CN1073239C - 具有防残留散射光线返回信号线装置的光学器件及其制法 - Google Patents

具有防残留散射光线返回信号线装置的光学器件及其制法 Download PDF

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Abstract

一种光学器件，包括：信号传输光纤，用以将输入光信号传送到输出端口；散射光线吸收光纤，用以吸收在光学器件中产生的多次反射光线；套圈，用以固定住信号传输光纤和散射光线吸收光纤；透镜，用以对通过信号传输光纤传送的输入光信号聚焦；和外套，用以使套圈与透镜固定对准，由此可防止反射光线返回到信号传输光纤中。

Description

具有防残留散射光线返回信号 线装置的光学器件及其制法
本发明涉及一种具有防散射光线返回信号线装置的光学器件，其中散射光线在信号传输期间在器件中被多次反射。
本申请是根据韩国申请42982/1995号而提出的，这里提及该文件以供参考。
常规的这种光学器件如图1所示，包括：信号传输光纤106，用以将输入光信号90传送到输出端口；套圈96，用以固定住该信号传输光纤106；透镜100，用以对通过信号传输光纤106传送的输入光信号90聚焦；和外套94，用以使套圈96与透镜100固定对准。
在该器件中，当输入光信号90经信号传输光纤106传送到透镜100时，一部分输入光信号90在套圈96和透镜100之间的空间变为多次反射的光线98。尽管大部分输入光信号90被透镜100聚焦而传送到输出端口，但仍有一部分多反射光线98会返回到信号传输光纤106中，成为散射光线92又传送到光传输器件里面而与输入光信号90混在一起，还有一部分传送到输出端口。这种情况会产生很大的干扰、传输的反射损失、等等。为了克服这些缺点，曾提出过在器件的连接表面上精确研磨角度和设置防反射涂层。但是，这类方法会使制造过程复杂化，因而成本增加且降低了器件的可靠性。
本发明的目的在于提供一种光学器件，该光学器件具有能吸收在光传输器件中产生的多反射光线并将其释放到外面的装置，从而消除干扰而改善和稳定光传输器件的以高速传送大量光信号所需要的光信号传输特性。
本发明的另一目的在于提供一种光学器件，该光学器件具有能提供按照光源的输出而线性形成的光信号的装置，从而尽可能减小由一多波长和多时信号传输系统中的多次反射而造成的信号失真。
本发明的再一目的在于提供一种光信号传输系统，该系统具有能利用多反射光线并借助测定随时间和外部环境的变化来监测信号传输线的装置。
按照本发明的一个方面，一种光学器件包括：信号传输光纤，用以将输入光信号传送到输出端口；散射光线吸收光纤，用以吸收在光学器件中产生的多反射光线；套圈，用以固定住信号传输光纤和散射光线吸收光纤；透镜，用以对通过信号传输光纤传送的输入光信号聚焦；和外套，用以使套圈与透镜固定对准，由此可防止反射光线返回到信号传输光纤中。
按照本发明的另一方面，一种制造防光学器件中产生的散射光线返回信号线的光学器件的方法，包括以下步骤：制取信号传输光纤，用以将输入光信号传送到输出端口或将输出信号传送到输入端口；制取散光线吸收光纤，用以吸收在器件中产生的多反射光线，以防止其返回信号传输光纤；在吸收光纤的外端设置涂有反射吸收材料的散射光吸收层或仔细研磨其角度，以防止散射光线传回到输出端口；设置套圈，用以固定住信号传输光纤和吸收光纤；将信号传输光纤固定到套圈里面；将吸收光纤固定到套圈里面并保持与信号传输光纤有一距离(d)，该距离(d)是信号波长的一给定倍数；研磨包含信号传输光纤和吸收光纤的套圈的外端表面；设置透镜，用以对通过信号传输光纤传送的输入光信号聚焦；设置外套，用以使套圈与透镜隔一给定空间对准；以及，将套圈和透镜固定在外套中。
以下参照仅作为例子的附图对本发明作更具体的说明。
图1为常规光学器件及其多反射机理的示意图；
图2为按本发明的实施例提出的光学器件及其多反射机理的示意图；
图3为包含信号传输光纤和散射光线吸收光纤的套圈的剖面示意图；
图4为按本发明另一实施例提出的光学器件及其多反射机理的示意图；
