CN217034311U - 具有调制功能的光纤适配器及制造其的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤通信光器件领域，尤其涉及具有调制功能的光纤适配器及制造其的设备。该具有调制功能的光纤适配器包括：至少一个支撑件，用于与光纤的插芯连接，并支撑插芯；超透镜装置，包括基底、设置在基底上的超表面结构，超表面结构由纳米结构构成；其中，支撑件与超透镜装置连接，使得超透镜装置的超表面结构与光纤的纤芯对准，且间隔一定距离。本实用新型提供的具有调制功能的光纤适配器，通过在光纤的插芯端部设置一个用以固定超透镜的支撑件，来实现光纤与超透镜的装配，减小了的体积，减轻了重量。

Description

具有调制功能的光纤适配器及制造其的设备

技术领域

本实用新型涉及光纤通信光器件领域，尤其涉及具有调制功能的光纤适配器及制造其的设备。

背景技术

光纤模式转换器、光纤耦合器和准直器等均可作用于光纤的射光，在改变光纤的出射光时需要借助具有相应功能的空间光学元件，将光学元件装配在光纤的端部来对光纤的出射光进行调制。

现有的光纤模式转换器、光纤耦合器和准直器等设备的光学元件存在体积大、重量沉和成本高等问题。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供的一种具有调制功能的光纤适配器及制造其的设备，解决了上述技术问题，提供一种能够将超透镜装配在光纤端部，并且装配后体积小，重量轻和成本低的光纤适配器。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型第一方面，提供了一种具有调制功能的光纤适配器，包括：至少一个支撑件，用于与光纤的插芯连接，并支撑插芯；

超透镜装置，包括基底、设置在所述基底上的超表面结构，超表面结构由纳米结构构成；其中，

支撑件与超透镜装置连接，使得超透镜装置的超表面结构与光纤的纤芯对准，且间隔一定距离。

一种可实施方式中，支撑件与超透镜装置粘贴。

一种可实施方式中，支撑件为中空的柱形或截锥形。

一种可实施方式中，支撑件的内侧壁与插芯壁过盈配合和/或卡接。

一种可实施方式中，支撑件内壁设有至少一个凸出于支撑件内壁的限位凸起；插芯插入支撑件时，限位凸起对插芯限位，以使插芯的端部与超透镜装置间隔一定距离。

一种可实施方式中，支撑件远离超透镜装置的端部设有卡接件，并且，在插芯的外周上开设至少一排周向设置的卡槽；其中，插芯插入支撑件，卡接件能够卡入卡槽，并且可以调节卡入卡槽的位置，从而实现所述超透镜装置和所述插芯的端部的间隔距离可调，实现某些对于间距有要求的光学功能。

一种可实施方式中，支撑件的数量为两个，两个支撑件相对设置，并且超透镜装置设置在两个支撑件之间；其中，

每个支撑件引入插芯，以使两个插芯的纤芯与超表面结构对准。

一种可实施方式中，超透镜装置还包括保护层，保护层覆盖超表面结构。

一种可实施方式中，保护层包括PMMA。

一种可实施方式中，支撑件的环周侧壁为柔性或刚性的。

一种可实施方式中，超表面结构为正方形或正六边形，超表面结构的各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。

一种可实施方式中，正方形或正六边形的各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。

一种可实施方式中，超表面结构能够设置用于对光束进行汇聚、准直、起偏、模式转换。

一种可实施方式中，纳米结构为偏振相关结构或偏振无关结构。

一种可实施方式中，偏振相关结构包括纳米鳍或纳米椭圆柱，偏振无关结构包括纳米圆柱或纳米方柱。

本实用新型第二方面，提供一种具有调制功能的光纤适配器的设备，包括：对准装置，用于将具有多个超表面结构的晶圆与支撑件的阵列进行对准；

连接装置，用于将对准的超表面结构的晶圆与支撑件的阵列固定连接；

切割装置，用于对固定连接的超表面结构与支撑件结构进行切割，以获得具有调制功能的光纤适配器。

一种可实施方式中，连接装置能够将晶圆与支撑件的阵列粘贴。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的具有调制功能的光纤适配器可以简单且方便地应用于光纤与光纤和光纤与自由空间应用场景。此外，在本实用新型中，通过将光纤的插芯插入具有超透镜装置的光纤适配器中进而紧固的方式，解决了现有技术中光学装置与光纤不易安装和对准的问题。本实用新型的光纤适配器结构简单、使用场景广泛并且可以容易地批量生产、特别是借助在本文中公开的用以制造具有调制功能的光纤适配器的设备来批量生产。

