CN1317579C - 具有多透镜器件的光纤以及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种用于改变光信号的模式场的多透镜装置。该装置包括具有限定光轴的纤芯区域(28)的光纤(22)和位于光纤(22)一端上的GRIN纤维透镜(24)。双锥形透镜(26)包括由两个分别为主要曲线C1和辅助曲线C2且在光轴或接近光轴的位置上C1和C2相互交叉基本正交的不同曲线所限定的外表面，该双锥形透镜(26)可以位于远离光纤的GRIN纤维透镜的一端上。还揭示了一种用于改变光信号的模式场的多透镜装置和光学组件的制造方法。

Description

具有多透镜器件的光纤以及其制造方法
相关专利的参考
本发明请求申请日为2002年3月4的美国临时专利申请60/361,787和申请日为2004年7月23日的美国临时专利申请10/202,562、申请人为Bhagavatula等人的“改变光束的光纤透镜装置及其制造方法”的优先权。
发明背景
1.发明领域
本发明主要涉及用于模式转换互连的光学器件，更具体的说，涉及多透镜的模式转换装置，该装置构成了便于高效率耦合在不同模式场的光学元件和/或其它波导之间所通过的光信号。
本发明不仅可以用于宽范围的应用，还特别用于将诸如激光二极管和半导体波导之类的椭圆形光信号的源与具有圆形对称模式场的光纤相耦合。
2.技术背景
光通信的一个重要方面是高耦合效率将在信号源，例如，激光二极管、光纤和半导体光放大器(SOA)，和其它光学元件，例如，光纤、特殊光纤以及其它等等之间的光信号相耦合。包含在光通信系统中的常规发光模块一般都包括一个半导体激光器，例如，激光二极管，它可用作为光源；一个具有光传输芯，以及一个透镜，例如，设置在半导体激光器和光纤之间的球面透镜、自聚焦透镜或者非球面透镜，可用于将激光光束转换到光纤芯中。由于发光模块一般都需要在半导体激光器和光纤之间具有高的耦合效率，因此该模块最好以半导体激光器、透镜和光纤相互对准的光轴来装配的，以便于获得最大的耦合功率。由于透镜的空间和校准等原因，早期的发光模块都具有相对较大的尺寸和较高的成本，从而一直驱使着在该领域中的进步以及对多种其它探讨的研究。
一种探讨是采用级差折射率(GRIN-Graded-index)杆状透镜。不同于其它透镜，GRIN杆状透镜的折射率是径向独立的，并且是在杆状的光轴处具有最大值。一般来说，整个GRIN杆状透镜的折射率在形状上呈抛物线，因此，它本身就是一个透镜介质，而不再只是进行透镜化的空气-透镜界面。因此，不同于常规透镜，GRIN-杆状透镜具有平面的输入和输出表面，在这些表面上不会产生折射。这一特性使得在透镜两端的光学元件可以采用系数相匹配的胶水或环氧来固定。该系数梯度一般是采用即耗时又昂贵的离子交换处理工艺来产生的。例如，典型的GRIN-杆状透镜是采用铊或铯掺杂的二氧化硅玻璃的离子交换处理工艺产生的。熔融盐槽可以用于离子交换处理工艺，使得钠和铊或铯离子扩散至玻璃外，而钾离子可从500°的KNO3池扩散至玻璃中。
由于透镜介质的折射率类型导致这一处理工艺能够透镜化光，所以在制造过程中就需要紧密控制，以确保所指定的GRIN-杆状透镜可以具有合适的折射率类型，以便于特殊耦合的应用。此外，不同于根据本发明所采用的GRIN光纤透镜，GRIN-杆状透镜较难用于与标准通信光纤和/或其它光学元件的拼接。一般来说，GRIN-杆状透镜都是多元件玻璃结构，这种玻璃结构所具有的热膨胀系数和软化点(玻璃软化的温度)系数都明显地不同于它们所哦哈的光学波导。另一方面，GRIN纤维透镜一般都是采用纤维制造工艺所制成的，并且可以具有高的配接合成的结构。于是，GRIN纤维透镜的软化点和热膨胀系数基本上是与它们所需附加的大多数通信光纤和其它波导的软化点和热膨胀系数。因此，GRIN纤维透镜可以较好地采用诸如熔融拼接之类的方法与大多数通信光纤相耦合。
另一种探讨是在光纤的一端形成微透镜，以便于提供在半导体激光器和光波导之间的光学耦合。在这种探讨中，透镜是直接和集成形成在光纤的一端的端面上，作为将来自光源的光能够入射光纤的光纤部分。本文将这类光纤称之为“透镜光纤”。在制造使用这类透镜化光纤的发光模块时，能够减少所需元件部分的数量，因为不再需要与光纤本身相分离的光会聚透镜和减少了与轴对准有关的操作步骤的数量。当在光纤一端所形成的透镜能够改变通过其光信号的模式场时，透镜化的光纤可称之为失真的透镜化光纤。更具体的是，在光纤一端所形成的变形透镜一般都能够将激光二极管所发出光信号的椭圆形模式场改变成基本圆形对称的光信号，这样就能够更加有效地耦合到具有圆形对称模式场的光纤芯中。
以上所讨论的各种探讨都可具有各种不同的应用和优点，这是本领域所众所周知的。然而，各个探头也都具有各自的限制。例如，常规GRIN-杆状透镜技术对通过其的光信号提供了优异的对称聚焦特性，GRIN-杆状透镜一般自身不会明显改变光信号的几何形状，而这正是高效光信号耦合应用中所必需的。除此之外，GRIN-杆状透镜自身能够提供聚焦的材料特性，所以就需要采用精密制造技术来提供特殊应用所需要的GRIN-杆状透镜的折射率类型的可控制变化。
同样，在失真纤维透镜能够容易地改变通过其的光信号或光束的几何形状的同时，用于失真纤维透镜应用的有效工作距离的范围也受到了限制。因此，如果对于特殊应用没有有效的合适工作距离的化，则耦合的损耗就会很明显，从而就使得许多耦合应用难以实现。
因此，就需要，但是在目前本领域中还没有效果的，用于光信号耦合应用的多透镜装置，以克服与变形透镜或GRIN-杆状透镜单独使用有关的上述以及其它技术缺陷。这种多透镜装置应该能够改变通过装置的光信号的几何形状和其它模式场特性，同时能够在光信号耦合应用中，提供限制耦合损耗、允许较宽范围的可接受工作距离、减小相前异常和提供较大控制和效率的的设计灵活性。这种多透镜装置应该是制造相对廉价的、批量生产相对容易的，以及一般可以在不需要改变透镜自身材料性能和特性的条件下具有相当宽的应用范围。本发明原则上提出了这类多透镜器件的基本原理。
