CN103339543B - 具有梯度折射率透镜的插座套管组件和使用其的光纤连接器 - Google Patents

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Abstract

一种用于光纤插座连接器的插座套管组件。所述插座套管组件包括具有第一和第二光学表面的第一透镜（155）以及具有第一和第二端部的插座套管主体。至少一个整体光学系统形成于整体插座套管主体中且包括形成于整体插座套管主体的第二端部处的透镜（420）和形成于整体插座套管主体的第一端部处的光学表面。光学表面定位成邻近且配合到第一透镜的第二光学表面（155S2）。整体光学系统被构造成结合第一透镜以限定从整体光学系统的第二端部到第一透镜的第一表面的插座光学通路。根据一些实施例，第一透镜为梯度折射率透镜。

Description

具有梯度折射率透镜的插座套管组件和使用其的光纤连接器
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2011年1月20日的美国临时申请序列号No.61/434,593、提交于2011年2月11日的美国临时申请序列号No.61/441,956和提交于2011年4月8日的美国临时申请序列号No.61/473,305的优先权。
技术领域
本公开涉及在光纤连接器中使用的套管，并且特别地涉及具有至少一个整体透镜系统的插座套管，并且还涉及使用此类套管的光纤连接器和连接器组件。
背景技术
光纤越来越多地用于各种应用，包括但不限于宽带语音、视频和数据传输。由于消费装置越来越多地使用更多带宽，预期用于这些装置的连接器将为了满足带宽需求而摒弃电连接器，转而使用光学连接器或者电连接器和光学连接器的组合。
一般而言，用于电信网络等的常规光纤连接器不适合消费电子装置。例如，与消费装置及其接口相比，常规光纤连接器相对较大。此外，常规光纤连接器需要非常小心地部署到相对干净的环境中，并且通常在连接之前需要由技术人员进行清洁。此类光纤连接器是设计成用于减小光学网络中的匹配连接器之间的插入损耗的高度精密的连接器。此外，虽然光纤连接器是可重配置的(即，适合插/拔)，但其并非意图用于通常与消费电子装置有关的相对较大的插配次数。
除了以相对较大的插配次数操作之外，消费电子装置常常在灰尘、污垢、液体污染物等无所不在的环境中使用。此外，消费电子装置通常对进行连接有尺寸和空间限制，并且可能不适合光纤连接器的直的光学通路。此外，此类尺寸和空间限制可能限制通过光纤连接器的扩展光束光学通路的范围。
发明内容
本公开的一个方面为用于光纤插座连接器的插座套管组件。根据至少一个实施例，插座套管组件包括具有第一和第二光学表面的第一透镜(例如梯度折射率透镜)以及具有第一和第二端部的插座套管主体。至少一个整体光学系统形成于整体插座套管主体中且包括形成于整体插座套管主体的第二端部处的透镜和形成于整体插座套管主体的第一端部处的光学表面。光学表面定位成邻近且配合到第一透镜的第二光学表面(例如，梯度折射率透镜的第二光学表面)。整体光学系统被构造成结合正光焦度透镜限定从整体光学系统的第二端部到第一透镜的第一表面的插座光学通路。优选地，第一透镜具有正光焦度。
根据一些实施例，包括插头套管组件的连接器组件配合地接合到插座套管组件。
根据一些实施例，梯度折射率透镜的第一表面具有配合的几何形状，该几何形状被构造成与插头套管在插头光学通路和插座光学通路之间的接口处形成固体-固体接触，该固体-固体接触足以从接口基本上排除液体。
根据一些实施例，插头套管组件配合地接合到插座套管组件。例如，根据一些实施例，插头套管组件具有构造成与插座套管组件可接合地插配的前端。一些实施例的插头套管组件包括支撑至少一个梯度折射率透镜的插头套管主体。插头套管组件的梯度折射率透镜：(i)光学耦合到光纤的端部，并且(ii)结合光纤的端部限定插头光学通路，并且(iii)由插头套管主体支撑。由插头套管主体支撑的梯度折射率透镜定位成邻近且光学耦合到插座套管组件的梯度折射率透镜，以便在插座光学通路和插头光学通路之间形成光学通路接口。根据一些实施例，光纤的数值孔径不大于由插头套管主体支撑的梯度折射率透镜的数值孔径。
根据一些实施例，插座套管组件的梯度折射率透镜的第一光学表面定位成到所述光纤插头连接器的正对的光学表面的距离不超过200μm，使得插头光学通路通过所述接口与插座光学通路光学耦合，并且梯度折射率透镜和光纤插头连接器之间的距离足够小，以便从接口基本上排除液体。
根据至少一个实施例，梯度折射率透镜的第一表面为梯度折射率透镜的前表面，并且梯度折射率透镜的第二表面为梯度折射率透镜的后光学表面；并且整体插座套管主体具有顶部表面和底部表面以及相对的后端和前端。整体插座套管主体的第一表面在前端处，并且透镜形成于底部表面处。光学系统还包括形成于后端处的反射镜，并且具有基本上直角的弯曲。此外，光学系统被构造成结合梯度折射率透镜限定从底部表面到前端的插座光学通路。梯度折射率透镜的前端或者(i)具有构造成与插头套管在插头光学通路和插座光学通路之间的接口处形成固体-固体接触的配合的几何形状，其中固体-固体接触足以从接口基本上排除液体；或者(ii)定位成到光纤插头连接器的正对的光学表面的距离不超过200μm，以便从接口基本上排除液体。
根据连接器组件的一些实施例，插座光学通路和插头光学通路形成远心光学系统。
根据一些实施例，一种制造套管组件的方法包括下列步骤：
（i）将梯度折射率棒插入套管主体的内孔中；
（ii）将梯度折射率棒结合到内孔；
（iii）在预定的长度处激光切割结合到内孔的梯度折射率棒，以使结合到内孔的所述梯度折射率棒的部分与梯度折射率棒的另一部分分离。
附加的特征和优点将在随后的详细描述中阐述，并且在一定程度上将根据该描述而易于对本领域的技术人员显而易见，或者通过实践本文所述的该描述而被了解，其中包括随后的详细描述、权利要求以及附图。
应当理解，前述总体描述及以下详细描述呈现实施例，这些实施例旨在提供用于理解权利要求的本质及特性的综述或框架。附图是为了提供对本公开的进一步了解而包含的，并且被纳入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出各种实施例，并且与该描述一起用于解释原理和操作。
附图说明
图1是示例性光纤连接器插头的等轴前端正视图；
图2是图1的光纤连接器插头的等轴局部分解俯视图，但将插头套管套筒移除以露出本来驻留在套筒内部内并支撑插头套管的套管保持器；
图3是图2所示示例性插头套管组件的等轴前端正视图；
图4是插头套管组件的一部分的近距离俯视图，示出了一种示例性配置，其中插头梯度折射率(GRIN)透镜与插座梯度折射率透镜接口连接以建立在插头光学通路和插座光学通路之间的光学通路接口；
