CN101458365A - 可重构光分插模块的封装 - Google Patents

可重构光分插模块的封装 Download PDF

Info

Publication number
CN101458365A
CN101458365A CNA2008101829632A CN200810182963A CN101458365A CN 101458365 A CN101458365 A CN 101458365A CN A2008101829632 A CNA2008101829632 A CN A2008101829632A CN 200810182963 A CN200810182963 A CN 200810182963A CN 101458365 A CN101458365 A CN 101458365A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
engine
photoswitch
pedestal
ceramic wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008101829632A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101458365B (zh
Inventor
南德·杜里克
皮埃尔·D.·沃尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Viavi Solutions Inc
Original Assignee
Flex Products Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Flex Products Inc filed Critical Flex Products Inc
Publication of CN101458365A publication Critical patent/CN101458365A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101458365B publication Critical patent/CN101458365B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29305—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide
    • G02B6/29313—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide characterised by means for controlling the position or direction of light incident to or leaving the diffractive element, e.g. for varying the wavelength response
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29305—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide
    • G02B6/2931—Diffractive element operating in reflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/2938—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM
    • G02B6/29382—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM including at least adding or dropping a signal, i.e. passing the majority of signals
    • G02B6/29385—Channel monitoring, e.g. by tapping
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/356—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types in an optical cross-connect device, e.g. routing and switching aspects of interconnecting different paths propagating different wavelengths to (re)configure the various input and output links
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0201—Add-and-drop multiplexing
    • H04J14/0202—Arrangements therefor
    • H04J14/021—Reconfigurable arrangements, e.g. reconfigurable optical add/drop multiplexers [ROADM] or tunable optical add/drop multiplexers [TOADM]
    • H04J14/0212—Reconfigurable arrangements, e.g. reconfigurable optical add/drop multiplexers [ROADM] or tunable optical add/drop multiplexers [TOADM] using optical switches or wavelength selective switches [WSS]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0003—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/29395—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device configurable, e.g. tunable or reconfigurable
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • H04Q2011/0007—Construction
    • H04Q2011/0016—Construction using wavelength multiplexing or demultiplexing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • H04Q2011/0007—Construction
    • H04Q2011/0026—Construction using free space propagation (e.g. lenses, mirrors)

Abstract

本发明公开了一种气密封装的、基于MEMS阵列的ROADM模块。外壳侧壁和顶盖由Kovar制成，并且由氧化铝陶瓷制成的基座AuSn被焊接到外壳侧壁上。MEMS阵列被固定到陶瓷基座。利用可移动的模板将光学器件被动地预先对准并且用环氧树脂将其粘结到光具座。光具座被主动地对准为一个整体并且被固定到陶瓷基座。多个电馈通孔接触插脚从陶瓷基座的底部延伸以将MEMS连接到印刷电路板上的连接器。在本发明的一个实施例中，陶瓷基座延伸到模块的外壳的侧壁的封脚之外，以将附加的电子部件，例如MEMS驱动电路芯片，直接固定到外壳的陶瓷基座上。

