采用微型发光二极管进行高速短距离光通信的方法和装置制造方法及图纸

所公开的方法提供了通过光纤实现高速短距离通信的方式，使光纤代替标准铜导线更方便。这是针对网络高速通信中“最后一英里”问题的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用微型发光二极管进行高速短距离光通信的方法和装置
所提出的方案涉及一种用于短距离高速通信的方法和装置，并且特别涉及，在短距离光通信线路中采用发光二极管的方法和设备。
技术介绍
通过光纤的通信是成熟的技术。电子信号转换为光信号和光信号被耦合到光纤，光纤通过光线路承载光信号。在光纤的另一端，连接到光检测器以转换光信号为电子信号，完成连接。例如，将电子信号转换成光信号的装置，采用激光二极管，用于长距离超高速通信；采用发光二极管，用于中等距离高速通信。从发光二极管和激光二极管将信号耦合到光纤的装置是本领域的已知现有技术。美国专利5,448,676描述了将发光二极管对准到光纤的中心的装置，美国专利5,631,992强调使用棒状透镜将光源耦合到光纤，和美国专利公开号US2007/0031089描述了一个高效的光耦合的装置。美国专利4,466,696还描述了相似的将激光二极管或发光二极管耦合到光纤，从而该装置在两个点之间形成通信连接。所有这些方法都需要通过使用中介的光学设备，以实现机械匹配发光源的发射角和光纤的接收角。在将发光二极管耦合到光纤的一个持续的挑战，是发光二极管和光纤的物理尺寸的不匹配。名义上，多模光纤的直径为60至100微米。发光二极管的尺寸至少大三倍，名义上300微米。大部分光被丢失，除非使用折射光学系统以将光汇聚进入光纤。在使用激光二极管的情况下，其有一个较小的发射角和小光圈，激光二极管的成本和发射角度造成与发光二极管同样的问题。发光二极管，尽管成本低得多，并适用于中等距离，仍然未被考虑用于短距离。这是由于成本的限制。在长和中等距离通信中，能够以极高的速度进行大量的数据传输，从而成本容易根据流量摊分。在短距离内，数据量要少得多，并且通常由单个用户承担成本。这个短距离通信问题的一个例子被称为“最后一英里问题”。其做法是把光纤接到一个社区的公共点，这是常见的做法。从这个公共点，通过光缆线连接到每一个用户是昂贵而不可行的，也限制了可被提供给每个用户的带宽。这“最后一英里”的连接目前是使用铜导线，其具有有限的带宽。有需要实现将发光二极管耦合到光纤，即不使用任何辅助设备，例如折射光学系统和机械保持装置。
技术实现思路
所公开的专利技术提供了通过光纤实现高速短距离通信的方式，使光纤代替标准铜导线更方便。这是针对网络高速通信中“最后一英里”问题的解决方案。本申请的公开内容是特别有效地提供一种相比于现有技术中使用大模发光二极管或激光二极管，以非常低的成本建立短距离通信的装置。微发光二极管，比多模光纤的直径小得多，将其连接到光纤的一端，以提供一个将光(信号)耦合到光纤的耦合器，即提供，不需要使用折射元件以弥补所述光源的发射角与所述光纤的接收角之间的不匹配的光传播或通信。根据所提出的解决方案的一个方面，提供了一种光纤(即光纤芯)的耦合器，其将微发光二极管覆盖在光纤的一端的表面上。所述发光二极管被安装在具有连接有导线的接触垫的基板上。两个导线，用于提供连接到驱动电子设备，然后提供一种控制该发光二极管的电子装置。在所提出的方案的另一个方面，提供了一个耦合器，用于短距离高速通信，该耦合器包括：一个开口，用于接收和固定光纤电缆线的一端，所述开口限定了所述耦合器的纵向轴线，所述光纤具有直径；一个微LED晶粒具有基本上与所述纵向轴线共线的发射区。根据所提出的解决方案的另一个方面，提供了用于短距离高速通信的光连接，包括：至少一个光纤耦合器；具有至少一个端部切割垂直于所述轴线的光纤，所述端部被插入所述耦合器的所述开口，其中所述微LED邻接所述光纤的纤芯，所述LED的发光区的直径是至少比光纤的纤芯的直径小两倍。根据所提出的解决方案的另一个方面，提供了一种电信网络，包括一个本地信号分布点和在所述信号分布点和多个用户住所之间延伸的多个光连接。根据所提出的解决方案的另一个方面，提供了一种微型发光二极管(LED)安装组件，用于短距离高速通信的光纤，其具有一个直径，该组件包括：具有一正面和一反面的基板；和一个微LED晶粒安装在所述正面，所述LED具有发光区域，其直径比所述光纤的直径小三倍以上，其特征在于，在所述反面设置接触垫，用于连接到导线以驱动所述微LED。根据所提出的解决方案的另一个方面，提供了一种短距离通信系统，用于在第一和第二节点之间传输信号和数据中的至少一个，所述系统包括：在所述第一节点的第一微发光二极管(LED)组件；所述第一节点和所述第二节点之间的光纤，所述光纤具有第一端和第二端，每一光纤的端部具有一芯区；和在所述第二节点的第二微LED组件，每一个所述微LED组件包括具有发射区的微LED，安装每个微LED组件，以使对应的微LED发射区正交并邻接对应的所述光纤的端部，其中所述发射器比所述芯区至少小三倍。附图说明参照附图，通过本专利技术的实施方式的详细描述，本专利技术将被更好地理解，其中：图1是一个示意图，根据所提出的解决方案，示出了微发光二极管和光纤之间的对接耦合；图2是一个示意图，根据所提出的解决方案，示出了光纤在接受角内的全内反射；图3是一个示意图，根据所提出的解决方案，示出了一个印刷电路板组件的前视图；图4是另一示意图，根据所提出的解决方案，示出了一个印刷电路板组件的后视图；图5A是一示意图，根据所提出的解决方案，示出了耦合到光纤的插口；图5B是示意图，根据所提出的解决方案，示出了用于耦合多个光纤的一个载体；图5C是一示意图，示出了“最后一英里”的解决方案；图6是一个示意图，根据所提出的解决方案，示出了对于两个子信道的光谱强度变化曲线图；图7是一个示意图，根据所提出的解决方案，示出了上行频率滤波器图案；和图8是一个示意图，根据所提出的解决方案，示出了下游频率滤波器图案，其中类似的特征在附图中采用类似的附图标记。