TWI429974B - 高功率準直透鏡組件及降低準直透鏡組件中光學功率密度之方法 - Google Patents

高功率準直透鏡組件及降低準直透鏡組件中光學功率密度之方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI429974B
TWI429974B TW098142619A TW98142619A TWI429974B TW I429974 B TWI429974 B TW I429974B TW 098142619 A TW098142619 A TW 098142619A TW 98142619 A TW98142619 A TW 98142619A TW I429974 B TWI429974 B TW I429974B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fiber
collimating lens
multimode fiber
distal end
index multimode
Prior art date
Application number
TW098142619A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201030403A (en
Inventor
Norris E Lewis
Martin J Oosterhuis
K Peter Lo
Original Assignee
Moog Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moog Inc filed Critical Moog Inc
Publication of TW201030403A publication Critical patent/TW201030403A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI429974B publication Critical patent/TWI429974B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3604—Rotary joints allowing relative rotational movement between opposing fibre or fibre bundle ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
    • G02B6/3807—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs
    • G02B6/381—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres
    • G02B6/3813—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres for transmission of high energy beam
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49194—Assembling elongated conductors, e.g., splicing, etc.
    • Y10T29/49195—Assembling elongated conductors, e.g., splicing, etc. with end-to-end orienting

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Description

高功率準直透鏡組件及降低準直透鏡組件中光學功率密度之方法
本發明大體而言係關於光纖旋轉接頭及準直透鏡組件，且更特定言之，係關於用於此等光纖旋轉接頭中之經改良高功率準直透鏡組件，其可使用各種分波多工技術；係關於併有此等經改良準直透鏡組件之經改良光纖旋轉接頭；且係關於降低此等準直透鏡組件中之光學功率密度的改良方法。
光纖準直與聚焦組件(有時稱為準直器)係用以自一光纖發射一束光至自由空間中，且接著捕獲此光並將其重定向至另一光纖中。每當自由空間傳播超過數百微米(「μm」；1μm=0.001mm)時，通常需要準直器(亦即，用於發射平行光線之光學裝置)。出於此原因，諸如美國專利第6,301,405 B1號、第7,142,747 B2號及第7,239,776 B2號中所展示及描述，準直器常用於光纖旋轉接頭(「FORJ」)中，該等專利中之每一者之整體揭示內容特此以引用的方式併入。在FORJ中，諸個光纖準直與聚焦組件之間的自由空間距離可為約三吋至四吋[亦即，約7.62cm至約10.16cm]。
在過去，準直器設計(諸如前述專利中所展示及描述)由於其簡單性、高指向準確度及合理光學效能而被選中。雖然此等準直器設計足以用於目前使用之許多習知FORJ，但存在將更多之資料傳遞通過現有FORJ的需要。