Description

可重构光分插模块的封装
技术领域
[01]本发明涉及一种用于光通信网络的光交叉连接模块，并且更特别地涉及一种诸如可重构光分插模块的光交叉连接模块的封装。
背景技术
[02]在光通信网络中，具有在单独的波长上被称为“波长信道”的多个光学信道的光信号被从一个位置传输到另一个位置，通常穿过一段光纤。光交叉连接模块可实现将光信号从一个光纤切换到另一个光纤。波长选择光交叉连接，或者可重构光分插模块(ROADM)，可实现波长相关切换，也就是说，其可实现将某些波长信道从第一光纤切换到第二光纤，同时使其它波长信道在第一光纤内传播，或者其可实现将某些波长信道切换到第三光纤。基于波长选择光开关的光网络体系结构，有时被称为“灵活的”光网络体系结构，具有许多吸引人的特征，因为其能够自动地生成或重新路由单独的波长信道的光路径。其促进服务的展开、促进在光网络的失败点周围的重新路由、减少服务供应商的资本和操作费用，以及生成防止过时(future-proof)的网络拓扑。
[03]在现今可利用的许多ROADM体系结构中，基于自由空间光学和微机电系统(MEMS)阵列或液晶(LC)阵列的体系结构是最通用的且高性能体系结构中的一种。特别地，Bouevitch等人的US专利6,498,872中教导的折叠对称4-f结构和Iyer等人的US专利6,760,501中教导的可选平像场修正光楔，它们都被转让给JDS Uniphase Corporation并在此通过参考将其合并入本申请中，可实现诸如以下ROADM的构造：动态增益均衡器模块，其平衡单独的波长信道的光功率值；波长阻挡器模块，其完全阻挡全部波长信道的任意子组；波长选择光学开关模块，其执行上述波长信道切换功能。基于折叠的4-f构造的ROADM之一是：Danagher等人的US专利7,014,326中教导的波长阻挡器模块和Ducellier等人的US专利6,707,959及Bouevitch等人的US专利6,810,169中教导的多端口波长选择开关模块，它们都被转让给JDS Uniphase Corporation并在此通过参考将其合并入本申请中；以及Keyworth等人的美国专利中请公开US20070242953中教导的多模块单元，在此通过参考将其合并入本申请中。有利地，当和其它现有的相似功能的自由空间ROADM光学构造相比，折叠的4-f ROADM具有减少数目的光学元件和减少的实际尺寸。折叠的4-f ROADM光学操作原理的更多细节可以在上述US专利文件中找到。
[04]ROADM通常被配置在光学网络的不同节点，因此它们必须在大范围的温度和湿度为特征的苛刻的环境中可靠地运行，这通常需要利用气密密封来封装ROADM。气密密封是已知的。它们经常被用来封装小型光电和电光装置，例如，光电二极管和光功率监视器、激光二极管或接收器，它们中的大多数具有1/2英寸或更小的最大外部尺寸。小型陶瓷基板有时被用在需要良好的射频(RF)电性能的装置中。但是，这些气密封装的方法对于ROADM来说是不实际的，因为需要相当大的约一平方英寸或更大的光学器件封脚(footprint)和大量的约五十到几百的电馈通孔。
[05]如上所解释的，由于相对大的光学器件的封脚，以及由于大量的到MEMS或LC光学开关引擎的电连接，所以ROADM的机械封装存在相当大的技术挑战。如上所述，气密密封的封装盒通常被用来确保所需要的环境稳定性和可靠性等级。在现有技术中采用柔性的(flexible)印刷电路板(柔性-PCB)来提供气密封装内所需的电连接，同时从安装在盒壁上的内部多针气密电连接器将开关引擎机械地解耦。需要长时间和相当多的操作员技能和努力来装配所有光纤馈通孔、柔性-PCB，并装配和对准封装内部的光学元件，这增加了组装成本并减少了产量，因为这增加了光纤、光学器件、或开关引擎意外损坏的可能性。此外，因为需要将光学器件、柔性-PCB和多针气密电连接器容纳在封装内，所以利用这些现有技术构建的ROADM封装具有相对大的封脚。ROADM封装的大尺寸是非常有害的，因为电信系统提供商被强烈地推动来增加他们的电路板的元件密度以有利于减少系统的尺寸和成本。
发明内容
[06]因此，本发明的目的是提供一种RODAM，其没有大封装尺寸、相当大的组装复杂性、较低的组装量，以及相当长的组装时间的缺点。
[07]本发明满足上述目的；此外，有利的和意想不到的是，其极大地提高了ROADM封装的多功能性和模块性并且能够实现直接的单板ROADM电子集成，这大大简化了灵活的光网络系统中的ROADM的后续利用。
[08]根据本发明，提供一种可重构光分插模块，包括：
输入光端口，其用于发射具有多个波长信道的输入光信号；
输出光端口，其用于输出具有至少一个所述波长信道的输出光信号；
色散光学元件，其被光学耦合到所述输入光端口和所述输出光端口，以将所述输入光信号空间分散成单独的波长信道并将所述至少一个波长信道重新组合成所述输出光信号；
光开关引擎，其被光学耦合到所述色散光学元件，用于空间地重新引导所述单独的波长信道；
多个光学部件，其用于提供所述色散光学元件到所述输入光端口、到所述输出光端口和到所述光开关引擎的光学耦合；
