CN217385874U - 一种非球面光纤耦合透镜 - Google Patents
一种非球面光纤耦合透镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN217385874U CN217385874U CN202221325634.0U CN202221325634U CN217385874U CN 217385874 U CN217385874 U CN 217385874U CN 202221325634 U CN202221325634 U CN 202221325634U CN 217385874 U CN217385874 U CN 217385874U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glue layer
- layer
- aspheric
- glue
- coupling lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种非球面光纤耦合透镜，包括第一胶水层、玻璃层和第二胶水层；第一胶水层和第二胶水层之间分别设置在玻璃层的两侧，整体为双凸正屈光度；第一胶水层通过纳米压印成型形成非球面S1；第二胶水层通过纳米压印成型形成非球面S2；第一胶水层、玻璃层和第二胶水层折射LD发光芯片发出的光源，汇聚光斑全部耦合进光纤。制造结构面型简单、便于批量制作。通过设置第一胶水层、玻璃层和第二胶水层，整体为双凸正屈光度，面型均为非球面，结构简单，耦合效率高，耦合效率可达78％以上；有利于降低成本，提高良率，并且为微透镜的批量生产提供了基础，未来在现代光学加工中有极大的应用空间。
Description
技术领域
本实用新型属于光通讯领域，具体属于一种非球面光纤耦合透镜。
背景技术
随着近年来光通信行业的发展，对光电耦合模块的需求也与日俱增，光电耦合模块是指能将LD/LED芯片发出的光线，经耦合透镜后的汇聚到光纤的纤芯，再用光纤进行传输，一般单模光纤的纤芯只有10um左右，因激光的发散角本来就很小，所以我们的耦合透镜的尺寸也很小，这就大大提高了我们透镜的制作工艺要求。
传统的光纤耦合镜头是由单片或者多片球面透镜组合而成，单片球面透镜对纤芯较小的单模光纤的耦合效率就没有太大的优势，多片球面透镜组成的耦合镜头虽在单模光纤耦合上有很大的优势，但无论是单片和多片的光纤耦合镜头的制作工艺都是传统光学冷加工，成本高，且不易批量生产。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种非球面光纤耦合透镜，制造结构面型简单、便于批量制作。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种非球面光纤耦合透镜，包括第一胶水层、玻璃层和第二胶水层；
所述第一胶水层和第二胶水层之间分别设置在玻璃层的两侧，整体为双凸正屈光度；
所述第一胶水层通过纳米压印成型形成非球面S1；
所述第二胶水层通过纳米压印成型形成非球面S2；
所述第一胶水层、玻璃层和第二胶水层折射LD发光芯片发出的光源，汇聚光斑全部耦合进光纤。
优选的，所述第一胶水层、玻璃层和第二胶水层折射率相同。
优选的，所述第一胶水层经过光源面的压印形成有非球面S1和第一残留层，第一残留层与玻璃层的直径相同。
优选的，所述第二胶水层经过光纤面的压印形成有非球面S2和第二残留层，第二残留层与玻璃层的直径相同。
优选的，第一胶水层、玻璃层和第二胶水层的材料属性:1.4＜折射率Nd＜1.8，30＜色散系数Vd＜70。
优选的，所述玻璃层的厚度范围为0.1-2mm。
优选的，所述非球面S1满足以下公式：
式中：r1为非球面S1的曲率半径，d1为非球面S1的厚度。
优选的，所述非球面S2满足以下公式：
式中：r3为非球面S2的曲率半径，d3为非球面S2的厚度。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型提供一种非球面光纤耦合透镜，通过设置第一胶水层、玻璃层和第二胶水层，整体为双凸正屈光度，面型均为非球面，结构简单，耦合效率高，耦合效率可达78％以上；有利于降低成本，提高良率，并且为微透镜的批量生产提供了基础，未来在现代光学加工中有极大的应用空间；而现代光学加工为晶圆级加工正好补充了传统透镜制造业的不足，在加工微型透镜上有很大的优势，其特点是精度高、良率高、成本低，一次可以制作上千颗透镜，此工艺可以很大程度促进光通讯行业的发展。
