CN103765268A - 光纤连接器 - Google Patents
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Abstract
公开了具有多终端套筒和多透镜阵列的多光纤连接器。一方面，光纤连接器包括多透镜阵列和至少一个对准柱。透镜从透明板的第一表面突出，并且至少一个对准柱从透明板的与第一表面相对的第二表面突出。该连接器包括被设置在第一表面上的第一间隔框架和被设置在第二表面上的第二间隔框架。
Description
背景技术
近年来，在高性能计算机系统中用光学部件替代电学部件已经受到相当大的关注，因为光通信与电通信相比提供大量的优点。电子数据传输随着数据速率以及传输距离的增加而遭受信号完整性的降低。传统的印刷电路板（“PCB”）信号走线和电连接器插脚消耗大量的功率并占用系统中的物理空间。另外，扩大电互连件的带宽的难度日益增加，并且在电子互连结构上发送电信号需要的时间的绝对量太长而不能完全利用由更小且更快的处理器提供的高速性能的优势。另一方面，光纤提供非常大的带宽。例如，光载波频率能超过1014Hz的范围，并且随着波分复用（“WDM”）的使用，光纤的数据速率或信息承载能力大于其电相应物很多数量级。光学部件还提供低的传输损失，使得数据能够以显著较低的能量损耗被传输，免于声道串扰，且由不会腐蚀或者发射或吸收外部辐射的材料制成。然而，很多光学部件的高成本仍然是在很多计算机或网络交换系统中替代电学部件的障碍。例如，将数百个电互连件用光学互连件替代以将刀片或线卡连接在机架安装式计算机系统内通常成本过高。结果，大型计算机系统的制造商、设计者和使用者继续寻求用于光通信的低成本的光学部件。
附图说明
图1示出示例多光纤连接器的分解等距视图。
图2示出图1中所示的示例连接器的局部分解等距视图。
图3示出被完全组装的图1中所示的示例连接器的等距视图。
图4示出图3中所示的连接器的剖视图。
图5A-5B示出对两个多终端套筒（multiple termination ferrule）进行匹配的剖视图。
图6A示出将带状光缆连接到光电转换器的多光纤连接器的示例。
图6B示出图6A中所示的连接器的剖视图。
图7A示出将带状光缆连接到电光转换器的多光纤连接器的示例。
图7B示出图7A中所示的连接器的剖视图。
图8A示出示例刀片系统的等距视图。
图8B示出图8A中所示的示例系统的背板的等距视图。
具体实施方式
具有多光纤（“MF”）套筒和多透镜阵列的多光纤连接器被公开。在此描述的光纤连接器被用作通常用于计算机系统中的大数据容量通信的电子连接器和某些其它类型的光学连接器的低成本、高带宽的替代。
图1示出示例多光纤连接器100的分解等距视图。连接器100包括MF套筒102或等同的多光纤套筒以及多透镜阵列104。套筒102包括壳体106、沿壳体106的基部定位的凸起的套圈（collar）108以及应变消除套110。套筒102附接到由封装在护套116中的光纤114的二维阵列组成的带状光缆112的端部。套筒102包括两排十二个圆柱形光纤开口118以接纳光纤114的暴露部分，并包括在套圈108和应变套110内的单个槽或通道120以接纳光纤112的护套116。套筒102还包括部分或完全跨越壳体106的长度并位于两排光纤开口118的相对端部的两个对准开口122和124。
壳体106、套圈108和应变套110可由相同材料构成并使用注射成型制造。例如，套筒102能由诸如液晶聚合物的玻璃填充的热塑性塑料构成。可替代地，壳体106和套圈108可由玻璃填充热塑性塑料构成，而应变套110可由诸如聚丙烯硫化弹性体的柔性热塑性橡胶构成。柔性应变套110材料可被部分插入在套圈108中，并当载荷被施加到缆线时弯曲。
多透镜阵列104包括具有第一表面128和与第一表面128平行且相对的第二表面130的透明板126。多透镜阵列104包括设置在第一表面128上的十二个透镜132的二维阵列、从第一表面128突出的第一对对准柱134和136以及从第二表面130突出的第二对对准柱138和140。多透镜阵列104还包括第一间隔框架（standoffframe）142和第二间隔框架144。对准柱134、136、138和140在对准柱接触第一表面128和第二表面130的位置还包括基部嵌条（base fillet）或辐射式轮廓。例如，图1示出对准柱136和140的侧视图。对准柱136包括基部嵌条146，对准柱140包括基部嵌条148。基部嵌条146和148为对准柱136和140的位于该对准柱附接到板126处的凹形延伸部。基部嵌条通过使得对准柱能够承受比不具有基部嵌条情况下对准柱能承受的载荷和应变更大的载荷和应变而有效地增加对准柱的耐久性。嵌条还为被用于制造柱的诸如注射成型的某些工艺的特征部。间隔架142和144防止基部嵌条在如下所述的操作期间被损坏。
