CN208953731U - 一种光纤集成模块以及微结构光纤器件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种光纤集成模块以及微结构光纤器件，其中该光纤集成模块沿光路入射端依次包括：准直透镜，所述准直透镜以使从单模光纤输出的发散激光变成准直光束；会聚透镜，所述会聚透镜以使所述准直光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中。本实用新型通过准直透镜与会聚透镜的耦合关系使得单模光纤与大模场光纤得以适配，实现了单模光纤和大模场光纤间的模场匹配和低损耗连接。此外，由于该光纤集成模块结构简单，因此简化了组装步骤并节省了大量的人力以及资源成本。

Description

一种光纤集成模块以及微结构光纤器件

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，特别是涉及一种光纤集成模块以及微结构光纤器件。

背景技术

目前，随着光纤器件运用的越来越广泛，人们对于光纤器件的要求越来越高。其中的一种就是对于光纤器件，渴望实现更小的噪音、没有高阶模和没有模式色散。单模光纤激光器和单模光纤放大器可以满足这些要求。但是，在短脉冲放大器中使用单模光纤是不利的，因为单模光纤纤芯限制了光纤本身的饱和能量，进而限制可获得的脉冲能量。

在传统技术中，为了实现低噪音、减少和消除任何的高阶模和完成抑制模式色散，模式匹配器被用于光纤激光器系统中，它主要用于单模光纤一级放大器和后面的大模场光纤放大器间的基模耦合连接，或者单模光纤种子源与后面的大模场光纤放大器的基模耦合连接。

MFA(模式匹配器)一般是采用熔融拉锥技术制造，通过扩大单模光纤纤芯尺寸和收缩大模场光纤纤芯尺寸，然后熔拉在一起。它被放在激光器单模激光和大模场光纤放大器之间或者放在单模光纤放大器和大模场光纤放大器之间。

熔融拉锥型MFA的缺点包括：

1、大多数光纤激光器使用的光纤器件都是基于微光学技术，熔融拉锥型MFA与其它微光学器件不兼容，所以熔融拉锥型MFA只能单独制作和封装，无法与其它微光学器件集成，这会增加激光器的体积和成本。

2、反射的激光或者来自大模场光纤放大器中自发辐射回来的强激光。这些强激光会造成单模光纤纤芯表面损伤，特别是单模光纤芯纤表面镀增透膜情况下容易损伤。解决的方法是在MFA后面加入一个带通滤波片，大部分反射回来的激光(即不在滤波片工作波长范围内的激光)将被堵住和不允许其通过MFA。但是，这个缺点是带通滤波器输出端必须是大模场光纤而不是单模光纤。大模场光纤和封装是昂贵和复杂的。

3、单模光纤放大器与大模场光纤放大器之间的传统连接方式是采用三个单独的器件熔接。这种结构缺点体现在额外的激光损耗高、成本高和体积大，不仅三个单独器件需要占用更多的空间，器件间的盘纤也会占用更多的空间。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以实现减小损耗并且结构简单易于组装的光纤集成模块以及微结构光纤器件。

一种光纤集成模块，所述光纤集成模块沿光路入射端依次包括：

准直透镜，所述准直透镜以使从单模光纤输出的发散激光变成准直光束；

会聚透镜，所述会聚透镜以使所述准直光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中。

在其中一个实施例中，所述光纤集成模块沿光路入射端在所述准直透镜与所述会聚透镜之间还设有：

滤波片，所述滤波片用于对所述准直光束进行滤波。

在其中一个实施例中，所述光纤集成模块沿光路入射端在所述准直透镜与所述会聚透镜之间还依次设有：

第一起偏器、法拉第旋转器、半波片以及第二起偏器。

在其中一个实施例中，所述光纤集成模块沿光路入射端在所述准直透镜与所述会聚透镜之间还依次设有：

第一起偏器、法拉第旋转器、半波片、第二起偏器以及滤波片。

在其中一个实施例中，所述准直透镜和所述会聚透镜为C-lens。

在其中一个实施例中，所述光纤集成模块是一个具有微光学型模场适配功能的模块。

在其中一个实施例中，所述滤波片为1064±1nm带通滤波片。

在其中一个实施例中，所述第一起偏器和所述第二起偏器为光束移位器。

在其中一个实施例中，所述法拉第旋转器为45度法拉第旋转器。

一种微结构光纤器件，所述微结构光纤器件沿光路入射端依次包括：

单模光纤，所述单模光纤作为光纤输入端；

上述的光纤集成模块；

大模场光纤，所述大模场光纤作为光纤输出端；

其中，所述单模光纤、光纤集成模块以及大模场光纤设置于封装壳体内部。

上述光纤集成模块沿光路入射端依次包括：准直透镜，准直透镜以使从单模光纤输出的发散激光变成准直光束；会聚透镜，会聚透镜以使所述准直光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中。本实用新型通过准直透镜与会聚透镜的耦合关系使得单模光纤与大模场光纤得以适配，实现了单模光纤和大模场光纤间的模场匹配和低损耗连接。此外，由于该光纤集成模块结构简单，因此简化了组装步骤并节省了大量的人力以及资源成本。

