CN1652416A - 光纤耦合结构及用于耦合光纤的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于光耦合发射侧光纤和入射侧光纤的光纤耦合结构包括：发射侧基座；以及入射侧基座，其中所述发射侧光纤被紧固到发射侧基座上，并且发射侧光纤的末端被暴露在耦合端面处，其中所述入射侧光纤被紧固到入射侧基座上，并且入射侧光纤的一端被暴露在提供在所述入射侧基座上的斜面处，以及其中发射侧基座的耦合端面紧靠入射侧基座的邻接面，被暴露在发射侧基座的耦合端面处的发射侧光纤与被暴露在入射侧基座的斜面处的入射侧光纤相隔开一间隙，以及发射侧光纤与入射侧光纤被光耦合。

Description

光纤耦合结构及用于耦合光纤的方法

技术领域

本发明涉及一种光纤耦合结构以及涉及一种用来耦合光纤激光器等用光纤的方法。

对于2004年2月5日提交的日本专利申请号2004-29406提出优先权申请，所述申请内容在此被引入作为参考。

发明背景

近年来，光纤激光器及光纤放大器已经被有效地加以研究。在这些设备中，使用掺杂稀土元素，如铒(Er)、钕(Nd)、镱(Yb)或钬(Ho)(此后被称为“掺杂稀土元素的光纤”)的石英(silica)玻璃或氟化物玻璃作为主玻璃的光纤被用作激光器介质。

光纤激光器的优点在于：除了具有高效率并且使能尺寸减少以外，单个介质还可以被用于激光器的发射以及传播。由于这些优点，光纤激光器已经被用于广泛的领域，包括光学通信、光学传感技术、材料的加工以及医疗技术。

图6是典型的光纤激光器的示意图。如图6中所示，光纤激光器101包括掺杂稀土的光纤102和被置于掺杂稀土的光纤102两端处的谐振器镜103a和103b。掺杂稀土的光纤102的长度被如此调节，以便于获得理想的输出特征。具有如此结构，光纤激光器101起到光学谐振器的作用。

例如，电介质多层膜被用作谐振器镜103a和103b，其反射输出激光器光并且发射激励光。激励光经由谐振器镜103a和103b从激励光源104被发射。激励光源104被耦合到传播那个激励光的导向光纤105，并且从导向光纤105所发射的光入射到掺杂稀土的光纤102上。

对于光纤的工业应用，理想地是激光器通过光纤被导向并且入射到理想的位置。出于这个原因，传输光纤106被耦合到掺杂稀土的光纤102的输出上。

公知地是在传统的光纤激光器，如光纤激光器101中，激光器工作有时变得不稳定，因为在光纤的端面上光被反射，并且一些输出激光器光被返回到谐振器或一些激励光入射到激励光源104上。为了减少光的反射，在导向光纤的端面105a以及传输光纤的端面106a和106b上提供非反射性电介质多层膜。

这种光纤的端面被形成为光学连接器，以便于光纤以高的精度被耦合，并且一旦使用光学连接器耦合光纤，光纤的端面物理性地彼此接触，这可能破坏电介质多层膜(例如，见日本未受审查的专利申请，第一公开号H01-297874)。

鉴于上述提到的问题，本发明者已经提议一些连接器结构，其可以防止因耦合等导致对电介质多层膜的破坏。连接器结构被示于图7A和7B中。在图7A所示的结构中，在光纤111(参考数字111a指示入射侧光纤，且参考数字111b指示发射侧光纤)的端部，分别提供电介质多层膜112a和112b。在光纤111的一端，提供箍113a和113b等以构建连接器114。为了耦合光纤111，连接器114a和114b的箍113a和113b被推进到套115内。在耦合时，当从箍113a和113b的后端(与端面相对的端)突出的法兰116a和116b接触套115时，箍113a和113b防止被进一步插入。结果是，在电介质多层膜112a和112b之间限定了小的间隙117；因此可以防止对电介质多层膜112a和112b的破坏。

被示于图7B中的结构与被示于图7A中的结构相似在于：箍113a和113b的法兰116a和116b限制插入超出限制，以为了防止对电介质多层膜112的破坏。除此以外，箍113a和113b的端部紧靠在被提供在套115内部的突出上，由此防止连接器114a和114b被进一步插进到套115中(见，例如本发明的申请者的日本未受检查的专利申请，第一公开号2005-3871)。

