TWI579607B - 具有梯度折射率透鏡之插座箍組件及使用該插座箍組件之光纖連接器 - Google Patents

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Description

具有梯度折射率透鏡之插座箍組件及使用該插座箍組件之光纖連接器 相關申請案之交叉引用
本申請案主張在2011年1月20日提出申請的美國臨時申請案第61/434,593號及在2011年2月11日提出申請的美國臨時申請案第61/441,956號及在2011年4月8日提出申請的美國臨時申請案第61/473,305號的優先權權益。
本揭示案係針對用於光纖連接器中之箍，且特定言之本揭示案係針對具有至少一個單片透鏡系統之插座箍，且本揭示案亦針對使用此等箍之光纖連接器及連接器組件。
光纖正不斷地用於各種應用，該等應用包括但不限於寬頻帶語音、視訊及資料傳輸。隨著消費者裝置不斷地使用更多頻寬，可以預料用於此等裝置之連接器將遠離電氣連接器且轉而使用光學連接或電氣連接與光學連接之組合，以滿足頻寬需要。
一般而言，用於電信網路及類似物之習知的光纖連接器並不適用於消費者電子裝置。例如，在與消費者裝置及該等消費者裝置之介面相比較時，習知的光纖連接器相對較大。此外，習知的光纖連接器需要小心進行部署且需要部署至相對潔淨的環境中，且習知的光纖連接器通常需要在連接之前由技術人員進行清潔。此等光纖連接器為設計用於減少光學網路中配合連接器之間***損失的高精度連接器。此外，儘管可重新配置光纖連接器(亦即，適合於配合/不配合)，但該等光纖連接器並非意欲用於通常與消費者電子裝置相關聯之相對大量的配合週期。
除以相對大量配合/不配合週期操作之外，消費者電子裝置通常用於灰塵、污垢、液體污染物及類碎屑普遍存在的環境中。此外，消費者電子裝置通常具有對於執行連接之尺寸及空間限制，且消費者電子裝置可能不適應光纖連接器之直的光學路徑。此外，此等尺寸及空間限制可能限制擴束光學路徑穿過光纖連接器之範圍。
本揭示案之態樣為用於光纖插座連接器之插座箍組件。根據至少一個實施例，插座箍組件包含第一透鏡(例如，梯度折射率透鏡)及插座箍主體，第一透鏡具有第一光學表面及第二光學表面，插座箍主體具有第一末端及第二末端。至少一個單片光學系統形成於單片插座箍主體中，且包括形成於單片插座箍主體之第二末端處的透鏡及形成於單片插座箍主體之第一末端處的光學表面。光學表面位於鄰近於第一透鏡之第二光學表面(例如，梯度折射率透鏡之第二光學表面)且與第一透鏡之第二光學表面配合。單片光學系統結合正功率透鏡經配置以界定自單片光學系統之第二末端至第一透鏡之第一表面的插座光學路徑。該第一透鏡較佳地具有正光功率。
根據一些實施例，包含插塞箍組件之連接器組件配合地嚙合至插座箍組件。
根據一些實施例，梯度折射率透鏡之第一表面具有配合的幾何結構，且該第一表面經配置以在插塞光學路徑與插座光學路徑之間的介面處與插塞箍形成固體-固體接觸，其中該固體-固體接觸足以自該介面實質排出液體。
根據一些實施例，插塞箍組件配合地嚙合至插座箍組件。舉例而言，根據一些實施例，插塞箍組件具有前端，該前端經配置以嚙合地與插座箍組件配合。一些實施例之插塞箍組件包括插塞箍主體，該插塞箍主體支撐至少一個梯度折射率透鏡。插塞箍組件之梯度折射率透鏡：(i)光學耦接至光纖之末端，且(ii)結合光纖之末端界定插塞光學路徑，且(iii)由插塞箍主體支撐。由插塞箍主體支撐的梯度折射率透鏡位於鄰近於插座箍組件之梯度折射率透鏡且光學耦接至插座箍組件之梯度折射率透鏡，以在插座光學路徑與插塞光學路徑之間形成光學路徑介面。根據一些實施例，光纖之數值孔徑不大於由插塞箍主體支撐的梯度折射率透鏡之數值孔徑。
根據一些實施例，插座箍組件之梯度折射率透鏡之第一光學表面位於距光纖插塞連接器之直接相對的光學表面不多於200 μm之距離處，以使得插塞光學路徑經由介面與插座光學路徑光學耦接，且梯度折射率透鏡與光纖插塞連接器之間的距離足夠小以自介面實質排出液體。
根據至少一個實施例，梯度折射率透鏡之第一表面為梯度折射率透鏡之前表面，且梯度折射率透鏡之第二表面為梯度折射率透鏡之後光學表面；且單片插座箍主體具有頂表面及底表面以及相對的後端及前端。單片插座箍主體之第一表面在前端處，且透鏡形成於底表面處。光學系統進一步包括形成於後端處之鏡子，且光學系統具有實質成直角的彎曲部。此外，光學系統結合梯度折射率透鏡經配置以界定自底表面至前端的插座光學路徑。梯度折射率透鏡之前端(i)具有配合幾何結構，配合幾何結構經配置以在插塞光學路徑與插座光學路徑之間的介面處與插塞箍形成固體-固體接觸，其中固體-固體接觸足以自該介面實質排出液體；或(ii)位於距光纖插塞連接器之直接相對的光學表面不多於200 μm之距離處，以便自該介面實質排出液體。
根據連接器組件之一些實施例，插座光學路徑及插塞光學路徑形成遠心光學系統。
根據一些實施例，一種製造箍組件之方法包含以下步驟：
(i)將梯度折射率棒***至箍主體之孔中；
(ii)將梯度折射率棒連結至孔；
(iii)在預定長度處雷射切割連結至孔的梯度折射率棒，以將梯度折射率棒連結至孔之部分與梯度折射率棒之另一部分分離。
將在隨後的詳細描述中闡述額外的特徵結構及優點，且熟習此項技術者將部分自彼描述或藉由實踐本文描述之發明而顯而易見額外的特徵結構及優點，該等額外的特徵結構及優點包括隨後的詳細描述、申請專利範圍以及附加圖式。
應理解，上文一般描述及以下詳細描述兩者皆呈現實施例，該等實施例意欲提供用於理解本申請專利範圍之本質及特性的概述或框架。茲提供隨附圖式以助進一步理解本揭示案，且將該等隨附圖式併入成為本說明書之一部分。該等圖式圖示各種實施例且與該描述一起用來闡釋原理及操作。
本揭示案係針對用於光纖連接器之箍，且特定言之本揭示案係關於具有至少一個透鏡系統之箍。本揭示案進一步針對光纖插塞及插座連接器以及連接器組件，藉由將插塞連接器與插座連接器配合，來形成該等連接器組件，以便插塞光學路徑與箍光學路徑具有固體-固體接觸介面。該固體-固體接觸介面可為赫茲型的，且該固體-固體接觸介面亦可具有較小間隙，該等較小間隙通常與接觸延伸的表面相關聯。該固體-固體接觸介面較佳地由兩個相鄰的梯度折射率(亦即，GRIN)透鏡之表面形成。
光纖連接器及連接器組件意欲適合於與商業電子裝置一起使用並提供光學連接或者電氣連接與光學連接兩者(亦即，混合連接)。示例性插塞箍及插座箍描述於以下用以形成連接器組件的各別插塞連接器及插座連接器之上下文中。
以下論述參閱以說明之方式展示兩個光纖及兩個光學路徑的示例性實施例。然而，本揭示案通常應用於一或更多光纖。在實例中，插塞光學路徑及/或插座光學路徑為擴束光學路徑，其中光軌跡包括光線並非準直(亦即，該等光線收斂及/或發散)的至少部分，且該光軌跡在一些情況下可包括光線實質準直的部分。
光纖連接器插塞
第1圖為示例性光纖連接器插塞組件(在下文中為「插塞」)10之等角前端高視圖。插塞10包括插塞梯度折射率(GRIN)透鏡154、具有前端18及後端20的插塞外殼14，以及中心插塞軸A1。插塞外殼14經配置以在後端20處接收光纖電纜30。光纖電纜30包括護套32，該護套32界定內部34，該內部34含有一或更多光纖36，其中以說明之方式圖示兩個光纖。例如，該兩個光纖36可為分開的傳輸光纖及接收光纖。在實例中，當將光纖電纜30連接至後端20處的插塞外殼14時，使用罩35(參見第6圖)來防止外殼後端處或接近外殼後端處的光纖電纜發生顯著彎曲。示例性光纖36為多模梯度折射率光纖。
插塞10包括插塞外殼前端18處的插塞箍組件38。如以下所述，光纖36自電纜30延伸至插塞箍組件38。插塞箍組件38包括插塞箍套管40，該插塞箍套管40具有開口前端42。插塞箍套管40界定套管內部46。在實例中，插塞箍套管40呈大體矩形圓柱體的形式，以便開口端42具有與電氣連接器之常見類型(諸如，USB連接器)相關聯的大體矩形形狀。