分波長多工(wavelength division multiplexing)為用於增加沿光纖傳輸之資料之量的已知技術。本質上，將複數個輸入資料信號疊加於複數個波長分離之光學載波信號上。各種光信號經多工傳輸且提供至光纖之輸入端。沿光纖傳輸該等經多工傳輸之信號，且在光纖之出口端處將其解多工回至各種組成性資料信號(component data signal)。分波長多工具有吸引力，因為其藉由利用光纖之頻寬容量(bandwidth capability)而允許沿單一光纖傳輸大量資料。存在許多已知技術。此等技術包括(但不限於)：(1)習知分波長多工(「WDM」)，(2)密集分波長多工(「DWDM」)，及(3)粗分波長多工(「CWDM」)。習知WDM系統通常在約1550奈米(「nm」)之各種波長下在二氧化矽光纖(silica fiber)之第三傳輸窗(C頻帶)中提供達16個頻道。DWDM系統通常使用相同之傳輸窗，但其具有較密集之頻道間距。與習知WDM系統及DWDM系統相比，CWDM系統使用增加之頻道間距以允許較不複雜且較低廉之光多工器及收發器設計。因此，習知WDM、DWDM及CWDM系統係基於在單一光纖上使用多個波長之光的概念，但其在波長之頻率、頻道之數目及放大光空間中之經多工傳輸的信號之能力方面存在差異。如本文中所使用，表述「分波長多工」包括習知之WDM、DWDM、CWDM及類似技術。
已知利用分波長多工跨越光纖旋轉接頭傳輸資料。參見(例如)美國專利第5,991,478號、第6,385,367 B1號、第6,453,088 B1號、第6,980,714 B2號及國際專利申請案第PCT/US2006/016377號(公開為國際公開案第WO 2007/130016 A1號)，該等專利之整體揭示內容特此以引用的方式併入。
然而，當經由環氧樹脂、聚矽氧凝膠及/或折射率匹配介質傳輸高位準之光學功率時，問題顯現。舉例而言，此環氧樹脂及/或介質將具有可能不利地影響準直器效能之可變熱膨脹係數或隨溫度而變的折射率。此外，至高光學功率密度之曝露可能不可逆地暗化(darken)環氧樹脂及/或折射率匹配材料。已在約256毫瓦(「mW」)之標稱功率位準下觀測到此等有害效應。此表示約3.41千兆瓦/平方米(「GW/m2 」)之標稱能量密度(基於10μm直徑之單模光纖)。由於在具有約5.8μm之直徑的模場(mode field)中載運單模光纖中約90%之能量，因此在此直徑降低之場中所得能量密度為約8.6GW/m2 。測試已證明，習知準直器之最大光學功率容量為約+15dBm(亦即，約30mW)。WDM系統之典型要求遠高於此位準。
除體積效應(亦即，改變發生於準直器之光徑內)之外，有害效應可能在單模光纖之表面上發生。此情形尤其如此，因為不可使用通常將位於單模光纖與準直球形透鏡之間的介面中之折射率匹配材料。由於在傳輸高功率位準時單模光纖之表面上所存在之高能量密度，污染物(例如，來自套接管及對準套管之陶瓷粒子、灰塵及其他污染物)可經加熱至高於二氧化矽之熔點的溫度，其可導致光纖表面之破裂及孔蝕(pitting)。
高功率傳輸問題已隨著熔化接合準直器(fusion-joint collimator)之發展而得以解決，其中，單模光纖之一端面經直接熔附至漸變折射率多模透鏡之一鄰接對向端面(abutting facing end face)，而並非以黏著方式緊固至其(如使用光環氧樹脂)。然而，此類型之設計存在使其無法用於FORJ中之固有指向準確度問題，在FORJ中，指向準確度係重要的。
因此，將極需要提供適合用於FORJ及其他應用中之經改良準直透鏡組件，其可處置高功率要求(諸如，相當於通常用於WDM之量值)，同時仍具有高度之指向準確度(尤其在光信號將必須自一光纖經由若干吋之自由空間傳播至另一光纖的情況下)。
參看所揭示實施例之在括號中的相應部件、部分或表面，僅為達成說明之目的而非限制，本發明提供(諸如)用於(但不限於)FORJ中之經改良準直透鏡組件、降低準直透鏡組件中之光學功率密度的改良方法，及併有此等經改良準直透鏡組件之經改良FORJ。
在一態樣中，本發明提供一種具有一縱軸(x -x )之經改良準直透鏡組件(32)，其大致包括：一單模光纖(38)，其終止於一遠端；一階變折射率多模光纖(44)，其具有一鄰接於該單模光纖遠端之近端(proximal end)且具有一遠端；一漸變折射率多模光纖(45)，其具有一鄰接該階變折射率多模光纖遠端之近端且具有一遠端；及一準直透鏡(34)，其在縱向上與該漸變折射率多模光纖遠端間隔開，且在操作上經配置以準直自該漸變折射率多模光纖遠端發出之光線。
該階變折射率多模光纖近端可熔接至該單模光纖遠端。
該漸變折射率多模光纖近端可熔接至該階變折射率多模光纖遠端。
該準直透鏡較佳藉由一氣隙(43)與該漸變折射率多模光纖遠端間隔開。
該經改良透鏡組件可進一步包括：一環繞該單模光纖之一邊緣末端部分的圓柱形套接管(36)、該階變折射率多模光纖(44)，及該漸變折射率多模光纖(45)。一套管(40)可環繞該套接管。該套接管之軸向長度可為約10.5mm；該套接管內之該單模光纖之軸向長度可為約10.4±0.1mm；該階變折射率多模光纖之軸向長度可為約0.400±0.01mm；該漸變折射率多模光纖之軸向長度可為約0.500±0.01mm；且該準直透鏡可與該漸變折射率多模光纖遠端間隔一約0.48±0.01mm之軸向距離。
該經改良準直透鏡組件之特徵在於以下事實：該單模光纖之該遠端與該準直透鏡之間的光徑中不存在環氧樹脂、聚矽氧凝膠或折射率匹配材料。
在該經改良準直透鏡組件中，該階變折射率多模光纖自該階變折射率多模光纖近端處之光能減少該階變折射率多模光纖遠端處之光能，且該漸變折射率多模光纖自該漸變折射率多模光纖近端處之光能減少該漸變折射率多模光纖遠端處的光能。
該經改良準直透鏡組件能夠處置該單模光纖中之通常用於分波長多工之能階。舉例而言，在一特定準直透鏡組件之輸出處的擴張光束中之能量密度約為在該單模光纖遠端處的擴張光束中之能量密度的1/20。能量密度上之降低不限於此特定量，因為亦可使用具有較大直徑核心的多模光纖。
在另一態樣中，本發明提供一種降低一具有一縱軸(x -x )之準直透鏡組件(32)中之光學功率密度的改良方法。此方法大致包括以下步驟：提供一終止於一遠端之單模光纖(38)；提供一具有一近端且具有一遠端之階變折射率多模光纖(44)；及將該單模光纖遠端定位為鄰接該階變折射率多模光纖近端；提供一具有一近端且具有一遠端之漸變折射率多模光纖(45)；將該漸變折射率多模光纖近端定位為鄰接該階變折射率多模光纖遠端；提供一準直透鏡(34)；將該準直透鏡定位成與該漸變折射率多模光纖遠端成軸向間隔開之關係；以一相當於分波長多工及密集分波長多工中之一者所需之量值的密度來將光學功率供應至該單模光纖；自該漸變折射率多模光纖近端處之光學功率密度降低該漸變折射率多模光纖遠端處之光學功率密度；及自該階變折射率多模光纖近端處之光學功率密度進一步降低該階變折射率多模光纖遠端處之光學功率密度；藉此引起具有降低之光學功率密度的經準直光自該準直透鏡組件射出。
該單模光纖遠端可熔接至該階變折射率多模光纖近端，且該漸變折射率多模光纖近端可熔接至該階變折射率多模光纖遠端。
在又一態樣中，本發明提供一經改良FORJ(31)，其展示為具有用於光學多工及解多工之陣列式波導，該經改良FORJ(31)併有一經改良準直透鏡組件(32)。在此狀況下，該FORJ具有一第一準直透鏡組件(25)，該第一準直透鏡組件(25)與一第二準直透鏡組件(25)間隔開，但在光學上與該第二準直透鏡組件(25)對準。該改良大致包括：每一準直透鏡組件具有一狹長軸(x -x )且包括：一單模光纖(38)，其終止於一遠端；一階變折射率多模光纖(44)，其具有一鄰接該單模光纖遠端之近端且具有一遠端；一漸變折射率多模光纖(45)，其具有一鄰接該階變折射率多模光纖遠端之近端且具有一遠端；及一準直透鏡(34)，其與該漸變折射率多模光纖遠端間隔開，且在操作上經配置以準直自該漸變折射率多模光纖遠端發出之光線；且其中該等準直透鏡組件配置為面向彼此。
該等透鏡組件中之一者可相對於該等透鏡組件中之另一者繞軸x -x 有角度地移位，且該經改良FORJ可進一步包括一稜鏡(28)，該稜鏡配置於該等透鏡組件之間以用於在光學上對準該等透鏡組件，使得射出該等透鏡組件中之一者的光將被引導進入該等透鏡組件中之另一所要透鏡組件。
此等兩個準直透鏡組件可相隔一約三吋至四吋[亦即，約7.62cm至約10.16cm]之距離。
該方法可進一步包括一陣列式波導、一干擾濾波器及一光纖布雷格光柵(fiber Bragg grating)中之至少一者，結合該分波長多工及該密集分波長多工中之該一者。
因此，本發明之一般目標為提供經改良準直透鏡組件。
另一目標為提供一降低準直透鏡組件中之光學功率密度的改良方法。
又一目標為提供併有此等經改良準直透鏡組件之經改良FORJ。
此等及其他目標與優點將自前述及正進行之書面說明書、圖式及隨附申請專利範圍而變得顯而易見。
起初，應清楚地理解，相同參考數字意欲貫穿若干圖式一致地識別相同結構元件、部分或表面，因為此等元件、部分或表面可能由整個書面說明書進一步描述或解釋，此[實施方式]為該說明書之組成部分。除非另作指示，否則諸圖式意欲與說明書一起閱讀(例如，交叉影線、部件之配置、比例、程度等)，且應視為本發明之整個書面描述之一部分。如以下描述中所使用，術語「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」及「下」，以及其形容詞與副詞衍生詞(例如，「水平地」、「向右地」、「向上地」等)僅指在特定圖式面向讀者時所說明結構之定向。類似地，術語「向內地」及「向外地」通常指一表面相對於其狹長軸或旋轉軸(視情況而定)之定向。
現參看諸圖式，且更特定言之，參看其圖1，一先前技術光纖旋轉接頭大體上指示於20處。事實上，圖1為美國專利第7,142,747 B2號之圖1之實質複本，該專利讓與給本申請案之受讓人。由於在前述'747專利中已全面描述了此FORJ，因此為便於本文中之簡略描述，將省略對此裝置之詳細描述。然而，讀者可參考前述'747專利以獲得對此FORJ之結構及操作的更全面且更完整之書面描述。
概言之，圖1中所展示之FORJ係用以在光學上連接光纖之軸向間隔開之第一光纖束21與第二光纖束22，同時准許該等光纖束中之至少一光纖束相對於另一光纖束繞水平軸x -x 旋轉。該FORJ包括一外殼(大體上指示於23處)，該外殼內具有一空腔(cavity)24。對於海底應用，此空腔可由惰性流體(諸如，鹵化烴油)填充。然而，並非所有應用均需要此特定流體，且在一些應用中，空腔24可由其他流體或甚至空氣填充。
該FORJ亦包括第一準直透鏡組件及第二準直透鏡組件，其分別大體上指示於25、26處。此等準直透鏡組件通常定位於內部空腔24之相對縱向端處，以穿過其傳輸光信號。一反轉稜鏡(reversion prism)(諸如，杜夫稜鏡28)在操作上配置於空腔24內，且藉由合適之構件(未圖示)機械地耦接而以透鏡組件25、26之間的相對旋轉速率之一半的速率旋轉，以便使每一陣列之各準直透鏡組件在空腔24之相對端處與其各別配合體(mate)在光學上對準，但光纖束21、22仍繞軸x -x 進行相對旋轉。在美國專利第6,301,405號中更全面地展示一用於引起杜夫稜鏡以第一陣列與第二陣列之相對旋轉速率之一半的速率旋轉的機制，該專利之整體揭示內容特此以引用的方式併入。
