具有不同光學路徑的全內反射光纖接口模塊和使用所述模塊的組件的製作方法

2023-06-06 22:09:26

具有不同光學路徑的全內反射光纖接口模塊和使用所述模塊的組件的製作方法
【專利摘要】本發明公開光纖接口模塊和使用所述光纖接口模塊的組件，其中所述模塊包括在其中形成的在模塊本體內利用全內反射的第一透鏡和第二透鏡。所述第一透鏡和第二透鏡限定具有不同長度的第一光學路徑和第二光學路徑。所述模塊可以可操作地支撐第一光纖和第二光纖，以使得它們光學耦合至所述第一透鏡和第二透鏡的表面。所述第一透鏡和第二透鏡被設計來針對相對於第一有源光器件和第二有源光器件偏移提供橫向偏移的預定公差，同時維持所述有源光器件與對應的第一光纖和第二光纖之間的相應的第一耦合效率和第二耦合效率。
【專利說明】具有不同光學路徑的全內反射光纖接口模塊和使用所述模 塊的組件
[0001] 優先權
[0002] 本申請根據專利法要求2012年3月30日提交的美國申請序列號13/436, 108的 優先權的權益，所述申請的內容是本案的依託並且以引用的方式整體併入本文。

【技術領域】
[0003] 本公開涉及光纖接口模塊和使用所述模塊的組件，並且更具體來說，涉及以下這 樣的模塊和組件：所述模塊採用全內反射並且具有用於分別與有源光器件如光源和光電檢 測器相關聯的傳輸和接收通道的不同光學路徑。

【背景技術】
[0004] 用於消費電子產品的短距離數據鏈路的數據速率變得越來越高，尤其是用於視頻 和數據存儲應用的那些短距離數據鏈路。實例包括5Gb/s的USB3. 0協議、lOGb/s的HDMI 以及在兩個通道上的lOGb/s的Thunderbolt。在這類高數據速率下，傳統的銅電纜具有有 限的傳輸距離並且可能相對較大，從而限制電纜靈活性並增加費用。出於至少這些原因，光 纖作為銅線的替代物出現，以用於適應下幾代消費電子產品的高數據速率。
[0005] 與採用昂貴的高功率邊緣發射雷射器與調製器的電信應用不同，短距離光纖鏈路 是基於低成本、低功率的直接調製的光源如垂直空腔表面發射雷射器（VCSEL)。為了在消費 電子產品中可行，用於在一個方向上將來自光源的光耦合到光纖中並且在另一方向上將另 一光纖中傳播的光耦合到光電二極體上的光纖接口模塊和組件需要是低成本的。因此，尚 未解決的是需要設計簡單、穩健、可靠、具有寬鬆的未對準公差和/或被動對準過程的光纖 接口模塊和組件。


【發明內容】

[0006] 本公開的一方面是配置來支撐第一光纖和第二光纖的光纖接口模塊，所述光纖接 口模塊包括：模塊本體，所述模塊本體限定前端和後端、頂表面、底表面以及相反側部，並且 具有對具有紅外波長的光基本透明的光學路徑；形成在所述頂表面中的第一光纖支撐特徵 結構和第二光纖支撐特徵結構；突脊，所述突脊形成在所述頂表面中並且具有分別終止第 一光纖支撐特徵結構和第二光纖支撐特徵結構的第一端壁和第二端壁，以及限定全內反射 (TIR)鏡的傾斜壁；凹槽，所述凹槽形成在所述模塊本體的所述底表面中鄰近所述前端並 且限定頂板；以及第一透鏡表面和第二透鏡表面，所述第一透鏡表面和第二透鏡表面形成 在所述頂板上並且具有與第一光纖支撐特徵結構和第二光纖支撐特徵結構以及TIR鏡對 準的相應的第一摺疊透鏡軸和第二摺疊透鏡軸，其中所述第一透鏡表面和第二透鏡表面以 及所述第一端壁和第二端壁分別限定具有不同的第一摺疊光學路徑和第二摺疊光學路徑 的第一透鏡和第二透鏡。
[0007] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述第一摺疊透鏡軸和第二摺疊透 鏡軸具有±20微米或更大的未對準公差，同時維持85 %或更大的耦合效率。
[0008] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，進一步包括由模塊本體整體形成的所述 第一透鏡表面和第二透鏡表面。
[0009] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述第一透鏡表面和第二透鏡表面 具有不同的曲率。
[0010] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述第一透鏡表面和第二透鏡表面 具有雙曲線形狀。
[0011] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述頂板分別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於不同平面中。
[0012] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述紅外波長是在800納米至1100 納米的範圍內。
[0013] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述模塊本體是整體式的。
[0014] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述光纖支撐特徵結構包括大體平 行於所述相反側部延伸的多個溝槽。
[0015] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述頂表面包括所述第一光纖支撐 特徵結構和第二光纖支撐特徵結構分別形成在其中的第一部分和第二部分，所述第一部分 和第二部分相對於模塊本體的底表面而言具有不同的高度。
[0016] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述突脊包括相對於模塊本體的後 端彼此移置的第一部段和第二部段。
[0017] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述突脊包括分別終止第一光纖對 準特徵結構和第二光纖對準特徵結構並且相對於模塊本體的後端彼此移置的第一表面部 分和第二表面部分。
[0018] 本公開的另一方面是一種光纖接口組件，所述光纖接口組件包括：所述模塊；第 一光纖和第二光纖，所述第一光纖和第二光纖分別支撐在所述第一光纖支撐特徵結構和第 二光纖支撐特徵結構中，其中所述第一光纖和第二光纖具有分別與光纖接口模塊的第一端 壁和第二端壁接口連接的相應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與所述第一透鏡表面和第二 透鏡表面相距相應的第一前焦距和第二前焦距處，以使得所述第一有源光器件和第二有源 光器件分別在所述第一摺疊光學路徑和第二摺疊光學路徑上與所述第一光纖和第二光纖 進行相應的光學通信。
[0019] 本公開的另一方面是所述光纖接口組件，其中所述第一有源光器件和第二有源光 器件分別包括光源和光電檢測器，並且其中所述第一摺疊光學路徑具有比所述第二光學路 徑短的長度。
[0020] 本公開的另一方面是所述光纖接口組件，進一步包括：印刷電路板（PCB)，所述印 刷電路板支撐所述光纖接口模塊；至少一個集成電路（IC)晶片，所述至少一個集成電路芯 片由所述PCB可操作地支撐並且可操作地連接至所述第一有源光器件和第二有源光器件； 並且其中所述PCB或所述IC晶片可操作地支撐所述第一光器件和第二光器件。
[0021] 本公開的另一方面是所述光纖接口組件，進一步包括：配置來與模塊本體的頂表 面配合併覆蓋所述頂表面的蓋子。
[0022] 本公開的另一方面是所述光纖接口組件，進一步包括：第一透鏡，所述第一透鏡被 配置來針對所述第一有源光器件與所述第一透鏡軸之間的第一橫向偏移提供±20微米的 第一預定未對準公差，同時將所述第一有源光器件與所述第一光纖之間的第一耦合效率維 持在85%或更大；以及第二透鏡，所述第二透鏡被配置來針對所述第二有源光器件與所述 第二透鏡軸之間的第二橫向偏移提供±20微米的第二預定未對準公差，同時將所述第二 有源光器件與所述第二光纖之間的第二耦合效率維持在85 %或更大。