第2圖為第1圖之插塞10之等角部分分解俯視圖，但其中移除插塞箍套管40，以顯示原本常駐於套管內部46內且可延伸至插塞外殼14中的箍固持器50。箍固持器50包括前端52及後端54，該後端鄰近插塞外殼前端18。箍固持器50亦包括狹槽60，該狹槽60具有鄰近前端52的較寬區段62及鄰近後端54的較窄區段64。掣子66存在於沿軸A1的前端52處。以下論述掣子66之目的。
較寬狹槽區段62與較窄狹槽區段64之間的過渡界定在軸A1之兩側上且大體垂直於該軸A1的箍固持器內壁區段68。大體矩形且平坦的插塞箍70以可滑動的方式佈置於較寬區段62中的狹槽60中。插塞箍70具有中心插塞箍軸A2，當插塞箍佈置於狹槽60中時，該中心插塞箍軸A2與軸A1同軸。
第3圖為第2圖之示例性插塞箍組件70之等角前端高視圖。第4圖為插塞箍前端72之部分之特寫俯視圖，該特寫俯視圖亦圖示插塞插座組件之部分，以下介紹且論述該第4圖。參閱第2圖至第4圖，插塞箍組件70包括頂表面71、前端72、底表面73及後端74，該頂表面71、該前端72、該底表面73及該後端74界定大體平坦且矩形的插塞箍主體75。插塞箍組件70亦包括內側孔94中的插塞梯度折射率透鏡154。插塞箍70亦包括前端72處的凹部76，且該凹部76居中於軸A2。凹部76經配置以在插塞箍設置於箍固持器50中時，嚙合掣子66以阻止插塞箍前端72延伸超過箍固持器前端52。在實例中，插塞箍70為藉由模製或藉由加工形成的單一結構。
參閱第2圖，第一及第二彈性部件82佈置於各別箍固持器內壁區段68與插塞箍後端74之間，且該等第一及第二彈性部件82嚙合各別保持銷78。當插塞箍70經受沿該插塞箍70之中心軸A2的推力時，彈性部件82壓抵內壁68，藉此允許插塞箍在狹槽60內反向滑向該等內壁。當移除推力時，彈性部件擴展且將插塞箍70推回該插塞箍70在狹槽前端62處的原始位置。在實例中，彈性部件82包含彈簧。如以下所論述的，推力可在例如插塞10***插座中且與插座配合時產生。
插塞箍主體75包括孔94，該孔94自後端74延伸至前端72，其中孔末端96開口於前端處。每一孔94經尺寸調整以容納光纖36及插塞梯度折射率透鏡154，該光纖36自後端78向前延伸，該插塞梯度折射率透鏡154自前端72向後延伸。舉例而言，孔96接近前端72可具有較大的直徑，以容納梯度折射率透鏡。在第13圖所示且以下更詳細論述的實例中，孔94額外經配置以容納光纖36之覆蓋區段36C及鄰近的裸光纖區段36B，該裸光纖區段36B包括末端36E。插塞箍70圖示為經配置以支撐兩個光纖36及兩個插塞梯度折射率透鏡154。此種多光纖(及視需要多透鏡)配置適合於建立具有傳輸及接收光學訊號的連接，該等光學訊號藉由不同光纖載送。通常，插塞箍70可經配置以藉由包括適當數目之孔94來支撐一或更多光纖36及一或更多插塞梯度折射率透鏡154。
繼續參閱第3圖及第4圖，插塞箍組件70進一步包括各別凹槽150，該等凹槽150形成於軸A2之各別側上的前端72中。凹槽150亦包括頂部狹槽151及底部狹槽153，該等頂部狹槽151及底部狹槽153分別在頂部71及底部73處。在第3圖所示的實例中，箍主體75包括成角度表面105，該成角度表面105角度降至側壁152。
在實例中，凹槽150具有不同的橫截面形狀，諸如第3圖中所示的矩形及圓形。凹槽150之不同形狀用來界定插塞箍70與該插塞箍70之相應插座箍之間的配合方位，以下介紹且論述此舉。
第5A圖為沿第4圖中線5-5截取的插塞箍前端72處的插塞箍70之特寫橫截面圖。第5A圖圖示插塞箍主體75之成角度表面105。成角度表面105促進用雷射束LB雷射處理插塞梯度折射率透鏡154，以形成插塞梯度折射率透鏡第二光學表面154S2，如第5B圖中所示。以下更詳細地論述光纖36之雷射處理。第5C圖類似於第5B圖，且第5C圖圖示插座箍之前端部分，亦即插座導銷378。以下更詳細地論述第5C圖。
光纖連接器插座及箍組件
第6圖為插塞10以及示例性光纖連接器插座(在下文中，「插座」300)之等角高側視圖，該示例性光纖連接器插座經配置以與插塞配合，以形成光纖連接器組件500。第7圖為插座300之特寫前端等角視圖。插座300包括插座箍套管340，該插座箍套管340具有開口前端342。插座箍套管340界定套管內部346。在實例中，插座箍套管340呈大體矩形圓柱體的形式，以便開口端342具有與電氣連接器之常見類型(諸如，前述USB連接器)相關聯的大體矩形形狀。第8圖類似於第6圖，且第8圖圖示與插座300配合形成連接器組件500的插塞10。插塞10藉由滑動至插座箍套管340中的插塞箍套管40來與插座330配合。插座箍套管340因此充當插座外殼。
如第9圖之等角高側視圖中所示，箍插座套管340包括舌片347，該舌片347用以將該套管附接至主動裝置平臺360，諸如電路板(例如，母板)。箍插座套管340亦視需要在頂表面341上包括閂鎖臂349，該等閂鎖臂349用於在插座300與插塞10兩者經配合以形成連接器組件500時將插座300緊固至插塞10。閂鎖臂349圖示為具有懸臂配置，但閂鎖臂349亦可具有其他適合的配置。
最好如第7圖中所示，插座300進一步包括插座箍固持器350，該插座箍固持器350常駐於插座套管內部346內且固持插座箍組件370。插座箍固持器350包括前端352，該前端352實質與箍插座套管前端342重合且形成插座套管內部346之配置，該插座套管內部346之配置與插塞套管內部46之配置互補，以便插塞與插座可以配合的方式嚙合。
第10A圖及第10B圖為示例性插座箍組件370之等角頂側及底側高視圖，該示例性插座箍組件370圖示為與插塞箍組件70嚙合，以形成連接器組件390。圖示笛卡爾(Cartesian)坐標，以供參考。插座箍組件370具有中心插座箍軸A3，當插座箍與插塞箍如圖所示以配合的方式嚙合時，該中心插座箍軸A3與插塞箍軸A2同軸。插座箍組件370包括梯度折射率透鏡及箍主體375，該箍主體375具有頂表面371、前端372、底表面373及後端374。插座箍370亦在插座箍軸A3之兩側上包括臂376，該等臂376界定插座箍370之側377且給出該插座箍均衡的U形。
在實例中，插座箍主體375為藉由模製或藉由加工形成的單一(單片)結構。在另一實例中，插座箍主體375由多個塊形成。亦在實例中，插座箍主體375由透明材料製成，該透明材料諸如透明樹脂，該透明樹脂透射光120，該光120具有光電信波長，諸如，850 nm、1310 nm及1550 nm。在實例中，光120的波長範圍為自850 nm至1550 nm。示例性透明樹脂為未填充的聚醚醯亞胺(PEI)，該未填充的PEI在商標名稱ULTEM 1010之下由General Electric Company出售，該未填充的PEI具有在850 nm處1.6395之折射率。
插座箍前端372包括插座梯度折射率透鏡155，該等插座梯度折射率透鏡155位於軸A3之各別側上且平行於該軸A3延伸。插座梯度折射率透鏡155具有各別第一光學表面155S1及第二光學表面155S2。插座梯度折射率透鏡155經配置以分別嚙合插塞箍70之凹槽150，以便插座梯度折射率透鏡155第一光學表面155S1與插塞梯度折射率透鏡154之第二表面154S2接觸或極為接近插塞梯度折射率透鏡154之第二表面154S2。插塞箍前端72及插座箍前端372因此以互補的幾何結構進行配置，以便該插塞箍前端72及該插座箍前端372可以配合的方式嚙合。例如，梯度折射率透鏡154、155可由透明玻璃製造，該透明玻璃諸如非晶矽，該非晶矽含有氧化鍺或其他提高折射率的摻雜劑之梯度。減小提高折射率的摻雜劑之濃度，較佳地單調減小(例如，以線性方式、逐步方式或以抛物線的方式)，較佳地自光軸(最高量)向透鏡的外表面之邊緣平穩地變化，以提供所要的折射率分佈。因此，例如，若梯度折射率透鏡具有圓截面，則該梯度折射率透鏡之折射率可沿半徑減小，其中最高的折射率沿光軸，從而較佳地產生抛物線的折射率分佈。
