CN105075152A - 用于光隔离的模式转换 - Google Patents

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CN105075152A CN201380075159.3A CN201380075159A CN105075152A CN 105075152 A CN105075152 A CN 105075152A CN 201380075159 A CN201380075159 A CN 201380075159A CN 105075152 A CN105075152 A CN 105075152A
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Abstract

一种光耦合系统包括用于从孔径提供光信号的光信号源。该系统还包括基本上平面的高对比度光栅(HCG)透镜，该基本上平面的高对比度光栅(HCG)透镜用于转换该光信号的光模式，以提供具有模式隔离的强度分布的经转换的光信号。该系统进一步包括用于接收该经转换的光信号的光学元件。该光信号源和该基本上平面的HCG透镜可以被布置为：基于反射的模式隔离的强度分布，大幅地减少与从该光学元件向该光信号源的该孔径反射的该经转换的光信号关联的反射光信号的耦合。

Description

用于光隔离的模式转换
背景技术
随着对高速通信和处理的需求增加，光通信已变得更普遍。数据通信链路可以包括光信号通过激光器而与光纤的光耦合或其它光纤，以向目的设备提供用于处理的光信号。由于眼睛安全要求，10千兆比特每秒(Gbps)通信速度的数据通信链路可以被实现为具有相当低的耦合效率(例如，大约6dB)。可以实现更高速度(例如，25Gbps)的数据通信链路，但是该数据通信链路可能需要更高的耦合效率来大幅地降低接收器噪声和调制消光比，并且该数据通信链路可能局限于在背板应用中使用，以基于更高的耦合效率而去除眼睛安全要求。
附图说明
图1图示光耦合系统的示例。
图2图示光耦合系统的另一示例。
图3图示模式隔离的示例图。
图4图示透镜的示例。
图5图示透镜的另一示例。
图6图示光耦合系统的再一示例。
图7图示光耦合系统的又一示例。
图8图示用于将光信号耦合至多模光纤的方法。
具体实施方式
图1图示光耦合系统10的示例。可以在各种光通信系统中实现光耦合系统10，以将由光信号源12提供的调制光信号OPTSIG通过透镜16耦合到光学元件14内。例如，光耦合系统10的多个部分可以在光学器件封装中作为光发射器系统实现，该光发射器系统可以在背板或印刷电路板(PCB)上安装，以提供计算机系统中的高速光通信。作为示例，光耦合系统10可以在高速(例如，25Gbps或25Gps以上)光通信系统中实现。
光信号源12可以是能够提供光信号OPTSIG的多种光学器件中的任一种。作为示例，光信号源12可以是激光器。例如，激光器可以是空间上单模或多模的激光器，如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、法布里-珀罗(Fabry-Perot)激光器或分布式反馈(DFB)激光器。激光器可以被配置为基于电信号而提供调制光信号OPTSIG，该电信号将数据调制成调制光信号OPTSIG。作为另一示例，光信号源12可以是单模光纤或多模光纤。可以从光信号源12的孔径发射调制光信号OPTSIG。
作为示例，光信号源12可以被实现为提供高速(例如，25Gbps或25Gbps以上)光通信。因此，光信号源12相对于光学元件14的布置可能足以最大化本文描述的与光信号OPTSIG进入光学元件14关联的耦合，以有助于高速通信。如本文所描述的，光学元件是能够接收光信号(例如，光信号OPTSIG)以进一步传播该光信号或进一步解调和/或处理该光信号的多种设备中的任一种。例如，光学元件14可以被配置为多模光纤，如用于从被配置为激光器的光信号源12接收光信号OPTSIG的多模光纤。作为另一示例，光学元件14可以被配置为PIN二极管(例如，光电检测器)，如用于从被配置为光纤(例如，单模或多模光纤)的光信号源12接收光信号OPTSIG的PIN二极管。因此，可以通过透镜16将由光信号源12提供的光信号OPTSIG耦合到光学元件14中。