光具座，其用于支撑所述色散光学元件和所述多个光学部件，使所述色散光学元件和所述多个光学部件相互之间处于固定的位置关系；以及
外壳，其用于封装所述光开关引擎和其上安装有所述光学元件的所述光具座，所述外壳具有：基座，其用于支撑所述光具座和所述光开关引擎；闭合侧壁，其被连接到所述基座上，其中所述侧壁环绕所述光具座和所述光开关引擎，以及盖子，其被连接到所述侧壁、用来密封所述外壳；
其中至少所述基座的一部分包括用于支撑所述光开关引擎的陶瓷板，
其中从所述外壳的内部和外部可机械地访问至少所述陶瓷板的一部分，
其中所述陶瓷板的所述可访问部分具有被耦合到所述光开关引擎的电馈通孔，以及
其中从所述外壳的外部可机械和电访问所述电馈通孔。
[09]根据本发明的另一方面，还提供一种可重构光分插模块的组装的方法，包括：
(a)将所述光学元件和所述色散光学元件对准到所述光具座；
(b)完成步骤(a)之后，将所述光学元件和所述色散光学元件固定到所述光具座；
(c)将所述基座连接到所述侧壁；
(d)将所述光开关引擎连接到所述陶瓷板，并将所述光开关引擎电耦合到所述陶瓷板中的电馈通孔；
(e)完成步骤(b)和(d)之后，将所述光具座对准到所述光开关引擎，以便提供所述陶瓷板上的所述光开关引擎和所述光具座上的所述色散元件之间的所述光耦合；
(f)完成步骤(e)之后，将所述光具座连接到所述基座；以及
(g)完成步骤(f)之后，将所述盖子连接到所述侧壁，以便密封所述外壳。
附图说明
[10]下面将结合附图描述优选实施例，其中：
[11]图1A和图1B是现有技术中的可重构光分插多路复用器(ROADM)的普通4-f折叠对称光学结构；
[12]图2A和图2B是根据本发明的ROADM外壳的两个实施例的立体图；
[13]图3A-3D是根据本发明的ROADM外壳的四个实施例的截面图；
[14]图4A和图4B是根据本发明的ROADM模块的组装过程的立体图，图4A是ROADM模块的分解图，而图4B是具有提高的盖子的ROADM模块的组装图；
[15]图5是根据本发明的多端口波长开关(MWS)的封装的立体图；
[16]图6是图5的封装的立体截面图；
[17]图7是没有盖子的封装的MWS的立体图；以及
[18]图8A和图8B是用于100GHz光学信道频率间隔的封装的1-输入、4-输出MWS的立体图。
具体实施方式
[19]虽然结合不同的实施例和例子来描述本发明的教导，但是并不意味着将本发明的教导限制到这些实施例中。相反，本发明的教导包括本领域技术人员可意识到的各种改变、改进和等价物。在即将出现的图2A、图2B到图8A、图8B中，相同的附图标记指的是相同的元件。
[20]参考图1A和图1B，分别示出了现有技术中的可重构光分插多路复用器(ROADM)的光学结构100A和100B。ROADM 100A和100B的光学元件是：前端102，其用于发射和接收具有多个波长信道的自由空间光束；凹面镜104，其用于聚焦和准直光束；色散元件106，其用于将输入光束空间分散成波长信道以及将波长信道组合成输出光束；平像场修正楔108，其用于改善ROADM 100A和100B的光学插入损耗；以及光开关引擎110，其用于将独立的波长信道从输入光端口111选择性地切换到输出光端口112，其中所述两个端口被光学耦合到前端102。图1A和图1B示出了元件102-110的两种可行的相对位置。色散元件106优选是衍射光栅。光开关引擎110优选是微机电系统(MEMS)微镜阵列或液晶(LC)阵列。
[21]在操作中，将输入光信号发射入前端102的输入光端口111，该输入光端口111通过凹面镜104被光学耦合到色散元件106，该色散元件106将输入光束114分散成单独的波长信道116。凹面镜104将波长信道116耦合到光开关引擎110，该光开关引擎110空间地重新引导波长信道116。一旦从光开关引擎110反射，信道或光束116被凹面镜104准直，被色散元件106重新组合，并且被凹面镜104聚焦回到被耦合到光输出端口112的前端102。取决于光开关引擎110的未示出的单独的像素的状态，单独的波长信道可被衰减、被切换到输出端口112或被抑制至少35dB。对于100GHz信道间隔的图1A和图1B的光学结构的封脚(footprint)大约是2英寸×3英寸。图1A和图1B中所示的ROADM光学器件的操作的详细描述可以在上述US专利文件中找到。
