高耦合效率的有源光缆光耦合装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高耦合效率的有源光缆光耦合装置，包括激光器和光纤，激光器与光纤的耦合端之间安装有微透镜，光纤的耦合端端面为斜平面且与激光器的出光中心线之间呈40°～50°夹角，光纤的耦合端端面设置有全反射膜，光纤的耦合端端面的中心和微透镜的中心位于或基本位于激光器的出光中心线上。本发明使用斜平面形状的光纤耦合端端面并设置全反射膜，使其直接具有反射功能，代替传统有源光缆光耦合装置中棱镜的反射功能，工程耦合时，只需将光纤或光纤阵列在两个方向上进行耦合，降低耦合难度，提高了耦合效率，可达到87.13％，明显高于传统有源光缆光耦合装置80％以下的耦合效率，并减小了整个装置的尺寸。
【专利说明】高耦合效率的有源光缆光耦合装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有源光缆光耦合装置，尤其涉及一种特别适用于40G有源光缆的高耦合效率光耦合装置。
【背景技术】
[0002]宽带产业的迅速发展，激光通信中继距离越来越长，通信速率越来越高，耦合效率已经成为其性能瓶颈之一。尤其高速率下的有源光缆耦合效率很难得到保证，光信噪比(OSNR)、色散、非线性作用以及有源光缆内部器件的耦合焊接都制约着耦合效率。
[0003]目前的有源光缆，其光纤与激光器的耦合效率偏低，究其原因是光耦合装置设计不够理想，比如，目前的40G有源光缆的光耦合装置采用较多的是VCSEL即垂直腔面发射激光器与棱镜组合方式，具体结构如图1所示，激光器I发出的光通过45°棱镜2，光路转变90°后，与光纤5 f禹合，图1中还不出了 V型槽3和光纤入口 4。这种结构存在以下缺陷:激光器发出的信号经过棱镜使光路旋转90°进入光纤，在耦合找光信号时需要将光纤阵列在四个方向上移动，很难在短时间找到最佳耦合位置，所以会浪费调试的时间和人力成本，而且耦合效率低于80%。
[0004]根据大量资料分析，提高光纤与激光器的耦合效率可有效提高光纤通信的最大传输速率，本发明正是基于这种理论而提出。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高耦合效率的有源光缆光耦
口O
[0006]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0007]—种高耦合效率的有源光缆光耦合装置，包括激光器和光纤，所述激光器与所述光纤的耦合端之间安装有微透镜，所述光纤的耦合端端面为斜平面且与所述激光器的出光中心线之间呈40°?50°夹角，所述光纤的耦合端端面设置有全反射膜，所述光纤的耦合端端面的中心和所述微透镜的中心位于或基本位于所述激光器的出光中心线上。
[0008]上述结构中，激光器用于产生激光，微透镜用于聚焦，反射率接近于I的全发射膜用于将激光反射至光纤内的纤芯中，其中全反射膜的应用使光纤的耦合端直接具有激光反射功能；而光纤的耦合端端面为斜平面，使其在耦合时，只需在两个方向上寻找光源，降低耦合难度。全发射膜一般采用电镀方式设置于光纤的耦合端端面。
[0009]根据应用需要，所述激光器、所述微透镜和所述光纤均为多个且并列排列形成阵列结构。
[0010]作为优选，所述光纤的耦合端端面为斜平面且与所述激光器的出光中心线之间呈45°夹角。
[0011]作为优选，所述微透镜为P平凸透镜；所述激光器为出光侧安装有凸平微透镜的垂直腔面发射激光器。[0012]作为最佳选择，所述微透镜的透镜折射率为1.46，透镜半径为60 u m,球体半径为948.7 um,冠高为1.9um,透镜焦距为2062.4um,透镜厚度为lOOOum，所述微透镜的透镜焦点到透镜平面端的距离为1440um，焦点半径为32um，透过率为89.7%，所述微透镜的出光测正表面与所述光纤的入光侧正表面之间的距离为115.llum。
[0013]本发明的有益效果在于:
[0014]本发明使用斜平面形状的光纤耦合端端面并设置全反射膜，使其直接具有反射功能，代替传统有源光缆光耦合装置中棱镜的反射功能，工程耦合时，只需将光纤或光纤阵列在两个方向上进行耦合，降低耦合难度，提高了耦合效率，可达到87.13%，明显高于传统有源光缆光耦合装置80%以下的耦合效率，增加了单位时间内的光耦合量；由于省去了棱镜，直接用光纤耦合端端面达到使光路旋转90°的目的，所以减小了整个装置的尺寸，使本装置更便于携带和节约安装空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是传统有源光缆光耦合装置的结构示意图；
[0016]图2是本发明所述高耦合效率的有源光缆光耦合装置的结构示意图；
[0017]图3是图2中的A-A剖视图；
[0018]图4是本发明所述高耦合效率的有源光缆光耦合装置的光路传输示意图；
