CN109765656A - 扩束多模光纤透镜及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扩束多模光纤透镜及制作方法，包括多模光纤及透镜，还包括研磨系统、放电系统、固定系统、光纤尖端监控系统、光斑监控系统及软件系统；本扩束多模光纤透镜及制作方法达到更高的耦合效率；有效解决因为芯片光纤耦合生产合格率及成本的问题，能够降低高功率产品的成本，改善质量，提高可靠性，并使产品封装小型化。

Description

扩束多模光纤透镜及制作方法

技术领域

本发明涉及光纤封装技术领域，更具体地说是指一种扩束多模光纤透镜及制作方法。

背景技术

当前光学中透镜同类技术直接用在多模光纤前端形成楔形透镜时，无法达到高耦合效率要求，尤其是低数字孔径多模光纤。但是低耦合效率将容易造成很多封装问题，如能耗高，成本高，烧光纤，功率输出不稳定，可靠性差。光纤泄漏能耗大，员工耦合效率低，员工操作困难，耦合光斑范围比较小，难以达到要求。

目前另一类技术是在芯片的快慢轴上加透镜，这样成本高，封装结构大且复杂。但这种结构必须用胶水粘接透镜，胶水对高可靠性有非常大影响。这种产品精度及使用可靠性等没法运用到航天和国防领域。

因此，有必要开发出一种扩束多模光纤透镜及制作方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供扩束多模光纤透镜及制作方法，通过高温加热多模光纤，是光纤尖端形成一个比光纤直径更大的球，抛成楔形并使楔形前端透镜在球面最大直径处，有效提高了耦合效率。

为了解决上述技术问题，本发明包括多模光纤及透镜，还包括研磨系统、放电系统、固定系统、光纤尖端监控系统、光斑监控系统及软件系统；

所述透镜的加工工艺流程如下：

a.所述多模光纤用所述固定系统固定于所述放电系统的正负电极的中心位置；

b.所述多模光纤经过所述撰述放电系统的放电高温加热，其外表面的履层先熔化下流后，所述多模光纤尖端只留下光纤的纤芯；

c.再继续将所述多模光纤高温加热，所述多模光纤的纤芯熔化，熔化后的纤芯在所述多模光纤尖端形成一个比光纤直径大的球；

d.冷却后，再用所述研磨系统的抛光机将所述多模光纤前端的球抛成楔形，并使楔形前端的所述透镜在球面最大直径处；

e.再运用所述光纤尖端监控系统使楔形顶端研磨到球的Y方向中心位置；

f.研磨完成后，用所述光斑监控系统进行通光观察，观察光斑形状是否堆成，确定是否研磨到Z方向中心位置；

g.使研磨好的楔形再放置在放电系统电极的中心位置，开始放电，使楔形尖端在电弧作用下熔化形成曲面，使光斑达到芯片模场；

h.最后扩束形成一个比多模光纤直径大的楔形透镜。

进一步方案为，所述放电系统为5000伏电弧系统使多模光纤熔化，通过控制放电系统的电流、电压、放电时间及次数，使光纤尖端融化。

进一步方案为，所述透镜的楔形夹角角度为50～130度。

进一步方案为，所述光纤400um和400um以下各种直径的各种直径的。

进一步方案为，所述多模光纤扩束后的直径能达到光纤纤芯直径的200％。

进一步方案为，所述耦合效率从80％改善到92％以上。

进一步方案为，所述放电系统内设置有摄像机。

进一步方案为，所述研磨系统能调节角度，以适应不同发散角芯片的模场。

进一步方案为，所述研磨系统研磨光斑对称性能控制对称精度在1um以内，表面粗糙度小于0.5um。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本扩束多模光纤透镜及制作方法达到更高的耦合效率；有效解决因为生产合格率及成本的问题，能够降低高功率产品的成本，改善质量，提高可靠性，并使产品封装小型化，主要有益效果如下；

