Steckbare optische Anschlüsse von Intel

Bei CPO- oder optischen IO-Anwendungsszenarien erfolgt in der Regel zunächst der Weg durch das Advanced Package zum optischen Chip und zum elektrischen Chip, und schließlich wird die optische Faser am optischen Chip befestigt. Dies wird mehrere Probleme mit sich bringen. Erstens ist beim fotoelektrischen Chip vor der Fertigstellung des Pakets nicht klar, ob die Leistung des Chips den Anforderungen entspricht, ob es sich um einen guten Chip handelt oder ob er die Gesamtausbeute des Systems verringert. Zweitens ist es nach dem Aufkleben der optischen Faser auf den optischen Chip schwieriger, nachzuarbeiten, wenn ein Problem mit dem Chip oder der Faserkopplung auftritt. Darüber hinaus führt die Pigtail-Form der optischen Faser im nachfolgenden Produktionsprozess zu Unannehmlichkeiten bei der Bedienung, und auch die Benutzererfahrung ist relativ schlecht. Daher hofft Intel, die oben genannten Probleme durch die Entwicklung eines ähnlichen steckbaren optischen Steckverbinders für die USB-Schnittstelle zu lösen, der einfach in die USB-Schnittstelle eingesteckt werden kann CPO Modul, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Intel schlug eine optische Brückenlösung aus Glas vor. Basierend auf dem Ultra-Pulse-Laser-Direktschreiben wird der ultrakurze Lichtimpuls auf eine bestimmte Tiefe im Glaschip fokussiert, wodurch sich die optischen Eigenschaften des lokalen Glases ändern und anschließend ein dreidimensionaler optischer Wellenleiter verarbeitet wird, dessen Übertragungsverlust beträgt 3 dB/cm. Darüber hinaus kann im Glas auch eine mikromechanische Struktur verarbeitet werden, die zur Lageausrichtung dient. Die optische Brückenlösung aus Glas von Intel ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Dabei dient das Glas, das den optischen Wellenleiter enthält, als optische Brücke, um den siliziumbasierten optischen Chip mit einem externen optischen Anschluss zu verbinden. Der 0.2*1-Kantenkoppler-Ausgang am PIC in der Abbildung kann über den 16D-Glas-Lichtwellenleiter in einen 2×8-Glas-Lichtwellenleiter-Ausgang umgewandelt werden. Auf dieser Glasbrücke werden auch mechanische Strukturen zur Ausrichtung bearbeitet, entsprechend der Mittelausrichtungsfunktion und der Feinausrichtungsfunktion in der Abbildung unten. Die typische optische Glasbrücke hat Abmessungen von 3 mm x 8.6 mm x 10 mm.

Die V-Nut-Struktur wurde auf dem optischen Siliziumchip verarbeitet, und die zylindrische Bump-Struktur wurde auf der Glasbrücke verarbeitet, die durch passive Montage direkt in die V-Nut geklebt werden kann, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Die Rolle des zylindrischen Vorsprungs wird verwendet, um die optische Faser nachzuahmen, sein Designradius beträgt 62.5 µm, die tatsächliche Verarbeitung weist eine Abweichung von ± 0.084 µm auf (Testproben für den 4-teiligen Wafer, jeder Wafer enthält jeweils 48 Chipteile). Chip auf der 16-Kanal-Teststruktur), wie in der Abbildung unten dargestellt.

Darüber hinaus charakterisierte Intel den Kopplungsverlust des PIC mit der optischen Faser durch die Glasbrücke, und der durchschnittliche Kopplungsverlust für die drei Struktursätze betrug 1.19 dB, 1.59 dB bzw. 1.45 dB. Die Ergebnisse der Tests sind in der folgenden Abbildung dargestellt, mit einem durchschnittlichen Gesamtkopplungsverlust von 1.41 dB. Der Verlust vom PIC zur optischen Überbrückung betrug 0.4 dB und der Verlust von der optischen Faser zur optischen Überbrückung betrug etwa 0.6 dB. Aufgrund von Verarbeitungsfehlern in der mechanischen Struktur entstehen zusätzliche Verluste.

Nachdem die optische Brücke und der PIC zusammengebaut wurden, muss für die Verbindung ein Glasfaser-Array-Einheitsstecker (als FAU bezeichnet) entwickelt werden, dessen Struktur in der folgenden Abbildung dargestellt ist. Faserarray-Befestigungen können über mechanische Mikrostrukturen mit der optischen Brücke verbunden werden.

Dieser optische FAU-Stecker enthält 5 Hauptkomponenten: Glasfaserklemmen zur Faserunterstützung und mechanischen Ausrichtung, Klemmhalterung, Verriegelungsfeder, das gesamte Steckergehäuse und eine Buchse an der optischen Brücke zum Koppeln mit der Verriegelung zur Fixierung. Die Strukturaufteilung des gesamten steckbaren optischen Steckverbinders ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Bei der optischen Faserklemme, die ebenfalls durch Laserdirektschreiben bearbeitet wird und mechanische Mikrostrukturen zur Ausrichtung und Löcher zur Faserausrichtung enthält, beträgt die Toleranz der Faserausrichtungslöcher ± 0.5 µm.

Bei der Verwendung des Steckverbinders wird der Ferrulenhalter zunächst in die Grobausrichtungsstruktur auf der optischen Brücke eingeführt. Anschließend wird die mechanische Mikrostruktur zur Feinausrichtung genutzt. Der gesamte Paarungsprozess ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Zwischen der letzten optischen Brücke und dem FAU-Anschluss bleibt ein Abstand von etwa 10 µm bestehen, und beide Schnittstellen sind so konzipiert, dass sie um 8 Grad geneigt sind, um Rückreflexionen zu minimieren.

Die Rastfeder soll eine wirksame und dichte Verbindung zwischen dem optischen Stecker und der Glasbrücke gewährleisten. Beim Einsetzen des Steckers in die optische Brücke wird die Feder durch Extrusion nach innen gedrückt. Wenn die Verriegelung erfolgreich mit der Buchse verbunden ist, wird die Feder von außen freigegeben, um sicherzustellen, dass die beiden effektiv befestigt sind, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der durchschnittliche optische Verlust des Steckers beträgt 0.33 dB. Die Testergebnisse sind unten aufgeführt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Intel dreidimensionale optische Wellenleiter und mechanische Mikrostrukturen in Glas durch Laser-Direktschreibtechnologie verarbeitet hat, um eine optische Glasbrücke zu bilden, die mit einem optischen Siliziumchip verbunden wird. Wie beim steckbaren optischen Steckverbinder wird die Laserschreibtechnologie auch zur Bearbeitung der Glasfaserklemme und der mechanischen Mikrostruktur eingesetzt. Die mechanischen Mikrostrukturen auf dem optischen Stecker und der optischen Brücke werden ausgerichtet und gepaart, um die Funktion eines steckbaren optischen Steckers zu realisieren. Das gesamte Lösungsdesign ist sehr genial. Der optische Verlust des einzelnen Endes der Lösung beträgt 1.41 dB (optischer Stecker -> optische Brücke -> optischer Siliziumchip), während der optische Verlust des Steckers 0.33 dB beträgt (optischer Stecker -> optische Brücke), was besser ist als die allgemeine Leistung des Kantenkopplerindex. Mit diesem steckbaren optischen Stecker kann zuerst der optische Siliziumchip getestet und der gute Chip auf Verpackung überprüft werden, was die Verpackungskosten senkt, die Ausbeute des CPO-Moduls erheblich verbessern und ein schwieriges Problem von CPO/Optik lösen kann Landung der IO-Technologie.