CN110609353B - 一种转角透镜光纤阵列及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转角透镜光纤阵列及其制作方法，光纤阵列的裸纤端端面为倾斜的光学平面，且所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部在竖直平面内切断尖端，并且在切断的断面处形成向前部突出的凸面透镜，且所述凸面透镜的焦点位于光纤的纤芯内。本发明基于光纤阵列可以快速实现光路转角，相比于传统的光纤阵列具有40％‑50％的耦合效率，本发明对光纤阵列的端面进行切割处理并形成向前突出的凸面透镜，从而使得光纤阵列的端面具有聚焦功能，大大提高了其耦合效率，可达到60％‑70％的耦合效率，满足绝大部分场景应用需求。同时其短交付周期和低前提投入、耐宽温的优势可满足越来越高要求的快速迭代的现代化需求。

Description

一种转角透镜光纤阵列及其制作方法

技术领域

本发明涉及光纤传输技术领域，尤其涉及一种转角透镜光纤阵列及其制作方法。

背景技术

市面上主流的90°转角耦合有两种方案：多级聚光透镜加一级光路反射的透镜耦合方案，光纤研磨45°角直接实现光路90°转角的光纤阵列方案。透镜耦合方案耦合效率可以高达80～90％，但透镜需要开模注塑，需要花费较长的模具加工时间，且透镜所需要的模具费用也不菲。透镜耦合方案的前期长时间、高投入的特点决定了该方案只适合于成熟的大规模应用案例，不适合快速迭代的高响应度需求。光纤阵列方案不需要开模定制，对应的原材料使用划片机划片即可完成，可实现短期的迅速打样及批量生产，光纤阵列对应的玻璃材质也可提供部分高端耐宽温要求。但光纤阵列的耦合效率在发射端一般只能达到40％～50％，较难满足高灵敏度和高带宽的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种转角透镜光纤阵列。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种转角透镜光纤阵列，所述光纤阵列的裸纤端端面为倾斜的光学平面，且所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部在竖直平面内切断尖端，并且在切断的断面处形成向前部突出的凸面透镜，且所述凸面透镜的焦点位于光纤的纤芯内。

本发明的有益效果是：本发明的转角透镜光纤阵列，基于光纤阵列可以快速实现光路转角，相比于传统的光纤阵列具有40％-50％的耦合效率，本发明对光纤阵列的端面进行切割处理并形成向前突出的凸面透镜，从而使得光纤阵列的端面具有聚焦功能，大大提高了其耦合效率，可达到60％-70％的耦合效率，满足绝大部分场景应用需求。同时其短交付周期和低前提投入、耐宽温的优势可满足越来越高要求的快速迭代的现代化需求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述裸纤端端面的倾斜角度范围为38-50度。

进一步：所述裸纤端端面的倾斜角度为45度。

进一步：在所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部采用激光切割工艺在竖直平面内切断尖端，并且切断的断面处形成向前部突出的凸面透镜。

上述进一步方案的有益效果是：采用激光切割工艺可以利用激光切割时瞬间的高温，使得靠近断面处的部分光纤会瞬间熔融，并在激光脉冲断开后重新固化，在表面的张力作用下形成一个向前突出的凸面透镜。

进一步：激光的切割线沿着垂直于光纤阵列的轴线方向，且所述切割线与光纤纤芯的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离为5-10μm。

上述进一步方案的有益效果是：通过控制所述切割线与光纤纤芯的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离，可以避免在对所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部进行切割时引起光纤纤芯熔融，影响光纤端面的耦合效率。

本发明还提供了一种转角透镜光纤阵列的制作方法，包括如下步骤：

将裸纤端端面为倾斜光学平面的光纤阵列固定在激光切割机上，且所述光学平面位于激光切割机出射激光的光路上；

调整所述激光切割机的切割线，使得所述激光切割机的切割线沿着垂直于光纤阵列的轴线方向，且所述切割线对准所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部；

所述激光切割机发射激光并沿着所述切割线在竖直平面内切断尖端，并在切断的断面处形成一个向前突出的凸面透镜；

对所述凸面透镜进行加工，使得所述凸面透镜的焦点位于光纤的纤芯内。

本发明的转角透镜光纤阵列的制作方法，对光纤阵列的端面进行切割处理并形成向前突出的凸面透镜，从而使得光纤阵列的端面具有聚焦功能，相比于传统的光纤阵列具有40％-50％的耦合效率，大大提高了其耦合效率，可达到60％-70％的耦合效率，满足绝大部分场景应用需求。同时其短交付周期和低前提投入、耐宽温的优势可满足越来越高要求的快速迭代的现代化需求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述切割线位于光纤纤芯边缘和所述裸纤端尖端之间，且所述切割线与光纤纤芯的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离为5-10μm。

