CN101750752A - 一种光纤准直器 - Google Patents
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Abstract
一种光纤准直器，包括至少一个精确定位的光纤头和一个准直透镜，固定光纤头和准直透镜的套管，安装在套管内的光纤头和准直透镜呈一直线首尾相接放置，光纤头的前端面对接于准直透镜的后端面，准直透镜具有一条光轴，套管具有其固有的中心轴；其特征在于，准直透镜的后端面与套管的中轴线垂直，准直透镜的后端面与光纤头的前端面之间的距离，等于准直透镜的焦点到准直透镜的后端面之间的距离。在光纤头表面和透镜后表面进行了特殊的设计，以此达到了消除出射光或接收光的偏角。而这也将产生出巨大的效益和优势。
Description
【技术领域】
本发明涉及光通信及光电子领域，尤其涉及一种准直器的光轴与外部固定件中轴线平行的光纤准直器。
【背景技术】
光纤准直器Collimator由光纤头、准直透镜精确定位然后再外套一些玻璃套管或金属套管组成。光线是由光纤头射入到准直透镜中，所以光纤头的前端面对这准直透镜的后端面。光纤头是由光纤套入一内径与光纤外径密切配合的毛细管，固定后再经端面研磨制成。毛细管的材料可以是玻璃，陶瓷，金属、朔料。而套管主要作用是精确定位固定光纤头和透镜之间的相对位置。套管的内径与光纤头和透镜的外径紧密配合以达到最佳固定效果。
光纤头的端面通常有一倾斜角，用以减少端面对光的反射。准直透镜的背端面也有一用以减少端面对光的反射的倾斜角。准直透镜的端面倾斜角与光纤头的端面倾斜角通常相平行。倾斜角角度一般为8°，但也有4°-16°的选择。大的倾斜角会产生较大的损耗。
光纤头与准直透镜之间的间距需要精确调节以使透镜的焦点正好处与光纤端面上。然后用套管固定光纤头和透镜之间的相对位置。
光纤准直器的主要作用是对光纤中发出的光转换成准直光，或把准直光耦合进光纤。因此，光纤准直器普遍用在光通信及光电子器件的输入及输出端。例如，已经公开的准直器专利有中国专利00135413.2一种制作光纤准直器方法及美国专利4,421,383 Optical fiberconnectors(光学光纤准直器)以及6,438,290 Micro-aspheric collimator lens(微光非球面准直器透镜)然而，几乎所有的准直器都存在着出射光不平行的问题。所谓的“光不平行”是指准直器发出的光束光轴和其固定套管的中轴线不平行，两个轴之间存在一个角度。根据使用的光学材料不同或透镜的不同，这个角度一般在0.4°～1.0°之间。而两个轴之间之所以会有一个偏差角度的出现，是因为通常的设计中，将准直透镜的后端面也设计为一个不垂直于套管中心轴的倾斜面，这个倾斜面是为了减少回波损耗而特别设计，所谓的回波损耗是指当由光纤头发出的光在离开准直器前，反射回光纤头的光或者由光纤头接收的光在到达光纤头前反射回去的光。
由于准直器内准直透镜的布置，准直器的光轴就和套管的中心轴之间夹有角度，由于这个角度的存在，就使得准直器的使用变得非常的困难。因为准直器发出的光束光轴和固定套管的中轴线存在一个角度，就需要固定准直器的方法要有足够宽松的机械尺寸来调节准直器的光束。另外，调节准直器的光路必须使用三维调节，而不是简单的二维调节。这也为未来全自动、半自动设备的发展造成巨大的障碍。使用准直器作为输入及输出端的光通信及光电子器件，在组装的过程中，不得不使用有源实时监控调节的方法来确定准直器的机械位置，然后挑选各种不同尺寸的固定组件来调整准直器在X，Y，Z方向的位置变化。
【发明内容】
本发明针对以上问题提出了一种能让准直器的光轴和用于固定光纤头和透镜的套筒的中轴线能平行的光纤准直器。
