CN112230342A - 一种高回损同轴准直器及其装配工艺 - Google Patents

一种高回损同轴准直器及其装配工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种高回损同轴准直器及其装配工艺，属于准直器设计技术领域，其步骤包括：1)装配准直器，2)调节准直器。本发明的准直器能够适应于长距离传输、回损要求较高的场合。

Description

一种高回损同轴准直器及其装配工艺
技术领域
本发明属于准直器设计技术领域，涉及一种高回损准直器设计，具体为一种高回损同轴准直器及其装配工艺。
背景技术
光纤准直器由光纤头与自聚焦透镜精确定位而成。它可以将光纤内的传输光转变成准直光或将外界平行光耦合至单模光纤内。光纤准直器在耦合时会存在不同程度的偏差，主要包括轴向偏差、离轴偏差和角度偏差。
离轴偏差损耗的计算公式为：
Figure BDA0002764780710000011
ω0为光纤的束腰半径，ω0＝5.05um，λ为入射光波长，λ＝1.55um，
Figure BDA0002764780710000012
为自聚焦透镜折射率变化的聚焦常数，
Figure BDA0002764780710000013
n0为透镜的中心折射率，其值为1.61，代入离轴偏差损耗的计算公式中得离轴偏差与离轴偏差损耗之间的关系，参见图1，结合离轴偏差损耗的计算公式可知，离轴偏差损耗和离轴偏差的平方成正比关系。
角度偏差损耗的计算公式：
Figure BDA0002764780710000014
ω0为光纤的束腰半径，ω0＝5.05um，λ为入射光波长，λ＝1.55um，
Figure BDA0002764780710000015
为自聚焦透镜折射率变化的聚焦常数，
Figure BDA0002764780710000016
n0为透镜的中心折射率，其值为1.61，代入角度偏差损耗的计算公式中得角度偏差与角度偏差损耗之间的关系，参见图2，光纤准直器对于角度误差的要求非常大，角度偏差为0.072°时，耦合损耗为1dB，因此，光纤准直器耦合时最重要的就是解决角度偏差的问题。
轴向偏差损耗的计算公式：
Figure BDA0002764780710000017
ω0为光纤的束腰半径，ω0＝5.05um，λ为入射光波长，λ＝1.55um，代入轴向偏差损耗的计算公式中得轴向偏差与轴向偏差损耗之间的关系，参见图3，结合轴向偏差损耗的计算公式可知，轴向偏差LZ所带来的损耗和轴向偏差Z的平方成正比关系，光纤准直器对于轴向误差的精度要求最低，当轴向偏差为120mm时，引起的误差才达到1dB。
综上分析可知，光纤准直器的耦合损耗主要是由三种偏差造成，在设计时必须要将三种偏差损耗降到最低。由于光纤准直器耦合时对于轴向误差要求最低，因此在实际设计时可以不用考虑轴向偏差带来的损耗。对于离轴偏差，要保证离轴偏差小于0.02mm是可以做到的，这时的耦合损耗是0.049dB，因此，离轴偏差也是比较容易保证的。但是，角度偏差的要求是最高的，要保证准直器耦合角度偏差小于0.07°是很困难的事情，因为在制作准直器中，很难将准直器光束与机械部分偏角小于0.07°。现有技术中使用的TEC热扩芯光纤可以将耦合角度1dB容差精度要求降低3倍，即耦合角度为1dB时，角度偏差为0.21°，使用TEC光纤准直器虽然解决了单模光纤耦合时对于偏角误差的过高精度的要求，同时离轴误差和轴向误差的精度要求也不高，可以达到旋转变化量与互配性要求，但是回损只能达到30db。
发明内容
针对上述现有的光纤准直器回损率小的问题，本发明提出了一种高回损同轴准直器及其装配工艺，其具体技术方案如下：
1、一种高回损同轴准直器的装配工艺，包括以下步骤：
1)装配准直器：
将光纤固定在毛细管上组合形成光纤头，将光纤头和透镜组沿着外管体的轴向安装在外管体的内腔中；
2)调节准直器：
旋转步骤1)装配的准直器，用光束扫描仪对准直器的出光光斑进行检查，调节准直器的出光偏角，确保出光偏角在0.05°-0.1°范围内。
进一步限定，所述步骤1)装配准直器的具体步骤为：将光纤固定在毛细管上组合形成光纤头，将光纤头、第一透镜和第二透镜沿着外管体的轴向按照自前往后的顺序安装在外管体的内腔中，通过第二透镜对光纤进行二次耦合。
进一步限定，所述第一透镜和第二透镜的截距均为0.25㎜，所述第一透镜和第二透镜的外径公差范围均为±0.005μm。
进一步限定，所述外管体(1)的内径公差范围为±0.003μm。
进一步限定，所述光纤为普通单模光纤。
上述高回损同轴准直器的装配工艺所装配的高回损同轴准直器，包括外管体、光纤头和透镜组，所述光纤头和透镜组沿着外管体的轴向置于外管体的内腔中。
进一步限定，所述高回损同轴准直器还包括光束扫描仪，所述光束扫描仪的光束扫描端朝向透镜组的出光端面。
进一步限定，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述光纤头、第一透镜和第二透镜按照自前往后的顺序依次沿着外管体的轴向置于外管体的内腔中。
进一步限定，所述第一透镜为GLENS透镜或CLENS透镜，所述第二透镜为GLENS透镜或CLENS透镜。
进一步限定，所述外管体为玻璃管或陶瓷管。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过在准直器上设置透镜组，透镜组包括第一透镜和第二透镜，通过第二透镜对现有的准直器进行二次耦合，使得光束偏角小于0.07°，既保障了旋转变化量小于1db，又可满足高回损要求。