发明内容
本发明的一方面涉及能够改变光信号的模式场的多透镜装置。该多透镜装置包括：具有限定光轴的纤芯区域的光纤，和位于光纤有关一端的GRIN纤维透镜。双锥形透镜，其外表面是由两个分别为主要曲线C1和辅助曲线C2的基本不同的曲线所限定，且在光轴或接近光轴的位置上C1和C2以基本相互正交的方式来设置，它可位于远离光纤的GRIN纤维透镜的一端上。
本发明的另一方面提出了一种制造能够改变光信号模式场的多透镜装置的方法。该方法所包含的步骤：将GRIN纤维透镜位于具有限定光轴的纤芯区域的光纤的一端上，以及在远离光纤的GRIN纤维透镜的一端上形成双锥形透镜。双锥形透镜的外表面最好由两个分别为主要曲线C1和辅助曲线C2且在光轴或接近光轴的位置上C1和C2相互交叉的基本不同曲线所限定。
本发明的还有一方面提出了一种光学组件。该光学组件包括一个光学元件，一个构成对元件支撑的基片，以及一个位于基片上和与光学元件有关的多透镜装置，它能够改变在多透镜装置和光学元件之间通过的光信号的模式场。该多透镜装置包括一个具有限定光轴的纤芯区域的光纤，一个位于光纤一端上的GRIN纤维透镜，以及一个形成在远离光纤的GRIN纤维透镜一端上的双锥形透镜。该双锥形透镜包括一个外表面，该表面是由两个分别为主要曲线C1和辅助曲线C2且在光轴或接近光轴的位置上C1和C2相互交叉的基本不同曲线所限定。
本发明的多透镜装置产生了多个优于本领域其它众所周知的模式转换器件的优点。一方面，由于双锥形透镜可以直接形成在GRIN纤维透镜的一端上，双锥形透镜可以改变光信号的模式场的几何形状，同时改变厚的光信号的聚焦主要是由GRIN纤维透镜来进行的。其结果是，光信号的波前可以较好地与耦合光信号地光学元件相匹配。因此，使得耦合损耗最小化，以及减小了相前异常。本发明的多透镜装置也可以设计成能够提供较大范围的工作距离。作为上述和其它优点的结果可以大大改善耦合的效率。
根据本发明所制造多透镜装置的方法提供其它一些优点。更具体的说，本发明的多透镜装置可以较佳的制造，从而可以在不影响多透镜装置未改变性能的设计特性的条件来改变双锥形透镜、GRIN-透镜或者两者的某些性能。这样，为特殊应用所制造的GRIN纤维透镜也可以应用于其它应用。例如，根据需要，可以使多透镜装置用于将通过其的光信号的模式场从椭圆形模式场改变成圆形模式场，从圆形模式场改变成椭圆形模式场，从具有一种椭圆形的模式场改变成具有不同椭圆形的模式场，或者从一种模式场改变成具有相同形状但不同尺寸的另外一种模式场。另外，本发明的多透镜装置可以设计成它能够改变以不同方向通过多透镜装置的光信号的模式场。
除了上述优点之外，在本发明的制造中，GRIN纤维透镜自身还提供了许多优点。正如本文所提及的，GRIN纤维透镜最好采用常规多模光纤制造工艺所制成的高二氧化硅含量的结构。因为GRIN纤维透镜是采用通信光纤制造技术所制成的，所以根据本发明所制成的GRIN纤维透镜可以高级别的精度来拉制所需的尺寸。一般来说，GRIN纤维透镜可以拉制的外直径范围为大约25.0微米至大约1000.0微米。最好，这类GRIN纤维透镜所拉制的外直径范围为从大约50.0微米至大约500.0微米。更佳的是，这类GRIN纤维透镜所具有的外直径范围在大约70.0微米至大约250.0微米的范围内。此外，由于GRIN纤维透镜可以使用传统的光纤拉制设备来拉制，所以可以制成大直径的杆状或块状，并随后拉制成长距离(直至几公里)的光纤，同时仍旧保持这通常大直径杆的芯和包层比率，从而使得制造和拼接更加容易。因此，在可以设计成较大杆或块状的GRIN纤维透镜的其它特性中，所需的折射率提供了对最终GRIN纤维透镜光学性能的精密亚微米控制。
除了上述优点之外，根据本发明所制造的GRIN纤维透镜。使得它可以具有比单一模式转换应用更多的预定材料特性。由于双锥形透镜可以形成在GRIN纤维透镜上或者在无芯间隔的杆上或者在固定GRIN纤维透镜的光纤上，而不单单是在GRIN纤维透镜的自身上，因此，具有相同长度、相同材料所制成的、具有相同纵横比率以及具有相同剖面区域的GRIN纤维透镜和无芯隔离杆就可以粘结成具有不同特性和/或模式场的辫状纤维。此后，例如，可以采用割裂至合适长度的方法，来改变各个GRIN纤维头颈和/或无芯杆，从而为粘结各个GRIN纤维透镜和/或隔离杆的特殊纤维辫提供所需的模式场转换功能。正如更详细的讨论那样，最好通过割裂或者切割各个GRIN纤维透镜和/或隔离杆至所需长度并且所使得所切割的一端成形具有所需模式转换效应的方法来完成的。
尽管根据本发明的GRIN纤维透镜可以四分之一或者接近四分之一间隔长度来设计，但是应该注意的是，GRIN纤维透镜并不限制于四分之一间隔长度，一般来说，GRIN纤维透镜可以设计成四分之一间隔长度，以满足诸如大的纵横比率双锥形透镜应用之类的特殊应用。在本领域众所周知的应用中，GRIN纤维透镜可以制造成其外直径与它们所需粘结的光波导的外直径相匹配。因此，当光波导的外直径为125.0微米时，GRIN纤维透镜的外直径一般也制成为125.0微米。于是，当各自具有外直径为125.0微米的两个光波导具有不同的模式场时，就可以改变各个GRIN纤维透镜的折射率类型(Δ)的差异，使得GRIN纤维透镜能够在保持相同125.0微米的外直径的同时满足该指标。根据本发明，所需的GRIN纤维透镜的外直径不一定要保持在125.0微米。取代在GRIN纤维透镜的折射率Δ上的差异保持基本相同，最好改变各个GRIN纤维透镜的外直径、芯直径和长度，以满足各个光波导的模式转换的需求。根据本发明，GRIN纤维透镜的直径可以是小于、大于或者等于它所需要粘结的光波导的外直径。此外，且根据本发明，各个GRIN纤维透镜的长度可以在需要时不同于四分之一间隔。其结果是，且根据本发明，可以使用相同的半成品来拉制用于各种应用的GRIN纤维透镜。由于所需半成品的折射率类型是不改变的，因此就可以简化半成品的制造工艺以及GRIN纤维透镜的制造工艺。其结果是，相同的半成品可以用于不同的模式转换应用。最好，仅仅只需要重新将半成品拉制成用于不同应用的不同外直径，并且最终的GRIN纤维透镜可以切割或割裂成不同的长度。这样，就可以进一步使得制造和成本节约的效果最大化。