[0023] 本公開的另一方面是一種光電連接器，所述光電連接器包括：所述光纖接口組件； 與所述PCB電接口連接的接觸組件；可操作地容納所述光纖接口組件和所述接觸組件的金 屬插頭接口；以及可操作地容納所述金屬插頭接口的連接器外殼。
[0024] 本公開的另一方面是一種光纖接口模塊，所述光纖接口模塊配置來支撐第一光纖 和第二光纖並且與第一有源光器件和第二有源光器件接口連接，所述光纖接口模塊包括： 模塊本體，所述模塊本體限定前端和後端、配置來支撐所述第一光纖和第二光纖的頂表面 以及支撐第一透鏡表面和第二透鏡表面的底表面，其中所述模塊本體對具有紅外波長的光 基本上是透明的；突脊，所述突脊形成在所述頂表面中並且具有限定全內反射（TIR)鏡的 傾斜壁；第一透鏡，所述第一透鏡由所述第一透鏡表面、所述第一端壁、所述TIR鏡以及所 述模塊本體的位於所述第一透鏡表面與所述第一端壁之間的一部分限定，所述第一透鏡限 定所述第一有源光器件與所述第一光纖之間的第一摺疊光學路徑；以及第二透鏡，所述第 二透鏡由所述第二透鏡表面、所述第二端壁、所述TIR鏡以及所述模塊本體的位於所述第 二透鏡表面與所述第二端壁之間的一部分限定，所述第二透鏡限定所述第二有源光器件與 所述第二光纖之間的第二摺疊光學路徑，其中所述第一摺疊光學路徑和第二摺疊光學路徑 具有不同的長度。
[0025] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述第一透鏡被配置來針對所述第 一有源光器件與第一透鏡軸之間的第一橫向偏移提供±20微米的第一預定未對準公差， 同時將所述第一有源光器件與所述第一光纖之間的第一耦合效率維持在85%或更大；並 且所述第二透鏡被配置來針對所述第二有源光器件與第二透鏡軸之間的第二橫向偏移提 供±20微米的第二預定未對準公差，同時將所述第二有源光器件與所述第二光纖之間的 第二耦合效率維持在85 %或更大。
[0026] 本公開的另一方面是所述光纖接口模塊，其中所述第一透鏡表面和第二透鏡表面 具有二次曲線常數不同的雙曲線形狀。
[0027] 本公開的另一方面是一種光纖接口組件，所述光纖接口組件包括：具有本體的光 纖接口模塊，所述本體對紅外光是透明的並且支撐分別具有由第一透鏡表面和第二透鏡表 面限定的第一光學功率和第二光學功率的第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡 限定穿過所述模塊本體具有不同長度的相應的第一摺疊光學路徑和第二摺疊光學路徑；分 別由所述光纖接口模塊可操作地支撐的第一光纖和第二光纖，所述第一光纖和第二光纖具 有分別與所述第一透鏡和第二透鏡的第一大體平坦表面和第二大體平坦表面接口連接的 相應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與所述第一透鏡表面和第二透鏡表面可操作地間隔開，以使得所述第 一有源光器件和第二有源光器件分別在所述第一摺疊光學路徑和第二摺疊光學路徑上與 第一光纖和第二光纖進行相應的光學通信。
[0028] 本發明的另一方面是所述光纖接口組件，其中所述第一有源光器件和第二有源光 器件支撐在集成電路（IC)晶片或印刷電路板（PCB)的平坦支撐表面上，並且其中所述第一 光纖和第二光纖支撐在所述光纖接口模塊的頂表面上，其中所述頂表面和所述平坦支撐表 面是大體上平行的。
[0029] 本公開的另一方面是所述光纖接口組件，其中所述模塊本體包括至少一個第一被 動對準特徵結構並且所述PCB包括與所述至少一個第一被動對準特徵結構協作地配置以 允許所述模塊與所述PCB之間被動對準的至少一個第二被動對準特徵結構。
[0030] 本公開的另一方面是所述光纖接口組件，其中所述第一有源光器件和第二有源光 器件分別包括光源和光電檢測器，並且其中所述第一摺疊光學路徑短於所述第二光學路 徑。
[0031] 本公開的另一方面是所述光纖接口組件，其中：所述第一透鏡被配置來針對所述 第一有源光器件與第一透鏡軸之間的第一橫向偏移提供±20微米的第一預定未對準公 差，同時將所述第一有源光器件與所述第一光纖之間的第一耦合效率維持在85%或更大； 並且所述第二透鏡被配置來針對所述第二有源光器件與第二透鏡軸之間的第二橫向偏移 提供±20微米的第二預定未對準公差，同時將所述第二有源光器件與所述第二光纖之間 的第二耦合效率維持在85%以上。
[0032] 本公開的另一方面是一種光電連接器，所述光電連接器包括：如上文所述的光纖 接口組件；與所述PCB接口電連接的接觸組件；可操作地容納所述光纖接口組件和所述接 觸組件的金屬插頭接口；以及可操作地容納所述金屬插頭接口的連接器外殼。
[0033] 本公開的另一方面是光纖接口組件，所述光纖接口組件包括：具有本體的光纖接 口模塊，所述本體對紅外光是透明的並且支撐分別具有由第一透鏡表面和第二透鏡表面限 定的第一光學功率和第二光學功率的第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡和第二透鏡限定 穿過所述模塊本體的相應的第一摺疊光學路徑和第二摺疊光學路徑；分別由所述光纖接口 模塊可操作地支撐的第一光纖和第二光纖，所述第一光纖和第二光纖具有分別與所述第一 透鏡和第二透鏡的第一大體平坦表面和第二大體平坦表面接口連接的相應的第一末端和 第二末端；印刷電路板，所述印刷電路板具有與所述第一透鏡表面和第二透鏡表面間隔開 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 作地支撐在所述印刷電路板表面上，以使得所述第一有源光器件和第二有源光器件在所述 第一摺疊光學路徑和第二摺疊光學路徑上與第一光纖和第二光纖進行相應的光學通信，並 且其中所述第一有源光器件相對於所述印刷電路板表面具有限定所述第一摺疊光學路徑 和第二摺疊光學路徑的不同長度的第一高度和第二高度。
[0034] 本公開的另一方面是一種光電連接器，所述光電連接器包括：如上文所述的光纖 接口組件；與所述PCB電接口連接的接觸組件；可操作地容納所述光纖接口組件和所述接 觸組件的金屬插頭接口；以及可操作地容納所述金屬插頭接口的連接器外殼。
[0035] 應理解，前文概括描述和以下詳細描述都呈現了本公開的實施方案，並且意圖提 供概述或框架以用於理解本公開所要求保護的本質和特徵。包括附圖以提供對本公開的進 一步理解，並且所述附圖併入本說明書中且構成本說明書的一部分。附圖示出本公開的各 種實施方案並且連同本文闡述的描述用於解釋本公開的原理和操作。權利要求書併入下文 闡述的詳細描述中並且構成詳細描述的一部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1是根據本公開的示例性光纖接口模塊的正視俯視圖；
[0037] 圖2是圖1的光纖接口模塊的仰視圖；
[0038] 圖3A是沿光源光纖支撐特徵結構之一取得的光纖接口模塊的特寫截面圖，示出 在延伸穿過模塊的一部分且其傾斜壁用作全內反射鏡的突脊周圍的區域；
[0039] 圖3B類似於圖3A，但是為沿檢測器光纖支撐特徵結構之一取得的截面圖；
[0040] 圖4A是光纖接口組件的示例性實施方案的部分分解圖，所述光纖接口組件包括 圖1的光纖接口模塊、蓋子、印刷電路板（PCB)、由PCB可操作地支撐的集成電路（IC)晶片 以及呈光電檢測器和光源形式的有源光器件；
[0041] 圖4B是示例性有源光器件及其器件軸連同對應的透鏡表面、透鏡以及透鏡軸的 不意性特與圖；
[0042] 圖5是與圖4A類似的部分分解圖並且示出由PCB可操作地支撐的光纖接口模塊；
[0043] 圖6是針對光纖接口模塊在圖4a和圖5中所示的任選蓋子的示例性實施方案的 仰視圖；
