CN103246020B

CN103246020B - 一种光纤准直器及其制作方法

Info

Publication number: CN103246020B
Application number: CN201310202494.7A
Authority: CN
Inventors: 黄燕平; 李立; 周小平; 张怀忠
Original assignee: Shenzhen Solar Valley Sci Tech Development Co ltd
Current assignee: Shenzhen Solar Valley Sci Tech Development Co ltd
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: CN103246020A

Abstract

一种光纤准直器，所述光纤准直器包括特异型透镜、光纤和光学用结构粘结胶，所述特异型透镜与光纤高温熔接在一起，而所述光学用结构粘结胶粘合在光纤和特异型透镜的熔接点周围；光纤与特异型透镜的材质一致。光纤与透镜连接处不需要研磨抛光及镀膜；透镜使用模压成型技术，可以大批量生产；外形尺寸可以做到极其微小，尺寸微小至与光纤直径尺寸一致，光纤准直器可以最大限度的微型化、集成化；零部件少，光纤与透镜熔接处只需要简单的对中即可熔接，无需繁琐的光路调整，组装过程更为简捷，成本更低。光纤与透镜材质一致，光通过的介质层最少，回波损耗将至最低。

Description

一种光纤准直器及其制作方法

【技术领域】

本发明涉及光纤通讯网络及光纤通信设备领域，尤其涉及一种光纤准直器，该光纤准直器将光纤发射出来的光进行准直。

【背景技术】

光通讯网络是由多个光学器件组成，光纤与其他光纤器件之间的精准程度以及耦合效率，影响着光通讯网络的性能。因此需要光纤准直器来提高光纤与光纤或光纤与器件之间的耦合效率，减少插入损耗。光纤准直器是构建光通讯系统与网络的基础器件之一，随着光纤通讯技术的不断进步，光纤准直器的制造朝向降低构造的复杂型、缩小体积、降低成本方向发展，不断大批量并集成化生产。

参考附图1，该附图体现了普通光学准直装置中所用的光纤准直器10的结构。该光纤准直器10是由光纤11、毛细管12、自聚焦透镜14、玻璃管15、金属管16组成。光纤11在毛细管12毛细孔内，通过粘胶13固定，毛细管12端面12a处具有研磨斜角，该斜角与竖直面夹8度角，并镀防反射膜12a。自聚焦透镜14的两端面研磨抛光并镀防反射膜14a、14b；毛细管12与自聚焦透镜14通过使用玻璃管15定位同心，防反射膜12a与14a位置经过调整，达到最佳光学性能时使用粘胶13固定在玻璃管15内；最后将光纤11、毛细管12、自聚焦透镜14、玻璃管15装入金属管16内并粘接，完成光学组装。该光纤准直器10的组装结构存在以下问题：自聚焦透镜、毛细管都需要经过端面的研磨抛光处理，处理耗时长、工艺难度大、难以保证成品率，伴随而来的是生产效率比较低；组装需要的零件多，组装过程繁琐，必须要经过3次以上的配合、粘结过程；毛细管的中心轴与自聚焦透镜镀的纤芯轴芯必须同轴，而为了达到最佳的光学性能，确保高度同轴，就需要反复调整防反射膜12a、14a的位置，调整过程耗时长、对操作人员工艺熟练度要求高；准直器的回波损耗大：光通过毛细管、毛细管端面的防反射膜、自聚焦透镜和自聚焦透镜端面的防反射膜，在其交界界面上仍有部分光发生反射，反射的光会干扰激光谐振腔中谐振光，造成激光器不稳定，同时使得准直器的回波损耗过大。

图2为另一种简易形光学准直器20，可参阅专利号02147235.1所示说明，所述光纤准直器20包括折射率渐变的棒状透镜21及与棒状透镜21光学连接的光纤22；棒状透镜21的一个端面上形成防反射膜21b，反射膜21b由数十层介质膜组成；光纤22的端面与防反射膜21b入射侧表面调整到一定距离后，使用锥状光学粘接剂23相结合。该光纤准直器20存在以下问题：棒状透镜21需要研磨抛光端面，需要很长时间，并导致成品率及生产效率的降低；光纤22与棒状透镜21的纤芯中心需要反复调整，才能最佳的光学性能，因此在最终完成前需要经过繁琐的光学光路调整、耗时耗人工；准直器的回波损耗(RL)大：因为光通过光纤22端面、光学粘接剂23等数十层介质膜组成的反射膜21b，在其界面上总会有部分光发生反射，即使在界面上镀上减反膜，反射回来的光会干扰激光谐振腔中的谐振光，使得激光器不稳定，也使得准直器回波损耗(RL)大。该准直器20的结构相对固定，无法进一步缩小尺寸并集成化。

【发明内容】

本发明针对以上情况提出了一种光学元件少、尺寸小、组装过程简单，能最大程度集成化的光纤准直器，并且提出了制作该光纤准直器的工艺。该准直器的反射介质少、光学调整过程简单、其透镜可采用多种节距。

一种光纤准直器的制作方法，首先需要为特异型透镜开模，制作能够铸造生产特异型透镜的模具；该模具具有模腔，该模腔包括圆柱单元、圆锥单元和自由曲面单元，该圆柱单元包括第一平面、第二平面和一个曲面，曲面连接第一平面和第二平面；而该圆锥单元包括最大直径平面、最小直径平面和连接最大直径平面与最小直径平面的锥面，最大直径平面和最小直径平面均为垂直圆锥中心轴线的圆形平面；而该自由曲面单元包括一个圆形平面和形成于该圆形平面的自由曲面；圆锥单元以其最大直径平面衔接圆柱单元的第一平面；自由曲面单元的圆形平面直径与圆柱单元的直径相等，自由曲面单元以其圆形平面衔接圆柱单元的第二平面；灌注石英粉至该模具的模腔内，并经过高温熔融铸造出特异型透镜，该特异型透镜包括圆锥部分、圆柱部分和自由曲面部分组成；在特异型透镜的自由曲面部分的端面镀反射膜；在特异型透镜的圆锥部分，其最小直径与光纤直径相等，通过高温熔接技术将光纤端面粘结在特异型透镜圆锥部分的最小直径平面上；粘结点增加熔点保护结构。

所述圆锥单元的最大直径与圆柱单元的直径相等。

所述圆锥单元的最大直径小于圆柱单元的直径。

所述熔点保护结构是围绕在粘结点周围的光学用结构粘结胶。

所述高温熔接技术是指激光或者电弧焊技术。

所述自由曲面是指凸凹球面、凸凹非球面和弧形面。

一种光纤准直器，其特征在于，所述光纤准直器包括特异型透镜、光纤和光学用结构粘结胶，所述特异型透镜与光纤高温熔接在一起，而所述光学用结构粘结胶粘合在光纤和特异型透镜的熔接点周围；所述特异型透镜包括圆锥部分、圆柱部分和自由曲面部分，该圆柱部分包括第一平面、第二平面和一个曲面，曲面连接第一平面和第二平面；而该圆锥部分包括最大直径平面、最小直径平面和连接最大直径平面与最小直径平面的锥面，最大直径平面和最小直径平面均为垂直圆锥中心轴线的圆形平面；而该自由曲面部分包括一个圆形平面和形成于该圆形平面的自由曲面；圆锥部分以其最大直径平面衔接圆柱部分的第一平面；自由曲面部分的圆形平面直径与圆柱部分的直径相等，自由曲面部分以其圆形平面衔接圆柱部分的第二平面，圆锥部分最小直径平面的直径与光纤直径相等，所述特异型透镜以其圆锥部分最小直径平面与光纤端面熔接在一起，在所述自由曲面上镀有反射膜。

所述圆锥部分的最大直径小于圆柱部分的直径。

所述光纤与所述特异型透镜的材质一致。

在本发明中由于结构的改进具有以下优点：光纤与透镜连接处不需要研磨抛光及镀膜；透镜使用模压成型技术，可以大批量生产；外形尺寸可以做到极其微小，尺寸微小至与光纤直径尺寸一致，光纤准直器可以最大限度的微型化、集成化；零部件少，光纤与透镜熔接处只需要简单的对中即可熔接，无需繁琐的光路调整，组装过程更为简捷，成本更低。光纤与透镜材质一致，光通过的介质层最少，回波损耗将至最低。

