CN1434312A - 微柱面透镜同光纤的实用化装配方法 - Google Patents

Abstract

一种微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，其包括如下步骤：1)首先用光纤切割刀切割出端面平整呈镜面的光纤备用；2)在L形支架上，用精密机械加工的方法刻出等间距的V形槽；3)V形槽刻制完成后，将端面切割好的光纤逐个嵌入V形槽中，上面再加盖上盖板，用夹持力可微调的夹具将中间嵌有光纤列阵的上盖板和L形支架夹持在一起；4)在光纤切割端面的一侧，用一个由微调架控制的表面光滑平整的可移动滑块轻靠光纤列阵，使光纤列阵的端面在同一平面上；5)排列好光纤列阵后，用胶粘剂将光纤列阵同L形支架和上盖板粘接在一起；6)在光纤列阵端面安装微柱面透镜。

Description

微柱面透镜同光纤的实用化装配方法

技术领域

本发明涉及到一种微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，能够极大地简化光纤(光纤线列阵)同半导体激光器的耦合光学系统，同时又能保持很高的耦合效率。

背景技术

在半导体激光器端面泵浦全固态激光器技术中，作为泵浦源的大功率半导体激光器，其发射出的激光必需高效率地耦合进传输光纤中。一方面，大功率半导体激光器的有源层很薄，通常小于1微米，而为了得到大功率输出，有源层的宽度往往很大，例如输出功率为1瓦的半导体激光器，有源层的宽度为100微米，输出2瓦的半导体激光器有源层宽度为200微米，这种宽高比很大的结构造成了半导体激光器输出光束严重的不对称；另一方面，为了在激光晶体中获得足够高的能量密度且只激发基横模，半导体激光器的输出激光必需有效地耦合进低数值孔径的多模光纤中。同样，在半导体激光医疗设备中(如半导体激光手术刀)，为了获得高的能量密度，并方便医生操作方便，也需要将半导体激光器的输出激光耦合到光纤中。另外，在光纤通信技术中，作为光发射模块核心的半导体激光器，其发射出的激光也必需高效率地耦合进单模光纤中。通常半导体激光器的模场同单模光纤的模场是不匹配的，这样在半导体激光器同单模光纤直接耦合时就会引起很大的光功率耦合损耗。因此，为了延长通信中继长度，提高光信号的信噪比，就必需设法提高半导体激光器同光纤的耦合效率，使尽可能多的光耦合进光纤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，其具有工艺简单易行，无须昂贵设备的优点。

本发明的另一目的在于提供一种微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，其可提高半导体激光器同光纤的耦合效率，耦合难度大大降低，耦合成品率也相应提高。

本发明一种微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，在光纤的端头上装配一定形状的微透镜，微透镜使半导体激光器的模场同光纤的模场相互匹配，这样就能获得满意的耦合效率并简化耦合光学系统，其特征在于，其包括如下步骤：

1)首先用光纤切割刀切割出端面平整呈镜面的光纤备用；

2)在L形支架上，用精密机械加工的方法刻出等间距的V形槽；

3)V形槽刻制完成后，将端面切割好的光纤逐个嵌入V形槽中，上面再加盖上盖板，用夹持力可微调的夹具将中间嵌有光纤列阵的上盖板和L形支架夹持在一起，微调夹具的夹持力，使光纤在V形槽中既不能自由滑动，又能在外力的作用下沿V形槽刻槽方向移动其轴向位置；

4)在光纤切割端面的一侧，用一个由微调架控制的表面光滑平整的可移动滑块轻靠光纤列阵，使光纤列阵的端面在同一平面上；

5)排列好光纤列阵后，用胶粘剂将光纤列阵同L形支架和上盖板粘接在一起；

6)在光纤列阵端面安装微柱面透镜。

其中步骤2所述的V形槽的间距应等于将要与之耦合的半导体激光器列阵发光单元的间距，V形槽的数目至少要比半导体激光器列阵发光单元的总数多两个。

其中步骤2所述的V形槽可在硅片上刻出，代替L形支架上的V形槽。

其中步骤6所述的微柱面透镜取自一段单膜或多模光纤。

其中步骤6所述的安装微柱面透镜是采用粘接的方法。

附图说明

为进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明微柱面透镜同光纤列阵的实用化装配示意图；

图2是光纤列阵的排列过程图；

图3是光纤列阵端面安装微柱面透镜示意图。

具体实施方式

对于以上几种情况所面临的困难，一种有效的解决办法是在光纤的端头上加工一定形状的微透镜，微透镜使半导体激光器的模场同光纤的模场相互匹配，这样就能获得满意的耦合效率。

