本發(fā)明涉及光收發(fā)器，具體地說，本發(fā)明涉及具有內(nèi)部光纖的光收發(fā)器，該內(nèi)部光纖使外部光學(xué)連接器與應(yīng)用在光收發(fā)器內(nèi)的光學(xué)裝置光耦合。

背景技術(shù)：

一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)光發(fā)送功能和光接收功能的類型的光學(xué)裝置通常被稱為光收發(fā)器。光收發(fā)器裝有用于光發(fā)送的光源的半導(dǎo)體激光二極管以及用于光接收的轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體光電二極管。當(dāng)光收發(fā)器用作垂直腔面發(fā)射激光二極管(vcsel)型的激光二極管光源時(shí)，必須有使光源的光軸成直角彎曲的功能。即，vcsel被安裝在電路板上，同時(shí)，設(shè)置在光收發(fā)器的光學(xué)插座內(nèi)的外部連接器具有與電路板垂直的光軸。因此，來自vcsel的光必須成直角彎曲以與外部光學(xué)連接器光耦合。一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部光纖可以使光學(xué)裝置與光學(xué)連接器光耦合，參見日本專利申請公開no.2008-090232。

耦合光學(xué)器件的內(nèi)部光纖不可避免地具有多余長度，以便吸收光學(xué)器件的尺寸公差，并且減小因施加在其上的應(yīng)力而產(chǎn)生的光學(xué)損耗。內(nèi)部光纖的多余長度的處理成為光收發(fā)器的機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要問題。上述現(xiàn)有專利文獻(xiàn)中所披露的光收發(fā)器通過柔性印刷電路(fpc)板將同光纖耦合的透鏡組件與電路板連接起來，以吸收器件的尺寸公差。然而，作為附加部分的fpc板提高了光收發(fā)器的裝配成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請的一方面涉及在發(fā)射通道和接收通道之間執(zhí)行全雙工通信的光收發(fā)器。光收發(fā)器包括光學(xué)插座、多光纖推入式(mpo)連接器、轉(zhuǎn)換器、光纖束、光纖托架和電路板。光學(xué)插座接納外部光學(xué)連接器。固定在光學(xué)插座內(nèi)的mpo連接器與外部連接器光耦合。轉(zhuǎn)換器包括設(shè)置有l(wèi)d元件的激光二極管(ld)芯片，以及設(shè)置有pd元件的光電二極管(pd)芯片。光纖束包括內(nèi)部光纖，內(nèi)部光纖使mpo連接器與ld芯片和pd芯片光耦合，其中，光纖束具有比光學(xué)插座與轉(zhuǎn)換器之間的距離長的額外長度。光纖托架將光纖束固定在其中。具有主表面的電路板在其主表面上安裝有l(wèi)d芯片、pd芯片和光纖托架。本申請的光收發(fā)器的特征在于，光纖托架在轉(zhuǎn)換器與光學(xué)插座之間安裝在電路板上，并且光纖束在光纖托架中與連接轉(zhuǎn)換器和光學(xué)插座的方向相平行地卷曲(即，沿光收發(fā)器的縱向卷曲)。

優(yōu)選地，光纖托架具有將光纖束固定在其中的空間，該空間具有傾斜于與連接轉(zhuǎn)換器和光學(xué)插座的方向垂直的方向(即，傾斜于光收發(fā)器的橫向)的內(nèi)表面。

附圖說明

參考附圖根據(jù)以下對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，將更好地理解上述和其它目的、方面以及優(yōu)點(diǎn)，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光收發(fā)器的外觀；

圖2示出了圖1中所示的光收發(fā)器的內(nèi)部；

圖3也示出了圖1所示的光收發(fā)器的內(nèi)部；

圖4示出了裝配有電路板的耦合部分的剖視圖；

圖5是內(nèi)部光纖的透視圖；

圖6是電路板的透視圖；

圖7a和圖7b示出了光纖托架；

圖8a至圖8d示出了通過光纖托架固定內(nèi)部光纖的機(jī)構(gòu)；

圖9a和圖9b分別示出了從光纖托架的前方和后方觀看到的光纖托架；并且

圖10a是從光纖托架的側(cè)面觀看到的光纖托架的透視圖，其中，光纖托架的一部分被切掉以示出其內(nèi)部，并且圖10b示出了從光纖托架的后面觀看到的光纖托架的剖視圖。