圖1展示自三個第一透鏡組件25穿過杜夫稜鏡28到達其在第二陣列中之各別對應者(counterpart)26的光之路徑之光線跡線。因此，射出第一群組之最上方之透鏡組件的光通過杜夫稜鏡，且經引導至第二陣列之最下方之透鏡組件中。射出第一陣列之中間透鏡組件的光通過杜夫稜鏡，且經引導至第二陣列之中間透鏡組件中。最後，射出第一陣列之最下方之透鏡組件的光通過杜夫稜鏡，且經引導至第二陣列之最上方之光纖中。
該杜夫稜鏡經展示為具有緊固至其傾斜面之介面光學元件29、30。此等介面光學元件具有平坦之垂直表面，該等垂直表面配置為面向最近之準直透鏡組件，且配置為垂直於空腔24中之各光線跡線。此配置之原因為使光信號能夠沿各光線跡線傳輸且最小化由腔室24內之任何流體之折射率上的變化而引起之效應。在前述美國專利第7,142,747 B2號中更全面地展示且描述了此等介面光學元件。
因此，圖1中所描繪之FORJ允許準直透鏡組件25、26繞水平軸x -x 進行相對旋轉。杜夫稜鏡在對置之準直透鏡組件25、26之所有可准許相對旋轉位置處維持各別發射準直透鏡組件與各別接收準直透鏡組件之間的光連通。
在此配置中，第一陣列與第二陣列之間的距離通常為約三吋至四吋[亦即，約7.62cm至約10.16cm]。因此，每一光信號必須自一發射透鏡組件傳播穿過自由空間進入反轉稜鏡，光信號在該反轉稜鏡中經反射且自其發射，再次穿過自由空間，朝向協作性接收透鏡組件。
圖2為經改良光纖旋轉接頭之大體上類似於圖1之視圖，亦即，用於密集分波多工之具有陣列式波導光柵52的七頻道FORJ，其大體上指示於31處。除該經改良裝置使用經改良準直透鏡組件32、33代替圖1中所展示之彼等者(25、26)之外，圖2中所展示之裝置實質上與圖1中所展示之裝置相同。然而，該裝置仍用以將第一光纖束21在光學上耦接至可相對旋轉之第二光纖束22。該裝置在其他方面係相同的。其包括一外殼23及一反轉稜鏡(諸如，杜夫稜鏡28)，該反轉稜鏡具有附著至其傾斜面之介面光學元件29、30。圖2中所展示之光線跡線與圖1中所展示之光線跡線相同。如先前所指示，經改良FORJ(圖2中所展示)與先前技術FORJ(圖1中所展示)之間的顯著差異在於，經改良FORJ使用經改良準直透鏡組件32、33。儘管將一準直透鏡組件配置為另一準直透鏡組件之鏡像，但此等經改良準直透鏡組件在結構上係等同的。光可自左透鏡組件32傳輸至右透鏡組件33，或反之亦然。該FORJ亦展示為具有利用陣列式波導光柵52之DWDM能力，該陣列式波導光柵52在其入口端及出口端處裝配有光纖陣列54，其將允許裝置傳輸具有高頻寬之多重信號，且因此為各種行動平台應用之組成部分。此類型之陣列式波導光柵展示於公開案「Fundamentals of DWDM Technology」中，可在http://cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/mels/cm1500/dwdm/dwdm_ovr.pdf處獲得該公開案。
圖3為先前技術透鏡組件25(諸如圖1中所使用)之示意性縱向垂直剖視圖。圖3中所展示之透鏡組件並非完全等同於圖1中所展示之透鏡組件，而說明此等先前技術FORJ中實際使用之透鏡的一種形式。在美國專利第7,142,747 B2號之圖3中展示此先前技術透鏡組件之不同形式，該專利之整體揭示內容特此以引用的方式併入。本文中所說明之先前技術透鏡組件25具有一準直球形透鏡34、一緊靠該球形透鏡左側之折射率匹配介質35，及一水平上狹長之圓柱形套接管36。單模光纖38延伸至套接管36之通孔(through-bore)中。此組件之右邊緣末端部分收納於最外部陶瓷對開套管40中。環氧樹脂或灌封化合物41將單模緩衝器39固持於最外部收縮管(shrink tubing)42內。在一些狀況下，將透明環氧樹脂或聚矽氧凝膠35用於在單模光纖38之出口端與球形透鏡34之間延伸的光徑中。
如在[先前技術]中所提及，通常需要使用具有增加之功率位準的光信號，諸如，對於各種WDM應用將為必要的。藉由圖3中所展示之先前技術配置，此等高功率位準可能會暗化在單模光纖之出口端與準直球形透鏡之間的光徑中的環氧樹脂、聚矽氧凝膠及/或折射率匹配材料，且可能會改變其折射率，隨後伴隨光學效能的減小。此外，污染物可能始終存在，其在此等高功率光信號之影響下可能燃燒(ignite)。
為解決此問題，申請人已開發了高功率準直透鏡組件，該高功率準直透鏡組件之一較佳實施例大體上指示於圖5中之32處。圖5中所展示之結構類似於圖3中所展示之結構，且包括一準直球形透鏡34及一水平上狹長之圓柱形套接管36。單模光纖38延伸至套接管36之通孔中。此組件之右邊緣末端部分再次收納於最外部陶瓷對開套管40中。環氧樹脂或灌封化合物41將單模緩衝器39固持於最外部收縮管42內。
圖5中所展示之經改良準直器透鏡組件與圖3中所展示之先前技術透鏡組件之間的顯著差異在於，單模光纖38之遠端與球形透鏡34之間的光徑已省略了折射率匹配元件35及所有光學環氧樹脂及/或聚矽氧凝膠。實情為，在經改良透鏡組件中，套接管36之右邊緣末端及單模光纖38之遠端與準直球形透鏡34之間存在一氣隙43。更重要地，如圖6中最佳地顯示，圓柱形階變折射率多模光纖44之左側或近端面熔接至單模光纖38之右側或遠端面，且圓柱形漸變折射率多模光纖45之左側或近端面熔接至階變折射率多模光纖44之右側或遠端面。
圖6為光纖透鏡組件之一部分之放大斷裂縱向垂直剖視圖，為清楚起見，移除了套接管、陶瓷套管、灌封化合物及收縮管。自單模光纖38放出之光首先被引導至階變折射率多模光纖44中，且接著被引導至漸變折射率多模光纖45中。接著經由氣隙43將該光引導至準直球形透鏡34。射出單模光纖之光展示為在其通過階變折射率多模光纖44時為發散的，且聚焦並在之後通過漸變折射率多模光纖45時進一步發散。因此，隨著光向右行進穿過階變折射率多模光纖及漸變折射率多模光纖，光學功率密度(亦即，光學功率除以橫向截面積)逐漸減小，因為光所逐步通過之橫截面積增加。最終，射出漸變折射率多模光纖45之右端的光通過自由空間43到達準直球形透鏡34。
美國專利第6,751,369 B1號揭示一種用於單模光開關之光纖透鏡組件。圖4為'369專利之圖4之實質重現且描繪'369專利中所論述之先前技術配置，其中單模光纖46中之光首先通過階變折射率多模光纖48，且接著通過漸變折射率多模光纖49。經由右端射出光纖49之光的光束腰(beam waist)由符號50表示。該光接著被導向第二光纖46之入口端，該第二光纖46配置為左側光纖之鏡像。因此，光首先通過漸變折射率多模光纖49，且接著通過階變折射率多模光纖48，且接著進入接收單模光纖46中。此等光纖之兩個面向端之間的距離限於約0微米至2,000微米(或約0毫米至2.0毫米)之距離。因此，此類型之配置可在對置透鏡組件之間的距離小時使用。'369專利亦揭示各多模光纖彼此熔附。在本發明之較佳實施例中，已省略折射率匹配元件35，且單模光纖38與多模光纖44、45之各面向表面熔接在一起。概言之，光徑中所有此等功率可褪色元件(power-discolorable element)(亦即，折射率匹配介質、環氧樹脂、聚矽氧凝膠等)之缺乏移除了曾經的使增加之功率傳輸穿過經改良透鏡組件的障礙。
因此，本發明大致提供經改良準直透鏡組件、併有此等經改良透鏡組件之經改良光纖旋轉接頭，及降低通過準直光組件之光學功率密度的改良方法。
修改
本發明預期可在不脫離本發明之精神的情況下作出許多改變及修改。舉例而言，目前最好將各種光學元件(亦即，分別為單模光纖38及階變折射率多模光纖44及漸變折射率多模光纖45)全部熔接在一起。此處之顯著點(salient point)為已消除所有光學環氧樹脂及/或聚矽氧凝膠。類似地，本發明亦省略折射率匹配元件(諸如，圖3中35處所指示)。如先前所指出，已知在將高功率位準(諸如分波長多工所需之彼等者)與FORJ一起使用時，此等各種零件(亦即，環氧樹脂、聚矽氧凝膠及折射率匹配元件)永久地褪色且改變折射率。因此，藉由消除此等零件，申請人已消除了使用穿過FORJ之較高光學密度及增加之功率的主要障礙。
因此，雖然已展示且描述本發明之若干實施例且論述其各種修改，但熟習此項技術者將易於瞭解，可在不脫離如以下申請專利範圍中所界定及區分之本發明之精神的情況下作出各種額外改變及修改。
20．．．光纖旋轉接頭
21．．．第一光纖束
22．．．第二光纖束
23．．．外殼
24．．．空腔
25．．．第一準直透鏡組件
26．．．第二準直透鏡組件
28．．．杜夫稜鏡
29．．．介面光學元件
30．．．介面光學元件
31．．．經改良光纖旋轉接頭
32．．．經改良準直透鏡組件
33．．．經改良準直透鏡組件
34．．．準直球形透鏡
35．．．折射率匹配介質
36．．．套接管
38．．．單模光纖
39．．．單模緩衝器
40．．．套管
41．．．環氧樹脂或灌封化合物
42．．．收縮管
43．．．氣隙/自由空間
44．．．階變折射率多模光纖
45．．．漸變折射率多模光纖
46．．．單模光纖
48．．．階變折射率多模光纖
49．．．漸變折射率多模光纖
50．．．光束腰
52．．．陣列式波導光柵
54．．．光纖陣列
圖1為先前技術光纖旋轉接頭之斷裂縱向垂直剖視圖，其展示存在一中間杜夫稜鏡(dove prism)，該中間杜夫稜鏡經配置而以對置準直透鏡組件之相對旋轉速率之一半的速率旋轉，以維持各別對置透鏡組件之間在其間之所有相對成角位置處的光學對準；
圖2為經改良光纖旋轉接頭之減小規模的斷裂縱向垂直剖視圖，該經改良光纖旋轉接頭大體上類似於圖1中所展示之光纖旋轉接頭，但併有根據本發明之經改良準直器透鏡組件，且展示為具有陣列式波導，其為一與DWDM一起使用之技術；
圖3為先前技術準直透鏡組件之放大斷裂縱向垂直剖視圖，該準直透鏡組件在套接管與球形透鏡之間併有折射率匹配介質；
圖4為用於單模光開關中之先前技術光纖透鏡組件之斷裂縱向垂直輪廓圖，該單模光開關可用於DWDM應用；
圖5為經改良準直透鏡組件之放大斷裂縱向垂直剖視圖，其在光徑中省略任何折射率匹配元件或環氧樹脂之使用，且其在套接管之遠端與球形透鏡之間具有一氣隙；及
圖6為經改良準直透鏡組件之一部分的大大放大的斷裂縱向剖視圖，此圖將階變折射率多模光纖展示為已熔接至單模光纖之遠端且將漸變折射率多模光纖展示為已熔接至階變折射率多模光纖之遠端以產生一發散光線跡線，以用於成功地降低傳輸穿過經改良準直透鏡的光學功率密度。
32．．．經改良準直透鏡組件
34．．．準直球形透鏡
36．．．套接管
38．．．單模光纖
39．．．單模緩衝器
40．．．套管
41．．．環氧樹脂或灌封化合物
42．．．收縮管
43．．．氣隙/自由空間
44．．．階變折射率多模光纖
45．．．漸變折射率多模光纖

Claims (15)

  1. 一種具有一縱軸之準直透鏡組件，其由下列組成：一單模光纖，其終止於一遠端(distal end)；一階變折射率(step-index)多模光纖，其具有鄰接該單模光纖遠端之一近端(proximal end)，且具有一遠端，該階變折射率多模光纖經配置以自該階變折射率多模光纖近端之光學能量降低該階變折射率多模光纖遠端處之光學能量；一漸變折射率(graded-index)多模光纖，其具有鄰接該階變折射率多模光纖遠端之一近端，且具有一遠端，該漸變折射率多模光纖經配置以自該漸變折射率多模光纖近端之光學能量降低該漸變折射率多模光纖遠端處之光學能量；及一準直透鏡，其在縱向上與該漸變折射率多模光纖遠端間隔開，且在操作上經配置以準直自該漸變折射率多模光纖遠端發出之光線。