[0044] 圖7A是與圖3A類似的特寫圖並且示出可操作地支撐光源形式有源光器件的PCB 或IC晶片，並且還示出來自光源的光源光在摺疊的光源光學路徑上傳播穿過光纖接口模 塊而到達位於光源光纖內的焦點；
[0045] 圖7B類似於圖7A並且示出檢測器光在摺疊的檢測器光學路徑上從檢測器光纖傳 播並穿過光纖接口模塊而到達由IC晶片或PCB板可操作地支撐的光電檢測器形式的有源 光器件；
[0046] 圖8A是由光纖接口模塊的光源透鏡、光源以及相對於光源透鏡可操作地布置的 光源光纖形成的說明性光源光學系統的示意圖；
[0047] 圖8B是光源的特寫圖，示出光源相對於光源透鏡光軸的示例性橫向未對準S Zs ;
[0048] 圖9A類似於圖8A並且是由光纖接口模塊的檢測器透鏡、光電檢測器以及相對於 檢測器透鏡可操作地布置的檢測器光纖形成的示例性檢測器光學系統的示意圖；
[0049] 圖9B類似於圖8B並且是光電檢測器的示意性特寫圖，示出光電檢測器相對於檢 測器透鏡光軸的示例性橫向未對準S Zd ;
[0050] 圖10是具有光源對準公差SZs等值線的曲率半徑R和二次曲線常數k的等值線 圖，示出提供最佳橫向對準公差且同時具有耦合效率CEs = 100%的（R，k)空間的區域；
[0051] 圖IlA是針對示例性檢測器透鏡，檢測器耦合效率CED(% )隨著距離參數dlD和 d2D的變化而變化的等值線圖；
[0052] 圖IlB是針對光源透鏡100S，光源耦合效率CES(% )隨著距離參數dlS和d2S的 變化而變化的等值線圖；
[0053] 圖12A是與檢測器耦合效率CED(% ) = 90%相關聯的檢測器橫向未對準公差 S Zd ( y m)隨著與示例性檢測器透鏡100D相關聯的檢測器距離參數dlD和d2D的變化而變 化的等值線圖；
[0054] 圖12B是與光源耦合效率CES(% ) = 90%相關聯的光源橫向未對準公差 S Zs (m)隨著與示例性光源透鏡100S相關聯的光源距離參數dlS和d2S的變化而變化的 等值線圖；
[0055] 圖13A是示出針對示例性光源透鏡，光源耦合效率CEs(%)對分別在Z和X方向 上以微米計的光源橫向未對準S Zs和S Xs的曲線的圖；
[0056] 圖13B是示出針對示例性檢測器透鏡，檢測器耦合效率CED(% )對在Z方向上以 微米計的檢測器橫向未對準S Zd的曲線的圖；
[0057] 圖14類似於圖1並且示出一個示例性實施方案，其中鑑於主要頂表面部段具有 高度不同的兩個相鄰部分，光纖接口模塊的光源光學路徑和檢測器光學路徑具有不同的長 度；
[0058] 圖15是示出主要頂表面部段和具有不同高度的兩個相鄰部分的光纖接口模塊的 端視圖；
[0059] 圖16A和圖16B是與圖3A和圖3B類似，在Y-Z平面上取得的光纖接口模塊的截 面圖，並且示出因相鄰頂表面部分的高度差△ h所致的光源光學路徑OPs和檢測器光學路 徑OPd的不同長度；
[0060] 圖17和圖18類似於圖1和圖2,並且示出用於通過模塊本體在光源與突脊檢測器 部段之間具有位移來形成具有不同長度的光源光學路徑OPs和檢測器光學路徑OPd的另一 示例性實施方案；
[0061] 圖19A和圖19B是在不同的Y-Z平面上取得並與圖16A和圖16B的那些類似的截 面圖，並且示出光源光學路徑OPs和檢測器光學路徑OPd ;
[0062] 圖20是示出可操作地設置在印刷電路板的表面上的光電檢測器和光源的示例性 印刷電路板的正視圖，其中在Z方向上，光源與光電檢測器偏移AZ量；
[0063] 圖21類似於圖1，不同之處在於突脊在整個模塊上是均勻的；
[0064] 圖22A和圖22B是在圖21的模塊的不同Y-Z平面上取得的截面圖，並且示出對於 升高的光源和光電檢測器而言的光源光學路徑OPs和檢測器光學路徑OPd ;
[0065] 圖23是可操作地設置在印刷電路板的表面上的光源和光電檢測器的正視圖，其 中相對於光電檢測器，光源通過支撐構件升高；以及
[0066] 圖24和圖25是採用使用本文所公開的光纖接口模塊形成的光纖接口組件的示例 性光-電（O-E)連接器的部分分解圖和正視圖。
[0067] 本公開的另外的特徵和優點在以下詳細描述中進行闡述並且本領域技術人員將 從描述中變得清楚明白，或者通過實踐如本文所描述的本公開連同權利要求書和附圖來了 解。
[0068] 出於參考目的，某些附圖中示出了笛卡爾坐標（Cartesian coordinate)並且不意 圖對方向或取向進行限制。

【具體實施方式】
[0069] 本公開涉及光纖接口模塊和組件，並且更具體來說，涉及以下這樣的模塊和組件： 所述模塊在模塊本體內採用全內反射以及摺疊的光源和檢測器光學路徑。
[0070] 首先論述光纖接口模塊的示例性實施方案，之後論述採用所述光纖接口模塊的光 纖接口組件的示例性實施方案。然後結合光源和檢測器光學系統來描述與光纖接口模塊以 及傳輸和接收通道相關聯的光源和檢測器透鏡的示例性配置。
[0071] 光纖接口模塊
[0072] 圖1是根據本公開的示例性光纖接口模塊（下文稱為"模塊"）10的正視俯視圖。 圖2是圖1的模塊10的仰視圖，而圖3A和圖3B是在沿相應的光源和檢測器光纖支撐特徵 結構42S和42D(下文所介紹和所論述）的Y-Z平面上取得的圖1和圖2的示例性模塊10 的截面圖。
[0073] 模塊10具有本體12,所述本體12在這個實施方案中大體具有包括如下文所描 述形成於其中的另外的特徵的矩形平行六面體（又稱為長方體），但其它合適的一般形狀 也是可行的。本體12限定前端14、可與前端大體平行的後端16、頂表面18以及與頂表面 大體平行的底表面20。本體12還限定在這個實施方案中各自包括突出部23的側部22。 模塊10具有如圖1中所示的長度LZ、寬度LX以及高度LY的尺寸。這些尺寸的實例包括 5謹< LZ < ICtam, 2謹< LX < ICtam以及1謹< LY < 4謹,但其它合適的尺寸也是可行的。
[0074] 頂表面18包括與前端14相鄰的前頂表面部段30。頂表面18還包括與後端16相 鄰的主要頂表面部段40。主要頂表面部段40包括兩個對準孔32,所述對準孔32鄰近相應 側部22形成，約處於前端14與後端16之間的中間處，並且在Y方向上延伸至底表面20。 對準孔32可用作被動對準特徵結構，如下文解釋。主要頂表面部段40還包括一個或多個 光纖支撐特徵結構42。一些光纖支撐特徵結構42被配置來容納與相應光源（如下文所論 述）相關聯的光源光纖200S並且稱為光源光纖支撐特徵結構42S。類似地，一些光纖支撐 特徵結構42被配置來容納與相應光電檢測器（同樣如下文所論述）相關聯的檢測器光纖 200D並且稱為檢測器光纖支撐特徵結構42D。在一個實例中，光纖支撐特徵結構42包括通 常在Z方向（即與側部22大體平行）上延伸的溝槽。在一個實例中，所述溝槽是V形的， 艮P，具有V形截面；然而，其它結構如U溝道、鑽孔等也是可行的。
[0075] 舉例來說，適於用作光源光纖200S和檢測器光纖200D的光纖200是多模光纖，例 如像粗芯高數值孔徑光纖，例如可從Corning, Inc. (Corning, New York)獲得的VSDN?光 纖。名稱為 "High numerical aperture multimode optical fiber" 的公布的 PCT 專利申 請公布號W02010036684中也論述了說明性光纖200,但其它合適的光纖的使用根據本文所 公開的概念是可行的。
[0076] 模塊10的頂表面18還包括突脊50,所述突脊50將前頂表面部段30與主要頂表 面部段40分開並且延伸穿過模塊10,即在X方向上延伸。圖3A是沿光源光纖支撐特徵結 構42S取得的在突脊50周圍的模塊本體12的區域的特寫截面圖。圖3A示出位於光源光 纖支撐特徵結構42S之內的光源光纖200S的端部。圖3B類似於圖3A並且是沿檢測器光 纖支撐特徵結構42D取得的在突脊50周圍的模塊本體12的區域的特寫截面圖。圖3B示 出位於檢測器光纖支撐特徵結構42D之內的檢測器光纖200D的端部。