具體實(shí)施方式

接下來，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明并不受限于實(shí)施例，而是可以包括在權(quán)利要求及其等同內(nèi)容的范圍內(nèi)對實(shí)施例的全部修改和變型。另外，在附圖的說明中，彼此相同或相似的附圖標(biāo)記或符號將指代彼此相同或相似的元件，并且不重復(fù)進(jìn)行解釋。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的光收發(fā)器的外觀，其中，光收發(fā)器1遵循被稱為四通道小型封裝可熱插拔(qsfp)的多源協(xié)議(msas)中的一種。光收發(fā)器1可以可插拔地裝在主機(jī)系統(tǒng)上并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)光發(fā)送和光接收的功能。光收發(fā)器1在光發(fā)送中設(shè)置有四個(gè)通道并且在光接收中設(shè)置有另外四個(gè)通道，其中，各個(gè)通道具有例如10gbps或25gbps的速度性能。因此，光收發(fā)器1可在高達(dá)10gbps×4＝40gbps或25gbps×4＝100gbps的通信容量下運(yùn)行。本發(fā)明的光收發(fā)器將其應(yīng)用引進(jìn)到傳輸長度被限制在幾百米到幾千米的數(shù)據(jù)中心內(nèi)的通信。

光收發(fā)器1設(shè)置有將電路板2封裝在其中的殼體3。具體地說，光收發(fā)器1的殼體3可以由形成封裝電路板2的空間的頂部殼體4和底部殼體5構(gòu)成，其中，電路板2安裝在底部殼體5上。在本實(shí)施例中，頂部殼體和底部殼體可以由鋁(al)和/或鋅(zn)合金的壓鑄形成，但頂部殼體和底部殼體也可以由表面上具有金屬涂層以提高emi屏蔽性能的樹脂制成。

光收發(fā)器1在其一端還設(shè)置有mpo(多光纖推入式)連接器6，其中，mpo連接器6將外部光學(xué)連接器接納在其中。在以下解釋中，方向“前”和/或“前方”與設(shè)置mpo連接器6的一側(cè)對應(yīng)，另一方向“后”和/或“后方”是設(shè)置電插頭2的一側(cè)。然而，這些方向僅僅是出于解釋的原因而假定的，并且本發(fā)明的范圍不受這些假定的影響。光收發(fā)器1還可以在各個(gè)側(cè)部中設(shè)置滑動(dòng)件7以及與滑動(dòng)件7結(jié)合的拉桿8。在推拉拉桿8時(shí)，滑動(dòng)件7可以沿連接前側(cè)和后側(cè)的方向縱向地滑動(dòng)。

滑動(dòng)件7在各自的后端設(shè)置有從殼體3的側(cè)部突起的突起部71。滑動(dòng)件7在其與突起部71相鄰的后部分處向內(nèi)彎曲。將光收發(fā)器1插入主機(jī)系統(tǒng)中所配備的保持架中，各端中的滑動(dòng)件7可以被設(shè)置在殼體3的側(cè)壁的凹部31內(nèi)。當(dāng)光收發(fā)器1被設(shè)置在保持架內(nèi)時(shí)，保持架中的片部抵靠在凹部31的后壁31a上，這防止了光收發(fā)器1從保持架滑離。在光收發(fā)器1處于保持架中的這種狀態(tài)下向前滑動(dòng)拉桿8，這將推擠滑動(dòng)件7的端部分從而向外推動(dòng)突起部71，抵靠在后壁31a上的保持架中的片部可以從后壁31a脫開；然后，可以將光收發(fā)器從保持架抽出。

圖2和圖3是示出光收發(fā)器1的內(nèi)部的透視圖，其中，圖2去除了拉桿8、滑動(dòng)件7和頂部殼體4，并且圖3進(jìn)一步去除了底部殼體5、光纖托架11、夾具12和支撐件13，其中，光纖托架11、夾具12和支撐件13將在后文中描述。除了mpo連接器6和電路板2之外，光收發(fā)器1還將耦合部分9、內(nèi)部光纖束10、光纖托架11、夾具12和支撐件13這些部件封裝在形成于頂部殼體4與底部殼體5之間的空間中。

