四纖光纖準直器的製作方法

2023-05-02 05:16:06 1

專利名稱：四纖光纖準直器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖通信中使用的光纖準直器，尤其涉及一種可應用於光學分插復用器中的四纖光纖準直器。
背景技術：
光纖準直器是一種光纖通信中常用的光無源器件。它可將光纖端面出射的發散光束通過微透鏡準直，或是將外界平行或發散光束通過微透鏡耦合至單模光纖內。目前最常用的光纖準直器是單纖準直器，如圖1所示。圖中101為光纖，102為光纖101與光纖毛細管膠合構成的光纖頭，103為光學微透鏡，它可為漸變折射率(GRIN)透鏡(或稱自聚焦透鏡)、球面透鏡或非球面透鏡。104為連接固定光纖頭102和光學微透鏡 103的套管。光纖頭102出射面與光學微透鏡103入射面均鍍有減反膜，並且端面法線與光纖的光軸有6 12°的傾斜(一般為8° )，以提高回波損耗。將光纖頭102和光學微透鏡 103套在套管104裡面，精確調整光纖頭102與光學微透鏡103之間的距離，使光纖頭的出光點置於光學微透鏡的焦點處。將光纖頭102、光學微透鏡103分別用膠與套管104膠合， 即製成單纖光纖準直器。單纖準直器還有另外一種形式，它去掉了圖1中的套管104，而是用折射率匹配膠將光纖頭102的出射面和光學微透鏡103的入射面粘合，以達到連接固定的作用。除了上述單纖準直器之外，常用的還有雙纖準直器，如圖2所示。圖中201和202 為光纖，203為光纖201和202與一固定間隔的雙光孔毛細管膠合構成的光纖頭，204為光學微透鏡，它可為漸變折射率(GRIN)透鏡、球面透鏡或非球面透鏡。205為連接固定光纖頭 203和光學微透鏡204的套管。光纖頭203出射面與光學微透鏡204入射面均鍍有減反膜， 並且有6 12°的傾斜(一般為8° )，以提高回波損耗。光纖201與光纖202的出射光通過光學微透鏡204後產生的平行光在微透鏡前端匯聚。將光纖頭203和光學微透鏡204套在套管205裡面，精確調整光纖頭203與光學微透鏡204之間的距離，使光纖頭的出光點置於光學微透鏡的焦點處，最後將光纖頭203、光學微透鏡204與套管205膠合，即製成雙纖光纖準直器。光纖準直器是製作光學分插復用器的重要器件。中國專利「光分插復用器」(CN 1481101A)在輸入、輸出和分下/插入埠各用了一個單纖光纖準直器。雙纖準直器也可用於製作光學分插復用器，比如，Oplink公司的OADM 101 A/D系列、Browave公司的3埠分插濾波器和Koncent公司的3埠 CWDM產品。但無論是使用單纖準直器還是雙纖準直器製作光學分插復用器，其輸入、輸出、插入和分下埠必然位於器件的兩側，造成器件結構尺寸偏大、實際操控不方便。而且如果使用單纖準直器，由於器件增多，更會增加器件裝配複雜度，難以保證工作性能。中國專利「四纖光纖準直器」(CN101344616)是一種四光纖準直器，它利用了一種特殊形狀的漸變折射率微透鏡，雖然能夠實現高集成度、單側埠的 0ADM,但是加工困難，成本較高。發明內容為了克服已有光纖準直器技術在構造光學分插復用器時集成度低、不能實現單側埠、加工困難、成本高等缺點，本實用新型提出一種構造光學分插復用器時高集成度、能實現單側埠、且加工方便、低成本的四纖光纖準直器。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種四纖光纖準直器，包含一四纖光纖頭、一光學微透鏡和連接件，所述四纖光纖頭和光學微透鏡通過連接件同軸水平布置，所述四纖光纖頭的出射面端面法線、光學微透鏡的入射面端面法線均與光纖的光軸存在傾角，所述四纖光纖頭由四孔毛細管與水平穿設在所述四孔毛細管內的四根光纖構成，所述的四根光纖在同一豎直面內自上而下依次排列，中間兩根光纖與上下兩根光纖分別關於所述準直器中心軸上下對稱，所述光學微透鏡為變曲率球面透鏡，所述變曲率球面透鏡包括斜柱體和變曲率球體兩部分，斜柱體的斜面為變曲率球面透鏡的入射面，變曲率球體由球體半徑分別為R1和&的兩個球冠結合而成， 關於準直器中心軸對稱的內側2根光纖對應半徑為R1的球面，外側2根光纖對應半徑為& 的球面。進一步，所述連接件為連接所述四纖光纖頭和變曲率球面透鏡的套管，所述的四纖光纖頭和變曲率球面透鏡安裝在所述套管內。