[实用新型]基于GRIN透镜的4×4光互连组件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光互连器件，尤其涉及一种基于GRIN透镜的4×4光互连组件。

背景技术

当集成电路的工作频率迅速提高到几个京赫兹甚至更高时，基于金属的常规互连技术由于芯片互连线的寄生效应将无法高效传输信号，金属常规互连会成为限制集成电路从京赫兹向太赫兹发展的瓶颈，而自由空间光互连不依靠传输介质，直接利用自由空间和透镜/反射镜将两个芯片用光束连接起来，可以把芯片之间的数据交换速率提高上千倍，理论上由于不受I/O引脚的限制，更可以实现数据交换容量的无限扩容，并且具有很好的兼容性，因此制作能与电路和芯片匹配的光互连模块将有非常重要的现实意义。目前的光互连器件多为一维线列器件，而且光学部分与驱动部分通常为一个整体，器件的可升级性较差。

发明内容

本实用新型提出了一种基于GRIN(梯度折射率)透镜的4×4光互连组件，该组件由4×4VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列驱动电路板、4×4光互连模块和4×4探测器阵列信号检测电路板顺序连接构成，所述的4×4光互连模块包括按序排列的4×4VCSEL阵列板、4×4GRIN透镜阵列板和4×4探测器阵列板；各阵列板的光学单元之间一一对应并严格对准，各阵列板通过连接柱顺次连接。

所述的4×4光互连模块的两面均设置有插针，4×4VCSEL阵列驱动电路板和4×4探测器阵列信号检测电路板与4×4与光互连模块的连接面设置有与插针相匹配的插座，使其与4×4光互连模块之间可插拔。

4×4VCSEL阵列板的VCSEL阵列两侧分别设置有8根插针与4×4VCSEL阵列驱动电路板上的插座一一对应；4×4探测器阵列板的探测器阵列两侧也分别设置有8根插针与4×4探测器阵列信号检测电路板上的插座一一对应。

4×4VCSEL阵列板上的VCSEL阵列板芯片和4×4探测器阵列板上的探测器阵列板芯片与其对应的插针之间通过金丝球焊连接。

本实用新型的有益技术效果是：实现了多维空间光信号传输，光学功能模块与驱动模块通过标准插座和插针连接，提高了光互连组件的兼容性和可升级性。若光互连模块中采用高速VCSEL芯片和高速探测器芯片可以很方便的实现信号高速互连，与高速驱动电路连接后可实现高速信号传输。

附图说明

附图1是4×4光互连组件结构示意图；

附图2是4×4光互连模块结构示意图。

附图中：4×4VCSEL阵列驱动电路板1，4×4光互连模块2，4×4VCSEL阵列板2-1，4×4GRIN透镜阵列板2-2，4×4探测器阵列板2-3，4×4探测器阵列信号检测电路板3，插针4，插座5，连接柱6。

具体实施方式

参见附图1，基于GRIN(梯度折射率)透镜的4×4光互连组件由3个部分组成：4×4VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列驱动电路板1、4×4光互连模块2和4×4探测器阵列信号检测电路板3；其中4×4光互连模块2的两面均设置有插针4，4×4VCSEL阵列驱动电路板1与4×4光互连模块2的连接面、4×4探测器阵列信号检测电路板3与4×4光互连模块2的连接面均设置有与插针4相匹配的插座5，4×4VCSEL阵列驱动电路板1与4×4光互连模块2之间、4×4探测器阵列信号检测电路板3与4×4光互连模块2之间通过插针4和插座5进行连接，相互之间可插拔。光学功能模块(光互连模块)和驱动模块的分离式设计，使得光互连组件的兼容性和可升级性更好。

参见附图2，光互连组件的核心部件为4×4光互连模块2，4×4光互连模块2又分为4×4VCSEL阵列板2-1、4×4GRIN透镜阵列板2-2和4×4探测器阵列板2-3三部分；4×4VCSEL阵列板2-1、4×4GRIN透镜阵列板2-2以及4×4探测器阵列板2-3的光学单元之间一一对应并严格对准，附图2的上半部分为4×4光互连模块2的三个组成部分之间的位置关系：光线依照箭头表明的方向从VCSEL阵列出发，经过GRIN透镜阵列到达探测器阵列，附图示2的下半部分为4×4光互连模块2的三个组成部分的平面图，VCSEL阵列两侧分别设置有8根插针4，与4×4VCSEL阵列驱动电路板1上的插座一一对应；探测器阵列两侧也分别设置有8根插针4，与4×4探测器阵列信号检测电路板3上的插座一一对应。4×4VCSEL阵列板2-1上的VCSEL阵列板芯片和4×4探测器阵列板2-3上的探测器阵列板芯片与其对应的插针4之间通过金丝球焊连接。

光互连组件的工作流程：4×4VCSEL阵列驱动电路和4×4探测器阵列信号检测电路分别分别对4×4光互连模块中的VCSEL阵列和探测器阵列加电驱动，当VCSEL阵列驱动电流超过阈值电流并稳定后，VCSEL阵列开始工作，输出16路波长850nm的激光束，这些具有一定发散角的光束经过对应16路的GRIN透镜汇聚缩小光斑面积，最后，16个缩小的光斑投射到16个探测器的光敏面上，探测器将探测到的光电流通过探测器阵列信号检测电路分路输出，完成电信号到光信号再到电信号的转换。若光互连模块中采用高速VCSEL芯片和高速探测器芯片可以很方便的实现信号高速互连，与高速驱动电路连接后可实现高速信号传输。