图5A是插头套管前端和插头梯度折射率透镜沿图4的线5-5截取的近距离剖视图；
图5B类似于图5A并且示出由激光束激光处理的梯度折射率透镜，其中激光束角度由邻近在插头套管的前端处的插头凹部端壁的成角度表面而提供便利；
图5C类似于图5B并且进一步示出插座套管组件的插座梯度折射率透镜，其与插头套管组件的插头梯度折射率透镜接口连接以在插头光学通路和插座光学通路之间形成光学通路接口；
图6是图1的示例性光纤连接器插头以及示例性光纤连接器插座的等轴侧正视图，光纤连接器插座被构造成与插头配合以形成光纤连接器组件；
图7是图6的光纤连接器插座的等轴前端视图；
图8是类似于图6的等轴侧正视图，并且示出与光纤连接器插座配合以形成光纤连接器组件的光纤连接器插头；
图9是类似于图6的等轴侧正视图，但示出附接到有源装置平台的光纤连接器插座；
图10A和图10B是示例性插座套管组件的等轴顶侧面和底侧面正视图，插座套管组件示出为与图3的插头套管组件接合以形成光纤连接器组件；
图11A是形成于插座套管组件和插头套管组件中的示例性光学系统的示意性光学图；
图11B是形成于插座套管组件和插头套管组件中的另一个示例性光学系统的示意性光学图；
图12是图10A所示套管组件的等轴顶侧面正视图和立体剖视图，其中截面沿图中的线12-12截取；
图13是图12的套管组件的一部分的近距离剖视图，示出了在光学通路接口处接合的组合的插头和插座光学通路，光学通路接口通过在插头处的插头梯度折射率透镜与插座梯度折射率透镜接口连接而形成；
图14是示例性插座套管组件的等轴顶侧面正视图，插座套管组件示出为与图3的插头套管组件接合；
图15A是示例性光学系统的示意性光学图，该光学系统不带有由插座套管组件和插头套管组件形成的反射器；
图15B是另一个示例性光学系统的示意性光学图；
图15C是另一个示例性光学系统的示意性光学图；
图15D是又一个示例性光学系统的示意性光学图；
图15E示意性地示出对应于例如图15A-15B的远心光学系统；
图16是图14所示套管组件的等轴顶侧面正视图和立体剖视图，其中截面沿图中的线12-12截取；
图17是图16的套管组件的一部分的近距离剖视图，示出了在光学通路接口处接合的组合的插头和插座光学通路，光学通路接口通过插头梯度折射率透镜与插座梯度折射率透镜接口连接而形成；
图18是具有多个插头电触点的示例性插头的等轴前端视图；以及
图19是具有多个插座电触点的示例性插座的透视前端视图，当插头和插座插配时，这些插座电触点与图14的插头的插头电触点形成电连接。
具体实施方式
本公开涉及在光纤连接器中使用的套管，并且特别地涉及具有至少一个透镜系统的套管。本公开还涉及光纤插头和插座连接器，以及通过插配插头和插座连接器以使得插头和套管光学通路具有固体-固体接触接口而形成的连接器组件。固体-固体接触接口可以是赫兹(Hertzian)接口，并且也可具有常常与接触延伸表面相关联的小间隙。固体-固体接触接口优选地由两个相邻的梯度折射率(即GRIN)透镜的表面形成。
光纤连接器和连接器组件旨在适用于商业电子装置并且提供光学连接或电连接和光学连接两者(即，混合连接)。下面在用来形成连接器组件的相应的插头连接器和插座连接器的背景下描述示例性插头和插座套管。
以下讨论参照其中以举例方式示出两个光纤和两个光学通路的示例性实施例。然而，本公开整体适用于一个或多个光纤。在示例中，插头和/或插座光学通路为扩展光束光学通路，其中光轨迹至少包括光线不准直的部分，即光线会聚和/或发散，并且在一些情况下可包括其中光线基本上准直的部分。
光纤连接器插头
图1是示例性光纤连接器插头组件(以下称为“插头”)10的等轴前端正视图。插头10包括插头梯度折射率(GRIN)透镜154、具有前端18和后端20的插头外壳14、以及中心插头轴线A1。插头外壳14被构造成在后端20处接纳光纤电缆30。光纤电缆30包括限定包含一个或多个光纤36的内部34的护套32，其中以举例方式示出两个光纤。两个光纤36可以是例如单独的发射光纤和接收光纤。在一个示例中，在将光纤电缆30在后端20处连接到插头外壳14时，使用保护罩35(参见图6)来防止光纤电缆在外壳后端处或附近的显著弯曲。示例性光纤36为多模梯度折射率光纤。
插头10包括在插头外壳前端18处的插头套管组件38。光纤36从电缆30延伸至插头套管组件38，如下所述。插头套管组件38包括具有开放前端42的插头套管套筒40。插头套管套筒40限定套筒内部46。在一个示例中，插头套管套筒40呈大致四棱柱的形式，使得开口端42具有与诸如USB连接器的通用型电连接器相关联的大致矩形形状。
图2是图1的插头10的等轴局部分解俯视图，但将插头套管套筒40移除以露出本来驻留在套筒内部46内并可延伸进入插头外壳14的套管保持器50。套管保持器50包括前端52和后端54，其中后端邻近插头外壳前端18。套管保持器50还包括狭槽60，狭槽60具有邻近前端52的宽段62和邻近后端54的窄段64。在前端52处存在沿轴线A1的掣子66。下面讨论掣子66的作用。
在狭槽宽段62和窄段64之间的过渡部限定在轴线A1的任一侧上且大致垂直于轴线A1的套管保持器内壁段68。大致矩形和平面的插头套管70在宽段62中可滑动地布置在狭槽60中。插头套管70具有中心插头套管轴线A2，当插头套管布置在狭槽60中时，中心插头套管轴线A2与轴线A1同轴。
图3是图2的示例性插头套管组件70的等轴前端正视图。图4是插头套管前端72的一部分的近距离俯视图，还示出下面介绍和讨论的插头插座组件的一部分。参照图2至图4，插头套管组件70包括限定大致平坦且矩形的插头套管主体75的顶部表面71、前端72、底部表面73和后端74。插头套管组件70还包括在内孔94中的插头梯度折射率透镜154。插头套管70还包括在前端72处且在轴线A2上居中的凹进部76。凹进部76被构造成接合掣子66，以便在插头套管设置在套管保持器50中时防止插头套管前端72延伸超出套管保持器前端52。在一个示例中，插头套管70为通过模制或机加工形成的一体结构。
参照图2，第一和第二弹力构件82布置在相应的套管保持器内壁段68和插头套管后端74之间且接合相应的定位销78。当插头套管70经受沿其中心轴线A2的推力时，弹力构件82压靠内壁68，从而允许插头套管在狭槽60内朝内壁向后滑动。当推力移除时，弹力构件伸展并推压插头套管70返回至其在狭槽前端62处的初始位置。在一个示例中，弹力构件82包括弹簧。推力可以例如在插头10被插入插座并与插座配合时产生，如下文所讨论的。
