光纤双锥形透镜和制造方法

专利名称：光纤双锥形透镜和制造方法
相关专利的参考本发明享有2002年3月4提交的美国临时申请序列号No.60/361,787和美国序列号No.10/202,515、题名为“束改变光纤透镜的器件以及其制造方法”专利的权益。
背景技术：
1.发明领域本发明主要涉及适用于模式转换互连的光学器件，更具体的说，涉及变形模式转换装置，该装置构成了便于高效率耦合在不同模式场的光学元件和/或其它波导之间所通过的光信号。
本发明不仅可以适用于宽范围的应用，还特别适用于将诸如激光二极管和半导体波导之类的椭圆形光信号的源与具有圆形对称模式场的光纤相耦合。
2.技术背景光通讯的一个重要方面是高耦合效率将在信号源，例如，激光二极管、光纤和半导体光放大器(SOA)，和其它光学元件，例如，光纤、特殊纤维以及其它等等，之间的光信号相耦合。合并在光通讯系统中的常规发光模块一般都包括一个半导体激光器，例如，激光二极管，它可用作为光源；一个具有光传输的芯，以及一个透镜，例如，设置在半导体激光器和光纤之间的球面透镜、自聚焦透镜或者非球面透镜，可用于将激光光束转换到光纤芯中。由于发光模块一般都需要在半导体激光器和光纤之间具有高的耦合效率，因此该模块较佳的是以半导体激光器、透镜和光纤相互对准的光轴来装配的，以便于获得最大的耦合功率。由于透镜的空间和校准等原因，早期的发光模块都具有相对较大的尺寸和较高的成本，从而一直驱使着在该领域中的进步以及对多种其它探讨的研究。
一种探讨是采用级差系数(GRIN-Graded-index)杆状透镜。不同于其它透镜，GRIN杆状透镜的折射率是径向独立的，并且是在杆状的光轴处具有最大值。一般来说，整个GRIN杆状透镜的折射率在形状上呈抛物线，因此，它本身就是一个透镜介质，而不再只是进行透镜化的空气-透镜界面。因此，不同于常规透镜，GRIN-杆状透镜具有平面的输入和输出表面，在这些表面上不会产生折射。这一特性使得在透镜两端的光学元件可以采用系数相匹配的胶水或环氧来固定。该系数梯度一般是采用即耗时又昂贵的离子交换处理工艺来产生的。例如，典型的GRIN-杆状透镜是采用铊或铯掺杂的二氧化硅玻璃的离子交换处理工艺产生的。熔融盐槽可以用于离子交换处理工艺，使得钠和铊或铯离子扩散至玻璃外，而钾离子可从500°的KNO3池扩散至玻璃中。
另一种探讨是在光纤的一端形成微透镜，以便于提供在半导体激光器和光波导之间的光学耦合。在这种探讨中，透镜是直接和集成形成在光纤的一端的端面上，作为将来自光源的光能够入射光纤的光纤部分。本文将这类光纤称之为“透镜光纤”。在制造使用这类透镜化光纤的发光模块时，能够减少所需元件部分的数量，因为不再需要与光纤本身相分离的光会聚透镜和减少了与轴对准有关的操作步骤的数量。当在光纤一端所形成的透镜能够改变通过其光信号的模式场时，透镜化的光纤可称之为失真的透镜化光纤。更具体的是，在光纤一端所形成的变形透镜一般都能够将激光二极管所发出光信号的椭圆形模式场改变成基本圆形对称的光信号，这样就能够更加有效地耦合到具有圆形对称模式场的光纤芯中。
以上所讨论的各种探讨都可具有各种不同的应用和优点，这是本领域所众所周知的。然而，各个探头也都具有各自的限制。例如，常规GRIN一杆状透镜技术对通过其的光信号提供了优异的对称聚焦特性，GRIN-杆状透镜一般自身不会明显改变光信号的几何形状，而这正是高效光信号耦合应用中所必需的。除此之外，GRIN-杆状透镜自身能够提供聚焦的材料特性，所以就需要采用精密制造技术来提供特殊应用所需要的GRIN-杆状透镜的折射率类型的可控制变化。
同样，在失真纤维透镜能够容易地改变通过其的光信号或光束的几何形状的同时，适用于失真纤维透镜应用的有效工作距离的范围也受到了限制。因此，如果对于特殊应用没有有效的合适工作距离的化，则耦合的损耗就会很明显，从而就使得许多耦合应用难以实现。


图1和图2显示了一种这类透镜化光纤。图1和图2所示的特殊透镜化光纤是变形透镜化的光纤，在该光纤中，在光纤一端上所形成的透镜能够改变通过其的光信号的模式场。更具体的说，在光纤一端上所形成的变形透镜能够将激光二极管所发出的光信号的图形模式场变换成基本圆形对称的光信号，这就可以更加高效地耦合至光纤的芯中。
正如图1所示，透镜化光纤10具有芯11和包层12，它包括在其一端上的楔入形纤维微透镜13。该微透镜包括一对平面表面14和16，并且在将芯11基本分成两部分的线18上相交(图2)。微透镜还包括表面20和22，该表面在线24和26上分别与表面14和16相交(图2)。表面14和16的斜率称为θ，而表面20和22的斜率称为φ，其中，φ大于θ。角度θ和φ是相对应垂直于光纤轴19的平面28来测量的。第一和第二对表面的交叉24和26的线与芯相交叉，正如图2所示。此外，较佳的是，表面14的面积基本上等于表面16的面积。换句话说，较佳的是，透镜13的中心部分是对称于包含线24和线18的平面。
图1和图2所示的楔入形纤维微透镜13主要是通过使光纤10以较大的角度与砂轮(未显示)相啮合以角度θ形成关于平面28的平面表面14来产生的。随后，将光纤10旋转180度，使之以较大的角度与砂轮(未显示)相啮合以角度θ形成关于平面28的平面表面16。接着重复这一处理过程，各自以角度φ形成关于平面28的平面表面20和22。正如图3所示，沿着图1所示的线3-3所看到的光纤10的交叉部分具有轨道形状，该形状具有基本平面的上和下表面30以曲线的侧表面32。
在最终双楔入透镜在一个方向上具有变形透镜的功能时，这并不是没有缺陷。更具体的说，因为光纤10的透镜化面并不是如图3所示的球面或非球面，所以通过透镜的光信号或光都会出现明显的异常，并且在光波前中的失真也很明显。尽管激光二极管的椭圆形模式场难以通过图1和2所示的透镜13与光纤的模式场有效匹配，所以当光信号进入光纤时，光信号的相前不是基本平坦的。正如以上讨论的，这是，至少部分是，图3所示的平坦表面30的功能。
