专利名称：四纤光纤准直器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤通信中使用的光纤准直器，尤其涉及一种可应用于 光学分插复用器中的四纤光纤准直器。
背景技术：
光纤准直器是一种光纤通信中常用的光无源器件。它可将光纤端面出射的发 散光束通过微透镜准直，或是将外界平行或发散光束通过微透镜耦合至单模光纤 内。
目前最常用的光纤准直器是单纤准直器，如图1所示。图中101为光纤，102 为光纤101与光纤毛细管胶合构成的光纤头，103为光学微透镜，它可为渐变折 射率(GRIN)透镜(或称自聚焦透镜)、球面透镜或非球面透镜。104为连接固 定光纤头102和光学微透镜103的套管。光纤头102出射面与光学微透镜103 入射面均镀有减反膜，并且端面法线与光纤的光轴有6 12°的倾斜(一般为8° )， 以提高回波损耗。将光纤头102和光学微透镜103套在套管104里面，精确调整 光纤头102与光学微透镜103之间的距离，将光纤头的出光点置于光学微透镜的 焦点处。将光纤头102、光学微透镜103分别用胶与套管104胶合，即制成单纤 光纤准直器。单纤准直器还有另外一种形式，它去掉了图1中的套管104，而是 用折射率匹配胶将光纤头102的出射面和光学微透镜103的入射面粘合，以达到 连接固定的作用。
除了上述单纤准直器之外，常用的还有双纤准直器，如图2所示。图中201 和202为光纤，203为光纤201和202与一固定间隔的双光孔毛细管胶合构成的 光纤头，204为光学微透镜，它可为渐变折射率(GRIN)透镜、球面透镜或非 球面透镜。205为连接固定光纤头203和光学微透镜204的套管。光纤头203出 射面与光学微透镜204入射面均镀有减反膜，并且有6 12°的倾斜(一般为8。)， 以提高回波损耗。光纤201与光纤202的出射光通过光学微透镜204后产生的平 行光在微透镜前端汇聚。将光纤头203和光学微透镜204套在套管205里面，精 确调整光纤头203与光学微透镜204之间的距离，将光纤头的出光点置于光学微透镜的焦点处，最后将光纤头203、光学微透镜204与套管205胶合，即制成双 纤光纤准直器。
光纤准直器是制作光学分插复用器的重要器件。中国专利"光分插复用器" (CN1481101A)在输入、输出和分下/插入端口各用了一个单纤光纤准直器。双 纤准直器也可用于制作光学分插复用器，比如，Oplink公司的OADM 101 A/D 系列、Browave公司的3端口分插滤波器和Koncent公司的3端口 CWDM产品。 但无论是使用单纤准直器还是双纤准直器制作光学分插复用器，其输入、输出、 插入和分下端口必然位于器件的两侧，造成器件结构尺寸偏大，实际操控不方便。 而且如果使用单纤准直器，由于器件增多，更会增加器件装配复杂度，难以保证 工作性能。 发明内容
为了克服已有光纤准直器技术在构造光学分插复用器时集成度低、不能实现 单侧端口等缺点，本实用新型提出一种构造光学分插复用器时集成度高、能实现 单侧端口的四纤光纤准直器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是
一种四纤光纤准直器，包含一四纤光纤头、 一渐变折射率微透镜和连接件；
所述四纤光纤头由四孔毛细管与水平穿设在所述四孔毛细管内的四根光纤 构成，所述的四根光纤在同一竖直面内自上而下依次排列，中间两根光纤与上下
两根光纤分别关于所述四孔毛细管的中轴线上下对称；
所述渐变折射率微透镜的折射率从光轴到边缘按照抛物线型单调下降，且折 射率呈轴对称分布，所述渐变折射率微透镜的朝向所述光纤头的入射端面包含位 于中部的与光轴垂直的竖直平面段和两侧的朝所述光纤头一端倾斜的上、下斜面 段，所述的上、下斜面段相对光轴对称分布，所述竖直平面段与上述中间两根光 纤对应，所述的上、下斜面段分别与上述上下两根光纤对应，所述渐变折射率微 透镜的出射端面为与光轴垂直的平面；
所述四纤光纤头和渐变折射率微透镜通过连接件同轴水平布置。
作为优选的一种方案所述连接件为连接所述四纤光纤头和渐变折射率微透 镜的套管，所述的四纤光纤头和渐变折射率微透镜胶接在所述套管内。