插头套管主体75包括从后端74延伸至前端72的内孔94，内孔端96在前端处开放。每个内孔94尺寸设计成容纳从后端78向前延伸的光纤36以及从前端72向后延伸的插头梯度折射率透镜154。例如，内孔96在前端72附近可具有较大的直径，以便容纳梯度折射率透镜。在图13中示出和下面更详细讨论的示例中，内孔94另外被构造成容纳光纤36的被覆盖段36C和包括端部36E的相邻的裸露纤维段36B。插头套管70示出为构造成支撑两个光纤36和两个插头梯度折射率透镜154。此类多纤维(和可选地多透镜)配置适于建立由不同的光纤发送和接收光信号的连接。一般来讲，插头套管70可被构造成通过包括适当数量的内孔94而支撑一个或多个光纤36和一个或多个插头梯度折射率透镜154。
继续参照图3和图4，插头套管组件70还包括在轴线A2的相应侧上形成于前端72中的相应的凹部150。凹部150还包括分别在顶部71和底部73处的顶部狭槽151和底部狭槽153。在图3所示示例中，套管主体75包括朝侧壁152向下倾斜的倾斜表面105。
在一个示例中，凹部150具有不同的横截面形状，例如，如图3所示的矩形和圆形。凹部150的不同形状用来限定在插头套管70与其对应的插座套管之间的插配取向，下面将介绍和讨论插座套管。
图5A是插头套管70在插头套管前端72处沿图4的线5-5截取的近距离剖视图。图5A示出插头套管主体75的倾斜表面105。倾斜表面105有利于用激光束LB激光处理插头梯度折射率透镜154以形成插头梯度折射率透镜第二光学表面154S2，如图5B所示。光纤36的激光处理在下文中更详细地讨论。图5C类似于图5B并且示出插座套管的前端部分，即插座导销378。图5C在下文中更详细地讨论。
光纤连接器插座和套管组件
图6是插头10以及示例性光纤连接器插座(以下称为“插座”300)的等轴侧正视图，该插座被构造成与插头配合以形成光纤连接器组件500。图7是插座300的近距离前端等轴视图。插座300包括具有开放前端342的插座套管套筒340。插座套管套筒340限定套筒内部346。在一个示例中，插座套管套筒340呈大致四棱柱的形式，使得开口端342具有与诸如上述USB连接器的通用型电连接器相关联的大致矩形形状。图8类似于图6并且示出插配到插座300以形成连接器组件500的插头10。插头10通过滑入插座套管套筒340中的插头套管套筒40与插座330插配。插座套管套筒340因此充当插座外壳。
套管插座套筒340包括舌片347，舌片347用来将套筒附接到有源装置平台360，例如电路板(如主板)，如在图9的等轴侧正视图中所示。套管插座套筒340还可选地包括在顶部表面341上的闩锁臂349，以用于在插座300和插头10插配以形成连接器组件500时将插座300固定到插头10。闩锁臂349示出为具有悬臂配置，但也可具有其它合适的配置。
如图7中最清楚地看到的，插座300还包括插座套管保持器350，其驻留在插座套筒内部346内并保持插座套管组件370。插座套管保持器350包括前端352，前端352与套管插座套筒前端342基本上重合且为插座套筒内部346形成补充插头套筒内部46的配置的配置，以使得插头和插座能配合地接合。
图10A和图10B是示例性插座套管组件370的等轴顶侧面和底侧面正视图，插座套管组件示出为与插头套管组件70接合以形成连接器组件390。为参考起见示出了笛卡尔坐标。插座套管组件370具有中心插座套管轴线A3，当插座套管和插头套管如图所示配合地接合时，中心插座套管轴线A3与插头套管轴线A2同轴。插座套管组件370包括梯度折射率透镜和具有顶部表面371、前端372、底部表面373及后端374的套管主体375。插座套管370还包括在插座套管轴线A3的任一侧上的臂376，臂376限定插座套管370的侧面377并且赋予插座套管方U形形状。
在一个示例中，插座套管主体375是通过模制或机加工形成的一体(整体)结构。在另一示例中，插座套管主体375由多个部件形成。另外在一个示例中，插座套管主体375由诸如透明树脂的透明材料制成，该材料透射具有诸如850nm、1310nm和1550nm的光通信波长的光120。在一个示例中，光120具有在850nm至1550nm的范围内的波长。示例性透明树脂为由通用电气公司以商品名ULTEM1010出售的未填充的聚醚酰亚胺(PEI)，其具有在850nm下1.6395的折射率。
插座套管前端372包括位于轴线A3的相应侧上且平行于其延伸的插座梯度折射率透镜155。插座梯度折射率透镜155具有相应的第一光学表面155S1和第二光学表面155S2。插座梯度折射率透镜155被构造成分别接合插头套管70的凹部150，以使得插座梯度折射率透镜155的第一光学表面155S1与插头梯度折射率透镜154的第二表面154S2接触或紧邻第二表面154S2。插头套管前端72和插座套管前端372因此被构造成具有互补的几何形状以便能配合地接合。梯度折射率透镜154、155可以例如由透明玻璃制成，例如包含二氧化锗或其它上掺杂剂的梯度的无定形二氧化硅。上掺杂剂的浓度优选地单调地(例如，以线性、阶梯式或抛物线方式)减小，优选地从光学轴线(最高量)朝透镜外表面的边缘平滑地变化，以提供所需的折射率分布。因此，例如，如果梯度折射率透镜具有圆形横截面，则其折射率可以沿半径减小，其中最高折射率沿着光学轴线，优选地产生抛物线折射率分布。
插座套管后端374在一个示例中相对于顶部表面371成角度并且包括在轴线A3的相应侧上的反射镜410，其中反射镜与插座梯度折射率透镜155在Z方向上对齐。在一个示例中，反射镜410为弯曲的且具有光焦度。在一个示例中，反射镜410包括例如通过模制形成的插座套管主体375的弯曲部分。在一个示例中，反射镜410的反射率至少部分地从插座套管主体375内的内反射导出。在另一示例性实施例中，在后端374的套管主体375的限定反射镜410的弯曲部分上设有反射层412，用于增强反射(参见下面介绍和讨论的图11A)。反射层412因此在套管主体375外部且紧邻套管主体375。在一个示例中，反射镜410采用内反射和来自反射层的反射两者。然而，在一些示例性实施例中，反射镜可以是平面的。此外，如下所述的一些示例性实施例可以不使用反射镜。
参照图10B，插座套管主体375还包括形成于底部表面373中且其中驻留透镜420的凹部418。透镜420在Y方向上与相应的反射镜410对齐。凹部418用来使透镜420从由周围的大致平坦的底部表面373限定的平面回缩。在一个示例中，回缩选择为在透镜420和对应的有源装置362之间提供距离。在本公开中，凹部418被视为底部表面373的一部分。
反射镜410和透镜420构成两元件光学系统449，在一个示例中，其形成整体光学系统。图11A是包括插头光学系统426P和插座光学系统426R的示例性光学系统426的近距离示意性光学图。插座光学系统426R包括整体光学系统(即，反射镜410和透镜420)和插座梯度折射率透镜(GRIN)透镜155。插头光学系统426P包括插头梯度折射率(GRIN)透镜154。笛卡尔坐标和角坐标θ为参考起见而示出。如下表1中示出的示例性光学系统的示例性尺寸也包括在图11A中。光学系统426具有物平面OP和像平面IP，这两个平面可根据光传播方向而颠倒。术语“物平面”和“像平面”在这里宽泛地用于表示有源装置362和光纤端部36E的相应位置，并且表明光从一平面到另一平面被传播。在图11A中，光120的传播方向基于有源装置362为诸如发出光120的垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光源(光学辐射)并且光纤36在光纤端部36E接收光。光学系统426能颠倒操作，其中有源装置362为检测器，并且光纤36在光纤端部36E处发出光。然而，当有源装置362为检测器时，可以与光学系统426不同地优化透镜的半径和二次曲线常数以及梯度折射率透镜的长度和折射率分布，以便提高(如优化)光学耦合效率。在光纤36在光纤端部36E处发出光的情况中，为了最大化发出的光的收集率，优选的是梯度折射率透镜的折射率分布使得梯度折射率透镜的数值孔径等于或高于光纤36的数值孔径。
应指出，在图11A所示光学系统426的示例中，两元件光学系统449在插座套管主体375中形成为整体结构。在一个示例中，反射镜410和透镜420为双锥形表面，这意味着两者在正交方向上均具有不同的曲率半径。在一个示例中，反射镜410和透镜420均具有正光焦度。在另一示例中，反射镜410为平表面。
表1A示出光学系统426的变型的示例性光学系统设计参数，其中光路弯曲大约90°。在表中，所有距离测量值均以毫米为单位，并且角度测量值以度为单位。
对于如表1A中示出的光学系统426的设计来说，不需要将反射性涂层施加到反射镜410，因为通过插座套管主体375内的全内反射进行有效的反射。这假设围绕插座套管主体的介质为空气，而不是具有比空气更高的折射率的材料。对于其它设计来说，根据用来形成插座套管主体375的材料和周围介质的折射率，可能需要将反射性涂层施加到反射镜410以实现有效反射。
此处应当指出，插座套管组件370通常可具有一个或多个插座光学系统426R，光学系统的数量由插头套管70所支撑的光纤36的数量限定。应当指出，优选地根据表1A-3C的以下实施例，梯度折射率透镜154、155具有(多个)平表面。这些表面可以垂直于光学轴线定向或相对于光学轴线成角度。表1A的光学系统被优化为将光从有源装置耦合到光纤，以便为光纤提供尽可能多的光。
表1A：包括具有GRIN透镜和光学转向的插座的光学系统)
在一个示例中，插座光学系统426R具有如图11A所示的长度L和宽度W，其中L为约1mm并且W为约0.8mm。在一个示例中，梯度折射率透镜具有大致抛物线的折射率分布、长度L2和直径D，其中L2为约0.6mm并且D为约0.34mm。优选地，梯度折射率透镜155和/或154的中心折射率为其边缘折射率的1.015至1.035倍。优选地，透镜420具有比-2更负的二次曲线常数C，例如-12至-18。
图11B中示出光学系统426的另一个示例性实施例。该示例性光学系统被优化以用于光纤36，该光纤为具有80μm的芯直径和0.29的数值孔径(NA)的渐变折射率多模光纤。表1B示出光学系统426的示例性光学系统设计参数，其中光路弯曲大约90°。在表中，所有距离测量值均以毫米为单位，并且角度测量值以度为单位。该实施例也不需要使用到反射镜410的反射性涂层，因为通过在插座套管主体375内的全内反射进行有效的反射。表1B的这种光学系统被优化为将光从光纤耦合到有源装置(即，诸如光检测器的接收器)，以便向接收器提供尽可能多的光。
表1B：包括具有光学转向和小于1/2节距长度的插座GRIN透镜的光学系统。
在一个示例中，插座光学系统426R具有如图11B所示的长度L和宽度W，其中L为约1mm并且W为约0.8mm。在一个示例中，梯度折射率透镜具有大致抛物线的折射率分布、长度L2和直径D，其中L2为约0.2mm并且D为约0.34mm。优选地，梯度折射率透镜155和/或154的中心折射率为其边缘折射率的1.015至1.035倍。在该实施例中，透镜420具有约0.1mm的曲率半径、–2.8的二次曲线常数C，并且插座梯度折射率透镜155的长度为0.2mm。
图12为图10A的套管组件390的等轴顶侧面正视图和沿线12-12截取的立体剖视图。图13为图12的套管组件的一部分的近距离剖视图。图12和图13还示出有源装置平台360的一部分，该平台包括呈发出光120的光发射器形式的有源装置362。一种示例性光发射器装置为垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在光120源自光纤连接器组件500的光纤端部的情况中(图8)，有源装置362也可以是诸如光电二极管的检测器。在本实施例中，以举例方式示出了有源装置362的光发射器配置。在一个示例中，有源装置平台360支撑一个或多个有源装置362，并且在一个示例中还支撑至少一个光发射器和一个光检测器(即光电检测器)。在一个示例中，有源装置362的数量等于光学系统426的数量。
图12和图13示出在有源装置362和光纤36之间并且当插头10和插座300插配以形成套管组件390时的光学通路450。光学通路450包括两个主要部分，即，在插头侧上的插头光学通路450P和在插座侧上的插座光学通路450R。插头光学通路450P由插头梯度折射率透镜154和光纤36限定，因为光120在其中被引导。插头光学通路450P和插座光学通路450R在光学通路接口450I处接口连接，在接口处，插座套管组件370的插座梯度折射率透镜第一光学表面155S1与插头梯度折射率透镜第二光学表面154S2接触。这种情况可能在插座梯度折射率透镜第一光学表面155S1与插头梯度折射率透镜第二光学表面154S2接触(参见例如图4)或与其紧邻时发生。在一些示例性实施例中，插头梯度折射率透镜154从插头凹部壁152向外延伸短距离(参见例如图5B和图5C)。在一些示例性实施例中，插座梯度折射率透镜154从插座套管主体向外延伸短距离。
在一个示例中，在物平面OP处来自有源装置362的光120首先在Y方向上在插座光学通路450R上传播。光120开始发散并被允许在其朝透镜420传播时扩展。光扩展的量是光120的发散度和有源装置362与透镜之间的距离的函数。光120接着遭遇透镜420，透镜420在一个示例中具有正光焦度。正透镜420用来使发散的光120朝光学轴线更多地弯曲，这形成了扩展(发散)的光束120B，即，光束120B不是准直的。有源装置362因此光学耦合到插座光学通路450R。优选地，有源装置362位于到透镜420的顶点0.1mm至0.6mm的距离处。
