TW200400373A - Optical signal altering lensed apparatus and method of manufacture - Google Patents
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Description
200400373
相關申請： 本發明依據2002年3月4日申請之美國第60 / 36 1，787號 以及2 0 02年7月23日巾請之美國第1〇/2〇2,562號專利申請 案主張優先權，該專利名稱為，，Beam AUering Fiber Uns
Device And Method 〇f Manufacture”，該專利發明人為
Bhagavatu1 a 等人。 發明背景：
本發明係關於模轉變的交互連結光學裝置，和更特別 是多透鏡模轉變之裝置，其構造成能夠高效率耦合光學訊 號通過光學組件及/或具有不同模場波導之間變為容易。 當時本發明適用於廣泛範圍之各種應用，其特別地適 用於編合橢圓形光學訊號例如雷射二極體以及半導體波導 光源至具有圓形對稱模場之光纖。 技術背景·.
以高耦合效率地耦合光學訊號通過訊號光源，例如雷 射二極體，光纖和半導體光學放大器（S0A)，以及其他光學 組件，例如光纖，特別光纖，S0A等之間是光學通信的重要項 目。通常合併在光學通信系統中傳統發射光線發射之組件 通常包括半導體雷射例如一個雷射二極體充當光源，具有 運載光線心蕊之光纖，和例如球面透鏡的透鏡，自行對焦的 透鏡或者在半導體雷射光纖與將雷射光束匯聚在光纖心蕊 上光纖間之非球面透鏡。因為發射光線的模組典型地需要 半導體雷射和光纖間之高耦合效率，模組組裝優先地使半 導體雷射，透鏡，以及光纖光學中心軸彼此對準以達到最大
200400373 五、發明說明（2) 的耦合功率。早期光線發射模組 的費用，其部份由於透鏡空間、以及二大的尺寸以及相當高 該領^進展以及得到—些其他解決^準式問題所致，因而促使 。不像ί = ί式Λ使用梯度折射率（GRIN)—桿件之透鏡 相關以2 "曰：’梯度折射率桿件透鏡之折射率為與徑向 G =件透鏡之光學中心軸處為最大值。通常，整 鏡折射率分佈為拋物線形狀，及產生透鏡 透=grinV二本身’而非空氣—透鏡界面。因而不像傳統 朴件透鏡具有平面輸入以及輸出表面而在這些 二株41田!^不而要的折射。該特性使得在透鏡端部處光學 π:折射率相匹配黏接劑或環氧樹脂加以固定在適當 二梯3射率通常由離子交換法產生，其相當耗時以及 通常GRIN-桿件透鏡可利用摻雜銘或絶破石玻璃之 L f父換而產生。離子交換處理過程能夠使用熔融鹽浴使 付鈉以及鉈或鉋離子擴散離開玻璃，同時鉀離子由5001之 KN03鹽浴擴散至玻璃。 、另外一種形成微透鏡於光纖端部之方式為提供提供半 導體雷射以及光學波導間之耦合。在該情況下，透鏡直接 $以及整體地形成在一部份光纖之光纖端部表面上，光源 發出光線投射至該表面。因而光纖稱為，，透鏡化光纖"。當 使用该透鏡化光纖製造發射光線模組時，所需要組件零件 數目能夠減小，因為並不需要聚合光線之透鏡遠離光纖本 身，以及由於有關光軸對準操作數目能夠減少。透鏡化光 纖稱為畸變透鏡光纖，當形成於光纖端部之透鏡能夠改變
200400373 五、發明說明（3) 通過其中訊號之模場。& ^ ^ 變透鏡通常能夠改變雷射二別地，形成於光纖端部處之畴 形對稱之光學訊號，其能夠—發出之光學訊號為實質圓 模場之光纖心蕊。 更有地耦&至具有圓形對稱 上述每一種方法|古 ’不同的用途以及傷 熟知。母-種方法具有其本身之 ·，’·:為業界所 桿件透鏡技術提供極佳# π ，田傳統grim — GRIN-桿件透鏡通常Λ顯^ Λ生以使訊號通過，單獨 ，其時常被要求作訊號之幾何形狀 於齡桿件透鏡本身材 桿件透鏡折射率分佈受控制之變化Y二製 同樣地，當畸變光纖透鏡立即地使光學訊號或 中之，束幾何形狀改變變為容易，畸變透鏡可利用工ς 離的範圍$微地受到限制。目而，假如適當的工作距離不 適用於特定之應用，耦合損耗為顯著的，因而使 應用變為不實際。 丁夕稠ό 一項該透鏡化光纖顯示於圖1及2。顯示於圖1及2之特 另J透鏡化光纖為畸變透鏡化光纖，其中形成於光纖端部之、 透鏡此夠改變通過其中光學訊號之模場。更特別地，形成 於光纖端部之畸變透鏡能夠改變由雷射二極體發射出光學 訊號橢圓形模場改變為圓形對稱光學訊號，其更有效地轉 合至光纖心蕊。 如圖1所示，具有心蕊及包層12之透鏡化光纖10包含模
第7頁 200400373 五、發明說明（4)
形光纖微透鏡1 3於：Μι 一總 汕L r ^ ^ ，、 而 锨透鏡包含一對相交為一線1 8 之平面性表面1 4及1 6 嗜錄亚' ^ ,^ ^ nA ’口哀線千分心蕊Π。微透鏡更進一步 包含表面2 0及2 2，於分另丨|从命士 刀另J地與表面14及16相交於線2 4及2 6 。表面14及16斜率表示盍a ^ ^ ^分山 千衣不為0，同時表面20及22斜率表示為 φ其中φ大曰於θ。角度…相對於垂直於光纖中心韩 19之平面28量測。第一月穿一 弟 及弟一對表面之相交線24及26優先 1與、仏相父如圖2所示。除此，表面1 4之面積優先地等於 面1 6之面積。換έ之，線丨3之中央部份優先地對稱於 有線24及18之平面。 、 顯不於圖1及2所示楔形形狀光纖微透鏡通常藉由促 光纖10與研磨轉輪（並未顯示）啣接為一角度足以形成平面 性表面14為相對於平面28為0角。光纖再旋轉18〇度以及 與研磨轉輪（並未顯示）啣接成一個角度而足以形成平面 表面而相對於平面28為Θ角。該處理過程重複以形成平面 性表面20及22,每一表面相對於平面29成φ角。如圖3 ，沿著圖1直線3-3展開之光纖斷面具有如跑道形狀，其具有 平面性頂部以及底部表面3 〇以及彎曲側邊表面3 2。 雖然所形成雙楔形透鏡在一個方向並不產生畸 功能，其並非不具有缺點。特別是由於光纖丨〇透鏡化表兄 並非球面如圖3所示，通過透鏡之光學訊號或先飨 生顯著的畸變，以及光波前畸變為顯著的產 體橢圓形模場能夠有效地藉由圖卜2透鏡有效地盥光:， ，匹配，當光學訊號落於光纖上時該光學訊號相^前== 是平坦的。如先前所提及，其至少部份為圖3中平面表面Μ