图5为本发明的由2×2级构成的光学器件的示意图；
图6为按照本发明制成的激光二极管模件的结构示意图；
图7为按照本发明的一个光信号连接器的结构示意图；
图8为一曲线圈，示出光的反射率随着本发明中的套圈端表面与透镜之间距离而变化的情况；
图9为一曲线图，示出本发明光学器件的输出随波长而变化的情况；
图10为一曲线图，示出本发明光学器件的输出随时间而变化的情况；
图11为一曲线图，示出本发明光学器件的输出随输入光束而变化的情况。
参看图2和图3，本发明的光学器件包括：信号传输光纤20，用以将输入光信号10传送到输出端口(或将输出光信号传送到输入端口)；和散射光线吸收光纤16，用以吸收在光学器件中产生的多反射光线22。散射光线吸收光纤16由玻璃材料制的多模式光纤构成。用表面覆有防反射涂层以降低反射损失的套圈18将信号传输光纤20和散射光线吸收光纤16牢固固定住。还设有透镜24，用以对通过信号传输光纤20传送的输入光信号10聚焦；和设有外套14，用以使套圈18和透镜24对准。
工作时，输入光信号10通过信号传输光纤20传送到透镜24的一端。在该端处，一部分输入光信号变为套圈18与透镜24之间的多反射光线22。被透镜24聚焦的输入光信号10传送到输出端口，而多反射光线22中的大部分变为散射光线12并经过散射光线吸收光纤16释放到外面。只有残留的一小部分多反射光线22与输入光信号10一起传送到输出端口。
以下参看图8-11所示的实验数据和模拟曲线更具体地说明可防止散射光线返回信号传输光纤的散射光线吸收光纤的工作情况。
图8示出光的反射率随本发明的套圈的端面与透镜之间距离而变化的曲线，其所处条件是：套图表面被研磨成有8级光洁度；套圈和透镜表面无防反射涂层(AR涂层)；透镜半径为1毫米；透镜折射率在1550毫微米时为1.814。图中横轴代表套圈后端表面与透镜前端表面之间的距离L，纵轴代表反射率(最大处为1)。可看出，最小反射率(1％)出现在距离L为0.1146毫米处。在此L距离中1％的反射光线受到连续反射，造成输出(输出信号102和返回到信号传输光线并通过其输出的多反射光线104)的不稳定性。
参看图9，其中信号1表示本发明中的输出信号，该信号是原来的输出光信号26和返回到信号传输光纤并通过其输出的多反射光线28之和；信号SINK表示被散射光线吸收光纤16吸收的散射光线12；而信号2表示常规的输出信号，该信号是原来的输出光信号102和返回到信号传输光纤并通过其输出的多反射光线104之和。图中示出本发明的输出信号值比常规的输出信号值平均低0.4到0.5分贝，其差值除了实验误差之外是由多次反射的光线造成的。也就是，对于常规的套圈96，有很多反射的光线返回到信号传输光纤中，而本发明的套圈中设有附加的散射光线吸收光纤16，可吸收多反射光线而将其释放到外面。信号SINK代表通过吸收光纤16释放到外面的反射光线，与信号传输光纤中的信号相比，其差值实际上大于-30分贝，现将其画在同一图上以表明其变化。
图10示出波长为1550毫微米时输出随时间的变化。参照光源为实验中所用的波长随时间可变的稳定光源。在给定的42分钟期间，常规的输出表现出有0.4分贝的变化率，而本发明的输出有0.2分贝的变化率。由于变化率较低，因此本发明的输出特性有了改进。这是因为吸收光纤16连续吸收反射光线的结果。
随输入功率变化的输出示于图11，从中可看出，对于本发明的套圈18，其输入与输出几乎呈线性变化；而对于常规的套圈96，其输出对于输入值表现出不稳定。
此外，在图3和4所示的本发明另一实施例中，本发明的光学器件包括：信号传输光纤20，用以将输入光信号10传送到输出端口(或将输出光信号传送到输入端口)；和散射光线吸收光纤16，用以吸收在光学器件中产生的多反射光线22。散射光线吸收光纤16由玻璃材料制的多模式光纤构成。吸收光纤16的一端涂有反射光吸收材料(例如阻抗匹配油)涂覆的散射光吸收层30，以防止由吸收光纤16吸收的散射光线12又传回到输出中。或者也可以，使吸收光纤16的端部终结在套圈18的外端，且精磨其角度，或者在套圈18内定位，使之能防止散射光线12传送到输出端口。信号传输光纤20和吸收光纤16由套圈1 8牢固固定，套圈上涂有一种AR涂层，以减小反射损失。还设有透镜24，用以对通过信号传输光纤20施加的输入光信号聚焦。利用一个外套将套圈18和透镜24对准。