在上述说明的光纤的耦合结构中，在耦合光纤111a和111b时，端面之间的间距由箍113a和113b与套115之间的机械啮合来加以限定。为了实现具有低损耗的光学耦合，箍113a和113b与套115的内部结构应该以非常高的精度(例如，以亚微米级)被制造。更具体地，如果在光纤111a和111b之间的光学耦合中存在水平方向上的轻微未对准(芯未对准)，则从发射侧光纤111a所发射的一些光可能不入射到入射侧光纤111b的芯上。结果是，可引发损耗并且耦合的光学特性可能受到不利影响。出于这个原因，当耦合光纤111a和111b时，箍113a和113b的外径与套115的内径应该被非常精确地对准。因此，这些部件需要以非常高的精度被制造，这要求高强度的工作。此外，如果间隙117没有被精确地加以设定，则从发射侧光纤111a所发射且随后入射到入射侧光纤111b的光的光点半径可变得大于入射侧光纤111b的芯半径。在这种情况下，从发射侧光纤111a所发射的一部分光并不入射到入射侧光纤111b的芯上。结果是，可引发损耗并且耦合的光学特性可受到不利影响。出于此原因，光纤111a和111b应该被精确地对准，并且箍113a和113b与套115需要以非常高的精度被制造，这要求高强度的工作。

此外，要求热固化粘接剂用于附着箍113a和光纤111a，以及箍113b和光纤111b，这相当耗时。

发明内容

本发明鉴于上述说明的背景而产生，并且其目的是提供一种光纤耦合结构，所述结构可以利用简单的结构光耦合光纤而不需要高精度的对准部件。

为了实现上述目的，本发明的第一方面针对用于光耦合发射侧光纤与入射侧光纤的光纤耦合结构，包括：包括第一凹槽和耦合端面的发射侧基座；以及包括第二凹槽、邻接面、以及斜面的入射侧基座，其中发射侧光纤被紧固到发射侧基座上，并且发射侧光纤的一端被暴露在耦合端面，其中入射侧光纤被紧固到入射侧基座上，并且入射侧光纤的一端被暴露在斜面处，并且其中发射侧基座的耦合端面紧靠在入射侧基座的邻接面上，被暴露在发射侧基座的耦合端面处的发射侧光纤以及被暴露在入射侧基座的斜面处的入射侧光纤相隔开一间隙，并且发射侧光纤与入射侧光纤被光耦合。

在上述说明的光纤耦合结构中，入射侧光纤的芯半径r₂可大于发射侧光纤的芯半径r₁。

在上述说明的光纤耦合结构中，作为发射侧光纤端面与被提供在入射侧光纤芯的斜面的一端之间距离的端面间距D可由下述公式(1)表达：

$D<\frac{r_2-r_1}{\tan \left\{\mathrm{si}{n}^{-1}\left(N{A}_1\right)\right\}}-2r_2\&CenterDot;\tan \mathrm{\&alpha;}---\left(1\right)$

其中α是发射侧基座的耦合端面与入射侧基座的斜面之间的角，且NA₁是发射侧光纤的数值孔径。

在上述说明的光纤耦合结构中，在下述公式(2)中所定义的耦合损耗L可小于0.1：

L＝(L₁+L₂)/2  …(2)

其中

$L_1=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t1}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\end{array}\right.$

$L_2=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t2}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\end{array}\right.$

其中θ_{t_max}是最大传播角，以及

θ_{t_max}＝sin^-1(NA₂/n_c)

θ_t1＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)+α]}-α

θ_t2＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)-α]}+α

其中n_c是光纤芯的折射率，NA₁是发射侧光纤的数值孔径，以及NA₂是入射侧光纤的数值孔径。

在上述所说明的光纤耦合结构中，端面角α可满足由下述公式(3)所表达的条件：

本发明的第二方面针对一种用于光耦合发射侧光纤和入射侧光纤的方法，包括下述步骤：提供包括第一凹槽和耦合端面的发射侧基座；提供包括第二凹槽、邻接面以及斜面的入射侧基座；将发射侧光纤紧固到发射侧基座的第一凹槽上以在发射侧光纤耦合端面处暴露发射侧光纤的一端；将入射侧光纤紧固到入射侧基座的第二凹槽上以在入射侧光纤的斜面处暴露入射侧光纤的一端；以及通过将发射侧基座的耦合端面紧靠到入射侧基座的邻接面上来对发射侧光纤和入射侧光纤进行光耦合，以便于被暴露在发射侧基座的耦合端面处的发射侧光纤与被暴露在入射侧基座斜面处的入射侧光纤相隔开一间隙，以及发射侧光纤与入射侧光纤被光耦合。

