CN1249472C - 光学仪器 - Google Patents

光学仪器 Download PDF

Info

Publication number
CN1249472C
CN1249472C CNB021185174A CN02118517A CN1249472C CN 1249472 C CN1249472 C CN 1249472C CN B021185174 A CNB021185174 A CN B021185174A CN 02118517 A CN02118517 A CN 02118517A CN 1249472 C CN1249472 C CN 1249472C
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
rod lens
face
optical fiber
optical axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB021185174A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1383006A (zh
Inventor
橘高重雄
及川正寻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Publication of CN1383006A publication Critical patent/CN1383006A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1249472C publication Critical patent/CN1249472C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/2938—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • G02B6/29361—Interference filters, e.g. multilayer coatings, thin film filters, dichroic splitters or mirrors based on multilayers, WDM filters
    • G02B6/2937—In line lens-filtering-lens devices, i.e. elements arranged along a line and mountable in a cylindrical package for compactness, e.g. 3- port device with GRIN lenses sandwiching a single filter operating at normal incidence in a tubular package
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

在一个光学系统中，从一条光纤(11)中发出的光由梯度折射率棒形透镜(13)校准为平行光线，并被滤光器(4)反射后再次由棒形透镜(13)会聚，从而产生的光耦合至一条光纤(12)，从光纤(11)中发出的光的主光束分量与光纤(12)的光轴(32)不一致，因此产生耦合损失。当两条光纤(11和12)的光轴(31和32)之间的距离为W，棒形透镜(13)在其光轴(33)上的长度为Z，光纤(11和12)和棒形透镜(13)的放置要满足下面的条件：W×g×(0.25-Z/P)2≤6×10-5其中g是棒形透镜的梯度折射率分布系数，P为棒形透镜的周期长度(等于2π/g)。

Description

光学仪器
技术领域
本发明涉及一种用于光纤通讯系统中的光学仪器，尤其是一种采用设置了反射层的梯度折射率棒形透镜的光学仪器。
背景技术
近年来，由于互联网的迅速普及，人们迫切需要增大光纤通讯网络的容量。波长分割多路传输(WDM)通讯作为一种增大容量的方法得到迅速发展。在WDM通讯中，波长略有不同的光束分量被分别解调并混合成为一个光学信号，这样通过一个光纤就可以将这个光学信号进行传输。在传输的末端，这个由不同波长的光束分量混合而成的光学信号被按照波长区分为不同波长的光束分量，这样就可以接收到具有不同波长的光束分量。将光束分量混合成为一个光学信号的过程称为“多路传输”，将一个光学信号区分为不同波长的光束分量的过程称为“多路分解”。使用光纤的多路转换器/多路分解器是完成这种多路传输/多路分解的一种方法。
图6的上半部分显示了多路转换器的一个例子。如图6的上半部分所示，波长多路转换器具有三条光纤、一对透镜和一个滤光器。即，波长为λ1的光由光纤101输出，并输入到棒形透镜103中，这条波长为λ1的光被棒形透镜103转变为平行光束后到达滤光器104。滤光器104反射波长为λ1的光。被反射的光再次进入棒形透镜103并由棒形透镜103会聚。会聚的光被耦合至光纤102。另一方面，波长为λ2的光由光纤111输出，被棒形透镜113转变为平行光束后到达滤光器104。这条波长为λ2的光由滤光器104传送至棒形透镜103，并由棒形透镜103会聚。会聚的光被耦合至光纤102。采用这种方式，一条从光纤101输出的波长为λ1的光线分量和一条从光纤111输出的波长为λ2的光线分量被多路传输，从而多路传输的光被耦合至光纤102。
