CN105849607A - 多模光学连接器 - Google Patents

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Abstract

本公开一般涉及单独光学波导、多组光学波导诸如光纤带，以及可用于连接单独光学波导或多个光纤诸如在光纤带缆中的光纤连接器。具体地，本公开提供一种与多模光学波导一起使用的表现出低插入损耗的有效、紧凑并可靠的光学连接器。该光学连接器包含一体式光耦合单元，其结合光纤对准特征连同光束的重定向和成形。

Description

多模光学连接器
背景技术
光纤连接器可以用于在多种应用中连接光纤，该多种应用包括：电信网络、局域网、数据中心链接以及用于高性能计算机中的内部链接。这些连接器可被分组成单光纤和多光纤设计，并且还可以通过接触类型来分组。常见接触方法包括：物理接触，其中配合纤维末端被抛光至一定的光洁度并压合在一起；折射率配合，其中具有与纤维芯配合的折射率的柔顺材料填充配合纤维末端之间的小间隙；以及气隙连接器，其中光穿过两个光纤末端之间的小气隙。对于这些接触方法中的每一个而言，配合光纤的末端上的极少量灰尘便可大大地增加光损耗。
另一种类型的光学连接器称之为扩束连接器。这种类型的连接器允许源连接器中的光束在光被准直之前离开光纤芯并在连接器内发散短的距离，以形成直径大体上大于所述芯的光束。在接收连接器中，然后在接收光纤的端部上将该光束聚焦回其初始直径。这种类型的连接器对可存在于其中将光束扩展至较大直径的区域中的灰尘和其它形式的污染物较不敏感。
在不久的将来，随着在未来几年内数据传输线速率从当前10Gb/秒/线迁移至25Gb/秒/线，背板光学连接器将成为高性能计算机、数据中心以及电信交换系统的基本部件。将是有利的是，提供可替代当前用于10Gb/秒互连中的现有光学连接和铜连接的更低成本和更高性能的扩束连接器。
发明内容
本公开一般涉及单独光学波导、多组光学波导(诸如光纤带)以及可用于连接单独光学波导或多个光纤(诸如，在光纤带缆中)的光纤连接器。具体地，本公开提供一种与多模光学波导一起使用的表现出低插入损耗的有效、紧凑并可靠的光学连接器。所述光学连接器包含一体式光耦合单元，其结合光纤对准特征连同光束的重定向和成形。
在一个方面，本公开提供一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，其包括用于接收并对准光学波导的波导对准构件以及光重定向构件。光重定向构件包括输入表面，该输入表面用于接收来自在波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；和环形表面，所述环形表面用于接收来自输入表面的沿着输入轴传播的光并反射所接收的光，反射光沿着不同的重定向轴传播，反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于输入光的第一散度。光重定向构件还包括输出表面，该输出表面用于接收来自环形表面的光并将所接收的光作为离开光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，环形表面与由输入轴和重定向轴形成的第一平面的弯曲相交具有曲率半径，所述环形表面具有在输入表面处第一平面中设置的旋转轴和沿着输入轴从旋转轴至环形表面测量的焦距，所述焦距小于所述曲率半径。在另一方面，本公开提供此类第一一体式光耦合单元，其具有由第一一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与此类第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由第二一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的输出表面靠近第二一体式光耦合单元的输出表面并面向所述输出表面，连接器组件被构造成用于使得离开第一光学波导的光在通过第一一体式光耦合单元和第二一体式光耦合单元的光重定向构件传播之后进入第二光学波导。
在另一方面，本公开提供一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，其包括用于接收并对准光学波导的波导对准构件以及实心的光重定向构件。实心的光重定向构件包括输入表面，该输入表面用于接收来自在波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；以及反射表面，该反射表面用于接收来自输入表面的沿着输入轴传播的光并反射所接收的光，反射光沿着不同的重定向轴传播，反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于输入光的第一散度。实心的光重定向构件另外仍包括输出表面，该输出表面用于接收来自反射表面的光并将所接收的光作为离开光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，其中反射表面包括反射涂层，并且其中在没有反射涂层情况下，来自输入表面的被反射表面接收的光的至少一部分在反射表面处不经历全内反射。在另一方面，本公开提供包括此类第一一体式光耦合单元的连接器组件，所述第一一体式光耦合单元具有由第一一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与此类第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由第二一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的输出表面靠近第二一体式光耦合单元的输出表面并面向所述输出表面，连接器组件被构造成用于使得离开第一光学波导的光在通过第一一体式光耦合单元和第二一体式光耦合单元的光重定向构件传播之后进入第二光学波导。
在另一方面，本公开提供一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，其包括用于接收并对准光学波导的波导对准构件以及光重定向构件。光重定向构件包括输入表面，该输入表面用于接收来自在波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；以及反射表面，该反射表面用于接收来自输入表面的光作为沿着输入轴传播的入射光并反射所述入射光作为沿着不同的重定向轴传播的反射光，反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于输入光的第一散度。光重定向构件另外仍包括输出表面，所述输出表面用于接收反射光并将所接收的光作为离开光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，其中入射光和反射光之间的角度小于90度。在另一方面，本公开提供连接器组件，其包括此类第一一体式光耦合单元，所述第一一体式光耦合单元具有由第一一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与此类第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由第二一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的输出表面靠近第二一体式光耦合单元的输出表面并面向所述输出表面，连接器组件被构造成用于使得离开第一光学波导的光在通过第一一体式光耦合单元和第二一体式光耦合单元的光重定向构件传播之后进入第二光学波导。
在另一方面，本公开提供一种具有配合的第一光学连接器和第二光学连接器的连接器组件，每个光学连接器包括具有出射面的多模光学波导和一体式光重定向构件。一体式光重定向构件包括：第一表面，该第一表面设置在多模光纤的出射面处并面向所述出射面；第二表面，该第二表面设置在另一个光学连接器的一体式光重定向构件的第二表面处并面向所述第二表面；以及反射表面，该反射表面用于接收来自第一表面和第二表面中的一个表面的光并朝向第一表面和第二表面中的另一个表面反射所接收的光，其中连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
在另一方面，本公开提供一种光学组件，包括：光学纤维，其在600nm至2000nm波长范围内为多模并具有出射面并且被构造成用于沿着第一光学轴接收或发射光；环形表面；和光学收发器，其被构造成用于沿着不同的第二光学轴接收或发射光，光学组件被构造成用于使得从光纤和收发器中的一个传播到光纤和收发器中的另一个的光在环形表面处经历反射，环形表面与由第一光学轴和第二光学轴形成的第一平面的弯曲相交具有曲率半径，环形表面具有在出射面处第一平面中设置的旋转轴和沿着第一光学轴从旋转轴至环形表面测量的焦距，所述焦距小于所述曲率半径。
示例性实施方案的列表
以下列出示例性实施方案。应当理解，可以结合实施方案1至实施方案35、实施方案36至实施方案39、实施方案40至实施方案71、实施方案72至实施方案108、实施方案109至实施方案116以及实施方案117至实施方案122中的任何一者。
实施方案1：一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：
用于接收并对准光学波导的波导对准构件；以及
光重定向构件，包括：
输入表面，所述输入表面用于接收来自在波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；
环形表面，所述环形表面用于接收来自输入表面的沿着输入轴传播的光并反射所接收的光，所述反射光沿着不同的重定向轴传播，反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于输入光的第一散度；和
输出表面，所述输出表面用于接收来自环形表面的光并将所接收的光作为离开光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，环形表面与由输入轴和重定向轴形成的第一平面的弯曲相交具有一定曲率半径，环形表面具有在输入表面处第一平面中设置的旋转轴和沿着输入轴从旋转轴至环形表面测量的焦距，所述焦距小于所述曲率半径。
实施方案2：根据实施方案1所述的一体式光耦合单元，其中旋转轴基本上平行于重定向轴。
实施方案3：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向不与输入轴平行。
实施方案4：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向与输入轴平行。
实施方案5：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于输入表面的输入面。
实施方案6：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于输出表面的输出面。
实施方案7：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器是阴阳同体的。
实施方案8：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中波导对准构件包括沿着用于接收并对准光学波导的沟槽方向延伸的沟槽。
实施方案9：根据实施方案8所述的一体式光耦合单元，其中沟槽方向平行于输入轴并与所述输入轴对准。
实施方案10：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导包括光纤。
实施方案11：根据实施方案10所述的一体式光耦合单元，其中波导对准构件包括能够接收光纤的柱形孔。
实施方案12：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导为用于600纳米至2000纳米范围内的波长的多模。
实施方案13：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导具有圆形横截面轮廓。
实施方案14：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导具有多边形横截面轮廓。
实施方案15：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导的中心光线沿着光学波导和输入表面之间的中心轴传播，所述中心轴平行于输入轴并与所述输入轴对准。
实施方案16：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，还包括由波导对准构件接收并对准的光学波导，和将光学波导光学耦合至输入表面的折射率配合材料。
实施方案17：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面为平面的。
实施方案18：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面基本上垂直于输入轴。
实施方案19：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面基本上垂直于输出表面。
