CN209803379U - 单模单光纤聚焦器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单模单光纤聚焦器，其中，所述的单模单光纤聚焦器包括G‑lens径向渐变折射率透镜，该G‑lens径向渐变折射率透镜的前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)均在该G‑lens径向渐变折射率透镜内。采用该种结构的单模单光纤聚焦器可以使得单模单光纤尾纤与该G‑lens径向渐变折射率透镜之间的相邻距离减少，使单模单光纤聚焦器的偏转角度小、回损高、同时使单模单光纤聚焦器结构更紧凑，整体封装尺寸小。

Description

单模单光纤聚焦器

技术领域

本实用新型涉及光学领域，尤其涉及光传输领域，具体是指一种单模单光纤聚焦器。

背景技术

目前常见的单光纤聚焦器的光轴一般是笔直的一条线，无法直接偏折；且聚焦透镜和单光纤尾纤间距较大，有时为了取得较小的聚焦斑腰，其间距可达至1～4mm左右，其间距这么大是因为市面上一般光学无源器件(包括现有技术单光纤聚焦器)所用的聚焦透镜都把出射光束整形为准直光或是接近准直光束，其透镜像方焦点(即前焦点)和物方焦点(即后焦点)都在透镜之外部，且相应的像方焦点(前焦点)和物方焦点(后焦点)的前焦和后焦截距也在透镜之外部，如果是G-lens径向渐变折射率透镜把出射光束整形为准直光的话，其周节Pitch就要为四分之一周节(四分之一周节就是0.25)左右，一般为0.23，如图1所示，图1为包括现有技术中的单光纤聚焦器的光学无源器件的像方焦点示意图，图1中的光学无源器件所用的0.23周节的透镜用于准直出射光束，随着0.23周节的透镜和单光纤尾纤之间的间距从零开始变大，其透镜端面出射的光束变化为：先发散光变为准直光，再变为有不明显束腰的聚焦光束，最后才能变为有明显束腰的聚焦光束(也就是现有技术单光纤聚焦器的聚焦光束，其束腰对应的光斑大小就是聚焦斑腰)。又为满足较高回损会将其尾纤和透镜端面会进行抛光研磨8度左右，以上二点就会造成偏转角的急剧增大，且封装尺寸变大。

如图1所示，旁轴平行光束从0.23周节透镜6的左边入射，其中，透镜的左边就是物空间，而像方焦点8(即前焦点)位于透镜的右边，并位于透镜的外部，像方焦点与透镜6之间的距离为前焦截距。

如图2所示，图2为包括现有技术中的单光纤聚焦器的光学无源器件的物方焦点示意图，图2中的光学无源器件所用的0.23周节的透镜用于准直出射光束，其中，旁轴平行光束从透镜的右边入射，透镜的右边就是像空间，而物方焦点9(即后焦点)位于透镜的左边，并位于透镜的外部，物方焦点与透镜之间的距离为后焦截距。

从图1与图2中我们可以看出透镜的前焦截距和后焦截距相等，对应焦点对称于透镜。

如图3所示，图3为现有技术中的单光纤聚焦器的结构示意图，图3为现有技术中的单光纤聚焦器的光路示意图，从图3中可以看出现有技术中的单光纤聚焦器包括单模单光纤尾纤2、透镜6及外金属外封管5，其中，单模单光纤尾纤与透镜之间的距离较大，从图4中可以看出该单光纤聚焦器的光路路径及聚焦点。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种结构紧凑、光束旋转、低偏转角、高回损的单模单光纤聚焦器。

为了实现上述目的，本实用新型的单模单光纤聚焦器如下：

该单模单光纤聚焦器，其主要特点是，所述的单模单光纤聚焦器包括单模单光纤尾纤与G-lens径向渐变折射率透镜；

所述的单模单光纤尾纤与所述的G-lens径向渐变折射率透镜相邻；

所述的G-lens径向渐变折射率透镜的像方焦点(前焦点)和物方焦点(后焦点)均在该G-lens径向渐变折射率透镜内。

较佳地，所述的单模单光纤尾纤与G-lens径向渐变折射率透镜之间的间距在0.1～0.3mm之间。

较佳地，所述的单模单光纤尾纤的长度为3mm，且所述的单模单光纤尾纤与所述的G-lens径向渐变折射率透镜相邻的一端的切面角度为8度，并且所述的单模单光纤尾纤与所述的G-lens径向渐变折射率透镜相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层；所述的单模单光纤尾纤包括单模光纤以及单模光纤毛细管，所述的单模光纤位于所述的单模光纤毛细管内部。

更佳地，所述的G-lens径向渐变折射率透镜与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端的切面角度为7.5度，并且所述的G-lens径向渐变折射率透镜与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层；所述的G-lens径向渐变折射率透镜的周节Pitch为0.35。

较佳地，所述的单模单光纤聚焦器还包括转角棱镜，该转角棱镜与所述的G-lens径向渐变折射率透镜中不与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端相连接。

更佳地，所述的单模单光纤聚焦器还包括厚陶瓷垫片，所述的转角棱镜通过该厚陶瓷垫片与所述的G-lens径向渐变折射率透镜相连接。

更进一步地，所述的厚陶瓷垫片的厚度为0.0775mm。

更佳地，所述的转角棱镜的斜面端镀有相应波长的高反膜层，所述的转角棱镜的两个直角面为相应工作波长的高增透膜层。

更佳地，所述的转角棱镜中的三角面的两条直角边的尺寸为0.7×0.7mm。

较佳地，所述的单模单光纤聚焦器还包括金属外封管，该金属外封管将所述的单模单光纤尾纤与G-lens径向渐变折射率透镜完全包裹，所述的金属外封管的尺寸为1.2×7mm。

更佳地，所述的金属外封管上设有四个孔。

采用了本实用新型的单模单光纤聚焦器，该单模单光纤聚焦器包括像方焦点(前焦点)和物方焦点(后方焦点)均在透镜内部的G-lens径向渐变折射率透镜，通过该G-lens径向渐变折射率透镜可以使得单模单光纤尾纤与该G-lens径向渐变折射率透镜之间的相邻距离减少，使单模单光纤聚焦器的偏转角度小、回损高、同时使单模单光纤聚焦器结构更紧凑，整体封装尺寸小。

附图说明

图1为包括现有技术中的单光纤聚焦器的光学无源器件的像方焦点示意图。

图2为包括现有技术中的单光纤聚焦器的光学无源器件的物方焦点示意图

图3为现有技术中的单光纤聚焦器的结构示意图。

图4为现有技术中的单光纤聚焦器的光路示意图。

图5为本实用新型的单模单光纤聚焦器的结构示意图。

图6为本实用新型的单模单光纤聚焦器的光路示意图。

图7为本实用新型的单模单光纤聚焦器中的G-lens径向渐变折射率透镜的像方焦点示意图。

图8为本实用新型的单模单光纤聚焦器中的G-lens径向渐变折射率透镜的物方焦点示意图。

附图标记

1 G-lens径向渐变折射率透镜

2 单模单光纤尾纤

3 转角棱镜

4 厚陶瓷垫片

5 金属外封管

6 透镜

7 孔

8 像方焦点

9 物方焦点

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

该单模单光纤聚焦器，其中，所述的单模单光纤聚焦器包括单模单光纤尾纤2与G-lens径向渐变折射率透镜1，所述的单模单光纤尾纤2与所述的G-lens径向渐变折射率透镜1相邻；该G-lens径向渐变折射率透镜1的前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)均在该G-lens径向渐变折射率透镜1内。

所述的单模单光纤尾纤与G-lens径向渐变折射率透镜之间的间距在0.1～0.3mm之间。

在上述实施例中，所述的单模单光纤尾纤2的长度为3mm，且所述的单模单光纤尾纤2与所述的G-lens径向渐变折射率透镜1相邻的一端的切面角度为8度，并且所述的单模单光纤尾纤2与所述的G-lens径向渐变折射率透镜1相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层；所述的单模单光纤尾纤2包括单模光纤以及单模光纤毛细管，所述的单模光纤位于所述的单模光纤毛细管内部。

在上述实施例中，所述的G-lens径向渐变折射率透镜与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端的切面角度为7.5度，并且所述的G-lens径向渐变折射率透镜与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层；所述的G-lens径向渐变折射率透镜的周节Pitch为0.35。

