专利名称：光纤连接器模块及收发器模块与光纤间耦合光信号的方法
技术领域：
本发明涉及使用光收发器模块的光通信。更具体地说，本发明涉及用于在光收发 器模块与光纤之间耦合光信号的光纤连接器模块。
背景技术：
在光通信网络中，光收发器模块用于通过光纤发送和接收光信号。这种收发器模 块生成表示数据的、幅度和/或相位和/或偏振态经调制的光信号，这些光信号然后通过与 收发器模块相耦合的光纤被发送。收发器模块包括发送器端和接收器端。在发送器端，激 光源生成激光，光耦合系统接收激光并将光耦合到或者成像到光纤末端。激光源通常包括 一个或多个生成特定波长或者波长范围的光的激光二极管。光耦合系统通常包括一个或多 个反射元件、一个或多个折射元件和/或一个或多个衍射元件。在传统布置中，光收发器包括一个或多个光源(例如一个或多个垂直腔面发射激 光器(VCSEL))以及相对应的耦合光学器件，例如一个或多个耦合透镜。耦合光学器件是相 对于光源布置的，并且被配置为把由光源生成的光聚焦到光纤的接收端。或者，取决于光纤 相对于收发器的耦合配置，位于光收发器内或位于与光收发器相耦合的附加光纤连接器模 块内的附加耦合光学器件可被用于使所聚焦的光重定向、转向或者折回到光纤的接收端。 光纤的接收端通常被可固定地定位在光纤连接器或者使光纤的接收端耦合到光收发器的 其他适合设备内。光纤的接收端经常被定位在收发器与光纤连接器之间的耦合界面处，因 而收发器内的耦合光学器件经常被配置为使得耦合光学器件的焦点位于该耦合界面的平 面内或者与之相对接近。然而，因为光源和光纤的接收端的孔径较小，因此光源和光纤必须在相对严格的 横向或者径向对准公差范围内彼此对准。另外，光源与光纤的接收端之间的耦合光学器件 的焦距对耦合光学器件的至少一部分与光纤的接收端之间的轴向(Z向)(即，耦合光学器 件与光纤的接收端之间沿着光源所生成的光的路径的距离)的对准公差施加了额外的限 制。一些传统的收发器模块被配置为输出准直光束，而非经聚焦的光束。通常，这种收 发器配置稍微放宽了收发器模块和与收发器模块相耦合的连接器模块之间的横向和z向 对准公差。然而，仍需要与光收发器和一个或多个光纤一起使用的光纤连接器模块，以及在 光收发器与一个或多个光纤之间耦合光信号的方法，该方法放宽了光收发器与光纤连接器 之间的横向(径向)和轴向对准公差，使得可以相对于所聚焦光的焦点来更准确地定位一 个或多个光纤，并且提供了比许多传统光纤连接器模块更小的轮廓(profile)。
发明内容
这里描述的光纤连接器模块和用于在光收发器模块与光纤之间耦合光信号的方 法涉及把光纤连接器模块耦合或者覆模成型到光收发器模块或者其他光源，以及与所述光纤连接器模块外壳的倾斜表面相耦合的光纤透镜。倾斜表面和光纤透镜被配置为使得光纤透镜把来自收发器模块的准直光聚焦到光纤的接收端或者聚焦到定位在光纤连接器模块 外壳内的其他光检测器。与传统布置和配置(特别是具有多通道并行光路配置的那些)相 比，根据本发明实施例的光纤连接器模块使得可以有较小的轮廓。
图1图示出光收发器模块与光纤之间的传统光耦合布置的示意图；图2图示出用于在光收发器模块与光纤之间耦合光信号的传统光转向器件光纤 连接器模块的示意图；图3图示出根据本发明实施例的用于在光收发器模块的发送部分与光纤之间耦 合光信号的光纤连接器模块的示意图；图4图示出作为光源与光收发器模块内的准直透镜之间的轴向(ζ向)偏差的函 数而变化的光耦合效率的视图，所述光收发器模块适于与根据本发明实施例的光纤连接器 模块一起使用；图5图示出作为光源与光收发器模块内的准直透镜之间的横向或者径向偏差的 函数而变化的归一化功率损失(LOP)的视图，所述光收发器模块适于与根据本发明实施例 的光纤连接器模块一起使用；图6图示出作为根据本发明实施例的光收发器模块与光纤连接器模块之间的横 向或者轴向偏差的函数而变化的归一化功率损失(LOP)的视图，所述光纤连接器模块用于 在根据本发明实施例的光收发器模块与光纤之间耦合光信号；图7图示出根据本发明实施例的、用于在光纤与光收发器模块的接收部分之间耦 合光信号的光纤连接器模块的示意图；图8图示出作为根据本发明实施例的光纤连接器模块的光纤透镜与定位在光纤 连接器模块内的光纤的发送端之间的轴向偏差的函数而变化的光耦合效率的视图，所述光 纤连接器模块用于在根据本发明实施例的光纤与光收发器之间耦合光信号；图9图示出作为根据本发明实施例的光纤连接器模块的光纤透镜与定位在光纤 连接器模块内的光纤的发送端之间的横向或者径向偏差的函数而变化的归一化功率损失 (LOP)的视图，所述光纤连接器模块用于在光纤与根据本发明实施例的光收发器之间耦合 光信号；图10图示出根据本发明实施例的、用于在光收发器模块的发送部分与光纤之间 耦合光信号的光纤连接器模块的示意图；图11图示出根据本发明另一实施例的、用于在光收发器模块的发送部分与光纤 之间耦合光信号的光纤连接器模块的示意图；图12图示出根据本发明又一实施例的、用于在光收发器模块的发送部分与光纤 之间耦合光信号的光纤连接器模块的示意图；图13图示出根据本发明另一实施例的、用于在光源与光纤之间耦合光信号的光 纤连接器模块的示意图。