制造根据本发明的隔离杆的方法提供了其它一些优点。一般来说，该隔离杆具有基本均匀的折射率，该隔离杆可以是由Corning公司或者称之为Vycor公式所出品的二氧化硅，某些其它高二氧化硅玻璃含量材料，或者是96％二氧化硅玻璃所制成的。一般来说，且根据本发明，在形状上，该隔离杆可以是圆柱形的，也可以是矩形的，还可以是制成具有其它几何形状的。类似于以上所讨论的GRIN纤维透镜，该隔离杆最好使用常规的纤维制造技术和设备，由大约一米长的杆或半成品拉制成所需的直径，例如但并不限制于，125.0微米。一般来说，该隔离杆可拉制成数公里长，并随后切割或割裂成特殊模式转换应用所需的合适长度。
在双锥形透镜形成在隔离杆的一端上的应用中，其优点是可采用为模式转换应用所预先成形的隔离杆。例如，且根据本发明，在特殊应用需要将基本圆形对称的模式场转换成基本椭圆形的模式场时，最好，在基本矩形形状的隔离杆的一端上形成根据本发明的双锥形透镜，而不是在圆形的杆的一端上。在该实例中，最好，首先形成大约一米长的矩形形状的半成品。随后，使用常规纤维拉制技术和设备来拉制矩形形状的半成品，以形成具有所需外直径(例如，125.0微米)的基本矩形形状的隔离杆。这样，可以从单个半成品拉制出数公里长基本矩形形状的隔离杆材料，并随后切割至所需长度，以获得具有所需光学性能的隔离杆。在拉制的过程中，基本矩形形状的隔离杆材料的边缘可能会变得稍微圆些，但可以通过控制拉制炉的温度、拉制速度以及拉制材料的张力来保持其基本矩形的形状。此外，也可以基本保持最终所割裂的由拉制工艺所形成的矩形隔离杆的纵横比率和其它光学特性。这类处理工艺便于最终隔离杆的批量生长和可控制尺寸。通过采用这种方法来制成隔离杆，该隔离杆的端面尺寸能够更接近于将在隔离杆的端面上所形成的双锥形透镜的尺寸和表面曲线。其结果是，与在圆形隔离杆的端面上形成楔入形状的双锥形透镜一般所需要的碾磨和抛光的工作量相比较，减小了形成双锥形透镜一般所需要的碾磨和抛光的工作量。
本发明以上所提及的所有方面为GRIN纤维透镜和/或隔离杆的大规模生产提供了制造方便，减小与制造工艺有关的成本和较大的经济利益。
在以下详细描述中将进一步阐述本发明的其它性能和优点，本领域中的熟练技术人士从上述描述中或者通过对本文所描述的实现将会使得上述性能和优点变得更加明显。
应该理解的是，上述的概念性描述以及以下详细描述都仅仅是本发明的实例，以试图提供对权利要求所阐述的本发明性能和特性的概要或框架的理解。所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，说明了本发明的各个实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理和工作。
附图简述
图1A是示意说明根据本发明的典型多透镜装置的俯视图。
图1B是示意说明图1A所示多透镜装置的侧视图。
图1C是示意说明根据本发明一方面的典型锥形多透镜装置的俯视图。
图1D是示意说明图1C所示锥形多透镜装置的侧视图。
图2A是本发明多透镜装置的第一替换举例实施例的剖面图。
图2B是本发明多透镜装置的第二替换举例实施例的剖面图。
图2C是本发明多透镜装置的第三替换举例实施例的剖面图。
图2D是本发明多透镜装置的第四替换举例实施例的透视图。
图2E是本发明多透镜装置的第五替换举例实施例的透视图。
图2F是示意说明图2C所示隔离杆的局部俯视图，以说明双锥形透镜的一些方面。
图2G是示意说明图2F所示隔离杆的局部侧示图，以说明双锥形透镜的其它方面。
图2H是图2G所示双锥形透镜的透视图。
图2I是沿着图2G线2I-2I截取的双锥形透镜的剖面图。
图3A是本发明多透镜装置的第六替换举例实施例的剖面图。
图3B是本发明多透镜装置的第七替换举例实施例的剖面图。
图4是示意说明形成根据本发明的楔形角的最好采用的方法。
图5A是图1A和1B所示GRIN纤维透镜的局部侧示图的显微照片。
图5B是图4A所示GRIN纤维透镜的局部俯视图的显微照片。
图5C是在透镜表面从图4A所示GRIN纤维透镜的一端所截取的显微照片。
图5D是离透镜表面大约20微米的距离从图4A所示GRIN纤维透镜的一端所看到的显微照片。
图6是示意说明根据本发明的较佳光学组件的侧示图。
图7是示意说明本发明的共线多透镜装置的结构，它包括各种设计变型的设计方法。
图8是说明耦合效率与用于各种GRIN纤维透镜长度的工作距离的图形。
图9是说明对于各种隔离杆长度的耦合效率与各种隔离杆长度的激光二极管幅型(aspect)比率的图形。
较佳实施例的详细描述
现在，参考在附图中所说明的实例详细讨论本发明的较佳实施例。只要有可能，在整个附图中使用相同的标号来表示相同或类似的部件。图1A和1B显示了本发明多透镜装置的举例实施例，并在所有图中一律都采用标号20来指定。
一般来说，图1A的俯视图和图1B的侧视图所图示的举例多透镜装置20包括：一个光纤或者辫状纤维22；一个GRIN纤维透镜24，可位于辫状纤维22的一端上且具有平方律系数或抛物线折射率类型；以及一个双锥形透镜26，它位于远离辫状纤维22的GRIN纤维透镜24的一端上。辫状纤维22可以是在光通信系统中所使用的标准单模纤维，例如，由Corning公司所制造的SMF-28纤维、偏振保持(PM)纤维、多模纤维或者其它特殊纤维，例如，高系数纤维。此外，从一端面来观察辫状纤维22，它可以是圆形对称的，也可以是任何其它形状。双锥形透镜26可以直接形成在GRIN纤维透镜24上(见，例如图2A)。正如以下参考图2C更详细讨论的那样，双锥形透镜26也可以设置在一种单独无芯隔离杆的一端上，该杆自身可以粘结在远离辫状纤维22的GRIN纤维透镜24的一端。