插座箍後端374相對於頂表面371成示例性角度，且插座箍後端374在軸A3之各別側上包括鏡子410，其中該等鏡子與Z軸方向上的插座梯度折射率透鏡155對準。在實例中，鏡子410為彎曲的，因此該等鏡子410具有光功率。在實例中，鏡子410包含插座箍主體375之彎曲部分，插座箍主體375之該彎曲部分例如藉由模製形成。在一個實例中，鏡子410之反射率至少在某種程度上來源於插座箍主體375內的內部反射。在另一示例性實施例中，在後端374上的箍主體375之彎曲部分上提供反射層412，該等彎曲部分界定鏡子410，以加強反射(參見以下介紹且論述的第11A圖)。反射層412因此在箍主體375的外部但緊鄰於箍主體375。在實例中，鏡子410採用內部反射與來自反射層之反射兩者。然而，在一些示例性實施例中，該等鏡子可為平坦的。此外，如以下所述的一些示例性實施例可能不利用鏡子。
參閱第10B圖，插座箍主體375亦包括凹槽418，該凹槽418形成於底表面373中且透鏡420常駐於該凹槽418中。透鏡420在Y軸方向上與各別鏡子410對準。凹槽418用以自由周圍大體平坦的底表面373界定的平面向後設定透鏡420。在實例中，向後設定經選擇以提供透鏡420與相應主動裝置362之間的距離。在本揭示案中，凹槽418視為底表面373之部分。
在一個實例中，鏡子410及透鏡420構成雙元件光學系統449，該雙元件光學系統449形成單片光學系統。第11A圖為示例性光學系統426之特寫示意性光學圖，該示例性光學系統426包含插塞光學系統426P及插座光學系統426R。插座光學系統426R包含單片光學系統(亦即，鏡子410及透鏡420)及插座梯度折射率透鏡(GRIN)透鏡155。插塞光學系統426P包含插塞梯度折射率(GRIN)透鏡154。圖示笛卡爾坐標及角坐標0以供參考。闡述於以下表1中的示例性光學系統之示例性大小亦包括於第11A圖中。光學系統426具有物平面OP及像平面IP，取決於光傳播之方向，該物平面OP及該像平面IP可為逆向的。此處泛泛地使用術語「物平面」及「像平面」來表示主動裝置362及光纖末端36E之各別位置並指示光正在自一個平面中繼至另一平面。在第11A圖中，光120之傳播方向係基於主動裝置362及光纖36，該主動裝置362為光源(光輻射)，諸如，發射光120之垂直腔表面發射雷射器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser;VCSEL)，該光纖36在光纖末端36E處接收該光。在主動裝置362為偵測器且光纖36在光纖末端36E處發射光的情況下，光學系統426可逆向操作。然而，當主動裝置362為偵測器時，為了改良(例如，最佳化)光耦合效率，可針對不同的光學系統426最佳化透鏡之半徑及圓錐常數以及梯度折射率透鏡之長度及折射率分佈。在光纖36在光纖末端36E處發射光的情況下，為了最大化發射光之收集，梯度折射率透鏡較佳地具有折射率分佈，以使得該等梯度折射率透鏡之數值孔徑等於或高於光纖36之數值孔徑。
應注意，在第11A圖中所示之光學系統426之實例中，雙元件光學系統449作為單片結構形成於插座箍主體375中。在實例中，鏡子410及透鏡420為雙錐形表面，此舉意謂各自在正交方向上具有不同的曲率半徑。在實例中，鏡子410與透鏡420兩者皆具有正光功率。在另一實例中，鏡子410為平坦表面。
表1A闡述用於光學系統426之變體的示例性光學系統設計參數，在光學系統426之該變體中光學路徑彎曲近似90°。在該表中，所有的距離量測以毫米計，且角度量測以度計。
對於闡述於表1A中的光學系統426之設計而言，不必將反射塗層塗覆至鏡子410，因為有效率的反射藉由全內反射發生於插座箍主體375內。此狀況假定圍繞插座箍主體之介質為空氣而非具有高於空氣之折射率的折射率的材料。使用其他設計，視用以形成插座箍主體375之材料及周圍介質之折射率而定，可能有必要將反射塗層塗覆至鏡子410，以獲取有效率的反射。
此處注意，插座箍組件370可大體具有一或更多插座光學系統426R，其中光學系統之數目由光纖36之數目定義，該等光纖36由插塞箍70支撐。注意到較佳地，根據表1A至表3C之以下實施例，梯度折射率透鏡154、155具有一或更多平坦表面。此等表面可能垂直於光軸定向或相對於該光軸成角度。表1A之光學系統經最佳化以將光自主動裝置耦合至光纖，來儘可能多地向該光纖提供光。
表1A：包括具有GRIN透鏡及具有光學轉向裝置的插座之光學系統
在實例中，插座光學系統426R具有第11A圖中所示的長度L及寬度W，其中L為約1 mm，且W為約0.8 mm。在實例中，梯度折射率透鏡具有大致為抛物線的折射率分佈、長度L2及直徑D，其中L2為約0.6 mm且D為約0.34 mm。較佳地，梯度折射率透鏡155及/或154具有中心折射率，該中心折射率為該梯度折射率透鏡155及/或154的邊緣折射率的1.015倍至1.035倍。透鏡420較佳地具有圓錐常數C，該圓錐常數C比-2更負，例如，-12至-18。
光學系統426之另一示例性實施例圖示於第11B圖中。此示例性光學系統經最佳化以與光纖36一起使用，該光纖36為梯度折射率多模光纖，該梯度折射率多模光纖具有80 μm之核心直徑及0.29之數值孔徑(NA)。表1B闡述光學系統426之示例性光學系統設計參數，在該光學系統426中光學路徑彎曲近似90°。在該表中，所有的距離量測以毫米計，且角度量測以度計。此實施例亦不需要將反射塗層用於鏡子410，因為有效率的反射藉由全內反射發生於插座箍主體375內。表1B之此光學系統經最佳化以將光自光纖耦合至主動裝置(亦即，諸如光偵測器之接收器)，來儘可能多地向該接收器提供光。
表1B：包括具有光學轉向裝置及具有小於 節距長度的插座GRIN透鏡之光學系統。
在實例中，插座光學系統426R具有第11B圖中所示的長度L及寬度W，其中L為約1 mm，且W為約0.8 mm。在實例中，梯度折射率透鏡具有大致為抛物線的折射率分佈、長度L2及直徑D，其中L2為約0.2 mm且D為約0.34 mm。較佳地，梯度折射率透鏡155及/或154具有中心折射率，該中心折射率為該梯度折射率透鏡155及/或154的邊緣折射率的1.015倍至1.035倍。在此實施例中，透鏡420具有約0.1 mm之曲率半徑、-2.8之圓錐常數C，且插座梯度折射率透鏡155之長度為0.2 mm。
第12圖為沿線12-12截取的第10A圖之箍組件390之等角頂側高的橫截面圖。第13圖為第12圖之箍組件之部分之特寫橫截面圖。第12圖及第13圖亦圖示主動裝置平臺360之部分，該主動裝置平臺360包括形式為光發射體的主動裝置362，該光發射體發射光120。示例性光發射體裝置為垂直腔表面發射雷射器(VCSEL)。在光120起源於光纖連接器組件500(第8圖)之光纖末端處的情況下，主動裝置362亦可為諸如光二極體之偵測器。在本發明的實施例中，以舉例之方式展示主動裝置362之光發射體配置。在實例中，主動裝置平臺360支撐一或更多主動裝置362，且主動裝置平臺360在實例中進一步支撐至少一個光發射體及一個光偵測器(亦即，光偵測器)。在實例中，主動裝置362之數目等於光學系統426之數目。