扩展的光束120B从透镜420前进至反射镜410，在反射镜410处，它被反射基本上90度。在该示例中，插座光学通路450R因此包括由反射镜410限定的基本上直角的弯曲，这允许到有源装置362的基本上直角的光学连接。
光束120C从反射镜410通过插座套管主体375的一部分前进至插座GRIN透镜155的第二表面155S2。插座GRIN透镜155用来减小光束的发散度。在一个示例中，光束在到达光学通路接口450I时为基本上准直的。插座光学通路450R在光学通路接口450I处与插头光学通路450P接口连接，光学通路接口450I由插座梯度折射率透镜155的第一光学表面155S1和插头梯度折射率透镜154的第二光学表面154S2限定。光120C因此通过光学通路接口450I从插座300直接传递至插头10。
在跨越光学通路接口450I之后，光进入包括插头GRIN透镜154的插头光学通路450P。插头GRIN透镜154用来将光束会聚至足够小的尺寸，以允许耦合到光纤36。
优选地，插座光学通路的长度在0.3mm和12mm之间，更优选地在0.5mm和8mm之间，甚至更优选地在0.6mm和6mm之间。还优选的是，从有源装置362到光纤的距离为1mm至9mm，更优选地1mm至6mm，并且最优选地在1.2mm和3mm之间。还优选的是，有源装置362的数值孔径(NA)为约0.2至0.3(例如0.22)，光纤的数值孔径NA为0.2至0.3(例如0.29)，并且光纤的芯直径为至少30μm，优选地至少60μm，并且最优选地75μm至85μm(例如80μm)。还优选的是，由光学系统提供的放大倍数M(光源到光纤)为约0.85(即，0.85±0.15，更优选地0.85±0.1)。优选地，(多个)GRIN透镜的直径在250μm和600μm之间，更优选地在275μm和400μm之间。
为了最大化从插头到插座的光学功率传输，优选的是控制插头光学系统426P与插座光学系统426R的侧向(或径向)偏移和角向对齐。这例如可以在提供粗略对齐的外壳或套筒的辅助下实现，外壳或套筒与一体化到插头和插座套管主体的用于精确对齐的特征结合使用。可以将光学系统的误差容差与在提供机械对齐的部件中可实现的对齐匹配。梯度折射率透镜的直径影响该光学系统的性能，因为较大的直径导致减小的归因于径向偏移的损耗灵敏度，但也导致对角向对齐误差或光学轴线不平行的增加的损耗灵敏度。反之，较小的直径提供了对角向对齐误差的减小的灵敏度，但对径向偏移的增加的损耗灵敏度。通过使用光线跟踪来计算在对齐误差的存在下的光学耦合效率，例如使用市售的光线跟踪计算机软件，可以量化对这些误差的灵敏度。令人吃惊的是，通过使用光线跟踪来计算在对齐误差的存在下的光学耦合效率，我们发现梯度折射率透镜直径D(其中280μm≤D≤380μm，并且更优选地330μm≤直径≤350μm)提供了对径向误差和角向误差的灵敏度的理想组合，并且改善了光学组件中的光学系统的总体性能。
表2A示出如图15A所示的光学系统426的示例性光学系统设计参数。在表中，所有距离测量值均以毫米为单位，并且角度测量值以度为单位。
在表1A、2A和3A中示出的光学设计对光从有源装置362到光纤端部36E的方向进行了优化。该设计基于下列四个主要条件进行优化：1)光纤36为具有80μm的芯直径和约0.29的数值孔径(NA)的渐变折射率多模光纤；2)有源装置362采用VCSEL的形式，其中圆形有源区域具有10微米的直径；3)工作波长为850nm；并且4)实现两元件光学系统449的整体插座套管主体375由上述ULTEM1010制成，其在所述工作波长下具有折射率n=1.6395。插头梯度折射率透镜154和插座梯度折射率透镜155由组合成提供抛物线折射率梯度的无定形二氧化硅和二氧化锗制成。
应当指出，表1A-3B的光学系统设计可容易地修改以提供类似的性能。例如，如果其中一个距离改变，则梯度折射率分布、或梯度折射率透镜中的一个或两个的长度、或在整体插座的第二端部处形成的透镜的曲率半径或二次曲线常数可以改变以维持光学性能。
例如，在表1A的光学系统设计中，如果从反射镜/反射器410到插座梯度折射率透镜155的第二光学表面155S2的距离从0.3mm增加至0.4mm，插座梯度折射率透镜155的长度从0.6mm减小至0.56mm并且透镜420的曲率半径从0.538mm变为0.558mm，则维持了所需的光学性能。还应当指出，如果从透镜420的顶点到反射镜/反射器410的距离变化值x，并且从反射镜/反射器420到插座梯度折射率透镜155的第二表面155S2的距离变化相等且相反的值–x，则光学性能基本上不受影响。
例如，应当指出，对应于表1A、1B、2A、2B和3A-3B的示例性实施例的透镜420的曲率半径和二次曲线常数的公差为±20%，优选地±15%，更优选地约±10%，并且最优选地±5%。从有源装置362到透镜420的顶点的距离的公差为例如±20μm，并且优选地±10μm。从透镜420的顶点到插座梯度折射率透镜155的第二光学表面155S2的总距离(沿光线的方向测量)的公差为例如±40mm，并且优选地±30μm。梯度折射率透镜的长度的公差例如可以是±20mm，并且优选地±10mm，并且更优选地±5mm。另外，例如，对于表1A和2A的光学系统来说，从有源装置362到透镜420的顶点的距离可以为0.145mm至0185mm，并且透镜420的曲率半径可以为0.43至0.65mm(例如，0.53至0.55mm)。还应当指出，通过将线性尺寸(例如半径和距离)增加或减小相同的倍增系数，可以放大或缩小光学设计，而不影响光学性能。
还应当指出，梯度透镜中任一个的长度也可以改变约等于半节距的整数(n)倍(nx1/2P)的距离。例如，插座梯度折射率透镜155的长度可以增加半节距的整数倍，从而增加插座光学系统426R的长度。在一些实施例中，(多个)梯度折射率透镜的长度L长于0.25P，其中P为梯度折射率透镜的节距。在一些实施例中，梯度折射率透镜中的至少一个的长度长于0.5P，其中P为梯度折射率透镜的节距。较长的梯度折射率透镜出乎意料地提供增加光学系统的总长度的优点，从而允许有源装置362和光纤36之间更大的间隔距离，而不牺牲系统的光学性能。
此处还应当指出，插座套管组件370通常可具有一个或多个插座光学系统426R，光学系统的数量由插头套管70所支撑的光纤36的数量限定。
表2A：包括不具有光学转向的插座的光学系统。
在一个示例中，如图15A所示，对应于光学系统426R的光学路径具有长度L，并且光学系统426R具有宽度W，其中L为约4.1mm，并且W为约1.0mm。如图15所示，在至少一个示例中，梯度折射率透镜155具有如图15A所示的大致抛物线的折射率分布、长度L2和直径D，其中L2为约3.3mm，并且D为约0.34mm。
