專利名稱：攜帶準直透鏡的二維光纖陣列的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖陣列，更確切地說本發(fā)明涉及一種集成的光學元件，將應用于光交換機的光纖陣列和透鏡陣列進行集成的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列。
背景技術：
全光通信網絡實現的技術核心在于全光交換機。目前以3D-MEMS設計方案的全光交換機得以廣泛推廣。一般其出入光接口的設計方案是制造出的高精度2D光纖陣列和利用模壓或蝕刻制作出準直微透鏡陣列，然后再利用高精度的調整儀器將光纖陣列和微透鏡陣列整體對準耦合，從而獲得準直的發(fā)射或接收光路。由于從光纖發(fā)射出的光一般按照由光纖的數值孔徑(NA)確定的錐形模式而發(fā)散。 (NA=Iisin ( θ max)，其中η是光纖發(fā)射到其中的介質的折射率，而θ max是所述錐形發(fā)射模式的半角。)為了降低光纖陣列鏈接到光學系統(tǒng)的損耗，陣列中的光纖所發(fā)射的發(fā)散光束一般由透鏡準直或重聚焦后耦合到另一個光學系統(tǒng)時，要求微透鏡陣列對齊個條光纖系統(tǒng)中的每一條，以確保1)光是從每條光纖在陣列中一個精確的已知位置發(fā)射的，2)光是從每條光纖以基本相同的角度發(fā)射的(即光纖被對齊成彼此基本平行)，3)光是從每條光纖在離準直透鏡基本相同的距離處發(fā)射的，4 )每條光纖具有基本相同的數值孔徑。根據上述原理，人們發(fā)明了單個光纖和透鏡的光路準直器，其將光纖固定在陶瓷插芯中，再將透鏡利用外部夾具封接在插芯端頭，對光路進行準直。但是這種利用外部夾具對準透鏡和光纖的核心的方式對于高密度的光纖陣列是無法滿足的。目前人們已經制造了 2D高精度光纖陣列，其間距精度約2um，出射光平行度 2. 5mrad,同時也利用模壓或蝕刻制作了 2D準直微透鏡陣列，其間距精度約2um。將微準直透鏡陣列和光纖陣列整體對準封裝，起到光路的準直。但是，光纖陣列和微準直透鏡陣列都存在間距誤差，兩者整體封裝后中心核心就會產生誤差，誤差范圍在0-4um之間，該誤差造成光路耦合損耗；其次，每一個準直透鏡的焦點都無法同時對應相應的光纖端面而無法出射平行光路；再次，光纖陣列的出光方向不一致也會導致準直后光路無法平行出射。這些原因給光路準直耦合帶來重大的困難，從而導致光損耗較大而無法使用。

發(fā)明內容
針對現有技術的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種間距誤差及焦距誤差小、出光方向一致的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列；
同時，本發(fā)明還提供了該攜帶準直透鏡的二維光纖陣列的封裝方法。為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案為一種攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，包括多個呈陣列排布的插芯及插裝于插芯內的光纖，光纖延伸至插芯端頭，且光纖與插芯固定密封，其中，每個插芯端頭上均封裝有一微透鏡。本方案中，通過光纖和獨立的微透鏡一一對應，很好地解決了由于光纖陣列和微透鏡陣列都存在間距誤差、焦距誤差、出光方向不一致等問題。
該微透鏡的焦點與插芯端頭的端面重合。該微透鏡焦點處設有一微小臺階，在插芯端頭的端面上設有一微小凸臺，且微小凸臺頂入微小臺階內。該準直透鏡配合面的直徑和插芯端頭配合面的直徑相差小于0. 5um。該插芯端頭配合面呈外凸的柱形結構，該準直微透鏡的配合面呈內凹的柱形孔。該插芯端頭配合面呈內陷的錐形孔，該準直微透鏡配合面呈外凸錐形結構。該插芯端頭配合面與準直微透鏡配合面呈平面結構。所述插芯端頭的端面上鍍有一層增透膜，可以增大光路中所需光波的透過率。同時，本發(fā)明還提供一種攜帶準直透鏡的二維光纖陣列的封裝方法，其利用導軌調節(jié)架，使用高精度投影儀進行對準，確保插芯陣列端頭處于微透鏡焦點后，在微透鏡和插芯陣列配合面上涂覆封裝材料固定封裝。插芯和微透鏡通過成型或研磨加工方法，獲得所需的配合形狀。本發(fā)明解決了目前精密光纖陣列和微透鏡陣列整體配合時存在的間距誤差、出光方向不一致、焦距誤差等問題產生的較大的損耗。本發(fā)明中每一個透鏡都可單獨調整焦距后封裝，在封接過程中，利用0. Ium級導軌調節(jié)架，使用高精度投影儀進行對準，確保陣列端頭處于透鏡焦點后，然后在透鏡和陣列接觸面上涂覆特殊的封接材料固定封接。單個光纖與微透鏡的徑向偏差小于0. 25um，準直或耦合效果良好。整個光纖陣列陣點和理想的陣點偏差小于1. 5um，這種高集成、高密度的攜帶準直透鏡的光纖陣列，理想的光纖徑向偏差， 較低的光路傳輸損耗，完全適合于光通信中的光路交換，尤其是基于MEMS的全光交換。


圖號標號說明1——準直透鏡；2——精密插芯；3——光纖； 圖la、圖lb、圖Ic是攜帶準直透鏡光纖陣列各種可能的剖面圖； 圖2是高精度二維光纖陣列示意圖3a、圖北、圖3c是二維光纖陣列各種形狀側視圖； 圖^、4b、k是各種可能的準直透鏡示意圖； 圖fe、5b、5c是各種可能精密插芯示意圖； 圖6a、6b、6c是單個準直透鏡與插芯緊密配合示意圖。