在光收發(fā)器1中，在將半導(dǎo)體光學(xué)裝置的光軸設(shè)定為垂直于電路板2的主表面的情況下，將半導(dǎo)體光學(xué)裝置安裝在電路板2上。另一方面，mpo連接器6的光軸(確切地說，設(shè)置在mpo連接器6內(nèi)的mt(機(jī)械傳輸)插芯的光軸)平行于電路板2的主表面延伸。即，電路板2上的半導(dǎo)體光學(xué)裝置的光軸與mt插芯的光軸成90°角。設(shè)置在光收發(fā)器1中的耦合部分9可以將這些光軸對準(zhǔn)。耦合部分9可以在被支撐件13包圍并支撐的狀態(tài)下安裝在電路板2上。

包括內(nèi)部光纖10c的光纖束10使mpo連接器6中的mt插芯與耦合部分9光耦合。如圖3所示，光纖束10設(shè)置有布置成陣列并且在相應(yīng)端與mt連接器10a和10b耦合的內(nèi)部光纖10c。本實(shí)施例中的各內(nèi)部光纖10c彼此獨(dú)立，并且同mpo連接器6中的mt連接器10a與耦合部分9之間的距離相比各自具有額外長度。因此，這種內(nèi)部光纖10c可以吸收mt連接器10a與mt連接器10b之間的位置公差或尺寸公差。

設(shè)置在mpo連接器6與耦合部分9之間并且安裝在電路板2上的光纖托架11可以接納內(nèi)部光纖10c的額外長度。本實(shí)施例的光收發(fā)器1的一個(gè)特征在于，僅一部分布置內(nèi)部光纖10c的光纖托架11具有大致等于mpo連接器6和/或耦合部分9的尺寸(特別是橫向?qū)挾鹊某叽?。換言之，電路板2安裝有這樣的光纖托架11：光纖托架11的橫截面和底部輪廓分別與殼體3的橫截面和電路板2的面積相當(dāng)。

將耦合部分9設(shè)置在電路板2上的設(shè)計(jì)位置的支撐件13具有字符c的平面形狀，其中由字符c中的各個(gè)條部(bar)包圍的內(nèi)部空間將耦合部分9固定在其中。支撐件13也固接在電路板2上。夾具12可以與支撐件13協(xié)作將耦合部分9固接于電路板2，并且將mt連接器10b與耦合部分9固定。

圖4是安裝在電路板2上的耦合部分9的剖視圖。電路板2在其主表面2a上安裝有l(wèi)d芯片2b，ld芯片2b整合有布置成陣列的ld元件。本實(shí)施例中的ld元件為朝向與電路板2的主表面2a垂直的方向發(fā)射ld光的垂直腔面發(fā)射ld(vcsel)的類型。電路板2還安裝有pd芯片2c，pd芯片2c整合有布置成陣列的pd元件。在圖4中pd芯片2c放置在ld芯片2b的后面，并且pd芯片2c將在圖6中示出?？赏ㄟ^內(nèi)部光纖10c接收來自mpo連接器6的光信號的pd元件沿與ld元件的陣列相同的橫向布置成陣列。電路板2在其主表面2a中還安裝有監(jiān)視器pd(mpd)2d。mpd2d也整合有與ld元件和pd元件一樣橫向布置的pd元件。mpd2d中的pd元件可以感測從ld元件輸出的光信號。因此，mpd2d安裝在電路板2上，使得mpd2d中的pd元件與ld元件大致平行。

電路板2在其主表面2a中還安裝有諸如下述電子器件：激光驅(qū)動(dòng)器2e，其整合有各自獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)ld元件的驅(qū)動(dòng)元件；以及前置放大器2f，其還整合有放大從pd芯片2c中的pd元件輸出的信號的放大器元件等。這些電子裝置2e和2f優(yōu)選地設(shè)置為盡可能靠近ld芯片2b和pd芯片2c，這是由于光學(xué)裝置2b和2c與電子裝置2e和2f之間的距離嚴(yán)重地影響電子信號的質(zhì)量，尤其是當(dāng)電子信號包括超過數(shù)千兆赫茲的極高頻分量時(shí)。

覆蓋了包括ld芯片2b和pd芯片2c的光學(xué)半導(dǎo)體裝置的耦合部分9與電路板2固接。耦合部分9設(shè)置有反射表面9a，反射表面9a法線相對于電路板2的主表面2a成45°的角度。耦合部分9還設(shè)置有透鏡9b至9d，透鏡9b至9d用于將從ld元件輸出的散射光轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直光或者將準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為用于pd元件的會(huì)聚光。耦合部分9還裝配有反射鏡9e，反射鏡9e反射從ld元件輸出并透過反射表面9a的光。耦合部分9可以由模制樹脂制成。

