CN211426865U - 一种基于数值孔径转换的混合光纤阵列及光电器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于数值孔径转换的混合光纤阵列及光电器件，混合光纤阵列包括基片、盖片和两端数值孔径不同的混合光纤，所述基片上表面形成有用于放置所述混合光纤的V槽，且所述V槽的一端延伸至所述基片的一端侧壁，所述盖片设置在所述基片上，并将所述混合光纤压在所述V槽内，所述混合光纤的数值孔径较小一端与激光器耦合，所述混合光纤的数值孔径较大一端与光纤链路连接。本实用新型通过数值孔径不同的纤芯锥形熔接进行模场转换，形成混合光纤阵列，该光纤阵列一端与激光器耦合，另一端与光纤链路对接，可以显著提高耦合效率,而且结构简单,容易实现小型化和规模化，与外部激光器和光纤链路耦合方便，简单可靠，适合大面积推广使用。

Description

一种基于数值孔径转换的混合光纤阵列及光电器件

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于数值孔径转换的混合光纤阵列及光电器件。

背景技术

在光纤通信技术中，由于信号是在光纤中以光的形式传播，因此，将激光器发出的光信号耦合进入光纤，耦合技术都是必不可少的，这是光电收发器件与模块的技术基础。

传统的耦合方式主要有两种，一是光纤和激光器直接耦合如图1，二是采用透镜耦合如图2。在图1中的光纤激光器直接耦合方式中，由于标准单模光纤的数值孔径NA值在0.1-0.12范围，表征光纤的收光能力在14°的锥形范围，而激光器特别是普遍使用的DFB激光器的发散角在30～40°，因此大部分的光都不能被接收，光纤直接耦合典型的耦合效率不到10％。图2为透镜耦合，即在激光器和光纤之间加入透镜，可以是单透镜，也可以是多透镜组合。透镜的引入可以显著提高耦合效率，透镜种类的不同耦合效率也不同。目前在业界，普遍采用该方式进行耦合设计。例如，同轴封装，大多使用球透镜，耦合效率可以达到20％以上；在盒式BOX封装中，大都使用非球面透镜，以期得到更高的耦合效率，目前非面球透镜的耦合效率可以达到70％左右。透镜耦合虽然可以显著提高耦合效率，特别是非球面透镜，但透镜的引入，会导致成本提高，光路复杂，器件体积变大等缺点。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于数值孔径转换的混合光纤阵列及光电器件。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于数值孔径转换的混合光纤阵列，包括基片、盖片和两端数值孔径不同的混合光纤，所述基片上表面形成有用于放置所述混合光纤的V槽，且所述V槽的一端延伸至所述基片的一端侧壁，所述盖片设置在所述基片上，并将所述混合光纤压在所述V槽内，所述混合光纤的数值孔径较小一端与激光器耦合，所述混合光纤的数值孔径较大一端与光纤链路连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的基于竖直孔径转换的混合光纤阵列，通过数值孔径不同的纤芯锥形熔接进行模场转换，形成混合光纤阵列，该光纤阵列一端与激光器耦合，另一端与光纤链路对接，可以显著提高耦合效率,而且结构简单,容易实现小型化和规模化，与外部激光器和光纤链路耦合方便，简单可靠，非常适合大面积推广使用。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：所述混合光纤包括由内至外顺次设置的纤芯、包层和涂覆层，所述纤芯包括数值孔径较大的第一纤芯和数值孔径较小的第二纤芯，所述第一纤芯的一端与所述第二纤芯的一端熔接，并在熔接处形成数值孔径的渐变段，所述第一纤芯靠近所述基片一端设置，且所述混合光纤内部设有所述第一纤芯的一端设置在所述V槽内。

上述进一步方案的有益效果是：通过数值孔径不同的所述第一纤芯和第二纤芯进行熔接，并形成渐变段以进行模场转换，大大提高了耦合效率，通过所述V槽将所述混合光纤内部设有所述第一纤芯的一端固定于所述基片上，便于耦合操作，增加可靠性。