根据本发明的示范性实施例，通过将耦合端面与邻接面彼此紧靠，发射侧光纤与入射侧光纤被光耦合，并且斜面被形成在入射侧光纤被暴露到的入射侧基座的面上。因此，入射侧光纤的光点半径被放大且甚至当存在水平未对准时实现具有低损耗的光耦合。因此，有可能由于不再需要传统上一直被使用的高精度部件而降低了成本。

此外，通过将耦合端面与邻接面彼此紧靠，在发射侧光纤的端面与入射侧光纤的端面之间限定了一间隙。因此，发射侧光纤与入射侧光纤可以被光耦合而无电介质多层膜之间的彼此接触。因此，可以防止对被提供在光纤端面上的电介质多层膜的破坏。

此外，由于入射侧光纤的芯半径r₂等于或大于发射侧光纤的芯半径r₁，所以入射侧光纤的光点半径可以被放大。因而，确保具有低损耗的光学耦合。

此外，通过将本发明的光纤耦合结构应用到非可移动类型光学连接器(non-removable type optical connector)上，有可能降低成本。

附图说明

通过参考附图对示范性实施例作详细描述本发明的目的、特征和优点会变得更加明显。

图1是根据本发明实施例的光纤耦合结构的透视图；

图2A是根据本发明实施例的光纤耦合结构的发射侧基座的透视图；

图2B是根据本发明实施例的光纤耦合结构的入射侧基座的透视图；

图3是根据本发明实施例的光纤耦合结构的主要部分的横断面视图；

图4是根据本发明实施例的光纤耦合结构的主要部分的放大横断面视图；

图5是示出在一实例中端面角α与损耗之间的关系图形。

图6是光纤激光器的示意图；

图7A是一个传统光纤耦合结构实例的放大横断面视图，其中光纤在套的端部处在轴向方向上被对准；以及

图7B是另一个传统光纤耦合结构实例的放大横断面视图，其中光纤在套内在轴向方向上被对准。

具体实施方式

此后，将参考附图对本发明的各种示范性实施例加以说明。该描述的示范性实施例旨在帮助对本发明的理解，而不是旨在以任何方式限制本发明的保护范围。图1至4示例本发明的示范性实施例，其中本发明被应用于耦合光纤激光器中的光纤。首先，光纤激光器将被加以解释。

被示于图6中的光纤激光器类似于上述说明的光纤激光器，其包括激励光源104、导向光纤105、掺杂稀土的光纤102、以及传输光纤106。激励光源104将激励光发射到传播激励光的导向光纤105，并且随后光入射到将光发射到传输光纤106的掺杂稀土的光纤102上。

如同从前所说明，在每个光纤的端面上提供电介质多层膜，其防止部分被反射的输出激光器光返回到谐振器，并且防止一些激励光入射到激励光源上。

图1是用在图6的光纤激光器101中的光纤耦合结构1的透视图，并且耦合结构包括用来耦合光纤的发射侧基座和入射侧基座。图3是这个光纤耦合结构的横断面视图。

光纤耦合结构1光耦合在端面上提供电介质多层膜(未被示出)的一对光纤2(即，发射侧光纤3和入射侧光纤5)。通过在发射侧基座4上使用粘接剂，发射侧光纤3被附着，以及通过在入射侧基座6上使用粘接剂，入射侧光纤5被附着。

通过光纤耦合结构1被光耦合的光纤3和5每个均包括光纤芯线和在端部分已经被剥去光纤芯线覆层的裸光纤。如图3中所示，光纤3的裸光纤包括：其中光信号被传播的芯3A以及由玻璃制成且被置于芯3A周围的包层3B。类似地，光纤5的裸光纤包括：其中光信号被传播的芯5A以及由玻璃制成且被置于芯5A周围的包层5B。此外，在光纤3和5的端面3C和5C上分别提供电介质多层膜，并且电介质多层膜仅反射具有某一波长的光。