图6的下半部分显示了多路分解过程。即，波长为λ1和λ2的光线分量由光纤102输出并输入至棒形透镜103。这些光线分量被棒形透镜103转变为平行光束后到达滤光器104。滤光器104反射波长为λ1的光。被反射的光再次进入棒形透镜103，并由棒形透镜103会聚。会聚的光线被耦合至光纤101。另一方面，波长为λ2的光被棒形透镜103转变为平行光束后到达滤光器104。这条光线分量由滤光器104传送至棒形透镜113并由棒形透镜113会聚。会聚的光线被耦合至光纤112。采用这种方式，一条从光纤102输出的波长为λ1和λ2的光线分量和被多路分解并送至光纤101和112。
当实际使用图6所示的光学系统时，滤光器4与左侧棒形透镜3的一个端面43b接触，如图7所示。附带说明，图7中并未显示右侧棒形透镜。当按照图7所示安放滤光器4时，由于光学系统制成一个模块，并不需要分别放置和固定棒形透镜和滤光器。从长远角度看，这样能增强光学系统的稳定性，并使其易于装配。这种构造有效地利用了棒形透镜具有平端面的特性。
在图7中，一条输出光纤1和一条输入光纤2彼此平行放置，与图6中的光纤相似。光纤1和2的端面41和42要通过一个具有适当距离的间隔朝向棒形透镜3的端面43a放置。这个间隔可以由一个空气层形成，也可以填充一种介质5，例如匹配油或者粘合剂。
例如，棒形透镜3的折射率分布情况可由下面的公式得出(请参阅日本专利公开文件No.91316/1985)：
n(r)2＝n0 2×{1-(g×r)2+h4(g×r)4+h6(g×r)6+h8(g×r)8+…}
其中：r为从棒形透镜的光轴测量的径向距离，r0是棒形透镜的有效半径，n0是棒形透镜在其光轴上的折射率，g是二阶梯度折射率分布系数，h4、h6和h8分别是四、六和八阶梯度折射率分布系数。
棒形透镜的周期长度P等于2π/g。当棒形透镜在光轴上的长度Z设定为略小于0.25P时，从光纤1发出的光通量在设置了滤光器4的端面上被校正为近似的平行光线。因此，由滤光器4反射的光通量再次会聚并返回到光纤2。
当光纤1端面41的位置在光轴21的方向上和与光轴21垂直的方向上被调整，而两条光纤1和2与棒形透镜3的光轴23平行，从光纤1发出的光通量集中在光纤2的光轴22上的端面42上，由此获得较高的耦合效率。
在图7所示的装置中，从光纤1发出的光中的主光束分量(定义为形成高斯光束对称中心的具有最大亮度的光束分量)与光纤2的光轴22不一致。因此，如图8所示，在XZ平面上产生一个倾斜角θd。结果产生了一个与倾斜角θd大小一致的耦合损失。
如果将棒形透镜3的长度设置为0.25节距(pitch)，而且两条光纤的端面41和42与棒形透镜的端面43a相接触，就可以消除倾斜角θd。这种设计具有一个缺点，即对光纤的聚焦和定位进行精确调节的自由程度遭到破坏。如果将透镜的长度缩短，就可以很方便地进行调节，因为每个光纤的端面41和42与棒形透镜的端面43a间的距离变长了。但是由于倾斜角θd变大，因此会出现损失问题。
发明内容
据此，本发明的目的是提供一种条件，在此条件下由倾斜角θd引起的损失受到抑制，使其处于实用允许的范围之内。
一种光学仪器包含光学系统，该光学系统由一条输出光纤、一条输入光纤和一个梯度折射率棒形透镜组成。输出和输入光纤这样放置：即两个光纤的光轴彼此平行且相距为W。梯度折射率棒形透镜在光轴上的长度为Z，并且具有下面公式所示的径向梯度折射率分布：
n(r)2＝n0 2×{1-(g×r)2+h4(g×r)4+h6(g×r)6+h8(g×r)8+…}
其中r为从棒形透镜的光轴测量的径向距离，r0是棒形透镜的有效半径，n0是棒形透镜在光轴上的折射率，g是二阶梯度折射率分布系数，h4、h6和h8分别是四、六和八阶梯度折射率分布系数，其中：
两条光纤的光轴与棒形透镜的光轴彼此平行放置，在从输出光纤发出的光通量通过棒形透镜的第一端面进入棒形透镜，并在棒形透镜内部被转换为近似平行的光通量之后，至少一部分平行光通量被反射单元反射，如反射单元可以是放置在与棒形透镜第一端面相对的棒形透镜第二端面上的滤光器，在棒形透镜内部再次被转换为会聚的光通量，并进入输入光纤，及该光学仪器最好能满足下面的条件：
W×g×(0.25-Z/P)2≤6×10-5
其中P为棒形透镜的周期长度(等于2π/g)，Z为棒形透镜在其光轴上的长度。
更优选的是，条件范围为：
W×g×(0.25-Z/P)2≤2×10-5
两条光纤最好具有与一条直线相平行并且与垂直于两条光纤光轴的一个平面倾斜一定角度且面对所述透镜的端面，所述直线与两条光纤光轴相垂直。棒形透镜最好具有面对两条光纤的端面，该端面平行于与两条光纤的光轴相垂直的一条直线，并且与垂直于两条光纤光轴的一个平面倾斜一定的角度。
本发明涉及日本专利申请No.2001-129344(2001年4月26日提交)的主题，该申请在此并入用于参考。
附图说明
图1为本发明光学仪器的视图；
图2为本发明光学仪器特性的计算曲线图；
图3为本发明光学仪器另一特性的计算曲线图；
图4为本发明光学仪器另一特性的计算曲线图；
图5为具有本发明提出的参数的光学仪器特性的计算曲线图；
图6为用于采用了棒形透镜的多路传输/多路分解仪器的光学系统的视图；