响应于光信号OPTSIG耦合到光学元件14中的优化，与光信号OPTSIG关联的光能可能穿过透镜16向光信号源12反射回去，该反射在图1的示例中被展示为反射的光信号OPTRFL。因此，被反射的光信号OPTRFL表示从光学元件14反射回去的光信号OPTSIG的光能。如果被反射的光信号OPTRFL耦合到光信号源12的孔径18中并因此与光信号源中的谐振光能相互作用，则可以大幅地增加与光信号OPTSIG关联的相对强度噪声(RIN)。因此，为了大幅地减轻与被反射的光信号OPTRFL关联的RIN，透镜16可以被配置为将与光信号OPTSIG关联的光模式和因此与被反射的光信号OPTRFL关联的光模式转换成更高阶，以将被反射的光信号OPTRFL设置为具有从空间上隔离被反射的光信号OPTRFL的光模式的反射强度分布。因此，基于反射的模式隔离的强度分布大幅地减少向光信号源12的孔径18耦合的被反射的光信号OPTRFL的光能量。作为示例，反射的模式隔离的强度分布被配置为从空间上将更高阶模式的光能与孔径18隔离。
例如，透镜16可以被配置为基本上平面的高对比度光栅(HCG)透镜，该基本上平面的高对比度光栅(HCG)透镜被配置为对入射到其上的光信号OPTSIG的多个部分选择性地进行相位延迟，以提供强度分布的光模式隔离。如本文所描述的，HCG透镜可以被定义为包括多个谐振结构的透镜，这些谐振结构由具有高折射率的材料组成，使得这些谐振结构的折射率与周围材料的折射率之间的差异大于或等于1。作为示例，反射的模式隔离的强度分布可以被布置为基本上离轴的强度分布(例如，近似环形)。如本文所描述的，基本上离轴的强度分布是大幅地减少孔径18的横截面轴处光能的量的强度分布。结果，基于相对于光信号源12的孔径18的基本上离轴的强度分布，可以大幅地减小通过透镜16反射回并耦合至光信号源12的孔径18的被反射的光信号OPTRFL。
图2图示光耦合系统50的另一示例。光耦合系统50是以平面图展示的且可以对应于图1的示例中的光耦合系统10。例如，光耦合系统50可以安装在PCB或背板上，以提供计算机系统中的高速(例如，25Gbps或25Gbps以上)光通信。
光耦合系统50包括VCSEL52、HCG透镜54以及多模光纤56。VCSEL52可以被配置为生成具有从孔径60发射的模式分布的光信号58。作为示例，VCSEL52可以被实现为提供高速(例如，25Gbps或25Gbps以上)光通信。因此，如本文所描述的，光信号58可以具有足以基本上最大化到多模光纤56中的光耦合的光功率，以有助于高速通信。作为示例，可以通过连接器提供多模光纤56，例如以将多模光纤56提供至包括VCSEL52和HCG透镜54的封装。因此，由VCSEL52生成的光信号58入射到HCG透镜54上(该入射用实线66展示)，因此经由HCG透镜54聚焦并发射到多模光纤56的芯68中(图2的示例中被展示为在多模光纤56的芯68中传播的光信号OPTSIG)。
在图2的示例中，HCG透镜54被配置为包括高折射率材料层62的基本上平面的HCG透镜，高折射率材料层62包括电介质层64上的多个谐振结构。多个谐振结构可以由各种高折射率材料制成，如非晶硅、砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)。作为示例，电介质层64可以是玻璃(例如，SiO2)。例如，多个谐振结构可以被空气包围，或可以被具有比高折射率材料层62的折射率小至少1的折射率的另一种材料包围。因此，如本文所描述的，HCG透镜54用作用于基于在谐振结构中谐振的光的多个部分而转换光信号的光模式的透镜。
HCG透镜54被配置为增加光信号58的光模式，以将光信号58转换成具有模式隔离的强度分布。在图2的示例中，模式隔离的强度分布被展示为由HCG透镜54聚焦的近似环形，该聚焦用实线70展示。例如，高折射率层62的谐振结构可以被蚀刻为多个柱，该多个柱协作来向光信号58提供选择性的相位改变。在图2的示例中，在72处展示该近似环形的强度分布。因此，光信号58的近似环形的强度分布耦合到多模光纤56的芯68中。
在图2的示例中，光信号58的光能的一部分从多模光纤56的芯68中反射回去，该反射用虚线74展示。因此，反射的光能74被提供回HCG透镜54，并且朝向VCSEL52聚焦，该聚焦用虚线76示出。由HCG透镜54聚焦的反射的光能76在其入射到VCSEL52上时维持近似环形的强度分布，该近似环形的强度分布被展示为近似环形的强度分布78。结果，近似环形的强度分布基本上围绕孔径60，以将反射的光能76的模式与孔径60隔离。因此，大幅地减少反射的光能76的光能与孔径60的耦合。因此，可以大幅地减小光信号58的RIN。
图3图示模式隔离的示例图100。图100以横截面的方式展示HCG透镜54两侧的光信号58的强度分布。因此，在下面的图3示例的描述中，参照图2的示例。
图100包括向HCG透镜54提供(例如，用实线66)的光信号58，该光信号58被展示为基本上环形。HCG透镜54被配置为增加光信号58的光模式，以将光信号58转换成用实线70展示的被聚焦到多模光纤56的芯68(图3的示例中未示出)上的模式隔离的强度分布，该模式隔离的强度分布在图3的示例中被展示为近似环形的强度分布72。光信号58的光能的一部分被反射回HCG透镜54，该反射用虚线74展示。在HCG透镜54将光能74聚焦回VCSEL52(图3的示例中未示出)时，HCG透镜54将反射的模式隔离的强度分布维持为与入射到芯58上的近似环形的强度分布72一样，反射的模式隔离的强度分布被展示为由虚线76提供的近似环形的强度分布78。因此，近似环形的强度分布78可以基本上围绕VCSEL52的孔径60，因此相对于孔径60是基本上离轴的。
将理解，光耦合系统50不希望局限于图2和图3的示例。例如，光耦合系统50可以在VCSEL52和多模光纤56之间包括例如两个或更多个HCG透镜54，例如以在透镜之间提供准直光束。此外，将理解，光信号58的反射的模式隔离的强度分布的目的不希望局限于由72和78展示的近似环形，而是还可以是各种其它类型的基本上离轴的强度分布。作为示例，可以以各种方式将HCG透镜54制造为提供光信号58的足够相位延迟，以基本上使光能远离孔径60分布。例如，反射的模式隔离的强度分布可以替代地是与基本上圆形不同的形状，如方形、矩形、六边形或各种其它形状。作为另一示例，反射的模式隔离的强度分布可以是基本上围绕近似中心点的间断图案，例如以维持光能与孔径60的基本上最小耦合。此外，将理解，例如根据VCSEL52、HCG透镜54和/或多模光纤56的未对准和/或相对间隔，被反射回VCSEL52的光能的一小部分仍可能耦合到孔径60中。
如之前描述的，向光信号58的多个部分增加的相应相位延迟可能是由制造HCG透镜54的方式导致的。图4图示透镜150的示例。透镜150可以对应于图2和图3的示例中的HCG透镜54。因此，在下面的图4示例的描述中，参照图2和图3的示例。在图4的示例中，以透镜150的基本上平面表面的俯视图展示透镜150。在图4的示例的俯视图中，将透镜150展示为圆形。但是，透镜150可以替代地具有各种不同的几何形状。作为示例，透镜150可以具有足以聚焦基本全部或大部分光信号58的直径(例如，大约250μm)。
透镜150包括由高折射率材料(例如，多晶硅)构成的层，该层被设置为基本上由多个梯度图案限定的多个谐振结构，以提供入射光能的模式隔离。在图4的示例中，将透镜150展示为具有被设置为螺旋图案的谐振结构，螺旋图案被限定为沿透镜150的半径具有多个梯度图案(例如，环)。如本文所描述的，螺旋图案的环是该螺旋图案的从特定角度绕该螺旋图案的中心旋转360°的特定部分，因此环相对于环的开始沿透镜150的半径在更远距离处结束。在图4的示例中，多个谐振结构可以被设置为多个柱152，该多个柱152被布置为具有在电介质材料(例如，玻璃)的基底层上基本上均匀的厚度(即，晶片厚度)。例如，构成图4的示例中的近似螺旋图案的多个柱152的厚度可以具有取决于构成光信号58的光的波长的厚度(例如，对于λ＝850nm，大约480nm直径；对于λ＝630nm，大约340nm直径)。作为示例，高折射率的柱152可以被空气围绕，或可以被具有比柱152的折射率小至少1的折射率的另一材料围绕。因此，柱152协作以基于在柱152中谐振的光的多个部分而转换光信号58的光模式，以提供光信号58的选择性相位延迟。