第12圖及第13圖圖示主動裝置362與光纖36之間且當插塞10與插座300配合形成箍組件390時的光學路徑450。光學路徑450包括兩個主要區段，亦即插塞側上之插塞光學路徑450P及插座側上之插座光學路徑450R。由於在插塞梯度折射率透鏡154及光纖36中導引光120，故插塞光學路徑450P由該插塞梯度折射率透鏡154及該光纖36界定。插塞光學路徑450P與插座光學路徑450R在光學路徑介面450I處形成介面，在該光學路徑介面450I處插座箍組件370之插座梯度折射率透鏡第一光學表面155S1與插塞梯度折射率透鏡第二光學表面154S2接觸。當插座梯度折射率透鏡第一光學表面155S1與插塞梯度折射率透鏡第二光學表面154S2接觸(例如參見第4圖)或插座梯度折射率透鏡第一光學表面155S1極為接近插塞梯度折射率透鏡第二光學表面154S2時，此情形可能發生。在一些示例性實施例中，插塞梯度折射率透鏡154自插塞凹槽壁152(例如參見第5B圖及第5C圖)延伸出短距離。在一些示例性實施例中，插座梯度折射率透鏡154自插座箍主體延伸出短距離。
在一個實例中，來自物平面OP處主動裝置362之光120最初在插座光學路徑450R內沿Y軸方向傳播。光120開始作為發散的，且當光120向透鏡420傳播時允許該光120擴展。光擴展之量為光120的發散及主動裝置362與透鏡之間的距離之函數。光120隨後與透鏡420相遇，該透鏡420在實例中具有正光功率。正透鏡420作用以將發散光120程度更大地向光軸彎曲，此舉形成擴展(發散)光束120B，亦即，光束120B並非準直。主動裝置362因此光學耦接至插座光學路徑450R。較佳地，主動裝置362位於距透鏡420之頂點0.1mm至0.6mm之距離處。
擴展光束120B自透鏡420繼續前進至鏡子410，在該鏡子410處，該擴展光束120B被反射實質90度。在此實例中，插座光學路徑450R因此包括實質成直角的彎曲部，該彎曲部由鏡子410界定，該鏡子410慮及與主動裝置362的實質成直角光學連接。
光束120C自鏡子410穿過插座箍主體375之部分繼續前進至插座GRIN透鏡155之第二表面155S2。插座GRIN透鏡155作用以降低光束之發散。在實例中，當光束到達光學路徑介面450I時，該光束實質準直。插座光學路徑450R與插塞光學路徑450P在光學路徑介面450I處形成介面，該光學路徑介面450I由插座梯度折射率透鏡155之第一光學表面155S1及插塞梯度折射率透鏡154之第 二光學表面154S2界定。光120C因此自插座300穿過光學路徑介面450I直接傳遞至插塞10。
在光橫越光學路徑介面450I之後，該光進入插塞光學路徑450P，該插塞光學路徑450P包含插塞GRIN透鏡154。插塞GRIN透鏡154作用以將光束聚焦至足夠小的尺寸，以允許將該光束耦合至光纖36。
較佳地，插座光學路徑之長度介於0.3mm與12mm之間，更佳地介於0.5mm與8mm之間，甚至更佳地介於0.6mm與6mm之間。自主動裝置362至光纖之距離亦較佳地為1mm至9mm，更佳地為1mm至6mm，且最佳地介於1.2mm與3mm之間。主動裝置362之數值孔徑(NA)亦較佳地為約0.2至0.3(例如，0.22)，光纖之數值孔徑NA為0.2至0.3(例如，0.29)，光纖之核心直徑為至少30μm，較佳地為至少60μm，且最佳地為75μm至85μm(例如，80μm)。由光學系統(對於光纖之源)提供的放大倍數M亦較佳地為約0.85(亦即，0.85±0.15，更佳地為0.85±0.1)。較佳地，一或更多GRIN透鏡之直徑介於250μm與600μm之間，更佳地介於275μm與400μm之間。
為最大化光功率自插塞至插座之傳輸，較佳地控制插塞光學系統426P及插座光學系統426R之橫向(或徑向)偏移與角對準兩者。例如，此舉可借助於外殼或套管實現，該等外殼或套管向插塞箍主體及插座箍主體提供用於與單片特徵結構組合的粗略對準，以進行精密對準。可將公差與光學系統之誤差匹配，使得對準可在提供機械對準的組件中完成。因為歸因於徑向偏移，較大的直徑導致損失之靈敏度降低，而且較大的直徑導致對於角對準之誤差或光軸之不平行度的損失之靈敏度增加，所以梯度折射率透鏡之直徑影響光學系統之效能。反之較小的直徑提供對於角對準之誤差降低的靈敏度但提供對於徑向偏移的損失之增加的靈敏度。可藉由在對準誤差存在的情況下使用光線追蹤(例如使用可商購的光線追蹤電腦軟體)計算光學耦合效率，來定量對於此等誤差之靈敏度。意外地，藉由在對準誤差存在的情況下使用光線追蹤計算光學耦合效率，吾人發現梯度折射率透鏡直徑D，其中280 μm≦D≦380 μm，且更佳地330 μm≦直徑≦350 μm提供對於徑向及角誤差的靈敏度之理想的組合且改良光學組件中光學系統之整體效能。
表2A闡述第15A圖中所示光學系統426之示例性光學系統設計參數。在該表中，所有的距離量測以毫米計，且角度量測以度計。
針對光自主動裝置362至光纖末端36E之方向最佳化表1A、表2A及表3A中闡述的光學設計。基於以下四種主要情況最佳化該設計：1)光纖36為梯度折射率多模光纖，該梯度折射率多模光纖具有80 μm之核心直徑及約0.29之數值孔徑(NA)；2)主動裝置362呈具有圓形主動區域的VCSEL之形式，該圓形主動區域具有10微米之直徑；3)操作波長為850 nm；以及4)實現雙元件光學系統449之單片插座箍主體375由前述ULTEM製成，該ULTEM具有敍述操作波長處的折射率n=1.6395。插塞梯度折射率透鏡154及插座梯度折射率透鏡155由非晶矽及氧化鍺形成，非晶矽及氧化鍺經如此組合以提供折射率之抛物線梯度。
注意到表1A至表3B之光學系統設計可易於修改，以提供相似的效能。舉例而言，若改變該等距離中之一個距離，則梯度折射率分佈或梯度折射率透鏡中之一個或兩個之長度，或形成於單片插座之第二末端處的透鏡之曲率半徑或圓錐常數可經改變以維持光學效能。
舉例而言，在表1A之光學系統設計中，若自鏡子/反射器410至插座梯度折射率透鏡155之第二光學表面155S2之距離自0.3 mm增加至0.4 mm，插座梯度折射率透鏡155之長度自0.6 mm減少至0.56 mm且透鏡420之曲率半徑自0.538 mm變化至0.558 mm，則維持所要的光學效能。亦注意到，若自透鏡420之頂點至鏡子/反射器410之距離改變值x且自鏡子/反射器420至插座梯度折射率透鏡155之第二表面155S2之距離改變絕對值相等而符號相反的值-x，則光學效能基本上不受影響。
舉例而言，注意到對於示例性實施例，對應於表1A、表1B、表2A、表2B及表3A至表3B的曲率半徑之公差及透鏡420之圓錐常數為±20%，較佳地為±15%，更佳地為約±10%，且最佳地為±5%。自主動裝置362至透鏡420之頂點的距離之公差為(例如)±20 μm且較佳地為±10 μm。自透鏡420之頂點至插座梯度折射率透鏡155之第二光學表面155S2的總距離(沿光線之方向量測)的公差為(例如)±40 μm且較佳地為±30 μm。梯度折射率透鏡之長度之公差(例如)可為±20 μm且較佳地為±10 μm且更佳地為±5 μm。亦例如對於表1A及表2A之光學系統，自主動裝置362至透鏡420之頂點之距離可為0.145 mm至0.185 mm，且透鏡420之曲率半徑可為0.43 mm至0.65 mm(例如，0.53 mm至0.55 mm)。亦注意到，光學設計可藉由將線性大小(例如，半徑及距離)增加或減小相同倍增因子來按比例擴大或縮小，而不影響光學效能。
亦注意到，梯度透鏡中之任一個之長度亦可改變近似等於整數數目(n)的一半節距(n×1/2P)的距離。舉例而言，長度或插座梯度折射率透鏡155可增加整數數目之一半節距，從而增加插座光學系統426R之長度。在一些實施例中，一或更多梯度折射率透鏡之長度L比0.25P更長，其中P為梯度折射率透鏡之節距。在一些實施例中，該等梯度折射率透鏡中之至少一個梯度折射率透鏡之長度比0.5P更長，其中P為梯度折射率透鏡之節距。較長梯度折射率透鏡意外地提供增加光學系統之總長度之優點，從而容許主動裝置362與光纖36之間更大的間距，而不折衷該系統之光學效能。
此處再注意到，插座箍組件370可大體具有一或更多插座光學系統426R，其中光學系統之數目由光纖36之數目定義，該等光纖36由插塞箍70支撐。