图2A是发射侧基座的透视图，以及图2B是入射侧基座4的透视图。如图2A和3所示，发射侧基座4包括接收凹槽11和耦合端面12。被示于图1中的发射侧光纤3被牢固地接收在接收凹槽11内，并且被接收在接收凹槽11中的发射侧光纤3的端面(末端)3C被暴露在耦合端面12处。如图1中所示，由于接收凹槽11被提供在发射侧基座4的表面上，所以通过将发射侧光纤3放置在接收凹槽11内并且通过使用紫外线固化粘接剂等在短时间内将它附着其上，发射侧光纤3可以被紧固在接收凹槽11中。因此，与其中光纤被插入进箍且通过使用热固化粘接剂将它附着其上的传统方法相比较，光耦合光纤所需要的时间可以得到显著降低，并且过程的效率可以大大改善。一旦通过使用粘接剂发射侧光纤3被附着，则耦合端面12在垂直方向被抛光。

如图2B和3中所示，入射侧基座6包括接收凹槽21、邻接面22和斜面23。被示于图1中的入射侧光纤5被牢固地接收在接收凹槽21内，并且被接收在接收凹槽21内的入射侧光纤5的端被暴露在斜面23处。紧靠着入射侧基座6的邻接面22，发射侧基座4的耦合端面12被邻接。类似于发射侧基座4，如图1中所示由于接收凹槽21被提供在入射侧基座6的面上，所以通过将入射侧光纤5放置在接收凹槽11内并且通过使用紫外线固化粘接剂将它附着其上，入射侧光纤5可以被紧固在接收凹槽21中。

一旦入射侧光纤5被接收，入射侧光纤5被暴露的端面以相对于邻接面22的α角被抛光，以形成斜面23。

应该注意到虽然在图1中接收凹槽11和21被示例具有矩形横断面，但是假若光纤被接收的话，则接收凹槽11和21的横断面并不局限于这个形状。接收凹槽11和21可是V形凹槽，或U形凹槽，或半圆形凹槽等。

用于光耦合光纤的方法使用具有上述所说明结构的光纤耦合结构1。如图1中所示，在发射侧光纤3被接收在接收凹槽11中之后，通过使用紫外线固化粘接剂，它被附着到接收凹槽11中。然后，发射侧光纤3的被暴露面在垂直方向上被抛光，以形成耦合端面12。类似于发射侧光纤3，入射侧光纤5被接收在接收凹槽21中之后，通过使用粘接剂它被附着到接收凹槽21中。然后，入射侧光纤5的暴露面被抛光以形成斜面23。发射侧基座4的耦合端面12与入射侧基座6的邻接面22彼此紧靠。在对准耦合端面12和邻接面22以便于光学耦合的损耗被最小化之后，通过使用粘接剂耦合端面12和邻接面22被附着。

一旦利用上面所说明的方法光耦合光纤，出现在光学耦合部分中的耦合损耗取决于各种参数发生变化。这些参数包括：发射侧光纤3的芯3A的芯半径r₁，入射侧光纤5的芯5A的芯半径r₂，发射侧光纤3的数值孔径NA₁，入射侧光纤5的数值孔径NA₂，端面间距D，其为发射侧光纤3的耦合端面12与入射侧光纤5的芯5A的一端5D之间的距离，端面角α，其为发射侧光纤3的耦合端面12与入射侧基座6的斜面23之间的角，如图3中所示。

如图4中所示，从发射侧光纤3所发射的光在以相对于光轴的sin^-1(NA₁)(弧度)角扩展的同时在两个端之间的缝隙中传播。光的光点半径R可以由下述公式(4)表达：

R＝r₁+D·tan{sin^-1(NA₁)}  …(4)

如果入射侧光纤5的芯半径r₂小于光点半径R，则由于并不是所有的光入射到入射侧光纤5，所以耦合损耗增加。这意味着通过选择端面间距D的值，以便于当假设入射侧光纤5的芯半径r₂等于或大于发射侧光纤3的芯半径r₁时，R小于r₂，耦合损耗可以得到降低。在这个情况下，由于如图3中所示入射侧基座6具有斜面23，所以在其中入射侧光纤5的芯5A与发射侧光纤3的耦合端面12之间的间距为最大的区域中，光点半径R应该小于入射侧光纤5的芯半径r₁。因此，光点半径R应该满足下述公式(1)。

