WO2018149069A1 - 用于vcsel或pin阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列及其制造方法 - Google Patents

用于vcsel或pin阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列及其制造方法 Download PDF

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刘鹤
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    • G02B6/4206—Optical features

Definitions

  • the present invention relates to the field of optical communication technologies, and in particular, to a hemispherical self-focusing lens fiber array for VSCEL or PIN array coupling and a method of fabricating the same.
  • the present invention provides a hemispherical self-focusing lens fiber array for VSCEL or PIN array coupling and a method for fabricating the same, which is low in cost and high in optical signal coupling efficiency and capable of solving the above problems.
  • the optical fiber between the cover plate and the rear portion of the substrate is covered with a tail rubber for fixing and protecting the optical fiber, and the height of the tail rubber is less than or equal to the height of the cover plate.
  • each V-shaped groove is consistent with the height of the upper surface of the rear section of the substrate.
  • Step 2 Coreless fiber fusion: a coreless fiber is fused at one end of each fiber, and the length and size of each coreless fiber are consistent;
  • Step 5 Coreless fiber polishing: Grinding one end of each assembled coreless fiber with a spherical surface, grinding the upper hemisphere of the spherical surface into an optical plane that can reflect the optical signal.
  • the optical plane is at an angle of 30° to 60° to the bottom surface of the substrate.
  • a coreless optical fiber 31 with a self-focusing effect is welded on the end surface thereof, and the cover plate 2 is disposed on the front portion 11 of the substrate, and the cover plate 2 and each V-shaped groove are combined to form a receiving space for the fixed optical fiber;
  • the core fiber 31 includes an optical plane 311 at an angle of 30° to 60° to the bottom surface of the substrate 1 and an arcuate spherical surface 312 connecting the optical plane 311 and the bottom surface of the coreless fiber 31;
  • the external optical signal coreless fiber 31 is self-focusing, curved spherical surface
  • the 312 concentrating and optical plane 311 reflects and enters the inside of the optical fiber 3.
  • the height of the tail rubber 4 is higher than the height of the cover 2, it is easy to cause the tail rubber 4 to fall off due to the use and processing of the crucible 4, thereby greatly shortening the service life of the tail rubber 4. .
  • it is not limited to the use of the tail rubber 4 to assist in fixing the optical fiber 3, and other fixing structures may be used as long as the optical fiber 3 can be well fixed.
  • the bottom surface of each of the V-shaped grooves is in line with the height of the upper surface of the rear stage 12 of the substrate. Such an arrangement can ensure that the height of the optical fiber 3 is substantially the same as that of the rear section 12 of the substrate after the optical fiber 3 is mounted on the V-shaped groove. On the one hand, the presence of the slope can be prevented to damage the optical fiber, and on the other hand, the optical path of the optical fiber 3 can be reduced. Angle is more conducive to the transmission of optical signals.
  • the height of the bottom surface of the V-shaped groove may also be slightly higher than the height of the rear section 12 of the substrate or slightly lower than the height of the rear section 12 of the substrate.
  • the present invention also provides a VSCEL or PIN.
  • a method of fabricating an array coupled hemispherical self-focusing lens fiber array, the method of manufacturing comprising the steps of:
  • the optical fiber array provided by the present invention, by welding a coreless fiber with a self-focusing function at one end of each fiber, and processing an optical plane and a curved spherical surface, an optical plane and an arc on the end face of the coreless fiber.
  • the spherical shape can simultaneously achieve the advantages of lens concentrating and optical plane reflecting light, and the self-focusing effect of the coreless fiber itself can enhance the receiving and collecting ability of the optical signal, compared with the existing independent lens and optical plane.
  • the cost of the combined work is greatly reduced, and the tolerance of the fiber array is greatly increased, and the range is larger when the fiber is coupled and adjusted, thereby reducing the coupling difficulty and increasing the coupling efficiency;

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Abstract

一种用于VCSEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列及其制造方法，通过基板加工、无芯光纤熔接、光纤组装和无芯光纤研磨等步骤制造出包括基板(1)、盖板(2)和多根光纤(3)，基板(1)包括基板前段(11)和基板后段(12)，基板前段(11)上表面高于基板后段(12)上表面，基板前段(11)上表面上设有多个与多根光纤(3)一一对应的V形槽，每根光纤(3)均设置在与其对应的V形槽内，且每根光纤(3)均从基板前段(11)向前伸出后其端面上熔接有一段无芯光纤(31)，盖板(2)设置在基板前段(11)上，且盖板(2)与每个V形槽均围合成固定光纤(3)的容置空间；无芯光纤(31)包括与基板(1)底面呈30°至60°夹角的光学平面(311)和衔接光学平面(311)与无芯光纤(31)底面的弧形球面(312)的半球自聚焦透镜光纤阵列。相比于现有技术，其具有光耦合效率高、成本低等优点。