进一步：所述渐变段位于对应的所述V槽内。

上述进一步方案的有益效果是：通过将所述渐变段设置与所述V槽内，可以使得所述V槽对所述第一纤芯和第二纤芯的连接处的所述渐变段起到更好的稳固和支撑作用，增加强度，容易耦合，保证整个混合光纤阵列的可靠性。

进一步：所述渐变段呈圆台状，且所述渐变段靠近所述第一纤芯一端的数值孔径与所述第一纤芯的数值孔径相等，所述渐变段靠近所述第二纤芯一端的数值孔径与所述第二纤芯的数值孔径相等。

上述进一步方案的有益效果是：通过将所述渐变段设置为圆台状的渐变形状，可以大大提高整个混合光纤阵列的耦合效率，并且所述渐变段的两端分别与所述第一纤芯和第二纤芯恰好匹配，整个混合光纤阵列结构简单。

进一步：所述基片上表面的一端高于另一端，且所述V槽的一端延伸至所述基片的上表面较高的一端，所述混合光纤的内部设有所述第一纤芯的一端靠近所述基片的上表面较高的一端设置，所述混合光纤的内部设有所述第二纤芯的一端通过胶水与所述基片的上表面较低的一端连接固定。

上述进一步方案的有益效果是：通过将所述基片上表面的一端高于另一端可以方便所述混合光纤阵列的放置以及固定，通过所述V槽对所述混合光纤上的第一纤芯所在部分和渐变段作为部分进行固定，可以方便在固定时进行调节，并且通过胶水将所述混合光纤上的第二纤芯所在部分进行固定成型，保证整个混合光纤阵列结构稳固，耦合效率较高，性能优良。

进一步：所述第一纤芯的竖直孔径与激光器的发散角相匹配，且所述第一纤芯的数值孔径范围为0.2-0.4，所述第二纤芯的数值孔径范围为 0.1-0.15。

进一步：所述第一纤芯的导光层直径范围为2-5μm，所述第二纤芯的导光层直径范围为7-12μm。

进一步：所述混合光纤的数量为一根或多根，所述混合光纤一一对应设置在所述V槽内。

上述进一步方案的有益效果是：通过一根或多根可以满足单通道的混合光纤阵列和多通道的光线阵列需求，大大提高了整个混合光纤阵列的通用性。

本实用新型还提供了一种光电器件，包括所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列。

本实用新型的光电器件，通过包含有数值孔径不同的纤芯的混合光纤阵列进行模场转换，该光纤阵列一端与激光器耦合，另一端与光纤链路对接，可以显著提高整个光电器件的耦合效率,而且结构简单,容易实现小型化和规模化，与外部激光器和光纤链路耦合方便，简单可靠，非常适合大面积推广使用。

附图说明

图1为现有技术中的光纤和激光器直接耦合的结构示意图；

图2为现有技术中的光纤和激光器通过透镜耦合的结构示意图；

图3为本实用新型的基于数值孔径转换的混合光纤阵列结构示意图；

图4为本实用新型的混合光纤的局部放大结构示意图；

图5为本实用新型的基于数值孔径转换的混合光纤阵列结构与激光器耦合的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、基片，2、盖片，3、混合光纤，4、激光器；

31、第一纤芯，32、第二纤芯，33、渐变段。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图3和图5所示，一种基于数值孔径转换的混合光纤阵列，包括基片 1、盖片2和两端数值孔径不同的混合光纤3，所述基片1上表面形成有用于放置所述混合光纤3的V槽，且所述V槽的一端延伸至所述基片1的一端侧壁，所述盖片2设置在所述基片1上，并将所述混合光纤3压在所述V槽内，所述混合光纤3的数值孔径较小一端与激光器4耦合，所述混合光纤3的数值孔径较大一端与光纤链路连接。

本实用新型的基于竖直孔径转换的混合光纤阵列，通过数值孔径不同的纤芯锥形熔接进行模场转换，形成混合光纤阵列，该光纤阵列一端与激光器耦合，另一端与光纤链路对接，可以显著提高耦合效率,而且结构简单,容易实现小型化和规模化，与外部激光器和光纤链路耦合方便，简单可靠，非常适合大面积推广使用。

如图4所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述混合光纤 3包括由内至外顺次设置的纤芯、包层和涂覆层，所述纤芯包括数值孔径较大的第一纤芯31和数值孔径较小的第二纤芯32，所述第一纤芯31的一端与所述第二纤芯32的一端熔接，并在熔接处形成数值孔径的渐变段33，所述第一纤芯31靠近所述基片1一端设置，且所述混合光纤3内部设有所述第一纤芯31的一端设置在所述V槽内。通过数值孔径不同的所述第一纤芯31 和第二纤芯32进行熔接，并形成渐变段33以进行模场转换，大大提高了耦合效率，通过所述V槽将所述混合光纤3内部设有所述第一纤芯31的一端固定于所述基片1上，便于耦合操作，增加可靠性。

优选地，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述渐变段33位于对应的所述V槽内。通过将所述渐变段33设置与所述V槽内，可以使得所述V槽对所述第一纤芯31和第二纤芯32的连接处的所述渐变段33起到更好的稳固和支撑作用，增加强度，容易耦合，保证整个混合光纤阵列的可靠性。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述渐变段33呈圆台状，且所述渐变段33靠近所述第一纤芯31一端的数值孔径与所述第一纤芯31 的数值孔径相等，所述渐变段33靠近所述第二纤芯32一端的数值孔径与所述第二纤芯32的数值孔径相等。通过将所述渐变段33设置为圆台状的渐变形状，可以大大提高整个混合光纤阵列的耦合效率，并且所述渐变段33的两端分别与所述第一纤芯31和第二纤芯32恰好匹配，整个混合光纤阵列结构简单。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述基片1上表面的一端高于另一端，且所述V槽的一端延伸至所述基片1的上表面较高的一端，所述混合光纤3的内部设有所述第一纤芯31的一端靠近所述基片1的上表面较高的一端设置，所述混合光纤3的内部设有所述第二纤芯32的一端通过胶水与所述基片1的上表面较低的一端连接固定。通过将所述基片1上表面的一端高于另一端可以方便所述混合光纤阵列的放置以及固定，通过所述V槽对所述混合光纤3上的第一纤芯31所在部分和渐变段32作为部分进行固定，可以方便在固定时进行调节，并且通过胶水将所述混合光纤3上的第二纤芯 32所在部分进行固定成型，保证整个混合光纤阵列结构稳固，耦合效率较高，性能优良。

优选地，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述第一纤芯31 的竖直孔径与激光器4的发散角相匹配，且所述第一纤芯31的数值孔径范围为0.2-0.4，所述第二纤芯32的数值孔径范围为0.1-0.15。

优选地，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述第一纤芯31 的导光层直径范围为2-5μm，所述第二纤芯32的导光层直径范围为7-12μ m。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述混合光纤3的数量为一根或多根，所述混合光纤3一一对应设置在所述V槽内。通过一根或多根可以满足单通道的混合光纤阵列和多通道的光线阵列需求，大大提高了整个混合光纤阵列的通用性。

另外，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述V槽也可以是毛细管构造形式，如果为单通道应用时，V槽也用毛细管代替，一般情况下多通道用V槽，单通道用毛细管。

