一种分波自聚焦透镜的制作方法

1.本技术涉及波分复用技术领域，具体涉及一种分波自聚焦透镜。


背景技术：

2.市场上商用通讯系统，90％为光纤通信网络。其中wdm系统(波分复用)是当下5g的核心技术之一，其原理是通过将不同波长的信号复用在一根光纤上，实现通讯信号低成本扩容。目前实现wdm的主要有四种技术，其中一种为介质膜技术，介质膜技术以其损耗低、温度稳定性好、可构成器件小型化，成为了重要的波分复用技术。由于该技术必然与光路信号在滤波/合波前后的准直/耦合有关，所以在实现wdm系统的光路接入层面，基础结构通常使用自聚焦透镜与滤波片进行组合，完成波分复用/耦合功能。
3.但是上述技术也存在一些客观缺点，主要表现在：由于1.0mm以下规格的滤波片难于裁割加工，限制了贴片wdm透镜组件的适用范围，使得器件系统难于微小型化；滤波片质量参差不齐，用户通常要全检筛选使用，这需要额外添置滤波片测试设备，投入不菲；贴片容易产生贴歪现象，造成光线入射到滤波介质膜的角度发生改变，最终使得滤波效果产生影响；诸如上述等等原因，造成现有技术在微型化、滤波效果和成本等因素上均受到影响。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种分波自聚焦透镜，不需额外使用滤波片，通过设置分波膜达到波分复用/耦合功能，适合小型化场景需求，且成本得以有效控制。
5.本技术实施例的一方面，提供了一种分波自聚焦透镜，包括柱体状的自聚焦透镜本体，所述自聚焦透镜本体的两个端面上分别设置增透膜和分波膜，所述自聚焦透镜具有预设折射率，所述分波膜的材料与所述自聚焦透镜的预设折射率匹配。
6.可选地，所述自聚焦透镜的预设折射率在1.5～1.63之间。
7.可选地，所述自聚焦透镜的折射率分布常数a满足：a2＝0.12～2.82。
8.可选地，所述分波膜的材料包括二氧化钛、氧化钛、五氧化二钛、五氧化二钽、二氧化硅、五氧化二铌、氧化锆。
9.可选地，所述分波膜的厚度在5000～35000nm之间。
10.可选地，所述分波膜包括多层，多层所述分波膜的层数在20～200层之间。
11.可选地，所述增透膜的厚度在500～1000nm之间。
12.可选地，所处增透膜包括多层，多层所述增透膜的层数在1～6层之间。
13.本技术实施例提供的分波自聚焦透镜，在柱状的自聚焦透镜本体的两个端面上分别设置增透膜和分波膜，自聚焦透镜本体用于完成光信号对特定波长的准直/耦合功能，以保证信号在滤波/合波作用后，能够高效进入指定的传输系统；增透膜用于减少或消除镜片光学表面的反射光，从而增加镜片的透光量，减少或消除系统的杂散光；自聚焦透镜具有预设折射率，分波膜的材料与自聚焦透镜的预设折射率匹配，以取代现有滤波片，实现波分复用/耦合功能。自聚焦透镜本体具备滤波特性，不再使用额外的滤波片，本技术实施例提供
的分波自聚焦透镜适用于任何规格尺寸的自聚焦透镜，不拘泥于特定尺寸的自聚焦透镜，适合小型化场景需求，不需封胶，环境可靠性高，成本得以有效控制。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
15.图1是现有自聚焦透镜波分复用方案示意图；
16.图2是现有自聚焦透镜波分复用方案原理图；
17.图3是本实施例提供的分波自聚焦透镜结构示意图。
18.图标：10-自聚焦透镜；11-滤波片；12-增透膜；13-分波膜；100-自聚焦透镜本体；101-增透膜；102-分波膜。
具体实施方式
19.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
