具有不同光学路径的全内反射光纤接口模块和使用所述模块的组件的制作方法

具有不同光学路径的全内反射光纤接口模块和使用所述模块的组件的制作方法
【专利摘要】本发明公开光纤接口模块和使用所述光纤接口模块的组件，其中所述模块包括在其中形成的在模块本体内利用全内反射的第一透镜和第二透镜。所述第一透镜和第二透镜限定具有不同长度的第一光学路径和第二光学路径。所述模块可以可操作地支撑第一光纤和第二光纤，以使得它们光学耦合至所述第一透镜和第二透镜的表面。所述第一透镜和第二透镜被设计来针对相对于第一有源光器件和第二有源光器件偏移提供横向偏移的预定公差，同时维持所述有源光器件与对应的第一光纤和第二光纤之间的相应的第一耦合效率和第二耦合效率。
【专利说明】具有不同光学路径的全内反射光纤接口模块和使用所述模 块的组件
[0001] 优先权
[0002] 本申请根据专利法要求2012年3月30日提交的美国申请序列号13/436, 108的 优先权的权益，所述申请的内容是本案的依托并且以引用的方式整体并入本文。

【技术领域】
[0003] 本公开涉及光纤接口模块和使用所述模块的组件，并且更具体来说，涉及以下这 样的模块和组件：所述模块采用全内反射并且具有用于分别与有源光器件如光源和光电检 测器相关联的传输和接收通道的不同光学路径。

【背景技术】
[0004] 用于消费电子产品的短距离数据链路的数据速率变得越来越高，尤其是用于视频 和数据存储应用的那些短距离数据链路。实例包括5Gb/s的USB3. 0协议、lOGb/s的HDMI 以及在两个通道上的lOGb/s的Thunderbolt。在这类高数据速率下，传统的铜电缆具有有 限的传输距离并且可能相对较大，从而限制电缆灵活性并增加费用。出于至少这些原因，光 纤作为铜线的替代物出现，以用于适应下几代消费电子产品的高数据速率。
[0005] 与采用昂贵的高功率边缘发射激光器与调制器的电信应用不同，短距离光纤链路 是基于低成本、低功率的直接调制的光源如垂直空腔表面发射激光器（VCSEL)。为了在消费 电子产品中可行，用于在一个方向上将来自光源的光耦合到光纤中并且在另一方向上将另 一光纤中传播的光耦合到光电二极管上的光纤接口模块和组件需要是低成本的。因此，尚 未解决的是需要设计简单、稳健、可靠、具有宽松的未对准公差和/或被动对准过程的光纤 接口模块和组件。


【发明内容】

[0006] 本公开的一方面是配置来支撑第一光纤和第二光纤的光纤接口模块，所述光纤接 口模块包括：模块本体，所述模块本体限定前端和后端、顶表面、底表面以及相反侧部，并且 具有对具有红外波长的光基本透明的光学路径；形成在所述顶表面中的第一光纤支撑特征 结构和第二光纤支撑特征结构；突脊，所述突脊形成在所述顶表面中并且具有分别终止第 一光纤支撑特征结构和第二光纤支撑特征结构的第一端壁和第二端壁，以及限定全内反射 (TIR)镜的倾斜壁；凹槽，所述凹槽形成在所述模块本体的所述底表面中邻近所述前端并 且限定顶板；以及第一透镜表面和第二透镜表面，所述第一透镜表面和第二透镜表面形成 在所述顶板上并且具有与第一光纤支撑特征结构和第二光纤支撑特征结构以及TIR镜对 准的相应的第一折叠透镜轴和第二折叠透镜轴，其中所述第一透镜表面和第二透镜表面以 及所述第一端壁和第二端壁分别限定具有不同的第一折叠光学路径和第二折叠光学路径 的第一透镜和第二透镜。
[0007] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述第一折叠透镜轴和第二折叠透 镜轴具有±20微米或更大的未对准公差，同时维持85 %或更大的耦合效率。
[0008] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，进一步包括由模块本体整体形成的所述 第一透镜表面和第二透镜表面。
[0009] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述第一透镜表面和第二透镜表面 具有不同的曲率。
[0010] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述第一透镜表面和第二透镜表面 具有双曲线形状。
[0011] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述顶板分别具有第一平坦部段和 第二平坦部段，其中所述第一平坦部段和第二平坦部段位于不同平面中。
[0012] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述红外波长是在800纳米至1100 纳米的范围内。
[0013] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述模块本体是整体式的。
[0014] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述光纤支撑特征结构包括大体平 行于所述相反侧部延伸的多个沟槽。
[0015] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述顶表面包括所述第一光纤支撑 特征结构和第二光纤支撑特征结构分别形成在其中的第一部分和第二部分，所述第一部分 和第二部分相对于模块本体的底表面而言具有不同的高度。
[0016] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述突脊包括相对于模块本体的后 端彼此移置的第一部段和第二部段。
[0017] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述突脊包括分别终止第一光纤对 准特征结构和第二光纤对准特征结构并且相对于模块本体的后端彼此移置的第一表面部 分和第二表面部分。
[0018] 本公开的另一方面是一种光纤接口组件，所述光纤接口组件包括：所述模块；第 一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤分别支撑在所述第一光纤支撑特征结构和第 二光纤支撑特征结构中，其中所述第一光纤和第二光纤具有分别与光纤接口模块的第一端 壁和第二端壁接口连接的相应的第一末端和第二末端；以及第一有源光器件和第二有源光 器件，所述第一有源光器件和第二有源光器件可操作地布置在与所述第一透镜表面和第二 透镜表面相距相应的第一前焦距和第二前焦距处，以使得所述第一有源光器件和第二有源 光器件分别在所述第一折叠光学路径和第二折叠光学路径上与所述第一光纤和第二光纤 进行相应的光学通信。
[0019] 本公开的另一方面是所述光纤接口组件，其中所述第一有源光器件和第二有源光 器件分别包括光源和光电检测器，并且其中所述第一折叠光学路径具有比所述第二光学路 径短的长度。
[0020] 本公开的另一方面是所述光纤接口组件，进一步包括：印刷电路板（PCB)，所述印 刷电路板支撑所述光纤接口模块；至少一个集成电路（IC)芯片，所述至少一个集成电路芯 片由所述PCB可操作地支撑并且可操作地连接至所述第一有源光器件和第二有源光器件； 并且其中所述PCB或所述IC芯片可操作地支撑所述第一光器件和第二光器件。
[0021] 本公开的另一方面是所述光纤接口组件，进一步包括：配置来与模块本体的顶表 面配合并覆盖所述顶表面的盖子。
[0022] 本公开的另一方面是所述光纤接口组件，进一步包括：第一透镜，所述第一透镜被 配置来针对所述第一有源光器件与所述第一透镜轴之间的第一横向偏移提供±20微米的 第一预定未对准公差，同时将所述第一有源光器件与所述第一光纤之间的第一耦合效率维 持在85%或更大；以及第二透镜，所述第二透镜被配置来针对所述第二有源光器件与所述 第二透镜轴之间的第二横向偏移提供±20微米的第二预定未对准公差，同时将所述第二 有源光器件与所述第二光纤之间的第二耦合效率维持在85 %或更大。
[0023] 本公开的另一方面是一种光电连接器，所述光电连接器包括：所述光纤接口组件； 与所述PCB电接口连接的接触组件；可操作地容纳所述光纤接口组件和所述接触组件的金 属插头接口；以及可操作地容纳所述金属插头接口的连接器外壳。
[0024] 本公开的另一方面是一种光纤接口模块，所述光纤接口模块配置来支撑第一光纤 和第二光纤并且与第一有源光器件和第二有源光器件接口连接，所述光纤接口模块包括： 模块本体，所述模块本体限定前端和后端、配置来支撑所述第一光纤和第二光纤的顶表面 以及支撑第一透镜表面和第二透镜表面的底表面，其中所述模块本体对具有红外波长的光 基本上是透明的；突脊，所述突脊形成在所述顶表面中并且具有限定全内反射（TIR)镜的 倾斜壁；第一透镜，所述第一透镜由所述第一透镜表面、所述第一端壁、所述TIR镜以及所 述模块本体的位于所述第一透镜表面与所述第一端壁之间的一部分限定，所述第一透镜限 定所述第一有源光器件与所述第一光纤之间的第一折叠光学路径；以及第二透镜，所述第 二透镜由所述第二透镜表面、所述第二端壁、所述TIR镜以及所述模块本体的位于所述第 二透镜表面与所述第二端壁之间的一部分限定，所述第二透镜限定所述第二有源光器件与 所述第二光纤之间的第二折叠光学路径，其中所述第一折叠光学路径和第二折叠光学路径 具有不同的长度。
[0025] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述第一透镜被配置来针对所述第 一有源光器件与第一透镜轴之间的第一横向偏移提供±20微米的第一预定未对准公差， 同时将所述第一有源光器件与所述第一光纤之间的第一耦合效率维持在85%或更大；并 且所述第二透镜被配置来针对所述第二有源光器件与第二透镜轴之间的第二横向偏移提 供±20微米的第二预定未对准公差，同时将所述第二有源光器件与所述第二光纤之间的 第二耦合效率维持在85 %或更大。
[0026] 本公开的另一方面是所述光纤接口模块，其中所述第一透镜表面和第二透镜表面 具有二次曲线常数不同的双曲线形状。
[0027] 本公开的另一方面是一种光纤接口组件，所述光纤接口组件包括：具有本体的光 纤接口模块，所述本体对红外光是透明的并且支撑分别具有由第一透镜表面和第二透镜表 面限定的第一光学功率和第二光学功率的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜 限定穿过所述模块本体具有不同长度的相应的第一折叠光学路径和第二折叠光学路径；分 别由所述光纤接口模块可操作地支撑的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤具 有分别与所述第一透镜和第二透镜的第一大体平坦表面和第二大体平坦表面接口连接的 相应的第一末端和第二末端；以及第一有源光器件和第二有源光器件，所述第一有源光器 件和第二有源光器件与所述第一透镜表面和第二透镜表面可操作地间隔开，以使得所述第 一有源光器件和第二有源光器件分别在所述第一折叠光学路径和第二折叠光学路径上与 第一光纤和第二光纤进行相应的光学通信。
[0028] 本发明的另一方面是所述光纤接口组件，其中所述第一有源光器件和第二有源光 器件支撑在集成电路（IC)芯片或印刷电路板（PCB)的平坦支撑表面上，并且其中所述第一 光纤和第二光纤支撑在所述光纤接口模块的顶表面上，其中所述顶表面和所述平坦支撑表 面是大体上平行的。
[0029] 本公开的另一方面是所述光纤接口组件，其中所述模块本体包括至少一个第一被 动对准特征结构并且所述PCB包括与所述至少一个第一被动对准特征结构协作地配置以 允许所述模块与所述PCB之间被动对准的至少一个第二被动对准特征结构。
[0030] 本公开的另一方面是所述光纤接口组件，其中所述第一有源光器件和第二有源光 器件分别包括光源和光电检测器，并且其中所述第一折叠光学路径短于所述第二光学路 径。
[0031] 本公开的另一方面是所述光纤接口组件，其中：所述第一透镜被配置来针对所述 第一有源光器件与第一透镜轴之间的第一横向偏移提供±20微米的第一预定未对准公 差，同时将所述第一有源光器件与所述第一光纤之间的第一耦合效率维持在85%或更大； 并且所述第二透镜被配置来针对所述第二有源光器件与第二透镜轴之间的第二横向偏移 提供±20微米的第二预定未对准公差，同时将所述第二有源光器件与所述第二光纤之间 的第二耦合效率维持在85%以上。
[0032] 本公开的另一方面是一种光电连接器，所述光电连接器包括：如上文所述的光纤 接口组件；与所述PCB接口电连接的接触组件；可操作地容纳所述光纤接口组件和所述接 触组件的金属插头接口；以及可操作地容纳所述金属插头接口的连接器外壳。
[0033] 本公开的另一方面是光纤接口组件，所述光纤接口组件包括：具有本体的光纤接 口模块，所述本体对红外光是透明的并且支撑分别具有由第一透镜表面和第二透镜表面限 定的第一光学功率和第二光学功率的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜限定 穿过所述模块本体的相应的第一折叠光学路径和第二折叠光学路径；分别由所述光纤接口 模块可操作地支撑的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤具有分别与所述第一 透镜和第二透镜的第一大体平坦表面和第二大体平坦表面接口连接的相应的第一末端和 第二末端；印刷电路板，所述印刷电路板具有与所述第一透镜表面和第二透镜表面间隔开 的表面；第一有源光器件和第二有源光器件，所述第一有源光器件和第二有源光器件可操 作地支撑在所述印刷电路板表面上，以使得所述第一有源光器件和第二有源光器件在所述 第一折叠光学路径和第二折叠光学路径上与第一光纤和第二光纤进行相应的光学通信，并 且其中所述第一有源光器件相对于所述印刷电路板表面具有限定所述第一折叠光学路径 和第二折叠光学路径的不同长度的第一高度和第二高度。
[0034] 本公开的另一方面是一种光电连接器，所述光电连接器包括：如上文所述的光纤 接口组件；与所述PCB电接口连接的接触组件；可操作地容纳所述光纤接口组件和所述接 触组件的金属插头接口；以及可操作地容纳所述金属插头接口的连接器外壳。
[0035] 应理解，前文概括描述和以下详细描述都呈现了本公开的实施方案，并且意图提 供概述或框架以用于理解本公开所要求保护的本质和特征。包括附图以提供对本公开的进 一步理解，并且所述附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出本公开的各 种实施方案并且连同本文阐述的描述用于解释本公开的原理和操作。权利要求书并入下文 阐述的详细描述中并且构成详细描述的一部分。

【专利附图】

【附图说明】
[0036] 图1是根据本公开的示例性光纤接口模块的正视俯视图；
[0037] 图2是图1的光纤接口模块的仰视图；
[0038] 图3A是沿光源光纤支撑特征结构之一取得的光纤接口模块的特写截面图，示出 在延伸穿过模块的一部分且其倾斜壁用作全内反射镜的突脊周围的区域；
[0039] 图3B类似于图3A，但是为沿检测器光纤支撑特征结构之一取得的截面图；
[0040] 图4A是光纤接口组件的示例性实施方案的部分分解图，所述光纤接口组件包括 图1的光纤接口模块、盖子、印刷电路板（PCB)、由PCB可操作地支撑的集成电路（IC)芯片 以及呈光电检测器和光源形式的有源光器件；
[0041] 图4B是示例性有源光器件及其器件轴连同对应的透镜表面、透镜以及透镜轴的 不意性特与图；
[0042] 图5是与图4A类似的部分分解图并且示出由PCB可操作地支撑的光纤接口模块；
[0043] 图6是针对光纤接口模块在图4a和图5中所示的任选盖子的示例性实施方案的 仰视图；
[0044] 图7A是与图3A类似的特写图并且示出可操作地支撑光源形式有源光器件的PCB 或IC芯片，并且还示出来自光源的光源光在折叠的光源光学路径上传播穿过光纤接口模 块而到达位于光源光纤内的焦点；
[0045] 图7B类似于图7A并且示出检测器光在折叠的检测器光学路径上从检测器光纤传 播并穿过光纤接口模块而到达由IC芯片或PCB板可操作地支撑的光电检测器形式的有源 光器件；
[0046] 图8A是由光纤接口模块的光源透镜、光源以及相对于光源透镜可操作地布置的 光源光纤形成的说明性光源光学系统的示意图；
[0047] 图8B是光源的特写图，示出光源相对于光源透镜光轴的示例性横向未对准S Zs ;
[0048] 图9A类似于图8A并且是由光纤接口模块的检测器透镜、光电检测器以及相对于 检测器透镜可操作地布置的检测器光纤形成的示例性检测器光学系统的示意图；
[0049] 图9B类似于图8B并且是光电检测器的示意性特写图，示出光电检测器相对于检 测器透镜光轴的示例性横向未对准S Zd ;
[0050] 图10是具有光源对准公差SZs等值线的曲率半径R和二次曲线常数k的等值线 图，示出提供最佳横向对准公差且同时具有耦合效率CEs = 100%的（R，k)空间的区域；
[0051] 图IlA是针对示例性检测器透镜，检测器耦合效率CED(% )随着距离参数dlD和 d2D的变化而变化的等值线图；
[0052] 图IlB是针对光源透镜100S，光源耦合效率CES(% )随着距离参数dlS和d2S的 变化而变化的等值线图；
[0053] 图12A是与检测器耦合效率CED(% ) = 90%相关联的检测器横向未对准公差 S Zd ( y m)随着与示例性检测器透镜100D相关联的检测器距离参数dlD和d2D的变化而变 化的等值线图；
[0054] 图12B是与光源耦合效率CES(% ) = 90%相关联的光源横向未对准公差 S Zs (m)随着与示例性光源透镜100S相关联的光源距离参数dlS和d2S的变化而变化的 等值线图；
[0055] 图13A是示出针对示例性光源透镜，光源耦合效率CEs(%)对分别在Z和X方向 上以微米计的光源横向未对准S Zs和S Xs的曲线的图；
[0056] 图13B是示出针对示例性检测器透镜，检测器耦合效率CED(% )对在Z方向上以 微米计的检测器横向未对准S Zd的曲线的图；
[0057] 图14类似于图1并且示出一个示例性实施方案，其中鉴于主要顶表面部段具有 高度不同的两个相邻部分，光纤接口模块的光源光学路径和检测器光学路径具有不同的长 度；
[0058] 图15是示出主要顶表面部段和具有不同高度的两个相邻部分的光纤接口模块的 端视图；
[0059] 图16A和图16B是与图3A和图3B类似，在Y-Z平面上取得的光纤接口模块的截 面图，并且示出因相邻顶表面部分的高度差△ h所致的光源光学路径OPs和检测器光学路 径OPd的不同长度；
[0060] 图17和图18类似于图1和图2,并且示出用于通过模块本体在光源与突脊检测器 部段之间具有位移来形成具有不同长度的光源光学路径OPs和检测器光学路径OPd的另一 示例性实施方案；
[0061] 图19A和图19B是在不同的Y-Z平面上取得并与图16A和图16B的那些类似的截 面图，并且示出光源光学路径OPs和检测器光学路径OPd ;
[0062] 图20是示出可操作地设置在印刷电路板的表面上的光电检测器和光源的示例性 印刷电路板的正视图，其中在Z方向上，光源与光电检测器偏移AZ量；
[0063] 图21类似于图1，不同之处在于突脊在整个模块上是均匀的；
[0064] 图22A和图22B是在图21的模块的不同Y-Z平面上取得的截面图，并且示出对于 升高的光源和光电检测器而言的光源光学路径OPs和检测器光学路径OPd ;
[0065] 图23是可操作地设置在印刷电路板的表面上的光源和光电检测器的正视图，其 中相对于光电检测器，光源通过支撑构件升高；以及
[0066] 图24和图25是采用使用本文所公开的光纤接口模块形成的光纤接口组件的示例 性光-电（O-E)连接器的部分分解图和正视图。
[0067] 本公开的另外的特征和优点在以下详细描述中进行阐述并且本领域技术人员将 从描述中变得清楚明白，或者通过实践如本文所描述的本公开连同权利要求书和附图来了 解。
[0068] 出于参考目的，某些附图中示出了笛卡尔坐标（Cartesian coordinate)并且不意 图对方向或取向进行限制。

【具体实施方式】
[0069] 本公开涉及光纤接口模块和组件，并且更具体来说，涉及以下这样的模块和组件： 所述模块在模块本体内采用全内反射以及折叠的光源和检测器光学路径。
[0070] 首先论述光纤接口模块的示例性实施方案，之后论述采用所述光纤接口模块的光 纤接口组件的示例性实施方案。然后结合光源和检测器光学系统来描述与光纤接口模块以 及传输和接收通道相关联的光源和检测器透镜的示例性配置。
[0071] 光纤接口模块
[0072] 图1是根据本公开的示例性光纤接口模块（下文称为"模块"）10的正视俯视图。 图2是图1的模块10的仰视图，而图3A和图3B是在沿相应的光源和检测器光纤支撑特征 结构42S和42D(下文所介绍和所论述）的Y-Z平面上取得的图1和图2的示例性模块10 的截面图。
[0073] 模块10具有本体12,所述本体12在这个实施方案中大体具有包括如下文所描 述形成于其中的另外的特征的矩形平行六面体（又称为长方体），但其它合适的一般形状 也是可行的。本体12限定前端14、可与前端大体平行的后端16、顶表面18以及与顶表面 大体平行的底表面20。本体12还限定在这个实施方案中各自包括突出部23的侧部22。 模块10具有如图1中所示的长度LZ、宽度LX以及高度LY的尺寸。这些尺寸的实例包括 5謹< LZ < ICtam, 2謹< LX < ICtam以及1謹< LY < 4謹,但其它合适的尺寸也是可行的。
[0074] 顶表面18包括与前端14相邻的前顶表面部段30。顶表面18还包括与后端16相 邻的主要顶表面部段40。主要顶表面部段40包括两个对准孔32,所述对准孔32邻近相应 侧部22形成，约处于前端14与后端16之间的中间处，并且在Y方向上延伸至底表面20。 对准孔32可用作被动对准特征结构，如下文解释。主要顶表面部段40还包括一个或多个 光纤支撑特征结构42。一些光纤支撑特征结构42被配置来容纳与相应光源（如下文所论 述）相关联的光源光纤200S并且称为光源光纤支撑特征结构42S。类似地，一些光纤支撑 特征结构42被配置来容纳与相应光电检测器（同样如下文所论述）相关联的检测器光纤 200D并且称为检测器光纤支撑特征结构42D。在一个实例中，光纤支撑特征结构42包括通 常在Z方向（即与侧部22大体平行）上延伸的沟槽。在一个实例中，所述沟槽是V形的， 艮P，具有V形截面；然而，其它结构如U沟道、钻孔等也是可行的。
[0075] 举例来说，适于用作光源光纤200S和检测器光纤200D的光纤200是多模光纤，例 如像粗芯高数值孔径光纤，例如可从Corning, Inc. (Corning, New York)获得的VSDN?光 纤。名称为 "High numerical aperture multimode optical fiber" 的公布的 PCT 专利申 请公布号W02010036684中也论述了说明性光纤200,但其它合适的光纤的使用根据本文所 公开的概念是可行的。
[0076] 模块10的顶表面18还包括突脊50,所述突脊50将前顶表面部段30与主要顶表 面部段40分开并且延伸穿过模块10,即在X方向上延伸。图3A是沿光源光纤支撑特征结 构42S取得的在突脊50周围的模块本体12的区域的特写截面图。图3A示出位于光源光 纤支撑特征结构42S之内的光源光纤200S的端部。图3B类似于图3A并且是沿检测器光 纤支撑特征结构42D取得的在突脊50周围的模块本体12的区域的特写截面图。图3B示 出位于检测器光纤支撑特征结构42D之内的检测器光纤200D的端部。
[0077] 光源光纤200S具有末端202S和与光纤纤芯（"纤芯")206S的中心轴重合的中心 轴204S，所述光纤纤芯206S具有折射率n。。纤芯206S由具有折射率na的包层208S包围， 其中na〈n。。在一个非限制性实例中，光源光纤200S具有数值孔径NAfs = 0. 29,但具有其 它值的数值孔径的光纤的使用也是可行的。此外在一个实例中，纤芯206S具有梯度折射率 分布，而在一个实例中是抛物线型分布。在一个实例中，纤芯206S具有约80微米的直径。 类似地，检测器光纤200D具有末端202D、中心轴204D、纤芯206D (其可以具有梯度折射率） 以及包层208D。在一个实例中，光源光纤200S和检测器光纤200D是相同类型的光纤，但它 们根据需要可以是不同的。
[0078] 如图1中所示，突脊50包括光源部段51S和检测器部段51D。在这个示例性实施 方案中，突脊50,突脊50的光源部段51S具有大体三角形的截面形状并且包括可面向后端 16大体垂直的端壁52S。端壁52S终止光源光纤支撑特征结构42S。突脊50的检测器部段 51D包括延伸部分53D，所述延伸部分53D朝向后端16延伸并且限定可以是大体垂直的并 终止检测器光纤支撑特征结构42D的端壁52D。由于具有延伸部分53D，检测器光纤支撑特 征结构42D具有比光源光纤支撑特征结构42S短的长度。突脊50还包括倾斜壁54,所述倾 斜壁54面向前端14并且相对于顶表面18以角度0倾斜远离所述前端（图3A和图3B)。 在一个实例中，角度0大体是45度，但其它合适的角度根据需要是可行的。在所示的实例 中，端壁52S和52D在Z方向上是偏移的并且因此位于不同平面（参见图1)。然而，在其它 实施方案中，端壁52S和52D可以是同一平坦端壁52的一部分，并且在一个实例中，两个端 壁是平坦的并且位于同一平面。
[0079] 如上所述，突脊50的光源部段51S的端壁52S终止光源光纤支撑特征结构42S，并 且在一个实例中以大体直角来实现终止。类似地，突脊50的检测器部段51D的端壁52D终 止检测器光纤支撑特征结构42D，并且在一个实例中以大体直角来实现终止。光纤支撑特征 结构42在后端16处是开放的。此外在一个实例中，端壁52S和52D可以与完全垂直相差 较小角度（例如，2° )。这允许折射率匹配材料220 (例如，环氧树脂）在光源光纤200S和 检测器光纤200D的相应末端202S和202D周围流动，并且位于这些光纤末端与其相应端壁 52S和52D之间，而不将气泡截留在两者之间。端壁52S和52D用作光纤末端202S和202D 的相应的机械止动件并且建立光纤200在其相应光纤支撑特征结构42中的纵向位置（即， Z方向位置）。
[0080] 如图3A和图3B中所示，倾斜壁54包括下部54L，所述下部54L还用作邻近突脊50 朝向前端14且紧挨着倾斜壁54形成的沟道60的后壁。倾斜壁54形成用于使如本文所论 述的光学信号转向的全内反射（TIR)表面或镜。沟道60还包括底板62和朝向前端14且 与倾斜壁54相对的前壁64。沟道60还可以使得底板62弯曲，从而使得所述底板、前壁64 以及后壁（下部）54L形成一个连续弯曲表面，其中下部/后壁是线性倾斜的。
[0081] 沟道60用于提供比倾斜壁54在顶表面18处终止的情况下那样（以虚线示出以 供参考）更长的对于倾斜壁54而言的空气-本体界面。这允许倾斜壁54用作具有大体90 度全内反射（TIR)表面的光学转向件，所述光学转向件的目的在下文更详细描述且下文称 为TIR镜54。也就是说，倾斜壁54的材料与空气之间的界面产生具有用于使光学信号转向 的不同折射率的界面。
[0082] 如图2以及图3A和图3B(以及还有下文介绍和论述的图4B)中最佳可见，模块本 体12包括在底表面20中邻近前端14形成的凹槽80。凹槽80限定顶板82和端壁84,后 者示出为倾斜远离前端14。顶板82包括在端壁84附近的多个透镜表面102,所述多个透 镜表面102连同TIR镜54各自限定对应的折叠透镜轴如折叠透镜轴104S和104D，所述对 应的折叠透镜轴104S和104D分别穿过突脊50的端壁52S和52D，以用于使光学信号转向， 如以大体直角角度转向。虽然这个实施方案示出不同平面上的顶板以及用于实现不同路径 长度的突脊，但所述结构可独立用于实现传输折叠透镜与接收折叠透镜之间的不同路径长 度。下文将论述说明用于实现不同路径透镜的替代实施方案的模块本体10的不同的示例 性配置。如图2和图3A、图3B以及图4B中所示的具体实施方案出于方便目的使用并且作 为非限制性实例。
[0083] 所述多个透镜表面102包括至少一个光源透镜表面102S，所述至少一个光源透镜 表面102S是光源透镜100S的一部分并且具有光源透镜轴104S和通光孔径CAs。多个透镜 表面102还包括至少一个检测器透镜表面102D，所述至少一个检测器透镜表面102D是检 测器透镜100D的一部分并且具有检测器透镜轴104D和通光孔径CAD。顶板82具有包括至 少一个光源透镜表面102S的光源部段82S。类似地，顶板82具有包括至少一个检测器透 镜表面102D的检测器部段82D。在一个实例中，顶板82的光源部段82S和检测器部段82D 都是大体平坦的，但位于不同平面，例如，在Y方向上相对彼此偏移或移置一个台阶83,所 述台阶83位于检测器部段82D与光源部段82S之间，如大约处于模块本体12的侧部22之 间的中间处。台阶83可以是陡峭（S卩，大体直角）台阶或者它可以根据需要是倾斜的。
[0084] 模块10还视情况包括对准支柱75,所述对准支柱75朝向侧部22且靠近后端16 形成在底表面20中，并且从所述底表面向外（即，在Y方向上延伸）延伸。对准支柱75用 作如下文将更详细解释的另外的被动对准特征结构，并且可以帮助将模块10附接至安装 表面。
[0085] 所述一个或多个光源透镜表面102S和相关联的一个或多个折叠光源透镜轴104S 沿Z方向与对应的一个或多个光源光纤支撑特征结构42S对准，其中每个光源光纤200S对 准一个光源透镜表面102S。类似地，一个或多个检测器透镜表面102D和相关联的一个或多 个折叠检测器透镜轴104D沿Z方向与对应的一个或多个检测器光纤支撑特征结构42D对 准，其中每个检测器光纤200D对准一个检测器透镜表面102D。当然，本文所公开的概念可 以与单个检测器透镜轴和单个光源透镜轴或与呈根据需要的任何布置形式的多个检测器 和光源透镜轴一起使用。
[0086] 在一个实例中，当对应的光纤200位于对应的光纤支撑特征结构42中时，折叠光 源透镜轴104S和检测器透镜轴104D在Z方向上延伸的相应部分与相应的光源光纤中心轴 204S和检测器光纤中心轴204D重合。因此，光源光纤支撑特征结构42S配置来使得给定 光源光纤中心轴204S与给定光源透镜轴104S诸如大体以直角相交，并且大体在倾斜壁54 处相交，但如本文所论述，所述角度可以根据需要变化。类似地，检测器光纤支撑特征结构 42D配置来使得给定检测器光纤中心轴204D与给定检测器透镜轴104D诸如大体以直角相 交，并且大体在倾斜壁54处相交，但所述角度也可以变化。
[0087] 折叠光源透镜轴104S和检测器透镜轴104D限定折叠光源（"光源"）光学路径OPs和折叠光电检测器（"检测器"）光学路径OPd的相应部段，其中每个光学路径的一部分处 于模块本体12内，如下文所论述。当模块10用于光纤接口组件时，这些光源光学路径OPs和检测器光学路径OPd分别表示传输通道和接收通道的部分，如下文所论述。此外，所述光 纤接口组件根据需要可以是有源光纤光缆（AOC)组件或其它结构的一部分。
[0088] 光源透镜表面102S、TIR镜54、在其之间的端壁52S的对应部分以及模块本体12 的对应部分限定光源透镜100S及其折叠光轴104S。光源透镜表面102S在本文中视为前 透镜表面并且端壁52S视为光源透镜100S的后透镜表面。前透镜表面102S与后透镜表面 52S之间的轴向距离是透镜厚度（即，在这些表面之间的模块本体12的厚度）并且标记为 d2S(参见图8A)。
[0089] 类似地，检测器透镜表面102D、TIR镜54、在其之间的端壁52D的对应部分以及模 块本体12的对应部分（包括突脊50的延伸部分53D)限定检测器透镜100D及其折叠光轴 104D。检测器透镜表面102D在本文中被视为前透镜表面并且端壁52D被视为检测器透镜 100D的后透镜表面，即使在操作中检测器光（下文所介绍）在从端壁52D至检测器透镜表 面102D的方向上传播也如此。前透镜表面102S与后透镜表面52D之间的轴向距离是透镜 厚度（即，在这些表面之间的模块本体12的厚度）并且标记为d2D(参见图9A)。
[0090] 在一个实例中，光源透镜表面102S和检测器透镜表面102D中的至少一个整体形 成在其相应的顶板部段82S和82D上，S卩，与模块本体12成整体并且因此构成模块本体的 弯曲部分。在另一实例中，光源透镜表面102S和检测器透镜表面102D中的至少一个作为 离散部件添加至其相应的顶板部段82S和82D。在一个实例中，光源透镜100S和检测器透 镜100D的通光孔径CAs和CAd是在250微米与500微米之间，并且在一个更具体的实例中 是在300微米与400微米之间，但其它合适的直径也是可行的。
[0091] 在一个实例中，模块本体12由对具有红外（IR)波长A的传输的光（即，光源光 356S和检测器356D，下文所介绍和所论述）基本透明的材料制成，所述红外波长A例如为 800nm至IlOOnm范围内的IR波长A，所述范围是在形成光学数据链路中所使用的VCSEL 的波长范围。然而，模块本体12的材料可以选择来使得所述材料对处于其它波长的光是基 本透明的。此外，模块本体12具有大得足以在TIR镜54(即，光学转向件）处提供全内反 射的折射率n。
[0092] 在一个示例性实施方案中，模块本体12由透明树脂如General Electric Company 在ULTEMx 1010商品名称下出售的聚醚酰亚胺（PEI)形成，所述透明树脂在上述IR波 长范围内具有约n = 1. 64的折射率。在一个实例中，模块本体12是整体式的并且例如通 过模制、通过机械加工或通过模制和机械加工两者的组合来形成。举例来说，注塑模具由钢 制成并且被精密微加工来使得模块本体12 (包括光源透镜100S和检测器透镜100D)的特 征结构以高精度形成。然而，用于模块的其它制造方法也是可行的。
[0093] 光纤接口组件
[0094] 图4A是采用模块10的光纤接口组件（"组件"）300的示例性实施方案的部分分 解图。图4B是示例性有源光器件350及其器件轴354、连同透镜100的示例性透镜表面102 和对应的透镜轴104的示意性特写图。图5是与图4A类似的部分分解图，示出附接至结构 的模块10。图6是配置来与模块本体12的顶表面18配合并覆盖所述顶表面的任选盖子 370的仰视图。其它实施方案可以视情况包封或以其它方式保护光学附件或不保护。
[0095] 参考图4A和图5,组件300包括印刷电路板（PCB) 310,所述印刷电路板310具有 包括用于建立电连接的金属引线314(包括引线接合、导电迹线等）和接触垫316的上表面 312。PCB上表面312根据需要可操作地支撑集成电路（IC)芯片320和/或多个有源光器 件350。在一个实例中，IC芯片320 (以虚线示出）可操作地支撑多个有源光器件350,如 发射光源光356S的至少一个光源350S和检测检测器光356D的至少一个光电检测器350D。 如图所示，至少一个光源350S和至少一个光电检测器350D位于PCB之上并且通过金属引 线314来电连接至IC芯片320。或者，所述有源光器件可以直接附接至PCB310且适当时进 行电连接，如下文阐述的其它示例性实施方案中所说明。
[0096] 参考图4B，有源光器件350具有光传播至光器件或从光器件传播所沿的器件轴 354。一个示例性光源350S是VCSEL。当有源光器件350包括光源350S时，那么器件轴标 记为354S并且被称为光源轴。当有源光器件350包括光电检测器350D时，那么器件轴标 记为354D并且称为光电检测器轴。图4A示出IC芯片320顶上支撑两个光源350S和两个 光电检测器350D的一个实例，但呈任何布置形式的任何合适数量的光学通道根据需要是 可行的。
[0097] 在一个实例中，光源350S具有与光356S的发射相关联的数值孔径NAs，所述数值 孔径NAs等于或小于光源光纤200S的数值孔径NAfs。作为一个非限制性实例，NA s = 0. 26， 它小于上文所论述的光源光纤200S的数值孔径NAfs = 0. 29,但其它合适的数值孔径值也 是可行的。类似地，在一个实例中，光电检测器350D可以在比与检测器光纤200D的数值孔 径NAfd相关联的那些大的角度范围内接收光356D。
[0098] 在上文所论述的一个替代实例中，一个或多个有源光器件350可操作地直接支撑 在PCB上表面312和相邻的IC芯片320上。在这个示例性配置中，IC芯片320通过引线接 合314等来电连接至一个或多个有源光器件350。在一个示例性实施方案中，IC芯片320 用作光源驱动器（例如，VCSEL驱动器）、光电检测器信号处理器（例如，跨阻抗放大器）或 两者。因此，IC芯片320或PCB310可以用作有源光器件350的支撑表面，其中当模块10安 装到PCB310上或以其它方式与PCB310接口连接时，所述支撑表面与所述模块10的顶表面 18大体平行。
[0099] 应注意，在图5中（以及还有在图7A和图7B中，下文所介绍和所论述）图示凹槽 80如何为IC芯片320和/或有源光器件350提供空间，同时还在所述有源光器件与其对 应的透镜表面102之间提供足够的间隔。因此，模块10可以用于空间十分宝贵的应用中。 在一个实例中，凹槽80分别限定与光源350S和光电检测器350D相关联的间隔高度HS和 HD (也参见图8A和图9A，下文所介绍和所论述）。在一个实例中，间隔高度HS和HD分别与 同光源透镜100S和检测器透镜100D相关联的前焦距FlS和FlD大约相同。间隔高度HS 和HD是必要的，以使得光源透镜100S和检测器透镜100D分别可以与光源350S和光电检 测器350D可操作地间隔开。间隔高度HS和HD可以是相等的或者它们根据需要可以是不 同的。
[0100] 光源透镜100S具有从突脊50的端壁52S测量的后焦距F2S (图8A)。此处，后焦 距F2S大于0,其中在F2S变得非常大时的极限表示基本准直的光源356S。检测器透镜100D 不具有后焦点，因为光是从检测器光纤200D产生的。此处应注意，术语"后焦距"在本文中 用于呈有源光器件350形式的"物体"（即，光源350S)不在无限远处，而是位于与光源透镜 表面102S相距前焦距FlS处的情况。后焦距F2S位于端壁52S处或端壁52S之外。光源 透镜100S和检测器透镜100D的非限制性示例性实施方案将在下文进行阐述和论述。
[0101] 参考图4A，PCB310还可以包括用于使模块10与所述有源光器件对准的一个或多 个基准物332。基准物332可以具有促进对准的各种形式和形状，并且本文通过举例示为十 字形或其它印刷标记。因此，印刷的基准物332可以与或不与用于使基准物332在模块10 的相应的对准孔32中居中的视觉系统一起使用。简单来说，对准孔32和基准物332用作 被动对准（即，没有光学信号被传输以测量所接收的光学信号）特征结构，所述被动对准特 征结构被协作地配置来在模块10与IC芯片320之间提供被动对准，并且具体来说，当模块 10与PCB310接口连接时在透镜100与其对应的有源光器件350之间提供被动对准。在其 它实施方案中，基准物332可以是被配置来装配到模块10的对准孔32中的突出。当然，模 块10可以与有源对准系统一起使用，但那会使制造过程变得复杂。
[0102] 在一个实例中，可以使用诸如环氧树脂等的固定剂将模块10固定在PCB上表面 312的合适位置上。举例来说，视觉系统（例如，机器视觉系统）可以用于在部件被接口连 接之前通过透过对准孔32观察基准物332并且使它们相互对准来建立模块10与PCB310 的对准，如图4A的分解图中所示。此外，所述视觉系统可以具有用于实施被动对准的向上 看和/或向下看功能。另外，PCB310可以视情况包括对准孔375,所述对准孔375用作被配 置来接收模块10的对应的任选的对准支柱75 (参见图2)以进一步辅助模块与PCB被动对 准的另外的被动对准特征结构。
[0103] 参考图5和图6,盖子370具有顶表面372、底表面374以及侧部376。如果需要， 任选盖子370可以被配置来装配到模块10上并固定至模块10,以防止诸如灰尘、污垢等污 染物进入到模块10中。具体来说，盖子370用于防止TIR镜54接触污染物，这种接触可能 会降低TIR效果。在一个实例中，盖子370被配置来将光纤200向下挤压到光纤支撑特征 结构42中以在组装过程期间使所述光纤对准，其中在一个实例中，可固化环氧树脂用于将 光纤保持在合适的位置。
[0104] 盖子370的顶表面372包括用于增强所述盖子至模块10的装配并且还可以用于 搬运所述盖子的一个或多个任选孔382和凹槽384。底表面374包括配置来容纳突脊50 的底部凹槽386。侧部376视情况包括向下悬垂的凸缘构件377，所述向下悬垂的凸缘构件 377被配置来配合地接合在模块10的侧部22处的相应突出部23。在一个实例中，凸缘构 件377和突出部23被配置成卡扣接合，以使得盖子370可以卡扣装配到模块10上（S卩，与 之卡扣配合）。然而，用于将盖子370附接至模块10的其它结构也是可行的。
[0105] 在一个实例中，盖子370由合适的模制材料如ULTEM制成，但盖子不必对具有IR 波长的光透明。用于盖子370的示例性材料包括聚碳酸酯和其它类型的塑料。
[0106] 图7A类似于图3A并且进一步示出位于IC芯片320或PCB板310顶上的表面312 上的呈光源350S形式的有源光器件350。在图7A所示的配置中，光源350S产生在光源光 学路径OPs上大体沿光源透镜轴104S朝向光源透镜100S传播的发散光356S。发散光源光 356S入射到光源透镜表面102S上，所述光源透镜表面102S具有凸形形状并且用于将发散 光源光356S转换成会聚光源光356S，之后所述会聚光源光356S在模块本体12内沿光源光 学路径OPs传播。会聚光源光356S最终入射到TIR镜54上，所述TIR镜54使这个光反射 并转向如大体90°，从而使得光源光现在沿光源光学路径OPs朝向突脊50的端壁52S并朝 向光源光纤200S传播。会聚光源光356S传播穿过端壁52S并且进入光源光纤末端202S， 并且作为导向光源光356SG继续在光源光纤200S中传播。导向光源光356SG由于光源光 纤200S的梯度折射率纤芯206S而遵循弯曲路径，并且在与光纤末端202S相距距离DS处在 光源光纤200S的纤芯内形成焦点FS。也就是说，光源光356S的焦点在光源光纤200S内。 应注意，如果折射率匹配材料220设置在光源光纤末端202S与端壁52S之间，光源光356S 可以穿过这种材料的薄部分。
[0107] 在与图7A中所示类似的一个替代的示例性实施方案中，光源透镜表面102S形成 基本准直的光源光356S，所述光源光356S诸如以大体90°从TIR镜54反射出去并且以基 本准直的光离开端壁52S。这个实施方案可以例如用于以下特定情况：光源光纤200S具有 梯度折射率纤芯206S并且光源光356S优选地以基本准直的光源光引入到所述纤芯中。应 注意，这种梯度折射率光源光纤200S将光源光356S带到与光源光纤末端202S相距某一距 离DS的焦点FS处，在图7A中所示就是这种情况。
[0108] 图7A示出一种示例性实施方案，其中呈光源350S形式的有源光器件350可操作 地布置在与光源透镜表面102S相距前焦距FlS (图8A)处，从而使得有源光器件350在折 叠光源光学路径OPs上与光源光纤200S进行光学通信。一般来说，组件300支持一个或多 个光源350S与对应的一个或多个光源光纤200S之间的一个或多个这样的折叠光源光学路 径 〇Ps。
[0109] 图7B类似于图7A并且示出IC芯片320或PCB310可操作地支撑呈光电检测器 350D形式的有源光器件350的实例。在图7B所示的配置中，导向检测器光356DG作为来自 光学I禹合至检测器光纤的远程末端的远程光源（未不出）的导向光在检测器光纤200D的 纤芯206D中朝向检测器光纤末端202D传播。导向检测器光356DG示出为因检测器光纤的 梯度折射率纤芯206D而遵循弯曲路径并且看似源自于检测器光纤内的焦点FD。导向检测 器光356DG作为发散检测器光356D离开检测器光纤末端202D。这种发散检测器光356D在 检测器光学路径OPd上传播时穿过突脊50的端壁52D并进入模块10的本体12中。应注 意，检测器光356D传播穿过突脊50的延伸部分53D。如果折射率匹配材料220设置在检测 器光纤末端202D与端壁52D之间，检测器光356D也可以穿过这种材料的薄部分。
[0110] 发散检测器光356D然后入射到TIR镜54上并且从其反射以发生光学转向并且在 检测器光学路径OPd上沿透镜轴104D传播。发散检测器光356D在模块本体12内传播至 检测器透镜表面102D时继续发散。检测器透镜表面102D用于在发散检测器光356D离开 模块本体12并且朝向光电检测器350D传播时将发散检测器光356D转换成会聚检测器光 356D。会聚检测器光356D大体向下聚焦到光电检测器350D上。光电检测器350D接收这 种聚焦的检测器光356D并且将其转换成电信号（未示出），如被引导至IC芯片320以在其 中进行处理或引导到其它地方来处理的光电流。
[0111] 图7B示出一种示例性实施方案，其中呈光电检测器350D形式的有源光器件350 可操作地布置在与检测器透镜表面102D相距前焦距FlD (图9A)处，从而使得所述有源光 器件350在折叠检测器光学路径OPd上与检测器光纤200D进行光学通信。一般来说，组件 300支持一个或多个检测器光纤200D与对应的一个或多个光电检测器350D之间的一个或 多个这样的折叠检测器光学路径〇PD。
[0112] 应注意，图7A和图7B描述同一组件300的两个不同示例性部分，所述同一组件 300即为包括一个或多个光源350S和一个或多个光电检测器350D并且分别包括其对应的 折叠光源光学路径OPs和检测器光学路径OPd的一种组件。
[0113] 此处还应注意，光源透镜100S和检测器透镜100D被不同地配置。具体来说，光源 透镜100S的厚度小于检测器透镜100D的厚度（也分别参见图8A和图9A以及距离d2S和 d2D)。在一个实例中，光源光学路径OPs短于检测器光学路径0PD。在一个实例中，光源透 镜100S (图7A)被配置来提供光源光356S在光源光纤200S与光源350S之间的最佳光学 通信，并且检测器透镜100D (图7B)被配置来提供检测器光350D在检测器光纤200D与光 电检测器350D之间的最佳光学通信。下文将阐述光源透镜100S和检测器透镜100D的说 明性设计，但使用本文所公开的概念的其它合适的设计也是可行的。
