專利名稱：用于光學(xué)部件的成像接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子學(xué)。更特別地，本發(fā)明涉及用于彼此連接兩個(gè)光學(xué)部件例如光學(xué)纖維或者光波導(dǎo)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
典型的情形是，在光學(xué)傳輸部件例如光學(xué)纖維上傳輸?shù)墓庑盘?hào)必須在一光學(xué)纖維和另一光學(xué)纖維或者光電子設(shè)備之間進(jìn)行耦合。典型地，光學(xué)纖維的端面配備有給定的標(biāo)準(zhǔn)化的波形因數(shù)的光學(xué)連接器，例如MT，所述連接器可以耦接到另一光纖或者光電子設(shè)備上的配合光學(xué)連接器。通過(guò)一對(duì)配合連接器彼此連接的光纜可以包括單一光學(xué)纖維。但是，越來(lái)越常見(jiàn)地，光纜包含多個(gè)光學(xué)纖維，在電纜中的每個(gè)光學(xué)纖維中的光通過(guò)一對(duì)配合連接器耦合到另一電纜中的相應(yīng)光學(xué)纖維或者光電子部件中的相應(yīng)的光接收器或者發(fā)送器中。光學(xué)連接器一般必須非常精確地予以制造以保證盡可能多的光線傳輸通過(guò)接口光纖以最小化傳輸過(guò)程中的信號(hào)損失。在典型的光學(xué)纖維中，光線一般僅包括在光纖的芯部?jī)?nèi)，對(duì)于單模光纖，該芯部典型地具有大約10微米的直徑，對(duì)于多模光纖，該芯部典型地具有大約50微米的直徑?；覊m斑點(diǎn)的橫截面典型地大于10微米。相應(yīng)地，在兩個(gè)光纖的接口處的單個(gè)灰塵斑點(diǎn)會(huì)實(shí)質(zhì)性地或者完全地阻擋光纖中的光信號(hào)通過(guò)連接器。相應(yīng)地,熟知使用擴(kuò)張光束(expanded beam)連接器,特別是在其中可能在一定場(chǎng)合例如起伏(rugged)或者多塵環(huán)境的情形中。擴(kuò)張光束連接器包括擴(kuò)張光束以增大在連接器的光接口處(也就是，設(shè)計(jì)成連接到另一光學(xué)連接器或者光電子設(shè)備的連接器的末端)的光束的橫截面的光學(xué)器件(例如透鏡)。當(dāng)然，取決于光線穿過(guò)連接器的方向，透鏡也可以擴(kuò)張離開(kāi)光纖的光束到更大的橫截面，用于耦接到配合連接器的相應(yīng)透鏡或者使得從另一連接器的相應(yīng)透鏡進(jìn)入透鏡的光束成像到光纖的面中的成像點(diǎn)。一般而言，這樣的接口采用準(zhǔn)直光學(xué)器件以使得兩個(gè)配合連接器的光學(xué)器件之間的光束被準(zhǔn)直，并且其光斑尺寸比光線從其發(fā)源的光纖的芯部(以及光線正被導(dǎo)向到的光纖的芯部)大很多。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及采用對(duì)光束成像而不是準(zhǔn)直光束的光學(xué)器件(例如，透鏡)的光接口。更具體地，在接口處的每個(gè)連接器包括光學(xué)器件，例如透鏡，其適于接收從場(chǎng)點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束并使得光束成像到距離成像透鏡預(yù)定距離處的像點(diǎn)。采用這樣的光學(xué)器件的連接器可例如有效地配合到具有相同光學(xué)器件的相似的連接器或者到?jīng)]有透鏡的連接器。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)連接器包括用于可釋放地配合另一光學(xué)連接器的光學(xué)連接器主體以及具有光交換面的光學(xué)部件。此外，光學(xué)器件定位在光學(xué)部件的光交換面的前面，其適于接收從光學(xué)部件的前端面發(fā)出的光束并將其成像到像點(diǎn)。
現(xiàn)在將通過(guò)例子參照附圖描述本發(fā)明，其中:圖1是現(xiàn)有技術(shù)的多光纖擴(kuò)張光束光學(xué)連接器的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理的多光纖擴(kuò)張光束光學(xué)連接器的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理的兩個(gè)配合的多光纖擴(kuò)張光束光學(xué)連接器的示意圖；圖4是配合到現(xiàn)有技術(shù)的沒(méi)有光學(xué)器件的光學(xué)連接器的根據(jù)本發(fā)明的原理的多光纖擴(kuò)張光束光學(xué)連接器的示意圖。