具體實施例方式以下結合實施例及附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖1至圖6所示，本發(fā)明公開了一種攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，包括多個呈陣列排布的插芯及插裝于插芯內的光纖，光纖延伸至插芯端頭，且光纖與插芯固定密封，再進行端頭的研磨拋光，并根據所需通光波長鍍膜，其中每個插芯端頭上均封裝有一微透鏡。本發(fā)明中先將高精度的插芯2利用專用制具進行精密排列，如圖2所示，并穿入光纖3，再使用粘結劑將光纖、插芯進行精準固定和密封，從而實現一個高精度、高氣密性的光纖陣列。若以陣列中的任意陣點為基點，其余陣點與基點的間距和理想的陣點誤差最大不超過1. 5um。其中根據設計方案的不同及封裝方案的不同，插芯可以設計成各種形狀，其主要目的在于能更好地與透鏡進行固定。
根據不同的設計方案，可以將不同形狀的微透鏡和插芯端頭進行緊密配合，非常方便地通過專用工裝將各個準直微透鏡1封裝在每一個插芯端頭，從而獲得準直的發(fā)射或接收光路。根據設計方案的不同及封裝方案的不同，微透鏡可以設計成各種與插芯相互對應的形狀。圖la，微透鏡經過模壓或注射等加工方式制成，封裝時微透鏡的焦點與插芯端頭的端面重合，并在微透鏡端面焦點處設計一個微小臺階，在插芯端頭設計一個微小凸臺，使插芯微小凸臺恰好頂在微小臺階上，使得光纖出光端面處于微透鏡焦點處。圖Ia的設計方案中，準直微透鏡配合面的直徑和插芯端頭的直徑相差小于0. 5um，這樣微透鏡與插芯端頭封接后核心偏差就不到0. 25um，這樣微透鏡就很好的對光路進行準直或耦合。進一步地，如圖3a、圖4及圖5，該插芯端頭配合面4呈外凸的柱形結構，該準直微透鏡的配合面呈內凹的柱形孔。除上述結構之外，如圖北，該插芯端頭配合面4也可呈內陷的錐形孔，該準直微透鏡配合面呈外凸錐形結構。此種設計中微透鏡和插芯端頭配合面核心誤差小于0. 2um，光路準直或耦合效果很好。除上述結構之外，如圖3c，該插芯端頭配合面4與準直微透鏡配合面也可呈平面結構。根據需要的波段不同，所述插芯端頭的端面上鍍有一層增透膜，以減少光路的反射。本發(fā)明公開了一種攜帶準直透鏡的二維光纖陣列的封裝方法，其利用導軌調節(jié)架，使用高精度投影儀進行對準，確保插芯陣列端頭處于微透鏡焦點后，在微透鏡和插芯陣列配合面上涂覆封裝材料6固定封裝。插芯和微透鏡通過成型或研磨加工方法，獲得所需的配合形狀。
權利要求
1.一種攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，包括多個呈陣列排布的插芯及插裝于插芯內的光纖，光纖延伸至插芯端頭，且光纖與插芯固定密封，其特征在于，每個插芯端頭上均封裝有一微透鏡。
2.根據權利要求1所述的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，其特征在于，該微透鏡的焦點與插芯端頭的端面重合。
3.根據權利要求2所述的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，其特征在于，該微透鏡焦點處設有一微小臺階，在插芯端頭的端面上設有一微小凸臺，且微小凸臺頂入微小臺階內。
4.根據權利要求2所述的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，其特征在于，該透鏡配合面的直徑和插芯端頭配合面的直徑相差小于0. 5um。
5.根據權利要求1至4任一項所述的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，其特征在于，該插芯端頭配合面呈外凸的柱形結構，該準直微透鏡的配合面呈內凹的柱形孔。
6.根據權利要求1至4任一項所述的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，其特征在于，該插芯端頭配合面呈內陷的錐形孔，該準直微透鏡配合面呈外凸錐形結構。
7.根據權利要求1至4任一項所述的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，其特征在于，該插芯端頭配合面與準直微透鏡配合面呈平面結構。
8.根據權利要求1至4任一項所述的攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，其特征在于，所述插芯端頭的端面上鍍有一層增透膜。
9.一種根據權利要求2攜帶準直透鏡的二維光纖陣列的封裝方法，其特征在于，利用導軌調節(jié)架，使用高精度投影儀進行對準，當插芯陣列端頭處于微透鏡焦點后，在微透鏡和插芯陣列配合面上涂覆封裝材料固定封裝。
10.根據權利要求9所述的封裝方法，其特征在于，插芯和微透鏡通過成型或研磨加工方法，獲得所需的配合形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種攜帶準直透鏡的二維光纖陣列，包括多個呈陣列排布的插芯及插裝于插芯內的光纖，光纖延伸至插芯端頭，且光纖與插芯固定密封，其中，每個插芯端頭上均封裝有一微透鏡；該微透鏡的焦點與插芯端頭的端面重合；該微透鏡焦點處設有一微小臺階，在插芯端頭的端面上設有一微小凸臺，且微小凸臺頂入微小臺階內。本發(fā)明間距誤差小、焦距誤差小且出光方向一致。
文檔編號G02B6/32GK102183824SQ20111014444
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權日2011年5月31日
發(fā)明者王占慧, 謝燦生, 鄭鎮(zhèn)宏 申請人:潮州三環(huán)(集團)股份有限公司