CN102183824A - 携带准直透镜的二维光纤阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种携带准直透镜的二维光纤阵列，包括多个呈阵列排布的插芯及插装于插芯内的光纤，光纤延伸至插芯端头，且光纤与插芯固定密封，其中，每个插芯端头上均封装有一微透镜；该微透镜的焦点与插芯端头的端面重合；该微透镜焦点处设有一微小台阶，在插芯端头的端面上设有一微小凸台，且微小凸台顶入微小台阶内。本发明间距误差小、焦距误差小且出光方向一致。

Description

携带准直透镜的二维光纤阵列
技术领域
本发明涉及一种光纤阵列,更确切地说本发明涉及一种集成的光学元件,将应用于光交换机的光纤阵列和透镜阵列进行集成的携带准直透镜的二维光纤阵列。
背景技术
全光通信网络实现的技术核心在于全光交换机。目前以3D-MEMS设计方案的全光交换机得以广泛推广。一般其出入光接口的设计方案是制造出的高精度2D光纤阵列和利用模压或蚀刻制作出准直微透镜阵列，然后再利用高精度的调整仪器将光纤阵列和微透镜阵列整体对准耦合，从而获得准直的发射或接收光路。
由于从光纤发射出的光一般按照由光纤的数值孔径（NA）确定的锥形模式而发散。（NA=nsin(θmax）,其中n是光纤发射到其中的介质的折射率，而θmax是所述锥形发射模式的半角。)为了降低光纤阵列链接到光学系统的损耗，阵列中的光纤所发射的发散光束一般由透镜准直或重聚焦后耦合到另一个光学系统时，要求微透镜阵列对齐个条光纤系统中的每一条，以确保1)光是从每条光纤在阵列中一个精确的已知位置发射的，2）光是从每条光纤以基本相同的角度发射的（即光纤被对齐成彼此基本平行），3）光是从每条光纤在离准直透镜基本相同的距离处发射的，4）每条光纤具有基本相同的数值孔径。
根据上述原理，人们发明了单个光纤和透镜的光路准直器，其将光纤固定在陶瓷插芯中，再将透镜利用外部夹具封接在插芯端头，对光路进行准直。但是这种利用外部夹具对准透镜和光纤的核心的方式对于高密度的光纤阵列是无法满足的。
目前人们已经制造了2D高精度光纤阵列，其间距精度约2um，出射光平行度2.5mrad，同时也利用模压或蚀刻制作了2D准直微透镜阵列,其间距精度约2um。将微准直透镜阵列和光纤阵列整体对准封装，起到光路的准直。但是，光纤阵列和微准直透镜阵列都存在间距误差，两者整体封装后中心核心就会产生误差，误差范围在0-4um之间，该误差造成光路耦合损耗；其次，每一个准直透镜的焦点都无法同时对应相应的光纤端面而无法出射平行光路；再次，光纤阵列的出光方向不一致也会导致准直后光路无法平行出射。这些原因给光路准直耦合带来重大的困难，从而导致光损耗较大而无法使用。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种间距误差及焦距误差小、出光方向一致的携带准直透镜的二维光纤阵列；
同时，本发明还提供了该携带准直透镜的二维光纤阵列的封装方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种携带准直透镜的二维光纤阵列，包括多个呈阵列排布的插芯及插装于插芯内的光纤，光纤延伸至插芯端头，且光纤与插芯固定密封，其中，每个插芯端头上均封装有一微透镜。
本方案中，通过光纤和独立的微透镜一一对应，很好地解决了由于光纤阵列和微透镜阵列都存在间距误差、焦距误差、出光方向不一致等问题。
该微透镜的焦点与插芯端头的端面重合。
该微透镜焦点处设有一微小台阶，在插芯端头的端面上设有一微小凸台，且微小凸台顶入微小台阶内。
该准直透镜配合面的直径和插芯端头配合面的直径相差小于0.5um。
该插芯端头配合面呈外凸的柱形结构，该准直微透镜的配合面呈内凹的柱形孔。
该插芯端头配合面呈内陷的锥形孔，该准直微透镜配合面呈外凸锥形结构。
该插芯端头配合面与准直微透镜配合面呈平面结构。
所述插芯端头的端面上镀有一层增透膜，可以增大光路中所需光波的透过率。
同时，本发明还提供一种携带准直透镜的二维光纤阵列的封装方法，其利用导轨调节架，使用高精度投影仪进行对准，确保插芯阵列端头处于微透镜焦点后，在微透镜和插芯阵列配合面上涂覆封装材料固定封装。
插芯和微透镜通过成型或研磨加工方法，获得所需的配合形状。
本发明解决了目前精密光纤阵列和微透镜阵列整体配合时存在的间距误差、出光方向不一致、焦距误差等问题产生的较大的损耗。本发明中每一个透镜都可单独调整焦距后封装，在封接过程中，利用0.1um级导轨调节架，使用高精度投影仪进行对准，确保阵列端头处于透镜焦点后，然后在透镜和阵列接触面上涂覆特殊的封接材料固定封接。单个光纤与微透镜的径向偏差小于0.25um，准直或耦合效果良好。整个光纤阵列阵点和理想的阵点偏差小于1.5um，这种高集成、高密度的携带准直透镜的光纤阵列，理想的光纤径向偏差，较低的光路传输损耗，完全适合于光通信中的光路交换，尤其是基于MEMS的全光交换。
附图说明
图号标号说明：1——准直透镜；2——精密插芯；3——光纤；
图1a、图1b、图1c是携带准直透镜光纤阵列各种可能的剖面图；
图2是高精度二维光纤阵列示意图；
图3a、图3b、图3c是二维光纤阵列各种形状侧视图；
图4a、4b、4c是各种可能的准直透镜示意图；
图5a、5b、5c是各种可能精密插芯示意图；
图6a、6b、6c是单个准直透镜与插芯紧密配合示意图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明进行详细的描述。
如图1至图6所示，本发明公开了一种携带准直透镜的二维光纤阵列，包括多个呈阵列排布的插芯及插装于插芯内的光纤，光纤延伸至插芯端头，且光纤与插芯固定密封，再进行端头的研磨抛光，并根据所需通光波长镀膜，其中每个插芯端头上均封装有一微透镜。
本发明中先将高精度的插芯2利用专用制具进行精密排列，如图2所示，并穿入光纤3，再使用粘结剂将光纤、插芯进行精准固定和密封，从而实现一个高精度、高气密性的光纤阵列。若以阵列中的任意阵点为基点，其余阵点与基点的间距和理想的阵点误差最大不超过1.5um。其中根据设计方案的不同及封装方案的不同，插芯可以设计成各种形状，其主要目的在于能更好地与透镜进行固定。
根据不同的设计方案，可以将不同形状的微透镜和插芯端头进行紧密配合，非常方便地通过专用工装将各个准直微透镜1封装在每一个插芯端头，从而获得准直的发射或接收光路。根据设计方案的不同及封装方案的不同，微透镜可以设计成各种与插芯相互对应的形状。图1a，微透镜经过模压或注射等加工方式制成，封装时微透镜的焦点与插芯端头的端面重合，并在微透镜端面焦点处设计一个微小台阶，在插芯端头设计一个微小凸台，使插芯微小凸台恰好顶在微小台阶上，使得光纤出光端面处于微透镜焦点处。图1a的设计方案中，准直微透镜配合面的直径和插芯端头的直径相差小于0.5um，这样微透镜与插芯端头封接后核心偏差就不到0.25um，这样微透镜就很好的对光路进行准直或耦合。
进一步地，如图3a、图4及图5，该插芯端头配合面4呈外凸的柱形结构，该准直微透镜的配合面呈内凹的柱形孔。
除上述结构之外，如图3b，该插芯端头配合面4也可呈内陷的锥形孔，该准直微透镜配合面呈外凸锥形结构。此种设计中微透镜和插芯端头配合面核心误差小于0.2um，光路准直或耦合效果很好。
除上述结构之外，如图3c，该插芯端头配合面4与准直微透镜配合面也可呈平面结构。
根据需要的波段不同，所述插芯端头的端面上镀有一层增透膜，以减少光路的反射。
本发明公开了一种携带准直透镜的二维光纤阵列的封装方法，其利用导轨调节架，使用高精度投影仪进行对准，确保插芯阵列端头处于微透镜焦点后，在微透镜和插芯阵列配合面上涂覆封装材料6固定封装。
插芯和微透镜通过成型或研磨加工方法，获得所需的配合形状。