透镜132和透镜衬底126可由诸如光学级玻璃或塑料的透明材料构成。透镜132与透镜衬底126可由塑料共同模制。透镜132还可由液体或膜聚合物制造，液体或膜聚合物在批量加工中结合到透镜衬底126并进行诸如感光掩蔽和经历反应离子蚀刻的二次加工以生产期望的透镜轮廓。对准柱134、136、138和140可由形成在第一表面128和第二表面130上的固化的液体或膜粘合剂组成。可替代地，对准柱和关联的基部嵌条可与透镜衬底同时模制，因此由与衬底126相同的材料构成。间隔框架142和144能由与衬底126相同的材料构成或由与透镜132相同的材料构成。
图2示出示例连接器100的局部分解等距视图，其中光纤112被插入到套筒102和应变套110中。图1中示出的圆柱形光纤114中的每个被完全插入到圆柱形光纤开口118之一，护套116被完全插入到应变套110和套圈108的槽120中。
图3示出完全组装的示例连接器100的等距视图。对准柱138和140被插入到对准开口122和124中，第二间隔框架144被设置在板126的第二表面与壳体106的端部之间。第一间隔架142被设置在板126的第一表面128上。
图4示出连接器100沿图3中所示的线I-I的剖视图。该剖视图显示位于壳体106的十二个光纤开口内的缆线112的一排十二个光纤114。图4包括对准柱136和140的放大视图402，其中对准柱140被插入到对准开口124中。放大视图402显示第二间隔框架144的厚度被选择为防止基部嵌条148被迫使进入开口124中，由此防止开口124与嵌条148之间的干涉，防止损坏柱140，防止柱140卡在开口124中，并在最糟糕的情况下，防止柱140破坏透镜衬底126。以相似的方式，如下所描述的，当对准柱136被插入到另一连接器的对准开口或另一设备的对准开口时，第一间隔框架142的厚度保护对准柱136的基部嵌条146并保护透镜阵列的透镜132。图4还包括从板126的第一表面128突出的透镜132的阵列的子集的放大视图404。放大视图404显示每个光纤114与透镜阵列中的透镜132中的一个对准。
多光纤连接器不限于具有十二个光纤的二维阵列的带状光缆。多光纤连接器100仅描绘用于具有十二个光纤的带状光缆的连接器的一个示例。以相同方式被构造的其它连接器也可被用于连接仅具有任意数量的单排光纤或一维光纤阵列的带状光缆或者具有由多于两排的光纤构成的阵列的带状光缆。以相同方式构造的连接器可用于连接具有不同的光纤布置的光缆。
多透镜阵列不限于二维透镜阵列。多透镜阵列104仅描绘具有十二个透镜的多透镜阵列的一个示例。以相同方式构造的具有一维透镜阵列或由多于两排透镜构成的二维阵列的其它多透镜阵列可被使用。多透镜阵列还可具有不同的透镜布置以匹配不同的光纤布置。
多透镜阵列也不限于设置在第一表面上的一对对准柱和设置在与第一表面相对的第二表面上的一对对准柱。每个表面上的对准柱的数量可从少至单个对准柱到两个或更多对准柱变化，第一表面上的对准柱的数量可不同于第二表面上的对准柱的数量。
多透镜阵列使得第一MF套筒被光连接到第二MF套筒，并维持透镜间隔架的透镜、第一MF套筒的光纤和第二MF套筒的光纤的对准。结果，从第一MF套筒的光纤阵列输出的光信号能直接传输到第二MF套筒的相应的光纤。图5A示出通过透镜间隔架506将第一MF套筒与第二MF套筒匹配的示例的剖视图。示例套筒502和504以与套筒102相似的方式被构造。透镜间隔架506包括被插入到套筒502的对准开口512和513中的对准柱508和509，并包括被插入到套筒504的对准开口514和515中的对准柱510和511。间隔架506还包括从透明板518的表面突出的准直透镜516的阵列。对准柱508-511维持套筒502的光纤520、透镜516和套筒504的光纤522的对准。夹具或夹子524将套筒502和504与透镜间隔架506保持在一起。光信号作为穿过板518的光束从第一套筒502的光纤520发射并传播。每个光束被传输通过透镜阵列的透镜516，透镜阵列的透镜516将光束重新准直以进入第二套筒504的光纤522。