[22]参考图2A和图2B，所示的本发明的ROADM外壳200A和200B分别包括基座202A和202B、闭合的侧壁204，以及光纤馈通孔206。基座202A和202B是具有从基板202A和202B向图2A和图2B的下方延伸的插脚208的陶瓷板。在图2A中，MEMS阵列210被直接固定到位于插脚208之间的位置上的基板202A上。MEMS阵列210被引线键合到粘结焊盘(未示出)，这些粘结焊盘与插脚208电接触。ROADM外壳200A被安装到外部系统板212上，该外部系统板212具有被设置在基座202A下面的接线插座。系统板212不是外壳的一部分。板接线插座(未示出)具有与插脚208的图案匹配的插脚图案。一旦外壳200A被固定到板212上，外壳200A和板212之间的电连接就被建立起来。可替换地，插脚208可以被直接焊接到系统板212上，该系统板212具有匹配孔和/或利用例如焊球栅格阵列焊接的焊盘图案。优选采用被焊接或被铜焊到侧壁204的接头214以保护板212上的外壳200A。在图2A的外壳200A中，基板202A基本上具有与侧壁204相同的封脚，而图2B中所示的外壳200B具有比侧壁204的封脚大的封脚，这可实现将附加电子部件216(例如MEMS阵列210的驱动电路)放置在基座202B上。因此，部件216可以包括直接通过引线键合到基座202B的未加工的电子芯片或电路小片(die)。
[23]图2A和图2B中所示的外壳200A和200B的所有其他特征，例如通过引线键合到粘结焊盘的MEMS阵列210，是基本上相同的。优选地，侧壁204由KovarTM制成，而基座202A和202B由与Kovar的热膨胀系数(CTE)匹配的氧化铝陶瓷制成。通过焊接，优选采用280±40℃的温度下的AnSu合金，将侧壁204和图2A的基座202A或图2B的基座202B固定在一起，以避免陶瓷基座202A和202B的破裂。此外，优选地，陶瓷基座202A和202B具有与侧壁204的周边匹配的金涂层的框架，以便后者能够被铜焊或焊接到金框架，未示出。
[24]现在转到图3A-3D，示出了根据本发明的ROADM外壳的四个实施例的截面图。图3A的截面图对应于图2A的立体图。在图3A的实施例中，侧壁304和基座302A的封脚基本上相同。基座302A由氧化铝陶瓷制成，该基座302A具有从基座302A向下延伸的插脚308，从基座302A的两侧可电访问(electrically accessible)插脚308，如图所示。在图3B的实施例中，侧壁304的封脚小于由氧化铝陶瓷制成的基座302B的封脚，该基座302B具有从基座302B向下延伸的插脚308，从基座302B的两侧可电访问该插脚308。如上面已经解释的，基座302B的较大封脚能够有利地被用来将附加的电子部件(图3B中未示出)安装到陶瓷基座302B上。现在转到图3C，基座302C具有陶瓷插片303C，带有从基座302C向下延伸的插脚308，从插片303C的两侧可电访问该插脚308。陶瓷插片303C贯穿基座302C的整个厚度。优选地，插片303C和基座302C彼此之间瞬时连接(attachedflash)，也就是说，图3C中的基座302C和插片303C的下表面位于相同的水平面。最后，在图3D中，基座302D具有开口和覆盖该开口的陶瓷插片303D、具有从基座302D向下延伸的插脚308D，从插片303D的顶部可电访问该插脚308D。此外，从外壳的外侧可机械地和电访问该插脚308D，如图3D所示。在本文中，术语“可电访问”指的是利用插脚从所述陶瓷基座和插片的顶部可以建立电接触，优选地，通过印刷在陶瓷基座302A和302B以及陶瓷插片303C和303D上的电气轨迹(electrical trace)。此外，优选地，基座302A和302B以及插片303C和303D是具有印刷在陶瓷板的某些层上的导电轨迹(conductivetrace)的多层陶瓷板，所述导电线路将插脚308电连接到图3A-3D中未示出的引线键合焊盘，其中从图3A-3D中的所述陶瓷板的顶部可访问所述焊盘。
[25]可采用图3C和图3D的外壳来封装封脚比图3A和图3B中的封入的光学器件的封脚大的光学器件，所以整个基座302C或302D没有必要都由陶瓷制成，陶瓷通常是易碎的材料。优选地，图3A-3D中的侧壁304和图3C和图3D中的基座302C和302D分别由Kovar制成。此外，优选通过采用280±40℃的温度下AnSu合金来焊接图3A-3D中的陶瓷和Kovar部件而将它们彼此连接以避免氧化铝的破裂。优选采用上面提到的金框架以使焊接过程变得容易。
[26]现在参考图4A和图4B，示出了根据本发明的ROADM的组装过程。在图4A中，示出了ROADM组件400的分解图。组件400包括：陶瓷基座402；侧壁404；光纤馈通孔406；光开关引擎410，诸如MEMS或IC阵列；连接接头414；光具座418，用于将光学元件419保持在其上；输入和输出光纤420，具有用于密封光纤420并安装在馈通孔406中的塞罗元件(cerrocast)421；以及用于密封封装400的顶盖422。利用未示出的模板将光学元件429预先对准并连接到光具座418以限定光学元件419彼此之间的位置以及相对于光具座418的位置。通过将模板固定到光具座并将光学元件和色散光学元件放置到模板中来实现对准。然后，优选采用环氧树脂(epoxied)将光学元件419连接到光具座418。光学元件419包括图1A和图1B中示出的元件，即衍射光栅、球面镜、前端，以及诸如旋转镜和折叠镜的其它光学元件。诸如玻璃焊接的其它连接方法可以被用来将光学元件419固定到光具座418。