实施方案20：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导的光沿着从输入表面到输出表面的光学路径传播，沿着整个光学路径的一体式光耦合单元的折射率大于一。
实施方案21：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光重定向构件为实心介质，该实心介质具有大于一的折射率。
实施方案22：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入轴和重定向轴之间的角度小于90度。
实施方案23：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入轴和重定向轴之间的角度小于90度。
实施方案24：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入轴和重定向轴之间的角度为111度。
实施方案25：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向中的每个方向小于输入光的第一散度至少1度。
实施方案26：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导并且由环形表面反射的光从环形表面传播到输出表面，反射光具有基本上定位于输出表面处的最小光束尺寸。
实施方案27：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中环形表面通过全内反射来反射所接收的光。
实施方案28：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中环形表面包括布拉格反射器。
实施方案29：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中环形表面包括金属反射器。
实施方案30：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出轴位于第一平面内。
实施方案31：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出表面为基本上平面的。
实施方案32：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出表面基本上垂直于输出轴。
实施方案33：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导的光在输入表面处具有第一光束尺寸并且在输出表面处具有第二光束尺寸，第二光束尺寸大于第一光束尺寸。
实施方案34：根据实施方案33所述的一体式光耦合单元，其中第二光束尺寸是第一光束尺寸的约2倍大。
实施方案35：根据前述实施方案中任一项所述的一体式光耦合单元，其中在光重定向构件内，输入光为发散的并且反射光为会聚的或基本上准直的。
实施方案36：一种连接器组件，包括：
根据前述实施方案中任一项所述的第一一体式光耦合单元，其具有由第一一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据前述实施方案中任一项所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由第二一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第二光学波导，第一一体式光耦合单元的输出表面靠近第二一体式光耦合单元的输出表面并面向所述输出表面，连接器组件被构造成用于使得离开第一光学波导的光在通过第一一体式光耦合单元和第二一体式光耦合单元的光重定向构件传播之后进入第二光学波导。
实施方案37：根据实施方案36所述的连接器组件，其中离开第一光学波导的光传播了第一一体式光耦合单元的输入表面和第二一体式光耦合单元的输入表面之间的第一传播距离，所述传播距离基本上等于第一一体式光耦合单元的焦距与第二一体式光耦合单元的焦距的和的两倍。
实施方案38：根据实施方案36至实施方案37中任一项所述的连接器组件，其中第一一体式光耦合单元的焦距基本上等于第二一体式光耦合单元的焦距。
实施方案39：根据实施方案36至实施方案38中任一项所述的连接器组件，其中第一光学波导包括第一多模光纤并且第二光学波导包括第二多模光纤，其中连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
实施方案40：一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：
用于接收并对准光学波导的波导对准构件；以及
实心的光重定向构件，包括：
输入表面，所述输入表面用于接收来自在波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；
反射表面，所述反射表面用于接收来自输入表面的沿着输入轴传播的光并反射所接收的光，所述反射光沿着不同的重定向轴传播，反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于输入光的第一散度；和
输出表面，所述输出表面用于接收来自反射表面的光并将所接收的光作为离开光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，其中反射表面包括反射涂层，并且其中在没有反射涂层的情况下，来自输入表面的被反射表面接收的光的至少一部分在反射表面处不经历全内反射。
实施方案41：根据实施方案40所述的一体式光耦合单元，其中反射涂层包含金属。
实施方案42：根据实施方案40至实施方案41中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向不与输入轴平行。
实施方案43：根据实施方案41至实施方案42中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向与输入轴平行。
实施方案44：根据实施方案40至实施方案43中任一项所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于输入表面的输入面。
实施方案45：根据实施方案40至实施方案44中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器包括不同于输出表面的输出面。
实施方案46：根据实施方案40至实施方案45中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器是阴阳同体的。
实施方案47：根据实施方案40至实施方案46中任一项所述的一体式光耦合单元，其中波导对准构件包括沿着用于接收并对准光学波导的沟槽方向延伸的沟槽。
实施方案48：根据实施方案47所述的一体式光耦合单元，其中沟槽方向平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
实施方案49：根据实施方案40至实施方案48中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导包括光纤。
实施方案50：根据实施方案49所述的一体式光耦合单元，其中波导对准构件包括能够接收光纤的柱形孔。
实施方案51：根据实施方案40至实施方案50中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导为用于600纳米至2000纳米范围内的波长的多模。
实施方案52：根据实施方案40至实施方案51中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导具有圆形横截面轮廓。
实施方案53：根据实施方案40至实施方案52中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导具有多边形横截面轮廓。
实施方案54：根据实施方案40至实施方案53中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导的中心光线沿着光学波导和输入表面之间的中心轴传播，所述中心轴平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
实施方案55：根据实施方案40至实施方案54中任一项所述的一体式光耦合单元，还包括由波导对准构件接收并对准的光学波导，和将光学波导光学耦合至输入表面的折射率配合材料。
实施方案56：根据实施方案40至实施方案45中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面为平面的。
实施方案57：根据实施方案40至实施方案56中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面基本上垂直于输入轴。
实施方案58：根据实施方案40至实施方案57中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面基本上垂直于输出表面。
实施方案59：根据实施方案40至实施方案58中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入轴和重定向轴之间的角度小于90度。
实施方案60：根据实施方案40至实施方案59中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向中的每个方向小于输入光的第一散度至少1度。
实施方案61：根据实施方案40至实施方案60中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导并且由反射表面反射的光沿着从反射表面到输出表面的光学路径传播，所述反射光具有基本上定位于所述输出表面处的最小光束尺寸。
实施方案62：根据实施方案40至实施方案61中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射涂层包括布拉格反射器。
实施方案63：根据实施方案40至实施方案62中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射表面包括环形表面、抛物线形表面、球形表面、双曲线形表面或椭圆形表面。
实施方案64：根据实施方案40至实施方案63中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出轴位于由输入轴和重定向轴形成的第一平面内。
实施方案65：根据实施方案40至实施方案64中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出表面为基本上平面的。
实施方案66：根据实施方案40至实施方案65中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出表面基本上垂直于输出轴。
实施方案67：根据实施方案40至实施方案66中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导的光在输入表面处具有第一光束尺寸并且在输出表面处具有第二光束尺寸，第二光束尺寸大于第一光束尺寸。
实施方案68：根据实施方案67所述的一体式光耦合单元，其中第二光束尺寸是第一光束尺寸的约2倍大。
实施方案69：根据实施方案40至实施方案68中任一项所述的一体式光耦合单元，其中在光重定向构件内，输入光为发散的并且反射光为会聚的或基本上准直的。
实施方案70：一种连接器组件，包括：
根据实施方案40至实施方案69中任一项所述的第一一体式光耦合单元，其具有由第一一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据实施方案40至实施方案69中任一项所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由第二一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第二光学波导，第一一体式光耦合单元的输出表面靠近第二一体式光耦合单元的输出表面并面向所述输出表面，连接器组件被构造成用于使得离开第一光学波导的光在通过第一一体式光耦合单元和第二一体式光耦合单元的光重定向构件传播之后进入第二光学波导。
实施方案71：根据实施方案70所述的连接器组件，其中第一光学波导包括第一多模光纤并且第二光学波导包括第二多模光纤，其中连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
实施方案72：一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：
用于接收并对准光学波导的波导对准构件；和
光重定向构件，所述光重定向构件包括：
输入表面，所述输入表面用于接收来自在波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；