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的支撑件为支撑条的结构示意图；

图2是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的陶瓷插芯及支撑件的装配示意图；

图3是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的支撑件为圆台形的结构示意图；

图4是图3中的支撑件与插芯装配后的示意图；

图5是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的支撑件为柱状的结构示意图；

图6是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的带有限位凸起的支撑件的结构示意图；

图7是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的带有限位凸起的支撑件与插芯装配的结构示意图；

图8是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的弯折部的支撑件的结构示意图；

图9是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的弯折部的支撑件与光纤装配的结构示意图；

图10是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的支撑件数量为两个时与超透镜装置装配的结构示意图；

图11A是超表面结构为正六边形的示意图；

图11B是超表面结构为正方形的示意图；

图11C是纳米结构中纳米柱示意图；

图11D是纳米结构中纳米鳍示意图；

图12是本实用新型一种具有调制功能的光纤适配器的阵列排布的超表面结构与支撑件装配后生产加工的示意图；

图13是图12中A处的放大示意图，其中，图中虚线为切割线。

附图标记：

1、支撑件；101、支撑条；102、底部；

2、超表面结构；3、基底；4、插芯；5、限位凸起；6、卡接件； 7、卡槽；8、保护层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在附图中，相同的附图标记通篇指代相同的元件或结构，为了清晰和便于说明可以夸大部件的尺寸。此外，在下文中描述的实施方式仅是示例，示范性实施方式的各种修改是可能的。

光学元件通常会用到光纤来进行出射光的操作，在实际的光学元件使用过程中，在光纤与光学元件配合工作时，首先要将光纤进行固定，然后在光纤的出射光端设置光学元件。由于目前的光学元件与光纤为分别独立的结构，光纤的固定装置存在体积大，重量沉和成本高的问题。

为了解决这种问题，可使用超透镜来代替部分光学元件来与光纤配合使用，超透镜和光纤的配合理论上是可行的，但是光纤端面超透镜，在实际的应用中受限，受限的主要原因在于其加工和适配的问题。即如何将超透镜与光纤端面相结合，且能用于量产和实际使用。关于超透镜与光纤端面相结合，目前大多采用直接在光纤端面加工、使用中间介质(例如环氧树脂)进行粘合，还有将超透镜加工为薄膜形状然后进行贴合。但是，以上方案有诸多缺陷，包括加工复杂(针对直接在光纤端面加工方式)、只适合实验室加工(针对使用中间介质粘合方式)、结构和材料受限(针对薄膜形状贴合方式)。

实用新型为了解决上述问题，本实用新型提出如下技术方案。

下面参照图1至图13，描述本实用新型实施例一种具有调制功能的光纤适配器。

其中，光纤适配器可以是应用在光纤模式转换器、光纤耦合器和准直器等设备上，通过光纤适配器可以将光纤装配在光纤模式转换器、光纤耦合器和准直器上。光纤适配器还可以应用在其它需要使用光纤的设备上形成带有光纤适配器的产品。例如，设有光纤装配装置的光纤模式转换器、光纤耦合器和准直器以及应用光纤的其他设备。