一种制造本发明光学器件的方法包括以下步骤：制取信号传输光纤20，用以将输入光信号10传送到输出端口或将输出信号传送到输入端口；制取散射光线吸收光纤16，用以吸收在器件中产生的多反射光线22，以防止其返回信号传输光纤；在吸收光纤16的外端设置涂有反射吸收材料的散射光吸收层30或仔细研磨其角度，以防止散射光线12传回输出端口；设置套圈18，用以固定住信号传输光纤20和吸光纤16；将信号传输光纤20固定到套圈里面；将吸收光纤16固定到套圈里面并保持与信号传输光纤20有一距离“d”，该距离是信号波长的一给定倍数，较可取的是0.125毫米；研磨包含信号传输光纤20和吸收光纤16的套圈18的外端表面；设置透镜24，用以对通过信号传输光纤20传送的输入光信号10聚焦；设置外套14，用以使套圈18与透镜24隔一给定空间对准；以及，将套圈18和透镜24固定在外套14中。最好是，将吸收光纤16的外端定位在套圈里面。套圈18的外径“D”选择成能容纳在光学器件中。
工作时，输入光信号10通过信号传输光纤20传送到透镜24的内端。这时，一部分输入光信号在套圈18与透镜24之间变成多反射光线22。输入光信号10由透镜24聚焦而加到输出端口。大部分多反射光线22被吸收光纤16吸收而作为散射光线12释放到外面。也就是，散射光线12被散射光吸收层30堵住，不能传回到输出端口，只有极少量多反射光线22与输入光信号一起传送到输出端口。
参看图5，图中示出由2×2级构成的一个光学器件，其包括由外壳32包住的两个传输部件。每个传输部件都包含：一条传送光信号的信号传输光纤42、50；一条散射光吸收光纤44、52，安装在与信号传输光纤有一给定距离的位置上，用以吸收器件中产生的多反射光线；一个套圈40、48，用以固定住信号传输光纤42、50和吸收光纤44、52；一个透镜34、47，安装在离套圈40、48一端有一定距离的给定位置上，用以对通过信号传输光纤42、50传送的光信号聚焦；以及一个外套38、46，用以使套圈40、48与透镜34、47固定对准。这两个部件与装在两个透镜47和34之间的光纤36组装在一起，用以反射或发送通过信号传输光纤42和50传送的光。
按照本发明的又一方面，如图6所示，提出了一种激光二极管模件，包括：用以发射激光束60的激光二极管芯片56；施加一电压到激光二极管芯片上的驱动部件58；激光二极管模件的模件套54；和对着激光束安装的光学器件，该光学器件包含：信号传输光纤68，用以传送激光束；散射光线吸收光纤70，安装在与信号传输光纤有一给定距离的位置上，用以吸收在模件套54内产生的多反射光线；套圈66，用以固定住信号传输光纤68和吸收光纤70；透镜64，安装在离套圈66一端有一定距离的给定位置上，用以对激光束60聚焦；以及外套62，用以使套圈66与透镜64固定对准。
图7示出一个光信号连接器，它由两个部件组成，每个部件都包括：一条传送光信号的信号传输光纤72、80；一条散射光线吸收光纤84、82，安装在与信号传输光纤有一给定距离的位置上，用以吸收连接器中产生的多反射光线；一个套圈74、78，用以固定住信号传输光纤72、80和吸收光纤84、82。分别包含信号传输光纤72和80的套圈74和78由外壳76固定对准。
由上述可知，在光传输器件中产生的大部分多反射光线都被散射光线吸收光纤吸收而释放到外面，于是消除了干扰，改善和稳定了为以高速传送大量光信号而需要的光学传输系统的光信号传输特性。此外，本发明的器件提供了按光源输出而线性形成的光信号，大大减小了在多波长和多时信号传输系统中由多反射引起的信号失真。再有，可利用吸收光纤的光，通过检测由时间和外界环境造成的变化，来监测信号传输线。还有，本发明无须精确研磨套圈端表面的角度，因而降低了成本。