图7为采用了棒形透镜的光学仪器的一种模式的视图；
图8为采用了棒形透镜的光学仪器中的主光束分量的视图。
具体实施方式
下面将通过本发明的一些优选实施例，并结合附图，对本发明进行详细描述。
图1显示了本发明实施例的光学仪器的光学系统。图1的上半部分是YZ平面的侧视图，图1的下半部分是XZ平面的侧视图。本光学系统基本上与图7所示的系统相同。本实施例中的光学仪器由输出光纤11、梯度折射率棒形透镜13和输入光纤12组合而成。
如图1所示，输出光纤11和输入光纤12彼此平行放置。输出光纤11和输入光纤12各自的光轴31和32之间的距离为W。输出光纤11和输入光纤12各自的端面(面对棒形透镜)51和52通常倾斜处理，目的是防止反射光线产生串扰。倾斜表面(经过倾斜处理的端面)51和52朝着其中平行于XY平面的平面沿图1中的X轴旋转的方向倾斜(每个倾斜表面的倾斜角定义为XY平面与各倾斜表面之间的角度θF)。在多数情况下，倾斜角度θF的范围在6°到8°之间。
基于同样的理由，棒形透镜13的端面(面对光纤)53a通常也进行倾斜处理(端面53a的倾斜角度像θF一样被定义为θR)。棒形透镜13的端面53a设置的能使其通过具有适当距离L的间隔面向光纤11和12各自的端面51和52。间隔部分充满折射率为nL的介质5。
例如，棒形透镜13的折射率分布由下列公式给出：
n(r)2＝n0 2×{1-(g×r)2+h4(g×r)4+h6(g×r)6+h8(g×r)8+…}
其中，r为从棒形透镜的光轴测量的径向距离，r0是棒形透镜的有效半径，n0是棒形透镜在其光轴上的折射率，g是二阶梯度折射率分布系数，h4、h6和h8分别是四、六和八阶梯度折射率分布系数。
棒形透镜的周期长度P等于2π/g。当棒形透镜13在光轴33上的长度Z被设定为略小于0.25P时，从光纤11发出的光通量在具有滤光器4的端面53b上被校正为近似的平行光线，滤光器为反射单元。因此，由滤光器4反射的光通量再次会聚并返回到光纤12。附带说明，棒形透镜的有效半径r0是一个范围，在此范围内棒形透镜能有效发挥其光学特性。棒形透镜的有效半径一般要比棒形透镜的物理半径小，因为有可能发生下面的情况，即棒形透镜外周部分的偏差大得足以使棒形透镜外周部分的特性变得无序。附带说明，棒形透镜的物理半径在图中未显示。
两条光纤11和12相对于Z轴平行放置。现在假定Δy是每个光轴31和32相对于棒形透镜光轴33的Y坐标。调整Δy和L就可以获得高的耦合效率，因为从光纤11发出的光通量集中在光纤12光轴32上的端面52上。
由光的主光束分量的倾斜角θd导致的耦合损失的大小由光学系统的光学特性决定，是此光学系统的问题之一，而光学特性决定于棒形透镜的折射率分布、棒形透镜的形状和每条光纤与棒形透镜的位置关系。因此，通过对特定光学系统的仿真可以检测耦合损失的特性。由美国Sinclair Optics公司生产的“Oslo Six”光学设计软件可用于计算耦合效率。
图6所示的光学系统的耦合损失是在变化各种参数的同时实现最佳的条件下计算的。表1给出了计算结果。每个光纤使用的是具有应用波长λ＝1550nm、数值孔径NA＝0.1(1/e2强度扩展)的单模光纤。
为了计算，首先给出以下参数。
r0：棒形透镜的有效半径；
n0：棒形透镜在其光轴上的折射率；
g：二阶梯度折射率分布系数；
θF：光纤端面的倾斜角度；
θR：棒形透镜的倾斜角度；
W：两个光纤的光轴之间的距离。
然后，实现最佳条件使L和Δy在变化时焦点的位置与输入光纤在其光轴上的端面相符合。
L：每个光纤端面与棒形透镜端面之间的距离；
Δy：光纤在Y轴方向上的光轴位置(相对于棒形透镜的光轴)。
高阶折射率分布系数h4＝+0.67被用于纠正球面象差。在对耦合损失计算的结果中，在反射层的反射比为100％的情况下耦合损失用dB来表示。在边界上的菲涅耳反射和内部吸收忽略不计。
从计算结果中业已证明耦合损失表现出下列特性：
耦合损失的大小与两条光纤光轴之间的距离W成正比(见图2)；
耦合损失的大小与棒形透镜长度Z从0.25P的位移(0.25-z/p)的平方成正比(见图3)：
耦合损失的大小与梯度折射率分布系数g成正比(见图4)。
因此，可以说耦合损失的大小与下面的值成正比：
w×g×(0.25-Z/P)2
为了说明这个事实，把显示表1的结果在图5中制成了曲线图。在图5中，竖坐标轴表示耦合损失，横坐标轴表示下面的值：
w×g×(0.25-Z/P)2
从此坐标图中可以看出二者之间有很好的正比关系。从这种正比关系中显然可以知道，如果w×g×(0.25-Z/P)2的设定值不大于某个预定值，耦合损失就能被抑制并且不超过某一个值。
如果包含有光学系统的光学仪器是由许多构件组合而成，那么损失也是由许多因素产生的。倾斜角θd也是导致耦合损失的因素之一。为了设计出在总体上具有低损失的光学仪器，有必要抑制由倾斜角θd产生的损失，使之不大于0.3dB。基于这个原因，从图5中可以明显看出，可以进行这样的设计来满足条件：
w×g×(0.25-Z/P)2≤6×10-5
例如，为了将耦合损失减小至0.1dB甚至更小，进行这样的设计以满足条件：
w×g×(0.25-Z/P)2≤2×10-5
棒形透镜13在其光轴33上的长度Z最好能满足Z＜0.25P关系，这样棒形透镜13与各光纤11和12之间的距离L可以稳定在某个等级。由棒形透镜近轴光线公式，L的值可以表示如下：
