光纤耦合装置

1.本技术属于光纤耦合技术领域，更具体地说，是涉及一种光纤耦合装置。


背景技术：

2.以前的耦合系统，通常采用一组准直—聚焦透镜将单模光纤中的光波一一耦合进多芯光纤，该方案针对单模多芯光纤，且对透镜参数、调整架精度要求极高，并且不利于集成，无法大规模运用于实际系统中。
3.为此，现有技术中存在一种集成光学连接模块，利用一个单透镜进行所有多芯光纤纤芯输出的耦合，多芯光纤的端面置于透镜前焦点处，偏离中间纤芯的周围纤芯中的光束通过透镜后将汇聚于后焦点，并与光轴成1～2
°
角，因此多芯光纤中各个纤芯中的光束在通过透镜后焦点后在空间上是分开的，每个分开的光束通过光纤瞄准仪耦合进入相应的单模光纤中。然而，该方案同样指针对单模多芯光纤，且对透镜参数及调整架精度要求高。其他现有技术中也有一种大型结构，通过物理的方法，使单芯光纤与水平面间产生不同的角度，将多芯光纤置于耦合透镜前焦距处，通过对单芯光纤角度和距离的控制，完成了多芯光纤—单芯光纤间的耦合。但系统过大，不方便操作。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种光纤耦合装置，旨在解决现有技术中的光纤耦合装置结构复杂、体积过大的技术问题。
5.为实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种光纤耦合装置，光纤耦合装置包括多芯光纤及朝向多芯光纤的光源部，光纤耦合装置还包括：单透镜，单透镜设置在光源部与多芯光纤之间；光栅部，光栅部设置在单透镜与光源部之间，以将光源部发出的光束向多芯光纤导向；光源部、多芯光纤、单透镜及光栅部同轴设置。
6.可选地，多芯光纤包括外壳及设置在外壳内部的多个纤芯，纤芯在外壳的端部形成芯头，光纤耦合装置还包括：耦合部，耦合部包括多个端面透镜，多个端面透镜一一对应地盖设在多个芯头上。
7.可选地，单透镜为凸透镜，端面透镜的端部凸起，端面透镜的端部朝向与其对应的通过单透镜的光束倾斜。
8.可选地，光源部包括中心光源部及多个边缘光源部，多个边缘光源部沿中心光源部的周向间隔设置；
9.光栅部包括多个光栅，多个光栅与多个边缘光源部一一对应地设置；
10.多个端面透镜中包括多个边缘透镜，多个边缘透镜与多个光栅一一对应地设置。
11.可选地，耦合部还包括安装盖，安装盖盖设于多芯光纤的端部，多个端面透镜安装在安装盖上。
12.可选地，光纤耦合装置包括多个耦合部，位于相同耦合部上的各边缘透镜的倾斜程度相同，位于不同耦合部上的各边缘透镜的倾斜程度不同，多个耦合部中的一个可选择
地安装在多芯光纤的端部。
13.可选地，安装盖上设置有多个安装孔，多个端面透镜一一对应地可拆卸地安装在安装孔中。
14.可选地，端面透镜与安装孔过盈配合。
15.可选地，光栅部还包括安装架，多个光栅可拆卸地安装在安装架上。
16.可选地，光栅部还包括支架，安装架可旋转地安装在支架上。
17.本技术提供的光纤耦合装置的有益效果在于：与现有技术相比，本技术通过在单透镜与光源部之间设置光栅部，对光源部发出的每一束光束进行导向，使各光束分别向其对应的纤芯的中心方向偏移，采用光栅部来满足所需要的角度，完成光源与多芯光纤之间的精准耦合，同时可以避免现有技术中的高精度调整架所带来的系统难于集成化等问题，且光栅相比于手动调节调整架，精度更高，稳定性更强。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本技术实施例提供的光纤耦合装置的结构示意图；
20.图2为本技术实施例提供的多芯光纤的结构示意图；
21.图3为本技术实施例提供的光栅的结构示意图；
22.图4为本技术实施例提供的端面透镜的俯视结构示意图；
23.图5为本技术实施例提供的端面透镜的主视结构示意图；
24.上述附图所涉及的标号明细如下：
25.10、多芯光纤；
26.11、外壳；
27.12、纤芯；
28.20、光源部；
29.30、单透镜；
30.40、光栅部；
