器100中。光電元件302可包括至少一個激光光源和多個光電二極管，可以是單線態形式或者陣列形式的。光電接口 IC301與光電元件302以及位于基板210上的任何其它電子元件電連接。光電接口 IC301被配置以實現光學信號轉換為數字電信號。
[0034]圖3是圖1所示的連接有光纖的光電器件的固定器的頂部視圖和底部視圖。圖4是圖3所示的固定器的透視圖。如圖3和圖4所示，光電接口 IC301和光電元件302位于固定器100的側壁101形成的空腔107中。固定器100還包括被配置用于實現基板子器件300和線纜子器件200接合的多個對準特征102和卡扣特征103。參照圖4，側壁101的頂部內側有多個斜面特征105。固定器100的前側有光纖線纜夾持區域104。
[0035]如圖5-9所示，線纜子器件200也被稱作光纖連接子器件200，包括透鏡蓋201、多根光纖線纜211、以及光纖蓋210。如圖9所示，光纖蓋210設置在光纖線纜211上方從而覆蓋光纖線纜211。透鏡蓋201的結構在圖5和圖6示出。透鏡蓋201使用可模壓的光學材料制造，所述光學材料能夠在光纖線纜211和光電元件302之間提供光學通路。參照圖5，透鏡蓋201的頂側具有光纖連接區域202。該區域容納用于精確對準裸纖213(圖9中是光纖線纜211的一部分)的多個光纖對準結構203。透鏡蓋201的頂側還具有用于將光纖線纜211粘接到透鏡蓋201上的線纜對接區域202a。透鏡蓋201的底側具有多個光學透鏡結構207、多個對準腳208和多個支撐腳209。光學透鏡結構207的數量與光纖對準結構203的數量相匹配。光束控制結構204直接位于光學透鏡結構207的上方，且被配置用于將沿著水平方向前進的光束導向到垂直方向，反之亦然，以允許在垂直設置的光學透鏡結構207和水平設置的光纖線纜211之間耦合光學信號。透鏡蓋201的頂側還具有用于與圖3和圖4所示的固定器100上的多個卡扣特征103接合的多個結構205。圍繞透鏡蓋201的頂側還具有多個斜面特征206。
[0036]圖7示出了圖5的透鏡蓋201被組裝到固定器100中。圖8示出了透鏡蓋201完全組裝到固定器100中。圖9示出了圖1所示的連接有光纖的光電器件中的光纖連接器件的組裝。在圖7和圖8中，沒有示出圖9所示的光纖線纜211和光纖蓋210。參照圖7和圖8，在組裝過程中，光纖連接子器件200的透鏡蓋201被插入基板子器件300的固定器100的空腔107 (圖3中示出)中。在插入的過程中，對準腳208插入對準特征102，支撐腳209位于空腔107的四角。由于對準腳208和對準特征102分別是用于模壓透鏡結構207和粘接光電元件302的基準點，這兩種基準結構的配合確保了透鏡結構207和光電元件302之間在X和y方向上的高對準精度。在z方向，透鏡結構207需要停止在距離光電元件302期望距離的地方。這由支撐腳209的高度來保證，支撐腳209在插入后直接與基板子器件300的頂面接觸。一旦透鏡蓋201完全插入空腔107，卡扣特征103與結構205鎖緊，將透鏡蓋201固定以用于后續處理。連接到透鏡蓋201的光纖線纜211 (圖7和圖8未示出)被光纖線纜固定區域104支撐。固定器側的斜面特征105 (如圖4中示出)和透鏡蓋側的斜面特征206 (如圖5-6示出)形成圍繞透鏡蓋201和固定器100之間的接觸面的波谷結構212。可向該波谷結構212中加入粘合劑，以密封住透鏡蓋201和固定器100之間的任何空氣間隙。位于空腔107內的固定器100的側壁上設有一臺階106 (如圖4所示)，以防止密封的粘合劑流到基板310的表面。額外的粘合劑可被應用于光纖線纜固定區域104，從而將光纖線纜211連接到固定器100上，以加強光纖線纜211的機械支撐。
[0037]圖10是圖1所示的連接有光纖的光電器件完全組裝后的截面圖。圖11是用于組裝圖1所示的連接有光纖的光電器件中的基板子器件的過程的流程圖。圖12是用于組裝圖1所示的連接有光纖的光電器件中的線纜子器件的過程的流程圖。圖13是使用如圖12所組裝的線纜子器件和如圖11所組裝的基板子器件組裝成圖1所示的連接有光纖的光電器件的過程的流程圖。
