專利名稱：四纖光纖準(zhǔn)直器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖通信中使用的光纖準(zhǔn)直器，尤其涉及一種可應(yīng)用于光學(xué)分插復(fù)用器中的四纖光纖準(zhǔn)直器。
背景技術(shù)：
光纖準(zhǔn)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(fā)散光束通過微透鏡準(zhǔn)直，或是將外界平行或發(fā)散光束通過微透鏡耦合至單模光纖內(nèi)。目前最常用的光纖準(zhǔn)直器是單纖準(zhǔn)直器，如圖1所示。圖中101為光纖，102為光纖101與光纖毛細(xì)管膠合構(gòu)成的光纖頭，103為光學(xué)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(xué)微透鏡 103的套管。光纖頭102出射面與光學(xué)微透鏡103入射面均鍍有減反膜，并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(xué)微透鏡 103套在套管104里面，精確調(diào)整光纖頭102與光學(xué)微透鏡103之間的距離，使光纖頭的出光點(diǎn)置于光學(xué)微透鏡的焦點(diǎn)處。將光纖頭102、光學(xué)微透鏡103分別用膠與套管104膠合， 即制成單纖光纖準(zhǔn)直器。單纖準(zhǔn)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(xué)微透鏡103的入射面粘合，以達(dá)到連接固定的作用。除了上述單纖準(zhǔn)直器之外，常用的還有雙纖準(zhǔn)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(xì)管膠合構(gòu)成的光纖頭，204為光學(xué)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(xué)微透鏡204的套管。光纖頭203出射面與光學(xué)微透鏡204入射面均鍍有減反膜， 并且有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(xué)微透鏡204后產(chǎn)生的平行光在微透鏡前端匯聚。將光纖頭203和光學(xué)微透鏡204套在套管205里面，精確調(diào)整光纖頭203與光學(xué)微透鏡204之間的距離，使光纖頭的出光點(diǎn)置于光學(xué)微透鏡的焦點(diǎn)處，最后將光纖頭203、光學(xué)微透鏡204與套管205膠合，即制成雙纖光纖準(zhǔn)直器。光纖準(zhǔn)直器是制作光學(xué)分插復(fù)用器的重要器件。中國專利“光分插復(fù)用器”(CN 1481101A)在輸入、輸出和分下/插入端口各用了一個(gè)單纖光纖準(zhǔn)直器。雙纖準(zhǔn)直器也可用于制作光學(xué)分插復(fù)用器，比如，Oplink公司的OADM 101 A/D系列、Browave公司的3端口分插濾波器和Koncent公司的3端口 CWDM產(chǎn)品。但無論是使用單纖準(zhǔn)直器還是雙纖準(zhǔn)直器制作光學(xué)分插復(fù)用器，其輸入、輸出、插入和分下端口必然位于器件的兩側(cè)，造成器件結(jié)構(gòu)尺寸偏大、實(shí)際操控不方便。而且如果使用單纖準(zhǔn)直器，由于器件增多，更會(huì)增加器件裝配復(fù)雜度，難以保證工作性能。中國專利“四纖光纖準(zhǔn)直器”(CN101344616)是一種四光纖準(zhǔn)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?qū)崿F(xiàn)高集成度、單側(cè)端口的 0ADM,但是加工困難，成本較高。發(fā)明內(nèi)容為了克服已有光纖準(zhǔn)直器技術(shù)在構(gòu)造光學(xué)分插復(fù)用器時(shí)集成度低、不能實(shí)現(xiàn)單側(cè)端口、加工困難、成本高等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出一種構(gòu)造光學(xué)分插復(fù)用器時(shí)高集成度、能實(shí)現(xiàn)單側(cè)端口、且加工方便、低成本的四纖光纖準(zhǔn)直器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種四纖光纖準(zhǔn)直器，包含一四纖光纖頭、一光學(xué)微透鏡和連接件，所述四纖光纖頭和光學(xué)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(xué)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(xì)管與水平穿設(shè)在所述四孔毛細(xì)管內(nèi)的四根光纖構(gòu)成，所述的四根光纖在同一豎直面內(nèi)自上而下依次排列，中間兩根光纖與上下兩根光纖分別關(guān)于所述準(zhǔn)直器中心軸上下對稱，所述光學(xué)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(gè)球冠結(jié)合而成， 關(guān)于準(zhǔn)直器中心軸對稱的內(nèi)側(cè)2根光纖對應(yīng)半徑為R1的球面，外側(cè)2根光纖對應(yīng)半徑為& 的球面。進(jìn)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(nèi)。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(yōu)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(xì)管的開孔內(nèi)。所述中間兩根光纖的出射光通過變曲率球面透鏡產(chǎn)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(chǎn)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(gè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所達(dá)到的效果是所述光纖頭中上下兩根光纖輸出的光經(jīng)過變曲率球面透鏡后的夾角，與中間兩根光纖輸出的光經(jīng)過變曲率球面透鏡后的夾角相同。本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在變曲率球面透鏡采用同一種均勻材料制成， 制作簡單、成本低；將本實(shí)用新型用于光學(xué)分插復(fù)用器時(shí)，可使得輸入、輸出、分下和插入的光路均在同一平面內(nèi)，從而大大簡化了結(jié)構(gòu)，降低了機(jī)械裝置裝調(diào)的難度；上述四個(gè)端口均位于光學(xué)分插復(fù)用器的同一側(cè)，不僅減小了光學(xué)分插復(fù)用器的結(jié)構(gòu)尺寸，還方便器件的操控；采用本實(shí)用新型的光學(xué)分插復(fù)用器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)波長的直通、分下和插入。