表2A：包括不具有光學轉向裝置的插座之光學系統。
在實例中，如第15A圖中所示，對應於光學系統426R之光學路徑具有長度L且光學系統426R具有寬度W，其中L為約4.1 mm且W為約1.0 mm。如第15圖中所示，在至少一個實例中，梯度折射率透鏡155具有如第15A圖中所示大致為抛物線的折射率分佈、長度L2及直徑D，其中L2為約3.3 mm且D為約0.34 mm。
表2B闡述光學系統之示例性光學系統設計參數，在該光學系統中，插座光學系統426R包含鏡子410及透鏡420且包括梯度折射率透鏡154、155。在第15B圖中圖示此光學系統。例如，此示例性光學系統經最佳化以自示例性光纖36最佳光學耦合至主動裝置362(例如，諸如光偵測器之接收器)，亦即，向該主動裝置362提供最大量之光。在此實例中，光纖36為梯度折射率多模光纖，該梯度折射率多模光纖具有80 μm之核心直徑及0.29之數值孔徑(NA)。
表2B：具有光學轉向裝置及具有大於 節距長度的插座GRIN透鏡之插座。
表3A闡述光學系統之示例性光學系統設計參數，在該光學系統中，插座光學系統426R包含鏡子410及透鏡420且不包含梯度折射率透鏡。在第15C圖中示意性地圖示此系統。
表3A：包括具有光學轉向裝置且不具有插座GRIN透鏡的插座之光學系統
以下表3B闡述第15D圖中所示的光學系統之示例性光學系統設計參數。在此示例性光學系統中，插座光學系統不包括梯度折射率透鏡。此實施例之光學系統經最佳化以將光自光纖耦合至主動裝置。
第16圖為沿線12-12截取的第14圖之箍組件390之等角頂側高的橫截面圖。第17圖為第16圖之光連接器之部分之特寫橫截面圖。第16圖及第17圖亦圖示主動裝置平臺360之部分，該主動裝置平臺360包括形式為光發射體的主動裝置362，該光發射體發射光120。示例性光發射體裝置為垂直腔表面發射雷射器(VCSEL)。在光120起源於插塞箍組件70之光纖末端36E處的情況下，主動裝置362亦可為諸如光二極體之偵測器。在本發明的實施例中，以舉例之方式展示主動裝置362之光發射體配置。在實例中，主動裝置平臺360支撐一或更多主動裝置362，且主動裝置平臺360在實例中進一步支撐至少一個光發射體及一個光偵測器(亦即，光偵測器)。在實例中，主動裝置362之數目等於光學系統426之數目。
第16圖及第17圖圖示主動裝置362與光纖36之間且當插塞10與插座300配合形成箍組件390時的光學路徑450。光學路徑450包括至少兩個區段，亦即插塞側上之插塞光學路徑450P及插座側上之插座光學路徑450R。插塞光學路徑450P藉由光纖36及插塞梯度折射率透鏡154形成。插塞光學路徑450P與插座光學路徑450R在光學路徑介面450I處形成介面，在該光學路徑介面450I處插座箍組件370之插座梯度折射率透鏡第一光學表面155S1與插塞梯度折射率透鏡第二光學表面154S2接觸。當插座梯度折射率透鏡之第一光學表面155S1與插塞梯度折射率透鏡之第二光學表面154S2接觸(例如參見第4圖)或插座梯度折射率透鏡之第一光學表面155S1極為接近插塞梯度折射率透鏡之第二光學表面154S2時，此情形可能發生。
在一個實例中，來自物平面OP處的主動裝置362之光120最初在插座光學路徑450R內傳播。光120開始作為發散的，且當光120向透鏡420傳播時允許該光120擴展。光擴展之量為光120的發散及主動裝置362與透鏡之間的距離之函數。光120隨後與透鏡420相遇，該透鏡420在實例中具有正光功率。正透鏡420作用以將發散光120程度更大地向光軸彎曲，此舉形成擴展(發散)光束120B，亦即，光束120B並非準直。主動裝置362因此光學耦接至插座光學路徑450R。
光束120B穿過插座箍主體375之部分繼續前進至插座梯度折射率透鏡155之第二光學表面155S2。插座GRIN透鏡作用以降低光束之發散。在一個實例中，當光束到達光學路徑介面450I時，該光束實質準直。在一些實例(例如參見表1A)中，插座梯度折射率透鏡可具有小於節距(小於0.25P)，例如介於0.05P與0.25P之間的長度。在另一實例中，插座梯度折射率透鏡可具有大於節距(大於0.25P)，例如0.5P或更長的長度。梯度折射率透鏡之長度較佳地為小於25P，例如小於10P，例如小於3P。如本文所述，梯度折射率透鏡之「四分之一節距」(亦即，節距)長度為梯度折射率介質之長度，在該梯度折射率介質中，實質準直的線束藉由折射率梯度之導引作用實質聚焦至點。將理解，梯度折射率透鏡之長度亦可選擇為小於節距或等於節距。插座光學路徑450R與插塞光學路徑450P在光學路徑介面450I處形成介面，該光學路徑介面450I由插座梯度折射率透鏡155之第一光學表面155S1及插塞梯度折射率透鏡154之第二光學表面154S2形成。光因此自插座300穿過光學路徑介面450I傳遞至插塞10。
在光橫越光學路徑介面450I之後，該光進入插塞光學路徑450P，該插塞光學路徑450P包含插塞GRIN透鏡154及光纖36。插塞GRIN透鏡154作用以將光束聚焦至足夠小的尺寸，以將光有效率地耦合至光纖36。
闡述於表1A、表2A及表3A中的示例性設計為遠心的，意義為沿平行於局部軸的方向離開物平面OP之光線沿實質平行於局部光軸的方向到達像平面IP，實質平行於局部光軸的該方向與源(例如，主動裝置)之任何橫向位移無關。遠心是有利的，因為當光源自光軸橫向失位且可能導致寬鬆的製造公差時，該遠心加強光耦合效率。第15E圖為遠心光學系統之示意圖。第15E圖中光線之源表示自光軸橫向移動距離dy之光源(例如，主動裝置)。沿平行於局部光軸的方向離開源之主光線在距局部光軸位移dy'處且與該局部光軸之法線形成角度β到達像平面IP。比率dy'/dy表示系統之光學放大倍數。在理想的完美遠心系統中，角度β為90°。舉例而言，若角度β=90°±arcsin(NA/5)，且較佳地β=90°±arcsin(NA/10)，其中NA為光纖之數值孔徑，則光學系統為遠心的。申請者發現當β=90°±arcsin(NA/5)時，該角度β足夠地接近於90°，以便該角度β與90°之差異實質上不會降低與位於像平面處的光纖之耦合效率(該像平面之軸大體平行於光學系統之局部光軸)。較佳地，放大倍數M(M=dy'/dy)為約0.7至0.9。此放大倍數提供以下優點：該放大倍數足夠小，若光源(諸如，主動裝置362)橫向移動，則形成於光纖上的光源之影像之後續橫向位移很小，以使得與該光纖之光學耦合不會顯著降低。同時，此放大倍數不會過小(過小的放大倍數將導致光線以超過光纖之接收角的會聚角到達光纖，此舉將導致耦合降低)。
注意到對於涉及多個光纖36的實施例而言，存在多個光學路徑450。使用兩個光纖36及因此兩個光學路徑450以說明之方式(例如參見第10A圖、第10B圖、第12圖、第14圖及第16圖)描述插塞10及插座50之示例性配置。
如以上所論述的，當插塞10與插座300嚙合，例如提供光學路徑介面處的固體-固體接觸時，藉由插座箍370之插座梯度折射率透鏡155與插塞梯度折射率透鏡154接觸或插座箍370之插座梯度折射率透鏡155極為接近(小於200 μm，較佳地小於100 μm，且甚至更佳地小於50 μm)插塞梯度折射率透鏡154，來形成光學路徑介面450I。此舉意謂在光學路徑介面450I處的兩個梯度折射率透鏡之表面處基本上不存在氣隙。在實例中，插座梯度折射率透鏡155可藉由與插塞梯度折射率透鏡154接觸，其中在兩個梯度折射率透鏡之表面之間具有少量空間(小於200 μm)來提供固體-固體接觸。