反射表面，所述反射表面用于接收来自输入表面的光作为沿着输出轴传播的入射光并且将入射光反射为沿着不同的重定向轴传播的反射光，反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于输入光的第一散度；和
输出表面，所述输出表面用于接收反射光并将所接收的光作为离开光重定向构件沿着输出轴传播的输出光来传输，其中入射光和反射光之间的角度小于90度。
实施方案73：根据实施方案72所述的一体式光耦合单元，其中入射光和反射光之间的角度小于或等于约60度。
实施方案74：根据实施方案72至实施方案73中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向不与输入轴平行。
实施方案75：根据实施方案72至实施方案74中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向与输入轴平行。
实施方案76：根据实施方案72至实施方案75中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器包括不同于输入表面的输入面。
实施方案77：根据实施方案72至实施方案76中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器包括不同于输出表面的输出面。
实施方案78：根据实施方案72至实施方案77中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学连接器是阴阳同体的。
实施方案79：根据实施方案72至实施方案78中任一项所述的一体式光耦合单元，其中波导对准构件包括沿着用于接收并对准光学波导的沟槽方向延伸的沟槽。
实施方案80：根据实施方案79所述的一体式光耦合单元，其中沟槽方向平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
实施方案81：根据实施方案72至实施方案80中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导包括光纤。
实施方案82：根据实施方案81所述的一体式光耦合单元，其中波导对准构件包括能够接收光纤的柱形孔。
实施方案83：根据实施方案72至实施方案82中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导为用于600纳米至2000纳米范围内的波长的多模。
实施方案84：根据实施方案72至实施方案83中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导具有圆形横截面轮廓。
实施方案85：根据实施方案72至实施方案84中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光学波导具有多边形横截面轮廓。
实施方案86：根据实施方案72至实施方案85中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导的中心光线沿着输入表面和反射表面之间的输入路径传播，输入路径平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
实施方案87：根据实施方案86所述的一体式光耦合单元，其中中心光线由反射表面反射，并且另外沿着反射路径传播到输出表面，反射路径和输入路径形成小于90度的角。
实施方案88：根据实施方案72至实施方案87中任一项所述的一体式光耦合单元，还包括由波导对准构件接收并对准的光学波导，和将光学波导光学耦合至输入表面的折射率配合材料。
实施方案89：根据实施方案72至实施方案88中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面为平面的。
实施方案90：根据实施方案72至实施方案89中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面基本上垂直于输入轴。
实施方案91：根据实施方案72至实施方案90中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入表面基本上垂直于输出表面。
实施方案92：根据实施方案72至实施方案91中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导的光沿着从输入表面到输出表面的光学路径传播，沿着整个光学路径的一体式光耦合单元的折射率大于一。
实施方案93：根据实施方案72至实施方案92中任一项所述的一体式光耦合单元，其中光重定向构件为实心介质，该实心介质具有大于一的折射率。
实施方案94：根据实施方案72至实施方案93中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输入轴和重定向轴之间的角度小于90度。
实施方案95：根据实施方案72至实施方案94中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向中的每个方向小于输入光的第一散度至少1度。
实施方案96：根据实施方案72至实施方案95中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导并且由反射表面反射的光沿着从反射表面到输出表面的光学路径传播，所述反射光具有基本上定位于输出表面处的最小光束尺寸。
实施方案97：根据实施方案72至实施方案96中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射表面包括环形表面、抛物线形表面、球形表面、双曲线形表面或椭圆形表面。
实施方案98：根据实施方案72至实施方案97中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射表面通过全内反射来反射所接收的光。
实施方案99：根据实施方案72至实施方案98中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射表面包括布拉格反射器。
实施方案100：根据实施方案72至实施方案99中任一项所述的一体式光耦合单元，其中反射表面包括金属反射器。
实施方案101：根据实施方案72至实施方案100中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出轴位于由输入轴和重定向轴形成的第一平面内。
实施方案102：根据实施方案72至实施方案101中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出表面为基本上平面的。
实施方案103：根据实施方案72至实施方案102中任一项所述的一体式光耦合单元，其中输出表面基本上垂直于输出轴。
实施方案104：根据实施方案72至实施方案103中任一项所述的一体式光耦合单元，其中离开由波导对准构件接收并对准的光学波导的光在输入表面处具有第一光束尺寸并且在输出表面处具有第二光束尺寸，第二光束尺寸大于第一光束尺寸。
实施方案105：根据实施方案104所述的一体式光耦合单元，其中第二光束尺寸是第一光束尺寸的约2倍大。
实施方案106：根据实施方案72至实施方案105中任一项所述的一体式光耦合单元，其中在光重定向构件内，输入光为发散的并且反射光为会聚的或基本上准直的。
实施方案107：一种连接器组件，包括：
根据实施方案72至实施方案106中任一项所述的第一一体式光耦合单元，其具有由第一一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据实施方案72至实施方案106中任一项所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由第二一体式光耦合单元的波导对准构件接收并对准的第二光学波导，第一一体式光耦合单元的输出表面靠近第二一体式光耦合单元的输出表面并面向所述输出表面，连接器组件被构造成用于使得离开第一光学波导的光在通过第一一体式光耦合单元和第二一体式光耦合单元的光重定向构件传播之后进入第二光学波导。
实施方案108：根据实施方案107所述的连接器组件，其中第一光学波导包括第一多模光纤并且第二光学波导包括第二多模光纤，其中连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
实施方案109：一种包括配合的第一光学连接器和第二光学连接器的连接器组件，每个光学连接器包括：
具有出射面的多模光学波导；和
一体式光重定向构件，包括：
第一表面，所述第一表面在多模光学波导的出射面处设置并面向所述出射面；
第二表面，所述第二表面设置在在另一个光学连接器的一体式光重定向构件的第二表面处并面向所述第二表面；和
反射表面，所述反射表面用于接收来自第一表面和第二表面中的一个表面的光并朝向第一表面和第二表面中的另一个表面反射所接收的光，其中连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
实施方案110：根据实施方案109所述的连接器组件，其中第一光学连接器和第二光学连接器中至少一个的反射表面为环形表面。
实施方案111：根据实施方案109至实施方案110中任一项所述的连接器组件，其中第一光学连接器和第二光学连接器中的每个的多模光学波导为多模光纤。
实施方案112：根据实施方案109至实施方案111中任一项所述的连接器组件，其中至少一个光学连接器的多模光学波导具有圆形横截面轮廓。
实施方案113：根据实施方案109至实施方案112中任一项所述的连接器组件，其中至少一个光学连接器的多模光学波导具有多边形横截面轮廓。
实施方案114：根据实施方案109至实施方案113中任一项所述的连接器组件，其中第一光学连接器和第二光学连接器中的至少一个的反射表面通过全内反射来反射所接收的光。
实施方案115：根据实施方案109至实施方案114中任一项所述的连接器组件，其中第一光学连接器和第二光学连接器中的至少一个的反射表面包括布拉格反射器。
实施方案116：根据实施方案109至实施方案115中任一项所述的连接器组件，其中第一光学连接器和第二光学连接器中的至少一个的反射表面包括金属反射器。
实施方案117：一种光学组件，包括：
光纤，所述光纤在600nm至2000nm波长范围内为多模并具有出射面并被构造成用于沿着第一光学轴接收或发射光；
环形表面；和
光学收发器，所述光学收发器被构造成用于沿着不同的第二光学轴接收或发射光，光学组件被构造成用于使得从光纤和收发器中的一个传播到光纤和收发器中的另一个的光在环形表面处经历反射，环形表面和由第一光学轴和第二光学轴形成的第一平面的弯曲相交具有曲率半径，环形表面具有在出射面处第一平面中设置的旋转轴和沿着第一光学轴从旋转轴至环形表面测量的焦距，所述焦距小于所述曲率半径。
实施方案118：根据实施方案117所述的光学组件，其中光学收发器包括光学检测器。
实施方案119：根据实施方案117至实施方案118中任一项所述的光学组件，其中光学收发器包括垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。
实施方案120：根据实施方案117至实施方案119中任一项所述的光学组件，其中环形表面通过全内反射来反射所接收的光。
实施方案121：根据实施方案117至实施方案120中任一项所述的光学组件，其中环形表面包括布拉格反射器。
实施方案122：根据实施方案117至实施方案121中任一项所述的光学组件，其中环形表面包括金属反射器。
上述发明内容并非旨在描述本公开的每个所公开的实施方案或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地说明示例性实施方案。
附图说明
在整个说明书中参考了附图，在这些附图中，相似的参考标记表示相似的元件，并且其中：
图1示出了一体式光耦合单元的示意性横截面视图；
图2示出了一体式光耦合单元的示意性横截面视图；
图3A示出了连接器组件的示意性横截面视图；
图3B示出了通过连接器组件的光路的透视示意图；
图4示出了光学组件的示意性横截面视图；
图5A示出了一体式光耦合单元的示意性透视图；以及
图5B示出了连接器组件的示意性透视图。
附图未必按比例绘制。附图中使用的相似标号指示相似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非旨在限制另一附图中用相同标号标记的部件。
具体实施方式
本公开一般涉及单独光学波导、多组光学波导(诸如光纤带)以及可用于连接单独光学波导或多个光纤(诸如，在光纤带缆中)的光纤连接器。具体地，本公开提供一种与多模光学波导一起使用的表现出低插入损耗的有效、紧凑并可靠的光学连接器。该光学连接器包含一体式光耦合单元，其结合光纤对准特征连同光束的重定向和成形。
