CN1065964C - 使用球透镜的光耦合系统装置及光耦合系统的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种使用球透镜的光耦合系统装置及光耦合系统的制作方法。包括金属套、球透镜、以及对金属套和球透镜进行定位的罩。制作方法包括制作金属套的第一工序；将一根光导纤维插入金属套的中心部并固定的第二工序；对金属套的断面进行研磨的第三工序；制作经过抗反射涂层处理的球透镜的第四工序；计算移动距离D-d、并制作罩子的第五工序；将金属套固定在罩上的第六工序；将球透镜压入上述罩内、并固定的第七工序。

Description

使用球透镜的光耦合系统装置及光耦合系统的制作方法

本发明涉及使用球透镜的光耦合系统，特别是关于下述这样一种使用球透镜的光耦合系装置及光耦合系统的制作方法，即为了使球透镜的中心轴离开光轴一定距离，要提供所需要的定位技术、而且定位时不使用定位工具。

图1所示为利用现有技术的光耦合系统构造的简图。根据图1，上述光耦合系统设有以下几部分，即支承光导纤维86的金属套(ferrule)84；在该金属套84的周围，设有固定上述金属套84用的金属套罩(ferrule housing)80；在上述金属套罩80的一个侧面的周围，设有用于与另外的光耦合系统进行焊接结合的突起82；在上述金属套84的一侧设有球透镜90，该球透镜的作用是为了使上述光导纤维86所传送的光路之焦点聚集在一起；在上述球透镜90的周围，设有支承及固定球透镜90的透镜罩88。

像上述那样构成的光耦合系统的制造方法如下，即为了支承并固定一根或多根光导纤维86，要制作金属套84，将上述光导纤维86插入该金属套84的中心部之后，再加以固定。然后，对上述光导纤维86所结合的金属套84的断面进行研磨，并用环氧物质或焊接方法将上述经过研磨的金属套84结合在金属套罩80上。接着，制作球透镜90(该球透镜使光导纤维86所传递的光路之焦点聚焦在一起)，再将上述球透镜90固定在透镜罩88上。然后，用精密的定位工具对固定上述金属套84的金属套罩80和固定球透镜90的透镜罩88进行定位，再将金属套罩80的一个侧面与透镜罩88的一个侧面焊接固定起来。

采用上述制造方法时，需要具有金属套罩80及透镜罩88，以分别用于支承和固定金属套84及球透镜90，用它们来制作光耦合系统时，存在着以下问题：由于需要用环氧物质或焊接方法进行固定，所以制造工序复杂、生产效率低；而且金属套罩80与透镜罩88的结合部位的温度、振动及中击等特性变差；在使用球透镜90的光耦合系统中，为了减少反射损失，所以要使光路转移到不是球透镜90的中心面上，因此，需要精密的定位器具，使产品的成本升高；又因采用焊接方法或环氧物质将上述球透镜固定在金属套84的内部，所以不能再利用。

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种使用球透镜的光耦合系装置及光耦合系统的制作方法，采用这种装置及制作方法可以克服为使球透镜的中心轴离开光轴一定距离所必须的定位技术的运一难题。