1.产品功率更稳定，扩束后，光纤在水平方向有更大直径，芯片发出的光可以被更大的光纤接收，光纤有更大的容差接收芯片光斑；

2.耦合效率提高后，更少光的泄露，这样也解决高功率激光器烧光纤的问题；

3.耦合效率提高后，高功率激光器漏光产生的热量减少，能耗降低，产品温度降低，产品的可靠性提高；

4.能够解决光纤耦合的芯片产品在更大温差的环境中工作；

5.采供透镜的方法会增加封装尺寸，严重制约小型化封装的发展，这种扩束透镜直接和芯片耦合，使封装能够往小型化高功率方向发展。

附图说明

图1为本发明具体实施例的多模光纤透镜的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的透镜的楔形角度的示意图；

图3为本发明具体实施例的工作原理示意图。

附图标记

1、多模光纤；2、透镜；3、芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本发明的具体实施例，包括多模光纤及透镜，还包括研磨系统、放电系统、固定系统、光纤尖端监控系统、光斑监控系统及软件系统；

透镜的加工工艺流程如下：

a.多模光纤用所述固定系统固定于所述放电系统的正负电极的中心位置；

b.多模光纤经过所述撰述放电系统的放电高温加热，其外表面的履层先熔化下流后，多模光纤尖端只留下光纤的纤芯；

c.再继续将所述多模光纤高温加热，多模光纤的纤芯熔化，熔化后的纤芯在所述多模光纤尖端形成一个比光纤直径大的球；

d.冷却后，再用所述研磨系统的抛光机将所述多模光纤前端的球抛成楔形，并使楔形前端的所述透镜在球面最大直径处；

e.再运用光纤尖端监控系统使楔形顶端研磨到球的Y方向中心位置；

f.研磨完成后，用光斑监控系统进行通光观察，观察光斑形状是否堆成，确定是否研磨到Z方向中心位置；

g.使研磨好的楔形再放置在放电系统电极的中心位置，开始放电，使楔形尖端在电弧作用下熔化形成曲面，使光斑达到芯片模场；

h.最后扩束形成一个比多模光纤直径大的楔形透镜。

进一步地，放电系统为5000伏电弧系统使多模光纤熔化，通过控制放电系统的电流、电压、放电时间及次数，使光纤尖端融化。

进一步地，如图2所示透镜的楔形角度θ为50～130度。

进一步地，光纤为400um和400um以下各种直径的多模光纤。

进一步地，多模光纤扩束后的直径能达到光纤纤芯直径的200％。

进一步地，耦合效率达到80％～92％以上。

进一步地，放电系统内设置有摄像机。

进一步地，研磨系统能调节角度，以适应不同发散角芯片的模场。

进一步地，研磨系统研磨光斑对称性能控制对称精度在1um以内，表面粗糙度小于0.5um。

本发明使用自动设备制作，本设备集研磨系统、放电系统、光纤位置固定系统、光斑监控系统，光纤尖端监控系统及软件系统为一体。

1.运用高精度夹具，使光纤尖端置于放电系统的正负电极的中心位置开始放电，该放电系统是5000V放电体统，该系统可以调节电压高低、电极远近、放电时间及次数。电压、电极距离一旦确定，无需更改，通过按钮控制放电时间及次数。

2.放电过程中，有摄像机实时监控光纤尖端直径变化，尖端会形成一个球，不同放电时间及次数会形成不同大小的球，当球达到要求值时，停止放电，最大可以把纤芯扩大到两倍纤芯直径。

3.形成球后，开始运用研磨系统研磨球形成楔形，通过光纤尖端监控系统使楔形顶端研磨到球的Y方向中心位置，使楔形前端最宽，研磨体统可以调节角度，研磨出的楔形透镜的夹角从50度到130度，以适应不同发散角芯片的模场。

4.研磨完成后，进行通光观察光斑形状是否对称，而确定是否研磨到Z方向中心位置(楔形两边是否对称)，如果不对称，对多的一面再进行研磨使楔形两边对称。

5.运用光斑对称性能控制对称精度在1um以内，表面粗糙度小于0.5um。

6.楔形研磨完成后，开始在形成楔形透镜。

7.使研磨好的楔形再放置在放电电极的中心位置。

8.开始放电，使楔形尖端在电弧作用下熔化形成曲面，同时监控光斑系统光斑的变化，当光斑达到客户芯片模场要求值时，停止放电，取出光纤。

本发明的多模光纤放电高温加热使光纤熔化，应用自身重力原理，多模光纤尖端形成一个比光纤直径更大的球。由于温度精确控制，外表面clading履层先熔化下流，这样光纤尖端就只剩下光纤纤芯，再继续加热，是光纤纤芯熔化，熔化光芯就会在光纤尖端形成一个比光纤直径大的球，然后用抛光机吧前端的球抛成楔形并使楔形前端透镜在球面最大直径处，这样就形成一个更大直径的楔形透镜，有效提高耦合效率。

