CN115267985B - 一种透镜耦合准直系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种透镜耦合准直方法，包括耦合角度校准和透镜准直耦合两个过程，在耦合角度校准过程中，采用耦合角度校准单元对入射光纤的出射光路角度进行校准，在透镜准直耦合过程中，使用分光玻璃片将光束分为两路等同的光束，并在分光玻璃片后端使用一个光斑采集模块对该两路等同的光束进行成像，通过调节待耦合透镜位置，观测光斑采集模块上光斑形态，完成光束的准直。该发明在透镜准直耦合时，不需要前后移动光斑采集模块，就可同时监测光束在不同传播距离时的光斑大小，以确定光斑是否达到最佳准直状态，同时通过监控两个光斑之间距离，可确定光斑为0°出射，不止简化了耦合过程，还使光斑的出射角度有了明确的监控指标。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种透镜耦合准直系统及方法。
背景技术
在光器件的封装中，常常需要将发散的光束转换成一束平行准直的光束，以使得光束在器件内部获得更远的传播距离、更高的耦合效率、更低的合波损失。
目前进行光束准直一般有两种办法：一种是使用具有渐变折射率的自聚焦准直透镜，另外一种是选用透镜进行耦合准直。然而这两种准直方法在现在的使用中都存在一些不足之处，自聚焦准直透镜存在通用性差的问题，针对不同结构、不同波长需要选择对应的型号，而采用透镜耦合准直的方法中，激光在准直之后，光束的发散角测量难度较高，操作复杂，光束的传输角度测量缺乏参考目标，测试精度差。
发明内容
本发明的目的是提供一种透镜耦合准直方法，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种透镜耦合准直方法，包括如下步骤：
1)将入射光纤通过光纤夹具固定，采用耦合角度校准单元对入射光纤的出射光路角度进行校准；
2)在步骤1)经过校准的入射光纤的出射光路上依次设置分光玻璃片和光斑采集模块；
3)将待耦合的透镜放置于入射光纤与分光玻璃片之间的光路上；
4)光源一发出两个波长的等能量的光束，依次经过入射光纤、待耦合的透镜和分光玻璃片，经过分光玻璃片后，光束分为两路等同的光束，经光斑采集模块采用两路光束形成两个光斑；
5)调节待耦合透镜的位置，使得两个光斑的大小一致且最小，同时使两个光斑的连线水平且两个光斑中心的距离达到设计目标值，固定待耦合透镜与入射光纤相对位置即可。
进一步的，所述步骤1)中耦合角度校准单元包括光环形器、光源、光功率计和校准玻璃片；入射光纤的出射光路角度校准过程如下：
a、将入射光纤的输入端通过光环形器分别与光源二和光功率计连接，校准玻璃片通过角度可调夹具固定安装于入射光纤的出射光路上，其中校准玻璃片上设有高反射膜；
b、光源二发出光，光经过环形器入射到入射光纤，从入射光纤的出光面出射，光到达校准玻璃片表面后，被高反膜反射，部分光功率返回到入射光纤中，并经过环形器进入到光功率计，显示能量读数；
c、通过角度可调夹具调节校准玻璃片的摆放角度，使得光功率计显示能量达到最大，此时入射光纤的出射光路调整至最佳角度，再将分光玻璃片替换角度可调夹具上的校准玻璃片即可。
进一步的，所述分光玻璃片的入射面与侧面呈θ角度，且0°＜θ＜90°；所述分光玻璃片的出射端部分设有带通滤波片，且该带通滤波片位于分光玻璃片的入射光路上。
进一步的，所述光斑采集模块为光束质量分析仪。
进一步的，所述步骤5)中待耦合透镜与入射光纤通过胶粘或激光焊接方式固定。
另外，本发明还提供了一种透镜耦合准直系统，适用于上述的透镜耦合准直方法，包括光源一、入射光纤、待耦合透镜、分光玻璃片和光斑采集模块，所述入射光纤通过光纤夹具固定，所述分光玻璃片通过角度可调夹具固定，所述光源一位于入射光纤的入射端，所述分光玻璃片位于入射光纤的出射光路上，所述待耦合透镜通过透镜位置调节装置移动布置于入射光纤与分光玻璃片之间的光路上，所述光斑采集模块位于分光玻璃片的出射端，用于采集经分光玻璃片分光后的光斑。
进一步的，所述透镜位置调节装置为透镜夹爪。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种透镜耦合准直方法通过设计角度校准和透镜耦合两个过程，使得整个系统的准直角度可以控制在0.3°以内；并且在透镜准直耦合时，不需要前后移动光斑采集模块，就可以同时监测光束在不同传播距离时的光斑大小，以确定光斑是否达到了最佳准直状态，同时通过监控两个光斑之间的距离，可以确定光斑为0°出射，不止简化了耦合的过程，还使光斑的出射角度有了明确的监控指标，提高了光束传输角度测量精度。