因此，就需要，但是在目前本领域中还没有效果的，适用于光信号耦合应用的透镜装置，以克服与变形透镜或GRIN-杆状透镜单独使用有关的上述以及其它技术缺陷。这种透镜装置应该能够改变通过装置的光信号的几何形状和其它模式场特性，同时能够在光信号耦合应用中，提供限制耦合损耗、允许较宽范围的可接受工作距离、减小相前异常和提供较大控制和效率的的设计灵活性。这种透镜装置应该是制造相对廉价的、批量生产相对容易的，以及一般可以在不需要改变透镜自身材料性能和特性的条件下具有相当宽的应用范围。本发明原则上提出了这类透镜化器件的基本原理。

发明内容
本发明的一方面涉及能够改变光信号的模式场的多透镜装置。该透镜装置包括具有限定光轴的芯区域的光纤，和定位在光纤有关一端的GRIN-纤维透镜。双锥形透镜，其外表面是由两个分别为主要曲线C1和辅助曲线C2的基本不同的曲线所限定，且在光轴或接近光轴的位置上C1和C2以基本相互正交的方式来设置。
本发明的另一方面提出了一种能够改变光信号模式场的透镜装置的制造方法。该方法所包含的步骤将双锥形透镜设置在光纤的一端上且双锥形透镜限定光轴，该双锥形透镜包括一个外表面，该外表面是由两个分别为主要曲线C1和辅助曲线C2且在光轴或接近光轴的位置上C1和C2相交的基本不同曲线所限定。
本发明的还有一方面提出了一种光学组件。该光学组件包括一个光学元件，一个构成对元件支撑的基片，以及一个定位在基片上和与光学元件有关的透镜装置，它能够改变在透镜装置和光学元件之间通过的光信号的模式场。该透镜装置包括一个光纤和一个设置在光纤一端上的双锥形透镜，从而由光纤和双锥形透镜限定光轴。该双锥形透镜包括一个外表面，该表面是由两个分别为主要曲线C1和辅助曲线C2且在光轴或接近光轴的位置上C1和C2相交的基本不同曲线所限定。
本发明的透镜装置产生了多个优于本领域其它众所周知的模式转换器件的优点。一方面，由于双锥形透镜可以直接形成在隔离杆的一端上，该隔离杆具有从杆的纵向轴向杆的外表面径向延伸所测量到的基本均匀的折射率，本发明透镜装置可以设计成能够在光信号圆的发光表面和透镜自身之间提供较大范围的工作距离。此外，由于本发明透镜装置不具有平面表面，这样从光信号源所发出的主要功率分量都能够进入到装置，因此在光信号波前中的失真很小，并且任何失真都明显地小于在现有技术中的其它模式转换装置。因此，在更加平坦的相前进入光纤的芯中所产生的相前异常一般就更小和更少。其结果是，可以大大改善耦合的效率。
除了上述优点之外，在本发明的使用和制造中，隔离杆的使用自身还提供了许多优点。可以将隔离杆制成，它可以具有适用于多种模式转换应用的预定特性。由于透镜可以制成在隔离杆上而不单单是在光纤自身上，因此，具有相同长度、相同材料所制成的、具有相同幅型比率以及具有相同剖面区域的隔离杆就可以粘结成具有不同特性和/或模式场的辫状纤维。此后，可以改变各个隔离杆，从而为粘结各个隔离杆的特殊纤维辫提供所需的模式场转换功能。正如更详细的讨论那样，较佳的是，这是通过将各个隔离杆切割至所需长度并且所使得所切割的一端成形，使其具有所需曲率半径来完成的。本发明的这一方面提供了杆的大批量生产，从而有利于制造方便、减小与制造工艺有关的成本，以及较大的经济规模。
根据本发明的透镜装置的制造方法提供其它一些优点。更具体的说，较佳的是，可以将本发明透镜装置制成，双锥形透镜、隔离杆(使用时)或者两者的某些性能都可以改变，且不影响透镜装置未改变性能时的设计特性。这样，为特殊应用所制造的隔离杆也可以用于其它应用。例如，可以将透镜装置可以制成，通过其的光信号的模式场都可以根据需要从椭圆形模式场变化到圆形模式场，从圆形模式场变化到椭圆形模式场，或者从一种椭圆形的模式场变化到具有不同椭圆形的模式场。此外，本发明的透镜装置可以设计成，它能够以另一方向来改变通过透镜装置的光信号的模式场。
除了上述优点之外，根据本发明，可以将隔离杆制成具有适用于多种模式转换应用的预定材料特性。由于双锥形透镜较佳的是制成在无芯隔离杆和粘结光纤的纤维上的，而不单单是在光纤本身上，因此，具有相同长度、相同材料所制成的、具有相同幅型比率以及具有相同剖面区域的无芯隔离杆就可以粘结成具有不同特性和/或模式场的辫状纤维。此后，例如，可以通过割裂成合适长度来改变各个无芯隔离杆，从而为粘结各个隔离杆的特殊纤维辫提供所需的模式场转换功能。正如更详细的讨论那样，较佳的是，这是通过将各个隔离杆割裂或者切割至所需长度并且所使得所切割的一端成形，使其具有所需曲率半径来完成的。
制造根据本发明的隔离杆的方法提供了其它一些优点。一般来说，该隔离杆具有基本均匀的折射率，该隔离杆可以是由Corning公司或者称之为Vycor公式所出品的二氧化硅，某些其它高二氧化硅玻璃含量材料，或者是96％二氧化硅玻璃所制成的。一般来说，且根据本发明，在形状上，该隔离杆可以是圆柱形的，也可以是矩形的，还可以是制成具有其它几何形状的。类似于以上所讨论的GRIN-纤维透镜，该隔离杆较佳的是使用常规的纤维制造技术和设备，由大约一米长的杆或半成品拉制成所需的直径，例如但并不限制于，125.0微米。一般来说，该隔离杆可拉制成数公里长，并随后切割或割裂成特殊模式转换应用所需的合适长度。
在双锥形透镜形成在隔离杆的一端上的应用中，其优点是可采用为模式转换应用所预先成形的隔离杆。例如，且根据本发明，在特殊应用需要将基本圆形对称的模式场转换成基本椭圆形的模式场时，较佳的是，在基本矩形形状的隔离杆的一端上形成根据本发明的双锥形透镜，而不是在圆形的杆的一端上。在该实例中，较佳的是，首先形成大约一米长的矩形形状的半成品。随后，使用常规纤维拉制技术和设备来拉制矩形形状的半成品，以形成具有所需外直径(例如，125.0微米)的基本矩形形状的隔离杆。这样，可以从单个半成品拉制出数公里长基本矩形形状的隔离杆材料，并随后切割至所需长度，以获得具有所需光学性能的隔离杆。在拉制的过程中，基本矩形形状的隔离杆材料的边缘可能会变得稍微圆些，但可以通过控制拉制炉的温度、拉制速度以及拉制材料的张力来保持其基本矩形的形状。此外，也可以基本保持最终所割裂的由拉制工艺所形成的矩形隔离杆的幅型比率和其它光学特性。这类处理工艺便于最终隔离杆的批量生长和可控制尺寸。通过采用这种方法来制成隔离杆，该隔离杆的端面尺寸能够更接近于将在隔离杆的端面上所形成的双锥形透镜的尺寸和表面曲线。其结果是，与在圆形隔离杆的端面上形成楔入形状的双锥形透镜一般所需要的碾磨和抛光的工作量相比较，减小了形成双锥形透镜一般所需要的碾磨和抛光的工作量。
本发明以上所提及的所有方面是为隔离杆的大规模生产所提供的，从而有利于制造方便，减小与制造工艺有关的成本，以及更大的经济规模32。
在以下详细描述中将进一步阐述本发明的其它性能和优点，本领域中的熟练技术人士从上述描述中或者通过对本文所描述的实现将会使得上述性能和优点变得更加明显。
应该理解的是，上述的概念性描述以及以下详细描述都仅仅是本发明的实例，以试图提供对权利要求所阐述的本发明性能和特性的概要或框架的理解。所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，说明了本发明的各个实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理和工作。
附图的简要描述图1是说明本领域中众所周知的双楔入变形微透镜的示意图。
图2是图1所示透镜的端面图。
图3是沿着图1所示线3-3的透镜截面图。
图4A示意描述了根据本发明最好采用的透镜装置的俯视图。
图4B示意描述了图4A所示透镜装置的侧视图。
图4C视野描述了根据本发明一方面举例锥形透镜装置的俯视图。
图4D示意描述了图4C中所描绘的锥形透镜装置的侧视图。
图5A是本发明透镜装置的第一替换举例实施例的截面图。
图5B是本发明透镜装置的第二替换举例实施例的截面图。
图5C是本发明透镜装置的第三替换举例实施例的透视图。
图5D是本发明透镜装置的第四替换举例实施例的透视图。
图5E是描述双锥形透镜的某些方面的图5A中所描绘的隔离杆的局部俯视图。
图5F示意描述了描述双锥形透镜的其它方面的图5A中所描绘的隔离杆的局部侧视图。
图5G是图5F中描绘的隔离杆和双锥形透镜的透视图。
图5H是沿图5F中线5H-5H截得的双锥形透镜的截面图。
图5I示意描述了本发明透镜装置第五种替换举例实施例的俯视图。
图5J示意描述了图5I中描绘的透镜装置的侧视图。
图6示意描述了形成本发明的楔形角的较佳方法。
图7A是描绘图4A中隔离杆的局部侧面的显微照片。
图7B是图4B中描绘的隔离杆的局部俯视的显微照片。
图7C是在透镜表面上从图4A中所描绘的隔离杆端部取得的显微照片。
图7D是从图4A所示隔离杆的端部距所述透镜表面约100.0微米处截得的显微照片。
图8示意描述了根据本发明较佳光学组件的侧视图。
图9-13示意描绘了制造根据本发明的透镜装置的较佳方法。
图14示意描绘了制造根据本发明透镜装置的另一较佳方法。
图15示意描述了根据本发明确定透镜装置的设计变量的方法。
图16是描绘给定例子中于各种设置的耦合效率与工作距离之间关系的图。
较佳实施例的详细描述现在，参考在附图中所说明的实例详细讨论本发明的较佳实施例。只要有可能，在整个附图中使用相同的标号来表示相同或类似的部件。图4A和4B显示了本发明透镜装置的举例实施例，并在所有图中一律都采用标号40来指定。
一般来说，图4A的俯视图和图4B的侧视图所图示的举例透镜装置40包括一个光纤或者辫状纤维42；一个隔离杆44，它定位在辫状纤维42的一端上且具有平方律系数或抛物线折射率类型；以及一个双锥形透镜46，它定位在远离辫状纤维42的隔离杆44的一端上。辫状纤维42可以是在光通讯系统中所使用的标准单模纤维，例如，由Corning公司所制造的SMF-28纤维、偏振保持(PM)纤维、多模纤维或者其它特殊纤维，例如，高系数纤维。此外，从一端面来观察辫状纤维42，它可以是圆形对称的，也可以是任何其它形状。较佳的是，双锥形透镜42可以在隔离杆44拼接或者设置在辫状纤维42之后直接形成在隔离杆44上，或者可以在隔离杆44设置在辫状纤维42之前设置或形成在隔离杆上。
根据本发明的另一方面，可以将透镜装置40制成包括一个或多个锥形元件，如图4C和图4D所示。这种锥形透镜装置40可以包括一个辫状纤维42；一个锥形隔离杆44，它可以具有平方律系数或抛物线折射率类型且定位在辫状纤维42的一端；以及一个双锥形透镜46，它设置远离辫状纤维42的隔离杆44的一端。对于某些应用，例如，激光二极管耦合，从激光二极管的输出小于1.0至2.0微米，并且幅型比率可以在从大约2.0至大于5.0的范围内。为了便于在这类应用中的模式场匹配，较佳的是，双锥形透镜46的曲率半径可以小些。然而，较佳的是，透镜装置的直径可以保持适当的尺寸，使得透镜装置40的各个元件在制造过程中都可以操作。合并锥形隔离杆44的透镜装置40是一个较佳探讨，它能够满足上述要求。正如附图所示，较佳的是，锥形隔离杆44包括一个杆部分43，它具有基本均匀或恒定的径向幅型直径且从辫状纤维42的一端纵向延伸至虚线A1；以及锥形杆部分45，它具有在虚线A1和A2之间纵向延伸的、可变化的，较佳的是，减小的径向幅型尺寸(或者倾斜的外表面)。尽管在附图未显示，但是在本领域中的熟练技术人士都会意识到对于这里所讨论和/或图示的任何实施例来说，都可以采用类似于图4C和4D所示的锥形隔离杆44的方式使得一个或多个辫状纤维42、无芯隔离杆和/或隔离杆44锥形化。
图5A一5D和5I以及5J图示说明了本发明的透镜装置40的另一举例实施例。这里除非作其它阐述，否则在各个图示说明中，所讨论的辫状纤维42可以是标准的单模光纤，例如，SMF-28纤维，它可以具有大约125.0微米的外直径和大约8.0-10.0微米的芯直径。本领域的熟练技术人士应该意识到，具有其它直径和其它几何形状的其它辫状纤维也都在本发明的范围内。此外，应该理解的是，这里除非作其它阐述，否则对于任何实施例来说，双锥形透镜46可以设置在透镜装置40中远离辫状纤维42最远的位置上。
现在，参考图5A，较佳的是，透镜装置40可以包括一个辫状纤维42，它具有一个以包层区域36为分界的芯区域34；以及一个无芯隔离杆44，它设置碍辫状纤维42的一端上。在较佳实施例中，隔离杆44的相对折射率类型在隔离杆44的光轴和隔离杆44的外表面之间基本保持这径向均匀。隔离杆44的一端较佳的是采用本领域中众所周知的弧形拼接器或者某些其它设备拼接或者粘结在辫状纤维42的一端。双锥形透镜46较佳的是设置在远离辫状纤维42的隔离杆44的一端。在这里所披露的该实施例或者其它举例实施例中，较佳的是，可以采用常规成形技术、通过形成和加热的组合、利用激光器微匹配，或者采用以下更佳详细讨论的其它方法来形成双锥形透镜46。此外，在该实施例和其它实施例中所图示的虚线35表示沿着透镜装置40的圆周位置，根据本发明，双锥形透镜46在该位置上结束。因此，尽管没有在附图中显示，但是双锥形透镜46可以设置在辫状纤维42上。在该结构中，虚线35可以是共面的，并且根据需要邻近辫状纤维的一端。当采用这类结构时，在双锥形透镜46的曲线表面和辫状纤维42之间所驻留的材料可以认为是实现本披露目的的“隔离杆”。
较佳的是，双锥形透镜在形状上是凸出的，并且较佳的是，其尺寸和形状使得通过其的光信号的模式场可以变化成具有相同形状但不同尺寸的模式场，可以从基本圆形对称形状变化成椭圆形形状，从椭圆形形状变化成基本圆形对称的形状，和/或从一种椭圆形形状变化到不同的椭圆形形状。在图5A所示的实施例中，双锥形透镜46可直接形成在隔离杆44的一端上。因此，双锥形透镜46不再包括包层区域。在图5A所示的实施例中，隔离杆44以及双锥形透镜46都呈现出其外直径小于辫状纤维42的外直径。
在图5B所示的另一举例实施例中，透镜装置40可以包括以上与图5A讨论有关的所有元件。然而，隔离杆44和双锥形透镜46的至少一部分都可以具有比辫状纤维42大的外直径。一般来说，诸如但并不限制于，与透镜装置40相耦合的器件的模式场、结构和尺寸之类的特性都至少是隔离杆44和辫状纤维42相拼接的尺寸和其它设计性能中的部分决定性因素。此外，增加本发明透镜装置40的隔离杆44和其它元件的外直径尺寸可以方便于制造以及在制造过程中的测量。
在形状上基本矩形的隔离杆44可以是使用的另外一种变型，正如图5C和5D所示。例如，正如图5C所示，透镜装置40可以包括圆形对称的辫状纤维42，以及基本矩形的隔离杆44，且成形它的一端，以形成双锥形透镜46。图5D所示的实施例，显示了辫状纤维42和隔离杆44各自都具有基本矩形的形状。本领域熟练的技术人士都会意识到，隔离杆44可以是圆形形状，也可以是某些其它几何形状。此外，隔离杆44可以是如同附图中所显示的那样以对准槽44来标记，或者标记成表示隔离杆44应如何较佳地对准辫状纤维42，以便于保持辫状纤维42的偏振轴。本领域熟练的技术人士应该意识到，当透镜装置40的各个元件的几何形状都是圆形的或者非平面时，这种标记就特别有用。
图5E和图5F分别示意说明了图5A所示的隔离杆44部分的俯视图和侧视图。尽管图5A所说明的双锥形透镜46适用于该讨论，但是下文所描述的与图5E和图5F有关的原理也同样可以适用于本发明透镜装置的其它举例实施例，且不论双锥形透镜46是否设置在辫状纤维42的一端，设置在圆形隔离杆44的一端，还是设置在非圆形形状的隔离杆44的一端。
图5E图示说明了隔离杆44部分的俯视图，同时是从侧面来观察图5F所示的隔离杆44。不论在双锥形透镜46上所使用的制造技术如何，较佳的是，双锥形透镜46包括一个最好是由至少两个不同曲线所限定的外表面。较佳的是，第一或主要曲线C1形成在图5E所示的平面上，而第二或辅助曲线C2形成在图5F所示的平面上。较佳的是，曲线C1和C2是相互基本正交的且在和接近图5G和图5H所显示的光轴38的位置上交叉。双锥形透镜46的表面47的形状可以参考图5H所示的剖面图来识别。在图5H所示的实施例中，由曲线C1和C2所限定的曲线表面确定为椭圆形。在双锥形透镜46的其它光学性能中，在曲线C1和C2的曲率中的差异以及它们相互基本正交的结构提供了本发明透镜装置40的光信号或光线光束改变的功能。不同的曲线C1和C2可以较佳地限定一个是双锥形表面，并且可以各自限定为球面、或者一个可以限定为球面而另一个可以限定为非球面。此外，该曲线也可以限定不是椭圆形、抛物线或双曲线的形状。其结果基本是提供了一个变形透镜效果的表面。通过控制双锥形透镜46的曲线C1和C2的形状和曲率，就可以控制通过双锥形透镜46的光信号的模式场的形状。
根据本发明的透镜装置的第五种举例实施例由图5I和图5J所显示。在所显示的实施例中，透镜装置40包括一个圆形的辫状纤维42、一个具有小于辫状纤维42的外形尺寸的圆形隔离杆44，以及一个设置在远离辫状纤维42的隔离杆44一端上的双锥形透镜46。不同于以上所讨论的实施例，双锥形透镜46的外形尺寸大于隔离杆44的外形尺寸。然而，与以上所讨论的实施例相同的是，双锥形透镜46较佳的是由至少两个不同的曲线所限定的。较佳的是，第一或主要曲线C1形成在图5I所示的平面上，而第二或辅助曲线C2形成在图5J所示的平面上。
以上所提及的透镜装置40的各个举例实施例都可以享用某些通用的制造技术。首先，使用常规的光纤制造设备和光纤制造技术来拉制适用的隔离杆材料，该隔离杆材料应具有可工作抛物线的折射率、芯32的直径以及外直径和几何形状。随后，较佳的是，将该隔离杆的材料切割成可形成隔离杆44的长度，并采用拼接的方法粘结在所选择的辫状纤维，或者将一个或多个隔离杆40粘结在辫状纤维42一端上。较佳的是，这种隔离杆40是无芯含有二氧化硅玻璃的杆，且将该杆制成具有合适的外直径和几何形状以及具有均匀或恒定的折射率，从而很少具有或没有透镜化的特性。在使用时，其它一些隔离杆44提供了其它设计灵活性。
随后，可以将隔离杆44割裂或锥形切割成适当的长度，以适用于指定的应用。此后将隔离杆44割裂或锥形切割的一端成形，例如，采用抛光的方法，使之成为具有合适楔形角的中间楔入形状。隔离杆44的参数、中间楔形角和圆化半径数值都可以根据所需要的工作距离和辫状纤维42的模式场，以及指定耦合应用所需要的最终模式场的需求来设计。合适楔形角的圆弧使得双锥形透镜46可以设置在远离辫状纤维42的隔离杆44的一端上，其中，双锥形透镜46的外表面是由两条不同的曲线所限定的，这两条曲线分别为主要曲线C1和辅助曲线C2，且C1和C2在本发明透镜装置的光轴38或接近光轴38的位置上相交。
根据本发明的级差系数双锥形透镜的楔形角可以使用多种条件来确定。一般来说，用于耦合具有小的模式场直径光源的较佳透镜形状是双曲线。因此，圆锥部分可以用于表示为限定双锥形表面的曲线C1和C2。根据本发明的较佳实施例，以及参考H.N.Presby和C.A.Edwards所发表的“近似100％效率的纤维微透镜”(Eletronic Letter，Vol.28，pags 582，1992)中的详细讨论，该文通过参考合并与此，限定楔入形状的双曲线的渐近线和曲线C1和C2可以确定双锥形透镜的写入角度。最终楔入可以采用本领域中众所周知的加热或其它方法进行圆化，从而为隔离杆提供较佳的双曲线曲率形状。
正如图6所示意说明的那样，表示曲线C1和C2的双曲线较佳的是由表示楔入的渐近线52来限定，并且在(h，k)的中心顶点54相交。限定双曲线的公式可以由下列公式来表示(x-h)2-(y-k)2=1a2b2]]>式中b2＝c2-a2其中c是在顶点54和双曲线(h+c，k)的校点58之间的距离56，a是在顶点54和双曲线62之间的距离60。
渐近线可以由线来限定Y＝k+(b*(x-h)/a)并且y＝k-(b*(x-h)/a)从渐近线的公式中，楔形角57可以限定为楔形角＝2*(tan-(b/a))在双锥形透镜46上所限定的外表面的独立可变的曲线提供了变形透镜效应和设计的灵活性，可满足众多应用中的模式耦合的需求。此外，可控制半径的圆形楔入可作为变型透镜，而隔离杆44基本上不具有透镜化的特性。通过限定楔入和隔离杆44的参数，就可以控制变型透镜(双锥形透镜46)的性能，例如，聚焦光束的模式场尺寸。、它的幅型比率(即，它的椭圆型2)，以及离开圆形楔入顶点的聚焦光束成像距离。这类透镜为沿着辫状纤维42的光轴38方向延伸的光耦合提供了变形透镜效应，它也有可能在为各种不同应用而变化GRIN-纤维透镜和辫状纤维的芯或外直径、尺寸、形状和系数差异的情况下，得到各种不同的设计。例如，有可能使得GRIN-纤维透镜的外直径等于、小于或大于辫状纤维，以实现变化大小的光束。GRIN-纤维透镜、辫状纤维以及任何隔离杆的形状都可以不是圆形的，例如，是方形的或者矩形的，还可以采用对准槽41来标记，以便于制造的方便和便于与辫状纤维42的偏振轴相对准。通过对准平面一侧或采用辫状纤维42的偏振轴来标记，就可以简化以后的其它处理，例如，抛光楔入并采用合适的偏振轴与激光二极管或其它光学元件相耦合。
现在，再回到图5C和图5D所示的举例实施例，较佳的是，将诸如矩形形状的隔离杆44的非圆形杆与辫状纤维46相拼接。在制造过程中可以实现这种结构的优点。因为矩形隔离杆44较佳的是无芯二氧化硅含量的玻璃材料制成的且具有这是的均匀径向系数，因此，可以将其制成更加接近于要在透镜装置40一端形成的双锥形透镜46所需的形状，从而可以简化制造步骤。。例如，并不一定要采用诸如抛光之类的方法来形成在透镜装置40端面上的楔入形状。这样，最少能够明显减小抛光的次数和等级。另外，双锥形透镜46较佳的是仅仅采用将杆42的一端重新加热至足以熔融玻璃的温度来形成，以便于可以圆化矩形杆42的一端的边缘。较佳的是，施加在矩形杆42一端的热比玻璃的软化点高得多，使得边缘可以圆化，而不再需要进一步的抛光。因此，就可以在远离隔离杆44的杆42的一端上迅速形成合适形状的双锥形透镜46。
根据本发明的工作的一方面，以及如图7A和B所示，较佳的是，光信号可由激光二极管或者其它光器件发射出，并且通过双锥形透镜46进入和通过隔离杆44，以及进入和通过辫状纤维42。图7A是图示说明透镜装置40的局部侧视的显微照片，而图5B是图示说明透镜装置40的局部俯视的显微照片。在该附图中可以清楚地看到限定双锥形透镜46外表面的不同曲线C1和C2。根据本发明的这一方面，从激光二极管或其它波导发射出的基本椭圆形模式场较佳的是改变成与辫状纤维42的模式场相匹配的圆形模式场。
根据本发明的另一方面，双锥形透镜46的形状可以将通过其的光信号的模式场形状从基本圆形对称模式场改变成基本椭圆形的模式场，正如图7C和7D的显微照片所示。根据本发明的这一方面，具有基本圆形模式场的光信号可以通过辫状纤维42、隔离杆44和通过双锥形透镜46。图7C所示的图像是从透镜装置40的端面基本上在双锥形透镜46的表面上方法拍摄的。在该位置上，图像44并没有聚焦，并且正从圆形模式场变化至椭圆形模式场。然而，正如图7D所示，图像46是从透镜装置40的端面在离开双锥形透镜46大约20.0微米的距离上拍摄的，它是基本椭圆形的。于是，对于所示的实施例来说，在大约20.0微米的距离(成像距离)上，椭圆形模式场基本匹配于光信号所要耦合的元件(例如，SOA)的模式场。因此，在封装这类组件时，较佳的是，将具有椭圆形模式场的SOA或者其它光学元件定位在离开双锥形透镜46一端大约20.0微米的位置上，以便于最大化耦合效率并因此最小化光学损耗。
图8图示说明了根据本发明所举例的光学组件70。图8所示的光学组件70构成了适用于共线模式转换光耦合应用。较佳的是，光学元件70包括基片72，和光信号76的光源74，例如但并不限制于，激光二极管或其它发光器。光信号76的光源74较佳的是制成在基片72上，并且根据本发明的透镜装置40较佳的是定位在基片72上，使得透镜装置40能够与光源74通讯。较佳的是，光源74可以通过粘结在基片72上的预端或止位78与双锥形透镜46相对准。由光源74以双锥形透镜46的方向发出具有基本椭圆形模式场的光信号76。该信号通过双锥形透镜46，由双锥形透镜变形改变光信号76的模式场。较佳的是，光信号76可由基本椭圆形模式场改变成圆形对称模式场并聚焦，使得光信号76可以高效率地耦合到具有基本圆形对称模式场的辫状纤维42。