或者，所述连接件为将所述光纤头的出射面和渐变折射率微透镜的入射面粘合的折射率匹配胶。
进一步，所述四纤光纤头的出射端面的法线与光纤的光轴成8°的倾角，所
述的出射端面镀有减反膜，以提高回波损耗。
优选的，所述渐变折射率微透镜的入射端面镀有减反膜，以减少回波。 优选的，所述的四根光纤胶接在所述四孔毛细管的开孔内。 所述渐变折射率微透镜的结构设计所达到的效果是所述光纤头中上下两根
光纤输出的光经过渐变折射率微透镜后的夹角，较之于中间两根光纤输出的光经
过渐变折射率微透镜后的夹角略小。
本实用新型的有益效果主要表现在将本实用新型用于光学分插复用器时，
可使得输入、输出、分下和插入的光路均在同一平面内，从而大大简化了结构，
降低了机械装置装调的难度，而且上述四个端口均位于光学分插复用器的同一
侧，不仅减小了光学分插复用器的结构尺寸，还方便器件的操控；采用本实用新
型的光学分插复用器可同时实现波长的直通、分下和插入。
图1是已有技术单纤光纤准直器结构示意图。 图2是己有技术双纤光纤准直器结构示意图。 图3是本实用新型四纤光纤准直器的结构示意图。 图4是本实用新型所述的渐变折射率微透镜的结构示意图。 图5是采用本实用新型的光学分插复用器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施方式作进一歩描述。
实施例一
参照图3， 一种四纤光纤准直器，包含一四纤光纤头305、 一渐变折射率微 透镜306和连接件，所述四纤光纤头和渐变折射率微透镜通过连接件同轴水平布 置。所述连接件为连接所述四纤光纤头和渐变折射率微透镜的套管307，所述的 四纤光纤头305和渐变折射率微透镜306胶接在所述套管307内。
所述四纤光纤头305由四孔毛细管与水平穿设在所述四孔毛细管内的四根 光纤301、 302、 303、 304构成，所述的四根光纤胶接在所述四孔毛细管的开孔 内，所述的四根光纤在同一竖直面内自上而下依次排列，中间两根光纤与上下两根光纤分别关于所述四孔毛细管的中轴线上下对称。所述四纤光纤头305的出射 端面的法线与光纤的光轴成80的倾角，所述的出射端面镀有减反膜，以提高回 波损耗。
所述渐变折射率微透镜306为一个经过特殊设计的透镜，其折射率从光轴到 边缘按照抛物线型单调下降，且折射率呈轴对称分布。所述渐变折射率微透镜的 朝向光纤头的入射端面包含位于中部的与光轴垂直的竖直平面段和两侧的朝所 述光纤头一端倾斜的上、下斜面段，所述的上、下斜面段与光轴分别成土 (90° -e)角且相对光轴对称分布，所述竖直平面段与中间两根光纤对应，所述的上、 下斜面段分别与上下两根光纤对应。所述渐变折射率微透镜的入射端面镀有减反 膜，以减少回波。所述渐变折射率微透镜的出射端面为一与光轴垂直的平面。
图3中，中间两根光纤302与303的出射光通过渐变折射率微透镜306产生 的平行光在渐变折射率微透镜前端汇聚，其夹角为2 ct 。上下两根光纤301与304 的出射光通过渐变折射率微透镜306产生的平行光在渐变折射率微透镜前端汇 聚，其夹角为2 0 。所述渐变折射率微透镜保证2 a >2 0 。将光纤头305和渐变 折射率微透镜306套在套管307里面，精确调整光纤头305与渐变折射率微透镜 306之间的距离，最后将光纤头305、渐变折射率微透镜306与套管307胶合， 即制成本实用新型四纤光纤准直器。
参照图4，本实用新型所述的渐变折射率微透镜由一个半径为r的圆棒形渐 变折射率微透镜加工而成。图4中左侧为透镜入射端面，其中心为一个高为2h、 与光轴垂直的平面，上下两侧为与光轴分别成土 (90°-9 )倾斜角的平面。透镜 中心轴向长度z。参照图3和图4，倾斜角e是为了使得上下两路光线从渐变折 射率微透镜出射时的夹角比中间两路光线的小(由渐变折射率透镜的ABCD矩 阵计算可知，如无倾斜角e，上下出射光线夹角必定大于中间光线夹角)，具体 小多少可由长度z来控制。在z确定后，可由高斯光束经渐变折射率微透镜的变 换计算得到所述光纤头距离渐变折射率微透镜的最佳距离。高度2h的选择主要 需要考虑由光纤头进入的四路光束在渐变折射率微透镜中不要发生交叠现象。半 径r要足够大，以保证上下光线不会在渐变折射率微透镜上下圆周面发生折射。