在以下说明中参考附图，这些附图构成本说明的一部分，并且其中通过举例说明的方式示出。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，可设想并进行其它实施方案。因此，以下的详细说明不应被视为具有限制意义。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物理特性的数值在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。
除非上下文另外明确指明，否则本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有多个指代物的实施方案。除非上下文另外明确指明，否则如本说明和所附权利要求中使用的，术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
空间相关的术语包括但不限于“下面”、“上面”、“在......下面”、“在......下方”、“在......上方”和“在顶部”，如果在本文中使用，则用于便于描述一个元件相对于另一个元件的空间关系。除了图中描绘的和本文所描述的具体取向外，此类空间相关术语涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果附图中所描绘的对象翻转或倒转，则先前描述为在其它元件下方或下面的部分就在那些其它元件上方。
如本文所用，例如当元件、部件或层描述为与另一元件、组件或层形成“一致界面”，或在另一元件、组件或层“上”、“连接到”、“耦合到”或“接触”另一元件、组件或层，其意为直接在......上，直接连接到，直接耦合到或直接接触，或例如居间的元件、部件或层可能在特定元件、部件或层上，或连接到、耦合到或接触特定元件、部件或层。例如当元件、部件或层被称为“直接在另一元件上”、“直接连接到另一元件”、“直接与另一元件耦合”或“直接与另一元件接触”时，则不存在居间的元件、部件或层。
用于多模光纤连接器的先前设计通常使用抛物面反射镜使从光纤发射的光转向并使其大致准直。本发明人已经发现，由于更好地管理像差(具体是慧差)，通过使用适当设计的环形反射镜显著减少插入损耗的出人意料且令人惊奇的结果。具有环形反射镜的连接器套管的制造可以通过用由金刚石机加工或本领域中已知的其它技术制造的模具插入件注塑而获得，并且可产生极大改进的光学波导连接。
在一个具体实施方案中，本公开益处中的一个益处为通过更好的管理像差(具体为慧差)显著减少插入损耗。较早的连接器设计包括例如将反射镜和透镜转向和准直；在一些情况下，平面镜已经与准直透镜组合以扩展输入光束。在一些情况下，连接器设计特征为通常使用抛物面反射镜转向和准直反射镜，其由于与纤芯非零尺寸(通常50μm直径)相关联的慧差而遭受损耗。本公开已经证明，使用以“4f”设计(即，通过连接器的路径长度为环形反射镜的焦距的四倍，如在别处描述)的环形反射镜可显著减少由于慧差和像散引起的损耗。
在一个方面，环形反射镜的几何结构可以描述为如在别处描述的圆弧的旋转表面。旋转轴穿过焦点并平行于准直的反射光束。圆弧的中心定位于将通过沿着光纤轴来自源极的光线和来自反射镜光线的反射形成的角度平分的线上。
给定在具有点源的光学波导内的光源，抛物面反射镜可以用于提供零损耗连接器(原则上)。然而，给定在通常光学连接器中的相对大的多模芯(通常50微米直径)，成角度反射可产生像散和慧差。我们已经发现本文中所描述的环形设计提供比使用抛物面反射镜的连接器所预期的显著更低的插入损耗。在一个具体实施方案中，使用抛物面反射镜的插入损耗为0.53dB(11.6％)，而使用环形反射镜的插入损耗为0.36dB(8.0％)。
在一个具体实施方案中，反射表面可以诸如通过在光重定向构件中模制或浇铸特征结构，并且可具有表面，该表面在一定角度处可以对准于光学波导的光学轴的表面。在一些情况下，所述反射表面可以为弯曲的反射元件，诸如环形反射镜、抛物线形反射镜、球形反射镜、双曲线形反射镜、椭圆形反射镜等等，以使得不必需要另外的聚焦光学装置。在一些情况下，可以优选环形反射表面。在一些情况下，所述反射表面可涂覆有反射材料(诸如，金属或金属合金，或多层干涉反射器诸如布拉格反射器)以将光重定向。在一些情况下，反射表面可相反地能够进行全内反射(TIR)以有利于将光重定向。
重定向元件可以包裹在连接器外壳中，所述连接器外壳可提供对光缆的支承、确保连接器元件的互锁部件对准并提供保护以免受环境影响。此类连接器外壳是本领域中众所周知的，并且可包括(例如)对准孔、配合对准销、舌片和沟槽等等。相同的连接元件可以用于多种连接配置中。所述连接元件也可以用于使用板装式对准环将光纤接合到光学装置(诸如VCSEL和光电探测器)。应当理解，虽然本文中提供的公开内容描述在一个方向上移动穿过光纤和连接器的光，但本领域的技术人员应了解，光也可以在相反方向上移动穿过连接器，或者可以是双向的。
在一个具体实施方案中，本文中限定的独特界面可用于实现高性能计算机、服务器或路由器内的内部联接。也可以设想关于配接到光学背板的其它应用。连接元件的突出特征中的一些可包括：模制(或浇铸或机加工)部件，其具有大体平面的配合表面，和在配合表面内的凹陷区域(袋)；可用于对准光纤的光纤对准特征；以及反射表面，其使来自每个光纤的光束重定向以使得光束垂直于配合表面。机械对准特征结构有利于两个连接元件的对准，以使得它们的配合表面接触并且其光学路径对准。
在一些情况下，光重定向特征结构可使来自光纤的光束准直。一般来讲，由于光束一般会在准直时得到扩展，这使得连接不太易受外来材料(诸如灰尘)所致的污染影响，因此被准直光束可用于实现光纤到光纤连接。在一个具体实施方案中，光重定向特征结构可相反地将光束聚焦，以便形成靠近配合表面平面的光束尺寸的最小值。一般来讲，由于光束可以被集中到较小的区域以配合装置的发射或接收区域，因此被聚焦光束可用于实现光纤到电路连接，诸如到设置在电路板上的检测器、发射器或其它有源装置的电路连接。在一些情况下，尤其是对于光纤到光纤连接而言，由于被准直光束对于灰尘和其它污染而言更稳固，并且也提供更好的对准公差，因此光束的准直可以为优选的。
在一个具体实施方案中，可以使用波导对准特征结构使光纤对准，诸如在一体式光耦合单元中的模制v形沟槽内，其中所述v形沟槽平行于配合表面；然而，并非在所有情况下对准都需要v形沟槽。如本文所述，包括任选的平行v形沟槽，但应当理解，用于光纤的对准和固定的其它技术也将是可以接受的。此外，在一些情况下，例如当光学波导是聚合物波导时，v形沟槽可能并不适合，并且其它技术可为优选的。在一些情况下，可相反地通过光纤对准领域中的技术人员已知的任何技术、使用任何适合的波导对准特征结构来实现光学波导和/或光纤的对准。
可使用多种机械特征结构组以对准一对连接元件。一个特征结构组包括：一对精确定位的孔洞，其中放置有对准销，类似于针对MT套管使用的对准技术。在一个具体实施方案中，如果孔洞直径和位置类似于MT连接器的直径和位置，则本文所描述的连接元件中一个可(用一组适当的重定向元件)与MT套管互相配合。
图1示出根据本公开的一个方面的在光学连接器中使用的一体式光耦合单元100的示意性横截面视图。在图1中呈现的横截面视图为XYZ笛卡尔坐标系的XZ平面，使得XZ平面穿过光学波导120的中心轴122，所述光学波导由一体式光耦合单元100的连接器外壳110中的波导对准特征结构115接收并对准。光学波导120在波导对准特征结构115内被接收并对准，使得光学波导出射面124面向设置在连接器外壳110中的光重定向构件130的输入表面132。在一些情况下，光重定向构件130可包括对于从光学波导输入的光波长是透明的实心介质，并且具有大于一的折射率。在一些情况下，光学波导出射面124可以紧邻光重定向构件130的输入表面132；然而，在一些情况下，折射率配合材料可以设置在它们之间，将光学波导120光学耦合到输入表面132。在一些情况下，光重定向构件130可以是在连接器外壳110中形成的中空空腔。
光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，该配合方向不与中心轴122平行。为了易于实现该配合，连接器外壳110还包括配合表面112和对准特征结构114、对准特征结构116。对准特征结构114、对准特征结构116使光学连接器内的光重定向构件130的输出表面136与第二光学连接器(未示出)中第二一体式光耦合单元100'或收发器诸如光学检测器或发射器(诸如垂直空腔表面激光发射器(VCSEL))中任一者对准。在一个具体实施方案中，可以形成任选的凹陷配合表面113使得袋160可以靠近输出表面136形成，使得气隙可以形成在输出表面136和邻近的第二光学连接器或收发器之间。在一个具体实施方案中，一体式光耦合单元100可以是阴阳同体的耦合单元，使得第一一体式光耦合单元100与第二一体式光耦合单元100'可以是等同的并且彼此连接，如别处所述。在一个具体实施方案中，输入表面132和输出表面136中的至少一个表面可包括抗反射涂层，并且/或者可以靠近于折射率配合流体。
波导对准构件115可包括沿着用于接收并对准光学波导120的沟槽方向延伸的沟槽，例如在以下专利申请中描述：共同未决的PCT公开号WO2013/048730，其标题为“具有带有耦合到相关联微透镜的交错切割端部的多个光纤的光学连接器(OPTICAL CONNECTOR HAVING APLURALITY OF OPTICAL FIBRES WITH STAGGERED CLEAVED ENDSCOUPLED TO ASSOCIATED MICROLENSES)”；WO2013/048743，其标题为“具有在其主表面上的多个交错光重定向特征结构的光学基底(OPTICAL SUBSTRATE HAVING A PLURALITY OF STAGGEREDLIGHT REDIRECTING FEATURES ON A MAJOR SURFACETHEREOF)”；以及美国专利申请序列号61/652,478，其标题为“光学互连(OPTICAL INTERCONNECT)”(代理人案卷号67850US002，2013年5月14日提交)和61/710,083，其标题为“光学连接器(OPTICALCONNECTOR)”(代理人案卷号70227US002，2013年9月27日提交)在一些情况下，沟槽方向可以平行于中心轴122并且与中心轴122对准。在一些情况下，波导对准构件可替代地包括能够接收并对准可以是光纤的光学波导120的柱形孔(未示出)。
光学波导120可以是包括(例如)光纤的任何波导。在一些情况下，光学波导120为适合于约600纳米至2000纳米范围内的波长的多模光学波导。在一个具体实施方案中，光学波导120可具有圆形横截面轮廓。然而，在一些情况下，光学波导120可替代地具有多边形横截面轮廓。
光重定向构件130包括输入表面132、反射表面134以及输出表面136，所述输入表面用于沿着输入轴142接收来自光学波导120的输入光140，所述反射表面用于将所接收输入光140作为沿着不同的重定向轴152传播的重定向光150来反射，所述输出表面用于接收重定向光150并将重定向光150作为沿着输出轴156传播的输出光155来传输。输入表面132和输出表面136中的至少一个表面可以是平面表面，所述平面表面分别地基本上垂直于输入轴142和重定向轴152。重定向轴152也示出在XYZ笛卡尔坐标系的第一平面(即，XZ平面)内，并且输入轴142和重定向轴152形成在它们之间的重定向角φ。重定向角φ可以是适用于应用的任何期望的角，并且可以是例如大于90度，或约90度，或约80度，或约70度，或约60度，或约50度，或约40度，或约30度，或甚至小于约30度。在图1中示出的一个具体实施方案中，重定向角φ为约90度。在一些情况下，光学波导120的中心轴122可以如图所示与输入轴一致；然而，在一些情况下，光纤可以与输入表面132对准使得输入轴142和中心轴122形成它们之间的角度(未示出)。
输入光和反射光中的每个在两个互相正交的方向上分别发散或会聚。输入光140具有输入轴142和输入边界光144之间的第一散度半角θi，其中第一散度半角θi在约3度至约10度之间，或在约5度至约8度之间或约7度。重定向光150具有第二散度半角θo，所述第二散度半角θo在一些情况下可以为重定向轴152和重定向边界光154之间的会聚半角θo，其中第二散度小于第一散度。在一些情况下，第二散度半角θo小于约5度，或小于约4度，或小于约3度，或小于约2度，或小于约1度。在一些情况下，离开由波导对准特征结构115接收并对准的光学波导120的光沿着从输入表面132到输出表面136的光学路径传播，使得重定向光150具有基本上定位在输出表面136处的最小光束尺寸(例如，横截面)。在一个具体实施方案中，输入光140为发散光束，并且重定向光150为会聚光束或基本上准直的光束。
反射表面134可以是能够将具有第一散度的输入光140重定向至具有小于第一散度的第二散度的重定向光150的任何合适形状的反射器，并且可以是环形表面、抛物线形表面、球形表面、双曲线表面或椭圆形表面，尽管环形表面可以是优选的并且在本文中描述。环形表面134与XZ平面的弯曲相交可以通过具有从半径起点105测量的曲率半径“R”的圆弧134a描述。半径起点105位于将输入轴142和重定向轴152之间的重定向角φ平分的线上。环形表面134另外通过旋转轴106来表征，所述旋转轴设置在XZ平面中并且在焦点107处与中心轴122相交。在一个具体实施方案中，旋转轴106平行于例如如图1所示的重定向轴152。环形表面134通过使圆弧134a围绕旋转轴106(即，在XZ平面外)旋转而产生，使得从焦点107到中心轴122与圆弧134a的交点测量的焦距“f”小于曲率半径“R”，并且可以通过表达式来表征：