根据本实用新型的一个实施例，提供一种具有调制功能的光纤适配器，光纤装配装置可包括支撑件1和超透镜装置。

需要说明的是：本实用新型尤其适用于具有插芯4的光纤。

支撑件1用于与光纤的插芯4连接，并支撑插芯4，其中，插芯 4优选为陶瓷插芯。支撑件1的一个端部为自由端部，用于与插芯4 连接，并且，其另一端部设有超透镜装置，支撑件1与插芯4可以通过可拆卸连接的方式连接，并且，在支撑件1与插芯4固定连接的情况下，使光纤1的纤芯对准支撑件1的超透镜装置。由于支撑件1与插芯4可拆卸地连接，方便在光纤的端部出现故障时，或者在光纤用于其他应用等的情况下，可以容易地移除光纤。而支撑件1可利用可拆卸的连接方式重复使用，提高了支撑件1和超透镜装置的利用率和并且节约了成本。

需要说明的是，插芯4的纤芯端部与超透镜装置间隔一定距离，避免插芯4与基底3接触，污染或甚至损坏超透镜装置。

在一个实施例中，支撑件1与超透镜装置可通过粘贴来连接。

在本实施例中，通过由支撑件1将光纤紧固，并且将超透镜装置与插芯4的纤芯对准，在工作时，由光纤发出的射光穿过超透镜装置，由超透镜装置对射光进行调制，例如，汇聚和准直等。

在本实用新型中，支撑件1的形状可根据需要设定。在一个实施例中，如图1，支撑件1可以通过多个支撑条101和底部102构成，其中，超透镜装置固定在底部102上。需要说明的是，多个支撑条101 沿光纤的长度方向设置，且周向分布地设置在底部102上，优选周向均匀分布地设置在底部102上。

以底部102来固定超透镜装置，再通过多个间隔设置的支撑条 101与插芯4装配，来实现超透镜装置与插芯4适配的方式，可以节省支撑件1的用料，从而节省生产成本。

在一个实施例中，支撑件1为中空的、环周闭合的柱状或截锥状结构。

支撑件1的截面形状可以根据插芯4的形状来具体的设置，本文并不加以限定。

如图3和图4所示，图3中，支撑件1为中空的截锥形，其中，超透镜装置设置在支撑件1端面面积较大的一端。在工作时，支撑件 1套装到插芯4上，并且，支撑件1的端面面积较小的一端的内壁与插芯4外壁通过过盈配合来固定。

如图4中，为了实现过盈配合，支撑件1的侧壁可以具有一定弹性，并且，支撑件1的内径至少部分小于插芯4的外径，尤其支撑件 1的自由端(自由端即支撑件1的端面面积较小的一端)部附近的部段的内径小于插芯4的外径，使得在将插芯4插入到支承件1中时，将插芯4夹紧固定。

在另一实施例中，支撑件1的侧壁也可以是刚性的或具有较低的弹性。例如，支撑件1的内侧壁可以与插芯4外壁粘接和/或卡接。

在粘贴的情况下，若需要支撑件1与插芯4分离时，可加热粘胶，在粘胶融化后，即可将支撑件1与插芯4分离。

如图5所示，支撑件1构成为中空的柱状，柱状支撑件1的侧壁优选是刚性的或具有较低的弹性，进而增加支撑件1对光纤支撑的稳定性，确保纤芯与超透镜装置在工作时的精确对准。

在当前的实施方式中，通过将超表面结构2与光纤的纤芯对准，形成一体式的结构，由于支撑件1的刚性结构使得相对位置更不易改变，使得工作中的汇聚、准直等操作的误差小。

如图6所示，在一个实施例中，支撑件1的内壁还可设有至少一个凸出于支撑件1内壁的限位凸起5；插芯4插入支撑件1时，限位凸起5对插芯4限位，以使插芯4的端部与超透镜装置间隔一定距离，从而确保将超透镜装置与插芯4可靠地间隔开。

可根据支撑件1与插芯4装配的需要，将多个限位凸起5围绕一环周设置在支撑件1的内壁上或者环形一体地设置在支撑件1内壁上。例如，在支撑件1的内壁上可以在一个环周上相对的设置两个限位凸起5，其中，限位凸起5可以靠近超透镜装置设置，其中，限位凸起5与超透镜装置的具体间距可以根据实际需要来任意设置。在插芯4插入支撑件1内时，插芯4的端部会与限位凸起5接触进而阻止插芯4的进一步移动，以确保插芯4与超透镜装置有效地间隔开。