本发明的第二个目的是提供一种能实现稳定的结构设计的装置及方法，这种稳定的结构设计可使光耦合系统(该光耦合系统使用球透镜)适应温度、振动及中击等环境条件。

本发明的第三个目的是提供这样一种装置和方法，即在对金属套和球透镜进行定位时，不使用定位工具也可定位。

本发明的第四个目的是提供这样一种装置和方法，即可以制作使用两根光导纤维的光耦合系统的装置及方法。

本发明还有一个目的是提供这样一种装置及方法，即把球透镜压入之后，再将其固定在罩子上，这样，球透镜还可以再利用。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种使用球透镜的光耦合系统装置，其中，该装置的波长分割耦合器是由以下几部分构成的，即在所述波长分割耦合器的一侧分别设有支承两根光导纤维用的金属套；在所述金属套的一侧，设有球透镜，以使两根光导纤维所传送的光路之焦点聚集在一起；在所述金属套和球透镜的周围设有用于固定所述金属套和球透镜的罩，并对球透镜进行定位；在所述波长分割耦合器的另一侧，设有支承一根光导纤维用的金属套；在所述金属套的一侧，设有球透镜，以使所述一根光导纤维所传送的光路之焦点聚集在一起；在所述金属套和球透镜的周围设有用于固定所述金属套和球透镜的罩，并且对球透镜进行定位；在所述球透镜之间，设有介质滤光片，以便使所述两根光导纤维所传送的光反射，而使一根光导纤维所传送的光透过；在所述滤光片的上下端部，设有固定滤光片的支承座；为了防止具有所述结构的部件脱落，并且从外部进行保护，设置有套筒。

为了实现本发明的上述目的，本发明的另一方面提供一种使用球透镜的光耦合系统的制作方法，它包括以下工序：

(a)为了支承和固定一光导纤维而制作金属套的第一工序；

(b)将该光导纤维插入所述金属套的中心部之后，再进行固定的第二工序；

(c)对所述光导纤维所结合的金属套的断面进行研磨的第三工序；

(d)为了使所述光导纤维所传送的光路之焦点聚集在一起，而制作经过抗反射涂层处理的球透镜的第四工序；

(e)为了使所述金属套和球透镜定位，而用透镜的焦点距离-透镜半径计算移动距离、制作罩子的第五工序；

(f)将所述金属套固定在罩上的第六工序；

(g)以一定的压力将球透镜压入上述罩内、并将其固定的第七工序。

附图的简要说明：

图1是表示使用现有技术的光耦合系统构造的简图；

图2是表示使用本发明的光耦合系统构造的简图；

图3是表示使用本发明的配置了两根光导纤维的光耦合系统的构造简图；

图4是表示用本发明的光耦合系统制作的波长分割耦合器的构造简图；

图5是表示本发明的球透镜与光导纤维轴之间的移动距离和反射损失的关系之曲线图；

图6是表示本发明的球透镜与光导纤维轴之间的移动距离和输出光的前进角度的关系之曲线图。

以下参照附图详细说明本发明的理想实施例。

此图2所示，本发明的使用了球透镜的光耦合系统设有支承光导纤维14的金属套12；在上述金属套12的一侧，设有经过抗反射涂层处理的球透镜16，从而使光导纤维14所传送的光18的路线之焦点聚集在一起；在金属套12及球透镜16的周围，设有使金属套12和球透镜16定位的罩10。在这种情况下，上述罩10是这样形成的，即它可以同时支承并固定金属套12和球透镜16。

这样构成的光耦合系统的制作方法如下所述。

光耦合系统的制作方法包括以下几道工序：为了支承并固定一根光导纤维14而制作金属套12的第一工序；将上述一根光导纤维14插入上述金属套12的中心部位之后，再进行固定的第二工序；对一根光导纤维14所结合的金属套12的断面进行研磨的第三工序；为了将上述一根光导纤维14所传送的光18的路线之焦点聚集在一起，而制作经过抗反射涂层处理的球透镜16的第四工序；为了对金属套12及球透镜16进行定位，而计算移动距离D-d，并制作罩10的第五工序。在这种情况下，在计算上述移动距离的数字公式中，可以用透镜的焦点距离-透镜的半径进行计算。另外，如图5、图6所示，为了使上述光耦合系统的反射损失特性保持在-45dB以下，制作时应使移动距离D-d为100μm。通过了光导纤维的光与前进轴之间的角度θ为8．6度。为了使移动距离D-d为100μm，使通过光导纤维的光与前进轴之间的角度θ为8．6度，制作时透镜和光导纤维需要进行抗反射涂层处理，而且球透镜的直径应为2mm，波长应为155μm。此外，光耦合系统的制作工序还包括对金属套12进行抗反射涂层处理之后，再将其固定在罩10上的第六工序；用一定的压力将球透镜16压入罩10内、并将其固定的第七工序。