當兩個梯度折射率透鏡155、154之間的距離較小(小於200 μm)或當梯度折射率透鏡155、154形成固體-固體介面時，此光學路徑介面450I是有利的，因為該光學路徑介面450I防止黏性液體、灰塵、污垢、碎屑或類似物進入光學路徑450。此種污染物可實質上降低連接器組件500之光學效能，該連接器組件500藉由將插塞10與插座300配合形成。若諸如水或油之流體污染物存在於光學路徑介面450I上，則流體污染物對於光學效能之不利效應大體減輕。此狀況是因為進入光學路徑介面450I之任何流體污染物在插座梯度折射率透鏡155與插塞梯度折射率透鏡154之間受擠壓且基本上變成光學路徑450之非常薄的部分。由於污染物被擠壓成非常薄的層，故由污染物中吸收或散射所引起的任何光學損失有所減少。經壓縮的污染物實質上不會促進菲涅耳(Fresnel)損失，因為該經壓縮污染物在兩個固體面之間受擠壓，亦即，基本上不存在空氣介面來引起發生顯著的菲涅耳反射所需要的實質折射率種類轉換。注意到表1B、表2B及表3B之光學設計並非遠心的。
光纖及梯度折射率透鏡之雷射處理
如以上結合第5C圖簡要地所論述的，梯度折射率透鏡154及155及光纖末端36E可藉由雷射處理形成。插塞凹槽端壁152處的成角度表面105促進此雷射處理，因為雷射束LB可相對於插塞箍頂表面71以除90度之外的角度引進。因此，成角度表面105藉由提供減少用雷射束LB標記及/或損壞插塞箍70的可能性之減輕，而有助於製造插塞10。成角度表面105減少雷射束LB在光纖切割及/或研磨製程期間與碎屑相互作用的可能性。此外，梯度折射率透鏡***至受控深度促進雷射切割梯度折射率透鏡至精確長度。在一些實例中，將插塞梯度折射率透鏡154之長度切割至單一的四分之一節距加上一半節距之任何整數倍。可以類似方式執行用於雷射處理插座梯度折射率透鏡155之推論程序及方法。
成角度表面105可具有諸如相對於垂直線(亦即，垂直向上及垂直向下)30度至45度的任何適合角度及/或幾何結構，但其他適合的角度/幾何結構亦是可行的。此外，成角度表面105可具有保留插塞箍70之大小及結構完整性同時亦慮及光學路徑介面450I之形成的任何配置。在其他變化中，成角度表面105亦可視需要自插塞凹槽端壁152向後凹入。例如，鄰近成角度表面105可形成肩部，藉此容許該成角度表面凹入。例如，所得肩部可具有距側壁之垂直部分約2微米或更大之深度。
在一個實例中，形成插座箍組件之步驟包含以下步驟：將未定長度之梯度折射率棒***至插座箍主體之孔90中，該插座箍主體之該孔90已預負載有黏接劑，該黏接劑之折射率介於插座箍主體之折射率與梯度折射率材料之折射率之間；以及繼續使膠藉由例如應用紫外線能量引發許多光學黏接劑常見的交聯，來將該梯度折射率棒固持於適當位置。在另一步驟中，因此而形成的前體組件(例如)安裝於夾具中，該夾具定位梯度折射率棒，以便在雷射束LB照射之後，以精確長度(或節距長度之部分)切斷因此經固持的梯度折射率棒，以一步形成插座箍組件。
因此，在一個實例中，形成箍組件之步驟包括以下步驟：在一或更多處理步驟中用雷射束LB切割及/或研磨一或更多梯度折射率透鏡。例如，單獨的步驟可用於使用雷射束LB來切割及研磨光纖36，但切割及研磨亦可發生於一個步驟中。可使用用於產生雷射束LB之任何適合類型之雷射器及/或操作模式。例如，產生雷射束LB之雷射器(未圖示)可為以脈衝模式、連續波(CW)模式或其他適合模式操作的CO2雷射器。以進一步實例之方式，可藉由移動安裝於電流計上之鏡子或者藉由移動該等梯度折射率透鏡穿過基本上靜止的雷射束，來跨越梯度折射率透鏡154或155移動雷射束LB。雷射束LB與正在處理的光纖36之間的角度亦可經調節以在該光纖或梯度折射率透鏡末端36E處產生所要角度，諸如，12度、8度或平坦的。
插塞-插座連接器配置
插塞10及插座300具有互補配置，該等互補配置允許插塞與插座以配合的方式嚙合，同時允許使用者在該插塞與該插座之間進行快速光學或電氣及光學混合的接觸。更特定言之，在實例中，形成插塞箍70及插座箍370，以使得插塞10及插座300具有各別USB連接器配置，如例如第6圖及第8圖中所示。本文亦涵蓋用於商業電子裝置之其他連接器配置，且可藉由適當地配置插塞箍70及插座箍370及該插塞箍70及該插座箍370之各別箍固持器50及350，來形成用於商業電子裝置之其他連接器配置。
儘管以上已關於插塞箍70及插座箍370支撐各別插塞光學路徑450P及插座光學路徑450R之能力描述了該插塞箍70及該插座箍370，但插塞箍70及插座箍370亦可經配置以支撐電氣連接以及相應的電氣路徑，從而提供混合的電-光連接。
第18圖為示例性插塞10之前端等角視圖，該示例性插塞10包括由插塞箍固持器50支撐的插塞電氣觸點520P。第19圖為示例性插座300之前端透視圖，該示例性插座300包括由插座箍固持器350支撐的相應插座電氣觸點520R。當插塞與插座配合時，插塞電氣觸點520P及插座電氣觸點520R在插塞10與插座300之間形成電氣連接。示例性電氣觸點可模製有插塞箍70及插座箍370，以便該等示例性電氣觸點與該等示例性電氣觸點的相應箍之滑動表面(亦即，包括電氣觸點之箍之水平面)相對齊平或具有其他適合的附接構件。
儘管本文已參閱本揭示案之較佳實施例及特定實例圖示且描述了本揭示案，但一般技術者將易於顯而易見其他實施例及實例可執行類似功能及/或實現相似結果。所有此等等效實施例及實例在本揭示案之精神及範疇內，且所有此等等效實施例及實例意欲由附加申請專利範圍來涵蓋。熟習此項技術者亦將顯而易見，可對本發明進行各種修改及改變，而不脫離本發明之精神及範疇。因此，若本發明之修改及改變在附加申請專利範圍及附加申請專利範圍之等效物的範疇內，則本發明意欲涵蓋該等修改及改變。
5．．．線
10．．．插塞
12．．．線
14．．．插塞外殼
18．．．前端
20．．．後端
30．．．光纖電纜
32．．．護套
34．．．內部
35．．．罩
36．．．光纖
36B．．．裸光纖區段
36C．．．覆蓋區段
36E．．．末端
38．．．插塞箍組件
40．．．插塞箍套管
42．．．開口前端
46．．．套管內部
50．．．箍固持器
52．．．前端
54．．．後端
60．．．狹槽
62．．．較寬區段
64．．．較窄區段
66．．．掣子
68．．．箍固持器內壁區段
70．．．插塞箍組件
71．．．頂表面
72．．．前端
73．．．底表面
74．．．後端
75．．．插塞箍主體
76．．．凹部
78．．．保持銷
82．．．彈性部件
94．．．孔
96．．．孔末端
105．．．成角度表面
120．．．光
120B．．．光束
120C．．．光束
150．．．凹槽
151．．．頂部狹槽
152．．．側壁
153．．．底部狹槽
154．．．插塞梯度折射率透鏡
154S2．．．插塞梯度折射率透鏡第二光學表面
155．．．插座梯度折射率透鏡
155S1．．．第一光學表面
155S2．．．第二光學表面
300．．．插座
340．．．插座箍套管
341．．．頂表面
342．．．箍插座套管前端
346．．．插座套管內部
347．．．舌片
349．．．閂鎖臂
350．．．插座箍固持器
352．．．前端
360．．．主動裝置平臺
362．．．主動裝置
370．．．插座箍組件
371．．．頂表面
372．．．前端
373．．．底表面
374．．．後端
375．．．箍主體
376．．．臂
377．．．側
378．．．插座導銷
390．．．連接器組件
410．．．鏡子
412．．．反射層
418．．．凹槽
420．．．透鏡
426．．．光學系統
426R．．．插座光學系統
450．．．光學路徑
450I．．．光學路徑介面
450P．．．插塞光學路徑
450R．．．插座光學路徑
500．．．連接器組件
520R．．．插座電氣觸點
A1．．．中心插塞軸
A2．．．中心插塞箍軸
A3．．．中心插座箍軸
IP．．．像平面
LB．．．雷射束
OP．．．物平面
第1圖為示例性光纖連接器插塞之等角前端高視圖；
第2圖為第1圖之光纖連接器插塞之等角部分分解俯視圖，但其中移除插塞箍套管，以顯示原本常駐於套管內部內且支撐插塞箍的箍固持器；