具体实施例方式在以下描述中，相似的标号指示相似的组件，以便通过对附图的描述来增强对不 同接收器测试方法和布置的理解。另外，虽然在下文中讨论了特定的特征、配置和布置，但 是应当明白这种特定性仅是为了举例说明目的。相关领域技术人员将认识到在不脱离本发 明精神和范围的情况下可以使用其他步骤、配置和布置。现在参考图1，光收发器12与光纤14之间的传统光耦合布置10的示意图被示出。 光收发器12可由模制塑料材料或者其他适合材料制成。光纤14可以是适于接收光信号的 任何光纤，例如单模光纤或者多模光纤。光收发器12可具有包括光源16和耦合光学器件装置18的发送器部分。光源16 可以是用于生成光信号的任何适合光源，例如VCSEL或者其他适合光源。耦合光学器件装 置18包括准直透镜22和光纤透镜24。或者，准直透镜22和光纤透镜24可以是具有第一 准直表面和相反的第二光纤透镜表面的单透镜单元。耦合光学器件装置18接收来自光源16的光并将其聚焦到光纤14的接收端上。光 纤14的接收端通常被可固定地定位在光纤连接器或者连接器件26内，光纤连接器或者连 接器件26将光纤的接收端耦合到光收发器。为了实现光源16与光纤14之间的足够耦合 效率，光纤14的接收端必须在横向或者径向方向上与光源16正确对准。因此，在这种传统 布置中，光源16的光轴必须与准直透镜22的光轴对准，并且光纤透镜24的光轴必须与光 纤14的光轴对准。另外，为了正确的耦合效率，光纤14的接收端必须轴向地(即，在z方 向上)与光源16对准。为了这种对准，光源16必须位于准直透镜22的焦平面内，并且光 纤14的接收端必须位于光纤透镜24的焦平面内。这样，来自光源16的光将被耦合光学器 件装置18聚焦到焦点，该焦点与光纤14的接收端重合。光收发器12还可包括接收器部分，该接收器部分接收来自光纤38的光信号，所述 光纤38经由光纤连接器39或者其他适合光纤耦合装置与光收发器12相耦合。光纤38可 以是适于发送光信号的任何光纤，例如单模光纤或者多模光纤。光收发器12的接收器部分 通常包括光检测器或者接收器28以及相对应的耦合光学器件装置32。光检测器28可以是 任何适合的光检测器，例如一个或多个接收器光电二极管或者其他适合的光检测组件。相 对应的接收器耦合光学器件装置32可包括诸如透镜34和36之类的一个或多个透镜，这些 透镜把从接收光纤38的末端输出的光聚焦到相应的光检测器28。现在参考图2，用于在光收发器与光纤之间耦合光信号的传统光纤耦合或连接器 模块40(例如，光转向器件)被示出。图中示出了光收发器与光纤之间的光路径的光线追 迹。除了将光纤的接收端直接耦合到光收发器的耦合表面之外，还可通过使用诸如光转向 器件40之类的光纤连接器模块将光纤耦合到光收发器。光纤连接器模块可被用于在需要 不同的收发器至光纤朝向时使光收发器与光纤之间的光信号重定向。一些传统的光纤连接 器模块被称作光转向设备，并且被配置为使光收发器中的光源与接收光纤之间的光信号转 向或者重定向。传统的光转向器件40包括外壳42，外壳42包括输入准直透镜44、全内反射(TIR) 平表面46和输出光纤透镜48。外壳42通常由诸如注塑塑料之类的塑料或者其他适合材料 制成。TIR表面46是转向镜结构，可通过利用金属或者其他适合材料给倾斜表面电镀来形 成，所述材料给导向到该表面上的光信号造成全内反射。如所讨论的，光转向器件40被配置为在光源52(例如VCSEL)与光接收器54(例如光电二极管)或者光纤56的接收端之间 使光信号重定向或者转向，例如大约45度。为了光转向器件40的正确操作，应当相对于输入透镜44适当地定位光源52，即应 当定位光源52以使得光源52的光轴与输入透镜44的光轴对准并且光源52位于输入透镜 44的焦平面内。类似地，应当相对于输出透镜48适当地定位光检测器54，即应当定位光检 测器54以使得光检测器54的光轴与输出透镜48的光轴对准并且光检测器54位于输出透 镜48的焦平面内。如在上文中讨论的，必须在相对严格的公差范围内完成如此对光检测器 54或者光纤56的定位或者其他方式的耦合，否则耦合效率将受影响。在操作中，来 自光源52的光线58形式的光信号进入输入透镜44。输入透镜44使 进入光线58准直为准直光线62。准直光线62然后例如以直角从TIR平表面46反射开，作 为反射光线64。