上述微结构光纤器件沿光路入射端依次包括：单模光纤，单模光纤作为光纤输入端；光纤集成模块；大模场光纤，大模场光纤作为光纤输出端；其中，单模光纤、光纤集成模块以及大模场光纤设置于封装壳体内部。本实用新型通过准直透镜与会聚透镜的耦合关系使得单模光纤与大模场光纤得以适配，实现了单模光纤和大模场光纤间的模场匹配和低损耗连接。此外，由于该微结构光纤器件结构简单，因此简化了组装步骤并节省了大量的人力以及资源成本。

附图说明

图1为一个实施例中光纤集成模块的结构示意图；

图2为另一个实施例中光纤集成模块的结构示意图；

图3为另一个实施例中光纤集成模块的结构示意图；

图4为另一个实施例中光纤集成模块的结构示意图。

附图标号：100-单模光纤；110-大模场光纤；200-准直透镜；210-会聚透镜；300-滤波片；400-第一起偏器；401-第二起偏器；410-法拉第旋转器；420-半波片。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一起偏器称为第二起偏器，且类似地，可将第二起偏器称为第一起偏器。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种光纤集成模块，该光纤集成模块沿光路入射端依次包括：

准直透镜200，准直透镜200以使从单模光纤100输出的发散激光变成准直光束；

会聚透镜210，会聚透镜210以使准直光束以LP01模式耦合进入大模场光纤110中。

具体地，该光纤集成模块由单模光纤输入以及大模场光纤输出，具体包括：一对准直透镜200和会聚透镜210的微光学模场匹配器。

在一个具体的实施例中，准直透镜200和会聚透镜210为C-lens。准直透镜200的入射面为平面，准直透镜200的出射面为凸面。会聚透镜210的入射面为凸面，会聚透镜210的出射面为平面。

准直透镜200使单模光纤输出的发散激光变成准直光束。会聚透镜210使准直透镜200准直的光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中。对于一阶近似计算，会聚透镜210的有效焦距与准直透镜200有效焦距的比值等于在SMF的模场半径(w1)与LMAF的模场半径(w2)的比值。可以理解的，准确的计算应该考虑到单模光纤物理光学传播到大模场直径光纤的LP01模式和考虑准直透镜200和会聚透镜210的畸变。

在本实施例中，通过准直透镜200与会聚透镜210的耦合关系使得单模光纤100与大模场光纤110得以适配，实现了单模光纤100和大模场光纤110间的模场匹配和低损耗连接。此外，由于该光纤集成模块结构简单，因此简化了组装步骤并节省了大量的人力以及资源成本。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种光纤集成模块，该光纤集成模块沿光路入射端依次包括：

准直透镜200，准直透镜200以使从单模光纤100输出的发散激光变成准直光束；

滤波片300，滤波片300用于对准直光束进行滤波；

会聚透镜210，会聚透镜210以使准直光束以LP01模式耦合进入大模场光纤110中。

具体地，该光纤集成模块由单模光纤输入以及大模场光纤输出，具体包括：一对透镜200和透镜210的微光学模场匹配器以及滤波片300。

滤波片的加入可以滤掉激光器中反射回来的部分ASE，有效地弥补也隔离器的不足，最终保护了激光器不受损坏和提高激光器的能量输出的稳定性。同时此滤波片可以是分光片或者更宽波长的滤波片。这样可以增加了此集成模块的多功能化。

在一个具体实施例中，该滤波片300为1064±1nm带通滤波片。此带通滤波片可以是更宽波长，也可以是其它波长的滤波片，甚至可以是分光片。会聚透镜210使准直透镜200准直的光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中。对于一阶近似计算，会聚透镜210的有效焦距与准直透镜200有效焦距的比值等于在SMF的模场半径(w1)与LMAF的模场半径(w2)的比值。可以理解的，准确的计算应该考虑到单模光纤物理光学传播到大模场直径光纤的LP01模式和考虑准直透镜200和会聚透镜210的畸变。

在本实施例中，通过在准直透镜200与会聚透镜210之间设有滤波片300，实现了对准直光束的滤波功能。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种光纤集成模块，该光纤集成模块沿光路入射端依次包括：

准直透镜200，准直透镜200以使从单模光纤100输出的发散激光变成准直光束；第一起偏器400；法拉第旋转器410；半波片420；第二起偏器401；

会聚透镜210，会聚透镜210以使准直光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中110。

具体地，该光纤集成模块由单模光纤输入以及大模场光纤输出，包括：一对准直透镜200和会聚透镜210的微光学模场匹配器以及微光学隔离器。其中，微光学隔离器具体包括：第一起偏器400、法拉第旋转器410、半波片420以及第二起偏器401。

在一个具体的实施例中，第一起偏器400和第二起偏器401为光束位移器。此光束位移器也可以是同等类型的起偏器。

在一个具体的实施例中，法拉第旋转器410为45度法拉第旋转器。

会聚透镜210使准直透镜200准直的光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中。对于一阶近似计算，会聚透镜210的有效焦距与准直透镜200有效焦距的比值等于在SMF的模场半径(w1)与LMAF的模场半径(w2)的比值。可以理解的，准确的计算应该考虑到单模光纤物理光学传播到大模场直径光纤的LP01模式和考虑准直透镜200和会聚透镜210的畸变。

