CN218446065U - 一种光纤端面制作透镜的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光纤端面加工技术领域，尤其涉及一种光纤端面制作透镜的装置，包括放电机构、光纤夹持机构和光学测试机构，所述放电机构用于对光纤夹持机构上的光纤端面放电，光纤另一端连接有单波长的光源，所述光学测试机构用于实时监测光纤端出射光斑状态，进而控制光纤端面形成透镜曲面的曲率半径。本实用新型采用在光纤端面多次放电的热加工熔融方式，以及实时监测光纤端出射光斑状态的方式，使得楔形和斜楔形透镜光纤的圆柱面曲率半径或锥形透镜光纤的球面曲率半径可控，从而提高光纤端面制作透镜的效率，并提高透镜光纤的成品率、耦合效率和一致性。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤端面加工技术领域，尤其涉及一种光纤端面制作透镜的装置。
背景技术
透镜光纤属于光无源器件的一种，作为耦合尾纤与泵浦激光器进行耦合，广泛应用于光纤通信(如EDFA)、光纤传感、光纤陀螺等领域。由于半导体激光器(LD)发光面积小，波导结构不对称，远场光斑呈椭圆形，且有较大的发散角，早期的光耦合方法是在半导体激光器与平面光纤之间增加光学透镜组以提高耦合效率，这种耦合方式结构复杂，耦合封装难度高，成本管控难度大。目前应用广泛的方法是，直接将光纤端面加工成特殊的透镜形状，以对激光光束进行整形，从而提高耦合效率，这样的透镜光纤结构简单、稳定性好、成本低。
楔形和斜楔形透镜光纤是先在光纤的端头进行研磨和抛光等机械加工，形成所需设计的楔角后，再在楔角的顶部使用熔融法(热加工)或抛光法(冷加工)得到圆柱面的透镜结构，同理也可以在锥形透镜光纤的顶部得到球面结构。
现有的技术中有采用冷加工的方式，即在研磨成型后的楔角顶部或锥角顶部通过抛磨倒角，从而形成特定曲率半径的圆柱面透镜或球面透镜。这种冷加工方式属于物理磨削，光纤尖端的“尖”状结构与研磨介质进行摩擦时，裸纤部分会产生一定的弯曲，及易产生微裂纹，在进行封装时受力后有断裂风险，且冷加工出的透镜曲面表面较为粗糙，会对耦合效率产生一定影响。同时，这种加工方式对抛磨设备的精密程度和操作人员的技术水平有较高的要求。为此，我们提出一种光纤端面制作透镜的装置。
实用新型内容
本实用新型旨在克服透镜光纤端面冷加工方法的不足，提供一种研磨加工后的光纤端面制作透镜的装置，以解决现有透镜加工技术中出现的生产效率低、几何形貌一致性差、加工难度大等问题。
本实用新型提供如下技术方案：一种光纤端面制作透镜的装置，包括放电机构、光纤夹持机构和光学测试机构，所述放电机构用于对光纤夹持机构上的光纤端面放电，光纤另一端连接有单波长的光源，所述光学测试机构用于实时监测光纤端出射光斑状态，进而控制光纤端面形成透镜曲面的曲率半径。
优选的，所述放电机构包括放电控制模块体、电极支架、放电电极、高压线缆，所述放电电极固定在电极支架上，并使用高压线缆与放电控制模块体连接。
优选的，所述光纤夹持机构中的光纤旋转夹具固定在三维调节架一上，所述光纤旋转夹具末端带有夹具卡扣，所述光纤支撑柱带有支撑卡槽和固定光纤用的光纤限位杆。
优选的，所述光纤夹持机构沿光纤轴线方向固定在放电控制模块体上，所述光纤旋转夹具带有光纤放置槽和360°角度刻度，所述夹具卡扣带夹具卡槽和卡帽，用于固定光纤。
优选的，所述光学测试机构中的光束质量分析仪通过支撑杆固定在三维调节架二上，所述光束质量分析仪连接缩束镜，所述光学测试机构中CCD相机带有镜筒，用于观测光纤端面。
优选的，所述镜筒和CCD相机组合体使用支架固定，可对光纤端面放置位置和旋转状态进行监控和定位，同时监测光纤端面的放电情况。