反射光线64被引导向输出透镜48并且穿过输出透镜48，反射光线64在 输出透镜48处被聚焦到光检测器54上。与使光纤的接收端直接耦合到光收发器的耦合表面相比，光纤连接器模块的使用 会在光收发器与光纤之间创建或者产生更大轴向或者横向操纵空间。对于具有相对高密度 并行通道配置的收发器/光纤耦合装置而言尤其如此。如在上文中讨论的，因为光源和光纤的接收端的孔径较小，因此光源与输入透镜 之间的横向(径向)和轴向(ζ向)对准必须处于相对严厉或者严格的对准公差范围内，以 便实现其间的适当耦合效率。类似地，光纤透镜与光纤的接收端之间的横向(径向)和轴 向(ζ向)对准为了其间的适当耦合效率必须处于相对严厉或者严格的对准公差范围内。否 贝U，即使装置内的一个或多个部件的较小移动也可能引起光路径的变更，该变更将使光束 的焦点无法与光纤的接收端重合，这将引起光损失。因此，这种装置对材料的选择以及模块 和光耦合布置中所涉及的其他组件的制造施加了异常严厉的公差。现在参考图3，根据本发明实施例的用于在光收发器的发送器部分与光纤之间耦 合光信号的光纤连接器模块80的示意图被示出。光纤连接器模块80被示出为总地耦合到 光收发器模块70。应当明白，术语收发器、光收发器、收发器模块或者光收发器模块可被用于指具有 光发送部分或光接收部分或者既具有光发送部分又具有光接收部分的模块器件。然而，在 图3中，仅示出并描述了光收发器模块70的发送部分。另外，如在下文中更详细讨论的，光 纤连接器模块80被配置为使得光纤连接器模块80可以与系统发送器光学器件或者系统接 收器光学器件一起使用，从而降低整体的系统组件成本并降低系统组件互连性。如在上文中讨论的，一些收发器模块被配置为输出准直光而非聚焦光，这可以放 宽光纤连接器模块80与收发器模块70之间的对准公差。在这种收发器模块中，相对于一 个或多个准直透镜的相应光源的焦点来定位这一个或多个准直透镜，以便生成从收发器模 块70输出的准直光。这样使用一个或多个准直透镜发送来自光收发器的准直光允许光纤 连接器模块在被耦合到收发器模块70时具有相对放松的横向(径向)和轴向(ζ向)对准 公差，所述光纤连接器模块包括根据本发明实施例的光纤连接器模块80。如图所示，收发器模块70包括诸如VCSEL之类的光源72以及准直透镜74。准直 透镜74可以是单个透镜或者多个透镜，其形成使从光源72接收到的光准直的透镜系统。来 自光源72的光被准直透镜74接收并且被以准直光的形式从收发器模块70输出。收发器模块70还可包括监视器透镜76，监视器透镜76可以使一部分准直光转移到监视器78，例 如光电二极管。因为从这种收发器模块输出的光是准直光而非聚焦光，因此与包括光转向器件 (例如图2所示的传统光转向器件40)的传统光纤连接器模块相比，可以以更高效、更不复 杂的方式来配置将与这种收发器模块一起使用的光纤连接器。例如，因为准直透镜被包括 在这种收发器模块中，因此光纤连接器模块不需要输入透镜或准直透镜，这与包括这种透 镜的传统光纤连接器模块不同。然而，即使当与输出准直光而非聚焦光的收发器模块一起 使用时，传统的光纤连接器模块仍受制于光纤连接器与光纤的接收端之间的相对严厉的横 向(径向)和轴向(ζ向)对准公差，以便维持其间的足够光耦合效率。根据本发明的实施例，光纤连接器模块80包括外壳82和定位在外壳82内的光纤透镜84。外壳82被配置为接收和保持一个或多个光纤86的末端，以使得光纤末端与光纤 84的焦平面重合或者基本位于光纤84的焦平面内。例如，外壳82被形成为在其中包括一 个或多个ν槽或者其他适合构造88，使得一个或多个光纤86的至少一部分可被以如下方式 定位在外壳82内光纤86的末端与光纤透镜84的焦平面重合。可以使用环氧树脂或者以 其他适合方式使光纤86的末端附着于ν槽或者其他适合构造88内。光纤透镜84可以是把由光纤连接器模块80从收发器模块70接收到的准直光聚 焦到光纤透镜84的焦平面上一点的任何适合光纤透镜。例如，光纤透镜84可以是双锥形 透镜、不规则透镜或者其他适合的光纤透镜。另外，虽然光纤透镜84被示出为使聚焦光重 定向至与光纤86的末端重合的焦平面，但这不是必需的。就是说，光纤透镜84可被配置并 定位在光纤连接器模块80内，以使得由光纤连接器模块80接收到的准直光在不被重定向 的情况下被聚焦到光纤透镜84的焦平面上的一点。或者，光纤透镜84可被配置并定位在 光纤连接器模块80中，以使得光纤透镜84可以朝着定位在外壳82内的光纤的末端来重定 向任何适当方向上的聚焦光。例如，取决于制成光纤透镜84的材料的折射率以及光纤连接 器模块80内的光纤透镜的具体朝向，光纤透镜84可以以大约0-180度之间的重定向角使 聚焦光重定向至相对应的光纤末端。