本申请中的参照限定词，诸如“顶部”和“底部”是参照附图中的方位进行说明的，不暗示任何绝对的空间取向。具体实施方式在发光二极管技术上的最新进展，使得有可能制造发光二极管器件，实现其直径小至几微米和表面积在几百微米以下。这样的设备，被称为微发光二极管，提供将所述光源直接耦合到光纤的方式，即，以提供如图1所示的光信号耦合。此外，这种装置可以被制造为具有集成凹面镜或微透镜，以提供比标准发光二极管窄的发射角。图1示出了多模光纤100，其具有包层102和一个微LED200设置在光纤100的一端的横断面104。典型地，光纤芯100名义上的直径为60微米，而微LED200名义上具有20微米的光通孔。在图示的实施中，微LED200安装在具有接触垫302的PCB载体300的基板上，图示中附加有导线304。示出的两个导线304可用于提供连接到电子驱动器(未示出)，以实现对微LED200的电子控制。PCB载体300的基板不需要是圆形的。这种微LED器件200的性能使得它们自己成为一个提供接近该光纤的接收角的角度的光线的装置。也就是说，这种微LED器件200使自己以一个角度202发射光线，其角度接近于光纤100的接受角，如图2所示。光，从这样一个小的光源(200)进入光纤100，将伸展为发射器202的角度，其比光纤100的接受角小，以确保了高效的光信号耦合。根据所提出的解决方案的实施例，提供一种组件400(图3和4)用于安装微LED200到光纤10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤耦合器，用于短距离高速通信，该耦合器包括：开口，用于接收和固定光纤电缆线的一端，所述开口限定所述耦合器的纵向轴线，所述光纤具有一个直径；一个微LED晶粒，具有基本上与所述纵向轴线共线的发射区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.15 US 61/727,0141.一种短距离高速通信的光学连接，包括：光纤耦合器，用于短距离高速通信，该耦合器包括：开口，用于接收和固定光纤电缆线的一端，所述开口限定所述耦合器的纵向轴线，所述光纤具有一个直径；一个微LED晶粒，具有基本上与所述纵向轴线共线的发射区；以及容纳部，垂直于所述纵向轴线，用于接收LED安装组件基板，其中所述基板还包括间隔件，用于抵靠所述光纤电缆线的切口端，并实现无需折射元件以弥补所述微LED晶粒的发射角与所述光纤的接收角之间的不匹配的光通信；以及具有至少一个端部切割垂直于所述轴线的光纤，所述端部被插入所述耦合器的所述开口，其中所述微LED邻接所述光纤的纤芯，所述LED的发光区的直径是至少比光纤的纤芯的直径小两倍。2.如权利要求1所述的光学连接，其中，所述耦合器进一步包括：LED安装组件基板，具有正面和背面，所述微LED安装在所述正面，其中，接触面设置在所述背面，用于连接到导线，以驱动所述微LED。3.如权利要求1所述的光学连接，包括第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，所述光纤具有垂直切割于所述轴线的第一和第二端部，每个光纤端部被插入到相应的光纤耦合器，每个所述光纤耦合器的中央微LED的发射区被构造为：以所述光纤的另一端的环状光检测区域敏感的波长发射。4.如权利要求3所述的光学连接，其中，每个光纤耦合器包括一陷波滤波器，设置在所述光纤耦合器的光检测区域上，所述陷波滤波器对在光纤另一端的所述耦合器的所述微LED发光区的发射波长敏感。5.如权利要求1所述的光学连接，其特征在于所述的光纤是多模光纤。6.一种电信网络，包括一个本地信号分布点和位于所述信号分布点和多个用户住所之间的多个如权利要求1所述的光学连接。7.一种微发光二极管(LED)安装组件，用于通过一个具有直径的光纤的短距离高速通信，所述组件包括：具有正面和背面的基板；和微LED晶粒，安装在所述正面，所述LED具有发光区域，其直径比所述光纤的直径小三倍以上，其特征在于，在所述背面设置接触垫，用于连接到导线以驱动所述微LED。8.如权利要求7所述的组件，其中所述微LED发射区位于该基板的中心。9.如权利要求7或8所述的组件，其中所述基板是大致圆形的。10.如权利要求7或8所述的组件，所述组件包括电子器件封装，其构造成驱动所述微LED与匹配与所述电子封装交换电信号的电信号阻抗。11.如权利要求7或8所述的组件，其中，所述微LED晶粒还包括环形光检测器，在所述微LED发射区周围。12.如权利要求11所述的组件，其中，所述组件包括在所述环形光检测器上的陷波滤波器。13.如权利要求12所述的组件，其中，所述陷波滤波器是一个膜或一个层。14.如权利要求7或8所述的组件，其中所述基板还包括间隔件，用于抵靠所述光纤电缆线的切口端。...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳吉布·阿什拉夫·克哈里德，
申请(专利权)人：四二三三九九九加拿大股份有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA