0化]此处还应注意，虽然透镜100可W是相同的，但(至少一个)光源光学路径Ws和（至 少一个)检测器光学路径0时通常是不同的。运是因为离开光纤末端202的光356通常将具有 与光源350S不同的发散度(数值孔径）。另外，由光纤200形成的"光源"的有效位置通常将与 图9A中焦点F的位置不同。换言之，光源光学路径OPs和检测器光学路径0时通常不是反向的 光学路径。在一个实例中，透镜100是相同的并且尽管它们也用于检测器光学路径OPd,但针 对光源光学路径OPs进行了优化。在另一实例中，透镜100是相同的并且被配置来提供在光 源光学路径Ws和检测器光学路径0时上有效传送光356之间的最佳折衷。
[0087]组件300的一个优点在于：它可W包括透镜表面102处的单个固-气界面。具体来 说，一个示例性组件300包括具有光学功率的单个表面，即，透镜表面102。运具有W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Ws或检测器光 学路径OPd中并减弱组件300的光学性能的机会。它还简化组件300的制造。因此，在一个实 例中，光源光学路径Ws和检测器光学路径0时各自包括具有光学功率的单个光学界面，即， 对应的透镜表面102。
[008引组件300的另一优点在于:它提供一个或多个有源光器件350与对应的一个或多个 光纤200之间的被动对准，即，所述一个或多个有源光器件与所述对应的一个或多个光纤之 间的一个或多个对准的光源光学路径Ws和检测器光学路径OPd。运通过举例示为模块10中 的对准孔32和PCB 310上基准物332的形式的一个或多个被动对准特征结构来实现。运种被 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。
[0089] 组件300的另一优点包括TIR镜54处光信号的基本直角的转向，从而使得至少一个 光源光学路径Ws的一部分和至少一个检测器光学路径0时的一部分与PCB上表面312平行， 所述PCB上表面312上安装了IC忍片320和其它电子器件。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 W保持得很小(不同于光束扩展器设计），从而使得组件300可W被配置成与光纤带一起使 用。组件300的另一优点在于：凹槽80允许IC忍片320定位成非常靠近有源光器件350，从而 实现最优电性能。组件300的另外的优点在于：它可W具有紧凑的形状系数，所述形状系数 允许组件300装配在最常见电缆连接器内可用的有限空间内，从而实现光电(O-E)连接器如 USB 3.(KDisplay-PortW及HDMI连接器。
[0090] 示例性光学系统
[0091] 图10是包括形成为模块10的本体12的一部分的透镜100的光学系统400的示意图。 透镜100包括物体平面106和聚焦平面108。聚焦平面108由光356被带至其最密集焦点F所处 的位置限定。与聚焦平面108和焦点F通常相关联的是光356保持足够集中的焦点深度D0F。 在一个实例中，聚焦平面108定义为最小模糊圈的位置。举例来说，光学系统400还包括位于 物体平面106处的光源350S。端壁52限定透镜100的后透镜表面，而透镜表面102限定前透镜 表面。如上所述，光纤纤忍206可W具有梯度折射率分布，在运种情况下，光纤纤忍206构成 光学系统400中的第二透镜元件。
[0092] 在一个实例中，透镜100被配置成是基本优化的，W中继来自光源350S的光356并 且在光源光学路径OPs上将光356禪合到光纤200中，如上文结合图9A所描述。如上所述，在 一个实例中，相同类型的透镜100可W用于在检测器光学路径0时上将光纤200携带的（并在 光纤末端202发射的）光356中继至光电检测器350D。在运种情况下，对于检测器光学路径 OPd,透镜100大体不进行优化。然而，运种优化可能不是必需的并且可能对组件300的性能 不具有实质性影响。然而，在一个示例性实施方案中，可W调整透镜100针对光源光学路径 OPs的光学设计(例如，调离针对光源光学路径Ws而言的最优情况），W改进检测器光学路径 0时的成像质量。
[0093] 关于将光源光学禪合至光纤的传统知识是将光聚焦到光纤末端上。使用运种方 法，如果忽略透镜/空气界面处的菲涅尔损耗，至少在理论上有可能实现100%禪合效率CE。 然而，运种方法并未提供光源350S与透镜轴104之间横向未对准的最大公差。禪合效率CE定 义为禪合到光纤200中的光356与可用于禪合到光纤中的光356的总量相比的百分率。图11 是光源350S的特写图，示出光源轴354与透镜轴104之间的横向未对准的量SZ(下文称为横 向未对准化）。