2、利用本发明的装配工艺能够保证调节的准直器出光偏角在0.05°-0.1°范围内，可有效保障产品互配性，回损至少为55db，适应于长距离传输、回损要求较高的场合，装配工艺简单。
附图说明
图1为光纤准直器离轴误差的损耗曲线；
图2为光纤准直器角度误差的损耗曲线；
图3为光纤准直器轴向误差的损耗曲线；
图4为实施例1高回损同轴准直器的结构示意图；
图5为实施例2高回损同轴准直器的结构示意图；
其中，1-外管体，2-光纤，3-毛细管，4-透镜组，41-第一透镜，42-第二透镜。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明的技术方案进行进一步的解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。
本发明的一种高回损同轴准直器的装配工艺，包括以下步骤：
1)装配准直器：
将光纤2固定在毛细管3上组合形成光纤头，将光纤头和透镜组4沿着外管体1的轴向安装在外管体1的内腔中；
2)调节准直器：
旋转步骤1)装配的准直器，用光束扫描仪对准直器的出光光斑进行检查，调节准直器的出光偏角，确保出光偏角在0.05°-0.1°范围内。
上述所述步骤1)装配准直器的具体步骤为：将光纤2固定在毛细管3上组合形成光纤头，将光纤头、第一透镜41和第二透镜42沿着外管体1的轴向按照自前往后的顺序安装在外管体1的内腔中，通过第二透镜42对光纤进行二次耦合。
优选的，第一透镜41和第二透镜42的截距均为0.25㎜，第一透镜41和第二透镜42的外径公差范围均为±0.005μm。
优选的，外管体1的内径公差范围为±0.003μm。
优选的，光纤2普通单模光纤。
采用上述高回损同轴准直器的装配工艺所装配的高回损同轴准直器，包括外管体1、光纤头和透镜组4，光纤头和透镜组4沿着外管体1的轴向置于外管体1的内腔中，光纤头由毛细管3和固定连接在毛细管3上的光纤2组成。透镜组4包括第一透镜41和第二透镜42，光纤头、第一透镜41和第二透镜42按照自前往后的顺序依次沿着外管体1的轴向置于外管体1的内腔中。第一透镜41为GLENS透镜或CLENS透镜，第二透镜42为GLENS透镜或CLENS透镜，光纤头与第一透镜41之间的间距为0.03～0.05mm，第二透镜42的出光端面与光束扫描仪的光束扫描端之间的间距为0.03～0.05mm。外管体1为玻璃管或陶瓷管。
优选的，上述高回损同轴准直器还包括光束扫描仪，光束扫描仪的光束扫描端朝向透镜组4的出光端面。
实施例1
本实施例的一种高回损同轴准直器的装配工艺，其步骤为：
1)装配准直器：
将光纤2固定在毛细管3上组合形成光纤头，将光纤头、第一透镜41和第二透镜42沿着外管体1的轴向按照自前往后的顺序依次安装在外管体1的内腔中，通过第一透镜41对光纤2进行一次耦合，通过第二透镜42对光纤2进行二次耦合，将光纤2连接在毛细管3上与第一透镜41相对的端部。第一透镜41和第二透镜42的截距均为0.25㎜，第一透镜41和第二透镜42的外径公差范围均为±0.005μm，光纤2为普通单模光纤，外管体1的内径公差范围为±0.003μm；
2)调节准直器：
旋转步骤1)装配的准直器一周，用光束扫描仪对准直器的出光光斑进行检查，同时调节准直器的出光偏角，确保出光偏角在0.05°-0.1°范围内。
参见图4和图5，利用本实施例的装配工艺所装配的高回损同轴准直器，其包括外管体1、光纤头、透镜组4和光束扫描仪，透镜组4由第一透镜41和第二透镜42组成，第一透镜41和第二透镜42均为GLENS透镜，光纤头是将光纤2和毛细管3胶粘固定组合在一起，将毛细管3端面研磨，表面镀膜后形成的；光纤头、第一透镜41和第二透镜42沿着外管体1的轴向按照自前往后的顺序置于外管体1的内腔中，且光纤头、第一透镜41和第二透镜42均与外管体1的内腔壁胶粘结，光纤头与第一透镜41之间的间距为0.03mm。外管体1为高精度的玻璃管，光束扫描仪的光束扫描端朝向第二透镜42的出光端面，且第二透镜42的出光端面与光束扫描仪的光束扫描端之间的间距为0.03mm。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例的高回损同轴准直器，其第一透镜41为GLENS透镜，第二透镜42为CLENS透镜，外管体1为高精度的陶瓷管，光纤头与第一透镜41之间的间距为0.05mm，第二透镜42的出光端面与光束扫描仪的光束扫描端之间的间距为0.05mm，其余均与实施例相同。
将实施例1中的高回损同轴准直器与市场上现售的普通多模光纤准直器和TEC光纤准直器作性能对比，其结果见表1：
表1：实施例1的高回损同轴准直器与现售准直器性能对比表
Figure BDA0002764780710000051
Figure BDA0002764780710000061
通过表1可知，实施例1中的高回损同轴准直器，期出光偏角小于<0.10°，旋转变化量<1dB，任意互配性<1.2dB，回损为55dB，由此可见，实施例1中的高回损同轴准直器可有效保障产品互配性、旋转变化量与高回损的要求，适应于对回损要求较高的场合。
由上述分析可知，本发明的高回损同轴准直器的装配工艺过程简单，成本低，通过第二透镜对现有的准直器进行二次耦合，使得光束偏角小于0.07°，既保障了旋转变化量小于1db，又可满足高回损要求。本发明的高回损同轴准直器，其具有产品互配性好、旋转变化量低与回损高的特性，能够满足长距离传输、高回损要求。