L＝cot(gZ)/(n0×g)
L的值应该不小于5μm(光纤耦合的焦深)，目的是为聚焦控制留出一些余地。因此Z的值最好确定的使L的值根据公式不小于5μm(见Laser Research Vol.8，No.5，p.13，1980)。
参考表1，即使在Z＝0.245P的情况下，L也可以采用50μm左右的数值。当Z的值设置为比0.25P略小时，就可以保证把L调整到某个等级的余地。如果L比上述值小得过多，由倾斜端面造成的慧形象差将变大。因此，Z的下限最好不要小于0.15P，尤其不要小于0.20P。
虽然本发明所用的光纤(输出光纤11和输入光纤12)允许使用光纤通讯用单模光纤(应用波长范围在900nm到1600nm之间)，当然在另一个波长范围内当然可以使用阶跃折射率或者折射率多模光纤。
本发明中所用的棒形透镜13的有效部分的外直径2r0的设定值范围最好在0.1mm到5mm之间。很难制造出外直径超过这个范围的棒形透镜。
棒形透镜13的有效部分的外直径最好不小于光纤11的包层外直径df的两倍，这样光纤11发出的光通量可以没有损失地得到利用。由于df的规格是0.125mm，2r0的设定值最好不小于0.25mm。如果外直径超过2mm，从总体上降低光学仪器的尺寸或者重量将非常困难。因此外直径的设定值最好不大于2mm。附带说明，实践中通讯用棒形透镜外直径的国际标准是1.8mm，因此计算基本上是在r0＝0.9mm的情形下进行的。
W的设定值当然不能小于df。另外还要求两条光纤11和12的包层外圆周部分不超过棒形透镜13的有效直径，这样光就可以在各光纤11和12与棒形透镜13之间无损失地传输。因此，W的设定值需要在下面的范围之内：
df≤W≤2r0-df
由于从光纤发出的光输出实际上根据光纤的孔径角传播，因此W的设定值相对此范围的上限最好要足够小。
当棒形透镜13的材料是玻璃或者塑料时，其中心折射率n0的下限大约是1.4。如果棒形透镜13使用的玻璃中含有大量高折射率的成分，例如氧化铅、氧化镧等，那么棒形透镜13的中心折射率n0最大可以增加到2.0。如果所采用的高折射率成分数量较大，就会产生一个问题，离子交换的速度会极大地减慢或者棒形透镜易于失去玻璃光泽。因此中心折射率n0首选的范围是1.55到1.80，两个值也包含在内。
棒形透镜13的亮度由孔径角θ＝n0×g×r0(单位：拉德)定义，θ表示棒形透镜能够吸收的光的范围。孔径角的设定值的范围最好满足下面条件：
0.1≤θ≤1.0
如果θ的值小于0.1，数值孔径NA就会变得过小，致使从光纤11发出的光线无法全部聚集。结果黑斑变大，导致损失。另外也很难生产出一种具有如此大的折射率差异而θ的值又大于1.0的棒形透镜。可以比较容易地生产出来的棒形透镜的首选θ范围是0.15≤θ≤0.60。
棒形透镜13的偏差量以梯度折射率分布系数h4、h6、h8…为基础决定。如果系数h4被设定等于+0.67，在本发明的使用情形中就能获得足够的性能，因为当NA不大于0.2时，球面象差的量实质上不大于衍射极限(见Laser Research Vol.8，No.5，p.13，1980)。当对h6、h8…的值进行最优化选择后，偏差量可以进一步极大地减小。
θF是垂直于输出和输入光纤11和12端面(面向棒形透镜)51和52的直线与光纤各自光轴31和32之间的夹角，其设定值范围最好在4°到15°之间。如果该角度小于4°，就不能获得有效的阻止串扰的效果。如果该角度大于15°，就会产生耦合效率因慧形象差而降低的危险。θF的设定值范围通常最好在6°到8°之间，这个范围更可取。
基于同样的理由，棒形透镜13的端面(面向光纤)53a也经过倾斜处理。端面53a的倾斜角θR设定值范围最好在4°到15°之间，6°到8°之间的范围更可取。
为了填充光纤11和12各个端面51和52与棒形透镜13端面53a之间的间隔，最简单的方法是使用空气填充或者制成真空。如果使用上述具有高折射率的介质5作为间隔的填充物，优点是可以省去非反射涂层，因为边界上的菲涅耳反射被削减，而且还有减小耦合损失的作用。因为光纤通讯使用的单模光纤的芯线的中心折射率大约是1.45(石英的值)，介质的折射率nL最好在下面的范围内选择：
1.4≤nL≤1.8
标准数值的实例将参考表1加以说明。本发明中光纤使用的是单模光纤，其包层外直径为125μm，端面经过处理具有8°的倾斜角。
棒形透镜具有一个外直径为1.8mm的有效部分，透镜长度为0.23P。棒形透镜的中心折射率是1.59。透镜的梯度折射率分布系数g为0.326mm。在这种场合下，数值孔径是0.467。当W等于250μm并且间隔填充空气的情况下，可以获得下面的方程式：
W×g×(0.25-Z/P)2≤3.26×10-5
在这种场合下，当L＝0.2366mm并且Δy＝-19.7μm时可以获得最佳位置。计算出来的耦合损失是0.18dB，能够满足耦合损失不得大于0.3dB的要求。当在光纤的端面和棒形透镜的端面之间相同构造处加入折射率为1.5的粘合剂时，L略有增加，等于0.364mm。在这种场合下，耦合损失大约是0.12dB，表现出一种可观的改良结果。
如果使用条件与上面相同，而棒形透镜的长度设定为0.24P，则可以获得下面的方程式：
W×g×(0.25-Z/P)2≤0.82×10-5