(2)通过本发明提供的这种透镜耦合准直方法获得的准直光束，可以非常简便地对准直后的发散角进行监控，且可以精确的获得光束准直传播的角度，而且在使用中可以获得非常稳定的传播路径，对之后光束的耦合和合波都有非常显著的改善。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明中耦合角度校准过程示意图；
图2是本发明中待耦合透镜准直耦合过程示意图；
图3是本发明中分光玻璃片侧面结构示意图。
附图标记说明：1、光源二；2、光环形器；3、入射光纤；4、校准玻璃片；5、角度可调夹具；6、光纤夹具；7、光功率计；8、光源一；9、透镜位置调节装置；10、待耦合透镜；11、分光玻璃片；12、光斑采集模块；13、带通滤波片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种透镜耦合准直系统，适用于上述的透镜耦合准直方法，包括光源一8、入射光纤3、待耦合透镜10、分光玻璃片11和光斑采集模块12，所述入射光纤3通过光纤夹具6固定，所述分光玻璃片11通过角度可调夹具5固定，所述光源一8位于入射光纤3的入射端，所述分光玻璃片11位于入射光纤3的出射光路上，所述待耦合透镜10通过透镜位置调节装置9移动布置于入射光纤3与分光玻璃片11之间的光路上，所述光斑采集模块12位于分光玻璃片11的出射端，用于采集经分光玻璃片11分光后的光斑。
采用上述透镜耦合准直系统进行透镜耦合准直方法，具体包括耦合角度校准过程和透镜准直耦合过程，其中，耦合角度校准过程用于调节确定入射光纤3与分光玻璃片11的相对位置，以校准入射光纤3的出射光入射到分光玻璃片的光路角度；透镜准直耦合过程用于通过光斑采集模块12上光斑的形态调节确定待耦合透镜10与入射光纤3的相对位置。
耦合角度校准过程是将入射光纤3通过光纤夹具6固定，采用耦合角度校准单元对入射光纤3的出射光路角度进行校准；其中，耦合角度校准单元包括光环形器2、光源二1、光功率计7和校准玻璃片4。具体耦合角度校准过程如下：如图1所示，首先，将入射光纤3的输入端通过光环形器2分别与光源二1和光功率计7连接，校准玻璃片4通过角度可调夹具5固定安装于入射光纤3的出射光路上；其中校准玻璃片4上设有高反射膜，校准玻璃片4的入射面大概与入射光纤呈90°，校准玻璃片4靠齐角度可调夹具5的边缘放置，以固定角度。然后，将光源二1打开，光源二1发出光，光经过光环形器2入射到入射光纤3，从入射光纤3的出光面出射，光到达校准玻璃片4表面后，被高反膜反射，部分光功率返回到入射光纤3中，并经过光环形器2进入到光功率计7，显示能量读数。再通过角度可调夹具5微调节校准玻璃片4的摆放角度，通过光功率计7监测光路上反射回来的光来调整光的入射角度（即入射光纤的出射光路角度），当光垂直入射至校准玻璃片4时，反射最强，光功率计7显示能量达到最大，代表入射光纤3的出射光路调整至最佳角度，此时入射光纤3出射的光线轴线与校准玻璃片4表面严格垂直。后续透镜准直耦合过程过程只需将分光玻璃片11替换角度可调夹具5上的校准玻璃片4，即可保证入射光纤3的出射光路以最佳角度入射至分光玻璃片11上。
透镜准直耦合过程如图2所示，具体为：首先，将分光玻璃片11替换上述耦合角度校准过程中角度可调夹具5上已调整好摆放角度的校准玻璃片4，分光玻璃片11同样靠齐角度可调夹具5的边缘放置，其摆放位置完全同校准玻璃片4；并在分光玻璃片11的出射光路上布置光斑采集模块12，在本实施例中光斑采集模块12可采用光束质量分析仪；另外在入射光纤3的入射端连接可发出两个波长等能量光的光源一8。然后，将待耦合透镜10放置于入射光纤3与分光玻璃片11之间的光路上，具体可使用带耦合调节功能的透镜位置调节装置9夹持待耦合透镜10，如透镜夹爪，以方便调节待耦合透镜10的位置；再将光源一8打开，光源一8发出两个波长（即λ1和λ2）的等能量的光束，依次经过入射光纤3、待耦合透镜10和分光玻璃片11，经过分光玻璃片11后，光束分为两路等同的光束，经光斑采集模块12采用两路光束形成两个光斑。最后，调节待耦合透镜10的位置，观测光斑采集模块12上的光斑形态，当两个光斑同时达到最小且大小基本一致时，可认为光斑达到准直状态；再微调待耦合透镜10的位置，使两个光斑的连线水平，且两个光斑中心之间的距离达到设计目标值时，可认为光斑出射的角度完全平行于入射光纤3，此时通过胶粘或者激光焊接的方式固定待耦合透镜10与入射光纤3相对位置即完成透镜的准直耦合。其中，两个光斑距离的设计目标值可通过分光玻璃片11的尺寸计算出来。