图5B示出通过两个多透镜阵列536和538以及将间隔架536和538分离的透明板或孔板540来使第一MF套筒532与第二MF套筒534匹配的示例的剖视图。示例套筒532和534以与套筒102相似的方式被构造。多透镜阵列536包括被插入到板540的对准开口546和548中的对准柱542和544，多透镜阵列538包括被插入到板540的对准开口546和548中的对准柱550和552。多透镜阵列536和538还包括从透明板554和556的表面突出的背对的准直透镜阵列。对准柱维持套筒532和534的光纤以及多透镜阵列536和538的透镜的对准。夹具或夹子558将套筒532和534、多透镜阵列536和538以及透明板540的组件保持在一起。
多光纤连接器能用于将带状光缆连接到光电（“OE”）转换器或将带状光缆连接到电光（“EO”）转换器。图6A示出将带状光缆604连接到OE转换器606的连接器602的示例。光信号经由缆线604进入连接器602并由转换器606转换成能由连接到转换器606的处理器或存储器处理或存储的电信号。图6B示出被插入到转换器606中的连接器602沿图6A中所示的线II-II的剖视图。在图6B的示例中，连接器602以与连接器102类似的方式被构造。连接器602包括壳体608、套圈609和应变套610。壳体608包括对准开口612和614以及用于接纳缆线604的光纤616的光纤开口。连接器602还包括多透镜阵列618，多透镜阵列618具有被插入到对准开口612和614中的对准柱620和621以及被插入到转换器606的对准开口624和626中的对准柱622和623。聚焦透镜628从透明板630的表面突出并被定位为与光纤616的端部相对。对准柱620-623维持光纤616、透镜628和光电探测器632的阵列的对准。第一间隔框架634保护对准柱622和623的基部嵌条并保护透镜阵列的透镜628，并且第二间隔框架636保护对准柱620和621的基部嵌条。光信号作为穿过板630的光束从光纤626发射并传播。如放大视图638中所示，每个光束均传输通过透镜阵列的透镜628，透镜628将光束聚焦到光电探测器632之一上。每个光电探测器将从光纤输出的光信号转换为能被放大并传输到其它电子部件的电信号。
图7A示出将带状光缆704连接到EO转换器706的连接器702的示例。电信号进入转换器706并由转换器706转换为在缆线704上发送的光信号。图7B示出被插入到转换器706中的连接器702沿图7A中所示的线III-III的剖视图。在图7B的示例中，连接器702以与连接器102相似的方式被构造。连接器702包括壳体708、套圈709和应变套710。壳体708包括对准开口712和714以及用于接纳缆线704的光纤716的光纤开口。连接器702还包括多透镜阵列718，多透镜阵列718具有被插入到对准开口712和714中的对准柱720和721以及被插入到转换器706的对准开口724和726中的对准柱722和723。聚焦透镜728从透明板730的表面突出并被定位为与光纤716的端部相对。对准柱720-723维持光纤716、透镜728和光信号源732的对准。光信号源732可为垂直腔面发射激光器或边发射激光器，其具有被调制以产生光信号的电源。第一间隔框架734保护对准柱722和723的基部嵌条并保护透镜阵列的透镜728，并且第二间隔框架736保护对准柱720和721的基部嵌条。第一间隔架734的厚度被设定为使得从源732作为光束发射的光信号被正确地聚焦到透镜阵列的相应透镜728上。如在放大视图738中所示，每个光束均被传输通过透镜阵列的透镜728和板730，并被聚焦在光纤716的端部。
具有位于缆线的端部的多光纤连接器的带状光缆能用于光连接计算设备。例如，考虑由许多刀片或线卡组成的计算系统。该系统包括能保持多个刀片或卡的机箱，该多个刀片或卡提供诸如电源、冷却、联网、各种互连以及刀片或卡管理的服务。每个刀片或卡可由至少一个处理器、存储器、集成网络控制器和其它输入/输出端口构成，并且每个刀片或卡可包括本地驱动器并可被连接到由网络附加存储、光纤通道或iSCSI存储区域网络促成的存储池。刀片系统内的某些刀片或卡能利用带状光缆彼此连接，该带状光缆包括位于缆线的端部的多光纤连接器，从而使得每个刀片或卡能够将编码在光信号中的大容量的数据发送到系统中的其它刀片或卡。