在这种场合下，耦合损失不大于0.1dB的条件得到满足。计算出来的耦合损失是0.055dB，小于0.1dB。各光纤与透镜间的间隔也由于L＝0.1174mm而变得很小。
如果棒形透镜的长度偏离上述数值设定为0.21P，则可以获得下面的方程式：
W×g×(0.25-Z/P)2≤1.30×10-5
在这种场合下，条件无法得到满足。
本发明中提出的参数W×g×(0.25-Z/P)2既不包含n0也不包含r0。这表明只要给出透镜的参数g和Z，并依照公式设定合适的W的值，不管透镜和光纤其他的参数如何，都可以获得具有很小的耦合损失的光学系统。图5中的点是依照表1中显示的各种条件进行计算得出的结果。这表明耦合损失与W×g×(0.25-Z/P)2之间的线性相关关系，它与透镜和光纤的其他参数无关。
本发明中提出的参数与反射单元的特性无关。当本发明所指的光学仪器是最开始提到的多路传输仪器或者多路分解仪器，则波长选择滤光器将被用作反射单元。可以在棒形透镜的端面上制成一个光学多层薄膜来获得滤光器。此外，本发明的条件也可以用于反射单元，例如金属反射层或者具有另一功能的反射单元。
在本实施例中，一个棒形透镜上设置了一对输出和输入光纤。但一个棒形透镜上可以设置很多对输出和输入光纤，只要它们物理上能够放置即可。
表1
A
  r0(mm)   n0   g(1/mm)   n0·g·r0   Z/P   Z(mm)  θF(°)  θR(°)
  1   0.90   1.59   0.326   0.467   0.245   4.72   8   8
  2   0.90   1.59   0.326   0.467   0.240   4.63   8   8
  3   0.90   1.59   0.326   0.467   0.235   4.53   8   8
  4   0.90   1.59   0.326   0.467   0.230   4.43   8   8
  5   0.90   1.59   0.326   0.467   0.220   4.24   8   8
  6   0.90   1.59   0.326   0.467   0.210   4.05   8   8
  7   0.90   1.59   0.326   0.467   0.200   3.85   8   8
  8   0.90   1.59   0.326   0.467   0.230   4.43   8   8
  9   0.90   1.59   0.326   0.467   0.230   4.43   8   8
  10   0.90   1.59   0.326   0.467   0.230   4.43   8   8
  11   0.90   1.59   0.326   0.467   0.230   4.43   8   8
  12   0.90   1.59   0.326   0.467   0.230   4.43   8   8
  13   0.90   1.60   0.500   0.720   0.220   2.76   8   0
  14   0.90   1.80   0.326   0.528   0.220   4.24   8   8
  15   0.90   1.80   0.326   0.528   0.240   4.63   8   8
  16   0.90   1.80   0.326   0.528   0.235   4.53   8   8
  17   0.90   1.80   0.326   0.528   0.230   4.43   8   8
  18   0.125   1.60   1.000   0.200   0.240   1.51   8   8
  19   0.125   1.60   1.000   0.200   0.230   1.45   8   8
  20   0.125   1.60   1.000   0.200   0.220   1.38   8   8
  21   0.25   1.55   1.000   0.388   0.230   1.45   15   15
  22   0.40   1.50   1.000   0.600   0.240   1.51   10   12
  23   0.50   1.80   0.400   0.360   0.240   3.77   6   8
  24   0.60   1.59   0.500   0.477   0.230   2.89   8   8
  25   1.00   1.60   0.200   0.320   0.220   6.91   6   6
  26   1.50   1.59   0.200   0.477   0.230   7.23   8   8
  27   2.00   2.00   0.200   0.800   0.230   7.23   8   8
  28   0.90   1.59   0.326   0.467   0.250   4.82   8   8