通常，光纤透镜被制造并配置为以大约90度的重定向 角使聚焦光重定向至相对应的光纤末端。然而，光纤连接器模块80可以具有倾斜的光纤耦 合布置，如图3所示。例如，如果光纤透镜84由具有更低的总体折射率的一种或多种材料 制成，则可以使用这种布置，使得光纤透镜84以大约90-180度之间的重定向角来重定向聚 焦光，如图所示。外壳82可以通过注塑工艺制成，或者通过使得光纤透镜84可被在相对严厉的公差 范围内定位在外壳82内的特定位置处的其他适合工艺制成。外壳82可由对温度不敏感的塑 料制成，或者由其他适合材料制成，所述材料允许一个或多个光纤透镜被定位在其中，并且允 许一个或多个相对应的光纤被插入并附着于在外壳82中形成的ν槽或者其他适合构造88。用于外壳82的注塑或者其他适合制造工艺还使得可以在相对严厉的公差范围内 相对于光纤透镜的具体位置在外壳82中形成ν槽或者其他光纤定位构造88。因此，以这 种方式，定位在ν槽或者其他光纤定位构造88内的光纤86将在相对严厉的对准公差范围 内与光纤透镜84对准，从而提升其间的适合耦合效率以及光源72与光纤86之间的整体 耦合效率。在上文中讨论了光纤连接器模块80的配置，并且将其与传统的光纤连接器相 比较，传统的光纤连接器使光纤的末端与位于光纤连接器外部的光纤透镜对准，例如如图2所示。使光纤连接器模块80与诸如收发器模块70之类的输出准直光的光收发器模块之 间的对准公差放松的能力有助于使得可以制造适于与光收发器内的一个或多个光源一起 使用 的相对低成本的光纤连接器模块。另外，这种放松的对准公差可以有助于如下布置在 这些布置中，收发器模块包括多个光源，并且光纤连接器模块80中针对将被定位于其中的 相对应的多个光纤而包括相对应的多个光纤透镜和ν槽或者其他适合构造，例如如在上文 中讨论的。现在参考图4，图示了作为光源72与光收发器模块70内的准直透镜74之间的轴 向(ζ向)偏差的函数而变化的光耦合效率的曲线图。在假定耦合损失的可接受程度不多 于-0. 5分贝(dB)的情况下，图形示出了光源72与准直透镜74之间的可接受轴向(ζ向) 偏差的区域91。可见，直到任一方向上大约30微米的偏差，都能维持可接受的耦合效率。 就是说，光源72与准直透镜74之间的ζ向距离可以增大大约30微米或减少大约30微米， 并且耦合效率所受到的不利影响将不会超过-0. 5dB的可接受程度。现在参考图5，图示了作为光源72与光收发器模块70内的准直透镜74之间的横 向或者径向偏差的函数而变化的归一化功率损失(LOP)的曲线图。在假定归一化LOP的可 接受程度不多于-0.5分贝(dB)的情况下，图形示出了光源72与准直透镜74之间的可接 受横向或者径向偏差的区域92。如图所示，光源72和准直透镜74在χ平面方向和y平面 方向中的任一方向上可以相对于彼此偏差大约7微米。就是说，只要在任何横向(径向) 方向上将光源72与准直透镜74之间的任何偏差保持在大约7微米以下，归一化LOP将保 持在不多于-0. 5dB的可接受程度之下。现在参考图6，图示了作为光收发器模块70与光纤连接器模块80之间的横向(径 向)偏差的函数而变化的归一化功率损失(LOP)的曲线图。在假定归一化LOP的可接受程 度不多于-0. 5dB的情况下，图形示出了光收发器模块70与光纤连接器模块80之间在χ平 面方向和y平面方向上的可接受横向或者径向偏差的区域93。如图所示，光收发器模块70 与光纤连接器模块80之间在χ平面方向和y平面方向两者中的任一方向上的横向偏差可 以高达大约30微米，并且归一化LOP仍将少于-0. 5dB。除了放松光纤连接器80和与之一起使用的光收发器模块之间的对准公差的能力 之外，光纤连接器模块80的特定配置还使得其可被用作光通信系统内的公共平台。就是 说，光纤连接器模块80可以用于光收发器模块的发送器部分与光纤的接收端之间的耦合， 或者光纤的发送端与光收发器模块的接收器部分之间的耦合。与发送器光学器件和接收器 光学器件两者一起使用的公共平台使得相同的连接器可用于光通信系统的两端，从而降低 了使用光纤连接器模块80的光通信系统的整体制造成本。例如，现在参考图7，根据本发明实施例的用于在光纤86与光收发器90的接收器 部分之间耦合光信号的光纤连接器模块80的示意图被示出。在该布置中，定位在光纤连接 器模块80中的ν槽或者其他构造88内的光纤86正在发送而非接收光信息。从光纤86发 送的光信息被光纤透镜84作为准直光引导至光收发器90。光收发器90包括用于接收从光 纤连接器模块80输出的准直光的聚焦透镜92。聚焦透镜92把准直光聚焦到聚焦透镜92 的焦平面上的一点。诸如光电二极管或者任何其他适合检测器之类的光检测器94被定位 为与聚焦透镜92的焦平面重合并且与聚焦透镜92的光轴轴向地对准。