图8A示出由安装在刀片机壳或机箱802中的十六个刀片构成的示例刀片系统800的等距视图。每个刀片均被连接到在刀片之间提供输入/输入连接的背板810。图8B示出示例系统800的背板的等距视图。在图8B的示例中，刀片804经由五个独立的带状光缆811-815被连接到五个其它的刀片806-810。每个缆线811在一端经由连接器600被连接到OE转换器，在另一端经由连接器700被连接到EO转换器，如上参照图6和图7所描述的。例如，缆线811被用于将光信号从刀片804发送到刀片806。在该示例中，缆线811被连接到位于刀片806处的OE转换器和位于刀片804处的EO转换器。
为了解释的目的，前述描述使用特定术语以提供对公开的全面理解。然而，对本领域技术人员而言将明显的是，为了实践在此描述的系统和方法不需要该特定细节。特定示例的前述描述为了例示和描述的目的而提出。其不意欲为穷尽的或将本公开限制为所描述的确切形式。明显地，考虑上述教示，很多修改和变型是可能的。示例被示出并描述以便最佳解释本公开的原理和实际应用，由此使得本领域其它技术人员能够最佳利用本公开，并且如适于特定用途的各种修改的各个示例被预期。其意欲本公开的范围由以下权利要求及其等同物所限定。
Claims (15)
1.一种光纤连接器，包括：
多透镜阵列，具有从透明板的第一表面突出的透镜和从所述透明板的与所述第一表面相对的第二表面突出的至少一个对准柱；
被设置在所述第一表面上的第一间隔框架；和
被设置在所述第二表面上的第二间隔框架。
2.根据权利要求1所述的连接器，包括多终端套筒，该多终端套筒具有用于接纳从所述第二表面突出的所述至少一个对准柱的至少一个对准开口和用于接纳光缆中的光纤的光纤开口的阵列，其中设置在所述第一表面上的透镜的阵列与所述光纤开口对准。
3.根据权利要求1所述的连接器，包括从所述第一表面突出并包括基部嵌条的至少一个对准柱，所述对准柱插入到设备的至少一个对准开口中。
4.根据权利要求3所述的连接器，其中所述设备包括光电转换器的阵列，所述多透镜阵列中的每个透镜均被定位为与光电转换器之一相对。
5.根据权利要求1所述的连接器，其中从所述第二表面突出的每个对准柱进一步包括基部嵌条。
6.根据权利要求1所述的连接器，其中多透镜阵列的所述透镜为所述第一表面的模制突起。
7.根据权利要求1所述的连接器，其中所述多透镜阵列的所述透镜被附着到所述第一表面。
8.一种光纤连接器，包括：
透明板，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面以及从所述第二表面突出的至少一个对准柱；
从所述透明板的所述第一表面突出的多透镜阵列；和
多终端套筒，具有用于接纳所述至少一个对准柱的至少一个对准开口和用于接纳光缆中的光纤的至少一个光纤开口，其中所述透镜阵列的透镜与所述光纤开口对准。
9.根据权利要求8所述的连接器，包括：
被设置在所述第一表面上的第一间隔框架；和
被设置在所述第二表面与所述套筒之间的第二间隔框架。
10.根据权利要求8所述的连接器，其中每个对准柱均包括基部嵌条。
11.根据权利要求8所述的连接器，包括从所述第一表面突出并包括基部嵌条的至少一个对准柱，所述至少一个对准柱插入到设备的至少一个对准开口中。
12.根据权利要求8所述的连接器，其中所述透镜阵列的所述透镜为所述第一表面的模制突起。
13.根据权利要求8所述的连接器，其中所述透镜阵列的所述透镜被附着到所述第一表面。
14.一种多透镜阵列，包括：
透明板，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
从所述第一表面突出的透镜的阵列，所述透镜被布置为与多终端套筒中的光纤开口对准；和
从所述第二表面突出的至少一个对准柱，所述至少一个对准柱被插入所述套筒的对准开口中并维持所述透镜与所述套筒中的所述光纤开口的对准。
15.根据权利要求14所述的间隔架，包括：
被设置在所述第一表面上的第一间隔框架；和
被设置在所述第二表面与所述套筒之间的第二间隔框架。
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