第8頁
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之函數。 因而所需要光學訊號應用之壯 、， 用，該透鏡裝置克服這些以及苴他、兒衣置目前無法加以利 或grin-桿件透鏡之缺點。該透鏡δ單獨使用畸變透鏡 裝置光學訊號之幾何形狀以及复他< 置應該能夠改變通過 制耦合損耗之彈性設計，能夠具有寬特性，同時提供限 離，使相前端4變減為最低，以及通常y圍可接叉工作距 提供較大控制以及較大的效率。节：2光學訊號耦合應用 便官妒雜士旦制i 忒透鏡裝置製造應該相當 _ H /衣 < 以及具有非常廣泛的應用範圍而不會 改雙透鏡本身的性能及特性。本發明主要提供該透 鏡裝置。 發明大要： 本毛明項係關於透鏡裝置以改變光學訊號之模場。 裝置包含光纖以及雙圓錐透鏡位於光纖端部使得光纖及 圓錐透鏡界定出光學中心軸。雙圓錐透鏡包含外部表面， 其由兩個相互垂直之不同曲線所界定出，其中兩條曲線為 主曲線C1及副曲線c 2，兩者相交於光軸處或接近該處。 本發明另外一項係關於一種製造透鏡裝置之方法。該 方法包含下列步驟：放置雙圓錐透鏡位於光纖端部使得光 纖及雙圓錐透鏡界定出光學中心軸，雙圓錐透鏡包含外部 表面，其由兩個相互垂直之不同曲線所界定出，該兩條曲線 為主曲線C1及副曲線C2，兩者相交於光軸處或接近該處。 在另外一項中，本發明係關於光學組合。該組合包含 光學組件，基板構造成支撐組件，以及透鏡裝置放置於基板
第9頁 200400373 五、發明說明（6) 上以及相對於光學組件以改變通過透鏡裝置以及光學組件 間之光學訊號模場。透鏡裝置包含光纖以及雙圓錐透鏡放 置於相對於光纖一端使得光纖以及雙圓錐透鏡界定出光軸 。雙圓錐透鏡包含之由兩個不同的相互垂直曲線界定出之 外部表面，兩條曲線為主曲線C丨及副曲線以，其相交於光軸 處或接近該處。 ^本發明透鏡裝置產生一些優點優於其他業界已知的模 %轉kI置。其中由於雙圓錐透鏡能夠直接地形成於雙圓 錐透鏡一端，光學訊號模場之幾何形狀能夠由雙圓錐透鏡 加j改變，同時被改變之光學訊號聚焦能夠由雙圓錐透鏡 進行操作。因而光學訊號之波前能夠與被 '目匹配。因曝損耗能夠減為最低以乂波匕 ί此^ ί小。本發明透鏡裝置亦能夠設計來提供相當大範 之第工作距離。由於這些及其他優點，耦合效率大大 地得到改善。 w 口 >又午人a 除了 本發明時 具有預先 成於間隔 長度相同 的斷面積 瓣。因而 轉變功能 的。其將 乂，優點，使用間隔器桿件本身在使用以及製造 、等t仏些優點。間隔器桿件能夠製造出使得其 =二特性作為一個模轉變應用。因為透鏡能夠形 Ϊ 件上而非光纖本身上，間隔器桿件具有相同 並::製造出，其具有相同的長寬比，以及具有相同 二連接至具有不同的特性及/或模場之光纖尾 ’ ^ :，隔器桿件可加以改變以提供所需要模場 L、/、母—連接桿件所連接特別光纖尾瓣所需要 评，、，田加以說明，其可優先地藉由切斷每一桿件至
200400373 ―、發明說明（7) ___ 所需要長度以及將每一桿件切斷端部成形具有所需要曲 半徑而達成。本發明提供大規模製造桿件，其因而使制、/ 變為容易，減小製造處理過程相關費用，以及較大衣义 模。 、A現 依據本發明之製造透鏡裝置方法將提供其他 炉本發明透鏡裝置優先地加以製造使得雙圓錐透於更 :同态桿件，或兩者能夠加以改變而不會影響多透鏡=， 未改變構造之設計特性。在該情況下，作為特定用 造間隔器桿件亦能夠使用於其他應用。例如透鏡 ^ :造成使得通過其中光學訊號之模場能夠由橢圓仏:夠 交為圓形模場，由圓形模場改變為擴圓形模場由^野改 =變為不同的擴圓率之模場。除此，本發明由透二 二計使得能夠改變以任何方向通過透鏡裝置、光學 盆且ΠίΓ憂點’間隔器桿件能夠依據本發明製造使得 :上，而非光纖本身，具有相同的長；纖之光 :2材料製造出，其具有相同的長寬比，以及具:牛，-由相 積，其能夠連接至具有不同特性及/或曰之、目同的斷 因而每-無心蕊間隔器桿件能夠藉由劈斷：適：：光纖。 =改變以提供所需要模場轉變功 ’、、' 田、長度加 連接特殊之尾瓣光纖所需要。更詳細4加母以桿件 也精由劈斷或切斷每一間 ，此優先 干件為所需要長度以及將每 200400373 五、發明說明（8) 截斷端部成為適當形狀以具有所需要模場轉變功能 本發明間隔器桿件製造提供額外 器'桿件具有均勾的折射率分佈，由石夕/ =含=，間隔 :ϊ η:由本公司製造商標名稱為vyc〇r二6%石/ ，長；形，或；：=本月桿件能夠製造為橢圓形 毛胚製枝其使㈣^=桿件或 要的直徑例如非限制性之1250^=常又備抽拉為所需 長度以及再加以切斷或截斷為適心 適當板轉變應用。 贫度以作為 =圓錐透鏡將形成於間隔器桿件 用預先成形作為特定模轉變應用之間隔 2中，使 例如，依據本發明當特定應用要求 圓°/ ,為有益的。 為糖圓形模場長，優先地形錐透㈡變 部，該桿件端邱盔且士 L 口芦攻、間^裔桿件端 2百先形成長方形長度約為丨公尺之毛胚。長:开兄：，優 再使用傳統光纖抽拉技術以及設 長方形毛胚 外徑例如125.0微米之長方形桿件。二二成具：：需要 單—毛胚抽拉出以及再切割 在特性之間隔器桿件。同^ 向變為約略為圓形，v要成抽長拉 抽拉桿件材料承受張力控制二度質：心^^ 200400373 五、發明說明（9) 此，由抽拉處理過程形成最終截斷長方形 及其他光學特性將保持。該方式所形 牛之=以 件端部非常接近將形成於間隔器'桿件端部上之，桿 f表面曲率之尺寸。因而一般形成雙圓錐 ：尺寸 磨以及拋光數量相對於在圓柱形間隔器=所〶要之研 形雙圓錐透鏡所需要研磨以及拋光所需要數Γ f上形成楔 小的。 吓而要數ϊ相比較為較 上述所提及長寬比提供作為大規模製造健 鏡及/或間隔器桿件，其因而使製 ^又固錐透 理過程相關費用，以及較大規模;V；為“，減小製造處 明瞭。 也為^知此技術者了解或藉由實施本發明而 之範ί們以了及解在先於前；般技術及下列詳細說明只作為本發明 專利㈣念及架構以了解本發 一步了解本發日月盆顯干出太包含附圖*於提供更進 明作為解釋本發明原理及操作'明各種實施例以及隨同說 詳細說明： 示於：：t考i;施例广…χ說明，其範例顯 示相同的部份。