R＝(2f/tan{(π–φ)/2})(tan2{(π–φ)/2}+1)1/2
其中，例如，给定重定向角φ＝90度(即，π/2)，则曲率半径“R”通过2f√2或2.828f给出。在一个具体实施方案中，可以设计光重定向构件130输入光和反射光的路径行进从输入表面132到输出表面136的一段组合距离。
反射表面134可以通过包括反射涂层，诸如例如多层干涉反射器诸如布拉格反射器或金属或金属合金反射器而制成为反射性的，这两种反射器均可以适合与光重定向构件130一起使用，所述光重定向构件为如别处所述的实心材料或中空腔。在一些情况下，对于是实心材料的光重定向构件130，反射表面134可替代地使用全内反射(TIR)以反射输入光。为了使TIR有效，一体式光耦合单元100的连接器外壳110可还包括至少部分包围空腔118的内部周边119，其被定位成使得光重定向构件130的反射表面134可以受到保护免于可在反射表面134处抑制TIR的干扰，如本领域技术人员所熟知的。
光重定向构件130可以由任何适合的尺寸稳定的透明材料制作，所述材料包括例如聚合物，诸如聚酰亚胺。在一个具体实施方案中，光重定向构件130可以由尺寸稳定的透明聚酰亚胺材料制造，诸如例如可购自马萨诸塞州皮茨菲尔德市的沙伯基础创新塑料(SABIC Innovative Plastics，Pittsfield MA)的Ultem 1010聚醚酰亚胺。在一些情况下，光学波导120可以以粘合方式固定于波导对准特征结构115中。在一个具体实施方案中，折射率配合凝胶或粘合剂可以插入在光重定向构件130和光学波导120之间。通过消除此区域中的任何气隙，可大大地降低菲涅耳损耗。
图2示出根据本公开的一个方面的在光学连接器中使用的一体式光耦合单元200的示意性横截面视图。图2中所示出的元件200至元件260中的每个对应于图1中所示出的先前已描述的类似编号的元件100至元件160。例如，图2的光学波导220对应于图1的光学波导120等等。在图2中，输入轴242和重定向轴252形成小于90度的重定向角φ'。环形表面234与XZ平面的弯曲相交可以通过具有从半径起点205测量的曲率半径“R”的圆弧234a描述。半径起点205位于将输入轴242和重定向轴252之间的重定向角φ'平分的线上。环形表面234另外通过旋转轴206来表征，所述旋转轴设置在XZ平面中并且在焦点207处与中心轴222相交。在一个具体实施方案中，旋转轴206平行于例如如图2所示的重定向轴252。环形表面234通过使圆弧234a围绕旋转轴206(即，在XZ平面外)旋转而产生，使得从焦点207到中心轴222与圆弧234a的交点测量的焦距“f”小于曲率半径“R”，并且焦距f'、重定向角φ'以及曲率半径R'之间的关系可以通过在别处提供的方程来计算。在图2中，重定向角φ'可以是例如60度，并且输入表面232和输出表面236各自垂直于相应的输入轴242和重定向轴252；然而，输入表面232和输出表面236未彼此垂直对准。
光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，该配合方向不与中心轴222平行。为了易于实现该配合，连接器外壳210包括配合表面212和对准特征结构214、对准特征结构216。对准特征结构214、对准特征结构216使光学连接器内的光重定向构件230的输出表面236与第二光学连接器(未示出)中第二一体式光耦合单元200'或收发器诸如光学检测器或发射器(诸如垂直空腔表面激光发射器(VCSEL))中任一者对准。在一个具体实施方案中，袋260可以邻近输出表面236形成，使得气隙可以形成在输出表面236和邻近的第二光学连接器或收发器之间。在一个具体实施方案中，一体式光耦合单元200可以是阴阳同体的耦合单元，使得第一一体式光耦合单元200与第二一体式光耦合单元200'可以是等同的并且彼此连接，如别处所述。在一个具体实施方案中，输入表面232和输出表面236中的至少一个表面可包括抗反射涂层，并且/或者可以靠近于折射率配合流体。
图3A示出了根据本公开的一个方面的连接器组件300的示意性横截面视图。图3中所示出的元件100至元件160中的每个对应于图1中所示出的先前已描述的类似编号的元件100至元件160。例如，图3的光学波导120对应于图1的光学波导120等等。在图3A中，连接器组件300包括耦合在一起的第一一体式光耦合单元100和第二一体式光耦合单元100'，使得配合表面112、配合表面112'彼此邻近；对准特征结构114和对准特征结构116分别与对准特征结构116'和对准特征结构114'对准；并且第一一体式光耦合单元100的输出表面136靠近于第二一体式光耦合单元100'的输出表面136'并且面向该输出表面。在图3中，第一一体式光耦合单元100和第二一体式光耦合单元100'中的每个为可以彼此附接的阴阳同体的耦合单元。连接器组件300被构造成用于使得离开第一光学波导120的光在通过第一一体式光耦合单元100和第二一体式光耦合单元100'的反射表面134、反射表面134'传播之后进入第二光学波导120'。
离开第一光学波导的光传播第一光重定向构件130的输入表面132和第二光重定向构件130'的输入表面132'之间的第一传播距离(f+f+f'+f')，该传播距离(f+f+f'+f')基本上等于第一一体式光耦合单元的焦距f和第二一体式光耦合单元焦距f'的和的两倍。在一些情况下，第一一体式光耦合单元100的焦距“f”基本上等于第二一体式光耦合单元100'焦距“f'”。在一些情况下，第一光学波导120包括第一多模光纤并且第二光学波导120'包括第二多模光纤，其中连接器组件300在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
图3B示出了根据本公开的一个方面的通过图3A的连接器组件300的光路的透视示意图。在图3B中示出的一个具体实施方案中，第一反射表面134和第二反射表面134'各自为环形反射器134和环形反射器134'。在图3B中，第一光学波导120将从第一环形反射器134反射的第一输入光140作为第一重定向光束150注入。第一重定向光束150穿过第一光重定向构件130的第一输出表面136，并通过第二输出表面136'进入第二光重定向构件130'作为第二重定向光束150'。第二重定向光束150'被第二环形反射器134'反射作为进入第二光学波导120'的第二输入光140'。
图4示出了根据本公开的一个方面的光学组件400的示意性横截面视图。图4中所示出的元件100至元件160中的每个对应于图1中所示出的先前已描述的类似编号的元件100至元件160。例如，图4的光学波导120对应于图1的光学波导120等等。光学组件400包括与光学收发器170连通的一体式光耦合单元100，例如图1中的一体式光耦合单元100，所述光学收发器被构造成用于接收来自一体式光耦合单元100的输出表面136的光或发射该光。
在一个具体实施方案中，光学组件400包括光学波导120，其在600nm至2000nm波长范围内为多模并且具有光学波导出射面124并且被构造成用于沿着输入轴142接收或发射光。光学组件还包括环形表面反射器134和被构造成用于沿着不同的重定向轴152接收或发射光的光学收发器170，光学组件400被构造成用于使得从光学波导120和光学收发器170中的一个传播到光学波导120和光学收发器170中的另一个的光(即，输入光140或重定向光150中任一者)在环形表面反射器134处经历反射，环形表面反射器134和由输入轴142与重定向轴152形成的第一平面(即，XZ平面)的弯曲相交(即，圆弧)134a具有曲率半径R，环形表面反射器134具有设置在第一平面(即，XZ平面)中在光学波导出射面124处的旋转轴106和沿着输入轴142从旋转轴106到环形表面反射器134测量的焦距f，该焦距f小于曲率半径R。
光学收发器170包括可与一体式光耦合单元100的对准特征结构116、对准特征结构114对准的收发器对准特征结构174、收发器对准特征结构176，收发器外壳173，其至少部分封闭可以在任选收发器空腔175内任选地凹陷的收发器元件172。管道177提供收发器元件172与电气部件或光学部件中任一者的通信。在一些情况下，光学收发器可以是光学检测器。在一些情况下，光学收发器可以是光学发射器诸如垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。
图5A示出了根据本公开的一个方面的一体式光耦合单元500的示意性透视图。图5A中所示的元件500至元件530中的每个对应于图1所示的此前已描述的类似编号元件100至元件130。例如，图5的光学波导520对应于图1的光学波导120等等。在图5A中，多个光学波导520由波导对准构件515接收并对准以将来自光学波导的光导向至在连接器外壳510内的光重定向构件530。连接器外壳510包括对准特征结构514、对准特征结构516。
图5B示出了根据本公开的一个方面的连接器组件503的示意性透视图。连接器组件503可以类似于例如在共同未决的美国专利申请序列号61/652,478，标题为“光学互连(OPTICAL INTERCONNECT)”(代理人案卷号67850US002，2013年5月14日提交)中示出的那些多光纤连接器组件，其提供紧凑、可靠的光学互连；然而，本公开的光重定向构件530提供先前未认识到的多光纤连接器组件中的优点。连接器组件503包括根据本公开的一个方面的具有第一一体式光耦合单元500的第一光学连接器501和具有第二一体式光耦合单元500'的第二光学连接器501'。第一一体式光耦合单元500和第二一体式光耦合单元500'中的每个可以是如别处所述的阴阳同体的连接器。第一光学连接器501和第二光学连接器501'可以由第一连接器框架502和第二连接器框架502'保护并支撑，这可使得一体式光耦合单元500、一体式光耦合单元500'中的每个的相应的第一对准特征结构514、第二对准特征结构516和第一对准特征结构514'、第二对准特征结构516'能够更可靠地配合。
多光纤连接器组件中的每个可以适用于使用如本领域熟知的多个连接方案互连，例如另外在以下专利申请中描述：共同未决的PCT公开号WO2013/048730，其标题为“具有带有耦合到相关联微透镜的交错切割端部的多个光纤的光学连接器(OPTICAL CONNECTOR HAVING APLURALITY OF OPTICAL FIBRES WITH STAGGERED CLEAVED ENDSCOUPLED TO ASSOCIATED MICROLENSES)”；WO2013/048743，其标题为“具有在其主表面上的多个交错光重定向特征结构的光学基底(OPTICAL SUBSTRATE HAVING A PLURALITY OF STAGGEREDLIGHT REDIRECTING FEATURES ON A MAJOR SURFACETHEREOF)”；以及美国专利申请序列号61/652,478，其标题为“光学互连(OPTICAL INTERCONNECT)”(代理人案卷号67850US002，2013年5月14日提交)和61/710,083，其标题为“光学连接器(OPTICALCONNECTOR)”(代理人案卷号70227US002，2013年9月27日提交)
以下为本公开的实施方案的列表。
项目1：一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：用于接收并对准光学波导的波导对准构件；以及光重定向构件，包括：输入表面，所述输入表面用于接收来自在所述波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；环形表面，所述环形表面用于接收来自所述输入表面的沿着输入轴传播的光并反射所接收的光，所述反射光沿着不同的重定向轴传播，所述反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于所述输入光的第一散度；和输出表面，所述输出表面用于接收来自所述环形表面的光并将所接收的光作为离开所述光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，所述环形表面和由所述输入轴与重定向轴形成具有一定曲率半径的第一平面的弯曲焦点，所述环形表面具有在所述输入表面处所述第一平面中设置的旋转轴和沿着所述输入轴从所述旋转轴到所述环形表面测量的焦距，所述焦距小于所述曲率半径。
项目2：根据项目1所述的一体式光耦合单元，其中所述旋转轴基本上平行于所述重定向轴。
项目3：根据项目1或项目2所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向不与所述输入轴平行。
项目4：根据项目1至项目3所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向与所述输入轴平行。