本发明扩束多模光纤透镜及制作方法达到更高的耦合效率；有效解决因为生产合格率及成本的问题，能够降低高功率产品的成本，改善质量，提高可靠性，并使产品封装小型化；

1.本发明达到更高的耦合效率；能将多模光纤的耦合效率提高15％，有效解决因为生产合格率及成本的问题。

2.解决了一些大光斑耦合问题，扩束能将纤芯扩大两倍，能用小纤芯耦合大光斑芯片。

3.耦合效率提高后，更少的泄露，这样也解决高功率激光器烧光纤的问题。

4.耦合效率提高后，高功率激光器漏光产生的热量减少，能耗降低，产品温度降低，产品的可靠性提高。

5.能够解决产品在更大温差的环境中工作。

6.采供透镜的方法会增加封装尺寸，严重制约小型化封装的发展，这种扩束透镜直接和芯片耦合，使封装能够往小型化高功率方向发展。

以上所述仅为本专利优选实施方式，并非限制本专利范围，凡是利用说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均属于本专利保护范围。

Claims (9)

1.一种扩束多模光纤透镜及制作方法，包括多模光纤及透镜，其特征在于：还包括研磨系统、放电系统、固定系统、光纤尖端监控系统、光斑监控系统及软件系统；

所述透镜的加工工艺流程如下：

a.所述多模光纤用所述固定系统固定于所述放电系统的正负电极的中心位置；

b.所述多模光纤经过所述撰述放电系统的放电高温加热，其外表面的cladding先熔化下流后，所述多模光纤尖端只留下光纤的纤芯；

c.再继续将所述多模光纤高温加热，所述多模光纤的纤芯熔化，熔化后的纤芯在所述多模光纤尖端形成一个比光纤直径大的球；

d.冷却后，再用所述研磨系统的抛光机将所述多模光纤前端的球抛成楔形，并使楔形前端的所述透镜在球面最大直径处；

e.再运用所述光纤尖端监控系统使楔形顶端研磨到球的Y方向中心位置；

f.研磨完成后，用所述光斑监控系统进行通光观察，观察光斑形状是否对称，确定是否研磨到Z方向中心位置；

g.使研磨好的楔形再放置在放电系统电极的中心位置，开始放电，使楔形尖端在电弧作用下熔化形成曲面，使光斑达到芯片模场；

h.最后扩束形成一个比多模光纤直径大的楔形透镜。

2.如权利要求1所述的扩束多模光纤透镜及制作方法，其特征在于：所述放电系统为5000伏电弧系统使多模光纤熔化，通过控制放电系统的电流、电压、放电时间及次数，使光纤尖端融化。

3.如权利要求1所述的扩束多模光纤透镜及制作方法，其特征在于：所述透镜的楔形夹角角度为50～130度。

4.如权利要求1所述的扩束多模光纤透镜及制作方法，其特征在于：所述光纤纤芯为400um和400um以下各种直径的多模光纤。

5.如权利要求1所述的扩束多模光纤透镜及制作方法，其特征在于：所述多模光纤扩束后的直径能达到光纤纤芯直径的200％。

6.如权利要求1所述的扩束多模光纤透镜及制作方法，其特征在于：所述耦合效率从80％改善到92％以上。

7.如权利要求1所述的扩束多模光纤透镜及制作方法，其特征在于：所述放电系统内设置有摄像机。

8.如权利要求1所述的扩束多模光纤透镜及制作方法，其特征在于：所述研磨系统能调节角度，以适应不同发散角芯片的模场。

9.如权利要求1所述的扩束多模光纤透镜及制作方法，其特征在于：所述研磨系统研磨光斑对称性能控制对称精度在1um以内，表面粗糙度小于0.5um。