CN120802438B - 可插拔光纤fa-cpo接口封装结构及方法 - Google Patents

可插拔光纤fa-cpo接口封装结构及方法

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Abstract

本发明提出了可插拔光纤FA‑CPO接口封装结构及方法，其中的封装结构包括基座、光纤阵列、PIN针和准直透镜；基座采用玻璃材质，基座顶面上设有第一定位槽；光纤阵列包括压块和多条光纤，压块上设有安装槽和第二定位槽，多条光纤装配于安装槽中且通过粘胶剂粘接；PIN针固定安装于基座上，且与压块对接；或PIN针固定安装于压块上，且与基座可拔插连接；准直透镜安装于基座上，且与多条光纤耦合。通过第一定位槽和第二定位槽，其中一个与PIN针固定连接，另一个与PIN针可插拔连接，实现光纤与准直透镜的耦合，以解决玻璃基座上无法直接加工出足够容纳PIN针长度的插孔的问题，同时可以保证PIN针的位置精度。

Description

可插拔光纤FA-CPO接口封装结构及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及可插拔光纤FA-CPO接口封装结构及方法。
背景技术
光通信领域中，传统的连接方式，叫做可插拔。光引擎是可插拔的光模块，光纤过来以后，插在光模块上，然后通过SerDes（SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的简称）通道，送到网络交换芯片。CPO，英文全称 Co-Packaged Optics，共封装光学/光电共封装，是将网络交换芯片和光引擎共同装配在同一个 Socketed（插槽）上，形成芯片和模组的共封装。MPO，英文全称Multi-fiber Push On，多光纤推接连接器，是由多个光纤构成的光纤连接器。
传统的MPO/CPO接口使用塑料基座或者玻璃基座，组合时需要将PIN针与FA（英文全称Fiber Array，光纤阵列）连接，但是塑料基座不耐高温，导致加热时承载PIN针的塑料基座上插针之间位置精度变化；当在玻璃基座上配置光纤阵列FA和PIN针时，玻璃耐高温但是比较脆，无法直接加工出足够容纳PIN针长度的插孔。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了可插拔光纤FA-CPO接口封装结构及方法，以解决上述背景技术中提出的塑料基座不耐高温，导致加热时承载PIN针的塑料基座上插孔之间位置精度变化；玻璃基座耐高温但是比较脆，无法直接加工出足够容纳PIN针长度的插孔的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明提供了可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，包括基座、光纤阵列、PIN针和准直透镜，其中：
所述基座采用玻璃材质，所述基座顶面上设有第一定位槽；
所述光纤阵列包括压块和多条光纤，所述压块上设有安装槽和第二定位槽，多条所述光纤装配于所述安装槽中且通过粘胶剂粘接；
所述PIN针固定安装于所述基座上，且与所述压块对接；或所述PIN针固定安装于所述压块上，且与所述基座可拔插连接；
所述第一定位槽和所述第二定位槽，其中一个用于与所述PIN针固定连接，另一个与所述PIN针可插拔连接；
所述准直透镜安装于所述基座上，且与所述多条光纤耦合。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述PIN针固定安装于所述基座的第一定位槽中，所述PIN针插入所述第二定位槽中，所述压块覆盖安装于所述基座上，以使得所述第二定位槽的内壁抵触压紧所述PIN针。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括盖板，所述盖板上设有第三定位槽，所述盖板覆盖安装于所述基座上，所述第三定位槽与所述第一定位槽相对设置以形成夹持固定所述PIN针的夹持孔，所述PIN针用于与所述夹持孔可拔插连接；