[0077] 光源光纖200S具有末端202S和與光纖纖芯（"纖芯")206S的中心軸重合的中心 軸204S，所述光纖纖芯206S具有折射率n。。纖芯206S由具有折射率na的包層208S包圍， 其中na〈n。。在一個非限制性實例中，光源光纖200S具有數值孔徑NAfs = 0. 29,但具有其 它值的數值孔徑的光纖的使用也是可行的。此外在一個實例中，纖芯206S具有梯度折射率 分布，而在一個實例中是拋物線型分布。在一個實例中，纖芯206S具有約80微米的直徑。 類似地，檢測器光纖200D具有末端202D、中心軸204D、纖芯206D (其可以具有梯度折射率） 以及包層208D。在一個實例中，光源光纖200S和檢測器光纖200D是相同類型的光纖，但它 們根據需要可以是不同的。
[0078] 如圖1中所示，突脊50包括光源部段51S和檢測器部段51D。在這個示例性實施 方案中，突脊50,突脊50的光源部段51S具有大體三角形的截面形狀並且包括可面向後端 16大體垂直的端壁52S。端壁52S終止光源光纖支撐特徵結構42S。突脊50的檢測器部段 51D包括延伸部分53D，所述延伸部分53D朝向後端16延伸並且限定可以是大體垂直的並 終止檢測器光纖支撐特徵結構42D的端壁52D。由於具有延伸部分53D，檢測器光纖支撐特 徵結構42D具有比光源光纖支撐特徵結構42S短的長度。突脊50還包括傾斜壁54,所述傾 斜壁54面向前端14並且相對於頂表面18以角度0傾斜遠離所述前端（圖3A和圖3B)。 在一個實例中，角度0大體是45度，但其它合適的角度根據需要是可行的。在所示的實例 中，端壁52S和52D在Z方向上是偏移的並且因此位於不同平面（參見圖1)。然而，在其它 實施方案中，端壁52S和52D可以是同一平坦端壁52的一部分，並且在一個實例中，兩個端 壁是平坦的並且位於同一平面。
[0079] 如上所述，突脊50的光源部段51S的端壁52S終止光源光纖支撐特徵結構42S，並 且在一個實例中以大體直角來實現終止。類似地，突脊50的檢測器部段51D的端壁52D終 止檢測器光纖支撐特徵結構42D，並且在一個實例中以大體直角來實現終止。光纖支撐特徵 結構42在後端16處是開放的。此外在一個實例中，端壁52S和52D可以與完全垂直相差 較小角度（例如，2° )。這允許折射率匹配材料220 (例如，環氧樹脂）在光源光纖200S和 檢測器光纖200D的相應末端202S和202D周圍流動，並且位於這些光纖末端與其相應端壁 52S和52D之間，而不將氣泡截留在兩者之間。端壁52S和52D用作光纖末端202S和202D 的相應的機械止動件並且建立光纖200在其相應光纖支撐特徵結構42中的縱向位置（即， Z方向位置）。
[0080] 如圖3A和圖3B中所示，傾斜壁54包括下部54L，所述下部54L還用作鄰近突脊50 朝向前端14且緊挨著傾斜壁54形成的溝道60的後壁。傾斜壁54形成用於使如本文所論 述的光學信號轉向的全內反射（TIR)表面或鏡。溝道60還包括底板62和朝向前端14且 與傾斜壁54相對的前壁64。溝道60還可以使得底板62彎曲，從而使得所述底板、前壁64 以及後壁（下部）54L形成一個連續彎曲表面，其中下部/後壁是線性傾斜的。
[0081] 溝道60用於提供比傾斜壁54在頂表面18處終止的情況下那樣（以虛線示出以 供參考）更長的對於傾斜壁54而言的空氣-本體界面。這允許傾斜壁54用作具有大體90 度全內反射（TIR)表面的光學轉向件，所述光學轉向件的目的在下文更詳細描述且下文稱 為TIR鏡54。也就是說，傾斜壁54的材料與空氣之間的界面產生具有用於使光學信號轉向 的不同折射率的界面。
[0082] 如圖2以及圖3A和圖3B(以及還有下文介紹和論述的圖4B)中最佳可見，模塊本 體12包括在底表面20中鄰近前端14形成的凹槽80。凹槽80限定頂板82和端壁84,後 者示出為傾斜遠離前端14。頂板82包括在端壁84附近的多個透鏡表面102,所述多個透 鏡表面102連同TIR鏡54各自限定對應的摺疊透鏡軸如摺疊透鏡軸104S和104D，所述對 應的摺疊透鏡軸104S和104D分別穿過突脊50的端壁52S和52D，以用於使光學信號轉向， 如以大體直角角度轉向。雖然這個實施方案示出不同平面上的頂板以及用於實現不同路徑 長度的突脊，但所述結構可獨立用於實現傳輸摺疊透鏡與接收摺疊透鏡之間的不同路徑長 度。下文將論述說明用於實現不同路徑透鏡的替代實施方案的模塊本體10的不同的示例 性配置。如圖2和圖3A、圖3B以及圖4B中所示的具體實施方案出於方便目的使用並且作 為非限制性實例。
[0083] 所述多個透鏡表面102包括至少一個光源透鏡表面102S，所述至少一個光源透鏡 表面102S是光源透鏡100S的一部分並且具有光源透鏡軸104S和通光孔徑CAs。多個透鏡 表面102還包括至少一個檢測器透鏡表面102D，所述至少一個檢測器透鏡表面102D是檢 測器透鏡100D的一部分並且具有檢測器透鏡軸104D和通光孔徑CAD。頂板82具有包括至 少一個光源透鏡表面102S的光源部段82S。類似地，頂板82具有包括至少一個檢測器透 鏡表面102D的檢測器部段82D。在一個實例中，頂板82的光源部段82S和檢測器部段82D 都是大體平坦的，但位於不同平面，例如，在Y方向上相對彼此偏移或移置一個臺階83,所 述臺階83位於檢測器部段82D與光源部段82S之間，如大約處於模塊本體12的側部22之 間的中間處。臺階83可以是陡峭（S卩，大體直角）臺階或者它可以根據需要是傾斜的。
[0084] 模塊10還視情況包括對準支柱75,所述對準支柱75朝向側部22且靠近後端16 形成在底表面20中，並且從所述底表面向外（即，在Y方向上延伸）延伸。對準支柱75用 作如下文將更詳細解釋的另外的被動對準特徵結構，並且可以幫助將模塊10附接至安裝 表面。
[0085] 所述一個或多個光源透鏡表面102S和相關聯的一個或多個摺疊光源透鏡軸104S 沿Z方向與對應的一個或多個光源光纖支撐特徵結構42S對準，其中每個光源光纖200S對 準一個光源透鏡表面102S。類似地，一個或多個檢測器透鏡表面102D和相關聯的一個或多 個摺疊檢測器透鏡軸104D沿Z方向與對應的一個或多個檢測器光纖支撐特徵結構42D對 準，其中每個檢測器光纖200D對準一個檢測器透鏡表面102D。當然，本文所公開的概念可 以與單個檢測器透鏡軸和單個光源透鏡軸或與呈根據需要的任何布置形式的多個檢測器 和光源透鏡軸一起使用。
[0086] 在一個實例中，當對應的光纖200位於對應的光纖支撐特徵結構42中時，摺疊光 源透鏡軸104S和檢測器透鏡軸104D在Z方向上延伸的相應部分與相應的光源光纖中心軸 204S和檢測器光纖中心軸204D重合。因此，光源光纖支撐特徵結構42S配置來使得給定 光源光纖中心軸204S與給定光源透鏡軸104S諸如大體以直角相交，並且大體在傾斜壁54 處相交，但如本文所論述，所述角度可以根據需要變化。類似地，檢測器光纖支撐特徵結構 42D配置來使得給定檢測器光纖中心軸204D與給定檢測器透鏡軸104D諸如大體以直角相 交，並且大體在傾斜壁54處相交，但所述角度也可以變化。
[0087] 摺疊光源透鏡軸104S和檢測器透鏡軸104D限定摺疊光源（"光源"）光學路徑OPs和摺疊光電檢測器（"檢測器"）光學路徑OPd的相應部段，其中每個光學路徑的一部分處 於模塊本體12內，如下文所論述。當模塊10用於光纖接口組件時，這些光源光學路徑OPs和檢測器光學路徑OPd分別表示傳輸通道和接收通道的部分，如下文所論述。此外，所述光 纖接口組件根據需要可以是有源光纖光纜（AOC)組件或其它結構的一部分。
