CN109725373A - 一种用于光通讯领域的to非球面透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光通讯领域中光模块接收组件的TO非球面透镜，该透镜从激光输入方依次为凹球面和非球面凸面，透镜材料为K‑VC89玻璃。该透镜将激光二极管发射的波长为1.310微米、高斯半径为4微米、发散角度为26°的激光，在距离发射端2.5毫米的接收端面处会聚成为半径5.795微米的光斑。
Description
技术领域
本发明属于光通讯和光束整形变换领域，特别涉及将激光二极管发射的波长为1.310微米、高斯半径为4微米、发散角度为26°的激光，在距离发射端2.5毫米的接收端会聚成为半径5.795微米的光斑的非球面透镜整形镜头。
背景技术
在光通讯领域中，TO透镜广泛应用于光模块中的接收组件，将携带调制信息的激光从发射端耦合到光电接收端，从光学角度看，其本质是一个起会聚作用的整形镜头。目前的TO透镜有的是简单的一个球体，光线经过前后两个球面，发生两次折射，该整形球体结构简单，但光束会聚后光斑很大，光斑尺寸超过接收器件尺寸会导致光束能量接收效率太低。有的整形镜头采用两个专门优化设计的球面透镜减小会聚光斑，但结构复杂，增加了装配难度。
本发明采用单一透镜，前表面为凹球面，后表面为非球面凸面，只有一个透镜，结构和装配简单；采用非球面设计，减小会聚后的光斑，提高能量接收效率。将激光二极管发射的波长为1.310微米、高斯半径为4微米、发散角度为26°的激光，在距离发射端2.5毫米的接收端会聚成为半径5.795微米的光斑。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单并且能强有力会聚激光二极管发射的光线的非球面整形透镜。
本发明针对激光二极管发射的波长为1.310微米、高斯半径为4微米、发散角度为26°的激光，在距离发射端2.5毫米的接收端会聚成为半径5.795微米的光斑。
本发明公开一种激光光束整形镜头，从激光输入方依次为凹球面和非球面凸面，透镜材料为K-VC89玻璃。
本发明有益效果
本发明采用单一透镜，只有一个透镜，结构和装配简单；采用非球面设计，减小会聚后的光斑，提高能量接收效率。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明TO非球面透镜的结构与参数标示示意图；
图2是本发明TO非球面透镜的光束变换过程二维光路模拟图
具体实施方式：
请参阅图1，本发明非球面整形镜头从激光输入方依次为凹球面和非球面凸面。其中x轴代表整形镜头的光轴，两个面均为以x轴对称的形状。
透镜材料采用K-VC89光学玻璃，其对激光二极管发射的波长为1.310微米的光波的折射率为1.804。透镜两个表面的曲面部分的孔径为D 1=0.8mm，两个表面的全部孔径大小D 2=2mm。透镜侧面是直径为2mm的圆柱面。
非球面透镜针对针对激光二极管发射的波长为1.310微米、高斯半径为4微米、发散角度为26°的激光进行会聚整形，在距离发射端2.5毫米的接收端将激光会聚成为半径5.795微米的光斑。
透镜的第一个面是凹球面，曲率半径为0.5976mm。第二个曲面为非球面凸面，满足以下偶次非球面表达式：
(1)
其中为非球面上某点的垂轴高度，x轴为光轴，也为镜头的对称轴，上式中的x值以图1最左侧为起点，c为非球面的曲率，a 2为圆锥常数，a 4为非球面形变系数；透镜前表面(1)与激光二极管发光面的距离为d 1，透镜后表面(2)与接收端的距离为d 2，透镜厚度为thick，透镜前表面(1)的球面曲率半径为R，非球面顶点横坐标 xvertex= d 1 +thick，这些参数的取值经优化算法筛选之后，取列表1中的数值；透镜前后两个曲面部分的孔径D 1=0.8mm，整个透镜的孔径D 2=2mm。
Claims (4)
1.一种用于光通讯领域的TO非球面透镜，其特征在于：透镜前表面(1)为凹球面，后表面(2)为非球面凸面，侧表面为圆柱面；该透镜将激光二极管发射的波长为1.310微米、高斯半径为4微米、发散角度为26°的激光，在距离发射端2.5毫米的接收端会聚成为半径5.795微米的光斑。
2.如权利要求1所述的一种用于光通讯领域的TO非球面透镜，其特征在于：其后表面(2)用以下方程描述：
其中 为非球面上某点的垂轴高度，c为非球面的曲率，a 2为圆锥常数，a 4为非球面形变系数，x轴为光轴，也是透镜的对称轴；透镜前表面(1)与激光二极管发光面的距离为d 1，透镜后表面(2)与接收端的距离为d 2，透镜厚度为thick，透镜前表面(1)的球面曲率半径为R，以激光二极管发光面为x=0，则xvertex= d 1 +thick，这些参数的取值如列表1所示；透镜前后两个曲面部分的孔径D 1=0.4mm，整个透镜的孔径D 2=2mm。
3.如权利要求1所述的一种用于光通讯领域的TO非球面透镜，其特征在于：该透镜所用的材料为对1.310微米波长的光波折射率为1.804的K-VC89玻璃。
4.如权利要求1所述的一种用于光通讯领域的TO非球面透镜，其特征在于：透镜的通光口径为2mm。
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