所述光纤阵列还包括底座，所述底座上设有第四定位槽，所述PIN针固定安装于所述底座的第四定位槽中，所述压块与所述底座连接，第二定位槽与所述第四定位槽相对设置，以使得所述第二定位槽的内壁接触压紧所述PIN针。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述PIN针的直径精度在±0.1um的范围内，所述PIN针的位置精度在±3um的范围内，所述光纤的位置精度需满足在±0.5um的范围内。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述准直透镜与所述光纤耦合需满足光束中心位置在X方向的偏移量和Y方向的偏移量均在±5um的范围内。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一定位槽、所述第三定位槽、所述第四定位槽和所述第二定位槽的截面呈V形或半圆形。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述安装槽的截面呈V形或半圆形。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括汇聚透镜，所述汇聚透镜安装于所述基座上且与所述多条光纤耦合，所述汇聚透镜位于所述准直透镜远离所述底座的一侧。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述基座顶面远离所述盖板的一端设有粘接部，所述粘接部用于粘接PIC芯片。
第二方面，本发明提出了可插拔光纤FA-CPO接口封装方法，使用如第一方面所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，包括：
将准直透镜安装于基座上；
将多条所述光纤装配于所述安装槽中且通过粘胶剂粘接；
将所述PIN针固定安装于所述第一定位槽和所述第二定位槽其中的一个；
将PIN针插入所述第一定位槽和所述第二定位槽其中的另一个，以使得准直透镜与光纤耦合。
本发明的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构及方法相对于现有技术具有以下有益效果：
（1）通过所述基座采用玻璃材质，所述基座顶面上设有第一定位槽；所述压块上设有安装槽和第二定位槽，多条所述光纤装配于所述安装槽中且通过粘胶剂粘接，所述第一定位槽和所述第二定位槽，其中一个用于与所述PIN针固定连接，另一个与所述PIN针可插拔连接，实现光纤与基座上的准直透镜的耦合，以解决玻璃基座上无法直接加工出足够容纳PIN针长度的插孔的问题，同时可以保证PIN针的位置精度；
（2）通过所述PIN针固定安装于所述基座的第一定位槽中，所述PIN针插入所述第二定位槽中，所述压块覆盖安装于所述基座上，以使得所述第二定位槽的内壁抵触压紧所述PIN针，实现基座与光纤阵列的定位和连接，从而实现光纤与基座上的准直透镜的耦合；
（3）通过所述PIN针固定安装于所述底座的第四定位槽中，所述压块与所述底座连接，所述第二定位槽的内壁接触压紧所述PIN针，实现PIN针的固定；所述盖板与所述基座固定连接，形成所述夹持孔，所述PIN针插入所述夹持孔中，实现基座与光纤阵列的定位和连接，从而实现光纤与基座上的准直透镜的耦合；
（4）通过所述PIN针的直径精度在±0.1um的范围内，所述PIN针的位置精度在±3um的范围内，所述光纤的位置精度需满足在±0.5um的范围内，确保PIN针在连接基座和光纤阵列后，准直透镜与光纤的耦合满足精度要求；
（5）通过所述第一定位槽、所述第二定位槽、所述第三定位槽和所述第四定位槽的截面呈V形或半圆形，便于实现PIN针的压紧，同时方便在玻璃材质的基座上开槽，提高装置的加工便利性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的一种可插拔光纤FA-CPO接口封装结构的立体图；
图2为本发明实施例中的一种可插拔光纤FA-CPO接口封装结构的爆炸图；
图3为本发明图1中的基座的结构示意图；
图4为本发明图1中的光纤阵列的结构示意图；
图5为本发明实施例中的另一种可插拔光纤FA-CPO接口封装结构的立体图；
图6为本发明实施例中的另一种可插拔光纤FA-CPO接口封装结构的爆炸图；
图7为本发明实施例中的另一种可插拔光纤FA-CPO接口封装结构的安装方式的结构示意图；
图8为本发明图5中的基座的立体图；