[0018]圖1是已有技術(shù)單纖光纖準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是已有技術(shù)雙纖光纖準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型四纖光纖準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3的俯視圖。圖5是本實(shí)用新型所述的變曲率球面透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是采用本實(shí)用新型的光學(xué)分插復(fù)用器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1參照圖1 圖6，一種四纖光纖準(zhǔn)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(nèi)。所述四纖光纖頭305由四孔毛細(xì)管與水平穿設(shè)在所述四孔毛細(xì)管內(nèi)的四根光纖 301、302、303、304構(gòu)成，所述的四根光纖膠接在所述四孔毛細(xì)管的開孔內(nèi)，所述的四根光纖在同一豎直面內(nèi)自上而下依次排列，中間兩根光纖與上下兩根光纖分別關(guān)于所述準(zhǔn)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(yōu)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(gè)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的透鏡，包括長度為w的斜柱體和變曲率球體兩部分。斜柱體的斜面用于提高四纖光纖準(zhǔn)直器的回波損耗，減少反射光信號對入射光信號的干擾；變曲率球體由球體半徑分別為隊(duì)和&的兩個(gè)球冠結(jié)合而成。關(guān)于準(zhǔn)直器中心軸對稱的內(nèi)側(cè)2根光纖對應(yīng)半徑為R1的球面，外側(cè)2根光纖對應(yīng)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。光纖出射端面需置于透鏡物方焦點(diǎn)處，才能使從光纖出射的高斯光束得到準(zhǔn)直。另外，光纖端面與透鏡端面的距離越近，光束發(fā)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(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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里面，精確調(diào)整光纖頭305與變曲率球面透鏡306之間的距離，最后將光纖頭305、變曲率球面透鏡306與套管307膠合，即制成本實(shí)用新型四纖光纖準(zhǔn)直器。參照圖6，采用本實(shí)用新型四纖光纖準(zhǔn)直器的光學(xué)分插復(fù)用器，包括本實(shí)用新型四纖光纖準(zhǔn)直器、多層介質(zhì)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(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，可保證上述插入、 輸入、輸出和分下的光線軌跡均位于同一平面內(nèi)。[0032]經(jīng)過變曲率球面透鏡306后的輸入信號以特定角度入射到所述多層介質(zhì)薄膜濾波器308的鍍膜面，其反射的光波作為直通信號。經(jīng)過變曲率球面透鏡306后的插入信號從所述多層介質(zhì)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(zhì)薄膜濾波器308后與上述直通信號重合，形成輸出信號，然后進(jìn)入所述變曲率球面透鏡306中傳播，直至傳播進(jìn)入輸出光纖303。經(jīng)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后，射入所述的變曲率球面透鏡 306，直至傳播進(jìn)入執(zhí)行分下功能的光纖304。對一種優(yōu)選的實(shí)例進(jìn)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(zhǔn)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(dāng) R1 = 0. 37mm, R2 = 3 = 1. Ilmm 時(shí)滿足 2 α = 2 β，此時(shí) I1 = O. 058599mm, I2 = O-1188mm。 利用RSOFT軟件模擬光場在此器件中的傳播，可以發(fā)現(xiàn)從內(nèi)、外側(cè)光纖輸入的高斯光束經(jīng)過透鏡后發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，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(zhǔn)直。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于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(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式與實(shí)施例1完全相同。
權(quán)利要求1.一種四纖光纖準(zhǔn)直器，包含一四纖光纖頭、一光學(xué)微透鏡和連接件，所述四纖光纖頭和光學(xué)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(xué)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(xì)管與水平穿設(shè)在所述四孔毛細(xì)管內(nèi)的四根光纖構(gòu)成，所述的四根光纖在同一豎直面內(nèi)自上而下依次排列， 中間兩根光纖與上下兩根光纖分別關(guān)于所述準(zhǔn)直器中心軸上下對稱，其特征在于所述光學(xué)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(gè)球冠結(jié)合而成，關(guān)于準(zhǔn)直器中心軸對稱的內(nèi)側(cè)2根光纖對應(yīng)半徑為R1的球面，外側(cè)2根光纖對應(yīng)半徑為&的球面。
2.如權(quán)利要求1所述的四纖光纖準(zhǔn)直器，其特征在于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(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的四纖光纖準(zhǔn)直器，其特征在于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(quán)利要求1 3之一所述的四纖光纖準(zhǔn)直器，其特征在于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(quán)利要求4所述的四纖光纖準(zhǔn)直器，其特征在于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(quán)利要求4所述的四纖光纖準(zhǔn)直器，其特征在于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(quán)利要求1 3之一所述的四纖光纖準(zhǔn)直器，其特征在于所述的四根光纖膠接在所述四孔毛細(xì)管的開孔內(nèi)。
專利摘要一種四纖光纖準(zhǔn)直器，包含一四纖光纖頭、一光學(xué)微透鏡和連接件，四纖光纖頭和光學(xué)微透鏡通過連接件同軸水平布置，四纖光纖頭由四孔毛細(xì)管與水平穿設(shè)在所述四孔毛細(xì)管內(nèi)的四根光纖構(gòu)成，四根光纖在同一豎直面內(nèi)自上而下依次排列，中間兩根光纖與上下兩根光纖分別關(guān)于所述準(zhǔn)直器中心軸上下對稱，光學(xué)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(gè)球冠結(jié)合而成，關(guān)于準(zhǔn)直器中心軸對稱的內(nèi)側(cè)2根光纖對應(yīng)半徑為R1的球面，外側(cè)2根光纖對應(yīng)半徑為R2的球面。本實(shí)用新型高集成度、能實(shí)現(xiàn)單側(cè)端口、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(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者樂孜純, 何娣, 張明, 魏震 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)