此外，如图7所示，在横截面中观察，限位凸起5的形状和大小优选匹配于插芯4的端部的斜面，以避免在将插芯4与支撑件1连接时，损伤插芯4的端面。

如图8和图9所示，在一个实施例中，支撑件1远离超透镜装置的端部处设有卡接件6，并且，在插芯4的外周上开设至少一排周向设置的卡槽7，其中，卡槽7优选在插芯4的环周方向上是连续的；其中，当插芯4插入支撑件1内，卡接件6卡入卡槽7内，以使插芯 4与支撑件1固定，并且，使插芯4的端部与超透镜装置间隔一定距离。

需要说明的是，卡接件6可为勾状结构，通过勾状的卡接件6对插芯4进行限位，勾状结构能够有效阻止插芯4脱离支撑件1。

此外，还可以在插芯4上设置两排或多于两排的卡槽7，这些排的卡槽7沿插芯4的长度方向间隔开地设置在插芯4外壁上。通过卡槽7的这样布置，可以实现方便地调节插芯4与超透镜装置之间的间距。

在本实用新型中，对卡槽7的排数并不进行具体限定，可根据需要选择。

如图10所示，在一个实施例中，设有两个彼此相对设置的支撑件1，且超透镜装置设置在两个支撑件1之间，其中，在每个支撑件 1中引入插芯4，以使两个插芯4的纤芯与超表面结构2对准。

本实施例尤其适合于光纤与光纤连接的场景。在将两根光纤连接时，可以将相应的插芯4分别沿相反的方向插入对应的支撑件1中，进而使超表面结构2与光纤的纤芯对准，以建立光纤与光纤连接的场景。

在本实用新型中，超透镜装置可包括基底3、超表面结构2和保护层8。

基底3，能够透过工作波段的光线，四周边缘用以连接支撑件1，具体可以为熔融石英、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石，晶体硅中的一种材料制成。

超表面结构2，设置在基底3上，超表面结构2由多个纳米结构构成，多个纳米结构呈阵列排布。

超表面结构2可为正方形或六边形结构。

超表面结构2为正方形时，如图11B在正方形的顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构，具体地，包括一个中枢纳米结构，其周围环绕着4个与其距离相等的周边纳米结构，组成正方形。

超表面结构2为六边形时，如图11A在正六边形的各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构，具体地，包括一个中枢纳米结构，其周围环绕着6个与其距离相等的周边纳米结构，各周边纳米结构圆周均布，组成正六边形，也可理解为多个纳米结构组成的正三角形互相组合。

在一个实施例中，组成超表面结构2的纳米结构为偏振相关结构或偏振无关结构。偏振相关结构包括如图11D的纳米鳍或纳米椭圆柱，偏振无关结构包括如图11C的纳米圆柱或纳米方柱。

纳米结构可为全介质结构，可选的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓、非晶硅、晶体硅和氢化非晶硅等。

纳米结构单元可呈阵列排布，纳米结构可为偏振相关的结构，如纳米鳍和纳米椭圆柱等结构，此类结构对入射光施加一个几何相位；纳米结构也可以是偏振无关结构，如纳米圆柱和纳米方柱等结构，此类结构对入射光施加一个传播相位。