在图4的示例中，柱152在分解图中被展示为近似圆柱形(即，图4的示例的俯视图中的圆形)。例如，可以通过蚀刻高折射率材料层来形成柱152。螺旋图案的每个梯度图案(例如，环)中的柱152可以具有以下宽度(例如，横截面直径)：该宽度是从透镜150的中心向透镜150的边缘使大小递减的近似梯度的函数。柱152的宽度可以是相对于光信号58的光的子波长，并且可以被选择为提供光信号58的选择性相位延迟，例如以提供用于生成近似环形的强度分布的角动量。例如，柱152的宽度的范围可以例如从约100nm到约400nm。分解图154展示内环156和相邻外环158，在内环156和相邻外环158上蚀刻有柱152的图案。内环156和外环158各自包括具有如下宽度的柱152：该宽度从左到右(例如，从透镜152的中心到透镜150的外边缘)递减。因此，光信号58的光能可以在柱152内谐振，以提供光信号58的选择性相位延迟，例如提供近似环形的强度分布。
图5图示透镜200的另一示例。透镜200可以对应于图2和图3的示例中的HCG透镜54。在图5的示例中，透镜200在透镜200的基本平面表面的俯视图中展示。透镜200在图5的示例的俯视图中被展示为圆形。但是，透镜200可以替代地具有多种不同的几何形状。作为示例，透镜200可以具有足以聚焦基本上所有或大部分光信号58的直径(例如，约250μm)。
与之前关于图4的示例描述的类似，透镜200包括由高折射率材料(例如，多晶硅)构成的层，将该层设置为基本上被布置为提供入射光能的模式隔离的多个谐振结构，如被限定为沿透镜200的半径具有多个梯度图案(例如，环)的螺旋图案。在图5的示例中，多个谐振结构可以被设置为多个柱202，多个柱202被布置为具有在电介质材料(例如，玻璃)的基底层上基本上均匀的厚度(即，晶片厚度)。作为示例，高折射率柱202可以被空气包围，或可以被具有比柱202的折射率小至少1的折射率的另一材料包围。因此，柱202协作以基于在柱202中谐振的光的多个部分而转换光信号58的光模式，以提供光信号58的选择性相位延迟。
在图5的示例中，柱202在分解图204中被展示为近似圆柱形(即，在图4是示例的俯视图中圆形)。例如，可以通过蚀刻高折射率材料层来形成柱202。螺旋图案的每个梯度图案(例如，环)中的柱202可以具有以下宽度(例如，直径)：该宽度基本上均匀并且以一密度填充基底，该密度基于从透镜200的中心到透镜200的边缘使密度递减的近似梯度的函数。柱202的基本上均匀的宽度可以是相对于光信号58的光的子波长(例如，大约200nm)，并且柱152的填充密度可以被选择以提供光信号58的选择性相位延迟，例如以提供用于生成近似环形的强度分布的角动量。分解图204展示内环206和相邻外环208，在内环206和相邻外环208上蚀刻有柱202的图案。内环206和外环208各自包括以如下密度填充基板的柱202：该密度从左到右(例如，从透镜200的中心到透镜200的外边缘)递减。因此，光信号58的光能可以基于柱202的可变填充密度而以可变的方式在柱202内谐振，以提供光信号58的选择性相位延迟，例如以提供近似环形的强度分布。
通过将图4的示例中的透镜150和图5的示例中的透镜200实现为基本上平面的HCG，可以以比包括凸表面的传统透镜经济得多的方式制造透镜150和透镜200。例如，晶片级处理可能比制造传统凸面的和衍射的元件透镜更简单且更划算。此外，由于透镜150和透镜200被实现为HCG透镜，所以与可以由标准(例如，更低的)折射率的材料(例如，玻璃)制造的传统衍射透镜相比，HCG透镜150和HCG透镜200能够提供比传统衍射透镜大得多的耦合效率和不同的模式耦合。
将理解，透镜150和透镜200不希望局限于图4和图5的示例。作为示例，透镜150和透镜200不局限于包括谐振结构的螺旋图案布置，而是可以替代地包括各种其它类型布置。例如，谐振结构可以被设置在从相应的透镜150和透镜200的中心径向向外的不同梯度图案布置中，如同心圆、椭圆或其它形状。作为另一示例，梯度图案不局限于具有相同的尺寸，如在图4和图5的示例中用环展示的尺寸，而是可以替代地具有变化的尺寸(例如，越接近透镜150和透镜200的边缘越降低的环宽度)。作为又一示例，可以以提供在谐振结构上入射的光能的基本非均匀谐振的各种其它方式中的任一方式来设置谐振结构，以提供足够的模式隔离(例如，提供基本上离轴的强度分布)。此外，本文所述的特定透镜可以包含具有可变宽度(如图4的示例中描述的)和基底上可变填充密度的柱(如图5的示例中描述的)。此外，柱152和柱202不被限制为基本上圆柱形，而是可以替代地具有各种棱柱形。因此，可以以各种方式中的任一种来制造透镜150和透镜200。
HCG透镜的使用不局限于提供来自激光器的光信号至多模光纤的耦合的光耦合系统，如图2的示例中描述的光耦合系统。图6图示光耦合系统250的又一示例。光耦合系统250以平面图展示，并且可以对应于图1的示例中的光耦合系统10。例如，光耦合系统250可以安装在PCB或背板上，以提供计算机系统中的高速(例如，25Gbps或25Gbps以上)的光通信。
光耦合系统250包括光纤252、HCG透镜254和PIN二极管256。光纤252可以被配置为提供具有从孔径260发射的模式分布的光信号258。作为示例，可以通过连接器提供光纤252，例如以将光纤252提供到包括PIN二极管256和HCG透镜254的封装。因此，由光纤252提供的光信号258入射到HCG透镜254上，该入射用实线266展示，因此经由HCG透镜254聚焦到PIN二极管256上。HCG透镜254可以被配置为包括高折射率材料层262的基本上平面的HCG透镜，高折射率材料层262包括电介质层264上的多个谐振结构，如在图4和图5的相应示例中的透镜150或透镜200。因此，如本文描述的，HCG透镜254用于基于在谐振结构中谐振的光的多个部分而转换光信号258的光模式。
在图6的示例中，HCG透镜254被配置为增加光信号258的光模式，以将光信号258转换成具有模式隔离的强度分布。与图2的示例中提供的类似，模式隔离的强度分布可以是基本上离轴的强度分布，该基本上离轴的强度分布在图6的示例中被展示为由HCG透镜254聚焦的近似环形，该聚焦用实线270展示。例如，高折射率层262的谐振结构可以被蚀刻为多个柱，这些柱协作以对光信号258提供选择性相位延迟。在图6的示例中，在272处展示该近似环形的强度分布。因此，向PIN二极管256提供光信号258的近似环形的强度分布。
光信号258的光能的一部分从PIN二极管256反射回去，该反射用虚线274展示。因此，反射的光能274被提供回HCG透镜254，并且朝向光纤252聚焦，该聚焦用虚线276展示。由HCG透镜254聚焦的反射的光能276在入射到光纤252上时维持近似环形的强度分布，该近似环形的强度分布被展示为近似环形的强度分布278。结果，该近似环形的强度分布基本上围绕孔径260，以将反射的光能274的模式与孔径260隔离开。因此，可以在光传输系统和光接收系统中实现反射的光信号的模式的隔离。
图7图示光耦合系统300的再一示例。光耦合系统300可以被配置为光传输系统(类似于图2的示例中描述的)或光接收系统(类似于图6的示例中描述的)之一。光耦合系统300包括光学器件封装(package)302，光学器件封装302包括透镜304、光学器件306和连接器308。例如，类似于图4和图5的相应示例中描述的透镜150或透镜200，透镜304可以被配置为HCG透镜。连接器308被配置为容纳光纤310，光纤310可以是多模光纤或单模光纤。
作为示例，光学器件306可以被配置为激光器(例如，VCSEL)，使得光学器件306可以生成光传输系统中的光信号。因此，透镜304可以被配置为将由光学器件306生成的光信号聚焦为耦合到光传输系统中的光纤310内。作为另一示例，光学器件306可以被配置为PIN二极管，使得光纤310能够提供光接收系统中待基于光学器件306对光信号的接收而解调的光信号。因此，透镜304可以被配置为将由光纤310提供的光信号聚焦为提供给光接收系统中的光学器件306。
光学器件封装302不希望局限于在其中包括单个光耦合系统，如包括透镜304、光学器件306和连接器308中的每个中的仅一个。例如，光学器件封装302可以包括光耦合系统的阵列，例如包括多个透镜304、对应的多个光学器件306以及对应的多个连接器308。因此，多个光纤310可以耦合至对应的多个连接器308。此外，将理解，光学器件封装302不希望局限于光传输功能和光接收功能中的仅一个。例如，多个光学器件306可以包括VCSEL和PIN二极管，使得光学器件封装302可以被配置为光收发器。
根据上述的前述结构特征和功能特征，将参照图8更好的理解根据本发明的各方面的方法。尽管为了解释简洁而将图8的方法示出和描述为顺序地执行，但是将理解并意识到，本发明不被所说明的顺序限制，因为根据本发明，一些方面可以以不同的顺序发生和/或与本文示出和描述的其它方面同时发生。此外，可能不是需要全部所说明的特征来实现根据本发明的方面的方法。
图8图示用于将光信号(例如，光信号OPTSIG)耦合至光学元件(例如，光学元件14)的方法350的示例。在352处，从光信号源(例如，光信号源12)的孔径(例如，孔径60)提供光信号。在354处，经由基本上平面的HCG透镜(例如，透镜16)转换光信号的模式，以提供具有模式隔离的强度分布(例如，强度分布72和78)的经转换的光信号。HCG透镜可以包括多个谐振结构(例如，柱152)，多个谐振结构被布置成足以提供模式隔离的图案。在356处，经转换的光信号经由基本上平面的HCG透镜被聚焦至光学元件。光信号源和基本上平面的HCG透镜可以被布置为：基于反射的模式隔离的强度分布，大幅地减少与从光学元件向光信号源的孔径反射的经转换的光信号关联的反射光信号的耦合。
上面已描述的是示例。当然，不可能描述组件或方法的每个可想到的组合，但本领域技术人员将意识到，许多其它组合和置换是可能的。因此，本发明的目的在于包含落在本申请(包括所附权利要求)的范围内的所有这些变化、修改、和变形。此外，本公开或权利要求记载“一种”、“第一”、“或另一”元件或等同用语时，其应被解释为包括一个或一个以上这样的元件，不需要也不排除两个或更多个这样的元件。如本文所用的术语“包括”表示包括但不限于，并且术语“包含”表示包含但不限于。术语“基于”表示至少部分地基于。

Claims (15)

1.一种光耦合系统，包括：
光信号源，用于从孔径提供光信号；
基本上平面的高对比度光栅(HCG)透镜，用于将所述光信号的光模式转换为提供具有模式隔离的强度分布的经转换的光信号；以及
光学元件，用于接收所述经转换的光信号，所述光信号源和所述基本上平面的HCG透镜被布置为：基于反射的模式隔离的强度分布，大幅地减少与从所述光学元件向所述光信号源的所述孔径反射的所述经转换的光信号关联的反射光信号的耦合。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述基本上平面的HCG透镜包括多个谐振结构，所述多个谐振结构由沿所述基本上平面的HCG透镜的半径的多个梯度图案限定。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个谐振结构由第一材料制造并且基本上被第二材料包围，其中，所述第一材料的折射率和所述第二材料的折射率之间的差大于或等于1。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个谐振结构被设置为在基底上布置的多个柱，所述多个梯度图案中每个梯度图案内的所述多个柱具有由梯度限定的宽度，使得在所述多个梯度图案的每个特定梯度图案中，所述多个柱的所述宽度沿从所述基本上平面的HCG透镜的中心径向向外延伸的方向而下降。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个谐振结构被设置为在基底上布置的多个柱，所述多个梯度图案中每个梯度图案内的所述多个柱具有基本上相等的宽度且以由梯度限定的密度填充所述基本上平面的HCG透镜，使得在所述多个梯度图案的每个特定梯度图案中，填充所述基本上平面的HCG透镜的所述多个柱的所述密度沿从所述基本上平面的HCG透镜的中心径向向外延伸的方向而下降。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述光信号的强度分布被布置为基本上离轴的强度分布，以大幅地减少所述反射光信号的所述光能与所述孔径的耦合。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述光信号源是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，并且其中所述光学元件是多模光纤。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述光信号源是光纤，并且其中所述光学元件是PIN二极管。
9.一种安装封装，包括根据权利要求1所述的光耦合系统的所述基本上平面的HCG透镜以及所述光信号源或所述光学元件，其中所述光信号源或所述光学元件中的另一个是光纤，所述安装封装进一步包括用于容纳所述光纤的连接器。
10.根据权利要求9所述的安装封装，进一步包括：
第二基本上平面的HCG透镜；
第二光信号源或光学元件；以及
用于容纳第二光纤的第二连接器。
11.一种用于将光信号耦合至光学元件的方法，所述方法包括：
从光信号源的孔径提供所述光信号；
经由基本上平面的高对比度光栅(HCG)透镜转换所述光信号的模式，以提供具有模式隔离的强度分布的经转换的光信号，所述HCG透镜包括多个谐振结构，所述多个谐振结构以足够基本上提供模式隔离的方式布置；以及
经由所述基本上平面的HCG透镜，将所述经转换的光信号聚焦至所述光学元件，所述光信号源和所述基本上平面的HCG透镜被布置为：基于反射的模式隔离的强度分布，大幅地减少与从所述光学元件向所述光信号源的所述孔径反射的所述经转换的光信号关联的反射光信号的耦合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个谐振结构由沿所述基本上平面的HCG透镜的半径的多个梯度图案限定，所述多个梯度图案中每个梯度图案内的所述多个谐振结构具有由梯度限定的宽度，使得在所述多个梯度图案的每个特定梯度图案中，所述多个谐振结构的尺寸沿从所述基本上平面的HCG透镜的中心径向向外延伸的方向而下降。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个谐振结构由沿所述基本上平面的HCG透镜的半径的多个梯度图案限定，所述多个梯度图案的每个梯度图案内的所述多个谐振结构具有基本上相等的尺寸并且以由梯度限定的密度填充所述基本上平面的HCG透镜，使得在所述多个梯度图案的每个特定梯度图案中，填充所述基本上平面的HCG透镜的所述多个谐振结构的所述密度沿从所述基本上平面的HCG透镜的中心径向向外延伸的方向而下降。
14.一种光学器件封装，包括：
光学器件，用于生成或接收光信号；
连接器，用于容纳光纤，所述光纤用于提供或接收所述光信号；以及
将所述光学器件和所述连接器互连的基本上平面的高对比度光栅(HCG)透镜，所述基本上平面的HCG透镜用于转换所述光信号的光模式，以提供具有强度分布的经转换的光信号，所述强度分布被布置为基本上离轴的强度分布，所述光学器件、所述连接器以及所述基本上平面的HCG透镜被布置为：基于所述基本上离轴的强度分布，大幅地减少与在所述光学器件和所述光纤之间反射的所述经转换的光信号关联的反射光信号的耦合。
15.根据权利要求14所述的封装，其中所述基本上平面的HCG透镜包括由沿所述基本上平面的HCG透镜的半径的多个梯度图案限定的多个谐振结构，所述多个谐振结构被设置为在基底上设置的多个柱，所述多个梯度图案的每个梯度图案内的所述多个柱具有由梯度限定的宽度或在所述基底上的填充密度，使得在所述多个梯度图案的每个特定梯度图案中，所述多个柱的所述宽度和所述填充密度之一沿从所述基本上平面的HCG透镜的中心径向向外延伸的方向而下降。
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