Conectores ópticos conectáveis ​​da Intel

Para cenários de aplicação CPO ou Optical IO, geralmente é o primeiro através do pacote avançado para o chip óptico e o chip elétrico juntos e, finalmente, a fibra óptica fixada no chip óptico. Isto trará vários problemas. Em primeiro lugar, no chip fotoelétrico antes da conclusão do pacote, não está claro se o desempenho do chip atende aos requisitos, se é uma boa matriz ou se reduz o rendimento geral do sistema. Em segundo lugar, depois que a fibra óptica é colada ao chip óptico, se houver algum problema com o chip ou com o acoplamento da fibra, fica mais difícil retrabalhar. Além disso, a forma pigtail da fibra óptica no processo de produção subsequente trará inconvenientes à operação, e a experiência do usuário também é relativamente ruim. Portanto, a Intel espera resolver os problemas acima, desenvolvendo um conector óptico conectável com interface USB semelhante, que pode ser facilmente inserido no CPO módulo, conforme mostrado na figura abaixo.

A Intel propôs uma solução de ponte óptica de vidro. Com base na escrita direta a laser ultrapulsada, o pulso ultracurto de luz será focado em uma profundidade específica no chip de vidro, alterando as propriedades ópticas do vidro local e, em seguida, processado o guia de ondas óptico tridimensional, sua perda de transmissão de 3dB/cm. Além disso, também pode ser processado no vidro da estrutura micromecânica, utilizado para alinhamento posicional. A solução de ponte óptica de vidro da Intel é mostrada na figura abaixo, onde o vidro que contém o guia de onda óptico serve como uma ponte óptica para conectar o chip óptico baseado em silício a um conector óptico externo. A saída do acoplador de borda 0.2*1 no PIC na figura pode ser convertida em uma saída de guia de onda óptico de vidro 16×2 através do guia de onda óptico de vidro 8D. Estruturas mecânicas para alinhamento também são usinadas nesta ponte de vidro, correspondendo ao recurso de alinhamento intermediário e ao recurso de alinhamento fino na figura abaixo. A ponte óptica de vidro típica tem dimensões de 3 mm * 8.6 mm * 10 mm.

A estrutura da ranhura em V foi processada no chip óptico de silício, e a estrutura cilíndrica da colisão foi processada na ponte de vidro, que pode ser fixada diretamente na ranhura em V por montagem passiva, conforme mostrado na figura abaixo.

O papel da saliência cilíndrica é usado para imitar a fibra óptica, seu raio de design de 62.5um, o processamento real do desvio de ± 0.084um (amostras de teste para o wafer de 4 peças, cada wafer contém 48 peças de matriz, cada morrer na estrutura de teste de 16 canais), conforme mostrado na figura abaixo.

Além disso, a Intel caracterizou a perda de acoplamento do PIC à fibra óptica através da ponte de vidro, e a perda média de acoplamento para os três conjuntos de estruturas foi de 1.19 dB, 1.59 dB e 1.45 dB, respectivamente. Os resultados dos testes são mostrados na figura abaixo, com uma perda média geral de acoplamento de 1.41 dB. A perda do PIC para a ponte óptica foi de 0.4 dB, e a perda da fibra óptica para a ponte óptica foi de cerca de 0.6 dB. Algumas perdas adicionais são introduzidas devido a erros de processamento na estrutura mecânica.

Após a montagem da ponte óptica e do PIC, é necessário desenvolver um conector de unidade de conjunto de fibras (denominado FAU) para conexão com ela, cuja estrutura é mostrada na figura abaixo. Acessórios de matriz de fibra podem ser conectados à ponte óptica através de microestruturas mecânicas.

Este conector óptico FAU contém 5 componentes principais: grampos de fibra óptica para suporte de fibra e alinhamento mecânico, suporte de grampo, mola de trava, todo o invólucro do conector e soquete na ponte óptica para emparelhamento com a trava para fixá-lo. A divisão estrutural de todo o conector óptico conectável é mostrada na figura abaixo. Em que o grampo da fibra óptica também é processado por escrita direta a laser, contendo microestruturas mecânicas para alinhamento e furos para alinhamento da fibra, a tolerância dos furos de alinhamento da fibra é de ± 0.5um.

Durante o uso do conector, o suporte da ponteira é primeiro inserido na estrutura de alinhamento grosseiro da ponte óptica e, além disso, a microestrutura mecânica é utilizada para obter um alinhamento fino. Todo o processo de emparelhamento é mostrado na figura abaixo. Um espaçamento de cerca de 10um é mantido entre a ponte óptica final e o conector FAU, e ambas as interfaces são projetadas para serem inclinadas em 8 graus para minimizar a reflexão traseira.

A mola de travamento foi projetada para garantir uma conexão eficaz e firme entre o conector óptico e a ponte de vidro. Quando o conector é inserido na ponte óptica, a mola é empurrada para dentro por extrusão. Quando a trava for combinada com sucesso com o receptáculo, a mola será liberada externamente para garantir que as duas estejam efetivamente fixadas, conforme mostrado na figura a seguir.

A perda óptica média do conector é de 0.33dB e os resultados do teste são mostrados abaixo.

Para resumir, a Intel processou guias de ondas ópticas tridimensionais e microestrutura mecânica em vidro por meio da tecnologia de gravação direta a laser para formar uma ponte óptica de vidro para conectar-se a um chip óptico de silício. Quanto ao conector óptico conectável, a tecnologia de escrita a laser também é utilizada para processar o grampo de fibra óptica e a microestrutura mecânica. As microestruturas mecânicas no conector óptico e na ponte óptica são alinhadas e emparelhadas para realizar a função de um conector óptico conectável. Todo o design da solução é muito engenhoso. A perda óptica da extremidade única da solução é de 1.41dB (conector óptico->ponte óptica->chip óptico de silício), enquanto a perda óptica do conector é de 0.33dB (conector óptico->ponte óptica), o que é melhor do que o desempenho geral do índice do acoplador de borda. Com este conector óptico conectável, o chip óptico de silício pode ser testado primeiro, e a boa matriz pode ser selecionada para embalagem, o que reduz o custo de embalagem, pode melhorar muito o rendimento do módulo CPO e resolve um difícil problema de CPO/Óptico Aterrissagem da tecnologia IO.