第3圖為第2圖中所示的示例性插塞箍組件之等角前端高視圖；
第4圖為插塞箍組件之部分之特寫俯視圖，特寫俯視圖圖示示例性配置，其中插塞梯度折射率(GRIN)透鏡與插座梯度折射率透鏡介接(interface)，以在插塞光學路徑與插座光學路徑之間建立光學路徑介面；
第5A圖為沿第4圖中線5-5截取的插塞箍前端及插塞梯度折射率透鏡之特寫橫截面圖；
第5B圖類似於第5A圖，且第5B圖圖示正藉由雷射束進行雷射處理的梯度折射率透鏡，其中藉由插塞箍之前端處鄰近於插塞凹部端壁的成角度表面促進雷射束角度；
第5C圖類似於第5B圖，且第5C圖進一步圖示插座箍組件之插座梯度折射率透鏡，該插座箍組件之插座梯度折射率透鏡與插塞箍組件之插塞梯度折射率透鏡介接，以在插塞光學路徑與插座光學路徑之間形成光學路徑介面；
第6圖為第1圖之示例性光纖連接器插塞以及示例性光纖連接器插座之等角高側視圖，該示例性光纖連接器插座經配置以與插塞配合，以形成光纖連接器組件；
第7圖為第6圖之光纖連接器插座之等角前端視圖；
第8圖為類似於第6圖的等角高側視圖，且第8圖圖示光纖連接器插塞，該光纖連接器插塞與光纖連接器插座配合，以形成光纖連接器組件；
第9圖為類似於第6圖之等角高側視圖的等角高側視圖，但第9圖圖示附接至主動裝置平臺的光纖連接器插座；
第10A圖及第10B圖為示例性插座箍組件之等角頂側及底側高視圖，該示例性插座箍組件圖示為與第3圖之插塞箍組件嚙合，以形成光纖連接器組件；
第11A圖為形成於插座箍組件及插塞箍組件中的示例性光學系統之光學示意圖；
第11B圖為形成於插座箍組件及插塞箍組件中的另一示例性光學系統之光學示意圖；
第12圖為第10A圖中所示的箍組件之等角頂側高的橫截面圖，其中沿第10A圖中線12-12截取橫截面；
第13圖為第12圖之箍組件之部分的特寫橫截面圖，該第13圖圖示經組合的插塞光學路徑及插座光學路徑，該等經組合的插塞光學路徑及插座光學路徑在光學路徑介面處接合，該光學路徑介面藉由插塞處的插塞梯度折射率透鏡與插座梯度折射率透鏡介接而形成；
第14圖為示例性插座箍組件之等角頂側高視圖，該示例性插座箍組件圖示為與第3圖之插塞箍組件嚙合；
第15A圖為不具有由插座箍組件及插塞箍組件形成的反射器的示例性光學系統之光學示意圖；
第15B圖為另一示例性光學系統之光學示意圖；
第15C圖為另一示例性光學系統之光學示意圖；
第15D圖為又一示例性光學系統之光學示意圖；
第15E圖示意性地圖示(例如)對應於第15A圖至第15B圖之遠心光學系統；
第16圖為第14圖中所示的箍組件之等角頂側高的橫截面圖，其中沿第14圖中線12-12截取橫截面；
第17圖為第16圖之箍組件之部分的特寫橫截面圖，該第17圖圖示經組合的插塞光學路徑及插座光學路徑，該等經組合的插塞光學路徑及插座光學路徑在光學路徑介面處接合，該光學路徑介面藉由插塞梯度折射率透鏡與插座梯度折射率透鏡介接而形成；
第18圖為具有複數個插塞電氣觸點的示例性插塞之等角前端視圖；以及
第19圖為具有複數個插座電氣觸點的示例性插座之前端透視圖，當插塞與插座進行配合時，該複數個插座電氣觸點與第14圖之插塞之插塞電氣觸點形成電氣連接。
10．．．插塞
14．．．插塞外殼
18．．．前端
20．．．後端
30．．．光纖電纜
32．．．護套
34．．．內部
36．．．光纖
38．．．插塞箍組件
40．．．插塞箍套管
42．．．開口前端
46．．．套管內部
70．．．插塞箍組件
154．．．插塞梯度折射率透鏡
A1．．．中心插塞軸

Claims (37)

  1. 一種用於一光纖插座連接器之插座箍組件，該光纖插座連接器用於與一光纖插塞連接器配合，該光纖插塞連接器具有一插塞箍組件，該插塞箍組件具有一插塞光學路徑，該插座箍組件包含：一第一透鏡，該第一透鏡具有一第一光學表面及一第二光學表面；一單片插座箍主體，該單片插座箍主體具有第一末端及第二末端；至少一個單片光學系統，該至少一個單片光學系統形成於該單片插座箍主體中且包括：a)一透鏡，該透鏡形成於該單片插座箍主體之該第二末端處，以及b)一光學表面，該光學表面形成於該單片插座箍主體之該第一末端處，該光學表面位於鄰近於該第一透鏡之該第二光學表面且與該第一透鏡之該第二光學表面配合；其中該至少一個單片光學系統結合該第一透鏡經配置以界定自該單片光學系統之該第二末端通過該透鏡、該光學表面和該第一透鏡至該第一透鏡之該第一表面的一插座光學路徑。
  2. 一種用於一光纖插座連接器之插座箍組件，該光纖插座連接器用於與一光纖插塞連接器配合，該光纖插塞連接器具有一插塞箍組件，該插塞箍組件具有一插塞光學路徑，該插座箍組件包含：一第一透鏡，該第一透鏡具有一第一光學表面及一第二光學表面；一單片插座箍主體，該單片插座箍主體具有第一末端及第二末端；至少一個單片光學系統，該至少一個單片光學系統形成於該單片插座箍主體中且包括：a)一透鏡，該透鏡形成於該單片插座箍主體之該第二末端處，以及b)一光學表面，該光學表面形成於該單片插座箍主體之該第一末端處，該光學表面位於鄰近於該第一透鏡之該第二光學表面且與該第一透鏡之該第二光學表面配合；其中該至少一個單片光學系統結合該第一透鏡經配置以界定自該單片光學系統之該第二末端至該第一透鏡之該第一表面的一插座光學路徑，其中該插座光學路徑之長度介於0.3mm與12mm之間。
  3. 如請求項2所述之插座箍組件，其中該插座光學路徑之長度介於0.5mm與8mm之間。
  4. 如請求項2所述之插座箍組件，其中該插座光學路徑之長度介於0.6mm與6mm之間。
  5. 如請求項1所述之插座箍組件，其中該第一透鏡為一梯度折射率透鏡。
  6. 如請求項1、2或5所述之插座箍組件，其中該箍主體由透射具有波長範圍為自850nm至1550nm之光的材料形成。
  7. 如請求項1、2或5所述之插座箍組件，進一步包含複數個光纖及相應複數個單片光學系統。
  8. 一種用於一光纖插座連接器之插座箍組件，該光纖插座連接器用於與一光纖插塞連接器配合，該光纖插塞連接器具有一插塞箍組件，該插塞箍組件具有一插塞光學路徑，該插座箍組件包含：一第一透鏡，該第一透鏡具有一第一光學表面及一第二光學表面；一單片插座箍主體，該單片插座箍主體具有第一末端及第二末端；至少一個單片光學系統，該至少一個單片光學系統形成於該單片插座箍主體中且包括：a)一透鏡，該透鏡形成於該單片插座箍主體之該第二末端處，以及 b)一光學表面，該光學表面形成於該單片插座箍主體之該第一末端處，該光學表面位於鄰近於該第一透鏡之該第二光學表面且與該第一透鏡之該第二光學表面配合；其中該至少一個單片光學系統結合該第一透鏡經配置以界定自該單片光學系統之該第二末端至該第一透鏡之該第一表面的一插座光學路徑，其中該梯度折射率透鏡之長度L比0.25P更長，其中P為該梯度折射率透鏡之節距。
  9. 如請求項8所述之插座箍組件，其中該梯度折射率透鏡之長度L比0.5P更長，其中P為該梯度折射率透鏡之節距。
  10. 一種用於一光纖插座連接器之插座箍組件，該光纖插座連接器用於與一光纖插塞連接器配合，該光纖插塞連接器具有一插塞箍組件，該插塞箍組件具有一插塞光學路徑，該插座箍組件包含：一第一透鏡，該第一透鏡具有一第一光學表面及一第二光學表面；一單片插座箍主體，該單片插座箍主體具有第一末端及第二末端；至少一個單片光學系統，該至少一個單片光學系統形成於該單片插座箍主體中且包括：a)一透鏡，該透鏡形成於該單片插座箍主體之該第二末端處，以及 b)一光學表面，該光學表面形成於該單片插座箍主體之該第一末端處，該光學表面位於鄰近於該第一透鏡之該第二光學表面且與該第一透鏡之該第二光學表面配合；其中該至少一個單片光學系統結合該第一透鏡經配置以界定自該單片光學系統之該第二末端至該第一透鏡之該第一表面的一插座光學路徑，其中該梯度折射率透鏡之該第一光學表面具有一第一配合幾何結構且經配置以在與該光纖插塞連接器之一介面處與該光纖插塞連接器形成一實質固體-固體接觸，以使得該插塞光學路徑經由該介面與該插座光學路徑光學耦接。