$D<\frac{r_2-r_1}{\tan \left\{\mathrm{si}{n}^{-1}\left(N{A}_1\right)\right\}}-2r_2\&CenterDot;\tan \mathrm{\&alpha;}---\left(1\right)$

如果上述所说明的公式(1)得到满足，则从发射侧光纤3所发射的全部光入射到入射侧光纤5上，并且随后在入射侧光纤5内传播。因此，可以获得展现优良光学特性的光学耦合。如果端面间距D等于或大于上述所说明公式(1)的右手侧，则并不是从发射侧光纤3所发射的所有光入射到入射侧光纤5上，其导致差的连接。

此外，如果从发射侧光纤3所发射的光以sin^-1(NA₁)角入射到入射侧光纤5上，则光在入射侧光纤5的芯5A内以角θ_t1和θ_t2被传播，如图4中所示，这由下述公式(5)和(6)来加以表达：

θ_t1＝sin^-1{1/n_c×sin{sin^-1(NA₁)+α]}-α  …(5)

θ_t2＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)-α]}+α  …(6)

其中n_c是入射侧光纤5的芯5A的折射率。最大传播角θ_t-max由入射侧光纤5的数值孔径NA₂来确定，且由下述公式(7)加以表达：

θ_{t_max}＝sin^-1(NA₂/n_c)   …(7)

因而，为了使入射到入射侧光纤5上的光在入射侧光纤5内传播，应该满足由下述公式(8)所表达的条件：

θ_{t_max}＞|θ_t|  …(8)

否则，光泄漏而不是被包含在芯5A中，这将导致损耗。换句话说，在到达入射侧光纤5的端面且具有角分量θ_t的光当中，仅具有角分量小于θ_t-max的光可以在光纤中传播，其中θ_t是相对于光轴的角，光在光纤中以此角传播。

此外，因光耦合导致的耦合损耗L由下述公式(2)加以确定：

L＝(L₁+L₂)/2  …(2)

其中

$L_1=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t1}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\end{array}\right.$

$L_2=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t2}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\end{array}\right.$

由于典型光学连接器的耦合损耗L约为10％，所以端面角α被如此选择，以便于耦合损耗L小于0.1。

因此，端面角α应该落在由下述公式(3)所表达的范围之内：

如果端面角α被如此选择，以便于它落在由上述所说明公式3给出的范围之内，则从发射侧光纤3所发射的全部光入射到入射侧光纤5上并且在该光纤内传播。因此，可以获得展现优良光学特性的光学耦合。

两个光纤以NA₁为0.35、NA₂为0.35、n_c为1.47及θ_t-max为0.24(弧度)被耦合，并且在变化端面角α的同时损耗被加以测量。结果被示于图5中。如上所说明，如果L小于0.1，则光学耦合被认为展现出低的耦合损耗。这些结果表明在这个光纤耦合结构中，当端面角α等于或小于17°时，耦合损耗L小于0.1。因此，当端面角α等于或小于17°时，通过提供具有这个光纤耦合结构的斜面，则获得优良的光学耦合。另外，当端面角α等于或者小于6°时没有损耗发生并且获得优良的光耦合。

根据上述所说明的示范实施例，由于入射侧光纤5的光点半径R得到增加，所以即使存在水平未对准，具有低损耗的光学耦合也是可能的。此外，通过将耦合端面12与邻接面22彼此紧靠，发射侧光纤3和入射侧光纤5之间的间隙被限定，光学耦合可以容易地被建立。

此外，间隙防止被形成在发射侧光纤3端面3C上的电介质多层膜以及被形成在入射侧光纤5的端面5C上的电介质多层膜彼此接触，并且防止对电介质多层膜的破坏。因而，光纤可以被容易地耦合而对光学特性没有不利影响。

这里，已经相当详尽地描述了本发明，以便于符合专利法和提供给本领域技术人员应用该新颖的原理所需要的信息并且在需要时构建和使用该特定的部件。然而，应当理解，本发明可以通过特定的不同的设备和装置实现，而各种的修改，对于设备细节和操作步骤二者，可以被完成而不偏离本发明本身的范围。

Claims (20)