表2B示出光学系统的示例性光学系统设计参数，其中插座光学系统426R包括反射镜410和透镜420并且包括梯度折射率透镜154、155。该光学系统在图15B中示出。该示例性光学系统被优化，以实现从示例性光纤36到有源装置362(例如，诸如光电检测器的接收器)的最佳光学耦合，即为了向有源装置362提供最大量的光。在该示例中，光纤36为具有80μm的芯直径和0.29的数值孔径(NA)的渐变折射率多模光纤。
表2B：具有光学转向和大于1/2节距长度的插座GRIN透镜的插座。
表3A示出光学系统的示例性光学系统设计参数，其中插座光学系统426R包括反射镜410和透镜420并且不包括梯度折射率透镜。该系统在图15C中示意性地示出。
表3A：包括具有光学转向且不具有插座GRIN透镜的插座的光学系统
下表3B示出图15D所示光学系统的示例性光学系统设计参数。在该示例性光学系统中，插座光学系统不包括梯度折射率透镜。该实施例的光学系统被优化，以便将光从光纤到有源装置的耦合。
表3B：
图16为图14的套管组件390的等轴顶侧面正视图和沿线12-12截取的立体剖视图。图17为图16的光学连接器的一部分的近距离剖视图。图16和图17还示出有源装置平台360的一部分，该平台包括呈发出光120的光发射器形式的有源装置362。一种示例性光发射器装置为垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在光120源自插头套管组件70的光纤端部36E的情况中，有源装置362也可以是诸如光电二极管的检测器。在本实施例中，以举例方式示出了有源装置362的光发射器配置。在一个示例中，有源装置平台360支撑一个或多个有源装置362，并且在一个示例中还支撑至少一个光发射器和一个光检测器(即光电检测器)。在一个示例中，有源装置362的数量等于光学系统426的数量。
图16和图17示出在有源装置362和光纤36之间并且当插头10和插座300插配以形成套管组件390时的光学通路450。光学通路450包括至少两个部分，即，在插头侧上的插头光学通路450P和在插座侧上的插座光学通路450R。插头光学通路450P由光纤36和插头梯度折射率透镜154形成。插头光学通路450P和插座光学通路450R在光学通路接口450I处接口连接，在接口处，插座套管组件370的插座梯度折射率透镜第一光学表面155S1与插头梯度折射率透镜第二光学表面154S2接触。这种情况可能在插座梯度折射率透镜的第一光学表面155S1与插头梯度折射率透镜的第二光学表面154S2接触(参见例如图4)或与其紧邻时发生。
在一个示例中，在物平面OP处来自有源装置362的光120首先在插座光学通路450R上传播。光120开始发散并被允许在其朝透镜420传播时扩展。光扩展的量是光120的发散度和有源装置362与透镜之间的距离的函数。光120接着遭遇透镜420，透镜420在一个示例中具有正光焦度。正透镜420用来使发散的光120朝光学轴线更多地弯曲，这形成了扩展(发散)的光束120B，即，光束120B不是准直的。有源装置362因此光学耦合到插座光学通路450R。
光束120B通过插座套管主体375的一部分前进至插座梯度折射率透镜155的第二光学表面155S2。插座GRIN透镜用来减小光束的发散度。在一个示例中，光束在到达光学通路接口450I时为基本上准直的。在一些示例(参见例如表1A)中，插座梯度折射率透镜可具有小于1/4节距(小于0.25P)例如在0.05P和0.25P之间的长度。在另一示例中，插座梯度折射率透镜可具有大于1/4节距(大于0.25P)例如0.5P或更长的长度。优选地，梯度折射率透镜的长度小于25P，例如小于10P，例如小于3P。如本文所述，梯度折射率透镜的“四分之一节距”(即，1/4节距)是其中基本上准直的光线束通过折射率梯度的引导作用基本上会聚到一点的梯度折射率介质的长度。应当理解，梯度折射率透镜的长度也可以选择为小于1/4节距或等于1/4节距。插座光学通路450R在光学通路接口450I处与插头光学通路450P接口连接，光学通路接口450I由插座梯度折射率透镜155的第一光学表面155S1和插头梯度折射率透镜154的第二光学表面154S2形成。光因此通过光学通路接口450I从插座300传递至插头10。
在跨越光学通路接口450I之后，光进入包括插头GRIN透镜154和光纤36的插头光学通路450P，插头GRIN透镜154用来将光束会聚到足够小的尺寸以将光有效地耦合到光纤36。
在平行于局部轴线的方向上离开物平面OP的光线在独立于光源(例如有源装置)的任何侧向位移的情况下在基本上平行于局部光学轴线的方向上到达像平面IP，在这个意义上，表1A、2A和表3A中示出的示例性设计为远心的。远心是有利的，因为它在光源从光学轴线侧向错位时提高了光耦合效率并且可能导致更宽松的制造公差。图15E是远心光学系统的示意图。图15E中的光线源表示从光学轴线侧向偏移距离dy的光源(例如有源装置)。在平行于局部光学轴线的方向上离开光源的主光线在离局部光学轴线偏移dy’处到达像平面IP，并且与局部光学轴线的法线形成角度β。比率dy’/dy表示系统的光学放大倍数。在理想的完美远心系统中，角度β为90°。例如，如果角度β=90°±arcsin(NA/5)，并且优选地β=90°±arcsin(NA/10)，其中NA为光纤的数值孔径，则光学系统为远心的。申请人发现，当角度β=90°±arcsin(NA/5)，其足够接近90°，使得其与90°的差值不显著降低到位于像平面处的光纤的耦合效率(其轴线大致平行于光学系统的局部光学轴线)。优选地，放大倍数M(M=dy’/dy)为约0.7至0.9。该放大倍数提供下列优点：其足够小，使得当光源(例如有源装置362)被侧向移置时，所产生的形成于光纤上的光源的像的侧向位移较小，使得到光纤的光学耦合不显著降低。同时，该放大倍数不过度小(过小的放大倍数将导致光线以超出光纤的可接受角度的会聚角度到达光纤，这将导致降低的耦合)。
应当指出，对于涉及多个光纤36的实施例来说，存在多个光学通路450。插头10和插座50的示例性配置使用两个光纤36和因此两个光学通路450以举例方式进行描述(参见例如图10A、图10B、图12、图14和图16)。
如上文所讨论的，光学通路接口450I由插座套管370的插座梯度折射率透镜155形成，当插头10和插座300接合时，插座梯度折射率透镜155接触或紧邻(小于200μm，优选地小于100μm，并且甚至更优选地小于50μm)插头梯度折射率透镜154，例如以提供在光学通路接口处的固体-固体接触。这意味着在光学通路接口450I处在两个梯度折射率透镜的表面之间基本上不存在空隙。在一个示例中，插座梯度折射率透镜155可通过使插头梯度折射率透镜154与两个梯度折射率透镜的表面之间的少量空间(小于200μm)接触而提供固体-固体接触。
当这两个梯度折射率透镜155、154之间的距离较小(小于200μm)时，或者当梯度折射率透镜155、154形成固体-固体接口时，该光学通路接口450I是有利的，因为它防止粘滞液体、灰尘、污垢、碎屑等进入光学通路450。这种污染会显著降低由插配的插头10和插座300形成的连接器组件400的光学性能。如果在光学通路接口450I上存在诸如水或油的流体污染物，则流体污染物对光学性能的不利影响通常被减轻。这是因为进入光学通路接口450I的任何流体污染物被挤压在插座梯度折射率透镜155和插头梯度折射率透镜154之间，并且基本上变成光学通路450的非常薄的部分。由于污染物被挤压成非常薄的层，减小了由污染物中的吸收或散射造成的任何光学损耗。压缩的污染物不会显著增加菲涅耳损耗，因为该污染物被挤压在两个固体表面之间，即，基本上不存在空气界面，以产生发生显著的菲涅耳反射所需的显著的折射率转变类型。应当指出，表1B、2B和3B的光学设计不是远心的。
光纤和梯度折射率透镜的激光处理
如上文结合图5C所简单讨论的，梯度折射率透镜154和155以及光纤端部36E可通过激光处理而形成。在插头凹部端壁152处的倾斜表面105有利于这种激光处理，因为激光束LB可以相对于插头套管顶部表面71成90度之外的角度。因此，倾斜表面105通过提供减小激光束LB玷污和/或损坏插头套管70的机会的浮雕而有助于制造插头10。倾斜表面105减小激光束LB在光纤切割和/或抛光过程中与碎屑相互作用的机会。此外，将梯度折射率透镜插入到受控深度有利于将梯度折射率透镜激光切割到精确的长度。在一些示例中，插头梯度折射率透镜154的长度被切割至四分之一节距加半节距的任何整数倍。用于在插座梯度折射率透镜155的激光处理中使用的必然程序和方法可以以类似方式进行。
倾斜表面105可具有相对于垂线(即直上直下)的任何合适的角度和/或几何形状，例如在30度至45度之间，但也可以是其它合适的角度/几何形状。此外，倾斜表面105可具有在也允许形成光学通路接口450I的同时保持插头套管70的尺寸和结构完整性的任何配置。在其它变型中，倾斜表面105也可从插头凹部端壁152可选地向后凹进。以示例的方式，可以邻近倾斜表面105形成肩部，从而允许倾斜表面凹进。例如，所得肩部可具有到侧壁的垂直部分约2微米或以上的深度。
在一个示例中，形成插座套管组件的步骤包括：将具有不确定长度的梯度折射率棒插入已预加载有粘合剂的插座套管主体的内孔90中，粘合剂的折射率介于插座套管主体的折射率和梯度折射率材料的折射率之间；以及继续前进以通过例如施加紫外线能量来引发对于许多光学粘合剂常见的交联反应而使粘合剂将梯度折射率棒保持就位。在下一步骤中，如此形成的前体组件例如被安装在夹具中，该夹具将梯度折射率棒定位，使得在激光束LB冲击时，如此保持的梯度折射率棒在精确的长度(或节距长度的分数)处被切断，从而在一个步骤中形成插座套管组件。
因此，在一个示例中，形成套管组件包括在一个或多个处理步骤中利用激光束LB切割和/或抛光一个或多个梯度折射率透镜。例如，可以使用单独的步骤利用激光束LB来切割和抛光光纤36，但切割和抛光也可以在一个步骤中发生。可以使用任何合适类型的激光器和/或用于产生激光束LB的操作模式。以示例的方式，生成激光束LB的激光器(未示出)可以是以脉冲模式、连续波(CW)模式或其它合适的模式操作的CO2激光器。以另一个示例的方式，激光束LB可通过安装在电流计上的反射镜的运动或替代地通过穿过基本上固定的激光束的梯度折射率透镜的运动而横跨梯度折射率透镜154或155移动。激光束LB和被处理的光纤36之间的角度也可被调整，以便在光纤或梯度折射率透镜端部36E处产生所需的角度，例如12度、8度，或平坦的。
插头-插座连接器配置
插头10和插座300具有互补的配置，这允许插头和插座配合地接合，同时允许使用者在插头和插座之间进行快速的光学接触或电气和光学的混合接触。更具体而言，在一个示例中，插头套管70和插座套管370形成为使得插头10和插座300具有相应的USB连接器配置，如例如在图6和图8中所示。此处也可以设想在商用电子装置中使用的其它连接器配置，并且可通过适当地构造插头套管70和插座套管370及其相应的套管保持器50和350而形成这些配置。
虽然上文已参照其支撑相应的插头光学通路450P和插座光学通路450R的能力而描述了插头套管70和插座套管370，但插头套管70和插座套管370也可被构造成支撑电连接和对应的电气通路，从而提供混合的电气-光学连接。
图18是示例性插头10的前端等轴视图，插头10包括由插头套管保持器50支撑的插头电触点520P。图19是示例性插座300的前端透视图，插座300包括由插座套管保持器350支撑的对应的插座电触点520R。当插头和插座插配时，插头电触点520P和插座电触点520R在插头10和插座300之间形成电连接。示例性电触点可用插头套管70和插座套管370模制，以使得它们与其对应的套管的擦拭表面(即，包括电触点的套管的水平表面)相对齐平，或者具有其它合适的附接装置。
尽管本文已参照本公开的优选实施例和具体示例示出和描述了本公开，但对本领域的普通技术人员将十分显而易见的是，其它实施例和示例能执行类似的功能和/或实现类似的结果。所有这样的等同实施例和示例均在本公开的精神和范围内，并且旨在被所附权利要求涵盖。对本领域技术人员而言，还显而易见的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对本发明作出许多修改与变型。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改和变型，只要这些修改和变型落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种用于光纤插座连接器的插座套管组件，所述光纤插座连接器用于插配具有插头套管组件的光纤插头连接器，所述插头套管组件具有插头光学通路，所述插座套管组件包括：
梯度折射率透镜，所述梯度折射率透镜具有第一平坦光学表面和第二光学表面；
整体插座套管主体，所述整体插座套管主体具有第一端部和第二端部；
至少一个整体光学系统，所述至少一个整体光学系统形成于整体插座套管主体中且包括
a)透镜，所述透镜形成于整体插座套管主体的所述第二端部处，以及
b)光学表面，所述光学表面形成于整体插座套管主体的所述第一端部处，所述光学表面定位成邻近且配合到所述梯度折射率透镜的所述第二光学表面；其中
所述至少一个整体光学系统被构造成结合所述梯度折射率透镜以限定从所述整体光学系统的所述第二端部到所述梯度折射率透镜的所述第一平坦光学表面的插座光学通路；