【附图说明】

图1是本发明现有技术一的结构示意图；

图2是本发明现有技术二的结构示意图；

图3是本发明实施例1中侧面结构简化示意图；

图4是制作如图3所示特异型透镜的模具结构图；

图5是本发明实施例2中侧面结构简化示意图。

其中100、模具；110圆柱单元111、第一平面；112、曲面；113、第二平面；120圆锥单元；121、最小直径平面；122、锥面；123、最大直径平面；130、自由曲面单元；131、圆形平面；132、自由曲面；200，300、特异型透镜；210，310、圆柱部分；211，311、第一平面；212，312、曲面；213，313、第二平面；220，320、圆锥部分；221，321、最小直径平面；222，322、锥面；223，323、最大直径平面；230，330、自由曲面部分；231，331、圆形平面；232，332、自由曲面；233，333、反射膜；20、光纤；30、熔点保护结构。

【具体实施方式】

下面将结合本发明附图和具体实施方式对本发明光纤准直器及其制作方法进行进一步的详细说明。

实施例1：请参考附图1，该图中示出了特异型透镜的模具。所述光纤准直器的制作方法，首先需要为特异型透镜开模，制作能够铸造生产特异型透镜的模具100；该模具100具有模腔，该模腔包括圆柱单元110、圆锥单元120和自由曲面单元130，由这三个部分组合成容纳特异型透镜完整实体的注塑模腔。

该圆柱单元110包括第一平面111、第二平面113和一个曲面112，曲面113连接第一平面111和第二平面112。而该圆锥单元120包括最大直径平面123、最小直径平面121和连接最大直径平面123与最小直径平面121的锥面122，最大直径平面123和最小直径平面121均为垂直圆锥中心轴线的圆形平面。而该自由曲面单元130包括一个圆形平面131和形成于该圆形平面131的自由曲面132。圆锥单元120以其最大直径平面123衔接圆柱单元110的第一平面111。在此实施例中，圆锥单元120的最大直径与圆柱单元110的直径相等，所以两个平面相贴无台阶面产生，边缘对齐。自由曲面单元130的圆形平面131直径与圆柱单元110的直径相等，自由曲面单元130以其圆形平面131衔接圆柱单元110的第二平面113。

以上构成了特异型透镜的模具，通过模具制作特异型透镜200。灌注石英粉至该模具100的模腔内，并经过高温熔融铸造出特异型透镜200，该特异型透镜200包括圆柱部分210、圆锥部分220和自由曲面部分230组成；在特异型透镜200的自由曲面部分230的端面镀反射膜233；在特异型透镜200的圆锥部分220，其最小直径与光纤20直径相等，通过高温熔接技术将光纤20端面粘结在特异型透镜圆锥部分210的最小直径平面上；粘结点增加熔点保护结构30。

所述熔点保护结构30是围绕在粘结点周围的光学用结构粘结胶。

所述高温熔接技术是指激光或者电弧焊技术。

所述自由曲面是指凸凹球面、凸凹非球面和弧形面。

通过上述方式制作出来的一种光纤准直器，所述光纤准直器包括特异型透镜200、光纤20和粘结在光纤20和光学用结构粘结胶，所述特异型透镜200与光纤高温熔接在一起，而所述光学用结构粘结胶粘合在光纤20和特异型透镜200的熔接点周围；所述特异型透镜200包括圆锥部分220、圆柱部分210和自由曲面部分230，该圆柱部分210包括第一平面211、第二平面213和一个曲面212，曲面212连接第一平面211和第二平面213；而该圆锥部分220包括最大直径平面223、最小直径平面221和连接最大直径平面与最小直径平面的锥面222，最大直径平面223和最小直径平面221均为垂直圆锥中心轴线的圆形平面；而该自由曲面部分230包括一个圆形平面231和形成于该圆形平面231的自由曲面232；该圆锥部分220的最大直径与圆柱部分210的直径相等，圆锥部分220以其最大直径平面衔接圆柱部分210的第一平面211；自由曲面部分230的圆形平面231直径与圆柱部分210的直径相等，自由曲面部分230以其圆形平面231衔接圆柱部分210的第二平面213，圆锥部分220最小直径平面221的直径与光纤20直径相等，所述特异型透镜200以其圆锥部分最小直径平面221与光纤20端面熔接在一起。

