CN106908910A - 一种多模光纤和光电探测器的耦合结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，包括一反射结构和一汇聚结构，所述反射结构用于将光纤的所有输出光束反射到所述汇聚结构的输入端里，反射结构可以是反射镜或光纤自带一定角度的光纤端面，反射镜的反射面和光纤端面可镀有高反射膜；所述汇聚结构用于实现光束的传输和聚集，其输出端与光电探测器相连接，汇聚结构含有上口径较大、下口径较小的喇叭状通孔结构，其反射面可镀有高反射膜。利用反射结构的反射和汇聚结构中喇叭口状的通孔结构实现光束的反射、传输和聚焦，可以极大的减小系统的复杂程度，使得该耦合结构具有高耦合效率、插损小、低成本、组装简单快捷、体积较小等优点，有利于大规模的生产应用。

Description

一种多模光纤和光电探测器的耦合结构
技术领域
本发明涉及光纤通讯领域，特别涉及一种用于多模光纤和光电探测片的耦合结构。
背景技术
由于多模光纤的纤芯模场较大，而高速光电探测器的感光区域较小，因此在多模光纤和光电探测器的耦合结构中，不能采用光纤纤芯直接对准探测器的方式来进行耦合，都需要在其光路中加入一些光束整形或者聚焦的光学器件来实现耦合。传统的做法是采用压模塑料透镜的方式来实现，但是此种方式开模投入非常巨大，成本很高，而且透镜的设计复杂，参数敏感性高，所能允许的误差很小，稍有不慎就会出现纰漏，需要极为精准的控制才有较大的把握实现产品的研制生产，并且研发和生产周期也较长。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于多模光纤和光电探测片的耦合结构，该耦合结构具有高耦合效率、低成本、组装简单快捷、体积较小等优点，以满足日益增长的高性能、低成本高速传输产品的需求。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，包括一反射结构和一汇聚结构，所述反射结构用于将光纤的所有输出光束反射到所述汇聚结构的输入端里；所述汇聚结构用于实现光束的传输和聚集，其输出端与光电探测器相连接；所述光电探测器用于实现光束的接收、耦合与转换。
进一步的，所述反射结构为反射镜或多模光纤输出端的光纤端面，所述光纤端面与竖直方向被磨成一定角度，通过光纤端面的全内反射将输出光束反射到所述汇聚结构里。
进一步的，所述汇聚结构为镀金属膜微片结构、玻璃柱体或棒状结构、塑料柱体或棒状结构。
进一步的，所述镀金属膜微片结构、玻璃柱体和塑料柱体均含有喇叭状通孔，所述玻璃棒状结构和塑料棒状结构均呈喇叭状通孔结构，该通孔的上口径大于下口径，呈倒置放置，口径大的一端作为所述汇聚结构的输入端，口径小的一端作为所述汇聚结构的输出端，与光电探测器相连接。
进一步的，所述通孔的反射面镀有至少一层高反射膜。
进一步的，所述通孔口径大的一端尺寸大于从反射结构反射到汇聚结构的入射光斑尺寸，口径小的一端尺寸小于或等于光电探测器感光区域尺寸。
进一步的，所述镀金属膜微片结构、玻璃柱体和塑料柱体为实体结构，所含通孔的口径上大下小，利用全反射原理进行光束传输与整形聚焦。
进一步的，所述反射镜的反射面镀有至少一层高反射膜。
进一步的，所述光纤端面镀有至少一层高反射膜。
进一步的，所述光纤端面被磨成的角度为小于依所述光纤材料的折射率计算出的全反射角时，在光纤端面上镀有至少一层高反射膜。
采用上述技术方案，光束从光纤纤芯中出射后到达反射镜，被反射镜反射后的光束向下传输进入汇聚结构，光束也可以被光纤自身带有一定角度的光纤端面全内反射后向下传输进入汇聚结构，由于汇聚结构含有上口径大于下口径的喇叭状通孔，从口径大的一端进入的光束会在汇聚结构的反射面上进行反射，由于该反射面镀有高反射膜，或者汇聚结构采用实心结构，利用全反射原理而不镀膜，都不会产生额外的损耗，从而使光束完全被限制在该汇聚结构中，无论被反射面反射多少次该光束都会向下传输，并且由于通孔下方的口径较小，小于或等于光电探测器的感光区域，则在其中的所有光束都将入射到该感光区域上，完成高效率的耦合。在此设计方案中，利用反射结构的反射和汇聚结构中喇叭口状的通孔结构实现光束的反射、传输和聚焦，可以极大的减小系统的复杂程度，使器件做到简单小型整洁美观，可有效的节约产品成本，且降低了装配难度，使器件易于装配调试，装配效率高，又具有一致性好，耦合效率高，插损小，良好的温度性能，有利于大规模的生产应用。
附图说明
图1为本发明耦合结构中实施例一的原理示意图。
图2为本发明耦合结构中实施例二的原理示意图。
图3为本发明耦合结构中实施例三的原理示意图。
其中：1.多模光纤，11.光纤纤芯，12.光纤端面，2.反射镜，21.反射镜的反射面，3.汇聚结构，31.汇聚结构的反射面，4.光电探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，包括一反射结构和一汇聚结构，所述反射结构用于将光纤的所有输出光束反射到所述汇聚结构的输入端里；所述汇聚结构用于实现光束的传输和聚集，其输出端与光电探测器相连接；所述光电探测器用于实现光束的接收、耦合与转换。