[0038]圖14 Ca)示出了根據本專利申請的另一個實施例的包括圖1所示的連接有光纖的光電器件的主動式光纜(A0C)。參照圖14(a)，該AOC包括具有兩端的光纜03，電連接器01和連接到光纜03的各端的線纜插頭02。圖14 (b)是圖14 (a)中的AOC中所包括的線纜插頭02的內部示意圖。參照圖14 (b)，線纜插頭02包括線纜控制器023、信號調節IC(信號調節器)022、以及如上述實施例所述的連接有光纖的光電器件021。電連接器01電連接到線纜控制器023和信號調節IC022，信號調節IC022反過來連接到連接有光纖的光電器件021。信號調節IC022被配置以提供高速信號接口，用于通過電連接器01、利用至少一個發送信道和一個接收信道與外部系統通信，該發送信道和接收信道均以至少10吉比特/秒的數據率運行。信號調節IC022提供均衡功能，以補償由于發送和連接器導致的信號失真。信號調節IC022可提供時鐘恢復和數據重建，以進一步增強兩個傳輸方向上的信號質量。光電器件021包括光電接口 IC (圖2中的所示的301)、具有至少激光光源的至少一個光學發射器、以及具有多個光電二極管的至少一個光學接收器。如以上實施例所述的直接連接(粘接)到光電器件021的光纖線纜(圖9所示的211)穿過光纜03，并在光纜03的另一端連接到線纜插頭02上，形成光學通路031。這理解為，光纖線纜也可以被看成是光電器件021的一個組件。光纖控制器023通過低速控制信號線經電連接器連接到外部系統。線纜控制器023通過相應的控制管理接口連接到信號調節IC022和光電器件021內的光電接口 IC301。線纜控制器023被配置以根據存儲在線纜控制器的內部存儲器內的協議管理這兩個IC的操作。控制器023還可以根據來自外部系統的控制信號運行，并提供診斷信息給外部系統。可以有可選的電通路032嵌入在光纜03中，連接位于光纜03的兩端的線纜插頭02中的線纜控制器023。
[0039]圖15 (a)示出了根據圖14 (a)的實施例的與雷電連接器兼容的AOC線纜插頭的內部結構。圖15 (b)是圖15 (a)中所示的AOC線纜插頭的透視圖。參照圖15 (a)和圖
15(b)，與圖14 (b)所示的電連接器01對應的雷電連接器403直接連接到連接有光纖的光電器件020的電路基板310上。信號調節器和線纜控制器IC (未圖示)組裝在同一電路基板310上。雷電連接器403和光電器件020被包圍在金屬蓋401和402內。額外的外套404包圍住光電器件202以形成線纜插頭。
[0040]上述的實施例提供了最適合于主動式光纜應用的微型的連接有光纖的光電器件。通過允許光纖直接連接到光學器件上同時仍然便于制造，該光電器件設計相比常規的體積較大的光-機插頭系統具有優點。
[0041]雖然已經圖示并特別參照多個實施例描述了本專利申請，但應注意的是可以作出其它替換或修改而不脫離本發明的范圍。
[0042]本申請要求申請日為2012年4月24日的美國臨時專利申請N0.61/637，338的優先權，并將其全文引用于本申請中作為參考。
【權利要求】
1.一種光電器件，其特征在于，包括: 基板子器件，所述基板子器件包括基板、設置在所述基板上的固定器、光電接口 1C、以及多個光電元件；以及 線纜子器件，所述線纜子器件包括透鏡蓋、以及粘接在所述透鏡蓋上的多根光纖線纜；其中: 所述光電接口 IC和所述光電元件設置在所述固定器的側壁所形成的空腔中； 所述光電元件包括至少一個激光光源和多個光電二極管；且 所述透鏡蓋插入所述空腔內，從而與所述固定器固定接合。
2.根據權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述光電接口IC被配置以實現光學信號轉換為數字電信號。
3.根據權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述固定器進一步包括多個對準特征和卡扣特征，被配置用于實現基板子器件與線纜子器件的接合。
4.根據權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述至少一個激光光源和所述光電二極管是單線態形式或者陣列形式的。
5.根據權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述固定器的前側具有用于支撐所述光纖線纜的光纖線纜固定區域，所述線纜子器件進一步具有覆蓋光纖線纜的光纖蓋。