本發明透:固二圖，使用相同參考數字^ 4Α及4Β:及在签個附圖中：數字=實施例顯示於圖 、“在圖4 Α中頂視圖以及圖4 β側視圖中所需要範例 200400373 ------ 五、發明說明（10) f生透鏡裝置4〇包含光屋碎 :定…折射率 處放置於遠離尾瓣光纖42之間隔器桿件44端部 ΐ伴持可為標準單模光纖例如為本公禱-28光 :ϊ Γ用f纖，多模光纖或其他特別^ 端mi’/Λ 通訊系，统中。除此，尾瓣光纖42當從 透鏡圓形地對稱？或任何其他形狀。雙圓錐 接至戍放署於4· 4形成於間隔器桿件44於間隔器桿件44拼 it ίίί纖尾瓣42上後’或位於或製造於間隔器桿 上於間隔器桿件44位於光纖尾瓣42之前。 裝置發:月另外一項，透鏡裝置40能夠形成使得透鏡 透鏡；多個漸變元件如圖4c及4D所示。該漸變 射率^ Τ匕3尾瓣光纖42,漸變間隔器桿件44具有折 以2 一個端部處，以及雙圓錐透鏡 應用例Πί 隔器桿件44端部處 "至2 η : Ϊ 二極體之輸出能夠小至 中為了 ^ ΐ』及長寬比在2·〇至5.0範圍内。在該應用 半；：ΐ场匹配變為容易，優先地雙圓錐透鏡46之曲率 大：：Π二不過，優先地多透鏡裝置4°之直徑保持合理 包含裝置40之各個元件能夠在製造過程中操作。 方法’二桿件44之透鏡裝置4〇為符合該目標之i先 段‘3 乂圖古所示，漸變間隔器桿件44優先地包含雙圓：區 縱向地延/均句或固定外徑尺寸由縱向尾瓣光賴端部 k伸至光子導線A1，以及漸變雙圓錐區段45具有改 第14頁 200400373 五、發明說明（11) 變優先地減小之徑向外部尺寸（或傾斜外部表面）縱向地延 伸於光子導線A1與A2之間。雖然並未顯示於附圖中，熟知 此技術者了解一個或多個尾瓣光纖42，無心蕊間隔器桿件， 及/或間隔為桿件44能夠以相同的方式漸變為圖4C及指所 示上述所說明及/或所描繪之漸變間隔器桿件44。 、本叙明透鏡裝置40其他範例性實施例顯示於圖5A-5D 以及51及5 J中。除非另有說明，在每一所描繪實施例中，尾 瓣光纖42將說明為標準單模光纖例如smf — 2 ，乂微米以及心蕊半徑約為8·。—1〇〇微米。熟知此技二 者了角午具有其他直徑及其他幾何形狀將亦屬於本發明範圍 =?匕，對於任何實施例，人們了解除非另有說明雙圓錐 、、見^ =放置於透鏡裝置4〇，其位於尾瓣光纖42最遠處。 -Ϊ ^ ^ ^ ^ ^ ^ , 匕層^域36圍束著，以及無心蕊間隔器桿件 r =光f尾瓣42一個端部處。在優先實施例中，間隔器 :器44 Ϊ ; Π Ϊ ΓΠ徑向地在間隔器桿件44光軸與間 藉由電-端優先地 嫌伞她>1 0 乂 /、他業界熟知的方式拼接或固定至屋 圓錐透鏡46停先地葬ώ捕 Μ及/、他靶例性貫施例中，雙 雷射微機械：工或曰底Ρ二成形技術，混合成形及加熱， 施例中虛缘35表千/太^ Η兄明之方法成形。除此，在實 止處週圍位置。、雖q = ^著透鏡裝置在雙圓錐透鏡46終 …、並不特定地顯不於附圖中，雙圓錐透
第15頁 200400373 五、發明說明（12) ' ~ 鏡46位於光纖尾瓣42上。在該排列中，虛線35能夠為共平 面以及緊鄰於光纖尾瓣42端部。在該排列情況下，雙圓錐 透鏡4 6與光纖尾瓣4 2之彎曲表面間之材料可視為”間隔哭 桿件”。 ,$圓錐透鏡46優先地為凸出形狀以及優先大小以及成 f使得傳送通過其中光學訊號模場改變為具有相同形狀但 是Z同大小模場，由圓形對稱形狀改變為橢圓形，由橢圓形 改=為對稱形狀，及/或橢圓形改變為不同的橢圓形。在圖 5A實施例中，雙圓錐透鏡46直接成形於間隔器桿件“端部 上。因而，雙圓錐透鏡4 6並不包含包層區域。在圖5A實施 例中，間隔器桿件44以及雙圓錐透鏡46呈現出外徑小於居 瓣光纖4 2之外徑。 人在圖5B所示另外一個範例性實施例中，透鏡裝置4〇包 各所，上述針對圖5A所說明之元件。不過，雙圓錐透鏡以 及至少一部份雙圓錐透鏡46兩者具有較大 =尸。通常，叙合至透鏡議之裝置… p : J :4?生至少部份為決定拼接或連接至尾瓣光纖42間 尺寸以及其他設計特性之因素。除此，提： 曝以及透鏡裝置4°其他元件之外徑尺寸 、乂 k夂為谷易及有助於製造過程中量測。 形形狀之間隔器桿件44能夠採用㈣及 _ «圖5C所不，透鏡裝置包含圓不 方形間隔器桿件44 1 一 冉九·截尾瓣42’以及長 所示實施例&成形為雙圓錐透鏡46。圖讣中 例”，具不母一光纖尾瓣42，間隔器
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200400373 五、發明說明（13) 。熟知此技術者了解間隔器桿件44能 他幾何形狀例如非限制性之方形或橢圓形為其 及光纖尾瓣42能夠標記為如附圖所示對準溝牛44 以顯示桿件44如何優先地對準光纖尾瓣42以^持或標記 4 2偏極軸。當透鏡妒詈μ久伽— ’、、 瓣光纖 刼郴十甘兀件之幾何形狀為圓形或門 才形，或，、他非平面時，該標記為特別有用的。 次0 圖5Α所示間隔器桿件44部份側視圖以及頂視圖示 ::地顯不於圖5£及5”。雖然描繪於圖5Α中雙圓： 用作為該說明，在此針對圖5Ε及圖5F所示原透 本發明其他線性範例性實施例，不管雙圓錐透鏡 柱ΐ門光纖尾瓣42端部，圓柱形桿件44端部，或非圓 柱幵y間隔态桿件44之端部上。 圖5E描繪出部份桿件36頂視圖，當由圖5F中間隔哭 件44側邊來看。儘管所使用達成雙圓錐透鏡⑼之製造技 ，雙圓錐透鏡46優先地包含由至少兩個不同的曲線界定出 之外部表面。第一或主曲線C1優先地形成於圖5E所描繪之 平面中，同時第二或副曲線C2優先地形成於圖5F所示平面 中。優先地曲線C1及C2彼此相互垂直以及相交於或接近光 軸Μ如圖5G及5H所示。雙圓錐透鏡46表面形狀“能夠立即 地參考圖5Η所示斷面圖標示。在圖5Η實施例中，由曲線^ 及C 2所界定出曲面界定出圓錐表面，例如為橢球面，拋物面 或雙曲面。在雙圓錐透鏡46其他光學特性中，曲線C1及㈡ 曲率之差異，以及彼此相互垂直排列，提供本發明透鏡裝置 40改變線性光束功能。不同的曲線C1及以能夠界定出球面