20.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
22.现有技术的实施方案请参照图1，包括自聚焦透镜10，用于完成光信号对特定波长的准直/耦合功能。保证信号在滤波/合波作用后，能够高效进入指定的传输系统；在自聚焦透镜10两侧，根据系统波长需求，覆盖沉积有介质增透膜12；右侧为滤波/合波基础光学元件：滤波片11，基板材料通常为bk7玻璃；bk7玻璃的两侧，沉积有介质薄膜，与透镜接驳的一侧为沉积较多层光学介质薄膜(分波膜13)，使之具有对某一波长范围呈带通，对另外波长范围呈阻带的滤波特性，利用这种具有特定波长选择特性的窄带干涉滤波片11就可以将不同的波长分离或者合并。另一侧则沉积增透膜12。自聚焦透镜10通过图1所示a位置封胶，使得自聚焦透镜10与滤波片11结合，成为wdm滤波透镜组件。封胶除满足封装要求，对可靠性、操作性有要求。相关要求需满足gr-1221-core。
23.上述方案以一种滤波/耦合实施例进行原理说明，如图2所示，多路载波通讯信号(b位置)由光纤传输进入左侧wdm自聚焦透镜10组件。在滤波片11端面(具备带通滤光膜一端)，截止带波被反向加强(截止并反射)，随后信号通过自聚焦透镜10的光学耦合作用，反向耦合入传输系统ⅰ(c位置)；同时，在滤波片11出射端，带通信号透过滤波片11，进入另外
一组对称的wdm透镜组件，通过自聚焦透镜10的光学耦合作用，使得带通波耦合入传输系统ⅱ(d位置)。于是原多路载波通讯信号，通过自聚焦透镜10和滤波片11，分离进入不同系统进行传输，最终被提取使用。
24.鉴于上述方案的特点，现有技术方案存在如下客观缺点：
25.1)由于滤波片11在1.0mm以下的规格难于裁割加工，限制了贴片wdm透镜组件的适用范围。尺寸限制了自聚焦透镜10需在φ1.8mm规格以上，所以器件系统难于微小型化。
26.2)滤波片11通常厚度1.0～1.2mm，最厚可至5mm，特别是成对使用，系统长度增加2mm～10mm，同样使得器件系统难于微小型化。
27.3)滤波片11质量参差不齐，用户通常要全检筛选使用。需要额外添置滤波片11测试设备，投入不菲。
28.4)滤波片11成本不菲，为了减少损失，常常采取不同规格pigtail配线使用。除额外增加人工配线成本，另增加特殊芯距pigtail成本。
29.5)透镜贴片人工效率低，通常仅有300～500pcs/day，导致贴片人工成本过高。使用贴片机则投入不菲。
30.6)封胶结构一致性差，不对称的封胶结构容易造成温度相关指标变化。
31.7)贴片容易产生贴歪现象，造成光线入射到滤波介质膜的角度发生改变。最终使得滤波效果产生影响(薄膜效果与光线入射角度相关)。
32.8)组件使用胶水，环境可靠性差于无胶工艺；且使用的美国胶水昂贵，同时对使用条件、存储条件、运输条件苛刻，增加了管理难度和成本。
33.9)滤波片11通常整张镀制，优选符合要求的局部进行裁割。主要是因为膜层内部应力变大时造成基板微扭曲、造成偏振模式色散问题。故材料的浪费造成高性能滤波片11成本较高。
34.为解决上述问题，在此基础上，本技术实施例提供一种分波自聚焦透镜，请参照图3所示，包括：柱体状的自聚焦透镜本体100，自聚焦透镜本体100的两个端面上分别设置增透膜101和分波膜102，自聚焦透镜具有预设折射率，分波膜102的材料与自聚焦透镜的预设折射率匹配。
35.自聚焦透镜又称为梯度变折射率透镜，是指其折射率分布是沿径向渐变的柱状光学透镜，具有聚焦和成像功能。
36.自聚焦透镜具有以下特点，当光线在空气中传播当遇到不同介质时，由于介质的折射率不同会改变其传播方向。传统的透镜成像是通过控制透镜表面的曲率，利用产生的光程差使光线汇聚成一点。自聚焦透镜同普通透镜的区别在于，自聚焦透镜材料能够使沿轴向传输的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。
