光学连接组件制造技术

本发明专利技术提供一种高速光学连接组件，其包括用于响应于施加的电信号而发射调制光束的固体激光器元件。该光学连接组件还包括光学透镜，其相对于该固体激光器元件定位在该光学透镜能减弱发射光束发散的预定位置。该光学透镜形成在该预定位置，使得该光学透镜相对该固体激光器元件固定。该光学连接组件还包括具有导引光的波导芯的光波导。该光波导具有第一和第二端部。该第一端部被定位成将来自该光学透镜的调制光耦合进该波导芯。此外，该光学连接组件还包括接收器，用于从该光波导的第二端部接收调制光，并被配置成将调制光转换成相应的电信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种光学连接组件。本专利技术具体地但不限于涉及一种以几个Gb/s以上的容量传输数据的光学连接系统。
技术介绍
现今的大型多处理器计算机系统包括数以百计的CPU和具有百万兆 内存的数据存储设备。处理器之间的数据传输需要宽的带宽，并且近十 年会需要几个Tb/s的数据传输速率。目前，电链路正被用于建立芯片之间的连接。电连接是可靠的，并 可以成本效益的方式制造它们。然而，电连接对于高速数据传输具有基 本的物理限制，其涉及到电力需求、传输延迟、可行的封装密度等。可选择地，可以使用光链路建立芯片之间的数据传输，与电连接相 比其有许多优点。光链路可用于计算机中和各信号处理器之间的高速数 据总线，如在移动电话中的信号处理器。使用这种"光互连"(OI)还具有的 额外优点在于数据传输不会受到电磁干扰。许多OI结构已经被提出用于高速数据通信，包括聚合物波导、光纤 传像、光纤带以及使用透镜和反射镜的自由空间光连接。利用高速光纤链路建立芯片到芯片或"片间"连接具有显著优点，与 电连接所需的相比，输入和输出平台尺寸降低至约1/500，通量密度可提 高约1000倍，能量消耗可降低至约1/4，而且数据传输速率可以超过 1Tb/s。01包括光发射器、光波导和光接收器。设计具有低比特误码率(BER) 的OI的关键问题是传输距离、光波导的性能(如发散、耦合损耗)以及光 源和接收器的性能。然而，对于芯片之间的短光链路而言，光波导的损 失和导引光的发散可以忽略不计，因此，设计OI的剩下关键问题是光源的性能、接收器的性能以及它们之间的耦合。通常以低成本半导体激光器的形式来提供光源，如边缘发射激光器或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。 VCSEL通常比较紧凑，易于在一维 或二维空间集成，这有利于高密度并行互连所需要的小型设计。VCSEL发射的激光束通常具有圆形强度分布，并且最初直径只有几 个pm。即使发散角相对较小(通常10-15度)，发射的激光可以耦合进其 中的光纤的纤芯也需要非常接近VCSEL定位，以减少耦合损耗。通常使 用芯径为62.5jam (多模)或7-9pm (单模)的光纤，并且光纤的端面需要沿 VCSEL的轴向在约100nm内定位和沿面内方向在几个微米内定位，以使 耦合损耗最小。光纤的这种精确定位很繁琐并且昂贵。为了能够进行高速数据传输，如10Gb/s以上速率的数据传输，需要 使用较小芯径的光纤。这种较小芯径进一步减少了光纤定位中的容差， 从而导致了重大的技术挑战。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供一种光学连接组件，其包括 固体激光器元件，用于响应于施加的电信号而发射调制光束；光学透镜，其相对于所述固体激光器元件定位在当使用所述光学透 镜时能减弱发射光束发散的预定位置，所述光学透镜形成在所述预定位置，使得所述光学透镜相对于所述固体激光器元件固定；具有导引光的波导芯的光波导，所述光波导具有第一和第二端部， 所述第一端部被定位成将来自所述光学透镜的调制光耦合进所述波导芯；禾口接收器，用于从所述光波导的第二端部接收调制光，并被配置成将 调制光转换成相应的电信号。所述光学连接组件具有重大的实用优势。由于所述光学透镜，减弱 激光束的发散，因此所述光波导(如光纤)的准确定位不那么至关重要。结 果，封装容差增大，制造成本降低。此外，由于所述光学透镜相对于所述固体激光器元件固定并定位在所述预定位置，因此可以避免对透镜的 调整，这也降低了生产成本。所述光学连接组件可以被配置成以超过l或5Gb/s的速率传输数据， 通常被配置成以超过10或15 Gb/s的速率传输数据。所述光纤的直径可以为10|am-40fam，通常约3(Him。