[發明專利]用于將光耦合到光波導中的光學組件

有效

• 申請號: 201010133226.0
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN101930096A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 盧克·格雷漢姆
• 申請（專利權）人: JDS尤尼弗思公司
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B3/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭小粵

技術領域

本發明通常涉及用于光耦合的光學組件，尤其是涉及用于將光從背向反射敏感的光源耦合到光波導中的光學組件。

發明背景

在光纖通信中，來自光源的光，例如來自激光器或發光二極管(LED)的光以高速率使用數據流而被調制，并通過在兩個或多個地理位置之間的一段光纖而被傳輸。激光器通常使用透鏡被耦合到光纖。

光纖通信中的一個問題是從光纖到激光器光源的光反饋或背向反射會影響激光器操作并在經調制的光信號的上升和下降邊緣的計時中引起抖動。光反饋的影響對單模激光器，例如1310nm垂直腔面發射激光器(VCSEL)或分布式反饋(DFB)激光器，是最嚴重的，但對多模激光器例如850nm?VCSEL或法布里-珀羅(FP)激光器也是明顯的。因此，存在著對減少由于來自光纖頂端的反射而產生的進入單模激光器和多模激光器的光反饋的需要。

在通過引用并入本文的美國專利6,822,794或6,856,460中，Coleman等人公開了一種衍射光學元件，其用于將激光器所發出的光發射到光纖中，同時減少進入激光器的光反饋。參考圖1A，示出了Coleman等人的光耦合系統10。系統10具有激光器光源11、具有衍射面15和折射面16的雙凸傳遞透鏡14、以及多模光纖12。衍射面15具有由圖B所示的旋渦圖案所表示的空間非均勻光學相位延遲函數。旋渦圖案是徑向和軸向對稱圖案的組合，并被構造成在多模光纖12處產生特定的光束發射條件，在此處多模光纖12的中心被避免。當多模光纖12的中心被避免時，光耦合系統10的模式色散性能提高了。此外，進入激光器11的背向反射由于衍射面15的存在而減少了，這使遠離光源11的孔17反射的光重定向。

在通過引用并入本文的美國專利6,807,336中，van?Haasteren公開了具有在數學上由圓錐、錐面和螺旋面分量的和描述的表面的光學透鏡。該透鏡適合于將光發射到多模光纖中，因為特定的表面輪廓導致在光纖頂端處產生環形光分布圖案，以便避免光纖的中心。當光纖中心被避免時，模式色散減少了。到激光器光源的光反饋也減少了。

這些現有技術方法的一個缺點是對光學失調所增加的敏感度?，F有技術的復雜透鏡在光纖頂端處產生相對大的斑點。由于大的斑點尺寸，聚焦的激光束可能在光纖處被截短，導致功率損耗和可靠性問題。現有技術的激光器到光纖耦合器的組件所需要的緊密公差導致高制造成本。

因此就存在著對用于將光耦合到光纖中的失調容忍光學組件的需要，該組件具有進入光源的低水平的光反饋。

發明內容

根據本發明，提供了一種光學組件，其包括具有用于發射光的孔的光源、具有用于接收光的孔的光波導、以及用于將從光源孔發射的光耦合到光波導孔中的透鏡，其中透鏡具有由旋轉對稱垂度(sag)分量和旋轉非對稱垂度分量疊加而組成的垂度，其中由于從波導反射的光在光源處形成環形斑點，旋轉非對稱垂度分量用于減少從波導反射的光回到光源孔中的耦合，由此被反射的光的至少一部分圍繞光源孔，且其中旋轉對稱的垂度分量是沒有錐面垂度分量的球面垂度分量或非球面垂度分量之一。

根據本發明的另一方面，光學組件的殼體與透鏡單片地集成，使得光源和光波導被殼體支持。

根據本發明的另一方面，進一步提供了用于當來自光源的光被耦合到光波導中時減少背向反射的方法，其包括提供用于將從光源的孔發射的光耦合到光波導的孔中的透鏡，其中透鏡具有表面，該表面具有由旋轉對稱垂度分量和旋轉非對稱垂度分量的疊加組成的垂度，其中由于從波導反射的光的至少一部分圍繞光源孔，旋轉非對稱垂度分量用于減少從波導反射的光回到光源孔中的耦合，且其中旋轉對稱垂度分量是沒有錐面垂度分量的球面垂度分量或非球面垂度分量之一。

附圖說明

現在將結合附圖描述示例性的實施方式，其中：

圖1A是包括具有衍射面的透鏡的傳統光耦合系統的圖示；

圖1B是圖1A的光耦合系統的衍射面的平面圖

圖2是根據本發明的用于耦合光的光學組件的等距視圖；

圖3A示出圖2的透鏡表面的非球面垂度分量和圓錐形透鏡的錐面垂度分量的垂度曲線；

圖3B示出圖2的光學組件的透鏡表面的螺旋面垂度分量和分段螺旋面垂度分量的垂度曲線；

圖4示出根據本發明的在光線頂端處聚焦的并從其反射回光源上的光的點列圖；

圖5A和5B分別是根據本發明的以第一對焦距離聚焦到光纖頂端上的光和反射回光源上的光的點列圖；

圖5C和5D分別是根據本發明的以第二對焦距離聚焦到光纖頂端上的光和反射回光源上的光的點列圖；