专利名称：微损耗光耦合器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤通信领域，主要用于多光束的合并与分离。特别是一种能将多路(两路以上)激光(携带能量或信号)合并为一路、或一路分离为多路、或多路交叉的光学器件，其输入和输出的载体一般是光纤。
目前光纤通信中使用的光耦合器有三大类一、熔融光纤耦合器，二、波导耦合器、三、体耦合器。但熔融光纤耦合器应用最为广泛。波导耦合器是逐渐增多。体耦合器由于很难做成多路耦合器、同时又存在很大的温度不稳定性和偏振相关性，只在少数情况下才使用。光耦合器形式上分为NX1、NX2、-----、NXN等(这里N为正整数)。熔融光纤耦合器和波导耦合器的主要缺点是损耗很大。例如一个2×1的熔融光纤耦合器的理论损耗为3dB(3分贝)，即50％的损耗。如果要获得一个32×1的耦合器，则需要将35个2×1的偶合器进行5级串联，总的理论损耗达15dB(实际损耗要超过17dB)，其他形式的熔融光纤耦合器的损耗情况可以次类推。波导耦合器的损耗一般在7-12dB左右。普通耦合器如此大的损耗对光纤通信是很不利的。光纤通信中需要大量的耦合器作为合波、分波或其他功能器件，损耗大则必然降低信噪比、传输距离等多种关键技术指标。而为了补偿损耗又必须增加具有放大功能的部件，这样成本就会大幅度增加。
针对原有器件的上述缺点，本实用新型的目的是提供一种微损耗或基本无损耗的光耦合器，其基本单元为8×1，损耗只有0.02到0.2dB之间，用9个这样的基本单元进行二级串联就能组成一个64×1的耦合器，损耗只有0.04到0.4dB之间，本实用新型的其他情况耦合器可以次类推。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如
图1所示的技术方案和结构。图中(1)为反射式聚焦镜，其反射面为球面或抛物面，在反射面上镀了多层介质高反射膜或金属高反射膜，高反膜的作用是在所需要的波长范围内(例如ITU-T标准中的长波通信波长为1460nm到1630nm范围)的反射率达到99.9％以上，反射损耗小于0.001dB。(2)为8个相同的对称分布于同一圆盘上的单尾纤准直镜，每个准直镜由GRIN透镜和单尾纤镜胶合而成，镜的每个表面都镀有全透膜、其透过率都大于99.5％，透射损耗都小于0.005dB。(3)为凹透镜，置于聚焦镜(1)的焦点附近，凹透镜的两个表面也镀有全透膜。(5)为接收用的单尾纤准直镜。(4)为固定(2)、(3)、(5)的圆盘，圆盘上有9个光通道(见图2)。(1)、(2)、(3)、(4)、和(5)都是胶合在一起的，但都是边沿胶合，对光的传输没有影响。具体的光路耦合过程如下8路输入光由(2)的8根尾纤进入8个准直镜形成与(1)的轴线(即球面镜的顶点的法线)平行的8束完全对称且并行的入射光束。反射式聚焦镜(1)将这8路光会聚于其焦点，由于在焦点附近有凹透镜(3)，在准确设计并适当调节(3)的位置后，通过(3)后的8路光就又变成了平行与轴线但其直径很小的光束，设计中其直径小于接收准直镜(5)的直径。这样8路光就完全进入(5)，最后由(5)的尾纤输出，达到8进1出的耦合效果并且基本无损耗或只有微损耗。由此类推，2×1、3×1、-----、7×1等都可以按照上述原理方便地制造。
本实用新型附
图1是微损耗光耦合器剖示结构图，附图2是固定圆盘的平面结构示意图。
