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，使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，使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”(CN 1481101A)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。中国专利“四纤光纤准直器”(CN101344616)是一种四光纤准直器，它利用了一种特殊形状的渐变折射率微透镜，虽然能够实现高集成度、单侧端口的 0ADM,但是加工困难，成本较高。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、加工困难、成本高等缺点，本实用新型提出一种构造光学分插复用器时高集成度、能实现单侧端口、且加工方便、低成本的四纤光纤准直器。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、一光学微透镜和连接件，所述四纤光纤头和光学微透镜通过连接件同轴水平布置，所述四纤光纤头的出射面端面法线、光学微透镜的入射面端面法线均与光纤的光轴存在倾角，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准直器中心轴上下对称，所述光学微透镜为变曲率球面透镜，所述变曲率球面透镜包括斜柱体和变曲率球体两部分，斜柱体的斜面为变曲率球面透镜的入射面，变曲率球体由球体半径分别为R1和&的两个球冠结合而成， 关于准直器中心轴对称的内侧2根光纤对应半径为R1的球面，外侧2根光纤对应半径为& 的球面。进一步，所述连接件为连接所述四纤光纤头和变曲率球面透镜的套管，所述的四纤光纤头和变曲率球面透镜安装在所述套管内。或者是所述连接件为将所述光纤头的出射面和变曲率球面透镜的入射面粘合的折射率匹配胶。所述四纤光纤头的出射面端面法线、变曲率球面透镜的入射面端面法线均与光纤的光轴成6 12°倾角。优选的，所述四纤光纤头的出射面端面法线、变曲率球面透镜的入射面端面法线均与光纤的光轴成8°倾角。所述四纤光纤头的出射端面镀有减反膜，所述变曲率球面透镜的入射端面镀有减反膜。所述的四根光纤胶接在所述四孔毛细管的开孔内。所述中间两根光纤的出射光通过变曲率球面透镜产生的平行光在变曲率球面透镜前端汇聚，其夹角为2α，上下两根光纤的出射光通过变曲率球面透镜产生的平行光在变曲率球面透镜前端汇聚，其夹角为2β，所述变曲率球面透镜中两个球冠的R1和&的取值使得2 α = 2 β。所述变曲率球面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变曲率球面透镜后的夹角，与中间两根光纤输出的光经过变曲率球面透镜后的夹角相同。本实用新型的有益效果主要表现在变曲率球面透镜采用同一种均勻材料制成， 制作简单、成本低；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；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。
[0018]图1是已有技术单纤光纤准直器结构示意图。图2是已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是图3的俯视图。图5是本实用新型所述的变曲率球面透镜的结构示意图。图6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步描述。实施例1参照图1 图6，一种四纤光纤准直器，包含一四纤光纤头305、一变曲率球面透镜 306和连接件307，所述四纤光纤头和变曲率球面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变曲率球面透镜的套管307，所述的四纤光纤头305和变曲率球面透镜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准直器中心轴上下对称。所述四纤光纤头305的出射面端面法线、变曲率球面透镜的入射面端面法线均与光纤的光轴成6 12°倾角，优选为8°倾角。所述的光纤头305的出射面端面、变曲率球面透镜的入射面端面均镀有减反膜，以提高回波损耗。参照图5，所述变曲率球面透镜306为一个经过特殊设计的透镜，包括长度为w的斜柱体和变曲率球体两部分。斜柱体的斜面用于提高四纤光纤准直器的回波损耗，减少反射光信号对入射光信号的干扰；变曲率球体由球体半径分别为队和&的两个球冠结合而成。关于准直器中心轴对称的内侧2根光纤对应半径为R1的球面，外侧2根光纤对应半径为&的球面。所述曲率球面透镜的入射端面镀有减反膜，以减少回波。光纤出射端面需置于透镜物方焦点处，才能使从光纤出射的高斯光束得到准直。另外，光纤端面与透镜端面的距离越近，光束发散就越小，光束的能量集中度就越好，因此需要大折射率材料。图3中，中间两根光纤302与303的出射光通过变曲率球面透镜306产生的平行光在变曲率球面透镜前端汇聚，其夹角为2 α。上下两根光纤301与304的出射光通过变曲率球面透镜306产生的平行光在变曲率球面透镜前端汇聚，其夹角为2β。