  2. 如請求項1之準直透鏡組件，其中該階變折射率多模光纖近端熔接至該單模光纖遠端。
  3. 如請求項1之準直透鏡組件，其中該漸變折射率多模光纖近端熔接至該階變折射率多模光纖遠端。
  4. 如請求項1之準直透鏡組件，其中該套接管中之該單模光纖之軸向長度為10.4±0.1mm。
  5. 如請求項1之準直透鏡組件，其中該階變折射率多模光纖之軸向長度為0.400±0.01mm。
  6. 如請求項1之準直透鏡組件，其中該漸變折射率多模光纖之軸向長度為0-500±0.01mm。
  7. 如請求項1之準直透鏡組件，其中該準直透鏡與該漸變折射率多模光纖遠端間隔開一0.48±0.01mm之軸向距離。
  8. 如請求項1之準直透鏡組件，其中在該透鏡組件之輸出處的該能量密度為在該單模光纖遠端之出口端處之能量密度的1/20。
  9. 一種降低一具有一縱軸之準直透鏡組件中之光學功率密度的方法，其由下列步驟組成：提供終止於一遠端之一單模光纖；提供具有一近端且具有一遠端之一階變折射率多模光纖；及將該單模光纖遠端定位為鄰接該階變折射率多模光纖近端；提供具有一近端且具有一遠端之一漸變折射率多模光纖；將該漸變折射率多模光纖近端定位為鄰接該階變折射率多模光纖遠端；提供一準直透鏡；將該準直透鏡定位成與該漸變折射率多模光纖遠端成軸向間隔開之關係；從在該單模光纖遠端及該準直透鏡間的光學路徑省略具有一隨溫度而變(temperature-dependent)的折射率之所 有元件，俾使該準直透鏡能夠處置該單模光纖中之通常用於分波長多工(wavelength division multiplexing)之能階；將光學功率以相當於分波長多工所需之量值的密度(density)供應至該單模光纖；自該漸變折射率多模光纖近端處之光學功率密度降低該漸變折射率多模光纖遠端處之光學功率密度；及進一步自該階變折射率多模光纖近端處之光學功率密度降低該階變折射率多模光纖遠端處之光學功率密度；藉此使經降低光學功率密度的經準直光自該準直透鏡射出。
  10. 如請求項9之方法，其中該單模光纖遠端熔接至該階變折射率多模光纖近端。
  11. 如請求項9之方法，其中該漸變折射率多模光纖近端熔接至該階變折射率多模光纖遠端。
  12. 如請求項9之方法，其中使用一分波長多工技術來沿該光纖傳輸光信號。
  13. 一種光纖旋轉接頭，其包含：一第一準直透鏡組件；及一第二準直透鏡組件，其中該第一準直透鏡組件與該第二準直透鏡組件隔開，但光學地與該第二準直透鏡組件對準，其中每一準直透鏡組件具有一狹長軸並且包含：一單模光纖，其終止於一遠端； 一階變折射率多模光纖，其具有鄰接該單模光纖遠端之一近端，且具有一遠端，該階變折射率多模光纖經配置以自該階變折射率多模光纖近端處的光學能量降低該階變折射率多模光纖遠端處之光學能量；一漸變折射率多模光纖，其具有鄰接該階變折射率多模光纖遠端之一近端，且具有一遠端，該漸變折射率多模光纖經配置以自該漸變折射率多模光纖近端處的光學能量降低該漸變折射率多模光纖遠端處的光學能量；及一準直透鏡，其與該漸變折射率多模光纖遠端間隔開，且在操作上經配置以準直自該漸變折射率多模光纖遠端發出之光線；且其中該等準直透鏡組件經配置以面向彼此；且其中該等透鏡組件之一者相對於該等透鏡組件另一者有角度地(angularly)移位；及一稜鏡，其配置於該等透鏡組件之間以用於在光學上對準該等透鏡組件，俾使由該等透鏡組件之一者所發出的光將被導引進入該等透鏡組件之另一者；且其中在該單模光纖遠端及該準直透鏡間的光學路徑中具有一隨溫度而變的折射率所有元件被省略，俾使該等準直透鏡組件能夠處置該單模光纖中之通常用於分波長多工之能階。
  14. 如請求項13之光纖旋轉接頭，其中該等準直透鏡組件相隔一三吋至四吋之距離。
  15. 如請求項13之光纖旋轉接頭，其中使用一分波長多工技術來沿該光纖傳輸光信號。
TW098142619A 2008-12-11 2009-12-11 高功率準直透鏡組件及降低準直透鏡組件中光學功率密度之方法 TWI429974B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2008/013614 WO2010050922A1 (en) 2008-12-11 2008-12-11 High-power collimating lens assemblies, and methods of reducing the optical power density in collimating lens assemblies

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201030403A TW201030403A (en) 2010-08-16
TWI429974B true TWI429974B (zh) 2014-03-11

Family

ID=40941698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098142619A TWI429974B (zh) 2008-12-11 2009-12-11 高功率準直透鏡組件及降低準直透鏡組件中光學功率密度之方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8520990B2 (zh)
EP (1) EP2362948B1 (zh)
CA (1) CA2689750C (zh)