另外，如图3所示，配置有两根光导纤维的光耦合系统，分别设有支承光导纤维24、28的金属套22、26，在各金属套22、26的一侧设在经过抗反射涂层处理的球透镜30，以便使光导纤维24所传送的光32的路线和光导纤维28所传送的光34的路线之集点聚集在一起。在上述各金属套22、26和球透镜30的周围设有罩20，该罩用于对各金属套22、26和球透镜30进行定位。在这种情况下，上述罩20是这样形成的，即它可同时支承并固定各金属套22、26及球透镜30，而且上述光耦合系统配置有两根以上的光导纤维。

这样构成的光耦合系统的制作方法如下述。

制作上述光耦合系统要经过以下几道工序：为了支承并固定两根光导纤维24及光导纤维28，而分别制作金属套22和金属套26的第一工序；将上述光导纤维24插入金属套22的中心部之后，再进行固定，将上述光导纤维28插入金属套26的中心部之后，再进行固定的第二工序；对各金属套22、26的断面进行研磨的第三工序；为了使光导纤维24所传送的光30的路线之焦点和光导纤维28所传送的光30的路线之焦点同时聚集在一起，而制作经过抗反射涂层处理的球透镜30的第四工序；为了对上述各金属套22、26和球透镜30进行定位，而计算移动距离D-d，制作罩20的第五工序。在这种情况下，在计算上述移动距离的数学公式中，可以用透镜的焦点距离-透镜的半径进行。另外，如图5及图6所示，为了将光耦合系统的反射损失特性保持在-45dB以下，制作时应使移动距离D-d为100μm，使通过光导纤维的光与前进轴之间的角度θ为8．6度，使光导纤维之间的间隔L为200μm，使两根光导纤维所传送的光的交叉支点距离球透镜的外侧面960μm。为了使移动距离D-d为100μm，使通过光导纤维的光与前进轴之间的角度为8．6度，制作时透镜和光导纤维需要进行抗反射涂层处理，球透镜的直径应为2mm、波长应为1．55μm。此外，光耦合系统的制作工序还包括对金属套22、26进行抗反射涂层处理后，再将其固定在罩20上的第六工序；以一定的压力把球透镜30压入罩20内并将其固定的第七工序。

图4所示为用本发明的光耦合系制作的波长分割耦合器的构造简图。参照图4，可以这样制作波长分割耦合器，即在上述波长分割耦合器的一侧，设有金属套40、44，分别用于支承两根光导纤维42、46，在金属套40、44的一侧，设有经过抗反射涂层处理的球透镜48，用于使两根光导纤维42、46所传送的光50、52的路线之焦点聚集在一起，在金属套40、44及球透镜48的周围，设有使金属套40、44及球透镜48固定并且对球透镜54进行定位的罩38。在上述波长分割耦合器的另一侧，设有支承一根光导纤维68的金属套66，在该金属套66的一侧，设有经过抗反射涂层处理的球透镜64，以便使一根光导纤维68所传送的光60的路线之焦点聚集在一起。在上述金属套66和球透镜64的周围，设有使金属套66及球透镜64固定，并使球透镜64定位的罩62。在上述球透镜48和球透镜64之间，设有介质滤光片56，以便使两根光导纤维42、46所传送的光50、52反射并且使一根光导纤维68所传送的光60透过。在滤光片56的上下端部，设有固定滤光片56用的支承座54，为了防止这样构成的部件脱离，并且从外部进行保护，用套筒36构成，并可制作波长分割耦合器。在这种情况下，在制作波长分割耦合器时，可以不考虑光导纤维的数量。