在本实施例中，通过在准直透镜200与会聚透镜210之间设有第一起偏器400、法拉第旋转器410、半波片420以及第二起偏器401，实现了微光学器件的隔离功能。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种光纤集成模块，该光纤集成模块沿光路入射端依次包括：

准直透镜200，准直透镜200以使从单模光纤100输出的发散激光变成准直光束；

第一起偏器400；法拉第旋转器410；半波片420；第二起偏器401；

滤波片300，滤波片300用于对准直光束进行滤波；

会聚透镜210，会聚透镜210以使准直光束以LP01模式耦合进入大模场光纤110中。

具体地，该光纤集成模块由单模光纤输入以及大模场光纤输出，包括：一对准直透镜200和会聚透镜210的微光学模场匹配器以及具有MFA，BPF和隔离器功能的光模块。

其中，准直透镜200为准直透镜200，会聚透镜210为会聚透镜210，滤波片300，微光学隔离器具体包括：第一起偏器400、法拉第旋转器410、半波片420以及第二起偏器401。

会聚透镜210使准直透镜200准直的光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中。对于一阶近似计算，会聚透镜210的有效焦距与准直透镜200有效焦距的比值等于在SMF的模场半径(w1)与LMAF的模场半径(w2)的比值。可以理解的，准确的计算应该考虑到单模光纤物理光学传播到大模场直径光纤的LP01模式和考虑准直透镜200和会聚透镜210的畸变。

在本实施例中，通过在准直透镜200与会聚透镜210之间设有第一起偏器400、法拉第旋转器410、半波片420以及第二起偏器401，实现了MFA，BPF以及隔离器功能。

可以理解的，图1-4给出此实用新型详细的思路、实施方法和结构。但是除了这里提到的4种方法还有更多的方法。本实用新型只是一种实现此思路的实用新型，还有很多方法可以实现此实用新型的观念，这对于那些在激光、光学、光电子和光学领域善于的人来说是很显而易见的。

在一个实施例中，提供了一种微结构光纤器件，该微结构光纤器件沿光路入射端依次包括：

单模光纤100，单模光纤100作为光纤输入端；

上述任一实施例中的光纤集成模块；

大模场光纤110，大模场光纤110作为光纤输出端；

其中，单模光纤100、光纤集成模块以及大模场光纤110设置于封装壳体内部。

具体地，该微结构光纤器件可以集成2种或者多种独立的光器件在一起。包括模场适配器、滤波器、隔离器和其它可能的器件，例如：光路监控器、环形器和更多。其中，该微结构光纤器件种关于光纤集成模块的具体限定可以参见上文中对于光纤集成模块的限定，在此不再赘述。

另外，在模块或器件内部一些公共元件是可以共用，比如准直透镜准直透镜200、会聚透镜L2、输入端的单模光纤、输出端的大模场光纤和封装壳体，这样可以减少成本、简化组装步骤和减小体积。这个微结构光纤器件可以减少总体的额外损耗。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光纤集成模块，其特征在于，所述光纤集成模块沿光路入射端依次包括：

准直透镜，所述准直透镜以使从单模光纤输出的发散激光变成准直光束；

会聚透镜，所述会聚透镜以使所述准直光束以LP01模式耦合进入大模场光纤中。

2.根据权利要求1所述的光纤集成模块，其特征在于，所述光纤集成模块沿光路入射端在所述准直透镜与所述会聚透镜之间还设有：

滤波片，所述滤波片用于对所述准直光束进行滤波。

3.根据权利要求1所述的光纤集成模块，其特征在于，所述光纤集成模块沿光路入射端在所述准直透镜与所述会聚透镜之间还依次设有：

第一起偏器、法拉第旋转器、半波片以及第二起偏器。

4.根据权利要求1所述的光纤集成模块，其特征在于，所述光纤集成模块沿光路入射端在所述准直透镜与所述会聚透镜之间还依次设有：

第一起偏器、法拉第旋转器、半波片、第二起偏器以及滤波片。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光纤集成模块，其特征在于，所述准直透镜和所述会聚透镜为C-lens。

6.根据权利要求1-4任一项所述的光纤集成模块，其特征在于，所述光纤集成模块是一个具有微光学型模场适配功能的模块。

7.根据权利要求2或4任一项所述的光纤集成模块，其特征在于，所述滤波片为1064±1nm带通滤波片。

8.根据权利要求3或4任一项所述的光纤集成模块，其特征在于，所述第一起偏器和所述第二起偏器为光束移位器。

9.根据权利要求8所述的光纤集成模块，其特征在于，所述法拉第旋转器为45度法拉第旋转器。

10.一种微结构光纤器件，其特征在于，所述微结构光纤器件沿光路入射端依次包括：

单模光纤，所述单模光纤作为光纤输入端；

如权利要求1-9任一项所述的光纤集成模块；

大模场光纤，所述大模场光纤作为光纤输出端；

其中，所述单模光纤、光纤集成模块以及大模场光纤设置于封装壳体内部。