进一步的，玻璃的折射率和胶水的折射率相同，避免界面反射降低透过率，进而影响耦合效率。
附图说明
图1为本实用新型非球面耦合透镜结构示意图；
图2为非球面耦合透镜zemax光路仿真示意图；
图3为非球面耦合透镜波前图；
图4为lighttools非球面耦合仿真示意图；
图5为lighttools光纤接收前端光斑示意图；
图6为lighttools光纤接收receiver2端光斑示意图；
图7为本实用新型用于TO管帽透镜结构正面示意图；
图8为本实用新型用于TO管帽透镜结构侧面示意图；
图9为wafer上lens的排列示意图。
图中：1为第一胶水层1；2为玻璃层2；3为第二胶水层3；4为第一残留层；5为第二残留层。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型的主要目的在于设计制造结构面型简单、便于批量制作的一种由WLO工艺制作的非球面耦合镜头。本实用新型的一种非球面光纤耦合透镜，包括第一胶水层1、玻璃层2和第二胶水层3；
第一胶水层1和第二胶水层3之间分别设置在玻璃层2的两侧，整体为双凸正屈光度；第一胶水层1通过纳米压印成型形成非球面S1；第二胶水层3通过纳米压印成型形成非球面S2；第一胶水层1、玻璃层2和第二胶水层3折射LD发光芯片发出的光源，汇聚光斑全部耦合进光纤。
实施例
本实施例中设计针对在1310nm波段、NA＝0.5、尺寸为2×2um的LD发光芯片，对应单模光纤NA＝0.11、纤芯直径为9um，整体透镜的焦距为0.91mm，BEL为4.2mm。
本实施例的非球面光纤耦合透镜，整体为双凸正屈光度，面型均为非球面，结构简单，耦合效率高，实验证明该系统的耦合效率可达78％以上。
本实施例的非球面光纤耦合镜采用纳米压印的方式，整体分为三层，分别是第一胶水层1、玻璃层2和第二胶水层3，材质分别为胶水、玻璃、胶水，第一胶水层1和第二胶水层3是通过将UV胶水经压印、烘烤成非球面面型，玻璃层2为基底，再经切割成单颗lens形成的非球面光纤耦合镜；本实用新型有利于降低成本，提高良率，并且为微透镜的批量生产提供了基础，未来在现代光学加工中有极大的应用空间。
S1和S2均为非球面面型，其方程式如下(其中C为曲率，h为镜片整体厚度，K为圆锥系数，A4、A6、A8、A10分别为四、六、八、十的非球面高次项系数)：
在已知焦距的情况下，整体材料厚度和r1、r2必须满足以下要求：(其中d＝d1+d2+d3为整体材料的厚度，其中d1为第一胶水层1的厚度；d2为玻璃层2的厚度；d3第二胶水层3的厚度，n为折射率，r1、r2分别为两表面曲率半径)
对于S1、S2面则需满足:
对于玻璃层2的基底玻璃厚度则需满足：
0.1＜d2＜2mm (4)
如图1所示，本实施例中玻璃层2基底材料选择0.5mm厚度的肖特玻璃D263TECO，压印材料选择折射率Nd＝1.516、色散系数Vd＝54的UV胶水；第一胶水层1、玻璃层2和第二胶水层3的材料属性:1.4＜折射率Nd＜1.8，30＜色散系数Vd＜70；
经设计优化后的光路如2图所示，其zemax光路如图2，优化后的面型尺寸参数如表1所示，可以得出，面型参数均符合公式(2)(3)(4)要求，从图3可以计算得出该非球面透镜的波前差为0.0197λrms，数据证明该系统的聚焦点小，耦合效率高的优点。
Lighttools里面耦合仿真如图4所示，其LD发光芯片，非球面耦合透镜、光纤均为Z轴同心，严格按照优化后的数据，LD芯片距离非球面透镜距离为0.59mm，非球面透镜距离光纤端面为4.175mm，可以看出汇聚光斑全部耦合进光纤。从图5和图6可以看出汇聚光斑的集中度很高，且X、Y方向光斑的一致性很好。
如图7至图9所示，本实用新型用WLO工艺制作一种光纤耦合透镜，从外观上来讲分为三层，分别为胶水、玻璃、胶水，从材质上来讲分为两种，分别是UV胶水、玻璃。传统透镜为注塑件或冷加工制成，本实用新型的LD耦合透镜是以玻璃为基底，光学压印胶为主要材料，经压印、烘烤、镀膜、切割等一系列制程。按照适用环境和要求的不同，透镜表面可以镀相应的增透膜、疏水膜、加硬膜等。