如上文所述，從ld芯片2b輸出的光被透鏡9b轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直光束，被反射表面9a反射為使光的光軸成直角彎曲從而指向前方，并且被前部透鏡9d會(huì)聚在保持在mt連接器10b中的內(nèi)部光纖的端部上。盡管未在附圖中示出，但反射表面9a設(shè)置有具有三角形截面的尖部或肋部。被透鏡9b準(zhǔn)直的光中的進(jìn)入反射表面9a中的尖部的部分透過尖部并且朝向反射鏡9e行進(jìn)從而被反射。被反射鏡9e反射的光的一部分朝向電路板2行進(jìn)并且最終被透鏡9c會(huì)聚在mpd2d上。因此，在反射表面9a中形成的尖部使安裝在主表面2a上的mpd2d能夠感測從ld芯片2b輸出的光的功率。

來自設(shè)置在mpo連接器6內(nèi)的外部光學(xué)連接器的光經(jīng)過內(nèi)部光纖10c的傳播從耦合部分9的前端進(jìn)入耦合部分9。進(jìn)入耦合部分9的光被透鏡9d轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直光束，被反射表面9a反射為使其光軸成90°彎曲，并且最終會(huì)聚在pd芯片2c的pd元件上。

圖5是光纖束10和附接固定在光纖束的各端的mt連接器10a和10b的透視圖。本實(shí)施例中的光纖束10包括兩端分別終止于mt連接器10a和mt連接器10b的十二(12)個(gè)內(nèi)部光纖10c。mt連接器10a和10b設(shè)置有mt插芯10d，mt插芯10d在其一個(gè)端面中將內(nèi)部光纖10c的末端10f露出。mt插芯10d的端面在內(nèi)部光纖10c露出的末端10f的兩側(cè)還設(shè)置有引導(dǎo)孔10e。mt插芯10d的另一端面還設(shè)置有保護(hù)罩10g，保護(hù)罩10g保護(hù)在由mt插芯10d保持的部分中的內(nèi)部光纖10c。

如已描述的，本實(shí)施例的光收發(fā)器1具有發(fā)送彼此獨(dú)立的四(4)個(gè)信號并且接收同樣彼此獨(dú)立的四個(gè)信號的功能，這意味著光收發(fā)器1用作四個(gè)光發(fā)射器件和四個(gè)光接收器件。為了實(shí)現(xiàn)全雙工構(gòu)造，光收發(fā)器1必須使用八(8)個(gè)內(nèi)部光纖10c。然而，如上文所述，光收發(fā)器1實(shí)際裝有十二(12)個(gè)內(nèi)部光纖10c，其中布置在光纖束10的每一側(cè)的四個(gè)內(nèi)部光纖10c傳輸光學(xué)信號。布置在光纖束10中央的其余四個(gè)內(nèi)部光纖10c不傳輸任何光信號。這是出于減少光收發(fā)器的成本的原因。即，包括十二個(gè)光纖的光纖束是本領(lǐng)域常用的，并且采用容易獲得的部件導(dǎo)致成本的減少。內(nèi)部光纖10c具有足夠?qū)t連接器10a和10b連接起來的長度，從而不產(chǎn)生應(yīng)力但也不形成環(huán)。

圖6是固定光纖束10的光纖托架11的透視圖，其中，光纖托架11安裝在電路板2上。電路板2還安裝有l(wèi)d芯片2b、pd芯片2c、mpd2d、ld驅(qū)動(dòng)器2e的電子器件、前置放大器2f等。光纖托架11固定內(nèi)部光纖10c的額外部分，并且光纖托架11的布置是本發(fā)明的特征。

圖7a至圖8d示出了設(shè)置在光纖托架11內(nèi)的內(nèi)部光纖10c的布置，其中，圖7a和圖7b示出了從前方觀看到的內(nèi)部光纖10c的布置，而圖8a示出了不受光纖托架11影響的內(nèi)部光纖10c的布置，圖8b和圖8c示出了從側(cè)邊觀看到的內(nèi)部光纖10c的布置，并且圖8d示出了從前方觀看到的布置。