优选地，为了保护超表面结构2因与插芯4可能的接触或碰撞而污染甚至损坏，超表面结构2优选背离光纤的插芯4设置。

通过根据本实用新型的超表面结构2，可以实现对光纤的射光进行调制，例如，超表面结构2可以对光纤的射光进行汇聚、准直、起偏、模式转换等。

在一个优选的实施例中，为了保护超表面结构2，在该结构上设有保护层8，以进一步包括超透镜结构2免受污染和损坏，从而进一步提高了超表面结构2的使用寿命。

保护层8可选用能够透过工作波段光线的材料。例如，保护层8 可以选用PMMA(PMMA的全称polymethyl methacrylate，即聚甲基丙烯酸甲酯)。

如图12和图13所示，本实用新型的实施例还提供一种具有调制功能的光纤适配器的量产制备方法，包括：

步骤一：借助于半导体工艺，在基体上加工出阵列排布的超表面结构2，并且提供支撑件1的阵列。

步骤二：将阵列排布的支撑件1与超表面结构2的阵列对准，并且，将支撑件1粘贴在超表面结构2的晶圆上。

步骤三：沿支撑件1的外沿，对晶圆进行切割，以得到各个具有调制功能的光纤适配器。

通过上述方式可以实现具有调制功能的光纤适配器的批量生产，提高生产速度，批量化生产可以节约生产成本。

根据本实用新型的上述实施例，本申请的具有调制功能的光纤适配器的设备，包括对准装置、连接装置和切割装置，其中：

对准装置，用于将具有多个超表面结构2的晶圆与支撑件1的阵列进行对准。

连接装置，用于将对准的超表面结构2的晶圆与支撑件1的阵列固定连接。

其中，连接装置能够将晶圆与支撑件1的阵列粘贴，以便后续对晶圆进行切割。

切割装置，用于对固定连接的超表面结构2与支撑件1结构进行切割，以获得具有调制功能的光纤适配器。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，包括：

至少一个支撑件，用于与光纤的插芯连接，并支撑所述插芯；

超透镜装置，包括基底、设置在所述基底上的超表面结构，所述超表面结构由纳米结构构成；其中，

所述支撑件与所述超透镜装置连接，使得所述超透镜装置的所述超表面结构与所述光纤的纤芯对准，且间隔一定距离。

2.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述支撑件与所述超透镜装置粘贴。

3.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述支撑件为中空的柱形或截锥形。

4.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述支撑件的内侧壁与所述插芯壁过盈配合和/或卡接和/或粘贴。

5.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述支撑件内壁设有至少一个凸出于所述支撑件内壁的限位凸起；所述插芯插入所述支撑件时，所述限位凸起对所述插芯限位，以使所述插芯的端部与所述超透镜装置间隔一定距离。

6.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述支撑件远离所述超透镜装置的端部设有卡接件，并且，在所述插芯的外周上开设至少一排轴向设置的卡槽；其中，所述插芯插入所述支撑件，所述卡接件能够卡入所述卡槽，并且可以调节卡入卡槽的位置，从而实现所述超透镜装置和所述插芯的端部的间隔距离可调，实现某些对于间距有要求的光学功能。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述支撑件的数量为两个，两个所述支撑件相对设置，并且所述超透镜装置设置在两个所述支撑件之间；其中，

能够分别将各一个所述插芯引入每个所述支撑件中，以使两个所述插芯的纤芯与所述超表面结构对准。

8.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述超透镜装置还包括保护层，所述保护层覆盖所述超表面结构。

9.根据权利要求8所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述保护层包括PMMA。

10.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述支撑件的环周侧壁为柔性或刚性的。

11.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述超表面结构为正方形或正六边形，所述超表面结构的各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。

12.根据权利要求11所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述正方形或所述正六边形的各顶点和中心位置至少设置有一个所述纳米结构。

13.根据权利要求1所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述超表面结构能够设置用于对光束进行汇聚、准直、起偏、模式转换。

14.根据权利要求11或12所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述纳米结构为偏振相关结构或偏振无关结构。

15.根据权利要求14所述的具有调制功能的光纤适配器，其特征在于，所述偏振相关结构包括纳米鳍或纳米椭圆柱，所述偏振无关结构包括纳米圆柱或纳米方柱。

16.一种用于制造根据权利要求1-15中任一项所述的具有调制功能的光纤适配器的设备，其特征在于，包括：

对准装置，用于将具有多个所述超表面结构的晶圆与所述支撑件的阵列进行对准；

连接装置，用于将对准的所述晶圆与所述支撑件的阵列固定连接；

切割装置，用于对固定连接的所述超表面结构与所述支撑件结构进行切割，以获得所述具有调制功能的光纤适配器。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述连接装置能够将所述晶圆与所述支撑件的阵列粘贴。

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