31.41、光栅；
32.50、端面透镜；
具体实施方式
33.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
34.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。在不冲突的情况下，本技术中
的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
35.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.正如背景技术中所记载的，目前，现有技术中存在一种集成光学连接模块，利用一个单透镜进行所有多芯光纤纤芯输出的耦合，多芯光纤的端面置于透镜前焦点处，偏离中间纤芯的周围纤芯中的光束通过透镜后将汇聚于后焦点，并与光轴成1～2
°
角，因此多芯光纤中各个纤芯中的光束在通过透镜后焦点后在空间上是分开的，每个分开的光束通过光纤瞄准仪耦合进入相应的单模光纤中。然而，该方案同样指针对单模多芯光纤，且对透镜参数及调整架精度要求高。其他现有技术中也有一种大型结构，通过物理的方法，使单芯光纤与水平面间产生不同的角度，将多芯光纤置于耦合透镜前焦距处，通过对单芯光纤角度和距离的控制，完成了多芯光纤—单芯光纤间的耦合。但系统过大，不方便操作。
38.参见图1至图5所示，为了解决上述问题，根据本技术的一个方面，本技术的实施例提供了一种光纤耦合装置，尤其用于多芯少模光纤耦合，光纤耦合装置包括多芯光纤10及朝向多芯光纤10的光源部20，光纤耦合装置还包括单透镜30和光栅部40，单透镜30设置在光源部20与多芯光纤10之间；光栅部40设置在单透镜30与光源部20之间，以将光源部20发出的光束向多芯光纤10导向；光源部20、多芯光纤10、单透镜30及光栅部40同轴设置。工作时，光源部20发出光束，光栅部40导向后经过单透镜30射入多芯光纤10，本技术通过在单透镜30与光源部20之间设置光栅部40，对光源部20发出的光束进行导向，使其向多芯光纤10的中心方向偏移，采用光栅部40来满足所需要的角度，可以避免现有技术中的高精度调整架所带来的系统难于集成化等问题，且光栅41相比于手动调节调整架，精度更高，稳定性更强。
39.参加图2及图4所示，为了增大多芯光纤10对于穿过单透镜30的光线的接收角度，具体来说，本实施例中的多芯光纤10包括外壳11及设置在外壳11内部的多个纤芯12，纤芯12在外壳11的端部形成芯头，光纤耦合装置还包括耦合部，耦合部包括多个端面透镜50，多个端面透镜50一一对应地盖设在多个芯头上，通过在多芯光纤10端部设置端面透镜50可以实现对光束的二次汇聚，增加耦合效率。
40.参见图5所示，在一种优选地实施例中，本实施例中的单透镜30为凸透镜，端面透镜50的端部凸起，端面透镜50的端部朝向与其对应的通过单透镜30的光束倾斜，通过使端面透镜50的端部有一定角度倾斜，朝向与其对应的通过单透镜30的光束，可以更好地将光耦合进纤芯12。
41.参见图3所示，具体来说，本实施例中的光源部20包括中心光源部20及多个边缘光源部20，多个边缘光源部20以中心光源部20为中心，沿中心光源部20的周向间隔设置；光栅
部40包括多个光栅41，多个光栅41与多个边缘光源部20一一对应地设置；多个端面透镜50中包括多个边缘透镜，多个边缘透镜与多个光栅41一一对应地设置。其中，多个边缘透镜与多个光栅41一一对应地设置，多个光栅41与多个边缘光源部20一一对应地设置，是指以单透镜30轴线为中心，等角度地布置，一一对应，而不是边缘透镜、光栅41及边缘光源部20都在一条直线上。
42.为了便于安装及拆卸，本实施例中的耦合部还包括安装盖，安装盖盖设于多芯光纤10的端部，多个端面透镜50安装在安装盖上。安装时，工作人员可将安装盖盖设在多芯光纤10的端部，并使得端面透镜50与纤芯12一一对应。