根据本发明的另一方面，可以将多透镜装置制成包括一个或多个锥形元件，如图1C和图1D所示。这种锥形多透镜装置20可以包括：一个辫状纤维22；一个锥形GRIN纤维透镜25，它可以具有平方律系数或抛物线折射率类型且位于辫状纤维22的一端；以及一个双锥形透镜26，它设置远离辫状纤维22的GRIN纤维透镜24的一端。对于某些应用，例如，激光二极管耦合，从激光二极管的输出小于1.0至2.0微米，并且纵横比率可以在从大约2.0至大于5.0的范围内。为了便于在这类应用中的模式场匹配，最好，双锥形透镜26的曲率半径可以小些。然而，最好，多透镜装置的直径可以保持适当的尺寸，使得多透镜装置20的各个元件在制造过程中都可以操作。合并锥形GRIN纤维透镜25的多透镜装置20是一个较佳探讨，它能够满足上述要求。正如附图所示，最好，锥形GRIN纤维透镜25包括：一个GRIN纤维部分23，它具有基本均匀或恒定的径向幅型直径且从辫状纤维22的一端纵向延伸至虚线A1；以及锥形GRIN纤维部分27，它具有在虚线A1和A2之间纵向延伸的、可变化的，最好，减小的径向幅型直径(或者倾斜的外表面)。尽管在附图未显示，但是在本领域中的熟练技术人士都会意识到：对于这里所讨论和/或图示的任何实施例来说，都可以采用类似于图1C和1D所示的锥形GRIN纤维透镜25的方式使得一个或多个辫状纤维22、无芯隔离杆和/或GRIN纤维透镜24、25锥形化。
图2A-2E和3A-3B图示说明了本发明的多透镜装置20的另一举例实施例。这里除非作其它阐述，否则在各个图示说明中，所讨论的辫状纤维22可以是标准的单模光纤，例如，SMF-28纤维，它可以具有大约125.0微米的外直径和大约8.0-10.0微米的芯直径。本领域的熟练技术人士应该意识到，具有其它直径和其它几何形状的其它辫状纤维也都在本发明的范围内。此外，应该理解的是，这里除非作其它阐述，否则对于任何实施例来说，双锥形透镜26可以设置在多透镜装置20中离辫状纤维22最远的位置上。
现在，参考图2A，最好，多透镜装置20可以包括：一个辫状纤维22，它具有一个以包层区域30为分界的纤芯区域28；以及一个GRIN纤维透镜24，它具有一个可以包层区域34为分界也可以不以包层区域34为分界的纤芯区域32。在较佳实施例中，GRIN纤维透镜24的相对折射率类型趋向于多透镜装置20的光轴而迅速增加。RGIN-纤维透镜24的一端最好采用弧形拼接器或者某些其它本领域中众所周知的设备拼接或者粘结在辫状纤维22的一端。双锥形透镜26最好设置在远离辫状纤维22的GRIN纤维透镜24的一端。在这里所揭示的该实施例或者其它举例实施例中，最好，可以采用常规成形技术、通过形成和加热的组合、利用激光器微匹配，或者采用以下更佳详细讨论的其它方法来形成双锥形透镜26。此外，在该实施例和其它实施例中所图示的虚线35表示沿着多透镜装置20的圆周位置，根据本发明，双锥形透镜26在该位置上结束。
最好，双锥形透镜在形状上是凸出的，并且最好，其尺寸和形状使得通过其的光信号的模式场可以变化成具有相同形状但不同尺寸的模式场，可以从基本圆形对称形状变化成椭圆形形状，从椭圆形形状变化成基本圆形对称的形状，和/或从一种椭圆形形状变化到不同的椭圆形形状。在图2A所示的实施例中，双锥形透镜26可直接形成在GRIN纤维透镜24的一端上。因此，双锥形透镜包括包层区域32和纤芯区域34的部分。在图2A所示的实施例中，GRIN纤维透镜24以及双锥形透镜26都呈现出其外直径小于辫状纤维22的外直径。
在图2B所示的另一举例实施例中，多透镜装置20可以包括以上与图2A讨论有关的所有元件。然而，GRIN纤维透镜24和双锥形透镜26的至少一部分都可以具有比辫状纤维22大的外直径。一般来说，诸如但并不限制于，与多透镜装置20相耦合的器件的模式场、结构和尺寸之类的特性都至少是GRIN纤维透镜24和辫状纤维22相拼接的尺寸和其它设计性能中的部分决定性因素。此外，增加本发明多透镜装置20的GRIN纤维透镜24和其它元件的外直径尺寸可以方便于制造以及在制造过程中的测量。
图2C图示说明了本发明的多透镜装置20的另一变型举例实施例。不同于以上所讨论的实施例，双锥形透镜26设置在具有均匀或恒定径向折射率类型的光传输材料所制成的隔离杆或纤维36的一端上。在较佳实施例中，杆36可以与GRIN纤维透镜23相拼接，并且可以在拼接的前后，将双锥形透镜26形成或者设置在远离GRIN纤维透镜24的隔离杆36的一端上。也可以采用在形状上基本矩形的隔离杆42，正如图2D和2E所示。例如，如图2D所示，多透镜装置20包括：一个圆形对称的辫状纤维22、一个圆形对称的GRIN纤维透镜24，以及一个基本矩形的隔离杆42，并成形其一端使之形成双锥形透镜26。图2E所示的实施例图示说明了辫状纤维22、GRIN纤维透镜24、以及基本矩形形状的隔离杆42。本领域中熟练技术人士都会意识到，隔离杆36和42可以是圆形形状，也可以是某些其它几何形状。此外，杆36和42可以是如同附图中所显示的那样以对准槽41来标记，或者标记成表示杆36应如何较佳地对准GRIN纤维透镜24，以便于保持辫状纤维22的偏振轴。最好，当双锥形透镜26形成在隔离杆36上时，和当双锥形透镜26直接形成在GRIN纤维透镜24上而不是形成在GRIN纤维透镜24上设置的隔离杆36上时，这种标记也可以用于GRIN纤维透镜24。本领域熟练的技术人士应该意识到，当多透镜装置20的各个元件的几何形状都是圆形的或者非平面时，这种标记就特别有用。
图2F和图2G分别示意说明了图2C所示的隔离杆36部分的俯视图和侧视图。尽管图2C所说明的双锥形透镜26用于该讨论，但是下文所描述的与图2F和图2G有关的原理也同样可以用于本发明共线改变实施例中的其它举例实施例，且不论双锥形透镜26是否设置在GRIN纤维透镜24的一端，或者设置在拼接的隔离杆36的一端，或者粘结或设置在GRIN纤维透镜24上。