所述自由曲面是指凸凹球面、凸凹非球面和弧形面。

在所述自由曲面232上镀有反射膜233。

所述光纤20与所述特异型透镜200的材质一致。

实施例2：

在该实施例中特异型透镜300与实施例1有所不同，其区别点在于，所述特异型透镜300包括圆锥部分320、圆柱部分310和自由曲面部分330，该圆柱部分210包括第一平面311、第二平面313和一个曲面312，曲面312连接第一平面311和第二平面313；而该圆锥部分320包括最大直径平面323、最小直径平面321和连接最大直径平面与最小直径平面的锥面322，最大直径平面323和最小直径平面321均为垂直圆锥中心轴线的圆形平面；而该自由曲面部分330包括一个圆形平面331和形成于该圆形平面331的自由曲面332；该圆锥部分320的最大直径小于圆柱部分310的直径，圆锥部分320以其最大直径平面衔接圆柱部分310的第一平面311，在此衔接结构中，由于圆锥部分320的最大直径小于圆柱部分310的直径，而产生了台阶面。自由曲面部分330的圆形平面331直径与圆柱部分310的直径相等，自由曲面部分330以其圆形平面331衔接圆柱部分310的第二平面313，圆锥部分320最小直径平面321的直径与光纤20直径相等，所述特异型透镜300以其圆锥部分最小直径平面321与光纤20端面熔接在一起。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种光纤准直器的制作方法，首先需要为特异型透镜开模，制作能够铸造生产特异型透镜的模具；该模具具有模腔，该模腔包括圆柱单元、圆锥单元和自由曲面单元，该圆柱单元包括第一平面、第二平面和一个曲面，曲面连接第一平面和第二平面；而该圆锥单元包括最大直径平面、最小直径平面和连接最大直径平面与最小直径平面的锥面，最大直径平面和最小直径平面均为垂直圆锥中心轴线的圆形平面；而该自由曲面单元包括一个圆形平面和形成于该圆形平面的自由曲面；该圆锥单元的最大直径与圆柱单元的直径相等，圆锥单元以其最大直径平面衔接圆柱单元的第一平面；自由曲面单元的圆形平面直径与圆柱单元的直径相等，自由曲面单元以其圆形平面衔接圆柱单元的第二平面；灌注石英粉至该模具的模腔内，并经过高温熔融铸造出特异型透镜，该特异型透镜包括圆锥部分、圆柱部分和自由曲面部分组成；在特异型透镜的自由曲面部分的端面镀反射膜；在特异型透镜的圆锥部分，其最小直径与光纤直径相等，通过高温熔接技术将光纤端面粘结在特异型透镜圆锥部分的最小直径平面上；粘结点增加熔点保护结构。

2.根据权利要求1所述光纤准直器的制作方法，其特征在于，所述圆锥单元的最大直径与圆柱单元的直径相等。

3.根据权利要求1所述光纤准直器的制作方法，其特征在于所述圆锥单元的最大直径小于圆柱单元的直径。

4.根据权利要求1所述光纤准直器的制作方法，其特征在于，所述熔点保护结构是围绕在粘结点周围的光学用结构粘结胶。

5.根据权利要求1所述光纤准直器的制作方法，其特征在于，所述高温熔接技术是指激光或者电弧焊技术。

6.根据权利要求1所述光纤准直器的制作方法，其特征在于，所述自由曲面是指凸凹球面、凸凹非球面和弧形面。

7.根据权利要求6所述光纤准直器的制作方法，其特征在于，所述自由曲面特异变形为平面。

8.一种光纤准直器，其特征在于，所述光纤准直器包括特异型透镜、光纤和光学用结构粘结胶，所述特异型透镜与光纤高温熔接在一起，而所述光学用结构粘结胶粘合在光纤和特异型透镜的熔接点周围；所述特异型透镜包括圆锥部分、圆柱部分和自由曲面部分，该圆柱部分包括第一平面、第二平面和一个曲面，曲面连接第一平面和第二平面；而该圆锥部分包括最大直径平面、最小直径平面和连接最大直径平面与最小直径平面的锥面，最大直径平面和最小直径平面均为垂直圆锥中心轴线的圆形平面；而该自由曲面部分包括一个圆形平面和形成于该圆形平面的自由曲面；圆锥部分以其最大直径平面衔接圆柱部分的第一平面；自由曲面部分的圆形平面直径与圆柱部分的直径相等，自由曲面部分以其圆形平面衔接圆柱部分的第二平面，圆锥部分最小直径平面的直径与光纤直径相等，所述特异型透镜以其圆锥部分最小直径平面与光纤端面熔接在一起，在所述自由曲面上镀有反射膜。

9.根据权利要求8所述光纤准直器，其特征在于，所述圆锥部分的最大直径与圆柱部分的直径相等。

10.根据权利要求8所述光纤准直器，其特征在于，所述圆锥部分的最大直径小于圆柱部分的直径。