现在参考图8，图示了作为光纤透镜84与定位在光纤连接器模块80内的光纤86 的发送端之间的轴向(z向)偏差的函数而变化的光耦合效率的曲线图，所述光纤连接器模 块80用于在光纤86与光收发器90的接收器部分之间耦合光信号。利用不多于-0. 5dB的 可接受程度的耦合损失，图形示出了光纤86的发送端与光纤透镜84之间的可接受的轴向 (z向)偏差的区域94。可见，直到一个轴向上大约100微米和另一轴向上大约200微米， 都能维持可接受的耦合效率。就是说，光纤86的发送端可以更接近光纤透镜84的焦平面 或者向光纤透镜84的焦平面内部轴向地偏差达100微米，或者超出光纤透镜84的焦平面 或者向光纤透镜84的焦平面外部轴向地偏差达200微米，而不会使光纤86与光纤透镜84 之间有不可接受程度的光耦合效率。现在参考图9，图示了作为光纤透镜84与定位在光纤连接器模块80内的光纤86 的发送端之间的横向或径向偏差的函数而变化的归一化功率损失(L0P)的曲线图，所述光 纤连接器模块80用于在光纤86与光收发器90的接收器部分之间耦合光信号。同样，利 用-0. 5dB的可接受程度的归一化L0P，图形示出了光纤86的发送端与光纤透镜84之间在 x平面方向和y平面方向两者上的可接受的横向或者径向偏差的区域95。如图所示，对于 x平面方向和y平面方向两者以及任一横向方向上高达大约9-10微米的偏差，都能维持可 接受的归一化L0P。然而，即使光纤86的发送端与光纤透镜84之间存在可接受范围的轴向(z向)和 横向(径向)偏差，光纤连接器模块80的配置也使得这些偏差公差得到满足。根据本发明实施例，光纤连接器模块可以具有若干适合配置中的任一种，如在下 文中更详细讨论的。如在上文中讨论的，根据本发明实施例的光纤连接器模块与传统的布 置和配置(尤其是并行光路配置的情况下)相比，允许较小的轮廓。另外，根据本发明实施 例的光纤连接器模块允许使用覆模成型(overmold)技术，因为在收发器与光纤连接器模 块内的光纤透镜之间不需要气隙。根据本发明实施例，光纤连接器模块可以在带有或没有金属化的情况下，通过塑 料的注塑、复制(implication)光学器件技术或者模制玻璃技术制成。然而，当光纤连接器 模块的折射率较低时，或者当空气是光路的传输介质的至少一部分时，通常需要金属化层 或者介质涂层。通常，光纤连接器模块由折射率较高的材料或者材料组合制成，从而允许光 纤连接器模块利用全内反射。现在参考图10，根据本发明实施例的、用于在光收发器模块的发送器部分与光纤 之间耦合光信号的光纤连接器模块110的示意图被示出。光纤连接器模块110例如通过注 塑工艺被配置为单片模块。光纤连接器模块110例如以在上文中讨论的方式直接耦合到收 发器模块。例如，利用形成在光纤连接器模块110和收发器模块两者之上或者之内的适当 对准特征将光纤连接器模块110耦合到收发器模块(或者容纳收发器模块和/或其他有源 组件的基板)。光纤连接器模块110包括外壳112和光纤透镜114。外壳112被按照适当的形状 配置为包括倾斜表面116，表面116被适当地确定尺寸并配置为使得光纤透镜114可以把由 光纤连接器模块110从准直光源(未示出)接收到的准直光重定向至焦平面117，焦平面 117与定位在外壳112中的适当构造内的光纤118的接收端重合。或者，如果光纤118的接 收端将不被定位在光纤连接器模块110的外壳112内，那么光纤透镜114可被以适合的方
11式设计并配置为把聚焦光引导至位于光纤连接器模块110的外壳112外部的焦平面。因此， 为了这种布置下的正确光耦合，光纤118的接收端将需要在可接受的公差范围内与外部焦
平面重合。虽然图10中的光纤透镜114在上文中被示出并描述为对例如来自准直光源的准 直光进行重定向，但是应当明白光纤透镜114可被配置并且/或者布置为对例如直接来自 光源的发散光进行重定向。另外，虽然光纤透镜114被示出为以大约90度角来引导聚焦光， 但是根据上文中的讨论应当明白，光纤透镜114和光纤连接器模块110可被制造、配置并且 /或者布置为具有倾斜的光纤耦合布置，例如如在上文中讨论并且在图3中大体上示出的。 另外，应当明白，光纤连接器模块110被适当地配置，以把光例如从发送光纤耦合到光收发 器模块的接收器端。根据本发明的替代实施例，可以例如利用适当的模塑工艺(例如注塑或者传递模 塑)将光纤连接器模块110直接模塑成型在全部或者一部分的收发器模块(或者容纳收发 器模块和/或其他有源组件的基板)上或其上方，而非将光纤连接器模块110配置为与收 发器模块相耦合的单独光纤连接器模块。现在参考图11，根据本发明该替代实施例的光纤 连接器模块120的示意图被示出。如图所示，光纤连接器模块120的外壳112被直接模塑 成型在收发器模块122上。