37.本技术在自聚焦透镜本体100的两个柱体端面上分别设置增透膜101和分波膜102，自聚焦透镜本体100承担完成光信号对特定波长的准直/耦合功能，以保证信号在滤波/合波作用后，能够高效进入指定的传输系统；增透膜101用于减少或消除镜片光学表面的反射光，从而增加镜片的透光量，减少或消除系统的杂散光。上述自聚焦透镜本体100和增透膜101的功能与现有技术基本一致，此处不再赘述。
38.本技术利用分波膜102取代现有技术的滤波片11，其实现的原理是利用自聚焦透
镜本身的特性，在其预设折射率的情况下，匹配对应的分波膜102，换言之，分波膜102的材料和自聚焦透镜的预设折射率匹配，以实现波分复用/耦合功能。
39.由于本技术的自聚焦透镜本体100本身具备滤波特性，不再使用额外的滤波片11，通过具有预设折射率的自聚焦透镜本体100匹配特定材料的分波膜102，具有下述效果：滤波带宽0.4nm～200nm，透过效率大于95％，隔离度大于30db；滤波功能的自聚焦透镜可应用于φ0.5mm、φ1.0mm微小型产品；相较于现有技术，在同型号透镜产品中，本技术的组件系统结构尺寸减少20％；由于不再使用滤波片11，节约了滤波片11测试时间、贴片时间、配线时间、透镜镀制一次增透膜101时间，故在整个透镜至wdm透镜组件生产过程中，可节约时间37％；成本节约不低于20％；不需封胶，本技术得到的产品无胶，环境可靠性高；减少了滤波片11和相关界面的数量，单组透镜组件可优化插损0.05db。
40.由此，本技术实施例提供的分波自聚焦透镜，在柱状的自聚焦透镜本体100的两个端面上分别设置增透膜101和分波膜102，自聚焦透镜本体100用于完成光信号对特定波长的准直/耦合功能，以保证信号在滤波/合波作用后，能够高效进入指定的传输系统；增透膜101用于减少或消除镜片光学表面的反射光，从而增加镜片的透光量，减少或消除系统的杂散光；自聚焦透镜具有预设折射率，分波膜102的材料与自聚焦透镜的预设折射率匹配，以取代现有滤波片11，实现波分复用/耦合功能。自聚焦透镜本体100具备滤波特性，不再使用额外的滤波片11，本技术实施例提供的分波自聚焦透镜适用于任何规格尺寸的自聚焦透镜，不拘泥于特定尺寸(例如φ1.8mm)的自聚焦透镜，适合小型化场景需求，不需封胶，环境可靠性高，成本得以有效控制。
41.进一步地，自聚焦透镜的预设折射率在1.5～1.63之间，与该预设折射率匹配的分波膜102具体可采用二氧化钛(tio2)、氧化钛(tio)、五氧化二钛(ti2o5)、五氧化二钽(ta2o5)、二氧化硅(sio2)、五氧化二铌(nb2o5)、氧化锆(zro)等材料。这样一来，能更好地实现波分复用/耦合功能。
42.自聚焦透镜的折射率分布常数a满足：a2＝0.12～2.82，自聚焦透镜利用了梯度变化折射率分布沿径向逐渐减小的变化特征，自聚焦透镜的折射率分布常数a表示的是自聚焦透镜沿径向分布常数，以和预设折射率对应，可得到折射率分布曲线。
43.此外，分波膜102的总体厚度在5000～35000nm之间，分波膜102通过镀制的方式设置于自聚焦透镜本体100的端面上，分波膜102包括多层，多层分波膜102的层数在20～200层之间。
44.增透膜101同理，增透膜101的总体厚度在500～1000nm之间，增透膜101包括多层，多层增透膜101的层数在1～6层之间。
45.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。