鉴于在光纤通信系统中普遍使用的标准单模光纤的数值孔径NA在0.12, 其收光能力在14°的锥型范围,因此和激光器的直接耦合效率非常低,低至没有实际的使用价值。本实用新型考虑使用两种不同数值孔径光纤通过锥型熔接进行模场转换形成特殊的光纤阵列,这种光纤阵列的一端是高数值孔径 NA的第一纤芯31,用于和激光器耦合,另一端是第二纤芯32(标准的单模光纤，便于通过光纤适配器进行对接),用于和光纤链路的对接。由于第一纤芯的数值孔径NA和激光器的发散角相匹配,因此可以显著提高耦合效率,而且结构简单,容易实现小型化和规模化。

实际中，本实用新型的混合光纤阵列与激光器直接耦合时，只需要简单的几何位置对准即可，混合光纤阵列端面充分靠近激光器4发光面但不能接触，这种耦合方式简单可靠，便于规模化生产。另外，这种混合光纤阵列不仅适合于和激光器的耦合，也适合于和高数值孔径NA波导的耦合，如硅波导等。

本实用新型还提供了一种光电器件，包括所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列。

本实用新型的光电器件，通过包含有数值孔径不同的纤芯的混合光纤阵列进行模场转换，该光纤阵列一端与激光器耦合，另一端与光纤链路对接，可以显著提高整个光电器件的耦合效率,而且结构简单,容易实现小型化和规模化，与外部激光器和光纤链路耦合方便，简单可靠，非常适合大面积推广使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于数值孔径转换的混合光纤阵列,其特征在于：包括基片(1)、盖片(2)和两端数值孔径不同的混合光纤(3)，所述基片(1)上表面形成有用于放置所述混合光纤(3)的V槽，且所述V槽的一端延伸至所述基片(1)的一端侧壁，所述盖片(2)设置在所述基片(1)上，并将所述混合光纤(3)压在所述V槽内，所述混合光纤(3)的数值孔径较小一端与激光器(4)耦合，所述混合光纤(3)的数值孔径较大一端与光纤链路连接。

2.根据权利要求1所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列,其特征在于：所述混合光纤(3)包括由内至外顺次设置的纤芯、包层和涂覆层，所述纤芯包括数值孔径较大的第一纤芯(31)和数值孔径较小的第二纤芯(32)，所述第一纤芯(31)的一端与所述第二纤芯(32)的一端熔接，并在熔接处形成数值孔径的渐变段(33)，所述第一纤芯(31)靠近所述基片(1)一端设置，且所述混合光纤(3)内部设有所述第一纤芯(31)的一端设置在所述V槽内。

3.根据权利要求2所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列,其特征在于：所述渐变段(33)位于对应的所述V槽内。

4.根据权利要求3所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列,其特征在于：所述渐变段(33)呈圆台状，且所述渐变段(33)靠近所述第一纤芯(31)一端的数值孔径与所述第一纤芯(31)的数值孔径相等，所述渐变段(33)靠近所述第二纤芯(32)一端的数值孔径与所述第二纤芯(32)的数值孔径相等。

5.根据权利要求2所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列,其特征在于：所述基片(1)上表面的一端高于另一端，且所述V槽的一端延伸至所述基片(1)的上表面较高的一端，所述混合光纤(3)的内部设有所述第一纤芯(31)的一端靠近所述基片(1)的上表面较高的一端设置，所述混合光纤(3)的内部设有所述第二纤芯(32)的一端通过胶水与所述基片(1)的上表面较低的一端连接固定。

6.根据权利要求2所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列,其特征在于：所述第一纤芯(31)的竖直孔径与激光器(4)的发散角相匹配，且所述第一纤芯(31)的数值孔径范围为0.2-0.4，所述第二纤芯(32)的数值孔径范围为0.1-0.15。

7.根据权利要求2所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列,其特征在于：所述第一纤芯(31)的导光层直径范围为2-5μm，所述第二纤芯(32)的导光层直径范围为7-12μm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列,其特征在于：所述混合光纤(3)的数量为一根或多根，所述混合光纤(3)一一对应设置在所述V槽内。

9.一种光电器件，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的基于数值孔径转换的混合光纤阵列。

Images