图2F图示说明了杆36部分的俯视图，同时是从侧面来观察图2G所示的杆36。不论在双锥形透镜26上所使用的制造技术如何，最好，双锥形透镜26包括一个最好是由至少两个不同曲线所限定的外表面。最好，第一或主要曲线C1形成在图2F所示的平面上，而第二或辅助曲线C2形成在图2G所示的平面上。最好，曲线C1和C2是相互基本正交的且在和接近图2H和图2I所显示的光轴38的位置上交叉。双锥形透镜26的表面43的形状可以参考图2I所示的剖面图来识别。在图2I所示的实施例中，由曲线C1和C2所限定的曲线表面确定了圆锥的表面，例如，椭圆形、抛物线或双曲线。在双锥形透镜26的其它光学性能中，在曲线C1和C2的曲率中的差异以及它们相互基本正交的结构提供了本发明多透镜装置20的光线光束改变的功能。不同的曲线C1和C2可以各自限定为球面、可以各自限定为非球面、或者一个可以限定为球面而另一个可以限定为非球面。此外，该曲线也可以限定不是椭圆形、抛物线或双曲线的形状。其结果基本是提供了一个变形透镜效果的表面。通过控制双锥形透镜26的曲线C1和C2的形状和曲率，就可以控制通过双锥形透镜26的光信号的模式场的形状。
图3A以剖面图显示了另一举例的实施例。不同于以上所讨论的实施例，图3A所图示说明的多透镜装置包括另一隔离杆或纤维40，它是由具有恒定或均匀径向折射率类型的光传输材料所制成的。隔离杆40可以位于辫状纤维22和GRIN纤维透镜24之间，正如图3A所示，或者它可以位于GRIN纤维透镜24混合双锥形透镜26之间。根据通过光信号的之间的光学元件的需要，另外多个隔离杆40可以位于GRIN纤维透镜24的前后(正如图3B所示)。此外，本领域熟练技术人士应该意识到，驻留在GRIN纤维透镜24和双锥形透镜26之间波导的任何部分或区域都可以设置在远离GRIN纤维透镜23的波导材料的一端上，例如，不具有提供变形透镜效果形状的隔离杆36的范围自身就可以限定为隔离杆。同样，尽管附图中没有显示，但根据指定应用的需求以及满足这些需求的设计探讨，多透镜装置20可以包括多个隔离杆和/或多个GRIN纤维透镜，或者单个隔离杆和/或多个GRIN纤维透镜，或者单个GRIN纤维透镜和/或多个隔离杆。
以上所提及的多透镜装置20的各个举例实施例都可以享用某些通用的制造技术。首先，GRIN纤维可具有折射的可工作抛物线系数、芯32的直径以及外直径和几何形状，最好，将该合适的GRIN纤维采用拼接的方法粘结在所选择的辫状纤维，或者粘结在已拼接在辫状纤维22一端的一个或多个隔离杆40上。最好，这种隔离杆40是无芯含有二氧化硅玻璃的杆，且将该杆制成具有合适的外直径和几何形状以及具有均匀或恒定的折射率，从而很少具有或没有透镜化的特性。在使用时，隔离杆40提供了其它设计灵活性。GRIN纤维系数、GRIN纤维的芯32以及诸如四分之一间隔长度的透镜参数都可以使用众所周知的公式来确定，该公式在Emkey和Jack所发表的“阶跃式折射率纤维透镜的分析和仿真(Analysis and Evaluation of Graded-Index Fiber-Lenses)”(Journalof Lightwave Technology，Vol.LT-5，No.9，September 1987，pgs 1154-64)的文章中所揭示，该文通过参考合并与此。
随后，可以将GRIN纤维割裂或“锥形切割”成相对于四分之一间隔的合适长度，以形成GRIN纤维透镜24。根据本发明，进行“锥形切割”的处理工艺在2001年3月19日所提交的、美国专利申请序列号No.09/812,108、题目为“光波导透镜以及其制造方法”中进行了详细讨论，该文通过参考合并与此。随后，将GRIN纤维透镜24的割裂或锥形切割端采用合适的方法来成形，例如但并不限制于，抛光或激光微机械方法，使之具有合适楔形角的楔入形状。GRIN纤维透镜24的参数、楔入的角度和圆弧半径数值都可以根据所需的工作距离和辫状纤维22的模式场以及指定耦合应用最终模式场形状的需求来设计。合适楔形角度的圆弧使得双锥形透镜26可以设置在远离辫状纤维22的GRIN纤维透镜24的一端上，其中，双锥形透镜26的外表面是由两条不同的曲线所限定的，这两条曲线分别为主要曲线C1和辅助曲线C2，且C1和C2在本发明的多透镜装置的光轴38或接近光轴38的位置上相互交叉。
根据本发明的阶跃式折射率双锥形透镜的楔形角度可以使用多种条件来确定。一般来说，用于耦合具有小的模式场直径光源的较佳透镜形状是双曲线。因此，圆锥部分可以用于表示为限定双锥形表面的曲线C1和C2。根据本发明的较佳实施例，以及参考H.N.Presby和C.A.Edwards所发表的“近似100％效率的纤维微透镜”(Eletronic Letter，Vol.28，pags 582，1992)中的详细讨论，该文通过参考合并与此，限定楔入形状的双曲线的渐近线和曲线C1和C2可以确定双锥形透镜的写入角度。最终楔入可以采用本领域中众所周知的加热或其它方法进行圆化，从而为GRIN纤维透镜或隔离杆提供较佳的双曲线曲率形状。
正如图4所示意说明的那样，表示曲线C1和C2的双曲线最好由表示楔入的渐近线52来限定，并且在(h，k)的中心顶点54相互交叉。限定双曲线的公式可以由下列公式来表示：
( x - h ) 2 - ( y - k ) 2 = 1 a 2 b 2
式中：b2＝c2-a2
其中：c是在顶点54和双曲线(h+c，k)的校点58之间的距离56，a是在顶点54和双曲线62之间的距离60。
渐近线可以由线来定义：
Y＝k+(b*(x-h)/a)以及y＝k-(b*(x-h)/a)
从渐近线的公式中，楔形角度57可以限定为：
楔形角度＝2*(tan-(b/a))