另外，应当明白，除了在收发器模块122上之外，光纤连接器模 块120的外壳112还可被直接模塑成型在其他组件上，这些组件包括可驻留在收发器模块 外部的其他有源元件，例如收发器模块的接收器端的光检测器。在图11中，收发器模块122被总地示出为发散光的源，并且光纤透镜114被示出 为把来自收发器模块122的这种发散光作为聚焦光重定向至光纤118的接收端。然而，应当 明白收发器模块122可被配置为例如利用适当的准直光学器件来生成准直光。在这种情况 下，光纤透镜114被适当地配置并且/或者布置为把来自收发器模块122的准直光作为聚 焦光重定向至光纤118的接收端。另外，虽然光纤透镜114被示出为以大约90度角来引导 聚焦光，但是根据上文中的讨论应当明白，光纤透镜114和光纤连接器模块120可被制造、 配置并且/或者布置为具有倾斜的光纤耦合布置，例如如在上文中讨论并且在图3中总地 示出的。另外，应当明白，光纤连接器模块120被适当地配置以把光例如从发送光纤耦合到 光收发器模块的接收器端。现在参考图12，根据本发明又一实施例的、用于在光收发器模块的发送器部分与 光纤之间耦合光信号的光纤连接器模块130的示意图被示出。根据本发明实施例的光纤连 接器模块130特别适于利用具有较小轮廓的光纤连接器模块提供对光信号的较长距离中 继。光纤连接器模块130包括外壳132、第一光纤透镜134和第二双锥形透镜136。外 壳132被按照适当形状配置并且被配置为包括第一(输入)末端表面138、第一倾斜TIR表 面142、第二倾斜表面144、第三倾斜表面146和第二(输出)末端表面148。第一倾斜表 面142被成形并配置为把由光纤连接器模块130经由第一末端表面138从准直光源(未示 出)接收到的准直光重定向至第二倾斜表面144。第二倾斜表面144被成形并配置为使得双锥形透镜136可以把来自第一 TIR表面 142的准直光重定向至第一光纤透镜134。第二双锥形透镜136在其表面上具有两种不同 半径(即，x方向上的第一曲率半径和y方向上的第二曲率半径)，并可被耦合到第二倾斜表面144，或者作为第二倾斜表面144的一部分而被形成在第二倾斜表面144中。第二双锥 形透镜136被以适合方式设计并配置为把光重定向至第一光纤透镜134。第三倾斜表面146被适当地确定尺寸并被配置为使得光纤透镜134可以把来自双 锥形透镜136的光聚焦到与光纤154的接收端重合的焦平面152，光纤154被定位在光纤连 接器模块130的外壳132的第二末端表面148中的适当构造内。或者，如果光纤154的接 收端将不被定位在光纤连接器模块130的外壳132的第二末端表面148内，那么光纤透镜 134可被以适当方式设计并配置为把光引导至位于光纤连接器模块130的外壳132外部的 焦平面。因此，为了这种布置下的正确光耦合，光纤154的接收端将需要在可接受的公差范 围内与外部焦平面重合。例如，光纤透镜134可被耦合到光纤连接器模块130的外壳132 的第二末端表面148或被形成于其中。虽然光纤连接器模块130中的倾斜表面和双锥形透镜被示出为以大约90度角来 引导或者重定向光，但是根据上文中的讨论应当明白，取决于光纤连接器模块130的外壳 132的具体构造，双锥形透镜136和倾斜表面可被制造、配置并且/或者布置为以任何适当 角度来引导或者重定向光。另外，应当明白，光纤连接器模块130被适当地配置以把光例如 从发送光纤耦合到光收发器模块的接收器端。现在参考图13，根据本发明另一实施例的、用于在光源(例如光收发器模块的发 送器部分中的光源)与光检测器(例如光收发器模块的接收器部分中的光检测器)之间耦 合光信号的光纤连接器模块160的示意图被示出。光纤连接器模块160包括外壳162和光 纤透镜164。外壳162被按照适当形状配置并且被配置为包括第一倾斜TIR表面166、第二 倾斜TIR表面168和第三倾斜表面169。光纤连接器模块160特别适于与光源172和相关联的光学器件系统174 —起使 用，光学器件系统174使光准直并且把来自光源的准直光分成分开的两路准直光。第一倾 斜表面166和第二倾斜表面168被成形和配置，以使得当光源172和光学器件系统174被 正确的对准并且被与光纤连接器模块160光耦合时，第一倾斜表面166把一路准直光引导 至光监视器件176并且第二倾斜表面168把另一路准直光引导至光纤透镜164。第三倾斜表面169被适当地确定尺寸并被配置为使得光纤透镜164可以把来自第 二倾斜表面168的光聚焦到与光纤182的接收端重合的焦平面178，光纤182被定位在外壳 162中的适当构造内。或者，如果光纤182的接收端将不被定位在光纤连接器模块160的外 壳162内，那么光纤透镜164可被以适当方式设计并配置为把聚焦光引导至位于光纤连接 器模块160的外壳162外部的焦平面。