  29   0.90   1.80   0.326   0.528   0.250   4.82   8   8
  30   0.125   1.60   1.000   0.200   0.250   1.57   8   8
B
  W(mm)   nT1   L(mm)   Δy(mm)   W·g·(0.25-Z/P)2 耦合损耗(dB)
  1   0.250   1.0   0.0582   -0.0048   2.04E-06   0.020
  2   0.250   1.0   0.1174   -0.0098   8.15E-06   0.055
  3   0.250   1.0   0.1768   -0.0147   1.83E-05   0.109
  4   0.250   1.0   0.2366   -0.0197   3.26E-05   0.184
  5   0.250   1.0   0.3577   -0.0299   7.34E-05   0.283
  6   0.250   1.0   0.4818   -0.0402   1.30E-04   0.517
  7   0.250   1.0   0.6099   -0.0509   2.04E-04   0.810
  8   0.050   1.0   0.2374   -0.0199   6.52E-06   0.065
  9   0.125   1.0   0.2372   -0.0198   1.63E-05   0.091
  10   0.500   1.0   0.2344   -0.0194   6.52E-05   0.423
  11   0.250   1.5   0.3640   -0.0030   3.26E-05   0.117
  12   0.250   1.6   0.3890    0.0004   3.26E-05   0.116
  13   0.125   1.0   0.2355    0.0001   5.63E-05   0.158
  14   0.250   1.0   0.3155   -0.0357   7.34E-05   0.337
  15   0.250   1.0   0.1035   -0.0117   8.15E-06   0.062
  16   0.250   1.0   0.1560   -0.0176   1.83E-05   0.126
  17   0.250   1.0   0.2087   -0.0236   3.26E-05   0.214
  18   0.125   1.0   0.0375   -0.0032   1.25E-05   0.081
  19   0.125   1.0   0.0762   -0.0064   5.00E-05   0.281
  20   0.125   1.0   0.1155   -0.0098   1.13E-04   0.602
  21   0.125   1.5   0.1204   -0.0010   5.00E-05   0.255
  22   0.125   1.0   0.0395   -0.0042   1.25E-05   0.070
  23   0.250   1.5   0.1291   -0.0036   1.00E-05   0.061
  24   0.250   1.0   0.1535   -0.0128   5.00E-05   0.304
  25   0.500   1.6   0.9580    0.0008   9.00E-05   0.377
  26   0.250   1.0   0.3893   -0.0325   2.00E-05   0.135
  27   0.250   1.0   0.3070   -0.0435   2.00E-05   0.170
  28   0.250   1.0   0   0   0   0.003
  29   0.250   1.0   0   0   0   0.003
  30   0.125   1.0   0   0   0   0.009
为方便目的，基础日本专利申请中的表1分为两部分，即上面所示的表1A和表1B。表1A和表1B之间的关系为：表1A的第一行与表1B的第一行对应，表1A的第二行与表1B的第二行对于，…。
如上所述，根据本发明，具有梯度折射率棒形透镜的光学仪器的耦合损失可以抑制到不大于预定值的一个很小的值，其中棒形透镜的一个端面上上设置了一个反射单元，棒形透镜的另一个端面上有一对输出和输入光纤。

Claims (4)

1、一种包含光学系统的光学仪器，所述光学系统由输出光纤、输入光纤和梯度折射率棒形透镜组成，所述输出光纤和输入光纤这样放置，即两条光纤的光轴彼此平行且相距W，所述梯度折射率棒形透镜在其光轴上的长度为Z，并具有下面公式表示的径向梯度折射率分布：
n(r)2＝n0 2×{1-(g×r)2+h4(g×r)4+h6(g×r)6+h8(g×r)8+…}
其中r为从所述棒形透镜的光轴测量的径向距离，n0是所述棒形透镜在其光轴上的折射率，g是二阶梯度折射率分布系数，h4、h6和h8分别是四、六和八阶梯度折射率分布系数，其中：