图9为本发明图5中的盖板的立体图；
图10为本发明图5中的底座的结构示意图；
图11为本发明图5中的压块的结构示意图；
图12为本发明图11中A部的局部放大图；
图13为本发明实施例中的可插拔光纤FA-CPO接口封装方法的流程示意图。
附图标记说明：1-基座，2-盖板，3-光纤阵列，4-PIN针，5-准直透镜，6-汇聚透镜；
100-夹持孔；
11-第一定位槽，12-粘接部；
21-第三定位槽；
31-压块，311-安装槽，312-第二定位槽，32-光纤，33-底座，331-第四定位槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
参照图1~12所示，本发明的第一方面实施例，提出了可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，包括基座1、光纤阵列3、PIN针4和准直透镜5，其中：
所述基座1采用玻璃材质，所述基座1顶面上设有第一定位槽11，第一定位槽11可以是V形槽，方便在玻璃材质的基座1上开槽，提高装置的加工便利性；
所述盖板2上设有第三定位槽21，第三定位槽21可以是V形槽，所述盖板2覆盖安装于所述基座1上，所述第三定位槽21与所述第一定位槽11相对设置以形成夹持固定所述PIN针4的夹持孔100；盖板2呈倒U形，内部可以容纳准直透镜5；
所述光纤阵列3包括压块31和多条光纤32，所述压块31上设有安装槽311和第二定位槽312，第二定位槽312可以是V形槽，所述压块31盖合连接于所述底座33上，多条所述光纤32装配于所述安装槽311中且通过粘胶剂粘接，安装槽311可以采用V形槽；
所述PIN针4固定安装于所述基座1上，且与所述压块31对接；或所述PIN针4固定安装于所述压块31上，且与所述基座1可拔插连接；
所述第一定位槽11和所述第二定位槽312，其中一个用于与所述PIN针4固定连接，另一个与所述PIN针4可插拔连接，PIN针4呈圆柱状，PIN针4有两个，两个PIN针4平行设置，两个PIN针4均是一端用于固定连接，另一端用于可插拔连接；
所述准直透镜5安装于所述基座1上，且与所述多条光纤32耦合。
本实施例提出的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，通过所述基座1采用玻璃材质，所述基座1顶面上设有第一定位槽11；所述压块31上设有安装槽311和第二定位槽312，多条所述光纤32装配于所述安装槽311中且通过粘胶剂粘接，所述第一定位槽11和所述第二定位槽312，其中一个用于与所述PIN针4固定连接，另一个与所述PIN针4可插拔连接，实现光纤32与基座1上的准直透镜5的耦合，以解决玻璃基座1上无法直接加工出足够容纳PIN针4长度的插孔的问题，同时可以保证PIN针4的位置精度。
在一些实施例中，结合图1-4所示，所述PIN针4固定安装于所述基座1的第一定位槽11中，第一定位槽11承载PIN针4，所述PIN针4插入所述第二定位槽312中，所述压块31覆盖安装于所述基座1上，以使得所述第二定位槽312的内壁抵触压紧所述PIN针4。将PIN针4组装在基座1中形成组件一后，将组件一与组装好的光纤阵列3进行对接，压块31的底面贴合基座1的顶面，所述PIN针4插入所述第二定位槽312中，插入到指定深度后，实现基座1与光纤阵列3的定位和连接，从而实现光纤32与基座1上的准直透镜5的耦合。
在另一些实施例中，结合图5~12所示，所述可插拔光纤FA-CPO接口封装结构还包括盖板2，所述盖板2上设有第三定位槽21，第三定位槽21可以是V形槽，所述盖板2覆盖安装于所述基座1上，所述第三定位槽21与所述第一定位槽11相对设置以形成夹持固定所述PIN针的夹持孔100；盖板2呈倒U形，内部可以容纳准直透镜5；所述PIN针4用于与所述夹持孔100可拔插连接；所述光纤阵列3还包括底座33，所述底座33上设有第四定位槽331，第四定位槽331可以是V形槽，所述PIN针4固定安装于所述底座33的第四定位槽331中，第四定位槽331承载PIN针4，所述压块31与所述底座33连接，所述第二定位槽312的内壁接触压紧所述PIN针4，通过粘胶剂固定PIN针4，PIN针4伸出第四定位槽331一段距离；所述盖板2与所述基座1固定连接，形成所述夹持孔100，所述PIN针4插入所述夹持孔100中。将PIN针4组装在底座33和压块31中形成光纤阵列3后，将盖板2与基座1固定连接形成的组件二与组装好的光纤阵列3对接，所述PIN针4插入所述夹持孔100中，实现基座1与光纤阵列3的定位和连接，从而实现光纤32与基座1上的准直透镜5的耦合。
在一些实施例中，所述PIN针4的直径精度在±0.1um的范围内，所述PIN针4的位置精度在±3um的范围内，所述光纤32的位置精度需满足在±0.5um的范围内。通过PIN针4和光纤32的精度的设置，可以确保PIN针4在连接基座1和光纤阵列3后，准直透镜5与光纤32的耦合满足精度要求。PIN针4的插入损耗不超过0.25dB。光纤阵列3和PIN针4的pitch(节距)公差≤±3um。
在一些实施例中，底座33的端面与基座1抵触的一端的端面的端面角度公差≤±0.5°。通过以上设置，确保底座33的端面与基座1抵触后，对PIN针4的对接不会造成角度误差，提高准直透镜5与光纤32的耦合精度。
在一些实施例中，安装槽311采用高精度划片机进行V型槽切割，安装槽311需满足：X轴相邻公差≤±0.5um，X轴累计公差≤±1um，长宽高公差≤±0.05um。X轴相邻公差指同一轴类零件上相邻尺寸（或特征）的公差带关系。X轴累计公差指X轴方向上各测量值或计算结果的累积误差。
在一些实施例中，所述准直透镜5与所述光纤32耦合需满足光束中心位置在X方向的偏移量和Y方向的偏移量均在±5um的范围内。通过以上偏移量的设定，使得准直透镜5与光纤32的耦合精确度安装要求，准直透镜5对光纤32的准直效果更好，提高光纤32传输数据的准确性和可靠性。
在一些实施例中，所述第一定位槽11、所述第三定位槽21、所述第四定位槽331和所述第二定位槽312的截面还可以是半圆形或劣弧的小半圆，且直径均与PIN针4直径相同或略大于PIN针4直径。当截面为半圆形时，夹持孔100为完整的圆孔；当截面为劣弧的小半圆时，第一定位槽11和所述第三定位槽21形成的夹持孔100为不完整的圆孔。
在一些实施例中，所述安装槽311的截面还可以是半圆形，安装槽311的直径与光纤32直径相同，便于支撑光纤32。实际设计时，安装槽311的直径可以略大于光纤32直径，便于使用粘胶剂固定光纤32。
在一些实施例中，所述可插拔光纤FA-CPO接口封装结构还包括汇聚透镜6，所述汇聚透镜6安装于所述基座1上且与所述多条光纤32耦合，所述汇聚透镜6位于所述准直透镜5远离所述底座33的一侧。通过汇聚透镜6安装于与基座1上，PIN针4定位连接基座1和光纤阵列3后，光纤32与汇聚透镜6即可耦合。汇聚透镜6的作用是：当光线通过聚光透镜时，由于透镜材料的折射率与周围环境不同，光线会发生折射，使得原本分散的光线能够被集中起来。
在一些实施例中，所述基座1顶面远离所述盖板2的一端设有粘接部12，所述粘接部12用于粘接PIC芯片。PIC，Photonic Integrated Circuit的简称，光子集成电路。PIC芯片是一个包含两个或更多光子元件的微芯片，这些光子元件形成一个功能电路。PIC芯片利用光子（或光的粒子）而非电子来传输信息，由于光子以光速移动，具有很宽的带宽和最小的能量损失，因此PIC芯片能够快速传输数据且高度节能。它可用于创造更快、更节能的设备，并能以最高精度进行感应，在处理和传输数据方面非常有效。
基于同一构思，参照图13所示，本发明的第二方面实施例，提出了可插拔光纤FA-CPO接口封装方法，使用如第一方面所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，包括：
步骤S101：将准直透镜5安装于基座1上；
准直透镜5预先与光纤32耦合好之后粘胶固定在基座1的对应位置；
步骤S102：将多条所述光纤32装配于所述安装槽311中且通过粘胶剂粘接；
步骤S103：将所述PIN针4固定安装于所述第一定位槽11和所述第二定位槽312其中的一个；
步骤S104：将PIN针4插入所述第一定位槽11和所述第二定位槽312其中的另一个，以使得准直透镜5与光纤32耦合。
在一些实施例中，步骤S103中，将所述PIN针4固定安装于所述第一定位槽11和所述第二定位槽312其中的一个，具体包括：将所述PIN针4放置于所述基座1的第一定位槽11中，通过粘胶剂固定PIN针4，所述PIN针4插入所述第二定位槽312中，所述压块31覆盖安装于所述基座1上，以使得所述第二定位槽312的内壁抵触压紧所述PIN针4。
