專利名稱：光纖耦合結(jié)構(gòu)及用于耦合光纖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖耦合結(jié)構(gòu)以及涉及一種用來耦合光纖激光器等用光纖的方法。
對于2004年2月5日提交的日本專利申請?zhí)?004-29406提出優(yōu)先權(quán)申請，所述申請內(nèi)容在此被引入作為參考。
背景技術(shù)：
近年來，光纖激光器及光纖放大器已經(jīng)被有效地加以研究。在這些設(shè)備中，使用摻雜稀土元素，如鉺(Er)、釹(Nd)、鐿(Yb)或鈥(Ho)(此后被稱為“摻雜稀土元素的光纖”)的石英(silica)玻璃或氟化物玻璃作為主玻璃的光纖被用作激光器介質(zhì)。
光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)在于除了具有高效率并且使能尺寸減少以外，單個介質(zhì)還可以被用于激光器的發(fā)射以及傳播。由于這些優(yōu)點(diǎn)，光纖激光器已經(jīng)被用于廣泛的領(lǐng)域，包括光學(xué)通信、光學(xué)傳感技術(shù)、材料的加工以及醫(yī)療技術(shù)。
圖6是典型的光纖激光器的示意圖。如圖6中所示，光纖激光器101包括摻雜稀土的光纖102和被置于摻雜稀土的光纖102兩端處的諧振器鏡103a和103b。摻雜稀土的光纖102的長度被如此調(diào)節(jié)，以便于獲得理想的輸出特征。具有如此結(jié)構(gòu)，光纖激光器101起到光學(xué)諧振器的作用。
例如，電介質(zhì)多層膜被用作諧振器鏡103a和103b，其反射輸出激光器光并且發(fā)射激勵光。激勵光經(jīng)由諧振器鏡103a和103b從激勵光源104被發(fā)射。激勵光源104被耦合到傳播那個激勵光的導(dǎo)向光纖105，并且從導(dǎo)向光纖105所發(fā)射的光入射到摻雜稀土的光纖102上。
對于光纖的工業(yè)應(yīng)用，理想地是激光器通過光纖被導(dǎo)向并且入射到理想的位置。出于這個原因，傳輸光纖106被耦合到摻雜稀土的光纖102的輸出上。
公知地是在傳統(tǒng)的光纖激光器，如光纖激光器101中，激光器工作有時變得不穩(wěn)定，因?yàn)樵诠饫w的端面上光被反射，并且一些輸出激光器光被返回到諧振器或一些激勵光入射到激勵光源104上。為了減少光的反射，在導(dǎo)向光纖的端面105a以及傳輸光纖的端面106a和106b上提供非反射性電介質(zhì)多層膜。
這種光纖的端面被形成為光學(xué)連接器，以便于光纖以高的精度被耦合，并且一旦使用光學(xué)連接器耦合光纖，光纖的端面物理性地彼此接觸，這可能破壞電介質(zhì)多層膜(例如，見日本未受審查的專利申請，第一公開號H01-297874)。
鑒于上述提到的問題，本發(fā)明者已經(jīng)提議一些連接器結(jié)構(gòu)，其可以防止因耦合等導(dǎo)致對電介質(zhì)多層膜的破壞。連接器結(jié)構(gòu)被示于圖7A和7B中。在圖7A所示的結(jié)構(gòu)中，在光纖111(參考數(shù)字111a指示入射側(cè)光纖，且參考數(shù)字111b指示發(fā)射側(cè)光纖)的端部，分別提供電介質(zhì)多層膜112a和112b。在光纖111的一端，提供箍113a和113b等以構(gòu)建連接器114。為了耦合光纖111，連接器114a和114b的箍113a和113b被推進(jìn)到套115內(nèi)。在耦合時，當(dāng)從箍113a和113b的后端(與端面相對的端)突出的法蘭116a和116b接觸套115時，箍113a和113b防止被進(jìn)一步插入。結(jié)果是，在電介質(zhì)多層膜112a和112b之間限定了小的間隙117；因此可以防止對電介質(zhì)多層膜112a和112b的破壞。
被示于圖7B中的結(jié)構(gòu)與被示于圖7A中的結(jié)構(gòu)相似在于箍113a和113b的法蘭116a和116b限制插入超出限制，以為了防止對電介質(zhì)多層膜112的破壞。除此以外，箍113a和113b的端部緊靠在被提供在套115內(nèi)部的突出上，由此防止連接器114a和114b被進(jìn)一步插進(jìn)到套115中(見，例如本發(fā)明的申請者的日本未受檢查的專利申請，第一公開號2005-3871)。