[27]利用280±40℃的AuSn合金将侧壁404和陶瓷基座402焊接在一起。然后，光开关引擎410被环氧树脂粘结到基座402并被引线键合到未示出的焊盘上，该焊盘被电连接到向下延伸的插脚408，该插脚408被铜焊到基座402上。然后，具有被连接到其上的光学元件419的光具座418被主动地对准到光开关引擎410。在主动对准步骤期间，利用未示出的平移和/或转台将光具座418对准至光开关引擎410；输入光信号，即测试输入信号，被发射入光纤420的输入光纤；输出光信号，即测试输出信号，在光纤420的输出光纤处被探测，同时相对于光开关引擎410调整光具座418的位置，以便实现测试输出信号预定的光功率水平。在达到目标光功率水平之后，光具座418被永久地固定在基座402上，并且侧壁404环绕光具座418，如图4B中所示。然后，顶盖422被焊接或者，优选地，被电阻焊接或激光焊接到侧壁404，以便气密密封组件400。在本文中，术语“气密密封”是指作为一种已知的工业标准的密封手段，如MIL-STD 883D方法1014.9或类似的标准。
[28]在气密密封完成之前，利用氮气或氩气清洗是有利的。侧壁404优选地由Kovar制成，并且基座402优选地由氧化铝制成。氧化铝基座402和侧壁404的TCE(总综合误差)被优选彼此匹配至每摄氏度1-1.5ppm(百万分之一)的范围内，以便避免基座402的破裂。在利用钨或钼-锰的氧化铝共烧之前，基座到壁附件的金属化层(未示出)被印刷在氧化铝基座402上，然后被电镀上Ni/Au以助于基座402到侧壁404的后继焊接。
[29]现在参考图5，示出了根据本发明的多端口波长开关(MWS)的封装500的立体图。封装500包括：多层陶瓷基座502；侧壁504，其被焊接到基座502；光纤馈通孔506和接头514，其被铜焊到侧壁504；以及MEMS阵列510，用环氧树脂将其粘结到基座502上。MEMS阵列510被引线键合到接头(未示出)，该接头被电耦合到馈通孔插脚(图5中未示出)，从封装500的外部可访问该馈通孔插脚。所述电耦合优选利用适于被印刷在多层陶瓷基座502的单独层上的导电轨迹来实现，以便将插脚电耦合到焊盘。插脚优选被铜焊到基座502。
[30]现在参考图6，示出了与图5的封装500相对应的封装600的立体图，包括：多层陶瓷基座602；侧壁604，其被焊接到基座602；光纤馈通孔606，其被铜焊到侧壁604；插脚608，其贯穿多层基座602的部分厚度；以及MEMS阵列610，用环氧树脂将其粘结到基座602上。
[31]现在转到图7，示出了根据本发明的多端口波长开关模块700的立体图，其包括：多层陶瓷基座702；侧壁704，其被焊接到基座702；光纤馈通孔706和接头714，其被铜焊到侧壁704；MEMS阵列710，用环氧树脂将其粘结到基座702上；光具座718，其具有附在其上的光学部件719和衍射光栅719A；三根光纤720，其具有用于插入和气密密封光纤馈通孔706的塞罗元件721；以及三个玻璃柱724，其用于将光具座718固定到基座702。在操作中，一根光纤720被用作输入光纤，其发射来自输入端口731的、具有多个波长信道的输入光信号；而另一根光纤720被用作输出光纤，其将具有所述波长信道中的至少一个的输出光信号输出到输出端口732。衍射光栅719A被用作色散光学元件，其将输入光信号空间地分散成单独的波长信道并且将至少一个波长信道重新组合成输出光信号。光学元件719被用来将衍射光栅719A光学耦合到输入端口731、输出端口732，以及MEMS阵列710，该MEMS阵列710被用作光开关引擎，用于空间地重新引导单独的波长信道，以便将所希望的波长信道耦合入输出端口732。光具座718的功能是支撑衍射光栅719A和光学部件719，使二者相互之间处于固定的位置关系，以便确保衍射光栅719A到输入端口731、到输出端口732和到MEMS阵列710的所述光学耦合。光学器件的更多详细的操作可以在上述US专利文件中找到。
[32]在光具座718对准到MEMS阵列710的期间，光具座被平移和/或倾斜以便，优选地，柱724的平坦表面可以支撑和光具座718的平坦表面以及和基座702的表面702A的瞬时接触。在光具座718到柱724以及柱724到表面702A的后继环氧树脂粘结期间，环氧树脂间隙基本上是相同的，所以可以实现高度的机械稳定性。
[33]这里所提出的光交叉连接封装构造的多种改进是可以实现的。例如，可用陶瓷柱来代替诸如图7中的柱724的玻璃柱，可用两个或四个柱来代替三个柱，或者可用棱镜来代替衍射光栅719A。
[34]现在转到图8A和图8B，分别示出了1-输入、4-输出的封装式MWS模块800的俯视图和仰视图。模块800包括：陶瓷基座802；插脚808，其从基座802向外延伸；光纤馈通孔806，其被固定到闭合侧壁804；以及被焊接到侧壁804的顶盖822，其中插脚808被电耦合到光开关引擎，该光开关引擎没有被示出，因为其位于模块800的内部。陶瓷基座802的尺寸仅为56mm×79mm。模块800足够小以便可以通过将插脚808直接焊接到外部板，而将模块800牢固附着到外部电路板(未示出)。因此，大大简化了将模块800集成到波长灵活的光网络系统中的工艺。