像上述这样构成的本发明光耦合系统装置，可以取得如下效果。

使用了上述球透镜的光耦合系统装置及光耦合系统的制作方法，可以解决在制作固定金属套和球透镜的罩子时进行定位，而使球透镜的中心轴离开光轴一定距离所必要的定位技术之难题；并且可以实现稳定的结构设计，以便保证使用球透镜的光耦合系统能适应于温度、振动、冲击等环境条件；在对金属套和球透镜定位时，不用定位工具便可进行定位，因此，可缩短定位时间，提高生产效率；在制作用两根以上的光导纤维的金属套的光耦合系统时，也可容易地进行制作；由于是将球透镜压入罩内之后，再将其固定在罩上，所以球透镜可以再使用。

Claims (8)

1、一种使用球透镜的光耦合系统装置，其特征在于，该装置的波长分割耦合器是由以下几部分构成的，即在所述波长分割耦合器的一侧分别设有支承两根光导纤维用的金属套；在所述金属套的一侧，设有球透镜，以使两根光导纤维所传送的光路之焦点聚集在一起；在所述金属套和球透镜的周围设有用于固定所述金属套和球透镜的罩，并对球透镜进行定位；在所述波长分割耦合器的另一侧，设有支承一根光导纤维用的金属套；在所述金属套的一侧，设有球透镜，以便所述一根光导纤维所传送的光路之焦点聚集在一起；在所述金属套和球透镜的周围设有用于固定所述金属套和球透镜的罩，并且对球透镜进行定位；在所述球透镜之间，设有介质滤光片，以便使所述两根光导纤维所传送的光反射，而使一根光导纤维所传送的光透过；在所述滤光片的上下端部，设有固定滤光片的支承座；为了防止具有所述结构的部件脱落，并且从外部进行保护，设置有套筒。

2、如权利要求1所述的使用球透镜的光耦合系统装置，其特征在于，所述球透镜是经过抗反射涂层处理以减少反射损失。

3、一种使用球透镜的光耦合系统的制作方法，其特征在于，它包括以下工序：

(a)为了支承和固定一光导纤维而制作金属套的第一工序；

(b)将该光导纤维插入所述金属套的中心部之后，再进行固定的第二工序；

(c)对所述光导纤维所结合的金属套的断面进行研磨的第三工序；

(d)为了使所述光导纤维所传送的光路之焦点聚集在一起，而制作经过抗反射涂层处理的球透镜的第四工序；

(e)为了使所述金属套和球透镜定位，而用透镜的焦点距离-透镜半径计算移动距离、制作罩子的第五工序；

(f)将所述金属套固定在罩上的第六工序；

(g)以一定的压力将球透镜压入上述罩内、并将其固定的第七工序。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(a)还包括如下步骤：

(a’)为了支承和固定另一光导纤维而制作另一金属套的工序。

5、如权利要求4所述的使用球透镜的光耦合系统装置，其特征在于，为了使所述反射损失特性保持在-45dB以下，制作时要使移动距离为100μm，使通过光导纤维的光与前进轴之间的角度保持8．6度。

6、如权利要求5所述的使用球透镜的光耦合系统的制作方法，其特征在于，为了使所述移动距离为100μm，使通过光导纤维的光与前进轴之间的角度保持8．6度，透镜和光导纤维是经过抗反射涂层处理的，而且球透镜的直径为2mm，透过的光的波长为1．55μm。

7、如权利要求4所述的使用球透镜的光耦合系统的制作方法，其特征在于，为了使所述两根光导纤维的反射损失特性保持在-45dB以下，制作时要使移动距离为100μm，所述光导纤维之间的间隔L为200μm，通过光导纤维的光与前进轴之间的角度为8．6度，两根光导纤维所传送的光的交叉支点离开透镜的外侧面为960μm。

8、如权利要求3或4所述的使用球透镜的光耦合系统的制作方法，其特征在于，在所述第六工序中金属套是经过抗反射涂层处理的、而且是被固定在罩上的。

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