在上述說明的光纖的耦合結(jié)構(gòu)中，在耦合光纖111a和111b時，端面之間的間距由箍113a和113b與套115之間的機(jī)械嚙合來加以限定。為了實(shí)現(xiàn)具有低損耗的光學(xué)耦合，箍113a和113b與套115的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)該以非常高的精度(例如，以亞微米級)被制造。更具體地，如果在光纖111a和111b之間的光學(xué)耦合中存在水平方向上的輕微未對準(zhǔn)(芯未對準(zhǔn))，則從發(fā)射側(cè)光纖111a所發(fā)射的一些光可能不入射到入射側(cè)光纖111b的芯上。結(jié)果是，可引發(fā)損耗并且耦合的光學(xué)特性可能受到不利影響。出于這個原因，當(dāng)耦合光纖111a和111b時，箍113a和113b的外徑與套115的內(nèi)徑應(yīng)該被非常精確地對準(zhǔn)。因此，這些部件需要以非常高的精度被制造，這要求高強(qiáng)度的工作。此外，如果間隙117沒有被精確地加以設(shè)定，則從發(fā)射側(cè)光纖111a所發(fā)射且隨后入射到入射側(cè)光纖111b的光的光點(diǎn)半徑可變得大于入射側(cè)光纖111b的芯半徑。在這種情況下，從發(fā)射側(cè)光纖111a所發(fā)射的一部分光并不入射到入射側(cè)光纖111b的芯上。結(jié)果是，可引發(fā)損耗并且耦合的光學(xué)特性可受到不利影響。出于此原因，光纖111a和111b應(yīng)該被精確地對準(zhǔn)，并且箍113a和113b與套115需要以非常高的精度被制造，這要求高強(qiáng)度的工作。
此外，要求熱固化粘接劑用于附著箍113a和光纖111a，以及箍113b和光纖111b，這相當(dāng)耗時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述說明的背景而產(chǎn)生，并且其目的是提供一種光纖耦合結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)可以利用簡單的結(jié)構(gòu)光耦合光纖而不需要高精度的對準(zhǔn)部件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面針對用于光耦合發(fā)射側(cè)光纖與入射側(cè)光纖的光纖耦合結(jié)構(gòu)，包括包括第一凹槽和耦合端面的發(fā)射側(cè)基座；以及包括第二凹槽、鄰接面、以及斜面的入射側(cè)基座，其中發(fā)射側(cè)光纖被緊固到發(fā)射側(cè)基座上，并且發(fā)射側(cè)光纖的一端被暴露在耦合端面，其中入射側(cè)光纖被緊固到入射側(cè)基座上，并且入射側(cè)光纖的一端被暴露在斜面處，并且其中發(fā)射側(cè)基座的耦合端面緊靠在入射側(cè)基座的鄰接面上，被暴露在發(fā)射側(cè)基座的耦合端面處的發(fā)射側(cè)光纖以及被暴露在入射側(cè)基座的斜面處的入射側(cè)光纖相隔開一間隙，并且發(fā)射側(cè)光纖與入射側(cè)光纖被光耦合。
在上述說明的光纖耦合結(jié)構(gòu)中，入射側(cè)光纖的芯半徑r2可大于發(fā)射側(cè)光纖的芯半徑r1。
在上述說明的光纖耦合結(jié)構(gòu)中，作為發(fā)射側(cè)光纖端面與被提供在入射側(cè)光纖芯的斜面的一端之間距離的端面間距D可由下述公式(1)表達(dá)D<r2-r1tan{sin-1(NA1)}-2r2·tanα---(1)]]>其中α是發(fā)射側(cè)基座的耦合端面與入射側(cè)基座的斜面之間的角，且NA1是發(fā)射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑。
在上述說明的光纖耦合結(jié)構(gòu)中，在下述公式(2)中所定義的耦合損耗L可小于0.1L＝(L1+L2)/2 …(2)其中
L1=0(θt_max>θt1)1-θt_max/θt1(θt_max≤θt1)]]>L2=0(θt_max>θt2)1-θt_max/θt2(θt_max≤θt2)]]>其中θt_max是最大傳播角，以及θt_max＝sin-1(NA2/nc)θt1＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)+α]}-αθt2＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)-α]}+α其中nc是光纖芯的折射率，NA1是發(fā)射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑，以及NA2是入射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑。