如圖8a所示，在將內(nèi)部光纖10c用在光收發(fā)器1中之前，內(nèi)部光纖10c可以直線延伸。當(dāng)內(nèi)部光纖10c具有相對較短的長度時(shí)，該長度仍比mpo連接器6與耦合部分9之間的距離長從而留有額外長度；如圖7a和圖8b所示，即使在將內(nèi)部光纖10c設(shè)置在光纖托架11內(nèi)時(shí)，內(nèi)部光纖10c也不觸碰光纖托架11的頂板11a。

然而，當(dāng)內(nèi)部光纖10c具有足夠的額外長度時(shí)，如圖8c所示，在將光纖托架11安裝在電路板2上之后，內(nèi)部光纖10c觸碰頂板11a。如圖8d所示，由于頂板11a的內(nèi)表面朝向側(cè)邊傾斜，因此當(dāng)將光纖托架11固接于電路板2時(shí)，觸碰頂板11a的內(nèi)部光纖10c可以在傾斜的頂板上朝向側(cè)邊滑動(dòng)而不產(chǎn)生任何應(yīng)力。

如圖7b所示，即使當(dāng)內(nèi)部光纖10c具有較長的額外長度時(shí)，本發(fā)明所描述的光纖托架11也容易將內(nèi)部光纖10c成對角地固定在其中。上述傾斜的頂板11a是沿光收發(fā)器1的橫向引導(dǎo)內(nèi)部光纖10c的表面。在實(shí)例中，傾斜的頂板11a與電路板2的主表面2a成一定角度；即，傾斜的頂板11a在光收發(fā)器1的橫向上相對于電路板2不平行地延伸。傾斜的頂板11a還與頂部殼體4的內(nèi)表面成一定角度。

圖9a示出了從前方觀看到的光纖托架11的外觀，圖9b是從后方觀看到的光纖托架11的外觀，圖10a示出了側(cè)剖視圖，并且圖10c示出了光纖托架11的后剖視圖。可由樹脂制成的光纖托架11設(shè)置有第一側(cè)壁11b、第二側(cè)壁11c以及將側(cè)壁11b和11c連接起來的頂壁11d。第二側(cè)壁11c的前端和后端分別設(shè)置有前平臺11f和后平臺11g，前平臺11f和后平臺11g均朝向第一側(cè)壁11b突出。這兩個(gè)平臺11f和11g與頂壁11d可以形成從前向后延伸的窗口11e。前平臺11f和后平臺11g還分別相對于第一側(cè)壁11b形成引導(dǎo)部11h和11i。盡管窗口11e具有比mt連接器10a和10b狹窄的面積，但可以將內(nèi)部光纖10c穿過引導(dǎo)部11h和11i設(shè)置在窗口內(nèi)。側(cè)壁11b和11c設(shè)置有向下延伸的腿部11b1和11c1，并且腿部11b1和11c1設(shè)置有鉤鎖電路板2的背面的鉤部11b2和11c2。因此，光纖托架11可以固接于電路板2。

參考圖10a，如上文所述，本實(shí)施例的光纖托架11設(shè)置有傾斜的頂板11a，傾斜的頂板11a具有沿光收發(fā)器1的縱向的拱形截面。此外，在從前方或后方觀看時(shí)，光纖托架11的頂壁11d具有隨著靠近引導(dǎo)部11h和11i而逐漸減小的厚度，如此可以形成傾斜的頂板11a。因此，即使當(dāng)內(nèi)部光纖10c設(shè)置有足夠的額外長度時(shí)，內(nèi)部光纖10c的額外部分也可以在傾斜的頂板11a上朝向引導(dǎo)部11h和11i側(cè)滑動(dòng)。

本實(shí)施例所描述的光纖托架11設(shè)置有用于固定內(nèi)部光纖10c的額外長度的空間并且該空間具有傾斜的頂板11a。由于實(shí)施例的內(nèi)部光纖10c或光纖束10具有帶狀光纖或束狀陣列的布置；因此其額外長度可以沿垂直于帶狀平面或陣列平面的方向彎曲或卷曲。當(dāng)mt連接器10a或10b布置為使得光纖束10在光收發(fā)器1中上下延伸時(shí)，光纖托架11優(yōu)選地設(shè)置有帶傾斜側(cè)壁的用于固定內(nèi)部光纖10c的內(nèi)部空間。即，側(cè)壁11b和11c中至少一個(gè)優(yōu)選地具有沿豎直方向傾斜的內(nèi)表面。

本申請要求2016年2月29日提交的日本專利申請no.2016-037806的優(yōu)先權(quán)，該專利申請通過引用的方式并入本文。