在另一些实施例中，步骤S103中，将所述PIN针4固定安装于所述第一定位槽11和所述第二定位槽312其中的一个，具体包括：将所述PIN针4放置于第四定位槽331中，所述压块31与所述底座33连接，所述第二定位槽312的内壁接触压紧所述PIN针4，通过粘胶剂固定PIN针4，PIN针4伸出第四定位槽331一段距离；所述PIN针4插入所述夹持孔100中。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，包括基座、光纤阵列、PIN针和准直透镜，其中：
所述基座采用玻璃材质，所述基座顶面上设有第一定位槽；
所述光纤阵列包括压块和多条光纤，所述压块上设有安装槽和第二定位槽，多条所述光纤装配于所述安装槽中且通过粘胶剂粘接；
所述PIN针固定安装于所述基座上，且与所述压块对接；或所述PIN针固定安装于所述压块上，且与所述基座可拔插连接；
所述第一定位槽和所述第二定位槽，其中一个用于与所述PIN针固定连接，另一个与所述PIN针可插拔连接；
所述准直透镜安装于所述基座上，且与所述多条光纤耦合。
2.如权利要求1所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，所述PIN针固定安装于所述基座的第一定位槽中，所述PIN针插入所述第二定位槽中，所述压块覆盖安装于所述基座上，以使得所述第二定位槽的内壁抵触压紧所述PIN针。
3.如权利要求1所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，还包括盖板，所述盖板上设有第三定位槽，所述盖板覆盖安装于所述基座上，所述第三定位槽与所述第一定位槽相对设置以形成夹持固定所述PIN针的夹持孔，所述PIN针用于与所述夹持孔可拔插连接；
所述光纤阵列还包括底座，所述底座上设有第四定位槽，所述PIN针固定安装于所述底座的第四定位槽中，所述压块与所述底座连接，第二定位槽与所述第四定位槽相对设置，以使得所述第二定位槽的内壁接触压紧所述PIN针。
4.如权利要求1所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，所述PIN针的直径精度在±0.1um的范围内，所述PIN针的位置精度在±3um的范围内，所述光纤的位置精度需满足在±0.5um的范围内。
5.如权利要求1所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，所述准直透镜与所述光纤耦合需满足光束中心位置在X方向的偏移量和Y方向的偏移量均在±5um的范围内。
6.如权利要求3所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，所述第一定位槽、所述第三定位槽、所述第四定位槽和所述第二定位槽的截面呈V形或半圆形。
7.如权利要求1所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，所述安装槽的截面呈V形或半圆形。
8.如权利要求3所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，还包括汇聚透镜，所述汇聚透镜安装于所述基座上且与所述多条光纤耦合，所述汇聚透镜位于所述准直透镜远离所述底座的一侧。
9.如权利要求3所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，所述基座顶面远离所述盖板的一端设有粘接部，所述粘接部用于粘接PIC芯片。
10.可插拔光纤FA-CPO接口封装方法，使用如权利要求1-9任意一项所述的可插拔光纤FA-CPO接口封装结构，其特征在于，包括：
将准直透镜安装于基座上；
将多条所述光纤装配于所述安装槽中且通过粘胶剂粘接；
将所述PIN针固定安装于所述第一定位槽和所述第二定位槽其中的一个；
将PIN针插入所述第一定位槽和所述第二定位槽其中的另一个，以使得准直透镜与光纤耦合。
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