[發(fā)明專利]一種熱擴(kuò)芯光纖準(zhǔn)直器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110226192.4
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102253457A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李毅;李榴;鄭秋心;沈雨剪;黃毅澤;周晟;張宇明;孫若曦;朱慧群;佟國香;方寶英
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G02B6/32
• 分類號: G02B6/32;G02B3/02;G02B6/02
• 代理公司: 上海東創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種擴(kuò)大光纖傳輸光束直徑的熱擴(kuò)芯光纖準(zhǔn)直器。該準(zhǔn)直器主要用于光纖之間、光纖和波導(dǎo)以及其它芯片之間耦合連接的光通信及光電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖準(zhǔn)直器是光無源器件中的一個重要的組件，在光通信系統(tǒng)中有著非常普遍的應(yīng)用，其主要作用是將出射的光束變成平行光束，或者將平行光束匯聚到光纖中。常規(guī)的準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)為兩件套式，即由光纖頭和一個起準(zhǔn)直作用的透鏡組成。目前準(zhǔn)直透鏡主要有三種：自聚焦透鏡、C透鏡和球透鏡。

該類準(zhǔn)直器的使用減少了光纖與光纖以及光纖與其他光學(xué)器件耦合時的連接損耗，起到準(zhǔn)直和擴(kuò)大光纖傳輸中光束直徑的作用，被廣泛地應(yīng)用于光束準(zhǔn)直，光束耦合，光隔離器，光衰減器，光開關(guān)，環(huán)形器，MEMS，密集波分復(fù)用器中。隨著光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，準(zhǔn)直器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，同時對準(zhǔn)直器的要求也不斷提高，在有些場合下，比如要求器件小型化的場合，普通準(zhǔn)直器由于出射光斑孔徑角太大已經(jīng)難以滿足要求。

常規(guī)的準(zhǔn)直器工作距離達(dá)到1000mm時損耗會達(dá)到15dB左右，這對于光通信來說是很難接受的。常規(guī)0.23p的自聚焦透鏡準(zhǔn)直器，其最大工作距離僅70mm左右，理論上可將節(jié)長縮短來增加工作距離，如將節(jié)長縮短為0.05p，其最大工作距離也僅約400mm，且此時透鏡太短難以加工，插損等指標(biāo)也較差。常規(guī)C透鏡準(zhǔn)直器的最大工作距離約300mm左右，如果要達(dá)到大工作距離、大光斑的要求，如工作距離500mm、光斑0.5mm，理論上一個長度約9.7mm、曲率半徑約4.2mm的C透鏡可以滿足此要求，但具體實施起來非常困難，因為透鏡較長不利于加工及準(zhǔn)直器的裝配；另外光束到達(dá)透鏡球面時偏離中心的距離較大，偏離旁軸成像條件，使得出射光的橢圓度增加，導(dǎo)致插損和指向精度也增大；再者，采用長透鏡時熱特性也不穩(wěn)定。由此可見，常規(guī)的自聚焦透鏡或C透鏡準(zhǔn)直器都難以達(dá)到工作距離大于500mm這個要求，更不用說1000mm。

且由于單模光纖(SMF)的芯徑只有多模光纖的十分之一，即8～10μm左右，單模光纖之間的耦合，單模光纖和其他波導(dǎo)器件的耦合一直都是光耦合中的難題。一些特殊的光纖如摻鉺光纖的模場直徑4～5μm，色散位移光纖7μm左右，都比單模光纖還要小一些，一般波導(dǎo)尺寸比單模光纖更小，寬度僅幾個微米，厚度甚至不到一微米，它們和單模光纖耦合時存在模場尺寸的不匹配，這種不匹配導(dǎo)致耦合連接時會產(chǎn)生較大損耗。尤其是在大規(guī)模波導(dǎo)陣列(幾十甚至幾百通道)耦合中，要實現(xiàn)陣列中所有通道的快速精確耦合對準(zhǔn)是有困難的。

傳統(tǒng)的光纖準(zhǔn)直器在其使用過程中的出射光斑，孔徑角，插入損耗及工作距離等因素的改進(jìn)中并沒有得到良好的改善。如果能夠改變光纖纖芯半徑從而控制輸出光斑的模場直徑以適合不同尺寸的耦合對象就可以使耦合對準(zhǔn)過程大大簡化。如果能降低光纖準(zhǔn)直器插入損耗的同時使出射光束具有大出射光斑、小孔徑角，就可以在相同低損耗的情況下獲得更大的工作距離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種熱擴(kuò)芯光纖準(zhǔn)直器，可以有效克服傳統(tǒng)的光纖準(zhǔn)直器在其使用過程中出射光斑小，孔徑角大，插入損耗高及工作距離短等弊端，本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡單，工作距離長，而且制成的光纖準(zhǔn)直器的出射光斑直徑更大，出射孔徑角更小，準(zhǔn)直度更高，具有高的耦合容忍度和低插入損耗。

一種熱擴(kuò)芯光纖準(zhǔn)直器，包括一個熱擴(kuò)芯光纖頭、一段外徑與熱擴(kuò)芯光纖頭外徑大小相同的石英光纖、一個非球面透鏡和固定熱擴(kuò)芯光纖頭、石英光纖和非球面透鏡的外套管，安裝在外套管內(nèi)的熱擴(kuò)芯光纖頭、石英光纖和非球面透鏡呈一直線依次首尾相接，熱擴(kuò)芯光纖頭的前端面對接石英光纖的后端面，與非球面透鏡具有同一條光軸，外套管具有其固定的中心軸；其特點是：所述非球面透鏡的后端面與外套管中心軸垂直，非球面透鏡的光軸與外套管的中心軸平行，非球面透鏡的后端面與熱擴(kuò)芯光纖頭前端面之間連接石英光纖，石英光纖的長度，等于非球面透鏡的有效焦距與非球面透鏡后端面距非球面透鏡主面距離的差值。

所述的熱擴(kuò)芯光纖頭，其熱擴(kuò)展芯徑為擴(kuò)展前芯徑的3～5倍，熱擴(kuò)展長度為0.2～20mm。

所述熱擴(kuò)芯光纖頭的前端面與外套管的中心軸垂直。

所述非球面透鏡為用于通信波長的平凸透鏡，后端面為平面，前端面為非球面。

所述石英光纖是其外徑大小等于熱擴(kuò)芯光纖頭外徑大小的細(xì)圓柱形玻璃棒。