上述进一步方案的有益效果是：通过控制所述切割线与光纤纤芯的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离，可以避免在对所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部进行切割时引起光纤纤芯熔融，影响光纤端面的耦合效率。

进一步：所述对所述凸面透镜进行加工的具体实现为：

调整激光切割机的激光参数，并照射加热所述凸面透镜，以调整所述凸面透镜的曲率半径，使得所述凸面透镜的焦点位于光纤的纤芯内。

上述进一步方案的有益效果是：通过调整激光参数，可以使得凸面透镜升温，以致所述凸面透镜的表面形状变化，引起所述凸面透镜的曲率半径变化，从而使其交点位于光纤的纤芯内，有利于增加激光接收角度和接收面积，从而提高激光的耦合效率。

附图说明

图1为本发明的转角透镜光纤阵列的正视图；

图2为本发明的转角透镜光纤阵列的左视图；

图3为本发明的转角透镜光纤阵列的尖端切割示意图；

图4为本发明的切割后的转角透镜光纤阵列的结构示意图；

图5为图4中A处的局部放大示意图；

图6为未切割的转角透镜光纤阵列的光接收面积和接收角度示意图；

图7为本发明切割后的转角透镜光纤阵列的光接收面积和接收角度示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、光纤微带，2、刻槽基片，3、盖片，4、激光器。

11、裸纤端，12、微带端；

111、纤芯，112、凸面透镜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明的一种转角透镜光纤阵列，所述光纤阵列包括光纤微带1、刻槽基片2和盖片3，所述光纤微带1包括除去光纤图层的裸纤端11和具有施加光纤图层的微带端12，所述刻槽基片2上形成有多个平行阵列设置的用于放置所述裸纤端11的V形刻槽，且所述裸纤端11从所述V形刻槽的前端伸出，所述盖片3将所述裸纤端压在所述V形刻槽内，所述刻槽基片2、盖片3和裸纤端通过粘合剂连接固定，所述光纤阵列的裸纤端11端面为倾斜的光学平面，且所述光学平面上位于纤芯111以外区域的前部在竖直平面内切断尖端，并且在切断的断面处形成向前部突出的凸面透镜112，且所述凸面透镜112的焦点位于光纤的纤芯内。

本发明的转角透镜光纤阵列，基于光纤阵列可以快速实现光路转角，相比于传统的光纤阵列具有40％-50％的耦合效率，本发明对光纤阵列的端面进行切割处理并形成向前突出的凸面透镜，从而使得光纤阵列的端面具有聚焦功能，大大提高了其耦合效率，可达到60％-70％的耦合效率，满足绝大部分场景应用需求。同时其短交付周期和低前提投入、耐宽温的优势可满足越来越高要求的快速迭代的现代化需求。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述裸纤端11端面的倾斜角度范围为38-50度。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述裸纤端11端面的倾斜角度为45度。

在本发明提供的一个或多个实施例中，在所述光学平面上位于纤芯111以外区域的前部采用激光切割工艺在竖直平面内切断尖端，并且切断的断面处形成向前部突出的凸面透镜112。采用激光切割工艺可以利用激光切割时瞬间的高温，使得靠近断面处的部分光纤会瞬间熔融，并在激光脉冲断开后重新固化，在表面的张力作用下形成一个向前突出的凸面透镜112。

在本发明提供的一个或多个实施例中，激光的切割线沿着垂直于光纤阵列的轴线方向，且所述切割线与光纤纤芯111的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离为5-10μm。通过控制所述切割线与光纤纤芯111的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离，可以避免在对所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部进行切割时引起光纤纤芯熔融，影响光纤端面的耦合效率。

本发明还提供了一种转角透镜光纤阵列的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：将裸纤端11端面为倾斜光学平面的光纤阵列固定在激光切割机上，且所述光学平面位于激光切割机出射激光的光路上；

步骤2：调整所述激光切割机的切割线，使得所述激光切割机的切割线沿着垂直于光纤阵列的轴线方向，且所述切割线对准所述光学平面上位于纤芯111以外区域的前部，如图3所示；