所述变曲率球面透镜中R1和&的取值应使得2 α = 2 β。将光纤头305和变曲率球面透镜306套在套管 307里面，精确调整光纤头305与变曲率球面透镜306之间的距离，最后将光纤头305、变曲率球面透镜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6，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)变曲率球面透镜 306的插入和输入(输出和分下)信号。所述变曲率球面透镜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。[0032]经过变曲率球面透镜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。经过变曲率球面透镜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，然后进入所述变曲率球面透镜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，射入所述的变曲率球面透镜 306，直至传播进入执行分下功能的光纤304。对一种优选的实例进行说明。参照图3和图4，选取透镜材料为红外材料SRTIO3, 其折射率η = 2. 284 ；取柱体长度w = 0. 5mm,纤芯间距d = 0. 2mm,则准直器直径为a = 5d =Imm ；取球冠1横截面半径为Ii1 = d = 0. 2mm,球冠2横截面半径为Ii2 = 5d/2 = 0. 5mm ；当 R1 = 0. 37mm, R2 = 3 = 1. Ilmm 时满足 2 α = 2 β，此时 I1 = O. 058599mm, I2 = O-1188mm。 利用RSOFT软件模拟光场在此器件中的传播，可以发现从内、外侧光纤输入的高斯光束经过透镜后发生了偏转，其宽度在传播过程中基本保持了一致，光束的能量集中度在90%以上，得到了良好的准直。实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于所述连接件为将所述光纤头的出射面和变曲率球面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1完全相同。
权利要求1.一种四纤光纤准直器，包含一四纤光纤头、一光学微透镜和连接件，所述四纤光纤头和光学微透镜通过连接件同轴水平布置，所述四纤光纤头的出射面端面法线、光学微透镜的入射面端面法线均与光纤的光轴存在倾角，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准直器中心轴上下对称，其特征在于所述光学微透镜为变曲率球面透镜，所述变曲率球面透镜包括斜柱体和变曲率球体两部分，斜柱体的斜面为变曲率球面透镜的入射面，变曲率球体由球体半径分别为R1和&的两个球冠结合而成，关于准直器中心轴对称的内侧2根光纤对应半径为R1的球面，外侧2根光纤对应半径为&的球面。
2.如权利要求1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纤光纤头和变曲率球面透镜的套管，所述的四纤光纤头和变曲率球面透镜安装在所述套管内。
3.如权利要求1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变曲率球面透镜的入射面粘合的折射率匹配胶。
4.如权利要求1 3之一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面端面法线、变曲率球面透镜的入射面端面法线均与光纤的光轴成6 12°倾角。
5.如权利要求4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面端面法线、变曲率球面透镜的入射面端面法线均与光纤的光轴成8°倾角。
6.如权利要求4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镀有减反膜，所述变曲率球面透镜的入射端面镀有减反膜。
7.如权利要求1 3之一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、一光学微透镜和连接件，四纤光纤头和光学微透镜通过连接件同轴水平布置，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，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准直器中心轴上下对称，光学微透镜为变曲率球面透镜，变曲率球面透镜包括斜柱体和变曲率球体两部分，斜柱体的斜面为变曲率球面透镜的入射面，变曲率球体由球体半径分别为R1和R2的两个球冠结合而成，关于准直器中心轴对称的内侧2根光纤对应半径为R1的球面，外侧2根光纤对应半径为R2的球面。本实用新型高集成度、能实现单侧端口、且加工方便、低成本。
文档编号G02B6/38GK202221483SQ20112031563
公开日2012年5月16日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者乐孜纯, 何娣, 张明, 魏震 申请人:浙江工业大学