Description

用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列及其制造方法 技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列及其制造方法。
背景技术
随着经济时代的发展，通信领域在人们的生活中占据着越来越重要的地位，而且人们已经不再满足于传输速率低、传输能力弱的通信传输，而开始不断改进光纤传输这种传输方式，在这种不断的改进当中，通信领域的光纤技术越来越成熟。
VCSEL和PIN的出射光垂直于安装的电路板表面，这对于器件的封装和应用都不大方便。最简单的光接口是将光纤与VCSEL和PIN对接，激光器的出射光直接进入光纤，不经过其他中间元件，这样的耦合方式称为垂直耦合。垂直耦合由于光的反射导致速率不能太高，另外，由于是垂直耦合，光纤与PCB成垂直形状，导致光模块的体积增大。现在一般的耦合方式是将光纤阵列研磨成45°反射面实现光信号的90°转角，确保耦合封装的效率和产品的整体结构较小，虽然45°反射面能够实现光信号的全反射，但是光纤阵列与VCSEL和PIN的光信号耦合效率不是很高；现有技术中还有在45°反射面的光路两侧各设置一片透镜，VCSEL和PIN的出射光通过一面透镜聚光后照射到45°反射面，经过45°反射面反射的光线再经过一面透镜聚光后进入光纤内，这样的设置能够大大提高光信号的耦合效率，但是这样的设置成本太高，不利于大批量地生产和使用。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明设计一种成本低、光信号耦合效率高，能够解决上述问题的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列及其制造方法。
为实现上述目的，本发明提供的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列，包括基板、盖板和多根光纤，所述基板包括基板前段和基板后段，所述基板前段上表面高于所述基板后段上表面，所述基板前段上表面上设有多个与多根光纤一一对应的V形槽，每根光纤均设置在与其对应的V形槽内，且每根光纤均从基板前段向前伸出后其端面上熔接有一段带有自聚 焦效果的无芯光纤，所述盖板设置在基板前段上，且盖板与每个V形槽均围合成固定光纤的容置空间；所述无芯光纤包括与基板底面呈30°至60°夹角的光学平面和衔接光学平面与无芯光纤底面的弧形球面；外部光信号通过无芯光纤自聚焦、弧形球面聚光和光学平面反射后进入所述光纤内部。
其中，所述盖板与基板后段之间的光纤上覆盖有用于固定和保护光纤的尾胶，且所述尾胶的高度小于或等于盖板的高度。
其中，所述无芯光纤的长度为0.15mm至0.25mm。
其中，所述基板前段和基板后段的交界处设有过度斜面。
其中，每个V形槽的底面均与基板后段的上表面高度一致。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
步骤1、基板加工：在基板上加工出一个斜坡，斜坡将基板分为基板前段和基板后段，再在基板前段的上表面开设多个与光纤形状大小相适配的V形槽；
步骤2、无芯光纤熔接：在每根光纤的一端均熔接一段无芯光纤，每段无芯光纤的长度和大小保持一致；
步骤3、无芯光纤熔烧：在每根无芯光纤的一端均熔烧形成球面，且该球面的直径与无芯光纤的直径相同；
步骤4、光纤组装：将每根熔接好无芯光纤的光纤置于基板上与其对应的V形槽中，并将熔接有无芯光纤球面的一端从基板前段向前伸出，并保持每根光纤伸出的长度一致，最后将盖板固定在基板前段的上表面以固定光纤，组成光纤阵列；
步骤5、无芯光纤研磨：对每根组装好的无芯光纤加工有球面的一端进行研磨，将球面的上半球面研磨成可以反射光信号的光学平面。
其中，在步骤1中每个V形槽的底面均与基板后段的上表面高度一致。
其中，步骤2中熔烧出来的球面的直径为0.15mm至0.25mm。
其中，步骤3还包括尾胶涂覆：盖板与基板后段之间的每根光纤上覆盖有用于固定和保护光纤的尾胶，且所述尾胶的高度小于或等于盖板的高度。
其中，步骤4中光学平面与基板底面呈30°至60°的夹角。
本发明的优势在于：
1、本发明提供的光纤阵列，通过在每根光纤的一端熔接有一段带有自聚焦功能的无芯光纤，再在无芯光纤的端面上加工出光学平面和弧形球面，光学平面和弧形球面的配合能够同时实现透镜聚光和光学平面反射光的优点，同时无芯光纤本身的自聚焦效果也能加强光信号的接收和聚集能力，相比于现有的利用独立透镜和光学平面组合工作其成本大大降低，另外其还大幅增加了光纤阵列的容差，在对光纤进行耦合调整的时候其范围更大，从而降低了耦合的难度和增加了耦合的效率；
2、本发明每根光线的一端均加工出无芯光纤，其中无芯光纤光学平面与基板底面的夹角为30°至60°能够很好地实现光信号照射到光学平面上后的全反射，使光学平面在没有镀膜的情况下，依靠角度的反射即可很好的实现光信号的全反射。
附图说明
图1为本发明用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的俯视图；
图2为本发明用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的正视图；
图3为图2中A处的局部放大图；