Claims (10)

1.一种携带准直透镜的二维光纤阵列，包括多个呈阵列排布的插芯及插装于插芯内的光纤，光纤延伸至插芯端头，且光纤与插芯固定密封，其特征在于，每个插芯端头上均封装有一微透镜。
2.根据权利要求1所述的携带准直透镜的二维光纤阵列，其特征在于，该微透镜的焦点与插芯端头的端面重合。
3.根据权利要求2所述的携带准直透镜的二维光纤阵列，其特征在于，该微透镜焦点处设有一微小台阶，在插芯端头的端面上设有一微小凸台，且微小凸台顶入微小台阶内。
4.根据权利要求2所述的携带准直透镜的二维光纤阵列，其特征在于，该透镜配合面的直径和插芯端头配合面的直径相差小于0.5um。
5.根据权利要求1至4任一项所述的携带准直透镜的二维光纤阵列，其特征在于，该插芯端头配合面呈外凸的柱形结构，该准直微透镜的配合面呈内凹的柱形孔。
6.根据权利要求1至4任一项所述的携带准直透镜的二维光纤阵列，其特征在于，该插芯端头配合面呈内陷的锥形孔，该准直微透镜配合面呈外凸锥形结构。
7.根据权利要求1至4任一项所述的携带准直透镜的二维光纤阵列，其特征在于，该插芯端头配合面与准直微透镜配合面呈平面结构。
8.根据权利要求1至4任一项所述的携带准直透镜的二维光纤阵列，其特征在于，所述插芯端头的端面上镀有一层增透膜。
9.一种根据权利要求2携带准直透镜的二维光纤阵列的封装方法，其特征在于，利用导轨调节架，使用高精度投影仪进行对准，当插芯阵列端头处于微透镜焦点后，在微透镜和插芯阵列配合面上涂覆封装材料固定封装。
10.根据权利要求9所述的封装方法，其特征在于，插芯和微透镜通过成型或研磨加工方法，获得所需的配合形状。
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