或者是所述連接件為將所述光纖頭的出射面和變曲率球面透鏡的入射面粘合的折射率匹配膠。所述四纖光纖頭的出射面端面法線、變曲率球面透鏡的入射面端面法線均與光纖的光軸成6 12°傾角。優選的，所述四纖光纖頭的出射面端面法線、變曲率球面透鏡的入射面端面法線均與光纖的光軸成8°傾角。所述四纖光纖頭的出射端面鍍有減反膜，所述變曲率球面透鏡的入射端面鍍有減反膜。所述的四根光纖膠接在所述四孔毛細管的開孔內。所述中間兩根光纖的出射光通過變曲率球面透鏡產生的平行光在變曲率球面透鏡前端匯聚，其夾角為2α，上下兩根光纖的出射光通過變曲率球面透鏡產生的平行光在變曲率球面透鏡前端匯聚，其夾角為2β，所述變曲率球面透鏡中兩個球冠的R1和&的取值使得2 α = 2 β。所述變曲率球面透鏡的結構設計所達到的效果是所述光纖頭中上下兩根光纖輸出的光經過變曲率球面透鏡後的夾角，與中間兩根光纖輸出的光經過變曲率球面透鏡後的夾角相同。本實用新型的有益效果主要表現在變曲率球面透鏡採用同一種均勻材料製成， 製作簡單、成本低；將本實用新型用於光學分插復用器時，可使得輸入、輸出、分下和插入的光路均在同一平面內，從而大大簡化了結構，降低了機械裝置裝調的難度；上述四個埠均位於光學分插復用器的同一側，不僅減小了光學分插復用器的結構尺寸，還方便器件的操控；採用本實用新型的光學分插復用器可同時實現波長的直通、分下和插入。

[0018]圖1是已有技術單纖光纖準直器結構示意圖。圖2是已有技術雙纖光纖準直器結構示意圖。圖3是本實用新型四纖光纖準直器的結構示意圖。圖4是圖3的俯視圖。圖5是本實用新型所述的變曲率球面透鏡的結構示意圖。圖6是採用本實用新型的光學分插復用器的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施方式作進一步描述。實施例1參照圖1 圖6，一種四纖光纖準直器，包含一四纖光纖頭305、一變曲率球面透鏡 306和連接件307，所述四纖光纖頭和變曲率球面透鏡通過連接件同軸水平布置。所述連接件為連接所述四纖光纖頭和變曲率球面透鏡的套管307，所述的四纖光纖頭305和變曲率球面透鏡306膠接在所述套管307內。所述四纖光纖頭305由四孔毛細管與水平穿設在所述四孔毛細管內的四根光纖 301、302、303、304構成，所述的四根光纖膠接在所述四孔毛細管的開孔內，所述的四根光纖在同一豎直面內自上而下依次排列，中間兩根光纖與上下兩根光纖分別關於所述準直器中心軸上下對稱。所述四纖光纖頭305的出射面端面法線、變曲率球面透鏡的入射面端面法線均與光纖的光軸成6 12°傾角，優選為8°傾角。所述的光纖頭305的出射面端面、變曲率球面透鏡的入射面端面均鍍有減反膜，以提高回波損耗。參照圖5，所述變曲率球面透鏡306為一個經過特殊設計的透鏡，包括長度為w的斜柱體和變曲率球體兩部分。斜柱體的斜面用於提高四纖光纖準直器的回波損耗，減少反射光信號對入射光信號的幹擾；變曲率球體由球體半徑分別為隊和&的兩個球冠結合而成。關於準直器中心軸對稱的內側2根光纖對應半徑為R1的球面，外側2根光纖對應半徑為&的球面。所述曲率球面透鏡的入射端面鍍有減反膜，以減少回波。光纖出射端面需置於透鏡物方焦點處，才能使從光纖出射的高斯光束得到準直。另外，光纖端面與透鏡端面的距離越近，光束髮散就越小，光束的能量集中度就越好，因此需要大折射率材料。圖3中，中間兩根光纖302與303的出射光通過變曲率球面透鏡306產生的平行光在變曲率球面透鏡前端匯聚，其夾角為2 α。上下兩根光纖301與304的出射光通過變曲率球面透鏡306產生的平行光在變曲率球面透鏡前端匯聚，其夾角為2β。所述變曲率球面透鏡中R1和&的取值應使得2 α = 2 β。將光纖頭305和變曲率球面透鏡306套在套管 307裡面，精確調整光纖頭305與變曲率球面透鏡306之間的距離，最後將光纖頭305、變曲率球面透鏡306與套管307膠合，即製成本實用新型四纖光纖準直器。參照圖6，採用本實用新型四纖光纖準直器的光學分插復用器，包括本實用新型四纖光纖準直器、多層介質薄膜濾波器308和反射鏡309。四根光纖從上至下依次為插入光纖301、輸入光纖302、輸出光纖303、分下光纖304，用以傳輸送入(來自)變曲率球面透鏡 306的插入和輸入(輸出和分下)信號。所述變曲率球面透鏡306利用其特殊設計的結構和光學特性，可保證上述插入、 輸入、輸出和分下的光線軌跡均位於同一平面內。[0032]經過變曲率球面透鏡306後的輸入信號以特定角度入射到所述多層介質薄膜濾波器308的鍍膜面，其反射的光波作為直通信號。經過變曲率球面透鏡306後的插入信號從所述多層介質薄膜濾波器308中透射，入射到反射鏡309上，其反射的光波再次通過多層介質薄膜濾波器308後與上述直通信號重合，形成輸出信號，然後進入所述變曲率球面透鏡306中傳播，直至傳播進入輸出光纖303。經濾波器308透射的輸入信號光波作為分下信號，射向所述反射鏡309，其反射光波再次通過濾波器308後，射入所述的變曲率球面透鏡 306，直至傳播進入執行分下功能的光纖304。對一種優選的實例進行說明。參照圖3和圖4，選取透鏡材料為紅外材料SRTIO3, 其折射率η = 2. 284 ；取柱體長度w = 0. 5mm,纖芯間距d = 0. 2mm,則準直器直徑為a = 5d =Imm ；取球冠1橫截面半徑為Ii1 = d = 0. 2mm,球冠2橫截面半徑為Ii2 = 5d/2 = 0. 5mm ；當 R1 = 0. 37mm, R2 = 3 = 1. Ilmm 時滿足 2 α = 2 β，此時 I1 = O. 058599mm, I2 = O-1188mm。 利用RSOFT軟體模擬光場在此器件中的傳播，可以發現從內、外側光纖輸入的高斯光束經過透鏡後發生了偏轉，其寬度在傳播過程中基本保持了一致，光束的能量集中度在90%以上，得到了良好的準直。實施例2本實施例與實施例1的不同之處在於所述連接件為將所述光纖頭的出射面和變曲率球面透鏡的入射面粘合的折射率匹配膠。本實施例的其他結構和實現方式與實施例1完全相同。
權利要求1.一種四纖光纖準直器，包含一四纖光纖頭、一光學微透鏡和連接件，所述四纖光纖頭和光學微透鏡通過連接件同軸水平布置，所述四纖光纖頭的出射面端面法線、光學微透鏡的入射面端面法線均與光纖的光軸存在傾角，所述四纖光纖頭由四孔毛細管與水平穿設在所述四孔毛細管內的四根光纖構成，所述的四根光纖在同一豎直面內自上而下依次排列， 中間兩根光纖與上下兩根光纖分別關於所述準直器中心軸上下對稱，其特徵在於所述光學微透鏡為變曲率球面透鏡，所述變曲率球面透鏡包括斜柱體和變曲率球體兩部分，斜柱體的斜面為變曲率球面透鏡的入射面，變曲率球體由球體半徑分別為R1和&的兩個球冠結合而成，關於準直器中心軸對稱的內側2根光纖對應半徑為R1的球面，外側2根光纖對應半徑為&的球面。
2.如權利要求1所述的四纖光纖準直器，其特徵在於所述連接件為連接所述四纖光纖頭和變曲率球面透鏡的套管，所述的四纖光纖頭和變曲率球面透鏡安裝在所述套管內。
3.如權利要求1所述的四纖光纖準直器，其特徵在於所述連接件為將所述光纖頭的出射面和變曲率球面透鏡的入射面粘合的折射率匹配膠。
4.如權利要求1 3之一所述的四纖光纖準直器，其特徵在於所述四纖光纖頭的出射面端面法線、變曲率球面透鏡的入射面端面法線均與光纖的光軸成6 12°傾角。
5.如權利要求4所述的四纖光纖準直器，其特徵在於所述四纖光纖頭的出射面端面法線、變曲率球面透鏡的入射面端面法線均與光纖的光軸成8°傾角。
6.如權利要求4所述的四纖光纖準直器，其特徵在於所述四纖光纖頭的出射端面鍍有減反膜，所述變曲率球面透鏡的入射端面鍍有減反膜。
7.如權利要求1 3之一所述的四纖光纖準直器，其特徵在於所述的四根光纖膠接在所述四孔毛細管的開孔內。
專利摘要一種四纖光纖準直器，包含一四纖光纖頭、一光學微透鏡和連接件，四纖光纖頭和光學微透鏡通過連接件同軸水平布置，四纖光纖頭由四孔毛細管與水平穿設在所述四孔毛細管內的四根光纖構成，四根光纖在同一豎直面內自上而下依次排列，中間兩根光纖與上下兩根光纖分別關於所述準直器中心軸上下對稱，光學微透鏡為變曲率球面透鏡，變曲率球面透鏡包括斜柱體和變曲率球體兩部分，斜柱體的斜面為變曲率球面透鏡的入射面，變曲率球體由球體半徑分別為R1和R2的兩個球冠結合而成，關於準直器中心軸對稱的內側2根光纖對應半徑為R1的球面，外側2根光纖對應半徑為R2的球面。本實用新型高集成度、能實現單側埠、且加工方便、低成本。
文檔編號G02B6/38GK202221483SQ20112031563
公開日2012年5月16日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者樂孜純, 何娣, 張明, 魏震 申請人:浙江工業大學