具體實(shí)施例方式傳統(tǒng)地，采用擴(kuò)張光束耦合的光學(xué)連接器包括用于每個(gè)光學(xué)部件的單獨(dú)的透鏡。以下的討論將參照其中光學(xué)部件是光學(xué)纖維的實(shí)施例。但是，應(yīng)當(dāng)理解，這僅僅是示例性的，本發(fā)明可以應(yīng)用于連接任何兩個(gè)光學(xué)部件，包括光學(xué)部件，例如光纖、波導(dǎo)以及光電子裝置的任何組合，其中所述光電子裝置例如為光電二極管、光電探測(cè)器、以及光學(xué)和光電子的接收器、發(fā)射器和收發(fā)器。具體地，光纜的光學(xué)纖維被插入到連接器的套圈中，該套圈在連接器中精確地橫向(也就是與光纖的光軸相橫向)對(duì)齊包含在其中的光纖，用于光學(xué)耦接到配合連接器中的相應(yīng)的光纖。透鏡布置在每個(gè)光纖的前端，用于準(zhǔn)直離開(kāi)光纖的光束(或者聚焦在光纖的前面上的光束，在這樣的情況下:即光線在其它方向傳播，即，從配合連接器的相應(yīng)光纖進(jìn)入該光纖中)。圖1是示出傳統(tǒng)的擴(kuò)張光束連接器的基本部件的示意圖。為了不使得附圖不清楚，附圖示出多根光纖的僅一根的光束路徑。多根光學(xué)纖維101，102，103，104，105，106進(jìn)入連接器主體110的后部并終止在連接器主體110的前端附近的端面處。連接器主體適于可釋放地配合到另一連接器主體以提供兩個(gè)光學(xué)部件之間的可分離的光學(xué)連接。這樣的連接器在光學(xué)領(lǐng)域是熟知的，包括諸如ΜΡ0、SC、ST、FC和LC的熟知的標(biāo)準(zhǔn)化的波形因數(shù)。透鏡121，122，123，124，125，126 (在圖中示意性地示出為單根曲線，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將其理解為實(shí)際的三維的透鏡)定位在每個(gè)光纖101-106的端面前面。透鏡121-126是準(zhǔn)直透鏡。更具體地，光束115從每個(gè)光纖101-106離開(kāi)(在圖中僅示出從光纖101發(fā)出的一個(gè)光束)一般開(kāi)始于大致等于光纖芯(例如，對(duì)于單模光纖，10微米；或者，對(duì)于多模光纖，50微米)的光斑尺寸，并且它一離開(kāi)光纖的前端面就開(kāi)始發(fā)散(見(jiàn)圖中的光束部分115a)。每個(gè)透鏡121-126接收來(lái)自發(fā)散光束115的光線并使得其準(zhǔn)直以使得擴(kuò)張直徑的準(zhǔn)直光束(見(jiàn)圖中的光束115的光束部分115b)從透鏡121的前端離開(kāi)。擴(kuò)張的準(zhǔn)直光束115b較少地受到連接器110和該連接器110在傳輸系統(tǒng)中連接到其上的配合連接器之間的塵粒以及其它污垢的影響，因?yàn)閿U(kuò)張的準(zhǔn)直光束直徑比原光束寬度大很多。擴(kuò)張光束連接器一般用來(lái)連接到同樣設(shè)計(jì)并包含相同透鏡的另一擴(kuò)張光束連接器以使得另一連接器中的透鏡將接收準(zhǔn)直的擴(kuò)張光束并將準(zhǔn)直光束聚焦回到在那個(gè)連接器中的光纖的端面上的點(diǎn)。例如在圖1中所示的擴(kuò)張光束連接器不能有效地耦接到并不包含準(zhǔn)直光學(xué)器件的更傳統(tǒng)的連接器，因?yàn)閺臄U(kuò)張光束連接器的透鏡發(fā)出的擴(kuò)張光束的僅一非常小的部分的光線可以進(jìn)入非擴(kuò)張光束連接器的光纖。也就是，擴(kuò)張光束的大多數(shù)光線將在目標(biāo)接收光纖的孔之外。圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理的光學(xué)連接器210的示意圖，其中接口包括光學(xué)器件，例如，透鏡，就如擴(kuò)張光束連接器一樣，但不是采用準(zhǔn)直透鏡，而是它采用成像透鏡。例如，折射成像透鏡 221，222，223，224，225，226 布置在每個(gè)光纖 201，202，203，204，205，206 的端面的前面以將透鏡中的光線成像到像點(diǎn)P。注意到，在該實(shí)施例中，像點(diǎn)P恰好在連接器主體210的前端處。透鏡可以采用許多形式，包括單一的、多件式的以及全息的(見(jiàn)美國(guó)專利6，012，852)透鏡。如可以在圖2中看出的，光束215如在圖1中那樣離開(kāi)光纖201，即，作為發(fā)散光束離開(kāi)，如由第一光束部分215a所示例的。當(dāng)它遇到成像透鏡221時(shí)，透鏡將光線成像到像點(diǎn)P，如由光束215的光束部分215b所示例的。