[发明专利]具有高耦合效率的允许未对准的全内反射光纤接口模块和组件

说明书

优先权

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13/436,197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

本公开涉及光纤接口模块和组件，并且具体来说，涉及采用全内反射的这类模块和组件。

背景技术

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USB 3.0协议、10Gb/s的HDMI以及在两个信道上的10Gb/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和电缆灵活性。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。

与连同调制器一起采用昂贵的高功率边缘发射激光器的电信应用不同，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。这种要求推动了对设计制造简单且同时具有合适的性能的光纤接口模块和组件的需求。因此，尚未解决的是需要具有宽松的未对准公差和无源对准过程的光纤接口模块。

发明内容

本公开的一方面是一种配置来在光源与具有末端和纤芯的光纤之间提供红外光的光学通信的光纤接口模块。所述模块包括模块本体，所述模块本体对具有红外波长的光是基本上透明的并且包括顶表面和底表面，其中所述顶表面包括全内反射(TIR)镜、端壁以及支撑所述光纤的光纤支撑特征结构，其中所述光纤末端抵接所述端壁。所述模块具有形成在所述模块本体的所述底表面上的透镜表面，其中所述透镜表面、所述TIR镜、所述端壁以及所述模块本体的介入部分限定具有折叠光轴的透镜，所述折叠光轴与所述光源可横向偏置横向未对准δZ。所述透镜表面具有一种形状，所述形状提供所述光源与所述光纤之间的理论耦合效率CE≥90％并且在所述光纤可操作地支撑在所述光纤支撑特征结构中时限定在0≤F2≤500μm范围内的后聚焦距离F2处落在所述光纤纤芯内的后聚点。

本公开的另一方面是上述光纤接口模块，其中所述后聚焦距离F2是在0≤F2≤200μm的范围内。

本公开的另一方面是上述光纤接口模块，其中所述透镜形状被选择来提供维持耦合效率CE≥85％的所述横向未对准δZ的最大公差。

本公开的另一方面是上述光纤接口模块，其中所述透镜表面具有双曲线形状。

本公开的另一方面是上述光纤接口模块，其中所述透镜表面形状由80微米≤R≤300微米范围内的半径R限定。

本公开的另一方面是上述光纤接口模块，所述光纤接口模块进一步包括具有抛物线型梯度折射率分布的光纤纤芯。

本公开的另一方面是一种用于将来自具有光源轴的光源的红外光耦合至具有末端和纤芯的光纤的透镜，所述纤芯具有与所述光源轴大体正交的中心轴。所述透镜沿光轴包括透镜本体，所述透镜本体具有带有非球面形状的前透镜表面并且构成具有光学功率的唯一表面以及用于所述光源与所述光纤之间的光学路径的唯一空气界面。所述透镜本体具有所述光纤末端抵接的平坦后透镜表面，并且还具有在其中于所述前透镜表面与后透镜表面之间形成的TIR表面，所述TIR表面使所述透镜轴折叠以使得所述透镜轴与正交的光源轴和中心轴对准。所述透镜具有位于所述光纤纤芯内的后焦点。

本公开的另一方面是上述透镜，其中所述后聚焦距离F2是在0微米≤F2≤500微米的范围内。

本公开的另一方面是上述透镜，其中所述后聚焦距离F2是在0微米≤F2≤200微米的范围内。

本公开的另一方面是上述透镜，其中所述非球面形状是双曲线形的。

本公开的另一方面是上述透镜，其中透镜将光耦合到光纤中。作为光纤设计的一个实例，所述光纤的所述纤芯可以具有抛物线型梯度折射率分布。

本公开的另一方面是上述透镜，其中所述前透镜表面具有由80微米≤R≤300微米范围内的半径R限定的形状。

本公开的另一方面是上述透镜，其中所述非球面形状提供将所述光源与所述光纤之间的耦合效率CE维持在CE≥85％的横向未对准的最大公差。

本公开的另一方面是上述透镜，所述透镜进一步包括所述光源和所述光纤，其中所述光源包括垂直空腔表面发射激光器。