Claims (20)

1、一种可重构光分插模块，包括：
输入光端口，其用于发射具有多个波长信道的输入光信号；
输出光端口，其用于输出具有至少一个所述波长信道的输出光信号；
色散光学元件，其被光学耦合到所述输入光端口和所述输出光端口，以将所述输入光信号空间分散成单独的波长信道，并将所述至少一个波长信道重新组合成所述输出光信号；
光开关引擎，其被光学耦合到所述色散光学元件，以将所述至少一个波长信道从所述输入光端口空间地重新引导到所述输出光端口；
多个光学部件，其用于提供所述色散光学元件到所述输入光端口、到所述输出光端口和到所述光开关引擎的光学耦合；
光具座，其用于支撑所述色散光学元件和所述多个光学部件，使所述色散光学元件和所述多个光学部件相互之间处于固定的位置关系；以及
外壳，其用于封装所述光开关引擎和其上安装有所述光学元件的所述光具座，所述外壳具有：基座，其用于支撑所述光具座和所述光开关引擎；闭合侧壁，其被连接到所述基座上，其中所述侧壁环绕所述光具座和所述光开关引擎，以及盖子，其被连接到所述侧壁、用来密封所述外壳；
其中至少所述基座的一部分包括用于支撑所述光开关引擎的陶瓷板，
其中从所述外壳的内部和外部可机械地访问至少所述陶瓷板的一部分，
其中所述陶瓷板的所述可访问部分具有被耦合到所述光开关引擎的电馈通孔，以及
其中从所述外壳的外部可机械和电访问所述电馈通孔。
2、根据权利要求1所述的可重构光分插模块，其中所述外壳是气密密封的外壳。
3、根据权利要求2所述的可重构光分插模块，其中所述光开关引擎包括MEMS阵列。
4、根据权利要求3所述的可重构光分插模块，其中所述MEMS阵列是引线键合到被设置在所述陶瓷板上的接触焊盘，其中所述接触焊盘被电耦合到所述陶瓷板上的所述电馈通孔。
5、根据权利要求1所述的可重构光分插模块，其中所述色散元件包括衍射光栅。
6、根据权利要求1所述的可重构光分插模块，其中所述陶瓷板小于所述基座。
7、根据权利要求1所述的可重构光分插模块，其中所述陶瓷板是所述基座。
8、根据权利要求7所述的可重构光分插模块，其中所述陶瓷板具有封脚，并且其中所述侧壁具有位于所述陶瓷板封脚的平面中的封脚，并且其中所述陶瓷板的封脚大于所述侧壁的封脚，所述可重构光分插模块还包括连接到所述侧壁的所述封脚外部的所述陶瓷板上的电子部件。
9、根据权利要求1所述的可重构光分插模块，其中所述侧壁由Kovar制成。
10、根据权利要求1所述的可重构光分插模块，其中利用至少两个具有多边形截面的柱将所述光具座连接到所述基座上。
11、根据权利要求1所述的可重构光分插模块，其中所述陶瓷板具有至少50mm宽和至少70mm长的封脚。
12、一种组装如权利要求1所述的可重构光分插模块的方法，包括：
(a)将所述光学元件和所述色散光学元件对准到所述光具座；
(b)完成步骤(a)之后，将所述光学元件和所述色散光学元件固定到所述光具座；
(c)将所述基座连接到所述侧壁；
(d)将所述光开关引擎连接到所述陶瓷板，并将所述光开关引擎电耦合到所述陶瓷板中的电馈通孔；
(e)完成步骤(b)和(d)之后，将所述光具座对准到所述光开关引擎，以便提供所述陶瓷板上的所述光开关引擎和所述光具座上的所述色散元件之间的所述光耦合；
(f)完成步骤(e)之后，将所述光具座连接到所述基座；以及
(g)完成步骤(f)之后，将所述盖子连接到所述侧壁，以便密封所述外壳。
13、根据权利要求12所述的组装方法，其中在步骤(a)中，通过将模板固定到所述光具座，和通过将所述光学元件和所述色散光学元件放置入所述模板来完成所述对准。
14、根据权利要求13所述的组装方法，其中在步骤(b)中，通过用环氧树脂将所述光学元件和所述色散光学元件粘结到所述光具座来完成所述固定。
15、根据权利要求12所述的组装方法，其中在步骤(c)中，通过焊接完成所述连接。
16、根据权利要求15所述的组装方法，通过利用具有280±40℃熔化温度的AuSn合金来完成所述焊接。
17、根据权利要求12所述的组装方法，其中在步骤(d)中，通过引线键合来完成所述电耦合。
18、根据权利要求12所述的组装方法，其中在步骤(e)中，所述对准包括：
(h)将所述光具座对准到所述光开关引擎；
(i)将测试输入光信号发射入所述输入光端口，其中所述测试输入光信号具有预定的光功率水平；
(j)在所述输出光端口探测测试输出光信号；以及
(k)调整所述光具座相对于所述光开关引擎的位置，以便达到所述测试输出光信号的预定的光功率水平。
19、根据权利要求12所述的组装方法，其中在步骤(f)中，通过利用至少两个具有多边形截面的柱来完成所述连接，其中每个所述柱被连接到所述光具座和所述基座。
20、根据权利要求12所述的组装方法，其中在步骤(g)中，通过电焊或钎焊来完成所述连接。
CN200810182963.2A 2007-12-12 2008-12-12 可重构光分插模块的封装 Active CN101458365B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1296107P 2007-12-12 2007-12-12
US61/012,961 2007-12-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101458365A true CN101458365A (zh) 2009-06-17
CN101458365B CN101458365B (zh) 2013-04-24