TW (1) TWI429974B (zh)
WO (1) WO2010050922A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8417075B2 (en) * 2011-01-05 2013-04-09 Princetel, Inc. Multi-channel electro-magnetic rotary joint using a trapezoidal metamaterial de-rotating mechanism
GB2509052A (en) * 2012-11-19 2014-06-25 Bercleys Consulting Ltd Optical fibre connector
US20140313469A1 (en) * 2013-04-22 2014-10-23 Nec Laboratories America, Inc. RECONFIGURABLE 1xN FEW-MODE FIBER OPTICAL SWITCH BASED ON A SPATIAL LIGHT MODULATOR
DE102013012236B3 (de) * 2013-07-23 2014-11-06 Spinner Gmbh Drehkupplung zur Übertragung optischer Signale längs wenigstens zwei separater optischer Übertragungskanäle
US20150050031A1 (en) * 2013-08-15 2015-02-19 Princetel Inc. Wireless Power Transmission Across a Rotating Interface
FR3060248B1 (fr) * 2016-12-09 2019-03-15 Safran Electrical & Power Reseau de communication embarque optique en anneau pour aeronef
US11534058B2 (en) 2018-05-03 2022-12-27 The General Hospital Corporation Systems, methods, and media for capsule-based multimode endoscopy
CN109239940B (zh) * 2018-11-02 2021-05-07 京东方科技集团股份有限公司 一种分光装置及其制作方法、光色散方法和光谱仪
JP2022034196A (ja) * 2020-08-18 2022-03-03 多摩川精機株式会社 多チャンネル（ｃｈ）双方向光ファイバロータリージョイント（ＦＯＲＪ）
US11796741B2 (en) * 2021-06-03 2023-10-24 Canon U.S.A., Inc. Fiber optic rotary joint employing hollow shaft motor

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5442721A (en) * 1994-08-08 1995-08-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fiber-optic rotary joint with bundle collimator assemblies
US5991478A (en) 1997-10-02 1999-11-23 Litton Systems, Incorporated Fiber optic rotary joint
US6360039B1 (en) * 1998-07-17 2002-03-19 Lightpath Technologies, Inc. Fabrication of collimators employing optical fibers fusion-spliced to optical elements of substantially larger cross-sectional areas
US6459844B1 (en) * 1998-10-30 2002-10-01 Jds Uniphase Corporation Tunable fiber optic filter
US6301405B1 (en) 1999-12-20 2001-10-09 The Board Of Trustees Of Western Michigan University Multi-channel fiber-optic rotary joint
US6751369B1 (en) * 2000-07-28 2004-06-15 Moog Components Group Inc. Fiber lens assembly for singlemode optical switches
US6453088B1 (en) 2000-07-31 2002-09-17 Litton Systems, Inc. Segmented waveguide for large diameter fiber optic rotary joint
US6385367B1 (en) 2000-07-31 2002-05-07 Northrop Grumman Corporation Parallel data transmission through segmented waveguides of large diameter