步骤3：所述激光切割机发射激光并沿着所述切割线在竖直平面内切断尖端，并在切断的断面处形成一个向前突出的凸面透镜112，如图4和图5所示；

步骤4：对所述凸面透,112进行加工，使得所述凸面透镜的焦点位于光纤的纤芯111内。

本发明的转角透镜光纤阵列的制作方法，对光纤阵列的端面进行切割处理并形成向前突出的凸面透镜112，从而使得光纤阵列的端面具有聚焦功能，相比于传统的光纤阵列具有40％-50％的耦合效率，大大提高了其耦合效率，可达到60％-70％的耦合效率，满足绝大部分场景应用需求。同时其短交付周期和低前提投入、耐宽温的优势可满足越来越高要求的快速迭代的现代化需求。

正常的转角光纤阵列其光接收面积和接收角度如图6所示，由于只有纤芯111可以有效接收光，激光器4出射激光后，其光接收角度为α，其余部分的光无法进入光纤纤芯111内部，经过本发明处理后的转角透镜光纤阵列其光接收面积和接收角度如图7所示，由于凸面透镜112具有聚焦功能，因此其有效光接收部分为纤芯111和凸面透镜112两部分，激光器4出射激光后，其光接收角度为β，因此本发明处理后的转角透镜光纤阵列，照射至凸面透镜112上的光线会由于其聚焦作用使得光线进入所述纤芯内，并在纤芯内进行传输，其光接收面积和光接收角度大大增加了，这样可以使得光纤阵列的耦合效率大幅度提高。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述切割线位于光纤纤芯111边缘和所述裸纤端11的尖端之间，且所述切割线与光纤纤芯111的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离为5-10μm。通过控制所述切割线与光纤纤芯111的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离，可以避免在对所述光学平面上位于纤芯111以外区域的前部进行切割时引起光纤纤芯熔融，影响光纤端面的耦合效率。

需要说明的是，这里，所述切割线与光纤纤芯111的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的最小距离与光纤的规格有关，实际中需要根据不同规格的光纤进行调整，以达到更好的聚焦效果，从而使得耦合效率更高。

在本发明提供的一个或多个实施例中，所述对所述凸面透镜进行加工的具体实现为：

调整激光切割机的激光参数，并照射加热所述凸面透镜112，以调整所述凸面透镜112的曲率半径，使得所述凸面透镜112的焦点位于光纤的纤芯内。

通过调整激光参数，可以使得凸面透镜升温，以致所述凸面透镜112的表面形状变化，引起所述凸面透镜112的曲率半径变化，从而使其交点位于光纤的纤芯内，有利于增加激光接收角度和接收面积，从而提高激光的耦合效率。这里，所述激光参数包括激光脉冲时间和脉冲能量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种转角透镜光纤阵列，其特征在于，所述光纤阵列的裸纤端端面为一个倾斜的光学平面，且所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部在垂直于光纤阵列轴线方向的竖直平面内切断尖端，并且在切断的断面处形成向前部突出的凸面透镜，且所述凸面透镜的焦点位于光纤的纤芯内。

2.根据权利要求1所述的转角透镜光纤阵列，其特征在于，所述裸纤端端面的倾斜角度范围为38-50度。

3.根据权利要求2所述的转角透镜光纤阵列，其特征在于，所述裸纤端端面的倾斜角度为45度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的转角透镜光纤阵列，其特征在于，在所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部采用激光切割工艺在竖直平面内切断尖端，并且切断的断面处形成向前部突出的凸面透镜。

5.根据权利要求4所述的转角透镜光纤阵列，其特征在于，激光的切割线沿着垂直于光纤阵列的轴线方向，且所述切割线与光纤纤芯的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的距离为5-10μm。

6.一种转角透镜光纤阵列的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

将裸纤端端面为一个倾斜光学平面的光纤阵列固定在激光切割机上，且所述光学平面位于激光切割机出射激光的光路上；

调整所述激光切割机的切割线，使得所述激光切割机的切割线沿着垂直于光纤阵列的轴线方向，且所述切割线对准所述光学平面上位于纤芯以外区域的前部；

所述激光切割机发射激光并沿着所述切割线在竖直平面内切断尖端，并在切断的断面处形成一个向前突出的凸面透镜；

对所述凸面透镜进行加工，使得所述凸面透镜的焦点位于光纤的纤芯内。

7.根据权利要求6所述的转角透镜光纤阵列的制作方法，其特征在于，所述切割线位于光纤纤芯边缘和所述裸纤端尖端之间，且所述切割线与光纤纤芯的边缘沿着光纤阵列的轴线方向之间的距离为5-10μm。

8.根据权利要求6所述的转角透镜光纤阵列的制作方法，其特征在于，对所述凸面透镜进行加工的具体方法为：

调整激光切割机的激光参数，并照射加热所述凸面透镜，以调整所述凸面透镜的曲率半径，使得所述凸面透镜的焦点位于光纤的纤芯内。

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