[0088] 光源透鏡表面102S、TIR鏡54、在其之間的端壁52S的對應部分以及模塊本體12 的對應部分限定光源透鏡100S及其摺疊光軸104S。光源透鏡表面102S在本文中視為前 透鏡表面並且端壁52S視為光源透鏡100S的後透鏡表面。前透鏡表面102S與後透鏡表面 52S之間的軸向距離是透鏡厚度（即，在這些表面之間的模塊本體12的厚度）並且標記為 d2S(參見圖8A)。
[0089] 類似地，檢測器透鏡表面102D、TIR鏡54、在其之間的端壁52D的對應部分以及模 塊本體12的對應部分（包括突脊50的延伸部分53D)限定檢測器透鏡100D及其摺疊光軸 104D。檢測器透鏡表面102D在本文中被視為前透鏡表面並且端壁52D被視為檢測器透鏡 100D的後透鏡表面，即使在操作中檢測器光（下文所介紹）在從端壁52D至檢測器透鏡表 面102D的方向上傳播也如此。前透鏡表面102S與後透鏡表面52D之間的軸向距離是透鏡 厚度（即，在這些表面之間的模塊本體12的厚度）並且標記為d2D(參見圖9A)。
[0090] 在一個實例中，光源透鏡表面102S和檢測器透鏡表面102D中的至少一個整體形 成在其相應的頂板部段82S和82D上，S卩，與模塊本體12成整體並且因此構成模塊本體的 彎曲部分。在另一實例中，光源透鏡表面102S和檢測器透鏡表面102D中的至少一個作為 離散部件添加至其相應的頂板部段82S和82D。在一個實例中，光源透鏡100S和檢測器透 鏡100D的通光孔徑CAs和CAd是在250微米與500微米之間，並且在一個更具體的實例中 是在300微米與400微米之間，但其它合適的直徑也是可行的。
[0091] 在一個實例中，模塊本體12由對具有紅外（IR)波長A的傳輸的光（即，光源光 356S和檢測器356D，下文所介紹和所論述）基本透明的材料製成，所述紅外波長A例如為 800nm至IlOOnm範圍內的IR波長A，所述範圍是在形成光學數據鏈路中所使用的VCSEL 的波長範圍。然而，模塊本體12的材料可以選擇來使得所述材料對處於其它波長的光是基 本透明的。此外，模塊本體12具有大得足以在TIR鏡54(即，光學轉向件）處提供全內反 射的折射率n。
[0092] 在一個示例性實施方案中，模塊本體12由透明樹脂如General Electric Company 在ULTEMx 1010商品名稱下出售的聚醚醯亞胺（PEI)形成，所述透明樹脂在上述IR波 長範圍內具有約n = 1. 64的折射率。在一個實例中，模塊本體12是整體式的並且例如通 過模製、通過機械加工或通過模製和機械加工兩者的組合來形成。舉例來說，注塑模具由鋼 製成並且被精密微加工來使得模塊本體12 (包括光源透鏡100S和檢測器透鏡100D)的特 徵結構以高精度形成。然而，用於模塊的其它製造方法也是可行的。
[0093] 光纖接口組件
[0094] 圖4A是採用模塊10的光纖接口組件（"組件"）300的示例性實施方案的部分分 解圖。圖4B是示例性有源光器件350及其器件軸354、連同透鏡100的示例性透鏡表面102 和對應的透鏡軸104的示意性特寫圖。圖5是與圖4A類似的部分分解圖，示出附接至結構 的模塊10。圖6是配置來與模塊本體12的頂表面18配合併覆蓋所述頂表面的任選蓋子 370的仰視圖。其它實施方案可以視情況包封或以其它方式保護光學附件或不保護。
[0095] 參考圖4A和圖5,組件300包括印刷電路板（PCB) 310,所述印刷電路板310具有 包括用於建立電連接的金屬引線314(包括引線接合、導電跡線等）和接觸墊316的上表面 312。PCB上表面312根據需要可操作地支撐集成電路（IC)晶片320和/或多個有源光器 件350。在一個實例中，IC晶片320 (以虛線示出）可操作地支撐多個有源光器件350,如 發射光源光356S的至少一個光源350S和檢測檢測器光356D的至少一個光電檢測器350D。 如圖所示，至少一個光源350S和至少一個光電檢測器350D位於PCB之上並且通過金屬引 線314來電連接至IC晶片320。或者，所述有源光器件可以直接附接至PCB310且適當時進 行電連接，如下文闡述的其它示例性實施方案中所說明。
[0096] 參考圖4B，有源光器件350具有光傳播至光器件或從光器件傳播所沿的器件軸 354。一個示例性光源350S是VCSEL。當有源光器件350包括光源350S時，那麼器件軸標 記為354S並且被稱為光源軸。當有源光器件350包括光電檢測器350D時，那麼器件軸標 記為354D並且稱為光電檢測器軸。圖4A示出IC晶片320頂上支撐兩個光源350S和兩個 光電檢測器350D的一個實例，但呈任何布置形式的任何合適數量的光學通道根據需要是 可行的。
[0097] 在一個實例中，光源350S具有與光356S的發射相關聯的數值孔徑NAs，所述數值 孔徑NAs等於或小於光源光纖200S的數值孔徑NAfs。作為一個非限制性實例，NA s = 0. 26， 它小於上文所論述的光源光纖200S的數值孔徑NAfs = 0. 29,但其它合適的數值孔徑值也 是可行的。類似地，在一個實例中，光電檢測器350D可以在比與檢測器光纖200D的數值孔 徑NAfd相關聯的那些大的角度範圍內接收光356D。
[0098] 在上文所論述的一個替代實例中，一個或多個有源光器件350可操作地直接支撐 在PCB上表面312和相鄰的IC晶片320上。在這個示例性配置中，IC晶片320通過引線接 合314等來電連接至一個或多個有源光器件350。在一個示例性實施方案中，IC晶片320 用作光源驅動器（例如，VCSEL驅動器）、光電檢測器信號處理器（例如，跨阻抗放大器）或 兩者。因此，IC晶片320或PCB310可以用作有源光器件350的支撐表面，其中當模塊10安 裝到PCB310上或以其它方式與PCB310接口連接時，所述支撐表面與所述模塊10的頂表面 18大體平行。
[0099] 應注意，在圖5中（以及還有在圖7A和圖7B中，下文所介紹和所論述）圖示凹槽 80如何為IC晶片320和/或有源光器件350提供空間，同時還在所述有源光器件與其對 應的透鏡表面102之間提供足夠的間隔。因此，模塊10可以用於空間十分寶貴的應用中。 在一個實例中，凹槽80分別限定與光源350S和光電檢測器350D相關聯的間隔高度HS和 HD (也參見圖8A和圖9A，下文所介紹和所論述）。在一個實例中，間隔高度HS和HD分別與 同光源透鏡100S和檢測器透鏡100D相關聯的前焦距FlS和FlD大約相同。間隔高度HS 和HD是必要的，以使得光源透鏡100S和檢測器透鏡100D分別可以與光源350S和光電檢 測器350D可操作地間隔開。間隔高度HS和HD可以是相等的或者它們根據需要可以是不 同的。
[0100] 光源透鏡100S具有從突脊50的端壁52S測量的後焦距F2S (圖8A)。此處，後焦 距F2S大於0,其中在F2S變得非常大時的極限表示基本準直的光源356S。檢測器透鏡100D 不具有後焦點，因為光是從檢測器光纖200D產生的。此處應注意，術語"後焦距"在本文中 用於呈有源光器件350形式的"物體"（即，光源350S)不在無限遠處，而是位於與光源透鏡 表面102S相距前焦距FlS處的情況。後焦距F2S位於端壁52S處或端壁52S之外。光源 透鏡100S和檢測器透鏡100D的非限制性示例性實施方案將在下文進行闡述和論述。