本实用新型提供了一种光纤端面制作透镜的装置，采用在光纤端面多次放电的热加工熔融方式，以及实时监测光纤端出射光斑状态的方式，使得楔形和斜楔形透镜光纤的圆柱面曲率半径或锥形透镜光纤的球面曲率半径可控，从而提高光纤端面制作透镜的效率，并提高透镜光纤的成品率、耦合效率和一致性。
附图说明
图1为本实用新型装置俯视示意图；
图2为本实用新型装置侧视示意图；
图3为本实用新型装置立体图。
图中：1、放电机构；11、放电控制模块体；12、电极支架；13、放电电极；14、高压线缆；2、光纤夹持机构；21、三维调节架一；22、光纤旋转夹具；23、夹具卡槽；24、夹具卡扣；25、光纤支撑柱；26、支撑卡槽；27、光纤限位杆；3、光学测试机构；31、缩束镜；32、光束质量分析仪；33、三维调节架二；34、支撑杆；35、镜筒；36、CCD相机。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和2所示，本实用新型提供一种技术方案：一种光纤端面制作透镜的装置，包括放电机构1、光纤夹持机构2和光学测试机构3。
放电机构1包括放电控制模块体11、电极支架12、放电电极13、高压线缆14，放电电极13固定在电极支架12上，并使用高压线缆14与放电控制模块体11连接；放电机构1使用现有计算机软件进行放电控制，可防止传统机构按键操作过程中引起的振动。
光纤夹持机构2中的光纤旋转夹具22固定在三维调节架一21上，光纤旋转夹具22末端带有夹具卡扣24，光纤支撑柱25带有支撑卡槽26和固定光纤用的光纤限位杆27；光纤夹持机构2沿光纤轴线方向固定在放电控制模块体11上，光纤旋转夹具22带有光纤放置槽和360°角度刻度，夹具卡扣24 带夹具卡槽23和卡帽，用于固定光纤。
光学测试机构3中的光束质量分析仪32通过支撑杆34固定在三维调节架二33上，光束质量分析仪32连接缩束镜31，光学测试机构3中CCD相机 36带有镜筒35，用于观测光纤端面。光学测试机构3中的光束质量分析仪32 工作原理为相机式，其传感器中心和缩束镜31中心轴线在光纤轴线的延长线上；镜筒35和CCD相机36组合体使用支架固定，可对光纤端面放置位置和旋转状态进行监控和定位，同时监测光纤端面的放电情况。光束质量分析仪是一种用于物理学领域的分析仪器。可演示采集到的光束图像包括：光束中心位置，光束峰值强度位置，光束发散度，椭圆度，光束强度均匀性，高斯拟合，基于用户选择的峰值/总能量百分比而形成不同的光束直径/宽度等，其软件为现有自带软件。
采用上述的光纤端面制作透镜的装置，通过在光纤端面多次放电的热加工熔融方式，以及实时监测光纤端出射光斑状态的方式，使得楔形和斜楔形透镜光纤的圆柱面曲率半径或锥形透镜光纤的球面曲率半径可控，从而提高光纤端面制作透镜的效率，并提高透镜光纤的成品率、耦合效率和一致性。
该装置的加工过程如下：
S1、将端面已经完成楔形、斜楔形和锥形研磨加工后的光纤进行端面清洁，然后固定在光纤夹持机构2上，盖上光纤夹具卡扣24；
S2、调节光纤夹持机构2的三维调节架一21，通过参考光学测试机构3 中的CCD相机36的图像，使光纤端面放置在电极连线上，楔形和斜楔形透镜的镜脊与电极连线重合，盖上光纤支撑柱25上的限位杆；
S3、将光纤的另一端与980nm光源连接，研磨加工后的楔形和斜楔形透镜光纤通光时可在光束质量分析仪32的软件分析界面看到两束对称的光斑轮廓；
S4、使用PC设置适当参数，控制放电机构1进行多次放电，可以在光束质量分析仪32的软件分析界面上观察到原先两束对称的光斑逐渐汇聚在一起，变成一个椭圆形的光斑，以光斑强度半高宽(FWHM)处的轮廓拟合成椭圆，会发现该椭圆的椭圆度值随着放电次数的增加而逐渐变大，直至达到设计要求的椭圆度值范围即可停止装置的放电操作。需补充的是，对于研磨后的锥形光纤加工透镜，在执行完S1-S3步骤时，可在光束质量分析仪32的软件分析界面上可以看到光斑轮廓的尺寸逐渐变小，当该椭圆的椭圆度值和长短轴半径达到设计要求范围时，即可停止装置的放电操作。
S5、缓慢调节光纤旋转夹具22角度使其旋转360°，可测量出光斑轮廓中心点描绘的轨迹，分析圆形轨迹的半径大小，即可得出加工出的弧面透镜的出光偏轴度程度，若该半径值在设定值范围内，则透镜光纤弧面加工合格，否则不合格。
需补充的是，本方案可以间接测量楔形和斜楔形透镜光纤的快慢轴发散半角，具体原理可解释为，楔形和斜楔形透镜光纤的慢轴出光面为平面波前，该平面波前与光纤轴向垂直或呈一定倾斜夹角，故慢轴发散半角在透镜光纤的加工过程中为一特定值，光斑的椭圆度值为该远场位置处光斑的慢轴发散半角与快轴发散半角的比值，通过光束质量分析仪32测量光斑的椭圆度值，即可得到光斑的快轴发散半角参数，在光纤端面进行放电熔融时，透镜出射光束的快轴发散半角会发生变化，同理通过控制锥形透镜光纤出射光束的在光束质量分析仪32上的尺寸大小可控制其发散半角的大小。
本实用新型提供的这种光纤端面制作透镜的装置，通过操作光纤夹持机构2，调节光纤端面与放电机构1的电极之间的相对位置，光纤另一端连接上单波长的光源，然后在放电机构1的控制软件上设置合适的放电参数并进行多次放电，使研磨加工成楔形、斜楔形或锥形的光纤端面的尖端部分逐渐熔融成圆柱面或球面，此过程可以通过光束质量分析仪32的软件实时测量从透镜光纤出射的光斑的椭圆度值或光斑轮廓尺寸等参数，来间接反馈光纤端面的熔融出的透镜的圆柱面曲率半径大小或球面曲率半径大小，直至生产出合格的透镜光纤后即可停止放电，操作人员只需完成光纤上夹、位置调节、放电熔融与光学参数测量即可生产出合格的透镜光纤，整个操作过程方便，易于上手，能大大提高生产效率和降低生产成本，同时可以精准控制透镜光纤的光学参数，提高透镜放电熔融尺寸的一致性，提高透镜的耦合效率。
以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种光纤端面制作透镜的装置，其特征在于：包括放电机构(1)、光纤夹持机构(2)和光学测试机构(3)，所述放电机构(1)用于对光纤夹持机构(2)上的光纤端面放电，光纤另一端连接有单波长的光源，所述光学测试机构(3)用于实时监测光纤端出射光斑状态，进而控制光纤端面形成透镜曲面的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的一种光纤端面制作透镜的装置，其特征在于：所述放电机构(1)包括放电控制模块体(11)、电极支架(12)、放电电极(13)、高压线缆(14)，所述放电电极(13)固定在电极支架(12)上，并使用高压线缆(14)与放电控制模块体(11)连接。
3.根据权利要求1所述的一种光纤端面制作透镜的装置，其特征在于：所述光学测试机构(3)中的光束质量分析仪(32)通过支撑杆(34)固定在三维调节架二(33)上，所述光束质量分析仪(32)连接缩束镜(31)，所述光学测试机构(3)中CCD相机(36)带有镜筒(35)，用于观测光纤端面。
4.根据权利要求3所述的一种光纤端面制作透镜的装置，其特征在于：所述镜筒(35)和CCD相机(36)组合体使用支架固定，可对光纤端面放置位置和旋转状态进行监控和定位，同时监测光纤端面的放电情况。
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