首先用光纤切割刀切割出端面平整呈镜面的光纤备用。在图1所示的L形支架1上，用精密机械加工的方法刻出等间距的V形槽2，V形槽2的间距应等于将要与之耦合的半导体激光器列阵发光单元的间距，V形槽2的数目至少要比半导体激光器列阵发光单元的总数多两个。V形槽2刻制完成后，将端面切割好的光纤逐个嵌入V形槽2中，上面再加盖上盖板5，用夹持力可微调的夹具6将中间嵌有光纤列阵3的上盖板5和L形支架1夹持在一起，微调夹具的夹持力，使光纤3在V形槽2中既不能自由滑动，又能在外力的作用下沿V形槽2刻槽方向移动其轴向位置，以便端面对齐。在光纤切割端面的一侧，用一个由微调架控制的表面光滑平整的可移动滑块7轻靠光纤列阵3，使光纤列阵3的端面在同一平面上。整个对齐过程在显微镜9的观察下进行，如图2所示。

另一种方案是利用标准的光刻掩模工艺结合湿法化学腐蚀工艺在硅片上刻蚀出所需尺寸和数目的V形槽，然后用这种表面刻蚀有V形槽的硅片代替图1中的上盖板5，将光纤3倒扣在L形支架1上，光纤端面的对准过程同上述相同。

排列好光纤列阵后，用胶粘剂(例如紫外固化胶)将光纤列阵3同L形支架1和上盖板5粘接在一起。下一道工序就是在光纤列阵3端面安装微柱面透镜4。

在光纤列阵3端面安装微柱面透镜4的过程如图3所示。首先用可移动用夹具10将L形支架1夹持牢固，可移动夹具10安装在XYZ三维微调架上，以便改变光纤列阵3的空间位置。柱面透镜4可取自一段单模光纤，或者是按需要拉制的特定外径的玻璃丝。将柱面透镜4安放在一对支架11的V形槽里，支架11安装在一个五维微调架12(包含两个角度维数)上。调节五维微调架12，使柱面透镜4和光纤列阵3精确对准，并使柱面透镜4的侧面同光纤列阵3的平端面相切。然后通过五维微调架12使柱面透镜4向上平移一端距离H(例如1厘米左右)，暂时离开光纤列阵3的端面以便点胶。在光纤列阵3最外两侧的两根光纤的端面上点上适量的紫外固化胶，胶量的多少以胶液正好在光纤平端面上形成一个半球形球冠为宜。点完胶后，将柱面透镜4向下平移相同的一段距离H，然后立刻用紫外光源对紫外胶进行固化，使柱面透镜和光纤列阵粘接在一起。整个过程须在显微镜的观察下进行。在这种结构中，光纤列阵3最外两侧的两根光纤只起支撑柱面透镜的作用，本身并不用来传光，这样就避免了固化后的紫外胶在强激光作用下发生老化，以至于烧毁而污染激光器腔面。

这种微柱面透镜同光纤列阵装配方法的优点是：工艺简单易行，无须昂贵设备。但更重要的是，通过先将微柱面透镜同光纤列阵组合为一个整体，然后再同半导体激光器列阵进行耦合的方法，可以将半导体激光器/柱面透镜/光纤列阵这种三体耦合对准问题简化为半导体激光器/光纤列阵的两体耦合对准问题，需要调节的耦合自由度由原来的十个减少为五个。因此，耦合难度大大降低，耦合成品率也相应提高。

Claims (5)

1、一种微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，在光纤的端头上装配一定形状的微透镜，微透镜使半导体激光器的模场同光纤的模场相互匹配，这样就能获得满意的耦合效率并简化耦合光学系统，其特征在于，其包括如下步骤：

1)首先用光纤切割刀切割出端面平整呈镜面的光纤备用；

2)在L形支架上，用精密机械加工的方法刻出等间距的V形槽；

3)V形槽刻制完成后，将端面切割好的光纤逐个嵌入V形槽中，上面再加盖上盖板，用夹持力可微调的夹具将中间嵌有光纤列阵的上盖板和L形支架夹持在一起，微调夹具的夹持力，使光纤在V形槽中既不能自由滑动，又能在外力的作用下沿V形槽刻槽方向移动其轴向位置；

4)在光纤切割端面的一侧，用一个由微调架控制的表面光滑平整的可移动滑块轻靠光纤列阵，使光纤列阵的端面在同一平面上；

5)排列好光纤列阵后，用胶粘剂将光纤列阵同L形支架和上盖板粘接在一起；

6)在光纤列阵端面安装微柱面透镜。

2、根据权利要求1所述的微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，其特征在于，其中步骤2所述的V形槽的间距应等于将要与之耦合的半导体激光器列阵发光单元的间距，V形槽的数目至少要比半导体激光器列阵发光单元的总数多两个。

3、根据权利要求1所述的微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，其特征在于，其中步骤2所述的V形槽可在硅片上刻出，代替L形支架上的V形槽。

4、根据权利要求1所述的微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，其特征在于，其中步骤6所述的微柱面透镜取自一段单膜或多模光纤。

5、根据权利要求1所述的微柱面透镜同光纤的实用化装配方法，其特征在于，其中步骤6所述的安装微柱面透镜是采用粘接的方法。

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