图1为本发明耦合结构中实施例一的原理示意图，如图所示，一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，包括多模光纤1、反射镜2、汇聚结构3和光电探测器4，汇聚结构用于实现光束的传输和聚集。从多模光纤纤芯11中出射的光束入射到反射镜2的反射面21上，该反射面上也可以镀有至少一层高反射膜，以减少光束的透射损失，光束被反射镜的反射面21反射后入射到汇聚结构3中，汇聚结构3设有上口径较大、下口径较小的喇叭状通孔，上口径尺寸大于从反射镜反射形成的入射光斑尺寸，使得该反射光束全部进入到汇聚结构3中，以减少光束损耗，而后光束在汇聚结构3的反射面31上进行反射，无论经过多少次反射，该反射面反射的光束都将进入到光电探测器4的感光区域中，该反射面31也可以镀有至少一层高反射膜，使得光束可以全部进行反射而不至于产生损耗，全部光束最后进入到光电探测器的感光区域中。
汇聚结构3通孔中口径较小的一端与光电连接器相连接，该口径尺寸小于或等于光电探测器4的感光区域，以使从汇聚结构3出射的光束能够全部进入该感光区域，以减少光损耗，实现高耦合效率。
汇聚结构3可以为镀金属膜微片结构、玻璃柱体或塑料柱体，镀金属膜微片结构、玻璃柱体或塑料柱体可以为实体结构，此时这些结构中的反射面可以不镀高反射膜，依靠全反射原理将光束全部反射到光电探测器的感光区域中而不会产生额外的损耗。
图2为本发明耦合结构中实施例二的原理示意图，该耦合结构原理与图1不同的是采用光纤自带一定角度的光纤端面来代替反射镜以实现光的全内反射。该光纤端面镀有至少一层高反射膜，当光纤中光束传输到光纤端面12上时，在该光纤端面上进行全内反射后光束往下方出射，再经汇聚结构3反射面的反射后进入到光电探测器中。光纤可由不同材料制成，不同材料具有不同的折射率，依不同材料的折射率计算可得出光线在该材料制成的光纤中反射面的全反射角。当光纤端面与竖直方向被磨成的角度小于该全反射角时，需在该光纤端面上镀有至少一层高反射膜，以实现光束的全内反射，降低光束的损耗。该光纤端面12起到了图1中反射镜2的作用，可以实现高效率耦合，再者此结构简单，可以极大的减小系统的复杂程度，使器件做到简单小型，易于实现和装配调试。
图3为本发明耦合结构中实施例三的原理示意图，与图2或图1 所不同的是，该汇聚结构采用玻璃棒状结构或塑料棒状结构，该玻璃棒状结构或塑料棒状结构呈上口径较大、下口径较小的喇叭状通孔结构，上口径尺寸大于从反射结构反射所形成的入射光斑尺寸，下口径尺寸小于或等于光电探测器4感光区域尺寸，其利用光的内反射原理实现光束的传输和聚焦。光束入射到该汇聚结构3中后，将被完全限制在其中传输，然后在其输出端光束出射后进入光电探测器4的感光区域。
上述实施例仅为详细介绍本发明所选取的优选方式，当不以此为限。
本发明采用微光学原理设计，可以极大地降低光束插损，提高耦合效率，组装调试过程简单快捷，具有良好的温度性能，有利于大规模的生产应用。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，包括一反射结构和一汇聚结构，所述反射结构用于将光纤的所有输出光束反射到所述汇聚结构的输入端里；所述汇聚结构用于实现光束的传输和聚集，其输出端与光电探测器相连接；所述光电探测器用于实现光束的接收、耦合与转换。
2.如权利要求1所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述反射结构为反射镜或多模光纤输出端的光纤端面，所述光纤端面与竖直方向被磨成一定角度，通过光纤端面的全内反射将输出光束反射到所述汇聚结构里。
3.如权利要求1或2所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述汇聚结构为镀金属膜微片结构、玻璃柱体或棒状结构、塑料柱体或棒状结构。
4.如权利要求3所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述镀金属膜微片结构、玻璃柱体和塑料柱体均含有喇叭状通孔，所述玻璃棒状结构和塑料棒状结构均呈喇叭状通孔结构，该通孔的上口径大于下口径，呈倒置放置，口径大的一端作为所述汇聚结构的输入端，口径小的一端作为所述汇聚结构的输出端，与光电探测器相连接。
5.如权利要求4所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述通孔的反射面镀有至少一层高反射膜。
6.如权利要求4所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述通孔口径大的一端尺寸大于从反射结构反射到汇聚结构的入射光斑尺寸，口径小的一端尺寸小于或等于光电探测器感光区域尺寸。
7.如权利要求4所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述镀金属膜微片结构、玻璃柱体和塑料柱体为实体结构。
8.如权利要求2所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述反射镜的反射面镀有至少一层高反射膜。
9.如权利要求2所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述光纤端面镀有至少一层高反射膜。
10.如权利要求2所述的一种多模光纤与光电探测器的耦合结构，其特征在于，所述光纤端面被磨成的角度为小于依所述光纤材料的折射率计算出的全反射角时，在光纤端面上镀有至少一层高反射膜。
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