超過(guò)像點(diǎn)P，光束215開(kāi)始再次發(fā)散，如圖2中的光束部分215c所示例的。該接口具有超過(guò)如圖1所示的更傳統(tǒng)的擴(kuò)張光束連接器的若干優(yōu)點(diǎn)。首先，這實(shí)際是擴(kuò)張光束接口，因?yàn)檎缋脺?zhǔn)直透鏡的擴(kuò)張光束連接器中的那樣，光束在透鏡的前表面處擴(kuò)張。雖然光束發(fā)散到像點(diǎn)，該像點(diǎn)不必在灰塵可粘附到其上的表面上。而是，如將從下面的討論變得明顯的，像點(diǎn)可以在空氣中，在那里灰塵不能粘附，因此擔(dān)心更少一點(diǎn)。因此，圖2的發(fā)散光束接口具有與準(zhǔn)直光束連接器一樣的許多優(yōu)點(diǎn)。而且，如果這樣的連接器將被拆開(kāi)，從連接器逃離的光線將為發(fā)散光束，如可以在圖2中看出的。這比圖1的準(zhǔn)直透鏡更安全在于，如果發(fā)散光束在距離連接器一定距離處進(jìn)入人眼中，它會(huì)比準(zhǔn)直光束更不危險(xiǎn)得多，其中所述準(zhǔn)直光束比本發(fā)明的持續(xù)發(fā)散的光束聚集更多。當(dāng)然，在本發(fā)明的接口中的透鏡的像點(diǎn)P處或者非?？拷撓顸c(diǎn)P處，光束實(shí)際上比準(zhǔn)直光束接口的光束更聚集。但是，實(shí)際的情況是，人員非常不可能意外地將他或她的眼鏡如此靠近連接器地暴露于從光學(xué)連接器發(fā)出的光束。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這樣的事實(shí):采用這樣的成像透鏡的光學(xué)連接器可以有效地耦接到相同設(shè)計(jì)的另一連接器或者在光纖前面不包含光學(xué)器件的連接器。更具體地，采用本發(fā)明的原理的連接器可以有效地將來(lái)自其光纖的光線耦合到另一連接器中的光纖，而不管另一連接器是根據(jù)本發(fā)明的原理的采用另一成像透鏡的相似的連接器，還是在光纖端面前面沒(méi)有光學(xué)器件的更傳統(tǒng)的連接器。圖3和4示出這樣的事實(shí)。特別地，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的原理的兩個(gè)連接器，其采用在它們的各自光纖前面的成像光學(xué)器件，并示出光線如何可以聚焦到接收光纖前面上的像點(diǎn)。另一方面，圖4示出采用連接到傳統(tǒng)的連接器(其在其光纖前面沒(méi)有光學(xué)器件)的成像光學(xué)器件的本發(fā)明的連接器，其示出光束如何仍可成像到在接收光纖的前面上的點(diǎn)。首先參照?qǐng)D3，兩個(gè)連接器主體300，320適于耦接在一起以橫向?qū)R第一連接器中的每個(gè)光纖301，302，303，304，305，306與第二連接器320中的相應(yīng)光纖321，322，323，324，325，326，由此用來(lái)耦合光線。諸如MT類型連接器的這樣的連接器在本領(lǐng)域是熟知的，因此關(guān)于實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臋M向?qū)R就無(wú)需進(jìn)一步討論了。從第一連接器300的光纖301發(fā)出的光束315隨著它離開(kāi)光纖301 (如光束部分315a所不例的)而發(fā)散,直到它進(jìn)入透鏡311 (其在圖中示意性地表示為單根曲線，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解它實(shí)際為具有一定深度的透鏡)。透鏡311將光束成像到像點(diǎn)P (在圖3中由光束部分315b示例)。第二，相同的連接器320耦接到第一連接器300。兩個(gè)連接器設(shè)計(jì)為以使得當(dāng)它們耦合在一起時(shí)，兩個(gè)透鏡的像點(diǎn)大致重合。這樣，被成像到點(diǎn)P的光束通過(guò)該點(diǎn)分散(在圖3中由光束部分315c示例)直到它遇到連接器320的透鏡321的前部。透鏡321將光束成像回到在透鏡321的前表面后面一定距離處的第二像點(diǎn)，該一定距離與光纖和連接器300中的透鏡301的前面之間的距離相同，接收光纖321的端面定位在那里。這樣，兩個(gè)具有相同光學(xué)器件的連接器有效地將兩個(gè)光纖之間的光線耦合，如果連接器設(shè)計(jì)成將兩個(gè)透鏡定位為使得它們的像點(diǎn)大致重合的話。注意到，兩個(gè)配合透鏡的光學(xué)器件不必必須為相同的。如果光學(xué)器件不相同，那么兩個(gè)透鏡的前面之間的距離可以被調(diào)節(jié)以保證最多的光線耦合。