一种准直器及包括该准直器的在线起偏器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学器件技术领域，特别涉及一种准直器及包括该准直器的在线起偏 器。
【背景技术】
[0002] 随着配套光学元器件的技术发展和成熟，光纤传感的技术也得到了长足的发展， 因此近些年来光纤传感器广泛应用于各行业中。光纤陀螺仪和光纤水听器等重要的光纤传 感器已经开始应用于航空、航天和潜艇等军工系统中。这些军工系统对组构的器件均有苛 刻的体积需求，要求越小越好。在线起偏器作为光纤陀螺和光纤水听器主要的基础元器件 之一，也要求有足够短小的尺寸。
[0003] 常规准直器的组成结构如图1所示，主要包含外封玻璃管1、光纤头2和透镜3三 部分，光纤头2由光纤21和玻璃毛细管22组成。为了方便调试光纤21出来的光经过透镜 3后准直扩束输出，光纤21和透镜3之间有约0. 2mm的间隙。透镜3采用冷加工方式制作， 因为透镜3需要夹持的原因，直径不能做得太小，目前行业内最小透镜的直径是Φ1.0_， 这是制约产品外径尺寸的主要因素。光纤头端面也是采用冷加工方式研磨抛光，也是因为 研磨夹持的原因，长度不能做得太短，这是制约产品整体长度的因素。因以上两个因素制 约，常规在线起偏器所用准直器的封装尺寸约为Φ 1. 5*10_，最终组成的在线起偏器尺寸 约为 Φ 3. 0*25mm。
[0004] 另外，在线起偏器的光路中，光纤头端面通光面积即光纤的纤芯面积，光纤纤芯直 径极小，该点的功率密度最高，是耐高功率的主要制约点。高功率工作条件下光纤头端面烧 毁是常规在线起偏器最常见的失效模式。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种准直器，用于在线起偏器中，旨在减小在线起偏器的 尺寸并提尚其耐尚功率的性能。
[0006] 本发明是这样实现的，一种准直器，包括保偏光纤以及熔接于所述保偏光纤一端 的多模光纤或无芯光纤，所述多模光纤或无芯光纤的末端熔烧成球状微透镜，所述球状微 透镜的中心轴与所述多模光纤或无芯光纤的中心轴共线，所述球状微透镜的顶点至所述多 模光纤或无芯光纤的熔接点的长度与所述球状微透镜的焦距相等。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种准直器的制造方法，至少包括下述步骤：
[0008] 在保偏光纤的一端熔接预定长度的多模光纤或无芯光纤，所述预定长度根据要求 的球状微透镜的直径及焦距确定；
[0009] 对所述多模光纤或无芯光纤的末端进行熔烧预定时间，获得预定直径的球状微透 镜，所述预定时间由熔烧装置根据熔烧的球体的直径和熔烧时间的关系确定。
[0010] 本发明在保偏光纤一端熔接多模光纤或无芯光纤，并直接在其端部烧球形成球状 微透镜，与传统的光纤头和透镜的组合相比不需夹持或研磨加工，尺寸更小；另外，保偏光 纤输出的光在球状微透镜上的光斑大于保偏光纤的直径，因此可承受的功率大于保偏光纤 输出端可承受的功率，即大于传统准直器的承受功率，利于提高在线起偏器的耐高功率性 能。另外，传统准直器采用光纤头加透镜的组合方式，本发明中直接烧球可以减少两个端 面，进而减少了光路反射和损耗。
【附图说明】
[0011] 图1是现有技术中准直器的结构示意图；
[0012] 图2是本发明实施例提供的准直器的结构示意图；
[0013] 图3是本发明实施例提供的准直器的球状微透镜的加工方法示意图；
[0014] 图4是本发明实施例提供的在线起偏器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明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发明，并 不用于限定本发明。
[0016] 以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
[0017] 请参考图2,本发明实施例提供一种准直器，应用于在线起偏器中，其包括一段保 偏光纤01，以及熔接于保偏光纤01 -端的多模光纤02或无芯光纤，该多模光纤02或无芯 光纤的末端熔烧成球状微透镜03,该球状微透镜03的中心轴与多模光纤02或无芯光纤的 中心轴共线，为了实现准直，球状微透镜03的顶点A至多模光纤02或无芯光纤与保偏光纤 01的熔接点B的长度与球状微透镜03的焦距相等。该多模光纤02或无芯光纤的直径较保 偏光纤01的直径大得多，其具有较粗的材质均匀的纤芯或实体导光结构，当然，球状微透 镜03的直径大于多模光纤02或无芯光纤的直径且材质均匀，使得光线在其中能够直线传 输。并通过球状微透镜03的球形表面实现准直或聚焦。