Family

ID=40380056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810182963.2A Active CN101458365B (zh) 2007-12-12 2008-12-12 可重构光分插模块的封装

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8121483B2 (zh)
EP (1) EP2071377B1 (zh)
JP (1) JP5318549B2 (zh)
CN (1) CN101458365B (zh)
AT (1) ATE554413T1 (zh)
AU (1) AU2008252050B2 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8345410B2 (en) 2010-01-06 2013-01-01 Apple Inc. Handheld computing device
US8432678B2 (en) 2010-01-06 2013-04-30 Apple Inc. Component assembly
CN103543494A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 住友电气工业株式会社 光学设备、制造光学设备的方法以及光学设备组装方法
US8659906B2 (en) 2010-01-06 2014-02-25 Apple Inc. Printed circuit board
CN104038305A (zh) * 2013-03-05 2014-09-10 住友电气工业株式会社 封装部件、光设备封装构造体、封装部件的制造方法及光设备封装构造体的制造方法
US8971028B2 (en) 2010-01-06 2015-03-03 Apple Inc. Display module

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012117714A1 (ja) 2011-03-02 2012-09-07 オリンパス株式会社 波長選択スイッチ用光学ユニットおよび波長選択スイッチ
JP2012203112A (ja) * 2011-03-24 2012-10-22 Olympus Corp 波長選択スイッチ
JP2014056186A (ja) * 2012-09-13 2014-03-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 光学デバイス、及び、光学デバイスを製造する方法
JP2014172076A (ja) * 2013-03-11 2014-09-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 封止部品の製造方法および封止部品
JP2014170187A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 封止部品、光デバイス封止構造体、封止部品の製造方法および光デバイス封止構造体の製造方法
JP6295584B2 (ja) * 2013-10-08 2018-03-20 住友電気工業株式会社 光学ユニット、及び、光学デバイス
US9563021B2 (en) * 2014-03-17 2017-02-07 Lumentum Operations Llc Optical switching device
US9392713B2 (en) * 2014-10-17 2016-07-12 Rsm Electron Power, Inc. Low cost high strength surface mount package
US9645333B2 (en) * 2014-10-17 2017-05-09 Lumentum Operations Llc Optomechanical assembly
US10209477B1 (en) * 2017-05-25 2019-02-19 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. Systems and methods for reconfigurable micro-optic assemblies

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6597481B1 (en) * 1999-02-19 2003-07-22 Lucent Technologies Inc. Controllable wavelength-selective optical cross-connect
US6498872B2 (en) * 2000-02-17 2002-12-24 Jds Uniphase Inc. Optical configuration for a dynamic gain equalizer and a configurable add/drop multiplexer
AU2002227101A1 (en) * 2000-10-31 2002-05-15 Zolo Technologies, Inc. Bulk optical (de)multiplexer apparatus and method of packaging
US6882800B1 (en) * 2000-11-02 2005-04-19 Nortel Networks Limited Optical switching system for switching opticals signals in wavelength groups
US6760501B2 (en) * 2000-12-05 2004-07-06 Jds Uniphase Inc. Device for imposing a field tilt for approximating the inherent field curvature of a focusing element in a free space optical device
US6711317B2 (en) * 2001-01-25 2004-03-23 Lucent Technologies Inc. Resiliently packaged MEMs device and method for making same
KR20040000408A (ko) * 2001-03-16 2004-01-03 포튜리스, 인코포레이티드 모듈러 전-광 회선 분배기
US20030095307A1 (en) * 2001-09-25 2003-05-22 Cidra Corporation Reconfigurable optical add/drop multiplexer having an array of micro-mirrors
WO2002084372A2 (en) * 2001-04-13 2002-10-24 Movaz Networks, Inc. Reconfigurable free space wavelength cross connect
US6718084B1 (en) * 2001-05-10 2004-04-06 Axsun Technologies, Inc. Integrated optical line card protection module
JP2003050364A (ja) * 2001-06-01 2003-02-21 Hitachi Metals Ltd 光スイッチおよび光スイッチ組立体
US6795182B2 (en) * 2001-07-06 2004-09-21 Arroyo Optics, Inc. Diffractive fourier optics for optical communications
US6707959B2 (en) * 2001-07-12 2004-03-16 Jds Uniphase Inc. Wavelength switch
US6842239B2 (en) * 2001-08-10 2005-01-11 Ibsen Photonics A/S Alignment of multi-channel diffractive WDM device
US7085492B2 (en) * 2001-08-27 2006-08-01 Ibsen Photonics A/S Wavelength division multiplexed device
CA2402012A1 (en) * 2001-09-10 2003-03-10 Jds Uniphase Corporation Wavelength blocker
EP1298474A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-02 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) A package for opto-electrical components
US7027680B2 (en) * 2003-02-24 2006-04-11 Moog Components Group Inc. Switch/variable optical attenuator (SVOA)
US7576427B2 (en) * 2004-05-28 2009-08-18 Stellar Micro Devices Cold weld hermetic MEMS package and method of manufacture
JP4445373B2 (ja) * 2004-10-29 2010-04-07 富士通株式会社 光スイッチ
US7046411B1 (en) * 2005-04-29 2006-05-16 Sandia Corporation Tensile-stressed microelectromechanical apparatus and micromirrors formed therefrom
JP4489678B2 (ja) * 2005-09-30 2010-06-23 富士通株式会社 波長選択光スイッチおよび分光機能を備えた光デバイス
JP2007178523A (ja) * 2005-12-27 2007-07-12 Nikon Corp 波長選択スイッチ
JP2007183370A (ja) * 2006-01-05 2007-07-19 Fujitsu Ltd 波長選択デバイス
JP2007249174A (ja) * 2006-02-16 2007-09-27 Olympus Corp 可変形状鏡
US20070237451A1 (en) * 2006-04-06 2007-10-11 Paul Colbourne Multi-unit planar lightwave circuit wavelength dispersive device
US7425465B2 (en) * 2006-05-15 2008-09-16 Fujifilm Diamatix, Inc. Method of fabricating a multi-post structures on a substrate
US20080131130A1 (en) * 2006-12-05 2008-06-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Optical network node device
US7630599B2 (en) * 2007-12-14 2009-12-08 Jds Uniphase Corporation Wavelength dispersive device with temperature compensation
US8036502B2 (en) * 2008-04-17 2011-10-11 Jds Uniphase Corporation Stress free mounting of optical bench for WSS
US8304324B2 (en) * 2008-05-16 2012-11-06 Corporation For National Research Initiatives Low-temperature wafer bonding of semiconductors to metals