在双锥形透镜26上所限定的外表面的独立可变的曲线提供了变形透镜效应和设计的灵活性，可满足众多应用中的模式耦合的需求。此外，可控制半径的圆形楔入可作为变型透镜，而GRIN纤维透镜可作为球面透镜。通过限定楔入和GRIN纤维透镜的参数，就可以控制变型透镜的性能，例如，聚焦光束的模式场尺寸。、它的纵横比率(即，它的椭圆型2)，以及离开圆形楔入顶点的聚焦光束成像距离。这类透镜为沿着辫状纤维22的光轴38方向延伸的光耦合提供了变形透镜效应，它也有可能在为各种不同应用而变化隔离杆和辫状纤维的芯或外直径、尺寸、形状和系数差异的情况下，得到各种不同的设计。例如，有可能使得隔离杆的外直径等于、小于或大于辫状纤维，以实现变化大小的光束。隔离杆、辫状纤维以及任何隔离杆的形状都可以不是圆形的，例如，是方形的或者矩形的，还可以采用对准槽41来标记，以便于制造的方便和便于与辫状纤维22的偏振轴相对准。通过对准平面一侧或采用辫状纤维22的偏振轴来标记，就可以简化以后的其它处理，例如，抛光楔入并采用合适的偏振轴与激光二极管或其它光学元件相耦合。
正如以上所讨论的，当需要或必需的时候，隔离杆也可以位于本发明的多透镜装置20的GRIN纤维透镜24和双锥形透镜26之间。在这种情况下，正如以上所讨论的，隔离杆36、40和42可以割裂和锥形切割，并且远离GRIN纤维透镜24的隔离杆36、40和42的一端也可以像以上所讨论的那样进行进一步的处理，便于在不是GRIN纤维透镜24的隔离杆36、40和42上厚的双锥形透镜26。
在图2D和图2E所示的举例实施例中，最好，诸如矩形杆42的非圆形杆可以与GRIN纤维透镜相拼接，该GRIN纤维透镜具有合适的尺寸并与辫状纤维22相拼接。在制造的过程中可以实现这种结构的优点。因为矩形杆42，最好，是由无芯含有二氧化硅玻璃的材料所制成的且具有折射的均匀径向系数，可以将其制成接近于在多透镜装置20一端所要形成的双锥形透镜26所希望的形状，从而可以简化制造步骤。例如，并不一定要采用诸如抛光之类的方法来形成在多透镜装置20端面上的楔入形状。这样，最少能够明显减小抛光的次数和等级。另外，双锥形透镜26最好仅仅采用将杆42的一端重新加热至足以熔融玻璃的温度来形成，以便于可以圆化矩形杆42的一端的边缘。最好，施加在矩形杆42一端的热比玻璃的软化点高得多，使得边缘可以圆化，而不再需要进一步的抛光。因此，就可以在远离GRIN纤维透镜24的杆42的一端上迅速形成合适形状的双锥形透镜26。
根据本发明的工作的一方面，以及如图5A和5B所示，并参考图1A和1B，最好，光信号可由激光二极管或者其它光器件发射出，并且通过双锥形透镜26进入和通过GRIN纤维透镜24，以及进入和通过辫状纤维22。图5A是图示说明类似于1B所示多透镜装置20的局部侧视的显微照片，而图5B是图示说明类似于1A所示多透镜装置20的局部俯视的显微照片。在该附图中可以清楚地看到限定双锥形透镜26外表面的不同曲线C1和C2。根据本发明的这一方面，从激光二极管或其它波导发射出的基本椭圆形模式场最好改变成与辫状纤维22的模式场相匹配的圆形模式场。
根据本发明的另一方面，双锥形透镜26的形状可以将通过其的光信号的模式场形状从基本圆形对称模式场改变成基本椭圆形的模式场，正如图5C和5D的显微照片所示。根据本发明的这一方面，具有基本圆形模式场的光信号可以通过辫状纤维22、GRIN纤维透镜24和通过双锥形透镜26。图5C所示的图像是从多透镜装置20的端面基本上在双锥形透镜26的表面上方法拍摄的。在该位置上，图像44并没有聚焦，并且正从圆形模式场变化至椭圆形模式场。然而，正如图5D所示，图像46是从多透镜装置20的端面在离开双锥形透镜26大约20.0微米的距离上拍摄的，它是基本椭圆形的。于是，对于所示的实施例来说，在大约20.0微米的距离(成像距离)上，椭圆形模式场基本匹配于光信号所要耦合的元件(例如，SOA)的模式场。因此，在封装这类组件时，最好，将具有椭圆形模式场的SOA或者其它光学元件位于离开双锥形透镜26一端大约20.0微米的位置上，以便于最大化耦合效率并因此最小化光学损耗。
图6图示说明了根据本发明所举例的光学组件70。图6所示的光学组件70构成了用于共线模式转换光耦合应用。最好，光学元件70包括：基片72，和光信号76的光源74，例如但并不限制于，激光二极管或其它发光器。光信号76的光源74最好制成在基片72上，并且根据本发明的多透镜装置20最好位于基片72上，使得多透镜装置20能够与光源74通信。最好，光源74可以通过粘结在基片72上的预端或止位78与双锥形透镜26相对准。由光源74以双锥形透镜26的方向发出具有基本椭圆形模式场的光信号76。该信号通过双锥形透镜26，由双锥形透镜变形改变光信号76的模式场。最好，光信号76可由基本椭圆形模式场改变成圆形对称模式场，并且可由GRIN纤维透镜24聚焦，使得光信号76可以高效率地耦合到具有基本圆形对称模式场的辫状纤维22。
尽管并不是需要的，但是最好，基片72可以是一个具有可腐蚀的<111>面或者形成在基片72上的硅光平台，并且包括V形槽79，以便于支撑多透镜装置20与信号源74进行适当的对准。
尽管在附图中并没有显示，但是波前尽可能紧密地匹配是十分重要的。发生故障就会导致异常，这种异常也会对耦合效率产生结构上的或者非结构上的干扰。以往，是由本领域中的熟练技术人士调整诸如GRIN纤维透镜的透镜性能，例如，通过实际改变玻璃本身的化学性能来调整GRIN纤维透镜的折射率类型。这是非常耗时的并且不利于模式场耦合组件的高效生产。根据本发明，GRIN纤维透镜的尺寸和形状、隔离杆的使用，它只是起到移动光信号图像的作用而没有对光信号图像附加任何明显的透镜效应，隔离杆的尺寸和数量，以及限定双锥形透镜26外表面曲线形状的独立控制(在x平面和y平面上)，使得在本领域中的熟练技术人士能够以实践的方法容易和高效地充分匹配这些波前，实现模式场耦合组件批量生产的效率和成本的高效。此外，尽管在以上所讨论的附图中没有显示，但是以上所提及的原理可同样应用于本发明的光学组件的上述实施例，在这种情况下，所发出的光信号通过辫状纤维，随后通过GRIN纤维透镜，通过双锥形透镜，并耦合至光波导器件，例如但并不限制于，SOA或其它检测/光敏二极管。