1.一种用于光耦合发射侧光纤和入射侧光纤的光纤耦合结构，包括：

发射侧基座，包括：

      耦合端面；以及

入射侧基座，包括：

      邻接面；以及

      斜面，

其中所述发射侧光纤被紧固到发射侧基座上，并且发射侧光纤的一端被暴露在耦合端面处，

其中所述入射侧光纤被紧固到入射侧基座上，并且入射侧光纤的一端被暴露在所述入射侧基座的斜面处，以及所述入射侧光纤的所述暴露端具有一个斜面，其对应于所述入射侧基座的斜面，以及

其中发射侧基座的耦合端面紧靠入射侧基座的邻接面，被暴露在发射侧基座的耦合端面处的发射侧光纤与被暴露在入射侧基座的斜面处的入射侧光纤相隔开一间隙，以及发射侧光纤与入射侧光纤被光耦合。

2.根据权利要求1所述的光纤耦合结构，其中入射侧光纤的芯半径r₂大于发射侧光纤的芯半径r₁。

3.根据权利要求1所述的光纤耦合结构，其中作为发射侧光纤端面与被提供在入射侧光纤芯中的斜面的一端之间距离的端面间距D由下述公式(1)表达：

$D<\frac{r_2-r_1}{\tan \left\{{\sin }^{-1}\left({\mathrm{NA}}_1\right)\right\}}-2r_2\&CenterDot;\tan \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

其中α是发射侧基座的耦合端面与入射侧基座的斜面之间的角，r₁是发射侧光纤的芯半径，r₂是入射侧光纤的芯半径且NA₁是发射侧光纤的数值孔径。

4.根据权利要求3所述的光纤耦合结构，其中在下述公式(2)中被定义的耦合损耗L小于0.1：

L＝(L₁+L₂)/2…(2)

其中

$L_1=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t1}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\end{array}\right.$

$L_2=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t2}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\end{array}\right.$

其中是θ_{t_max}最大传播角，以及

      θ_{t_max}＝sin^-1(NA₂/n_c)

      θ_t1＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)+α]}-α

      θ_t2＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)-α]}+α

其中n_c是所述入射侧光纤的所述芯的折射率，NA₁是发射侧光纤的数值孔径，以及NA₂是入射侧光纤的数值孔径。

5.根据权利要求3所述的光纤耦合结构，其中端面角α满足由下述公式(3)所表达的条件：

sin^-1(NA₁/n_c)＞|sin^-1{1/n_c×sin(sin^-1(NA₁)±α)}α|…(3)

其中n_c是入射侧光纤的所述芯的折射率。

6.一种用于光耦合发射侧光纤和入射侧光纤的方法，包括下述步骤：

提供包括第一凹槽和耦合端面的发射侧基座；

提供包括第二凹槽、邻接面以及斜面的入射侧基座；

将发射侧光纤紧固到发射侧基座的第一凹槽上，以在发射侧光纤的耦合端面处暴露发射侧光纤的一端；

将入射侧光纤紧固到入射侧基座的第二凹槽上，以在入射侧光纤的斜面处暴露入射侧光纤的一端；以及

通过将发射侧基座的耦合端面紧靠到入射侧基座的邻接面上，以便于被暴露在发射侧基座的耦合端面处的发射侧光纤与被暴露在入射侧基座斜面处的入射侧光纤相隔开一间隙，从而发射侧光纤和入射侧光纤进行光耦合。

7.权利要求6的方法，其中，所述入射侧光纤被提供有一芯半径r₂，其大于发射侧光纤的芯半径r₁。

8.权利要求6的方法，其中发射侧光纤端面与被提供在入射侧光纤芯中的斜面的一端被间隔开距离D，其由下式(1)表示：

$D<\frac{r_2-r_1}{\tan \left\{{\sin }^{-1}\left({\mathrm{NA}}_1\right)\right\}}-2r_2\&CenterDot;\tan \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

其中α是发射侧基座的耦合端面与入射侧基座的斜面之间的角，r₁是发射侧光纤的芯半径，r₂是入射侧光纤的芯半径且NA₁是发射侧光纤的数值孔径。

9.权利要求8的方法，其中在下述公式(2)中被定义的耦合损耗L小于0.1：

L＝(L₁+L₂)/2…(2)

其中

$L_1=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t1}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\end{array}\right.$

$L_2=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t2}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\end{array}\right.$

其中θ_{t_max}是最大传播角，以及

    θ_{t_max}＝sin^-1(NA₂/n_c)