本发明的技术方案是：一种光纤准直器，包括至少一个精确定位的光纤头和一个准直透镜，固定光纤头和准直透镜的套管，安装在套管内的光纤头和准直透镜呈一直线首尾相接放置，光纤头的前端面对接于准直透镜的后端面，准直透镜具有一条光轴，套管具有其固有的中心轴；其特征在于，准直透镜的后端面与套管的中轴线垂直，准直透镜的后端面与光纤头的前端面之间的距离，等于准直透镜的焦点到准直透镜的后端面之间的距离。
所述准直透镜的光轴跟套管的中心轴平行；
所述光纤头的前端面可以跟套管的中轴线垂直或者不垂直；
所述套管起到精准固定光纤头和准直透镜的作用；
所述透镜，可以是C透镜，GRIN透镜，或Gradium透镜中任意一种，当然行业内人士还可以根据显而易见原则选用类似任意一种透镜。
所述光纤头包括光纤端头的一段和套在光纤端头的毛细管，所述光纤头有个经过研磨的前端面。所述毛细管的材料可以是玻璃、陶瓷、金属、塑料或者其他行业内常见的材料。
本发明的有益效果：在光纤头表面和透镜后表面进行了特殊的设计，以此达到了消除出射光或接收光的偏角。而这也将产生出巨大的效益和优势。最突出的优点是准直器的使用者不一定再需要使用有源实时监控调节的方法来确定准直器的机械位置，然后挑选各种不同尺寸的固定组件来容允准直器在X，Y，Z方向的位置变化。
【附图说明】
图1是本发明一实施例结构示意图；
图2是现有工艺的光纤准直器结构示意图；
图3是光纤中的光线发散示意图；
图4是本发明一实施例光纤准直器结构示意图；
图5是本发明一实施例光线发散示意图。
图中：102、中轴线；104、光轴；106、准直透镜；108、光纤头；110、前端面；112、后端面；220、套管；222、光纤。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
在本实施例中，参见图1可见所述光纤准直器，包括至少一个精确定位的光纤头108和一个准直透镜106，固定光纤头108和准直透镜106的套管220，安装在套管220内的光纤头108和准直透镜106呈一直线首尾相接放置，光纤头108的前端面110对接于准直透镜106的后端面112，准直透镜106具有一条光轴104，而套管220具有其固有的中轴线102。
准直透镜106的后端面112与套管220的中轴线102垂直，准直透镜106的后端面112与光纤头108的前端面110之间的距离，等于准直透镜106的焦点到准直透镜的后端面的距离。光纤头108与准直透镜之间的间距需要精确调节以使准直透镜的焦点正好处于光纤头108的前端面110上。然后用套管220固定光纤头108和准直透镜106之间的相对位置。
参看图4，在本实施例中准直透镜的后端面112垂直于套管220的中轴线102，而光纤头108的前端面110倾斜于中轴线102，当从光纤头108发出的光反射到准直透镜106的后端面112，由于准直透镜106的后端面112与准直透镜106的光轴104垂直，所以光通过准直透镜后就可以沿平行于光轴104方向传播，这样就消除了出射光与准直器本身的中轴线不平行的问题。
所述光纤头108的前端面110可以跟套管220的中轴线102垂直或者不垂直；
所述准直透镜106的光轴104跟套管220的中心轴102平行。
所述套管220为金属套管，起到精准固定光纤头108和准直透镜106的作用；
所述准直透镜，可以是C透镜，GRIN透镜，或Gradium透镜中任意一种，当然行业内人士还可以根据显而易见原则选用类似的透镜。
所述光纤头108是将光纤222套入一内径与光纤222外径密切配合的毛细管220，所述光纤具有一个经过研磨的前端面110。
所述毛细管220的材料可以是玻璃、陶瓷、金属、塑料或者其他行业内常见的材料。
根据具体执行情况和不同指标要求，可以有很多方法实现光纤定位，陶瓷插芯、V型槽和胶黏剂固定。
图2中说明了用现有工艺制造的准直器在套管220的中轴线102和光轴104所产生的一个偏角θ。准直器包括了一个光纤头108及准直透镜106。光纤头端面110和准直透镜端面112相平行。在光纤头108和准直透镜106的端面研磨斜角的主要作用，是为了确保从光纤头108发出的光或者接收的光不会沿原路反射回去。