在上述实施例中，所述的单模单光纤聚焦器还包括转角棱镜3，该转角棱镜3与所述的G-lens径向渐变折射率透镜1中不与所述的单模单光纤尾纤2相邻的一端相连接。

在上述实施例中，所述的单模单光纤聚焦器还包括厚陶瓷垫片4，所述的转角棱镜3通过该厚陶瓷垫片4与所述的G-lens径向渐变折射率透镜1相连接。

在上述实施例中，所述的厚陶瓷垫片4的厚度为0.0775mm。

在上述实施例中，所述的转角棱镜3的斜面端镀有相应波长的高反膜层，所述的转角棱镜3的两个直角面为相应工作波长的高增透膜层。

在上述实施例中，所述的转角棱镜3中的三角面的两条直角边的尺寸为0.7×0.7mm。

在上述实施例中，所述的单模单光纤聚焦器还包括金属外封管5，该金属外封管5将所述的单模单光纤尾纤2与G-lens径向渐变折射率透镜1完全包裹，所述的金属外封管5的尺寸为1.2×7mm。

在上述实施例中，所述的金属外封管5上设有四个孔7。

上述实施例中所述的单模单光纤聚焦器的结构如图5所示，图5为本实用新型的单模单光纤聚焦器的结构示意图，从图5中我们可以看出所述的单模单光纤尾纤2与G-lens径向渐变折射率透镜1之间的间距与图3中现有技术中的单模单光纤聚焦器中的单模单光纤尾纤2与透镜之间的距离相比，二者的距离明显较小。

在上述实施例中，本实用新型的单模单光纤聚焦器为一种紧凑型光束旋转低偏转角高回损的单模单光纤聚焦器，该单模单光纤聚焦器可以用于有旋转要求的光路系统中进行光束探测。可广泛使用于光网络系统、多通道光信号监控、光交换连接系统、光纤调试与测量系统等领域。

同时，上述实施例中的单模单光纤聚焦器，由于采用前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)均在该G-lens径向渐变折射率透镜1内的透镜，使得单模单光纤聚焦器的结构紧凑，同时在上述实施例的单模单光纤聚焦器中还包括转角棱镜3，通过转角棱镜3，可使得聚焦器的光路发生折转。

如图5所示，上述实施例中的单模单光纤聚焦器包括一支切面角度为8度的单模单光纤尾纤，其长度为3mm、一支特殊设计直径为的G-lens径向渐变折射率透镜1，该G-lens径向渐变折射率透镜1其中一端面非8度角设计，而设计为7.5度，周节pitch设计为0.35，超过四分之一周节(常规准直出射光束用的Glens透镜都在四分之一周节0.25左右，比如背景技术中提到的周节pitch为0.23)，而在本技术方案中，其前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)均在G-lens径向渐变折射率透镜1内部；本技术方案中的单模单光纤聚焦器还包括一枚0.0775mm厚陶瓷垫片4、一枚0.7×0.7mm转角棱镜、一特殊设计四孔外封管。在上述实施例中，本实用新型一种单模单光纤聚焦器可以折转光路、偏转角较小，回损较高、封装尺寸较小，可广泛应用于光纤通讯领域中。

单模单光纤尾纤由一根单模光纤和一支单模光纤毛细管组成，要尽量把单模单光纤尾纤磨短，一般研磨后可达3mm。并在单模单光纤尾纤端面上进行8度研磨抛光，并镀相应工作波长的增透膜层。

G-lens径向渐变折射率透镜1为经过特殊设计的透镜代替现有技术中的0.23Pitch周节左右的准直用透镜，其前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)在透镜之外部，现特殊设计后的G-lens径向渐变折射率透镜1的前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)在透镜之内部，使得特殊设计后的G-lens径向渐变折射率透镜1和单模单光纤尾纤间距控制在0.1～0.3mm，和现有技术中的单光纤聚焦器的间距相比大幅度减小(现有技术中的单光纤聚焦器的间距在1～4mm左右)，接近于常规单光纤准直器的间距大小(常规单光纤准直器的间距大小一般在0.2mm左右)；对于设计后的所述的单模单光纤聚焦器，增加了周节，也就是增加G-lens径向渐变折射率透镜1的长度，来减小了G-lens径向渐变折射率透镜1和单模单光纤尾纤间距。

使用G-lens径向渐变折射率透镜1的单模单光纤聚焦器光学计算如下：

已知条件：G-lens径向渐变折射率透镜1中心折射率：No(在工作波长λ处)；G-lens径向渐变折射率透镜1自聚焦常数(在工作波长λ处)：单模单光纤聚焦器的聚焦工作距离＝d；工作波长：λ；单模光纤模场直径ωo；间距：b(b为G-lens径向渐变折射率透镜1和单模单光纤尾纤之间的间距)。