尽管并不是需要的，但是较佳的是，基片72可以是一个具有可腐蚀的<111>面或者形成在基片72上的硅光平台，并且包括V形槽79，以便于支撑透镜装置40与信号源74进行适当的对准。
尽管在附图中并没有显示，但是波前尽可能紧密地匹配是十分重要的。发生故障就会导致异常，这种异常也会对耦合效率产生结构上的或者非结构上的干扰。以往，是由本领域中的熟练技术人士调整诸如GRIN-纤维透镜的透镜性能，例如，通过实际改变玻璃本身的化学性能来调整GRIN-纤维透镜的折射率类型。这是非常耗时的并且不利于模式场耦合组件的高效生产。根据本发明，隔离杆的使用，它只是起到移动光信号图像的作用而没有对光信号图像附加明显的透镜效应，隔离杆的尺寸和数量，以及限定双锥形透镜46外表面曲线形状的独立控制(在x平面和y平面上)，使得在本领域中的熟练技术人士能够以实践的方法容易和高效地充分匹配这些波前，实现模式场耦合组件批量生产的效率和成本的高效。此外，尽管在以上所讨论的附图中没有显示，但是以上所提及的原理可同样应用于本发明的光学组件的上述实施例，在这种情况下，所发出的光信号通过辫状纤维，随后通过隔离杆，通过双锥形透镜，并耦合至光波导器件，例如但并不限制于，SOA或其它检测/光敏二极管。
参考图9-13，该图形显示了适用于制造根据本发明的透镜装置40的处理工艺的较佳实施例。在图9中，诸如辫状纤维42的光学波导一般可选择作为透镜装置40，它可以使用微定位平台(未显示)夹紧和定位在与隔离杆材料80的适当长度需要对准的位置上。较佳的是，隔离杆材料80具有光传输特性，例如，适当的幅型比率、截面面积及其它材料特性，它可以较佳的是使用常规的光纤制造设备和处理加工工艺由半成品制成。较佳的是，该材料可具有大约12.5微米的所需最大外尺寸。隔离杆材料80可以是任何长度和界面形状的，在图9-13中显示了矩形的实施例。相类似，隔离杆材料可类使用微定位平台来夹紧和定位一个和多个辫状纤维42，并且隔离杆材料80可以在x、y和z方向上移动以及移动相互之间的角度。较佳的是，辫状纤维42和隔离杆材料80可以面对面的接近移动或者相互接触移动，在加热源82的附近，例如但并不限制于，基于灯丝的拼接器、CO2激光器。弧形拼接器，或者其它相类似的加热源，正如图10所示。施加热，并且使得辫状纤维42和隔离杆材料80相互接触且施加一定的压力，直至在拼接的结84上熔融在一起。辫状纤维42和隔离杆材料80随后沿着隔离杆材料80的方向退出(或者移去加热源，或者两者一起退出)至所需和预定的位置上，正如图11所示。加热隔离杆材料80，并且张紧加热源82另一面的部分，将隔离杆材料80拉制和分离成两部分，且各自具有锥形的端面，正如图12所示，其中一部分形成粘结在辫状纤维42上的隔离杆44，而另一部分则保持在微定位平台上，并可以连接起来制成这隔离杆材料80。所保留的隔离杆材料的锥形端面可以作上记号，并且分离开产生一个干净的端面，以用于制作造在其它辫状纤维42上的其它隔离杆44。
随后，隔离杆44的锥形一端定位在接近加热源82的附近，正如图13所示，并将隔离杆44的锥形一端加热，使得隔离杆44的锥形一端升高至它的软化点和高于它的软化点，从而使得隔离杆44的锥形端面充分软化和变形，粘滞状态的玻璃材料的表面张力形成一个基本圆化的双锥形透镜46，该透镜46可以具有一个由基本相互正交设置的两条不同曲线所限定的外表面，其中主要曲线为C1和辅助曲线为C2且在光轴或接近光轴的位置上交叉。其结果是，双锥形透镜46可集成粘结且与辫状纤维42相分开，以形成本发明的透镜装置40。
正如以上所讨论以及根据本发明，进行“锥形切割”的处理工艺在2001年3月19日所提交的、美国专利申请序列号No.09/812,108、题目为“光波导透镜以及其制造方法”中进行了详细讨论，该文通过参考合并与此。本领域熟练的技术人士都会意识到，将隔离杆材料“锥形切割”成以上所讨论的适当长度的步骤是在基板矩形形状的矩形杆材料的条件下进行的。较佳的是，可以使用相当低的加热/温度拉制杆材料所形成的，并不产生相当高的表面张力来圆化矩形形状的材料80。此外，在成形步骤中，也可以施加相同的加热。较佳的是，施加充足的加热量，是在在“锥形切割”步骤所产生的任何边缘都可以圆化，以形成双锥形透镜，但是加热/温度都保持着相当低，使得矩形的杆44不会圆形化。由于矩形当44的两个截面尺寸是不同，所以使得本发明的双锥形透镜46在两个正交方向上的曲率半径是不同的。
在需要曲率半径小的模式耦合应用中，例如，大约22.0微米的曲率半径的应用，会减小由小的模式场源所收集的光部分，并因此也会减小耦合效率。这是由于，至少部分是由于，小的模式场直径的源具有大的发散角度。为了能够采用小半径曲率和高发散角度来获得适当的耦合效率，通常必须获得短的锥形以及具有尽可能多德清晰透镜孔径。为了能够达到这一目的，就一定要使用“多锥形切割”理论来优化双锥形透镜46的形成，正以一些参考图14所进行的讨论。
在某些耦合应用中，例如，激光二极管耦合应用，激光二极管的输出可以小到1.0至2.0微米，并且幅型比率在从大约2.0至大约5.0的范围内。为了能够获得小模式场尺寸以及同时保持着相对应的双锥形透镜46的尺寸，较佳的是，曲率半径是小的。正如以上所简要讨论的那样，可以采用“多锥形切割”理论来获得具有这种特性的透镜装置40，正如图14所示。根据本发明方法的该较佳多锥形实施例，图9-11所示的初始化方法步骤可以采用基本相同于以上参考“锥形切割”实施例所讨论的方法来进行。然而，唯有的差异是在张紧步骤中，加热源是采用相互协调的方式以移出微定位平台为方向移动；即，不再像以上所讨论那样保持在固定的位置上。通过变化加热源在张紧步骤中的移动速度和温度，就能够产生如图14所显示的多锥形结构。应该注意的是，不同于图12和图13所显示的步骤，它利用加热源82，例如但并不限制于，基于灯丝的拼接器，例如，基于钨丝的拼接器，或者CO2激光二极管，以及掩模来实现两步锥形切割的处理，以产生远离辫状纤维42的双锥形切割隔离杆44。正如图14所述，第一表面99A是由第一锥形切割所产生的，它的斜率比第二锥形切割表面99B平得多，并接近于远离辫状纤维42的隔离杆44的一端。随后，使用加热源重新加热隔离杆44的多锥形切割端面，以便于多锥形切割吹工艺所产生的任何边缘得以圆化。不同于以上所讨论的单一锥形切割处理工艺，多锥形切割处理工艺所产生的隔离杆44的端面表面可以更加接近于所需要的双锥形透镜46的最终双锥形的形状。双锥形透镜的较佳形状是双曲线，这样，它可以减小相前异常并能够提供与大发散角度源的较好耦合。