实例
现在讨论根据本发明以上所提及的实施例的共线光束改变多透镜装置和光学组件的实例。
图7示意显示了所举例的共线多透镜装置80，它包括一个双锥形透镜26，以下参考该图来讨论其变化。举例的多透镜装置包括：作为光信号的光源82，在这种情况下，激光二极管能够以工作波长“wav”发出信号，在方向(垂直方向)上的模式场直径(MFD)为wx0(μm)，以及在y方向(水平方向)上的MFD为wy0(μm)。来自光源82的光束在进入双锥形透镜26之前通过具有系数为(n1)的介质(通常是空气)传播一段距离(z)，其中，双锥形透镜26具有在x方向上的(RLx)曲率半径(μm)和在y方向上的(RLy)曲率半径(μm)且形成在具有径向恒定折射率类型的隔离杆36上，以及其长度为(Lc)和系数为(nc)。在圆形双锥形透镜26之前的光信号的MFD为wx1和wy1，以及曲率的光束波前半径为rx1和ry1。由双锥形透镜将光信号转换成具有MFD和曲率波前半径分别为wx2、wy2和rx2、ry2的光束。对于一个薄的透镜来说，wx1＝wx2和wy1＝wy2，但是rx2和ry2一般是与rx1和ry1不同的。随后，光束通过长度为Lc和系数为nc的隔离杆36部分传播。在这一传播之后的光束特性为wx3、wy3和rx3、ry3。具有这些特性的光束进入到GRIN纤维透镜，该透镜具有长度Lg、平均系数ng、系数差异为以及芯半径为(a)的特性。经过GRIN纤维透镜24的传播之后，光束的特性为wx4、wy4、rx4和ry4。设计的目标是使得wx4＝wy4＝wsmf，其中(wsmf)是标准单模辫状纤维22的圆形MFD。另一目标是使得rx4和ry4能够尽可能地接近于平面波前，以最大化对辫状纤维的耦合效率。对于任何指定光源82和辫状纤维22来说，可以通过改进诸如双锥形透镜25和隔离杆36的Z、Rx、Ry、Lc的设计变量，以及改进GRIN纤维透镜24的特性，例如Lg、Δ和(a)，来实现这一目标。这一目标也使得Z变得相当大，以满足相应的公差和实际封装的需求，且不会失去耦合的效率。
可以使用本文参考文献中所揭示的对复合光束参数q的ABCD矩阵流程，或者使用光束传播技术，来计算高斯光束的光束转换。最好，该设计可以对任何所需z的最佳耦合效率以及光源82和辫状纤维22的特性进行优化。材料特性n1、nc、ng和ns都可以在一定的范围内变化，但是实际材料的考虑限制了这些数值。例如，n1一般就等于1(空气)，nc大多是二氧化硅或掺杂二氧化硅所具有的数值，大约为1.45μm或者至少接近与1.3-1.5μm的波长范围。对于ng和nsmf也基本相同。复合光束参数q定义为：
(1/q)＝(1/r)-i*(wav/(pi*w^2*n)
式中：r是曲率的波前半径，w是高斯模式固定半径，以及wav是光的波长。
从输入平面84至输出平面86的q参数传播可以由下式给出：
q2＝(A*q1+B)/(C*q1+D)
式中：A、B、C和D分别为与输入和输出平面84和86的射线参数有关的射线矩阵的元素。
1)对于长度z的自由空间传播的
2)对于从系数n1的介质进入到
Figure C0380872200202
3)对于曲率
Figure C0380872200203
4)对于GRIN纤维透镜n’(r)＝n(1-g^2*r^2)^0.5和
g＝((2*delta)^0.5/a
透镜几何形状和设计的变量以及在指定位置上的MFD参数：
平面83：光源82的输出：wav、wx0和wy0-波长以及光源82的x和y模式场
平面84：通过材料系数(n1)的Z距离的传播，但在双锥形透镜之前，
wx1，wy1：在平面84上的光束的模式场直径
rx1，ry1：曲率的波前半径
平面86：恰在半径为Rx和Ry且材料系数为nc的双锥形透镜之后
wx2，wy2
rx2，ry2
平面88：在长度为Lc且系数为nc的隔离杆中的传播且正好在Grin透镜之前
wx3，wy3
rx3，ry3
平面90：在经过具有长度Lg、平均系数ng以及系数差异＝、芯半径a的
GRIN纤维透镜的传播之后，且在辫状纤维之前：
wx4，wy4
rx4，ry4。
共线多透镜装置的特例
使用以上所显示的流程，可以计算和优化用于激光二极管耦合应用的多透镜装置的设计变量。图8显示了两种长度的GRIN纤维部分以工作距离为函数的耦合效率的计算。基于该曲线，该设计的优化工作距离是大约20.0μm，这是对应于实际封装和对准需求的数值。以下列出了激光二极管特性和其它设计参数：
激光二极管特性：波长：                  0.98μm
                X方向上的模式场半径w0x：0.9μm
                Y方向上的模式场半径w0y：3.6μm
其它设计参数：
                双锥形透镜曲率的X半径RLx：10μm
                隔离杆的长度Lc：          0
                GRIN纤维长度Lg：          1330μm
                GRIN纤维系数差异Δ：      0.01
                GRIN纤维芯的半径a：       62.5
                单模辫状纤维模式场：      5.2μm
图9显示了在用于高纵横比率的激光二极管光束的GRIN纤维透镜之前使用无芯隔离杆的益处。对于这里所考虑的纵横比率大于5的激光二极管来说，这种益处就变得更加清晰。在该计算中，GRIN纤维透镜特性和辫状SMF特性相同于以上的讨论。工作距离可固定为Z＝20.0μm。正如所能够看到的那样，隔离杆的长度Lc越长，就越能够为较高纵横比率的LD提供更好的耦合效率。对于纵横比率大于大约8的情况来说，可以计算出这种改进可大于10％。
所提供的实例只是用于说明的目的，并且可以根据应用而变化。参考以下所列出的参考文献，就能够更加清楚的理解上述实例：W.L.Emkey和C.Jack，JTL-5，sept 1987，pp1156-64；H.Kogelnik，Applied Optics，4 Dec 1965，p1562；R.Kishimoto，M.Koyama： Transactions on Microwave Theory and Applications，IEEE MTT-30，June 1982，p882；以及由B.E.A.Saleh和M.C.Teich所编著的 Potonics(John Wiley & Sons 1991出版)，上述各文献通过参考合并与此。本发明的其它方面、性能和特性可以在共同申请的美国未审查专利中发现，题为“光信号改变透镜装置以及其制造方法”(“OpticalSignal Altering Lensed Apparatus and Method of Manufacture”)，该专利由Corning公司所拥有，并因此于同日提交，这里通过参考合并与此。
在详细讨论本发明的过程中，应该理解的是，对于相关领域中的熟练技术人士来说，很显然，本发明可以在不背离本发明的精神的条件下进行改进。对本发明所作的各种形式、设计或结构上的变化都没有脱离本发明的精神和范围。例如，可以将GRIN纤维透镜24制成其折射率类型随着纵向而不是像以上所讨论的随着径向所改变的。此外，在本领域中的熟练技术人士都会意识到，本发明多透镜装置20的各种部件/元件并不一定要由包含相同材料来制造，所提供的形成多透镜装置20的各种元件的各种材料都具有兼容特性，例如当并不限制于，软化点以及热膨胀系数。因此，上述所提及的讨论只可认为是举例，而并不是限制，且本发明的实际范围可由下列权利要求所限定。

Claims (12)

1.一种改变光信号的模式场的多透镜装置，其特征在于，该装置包括：
光纤，它具有限定光轴的纤芯区域；
至少一个GRIN纤维透镜，其具有第一端和第二端，所述第一端靠近所述光纤的一端；和
双锥形透镜，其直接形成于所述GRIN纤维透镜的第二端上，或者直接形成于连接到所述GRIN纤维透镜的第二端的无芯的隔离杆上，其中，所述双锥形透镜的外表面由两条不同的、在所述光轴处或靠近所述光轴处相交、且大体正交的主要曲线C1和辅助曲线C2所限定。
2.如权利要求1所述的多透镜装置，其特征在于，所述曲线C1和C2中的每一条限定了一个球面或非球面。
3.如权利要求1所述的多透镜装置，其特征在于，它还包括一个或多个隔离杆，每一隔离杆具有径向恒定折射率，位于所述光纤和所述GRIN纤维透镜之间。
4.如权利要求1所述的多透镜装置，其特征在于，所述无芯的隔离杆是非圆形的，它位于所述GRIN纤维透镜和所述双锥形透镜之间，其中，所述非圆形隔离杆是矩形杆。
5.如权利要求1所述的多透镜装置，其特征在于，所述光纤和GRIN纤维透镜是非圆形的几何形状。
6.如权利要求5所述的多透镜装置，其特征在于，所述非圆形的几何形状包括矩形、方形、椭圆形。
7.一种系统，其特征在于，它包括：
光学元件；
基片，用以支承所述光学元件；和
如权利要求1所述的多透镜装置，位于所述基片上，用以改变在所述多透镜装置和光学元件之间通过的光信号的模式场。
8.一种改变光信号的模式场的多透镜装置的制造方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
将GRIN纤维透镜的第一端放置在靠近具有限定光轴的纤芯区域的光纤的一端处；并且
在所述GRIN纤维透镜的第二端处形成双锥形透镜，或者将一个在其一端形成有双锥形透镜的无芯的隔离杆连接到所述GRIN纤维透镜的第二端，其中，所述双锥形透镜包括由两条不同的且大体正交的，在所述光轴处或靠近所述光轴处相交的主要曲线C1和辅助曲线C2所限定的外表面。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括将所述GRIN纤维透镜的第一端拼接在所述光纤的一端处并且将所述GRIN纤维透镜割裂至所需长度的步骤；并且其中，所述形成步骤包括在所述GRIN纤维透镜的割裂一端上形成所述双锥形透镜的步骤。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述放置步骤包括将所述GRIN纤维透镜的第一端拼接在所述光纤的一端上并且将所述GRIN纤维透镜割裂至所需长度的步骤；并且其中所述无芯隔离杆是矩形，而所述连接步骤包括将矩形的隔离杆的一端固定到所述GRIN纤维透镜的割裂的一端上并且成形所述隔离杆的另一端以在其上形成所述双锥形透镜的步骤。
11.一种光学组件，其特征在于，它包括：
光学元件；
基片，用于支承所述元件；和
多透镜装置，位于所述基片上，并与所述光学元件相关，以改变所述多透镜装置和所述光学元件之间通过的光信号的模式场，其中，所述多透镜装置包括具有限定光轴的纤芯区域的光纤、具有第一端和第二端的GRIN纤维透镜，其中所述第一端被设置为靠近所述光纤的一端，还包括靠近远离所述光纤的GRIN纤维透镜的一端而形成的双锥形透镜，所述双锥形透镜直接形成于所述GRIN纤维透镜的第二端，或者直接形成于连接到所述GRIN纤维透镜的第二端的无芯隔离杆，其中，所述双锥形透镜包括由两条不同的在所述光轴处或靠近所述光轴出相交并且大体是正交的主要曲线C1和辅助曲线C2所限定的的外表面。
12.如权利要求11所述的光学组件，其特征在于，所述多透镜装置还包括一个或多个隔离杆，每一隔离杆具有径向恒定折射率，并且其中，所述一个或多个隔离杆位于所述光纤与所述GRIN纤维透镜之间。
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