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10048721B2 (en) 2010-01-06 2018-08-14 Apple Inc. Component assembly
US8971028B2 (en) 2010-01-06 2015-03-03 Apple Inc. Display module
US10642316B2 (en) 2010-01-06 2020-05-05 Apple Inc. Component assembly
US8659906B2 (en) 2010-01-06 2014-02-25 Apple Inc. Printed circuit board
US9417661B2 (en) 2010-01-06 2016-08-16 Apple Inc. Display module
US8896991B2 (en) 2010-01-06 2014-11-25 John P. Ternus Handheld computing device
US8432678B2 (en) 2010-01-06 2013-04-30 Apple Inc. Component assembly
US10591957B2 (en) 2010-01-06 2020-03-17 Apple Inc. Display module
US10289167B2 (en) 2010-01-06 2019-05-14 Apple Inc. Component assembly
US9431190B2 (en) 2010-01-06 2016-08-30 Apple Inc. Component assembly
US9829916B2 (en) 2010-01-06 2017-11-28 Apple Inc. Component assembly
US9880590B2 (en) 2010-01-06 2018-01-30 Apple Inc. Component assembly
US8345410B2 (en) 2010-01-06 2013-01-01 Apple Inc. Handheld computing device
US9217834B2 (en) 2012-07-13 2015-12-22 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical device, method of manufacturing optical device, and optical device assembly method
CN103543494A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 住友电气工业株式会社 光学设备、制造光学设备的方法以及光学设备组装方法
CN104038305A (zh) * 2013-03-05 2014-09-10 住友电气工业株式会社 封装部件、光设备封装构造体、封装部件的制造方法及光设备封装构造体的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5318549B2 (ja) 2013-10-16
AU2008252050A1 (en) 2009-07-02
CN101458365B (zh) 2013-04-24
US8121483B2 (en) 2012-02-21
JP2009145887A (ja) 2009-07-02
US20090214207A1 (en) 2009-08-27
EP2071377B1 (en) 2012-04-18
AU2008252050B2 (en) 2012-02-02
ATE554413T1 (de) 2012-05-15
EP2071377A1 (en) 2009-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101458365B (zh) 可重构光分插模块的封装
US6603182B1 (en) Packaging micromechanical devices
US7751659B2 (en) Optical apparatus
US9442255B2 (en) Low profile fiber-to-module interface with relaxed alignment tolerances
US6960032B2 (en) Method for making hermetically sealed transmitter optical subassembly
US7961989B2 (en) Optical chassis, camera having an optical chassis, and associated methods
US9628184B2 (en) Efficient optical communication device
EP2705534A2 (en) Wafer scale packaging platform for transceivers
WO2018037551A1 (ja) 内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法
US20020172451A1 (en) Apparatus and method for fabricating scalable optical fiber cross-connect core
US8036502B2 (en) Stress free mounting of optical bench for WSS
JP4728625B2 (ja) 光半導体装置およびそれを用いた光モジュール
JP2010129833A (ja) 光モジュール
JP2001228371A (ja) 光モジュール
JP2002296464A (ja) 光電気配線基板
EP1611468B1 (en) Package for optoelectronic device on wafer level
JP2008046367A (ja) 光送受信器および光モジュール
JPH08106031A (ja) 光ファイバアレー用端末と光半導体チップアレーが搭載された光ファイバアレー用端末

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20151105

Address after: American California

Patentee after: JDS UNIPHASE CORPORATION

Address before: No. 430 California Milpitas Boulevard Mccarthy

Patentee before: Flex Products Inc. A. JDS Unipha