43.在一种优选地实施例中，为了及时、快速地对边缘透镜进行调整及更换，本实施例中的光纤耦合装置包括多个耦合部，位于相同耦合部上的各边缘透镜的倾斜程度相同，位于不同耦合部上的各边缘透镜的倾斜程度不同，多个耦合部中的一个可选择地安装在多芯光纤10的端部。当需要调整边缘透镜的倾斜程度时，工作人员可从多个不同倾斜角度的耦合部中挑选出适合的，安装在多芯光纤10的端部，实现模块化。本实施例中安装盖及端面透镜50一体成型。其中，端面透镜50制备可采用3d打印。
44.在另一种实施例中，为了有针对性地、对边缘透镜进行调整及更换，本实施例中的安装盖上设置有多个安装孔，多个端面透镜50一一对应地可拆卸地安装在安装孔中。当多个端面透镜50中的某个或者某几个的倾斜角度需要进行调整时，可以将其拆卸下来，并安装上符合要求的端面透镜50即可。本实施例中还可实现对端面透镜50的旋转，从而可以对某个或者某几个的端面透镜50的旋转角度进行调整，以适应不同的工况。
45.在本技术的一种实施例中，本实施例中的端面透镜50与安装孔过盈配合，以使结构简单，便于安装。当然在其他实施例中也可采用其他的连接方式，使端面透镜50安装在安装孔中，如胶接，或者，在安装孔的内壁中设置内凸缘，将端面透镜50抵接在内凸缘上。
46.同理，为了实现本技术的光纤耦合装置的模块化，本实施例中的光栅部40还包括安装架，多个光栅41可拆卸地安装在安装架上。当多个光栅41中的某个或者某几个的导光角度需要进行调整时，可以将其拆卸下来，并安装上符合要求的光栅41即可。
47.在一种优选地实施例中，本实施例中的光栅部40还包括支架，安装架可旋转地安装在支架上，通过上述设置可以根据不同的光源部20角度进行旋转，使得光栅41能够对相应的光束进行导向。
48.在一种具体的实施例中，采用光纤透镜阵列作为光源部，以保证出射光为准直光，辅助索雷博c151tmd
‑
c透镜组合所设计的光纤端面微透镜阵列以此达到耦合的目的。阵列光源部：依照多芯光纤纤芯排布，对单芯光纤进行排布，且满足各纤芯对应光源部间距为127μm。通过配合微透镜，达到输出束腰为400μm，其中，阵列光源部采用已有技术即可。多芯光纤：多芯光纤采用七芯六模光纤。端面透镜：在选定光源部，多芯光纤以及单透镜的基础上，使用zemax软件，设计出透镜，透镜高度h＝20μm，单个透镜直径i＝40μm，曲率半径r＝0.02318mm，中心的端面透镜无倾斜，边缘透镜有θ＝4
°
的倾斜角。
49.光栅：通过公式ftanθ＝d，θ为单透镜焦距，d为多芯光纤中各纤芯间的间距。已知c151tmd
‑
c透镜焦距，纤芯间距为42μm，由此可知，需要制备产生1.203度的光栅，以完成耦合。
50.通过光纤阵列输出不同模式的光源，经单透镜聚焦到多芯光纤端面透镜上，再经
端面透镜调整光束，以此匹配多芯光纤纤芯，达到耦合的目的。经zemax软件模拟，只使用单透镜耦合时，仅能达到60％的耦合效率，而使用组合透镜耦合时，耦合效率可以达到90％以上。
51.通过使用液晶器件来制备产生特定角度的光栅。液晶作为一种常见的光场相位调控器件，可利用它改变光的相位信息，以达到耦合需要的条件。聚合物液晶还具有使用周期长的特点，可以保证实验的稳定性。而为满足多芯光纤各纤芯所需要的条件，加工时对光栅进行如下图4排布，液晶器件加工流程：(1)清洗玻片，(2)烘干，(3)紫外uv机清洗，(4)旋涂sd1，(5)曝光，(6)旋涂液晶，(7)固化。
52.综上，实施本实施例提供的光纤耦合装置，至少具有以下有益技术效果：
53.工作时，光源部发出光束，光栅部导向后经过单透镜射入多芯光纤，本技术通过在单透镜与光源部之间设置光栅部，对光源部发出的每一束光束进行导向，使各光束分别向其对应的纤芯的中心方向偏移，采用光栅部来满足所需要的角度，完成光源与多芯光纤之间的精准耦合，同时可以避免现有技术中的高精度调整架所带来的系统难于集成化等问题，且光栅相比于手动调节调整架，精度更高，稳定性更强。
54.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。