可选的，本实施例中分光玻璃片11的具体结构如图3所示，所述分光玻璃片11的入射面与侧面呈θ角度，且0°＜θ＜90°，此时经入射光纤3出射的光轴线以角度θ入射到分光玻璃片11上；所述分光玻璃片11的出射端部分设有带通滤波片13，可以允许一定波长的光通过，使其他波长的光反射，且该带通滤波片13位于分光玻璃片11的入射光路上。
综上所述，本发明提供的这种透镜耦合准直方法通过设计角度校准和透镜耦合两个过程，使得整个系统的准直角度可以控制在0.3°以内；并且在透镜准直耦合时，不需要前后移动光斑采集模块，就可以同时监测光束在不同传播距离时的光斑大小，以确定光斑是否达到了最佳准直状态，同时通过监控两个光斑之间的距离，可以确定光斑为0°出射，不止简化了耦合的过程，还使光斑的出射角度有了明确的监控指标，提高了光束传输角度测量精度。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种透镜耦合准直方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将入射光纤通过光纤夹具固定，采用耦合角度校准单元对入射光纤的出射光路角度进行校准；
所述耦合角度校准单元包括光环形器、光源、光功率计和校准玻璃片；入射光纤的出射光路角度校准过程如下：
a、将入射光纤的输入端通过光环形器分别与光源二和光功率计连接，校准玻璃片通过角度可调夹具固定安装于入射光纤的出射光路上，其中校准玻璃片上设有高反射膜；
b、光源而发出光，光经过环形器入射到入射光纤，从入射光纤的出光面出射，光到达校准玻璃片表面后，被高反膜反射，部分光功率返回到入射光纤中，并经过环形器进入到光功率计，显示能量读数；
c、通过角度可调夹具调节校准玻璃片的摆放角度，使得光功率计显示能量达到最大，此时入射光纤的出射光路调整至最佳角度，再将分光玻璃片替换角度可调夹具上的校准玻璃片即可；
2)在步骤1)经过校准的入射光纤的出射光路上依次设置分光玻璃片和光斑采集模块；
3)将待耦合的透镜放置于入射光纤与分光玻璃片之间的光路上；
4)光源一发出两个波长的等能量的光束，依次经过入射光纤、待耦合的透镜和分光玻璃片，经过分光玻璃片后，光束分为两路等同的光束，经光斑采集模块采用两路光束形成两个光斑；
5)调节待耦合透镜的位置，使得两个光斑的大小一致且最小，同时使两个光斑的连线水平且两个光斑中心的距离达到设计目标值，固定待耦合透镜与入射光纤相对位置即可。
2.如权利要求1所述的透镜耦合准直方法，其特征在于：所述分光玻璃片的入射面与侧面呈θ角度，且0°＜θ＜90°；所述分光玻璃片的出射端部分设有带通滤波片，且该带通滤波片位于分光玻璃片的入射光路上。
3.如权利要求1所述的透镜耦合准直方法，其特征在于：所述光斑采集模块为光束质量分析仪。
4.如权利要求1所述的透镜耦合准直方法，其特征在于：步骤5)中待耦合透镜与入射光纤通过胶粘或激光焊接方式固定。
5.一种透镜耦合准直系统，适用于权利要求1～4任一项所述的透镜耦合准直方法，其特征在于：包括光源一、入射光纤、待耦合透镜、分光玻璃片和光斑采集模块，所述入射光纤通过光纤夹具固定，所述分光玻璃片通过角度可调夹具固定，所述光源一位于入射光纤的入射端，所述分光玻璃片位于入射光纤的出射光路上，所述待耦合透镜通过透镜位置调节装置移动布置于入射光纤与分光玻璃片之间的光路上，所述光斑采集模块位于分光玻璃片的出射端，用于采集经分光玻璃片分光后的光斑。
6.如权利要求5所述的透镜耦合准直系统，其特征在于：所述透镜位置调节装置为透镜夹爪。
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| GR01 | Patent grant | ||
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