所述光纤可以 是多模或单模光纤。所述光学透镜通常被配置成减弱发射激光的发散，使得发射激光可 以很低损耗耦合进所述光纤的纤芯中。例如，如果使用具有光束发散的 常规固体激光器，那么对于10|am、 20pm和30pm的芯径，所述激光器 和所述光纤的端部之间的距离可以分别小于lOO)am、 20(^m或30(Vm，以实现最低的耦合损耗。所述光学透镜通常被定位和配置成在使用所述光学透镜时使发射激 光基本上被准直。所述光学透镜可以形成在所述固体激光器元件的一部分上。在本发 明的一个实施例中，所述光学透镜和所述固体激光器元件是单片集成的， 这进一步降低了制造成本，并有利于尺寸减小。所述固体激光器可以任何合适的形式提供，但通常是垂直腔表面发 射激光器(VCSEL)。所述固体激光器通常包括第一和第二分布布拉格反 射器(DBR)。在一个实施例中，所述光学透镜形成在一个DBR的外表面上。VCSEL通常包括夹在第一和第二DBR之间的有源区。VCSEL通常 具有用于将激励电流施加到有源区的第一和第二电接头。VCSEL通常设 有散热器，用于散去在使用时由通过有源区的电流所产生的热量。所述接收器通常是谐振腔增强型光电二极管(RCE-PD)、正-本征-负 (PIN)光电二极管或雪崩光电二极管。RCE-PD通常包括有源区以及用作 反射器的第一和第二 DBR。 RCE-PD通常具有与VCSEL类似的结构，其 中第一和第二电接头响应于吸收的光在有源区接收光电流。RCE-PD通 常设有散热器，用于散去由通过RCE-PD的有源区的电流所产生的热量。本领域技术人员可以理解，合适的固体激光器元件也可以作为响应 于接收的光信号而产生电信号的接收器。在一个实施例中，所述接收器也以固体激光器元件的形式提供，如VCSEL。所述固体激光器元件中的 任一个可用作发射器，而另一个固体激光器元件作为接收器，其中一个 反射镜通常具有数量减少的DBR层。在本专利技术的一个具体实施例中，所述光学连接组件还包括金属基底 或层，以固体激光器元件或接收器的形式提供的至少一个光学元件定位 在其上。例如，所述或每个光学元件可以在所述金属基底或层上直接定位。 可选择地，所述或每个光学元件可以在于所述金属基底或层上直接定位 的另一层上定位，如粘合材料层。光学元件，如VCSEL，在操作过程中发热，这会影响光学元件的性 能。例如，VCSEL中的发热可能导致发射激光的波长的热漂移。由于在 上述具体实施例中，所述或每个光学元件定位在金属层或基底上，所以 因金属材料通常非常大的导热系数而可以减少或避免所述光学元件变 热。如果需要相对较大的电流以补偿VCSEL和光纤之间可能发生的耦合 损耗，使得能够保证对于较长通信距离所需的光强度，那么这是特别有 利。所述金属层或基底通常是金属基底并可以由导热系数大约为230 W/mK的铝构成。所述光学连接组件通常还包括绝缘层，其邻近至少一个以固体激 光器元件或接收器的形式提供的光学元件的至少一个侧部。此外，所述 光学连接组件通常包括与所述或各自的光学元件电连接的导电层部分， 所述导电层部分与所述绝缘层重叠，并远离所述或各自的光学元件延伸， 使得可以通过在远离所述或每个光学元件的位置接触所述导电层部分而 实现所述或每个光学元件的电连接。例如，光学元件(其可以是以集成电路元件的形式提供的VCSEL)的 传统引线接合，通常导致电线在VCSEL的上表面上突出大约50 -100pm。因此，往往极难或不可能在靠近VCSEL上表面(在几十微米内)处准确定位光纤。可选择地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速光学连接组件，其包括：　固体激光器元件，用于响应于施加的电信号而发射调制光束；　光学透镜，其相对于所述固体激光器元件定位在当使用所述光学透镜时能减弱发射光束发散的预定位置，所述光学透镜形成在所述预定位置，使得所述光学透镜 相对于所述固体激光器元件固定；　具有导引光的波导芯的光波导，所述光波导具有第一和第二端部，所述第一端部被定位成将来自所述光学透镜的调制光耦合进所述波导芯；和　接收器，用于从所述光波导的第二端部接收调制光，并被配置成将调制光转换成 相应的电信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李用卓，卡迈勒阿拉梅，
申请(专利权)人：埃迪斯科文大学，光州科学技术院，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]