    θ_t1＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)+α]}-α

    θ_t2＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)-α]}+α

其中n_c是所述入射侧光纤的所述芯的折射率，NA₁是发射侧光纤的数值孔径，以及NA₂是入射侧光纤的数值孔径。

10.权利要求8的方法，其中端面角α被调节以满足由下述公式(3)所表达的条件：

sin^-1(NA₁/n_c)＞|sin^-1{1/n_c×sin(sin^-1(NA₁)±α)}α|…(3)

其中n_c是入射侧光纤的所述芯的折射率。

11.权利要求6的方法，其中，一旦所述发射侧光纤紧固到发射侧基座，所述发射侧基座的耦合端面在垂直方向被抛光。

12.权利要求7的方法，一旦所述入射侧光纤紧固到入射侧基座，所述入射侧光纤的暴露表面以相对于所述入射侧基座的邻接面的一个角度被抛光。

13.如权利要求1的光纤耦合结构，其中：

所述发射侧基座还包括一个第一凹槽而所述入射侧基座还包括一个第二凹槽，并且其中

并且所述发射侧光纤在所述第一凹槽紧固到所述发射侧基座上，而所述入射侧光纤被在所述第二凹槽紧固到所述入射侧基座上。

14.一种光纤耦合结构，包括：

包括暴露端面的发射侧光纤；

包括斜的暴露端面的入射侧光纤；

包括耦合端面的发射侧基座；

包括邻接面的入射侧基座；其中：

所述发射侧光纤紧固到所述发射侧基座，而所述入射侧光纤紧固到所述入射侧基座；以及

所述耦合端面紧靠所述邻接端面以使所述入射侧光纤的所述斜的暴露端面和所述发射侧光纤的暴露端面被光耦合。

15.如权利要求14的光纤耦合结构，其中，所述发射侧光纤的所述暴露端和所述入射侧光纤的所述斜的暴露端被间隔开。

16.如权利要求14的光纤耦合结构，其中，

所述发射侧基座还包括一个第一凹槽而所述入射侧基座还包括一第二凹槽，并且其中

并且所述发射侧光纤被在所述第一凹槽紧固到所述发射侧基座上，而所述入射侧光纤被在所述第二凹槽紧固到所述入射侧基座上。

17.如权利要求14的光纤耦合结构，其中，所述入射侧基座还包括一个斜面，而所述入射侧光纤的所述暴露端暴露在所述入射侧基座的斜面处。

18.如权利要求14的光纤耦合结构，其中，

所述发射侧光纤还包括芯和围绕所述芯的包层；

所述入射侧光纤还包括芯和围绕所述芯的包层；

所述入射侧光纤的所述芯的半径大于所述发射侧光纤的所述芯的半径。

19.如权利要求14的光纤耦合结构，其中作为发射侧光纤暴露端面与在入射侧光纤的所述暴露斜面处的所述入射侧光纤的芯的一端之间距离的端面间距D由下述公式(1)表达：

$D<\frac{r_2-r_1}{\tan \left\{{\sin }^{-1}\left({\mathrm{NA}}_1\right)\right\}}-2r_2\&CenterDot;\tan \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

其中α是发射侧基座的耦合端面与入射侧光纤的暴露端的斜面之间的角，r₁是发射侧光纤的芯半径r₁，r₂是入射侧光纤的芯半径且NA₁是发射侧光纤的数值孔径。

20.如权利要求19的光纤耦合结构，其中在下述公式(2)中被定义的耦合损耗L小于0.1：

L＝(L₁+L₂)/2…(2)

其中

$L_1=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t1}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t1})\end{array}\right.$

$L_2=\left\{\begin{array}{c}0({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }>{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\\ 1-{\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }/{\mathrm{\&theta;}}_{t2}({\mathrm{\&theta;}}_{t\_\max }\&le;{\mathrm{\&theta;}}_{t2})\end{array}\right.$

其中是θ_{t_max}最大传播角，以及

      θ_{t_max}＝sin^-1(NA₂/n_c)

      θ_t1＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)+α]}-α

      θ_t2＝sin^-1{1/n_c×sin[sin^-1(NA₁)-α]}+α

其中n_c是所述入射侧光纤的所述芯的折射率，NA₁是发射侧光纤的数值孔径，以及NA₂是入射侧光纤的数值孔径。

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