在本发明的方法的其它实施例中，隔离杆44以及双锥形透镜46都可以采用不是“锥形切割”隔离杆材料80的割裂方法来形成。在割裂步骤之后，可以采用可控制的方式将所产生的隔离杆46的割裂端重新加热，圆化割裂步骤所产生的隔离杆44的边缘。同样，由于矩形隔离杆44，可以通过控制加热设置在远离辫状纤维42的隔离杆44的一端上的双锥形透镜46来达到圆化的目的。另外，可以割裂隔离杆材料80，并不采用加热来成形，例如，可采用在随后选择抛光步骤中所采用诸如抛光轮的夹紧轮来夹紧来成形。一般来说，隔离杆44的割裂端可以采用加金轮以一定的角度来支撑着并相互接触以及旋转，以便于成形隔离杆44的割裂端。在本发明方法的较佳实施例中，夹紧轮材料的夹紧尺寸是在从大约0.3微米至大约1.0微米的范围内。然而，较佳的是，采用激光微机械加工隔离杆44的端面来完成成形。
实例现在讨论根据本发明以上所提及的实施例的透镜装置和光学组件的实例。
所举例的透镜装置，包括双锥形透镜92，如图15所示意显示，以下参考该图来讨论其变化。举例的透镜装置包括作为光信号的光源94，在这种情况下，激光二极管能够以工作波长“wav”发出信号，在方向(垂直方向)上的模式场直径(MFD)为wx0(μm)，以及在y方向(水平方向)上的MFD为wy0(μm)。来自光源94的光束在进入双锥形透镜92之前通过具有系数为(n1)的介质(通常是空气)传播一段距离(z)，其中，双锥形透镜92具有在x方向上的(RLx)曲率半径(μm)和在y方向上的(RLy)曲率半径(μm)且形成在具有径向恒定折射率类型的隔离杆96上，以及其长度为(Lc)和系数为(nc)。在圆形双锥形透镜之前的光信号的MFD为wx1和wy1，以及曲线的光束波前半径为rx1和ry1。由双锥形透镜将光信号转换成具有MFD和曲率波前半径分别为wx2、wy2和rx2、ry2的光束。对于一个薄的透镜来说，wx1＝wx2和wy1＝wy2，但是rx2和ry2一般是与rx1和ry1不同的。随后，光束通过长度为Lc和系数为nc的隔离杆96部分传播。在这一传播之后的光束特性为wx3、wy3和rx3、ry3。设计的目标是使得wx3＝wy3＝wsmf，其中(wsmf)是标准单模辫状纤维98的圆形MFD。另一目标是使得rx3和ry3能够尽可能地接近于平面波前，以最大化对辫状纤维的耦合效率。对于任何指定光源82和辫状纤维42来说，可以通过改进诸如双锥形透镜25和隔离杆36的Z、Rx、Ry、Lc的设计变量，以及改进隔离杆96的特性，来实现这一目标。这一目标也使得Z变得相当大，以满足相应的公差和实际封装的需求，且不会失去耦合的效率。
可以使用本文参考文献中所披露的对复数光束参数q的ABCD矩阵流程，或者使用光束传播技术，来计算高斯光束的光束转换。较佳的是，该设计可以对任何所需z的最佳耦合效率以及光源94和辫状纤维98的特性进行优化。材料特性n1、nc、ng和ns都可以在一定的范围内变化，但是实际材料的考虑限制了这些数值。例如，n1一般就等于1(空气)，nc大多是二氧化硅或掺杂二氧化硅所具有的数值，大约为1.45μm或者至少接近与1.3-1.5μm的波长范围。对于ng和nsmf也基本相同。复数光束参数q可限定为(1/q)＝(1/r)-i*(wav/pi*w^2*n)式中r是曲率的波前半径，w是高斯模式固定半径，以及wav是光的波长。
从输入平面100至输出平面102的q参数传播可以由下式给出q2＝(A*q1+B)/(C*q1+D)式中A、B、C和D分别为与输入和输出平面100和102的射线参数有关的射线矩阵的元素。
假定一个无限薄的双锥形透镜，透镜几何形状和设计的变量以及在指定位置上的MFD参数平面99光源94的输出wav、wx0和wy0-波长以及光源94的x和y模式场平面100通过材料系数(n1)的Z距离的传播，但在双锥形透镜之前，wx1，wy1在平面100上的光束的模式场直径rx1，ry1曲率的波前半径平面102恰在半径为Rx和Ry且材料系数为nc的双锥形透镜之后wx2，wy2rx2，ry2平面104在长度为Lc且系数为nc的隔离杆96中的传播且正好在辫状纤维98之前wx3，wy3rx3，ry3适用于透镜装置的特例使用以上所显示的流程，可以计算和优化适用于激光二极管耦合应用的透镜装置的设计变量。将举例光学元件合并于本发明的透镜装置的设计参数如下激光二极管特性 波长 1.55μmX方向上的模式场半径w0x1.50μmY方向上的模式场半径w0y6.0μm其它设计参数第一组双锥形透镜曲率的X-Y半径RLx；R1y5μm；10μm隔离杆的长度Lc 50μm和65μm第二组双锥形透镜曲率的X-Y半径RLx；R1y10μm；20μm隔离杆的长度Lc 9，100和65μmSMF单模辫状模式场5.2μm图16显示了对这些实例的模拟结果。这些结果标明使用这一理论获得高耦合效率和相对较宽度的工作距离是可能的。特别是，采用优化工作距离也较大情况下的第二组，对工作距离的公差是较好的。