所述两条光纤的光轴与所述棒形透镜光轴彼此平行放置，从而在从所述输出光纤发出的光通量通过所述棒形透镜的第一端面进入棒形透镜并在棒形透镜内部被转换为近似平行的光通量之后，所述平行光通量的至少一部分被设置在与所述棒形透镜的第一端面相对的棒形透镜的第二端面上的反射单元反射，并在所述棒形透镜内部再次被转换为会聚的光通量，而且进入所述输入光纤；及
所述光学仪器满足下面的条件：
W×g×(0.25-Z/P)2≤6×10-5
其中P为棒形透镜的周期长度且等于2π/g。
2、根据权利要求1所述的光学仪器，其中所述光学仪器满足下面的条件：
W×g×(0.25-Z/P)2≤2×10-5
3、根据权利要求1或2所述的光学仪器，其中所述两条光纤具有面对所述透镜的端面，所述端面平行于与两条光纤的光轴相垂直的直线，并与垂直于两条光纤光轴的一个平面以一定的角度倾斜。
4.根据权利要求1或2所述的光学仪器，其中所述棒形透镜具有面对两条光纤的端面，该端面平行于与两条光纤光轴相垂直的直线，并与垂直于两条光纤光轴的一个平面以一定的角度倾斜。
CNB021185174A 2001-04-26 2002-04-26 光学仪器 Expired - Fee Related CN1249472C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001129344 2001-04-26
JP2001129344A JP2002328259A (ja) 2001-04-26 2001-04-26 光学素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1383006A CN1383006A (zh) 2002-12-04
CN1249472C true CN1249472C (zh) 2006-04-05

Family

ID=18977884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB021185174A Expired - Fee Related CN1249472C (zh) 2001-04-26 2002-04-26 光学仪器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6807337B2 (zh)
EP (1) EP1253450A3 (zh)
JP (1) JP2002328259A (zh)
CN (1) CN1249472C (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7356222B2 (en) 2003-11-06 2008-04-08 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Wavelength selective optical device and method of tuning a wavelength characteristic of the same
US7130502B2 (en) * 2004-02-06 2006-10-31 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Wavelength division multiplexing optical coupler
CN100368840C (zh) * 2005-05-25 2008-02-13 亚洲光学股份有限公司 光纤开关
JP6349410B2 (ja) 2014-02-26 2018-06-27 ビエン チャン， 可変ビームパラメータ積を有するマルチビームレーザ配列のためのシステムおよび方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6091316A (ja) 1983-10-26 1985-05-22 Nippon Sheet Glass Co Ltd 半導体レ−ザ用屈折率分布型コリメ−タレンズ
US5757993A (en) * 1995-06-05 1998-05-26 Jds Fitel Inc. Method and optical system for passing light between an optical fiber and grin lens
JPH1048459A (ja) * 1996-07-30 1998-02-20 Seiko Giken:Kk 光デバイスおよび双方向通信システム
JP2001201657A (ja) * 2000-01-21 2001-07-27 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光学素子
US20020027655A1 (en) * 2000-09-04 2002-03-07 Shigeo Kittaka Optical device and spectroscopic and polarization separating apparatus using the same