在上述所說明的光纖耦合結(jié)構(gòu)中，端面角α可滿足由下述公式(3)所表達(dá)的條件 本發(fā)明的第二方面針對一種用于光耦合發(fā)射側(cè)光纖和入射側(cè)光纖的方法，包括下述步驟提供包括第一凹槽和耦合端面的發(fā)射側(cè)基座；提供包括第二凹槽、鄰接面以及斜面的入射側(cè)基座；將發(fā)射側(cè)光纖緊固到發(fā)射側(cè)基座的第一凹槽上以在發(fā)射側(cè)光纖耦合端面處暴露發(fā)射側(cè)光纖的一端；將入射側(cè)光纖緊固到入射側(cè)基座的第二凹槽上以在入射側(cè)光纖的斜面處暴露入射側(cè)光纖的一端；以及通過將發(fā)射側(cè)基座的耦合端面緊靠到入射側(cè)基座的鄰接面上來對發(fā)射側(cè)光纖和入射側(cè)光纖進(jìn)行光耦合，以便于被暴露在發(fā)射側(cè)基座的耦合端面處的發(fā)射側(cè)光纖與被暴露在入射側(cè)基座斜面處的入射側(cè)光纖相隔開一間隙，以及發(fā)射側(cè)光纖與入射側(cè)光纖被光耦合。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，通過將耦合端面與鄰接面彼此緊靠，發(fā)射側(cè)光纖與入射側(cè)光纖被光耦合，并且斜面被形成在入射側(cè)光纖被暴露到的入射側(cè)基座的面上。因此，入射側(cè)光纖的光點(diǎn)半徑被放大且甚至當(dāng)存在水平未對準(zhǔn)時實(shí)現(xiàn)具有低損耗的光耦合。因此，有可能由于不再需要傳統(tǒng)上一直被使用的高精度部件而降低了成本。
此外，通過將耦合端面與鄰接面彼此緊靠，在發(fā)射側(cè)光纖的端面與入射側(cè)光纖的端面之間限定了一間隙。因此，發(fā)射側(cè)光纖與入射側(cè)光纖可以被光耦合而無電介質(zhì)多層膜之間的彼此接觸。因此，可以防止對被提供在光纖端面上的電介質(zhì)多層膜的破壞。
此外，由于入射側(cè)光纖的芯半徑r2等于或大于發(fā)射側(cè)光纖的芯半徑r1，所以入射側(cè)光纖的光點(diǎn)半徑可以被放大。因而，確保具有低損耗的光學(xué)耦合。
此外，通過將本發(fā)明的光纖耦合結(jié)構(gòu)應(yīng)用到非可移動類型光學(xué)連接器(non-removable type optical connector)上，有可能降低成本。


通過參考附圖對示范性實(shí)施例作詳細(xì)描述本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)會變得更加明顯。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖耦合結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖耦合結(jié)構(gòu)的發(fā)射側(cè)基座的透視圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖耦合結(jié)構(gòu)的入射側(cè)基座的透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖耦合結(jié)構(gòu)的主要部分的橫斷面視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖耦合結(jié)構(gòu)的主要部分的放大橫斷面視圖；圖5是示出在一實(shí)例中端面角α與損耗之間的關(guān)系圖形。
圖6是光纖激光器的示意圖；圖7A是一個傳統(tǒng)光纖耦合結(jié)構(gòu)實(shí)例的放大橫斷面視圖，其中光纖在套的端部處在軸向方向上被對準(zhǔn)；以及圖7B是另一個傳統(tǒng)光纖耦合結(jié)構(gòu)實(shí)例的放大橫斷面視圖，其中光纖在套內(nèi)在軸向方向上被對準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式
此后，將參考附圖對本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例加以說明。該描述的示范性實(shí)施例旨在幫助對本發(fā)明的理解，而不是旨在以任何方式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1至4示例本發(fā)明的示范性實(shí)施例，其中本發(fā)明被應(yīng)用于耦合光纖激光器中的光纖。首先，光纖激光器將被加以解釋。