图4为本发明用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的制造方法的流程图。
主要元件符号说明如下：
1、基板                        2、盖板
3、光纤                        4、尾胶
11、基板前段                   12、基板后段
13、过度斜面                   31、无芯光纤
311、光学平面                  312、弧形球面。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1-3，本发明提供的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列及其制造方法，包括基板1、盖板2和多根光纤3，基板1包括基板前段11和基板后段12，基板前段11上表面高于基板后段12上表面，基板 前段11上表面上设有多个与多根光纤3一一对应的V形槽，每根光纤3均设置在与其对应的V形槽内，且每根光纤3均从基板前段11向前伸出后其端面上熔接有一段带有自聚焦效果的无芯光纤31，盖板2设置在基板前段11上，且盖板2与每个V形槽均围合成固定光纤的容置空间；无芯光纤31包括与基板1底面呈30°至60°夹角的光学平面311和衔接光学平面311与无芯光纤31底面的弧形球面312；外部光信号无芯光纤31自聚焦、弧形球面312聚光和光学平面311反射后进入光纤3内部。
在本实施例中，盖板2与基板后段12之间的光纤3上覆盖有用于固定和保护光纤3的尾胶4，且尾胶4的高度小于或等于盖板2的高度。尾胶4的设置能够对光纤3起到一个固定作用，在光纤3进行后续研磨和使用的时候，能够与盖板2一起组合保证光纤3位置不变；尾胶4的高度小于或等于盖板2的高度在于保证尾胶4的稳定性，如果尾胶4的高度高于盖板2的高度，极易因为使用和加工中的剐蹭导致尾胶4脱落，从而大大缩短尾胶4的使用寿命。在本发明中，此处并不局限于使用尾胶4来辅助固定光纤3，还可以使用其他固定结构，只要能够实现光纤3的良好固定即可。
在本实施例中，无芯光纤31的长度为0.15mm至0.25mm。在本发明中，无芯光纤31即为无芯光纤31一端加工出来的光学平面311和弧形球面312的组合体，其长度为0.15mm至0.25mm有利于加工机械对光纤3的熔烧加工和研磨加工，同时便于实际使用。
在本实施例中，基板前段11和基板后段12的交界处设有过度斜面13。过度斜面13的设置能够确保过度斜面13处光纤3受到的应力较小，提高了产品的可靠性和制成的合格率，另外，在实际使用过程中，过度斜面13的设置还能够便于容纳尾胶4或其他固定装置，使光纤3在使用和加工过程中更加稳定。
在本实施例中，每个V形槽的底面均与基板后段12的上表面高度一致。这样的设置能够保证光纤3安装在V形槽上后，其高度与基板后段12基本保持一致，这样一方面能防止坡度的存在使光纤受力损坏，另一方面可以减少光纤3光路弯曲的角度，更利于光信号的传输。在本发明中，V形槽的底面高度也可以略高于基板后段12的高度或者略低于基板后段12的高度。
请参阅图4，为了实现上述目的，本发明还提供了一种用于VSCEL或PIN 阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
步骤S1、基板加工：在基板上加工出一个斜坡，斜坡将基板分为基板前段和基板后段，再在基板前段的上表面开设多个与光纤形状大小相适配的V形槽；
步骤S2、无芯光纤熔接：在每根光纤的一端均熔接一段无芯光纤，每段无芯光纤的长度和大小保持一致；
步骤S3、无芯光纤熔烧：在每根无芯光纤的一端均熔烧形成球面，且该球面的直径与无芯光纤的直径相同；
步骤S4、光纤组装：将每根熔接好无芯光纤的光纤置于基板上与其对应的V形槽中，并将熔接有无芯光纤球面的一端从基板前段向前伸出，并保持每根光纤伸出的长度一致，最后将盖板固定在基板前段的上表面以固定光纤，组成光纤阵列；
步骤S5、无芯光纤研磨：对每根组装好的无芯光纤加工有球面的一端进行研磨，将球面的上半球面研磨成可以反射光信号的光学平面。
在本实施例中，在步骤S1中每个V形槽的底面均与基板后段的上表面高度一致。
在本实施例中，步骤S2中熔烧出来的球面的直径为0.15mm至0.25mm。
在本实施例中，步骤S3还包括尾胶涂覆：盖板与基板后段之间的每根光纤上覆盖有用于固定和保护光纤的尾胶，且尾胶的高度小于或等于盖板的高度。
在本实施例中，步骤S4中光学平面与基板底面呈30°至60°的夹角。
本发明的优势在于：
1、本发明提供的光纤阵列，通过在每根光纤的一端熔接有一段带有自聚焦功能的无芯光纤，再在无芯光纤的端面上加工出光学平面和弧形球面，光学平面和弧形球面的配合能够同时实现透镜聚光和光学平面反射光的优点，同时无芯光纤本身的自聚焦效果也能加强光信号的接收和聚集能力，相比于现有的利用独立透镜和光学平面组合工作其成本大大降低，另外其还大幅增加了光纤阵列的容差，在对光纤进行耦合调整的时候其范围更大，从而降低了耦合的难度和增加了耦合的效率；
2、本发明每根光线的一端均加工出无芯光纤，其中无芯光纤光学平面与 基板底面的夹角为30°至60°能够很好地实现光信号照射到光学平面上后的全反射，使光学平面在没有镀膜的情况下，依靠角度的反射即可很好的实现光信号的全反射。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