Claims (17)

1．一种光学器件，包括：信号传输光纤，用以将输入光信号传送到输出端口；散射光线吸收光纤，用以吸收在所述光学器件中产生的多反射光线；套圈，用以固定住信号传输光纤和散射光线吸收光纤；透镜，用以对通过信号传输光纤传送的输入光信号聚焦；和外套，用以使所述套圈与透镜固定对准，由此防止反射光线返回到信号传输光纤中。
2．如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，还包括散射光线吸收层，设置在所述吸收光纤的一端上，该吸收层涂有反射光吸收材料，以防止由所述吸收光纤吸收的散射光线传回到所述输出端口。
3．如权利要求2所述的光学器件，其特征在于，所述反射光吸收材料是阻抗匹配油。
4．如权利要求2所述的光学器件，其特征在于，所述吸收光纤的一端终结在所述套圈的外端，以防止所述散射光线传回到所述输出端口。
5．如权利要求4所述的光学器件，其特征在于，所述吸收光纤的端部被精磨角度，以防止所述散射光线传回到所述输出端口。
6．如权利要求4所述的光学器件，其特征在于，所述吸收光纤的端部定位在套圈内，以防止所述散射光线传送到所述输出端口。
7．如权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，所述吸收光纤由多模式光纤构成。
8．如权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，所述吸收光纤由玻璃材料制成。
9．如权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，所述套圈的表面涂有防反射涂层，以减小反射损失。
10．如权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，所述信号传输光纤用以将输出光信号传送到输入端口。
11．一种具有2×2级的光学器件，包括由一外壳包住的两个传输部件，每个传输部件都包含：一条传送光信号的信号传输光纤；一条散射光线吸收光纤，安装在与所述信号传输光纤有一给定距离的位置上，用以吸收所述器件中产生的多反射光线；一个套圈，用以固定住所述信号传输光纤和所述吸收光纤；一个透镜，安装在离所述套圈一端有一定距离的给定位置上，用以对通过所述信号传输光纤传送的光信号聚焦；以及一个外套，用以使所述套圈与所述透镜固定对准；这两个传输部件与装在两个透镜之间的一光纤组装在一起，用以反射或发送通过所述信号传输光纤传送的光，以防止反射光线返回到所述信号传输光纤中。
12．一种激光二极管模件，包括：用以发射激光束的激光二极管芯片；施加一电压到所述激光二极管芯片上的驱动部件；所述激光二极管模件的模件套；和对着所述激光束安装的光学器件，该光学器件包含：信号传输光纤，用以传送所述激光束；散射光线吸收光纤，安装在与所述信号传输光纤有一给定距离的位置上，用以吸收在所述模件套内产生的多反射光线；套圈，用以固定住所述信号传输光纤和所述吸收光纤；透镜，安装在离所述套圈一端有一定距离的给定位置上，用以对所述激光束聚焦；以及外套，用以使所述套圈与所述透镜固定对准，以防止反射光线返回到所述信号传输光纤中。
13．一种光信号连接器，由两个部件组成，每个部件都包括：一条传送光信号的信号传输光纤；一条散射光线吸收光纤，安装在与所述信号传输光纤有一给定距离的位置上，用以吸收在所述连接器中产生的多反射光线；一个套圈，用以固定住所述信号传输光纤和所述吸收光纤，两个各包含信号传输光纤的所述套圈由一外壳固定对准，以防止反射光线返回到所述信号传输光纤中。
14．一种制造防光学器件中产生的散射光线返回信号线的光学器件的方法，包括以下步骤：
制取信号传输光纤，用以将输入光信号传送到输出端口或将输出信号传送到输入端口；
制取散射光线吸收光纤，用以吸收在所述器件中产生的多反射光线，以防止其返回到所述信号传输光纤中；
在所述吸收光纤的外端设置涂有反射吸收材料的散光吸收层或仔细研磨其角度，以防止散射光线传回到输出端口；
设置套圈，用以固定住所述信号传输光纤和吸收光纤；
将所述信号传输光纤固定到所述套圈里面；
将所述吸收光纤固定到所述套圈里面并保持与所述信号传输光纤有一距离(d)，该距离(d)是信号波长的一给定倍数；
研磨包含所述信号传输光纤和吸收光纤的所述套圈的外端表面；
设置透镜，用以对通过所述信号传输光纤传送的所述输入光信号聚焦；
设置外套，用以使所述套圈与所述透镜隔一给定空间对准；以及，
将所述套圈和透镜固定在所述外套中。
15．如权利要求14所述的制造光学器件的方法，其特征在于，所述套圈的外径(D)选择成能容纳到所述光学器件中。
16．如权利要求14所述的制造光学器件的方法，其特征在于，所述信号传输光纤与所述吸收光纤之间的距离(d)为0.125毫米。
17．如权利要求14所述的制造光学器件的方法，其特征在于，所述吸收光纤的外端位于所述套圈的里面。
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