所提供的实例只是用于说明的目的，并且可以根据应用而变化。参考以下所列出的参考文献，就能够更加清楚的理解上述实例W.L.Emkey和C.Jack，JTL-5，sept 1987，pp1156-64；H.Kogelnik，Applied Optics，4 Dec 1965，p1562；R.Kishimoto，M.KoyamaTransactions on Microwave Theory andApplications，IEEE MTT-30，June 1982，p882；以及由B.E.A.Saleh和M.C.Teich所编著的Potonics(John Wiley & Sons 1991出版)，上述各文献通过参考合并与此。本发明的其它方面、性能和特性可以在共同申请的美国未审查专利中发现，题为“光信号改变透镜装置以及其制造方法”(“OpticalSignal Altering Lensed Apparatus and Method of Manufacture”)，该专利由Corning公司所拥有，并因此于同日提交，这里通过参考合并与此。
在详细讨论本发明的过程中，应该理解的是，对于相关领域中的熟练技术人士来说，很显然，本发明可以在不背离本发明的精神的条件下进行改进。对本发明所作的各种形式、设计或结构上的变化都没有脱离本发明的精神和范围。例如，可以在以上所讨论任何实施例中采用多个隔离杆46。此外，在本领域中的熟练技术人士都会意识到，本发明透镜装置40的各种部件/元件并不一定要由包含相同材料来制造，所提供的形成透镜装置40的各种元件的各种材料都具有兼容特性，例如当并不限制于，软化点以及热膨胀系数。因此，上述所提及的讨论只可认为是举例，而并不是限制，且本发明的实际范围可由下列权利要求所限定。
权利要求
1.一种改变光信号的模式场的透镜装置，其特征在于，所述装置包括光纤；以及双锥形透镜，位于所述光纤的一端上，使得所述光纤和所述双锥形透镜限定了一条光轴，所述双锥形透镜包括由两条大体相互正交的不同曲线即主要曲线C1和辅助曲线C2限定的外表面，其中，C1和辅助曲线C2在光轴处或近光轴处相交。
2.如权利要求1所述的透镜装置，其特征在于，还包括至少一个隔离杆，所述隔离杆在所述光纤和所述双锥形透镜之间具有大体均匀的折射率。
3.如权利要求1所述的透镜装置，其特征在于，所述双锥形透镜限定了一个锥形表面。
4.如权利要求2所述的透镜装置，其特征在于，至少一个隔离杆包括一个锥形的隔离杆。
5.如权利要求1所述的透镜装置，其特征在于，所述曲线C1和C2两者中的每一个限定了一个球面或非球面。
6.如权利要求2所述的透镜装置，其特征在于，所述双锥形透镜置于至少一个远离所述光纤的隔离杆的一端上。
7.一种系统，其特征在于，它包括光学元件；基片，用以支承所述光学元件；以及如权利要求1所述的透镜装置，它位于所述基片上，并与所述光学元件相关，用以改变所述透镜装置和所述光学元件之间通过的光信号的模式场。
8.一种制造透镜装置的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤将所述双锥形透镜设置在所述光纤的一端，使得所述光纤和双锥形透镜限定一条光轴，所述双锥形透镜包括由两条相互正交的不同曲线即主曲线C1和辅曲线C2限定的外表面，其中，C1和C2在光轴处或近光轴处相交。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述设置步骤包括将具有大体均匀的折射率的所述隔离杆安装在所述光纤的一端上，并且随后使远离所述光纤的隔离杆的那一端形成所述双锥形透镜的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述去除步骤包括割裂所述隔离杆的步骤，并且所述成形步骤包括对所述隔离杆的割裂端进行激光微加工，或对所述隔离杆的割裂端进行研磨、抛光和加热的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述隔离杆包括矩形杆，并且其中，所述成形步骤包括通过将所述矩形杆的割裂端加热而软熔成所需形状，随后抛光所述矩形杆的成形端面的步骤。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述去除步骤包括锥形切割离开所述光纤一个工作距离的隔离杆的步骤，并且所述成形步骤包括将所述杆的锥形切割端加热至足以圆化所述双锥形透镜的外表面的温度，并在所述加热步骤之后抛光所述双锥形透镜的外表面的步骤。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述去除步骤包括多锥形切割离开所述光纤一个工作距离的隔离杆的步骤，并且所述成形步骤包括抛光所述隔离杆的多锥形切割端，以圆化所述双锥形透镜的外表面，或者加热所述隔离杆的多锥形切割端，以圆化所述双锥形透镜的外表面的步骤。
14.一种光学组件，其特征在于，它包括光学元件；基片，用以支承所述元件；以及透镜装置，它位于所述基片上，并与所述光学元件相关，以改变所述透镜装置和所述光学元件之间通过的光信号的模式场，其中，所述透镜装置包括光纤和位于所述光纤一端上的双锥形透镜，使得所述光纤和双锥形透镜限定了一条光轴，所述双锥形透镜包括由两条相互大体正交的不同曲线即主曲线C1和辅曲线C2限定的外表面，其中，C1和C2在光轴处或近光轴处相交。
15.如权利要求14所述的光学组件，其特征在于，所述透镜装置还包括一个隔离杆，它在所述光纤和所述双锥形透镜之间具有大体均匀的折射率。
16.如权利要求15所述的光学组件，其特征在于，至少一个隔离杆呈锥形。
全文摘要
披露了一种适用于改变光信号的模式场的透镜装置。该装置包括一个定位在光纤(44)一端上的光纤双锥形透镜(46)，使得光纤和双锥形透镜限定光轴。双锥形透镜包括由两个分别为主要曲线C1和辅助曲线C2且在光轴或接近光轴的位置上C1和C2相交基本正交的不同曲线所限定的外表面。还披露了一种适用于改变光信号的模式场的透镜装置和光学组件的制造方法。
文档编号G02B6/32GK1692294SQ03809892
公开日2005年11月2日 申请日期2003年2月20日 优先权日2002年3月4日
发明者V·A·巴加瓦图拉, B·J·沃尔弗, N·沙史答尔 申请人:康宁股份有限公司