[0114] 组件300的一个优点在于它包括用于光源光学路径OPs的单个固-气界面和用于 检测器光学路径OPd的单个固-气界面。此外，光源光学路径OPs和检测器光学路径OP d的 每一个中只有一个表面具有光学功率，所述表面即为用于光源光学路径OPs的光源透镜表 面102S和用于检测器光学路径OPd的检测器透镜表面102D。这具有以下优点：减少菲涅尔 反射（Fresnel reflection)并且减少污染物进入光源光学路径OPs或检测器光学路径OPd中的机会，所述菲涅尔反射和所述污染物都会减弱组件300的光学性能。它还简化了组件 300的制造，因为单个部件提供用于传输和接收光学通道两者的光学路径。
[0115] 组件300的另一个优点在于它在有源光器件350与对应的光纤200之间提供被动 对准，即，因为它在有源光器件350与对应的光纤200之间提供对准的光学路径。在一个实 例中，这通过一个或多个被动对准特征结构来实现，所述一个或多个被动对准特征结构此 处举例为模块10中的对准孔32和PCB310上的基准物332,以及所述模块的一个或多个任 选的对准支柱75和所述PCB中对应的任选的对准孔375。这种被动对准系统消除了采用更 昂贵和复杂的有源对准方案的需要并且使得制造组件300的成本和时间最小化。
[0116] 组件300的另一优点包括光学路径中TIR镜54处的光学转向，从而使得光源光学 路径OPs和检测器光学路径OPd的相应部分与上面安装IC芯片320和其它电子器件的PCB 上表面312平行。这实现了光学器件的紧凑构造。另一优点在于，每个光纤200具有一个 透镜100降低了组件300的复杂性和成本。另外的优点在于相邻光纤200之间的距离可以 保持得很小（不同于光束扩展器设计），从而使得组件300可以被配置与光纤带一起使用 (如果需要的话）。组件300的另一优点在于，凹槽80允许IC芯片320定位成非常靠近有 源光器件350以达到最佳电性能（即，减少高数据速度下与较长电迹线相关联的电容和电 感问题）。组件300的另外的优点在于它可以具有紧凑的形状系数，所述形状系数允许组件 300装配在诸如USB3. 0和HDMI连接器的大多数AOC电缆连接器内可用的有限空间内。
[0117] 光源和检测器光学系统
[0118] 图8A是包括如上所述由模块10的本体12形成的光源透镜100S的光源光学系统 400S的示意图。光源透镜100S包括物面106S以及光源光356S被带至其最密集焦点FS的 聚焦平面108S。光源光学系统400S还包括位于物面106S处的光源350S。如上所述，端壁 52S限定光源透镜100S的后透镜表面，而光源透镜表面102S限定前透镜表面。如上所述， 光源光纤纤芯206S可以具有梯度折射率分布，在这种情况下，光源光纤纤芯206S构成光源 光学系统400S的第二透镜兀件。
[0119] 在一个实例中，例如上文结合图7A所描述，光源透镜100S被配置成被大体最优化 以有效中继来自光源350S的光源光356S并且在光源光学路径OPs上将所述光源光356S耦 合到光源光纤200S中，同时能够允许光源横向未对准。也就是说，可能存在较大的横向未 对准公差，同时仍然能实现预定耦合效率。
[0120] 关于将光源光学耦合至光纤的传统知识是将来自光源的光聚焦到光纤末端上。使 用这种方法，如果忽略任何透镜/空气界面处的菲涅尔损耗，在理论上有可能实现100%耦 合效率CEs。然而，这种方法不提供光源横向未对准的最大公差。耦合效率CEs定义为耦合 到光源光纤200S中的光源光356S与可用（S卩，发射的）光源光356S的总量相比的百分率。 图8B是光源350S的特写图，示出光源相对于光源透镜轴104S的横向未对准的量S Zs。
[0121] 为了使组件300能够允许光源横向未对准，在一个实例中，光源透镜100S将光 356S聚焦在光源光纤200S内（并且具体来说，聚焦在其纤芯206S内），从而使得焦点FS 处于与光源光纤末端202S相距某一距离DS处。这种配置仍可以提供CEs = 100% (同样 忽略菲涅尔反射）。然而，放松关于光源350S的横向未对准公差提高了组件300的性能，并 且还减少将组件组装在一起的时间和成本，因为可允许的对准公差变大。它还提高制造组 件300时的制造成品率。
[0122] 本公开的一方面包括光源透镜表面102S的配置，所属配置提供对光源横向未对 准SZs的公差增强的光源透镜100S。在一个实例中，透镜100S被配置来允许比常规器件更 大的公差，同时将光源350S与光源光纤200S之间的预定光源耦合效率CEs维持在100 %，或 者可替代地维持在某一阈值耦合效率或更大，例如CEs > 90 %或CEs > 85 %或CEs > 50%。
[0123] 类似地，对于图9A而言，本公开的一方面包括与光源透镜400S类似并且包括如上 所述由模块10的本体12所形成的检测器透镜100D的检测器光学系统400D。检测器光学 系统400D具有使得检测器透镜100D对光电检测器横向未对准S Zd(参见图9B)的公差增 强的检测器透镜表面102D的配置。在一个实例中，检测器透镜100D被配置来允许比常规 器件更大的公差，同时将检测器光纤200D与光电检测器350D之间的预定检测器耦合效率 CEd维持在100 %，或者维持在某一阈值耦合效率或更大，例如CEd > 90 %或CEd > 85 %或 CEd 彡 50%。
[0124] 即使检测器光356D未稱合到光电检测器356D自身中而是被引导入射到所述光电 检测器356D的有源表面上，检测器耦合效率CEd也结合检测器光学系统400D -起使用。因 此，耦合效率CEd是与检测器光纤200D发射的光的总量相比，入射到光电检测器356D的有 源表面上的光的量。
[0125] 示例性光源和检测器透镜
[0126] 一般来说，有两个参数限定透镜表面的形状：其曲率半径R和二次曲线常数k。光 源透镜表面102S或检测器透镜表面102D的形状通过以下方程式给出：

【权利要求】
1. 一种配置来支撑第一光纤和第二光纤的光纤接口模块，所述光纤接口模块包括： 模块本体，所述模块本体具有前端和后端、顶表面、底表面以及相反侧部，连同对具有 红外波长的光基本透明的光学路径； 形成在所述顶表面中的第一光纤支撑特征结构和第二光纤支撑特征结构； 突脊，所述突脊形成在所述顶表面中并且具有分别终止所述第一光纤支撑特征结构 和所述第二光纤支撑特征结构的第一端壁和第二端壁，以及限定全内反射（TIR)镜的倾斜 壁； 凹槽，所述凹槽形成在所述模块本体的所述底表面中邻近所述前端并且限定顶板；以 及 第一透镜表面和第二透镜表面，所述第一透镜表面和所述第二透镜表面形成在所述顶 板上并且具有与所述第一光纤支撑特征结构和所述第二光纤支撑特征结构以及所述TIR 镜对准的相应的第一折叠透镜轴和第二折叠透镜轴，其中所述第一透镜表面和所述第二透 镜表面以及所述第一端壁和所述第二端壁分别限定具有不同的第一折叠光学路径和第二 折叠光学路径的第一透镜和第二透镜。
2. 如权利要求1所述的光纤接口模块，其中所述第一折叠透镜轴和所述第二折叠透镜 轴具有±20微米或更大的未对准公差，同时维持85 %或更大的耦合效率。
3. 如权利要求1或2中任一项所述的光纤接口模块，其中所述第一透镜表面和所述第 二透镜表面具有不同的曲率。
4. 如权利要求3所述的光纤接口模块，其中所述第一透镜表面和所述第二透镜表面具 有双曲线形状。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的光纤接口模块，其中所述顶板分别具有第一平坦 部段和第二平坦部段，其中所述第一平坦部段和所述第二平坦部段位于不同平面中。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的光纤接口模块，其中所述顶表面包括第一部分和 第二部分，所述第一光纤支撑特征结构和所述第二光纤支撑特征结构分别形成在其中的第 一部分和第二部分中，所述第一部分和所述第二部分相对于所述模块本体的所述底表面而 言具有不同的高度。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的光纤接口模块，其中所述突脊包括相对于所述模 块本体的所述后端彼此移置的第一部段和第二部段。