适应于光纤头108的前端面做成倾斜面的设计，准直透镜106的后端面112也应该相应地做成倾斜的，这是因为如果准直透镜的后端面112是垂直的，这就可能造成部分从光纤头106斜面发出的光到达透镜106的后端面112，被后端面112反射回光纤头的斜面，形成我们所说的准直器的回波损耗。而就是这样的设计导致了上面所述的存在光束与准直器的中心轴不平行的问题。
通过使用光学软件的模拟计算，发现可以消除了光束不平行的问题。从图2可以看出，光束不平行的问题是由准直透镜106具有倾斜的后端面所引起的。根据准直透镜106所使用的准直透镜类型以及光学材料的不同，例如，C透镜，GRIN透镜，或Gradium透镜，准直透镜106的斜角端面112的角度可为6～12度。由于这个斜角的存在，即使在组装准直器时使用的准直透镜本身在材质和尺寸上完美无缺，也无法避免这个偏角的出现。
参考图3我们可以发现，由于准直透镜使用的是玻璃类型材质，准直透镜自身的结构以及端面斜角的设计都有差异，所以偏角一般在0.4°～1.0°之间。目前市场上供应商提供的大量产品也都证明了上述结论。
通过实验和计算机摸拟计算发现，本发明的设计对回波损耗的影响并不明显，这主要是因为消减准直器的回波损耗主要是由光纤头的斜面决定。反过来在不影响回波损耗的前提下，本发明又消除了出射光束不平行的问题。
在实施方案中，会使用机械办法来将准直透镜和光纤头固定。将光纤头的前端面朝向准直透镜的后端面，并将光纤头的前端面置于准直透镜的焦点上，并使用胶黏、锡焊、激光焊接等方法来进行永久固定。
Claims (6)
1.一种光纤准直器，包括至少一个精确定位的光纤头和一个准直透镜，固定光纤头和准直透镜的套管，安装在套管内的光纤头和准直透镜呈一直线首尾相接放置，光纤头的前端面对接于准直透镜的后端面，准直透镜具有一条光轴，套管具有其固有的中心轴；其特征在于，所述准直透镜的后端面与套管的中轴线垂直，准直透镜的后端面与光纤头的前端面之间的距离，等于准直透镜的焦点到准直透镜的后端面之间的距离。
2.根据权利要求1所述光纤准直器，其特征在于，所述准直透镜的光轴跟套管的中心轴平行。
3.根据权利要求1所述光纤准直器，其特征在于，所述光纤头的前端面跟套管的中轴线垂直。
4.根据权利要求1所述光纤准直器，其特征在于，所述光纤头的前端面跟套管的中轴线不垂直。
5.根据权利要求1所述光纤准直器，其特征在于，所述透镜，可以是C透镜，GRIN透镜，、Gradium透镜中任意一种。
6.根据权利要求1或2或3所述光纤准直器，其特征在于，所述光纤头包括光纤端头的一段和套在光纤端头的毛细管，所述光纤头有个经过研磨的前端面。
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Publications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104317003A (zh) * | 2014-07-30 | 2015-01-28 | 徐州旭海光电科技有限公司 | 一种同轴光准直器及其制作方法 |
| CN107092055A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-08-25 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 天文望远镜星光、定标光耦合装置 |
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2010
- 2010-01-13 CN CN201010044401A patent/CN101750752A/zh active Pending
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