CN109683249A - 含集成光子光模场转换器的光纤连接件、光纤线缆和方法 - Google Patents
含集成光子光模场转换器的光纤连接件、光纤线缆和方法 Download PDFInfo
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Abstract
提供一种光纤连接件，其包括在其中具有沟槽的基体、至少部分地在沟槽中的光纤、定位为接收从光纤输出的光信号的光模场转换器或其他聚焦反射镜和围绕基体和光纤的壳体。
Description
本申请是申请号为201480045169.7、申请日为2014年07月14日、申请人为北卡罗来纳康普股份有限公司、发明名称为“包括集成光子光模场转换器的带连接件光纤线缆和光纤连接件及相关方法”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
根据U.S.C.§119本申请要求于2013年8月13日提交的美国临时专利申请No.61/865,246的优先权，其全部内容完整地并入本文。
背景技术
本发明通常涉及光纤通信系统，且更具体涉及光纤连接件，所述光纤连接件包括光模场转换器和包括这种光纤连接件的带连接件的光纤线缆。
在光信号在光纤上传输时，光纤可以支持一个或多个传播模式，例如取决于光信号的波长和光纤芯部的尺寸(例如直径)。通常，如果光信号的波长固定，光纤支持的传播模式的数量随光纤芯部尺寸的增加而增加。支持用于光信号(具有具体波长)的单传播模式的光纤称为“单模光纤”。对具体波长的光信号支持的传播模式数量不多于数个传播模式(例如2-5)的光纤被称为“少模光纤"。针对本申请的目的，术语“少模光纤”是指对具体波长支持五个或更少传播模式，且具体涵盖单模光纤。类似地，术语“多模光纤”是指针对具体波长支持多于五个的传播模式。多模光纤通常支持数十或数百传播模式。被具体光纤支持的传播模式数量取决于在光纤上传输的光信号的波长，且由此光纤可以操作为用于第一波长范围的单模光纤，用于第二波长范围的少模光纤，和用于第三波长范围的多模光纤。
称为“截止波长”是指用于具体光纤的波长，在该波长下光纤将从操作为单模光纤改变为支持至少两个传播模式的少模光纤。因为光纤通常设计为在具体波长下承载光信号，光纤通常被称为“多模光纤”或“单模光纤”，而不涉及具体光信号波长(如光纤的目的用途所指的波长)。通过例子的方式，附接到光纤的光发送器(一个或多个)将通常被设计为以单个波长或在窄波长范围内传输光信号，且因此这些光发送器(一个或多个)限定了允许确定光纤所支持的传播模式数量的波长。
垂直腔面发射激光器(ertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)是可以用于在光纤上产生和传输光信号的激光器类型。VCSEL广泛用于在多模光纤上传输光信号，所述多模光纤通常称为“多模VCSEL”。多模VCSEL 可直接耦合多模光纤，而不需要对准光结构。因为对准光结构不需要，所以多模VCSEL可支持高数据速率光通信以相对较低的成本用于短距离应用，例如许多企业应用。尽管单模光纤比多模光纤便宜的多，但是对准结构的耦合损失和/或成本通常使其不利于针对许多短距离应用使用单模光纤。
多模VCSEL通常设计为以约850nm的波长传输光信号，其是通常用于多模光通信的波长。多模VCSEL和多模光纤在”企业“应用中通常用于短距离通信(例如600米或更短)，例如在办公建筑或校园中的通信，这是因为与使用多模VCSEL相关的成本优点，且因为多模光纤的大芯部直径使得连接简化。通常，这些VCSEL驱动的多模光链路用于以10千兆比特/秒(Gbps)或更高的数据速率传输信号。
光纤的重要特征是距离，在该距离上纤维可支持给定数据速率水平或带宽。不幸的是，多模光信号存在光脉冲传播的问题，其被称为“模态弥散”或“差分模式延迟”(DMD)，这是因经光纤的许多不同传播模式造成的。随着在多模光纤中模态弥散非常快速地形成(在数百米内)，其有效将多模光传输限制为相对短的距离(例如用于典型光数据速率需求的600米或更短的距离)。因而，单模光纤通常用于更长距离的通信，且通常以大约1310nm到1550nm传输。然而，单模光纤会要求使用更昂贵的收发器、对准光结构和其他设备。当前产业趋势是通过降低多模光纤链路的长度来支持增加数据速率(带宽)需求，以便避免与使用单模光纤相关的成本增加。然而，在更大的企业设施，例如校园、数据中心，大办公室建筑等，对光纤链路长度的这些限制使得其在一些情况下更难以或过于昂贵而不能使用多模光纤，或排除了这种多模光纤链路的使用。
发明内容
依据本发明的实施例，提供光纤连接件，其包括具有沟槽的基体。光纤至少部分地定位在沟槽中。光模场转换器定位为接收从光纤输出的光信号。壳体围绕基体和光纤。
在一些实施例中，光模场转换器还可至少部分地位于基体中的沟槽中。在一些实施例中，沟槽的至少一部分可具有大致U形横截面、大致V形横截面或大致半圆形横截面。光模场转换器可配置为将通过光纤输出的第一光场扩展为第二更大面积的光场，且配置为将光纤连接件的光场输入/输出端口处接收的第三光场压缩为输入到光纤的第四更小面积的光场。
在一些实施例中，光模场转换器可以包括凹面镜或全息布喇格光栅反射镜。沟槽可延伸超过光纤的端部，且可包括反射性侧壁，所述反射性侧壁配置为接收从光纤输出的光或被光模场转换器反射的光。光纤可以是光纤尾纤。光纤连接件可以设置为与包括第二光纤、至少一个强度构件和套的光纤线缆组合。在这种实施例中，光纤尾纤可以熔接到第二光纤，且光纤连接件可以安装在或部分地位于光纤线缆中，以提供带连接件的光纤线缆。在其他实施例中，光纤可以是光纤线缆的光纤，其进一步包括至少一个强度构件和套，以提供带连接件的光纤线缆。
在一些实施例中，基体可以具有前边缘、后边缘和一对侧边缘，且沟槽的第一端可以在基体的后边缘处且沟槽的第二端可以在基体的侧边缘中之一处。在其他实施例中，沟槽的第一端可以在基体的后边缘处，且沟槽的第二端也可以在基体的后边缘处。沟槽可以包括至少一个弯曲或成角度的部分。在沟槽中的一部分光纤可以限定第一纵向轴线，且其中光纤连接件的光输入/输出端口与第一纵向轴线偏开。
依据本发明的进一步实施例，提供一种光纤连接结构，其具有第一光纤连接件，其具有第一壳体、从第一壳体的后表面延伸的第一光纤和在第一壳体的侧表面中的第一光输入/输出端口。这些光纤连接结构进一步包括第二光纤连接件，其具有第二壳体、从第二壳体的后表面延伸的第二光纤，和在第二壳体的侧表面中的第二光输入/输出端口。第一和第二光纤连接件以并排方式安装且第一和第二光输入/输出端口彼此光连通。
在一些实施例中，第一光纤和第二光纤可以并排定位。第一光纤可以定位在第一基体中的第一沟槽中，所述第一基体安装在第一壳体中，且第二光纤可以定位在第二基体中的第二沟槽中，第二基体安装在第二壳体中，第一光模场转换器可以定位为接收从第一光纤输出的光信号，且第二光模场转换器可以定位为接收光信号和将其传输到第二光纤。第一和第二光纤可以包括用于光信号的少模光纤，且其中光信号作为多模光信号在第一和第二光模场转换器之间经过。第一光模场转换器可以在第一沟槽中且第二光模场转换器可以在第二沟槽中。第一基体可以包括硅，且第一光模场转换器可以至少部分地形成在第一沟槽的侧壁中。
依据本发明的进一步实施例，提供光纤多路复用器/多路分解器，其包括单芯光纤；全息布喇格光栅反射镜，其定位为直接或间接接收单芯光纤的输出；和多个光纤传输介质，其定位为直接或间接地接收通过全息布喇格光栅反射镜输出的多个信号。
在一些实施例中，多个光纤传输介质可以包括多芯光纤的多个芯或可以包括多个额外单芯光纤。多个光纤传输介质每一个可以接收在单芯光纤上被波分复用的多个光信号中的相应一个。
附图说明
图1A-1G是光通信系统的示意性方框图，其可以使用根据本发明实施例的光纤连接件和/或带连接器的光纤线缆。
图2是根据本发明一些实施例的一对带连接器的光纤线缆的端部部分的示意性平面图，其中每一个光纤连接件包括光模场转换器。
图3是包括在图2的带连接器的光纤线缆上的光纤连接件具体实施方式的示意性平面图，其中使用凹面镜实施光模场转换器。
图4是包括在图2的带连接器的光纤线缆上的光纤连接件具体实施方式的示意性平面图，其中使用全息布喇格光栅反射镜实施光模场转换器。
图5是根据本发明一些实施例的一对光纤连接件的示意性平面图，其形成不共线光纤之间的连接。
图6是根据本发明进一步实施例的一对光纤连接件的示意性平面图，其形成不共线光纤之间的连接。
图7是根据本发明一些实施例的一对匹配光纤连接件的示意性平面图，其中通过匹配连接而连接的光纤从匹配光纤连接件的相同侧延伸。
图8是根据本发明进一步实施例的一对匹配光纤连接件的示意性平面图，其中通过匹配连接而连接的光纤从匹配光纤连接件的相同侧延伸。
图9-11是连接光纤的经匹配光纤连接件的示意性平面图，所述光纤限定根据本发明一些实施例的倾斜角度。
图12-13是根据本发明进一步实施例的成对光纤连接件的示意性示意性平面图。
图14是根据本发明进一步实施例的一对光纤连接件的示意性平面图。
图15是根据本发明进一步实施例的一对光纤连接件的示意性平面图，每一个光纤连接件包括平凸透镜光模场转换器。
图16是根据本发明进一步实施例的一对光纤连接件的示意性平面图，每一个光纤连接件包括微透镜或微透镜阵列光模场转换器。
图17是根据本发明进一步实施例的一对光纤连接件的示意性平面图，每一个光纤连接件包括菲涅耳透镜光模场转换器。
图18是根据本发明进一步实施例的一对光纤连接件的示意性平面图，每一个光纤连接件包括多个光纤。
图19A-19D显示了根据本发明实施例的另一多纤光纤连接件。
图20是根据本发明实施例的光纤连接件的示意性平面图，其可以用于连接两个多芯光纤。
图21是根据本发明进一步实施例的光纤连接件的示意性平面图，其可以用于连接两个多芯光纤。
图22是根据本发明实施例的光纤多路复用器/多路分解器的示意性平面图。
图23是根据本发明实施例的另一光纤多路复用器/多路分解器的示意性平面图。
具体实施方式
于2012年8月27日提交的美国专利申请No.13/594,908('908申请)，其通过引用以其全部内容完全合并于本文，其公开了一种光通信系统，其使用光模场转换器来将例如从多模VCSEL或多模光纤接收的相对大面积的光场压缩为面积小得多的光场，这种小光场可以被光耦合到小芯部光纤(例如单模光纤)或光耦合到小的光波导管。上述'908申请中公开的光模场转换器例如使用小形成因素(form factor)、低成本、基于光子的光模场转换器，其可以用基于硅的基体(例如硅、氮化硅、矽土等)制造或用其他材料(例如锗)制造的基体(使用半导体、微机电(MEMS)和/或微机加工(micro-machining)制造和工艺技术)。本文中术语“光子光模场转换器 (photonic optical mode field converter)”用于指用使用半导体工艺、MEMS 和/或微机加工制造和/或工艺技术用晶片或其他基体形成的光模场转换器。大数量的光子光模场转换器可以通过铸造形成在单个基体上，且基体可以随后通过切成小块来提供大量单个光子光模场转换器。'908申请公开了执行光子光模场转换器的各种方式。
依据本发明的实施例，提供光纤连接件，其包括整合的光子(或非光子) 光模场转换器，如包括这种光纤连接件的带连接件的光纤线缆。根据本发明实施例的光纤连接件可以制造在晶片上(其壳体除外)，可以不具有运动部件，且可以不要求使用箍、连结过程、对准步骤和/或纤维抛光(常规的光纤连接件通常需要这些)。如此，这些光纤连接件可具有显著更简单的组装过程，其可显著降低制造光纤连接件和带连接件的光纤线缆的成本。而且，根据本发明实施例的带连接件的光纤线缆和光纤连接件可以使用模场转变，以在连接点附近将小面积光场转换为大面积光场，且随后在连接部的另一侧将大面积光场再转换为回到小面积光场。这允许两个光纤传输路径之间的连接采取大面积光场的形式，其对对准错误、灰尘沾染和会增加光纤连接的耦合损失的其他因素不太敏感，同时仍然允许光信号(例如单模光信号)在大部分光传输路径上的传输。而且，在如上所述的'908申请公开的技术之后，根据本发明一些实施例的带连接件的光纤线缆可以使用便宜的多模VCSEL，以在单模光纤上传输光信号，允许更高的数据速率和/或更长的传输路径。在本发明的其他实施例中，可以使用单模光源(例如光收发器，其包括耦合到分布式反馈光栅(gratings)的激光器，其将具有单个传播模式(或少模)的光信号发射到单模光纤)，且可以沿光通信路径使用光纤线缆，所述光纤线缆具有使用整合的光子光模场转换器实施的连接件，以提供对对准错误、灰尘沾染等不太敏感的连接。
根据本发明的实施例，提供光纤连接件，其包括整合的光子光模场转换器，所述整合的光子光模场转换器形成在例如硅基体、矽土基体、氮化硅基体等这样的基体上。包括硅的基体可以在一些实施例中使用，因为这种基体可被蚀刻、图案化、和/或形成有非常高水平的精度，例如使用光刻、蚀刻和 /或薄膜沉积技术，这些已经针对半导体产业开发。基体包括接收光纤的至少一个沟槽。光子光模场转换器可以至少部分地形成在沟槽中。基体可以安装在壳体中，且壳体可以将光纤保持在沟槽中。在一些实施例中，使用光刻、蚀刻和/或薄膜沉积技术，光子光模场转换器可以制造在沟槽中。光纤的端部可以延伸到壳体外部。在一些实施例中，光纤可以包括光纤尾纤，其例如可以使用热熔接和激光接线而熔接到光纤线缆的光纤。在其他实施例中，光纤可以包括光纤线缆的光纤(即光纤线缆在工厂被制造了连接器，以提供带连接件的光纤线缆)。
在一些实施例中，光子光模场转换器可以用于将具有例如大约50微米直径光场的850nm光信号(从多模光纤(或其他多模光源接收))压缩为具有例如大约5微米直径光场的850nm光信号，该信号可以光耦合到单模光纤上。还可以提供光子光模场转换器，其将具有例如大约5微米直径光场的 850nm光信号扩展为具有例如约50微米直径光场的850nm光信号。
在其他实施例中，光子光模场转换器可以用于扩展/压缩其他波长的光信号，例如单模光信号，其具有约1310nm或约1550nm的波长。在这种实施例中，光子光模场转换器可以用于在例如两个光纤线缆彼此连接的连接点处和/或在配线架(patch panel)和其他连接点处扩展光信号的光场。
应理解，上述实施例是光纤连接件实施方式的简单例子，其包括根据本发明实施例的光子光模转换器，且许多其他应用也是可以，包括上述'908申请中公开的许多应用。
根据本发明实施例的光纤连接件可以代替包括抛光箍的常规光纤连接件。常规光纤连接件通常要求手动精确组装，包括例如连结步骤、对准步骤和抛光步骤，其要求高精确度且其执行会非常昂贵和耗费时间。这些常规连接件还包括运动部件(例如箍)。相反，根据本发明实施例的光纤连接件可以是以铸造构造批量生产的，可以消除一些或所有连结、对准和抛光步骤，且可以不具有运动部件，其会形成更可靠和鲁棒的连接件。
已知用于降低从第一元件输出的光信号光场面积的各种方法，使得光信号可以光耦合到具有小横截面面积的第二元件上。例如，大面积光场可以经过透镜，所述透镜将从第一元件输出的大面积光场聚焦为可以输入到第二元件的小面积光场。作为另一例子，通过第一元件输出的大面积光场可以经过锥形波导管，所述波导管将大面积光场减小到可以输入到第二元件的更小面积光场。不幸的是，这些已知方法会要求第一和第二元件非常准确的对准，且通常具有高的信号耦合损失。因为这些难题，单模光纤通信系统通常使用比多模式VCSEL激光器的聚焦程度高得多的激光器，所述多模式VCSEL 激光器用在多模光纤通信中，且还可以使用透镜以进一步聚焦光信号，以有助于将从光发送器(即激光器)直接而来的光信号耦合到单模光纤上。
上述'908申请公开了光通信系统，其采用光子光模场转换器以将例如从多模光纤或多模式VCSEL(其例如传输830nm到1360nm范围的信号)接收的相对大面积光场压缩为可以例如耦合到少模光纤或小面积高速光电检测器上的很小面积光场。
通过例子的方式，图1A-1E是上述'908申请公开的各种光通信系统的示意性框图。根据本发明实施例的光纤连接件和带连接件的线缆可以用于实施这些光通信系统。
具体说，图1A示出了光通信系统10A，其包括光源10、多模光纤20、光模场转换器30、少模光纤40和小光场光接收器50(例如光接收器，其具有的光电检测面积略微大于单模光纤的横截面面积)。光源10例如可以是半导体激光器或发光二极管。在一些实施例中，光源10可以是包括多模式 VCSEL的光发送器，所述多模式VCSEL传递一定波长的光信号，所述波长为830nm到1360nm的范围，其具有相对大面积的光场，例如具有约25微米到约65微米直径的光场。
光源10可以将大面积光场光信号耦合到多模光纤20的第一端。多模光纤20例如可以包括常规光纤，所述光纤设计为用于850nm光信号，其具有约25微米到约65微米的芯部直径。多模光纤20可以包封在光缆结构，所述光缆结构包括强度构件、缓冲管、线缆套和/或其他常规光纤线缆部件。多模光纤20的第二端可以联接到光模场转换器30。
光模场转换器30可以例如包括'908申请公开的任何光模场转换器。光模场转换器30可以接收通过多模光纤20输出的大面积光场，且可以随后将该大面积光场减小到基本上更小面积的光场(例如小百分之十到百分之一)，且随后将小面积光场耦合到少模光纤40。少模光纤40例如可以包括设计为用于1310nm光信号的常规单模光纤，其具有例如约5微米的芯部直径。少模光纤40可以包封在光缆结构中，所述光缆结构可以包括强度构件、缓冲管、线缆套和/或其他常规光缆部件。在850nm光信号发射到光纤40中时光纤40可以支持少量模式(例如1-4个模式)。少模光纤40可以将从光模场转换器30接收的光信号耦合到小光场光接收器50。小光场光接收器50例如可以包括任何常规光接收器(或收发器)，其能将光信号转换为电信号。光接收器50可以具有小面积光电检测器，其例如在尺寸上基本匹配少模光纤 40的横截面面积。使用这种小面积光电检测器可以允许更快的光电检测。
图1B为与如上所述的光通信系统10A相同的光通信系统10B的示意性方框图，但是光通信系统10A的多模光纤20已经被省略。光通信系统10B 提供用于直接将从多模式VCSEL而来的光信号经由光模场转换器30耦合到单模光纤上的机构。
图1C为另一光通信系统10C的示意性方框图。光通信系统10C与如上所述的光通信系统10B相同，但是(1)光通信系统10C包括第二光模场转换器30-2(第一光模场转换器30在图1C中标记为30-1，以便在第一和第二光模场转换器之间进行区分)，和(2)包括在光通信系统10B中的小光场光接收器50被大光场光接收器60替换。大光场光接收器60例如可以包括光接收器(或收发器)，其设计为从多模光纤接收850nm多模光信号。包括在光通信系统10C中的第二光模场转换器30-2可以用于将通过少模光纤40 输出的小面积光场转换为传递到大光场光接收器60中的光电检测器的大面积光场。通过简单地将现有多模光纤更换为少模光纤40和两个光模场转换器30-1、30-2，光通信系统10C可以例如在已经安装的多模光通信系统中实施。
图1D是与如上所述的光通信系统10A相同的光通信系统10D的示意性方框图，但是光通信系统10D包括两个额外光模场转换器30-2、30-3。第二和第三光模场转换器30-2、30-3的设置允许技术员在进行连接改变时仅露出具有大面积光场的部件。
图1E是与如上所述的光通信系统10D相同的光通信系统10E的示意性方框图，但是光通信系统10D的多模光纤20已经被省略，使得光源10直接耦合到光模场转换器30-1。光通信系统10E提供用于直接使用多模式VCSEL 以用于在单模光纤上通信的机构。
如上所述，根据本发明实施例的光纤连接件和线缆例如可以用在采用单模光收发器的应用中以及采用多模光收发器(例如VCSEL)的应用中。通过例子的方式，图1F-1G是两个额外示例性光通信系统的方框图，其使用根据本发明实施例的光纤线缆。
在图1F的实施例中，光通信系统10F包括光源15，其例如可以是输出非常窄光束光信号的光发送器，例如分布式反馈光栅激光器(distributed feedback grating laser)。光源15可以例如以约1310nm或约1550nm来输出光信号。光通信系统10F进一步包括少模光纤40、光模场转换器30-2、光模场转换器30-3和小光场光接收器50。光模场转换器30-2、30-3可以用于在光纤线缆40和光接收器50之间的连接点处提供大面积光场。
图1G是类似于如上所述光通信系统10F的光通信系统10G的示意性方框图，但是光通信系统10G进一步包括额外少模光纤40和额外一组光模场转换器30-2、30-3。如图1G所示，额外一组光模场转换器30-2、30-3可以用于在两个少模光纤40之间的连接点处提供大面积光场。
依据本发明的实施例，提供光纤连接件，其可以用于实施带连接件的多模光纤线缆、带连接件的单模光纤线缆和带连接件的多模-单模光纤线缆。这些带连接件的光纤线缆例如可以用于实施上述图1A-1G的光通信系统。例如，可以提供一种带连接件的光纤线缆，其包括在包括光模场转换器30-1、 30-2的线缆的一个或两个端部上的光纤连接件和少模光纤40。根据本发明实施例的光纤连接件的部件可以以低成本批量生产，且使用这些光纤连接件的带连接件的线缆比常规带连接件的光纤线缆组装起来成本极大降低。用在根据本发明一些实施例的带连接件的光纤线缆中的光纤连接件可以将光纤直接端接在基体上，所述基体包括光子光模场转换器。半导体和/或MEMS 处理和制造技术可以用于在基体中蚀刻接收光纤的沟槽，和/或以在基体中或上形成光模场转换器，以接收通过光纤输出的光场。光纤的端部部分和基体可以包封在壳体中以形成光纤连接件。光纤连接件可以包括有助于与另一光纤连接件配合的特征。
详细参考图2-19描述本发明的示例性实施例。
图2是根据本发明一些实施例的第一和第二带连接件的光纤线缆的端部部分的示意性平面图。这些带连接件的光纤线缆的所示光纤连接件每一个包括光子光模场转换器。
如图2所示，提供第一和第二带连接件的光纤线缆110-1、110-2。本文中，在多个相同部件被描述且被示出时，它们可以通过其完整附图标记被分别指代(例如带连接件的光纤线缆110-2)，且它们可以通过其附图标记的第一部分被总体指代(例如带连接件的光纤线缆110)。相应光纤连接件120-1、 120-2安装在每一个带连接件线缆110-1、110-2的端部。光纤连接件120-1、120-2可以彼此直接匹配以允许光信号从第一带连接件的光纤线缆110-1达到第二带连接件的光纤线缆110-2。替换地，光纤连接件120-1和120-2可以每一个与适配器结构(未示出)匹配，以允许光信号从第一带连接件的光纤线缆110-1达到第二带连接件的光纤线缆110-2。
通常，每一个带连接件的光纤线缆110将包括在线缆的每一个端部上的光纤连接件120(虽然每一个带连接件的光纤线缆110的仅一个端部在图2 中示出，以简化附图)。在一些实施例中，每一个带连接件的光纤线缆110 的两个光纤连接件120可以相同，但是它们不是必须相同。每一个连接件120 可以包括基体122。在示例性实施例中，基体122可以包括半导体基体，例如硅基体或用含有硅的材料(例如矽土、氮化硅等)形成的基体。然而，应理解，基体122可以用任何合适材料形成，所述材料可以例如使用半导体处理技术、MEMS处理技术和/或微机加工制造技术处理。基体122可以包括“芯片”，其从更大的晶片切割而来。例如，在一些实施例中，硅晶片可以长大并被处理为形成多个基体122。在一些实施例中，可以用单个晶片制备数百或数千基体122。一旦处理完成，则晶片可以沿切线截切或被“切割”以将晶片单分为多个基体122。
如图2所示，每一个基体122可以包括沟槽124。沟槽124例如可以包括半圆沟槽、U形沟槽、V形沟槽124等。光纤150-1或150-2的端部可以定位在沟槽124中。可以例如使用半导体光刻和蚀刻技术将沟槽非常精确地定位在基体上，所述技术用于制造高度集成的半导体装置，例如半导体存储器装置。光纤150在一些实施例中可以干涉配合在沟槽124中。沟槽124可以包括一个或多个止动部或其他纤维对准结构126，其有助于将光纤150的端部定位在距离基体122的边缘精确的距离处和/或以精确角度定位。连接件 120-1、120-2每一个可以包括光场输入/输出端口140，其例如可以位于沟槽 124的第一端，该第一端与接收光纤150的沟槽124的第二端相反。
如图2进一步所示的，每一个基体122可以包括至少一个聚焦反射元件 130。在一些实施例中，聚焦反射元件130可以包括一对光模场转换器130-1、 130-2，其可以实施为光子光模场转换器。如上述'908申请中更详细描述的，各种不同技术可以用于实施光子光模场转换器130-1、130-2，例如包括光子锥形波导、光子晶体或光栅耦合器和光子透镜。通过例如光纤150这样的光源输出的光场可以经过这些光子光模场转换器130-1、130-2，以将光场压缩为更小面积的光场(在沿第一方向经过光子光模场转换器130时)或将光场扩展为更大面积的光场(在沿相反方向经过光子光模场转换器130时)。根据本发明实施例的光纤连接件可以提供简单方便的机构,用于端接光纤，使得光纤的光场被光子光模场转换器精确接收而不需要使用箍、环氧树脂、纤维抛光等(这在常规光纤端接技术中需要使用)。
在一些实施例中，光子光模场转换器130-1、130-2可以至少部分地定位在其相应沟槽124中。这可以提供一种将由光纤150输出的光场引导到光子光模场转换器130上并通过光子光模场转换器130的方便方式。光子光模场转换器130-1、130-2可以使用半导体、MEMS或微机加工制造技术形成在其相应沟槽124中，或可以分别形成且随后定位在沟槽124中或定位在另一位置中，在所述另一位置它们被定位为接收通过相应光纤150-1、150-2输出的光信号。尽管图2未示出，在一些实施例中，一个或多个反射表面可以例如设置在沟槽124的侧壁上。
但是，应理解，尽管在一些实施例中光子光模场转换器130定位在沟槽 124，但是在其他实施例中，光子光模场转换器130可以不位于沟槽124中。例如，在一些实施例中，光子光模场转换器130可以包括锥形波导管，其定位在沟槽124附近且配置为接收从沟槽124中的光纤150输出的光场。在其他实施例中，沟槽124可以设置为相对于基体122的顶部表面成角度，使得一旦光纤150置于沟槽124中，则光纤150的端部朝向基体的顶部表面向上倾斜，使得通过光纤150输出的光场被形成或定位在基体122的顶部表面上的光子光模场转换器130(或被其他元件)接收。
连接件120-1、120-2每一个可以包括光场输入/输出端口140，在该端口处经过光子光模场转换器130的光从连接件输出，或该端口从外部源接收光并将接收的光传递到光子光模场转换器130。在一些实施例中，光场输入/ 输出端口140可以是沟槽124的端部。如进一步在图2所示的，通过第一连接件120-1的光场输入/输出端口140输出的光场可以对准第二连接件120-2 的光场输入/输出端口140。由此，连接件120-1、120-2的光场输入/输出端口140可以布置为面对关系，使得沿带连接件的光纤线缆110-1传递的光信号可以传递到带连接件的光纤线缆110-2。
尽管图2未示出，但是光纤连接件120每一个可以包括壳体结构，其配置为彼此匹配，使得两个连接件120可以连结在一起，使得其光场输入/输出端口140将准确对准。在其他实施例中，连接件120每一个可以具有壳体，所述壳体设计为匹配光纤适配器(未示出)。光纤适配器可以设计为准确对准两个光纤线缆上的连接件，或将光纤线缆的连接件对准光设备(例如 VCSEL、分布式反馈光栅激光器或光接收器)的输出部。
在一些实施例中，端接到每一个连接件120的光纤150可以包括少模光纤(例如大小设置为传输作为单模光信号的850nm光信号的光纤或常规单模光纤)。在这种实施例中，光纤150例如可以每一个具有直径约五微米的芯部。第一光纤连接件120-1中的光子光模场转换器130-1可以包括一结构，其将通过光纤150-1输出的光场扩展为更大面积的光场(例如具有约五十微米直径的光场)。该扩展光场从第一连接件120-1通过光场输入/输出端口140 输出且被第二连接件120-2的光场输入/输出端口140接收。输入到第二连接件120-2的光场随后经过第二连接件120-2的光子光模场转换器130-2，在该处其被压缩为更小面积de光场(例如具有约五微米直径的光场)。第二光纤连接件120-2的光子光模场转换器130-2将该小面积光场引导到光纤150-2 中，所述光纤端接到第二连接件120-2中。以这种方式，第一和第二光纤连接件120-1、120-2提供了用于将第一带连接件的光纤线缆110-1的光纤150-1 上携带的光信号传输到第二带连接件的光纤线缆110-2的光纤150-2上的手段。
如上所述，光子光模场转换器130-1、130-2可以将连接点处的光场从小面积光场扩展为大得多的面积的光场。这可以具有各种优点。例如，如果第一和第二连接件120不完美对准，则从第一连接件120-1输出的一些光将不会达到第二连接件120-2的光场输入/输出端口140，且由此被传递的一部分光信号将在第一和第二带连接件的线缆组件110-1、110-2之间的连接处损失。如果小面积光场(例如具有例如五微米直径的光场)在第一和第二光纤连接件120之间经过，则非常小的对准误差(例如一或两微米的误差)会造成光信号的严重衰减。然而，因为图2的实施例中具有例如五十微米直径的大面积光场在第一和第二光纤连接件120之间经过，所以小的对准误差不会极大地影响光信号，因为仅小量的光信号由于这种对准误差而损失。
作为另一例子，在一部分设备的改变、配线改变等时，第一和第二连接件120可以在现场连接和分离。在现场技师将各种光纤连接件附接和分离时，存在灰尘颗粒或其他颗粒落在端接在这些连接件中的光纤的端部上的危险。典型的灰尘颗粒可以具有例如约一微米的直径，而单模光纤的芯部可例如具有约五微米的直径。因此，如果一个或多个灰尘颗粒落在单模光纤的常规连接结构中的光纤端部上，则这些灰尘颗粒会潜在地阻挡大百分比的光场，由此使得光通信链路变差。然而，通过将连接处点光场直径例如扩展系数十，则光场的面积将扩展系数100。如此，可通过扩展连接点处的光场而极大地减小灰尘颗粒的潜在恶化影响。
图3和4是光纤连接件120-1和120-2的两个示例性实施方式的示意性平面图，所述光纤连接件安装在图2的相应带连接器的光纤线缆110-1、110-2 上。具体说，图3示出了一对光纤连接件120A-1、120A-2(其可用于实施图2的光纤连接件120-1、120-2)，其中光子光模场转换器130实施为凹面镜130A-1、130A-2，而图4示出了一对光纤连接件120B-1、120B-2(其也可用于实施图2的光纤连接件120-1、120-2，其中光子光模场转换器130使用全息布喇格光栅(Holographic Bragg Grating，HBG)反射镜130B-1、130B-2。
如图3所示，第一和第二光纤连接件120A-1、120A-2每一个包括反射凹面镜130A-1、130A-2形式的光子光模场转换器130。这些凹面镜130A-1、 130A-2可以定位在距离相应光纤150-1、150-2端部的预定距离处。在所示实施例中，基体122中的沟槽124可以实施为沟槽124A-1、124A-2，所述沟槽包括相应的成角度部分128A-1、128A-2。如此，每一个沟槽124A-1、 124A-2的仅一部分与光纤150-1、150-2共线，所述光纤被接收在相应沟槽 124A-1、124A-2中。凹面镜130A-1、130A-2可以形成在其相应沟槽124A-1、 124A-2的侧壁上。在一些实施例中，凹面镜130A可以简单地包括沟槽124A 的凹状侧壁，其以具有反射表面的方式被蚀刻出来。在其他实施例中，可以通过使用例如薄膜沉积技术而在其相应沟槽124A的侧壁上沉积第二层来形成每一个凹面镜130A。凹面镜130A-1可以大小设置为至少与被扩张的光场一样大，将在光信号离开第一光纤连接件120A-1的光纤150-1且随光经过从光纤150-1的端部到凹面镜130A-1的距离而扩张时所述光场达到凹面镜上。凹面镜130A-2可以相对于通过光纤150-2输出的被扩张光场类似地设置大小。
接收凹面镜130A-1、130A-2的沟槽124A-1、124A-2的一些部分可以按照容纳凹面镜130A-1、130A-2的需要而被加深和/或加宽。而且，每一个沟槽124A的上壁相对于接收相应光纤150-1、150-2的那部分沟槽124A的纵向轴线成角度，使得沟槽124A-1、124A-2每一个具有相应的成角度的侧壁 129A-1、129A-2。每一个沟槽124A终止于光场输入/输出端口140A。从第一光纤连接件120A-1的光纤150-1输出的光场随其离开光纤150-1而扩展且达到凹面镜130A-1上。镜130A-1将光场作为准直光束以约九十度的角度(在所示实施例中，但是应理解可以使用其他角度)反射，使得光场被引导到成角度的侧壁129A-1上。成角度的侧壁129A-1可以是反射表面，其以约九十度的角度重新引导光场，使得在光场达到第二光纤连接件120A-2的光场输入/输出端口140A的位置，光场通过光场输入/输出端口140A离开沟槽124A-1。
第二光纤连接件120A-2可以与如上所述的第一光纤连接件120A-1相同，且因此接收在第二光纤连接件120A-2的光场输入/输出端口140A中的光场经历如上所述过程的逆向过程。具体说，光场以九十度的角度朝向凹面镜130A-2从成角度的侧壁129A-2反射，所述凹面镜将光场聚焦为小得多的光场且将经聚焦的光场引导到第二光纤连接件120A-2的光纤150-2。
如图4所示，在另一实施例中，图2的光纤连接件120的光子光模场转换器130可以实施为HBG反射镜130B-1、130B-2，所述反射镜包括在一对光纤连接件120B-1、120B-2中。HBG反射镜130B是接收入射光且随后以不同角度反射被接收光的结构，其中反射的角度将基于入射光的波长变化。在图4的实施例中，包括各种不同波长的光的波分复用信号可以从第一光纤连接件120B-1的光纤150-1输出。光纤连接件120B-1的基体122B-1包括沟槽124B-1，所述沟槽具有第一成角度的侧壁128B-1和第二成角度的侧壁 129B-1。第二成角度的侧壁129B-1可以形成为HBG反射镜130B-1或可以具有定位在其上的HBG反射镜130B-1。通过光纤150-1输出的波分复用信号被沟槽124B-1的第一成角度的侧壁128B-1朝向HBG反射镜130B-1反射。 HBG反射镜130B-1定位为相对于第一成角度的侧壁128B-1成一定距离和角度，使得从第一成角度的侧壁128B-1接收的光作为准直光束形式的大面积光场离开HBG反射镜130B-1，所述准直光束通过光输入/输出端口140B 从第一光纤连接件120B-1离开。在第二光纤连接件120B-2中发生逆向过程，使得从第一光纤连接件120B-1接收的大面积光场通过HBG反射镜130B-2 聚焦为小面积光场，且随后被第一成角度的侧壁128B-2引导到第二光纤连接件120B-2的光纤150-2中。
HBG反射镜130B例如可以通过对沟槽124B的侧壁进行蚀刻而形成。在其他实施例中，HBG反射镜130B可以形成为在沟槽124B的侧壁上的光栅。在其他实施例中，HBG反射镜130B可以单独形成和沉积在沟槽124B 中。
尽管图3和4显示了两个例子的光纤连接件120A和120B，其使用具体类型的光子光模场转换器130A、130B，但是应理解这些例子是示例性的且可以代替地使用其他光子光模场转换器或甚至使用非光子光模场转换器。
依据本发明的进一步实施例，提供一种带连接器的光纤线缆，其包括“可叠置”连接件，所述连接件可通过垂直地或水平地堆叠两个线缆的连接件而连接在一起(例如)。图5-10显示了这种带连接器的光纤线缆的示例性实施例。
如图5所示，可提供一对光纤连接件120C-1、120C-2，其被设计为例如以并排方式叠置，以形成连接。第一光纤连接件120C-1包括基体122C-1，所述基体具有形成在其中的沟槽124C-1和定位在沟槽124C-1的一个端部中的光纤150-1。沟槽124C-1的另一端部具有成角度的端壁128C-1，其具有形成在其中或其上的HBG反射镜130C-1。HBG反射镜130C-1可以与参考图4如上所述的HBG反射镜130B-1相同。HBG反射镜130C-1接收从光纤 150-1输出的光场，且将光场作为准直光束引导通过光场输入/输出端口 140C，所述光场输入/输出端口位于基体122C-1的侧壁中。第一光纤连接件 120C-1可以非常类似于参考图4如上所述的光纤连接件120B-1，主要的改变是设置在光纤连接件120B-1中的第二成角度的侧壁129B-1可以在连接件 120C-1中省略，因为光场通过基体122C-1的侧壁输出，这与通过与光纤 150-1相对的基体122C-1的端部输出不同。第二光纤连接件120C-2可以与第一光纤连接件120C-1相同，且因此其进一步讨论将省略。
图6显示了根据本发明进一步实施例的另一对可叠置光纤连接件 120D-1、120D-2。光纤连接件120D可以几乎与图5的光纤连接件120C相同，但是用在光纤连接件120C-1、120C-2中的HBG反射镜130C-1、130C-2 在光纤连接件120D-1、120D-2中被替换为凹面镜130D-1、130D-2。
图7示出了了根据本发明进一步实施例的另一对可叠置光纤连接件 120E-1、120E-2。第一(上)光纤连接件120E-1可以与图5所示的第一连接件120C-1相同。第二(下)光纤连接件120E-2可以几乎与图5的第二光纤连接件120C-2相同，差别仅在于第二光纤连接件120E-2被设计为具有进入光纤连接件120E-2的左手侧的光纤150-2(与光纤连接件120C-2的情况下通过右手侧不同)。
图8显示了根据本发明进一步实施例的一对可叠置光纤连接件120F-1、 120F-2。光纤连接件120F-1、120F-2可以几乎与图7的光纤连接件120E-1、 120E-2相同，但是在光纤连接件120F-1、120F-2中，HBG反射镜130E-1、 130E-2被凹面镜130F-1、130F-2替换。
图9示出了根据本发明实施例的另一对可叠置光纤连接件120G-1、 120G-2，其以九十度的角度连接。第一(上)光纤连接件120G-1可以简单地包括在其中具有沟槽124G-1的基体122G-1。光纤150-1定位在沟槽124G-1 中。第二(下)光纤连接件120G-2可以与图7的第二(下)光纤连接件120E-2 相同。如图9所示，从第二光纤连接件120G-2的光纤150-1输出的光随其离开光纤150-2而扩展且入射到HBG反射镜130G-2上。HBG反射镜130G-2 以约九十度的角度反射光场且使得光场聚焦，使得光场被引导到连接件 120G-1的光纤150-1中。
图10显示了根据本发明进一步实施例的另一对可叠置光纤连接件 120H-1、120H-2。光纤连接件120H-1、120H-2几乎可以与图9的光纤连接件120G-1、120G-2相同，但是光纤连接件120H-1、120H-2中光纤连接件 120G-2的HBG反射镜130G-2被凹面镜130H-2替换。
最后，图11示出了被包括在根据本发明实施例的连接件中的HBG反射镜可以设计为在两个光纤之间以任何选择角度传输光。尽管在图11中示出了两个光纤150-1、150-2进入共用壳体，但是应理解光纤150-1、150-2可以位于分开的壳体中，所述壳体连接为使得光纤将光场引导到HBG反射镜 130I-2上和从HBG反射镜130I-2接收光场。
通过图5-11的光纤连接件120C到120I可以用于将不共线的两个光纤 150-1、150-2光连接。这与常规光纤连接件不同，常规光纤连接件通常将两个光纤线缆的光纤150-1、150-2沿共用轴线对准，使得光可以从第一光纤 150-1传递到第二光纤150-2上。将不共线的两个光纤150-1、150-2光连接的能力可以在某些应用中具有许多优点。例如，在为成对光纤线缆提供连接点的传统光纤配线板、架子、箱柜等中，第一多个光纤线缆通常进入或布置在配线板、架子或箱柜一侧上，且第二多个光纤线缆进入或布置在配线板、架子或箱柜的一侧上。这种结构通常被使用，因为光纤线缆通常具有相关的“弯曲曲率”，其限定了线缆的曲率度，使得线缆可操作的而不损坏其中的光纤和/或没有可以在这些光纤上传输的光信号的传输不可接受地变差。随这些弯曲半径趋于非常大，其通常不适于让要被连接的两光纤线缆从配线板、架子或箱柜的相同侧进入。与这种常规带连接件的光纤线缆相反，包括上述图7和8的光纤连接件120E或120F的带连接器的光纤线缆110可从相同侧进入光纤配线板、架子或箱柜，且可在非常小的空间一起形成180度回路，例如1毫米或更小直径的空间。在许多应用中，不方便的是需要为技术员提供对配线板、架子或箱柜的两侧的操作，且由此根据本发明某些实施例的带连接器的光纤线缆可以有助于使用配线板、架子、箱柜和其他光纤线缆连接结构(其让大部分或所有光纤线缆从结构的相同侧进入)。换句话说，根据本发明实施例的光纤连接件可以允许光通信路径的尖锐弯折，这可通过降低或消除对连接点处或周围的光纤线缆最小曲线半径的任何需要而极大地简化工作。
依据本发明的进一步实施例，可以提供带连接器的光纤线缆，其适用于常规光纤连接件。图12和13示意性地显示了两个这种带连接器的光纤线缆。
具体说，图12示出了根据本发明实施例的一对光纤连接件120J-1、 120J-2。如图12所示，光纤连接件120J-1包括基体122J-1，所述基体具有形成在其上表面中的沟槽124J-1。光纤连接件120J-1包括第一和第二凹面镜 130J-1、130J-1'形式的两个光子光模场转换器130J-1、130J-1'。一起地，第一和第二凹面镜130J-1、130J-1'可以用于让从光纤150-1输出的光场例如进入具有相同尺寸的芯部的光纤线缆。具体说，第一光模场转换器130J-1可以将通过光纤150-1输出的光场扩张，而第二光模场转换器130J-2可以将从光模场转换器130J-1接收的光场聚焦且将被压缩的光场引导到光纤150-2。在图12所示的实施例中，第二光纤连接件120J-2包括具有沟槽124J-2的基体 122J-2，所述沟槽在其中具有光纤150-2。然而，应理解在其他实施例中，光纤连接件120J-2可包括具有安装在箍中的光纤的常规光纤连接件。
图13示出了类似于图12的光纤连接件120J-1、120J-2的一对光纤连接件120K-1、120K-2，但是第一和第二凹面镜130J-1、130J-1'被HBG反射镜 130K-1和沟槽124K-1中的成角度的侧壁128K-1替换，以实现相同效果。
如上所述，依据本发明的实施例，可以提供高精确性的光纤连接件，其可以用于让光纤线缆带有连接件。在一些实施例中，光纤连接件可以分别用线缆制造，且连接件可以制造为具有一个或多个光纤“尾纤(pigtail)”(即短长度的光纤)，其例如延伸到连接件壳体的外部。通过将每一个光纤尾纤融合或以其他方式附接到光纤线缆的相应光纤并将光纤线缆的其他部件(例如线缆套、强度构件等中的一个或多个)连接到连接件壳体，这些光纤连接件可以随后用于端接光纤线缆。在其他实施例中，光缆的光纤可以直接端接到根据本发明实施例的光纤连接件中。根据本发明实施例的光纤连接件可以由此将通常用在常规光纤连接件中的抛光箍(制造昂贵且安装很耗费时间) 替代到铸造制造的基体。根据本发明实施例的光纤连接件也可以不具有任何运动部件，所述运动部件可以使其更可靠且强韧。另外，常规光纤连接件通常需要的抛光步骤和昂贵的手动精确组装操作对于根据本发明实施例的各种光纤来说不是必要的。
根据本发明实施例的连接件可以在工厂设施中使用半导体制造和/或微机加工(micro-machining)技术批量生产。这些技术可以非常精确，因为光刻和微机加工技术现在非常先进，且因此可以为连接件提供精确对准的光纤，与常规光纤连接件相比，所述光纤可以具有更好的公差。因为连接件可批量产生，所以与常规光纤连接件相比，它们可以更快地且更廉价地制造，且产品开发可以更快捷。而且，半导体和MEMS铸造操作是众所周知的、已经成熟的过程，其允许光纤连接件的批量生产快速且相对不昂贵地扩大范围。
在一些实施例中，光模场转换器130可以包括聚焦反射镜。这种聚焦反射镜130的例子是凹面镜，HBG反射镜和数字菲涅耳结构。这些聚焦反射镜130可以形成在将光纤150保持在沟槽124中的基体122。例如使用薄膜沉积技术、溅镀等，例如银材料形成的反射层可以沉积在基体上。聚焦反射镜130可以定位在沟槽124中，所述沟槽124保持光纤150，使得聚焦反射镜130接收、反射和扩展通过光纤150输出的光场(或沿其他方向接收光场，使其聚集或准直，且将其反射到光纤150中)。额外反射元件(例如非聚焦反射的元件)也可以设置在沟槽122中，以沿期望方向引导光场。
引导或操控通过光纤150输出光场的能力允许这样的连接件设计，其可与包括水平并排、垂直、直角、倾斜角度等的各种方位。另外，具有两个经匹配连接件的光纤可以从成对匹配的连接件的相同侧延伸，如图7和8所示。
依据本发明进一步实施例，提供用于光纤线缆的连接件，在其中制造光子光模场转换器，且光子光模场转换器随后定位在基体上或中。基体例如可以包括芯片，所述芯片从晶片切出，所述晶片使用光刻、蚀刻或其他半导体处理技术在半导体处理设施中处理，或包括使用MEMS或微机加工技术处理的芯片。沟槽设置在基体中。在基体中可以切出沟槽，沟槽可以通过沉积层形成，所述层限定沟槽，且具有沟槽的基体可以以单个处理步骤形成。光纤随后定位在沟槽中，使得通过光纤输出的光场传递到光子光模场转换器。包括光子光模场转换器和光纤的基体可以被包封在壳体中，以提供光纤连接件。在一些实施例中，光纤可以是光纤尾纤且该光纤尾纤可以通过融合到光纤线缆的光纤而连结，以提供带连接件的光纤线缆。在其他实施例中，连接件的光纤可以是光纤线缆的光纤的端部部分，其端接到壳体中，以使得光纤线缆带连接件。参考图14-17描述这种光纤连接件和带连接器的光纤线缆的示例性实施例。
具体说，图14是一对带连接器的光纤线缆210-1、210-2的端部部分的示意性平面图。带连接件的光纤线缆210-1包括在其一个端部上的纤维连接件220-1，且带连接件的光纤线缆210-2包括在其一个端部上的纤维连接件 220-2。每一个光纤连接件220包括基体222，在基体222中具有沟槽224中。光纤250定位在每一个沟槽224中。两光纤250可以包括单模光纤、少模光纤或多模光纤。沟槽224例如可以包括V形沟槽、U形沟槽或半圆形沟槽。每一个基体222可以包括空腔232。光模场转换器230可以至少部分地设置在相应空腔232中。
沟槽224和/或空腔232可以经由使用半导体制造技术对基体222进行光刻和蚀刻而形成。如本领域技术人员已知的，例如半导体基体的非常精确的基体蚀刻可使用光刻和蚀刻执行，且由此每一个光纤连接件220上的沟槽 224(其接收光纤250)可以沿横向和垂直方向(图14中分别是y方向和z 方向，其中z方向为进入页面的方向)精确地对准空腔232。一个或多个止动部226可以设置在沟槽224，其可以用于精确地控制光纤250的端部沿纵向方向(图14中的x方向)的位置。
光纤250可以插入到沟槽224，使得光纤250的端部邻接抵靠止动部226。止动部226可以大小设置为使得它们沿纵向对准光纤250的喷涂层和/或光纤 250的包覆层(claddinglayer)，但是使得它们不纵向对准光纤250的芯部。因此，从光纤250的端部输出的光场可以通常不被止动部226阻挡且可以经过沟槽224的其余部分而达到光模场转换器230。
光模场转换器230可以分别从基体222形成，且可以至少部分地置于空腔232中。空腔232和光模场转换器230中之一或两者可以包括对准特征(未示出)，例如侧壁、止动部、端壁等，其可以用于精确地将光模场转换器230 定位在空腔232中的期望位置，使得光模场转换器230接收通过光纤250输出的光信号。光纤连接件120的壳体(未示出)可以用于将光纤250和光模场转换器230保持就位。在一些实施例中，可以设置两个基体222(其可以是相同基体)且光纤250和光模场转换器230捕获在这两个基体222之间。在这种实施例中，每一个基体222可以具有沟槽222和空腔232。连接件壳体可以围绕两个基体222和将它们保持在一起。
光模场转换器230可以接收从光纤连接件220-1的光纤250输出的相对小面积的光场，且将光场扩展为更大面积的光场。光模场转换器230-1可以将光作为准直光束输出。光纤连接件220-2纵向对准连接件220-1，使得通过光模场转换器230-1输出的光场被光纤连接件220-2的光模场转换器230-2 接收。光模场转换器230-2将被接收的光场压缩为更小面积的光场，所述更小面积的光场经过沟槽224达到光纤250-2。在一些实施例中，光纤连接件220-1、220-2的壳体具有有助于精确地纵向对准光纤连接件220-1和220-2 的特征。在其他实施例中，可以设置适配器(未示出)，且每一个光纤连接件220-1、220-2可以匹配适配器，使得适配器用于精确地对准光纤连接件 220-1、220-2。
在一些实施例中，光纤250-1、250-2每一个可以包括单模光纤。光模场转换器230-1、230-2可以用于扩展和压缩光场，使得在连接点处，大面积光场在光纤连接件220-1、220-2之间耦合。如上所述，该方法可以用以降低光耦合损失，所述损失会由于对准错误、灰尘沾染等发生。然而，在其他实施例中，光纤250-1、250-2两者可以包括少模光纤或多模光纤。
应理解，各种光模场转换器230-1、230-2可以用在图14的光纤连接件 220-1、220-2中。图15-17显示了几个示例性实施方式。具体说，图15示出了实施例，其中图14的光模场转换器230-1、230-2例如被实施为平凸透镜，例如Luneberg透镜230A-1、230A-2。图16示出了使用微透镜或微透镜阵列 230B-1、230B-2实施图14的光模场转换器230-1、230-2的实施例。图17 示出了使用微透镜或衍射透镜230C1、230C-2实施图14的光模场转换器 230-1、230-2的实施例。示例性菲涅耳和衍射透镜，其适用于用作光模场转换器230C-1、230C-2，其在2012年8月29日提交的美国专利申请 No.13/612,384中公开，其整个内容通过引用完全合并于此。
在如上所述的实施例中，光纤定位在基体中的沟槽中。光纤可以包括单模光纤、少模光纤或多模光纤。还应理解，这些光纤可以用另一光纤传输介质代替，例如波导管。应理解可以对上述实施例做出许多改变，而不脱离本发明的范围。
还应理解，通常如果图所示的成对光纤连接件的第一光纤连接件包括单模光纤，则第二光纤连接件也包括单模光纤。类似地，如果图所示的成对光纤连接件的第一光纤连接件包括多模光纤，则第二光纤连接件同样将包括多模光纤。然而，应理解在在一些实施例中，光纤连接件中之一可以例如具有单模光纤，而另一光纤连接件具有多模光纤且光纤连接件的设计可以因此改变。
依据本发明的进一步实施例，提供光纤连接件，所述光纤连接件可以用于连接到两个光纤线缆，所述两个光纤线缆每一个包括多个光纤。
例如，图18是根据本发明进一步实施例的一对光纤连接件320-1、320-2 的示意性平面图。光纤连接件320-1、320-2类似于如上所述的各种光纤连接件，主要差异是光纤连接件320-1、320-2每一个包括三个光纤350-1、351-1， 352-1、350-2，351-2、352-2。光纤350-1、351-1，352-1、350-2，351-2、352-2 可以包括单模光纤、少模光纤或多模光纤。每一个光纤连接件320-1、320-2 包括基体322。三个沟槽324设置在每一个基体322中(例如V形沟槽，U 形沟槽或半圆形沟槽)，每一个沟槽324配置为接收光纤350-1、351-1，352-1、 350-2，351-2、352-2中的相应一个中。基体322可以包括一个或多个空腔 332。在所示实施例中，每一个基体包括三个空腔332，但是应理解在其他实施例中可设置小于三个的空腔332。光模场转换器330定位在每一个空腔332 中。沟槽324和/或空腔332例如可以经由使用半导体制造技术对基体322 进行光刻和蚀刻而形成。
光纤350-1、351-1，352-1、350-2，351-2、352-2可以插入到其相应沟槽324中，使得每一个光纤的端部邻接抵靠一个或多个止动部326。包括光模场转换器330的空腔332和/或基体322可以包括对准特征，例如侧壁、止动部、倾斜部、端壁等，其可以用于精确地将光模场转换器330定位在空腔 332中的期望位置处，使得光模场转换器330每一个接收光纤350-1、351-1， 352-1、350-2，351-2、352-2中相应的一个输出的光信号。例如两件式壳体的壳体(未示出)可以用于将光纤350-1、351-1，352-1、350-2，351-2、352-2 和光模场转换器330保持就位。
在一些实施例中，额外成对的孔或沟槽325可以设置在基体322中，在光纤350-1、351-1、352-1，350-2，351-2、352-2的阵列的每一侧上设置一个孔/沟槽325。对准销327可以定位在基体322中之一上的孔/沟槽325中。对准销327可以接收在另一连接件325的相应孔/沟槽325中，其可有助于在连接件匹配时对准两个连接件。例如，图18的连接件320-1、320-2可改变以包括总共十二个光纤，使得每一个连接件可以是MPO连接件。光纤连接件320-1、320-2可以以同样的方式运行为如上所述的连接件120，但是光纤连接件320包括多个光纤。因而，将省略光纤连接件320和其操作的进一步描述。
图19A-19D显示了根据本发明实施例的另一多纤光纤连接件620。如图 19A所示，连接件620可以例如包括基体，例如安装在壳体(未示出)中的硅基体622。多个沟槽624(在所示实施例中为四个沟槽)设置在基体622 中。沟槽624为深V形沟槽。设置空腔632，其与沟槽624光连通。空腔632 可以成形为接收平凸微线阵列630，其包括四个微透镜。光纤650-1到650-4 可以定位在相应沟槽624中。
应理解，形成接收多个光纤(例如12个)的基体可以以小的额外成本执行，因为所有十二个沟槽、反射镜等可使用光刻掩膜和蚀刻同时地形成。由此，可以相对容易且便宜地扩大生产。由此，根据本发明实施例的连接件可以特别用于提供多纤连接件，例如MPO光纤连接件。
依据本发明的进一步实施例，提供光纤连接件，其可以用于连接两个多芯光纤。具体说，图20为根据本发明实施例的一对匹配光纤连接件420-1、 420-2的示意性平面图，其可以用于连接两个多芯光纤。图21为根据本发明进一步实施例的另一对匹配光纤连接件520-1、520-2的示意性平面图，其可以用于连接两个多芯光纤。
如图20所示，连接件420-1、420-2可以匹配在一起。连接件420-1包括基体422，在其中具有沟槽424。光纤450-1定位在沟槽424中。HBG反射镜430-1定位在基体422的前面上。HBG反射镜430-1可以是分别制造的部件，即经连结的基体422，或被定位在基体422中的空腔中。替换地，HBG 反射镜430-1可以例如使用薄膜沉积和光刻和蚀刻技术或经由微机加工而形成在基体422的侧壁上。连接件420-2可以与连接件420-1相同，如此将省略其进一步描述。
连接件壳体(未示出)可以设计为使得，在连接件420-1、420-2匹配在一起时，光纤450-2的端部对准HBG反射镜430-1，且光纤450-1的端部对准HBG反射镜430-2。由此，如图20所示，从光纤450-2输出的光场入射到HBG反射镜430-1。HBG反射镜430-1将光场反射到HBG反射镜430-2，其又将光场反射到光纤450-1中。光纤450-1、450-2的每一个芯部可以承载不同波长的光信号，且HBG反射镜430-1、430-2可以设计为使得通过光纤 450-2的每一个芯部输出的光被传输到光纤450-1的适当相应芯部。
图21示出了另一实施例，其中两个多芯光纤550-1、550-2定位在共用基体522上的沟槽524中，所述共用基体被包封在壳体(未示出)中，以形成光纤连接件520。光纤550-1、550-2可以包括光纤抽头。两个反射表面 528-1、528-2和HBG反射镜530用于将光场从光纤550-1的每一个芯部传递到光纤550-2的相应芯部。
根据本发明的进一步实施例，根据本发明实施例的技术可以用于提供光纤多路复用器(multiplexer)/多路分解器(de-multiplexer)。这种光纤多路复用器/多路分解器的实施例显示在图22和23中。
具体说，图22是与图20的光纤连接类似的光纤连接的示意性平面图。然而在图22的实施例中，图20的多芯光纤线缆450-1被单个芯部的光纤线缆451-1替换。波分复用信号可以在单芯的光纤线缆451-1上传递。HBG反射镜431-1、431-2将在不同点处聚焦波分复用光信号的不同波长光信号。 HBG反射镜431-1、431-2可以设计为使得波分复用光信号的不同波长聚焦到多芯光纤450-2(如图22所示)的不同芯部上或聚焦到分开的单芯光纤的各个芯部。由此，图22的实施例提供光多路复用器/多路分解器，其可以将波分复用光信号在多个不同光路径上进行多路传输。图23示出了相似的实施例，其中携带波分复用光信号的单芯光纤551-1使用HBG反射镜531，以将波分复用光信号中的不同波长光信号多路传输到多芯光纤550-2的分开芯 (或替换地，多路传输到多个单芯光纤)。
尽管本发明的实施例已经如上显示为使用凹面镜和HBG反射镜以形成光子光模场转换器，但是应理解可以使用其他光子光模场转换器。例如在其他实施例中，数字菲涅耳结构可以形成在基体上或中。由此，应理解上述实施例仅仅是示例性的。
由此，依据本发明的实施例，提供的方法可以用于形成包括光子光模场转换器的带连接器的光纤线缆。在这些带连接器的光纤线缆上使用的光纤连接件可以制造在基体上，例如硅晶片，且可以不具有运动部件。用在连接件中的基体可以使用半导体和/或MEMS处理技术以非常低的成本批量生产。连接件的组装可以非常简单，因为光纤可以简单地定位在基体中精确形成的沟槽中且例如使用连接件壳体而锁定就位。根据本发明实施例的连接件可以消除对例如箍和有关结构这种昂贵部件的需要和消除昂贵的组装步骤，例如在常规光纤连接件制造中使用的抛光和环氧树脂连结步骤。
已经参考附图如上描述了本发明的实施例，其中显示了本发明的实施例。但是，本发明可以以许多不同形式实施且不应该被理解为限制到如上所述的实施例。相反，提供这些实施例使得本说明书完整且完全，且能使得本领域技术人员理解本范明的范围。
应理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以如上使用且在权利要求中使用以描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区别。例如，第一元件可被称为第二元件，且类似地，第二元件可被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个列出物品的所有任何和所有组合。
应理解在元件被称为“连接”或“联接”到另一元件，则其可直接连接或联接到另一元件，或可以存在中间元件。相反，在元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，则不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式理解(即“之间”之于“直接在之间”、“邻近”之于“直接邻近”等)。
本文使用的术语仅是用于描述具体实施例的目的且不是要限制本发明。如在本文使用的，单数形式“一”和“该”目的是也包括复数形式，除非在上下文清楚地有其他表示。进一步应理解包括术语“包括”、“包含”、和/或“具有”在本文中使用时是指所说特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在。
除非以其他方式限定，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语) 具有本领域技术人员本领域技术人员所通常理解含义相同的含义。应进一步理解，本文使用的术语应该被理解为具有与本发明的北京和相关领域中的含义一致的含义，且不应理解为理想化或过度正式的含义，除非本文另有限定。
所有实施例可以任何方式和/或组合来组合。
可对优选实施例做出许多改变和修改，而基本不脱离本发明的原理。所有这种改变和修改目的是包含在本发明的范围中，如权利要求所限定的。
Claims (16)
1.一种波长多路复用/多路分解光学设备，包括：
第一基底，具有端接在第一基底的第一面的第一纤维对准特征部，还具有在第一基底的第一面上的第一全息布喇格光栅反射镜；
第二基底，具有端接在第二基底的第二面的第二纤维对准特征部，还具有在第二基底的第二面上的第二全息布喇格光栅反射镜，其中，第二连接器相对于第一连接器保持在固定的空间位置，使得第一全息布喇格光栅反射镜面对第二对准特征部，且第二全息布喇格光栅反射镜面对第一对准特征部；
位于第一对准特征部中的第一光纤，第一光纤具有第一光纤芯部；以及位于第二对准特征部中的多个光纤芯部。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述多个光纤芯部包括多芯光纤中的多个芯部。
3.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述多个光纤芯部包括相应的单芯光纤中的纤维芯部。
4.根据权利要求1所述的光学设备，其中，当波长分解复用光学信号从第一光纤传播至所述设备中时，不同波长的分量光学信号经由第一和第二全息布拉格光栅反射镜引导至多个光纤芯部的相应的光纤芯部。
5.根据权利要求1所述的光学设备，其中，第一光纤对准特征部是第一沟槽，且第二光纤对准特征部是第二沟槽。
6.根据权利要求1所述的光学设备，其中，第一全息布拉格光栅反射镜结合至第一基底的第一面。
7.根据权利要求1所述的光学设备，其中，第一全息布拉格光栅反射镜直接形成在第一基底的第一面上。
8.根据权利要求7所述的光学设备，其中，第一全息布拉格光栅反射镜经由微机加工形成。
9.根据权利要求7所述的光学设备，其中，第一全息布拉格光栅反射镜经由光刻工艺形成，其包括薄膜沉积、光刻和蚀刻。
10.一种波长多路复用/多路分用光学设备，包括：
基底，其在第一侧具有第一纤维对准特征部，并在第二侧具有面对第一纤维对准特征部的第二纤维对准特征部；
第一光纤，其位于第一纤维对准特征部中；
多个光纤芯部，其位于第二纤维对准特征部中；
全息布喇格光栅反射镜，其位于第一和第二纤维对准特征部的侧面；以及
反射镜单元，其位于第一和第二纤维对准特征部之间，用于在所述第一光纤和所述多个光纤芯部之间经由所述全息布拉格光栅反射镜引导光。
11.根据权利要求10所述的光学设备，其中，所述多个光纤芯部包括多芯光纤中的多个芯部。
12.根据权利要求10所述的光学设备，其中，所述多个光纤芯部包括相应的单芯光纤中的纤维芯部。
13.根据权利要求10所述的光学设备，其中，当波长分解复用光学信号从第一光纤传播至所述设备中时，不同波长的分量光学信号经由反射镜单元和全息布拉格光栅反射镜引导至所述多个光纤芯部中相应的光纤芯部。
14.根据权利要求10所述的光学设备，其中，第一光纤对准特征部是第一沟槽，且第二光纤对准特征部是第二沟槽。
15.根据权利要求10所述的光学设备，其中，所述反射镜单元包括位于第一光纤和全息布拉格光栅反射镜之间的光路上的第一反射表面，以及位于所述多个光纤芯部和全息布拉格光栅反射镜之间的光路上的第二反射表面。
16.根据权利要求10所述的光学设备，其中，第一光纤包括纤维光学尾纤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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