8. 如权利要求7所述的光纤接口模块，其中所述突脊包括分别终止所述第一光纤对准 特征结构和所述第二光纤对准特征结构并且相对于所述模块本体的所述后端彼此移置的 第一表面部分和第二表面部分。
9. 一种光纤接口组件，所述光纤接口组件包括： 如权利要求1至8中任一项所述的光纤接口模块； 第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和所述第二光纤分别支撑在所述第一光纤支撑特 征结构和所述第二光纤支撑特征结构中，其中所述第一光纤和所述第二光纤具有分别与所 述光纤接口模块的所述第一端壁和所述第二端壁接口连接的相应的第一末端和第二末端； 以及 第一有源光器件和第二有源光器件，所述第一有源光器件和所述第二有源光器件可操 作地布置在与所述第一透镜表面和所述第二透镜表面相距的相应的第一前焦距和第二前 焦距处，以使得所述第一有源光器件和所述第二有源光器件分别在所述第一折叠光学路径 和所述第二折叠光学路径上与所述第一光纤和所述第二光纤进行相应的光学通信。
10. 如权利要求9所述的光纤接口组件： 其中所述第一有源光器件和所述第二有源光器件分别包括光源和光电检测器，并且其 中所述第一折叠光学路径具有比所述第二光学路径短的长度。
11. 如权利要求9或10中任一项所述的光纤接口组件，所述光纤接口组件进一步包 括： 所述第一透镜，所述第一透镜被配置来针对所述第一有源光器件与所述第一透镜轴之 间的第一横向偏移提供±20微米的第一预定未对准公差，同时将所述第一有源光器件与 所述第一光纤之间的第一耦合效率维持在90%或更大；以及 所述第二透镜，所述第二透镜被配置来针对所述第二有源光器件与所述第二透镜轴之 间的第二横向偏移提供±20微米的第二预定未对准公差，同时将所述第二有源光器件与 所述第二光纤之间的第二耦合效率维持在85%或更大。
12. -种配置来支撑第一光纤和第二光纤并且与第一有源光器件和第二有源光器件接 口连接的光纤接口模块，所述光纤接口模块包括： 模块本体，所述模块本体具有前端和后端、配置来支撑所述第一光纤和所述第二光纤 的顶表面以及支撑第一透镜表面和第二透镜表面的底表面，其中所述模块本体对具有红外 波长的光是基本上透明的； 突脊，所述突脊形成在所述顶表面中并且具有限定全内反射（TIR)镜的倾斜壁； 第一透镜，所述第一透镜由所述第一透镜表面、所述第一端壁、所述TIR镜以及所述模 块本体的位于所述第一透镜表面与所述第一端壁之间的一部分限定，所述第一透镜限定所 述第一有源光器件与所述第一光纤之间的第一折叠光学路径；以及 第二透镜，所述第二透镜由所述第二透镜表面、所述第二端壁、所述TIR镜以及所述模 块本体的位于所述第二透镜表面与所述第二端壁之间的一部分限定，所述第二透镜限定所 述第二有源光器件与所述第二光纤之间的第二折叠光学路径，其中所述第一折叠光学路径 和所述第二折叠光学路径具有不同的长度。
13. 如权利要求12所述的光纤接口模块，所述光纤接口模块进一步包括： 所述第一透镜，所述第一透镜被配置来针对所述第一有源光器件与所述第一透镜轴之 间的第一横向偏移提供±20微米的第一预定未对准公差，同时将所述第一有源光器件与 所述第一光纤之间的第一稱合效率维持在85 %或更大；以及 所述第二透镜，所述第二透镜被配置来针对所述第二有源光器件与所述第二透镜轴之 间的第二横向偏移提供±20微米的第二预定未对准公差，同时将所述第二有源光器件与 所述第二光纤之间的第二耦合效率维持在85%或更大。
14. 如权利要求12或13中任一项所述的光纤接口模块，其中所述第一透镜表面和所述 第二透镜表面具有二次曲线常数不同的双曲线形状。
15. -种光纤接口组件，所述光纤接口组件包括： 具有本体的光纤接口模块，所述本体对红外光是透明的并且支撑分别具有由第一透镜 表面和第二透镜表面限定的第一光学功率和第二光学功率的第一透镜和第二透镜，所述第 一透镜和所述第二透镜限定穿过所述模块本体的具有不同长度的相应的第一折叠光学路 径和第二折叠光学路径； 分别由所述光纤接口模块可操作地支撑的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和所述 第二光纤具有分别与所述第一透镜和所述第二透镜的第一大体平坦表面和第二大体平坦 表面接口连接的相应的第一末端和第二末端；以及 第一有源光器件和第二有源光器件，所述第一有源光器件和所述第二有源光器件与所 述第一透镜表面和所述第二透镜表面可操作地间隔开，以使得所述第一有源光器件和所述 第二有源光器件分别在所述第一折叠光学路径和所述第二折叠光学路径上与第一光纤和 第二光纤进行相应的光学通信。
16. 如权利要求15所述的光纤接口组件，其中所述第一有源光器件和所述第二有源 光器件分别包括光源和光电检测器，并且其中所述第一折叠光学路径短于所述第二光学路 径。
17. 如权利要求15或16中任一项所述的光纤接口组件，其中： 所述第一透镜被配置来针对所述第一有源光器件与所述第一透镜轴之间的第一横向 偏移提供±20微米的第一预定未对准公差，同时将所述第一有源光器件与所述第一光纤 之间的第一耦合效率维持在85%或更大；并且 所述第二透镜被配置来针对所述第二有源光器件与所述第二透镜轴之间的第二横向 偏移提供±20微米的第二预定未对准公差，同时将所述第二有源光器件与所述第二光纤 之间的第二耦合效率维持在85%以上。
18. -种光电连接器，所述光电连接器包括： 如权利要求15至17中任一项所述的光纤接口组件； 与所述PCB电接口连接的接触组件； 可操作地容纳所述光纤接口组件和所述接触组件的金属插头接口；以及 可操作地容纳所述金属插头接口的连接器外壳。
19. 一种光纤接口组件，所述光纤接口组件包括： 具有本体的光纤接口模块，所述本体对红外光是透明的并且支撑分别具有由第一透镜 表面和第二透镜表面限定的第一光学功率和第二光学功率的第一透镜和第二透镜，所述第 一透镜和所述第二透镜限定穿过所述模块本体的相应的第一折叠光学路径和第二折叠光 学路径； 分别由所述光纤接口模块可操作地支撑的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和所述 第二光纤具有分别与所述第一透镜和所述第二透镜的第一大体平坦表面和第二大体平坦 表面接口连接的相应的第一末端和第二末端； 印刷电路板，所述印刷电路板具有与所述第一透镜表面和所述第二透镜表面间隔开的 表面； 第一有源光器件和第二有源光器件，所述第一有源光器件和所述第二有源光器件可操 作地支撑在所述印刷电路板表面上，以使得所述第一有源光器件和所述第二有源光器件在 所述第一折叠光学路径和所述第二折叠光学路径上与第一光纤和第二光纤进行相应的光 学通信，并且其中所述第一有源光器件相对于所述印刷电路板表面具有限定所述第一折叠 光学路径和所述第二折叠光学路径的不同长度的第一高度和第二高度。
20. -种光电连接器，所述光电连接器包括： 如权利要求19所述的光纤接口组件； 与所述PCB电接口连接的接触组件； 可操作地容纳所述光纤接口组件和所述接触组件的金属插头接口；以及 可操作地容纳所述金属插头接口的连接器外壳。
【文档编号】G02B6/42GK104335092SQ201380023417
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】马蒂厄·沙博诺-勒福特 申请人:康宁光电通信有限责任公司