参照图5，采用本实用新型四纤光纤准直器的光学分插复用器，包括本实用 新型四纤光纤准直器、多层介质薄膜滤波器308和反射镜309。四根光纤从上至下依次为插入光纤301、输入光纤302、输出光纤303、分下光纤304，用以传输 送入(来自)渐变折射率微透镜306的插入和输入(输出和分下)信号。
所述渐变折射率微透镜306利用其特殊设计的结构和光学特性，可保证上述 插入、输入、输出和分下的光线轨迹均位于同一平面内。
经过渐变折射率微透镜306后的输入信号以特定角度入射到所述多层介质 薄膜滤波器308的镀膜面，其反射的光波作为直通信号。经过渐变折射率微透镜 306后的插入信号从所述多层介质薄膜滤波器308中透射，入射到反射镜309上， 其反射的光波再次通过多层介质薄膜滤波器308后与上述直通信号重合，形成输 出信号，然后进入所述渐变折射率微透镜306中传播，直至传播进入输出光纤 303。经滤波器308透射的输入信号光波作为分下信号，射向所述反射镜309， 其反射光波再次通过滤波器308后，射入所述的渐变折射率微透镜306，直至传 播进入执行分下功能的光纤304。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于所述连接件为将所述光纤头的出射面 和渐变折射率微透镜的入射面粘合的折射率匹配胶。本实施例的其他结构和实 现方式与实施例一完全相同。
权利要求1、一种四纤光纤准直器，其特征在于包含一四纤光纤头、一渐变折射率微透镜和连接件；所述四纤光纤头由四孔毛细管与水平穿设在所述四孔毛细管内的四根光纤构成，所述的四根光纤在同一竖直面内自上而下依次排列，中间两根光纤与上下两根光纤分别关于所述四孔毛细管的中轴线上下对称；所述渐变折射率微透镜的折射率从光轴到边缘按照抛物线型单调下降，且折射率呈轴对称分布，所述渐变折射率微透镜的朝向所述光纤头的入射端面包含位于中部的与光轴垂直的竖直平面段和两侧的朝所述光纤头一端倾斜的上、下斜面段，所述的上、下斜面段相对光轴对称分布，所述竖直平面段与上述中间两根光纤对应，所述的上、下斜面段分别与上述上下两根光纤对应，所述渐变折射率微透镜的出射端面为与光轴垂直的平面；所述四纤光纤头和渐变折射率微透镜通过连接件同轴水平布置。
2、 如权利要求l所述的四纤光纤准直器，其特征在于所述连接件为连接所 述四纟T光纤头和渐变折射率微透镜的套管，所述的四纤光纤头和渐变折射率微透 镜胶接在所述套管内。
3、 如权利要求l所述的四纤光纤准直器，其特征在于所述连接件为将所述光纤头的出射面和渐变折射率微透镜的入射面粘合的折射率匹配胶。
4、 如权利要求2或3所述的四纤光纤准直器，其特征在于所述四纤光纤头 的出射端面的法线与光纤的光轴成8。的倾角，所述的出射端面镀有减反膜，以提 高回波损耗。
5、 如权利要求4所述的四纤光纤准直器，其特征在于所述渐变折射率微透镜的入射端面镀有减反膜，以减少回波。
6、 如权利要求5所述的四纤光纤准直器，其特征在于所述的四根光纤胶接在所述四孔毛细管的开孔内。
专利摘要一种四纤光纤准直器，包含一四纤光纤头、一渐变折射率微透镜和连接件；所述四纤光纤头由四孔毛细管与水平穿设在所述四孔毛细管内的四根光纤构成，所述的四根光纤在同一竖直面内自上而下依次排列，中间两根光纤与上下两根光纤分别关于所述四孔毛细管的中轴线上下对称；所述渐变折射率微透镜的折射率从光轴到边缘按照抛物线型单调下降，且折射率呈轴对称分布，所述渐变折射率微透镜的朝向所述光纤头的入射端面包含位于中部的与光轴垂直的竖直平面段和两侧的朝所述光纤头一端倾斜的上、下斜面段，所述的上、下斜面段相对光轴对称分布，所述渐变折射率微透镜的出射端面为与光轴垂直的平面；所述四纤光纤头和渐变折射率微透镜通过连接件同轴水平布置。
文档编号G02B6/32GK201255778SQ200820162828
公开日2009年6月10日 申请日期2008年8月14日 优先权日2008年8月14日
发明者乐孜纯, 明 张 申请人:浙江工业大学