200400373 發明說明（14) ，每一曲線能夠界宁山 界定出非球面Λ i ，或能夠界定出一球面，同時 物面或雙曲面之=，曲線能夠界定出異於其他橢球面，拋 。拉山扶“ 办狀。其結果實質上為提供變異透鏡效應 圓= 、㈣及^形狀及曲率，通過雙 予A 5虎模場形狀能夠得到控制。 圖5丨及.X中透鏡裝置40第五範例性實施例示意性地顯示於 :尾瓣:2,圓= 中’透鏡裝置40包含圓柱形光 以及錐圓雜、类拉7間^^件44,其直徑小於光纖尾瓣42， 部。^後 、兄46位於遠離光纖尾瓣42之間隔器桿件44端 # ^所說明實施例，雙圓錐透鏡46外徑大於間隔 ^ Γ η 徑。類似所揭示實施例，雙圓錐透鏡46優先 ”線界定出。第-或主曲線C1形成於圖5! 以及第二或次曲線C2形成於圖5J所示平面中。 定共同ί 裝置40每一範例性實施嶋 以及#不1 ^弟一，具有可操作均勻折射率，外形尺寸， 〆^所而要成何特性之適當間隔器桿件材料藉由使用 光纖製造設備以及光纖抽拉枯 、’· 成間隔器桿件“，其藉由拼接固定 至斤k擇尾瓣光纖，或-個或多個拼接至尾瓣 4 之:曰:器1件44。$間隔器桿件44優先地 ： 心凝、發石玻璃，其能夠製造具有任何適當外徑以及幾何开Γ 狀，以及其具有均勻的或固定折射率 ! ΛΑ 4，> ^ 特性。當採用時，間隔器桿件“提供額外的設計5彈並改不折射 間隔器桿件44能夠劈斷或"漸變切斷"為適當長度作為 200400373
==有變切斷間隔器桿件端部能夠藉由抛 數，楔形角度，以及圓形半徑能夠依據所需要工作:;離牛： 以及已知耦合應用最終模場形狀規格加 ==2 ,隔器桿件“之端部，其中雙J二= 4表面由兩個不.同的彼此相互垂直之曲線界定出，主曲線 C1以及副曲線C2,其中(^與以相交於或接近於本發明透鏡 裝置40之光軸38處。
本發明梯度折射率雙圓錐透鏡之中間楔形角度能夠使 用「些標準決定出。通常，耦合具有小模場直徑作為耦合 光源之優先透鏡形狀為雙曲線。因而，能夠使用圓錐區段 以代表界定雙圓錐表面之曲線C1及c 2。依據本發明實施例
，以及詳細說明於H.N. Presby and C.A. Edwards, Near 100°/〇 Efficient Fibre Microlens, Electronic Letters ，V〇l· 28，page 582，1992文獻中，該文獻在此加入作為 參考之用，使用界定出楔形形狀以及曲線Cl及C2之雙曲線 漸近線以決定雙圓錐透鏡之中間楔形角度。所形成中間楔 幵> 能夠藉由加熱或其他業界已知的方法對雙圓錐透鏡或間 隔器桿件之雙曲線加以圓形化。 如圖4所示，代表曲線C1或C2雙曲線50優先地由代表楔 形之漸近線52界定出以及相交於中央頂點（h，k) 54處。界 定雙曲線公式能夠以下列公式表示： (X-h)2/a2 - (y-k)2/b2 =l/c2
第19頁 200400373 五、發明說明（16) 其中b2二c2-a2, c為雙曲線焦點58(h + c，k)與頂點54間之距 離56以及雙曲線頂點62與頂點54間之距離60。 漸近線由直線界定出： y = k+ (b*(x-h)/a)以及y = k- (b*(x-h)/a) 由漸近線公式，楔形角度57能夠決定出為 楔形角度=2*(tan-l(b/a)) 在雙圓錐透鏡4 6上所界定外部表面之獨立變化曲線提 供變異透鏡效應以及設計彈性以符合許多應用之模輕合規 格。除此，具有可控制半徑圓形化楔形作為變異透鏡，其中 雙圓錐透鏡作為非球面透鏡。藉由界定楔形以及GRIN-光纖，鏡之參數，變異透鏡之特性例如聚焦光束模場直徑， 其長寬比（即橢圓率），以及聚焦光束由圓形化楔形頂點 影，距離而能夠加以控制。該透鏡提供變異透鏡效應 者尾瓣光纖42光軸38方向之光學耦合。有可能達到不 =，其中雙圓錐透鏡及尾瓣光纖之 ;射：能夠加以變化作為不同的應用。例如，間隔器：件 尺寸之光束。雙圓錐透鏡^或Λ 光纖以適應不同 月匕夠為非圓柱形，例如為方开彡 仟1干 槽或其他形式以容Λ造ΛΛ，或標記具有對準溝 極軸變為容易。藉由對^平 付對準光纖尾瓣42之偏 極轴，更進一步處理過程例榀側邊或標記光纖尾瓣42偏 極體或其他具有適當偏極軸°之1形以及搞合至雷射二 在圖5C及5D所示範例性垂二：件加以簡化。 1夕生貝施例中，非圓柱形桿件例如
200400373 五、發明說明（17) ~~ 為長方形間隔器桿件44優先地拼接至光纖尾瓣46。在製造 過程中能夠實現該構造之優點。由於長方形桿件44，優先 地具有均勻徑向折射率之含有玻璃材料無心蕊矽石能夠加 以製造接近所需要雙圓錐透鏡46形狀，其將形成於透鏡裝 置40端部處，因而製造能夠加以簡化。例如，在透鏡裝置 端部處例如藉由拋光形成楔形並不需要。至少拋光數量以 及程度能夠顯著地減小。雙圓錐透鏡4 6形成能夠優先地藉 由再加熱間隔器桿件44端部至足以使玻璃再流動之溫度而 使長方形間隔器桿件44端部邊緣圓形化達成。對長方形間 隔器桿件44端部施加熱量相當高足以使玻璃軟化使得邊緣 圓形化而不會再成形。因而，適當成形雙圓錐透鏡“能夠 立即地形成於遠離光纖尾瓣42之間隔器桿件44端部。 依據本發明一項操作，以及顯示於圖5A-5B，並參考圖 ^及優先地由雷射二極體或其他光學裝置所發出之光 子訊號優先地通過雙圓錐读错彳β 、、、、叉圓維透鏡4 6，進入以及通過間隔器桿 1 ^ ί人以及通過尾瓣光纖4 2。圖7Α為顯微照像圖 ’ H Λ 裝置4 0部份側視圖而類似於_所示，同時 ;7Α所，片圖’其描繪出透鏡裝置40頂視圖而類似於 = 定雙圓錐透鏡46外部表面之不同曲線。及C2 :Ϊ : Γΐίί中看到。依據本發明-項，由雷射二極體 3而：二上盥V 士出橢圓形模場優先地加以改變為圓形模場 ，而只貝上與尾瓣光纖42模場相匹配。 依據本發明另外一項雔圓舱、采 過豆巾A _ 1 # Μ π π 又囫錐透鏡6形狀能夠改變通 匕中光于^虎杈㈣狀由圓形對辩模場改變為橢圓形模