轉(zhuǎn)到圖4，兩個(gè)連接器主體400，420適于耦接在一起以橫向?qū)R第一連接器410中的每個(gè)光纖401，402，403，404，405，406與第二連接器420中的相應(yīng)的光纖421，422，423，424，425，426，通過(guò)此用來(lái)耦合光。從第一連接器400的光纖401發(fā)出的光束隨著它離開(kāi)光纖401直到它進(jìn)入透鏡411而分散。正如圖3中的，透鏡411將光束成像到像點(diǎn)p。在它的光纖421，422，423，424，425，426前面沒(méi)有光學(xué)器件的第二連接器420耦接到第一連接器400。如果第二連接器420設(shè)計(jì)為以使得光纖421的前面定位在位置P處，那么該光纖的前端面將位于光束的像點(diǎn)。對(duì)于其它光纖402-406，情況也是如此。這樣，兩個(gè)具有相同光學(xué)器件的連接器可以有效地耦合兩個(gè)光纖之間的光線。但是，甚至進(jìn)一步地，具有成像光學(xué)器件的一個(gè)連接器和在光纖前面沒(méi)有光學(xué)器件的另一連接器可以有效地耦合兩個(gè)光纖之間的光線，只要沒(méi)有透鏡的連接器的光纖定位在有透鏡的連接器的透鏡的像點(diǎn)P處。對(duì)于光學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯的是，在與上面關(guān)于圖3和4描述的光線的方向相反的方向傳播的光線將恰好以互補(bǔ)的方式表現(xiàn)以使得光線可以在兩個(gè)連接器的配合光纖之間雙向耦合。例如，在相反方向上傳輸通過(guò)圖3的構(gòu)型的接口的光束的表現(xiàn)(behavior)是微小的。因?yàn)閮蓚€(gè)連接器是相同的，所以在相反方向傳輸通過(guò)接口的光束的表現(xiàn)是相同的。事實(shí)上，如圖3所示的光束線代表在兩個(gè)方向傳播的光線(僅僅是光線的方向?qū)⒈舜讼喾?。對(duì)于圖4的構(gòu)型，情況也同樣如此。也就是，在圖4中所示的光束線將等效地代表在相反方向傳輸通過(guò)接口的光線的光線路徑。特別地，發(fā)散光束將離開(kāi)光纖的前端面并分散直到它遇到連接器400中的透鏡411的前部，該透鏡將使得光束被成像到光纖401端面上的像點(diǎn)。本發(fā)明的光接口可以提供對(duì)在光纖前面沒(méi)有光學(xué)器件的傳統(tǒng)的連接器提供向后兼容性。例如，傳統(tǒng)的MT連接器在光纖前面并不具有光學(xué)器件。這樣，如果本發(fā)明的原理被應(yīng)用到MT類型的連接器中，這樣的成像連接器可以有效地耦接到相同的成像MT連接器以及傳統(tǒng)的MT連接器。因?yàn)橥哥R在P處形成光纖的圖像，因此橫向和角向錯(cuò)位容差在本發(fā)明的兩個(gè)成像連接器之間實(shí)質(zhì)上與在兩個(gè)沒(méi)有透鏡的連接器之間的容差相同。這樣的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于，用于對(duì)齊兩個(gè)套圈的機(jī)械系統(tǒng)對(duì)于兩個(gè)沒(méi)有透鏡的連接器、兩個(gè)成像連接器、或者配合到?jīng)]有透鏡的連接器的成像連接器可以是相同的。例如，MT套圈或者單一光纖套圈設(shè)計(jì)成精確控制兩個(gè)配合套圈的橫向?qū)R。但是，角向?qū)R并不需要嚴(yán)格控制，因?yàn)檫@在沒(méi)有透鏡的光纖-光纖應(yīng)用中并不需要。如果現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)直透鏡用于制造擴(kuò)張光束連接器，那么兩個(gè)套圈的角向?qū)R必須非常精確，并且不能通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的連接器硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明并沒(méi)有這樣的問(wèn)題。以上的討論描述了一種理想的光學(xué)系統(tǒng)，其中光線被成像到點(diǎn)P。這樣的理想的光學(xué)系統(tǒng)可以通過(guò)諸如單模光纖的“點(diǎn)源”來(lái)合理地實(shí)現(xiàn)。但是，多模光纖的更大的芯部并不能合理地近似于理想的點(diǎn)源。因此，諸如ZEMAX 的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件可以用于優(yōu)化用于圖3和4所示的兩個(gè)構(gòu)型的光線傳輸。