计算步骤如下：

第一步：单模光纤出射光束的复参数：

其中，复参数为纯虚数，i为其虚部的虚数符号；

第二步：经过间距b和Glens径向渐变折射率透镜传输矩阵：

其中，z为Glens径向渐变折射率透镜的长度；

第三步：计算出从Glens径向渐变折射率透镜出射的光束复参数：

第四步：得出要求聚焦工作距离d处出射光束的束腰大小:(也就是光束聚焦腰斑大小)：

其中，Im[q₁(b)]是复参数q₁(b)的虚部的数值大小

其中，G-lens径向渐变折射率透镜的周节和长度关系公式为：

G-lens径向渐变折射率透镜的前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)的前焦和后焦截距公式为：

在计算G-lens径向渐变折射率透镜的长度：

G-lens径向渐变折射率透镜的设计方法为：增加周节pitch长度，也就是增加G-lens径向渐变折射率透镜的长度，减小单模单光纤尾纤与所述的G-lens径向渐变折射率透镜之间的间距b，并且使得b控制在至0.1～0.3mm，保持第二步传输矩阵整体不变。使得第三步和第四步计算得出的结果整体不变。

随着设计后G-lens径向渐变折射率透镜1和单模单光纤尾纤之间的间距从零开始变大，设计后G-lens径向渐变折射率透镜端面发射的光束的变化为：跳过发散光、准直光和不明显束腰的聚焦光束，直接变为有明显束腰的聚焦光束；只需根据客户要求的聚焦距离，通过适当调节G-lens径向渐变折射率透镜1和单模单光纤尾纤之间的间距b，把光束聚焦腰斑调节到相应的光斑大小即可。

特殊设计后的G-lens径向渐变折射率透镜的其中一平面抛光7.5度角，用来再提高光束偏转角。

使用0.0775mm厚度的陶瓷垫片作为G-lens连接径向渐变折射率透镜和转角棱镜的间隙，避免G-lens径向渐变折射率透镜和转角棱镜直接接触且防止粘结胶水溢入G-lens径向渐变折射率透镜的通光面中。

转角棱镜的斜面端镀有相应工作波长的高反膜层，二个直角面为相应工作波长的高增透膜层，尺寸为0.7×0.7mm，如图5所示。

金属外封管5将透镜和尾纤完全包裹，完全不裸露在外面，尺寸为1.2×7mm，金属外封管5上有四个孔7，孔7的直径1.1mm，如图5所示，其中，四个小孔用于注胶粘接。

上述实施例中的单模单光纤聚焦器所带来的有效增益如下：

本实用新型的单模单光纤聚焦器的光路可以折转、偏转角较小，可达至0.056度以下，同时，回损较高、可达至65dB以上；并且，由于单模单光纤聚焦器中的G-lens径向渐变折射率透镜特点使单模单光纤聚焦器的整体封装尺寸较小，可达至计

即上述实施例中的本实用新型设计了一款紧凑型光束旋转低偏转角高回损的单模单光纤聚焦器，其为光路可以折转、偏转角较小，回损较高、封装尺寸较小的单模单光纤聚焦器。

其光路效果如图6所示，图6为本实用新型的单模单光纤聚焦器的光路示意图。

本实用新型可应用于1550nm波长，聚焦距离1mm单模(单模光纤为Ultra光纤)单光纤紧凑型光束旋转低偏转角高回损的光纤聚焦器。

以下为本实用新型的单模单光纤聚焦器与现有技术中的单模单光纤聚焦器参数对比表：

从上表中我们可以直观看出本实用新型的单模单光纤聚焦器所带来的优势。

该单模单光纤聚焦器包括一支8度角单模单光纤尾纤，其尾纤长度3mm、一支特殊设计径向渐变折射率透镜Glens，其中一端面7.5度角设计，周节pitch 0.35，前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)在径向渐变折射率透镜之内部、一枚0.0775mm厚陶瓷垫片4、一枚0.7×0.7mm转角棱镜、一特殊设计四孔外封管。本实用新型一种紧凑型旋转光束低偏转角高回损的单模单光纤聚焦器可以折转光路、偏转角较小，回损较高、封装尺寸较小，可广泛应用于光纤通讯领域中。单模单光纤尾纤长度控制在3mm，端面8度角抛光且镀相应工作波长增透膜层。

特殊设计径向渐变折射率透镜，其中一端面7.5度角设计，周节pitch 0.35，前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)在径向渐变折射率透镜之内部。二端面镀相应工作波长增透膜层。