  11. 如請求項10所述之用於一光纖插座連接器之插座箍組件，其中該實質固體-固體接觸足以自該介面實質排出液體。
  12. 如請求項1、5或11所述之用於一光纖插座連接器之插座箍組件，其中該透鏡之該第一光學表面位於距該光纖插塞連接器之一直接相對的光學表面不多於200μm之一距離處，以使得該插塞光學路徑經由該介面與該插座光學路徑光學耦接，且該距離足夠小以自該介面實質排出液體。
  13. 如請求項12所述之用於一光纖插座連接器之插座箍組件，其中該距離不大於100μm。
  14. 如請求項12所述之用於一光纖插座連接器之插座箍組件，其中該距離不大於50μm。
  15. 一種如請求項5所述之插座箍組件，其中該梯度折射率透鏡之該第一表面為一前表面，且該梯度折射率透鏡之該第二表面為一後光學表面；該單片插座箍主體具有相對的後端及前端；該單片插座箍主體之該第一末端為該單片插座箍主體之一前端，其中該折射前光學表面位於該單片插座箍主體之該前端處且與該梯度折射率透鏡之該後光學表面配合；以及自該單片光學系統之該後表面至該梯度折射率透鏡之該前端界定該插座光學路徑，以使得該梯度折射率透鏡之該前光學表面具有一第一配合幾何結構，該第一配合幾何結構經配置以與該光纖插塞連接器形成(i)在與該光纖插塞連接器之一介面處的一固體-固體接觸；或(ii)該梯度折射率透鏡之前光學表面位於距該光纖插塞連接器之該直接相對的光學表面不多於200μm之一距離處。
  16. 一種如請求項5所述之用於一光纖插座連接器之插座箍組件，其中該梯度折射率透鏡之該第一表面為該梯度折射率透鏡之一前表面，且該梯度折射率透鏡之該第二表面為該梯度折射率透鏡之一後光學表面；該單片插座箍主體具有頂表面及底表面及相對的後端及前端，以使得該單片插座箍主體之該第一表面在該前端處；該透鏡形成於該底表面處，且該單片光學系統進一步包括形成於該後端處的一鏡子，該至少一個單片光學系統結合該梯度折射率透鏡經配置以界定自該底表面至該前端之一插座光學路徑且具有一實質成直角的彎曲部；以及(i)該梯度折射率透鏡之該前端具有一第一配合幾何結構，該第一配合幾何結構經配置以在該插塞光學路徑與該插座光學路徑之間的一介面處與該插塞箍形成一固體-固體接觸，其中該固體-固體接觸足以自該介面實質排出液體；或(ii)該梯度折射率透鏡之該前光學表面位於距該光纖插塞連接器之該直接相對的光學表面不多於200μm之一距離處，以便自該介面實質排出液體。
  17. 如請求項16所述之插座箍組件，其中該梯度折射率透鏡具有一中心折射率Nc及一邊緣折射率Ne，且1.015Ne≦Nc≦1.035 Ne。
  18. 如請求項16所述之插座箍組件，其中該鏡子具有一反射率，該反射率至少部分由該插座箍主體內的內部反射界定。
  19. 如請求項16所述之插座箍組件，其中該鏡子包括一反射層，該反射層在該箍主體外部且緊鄰該箍主體。
  20. 如請求項16所述之插座箍組件，其中該鏡子具有正光功率，且該鏡子光學耦接至形成於該底表面處的具有正光功率之該透鏡；以及耦接至具有正功率之該梯度折射率透鏡。
  21. 如請求項16所述之插座箍組件，其中形成於該底表面處的該透鏡包括具有曲率半徑及一頂點之一折射表面，且該主動裝置位於距形成於該底表面處的該透鏡之該頂點0.145mm至0.185mm之一距離處，且該透鏡之該曲率半徑為0.43mm至0.65mm。
  22. 如請求項16或21所述之插座箍組件，其中該透鏡具有-12至-18之一圓錐常數C。
  23. 如請求項21所述之插座箍組件，其中該梯度折射率透鏡具有一中心折射率Nc及一邊緣折射率Ne，且1.015Ne<Nc<1.035 Ne。
  24. 如請求項16所述之插座箍組件，其中形成於該底表面處的該透鏡包括具有一頂點之一凸出折射表面，且該主動裝置位於距形成於該底表面處的該透鏡之該頂點0.1mm至0.6mm之一距離處。
  25. 如請求項16所述之插座箍組件，其中該梯度折射率透鏡之直徑介於250μm與600μm之間。
  26. 一種光學組件，包含：如請求項1至5任一項所述之插座箍組件；以及一主動裝置，該主動裝置佈置於鄰近形成於該單片插座箍主體之該第二末端處的該透鏡。
  27. 一種連接器組件，包含：如請求項1至5任一項所述之插座箍組件；以及具有一梯度折射率透鏡之一插塞箍，該插塞組件配合地嚙合至該插座箍組件。
  28. 一種連接器組件，包含：如請求項1至5任一項所述之插座箍組件；以及 一插塞箍組件，該插塞箍組件配合地嚙合至該插座箍組件。
  29. 如請求項28所述之連接器組件，進一步包含該插塞箍組件，該插塞箍組件具有一前端，該前端經配置以嚙合地與該插座箍組件配合，該插塞箍組件具有一插塞箍主體，該插塞箍主體支撐至少一個梯度折射率透鏡，該梯度折射率透鏡i.光學耦接至一光纖之一末端，以及ii.結合該光纖之末端界定一插塞光學路徑，以及iii.由該插塞箍主體支撐；由該插塞箍主體支撐的該梯度折射率透鏡鄰近於該插座箍組件之該梯度折射率透鏡且光學耦接至該插座箍組件之該梯度折射率透鏡，以在該插座光學路徑與該插塞光學路徑之間形成一光學路徑介面。
  30. 如請求項29所述之連接器組件，進一步包含一主動裝置平臺，該主動裝置平臺支撐至少一個主動裝置，其中該插座套管相對於該主動裝置平臺佈置，以便該至少一個主動裝置光學耦接至該至少一個插座光學路徑。
  31. 如請求項29所述之連接器組件，其中該插座光學路徑及該插塞光學路徑形成一遠心光學系統。
  32. 如請求項29所述之連接器組件，其中由該插塞箍主體支撐之該梯度折射率透鏡具有介於250μm與600μm之間的一直徑。
  33. 如請求項29所述之連接器組件，其中該光纖之該數值孔徑不大於由該插塞箍主體支撐的該梯度折射率透鏡之該數值孔徑。
  34. 一種光纖插座連接器，包含：如請求項1或5所述之插座箍組件；一插座箍組件固持器，該插座箍組件固持器經配置以固持該插座箍組件；以及一插座組件外殼，該插座組件外殼具有前端及後端及一內部，該內部含有該插座箍固持器，該插座箍固持於該插座箍固持器中。
  35. 一種用於一光纖連接器之連接器組件，該連接器組件包含：(a)一插座箍組件，包含(a)一單片插座箍主體，該單片插座箍主體具有一底表面及一前端，該插座箍組件具有形成於該插座箍組件中的至少一個光學系統，該至少一個光學系統具有一透鏡及一鏡子，該透鏡形成於該插座箍主體之 該底表面處，該鏡子形成於該插座箍主體之該後端處；(b)一梯度折射率透鏡，該梯度折射率透鏡具有一前表面及一後表面，該後表面鄰近於該單片插座箍主體及一前表面；以及其中該至少一個光學系統結合該梯度折射率透鏡經配置以界定自該梯度折射率透鏡之該底表面至該前表面之一插座光學路徑，且該光學路徑具有一實質成直角的彎曲部；以及一插塞箍，該插塞箍具有一插塞箍主體，該插塞箍主體具有一前端且支撐至少一個梯度折射率透鏡，其中該至少一個梯度折射率透鏡結合該插塞箍主體界定一插塞箍光學路徑；以及其中該插座箍組件及该插塞箍組件在該插座箍組件及该插塞箍組件之各別前端處配合地嚙合，以在該插座光學路徑與該插塞光學路徑之間形成一固體-固體光學路徑介面，其中橫越該固體-固體光學路徑之光為準直、會聚的或者發散的。
  36. 如請求項35所述之連接器組件，進一步包含複數個光纖及相應複數個光學系統。
  37. 一種製造一插塞箍組件或一插座箍組件之方法，該方法包括以下步驟： (i)將一梯度折射率棒***至該箍主體之一孔中；(ii)將該梯度折射率棒連結至該孔；(iii)在一預定長度處雷射切割連結至該孔的該梯度折射率棒，以將該梯度折射率棒連結至該孔之該部分與該梯度折射率棒之另一部分分離。
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