200400373 五、發明說明（18) 場如圖7 C及7 D相片圖所示。依據本發明另外一項，具有圓 形模場光學訊號能夠通過光纖4 2，間隔器桿件4 4以及通過 雙圓錐透鏡46。圖7C所示影像44能夠由雙圓錐透鏡46表面 處透鏡裝置40端部所取出之放大圖。在該位置，影像44為 失焦以及開始由圓形模場改變為橢圓形模場。如圖7D所示 ，在距離雙圓錐透鏡22大約1 〇〇· 〇微米處由透鏡裝置4〇端部 所取放大影像4 6貫質上為橢圓形。因而如實施例所示，該 距離約為100微米（影像距離），其橢圓形模場實質上與光學 訊號耦合至S0A組件之模場相匹配。因而，當包裝該組件時 ，SOA或其他光學組件優先地位於距離雙圓錐透鏡46端部處 1 0 0 · 0微米以達到最大耦合效率以及因而達到最小光學損 耗。 、 依據本發明範例性光學組件7〇顯示於圖8中。描繪於 圖8之光學組件7 0構造為線性模轉變之光學耦合應用。光 學組件70優先地包含基板72，以及光學訊抓之㈣76例 = ϊ雷ΐ二極體或其他發射器。光學訊號76光源76 k先地支撐於基板72上以及本發明透鏡裝置4〇優先地位 於基板上使得透鏡裝置4〇能夠與光源74連通。光源以 仏先地藉由。h或止塞78固定至基板72。具有橢圓形模場 光學訊號76由雙圓錐透鏡46方向之光源74發射出。气號通 過雙圓錐透鏡46,其漸變地改變光學訊號76之模場。光^ 訊號優先地由橢圓形模場改變為圓形對稱模場以及藉由 雙圓錐透鏡聚焦使得光學訊號76有效地耦合至尾瓣^ 纖4 2，其具有圓形對稱模場。
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五、發明說明（19) <111雖=广面不if/以7於2 ί f地^ 支撐透鏡裝置 接近雖Li : : : : %波前相匹配為重要的，儘可能地 性干涉耦合效率之έ士果。；1象差’其為建設性或破壞 變玻璃*身化學特^而^ t无、此技術者藉由實際改 ”《錐透鏡折射率分佈。此非常 耦合組件有效製造變A . M ,. 及…、法使杈％ 寸以及形狀使用門^ Λ 據本發明，間隔器桿件尺 會增加任何甚貝著Λ益桿件作為移動光學訊號影像而不 效/至光學訊號影像，間隔器桿件尺 透鏡46外部表面曲綠 （Χ-平面及y—平面）界定雙圓錐 有效地與實形，，促使熟知此技術者容易地及 大量製造模尸ϋ i珂配，有效以及價格競爭性地 明附圖中，上^二件°除此’雖'然並不顯示於上述所說 實施例，其中地適用於本發明光學組件 鏡，通過雙圓錐透鏡以及·…通過^ 性之S0“戈其他感物光子二極體子。皮…，例如非限制 以夕ί考圖9一13’其示意性地顯示出本發明製造好牡番 4 :處理過程。在圖9中，光學波導例 。兄衣置 光，尾瓣42使用微載台定位及固定為對準 =“干件材料80。間隔器桿件材料80優先地包：：= 特性例如通合得旦办 匕3運載光線 適田侍長I比，斷面積，以及其他特性，優先地使
第23頁 200400373 五、發明說明（20) 用傳統光纖·製造抽拉裝置以及處理過程製造出“ A彳彳 先地具有所需要最大外部尺寸大約為丨25· 〇微米㈧τ 桿件材料80能夠為適當長度以及斷面形狀，長方形之赏: ::圖113所示。間隔器桿件材料8〇同樣地被握持^及使 ，定位載台加以定位，使一個或兩個尾瓣光纖42以及 器桿件材料80彼此相對地移動於X，y，z方向以及旋轉：： 、。光纖包層42以及間隔器桿件材料8〇優先地移動至H = 以及在熱源82附近，熱源例如為非限制性ί :、:为裂益，C02雷射，電弧融合分裂器，或其他類似之且 ;，如圖1 〇所示。施加熱量以及尾瓣光纖42 π =牛材料8。彼此接觸以及緊_到融合在一起於广二 :貝8 4尾瓣光纖4 2以及間隔器桿件材料、;接接 兩；)至所需要或沿著間隔器桿件材 =2相反側之部份施加張力以加以抽纟以離、及熱 二才料為兩段’每一段具有 間：器桿 桿件44連接至尾瓣光纖42,以及Γ外:^ 〇，疋之區段通常連接至間隔器庫:i放載 “桿件材料80之 二：⑽之供應源1 產生乾淨端部以使用;以劃線以及加以分離以 尾辦光纖42上。 衣k/、他間隔器桿件44於另外—條 示，熱間量隔施器加再放置於鄰近熱源82如岡心 ^ ^ ^ ^ t , V；；\4 4f^ ^ ^ ；； ；_^ - ^ ^ ^ ^ , , v ，、旱人化”沾，口而間隔器桿件糾_呦蠕 第24頁 200400373 五 、發明說明（21) ' 部軟化以及·充份地變形，使得各種玻璃材料之&而儿々丨丨： 成圓形化雙圓錐透鏡46,其具有外部表面由兩條彼儿川~ 垂直之曲線主要曲線Ci以及次要曲線C2界定出，口、中（'I及 C2彼此相父於或接近於光軸處。因而，雙圓錐达m 地連接至尾瓣光纖42以及與其分隔以形成本發明之透 裝置40。 斤衣仏先岫所説明之漸變切割處理過程詳細說明於美國 弟09/812108號專利中，其發明名稱為"Qptieal Lens 8,nd Method of Fsbriri；i + innM ^ 入作$夂老。，5亥專利之說明在此加 料8 0二二Τ μ L u此技術者了解"漸變切割'，間隔器桿件材 得長方护Γ株^所說明長度之步驟在一些條件下進行，使 當^熱去持貫質卢為長方形形狀。此優先地使用相 :V ’是V: ί ΐ成使得桿件材料被拉開以形成漸變之表 除此i:;f/能太高而使長方形桿件材料8〇圓形化 使漸變切刮7:所施广熱量為相同情況。施加充份熱量 任，邊，化以形成雙圓錐透鏡，但是 。由於長方形桿件兩個斷面i干 亚不產生圓形化 向之曲率半徑將不同以產生本發明：，在兩個相互垂直方 在模耦合應用中需要小的曲；:、’隹透鏡46。 米曲率半徑，由小模場光源收集光车例如低於22.0微 耦合效率通常將減小。此部份由於“伤將減小以及因而 大發散角度。4 了以小的曲率:：小模場直徑光源具有較 當的耦合效率滴令y ^ k M及高發散角度得到適 ，通吊…到短的漸變器及儘可能具有大
200400373 五、發明說明（22) 的淨透鏡孔徑。為了達成該目標，必. 式使雙圓錐透鏡46开j成最佳化％ τ μ 户^丨交刀、Vj力 體之輸出可小幻.。至2 〇微乎：：；，合，由番射二極 ® ^ ^ τ # ,j tt ^ i ΛV,tb ^2'0 ^5·0 透鏡4 6尺寸，曲率半徑優及同時保持合理的雙圓錐 有該特性之透鏡化裝置4。可利用：)、：二如先前所說明，具 其顯示於，中。依據本；=法多二切^ 在圖9-11中所顯示初始步驟以 夕漸、交貫施例， 割實施例之方式實施。+過 门：所：明之漸變切 力^之過程中以離開微操作載自方向以㈣ 張 而非如上述所說明保持固定在靜止位在二 驟之過程中藉由改變熱源之速度及^力張力步 變構造如圖14所示。人們了經τ^^斤果為夕漸 使用兩個步驟之漸錄切到/^像圖12及13所示之步驟， 性燈絲為主拼接哭：如‘：：過程使用熱源82例如非限制 及遮罩以甚注土 II 為鎢燈絲為主之拼接器，C02雷射以 。如圖14所-遂二尾瓣广纖42之雙漸變切斷間隔器桿賴 淺的=:，第 尾瓣42之間隔ί ；： 割表面99B情況，相鄰於遠離光纖 端部再藉由埶源再間隔器桿件44之多漸變切割 生之任何邊^圓护^加熱使多漸變切割處理過程所產 過程，多漸變切叫%理。、場不像，上述所說明單漸變切割處理 立更加靠、斤妬干°®处王產生表面於間隔器桿件44端部， ”更加…斤需要雙圓錐透鏡46之最終雙圓錐形狀。雙圓