因此，为了这种装置下的正确光耦合，光纤182的接 收端将需要在可接受的公差范围内与该外部焦平面重合。例如，光纤透镜164可被耦合到 光纤连接器模块160的外壳162的底部表面184或被形成于其中。虽然图13中的光纤透镜164在上文中被示出并描述为对例如来自准直光源的准 直光进行重定向，但是应当明白，光纤透镜164可被配置并且/或者布置为(经由第二 TIR 表面168)而对例如直接来自光源的发散光进行重定向。另外，虽然光纤透镜164被示出为 以大约90度角来引导聚焦光，但是根据上文中的讨论应当明白，光纤透镜164和光纤连接 器模块160可被制造、配置并且/或者布置为具有倾斜的光纤耦合布置，例如如在上文中讨 论并且在图3中总地示出的。另外，应当明白，光纤连接器模块160被适当地配置以把光例 如从发送光纤耦合到光收发器模块的接收器端。
根据本发明实施例的包括光纤透镜或者有透镜的反射器的光纤连接器模块允许 较小轮廓的光转向器件与较紧凑收发器设计一起使用，较紧凑收发器设计的轮廓在持续减 小。如在上文中讨论的，根据本发明实施例的光纤连接器模块可被配置为利用多透镜光学 器件系统，例如用于与并行、多通道光发送系统一起使用。 另外，根据本发明实施例的光纤连接器模块使得由单种材料制成的单个光纤连接 器模块内能够有场镜或者中继透镜功能。这样，与传统的有透镜光学系统不同，避免了为了 长途中继而在光路中(例如在光纤连接器模块内)使用交替的材料。应当注意到，虽然这里描述的创造性的光纤连接器模块旨在与光收发器模块一起 使用，但是这里描述的创造性的光纤连接器模块不限于与具有这里描述的特征的光收发器 模块一起使用。光收发器模块仅仅是适于与这些创造性的光纤连接器模块一起使用的一种 光收发器模块设计的示例。本领域技术人员将会清楚，可以对这里描述的光纤连接器模块和用于在光收发器 与光纤之间耦合光信号的方法做出许多改变和替换，而不脱离所附权利要求和其全部等同 物所定义的本发明的精神和范围。
权利要求
一种光纤连接器模块，包括连接器模块外壳，该连接器模块外壳被配置为将所述光纤连接器模块耦合到光收发器，其中所述连接器模块外壳包括至少一个倾斜表面并且被配置为在所述连接器模块外壳中接纳至少一个光纤的接收端；以及光纤透镜，该光纤透镜被耦合到所述倾斜表面，并且被配置为接收来自与所述光纤连接器模块相耦合的光收发器的准直光并将所述准直光聚焦到焦点，其中，所述至少一个倾斜表面被配置为使得所述光纤透镜把来自与所述光纤连接器模块相耦合的光收发器的准直光聚焦到所述连接器模块外壳所接纳的光纤的接收端，从而使得来自所述光纤透镜的聚焦光的焦点与所述连接器模块外壳中的光纤的接收端基本重合。
2.如权利要求1所述的光纤连接器模块，其中，所述光纤透镜以重定向角来重定向聚 焦光，所述重定向角基于以下各项中的至少一个制成所述光纤透镜的材料的折射率，所述 倾斜表面相对于所述准直光的光路的角度，以及所述光纤透镜的构造。
3.如权利要求1所述的光纤连接器模块，其中，所述倾斜表面和所述光纤透镜被配置 为使得所述光纤透镜以大约45度的重定向角来重定向聚焦光。
4.如权利要求1所述的光纤连接器模块，其中，所述光纤透镜被形成为所述倾斜表面 的一部分。
5.如权利要求1所述的光纤连接器模块，其中，所述光纤透镜是双锥形透镜和不规则 透镜中的一种。
6.如权利要求1所述的光纤连接器模块，其中，所述连接器模块外壳包括第一倾斜全 内反射(TIR)表面和第二倾斜表面，其中，所述光纤连接器模块包括与所述第二倾斜表面相耦合的双锥形透镜，第一 TIR表面被配置为使得所述第一 TIR表面把来自与所述光纤连接器模块相耦合的 光收发器的准直光重定向至所述双锥形透镜，并且所述第二倾斜表面被配置为使得所述双锥形透镜把聚焦光重定向至所述光纤透镜。
7.如权利要求1所述的光纤连接器模块，其中，所述连接器模块外壳包括至少一个倾 斜全内反射(TIR)表面，所述至少一个倾斜TIR表面被配置为把来自与所述光纤连接器模 块相耦合的光收发器的准直光的至少一部分重定向至与所述光纤连接器模块相耦合的至 少一个光监视器件。
8.如权利要求1所述的光纤连接器模块，其中，所述连接器模块外壳包括第一倾斜全 内反射(TIR)表面，该第一倾斜TIR表面被配置为把来自与所述光纤连接器模块相耦合的 光收发器的准直光的至少一部分重定向至与所述光纤连接器模块相耦合的至少一个光监 视器件，并且，所述连接器模块外壳包括第二倾斜TIR表面，该第二倾斜TIR表面被配置为 把来自与所述光纤连接器模块相耦合的光收发器的准直光的至少一部分重定向至所述光 纤透镜。
9.如权利要求1所述的光纤连接器模块，其中，所述连接器模块外壳通过注塑制成。