JP2002169022A (ja) * 2000-12-04 2002-06-14 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光学素子およびそれを用いた分光装置および集積光学装置
JP2002182073A (ja) * 2000-12-11 2002-06-26 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光源−光ファイバ結合器
JP2002196181A (ja) * 2000-12-25 2002-07-10 Nippon Sheet Glass Co Ltd レンズ機能付き光ファイバおよびその製造方法
JP2002243586A (ja) * 2001-02-09 2002-08-28 Nippon Sheet Glass Co Ltd ロッドレンズの屈折率分布測定方法
JP2002243991A (ja) * 2001-02-15 2002-08-28 Nippon Sheet Glass Co Ltd 結合光学系およびそれを用いた光学素子
KR100361533B1 (en) * 2001-03-29 2002-11-23 Hynix Semiconductor Inc Method for fabricating semiconductor device
US20020197042A1 (en) * 2001-04-06 2002-12-26 Shigeo Kittaka Optical device, and wavelength multiplexing optical recording head
US6845186B2 (en) * 2002-03-14 2005-01-18 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Optical circuit with harmonic generator
US6856451B2 (en) * 2002-03-14 2005-02-15 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Optical communication system

Also Published As

Publication number Publication date
EP1253450A2 (en) 2002-10-30
US20030035621A1 (en) 2003-02-20
EP1253450A3 (en) 2004-07-07
US6807337B2 (en) 2004-10-19
JP2002328259A (ja) 2002-11-15
CN1383006A (zh) 2002-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1317579C (zh) 具有多透镜器件的光纤以及其制造方法
CN1040692C (zh) 含两组槽的立体角反光器及其制造方法
CN1650207A (zh) 光束弯曲装置及其制造方法
CN1497281A (zh) 用于光纤准直组件的对称双非球面透镜
CN1245555A (zh) 光纤照明系统
EP0874191A3 (en) Optical transmission tube, method for making it and linear illuminant system
CN1186658C (zh) 光耦合系统及利用该系统的光学装置
CN1249472C (zh) 光学仪器
CN1497280A (zh) 用在透射和反射光纤部件中的对称、双非球面透镜
CN1277763A (zh) 多模光纤链路色散补偿器
TW201312168A (zh) 經雷射處理之漸變折射率透鏡與使用其之光學介面裝置及組件
CN1103719A (zh) 光波导器件
JP6359848B2 (ja) 光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュール
CN1278154C (zh) 光准直器用透镜部件、光准直器及它们的组装方法
CN110476096B (zh) 平面光波导及光学模块
CN1781041A (zh) 光纤透镜及制造方法
CN1198029A (zh) 半导体激光源和固态激光设备
JP2006201508A (ja) 光回路
CN1828353A (zh) 色散补偿器
CA2409325A1 (en) Optical fiber coupling system
CN1524064A (zh) 光学透镜用母材、光学透镜及制造方法
CN1223871C (zh) 光学设备
US20040051974A1 (en) Rod lens and laser marking apparatus
CN212905744U (zh) 应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组
CN1573390A (zh) 光发送－接收器和光纤

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060405

Termination date: 20100426