项目5：根据项目1或项目4所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于所述输入表面的输入面。
项目6：根据项目1至项目5所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于所述输出表面的输出面。
项目7：根据项目1至项目6所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器是阴阳同体的。
项目8：根据项目1至项目7所述的一体式光耦合单元，其中所述波导对准构件包括沿着用于接收并对准光学波导的沟槽方向延伸的沟槽。
项目9：根据项目8所述的一体式光耦合单元，其中所述沟槽方向平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
项目10：根据项目1至项目9所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导包括光纤。
项目11：根据项目10所述的一体式光耦合单元，其中所述波导对准构件包括能够接收所述光纤的柱形孔。
项目12：根据项目1至项目11所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导为用于600纳米至2000纳米范围内的波长的多模。
项目13：根据项目1至项目12所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导具有圆形横截面轮廓。
项目14：根据项目1至项目13所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导具有多边形横截面轮廓。
项目15：根据项目1至项目14所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的所述光学波导的中心光线沿着所述光学波导和所述输入表面之间的中心轴传播，所述中心轴平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
项目16：根据项目1至项目15所述的一体式光耦合单元，还包括由所述波导对准构件接收并对准的光学波导，和将所述光学波导光学耦合至所述输入表面的折射率配合材料。
项目17：根据项目1至项目16所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面为平面的。
项目18：根据项目1至项目17所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面基本上垂直于所述输入轴。
项目19：根据项目1至项目18所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面基本上垂直于所述输出表面。
项目20：根据项目1至项目19所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导的光沿着从所述输入表面到所述输出表面的光学路径传播，沿着所述整个光学路径的一体式光耦合单元的折射率大于一。
项目21：根据项目1至项目20所述的一体式光耦合单元，其中所述光重定向构件为实心介质，该实心介质具有大于一的折射率。
项目22：根据项目1至项目21所述的一体式光耦合单元，其中所述输入轴和所述重定向轴之间的角度小于90度。
项目23：根据项目1至项目22所述的一体式光耦合单元，其中所述输入轴和所述重定向轴之间的角度大于90度。
项目24：根据项目1至项目23所述的一体式光耦合单元，其中所述输入轴和所述重定向轴之间的角度为111度。
项目25：根据项目1至项目24所述的一体式光耦合单元，其中所述反射光的所述第二散度沿着所述两个互相正交发散方向中的每个方向小于所述输入光的所述第一散度至少1度。
项目26：根据项目1至项目25所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导并且由所述环形表面反射的光从所述环形表面传播到所述输出表面，所述反射光具有基本上定位于所述输出表面处的最小光束尺寸。
项目27：根据项目1至项目26所述的一体式光耦合单元，其中所述环形表面通过全内反射来反射所接收的光。
项目28：根据项目1至项目27所述的一体式光耦合单元，其中所述环形表面包括布拉格反射器。
项目29：根据项目1至项目28所述的一体式光耦合单元，其中所述环形表面包括金属反射器。
项目30：根据项目1至项目29所述的一体式光耦合单元，其中所述输出轴位于所述第一平面内。
项目31：根据项目1至项目30所述的一体式光耦合单元，其中所述输出表面为基本上平面的。
项目32：根据项目1至项目31所述的一体式光耦合单元，其中所述输出表面基本上垂直于所述输出轴。
项目33：根据项目1至项目32所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导的光在所述输入表面处具有第一光束尺寸并且在所述输出表面处具有第二光束尺寸，所述第二光束尺寸大于所述第一光束尺寸。
项目34：根据项目33所述的一体式光耦合单元，其中所述第二光束尺寸是所述第一光束尺寸的约2倍大。
项目35：根据项目1至项目34所述的一体式光耦合单元，其中在所述光重定向构件内，所述输入光为发散的并且所述反射光为会聚的或基本上准直的。
项目36：一种连接器组件，包括：根据项目1至项目35所述的第一一体式光耦合单元，其具有由所述第一一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据项目1至项目35所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由所述第二一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的所述输出表面靠近所述第二一体式光耦合单元的所述输出表面并面向所述输出表面，所述连接器组件被构造成用于使得离开所述第一光学波导的光在通过所述第一一体式光耦合单元和所述第二一体式光耦合单元的所述光重定向构件传播之后进入所述第二光学波导。
项目37：根据项目36所述的连接器组件，其中离开所述第一光学波导的光传播了所述第一一体式光耦合单元的所述输入表面和所述第二一体式光耦合单元的所述输入表面之间的第一传播距离，所述传播距离基本上等于所述第一一体式光耦合单元的所述焦距与所述第二一体式光耦合单元的所述焦距的和的两倍。
项目38：根据项目36或项目37所述的连接器组件，其中所述第一一体式光耦合单元的所述焦距基本上等于所述第二一体式光耦合单元的所述焦距。
项目39：根据项目36至项目38所述的连接器组件，其中所述第一光学波导包括第一多模光纤并且所述第二光学波导包括第二多模光纤，其中所述连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
项目40：一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：用于接收并对准光学波导的波导对准构件；以及实心的光重定向构件，包括：输入表面，所述输入表面用于接收来自在所述波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；反射表面，所述反射表面用于接收来自所述输入表面的沿着输入轴传播的光并反射所接收的光，所述反射光沿着不同的重定向轴传播，所述反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于所述输入光的第一散度；和输出表面，所述输出表面用于接收来自所述反射表面的光并将所接收的光作为离开所述光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，其中所述反射表面包括反射涂层，并且其中在没有所述反射涂层的情况下，来自所述输入表面的由所述反射表面接收的所述光的至少一部分在所述反射表面处不经历全内反射。
项目41：根据项目40所述的一体式光耦合单元，其中所述反射涂层包含金属。
项目42：根据项目40或项目41所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向不与所述输入轴平行。
项目43：根据项目40至项目42所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向与所述输入轴平行。
项目44：根据项目40至项目43所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于所述输入表面的输入面。
项目45：根据项目40至项目44所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于所述输出表面的输出面。
项目46：根据项目40至项目45所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器是阴阳同体的。
项目47：根据项目40至项目46所述的一体式光耦合单元，其中所述波导对准构件包括沿着用于接收并对准光学波导的沟槽方向延伸的沟槽。
项目48：根据项目47所述的一体式光耦合单元，其中所述沟槽方向平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
项目49：根据项目40至项目48所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导包括光纤。
项目50：根据项目41至项目49所述的一体式光耦合单元，其中所述波导对准构件包括能够接收所述光纤的柱形孔。
项目51：根据项目40至项目50所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导为用于600纳米至2000纳米范围内的波长的多模。
项目52：根据项目40至项目51所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导具有圆形横截面轮廓。
项目53：根据项目40至项目52所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导具有多边形横截面轮廓。
项目54：根据项目40至项目53所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的所述光学波导的中心光线沿着所述光学波导和所述输入表面之间的中心轴传播，所述中心轴平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
项目55：根据项目40至项目54所述的一体式光耦合单元，还包括由所述波导对准构件接收并对准的光学波导，和将所述光学波导光学耦合至所述输入表面的折射率配合材料。
项目56：根据项目33至项目55所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面为平面的。
项目57：根据项目40至项目56所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面基本上垂直于所述输入轴。
项目58：根据项目40至项目57所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面基本上垂直于所述输出表面。
项目59：根据项目40至项目58所述的一体式光耦合单元，其中所述输入轴和所述重定向轴之间的角度小于90度。
项目60：根据项目40至项目59所述的一体式光耦合单元，其中所述反射光的所述第二散度沿着所述两个互相正交发散方向中的每个方向小于所述输入光的所述第一散度至少1度。
项目61：根据项目40至项目60所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导并且由所述反射表面反射的光沿着从所述反射表面到所述输出表面的光学路径传播，所述反射光具有基本上定位于所述输出表面处的最小光束尺寸。
项目62：根据项目40至项目61所述的一体式光耦合单元，其中所述反射涂层包括布拉格反射器。
项目63：根据项目40至项目62所述的一体式光耦合单元，其中所述反射表面包括环形表面、抛物线形表面、球形表面、双曲线形表面或椭圆形表面。
项目64：根据项目40至项目63所述的一体式光耦合单元，其中所述输出轴位于由所述输入轴和所述重定向轴形成的第一平面内。
项目65：根据项目40至项目64所述的一体式光耦合单元，其中所述输出表面为基本上平面的。
项目66：根据项目40至项目65所述的一体式光耦合单元，其中所述输出表面基本上垂直于所述输出轴。
项目67：根据项目40至项目66所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导的光在所述输入表面处的具有第一光束尺寸并且在所述输出表面处具有第二光束尺寸，所述第二光束尺寸大于所述第一光束尺寸。
项目68：根据项目67所述的一体式光耦合单元，其中所述第二光束尺寸是所述第一光束尺寸的约2倍大。
项目69：根据项目40至项目68所述的一体式光耦合单元，其中在所述光重定向构件内，所述输入光为发散的并且所述反射光为会聚的或基本上准直的。
项目70：一种连接器组件，包括根据项目40至项目69所述的第一一体式光耦合单元，其具有由所述第一一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据项目40至项目69所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由所述第二一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的所述输出表面靠近所述第二一体式光耦合单元的所述输出表面并面向所述输出表面，所述连接器组件被构造成用于使得离开所述第一光学波导的光在通过所述第一一体式光耦合单元和所述第二一体式光耦合单元的所述光重定向构件传播之后进入所述第二光学波导。
项目71：根据项目70所述的连接器组件，其中所述第一光学波导包括第一多模光纤并且所述第二光学波导包括第二多模光纤，其中所述连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
项目72：一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：用于接收并对准光学波导的波导对准构件；以及光重定向构件，包括：输入表面，所述输入表面用于接收来自在所述波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；反射表面，所述反射表面用于接收来自所述输入表面的光作为沿着输入轴传播的入射光并将所述入射光反射为沿着不同的重定向轴传播的反射光，所述反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于所述输入光的第一散度；和输出表面，所述输出表面用于接收所述反射光并将所接收的光作为离开所述光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，其中所述入射光和所述反射光之间的角度小于90度。
项目73：根据项目72所述的一体式光耦合单元，其中所述入射光和所述反射光之间的所述角度小于或等于约60度。
项目74：根据项目72或项目73所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向不与所述输入轴平行。
项目75：根据项目72至项目74所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向与所述输入轴平行。
项目76：根据项目72至项目75所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于所述输入表面的输入面。
项目77：根据项目72至项目76所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于所述输出表面的输出面。
项目78：根据项目72至项目77所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器是阴阳同体的。
项目79：根据项目72至项目78所述的一体式光耦合单元，其中所述波导对准构件包括沿着用于接收并对准光学波导的沟槽方向延伸的沟槽。
项目80：根据项目79所述的一体式光耦合单元，其中所述沟槽方向平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
项目81：根据项目72至项目80所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导包括光纤。
项目82：根据项目81所述的一体式光耦合单元，其中所述波导对准构件包括能够接收所述光纤的柱形孔。
项目83：根据项目72至项目82所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导为用于600纳米至2000纳米范围内的波长的多模。
项目84：根据项目72至项目83所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导具有圆形横截面轮廓。
项目85：根据项目72至项目84所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导具有多边形横截面轮廓。
项目86：根据项目72至项目85所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的所述光学波导的中心光线沿着所述输入表面和所述反射表面之间的输入路径传播，所述输入路径平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
项目87：根据项目86所述的一体式光耦合单元，其中所述中心光线由所述反射表面反射，并且另外沿着反射路径传播到所述输出表面，所述反射路径和所述输入路径形成小于90度的所述角。
项目88：根据项目72至项目87所述的一体式光耦合单元，还包括由所述波导对准构件接收并对准的光学波导，和将所述光学波导光学耦合至所述输入表面的折射率配合材料。
项目89：根据项目72至项目88所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面为平面的。
项目90：根据项目72至项目89所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面基本上垂直于所述输入轴。
项目91：根据项目72至项目90所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面基本上垂直于所述输出表面。
项目92：根据项目72至项目91所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导的光沿着从所述输入表面到所述输出表面的光学路径传播，沿着所述整个光学路径的一体式光耦合单元的折射率大于一。
项目93：根据项目72至项目92所述的一体式光耦合单元，其中所述光重定向构件为实心介质，该实心介质具有大于一的折射率。
项目94：根据项目72至项目93所述的一体式光耦合单元，其中所述输入轴和所述重定向轴之间的所述角度小于90度。
项目95：根据项目72至项目94所述的一体式光耦合单元，其中所述反射光的所述第二散度沿着所述两个互相正交发散方向中的每个方向小于所述输入光的所述第一散度至少1度。
项目96：根据项目72至项目95所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导并且由所述反射表面反射的光沿着从所述反射表面到所述输出表面的光学路径传播，所述反射光具有基本上定位于所述输出表面处的最小光束尺寸。
项目97：根据项目72至项目96所述的一体式光耦合单元，其中所述反射表面包括环形表面、抛物线形表面、球形表面、双曲线形表面或椭圆形表面。
项目98：根据项目72至项目97所述的一体式光耦合单元，其中所述反射表面通过全内反射来反射所接收的光。
项目99：根据项目72至项目98所述的一体式光耦合单元，其中所述反射表面包括布拉格反射器。
项目100：根据项目72至项目99所述的一体式光耦合单元，其中所述反射表面包括金属反射器。
项目101：根据项目72至项目100所述的一体式光耦合单元，其中所述输出轴位于由所述输入轴和所述重定向轴形成的第一平面内。
项目102：根据项目72至项目101所述的一体式光耦合单元，其中所述输出表面为基本上平面的。
项目103：根据项目72至项目102所述的一体式光耦合单元，其中所述输出表面基本上垂直于所述输出轴。
项目104：根据项目72至项目103所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导的光在所述输入表面处具有第一光束尺寸并且在所述输出表面处具有第二光束尺寸，所述第二光束尺寸大于所述第一光束尺寸。
项目105：根据项目104所述的一体式光耦合单元，其中所述第二光束尺寸是所述第一光束尺寸的约2倍大。
项目106：根据项目72至项目105所述的一体式光耦合单元，其中在所述光重定向构件内，所述输入光为发散的并且所述反射光为会聚的或基本上准直的。
项目107：一种连接器组件，包括根据项目72至项目106所述的第一一体式光耦合单元，其具有由所述第一一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据项目72至项目106所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由所述第二一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的所述输出表面靠近所述第二一体式光耦合单元的所述输出表面并面向所述输出表面，所述连接器组件被构造成用于使得离开所述第一光学波导的光在通过所述第一一体式光耦合单元和所述第二一体式光耦合单元的所述光重定向构件传播之后进入所述第二光学波导。
项目108：根据项目107所述的连接器组件，其中所述第一光学波导包括第一多模光纤并且所述第二光学波导包括第二多模光纤，其中所述连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
项目109：一种连接器组件，包括配合的第一光学连接器和第二光学连接器，每个光学连接器包括：具有出射面的多模光学波导；和一体式光重定向构件，包括：第一表面，所述第一表面设置在所述多模光学波导的所述出射面处并面向所述出射面；第二表面，所述第二表面设置在另一个光学连接器的所述一体式光重定向构件的第二表面处并面向所述第二表面；以及反射表面，所述反射表面用于接收来自所述第一表面和所述第二表面中一个表面的光并朝向所述第一表面和所述第二表面中另一个表面反射所接收的光，其中所述连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
项目110：根据项目109所述的连接器组件，其中所述第一光学连接器和所述第二光学连接器中的至少一个的所述反射表面为环形表面。
项目111：根据项目109或项目110所述的连接器组件，其中所述第一光学连接器和所述第二光学连接器中的每个的所述多模光学波导为多模光纤。
项目112：根据项目109至项目111所述的连接器组件，其中至少一个光学连接器的所述多模光学波导具有圆形横截面轮廓。
项目113：根据项目109至项目112所述的连接器组件，其中至少一个光学连接器的所述多模光学波导具有多边形横截面轮廓。
项目114：根据项目109至项目113所述的连接器组件，其中所述第一光学连接器和所述第二光学连接器中至少一个的所述反射表面通过全内反射来反射所接收的光。
项目115：根据项目109至项目114所述的连接器组件，其中所述第一光学连接器和所述第二光学连接器中的至少一个的所述反射表面包括布拉格反射器。
项目116：根据项目109至项目115所述的连接器组件，其中所述第一光学连接器和所述第二光学连接器中的至少一个的所述反射表面包括金属反射器。
项目117：一种光学组件，包括：光学纤维，其在600nm至2000nm波长范围内为多模并具有出射面并且被构造成用于沿着第一光学轴接收或发射光；环形表面；和光学收发器，其被构造成用于沿着不同的第二光学轴接收或发射光，所述光学组件被构造成用于使得从所述光纤和收发器中的一个传播到所述光纤和收发器中的另一个的光在所述环形表面处经历反射，所述环形表面与由所述第一光学轴和所述第二光学轴形成的第一平面的弯曲相交具有曲率半径，所述环形表面具有在所述出射面处所述第一平面中设置的旋转轴和沿着所述第一光学轴从所述旋转轴至所述环形表面测量的焦距，所述焦距小于所述曲率半径。
项目118：根据项目117所述的光学组件，其中所述光学收发器包括光学检测器。
项119：根据项目117或118所述的光学组件，其中所述光学收发器包括垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。
项目120：根据项目117至项目119所述的光学组件，其中所述环形表面通过全内反射来反射所接收的光。
项目121：根据项目117至项目120所述的光学组件，其中所述环形表面包括布拉格反射器。
项目122：根据项目117至项目121所述的光学组件，其中所述环形表面包括金属反射器。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所用的表示特征结构尺寸、量和物理特性的所有数字应理解为都由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。
本文中引用的所有参考文献及出版物全文以引用方式明确地并入本文中，但能够与本公开直接冲突的部分除外。虽然本文已经举例说明并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开的范围的情况下，可用多种另选和/或等同形式的具体实施来代替所示出的和所描述的具体实施方案。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何调整或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求书及其等同形式的内容限制。

Claims (42)

1.一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：
用于接收并对准光学波导的波导对准构件；以及
光重定向构件，所述光重定向构件包括：
输入表面，所述输入表面用于接收来自在所述波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；
环形表面，所述环形表面用于接收来自所述输入表面的沿着输入轴传播的光并反射所接收的光，所述反射光沿着不同的重定向轴传播，所述反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于所述输入光的第一散度；和
输出表面，所述输出表面用于接收来自所述环形表面的光并将所接收的光作为离开所述光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，所述环形表面和由所述输入轴和重定向轴形成的第一平面的弯曲相交具有曲率半径，所述环形表面具有在所述输入表面处所述第一平面中设置的旋转轴和沿着所述输入轴从所述旋转轴到所述环形表面测量的焦距，所述焦距小于所述曲率半径。
2.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述旋转轴基本上平行于所述重定向轴。
3.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向不与所述输入轴平行。
4.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器被构造成用于沿着配合方向与配合光学连接器配合，所述配合方向与所述输入轴平行。
5.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于所述输入表面的输入面。
6.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器包括不同于所述输出表面的输出面。
7.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学连接器是阴阳同体的。
8.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述波导对准构件包括沿着用于接收并对准光学波导的沟槽方向延伸的沟槽。
9.根据权利要求8所述的一体式光耦合单元，其中所述沟槽方向平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
10.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导包括光纤。
11.根据权利要求10所述的一体式光耦合单元，其中所述波导对准构件包括能够接收所述光纤的柱形孔。
12.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导为用于在600纳米至2000纳米范围内的波长的多模。
13.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导具有圆形横截面轮廓。
14.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光学波导具有多边形横截面轮廓。
15.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的所述光学波导的中心光线沿着所述光学波导和所述输入表面之间的中心轴传播，所述中心轴平行于所述输入轴并与所述输入轴对准。
16.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，还包括由所述波导对准构件接收并对准的光学波导，和将所述光学波导光学耦合至所述输入表面的折射率配合材料。
17.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面为平面的。
18.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面基本上垂直于所述输入轴。
19.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输入表面基本上垂直于所述输出表面。
20.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导的光沿着从所述输入表面到所述输出表面的光学路径传播，沿着所述整个光学路径的一体式光耦合单元的折射率大于一。
21.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述光重定向构件为实心介质，所述实心介质具有大于一的折射率。
22.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输入轴和所述重定向轴之间的角度小于90度。
23.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输入轴和所述重定向轴之间的角度大于90度。
24.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输入轴和所述重定向轴之间的角度为111度。
25.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述反射光的所述第二散度沿着所述两个互相正交发散方向中的每个方向小于所述输入光的所述第一散度至少1度。
26.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导并且由所述环形表面反射的光从所述环形表面传播到所述输出表面，所述反射光具有基本上定位于所述输出表面处的最小光束尺寸。
27.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述环形表面通过全内反射来反射所接收的光。
28.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述环形表面包括布拉格反射器。
29.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述环形表面包括金属反射器。
30.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输出轴位于所述第一平面内。
31.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输出表面为基本上平面的。
32.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中所述输出表面基本上垂直于所述输出轴。
33.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中离开由所述波导对准构件接收并对准的光学波导的光在所述输入表面处具有第一光束尺寸并且在所述输出表面处具有第二光束尺寸，所述第二光束尺寸大于所述第一光束尺寸。
34.根据权利要求33所述的一体式光耦合单元，其中所述第二光束尺寸是所述第一光束尺寸的约2倍大。
35.根据权利要求1所述的一体式光耦合单元，其中在所述光重定向构件内，所述输入光为发散的并且所述反射光为会聚的或基本上准直的。
36.一种连接器组件，包括：
根据权利要求1所述的第一一体式光耦合单元，其具有由所述第一一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据权利要求1所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由所述第二一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的所述输出表面靠近所述第二一体式光耦合单元的所述输出表面并面向所述输出表面，所述连接器组件被构造成用于使得离开所述第一光学波导的光在通过所述第一一体式光耦合单元和所述第二一体式光耦合单元的所述光重定向构件传播之后进入所述第二光学波导。
37.一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：
用于接收并对准光学波导的波导对准构件；以及
实心的光重定向构件，所述实心的光重定向构件包括：
输入表面，所述输入表面用于接收来自在所述波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；
反射表面，所述反射表面用于接收来自所述输入表面的沿着输入轴传播的光并反射所接收的光，所述反射光沿着不同的重定向轴传播，所述反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于所述输入光的第一散度；和
输出表面，所述输出表面用于接收来自所述反射表面的光并将所接收的光作为离开所述光重定向构件的沿着输出轴传播的输出光来传输，其中所述反射表面包括反射涂层，并且其中在没有所述反射涂层的情况下，来自所述输入表面的由所述反射表面接收的所述光的至少一部分在所述反射表面处不经历全内反射。
38.一种连接器组件，包括：
根据权利要求37所述的第一一体式光耦合单元，其具有由所述第一一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据权利要求37所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由所述第二一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的所述输出表面靠近所述第二一体式光耦合单元的所述输出表面并面向所述输出表面，所述连接器组件被构造成用于使得离开所述第一光学波导的光在通过所述第一一体式光耦合单元和所述第二一体式光耦合单元的所述光重定向构件传播之后进入所述第二光学波导。
39.一种在光学连接器中使用的一体式光耦合单元，包括：
用于接收并对准光学波导的波导对准构件；以及
光重定向构件，所述光重定向构件包括：
输入表面，所述输入表面用于接收来自在所述波导对准构件处设置并对准的光学波导的输入光；
反射表面，所述反射表面用于接收来自所述输入表面的光作为沿着输出轴传播的入射光并且将所述入射光作为沿着不同的重定向轴传播的反射光来反射，所述反射光的第二散度沿着两个互相正交发散方向小于所述输入光的第一散度；和
输出表面，所述输出表面用于接收所述反射光并将所接收的光作为离开所述光重定向构件沿着输出轴传播的输出光来传输，其中所述入射光和所述反射光之间的角度小于90度。
40.一种连接器组件，包括：
根据权利要求39所述的第一一体式光耦合单元，其具有由所述第一一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第一光学波导，所述第一一体式光耦合单元与根据权利要求39所述的第二一体式光耦合单元配合，所述第二一体式光耦合单元具有由所述第二一体式光耦合单元的所述波导对准构件接收并对准的第二光学波导，所述第一一体式光耦合单元的所述输出表面靠近所述第二一体式光耦合单元的所述输出表面并面向所述输出表面，所述连接器组件被构造成用于使得离开所述第一光学波导的光在通过所述第一一体式光耦合单元和所述第二一体式光耦合单元的所述光重定向构件传播之后进入所述第二光学波导。
41.一种包括配合的第一光学连接器和第二光学连接器的连接器组件，每个光学连接器包括：
具有出射面的多模光学波导；和
一体式光重定向构件，所述一体式光重定向构件包括：
第一表面，所述第一表面设置在所述多模光学波导的所述出射面处并面向所述出射面；
第二表面，所述第二表面设置在所述另一个光学连接器的所述一体式光重定向构件的所述第二表面处并面向所述第二表面；和
反射表面，所述反射表面用于接收来自所述第一表面和所述第二表面中的一个表面的光并朝向所述第一表面和所述第二表面中的另一个表面反射所接收的光，其中所述连接器组件在600纳米至2000纳米范围内的波长下的光学插入损耗小于0.5dB。
42.一种光学组件，包括：
光纤，所述光纤在600nm至2000nm波长范围内为多模并具有出射面并被构造成用于沿着第一光学轴接收或发射光；
环形表面；和
光学收发器，所述光学收发器被构造成用于沿着不同的第二光学轴接收或发射光，所述光学组件被构造成用于使得从所述光纤和收发器中的一个传播到所述光纤和收发器中的另一个的光在所述环形表面处经历反射，所述环形表面与由所述第一光学轴和所述第二光学轴形成的第一平面的弯曲相交具有曲率半径，所述环形表面具有在所述出射面处所述第一平面中设置的旋转轴和沿着所述第一光学轴从所述旋转轴至所述环形表面测量的焦距，所述焦距小于所述曲率半径。
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