[0101] 參考圖4A，PCB310還可以包括用於使模塊10與所述有源光器件對準的一個或多 個基準物332。基準物332可以具有促進對準的各種形式和形狀，並且本文通過舉例示為十 字形或其它印刷標記。因此，印刷的基準物332可以與或不與用於使基準物332在模塊10 的相應的對準孔32中居中的視覺系統一起使用。簡單來說，對準孔32和基準物332用作 被動對準（即，沒有光學信號被傳輸以測量所接收的光學信號）特徵結構，所述被動對準特 徵結構被協作地配置來在模塊10與IC晶片320之間提供被動對準，並且具體來說，當模塊 10與PCB310接口連接時在透鏡100與其對應的有源光器件350之間提供被動對準。在其 它實施方案中，基準物332可以是被配置來裝配到模塊10的對準孔32中的突出。當然，模 塊10可以與有源對準系統一起使用，但那會使製造過程變得複雜。
[0102] 在一個實例中，可以使用諸如環氧樹脂等的固定劑將模塊10固定在PCB上表面 312的合適位置上。舉例來說，視覺系統（例如，機器視覺系統）可以用於在部件被接口連 接之前通過透過對準孔32觀察基準物332並且使它們相互對準來建立模塊10與PCB310 的對準，如圖4A的分解圖中所示。此外，所述視覺系統可以具有用於實施被動對準的向上 看和/或向下看功能。另外，PCB310可以視情況包括對準孔375,所述對準孔375用作被配 置來接收模塊10的對應的任選的對準支柱75 (參見圖2)以進一步輔助模塊與PCB被動對 準的另外的被動對準特徵結構。
[0103] 參考圖5和圖6,蓋子370具有頂表面372、底表面374以及側部376。如果需要， 任選蓋子370可以被配置來裝配到模塊10上並固定至模塊10,以防止諸如灰塵、汙垢等汙 染物進入到模塊10中。具體來說，蓋子370用於防止TIR鏡54接觸汙染物，這種接觸可能 會降低TIR效果。在一個實例中，蓋子370被配置來將光纖200向下擠壓到光纖支撐特徵 結構42中以在組裝過程期間使所述光纖對準，其中在一個實例中，可固化環氧樹脂用於將 光纖保持在合適的位置。
[0104] 蓋子370的頂表面372包括用於增強所述蓋子至模塊10的裝配並且還可以用於 搬運所述蓋子的一個或多個任選孔382和凹槽384。底表面374包括配置來容納突脊50 的底部凹槽386。側部376視情況包括向下懸垂的凸緣構件377，所述向下懸垂的凸緣構件 377被配置來配合地接合在模塊10的側部22處的相應突出部23。在一個實例中，凸緣構 件377和突出部23被配置成卡扣接合，以使得蓋子370可以卡扣裝配到模塊10上（S卩，與 之卡扣配合）。然而，用於將蓋子370附接至模塊10的其它結構也是可行的。
[0105] 在一個實例中，蓋子370由合適的模製材料如ULTEM製成，但蓋子不必對具有IR 波長的光透明。用於蓋子370的示例性材料包括聚碳酸酯和其它類型的塑料。
[0106] 圖7A類似於圖3A並且進一步示出位於IC晶片320或PCB板310頂上的表面312 上的呈光源350S形式的有源光器件350。在圖7A所示的配置中，光源350S產生在光源光 學路徑OPs上大體沿光源透鏡軸104S朝向光源透鏡100S傳播的發散光356S。發散光源光 356S入射到光源透鏡表面102S上，所述光源透鏡表面102S具有凸形形狀並且用於將發散 光源光356S轉換成會聚光源光356S，之後所述會聚光源光356S在模塊本體12內沿光源光 學路徑OPs傳播。會聚光源光356S最終入射到TIR鏡54上，所述TIR鏡54使這個光反射 並轉向如大體90°，從而使得光源光現在沿光源光學路徑OPs朝向突脊50的端壁52S並朝 向光源光纖200S傳播。會聚光源光356S傳播穿過端壁52S並且進入光源光纖末端202S， 並且作為導向光源光356SG繼續在光源光纖200S中傳播。導向光源光356SG由於光源光 纖200S的梯度折射率纖芯206S而遵循彎曲路徑，並且在與光纖末端202S相距距離DS處在 光源光纖200S的纖芯內形成焦點FS。也就是說，光源光356S的焦點在光源光纖200S內。 應注意，如果折射率匹配材料220設置在光源光纖末端202S與端壁52S之間，光源光356S 可以穿過這種材料的薄部分。
[0107] 在與圖7A中所示類似的一個替代的示例性實施方案中，光源透鏡表面102S形成 基本準直的光源光356S，所述光源光356S諸如以大體90°從TIR鏡54反射出去並且以基 本準直的光離開端壁52S。這個實施方案可以例如用於以下特定情況：光源光纖200S具有 梯度折射率纖芯206S並且光源光356S優選地以基本準直的光源光引入到所述纖芯中。應 注意，這種梯度折射率光源光纖200S將光源光356S帶到與光源光纖末端202S相距某一距 離DS的焦點FS處，在圖7A中所示就是這種情況。
[0108] 圖7A示出一種示例性實施方案，其中呈光源350S形式的有源光器件350可操作 地布置在與光源透鏡表面102S相距前焦距FlS (圖8A)處，從而使得有源光器件350在折 疊光源光學路徑OPs上與光源光纖200S進行光學通信。一般來說，組件300支持一個或多 個光源350S與對應的一個或多個光源光纖200S之間的一個或多個這樣的摺疊光源光學路 徑 〇Ps。
[0109] 圖7B類似於圖7A並且示出IC晶片320或PCB310可操作地支撐呈光電檢測器 350D形式的有源光器件350的實例。在圖7B所示的配置中，導向檢測器光356DG作為來自 光學I禹合至檢測器光纖的遠程末端的遠程光源（未不出）的導向光在檢測器光纖200D的 纖芯206D中朝向檢測器光纖末端202D傳播。導向檢測器光356DG示出為因檢測器光纖的 梯度折射率纖芯206D而遵循彎曲路徑並且看似源自於檢測器光纖內的焦點FD。導向檢測 器光356DG作為發散檢測器光356D離開檢測器光纖末端202D。這種發散檢測器光356D在 檢測器光學路徑OPd上傳播時穿過突脊50的端壁52D並進入模塊10的本體12中。應注 意，檢測器光356D傳播穿過突脊50的延伸部分53D。如果折射率匹配材料220設置在檢測 器光纖末端202D與端壁52D之間，檢測器光356D也可以穿過這種材料的薄部分。
[0110] 發散檢測器光356D然後入射到TIR鏡54上並且從其反射以發生光學轉向並且在 檢測器光學路徑OPd上沿透鏡軸104D傳播。發散檢測器光356D在模塊本體12內傳播至 檢測器透鏡表面102D時繼續發散。檢測器透鏡表面102D用於在發散檢測器光356D離開 模塊本體12並且朝向光電檢測器350D傳播時將發散檢測器光356D轉換成會聚檢測器光 356D。會聚檢測器光356D大體向下聚焦到光電檢測器350D上。光電檢測器350D接收這 種聚焦的檢測器光356D並且將其轉換成電信號（未示出），如被引導至IC晶片320以在其 中進行處理或引導到其它地方來處理的光電流。
[0111] 圖7B示出一種示例性實施方案，其中呈光電檢測器350D形式的有源光器件350 可操作地布置在與檢測器透鏡表面102D相距前焦距FlD (圖9A)處，從而使得所述有源光 器件350在摺疊檢測器光學路徑OPd上與檢測器光纖200D進行光學通信。一般來說，組件 300支持一個或多個檢測器光纖200D與對應的一個或多個光電檢測器350D之間的一個或 多個這樣的摺疊檢測器光學路徑〇PD。
[0112] 應注意，圖7A和圖7B描述同一組件300的兩個不同示例性部分，所述同一組件 300即為包括一個或多個光源350S和一個或多個光電檢測器350D並且分別包括其對應的 摺疊光源光學路徑OPs和檢測器光學路徑OPd的一種組件。
[0113] 此處還應注意，光源透鏡100S和檢測器透鏡100D被不同地配置。具體來說，光源 透鏡100S的厚度小於檢測器透鏡100D的厚度（也分別參見圖8A和圖9A以及距離d2S和 d2D)。在一個實例中，光源光學路徑OPs短於檢測器光學路徑0PD。在一個實例中，光源透 鏡100S (圖7A)被配置來提供光源光356S在光源光纖200S與光源350S之間的最佳光學 通信，並且檢測器透鏡100D (圖7B)被配置來提供檢測器光350D在檢測器光纖200D與光 電檢測器350D之間的最佳光學通信。下文將闡述光源透鏡100S和檢測器透鏡100D的說 明性設計，但使用本文所公開的概念的其它合適的設計也是可行的。