被示于圖6中的光纖激光器類似于上述說明的光纖激光器，其包括激勵光源104、導(dǎo)向光纖105、摻雜稀土的光纖102、以及傳輸光纖106。激勵光源104將激勵光發(fā)射到傳播激勵光的導(dǎo)向光纖105，并且隨后光入射到將光發(fā)射到傳輸光纖106的摻雜稀土的光纖102上。
如同從前所說明，在每個光纖的端面上提供電介質(zhì)多層膜，其防止部分被反射的輸出激光器光返回到諧振器，并且防止一些激勵光入射到激勵光源上。
圖1是用在圖6的光纖激光器101中的光纖耦合結(jié)構(gòu)1的透視圖，并且耦合結(jié)構(gòu)包括用來耦合光纖的發(fā)射側(cè)基座和入射側(cè)基座。圖3是這個光纖耦合結(jié)構(gòu)的橫斷面視圖。
光纖耦合結(jié)構(gòu)1光耦合在端面上提供電介質(zhì)多層膜(未被示出)的一對光纖2(即，發(fā)射側(cè)光纖3和入射側(cè)光纖5)。通過在發(fā)射側(cè)基座4上使用粘接劑，發(fā)射側(cè)光纖3被附著，以及通過在入射側(cè)基座6上使用粘接劑，入射側(cè)光纖5被附著。
通過光纖耦合結(jié)構(gòu)1被光耦合的光纖3和5每個均包括光纖芯線和在端部分已經(jīng)被剝?nèi)ス饫w芯線覆層的裸光纖。如圖3中所示，光纖3的裸光纖包括其中光信號被傳播的芯3A以及由玻璃制成且被置于芯3A周圍的包層3B。類似地，光纖5的裸光纖包括其中光信號被傳播的芯5A以及由玻璃制成且被置于芯5A周圍的包層5B。此外，在光纖3和5的端面3C和5C上分別提供電介質(zhì)多層膜，并且電介質(zhì)多層膜僅反射具有某一波長的光。
圖2A是發(fā)射側(cè)基座的透視圖，以及圖2B是入射側(cè)基座4的透視圖。如圖2A和3所示，發(fā)射側(cè)基座4包括接收凹槽11和耦合端面12。被示于圖1中的發(fā)射側(cè)光纖3被牢固地接收在接收凹槽11內(nèi)，并且被接收在接收凹槽11中的發(fā)射側(cè)光纖3的端面(末端)3C被暴露在耦合端面12處。如圖1中所示，由于接收凹槽11被提供在發(fā)射側(cè)基座4的表面上，所以通過將發(fā)射側(cè)光纖3放置在接收凹槽11內(nèi)并且通過使用紫外線固化粘接劑等在短時間內(nèi)將它附著其上，發(fā)射側(cè)光纖3可以被緊固在接收凹槽11中。因此，與其中光纖被插入進(jìn)箍且通過使用熱固化粘接劑將它附著其上的傳統(tǒng)方法相比較，光耦合光纖所需要的時間可以得到顯著降低，并且過程的效率可以大大改善。一旦通過使用粘接劑發(fā)射側(cè)光纖3被附著，則耦合端面12在垂直方向被拋光。
如圖2B和3中所示，入射側(cè)基座6包括接收凹槽21、鄰接面22和斜面23。被示于圖1中的入射側(cè)光纖5被牢固地接收在接收凹槽21內(nèi)，并且被接收在接收凹槽21內(nèi)的入射側(cè)光纖5的端被暴露在斜面23處。緊靠著入射側(cè)基座6的鄰接面22，發(fā)射側(cè)基座4的耦合端面12被鄰接。類似于發(fā)射側(cè)基座4，如圖1中所示由于接收凹槽21被提供在入射側(cè)基座6的面上，所以通過將入射側(cè)光纖5放置在接收凹槽11內(nèi)并且通過使用紫外線固化粘接劑將它附著其上，入射側(cè)光纖5可以被緊固在接收凹槽21中。
一旦入射側(cè)光纖5被接收，入射側(cè)光纖5被暴露的端面以相對于鄰接面22的α角被拋光，以形成斜面23。
應(yīng)該注意到雖然在圖1中接收凹槽11和21被示例具有矩形橫斷面，但是假若光纖被接收的話，則接收凹槽11和21的橫斷面并不局限于這個形狀。接收凹槽11和21可是V形凹槽，或U形凹槽，或半圓形凹槽等。
用于光耦合光纖的方法使用具有上述所說明結(jié)構(gòu)的光纖耦合結(jié)構(gòu)1。如圖1中所示，在發(fā)射側(cè)光纖3被接收在接收凹槽11中之后，通過使用紫外線固化粘接劑，它被附著到接收凹槽11中。然后，發(fā)射側(cè)光纖3的被暴露面在垂直方向上被拋光，以形成耦合端面12。類似于發(fā)射側(cè)光纖3，入射側(cè)光纖5被接收在接收凹槽21中之后，通過使用粘接劑它被附著到接收凹槽21中。然后，入射側(cè)光纖5的暴露面被拋光以形成斜面23。發(fā)射側(cè)基座4的耦合端面12與入射側(cè)基座6的鄰接面22彼此緊靠。在對準(zhǔn)耦合端面12和鄰接面22以便于光學(xué)耦合的損耗被最小化之后，通過使用粘接劑耦合端面12和鄰接面22被附著。
一旦利用上面所說明的方法光耦合光纖，出現(xiàn)在光學(xué)耦合部分中的耦合損耗取決于各種參數(shù)發(fā)生變化。這些參數(shù)包括發(fā)射側(cè)光纖3的芯3A的芯半徑r1，入射側(cè)光纖5的芯5A的芯半徑r2，發(fā)射側(cè)光纖3的數(shù)值孔徑NA1，入射側(cè)光纖5的數(shù)值孔徑NA2，端面間距D，其為發(fā)射側(cè)光纖3的耦合端面12與入射側(cè)光纖5的芯5A的一端5D之間的距離，端面角α，其為發(fā)射側(cè)光纖3的耦合端面12與入射側(cè)基座6的斜面23之間的角，如圖3中所示。
如圖4中所示，從發(fā)射側(cè)光纖3所發(fā)射的光在以相對于光軸的sin-1(NA1)(弧度)角擴(kuò)展的同時在兩個端之間的縫隙中傳播。光的光點(diǎn)半徑R可以由下述公式(4)表達(dá)R＝r1+D·tan{sin-1(NA1)} …(4)如果入射側(cè)光纖5的芯半徑r2小于光點(diǎn)半徑R，則由于并不是所有的光入射到入射側(cè)光纖5，所以耦合損耗增加。這意味著通過選擇端面間距D的值，以便于當(dāng)假設(shè)入射側(cè)光纖5的芯半徑r2等于或大于發(fā)射側(cè)光纖3的芯半徑r1時，R小于r2，耦合損耗可以得到降低。在這個情況下，由于如圖3中所示入射側(cè)基座6具有斜面23，所以在其中入射側(cè)光纖5的芯5A與發(fā)射側(cè)光纖3的耦合端面12之間的間距為最大的區(qū)域中，光點(diǎn)半徑R應(yīng)該小于入射側(cè)光纖5的芯半徑r1。因此，光點(diǎn)半徑R應(yīng)該滿足下述公式(1)。
D<r2-r1tan{sin-1(NA1)}-2r2·tanα---(1)]]>如果上述所說明的公式(1)得到滿足，則從發(fā)射側(cè)光纖3所發(fā)射的全部光入射到入射側(cè)光纖5上，并且隨后在入射側(cè)光纖5內(nèi)傳播。因此，可以獲得展現(xiàn)優(yōu)良光學(xué)特性的光學(xué)耦合。如果端面間距D等于或大于上述所說明公式(1)的右手側(cè)，則并不是從發(fā)射側(cè)光纖3所發(fā)射的所有光入射到入射側(cè)光纖5上，其導(dǎo)致差的連接。
此外，如果從發(fā)射側(cè)光纖3所發(fā)射的光以sin-1(NA1)角入射到入射側(cè)光纖5上，則光在入射側(cè)光纖5的芯5A內(nèi)以角θt1和θt2被傳播，如圖4中所示，這由下述公式(5)和(6)來加以表達(dá)θt1＝sin-1{1/nc×sin{sin-1(NA1)+α]}-α …(5)θt2＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)-α]}+α …(6)其中nc是入射側(cè)光纖5的芯5A的折射率。最大傳播角θt-max由入射側(cè)光纖5的數(shù)值孔徑NA2來確定，且由下述公式(7)加以表達(dá)θt_max＝sin-1(NA2/nc) …(7)因而，為了使入射到入射側(cè)光纖5上的光在入射側(cè)光纖5內(nèi)傳播，應(yīng)該滿足由下述公式(8)所表達(dá)的條件θt_max＞|θt| …(8)否則，光泄漏而不是被包含在芯5A中，這將導(dǎo)致?lián)p耗。換句話說，在到達(dá)入射側(cè)光纖5的端面且具有角分量θt的光當(dāng)中，僅具有角分量小于θt-max的光可以在光纖中傳播，其中θt是相對于光軸的角，光在光纖中以此角傳播。
此外，因光耦合導(dǎo)致的耦合損耗L由下述公式(2)加以確定L＝(L1+L2)/2 …(2)其中L1=0(θt_max>θt1)1-θt_max/θt1(θt_max≤θt1)]]>L2=0(θt_max>θt2)1-θt_max/θt2(θt_max≤θt2)]]>由于典型光學(xué)連接器的耦合損耗L約為10％，所以端面角α被如此選擇，以便于耦合損耗L小于0.1。
因此，端面角α應(yīng)該落在由下述公式(3)所表達(dá)的范圍之內(nèi)
如果端面角α被如此選擇，以便于它落在由上述所說明公式3給出的范圍之內(nèi)，則從發(fā)射側(cè)光纖3所發(fā)射的全部光入射到入射側(cè)光纖5上并且在該光纖內(nèi)傳播。因此，可以獲得展現(xiàn)優(yōu)良光學(xué)特性的光學(xué)耦合。
兩個光纖以NA1為0.35、NA2為0.35、nc為1.47及θt-max為0.24(弧度)被耦合，并且在變化端面角α的同時損耗被加以測量。結(jié)果被示于圖5中。如上所說明，如果L小于0.1，則光學(xué)耦合被認(rèn)為展現(xiàn)出低的耦合損耗。這些結(jié)果表明在這個光纖耦合結(jié)構(gòu)中，當(dāng)端面角α等于或小于17°時，耦合損耗L小于0.1。因此，當(dāng)端面角α等于或小于17°時，通過提供具有這個光纖耦合結(jié)構(gòu)的斜面，則獲得優(yōu)良的光學(xué)耦合。另外，當(dāng)端面角α等于或者小于6°時沒有損耗發(fā)生并且獲得優(yōu)良的光耦合。
根據(jù)上述所說明的示范實(shí)施例，由于入射側(cè)光纖5的光點(diǎn)半徑R得到增加，所以即使存在水平未對準(zhǔn)，具有低損耗的光學(xué)耦合也是可能的。此外，通過將耦合端面12與鄰接面22彼此緊靠，發(fā)射側(cè)光纖3和入射側(cè)光纖5之間的間隙被限定，光學(xué)耦合可以容易地被建立。
此外，間隙防止被形成在發(fā)射側(cè)光纖3端面3C上的電介質(zhì)多層膜以及被形成在入射側(cè)光纖5的端面5C上的電介質(zhì)多層膜彼此接觸，并且防止對電介質(zhì)多層膜的破壞。因而，光纖可以被容易地耦合而對光學(xué)特性沒有不利影響。
這里，已經(jīng)相當(dāng)詳盡地描述了本發(fā)明，以便于符合專利法和提供給本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)用該新穎的原理所需要的信息并且在需要時構(gòu)建和使用該特定的部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以通過特定的不同的設(shè)備和裝置實(shí)現(xiàn)，而各種的修改，對于設(shè)備細(xì)節(jié)和操作步驟二者，可以被完成而不偏離本發(fā)明本身的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于光耦合發(fā)射側(cè)光纖和入射側(cè)光纖的光纖耦合結(jié)構(gòu)，包括發(fā)射側(cè)基座，包括耦合端面；以及入射側(cè)基座，包括鄰接面；以及斜面，其中所述發(fā)射側(cè)光纖被緊固到發(fā)射側(cè)基座上，并且發(fā)射側(cè)光纖的一端被暴露在耦合端面處，其中所述入射側(cè)光纖被緊固到入射側(cè)基座上，并且入射側(cè)光纖的一端被暴露在所述入射側(cè)基座的斜面處，以及所述入射側(cè)光纖的所述暴露端具有一個斜面，其對應(yīng)于所述入射側(cè)基座的斜面，以及其中發(fā)射側(cè)基座的耦合端面緊靠入射側(cè)基座的鄰接面，被暴露在發(fā)射側(cè)基座的耦合端面處的發(fā)射側(cè)光纖與被暴露在入射側(cè)基座的斜面處的入射側(cè)光纖相隔開一間隙，以及發(fā)射側(cè)光纖與入射側(cè)光纖被光耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中入射側(cè)光纖的芯半徑r2大于發(fā)射側(cè)光纖的芯半徑r1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中作為發(fā)射側(cè)光纖端面與被提供在入射側(cè)光纖芯中的斜面的一端之間距離的端面間距D由下述公式(1)表達(dá)D<r2-r1tan{sin-1(NA1)}-2r2·tanα···(1)]]>其中α是發(fā)射側(cè)基座的耦合端面與入射側(cè)基座的斜面之間的角，r1是發(fā)射側(cè)光纖的芯半徑，r2是入射側(cè)光纖的芯半徑且NA1是發(fā)射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中在下述公式(2)中被定義的耦合損耗L小于0.1L＝(L1+L2)/2…(2)其中L1=0(θt_max>θt1)1-θt_max/θt1(θt_max≤θt1)]]>L2=0(θt_max>θt2)1-θt_max/θt2(θt_max≤θt2)]]>其中是θt_max最大傳播角，以及θt_max＝sin-1(NA2/nc)θt1＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)+α]}-αθt2＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)-α]}+α其中nc是所述入射側(cè)光纖的所述芯的折射率，NA1是發(fā)射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑，以及NA2是入射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中端面角α滿足由下述公式(3)所表達(dá)的條件sin-1(NA1/nc)＞|sin-1{1/nc×sin(sin-1(NA1)±α)}α|…(3)其中nc是入射側(cè)光纖的所述芯的折射率。
6.一種用于光耦合發(fā)射側(cè)光纖和入射側(cè)光纖的方法，包括下述步驟提供包括第一凹槽和耦合端面的發(fā)射側(cè)基座；提供包括第二凹槽、鄰接面以及斜面的入射側(cè)基座；將發(fā)射側(cè)光纖緊固到發(fā)射側(cè)基座的第一凹槽上，以在發(fā)射側(cè)光纖的耦合端面處暴露發(fā)射側(cè)光纖的一端；將入射側(cè)光纖緊固到入射側(cè)基座的第二凹槽上，以在入射側(cè)光纖的斜面處暴露入射側(cè)光纖的一端；以及通過將發(fā)射側(cè)基座的耦合端面緊靠到入射側(cè)基座的鄰接面上，以便于被暴露在發(fā)射側(cè)基座的耦合端面處的發(fā)射側(cè)光纖與被暴露在入射側(cè)基座斜面處的入射側(cè)光纖相隔開一間隙，從而發(fā)射側(cè)光纖和入射側(cè)光纖進(jìn)行光耦合。
7.權(quán)利要求6的方法，其中，所述入射側(cè)光纖被提供有一芯半徑r2，其大于發(fā)射側(cè)光纖的芯半徑r1。
8.權(quán)利要求6的方法，其中發(fā)射側(cè)光纖端面與被提供在入射側(cè)光纖芯中的斜面的一端被間隔開距離D，其由下式(1)表示D<r2-r1tan{sin-1(NA1)}-2r2·tanα···(1)]]>其中α是發(fā)射側(cè)基座的耦合端面與入射側(cè)基座的斜面之間的角，r1是發(fā)射側(cè)光纖的芯半徑，r2是入射側(cè)光纖的芯半徑且NA1是發(fā)射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑。
9.權(quán)利要求8的方法，其中在下述公式(2)中被定義的耦合損耗L小于0.1L＝(L1+L2)/2…(2)其中L1=0(θt_max>θt1)1-θt_max/θt1(θt_max≤θt1)]]>L2=0(θt_max>θt2)1-θt_max/θt2(θt_max≤θt2)]]>其中θt_max是最大傳播角，以及θt_max＝sin-1(NA2/nc)θt1＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)+α]}-αθt2＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)-α]}+α其中nc是所述入射側(cè)光纖的所述芯的折射率，NA1是發(fā)射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑，以及NA2是入射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑。
10.權(quán)利要求8的方法，其中端面角α被調(diào)節(jié)以滿足由下述公式(3)所表達(dá)的條件sin-1(NA1/nc)＞|sin-1{1/nc×sin(sin-1(NA1)±α)}α|…(3)其中nc是入射側(cè)光纖的所述芯的折射率。
11.權(quán)利要求6的方法，其中，一旦所述發(fā)射側(cè)光纖緊固到發(fā)射側(cè)基座，所述發(fā)射側(cè)基座的耦合端面在垂直方向被拋光。
12.權(quán)利要求7的方法，一旦所述入射側(cè)光纖緊固到入射側(cè)基座，所述入射側(cè)光纖的暴露表面以相對于所述入射側(cè)基座的鄰接面的一個角度被拋光。
13.如權(quán)利要求1的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)射側(cè)基座還包括一個第一凹槽而所述入射側(cè)基座還包括一個第二凹槽，并且其中并且所述發(fā)射側(cè)光纖在所述第一凹槽緊固到所述發(fā)射側(cè)基座上，而所述入射側(cè)光纖被在所述第二凹槽緊固到所述入射側(cè)基座上。
14.一種光纖耦合結(jié)構(gòu)，包括包括暴露端面的發(fā)射側(cè)光纖；包括斜的暴露端面的入射側(cè)光纖；包括耦合端面的發(fā)射側(cè)基座；包括鄰接面的入射側(cè)基座；其中所述發(fā)射側(cè)光纖緊固到所述發(fā)射側(cè)基座，而所述入射側(cè)光纖緊固到所述入射側(cè)基座；以及所述耦合端面緊靠所述鄰接端面以使所述入射側(cè)光纖的所述斜的暴露端面和所述發(fā)射側(cè)光纖的暴露端面被光耦合。
15.如權(quán)利要求14的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中，所述發(fā)射側(cè)光纖的所述暴露端和所述入射側(cè)光纖的所述斜的暴露端被間隔開。
16.如權(quán)利要求14的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中，所述發(fā)射側(cè)基座還包括一個第一凹槽而所述入射側(cè)基座還包括一第二凹槽，并且其中并且所述發(fā)射側(cè)光纖被在所述第一凹槽緊固到所述發(fā)射側(cè)基座上，而所述入射側(cè)光纖被在所述第二凹槽緊固到所述入射側(cè)基座上。
17.如權(quán)利要求14的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中，所述入射側(cè)基座還包括一個斜面，而所述入射側(cè)光纖的所述暴露端暴露在所述入射側(cè)基座的斜面處。
18.如權(quán)利要求14的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中，所述發(fā)射側(cè)光纖還包括芯和圍繞所述芯的包層；所述入射側(cè)光纖還包括芯和圍繞所述芯的包層；所述入射側(cè)光纖的所述芯的半徑大于所述發(fā)射側(cè)光纖的所述芯的半徑。
19.如權(quán)利要求14的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中作為發(fā)射側(cè)光纖暴露端面與在入射側(cè)光纖的所述暴露斜面處的所述入射側(cè)光纖的芯的一端之間距離的端面間距D由下述公式(1)表達(dá)D<r2-r1tan{sin-1(NA1)}-2r2·tanα···(1)]]>其中α是發(fā)射側(cè)基座的耦合端面與入射側(cè)光纖的暴露端的斜面之間的角，r1是發(fā)射側(cè)光纖的芯半徑r1，r2是入射側(cè)光纖的芯半徑且NA1是發(fā)射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑。
20.如權(quán)利要求19的光纖耦合結(jié)構(gòu)，其中在下述公式(2)中被定義的耦合損耗L小于0.1L＝(L1+L2)/2…(2)其中L1=0(θt_max>θt1)1-θt_max/θt1(θt_max≤θt1)]]>L2=0(θt_max>θt2)1-θt_max/θt2(θt_max≤θt2)]]>其中是θt_max最大傳播角，以及θt_max＝sin-1(NA2/nc)θt1＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)+α]}-αθt2＝sin-1{1/nc×sin[sin-1(NA1)-α]}+α其中nc是所述入射側(cè)光纖的所述芯的折射率，NA1是發(fā)射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑，以及NA2是入射側(cè)光纖的數(shù)值孔徑。
全文摘要
一種用于光耦合發(fā)射側(cè)光纖和入射側(cè)光纖的光纖耦合結(jié)構(gòu)包括發(fā)射側(cè)基座；以及入射側(cè)基座，其中所述發(fā)射側(cè)光纖被緊固到發(fā)射側(cè)基座上，并且發(fā)射側(cè)光纖的末端被暴露在耦合端面處，其中所述入射側(cè)光纖被緊固到入射側(cè)基座上，并且入射側(cè)光纖的一端被暴露在提供在所述入射側(cè)基座上的斜面處，以及其中發(fā)射側(cè)基座的耦合端面緊靠入射側(cè)基座的鄰接面，被暴露在發(fā)射側(cè)基座的耦合端面處的發(fā)射側(cè)光纖與被暴露在入射側(cè)基座的斜面處的入射側(cè)光纖相隔開一間隙，以及發(fā)射側(cè)光纖與入射側(cè)光纖被光耦合。
文檔編號G02B6/38GK1652416SQ20051000536
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者北林和大, 酒井哲彌 申請人:株式會社藤倉