[0018] 本发明实施例采用多模光纤02或无芯光纤熔接保偏光纤01，并直接在多模光纤 02或无芯光纤端部烧球形成球状微透镜03,与传统的光纤头和透镜的组合相比具有更小 的尺寸，因为熔接光纤与烧球均不需夹持或研磨加工，不会受到夹持尺寸的影响，可以做得 更小，进而使准直器及在线起偏器的尺寸更小，能够满足军工系统的要求；另外，由于保偏 光纤01熔接了更粗的多模光纤02或无芯光纤，其输出光得到扩束，在球状微透镜03上的 光斑大于保偏光纤01的直径，因此可承受的功率大于保偏光纤01输出端的功率，即大于传 统准直器的承受功率，利于提高在线起偏器的耐高功率性能。另一方面，传统准直器采用光 纤头加透镜的组合方式，本发明中直接烧球可以减少两个端面（光纤头和透镜的相对面）， 进而减少了光路反射和损耗。
[0019] 在本发明实施例中，为了封装固定各光学元件，在多模光纤02及其与保偏光纤01 的熔接处封装一第一玻璃管04,球状微透镜03可以露于第一玻璃管04之外，以避免增大准 直器的直径。第一玻璃管04的长度以保护多模光纤02或无芯光纤以及保偏光纤01的熔 接点为宜，可以自球状微透镜03的根部起延伸至保偏光纤01的起始端，不必过长。
[0020] 在本发明实施例中，保偏光纤01可以采用现有的保偏光纤，纤芯直径约8. 2 μπι。 为了便于说明，本实施例仅以多模光纤为例，多模光纤02可以米用内径220 μm，外径 242 μ m，数值孔径NA为0. 22的多模光纤，由该多模光纤02熔烧的球状微透镜03的直径可 以达到Imm以下，通常为0· 5~0· 8mm。球状微透镜03的顶点A至熔接点B的距离为球状 微透镜03的焦距，当微透镜03的直径小于Imm时，球状微透镜03的顶点至多模光纤02的 恪接点的长度小于I. 59mm。
[0021] 本实施例中，球状微透镜03的直径为0. 71mm，曲率半径Γι= 0. 355mm ;空气折射 率Iici= 1 ;多模光纤02的纤芯折射率n i= 1. 4573,据带入焦距公式：
【主权项】
1. 一种准直器，其特征在于，包括保偏光纤以及熔接于所述保偏光纤一端的多模光纤 或无芯光纤，所述多模光纤或无芯光纤的末端熔烧成球状微透镜，所述球状微透镜的中心 轴与所述多模光纤或无芯光纤的中心轴共线，所述球状微透镜的顶点至所述多模光纤或无 芯光纤的熔接点的长度与所述球状微透镜的焦距相等。
2. 如权利要求1所述的准直器，其特征在于，所述球状微透镜的直径小于1mm。
3. 如权利要求2所述的准直器，其特征在于，所述球状微透镜的顶点至所述多模光纤 或无芯光纤的熔接点的长度小于I. 5mm。
4. 如权利要求2或3所述的准直器，其特征在于，所述球状微透镜的直径为0. 71_，所 述球状微透镜的顶点至所述多模光纤或无芯光纤的熔接点的长度为1. 13_。
5. 如权利要求4所述的准直器，其特征在于，所述准直器还包括用于封装所述多模光 纤及其与所述保偏光纤的熔接处的第一玻璃管，所述第一玻璃管的直径为〇. 7mm，长度为 3. 5mm〇
6. 如权利要求1所述的准直器，其特征在于，所述球状微透镜的端面处的光斑直径大 NA* f ' 小ω为：<?= $2 + 6?，其中，CJci为所述保偏光纤的纤芯直径，NA为所述保偏光纤的 "1 数值孔径，f为所述球状微透镜的焦距，H1为所述多模光纤的纤芯或无芯光纤的折射率。
7. 如权利要求6所述的准直器，其特征在于，所述球状微透镜可承受的功率密度为所 述保偏光纤的端面可承受的功率密度的500倍以上。
8. -种在线起偏器，其特征在于，包括共轴设置的第一准直器、第二准直器以及设置于 所述第一准直器和第二准直器之间的偏振晶体，所述第一准直器和第二准直器采用权利要 求1至6任一项所述的准直器，所述偏振晶体输出的线偏振光的振动方向与所述第一准直 器和第二准直器的光纤应力轴方向一致。
9. 如权利要求8所述的在线起偏器，其特征在于，还包括用于固定所述第一准直器、第 二准直器和偏振晶体的第二玻璃管，以及套设于所述第二玻璃管之外且长度大于所述第二 玻璃管的外封管，所述外封管的直径小于2_，长度小于15_。
10. -种准直器的制造方法，其特征在于，至少包括下述步骤： 在保偏光纤的一端熔接预定长度的多模光纤或无芯光纤，所述预定长度根据要求的球 状微透镜的直径及焦距确定； 对所述多模光纤或无芯光纤的末端进行熔烧预定时间，获得预定直径的球状微透镜， 所述预定时间由熔烧装置根据熔烧的球体的直径和熔烧时间的关系确定。
【专利摘要】本发明适用于光学技术领域，提供了一种准直器，包括保偏光纤以及熔接于所述保偏光纤一端的多模光纤或无芯光纤，所述多模光纤或无芯光纤的末端熔烧成球状微透镜，所述球状微透镜的中心轴与所述多模光纤或无芯光纤的中心轴共线，所述球状微透镜的顶点至所述多模光纤或无芯光纤的熔接点的长度与所述球状微透镜的焦距相等。本发明与传统的光纤头和透镜的组合相比不需夹持或研磨加工，不会受到夹持尺寸的影响，尺寸更小；另外，由于保偏光纤熔接了更粗的多模光纤或无芯光纤，其输出光得到扩束，在球状微透镜上的光斑大于保偏光纤的直径，因此可承受的功率大于保偏光纤输出端的功率，即大于传统准直器的承受功率，利于提高在线起偏器的耐高功率性能。
【IPC分类】G02B6-26, G02B6-27
【公开号】CN104656194
【申请号】CN201510064588
【发明人】郭开东, 洪春权, 李成宽, 曾慧婷
【申请人】深圳朗光科技有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月5日