一枚0.0775mm厚陶瓷垫片4用于连接G-lens径向渐变折射率透镜和转角棱镜的间隙，避免G-lens径向渐变折射率透镜和转角棱镜直接接触且防止粘结胶水溢入G-lens径向渐变折射率透镜的通光面中。

转角棱镜斜面端镀有相应工作波长的高反膜层，二个直角面为相应工作波长的高增透膜层，尺寸为0.7×0.7mm。

用一特殊设计四孔外封管进行封装，四孔用于注胶粘接，小孔直径1.1mm。

如图7所示，图7为本实用新型的单模单光纤聚焦器中的G-lens径向渐变折射率透镜的像方焦点示意图，图7中采用了本实用新型中的G-lens径向渐变折射率透镜，旁轴平行光束从G-lens径向渐变折射率透镜左边入射(透镜左边为物空间)，像方焦点8位于G-lens径向渐变折射率透镜的内部，像方焦点与G-lens径向渐变折射率透镜右端的间距为前焦截距，该G-lens径向渐变折射率透镜的周节为0.35，超过了四分之周节，

如图8所示，图8为本实用新型的单模单光纤聚焦器中的G-lens径向渐变折射率透镜的物方焦点示意图，图8中采用了与图7中相同的G-lens径向渐变折射率透镜，旁轴平行光束从透镜的右边入射，透镜右边为像空间，物方焦点位于该G-lens径向渐变折射率透镜的内部，物方焦点9与G-lens径向渐变折射率透镜左端的间距为后焦截距。

采用了本实用新型的单模单光纤聚焦器，该单模单光纤聚焦器包括前焦点(像方焦点)和后焦点(物方焦点)均在透镜内部的G-lens径向渐变折射率透镜，通过该G-lens径向渐变折射率透镜可以使得单模单光纤尾纤与该G-lens径向渐变折射率透镜之间的相邻距离减少，使单模单光纤聚焦器的偏转角度小、回损高、同时使单模单光纤聚焦器结构更紧凑，整体封装尺寸小。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (11)

1.一种单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的单模单光纤聚焦器包括单模单光纤尾纤与G-lens径向渐变折射率透镜；

所述的单模单光纤尾纤与所述的G-lens径向渐变折射率透镜相邻；

所述的G-lens径向渐变折射率透镜的像方焦点和物方焦点均在该G-lens径向渐变折射率透镜内。

2.根据权利要求1所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的单模单光纤尾纤与G-lens径向渐变折射率透镜之间的间距在0.1～0.3mm之间。

3.根据权利要求1所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的单模单光纤尾纤的长度为3mm，且所述的单模单光纤尾纤与所述的G-lens径向渐变折射率透镜相邻的一端的切面角度为8度，并且所述的单模单光纤尾纤与所述的G-lens径向渐变折射率透镜相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层；所述的单模单光纤尾纤包括单模光纤以及单模光纤毛细管，所述的单模光纤位于所述的单模光纤毛细管内部。

4.根据权利要求3所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的G-lens径向渐变折射率透镜与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端的切面角度为7.5度，并且所述的G-lens径向渐变折射率透镜与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层；所述的G-lens径向渐变折射率透镜的周节Pitch为0.35。

5.根据权利要求1所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的单模单光纤聚焦器还包括转角棱镜，该转角棱镜与所述的G-lens径向渐变折射率透镜中不与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端相连接。

6.根据权利要求5所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的单模单光纤聚焦器还包括厚陶瓷垫片，所述的转角棱镜通过该厚陶瓷垫片与所述的G-lens径向渐变折射率透镜相连接。

7.根据权利要求6所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的厚陶瓷垫片的厚度为0.0775mm。

8.根据权利要求5所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的转角棱镜的斜面端镀有相应波长的高反膜层，所述的转角棱镜的两个直角面为相应工作波长的高增透膜层。

9.根据权利要求5所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的转角棱镜中的三角面的两条直角边的尺寸为0.7×0.7mm。

10.根据权利要求1所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的单模单光纤聚焦器还包括金属外封管，该金属外封管将所述的单模单光纤尾纤与G-lens径向渐变折射率透镜完全包裹，所述的金属外封管的尺寸为1.2×7mm。

11.根据权利要求10所述的单模单光纤聚焦器，其特征在于，所述的金属外封管上设有四个孔。