Claims (10)

1.一种高回损同轴准直器的装配工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)装配准直器：
将光纤(2)固定在毛细管(3)上组合形成光纤头，将光纤头和透镜组(4)沿着外管体(1)的轴向安装在外管体(1)的内腔中；
2)调节准直器：
旋转步骤1)装配的准直器，用光束扫描仪对准直器的出光光斑进行检查，调节准直器的出光偏角，确保出光偏角在0.05°-0.1°范围内。
2.如权利要求1所述的高回损同轴准直器的装配工艺，其特征在于，所述步骤1)装配准直器的具体步骤为：将光纤(2)固定在毛细管(3)上组合形成光纤头，将光纤头、第一透镜(41)和第二透镜(42)沿着外管体(1)的轴向按照自前往后的顺序安装在外管体(1)的内腔中，通过第二透镜(42)对光纤(2)进行二次耦合。
3.如权利要求2所述的高回损同轴准直器的装配工艺，其特征在于，所述第一透镜(41)和第二透镜(42)的截距均为0.25㎜，所述第一透镜(41)和第二透镜(42)的外径公差范围均为±0.005μm。
4.如权利要求2所述的高回损同轴准直器的装配工艺，其特征在于，所述外管体(1)的内径公差范围为±0.003μm。
5.如权利要求1或2所述的高回损同轴准直器的装配工艺，其特征在于，所述光纤(2)为普通单模光纤。
6.基于权利要求1所述的高回损同轴准直器的装配工艺所装配的高回损同轴准直器，其特征在于，包括外管体(1)、光纤头和透镜组(4)，所述光纤头和透镜组(4)沿着外管体(1)的轴向置于外管体(1)的内腔中。
7.如权利要求6所述的高回损同轴准直器，其特征在于，所述高回损同轴准直器还包括光束扫描仪，所述光束扫描仪的光束扫描端朝向透镜组(4)的出光端面。
8.如权利要求6或7所述的高回损同轴准直器，其特征在于，所述透镜组(4)包括第一透镜(41)和第二透镜(42)，所述光纤头、第一透镜(41)和第二透镜(42)按照自前往后的顺序依次沿着外管体(1)的轴向置于外管体(1)的内腔中。
9.如权利要求8所述的高回损同轴准直器，其特征在于，所述第一透镜(41)为GLENS透镜或CLENS透镜，所述第二透镜(42)为GLENS透镜或CLENS透镜。
10.如权利要求9所述的高回损同轴准直器，其特征在于，所述外管体(1)为玻璃管或陶瓷管。
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