第26頁 200400373 五、發明說明（23) 40之處理過程。在圖9中，光學波導例如透 光纖尾瓣42使用微载台定位及固定為 用傳統光纖製造抽拉裂置以及處理過程製】I k先地使 範例： 範例： = 變線性先束透鏡裝置以及光學組件之 所說= = = :透;=針對底下 :;=;;_:在該情況下:射二：:發裝射？ 4木1卞渡長之§孔號wav，χ-方向（番吉士六、， wx0(n.^ 直方向）模場直徑（MFD) :(?)，以及y-方向（垂直方向)模場 :)。由光源94發射出光束傳播通過折 二〇(二 見為空氣）在照射到义方向曲率半徑（RL 貝（最书 形成於間隔器間隔器桿件96上，其且有私a门f 2 運鏡 光學訊號MFD為Wxl，及wyl，以及光束波徑H : T 人光學訊號由雙圓透鏡轉變為_之光束以及波前曲J + ^刀別為WX2，Wy2及rx2，ry2。對於薄透鏡，以及 第27頁 200400373 五、發明說明（24) ryl-wy2，但疋rx2&ry2通常並不等於。光束再傳 播通過間隔器間隔器桿件96區段長度為Lc以及折射率κ。 在禮傳播後光束特性awx3, Wy3 &rx3 &ry3。具有這些特 性光束落於雙圓錐透鏡上，其長度為Lg，平均折射率為ng， 折射率差值=△，以及心蕊半徑（a)。在傳播通過間隔器桿 件96後，光束特徵為"4，^^4，]：}(4，1^4。設計目標在於使 wx4 = wy4 = wsmf，其中wsmf為標準單模尾瓣光纖42之圓形mf]) 。另外一個目標為使Γχ4及ry4儘可能地接近平坦波前使到 達尾瓣光纖之耦合效率.為最大。已知光源9 4以及尾瓣光纖 96之該目標能夠藉由改變設計參數例如為間隔器桿件96之 Z’ Rx，Ry，Lc,間隔器間隔器桿件96，以及間隔器桿件之特 徵例如Lg，△，及（a)。一項目標亦使z相當大以作為合理之 誤差以及實際標準需求而不會損及耦合效率。 粉能夠使用加入參考文獻所揭#複數光束參 數Q之ΑΒ⑶矩陣處理過程或使用光束傳播技術對高斯光束 加Γ2。設計優先地對任何所需要Z以及光源94以及尾 瓣光纖96特性之最佳轉合效率作最佳化。材料特性ni，nc， ng，以及ns能夠某種程度加以改變 例如，ηι通常等於1(空氣 K 3 ；； ^ 71· 45 ^ """"" 、 久长乾圍。其對ng及nsmf亦是一檨。 複數光束參數q界定如下： 7 (1/q) = (1/r)-i*(wav/(pi#vT2*n) 其中r為曲率之波w半徑，w為高斯模固定半徑，以及㈣為
200400373 五、發明說明（25) ----" 光線之波長。 由輸入平面84至輸出平面86之q參數轉變為·· q2=(A*ql+B)/(C*ql+l) 其中a，b，c，d為光束矩陣元素分別與輪入及輪出平面84 之光束參數相關。 ’
1 )自由空間傳播長度z之ABCD矩陣z 2) 介質折射率由ni至η (no長度）=p 0 ， 3) 對於透鏡曲率半徑R = 0 在特定位置處透鏡幾何特性以及設計變數以及mfd參數 平面99··光源輸出：wav，wx〇, wy〇—光源94波長及& 乂模 平面1〇〇:雙圓錐透鏡92前材料折射率(nl)之傳播通量z wxl，wyl··在平面84處光束模場直徑 rxl，ry 1 :波前之曲率半巧 平折射率nc雙圓錐工透鏡半徑 rx2,ry2 平面104 :在GRIN透鏡前間隔器桿件96 在光纖尾瓣98前折射率為nc 食度Lc中傳播，以及 wx3,wy3 rx3,ry3 200400373
雙圓錐透鏡X-Y曲率半徑RLx ; RLy : 1 〇微米；20微来 無心蕊間隔器桿件長度Lc : 9， 1〇〇及65微米 ” SMF光纖尾瓣模場邊界層： 5. 2微米 這些範例模擬結果顯示於圖1 6中。這些結果顯示出使 用該方法可能達成高耦合效率以及合理的工作距離。特別 是，第二組工作距離誤差較佳，其中最佳工作距離亦較大。
所提出範例只作為列舉用途以及將依據應用變化。先 前範例將參考下列參考文獻更加清楚地了解：W. L. Emkey 以及C. Jack， JLT-5 Sep· 1987， ρρ·1156-64;H. Kogelnik, Applied Optics, 4 Dec. 1965, pl562; R. Kishimoto，M. Koyama; Transact ions on Microwave Theory and Application, IEEE MTT-30， June 1982，
第30頁 200400373 五、發明說明（27) p882;以及Photonics by B.E.A. Saleh and M.C. Teich， John Wiley & Sons， Inc.， 1991，其均在此加入作為參考 之用。本發明其他方面，功能，特性能夠參考本公司相同申 請曰期之相關美國專利申請案，該專利名稱為” 〇p t丨ca ^ Signal Altering Lensed Apparatus and Method of Manufacture"，其在此加入作為參考之用。 雖然本發明已洋細加以說明，熟知此技術者可立即了 力:以變化而不會脫離本發明範圍。能夠作各種 心式，狄计或排列之變化而不4 Μ 能夠萝乎n F 4曰从η ρ 9脫離本餐明之範圍。例如， 衣仏間^裔杯件96使得其折射率 非上述所說明之徑向變化。除此'丰刀佈縱向地餐化而 明透鏡震置40各種組件/元件，热知此技術者了解本發 出，只要形成透鏡裝置4〇各個亚=需要由相同的材料製造 相匹配，例如非限制性之特 ^件之各種材料與一些特性 因而，上述所說明只視 「軟化點，以及熱膨脹係數。 限於下列申請專利範圍;V列性’而非限制性，本發明只受
200400373 圖式簡單說明 附圖簡單說明： 第一圖為先前技術已知雙楔形畸變微透鏡音圖t 第二圖為第一圖透鏡之端視圖。 兄之丁心 圖。 ，二圖為顯示於圖1透鏡沿著直線4 —3展開之斷面圖c 第四圖A不意性地顯示出本發明優先透鏡裝置之頂視 第四圖B示意性地顯示出本發明圖4A所顯示透鏡裝置 之侧視圖。 第四圖C示意性地顯示出本發明範例性漸變透鏡裝置 之頂視圖。 、、 第四圖D示意性地顯示出本發明圖4C所顯示漸變透鏡 裝置之側視圖。 第二圖A為本發明透鏡裝置之第一其他範 之斷面圖。 μ ^ π 第五圖Β為本發明透鏡裝置之苐二其他範例性實施例 之斷面圖。 只她w 夕齡f i圖c為本發明透鏡裝置之第三其他範例性實施例 I殿Γ面圖。 之透視圖 第五圖D為本發明透鏡裝置之第四其他範例性實施 ^•ΤΓ 1^*1 r\ ^ 之 第五圖E示意性地顯示出圖5 A中所顯示雙 間隔器桿件部份頂視圖。 隹透鏡 第五圖F不意性地顯示出圖5A中所顯示雙圓 間隔器桿件部份側視圖。 鏡之
200400373 圖式簡單說明 第五圖G示意性地顯示出圖& f所示雙圓錐透鏡以及間 隔器桿件之透視圖。 第五圖Η為沿著圖5 F直線5 Η - 5 Η所展開雙圓錐透鏡之斷 面圖 第五圖I示意性地顯示出本發明透鏡化裝置第五範例 性實施例之頂視圖。 、 第五圖J示意性地顯示出圖5 I所顯示透鏡化裝置之側 視圖。 第六圖示意性地顯示出本發明形成楔形角度之方法。 第七圖A為相片顯微圖，其顯示出圖4 A中所描繪間隔器 桿件部份侧視圖。 — 第七圖Β為相片顯微圖，其顯示出圖4 Β中所描繪間隔琴 才干件部份頂視圖。 ° 第七圖C為相片顯微圖，其顯示出圖4 a中在透鏡表面 所不間隔器桿件端部。 件山f七圖D為相片顯微圖，其顯示出圖4 A中所示間隔器桿 而ί ’其距離透鏡表面大約1 0 0 · 〇微米距離處。 =八圖示意性地顯示出本發明優先光學組件侧視圖。 方法罘九至十三圖示意性地顯示出製造本發明透鏡裝置之 方法第十四圖示意性地顯示出製造本發明透鏡裝置之另一 镇 4- 計變數 卞五圖示意性地顯示出決定本發明透鏡化裝置 之設
第33頁 200400373 圖式簡單說明 第十六圖為曲線圖，其描繪出範例中已知組合之耦合 效率與工作距離之關係。 附圖元件數字符號說明： 透鏡裝置40;尾瓣光纖22;光纖區段23;GRIN-光 纖透鏡24;漸變透鏡裝置25;雙圓錐透鏡26;漸變GRIN -光纖區段2 7 ;心蕊區域2 8 ;心蕊區域3 2 ;包層區域3 4 ; 終止處35 ;間隔器桿件36光軸38 ;間隔器桿件40 ;溝槽 41 ;間隔器桿件42;表面形狀43;影像44, 46;雙曲線50; 漸近線5 2 ;頂點5 4 ;焦點與頂點間距離5 6 ;楔形角度5 7 ; 焦點58 ;距離60 ;頂點62 ;光學組件70 ;基板72 ;光源 74 ;光學訊號76 ;止塞78 ;溝槽79 ;透鏡裝置80 ;光源 82 °
第34頁
Claims (1)
- 200400373申請專利範圍 1. 包含種透鏡骏置，該裝置作為改變光學訊號模場，該裝置 光纖；以及 ϋ鏡’放置相對於光纖—端使得光纖以及雙圓錐 疋出光軸，雙圓錐透鏡包含由兩個實質彼此相互垂 :冋白勺曲線主曲線C1及副曲線C2界定出外部表面，其中 U及C2相父於或接近於光軸處。 2$依據，請專利範圍第1項之透鏡裝置，其中更進-步包含 圓i::::器桿件’其具有均勻的折射率位於光纖與雙 3定範圍第1項之透鏡裝置，其中雙圓雜透鏡界 4含項之透鏡裝置，其中間隔器桿件包 5者1專利範圍第1項之透鏡裝置，其中曲線C1及C2兩 者界定出球面或非球面。 以兩 據中請專利範圍第2項之透鏡裝置，其中雙圓錐透 於通離光纖之至少一個間隔器桿件之端部。 兄位 7 · —種光學透鏡系統，其包含： 光學組件； 基板，其構造成支撐光學組件；以及 光1Γ1利耗圍第1項之透鏡裝置，其位於基板上以及相對 先學2以改變通過透鏡裝置與光學組件間 ：财 8.-種製造透鏡裝置之方法，該方法包含下列步驟：…第35頁 200400373 六、申請專利範圍 -一 —_______ 放置雙圓錐透鏡於光纖一個 而°卩，使得光纖及雙,圓錐透 鏡 界定出光軸，雙圓錐透鏡包含 相互垂直不同的曲線主 。丨表面，其由兩個實質彼此 及 、”及副曲線C2界定出，其中C1 C2相交於或接近於光軸處。 9.依據申請專利範圍第8項之方 具有均勻折射率之間隔器桿件至井纖申放置步驟包含連接 纖之間隔器桿件端部成先、義之端部以及將遠離光 a依據申請專利範圍第;項=雙圓錐透鏡。 斷間隔器桿件，以及成形牛驟法，其中去除步驟包含劈 間隔器桿件端部或研磨二止匕3雷射微機械加工劈斷之 端部的步驟。 ，扎光以及加熱劈斷之間隔器桿件 V ·七依據申睛專利範圍第1 0項之方、本立士 一 長方形桿件以及其中止、 中間隔器桿件包含 長方形桿件端部至所需要二驟包含错由加熱再流動劈斷之 端部的步驟。 形狀以及拋光長方形桿件成形之 1 2 ·依據申請專利範 變切斷間隔器桿件—段：之方法，其中去除步驟包含漸 驟包含加熱漸變:斷開ί纖之步驟，以及成4 面®1形化之溫度以及在力t=至^以將雙圓錐透鏡外部表 驟。 ϋ熱後再拋光雙圓錐透鏡寺面， 1 3 ·依據申請專利 , 段漸變切！^ π ^ 7 項之方法，其中去除步 欠切斬間隔器桿件一饥 μ μ «日τ 于、/鄉包含多 &距離離開光纖之步驟，以 第36頁 200400373 六 申请專利範圍 形步驟包含拋光多段漸變切斷桿件端部為〜 形化表面或對間隔器桿件多段漸變切斷端部加熱之圓 雙圓錐透鏡外部表面圓形化之溫度的步驟。 以將 14. 一種光學透鏡系統，其包含： 光學組件； 基板，其構造成支撐光學組件；以及 透鏡裝置，其位於基板上以及相對光學組件以改變通過 透鏡裝置與光學組件間之訊號模場，其中透鏡裝置包含光 纖以及雙圓錐透鏡位於光纖端部上使得光纖及雙圓錐透鏡 界定出光軸，雙圓錐透鏡包含外部表面，其由雨個實質彼此 相互垂直不同的曲線主曲線C1及副曲線C2界定出，其中C1 及C2相父於或接近於光軸處。 15·依據申請專利範圍第丨4項之光學組件，其中逸鏡裝置更 進一步包含間隔器桿件，其在光纖與雙圓錐透鏡間具有均 勻的折射率。 1 6 ·依據申請專利範圍第丨5項之光學組件，其中I少一個間 隔器桿件為漸變的。
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Families Citing this family (12)
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| WO2012173907A2 (en) * | 2011-06-15 | 2012-12-20 | Corning Incorporated | Laser-processed grin lenses and optical interface devices and assemblies using same |
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Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS575380A (en) * | 1980-06-11 | 1982-01-12 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Output light coupling system for semiconductor laser |
| DE3134508A1 (de) * | 1981-09-01 | 1983-03-17 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | "optische faser mit einer anamorphotisch abbildenden endflaeche und verfahren zu deren herstellung" |
| US4729621A (en) * | 1985-03-11 | 1988-03-08 | Shiley Inc. | Integral optical fiber coupler |
| US5109483A (en) * | 1987-06-15 | 1992-04-28 | International Business Machines Corp. | Node initiating xid exchanges over an activated link including an exchange of sets of binding signals between nodes for establishing sessions |
| US5163113A (en) * | 1990-07-19 | 1992-11-10 | Gte Laboratories Incorporated | Laser-to-fiber coupling apparatus |
| US5256851A (en) * | 1992-02-28 | 1993-10-26 | At&T Bell Laboratories | Microlenses for coupling optical fibers to elliptical light beams |
| JP3537881B2 (ja) * | 1994-03-29 | 2004-06-14 | 株式会社リコー | Ｌｅｄアレイヘッド |
| FR2718854B1 (fr) * | 1994-04-13 | 1996-07-12 | France Telecom | Procédé de préparation d'une fibre optique en vue d'un couplage avec un phototransducteur et système optique ainsi obtenu. |
| JP3375213B2 (ja) * | 1994-09-16 | 2003-02-10 | 並木精密宝石株式会社 | レンズ付ファイバ |
| US5626407A (en) * | 1996-05-10 | 1997-05-06 | Emplast, Inc. | Storage system for refrigerators |
| US5719973A (en) * | 1996-07-30 | 1998-02-17 | Lucent Technologies Inc. | Optical waveguides and components with integrated grin lens |
| US6094515A (en) * | 1997-04-15 | 2000-07-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module |
| US6081638A (en) * | 1998-07-20 | 2000-06-27 | Honeywell Inc. | Fiber optic header with integrated power monitor |
| US6963687B2 (en) * | 1998-09-18 | 2005-11-08 | The Whitaker Corporation | Process for cutting an optical fiber |
| JP2000304965A (ja) * | 1999-04-19 | 2000-11-02 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 端部レンズ付きファイバ |
| US6556747B2 (en) * | 2001-02-09 | 2003-04-29 | Lightmatrix Technologies, Inc. | Chemical mill method and structure formed thereby |
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