  1. 用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列，其特征在于，包括基板、盖板和多根光纤，所述基板包括基板前段和基板后段，所述基板前段上表面高于所述基板后段上表面，所述基板前段上表面上设有多个与多根光纤一一对应的V形槽，每根光纤均设置在与其对应的V形槽内，且每根光纤均从基板前段向前伸出后其端面上熔接有一段带有自聚焦效果的无芯光纤，所述盖板设置在基板前段上，且盖板与每个V形槽均围合成固定光纤的容置空间；所述无芯光纤包括与基板底面呈30°至60°夹角的光学平面和衔接光学平面与无芯光纤底面的弧形球面；外部光信号通过无芯光纤自聚焦、弧形球面聚光和光学平面反射后进入所述光纤内部。
  2. 根据权利要求1所述的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列，其特征在于，所述盖板与基板后段之间的光纤上覆盖有用于固定和保护光纤的尾胶，且所述尾胶的高度小于或等于盖板的高度。
  3. 根据权利要求1所述的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列，其特征在于，所述无芯光纤的长度为0.15mm至0.25mm。
  4. 根据权利要求1所述的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列，其特征在于，所述基板前段和基板后段的交界处设有过度斜面。
  5. 根据权利要求1所述的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列，其特征在于，每个V形槽的底面均与基板后段的上表面高度一致。
  6. 用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
    步骤1、基板加工：在基板上加工出一个斜坡，斜坡将基板分为基板前段和基板后段，再在基板前段的上表面开设多个与光纤形状大小相适配的V形槽；
    步骤2、无芯光纤熔接：在每根光纤的一端均熔接一段无芯光纤，每段无芯光纤的长度和大小保持一致；
    步骤3、无芯光纤熔烧：在每根无芯光纤的一端均熔烧形成球面，且该球面的直径与无芯光纤的直径相同；
    步骤4、光纤组装：将每根熔接好无芯光纤的光纤置于基板上与其对应的V形槽中，并将熔接有无芯光纤球面的一端从基板前段向前伸出，并保持每根光纤伸出的长度一致，最后将盖板固定在基板前段的上表面以固定光纤，组 成光纤阵列；
    步骤5、无芯光纤研磨：对每根组装好的无芯光纤加工有球面的一端进行研磨，将球面的上半球面研磨成可以反射光信号的光学平面。
  7. 根据权利要求6所述的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的制造方法，其特征在于，在步骤1中每个V形槽的底面均与基板后段的上表面高度一致。
  8. 根据权利要求6所述的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的制造方法，其特征在于，步骤2中熔烧出来的球面的直径为0.15mm至0.25mm。
  9. 根据权利要求6所述的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的制造方法，其特征在于，步骤3还包括尾胶涂覆：盖板与基板后段之间的每根光纤上覆盖有用于固定和保护光纤的尾胶，且所述尾胶的高度小于或等于盖板的高度。
  10. 根据权利要求6所述的用于VSCEL或PIN阵列耦合的半球自聚焦透镜光纤阵列的制造方法，其特征在于，步骤4中光学平面与基板底面呈30°至60°的夹角。
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