[发明专利]金属化光纤阵列模块及其制作方法

说明书

一种光纤阵列模块，该光纤阵列模块可以在预期公差范围内适应光纤阵列中光纤直径的变化，从而在光纤与支撑组件之间不使用任何焊料界面或环氧界面的情况下，准确、牢固地将模块中的光纤固定在凹槽中。本发明的光纤阵列模块依赖于用于机械变形的弹塑性界面，而不是焊料软熔或环氧固化，以适应支撑在基板和盖之间的凹槽中的光纤阵列中光纤直径的变化。

本申请要求2021年10月20日提交的美国临时专利申请63/257,978的优先权。该申请通过引用被完全合并，如同在本文中完全阐述的一样。以下提到的所有出版物都通过引用被完全合并如本文，如同在本文中完全阐述的一样。

技术领域

本发明涉及端接光纤电缆的端部，特别是光纤阵列模块，更具体地涉及一种金属化光纤阵列模块。

背景技术

传统的光纤阵列模块通常采用玻璃、硅或聚合物基板的形式，设置有用于支撑光纤阵列的端部的V型槽阵列。通过蚀刻、研磨和/或铸造，在玻璃或聚合物基板上形成凹槽。光纤阵列夹在基板上的凹槽和补充盖板(有凹槽或更多情况下没有凹槽)之间。

迄今为止，对于传统的玻璃、硅或聚合物光纤阵列模块，通过施加热源或紫外线源固化环氧树脂的方式，使用环氧粘合剂将盖板下的光纤端部固定到基板的对应的凹槽上，从而将光纤固定在基板上。众所周知，光纤的直径可以在+/-700nm的数量级上变化。环氧粘合剂还充当填料，以在一定程度上适应容纳在基板凹槽中的光纤的直径和/或外部周向几何形状的变化(即，粘合剂填补了光纤尺寸不足部分的外表面与其凹槽表面之间的间隙)。然而，由于环氧粘合剂是一种填料，它不提供精确的参考面以精确地限定光纤的空间位置，使得光纤的光轴与凹槽保持期望/预期的对准。此外，已知环氧粘合剂随着时间的推移而退化，在将光纤连接到光纤阵列模块中并将光纤的端部固定在基板的凹槽中后，对光纤的端面进行机械抛光的过程中，环氧粘合剂的完整性可能受到损害。

US6,319,484和US2003/0194197A1公开了在光纤阵列的端部和光纤阵列模块基板的凹槽上涂焊料。通过对光纤和基板中的凹槽加热使焊料软熔，将光纤的两端焊接到凹槽上。虽然这些专利出版物据称克服了在传统光纤阵列模块中使用环氧粘合剂固定光纤的一些缺点，但公开的焊接过程涉及到的制造过程显著地增加了制造成本和复杂性。正如在这些专利出版物中所公开的，在将焊料层涂到金属层上之前，优选地在光纤和凹槽上涂覆底层金属层(例如，金层)。光纤上的金属涂层将通过金属沉积(通常要求在真空室中进行)的方式沉积到一定长度的光纤阵列电缆的长度的末端。焊接过程将显著增加制造成本。在光纤和凹槽上软熔焊料层可能会导致光纤和/或基板的完整性和/或性能退化，特别是在允许使用激光热源软熔焊料层的玻璃和聚合物基板上。此外，软熔焊料基本上也是位于尺寸不足的光纤的外壁与其相邻凹槽表面之间的间隙的填料，从而影响光纤光轴相对于光纤阵列模块基板中相应凹槽的预期空间对准位置。因此，这些专利出版物也分享了在传统光纤阵列模块中使用环氧粘合剂的一些缺点。

以多千兆比特速率运行的光纤阵列模块必须与以亚微米精度(例如，公差小于1000纳米)制造的子组件在对准公差范围内组装。目前最先进的尝试是使用聚合物连接器部件实现严格的对准公差，但聚合物有几个基本缺点。首先，它们具有弹性顺应性，因此在外部施加的载荷下容易变形。其次，它们的尺寸不稳定，会改变尺寸和形状，特别是在经受高温时，例如在计算和网络硬件中发现的高温。第三，聚合物的热膨胀系数(CTE)远大于光电器件(例如光子集成电路(PIC)器件)中常用材料的CTE。因此，温度循环导致光纤与所附接的光电器件中的光学元件之间的未对准。在某些情况下，聚合物不能承受焊接过程使用的加工温度。

就如生产如此高精度的零件还不够具有挑战性一样，为了使最终产品在经济上和商业上可行，它们必须使用自动化、高速的工艺来制造。US7,311,449和US7,343,770(其权利已被本发明的共同受让人Senko Advanced Components,Inc.获得)公开了一种卡箍及其制造方法，该卡箍具有通过冲压金属基板而精确成型的凹槽。当前受让人的后续专利公开了精密金属冲压成型的金属光纤阵列模块，该模块可以基于当前受让人开发和/或获得的精密金属冲压技术，通过具有严格的公差的批量生产工艺生产。