這樣，光學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，優(yōu)化解決方案可以不必形成如典型地用于光學(xué)行業(yè)中的那樣準(zhǔn)確的圖像。盡管在此及上已經(jīng)關(guān)于用于彼此耦接光學(xué)傳輸部件的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，本發(fā)明可以應(yīng)用到其中光線將在兩個(gè)光學(xué)部件的光線發(fā)射和/或接收(在此及后光線交換)面之間耦合的任何的情形中。這包括光學(xué)傳輸部件例如光學(xué)纖維和波導(dǎo)，以及光電子部件例如光電二極管、光電檢測(cè)器、激光器或者任何其它的光電接收器、發(fā)送器或者收發(fā)器。例如，在光電子發(fā)射器和光學(xué)纖維之間的耦接中，發(fā)送器可以裝備有根據(jù)本發(fā)明的原理的成像透鏡，并可以光學(xué)耦接到與沒(méi)有透鏡的連接器或者根據(jù)本發(fā)明的配備有成像透鏡的連接器端接的光學(xué)纖維。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)連接器，包括: 用于可釋放地與另一光學(xué)連接器配合的光學(xué)連接器主體(210)； 具有光交換面的光學(xué)部件(201-206);和 定位在所述光學(xué)部件(201-206)的光交換面的前面的光學(xué)器件(221-226),該光學(xué)器件適于接收從所述光學(xué)部件的前端面發(fā)出的光束并將該光束成像到像點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)接口，其中，所述光學(xué)部件是光學(xué)傳輸部件(201-206),所述光交換面是該光學(xué)傳輸部件的端面。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)連接器，其中，所述光學(xué)部件包括多個(gè)光學(xué)傳輸部件(201-206)，所述光學(xué)器件包括多個(gè)光學(xué)器件(221-226)，該多個(gè)光學(xué)器件(221-226)包括用于該多個(gè)光學(xué)傳輸部件的每個(gè)的光學(xué)器件。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)接口，其中，所述光學(xué)器件包括一個(gè)或多個(gè)折射透鏡(221-226)。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)接口，進(jìn)一步包括圍繞所述光學(xué)器件的連接器主體(300)，所述連接器主體適于與另一連接器主體(320)配合。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)連接器，其中，所述光學(xué)部件(301-306)是光學(xué)纖維。
7.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)連接器，其中，所述光學(xué)部件是光學(xué)波導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用對(duì)光束成像而不是準(zhǔn)直光束的光學(xué)器件(例如，透鏡)的光接口。更具體地，在接口處的每個(gè)連接器包括適于接收從場(chǎng)點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光束并使得光束成像到距離成像透鏡預(yù)定距離處的像點(diǎn)的光學(xué)器件，例如透鏡。采用這樣的光學(xué)器件的連接器可例如有效地配合到具有相同光學(xué)器件的相似的連接器或者到?jīng)]有透鏡的連接器。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)連接器包括用于可釋放地配合另一光學(xué)連接器的光學(xué)連接器主體(210)以及具有光交換面的光學(xué)部件(201-206)。此外，光學(xué)器件(221-226)定位在光學(xué)部件(201-206)的光交換面的前面，其適于接收從光學(xué)部件的前端面發(fā)出的光束并將其成像到像點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/32GK103119489SQ201180045643
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者M.A.卡達(dá)卡倫, D.W.科馬尼 申請(qǐng)人:泰科電子公司