所述梯度折射率透镜的所述第一平坦光学表面为所述梯度折射率透镜的前光学表面，并且所述梯度折射率透镜的所述第二光学表面为所述梯度折射率透镜的后光学表面；
所述整体插座套管主体具有顶部表面和底部表面以及相对的后端和前端，使得所述整体插座套管主体的所述第一平坦光学表面在所述前端处；
所述透镜形成于所述底部表面处，并且所述整体光学系统还包括形成于所述后端处的反射镜，所述至少一个整体光学系统被构造成结合所述梯度折射率透镜限定从所述底部表面到所述前端且具有基本上直角的弯曲的插座光学通路；并且
(i)所述梯度折射率透镜的所述前端具有第一配合的几何形状，所述第一配合的几何形状被构造成与所述插头套管在所述插头光学通路和所述插座光学通路之间的接口处形成固体-固体接触，所述固体-固体接触足以从所述接口基本上排除液体；或者
(ii)所述梯度折射率透镜的所述前光学表面定位成到所述光纤插头连接器的正对的光学表面的距离不超过200μm，以便从所述接口基本上排除液体。
2.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于，所述插座光学通路的长度在0.3mm和12mm之间。
3.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于，所述插座光学通路的长度在0.6mm和6mm之间。
4.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于，所述整体插座套管主体由透射具有在850nm至1550nm的范围内的波长的光的材料形成。
5.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于，还包括多个光纤和对应的多个整体光学系统。
6.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于，所述梯度折射率透镜的长度L长于0.25P，其中P为所述梯度折射率透镜的节距。
7.根据权利要求1所述的用于光纤插座连接器的插座套管组件，其特征在于，所述固体-固体接触足以从所述接口基本上排除液体。
8.根据权利要求1所述的用于光纤插座连接器的插座套管组件，其特征在于，所述梯度折射率透镜的所述第一平坦光学表面定位成到所述光纤插头连接器的正对的光学表面的距离不超过200μm，使得所述插头光学通路通过所述接口与所述插座光学通路光学耦合，并且所述距离足够小，以便从所述接口基本上排除液体。
9.根据权利要求8所述的用于光纤插座连接器的插座套管组件，其特征在于，所述距离不大于100μm。
10.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于，所述整体插座套管主体的所述第一端部为所述整体插座套管主体的前端，其中
所述折射前光学表面位于所述整体插座套管主体的所述前端并且配合到所述梯度折射率透镜的所述后光学表面；并且所述插座光学通路限定为从所述整体光学系统的后光学表面到所述梯度折射率透镜的所述前端，使得
所述梯度折射率透镜的所述前光学表面具有第一配合的几何形状，所述第一配合的几何形状被构造成与所述光纤插头连接器形成
(i)在与所述光纤插头连接器的接口处的固体-固体的接触；或者
(ii)所述梯度折射率透镜的前光学表面定位成到所述光纤插头连接器的所述正对的光学表面的距离不超过200μm。
11.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于，所述梯度折射率透镜具有中心折射率Nc和边缘折射率Ne，并且1.015Ne≤Nc≤1.035Ne。
12.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于：
(i)所述反射镜具有至少部分地由所述整体插座套管主体内的内反射限定的反射率；和/或
(ii)所述反射镜包括在所述整体插座套管主体外部且紧邻所述整体插座套管主体的反射层；和/或
(iii)所述反射镜具有正光焦度，形成于所述底部表面处的所述透镜具有正光焦度；并且所述梯度折射率透镜具有正光焦度。
13.根据权利要求1所述的插座套管组件，其特征在于，形成于所述底部表面处的所述透镜包括具有曲率半径和顶点的折射表面，并且有源装置定位成到形成于所述底部表面处的所述透镜的所述顶点的距离为0.145mm至0.185mm，并且所述透镜的所述曲率半径为0.43mm至0.65mm。
14.根据权利要求1或13所述的插座套管组件，其特征在于，所述透镜具有-12至-18的二次曲线常数C。
15.根据权利要求13所述的插座套管组件，其特征在于：(i)所述梯度折射率透镜具有中心折射率Nc和边缘折射率Ne，并且1.015Ne<Nc<1.035Ne；和/或(ii)形成于所述底部表面处的所述透镜包括具有顶点的凸的折射表面，并且所述有源装置定位成到形成于所述底部表面处的所述透镜的所述顶点的距离为0.1mm至0.6mm；和/或(iii)所述梯度折射率透镜的直径在250μm和600μm之间。
16.一种组件，包括：
根据权利要求1所述的插座套管组件；以及
有源装置，所述有源装置布置成邻近形成于所述整体插座套管主体的所述第二端部处的所述透镜。
17.一种连接器组件，包括：
根据权利要求1或2所述的插座套管组件；以及
插头套管，所述插头套管具有梯度折射率透镜，所述插头套管配合地接合到所述插座套管组件。
18.根据权利要求17所述的连接器组件，其特征在于，还包括构造成与所述插座套管组件接合地配合的具有前端的所述插头套管组件，所述插头套管组件具有支撑至少一个梯度折射率透镜的插头套管主体，所述梯度折射率透镜
i.光学耦合到光纤的端部，并且
ii.结合所述光纤的端部限定插头光学通路，并且
iii.由所述插头套管主体支撑；
由所述插头套管主体支撑的所述梯度折射率透镜邻近且光学耦合到所述插座套管组件的所述梯度折射率透镜，以便在所述插座光学通路和所述插头光学通路之间形成光学通路接口。
19.根据权利要求18所述的连接器组件，其特征在于，还包括支撑至少一个有源装置的有源装置平台，其中所述插座套筒相对于所述有源装置平台布置，使得所述至少一个有源装置光学耦合到所述至少一个插座光学通路。
20.一种光纤插座连接器，包括：
根据权利要求1所述的插座套管组件；
插座套管组件保持器，所述插座套管组件保持器被构造成保持所述插座套管组件；以及
插座组件外壳，所述插座组件外壳具有前端和后端以及包含带有保持在其中的所述插座套管的所述插座套管保持器的内部。
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