[0094] 与传统知识不同，本文所公开的概念是有利的，因为它们允许模块容忍横向未对 准。为了使组件300能够容忍横向未对准，在一个实例中，透镜100将光356聚焦在与光纤末 端202相距某一距离D处的光纤200内（并且具体来说，聚焦在光纤纤忍206内）。运种配置仍 可W提供禪合效率CE= 100% (同样忽略菲涅尔反射）。放松对有源光器件350相对于透镜 100的位置的未对准公差改进了组件300的性能并且减少了将所述组件组装在一起的时间 和成本。它还提高制造组件300时的制造成品率。本公开的一方面包括一种用于透镜表面 102的配置，所述配置为透镜100提供对横向未对准化增强的公差，并且在一个实例中，优化 了运个公差，同时将光源350S与光纤200之间的理论禪合效率CE维持在100%，或者，维持在 某一阔值禪合效率W上，例如CE > 90%或CE > 85%。
[00M] 示例性透镜设计
[0096] -般来说，有两个参数限定透镜表面102的形状:其曲率半径R和二次曲线常数k。 透镜表面102的形状通过W下方程式给出：
[0097]
[0098] 其中c = l/R是曲率并且r是半径位置。二次曲线常数k规定了透镜表面102的形状 的性质:如果k = 0,透镜表面是球形的；如果k在0与-1之间，透镜表面是楠圆形的；如果k = -1，透镜表面是抛物线形的;并且如果k小于-1，透镜表面是双曲线形的。
[0099] 存在允许CE(理论上）为100%的大范围透镜参数，存在允许CE >90%的更大范围 参数，并且还存在允许CE含85%的甚至更大的范围参数。然而，结果证明一些参数组合能实 现比其它参数组合更好的未对准公差。图12针对每对(R，k)描绘与使光源350S横向移置并 记录CE含90%的范围相关联的未对准公差。等值线表示用于维持CE含90%的关于横向未对 准化的公差。图12的图包括提供最大未对准公差的(R，k)空间的区域420。在峰值处，横向未 对准化达到52微米的全范围，或± 26微米的半范围。
[0100] 下文表1中提供了与运个最优(R，k)空间区域420对应的透镜100的示例性参数。参 考图l〇，dl是沿透镜轴104从光源350S至透镜表面102的距离，并且d2是从前透镜表面102至 后透镜表面(端壁)52的（折叠巧由向距离（白色虚线），并且因此表示透镜轴向厚度。在一个 实例中，透镜轴向厚度d2在400WI1 < d2 < 1,600WI1的范围内。
[0101] 参数D是从后透镜表面52至聚焦平面108的上述距离，并且在一个实例中与后聚焦 距离F2相同。参数R'是后透镜表面52的曲率半径，CA是透镜100的通光孔径(直径），F1是前 聚焦距离，并且F2是后聚焦距离。将光源350S模型化为VCSEL，并且假设光纤200具有抛物线 型梯度折射率纤忍206。
[0102]
[0103] 应注意，二次曲线常数k = -2.0使得透镜表面102变为非球面，并且具体来说是双 曲线形。另外，D值=100微米使得聚焦平面108良好地位于光纤200之内。在光纤纤忍206具 有梯度折射率分布的情况下，所述光纤纤忍用作透镜并且在光学系统400且尤其是透镜表 面102的光学设计中需要被考虑在内。
[0104] 应注意，表1中阐述的示例性透镜参数表示良好优化设计的一个实例。可W通过放 大或缩小尺寸来获得同等良好的光学性能，在运种情况下，需要适当地调整。1、(1、。2、1?^及 k的值。
[0105] 图13是示出将焦点定位在光纤或其它光学波导内的后聚焦平面的作用的比较图。 具体来说，图13是针对聚焦平面108位于光纤末端202的透镜100常规配置(虚线曲线）和聚 焦平面在光纤内的改进配置(实线曲线），横向未对准化(微米)对禪合效率CE( % )的图。在 CE = 90 % (-0.46地)时，透镜100的优化配置示出横向未对准化的公差从± 16微米增加至± 26微米，运表示优于非优化配置的62 %的改进。在CE = 50 % (-3dB)时，横向未对准化的公差 从±26微米增加至±32微米，运表示23 %的改进。
[0106] 距离dl(粗略对应于间隔H和前聚焦距离Fl)在实例中被选择为200微米，W容纳引 线接合314并且基于光356从VCSK^光源350S的发散度提供合理的通光孔径CA(透镜直径）。 距离D2被选择为400微米，因为所述距离提供良好的未对准公差，支持不存在未对准时禪合 效率CE=100%的透镜设计，并且与注塑模制部件的制造限制和所需的小的形状系数（即， 小尺寸LX、LYW及LZ，其实例在上文所述)一致。本领域技术人员将理解，一个或多个透镜参 数的其它值可W被采用来说明模块10的不同配置、光源350S的不同类型、用于模块的不同 材料等，运取决于组件300的具体应用。
[0107] 透镜表面处空气界面的窗口单元
[0108] 图14类似于图2,并且示出一个示例性实施方案，其中窗口单元500设置在模块10 的凹槽80中W维持透镜表面102处的空气界面。图15A是与图4类似的特写截面图并且示出 设置在凹槽80中位于PCB 310与凹槽顶板82之间的图14的示例性窗口单元。示例性窗口单 元500包括支撑对光356透明的窗口 510的框架506。窗口框架506和窗口