6.根據權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述透鏡蓋使用可模壓的光學材料制造，所述光學材料能夠在所述光纖線纜和所述光電元件之間提供光學通路。
7.根據權利要求3所述的光電器件，其特征在于，所述透鏡蓋的頂側具有光纖連接區域和線纜對接區域，所述光纖連接區域容納用于精確對準多根裸纖的多個光纖對準結構，所述線纜對接區域用于將光纖線纜粘接到透鏡蓋上，所述裸纖是光纖線纜的一部分。
8.根據權利要求7所述的光電器件，其特征在于，所述透鏡蓋的頂側進一步具有用于與所述固定器的卡扣特征相接合的多個結構。
9.根據權利要求7所述的光電器件，其特征在于，所述透鏡蓋的底側具有多個光學透鏡結構、多個對準腳和多個支撐腳，所述光學透鏡結構的數量與所述光纖對準結構的數量相匹配。
10.根據權利要求9所述的光電器件，其特征在于，所述對準腳插入所述對準特征，所述支撐腳設置在所述空腔的四角。
11.根據權利要求7所述的光電器件，其特征在于，所述固定器的側壁的頂部內側具有多個斜面特征，所述透鏡蓋的頂側具有多個第二斜面特征，所述固定器的斜面特征與所述透鏡蓋的斜面特征形成圍繞所述透鏡蓋和所述固定器之間的接觸面的波谷結構。
12.根據權利要求11所述的光電器件，其特征在于，在所述波谷結構中加入粘合劑以密封住所述透鏡蓋和所述固定器之間的任何空氣間隙。
13.根據權利要求12所述的光電器件，其特征在于，所述固定器的側壁具有一位于所述空腔內的臺階，用以防止粘合劑流到所述基板的表面。
14.根據權利要求9所述的光電器件，其特征在于，所述透鏡蓋進一步具有光束控制結構，所述光束控制結構直接位于光學透鏡結構的上方，用于導向光束，以允許在光學透鏡結構和光纖線纜之間耦合光學信號。
15.一種連接至電連接器的線纜插頭，其特征在于，所述線纜插頭包括:連接至所述電連接器的線纜控制器； 連接至所述線纜控制器和電連接器的信號調節器；以及 連接至所述線纜控制器和所述信號調節器的光電器件； 所述光電器件包括: 基板子器件，所述基板子器件包括基板、設置在所述基板上的固定器、光電接口 1C、以及多個光電元件；以及 線纜子器件，所述線纜子器件包括透鏡蓋、粘接在所述透鏡蓋上的多個光纖線纜、以及覆蓋所述光纖線纜的光纖蓋；其中: 所述光電接口 IC和所述光電元件設置在所述固定器的側壁所形成的空腔中； 所述光電元件包括至少一個激光光源和多個光電二極管；且 所述透鏡蓋插入所述空腔內，從而與所述固定器固定接合。
16.根據權利要求15所述的線纜插頭，其特征在于，所述信號調節器被配置用于提供高速信號接口，用于通過電連接器利用至少一個發送信道和一個接收信道與外部系統通信，所述發送信道和接收信道均以至少10吉比特/秒的數據率運行。
17.根據權利要求15所述的線纜插頭，其特征在于，所述線纜控制器被配置以根據存儲在所述線纜控制器的內部存儲器內的協議管理所述信號調節器和所述光電接口 IC的操作。
18.—種主動式光纜,包括: 第一電連接器；` 第二電連接器； 與所述第一電連接器相連的第一線纜插頭； 與所述第二電連接器相連的第二線纜插頭；以及 具有第一端和第二端的光纜，所述光纜的第一端和第二端分別與所述第一線纜插頭和所述第二線纜插頭連接； 其中所述第一線纜插頭和第二線纜插頭中的每一個都包括: 線纜控制器，與連接到所述線纜插頭的電連接器相連； 信號調節器，連接至所述線纜控制器和所述電連接器；以及 光電器件，連接至所述線纜控制器和所述信號調節器，所述光電器件包括光電接口 1C、至少一個光學發送器、至少一個光學接收器、以及穿過所述光纜的多根粘結的光纖線纜，所述多根光纖線纜連接到另一線纜插頭，從而形成光學通路。
19.根據權利要求18所述的主動式光纜，其特征在于，所述電連接器是雷電連接器。
20.根據權利要求18所述的主動式光纜，其特征在于，所述主動式光纜進一步包括分別覆蓋所述電連接器和所述光電器件的兩個金屬蓋、以及包圍所述光電器件的外套。
【文檔編號】G02B6/43GK103630988SQ201310145694
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年4月24日 優先權日:2012年4月24日
【發明者】洪偉, 小瑪格里特·P·巴納爾, 蕭天愷 申請人:新科實業有限公司