US6813416B2 (en) * 2002-02-20 2004-11-02 Lightwaves 2020, Inc. Miniature fiberoptic filter and method of manufacture therefor
US6963682B2 (en) * 2002-03-04 2005-11-08 Corning Incorporated Beam altering fiber lens device and method of manufacture
US7142747B2 (en) 2003-08-12 2006-11-28 Moog Inc. Fiber optic rotary joint and associated alignment method
US6980714B2 (en) 2003-09-26 2005-12-27 Moog Components Group Inc. Fiber optic rotary joint and associated reflector assembly

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010050922A1 (en) 2010-05-06
EP2362948A1 (en) 2011-09-07
CA2689750C (en) 2013-04-23
US8520990B2 (en) 2013-08-27
US20110262072A1 (en) 2011-10-27
CA2689750A1 (en) 2010-06-11
EP2362948B1 (en) 2019-02-20
TW201030403A (en) 2010-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI429974B (zh) 高功率準直透鏡組件及降低準直透鏡組件中光學功率密度之方法
US10197736B2 (en) Polarization maintaining optical fiber array
EP3084491B1 (en) Multimode optical connector
CN109683249B (zh) 含集成光子光模场转换器的光纤连接件、光纤线缆和方法
US7587110B2 (en) Multicore optical fiber with integral diffractive elements machined by ultrafast laser direct writing
US7376307B2 (en) Multimode long period fiber bragg grating machined by ultrafast laser direct writing
CN204405899U (zh) 一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器
US20120014645A1 (en) Single lens, multi-fiber optical connection method and apparatus
CN104536100A (zh) 一种基于梯度折射率透镜的多芯光纤连接器
JP2012518814A (ja) 光ファイバ回転接合に使用するための低損失コリメータ
JP3888942B2 (ja) 光ファイバ部品
JP2008170471A (ja) ファイバレンズ、ファイバレンズアレイ、ファイバコリメータおよび光モジュール
US7352937B2 (en) Devices, systems and methods for connecting a single mode fiber to a legacy multi-mode fiber
US20130272658A1 (en) Multi-mode multi-fiber connection with expanded beam
TW591253B (en) Optical interleaver with image transfer element
US20220373732A1 (en) Connector for multi-core fiber
WO2017155007A1 (ja) 光分岐結合器及び光送受信モジュール
US10473860B1 (en) Compact devices for multiplexing applications
JP4276990B2 (ja) 光ファイバコリメータおよびこれを用いた光ファイバ部品
JP4319067B2 (ja) 光合分波器
US8774579B2 (en) Asymmetric multi-channel GRIN optical connector
JP6835827B2 (ja) ファイバカプラの製造
Kostuk et al. Interconnect characteristics of fiber image guides
Lin Application of lensed fiber collimator to miniature CWDM filter device
JP2005202136A (ja) 光学部材

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees