帶有多模尾纖的光纖透鏡的製作方法
2023-08-07 15:49:01
專利名稱：帶有多模尾纖的光纖透鏡的製作方法
技術領域：
本發明大致涉及用於在光學部件之間耦合光學信號的光學器件。本發明尤其涉及用於在光學部件之間耦合信號的光纖透鏡以及此種光纖透鏡的製造方法。
背景技術：
在光通信領域中使用各種方法來耦合諸如光纖、雷射二極體和半導體光放大器的光學部件之間的光學信號。一種方法包括光纖透鏡的使用，所述光纖透鏡是一種具有放置在尾光纖一端的透鏡的單片器件。光可以通過透鏡或尾光纖進入或離開光纖透鏡。為有效耦合具有不同模場的光學部件之間的信號，就希望光纖透鏡具有轉換模場的能力，例如從一種大小到另一種大小和/或從一種形狀到另一種形狀。將能夠把圓形模場轉換成橢圓形模場並且反之亦然的光纖透鏡稱為變形器。光纖透鏡的另一個希望性質是能夠將來自尾光纖的光在焦點距離處聚焦成具有需要大小和亮度的光斑。該應用的實例包括將來自寬條狀多模式雷射二極體的光學信號耦合至一光纖，將來自高折射率半導體或介電波導的光學信號耦合至一光纖等等。
希望一種光纖透鏡，該透鏡能夠產生用於較廣的焦點距離的帶有較小光斑大小和所需亮度的聚焦光束。該光纖透鏡能夠變形，從而能夠有效耦合在具有不同模場和縱橫比(即橢圓形)的光學部件之間的信號。
發明內容
在一方面，本發明涉及一種光纖透鏡，該光纖透鏡包括多模光纖以及放置在該多模光纖一端的折射透鏡用以將來自該多模光纖的光束聚焦成衍射限制的光斑。
在另一方面，本發明涉及一種光纖透鏡，該光纖透鏡包括多模光纖、放置在該多模光纖一端的梯度折射率透鏡以及放置在梯度折射率透鏡遠離所述多模光纖的一端的折射透鏡，用以將來自該多模光纖的光束聚焦成衍射限制的光斑。
在另一方面，本發明涉及一種光纖透鏡，該光纖透鏡包括多模光纖、放置在該多模光纖一端的至少一個隔離棒和一個梯度折射率透鏡以及放置在所述梯度折射率透鏡遠離所述多模光纖的一端的折射透鏡，用以將來自該多模光纖的光束聚焦成衍射限制的光斑。
在又一方面，本發明涉及一種製作光纖透鏡的方法，它包括切割第一光纖至期望長度，在所述第一光纖的頂端處形成一光楔，其中該光楔在所述第一光纖的第一平面內具有由雙曲線的漸近線所定義的橫截面形狀，並倒圓該光楔的頂端以形成雙曲形狀。在一個實施例中，可以調整雙曲形狀的曲率半徑以形成具有補償光束曲率的校正因子的近似雙曲形狀。
本發明的這些和其它特徵和優點將通過對本發明下面的詳細說明並結合附圖得到更詳細的論述。
本發明通過實施例結合附圖進行說明，但並不限於附圖中的這些實施例，附圖中相同的編號表示類似的元件，其中圖1A是根據本發明一個實施例的光纖透鏡示意圖。
圖1B是根據本發明另一個實施例的光纖透鏡示意圖。
圖1C是根據本發明一個實施例的GRIN透鏡的橫截面。
圖1D是根據本發明另一個實施例的GRIN透鏡的橫截面。
圖1E是一雙曲透鏡的幾何表示。
圖1F是根據本發明一個實施例的光纖透鏡的側視圖。
圖1G是根據本發明一個實施例的圖1F所示光纖透鏡的頂視圖。
圖1H是根據本發明另一個實施例的圖1F所示光纖透鏡的頂視圖。
圖1I是用於耦合來自寬條狀雷射二極體的光纖透鏡應用的一個實例。
圖2A是平面光束波陣面和發散光束波陣面的幾何表示。
圖2B為對雙曲線的形狀作出的以形成近似雙曲透鏡的變化示意圖。
圖3A到圖3D根據本發明的一個實施例示出了多模尾纖的纖芯和包層的各種形狀。
圖4A示出了具有圖3C所示橫截面的尾光纖的纖維束。
圖4B示出了具有圓形橫截面的尾光纖的纖維束。
圖5A至圖5C根據本發明的一個實施例闡明了製造尾光纖的工藝過程。
圖6A至圖6F根據本發明的一個實施例闡明了製造光纖透鏡的工藝過程。
具體實施例方式
現在將參考一些在附圖中示出的優選實施例詳細描述本發明。在隨後的說明中，闡述了許多細節以提供對本發明的全面理解。但顯而易見的是，本領域普通技術人員無需這些細節的部分或全部就可實現本發明。在其它實例中，將不會細節描述已知的特性和/或過程步驟以防對本發明主題不必要的淡化。在參考了隨後的附圖和討論之後，就能夠更好地理解本發明的特性和優點。
根據本發明，光纖透鏡包括多模尾光纖以及具有雙曲線或近似雙曲線形狀的折射透鏡。雙曲透鏡將準直光束(即具有平面波陣面的光束)會聚成衍射限制光斑而近似雙曲透鏡則把非準直光束會聚成衍射限制光斑。近似雙曲透鏡結合了雙曲透鏡和球面透鏡的功能，使用球面透鏡的功能來補償由光束曲率所引起的畸變。
在如圖1A所示本發明的一個實施例中，光纖透鏡100包括放置在多模尾光纖104一端的折射透鏡102。在如圖1B所示本發明的另一個實施例中，光纖透鏡100還包括在折射透鏡102和多模尾光纖104之間插入的梯度折射率(GRIN)透鏡106。最好將組成光纖透鏡100的各部件熔合在一起以形成一個單片器件。通過仔細控制折射透鏡102的形狀以及GRIN透鏡106和/或多模尾光纖104的多模參數，光纖透鏡100就可生成與來自諸如大面積雷射二極體的光源輸出相匹配的聚焦光斑，從而實現有效的光耦合。
GRIN透鏡106是由GRIN多模光纖製成，所述GRIN多模光纖具有其可受或不受包層110限制的纖芯108。雖然未在附圖中示出，但是GRIN透鏡106可以是錐形的。GRIN透鏡106的纖芯108優選具有沿光軸朝向包層110徑向減小的折射率分布。例如，GRIN透鏡106的折射率分布可以是拋物線型或平方律型。用於GRIN透鏡106是透鏡介質，具有平面端面107和109而不是會產生光彎曲或折射的空氣透鏡界面。當從任一端面107和109觀察時，GRIN透鏡106都具有圓形橫截面形狀或具有適於該目標應用的其他橫截面形狀。在一個實施例中，GRIN透鏡106橫截面形狀的縱橫比範圍在1到10之間。圖1C示出了除具有圓形橫截面形狀的GRIN透鏡106之外，還示出了作為GRIN半徑沿著x和y軸的函數的折射率分布的變化。
回到圖1B，如果GRIN透鏡106的長度是四分之一高跨比，則在所述GRIN透鏡106的端面107處的光束就可以是平面波陣面。另一方面，如果GRIN透鏡106的長度短於或長於四分之一高跨比，則在所述GRIN透鏡106的端面107處的光束就分別是發散或會聚的。由下可得四分之一節距的公式Q=L4=a2((2)1/2)---(1a)]]>其中=(n12-n22)/(2n12)---(1b)]]>其中L為高跨比，n1為GRIN透鏡的纖芯折射率，n2為GRIN透鏡的包層折射率，而Δ是該GRIN透鏡的纖芯和包層之間的相對摺射率差。
可以從具有所需維度和折射率差和分布的GRIN坯料(未示出)中拉制GRIN透鏡106。優選地，所述GRIN透鏡的纖芯直徑在約50至500μm的範圍內，並且其外部直徑在約60至1000μm的範圍內。在與接合到用於光通信系統中光纖相適應的高石英組分中，相對高跨比折射率差值，最好還是在0.5到3％的範圍內。根據本發明，可設計GRIN透鏡106的長度在位於或接近四分之一高跨比處或者可以在需要時不同於四分之一高跨比。根據本發明，可以從相同的坯料中拉制多個具有相同折射率分布的GRIN透鏡。因為所述坯料的折射率分布無需改變，所以可以簡化坯料製造工藝和GRIN透鏡製造工藝。因此，可將相同的坯料用於不同的模式轉換應用。對於不同的應用，可以重新拉制具有不同外部直徑的所述坯料，並且所得的GRIN透鏡可以被切割或劈開至不同的長度以達到不同應用的各種要求。該方法降低了生產成本。
回到圖1A和圖1B，折射透鏡102是由具有可受或不受包層118限制的纖芯116的光纖組成。理想情況下，折射透鏡的纖芯116應當具有均勻折射率，但直接在GRIN透鏡106的一端(如圖1B)或者在多模尾光纖104的一端(如圖1A)上形成折射透鏡102會更加方便，而在此情況下折射透鏡的纖芯116具有非均勻折射率。折射透鏡102具有大致成平面的端面101和曲面103、在一個實施例中，在所述光纖透鏡的至少一個平面內，所述曲面103具有如下表達的雙曲線形狀u2a2-v2b2---(2a)]]>
圖1E為上述表達式的圖形表示。雙曲折射透鏡102為u-v坐標系統中雙曲線的一部分，並且該雙曲線部分的頂點位於u軸的(a，0)處。該雙曲線部分的焦點位於(c，0)，c由下式給出c=a2+b2---(2b)]]>該雙曲線部分包含於兩條漸近線之內，由下式給出bu±av＝0(2c)漸近線的斜率是+b/a和-b/a。漸近線在原點(0，0)處交叉形成具有頂角α的楔形，α由下式給出α＝2tan-1(b/a) (2d)根據Edwards等人的理想雙曲形狀，其正好將入射球面波轉變成平面波，方程(2a)至(2d)中的因子a和b通過下式得到a2=(n2n1+n2)2r22---(3a)]]>b2=(n1-n2n1+n2)r22---(3b)]]>其中n1為雙曲透鏡纖芯部折射率，n2為雙曲透鏡纖芯部周圍介質的折射率，r2為雙曲透鏡頂部的曲率半徑。(Edwards，Christopher A.，Presby，Herman M.，和Dragone，Corrado.「用於雷射器至光纖耦合的理想微透鏡」光波技術期刊，Vol 11，No.2，(1993)252.)具有這樣的雙曲形狀，圖1E中所示的位於平面(1)和(2)處的模場半徑相等，並且在平面(2)處的曲率半徑為無窮大，即在平面(2)處的光束波陣面是平面(二維)的。
回到圖1B，對於所述理想的雙曲線情況，如果GRIN透鏡106的長度是四分之一高跨比，則雙曲折射透鏡102會把來自多模尾光纖104的光束會聚成衍射限制的光斑。在GRIN透鏡106的長度不是四分之一高跨比的情況下，雙曲折射透鏡102將無法把光束會聚成衍射限制的光斑，因為它無法讓所有的光線在光斑處相等。根據本發明的另一個實施例，在GRIN透鏡106的長度不是四分之一高跨比的情況下，使用近似雙曲折射透鏡來產生衍射限制的光斑。對於近似雙曲折射透鏡，折射透鏡102的曲面103具有近似雙曲的分布而非雙曲分布。近似雙曲透鏡結合了雙曲透鏡和球面透鏡的功能以降低剩餘的光束曲率。
近似雙曲透鏡分布可通過計算光學和物理路徑長度的改變以恰當的精度決定，其中所述改變是雙曲分布要補償光束曲率所需作出的。圖2A示出一平面光束波陣面200，它是當該GRIN透鏡長度是或接近四分之一高跨比時產生，以及一發散光束波陣面202，其當GRIN透鏡長度小於四分之一高跨比時產生。與平面光束波陣面200的光學路徑長度相比，發散光束波陣面202的光學路徑長度在離開光軸204的方向減少。作為離光軸204的徑向距離的函數關係的該光學路徑長度差，Lopt(r)，可由下式計算得到Lopt(r)＝R(1-cosφ)(4a)其中φ＝sin-1(r/R) (4b)該物理路徑長度差，Lp(r)，由下式給出Lp(r)=Lopt(r)(n-1)---(4c)]]>其中n為透鏡材料的折射率。
可使用類似於上述的表達式計算在GRIN透鏡長度比四分之一高跨比長，即收斂光束波陣面時的光學路徑長度差異。圖2B示出為了得到近似雙曲線形狀208而對雙曲線形狀206作出改變的示意圖，該近似雙曲線形狀208可將離散的光束波陣面會聚成衍射限制的光斑。應該認識到等式(4a)到(4c)僅提供了一種確定近似雙曲線形狀可能的方法。使用透鏡設計模型可以獲取更為精確的近似雙曲透鏡形狀。
折射透鏡102的形狀由兩條曲線定義，例如圖1F中的曲線C1和圖1G中的曲線C2。曲線C1在y平面內形成，而曲線C2在x平面內形成。優選地，曲線C1和C2大致上相互正交並且在光纖透鏡100的光軸處或附近相交。在圖1F和圖1G中，曲線C1和C2具有相同的雙曲線或近似雙曲線形狀和曲率半徑，並且都定義了一個雙曲面或近似雙曲面。然而本發明不限於由具有相同形狀和曲率半徑的曲線C1和C2定義的折射透鏡102。一般而言，曲線C1和C2的至少一個應該具有雙曲線或近似雙曲線的形狀，而另一個可具有雙曲線或近似雙曲線的形狀或者其他形狀，諸如圓形或平面形狀。圖1H示出了其中曲線C2的曲率半徑和形狀與圖1F中曲線C1不同的實例。曲線C1和C2在曲率和形狀上的不同以及它們大致正交的排列產生了變形透鏡的效果。通過控制折射透鏡102的曲線C1和C2的形狀和曲率，就可控制通過折射透鏡102的光學信號的模場形狀。
回到圖1B，多模尾光纖104具有由包層114限制的纖芯112。在一個實施例中，多模尾光纖104的性質與GRIN透鏡106的性質不同。一般說來，多模尾光纖104在其纖芯直徑、形狀和/或折射率分布上與GRIN透鏡106不同。與GRIN透鏡106相比，多模尾光纖104的纖芯直徑以及纖芯與包層之間的相對摺射率差可較小。此外，多模尾光纖104的折射率分布可以是梯度折射率、階躍折射率或其他合適的分布。多模尾光纖104的完整直徑可小於或大致等於GRIN透鏡106的直徑。多模尾光纖104也可以是錐形的。
考慮在圖1A到圖1G中公開的任何實施例都可包括一附加的隔離棒(未示出)，放置在GRIN透鏡或前或後的多模光纖和折射透鏡之間。這些隔離棒最好是含有棒體的無纖芯石英玻璃的棒體，它可被製成具有任何合適的外部直徑和幾何形狀並且具有均勻或恆定的折射率，這就幾乎沒有或沒有透鏡化特性。在用於透鏡化結構時，這些隔離棒能提供額外的設計靈活性。
所述光纖透鏡的一個應用是將來自多模尾光纖的光耦合至光學器件或者反之亦然。圖1I示出了光纖透鏡100把來自寬條狀多模雷射二極體116的光耦合至尾光纖104的實例。因為在諸如雷射二極體116的光學器件和多模尾光纖104之間存在多種耦合模式，所以一個設計要求是由折射透鏡102的雙曲線或近似雙曲線形狀來支配光纖透鏡100的焦點距離。另一個要求是GRIN透鏡106的纖芯108的直徑等於或大於折射透鏡102頂端處的模場大小。
GRIN透鏡106與折射透鏡102的結合允許極度的變形，例如從圓形光束生成高度橢圓的形狀或者反之亦然。這在與其發射區尺寸諸如為1×100的多模寬帶雷射二極體耦合時很有優勢。折射透鏡102和GRIN透鏡106的結合還允許該結合透鏡的「x」和「y」焦距獨立變化，這就依次允許沿著該透鏡x和y軸的獨立放大/縮小。比起拋光成光楔的多模尾光纖，光纖透鏡100可以提供更長的焦點距離。在圖1I中，焦點距離WD是使得耦合效率最大化的雷射二極體116和光纖透鏡100極端之間的距離。
當從一端觀察，多模尾光纖104的纖芯112和包層114的形狀可以是圓形或者可以具有適於目標應用的另一種形狀。例如，對於高功率泵浦應用和其他高功率醫療應用來說，將多模尾光纖104的纖芯形狀設計成匹配泵浦雷射二極體縱橫比以實現有效耦合是很有優勢的。
圖3A-3D示出了根據本發明實施例的各種多模尾光纖的橫截面。在圖3A中，多模尾光纖304的纖芯300和包層302的橫截面是矩形。在圖3B中，多模尾光纖310的纖芯306和包層308的橫截面是橢圓形。在圖3C中，多模尾光纖316的纖芯312和包層314具有帶凸起端面的矩形橫截面。在圖3D中，多模尾光纖322的纖芯318和包層320具有帶圓角的矩形橫截面。在圖3A-3D示出的橫截面形狀具有較大的縱橫比並且對於有效耦合和聚束高功率雷射器應用是最優的。在一個實施例中，纖芯形狀的縱橫比(即橢圓率)是從1到10的範圍中。
在耦合至多模大面積雷射二極體(BALD)和其他高縱橫比器件時，圖3A-3D中所示的纖芯形狀提供了巨大的好處。因為GRIN透鏡(圖1B中的106)和折射透鏡(圖1B中的102)的組合允許獨立設計x和y的焦距和縮小，所以就可以將雷射二極體非常小的垂直尺度的圖像放大成與最優多模尾光纖的y尺度相匹配的較大值。該放大還能減小照射到該多模尾光纖的光束的發散角度和數值孔徑。因此，該多模尾光纖的數值孔徑就可遠小於該雷射二極體的垂直數值孔徑。例如，可在垂直方向內將該圖像放大5至10倍。在x或水平方向上，可以縮小該圖像。這樣，就可把來自雷射二極體的例如120μm水平帶成像至多模尾光纖的100μm纖芯。這就允許對橫截面面積和尾纖數值孔徑的最優使用以匹配該雷射二極體。與工藝和來自外界的汙染損失相協調的最小包層尺寸也使尾纖橫截面面積的使用最優化。
可有效地聚束具有諸如圖3A到3D中所示橫截面的多模尾光纖而不顯著影響該個別地光纖透鏡的耦合效率。例如，圖4A示出了其橫截面類似於圖3C中所示尾光纖400的聚束。出於比較的目的，圖4B示出了具有標準圓形橫截面的尾光纖402的聚束。圖4A中尾光纖400的水平纖芯尺度與圖4B中尾光纖402的水平纖芯尺度相同。然而，圖4A中尾光纖400的聚束效率要優於圖4B中尾光纖402的聚束效率，因為圖4A中尾光纖400的形狀和較小垂直尺度減少了尾光纖之間空間的浪費。
圖5A到5C示出了根據本發明一個實施例製造尾光纖的過程。在圖5A中，所述過程開始於具有所需尺度以及折射率差異與分布的纖芯坯料500。可以使用諸如外部汽相沉澱工藝的標準坯料製造技術來製造該纖芯坯料500。在圖5B中，可以通過研磨和拋光將纖芯坯料500成形至所需形狀。在此實例中，將纖芯坯料500成形至圖3C中所示的橫截面。一般說來，可將纖芯坯料500成形至圖3A到3D所示任何橫截面形狀或其他合適形狀。隨後清潔該纖芯坯料500以移除在研磨和拋光步驟期間所引入的任何汙染物。這一過程包括使用酒精的常規清洗，但也可包括酸蝕刻和火琢等等。在圖5C中，使用例如外部汽相沉澱工藝將合適的包層502覆蓋在纖芯坯料500之外。現在就可拉出帶有包層502的纖芯坯料500以形成尾光纖。為了在拉絲操作中保持坯料的形狀，就應該仔細控制拉制溫度。應該認識到在此未詳細描述某些步驟，因為它們是坯料製造工藝中的標準工藝步驟。
可以使用帶有可編程特性或有類似可控參數的其他熱源的熔接器(諸如Vytran 2000熔接器)來製造光纖透鏡100。可選熱源的一個實例是CO2雷射器。製造過程包括脫模、清潔和劈開尾光纖和GRIN光纖，並且將光纖載入所述接合機。本說明書優選地提供了劈開角度。如圖6A中所示，在例如接合機內(未示出)對齊尾光纖600和GRIN光纖602。在圖6B中，將尾光纖600與GRIN光纖602接合。隨後就火琢所述尾光纖600和GRIN光纖602。在必要時加熱GRIN光纖和尾光纖並對其施加張力以確保接合連接603處是筆直的，即尾光纖600和GRIN光纖602的光軸相重合。該步驟對於消除尾光纖600和GRIN光纖602之間的不對準以及對於使光纖透鏡的瞄準角近零都是很重要的。在圖6C中，將GRIN光纖602切割成錐形或劈成合適的長度。在圖6D中，使用預熔步驟將略凸形狀604放置在GRIN光纖602的頂端。該略凸形狀在GRIN光纖602的頂端成形為折射透鏡時有助於在水平方向上獲取均勻的形狀和半徑性質。
在圖6E中，拋光或微加工GRIN光纖602的頂端使其具有由期望雙曲分布的漸近線所定義頂角的光楔606。在圖6F中，隨後就再熔融光楔606以獲取包括雙曲或近似雙曲形狀的折射透鏡608。所述再熔融步驟包括倒圓光楔606。可以反覆進行所述拋光和再熔融步驟。在製法開展中的變量包括固定尾光纖600和GRIN光纖602的載物臺、加熱燈絲源、流入燈絲的電流、加熱持續時間等的變化。使用這些變量，就可開展該製法使得GRIN光纖602的頂端形狀接近於所需形狀。用於表徵該工藝的特徵不僅包括透鏡頂端形狀的幾何特徵，還包括輸出的遠場分布。如果需要，也可進行透鏡頂端的再熔融以實現所需的發散角度、亮度分布和焦點距離。
除了在GRIN光纖頂端形成折射透鏡，還可以獨立形成該折射透鏡並在隨後將該折射透鏡固定在GRIN光纖上。還可以將具有均勻折射率或無纖芯棒體的光纖與GRIN光纖接合併在隨後將該光纖或棒體成形至折射透鏡。除了接合GRIN光纖與尾光纖，還可以將尾光纖的一端成形至折射透鏡，或者將分開形成的折射透鏡固定於所述尾光纖，或者將具有均勻折射率或無纖芯棒體的光纖接合至所述尾光纖並在隨後成形至所述折射透鏡。還可以在尾光纖和GRIN光纖之間結合隔離棒體，從而為多模光纖和GRIN光纖透鏡之間的物距中提供額外的自由度。
雖然已通過幾個優選實施例對本發明進行了說明，但其它對這些優選實施例所作出的變化、置換和等效替換也都屬於本發明範圍內。因此，隨後的附加權利要求應理解為包含了所有屬於本發明的實際精神和範圍內的這種變化、置換、等效替換。
權利要求
1.一種光纖透鏡，該光纖透鏡包括多模光纖；以及放置在所述多模光纖一端的折射透鏡，用以聚焦來自所述多模光纖的光束。
2.如權利要求1所述的光纖透鏡，其特徵在於，放置所述折射透鏡以使得來自所述多模光纖的所述光束被聚焦成衍射限制的光斑。
3.如權利要求1所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述折射透鏡在所述光纖透鏡的至少一個第一平面內具有雙曲或近似雙曲的形狀，所述近似雙曲形狀具有補償光束曲率的校正因子。
4.如權利要求3所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述折射透鏡在正交於所述第一平面的光纖透鏡的第二平面內具有雙曲或近似雙曲的形狀。
5.如權利要求4所述的光纖透鏡，其特徵在於，在所述第二平面內的雙曲或近似雙曲形狀的曲率半徑與在所述第一平面內的雙曲或近似雙曲形狀的曲率半徑不同。
6.如權利要求3所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述折射透鏡在正交於所述第一平面的光纖透鏡的第二平面內具有除了雙曲或近似雙曲以外的其他形狀。
7.如權利要求1所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述多模光纖具有其縱橫比範圍約在1到10之間的橫截面形狀。
8.如權利要求1所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述多模光纖的纖芯具有非圓形的橫截面形狀。
9.如權利要求8所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述非圓形的形狀是矩形。
10.如權利要求8所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述非圓形的形狀是帶有圓角的矩形。
11.如權利要求8所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述非圓形的形狀是橢圓形。
12.如權利要求8所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述非圓形的形狀是帶有凸起端面的矩形。
13.一種光纖透鏡，該光纖透鏡包括多模光纖；放置在該多模光纖一端的梯度折射率透鏡；以及放置在所述梯度折射率透鏡遠離所述多模光纖的一端的折射透鏡，用以聚焦來自所述多模光纖的光束。
14.如權利要求13所述的光纖透鏡，其特徵在於，放置所述折射透鏡以使得來自所述多模光纖的所述光束被聚焦成衍射限制的光斑。
15.如權利要求13所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述折射透鏡在所述光纖透鏡的至少一個第一平面內具有雙曲或近似雙曲的形狀，所述近似雙曲形狀具有補償光束曲率的校正因子。
16.如權利要求15所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述折射透鏡在正交於所述第一平面的光纖透鏡的第二平面內具有雙曲或近似雙曲的形狀。
17.如權利要求16所述的光纖透鏡，其特徵在於，在所述第二平面內的雙曲或近似雙曲形狀的曲率半徑與在所述第一平面內的雙曲或近似雙曲形狀的曲率半徑不同。
18.如權利要求15所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述折射透鏡在正交於所述第一平面的第二平面內具有除了雙曲或近似雙曲以外的其他形狀。
19.如權利要求13所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述折射透鏡和梯度折射率透鏡提供了變形透鏡的效果。
20.如權利要求13所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述多模光纖具有其縱橫比範圍約在1到10之間的橫截面形狀。
21.如權利要求13所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述多模光纖的纖芯具有非圓形的橫截面形狀。
22.如權利要求19所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述非圓形的形狀是矩形。
23.如權利要求19所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述非圓形的形狀是帶有圓角的矩形。
24.如權利要求19所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述非圓形的形狀是橢圓形。
25.如權利要求19所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述非圓形的形狀是帶有凸起端面的矩形
26.如權利要求13所述的光纖透鏡，其特徵在於，所述梯度折射率透鏡具有其縱橫比範圍約在1到10之間的橫截面形狀。
27.一種製作光纖透鏡的方法，包括切割第一光纖至期望長度；在所述第一光纖的頂端處形成一光楔，其中該光楔在所述光纖透鏡的第一平面內具有由雙曲線的漸近線所定義的橫截面形狀；以及倒圓該光楔的頂端以形成雙曲形狀。
28.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，所述第一光纖是多模尾光纖。
29.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，還包括將多模尾光纖接合至所述第一光纖。
30.如權利要求29所述的方法，其特徵在於，所述第一光纖是無纖芯棒體。
31.如權利要求29所述的方法，其特徵在於，所述第一光纖是梯度折射率光纖。
32.如權利要求29所述的方法，其特徵在於，在正交於所述第一平面的所述光纖透鏡的第二平面內的所述光楔的橫截面形狀是由雙曲線的漸近線所定義的。
33.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，在正交於所述第一平面的所述光纖透鏡第二平面內的所述光楔的橫截面形狀與所述第一平面內的所述光楔的橫截面形狀不同。
34.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，還包括調整所述雙曲形狀的曲率半徑以形成具有補償光束曲率的校正因子的近似雙曲形狀。
35.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，還包括在第一光纖頂端處形成光楔之前在所述第一光纖頂端處形成一凸起形狀。
36.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，在第一光纖頂端處形成光楔包括拋光或微加工所述第一光纖的頂端。
37.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，倒圓所述光楔的頂端包括熔融並拋光所述光楔的頂端。
38.如權利要求29所述的方法，其特徵在於，所述多模尾光纖是由如下工藝組成將具有希望折射率的纖芯坯料成形至希望橫截面形狀；在所述纖芯坯料上形成一包層；以及拉制所述纖芯坯料和所述包層以形成所述尾光纖。
39.如權利要求38所述的方法，其特徵在於，成形所述纖芯坯料包括研磨和拋光所述纖芯坯料以形成所述希望的橫截面形狀。
40.如權利要求38所述的方法，其特徵在於，形成所述包層包括使用外部汽相沉澱工藝在所述纖芯坯料上沉積包層材料。
全文摘要
一種光纖透鏡包括多模光纖以及放置在該多模光纖一端的折射透鏡。該折射透鏡將來自所述多模光纖的光束聚焦成衍射限制的光斑。在一個實施例中，在多模光纖和折射透鏡之間放入一梯度折射率。在一個實施例中，梯度折射率和折射透鏡的結合實現了極度變形的透鏡性質。
文檔編號G02B6/42GK1856721SQ200480027817
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月21日 優先權日2003年9月25日
發明者V·A·巴加瓦圖拉, J·希默爾瑞奇, P·J·馬科斯基, M·H·拉斯馬森, N·沙石德哈爾, L·A·森特諾 申請人:康寧股份有限公司