[0114] 組件300的一個優點在於它包括用於光源光學路徑OPs的單個固-氣界面和用於 檢測器光學路徑OPd的單個固-氣界面。此外，光源光學路徑OPs和檢測器光學路徑OP d的 每一個中只有一個表面具有光學功率，所述表面即為用於光源光學路徑OPs的光源透鏡表 面102S和用於檢測器光學路徑OPd的檢測器透鏡表面102D。這具有以下優點：減少菲涅爾 反射（Fresnel reflection)並且減少汙染物進入光源光學路徑OPs或檢測器光學路徑OPd中的機會，所述菲涅爾反射和所述汙染物都會減弱組件300的光學性能。它還簡化了組件 300的製造，因為單個部件提供用於傳輸和接收光學通道兩者的光學路徑。
[0115] 組件300的另一個優點在於它在有源光器件350與對應的光纖200之間提供被動 對準，即，因為它在有源光器件350與對應的光纖200之間提供對準的光學路徑。在一個實 例中，這通過一個或多個被動對準特徵結構來實現，所述一個或多個被動對準特徵結構此 處舉例為模塊10中的對準孔32和PCB310上的基準物332,以及所述模塊的一個或多個任 選的對準支柱75和所述PCB中對應的任選的對準孔375。這種被動對準系統消除了採用更 昂貴和複雜的有源對準方案的需要並且使得製造組件300的成本和時間最小化。
[0116] 組件300的另一優點包括光學路徑中TIR鏡54處的光學轉向，從而使得光源光學 路徑OPs和檢測器光學路徑OPd的相應部分與上面安裝IC晶片320和其它電子器件的PCB 上表面312平行。這實現了光學器件的緊湊構造。另一優點在於，每個光纖200具有一個 透鏡100降低了組件300的複雜性和成本。另外的優點在於相鄰光纖200之間的距離可以 保持得很小（不同於光束擴展器設計），從而使得組件300可以被配置與光纖帶一起使用 (如果需要的話）。組件300的另一優點在於，凹槽80允許IC晶片320定位成非常靠近有 源光器件350以達到最佳電性能（即，減少高數據速度下與較長電跡線相關聯的電容和電 感問題）。組件300的另外的優點在於它可以具有緊湊的形狀係數，所述形狀係數允許組件 300裝配在諸如USB3. 0和HDMI連接器的大多數AOC電纜連接器內可用的有限空間內。
[0117] 光源和檢測器光學系統
[0118] 圖8A是包括如上所述由模塊10的本體12形成的光源透鏡100S的光源光學系統 400S的示意圖。光源透鏡100S包括物面106S以及光源光356S被帶至其最密集焦點FS的 聚焦平面108S。光源光學系統400S還包括位於物面106S處的光源350S。如上所述，端壁 52S限定光源透鏡100S的後透鏡表面，而光源透鏡表面102S限定前透鏡表面。如上所述， 光源光纖纖芯206S可以具有梯度折射率分布，在這種情況下，光源光纖纖芯206S構成光源 光學系統400S的第二透鏡兀件。
[0119] 在一個實例中，例如上文結合圖7A所描述，光源透鏡100S被配置成被大體最優化 以有效中繼來自光源350S的光源光356S並且在光源光學路徑OPs上將所述光源光356S耦 合到光源光纖200S中，同時能夠允許光源橫向未對準。也就是說，可能存在較大的橫向未 對準公差，同時仍然能實現預定耦合效率。
[0120] 關於將光源光學耦合至光纖的傳統知識是將來自光源的光聚焦到光纖末端上。使 用這種方法，如果忽略任何透鏡/空氣界面處的菲涅爾損耗，在理論上有可能實現100%耦 合效率CEs。然而，這種方法不提供光源橫向未對準的最大公差。耦合效率CEs定義為耦合 到光源光纖200S中的光源光356S與可用（S卩，發射的）光源光356S的總量相比的百分率。 圖8B是光源350S的特寫圖，示出光源相對於光源透鏡軸104S的橫向未對準的量S Zs。
[0121] 為了使組件300能夠允許光源橫向未對準，在一個實例中，光源透鏡100S將光 356S聚焦在光源光纖200S內（並且具體來說，聚焦在其纖芯206S內），從而使得焦點FS 處於與光源光纖末端202S相距某一距離DS處。這種配置仍可以提供CEs = 100% (同樣 忽略菲涅爾反射）。然而，放鬆關於光源350S的橫向未對準公差提高了組件300的性能，並 且還減少將組件組裝在一起的時間和成本，因為可允許的對準公差變大。它還提高製造組 件300時的製造成品率。
[0122] 本公開的一方面包括光源透鏡表面102S的配置，所屬配置提供對光源橫向未對 準SZs的公差增強的光源透鏡100S。在一個實例中，透鏡100S被配置來允許比常規器件更 大的公差，同時將光源350S與光源光纖200S之間的預定光源耦合效率CEs維持在100 %，或 者可替代地維持在某一閾值耦合效率或更大，例如CEs > 90 %或CEs > 85 %或CEs > 50%。
[0123] 類似地，對於圖9A而言，本公開的一方面包括與光源透鏡400S類似並且包括如上 所述由模塊10的本體12所形成的檢測器透鏡100D的檢測器光學系統400D。檢測器光學 系統400D具有使得檢測器透鏡100D對光電檢測器橫向未對準S Zd(參見圖9B)的公差增 強的檢測器透鏡表面102D的配置。在一個實例中，檢測器透鏡100D被配置來允許比常規 器件更大的公差，同時將檢測器光纖200D與光電檢測器350D之間的預定檢測器耦合效率 CEd維持在100 %，或者維持在某一閾值耦合效率或更大，例如CEd > 90 %或CEd > 85 %或 CEd 彡 50%。
[0124] 即使檢測器光356D未稱合到光電檢測器356D自身中而是被引導入射到所述光電 檢測器356D的有源表面上，檢測器耦合效率CEd也結合檢測器光學系統400D -起使用。因 此，耦合效率CEd是與檢測器光纖200D發射的光的總量相比，入射到光電檢測器356D的有 源表面上的光的量。
[0125] 示例性光源和檢測器透鏡
[0126] 一般來說，有兩個參數限定透鏡表面的形狀：其曲率半徑R和二次曲線常數k。光 源透鏡表面102S或檢測器透鏡表面102D的形狀通過以下方程式給出：

【權利要求】
1. 一種配置來支撐第一光纖和第二光纖的光纖接口模塊，所述光纖接口模塊包括： 模塊本體，所述模塊本體具有前端和後端、頂表面、底表面以及相反側部，連同對具有 紅外波長的光基本透明的光學路徑； 形成在所述頂表面中的第一光纖支撐特徵結構和第二光纖支撐特徵結構； 突脊，所述突脊形成在所述頂表面中並且具有分別終止所述第一光纖支撐特徵結構 和所述第二光纖支撐特徵結構的第一端壁和第二端壁，以及限定全內反射（TIR)鏡的傾斜 壁； 凹槽，所述凹槽形成在所述模塊本體的所述底表面中鄰近所述前端並且限定頂板；以 及 第一透鏡表面和第二透鏡表面，所述第一透鏡表面和所述第二透鏡表面形成在所述頂 板上並且具有與所述第一光纖支撐特徵結構和所述第二光纖支撐特徵結構以及所述TIR 鏡對準的相應的第一摺疊透鏡軸和第二摺疊透鏡軸，其中所述第一透鏡表面和所述第二透 鏡表面以及所述第一端壁和所述第二端壁分別限定具有不同的第一摺疊光學路徑和第二 摺疊光學路徑的第一透鏡和第二透鏡。
2. 如權利要求1所述的光纖接口模塊，其中所述第一摺疊透鏡軸和所述第二摺疊透鏡 軸具有±20微米或更大的未對準公差，同時維持85 %或更大的耦合效率。
3. 如權利要求1或2中任一項所述的光纖接口模塊，其中所述第一透鏡表面和所述第 二透鏡表面具有不同的曲率。
4. 如權利要求3所述的光纖接口模塊，其中所述第一透鏡表面和所述第二透鏡表面具 有雙曲線形狀。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的光纖接口模塊，其中所述頂板分別具有第一平坦 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於不同平面中。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的光纖接口模塊，其中所述頂表面包括第一部分和 第二部分，所述第一光纖支撐特徵結構和所述第二光纖支撐特徵結構分別形成在其中的第 一部分和第二部分中，所述第一部分和所述第二部分相對於所述模塊本體的所述底表面而 言具有不同的高度。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的光纖接口模塊，其中所述突脊包括相對於所述模 塊本體的所述後端彼此移置的第一部段和第二部段。
8. 如權利要求7所述的光纖接口模塊，其中所述突脊包括分別終止所述第一光纖對準 特徵結構和所述第二光纖對準特徵結構並且相對於所述模塊本體的所述後端彼此移置的 第一表面部分和第二表面部分。
9. 一種光纖接口組件，所述光纖接口組件包括： 如權利要求1至8中任一項所述的光纖接口模塊； 第一光纖和第二光纖，所述第一光纖和所述第二光纖分別支撐在所述第一光纖支撐特 徵結構和所述第二光纖支撐特徵結構中，其中所述第一光纖和所述第二光纖具有分別與所 述光纖接口模塊的所述第一端壁和所述第二端壁接口連接的相應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 作地布置在與所述第一透鏡表面和所述第二透鏡表面相距的相應的第一前焦距和第二前 焦距處，以使得所述第一有源光器件和所述第二有源光器件分別在所述第一摺疊光學路徑 和所述第二摺疊光學路徑上與所述第一光纖和所述第二光纖進行相應的光學通信。
10. 如權利要求9所述的光纖接口組件： 其中所述第一有源光器件和所述第二有源光器件分別包括光源和光電檢測器，並且其 中所述第一摺疊光學路徑具有比所述第二光學路徑短的長度。
11. 如權利要求9或10中任一項所述的光纖接口組件，所述光纖接口組件進一步包 括： 所述第一透鏡，所述第一透鏡被配置來針對所述第一有源光器件與所述第一透鏡軸之 間的第一橫向偏移提供±20微米的第一預定未對準公差，同時將所述第一有源光器件與 所述第一光纖之間的第一耦合效率維持在90%或更大；以及 所述第二透鏡，所述第二透鏡被配置來針對所述第二有源光器件與所述第二透鏡軸之 間的第二橫向偏移提供±20微米的第二預定未對準公差，同時將所述第二有源光器件與 所述第二光纖之間的第二耦合效率維持在85%或更大。
12. -種配置來支撐第一光纖和第二光纖並且與第一有源光器件和第二有源光器件接 口連接的光纖接口模塊，所述光纖接口模塊包括： 模塊本體，所述模塊本體具有前端和後端、配置來支撐所述第一光纖和所述第二光纖 的頂表面以及支撐第一透鏡表面和第二透鏡表面的底表面，其中所述模塊本體對具有紅外 波長的光是基本上透明的； 突脊，所述突脊形成在所述頂表面中並且具有限定全內反射（TIR)鏡的傾斜壁； 第一透鏡，所述第一透鏡由所述第一透鏡表面、所述第一端壁、所述TIR鏡以及所述模 塊本體的位於所述第一透鏡表面與所述第一端壁之間的一部分限定，所述第一透鏡限定所 述第一有源光器件與所述第一光纖之間的第一摺疊光學路徑；以及 第二透鏡，所述第二透鏡由所述第二透鏡表面、所述第二端壁、所述TIR鏡以及所述模 塊本體的位於所述第二透鏡表面與所述第二端壁之間的一部分限定，所述第二透鏡限定所 述第二有源光器件與所述第二光纖之間的第二摺疊光學路徑，其中所述第一摺疊光學路徑 和所述第二摺疊光學路徑具有不同的長度。
13. 如權利要求12所述的光纖接口模塊，所述光纖接口模塊進一步包括： 所述第一透鏡，所述第一透鏡被配置來針對所述第一有源光器件與所述第一透鏡軸之 間的第一橫向偏移提供±20微米的第一預定未對準公差，同時將所述第一有源光器件與 所述第一光纖之間的第一稱合效率維持在85 %或更大；以及 所述第二透鏡，所述第二透鏡被配置來針對所述第二有源光器件與所述第二透鏡軸之 間的第二橫向偏移提供±20微米的第二預定未對準公差，同時將所述第二有源光器件與 所述第二光纖之間的第二耦合效率維持在85%或更大。
14. 如權利要求12或13中任一項所述的光纖接口模塊，其中所述第一透鏡表面和所述 第二透鏡表面具有二次曲線常數不同的雙曲線形狀。
15. -種光纖接口組件，所述光纖接口組件包括： 具有本體的光纖接口模塊，所述本體對紅外光是透明的並且支撐分別具有由第一透鏡 表面和第二透鏡表面限定的第一光學功率和第二光學功率的第一透鏡和第二透鏡，所述第 一透鏡和所述第二透鏡限定穿過所述模塊本體的具有不同長度的相應的第一摺疊光學路 徑和第二摺疊光學路徑； 分別由所述光纖接口模塊可操作地支撐的第一光纖和第二光纖，所述第一光纖和所述 第二光纖具有分別與所述第一透鏡和所述第二透鏡的第一大體平坦表面和第二大體平坦 表面接口連接的相應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與所 述第一透鏡表面和所述第二透鏡表面可操作地間隔開，以使得所述第一有源光器件和所述 第二有源光器件分別在所述第一摺疊光學路徑和所述第二摺疊光學路徑上與第一光纖和 第二光纖進行相應的光學通信。
16. 如權利要求15所述的光纖接口組件，其中所述第一有源光器件和所述第二有源 光器件分別包括光源和光電檢測器，並且其中所述第一摺疊光學路徑短於所述第二光學路 徑。
17. 如權利要求15或16中任一項所述的光纖接口組件，其中： 所述第一透鏡被配置來針對所述第一有源光器件與所述第一透鏡軸之間的第一橫向 偏移提供±20微米的第一預定未對準公差，同時將所述第一有源光器件與所述第一光纖 之間的第一耦合效率維持在85%或更大；並且 所述第二透鏡被配置來針對所述第二有源光器件與所述第二透鏡軸之間的第二橫向 偏移提供±20微米的第二預定未對準公差，同時將所述第二有源光器件與所述第二光纖 之間的第二耦合效率維持在85%以上。
18. -種光電連接器，所述光電連接器包括： 如權利要求15至17中任一項所述的光纖接口組件； 與所述PCB電接口連接的接觸組件； 可操作地容納所述光纖接口組件和所述接觸組件的金屬插頭接口；以及 可操作地容納所述金屬插頭接口的連接器外殼。
19. 一種光纖接口組件，所述光纖接口組件包括： 具有本體的光纖接口模塊，所述本體對紅外光是透明的並且支撐分別具有由第一透鏡 表面和第二透鏡表面限定的第一光學功率和第二光學功率的第一透鏡和第二透鏡，所述第 一透鏡和所述第二透鏡限定穿過所述模塊本體的相應的第一摺疊光學路徑和第二摺疊光 學路徑； 分別由所述光纖接口模塊可操作地支撐的第一光纖和第二光纖，所述第一光纖和所述 第二光纖具有分別與所述第一透鏡和所述第二透鏡的第一大體平坦表面和第二大體平坦 表面接口連接的相應的第一末端和第二末端； 印刷電路板，所述印刷電路板具有與所述第一透鏡表面和所述第二透鏡表面間隔開的 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 作地支撐在所述印刷電路板表面上，以使得所述第一有源光器件和所述第二有源光器件在 所述第一摺疊光學路徑和所述第二摺疊光學路徑上與第一光纖和第二光纖進行相應的光 學通信，並且其中所述第一有源光器件相對於所述印刷電路板表面具有限定所述第一摺疊 光學路徑和所述第二摺疊光學路徑的不同長度的第一高度和第二高度。
20. -種光電連接器，所述光電連接器包括： 如權利要求19所述的光纖接口組件； 與所述PCB電接口連接的接觸組件； 可操作地容納所述光纖接口組件和所述接觸組件的金屬插頭接口；以及 可操作地容納所述金屬插頭接口的連接器外殼。
【文檔編號】G02B6/42GK104335092SQ201380023417
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年3月27日 優先權日:2012年3月30日
【發明者】馬蒂厄·沙博諾-勒福特 申請人:康寧光電通信有限責任公司