通过基本单元的多种组合，可以获得16×1、64×1、256×1、512×1、N×1(N为正整数)等一系列光耦合器。图3就是一个由9个8×1基本单元通过二级串联组成的64×1的光耦合器的例子；其中(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)是8×1光耦合器单元，(14)也是一个8×1光耦合器单元。本说明书中的光路数N很多为8或其倍数是由于光纤通信中现在用的信道数也有8或其倍数，这是出于兼容性的考虑。另外一个考虑是以8×1为基本单元，其他N值的耦合器可以通过基本单元的不同组合的方式获得，易于实现器件模块化、生产规模化和降低成本。
本实用新型的优越性在于，损耗很小、只有传统光耦合器的损耗的几十甚至几百分之一，成本低、温度稳定性好、偏振无关和波长无关、与已经有的8信道和16信道以至160信道都兼容、并且很容易扩充信道容量。
本实用新型的光耦合器的应用范围十分广泛。这里举两个例子说明如下1、目前的密集波分复用(英文为Dense Wavelength Division Multiplex，缩写为DWDM)通信系统中广泛使用的合波器(即将多个波长的信号激光由多根光纤合并到一根光纤中的器件，这是实现一根光纤传输多路光信号关键器件之一)就是8信道、16信道、32信道、80信道、160信道等等。现在主要采用介质薄膜干涉滤光片型(DTF)合波器或阵列波导光栅型(AWG)合波器。它们的损耗都在6dB以上，且价格昂贵。本实用新型作为合波器使用则损耗低、成本低、温度稳定性好、偏振无关和波长无关、与已经有的8信道和16信道以至160信道都兼容、并且很容易扩充信道容量。
2、目前广泛使用的掺铒光纤放大器(EDFA)以及啦曼光纤放大器(RFA)都需要将一路或多路能量较高的激光光束耦合到光纤中(已经有多路信号激光在光纤中传输)作为放大器的泵浦源，用其它方式合并往往造成较大的能量损耗和偏振相关性；而用本实用新型作为光功率耦合器，损耗很低、偏振无关和波长无关，十分有利于光纤通信，尤其是长距离通信。
权利要求1.一种适用于光纤通信的微损耗耦合器，它至少包括一个反射式聚焦镜、单尾纤准直器、单尾纤准直器固定圆盘、凹透镜和接收准直镜，其特征在于反射式聚焦镜为圆柱体形，反射面为球面，并在反射面上镀了多层介质高反射膜，同时在反射式聚焦镜的反射焦点位置、单尾纤准直器固定圆盘的中心嵌设了一个由凹透镜和接收准直镜组成的聚光装置，在单尾纤准直器固定圆盘的圆周上布置了8个相同的且对称的单尾纤准直镜。
2.根据权利要求1所述的一适用于光纤通信的微损耗耦合器，其特征在于反射式聚焦镜的反射面也可是抛物面，其反射面上镀有金属高反射膜，而且凹透镜的两个表面上也镀有全透膜。
3.根据权利要求1所述的一种适用于光纤通信的微损耗耦合器，其特征在于单尾纤准直器固定圆盘的圆周上布置的单尾纤准直镜由格兰透镜和单尾纤镜胶合而成，镜的每一个表面都镀有全透镜。
4.根据权利要求1所述的一种适用于光纤通信的微损耗耦合器，其特征在于反射式聚焦镜、单尾纤准直镜固定圆盘，凹透镜和接收准直镜都是边沿胶合粘接一体。
专利摘要微损耗光耦合器,本实用新型光纤通信领域,其主要解决现有熔融光纤耦合器和波导耦合器损耗大以及成本高的问题,本实用新型提供的微损耗光耦合器,由反射式聚焦镜、8个单尾纤准直器、凹透镜和接收准直镜组成,8路输入光由8根尾纤进入8个准直镜形成与反射式聚焦镜轴线平行的8束完全对称且平行的入射光束,然后经反射式聚焦镜会聚于其焦点,并通过凹透镜又变成了平行于轴线但直径很小的光束,由接收准直镜输出单束光。本实用新型达到了8进1出的耦合效果,目损耗甚微。
文档编号G02B6/32GK2462408SQ0121230
公开日2001年11月28日 申请日期2001年1月17日 优先权日2001年1月17日
发明者陈清明 申请人:陈清明