10.一种光耦合模块，包括基板；收发器模块，该收发器模块被耦合到所述基板；连接器模块外壳，该连接器模块外壳被覆模成型在所述收发器模块和至少一部分所述基板之上，所述连接器模块外壳包括至少一个倾斜表面并且被配置为在连接器模块外壳中 接纳至少一条光纤的接收端；以及光纤透镜，该光纤透镜被耦合到所述倾斜表面，并且被配置为接收来自光收发器的准 直光并将所述准直光聚焦到焦点，其中，所述至少一个倾斜表面被配置为使得所述光纤透镜把从所述光收发器接收到的 准直光聚焦到与所述连接器模块外壳相耦合的光纤的接收端，从而使得来自所述光纤透镜 的聚焦光的焦点与所述光纤的接收端基本重合。
11.如权利要求10所述的光耦合模块，其中，所述光纤透镜以重定向角来重定向聚焦 光，所述重定向角基于以下各项中的至少一个制成所述光纤透镜的材料的折射率，所述倾 斜表面相对于所述准直光的光路的角度，以及所述光纤透镜的构造。
12.如权利要求10所述的光耦合模块，其中，所述连接器模块外壳包括第一倾斜全内 反射(TIR)表面和第二倾斜表面，所述光纤连接器模块包括与所述第二倾斜表面相耦合的双锥形透镜，第一 TIR表面被配置为使得所述第一 TIR表面把来自与所述光纤连接器模块相耦合的 光收发器的准直光重定向至所述双锥形透镜，并且所述第二倾斜表面被配置为使得所述双锥形透镜把聚焦光重定向至所述光纤透镜。
13.如权利要求10所述的光耦合模块，其中，所述连接器模块外壳包括至少一个倾斜 全内反射(TIR)表面，所述至少一个倾斜TIR表面被配置为把来自与所述光纤连接器模块 相耦合的光收发器的准直光的至少一部分重定向至与所述光纤连接器模块相耦合的至少 一个光监视器件。
14.如权利要求10所述的光耦合模块，其中，所述连接器模块外壳包括第一倾斜全内 反射(TIR)表面，该第一倾斜TIR表面被配置为把来自与所述光纤连接器模块相耦合的光 收发器的准直光的至少一部分重定向至与所述光纤连接器模块相耦合的至少一个光监视 器件，并且，所述连接器模块外壳包括第二倾斜TIR表面，该第二倾斜TIR表面被配置为把 来自与所述光纤连接器模块相耦合的光收发器的准直光的至少一部分重定向至所述光纤 透镜。
15.如权利要求10所述的光耦合模块，其中，所述光纤的接收端被定位在所述连接器 模块外壳内。
16.如权利要求10所述的光耦合模块，其中，所述连接器模块外壳通过覆模成型制成。
17.一种用于在光收发器与光纤之间耦合光信号的方法，该方法包括通过具有连接器模块外壳和光纤透镜的光纤连接器模块从所述光收发器接收准直光， 其中所述连接器模块外壳被配置为将所述光纤连接器模块耦合到所述光收发器并且在连 接器模块外壳中接纳至少一个光纤的接收端，并且，所述连接器模块外壳包括与所述光纤 透镜相耦合的至少一个倾斜表面；利用所述光纤透镜把从所述光收发器接收到的准直光聚焦到焦点，其中，所述至少一个倾斜表面被配置为使得所述光纤透镜把来自与所述光纤连接器模 块相耦合的光收发器的准直光聚焦到所述连接器模块外壳所接纳的光纤的接收端，从而使 得来自所述光纤透镜的聚焦光的焦点与所述连接器模块外壳中的光纤的接收端基本重合。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述光纤透镜以重定向角来重定向聚焦光，所述重定向角基于以下各项中的至少一个制成所述光纤透镜的材料的折射率，所述倾斜表面 相对于所述准直光的光路的角度，以及所述光纤透镜的构造。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述光纤透镜被形成为所述倾斜表面的一部分。
20.如权利要求17所述的方法，其中，通过把所述光纤连接器模块覆模成型到所述光 收发器上来将所述光纤连接器模块耦合到所述光收发器。
全文摘要
本发明公开了光纤连接器模块及收发器模块与光纤间耦合光信号的方法。这里描述的本发明实施例所包括的光纤连接器模块和用于在光收发器模块与光纤之间耦合光信号的方法涉及把光纤连接器模块耦合或者覆模成型到光收发器模块或者其他光源，以及被耦合到所述光纤连接器模块外壳的倾斜表面或被形成于其中的光纤透镜。倾斜表面和光纤透镜被配置为使得光纤透镜把来自收发器模块的准直光聚焦到光纤的接收端或者定位在光纤连接器模块外壳内的其他光检测器。根据本发明实施例的光纤连接器模块允许与传统布置和配置相比特别是与多通道并行光路配置相比较小的轮廓。
文档编号H04B10/02GK101872038SQ20101015926
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月26日 优先权日2009年4月24日
发明者邵兵, 陈烨 申请人:安华高科技光纤Ip(新加坡)私人有限公司