[0019]图5是本发明所述光纤的耦合端端面的光反射和光折射传输示意图；
[0020]图6是本发明所述光纤入光侧正表面的平行度对光耦合效率的影响分析示意图；
[0021]图7是本发明所述光纤耦合端端面的加工误差对光耦合效率的影响分析示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0023]如图2所示，本发明所述高耦合效率的有源光缆光耦合装置包括激光器7和光纤
5,激光器7与光纤5的稱合端之间安装有微透镜6,光纤5的稱合端端面52为斜平面且与激光器7的出光中心线之间呈45°夹角，也可以为40°?50°之间45°以外的其它夹角，光纤5的耦合端端面52设置有全反射膜(厚度很小，图中未示出)，光纤5的耦合端端面52的中心和微透镜6的中心位于或基本位于激光器7的出光中心线上。图2中示出了光纤5的纤芯51，激光在纤芯51中反射传输；图2中还示出了用于安装的V型槽板3。
[0024]如图3所示，激光器7、微透镜6和光纤5均为多个且并列排列形成阵列结构，对应的阵列分别为激光器阵列、微透镜阵列和光纤阵列。
[0025]本例中，光纤5采用多模光线；微透镜6采用P平凸透镜；激光器7采用出光侧安装有凸平微透镜8的垂直腔面发射激光器；微透镜6的透镜折射率为1.46，透镜半径为60 u m,球体半径为948.7 u m,冠高为1.9um,透镜焦距为2062.4um,透镜厚度为lOOOum，所述微透镜的透镜焦点到透镜平面端的距离为1440um，焦点半径为32um，透过率为89.7%,微透镜6的出光测正表面与光纤5的入光侧正表面之间的距离为115.llum。
[0026]下面结合附图对本发明所述高耦合效率的有源光缆光耦合装置中微透镜6的安装位置、耦合效率分析作具体描述:
[0027]1、微透镜6的出光测正表面与光纤5的入光侧正表面之间距离的确定:[0028]如图4所示，光线I和光线2为激光器7的光源9的最大发散角的光线，
[0029]与光纤5的外包层和纤芯51表面的折射角分别表不为a 12，a 22，a 13，a23，入射角分别表示为an，Ci21，光线I和光线2到达端面52时，其反射角分别表示为h，Ci2 ;光线3为激光器7的光源9的中心光线，其入射角表示为a 31，与光纤5的外包层和纤芯51表面的折射角分别表示为a32，a 33，光线3到达端面52时，其反射角表示为a 3。
[0030]根据图3有以下公式:
[0031]n0sin a n=n2sin a J2=Ii1Sin a 13
[0032]n0sin a ^=Ii1Sin a 23=n2sin a 22
[0033]n0sin a S1=Ii1Sin a 33=n2sin a 32
[0034]其中，Ivripn2分别表不空气折射率、光纤5的外包层的折射率和光纤5的纤芯的折射率。
[0035]计算结果为:
[0036]an=a21=10。； a 12= a 22 = 6.69。； a 13= a 23=6.65°
【权利要求】
1.一种高耦合效率的有源光缆光耦合装置，包括激光器和光纤，其特征在于:所述激光器与所述光纤的耦合端之间安装有微透镜，所述光纤的耦合端端面为斜平面且与所述激光器的出光中心线之间呈40°?50°夹角，所述光纤的耦合端端面设置有全反射膜，所述光纤的稱合端端面的中心和所述微透镜的中心位于或基本位于所述激光器的出光中心线上。
2.根据权利要求1所述的高耦合效率的有源光缆光耦合装置，其特征在于:所述激光器、所述微透镜和所述光纤均为多个且并列排列形成阵列结构。
3.根据权利要求1所述的高耦合效率的有源光缆光耦合装置，其特征在于:所述光纤的耦合端端面为斜平面且与所述激光器的出光中心线之间呈45°夹角。
4.根据权利要求1、2或3所述的高耦合效率的有源光缆光耦合装置，其特征在于:所述微透镜为P平凸透镜。
5.根据权利要求1、2或3所述的高耦合效率的有源光缆光耦合装置，其特征在于:所述激光器为出光侧安装有凸平微透镜的垂直腔面发射激光器。
6.根据权利要求1、2或3所述的高耦合效率的有源光缆光耦合装置，其特征在于:所述微透镜的透镜折射率为1.46，透镜半径为60 iim，球体半径为948.7 iim，冠高为1.9um，透镜焦距为2062.4um，透镜厚度为lOOOum，所述微透镜的透镜焦点到透镜平面端的距离为1440um，焦点半径为32um，透过率为89.7 %，所述微透镜的出光测正表面与所述光纤的入光侧正表面之间的距离为11511um。
【文档编号】G02B6/42GK103744147SQ201410005041
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】张克非, 刘志勤, 钱天闻, 滕忠辉, 周磊, 方再平, 李颖, 庞利 申请人:西南科技大学