本实用新型的一种非球面光纤耦合透镜的制造过程，根据设计好的面型参数进行模具设计，两个面型则制作两个模具，本实施例的模具为金属模具，经高精度的加工设备加工而成；因为高精度的金属模具较为昂贵，本实施例中通过翻印，形成特殊UV胶水材料的模具进行压印；先在压印机上进行翻模，因为模具加工的面型是凹的，需要翻印两次，先在高精度的金属模具上面进行压印翻模形成stamp1，stamp1是凸面，然后再用stamp1压印形成stamp2，此时stamp2与原始高精度的金属模具的形状一致，再经过烘烤，制备出新的模具stamp2，采用stamp2做为模具进行压印。
用翻印出来的模具在特定厚度、材料基底上进行产品的压印，分别压印非球面面型S1和非球面面型S2，压印完成后，需进行烘烤、脱模。
将脱模后的玻璃切割成单颗透镜，切割可以用激光或水刀切割，切圆形可使用激光，矩形或不规则形状可使用水刀切割。
本实施例中的第一胶水层1经过光源面的压印(LD Side压印)有非球面S1和第一残留层4，第一残留层4与玻璃层2的直径相同。第二胶水层3经过光纤面的压印(Fiber Side压印)形成有非球面S2和第二残留层5，第二残留层5与玻璃层2的直径相同。第一残留层4和第二残留层5是由于工艺方式存在的残留层，残留层一般加入到lens整体厚度中去，对性能无影响；其中第一胶水层1、玻璃层2和第二胶水层3的折射率相同，避免界面反射降低透过率，从而影响耦合效率。
本实用新型的一种利用WLO工艺设计制作LD非球面耦合透镜，结构简单、成本低、易批量生产；由于WLO wafer lens的工艺特点，可以将lens外形切割成一定尺寸外形，如切割成Φ2.55的圆，配合结构治具做成TO管帽；同理，也可以切割成方形、多边形等不规则形状来适用于各种耦合场景。由于WLO wafer lens的特点，可以使用不同尺寸的wafer，也可以在晶圆玻璃上选择不同的排列方式来达到晶圆利用率最大化。
表1非球面透镜面型参数
| Radius | Thickness | Glass | Conic | A4 | A6 | A8 | A10 | |
| OBJ | 0.59 | |||||||
| S1 | 0.8225 | d<sub>1</sub>(0.14) | Nd:1.516,Vd:54 | -8.3379 | -1.1002 | 4.6829 | -17.1794 | 32.6732 |
| 3 | 0.5 | D263TECO | ||||||
| 4 | d<sub>2(</sub>0.425) | Nd:1.516,Vd:54 | ||||||
| S2 | -0.6033 | 4.175 | -0.64314 | 0.0583 | 0.0181 | -0.3061 | 0.3365 | |
| IMA |
Claims (8)
1.一种非球面光纤耦合透镜，其特征在于，包括第一胶水层(1)、玻璃层(2)和第二胶水层(3)；
所述第一胶水层(1)和第二胶水层(3)之间分别设置在玻璃层(2)的两侧，整体为双凸正屈光度；
所述第一胶水层(1)通过纳米压印成型形成非球面S1；
所述第二胶水层(3)通过纳米压印成型形成非球面S2；
所述第一胶水层(1)、玻璃层(2)和第二胶水层(3)折射LD发光芯片发出的光源，汇聚光斑全部耦合进光纤。
2.根据权利要求1所述的一种非球面光纤耦合透镜，其特征在于，所述第一胶水层(1)、玻璃层(2)和第二胶水层(3)折射率相同。
3.根据权利要求1所述的一种非球面光纤耦合透镜，其特征在于，所述第一胶水层(1)经过光源面的压印形成有非球面S1和第一残留层(4)，第一残留层(4)与玻璃层(2)的直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种非球面光纤耦合透镜，其特征在于，所述第二胶水层(3)经过光纤面的压印形成有非球面S2和第二残留层(5)，第二残留层(5)与玻璃层(2)的直径相同。
5.根据权利要求1所述的一种非球面光纤耦合透镜，其特征在于，第一胶水层(1)、玻璃层(2)和第二胶水层(3)的材料属性:1.4＜折射率Nd＜1.8，30＜色散系数Vd＜70。
6.根据权利要求1所述的一种非球面光纤耦合透镜，其特征在于，所述玻璃层(2)的厚度范围为0.1-2mm。
7.根据权利要求1所述的一种非球面光纤耦合透镜，其特征在于，所述非球面S1满足以下公式：
式中：r1为非球面S1的曲率半径，d1为非球面S1的厚度。
8.根据权利要求1所述的一种非球面光纤耦合透镜，其特征在于，所述非球面S2满足以下公式：
式中：r3为非球面S2的曲率半径，d3为非球面S2的厚度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221325634.0U CN217385874U (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种非球面光纤耦合透镜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221325634.0U CN217385874U (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种非球面光纤耦合透镜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN217385874U true CN217385874U (zh) | 2022-09-06 |
Family
ID=83089084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202221325634.0U Active CN217385874U (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种非球面光纤耦合透镜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN217385874U (zh) |
-
2022
- 2022-05-30 CN CN202221325634.0U patent/CN217385874U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107367822B (zh) | 光学成像系统 | |
| CN113703080B (zh) | 一种超透镜和具有其的光学系统 | |
| CN103364924B (zh) | 光学摄像镜片系统 | |
| CN107045181A (zh) | 光学成像系统 | |
| CN106483630A (zh) | 光学成像系统 | |
| CN217639612U (zh) | 复合透镜及包含其的光学系统、成像装置和电子设备 | |
| Li et al. | Design and fabrication of a freeform microlens array for uniform beam shaping | |
| CN114859447A (zh) | 复合透镜及包含其的光学系统 | |
| US20110063730A1 (en) | Disk-shaped optical lens array and manufacturing method thereof | |
| CN207020387U (zh) | 一种定焦安防监控镜头 | |
| CN217385874U (zh) | 一种非球面光纤耦合透镜 | |
| CN206863320U (zh) | 光学成像系统 | |
| CN105399046A (zh) | 无机微光学元件批量化制作方法 | |
| CN114859448A (zh) | 一种非球面光纤耦合透镜及制造方法 | |
| CN213648656U (zh) | 透镜压印模具及镜头模组 | |
| CN213750379U (zh) | 一种光扩散器 | |
| CN207259370U (zh) | 一种非球面柱面镜的模具组件 | |
| CN216083176U (zh) | 一种微型光准直器透镜结构 | |
| CN113325569A (zh) | 一种大焦深消色差微透镜的设计与制备方法 | |
| CN207764539U (zh) | 投影镜头 | |
| CN101893752A (zh) | 准直半导体激光器快轴光束的折反射柱透镜及其制造方法 | |
| CN111983735A (zh) | 一种光扩散器 | |
| CN104216097A (zh) | 一种投影机物镜 | |
| CN211698455U (zh) | 一种两片式激光准直系统 | |
| CN106772716A (zh) | 大na非球面柱透镜的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |