CN104407418A - 透镜光纤阵列耦合件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透镜光纤阵列耦合件。该透镜光纤阵列耦合件包括:光纤阵列，包括:由上、下基板夹置固定的若干条光纤；透镜阵列，为一整体结构的透镜，包括若干个透镜单元；以及透镜阵列套壳，为具有预设厚度的长方形框架，其两侧具有台阶状方形孔，两侧的台阶状方形孔通过连通孔相互连通，光纤阵列和透镜阵列分别从两侧插入相应的台阶状方形孔内，在该透镜阵列套壳的支撑和固定作用下，若干个透镜单元中的每一个透镜单元均通过连通孔与光纤阵列中的相应的光纤对准。本发明通过透镜阵列套壳实现透镜阵列与光纤阵列的高效耦合与对准，使光高效地耦合进入光纤阵列，从而提高了光纤阵列的耦合效率与光学容差。

Description

透镜光纤阵列耦合件

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种透镜光纤阵列耦合件。

背景技术

随着密集波分复用技术与集成光子器件的应用，光纤阵列作为一种重要的光学器件得到了广泛的重视。光纤阵列是光通讯中的基础器件，主要应用于密集波分复用系统、光交叉连接、光开关、光路由器、光分插复用等器件与光纤的连接上。通常情况下，由于存在模场失配，半导体激光器阵列与光纤阵列直接耦合时会引起很大的光功率耦合损耗。因此，为了提高光信号的信噪比、延长通信中继长度，须提高半导体激光器阵列与光纤阵列的耦合效率。

由于光纤阵列中光纤数量较多，传统的通过在单根光纤的端头上加工一定形状的微透镜的方法已不再适用。一种有效的方法是在半导体激光器阵列与光纤阵列之间安放微透镜阵列，通过透镜阵列完成聚焦功能，使阵列激光器发出的光能高效地耦合进入光纤阵列。但问题在于，该方法对微透镜阵列的安放要求苛刻，微小位置的偏差会很大程度上影响耦合效率，因而影响了耦合的光学容差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种透镜光纤阵列耦合件，以提高了光纤阵列和透镜阵列的耦合效率与光学容差。

(二)技术方案

本发明透镜光纤阵列耦合件包括：光纤阵列，包括若干条光纤，该若干条光纤由上、下基板夹置固定；透镜阵列，为一整体结构的透镜，包括若干个透镜单元；以及透镜阵列套壳，为具有预设厚度的长方形框架，其两侧具有台阶状方形孔，两侧的台阶状方形孔通过连通孔相互连通，所述光纤阵列和透镜阵列分别从两侧插入相应的台阶状方形孔内，在该透镜阵列套壳的支撑和固定作用下，所述若干个透镜单元中的每一个透镜单元均通过连通孔与光纤阵列中的相应的光纤对准。

(三)有益效果

本发明通过透镜阵列套壳实现透镜阵列与光纤阵列的高效耦合与对准，使光高效地耦合进入光纤阵列，从而提高了光纤阵列的耦合效率与光学容差。

附图说明

图1为根据本发明实施例透镜光纤阵列耦合件的俯视图；

图2为根据本发明实施例透镜光纤阵列耦合件的前视图；

图3为根据本发明实施例透镜光纤阵列耦合件的左视图；

图4为根据本发明实施例透镜光纤阵列耦合件的右视图；

图5为图1所示透镜光纤阵列耦合件沿A-A’向的剖面侧视图。

【元件说明】

1-光纤阵列；

101-光纤；       102-下基板；

103-上基板；     104-V型槽；

2-透镜阵列；

3-透镜阵列套壳。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明透镜光纤阵列耦合件中，通过微纳加工工艺实现透镜阵列与光纤阵列的精细加工，并通过透镜阵列套壳实现透镜阵列与光纤阵列的高效耦合与对准。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种透镜光纤阵列耦合件。图1为根据本发明实施例透镜光纤阵列耦合件的俯视图；图2为根据本发明实施例透镜光纤阵列耦合件的前视图。图3为根据本发明实施例透镜光纤阵列耦合件的左视图。图4为根据本发明实施例透镜光纤阵列耦合件的右视图。

如图1～图4所示，本实施例透镜光纤阵列耦合件包括：光纤阵列1、透镜阵列2和透镜阵列套壳3。以下分别对该三部分进行详细说明。

该光纤阵列1由三部分组成：若干条光纤101，其数量与间距根据需要确定，在制作工艺允许的情况下，可以为任意值，并不局限于图1所示的8条；下基板102，该下基板102为平板结构，材质为硅或石英。在下基板102的上表面刻有V型槽阵列。若干条光纤中的每一条光纤101均嵌入该V型槽阵列中的一V型槽104内，由该V型槽卡置定位。其中，V型槽104的深度、侧面与下基板102上表面角度为商用标准，或是根据需要特殊设计。光纤101截面须同时有两点与V型槽104的侧壁接触，以保证光纤101径向位置的唯一性。上基板103，该上基板103为平板结构，材质为硅或石英，其宽度与下基板102的宽度一致。

其中，在光线阵列1中，光纤101、下基板102与上基板103通过紫外固化胶粘接固定在一起。

透镜阵列2是以硅或石英或聚合物或半导体材料为材质的一整体结构的条形透镜，可以通过注塑成型技术，光刻和微细加工技术或是3D打印制备。其中该整体的条形透镜上包括若干个透镜单元，透镜为球面或非球面设计，透镜单元的数量与光纤101数量相同，透镜单元间距与光纤阵列1中光纤101间距相同，且每一透镜单元与相应的光纤相互对准。透镜阵列2的内侧端面与光纤阵列1的内侧端面大小应完全相同，以便于后期将两者套入透镜阵列套壳3的台阶状方形孔中。

图5为图1所示透镜光纤阵列耦合件沿A-A’向的剖面侧视图。如图5所示，透镜阵列套壳3为具有预设厚度的长方形框架，内部有台阶状方形孔，两侧的台阶状方形孔通过一个连通孔相互连通。该透镜阵列套壳3通过注塑成型技术、光刻和微细加工技术、或纳米氧化锆微粉材料制成。光纤阵列1和透镜阵列2分别从两侧插入相应的台阶状方形孔内，从而透镜阵列套壳3对透镜阵列2和光纤阵列1起到定位以及固定支撑的作用，使透镜阵列2中的每一个透镜单元通过连通孔与光纤阵列1中的相应的光纤对准。

透镜阵列套壳3的台阶状方形孔内壁有倒角，目的是为了便于嵌入安装光纤阵列1和透镜阵列2。透镜阵列套壳3内部连通孔的大小应与光纤阵列1和透镜阵列2为间隙配合，内部连通孔与透镜阵列套壳3的外侧端面的间距等于透镜阵列2的厚度，内部连通孔的长度等于透镜的焦距。内部连通孔中可为空气，也可填充匹配液。根据实际需要，透镜阵列套壳3可以外面加金属套壳用于焊接或不加金属套壳用于粘接。

其中透镜阵列套壳3内部连通孔中填充的匹配液折射率应介于光纤101和透镜单元的折射率之间，以起到减少透镜阵列2端面和光纤阵列1端面之间由于菲涅尔反射现象引起的损耗，提高耦合效率。

在透镜阵列套壳3的约束作用下，透镜阵列2的各透镜单元光轴应与对应的光纤阵列1的各光纤保持一致，且透镜阵列2和光纤阵列1间距应与透镜焦距一致，以确保经过各透镜的光能量可以有效聚焦入射到对应的光纤纤芯中，以实现较高的光效耦效率和大的光学容差。

其中，光纤阵列1、透镜阵列2与透镜阵列套壳3之间通过紫外固化胶粘接在一起。

至此，已经结合附图对本发明一种透镜光纤阵列耦合件进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种透镜光纤阵列耦合件有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：连通孔还可以为分别对应不同光纤的多个，而不局限于上述实施例中的整体一个。并且，所附的附图是简化过且作为例示用。附图中所示的元件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且元件的配置可能更为复杂。

综上所述，本发明的目的在于提供一种透镜光纤阵列耦合件。该透镜光纤阵列耦合件通过微纳加工工艺实现透镜阵列与光纤阵列的精细加工，并通过透镜阵列套壳实现透镜阵列与光纤阵列的高效耦合与对准，使光高效地耦合进入光纤阵列，从而提高了耦合效率与光学容差。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜光纤阵列耦合件，其特征在于，包括：

光纤阵列，包括由上、下基板夹置固定的若干条光纤；

透镜阵列，为一整体结构的透镜，包括若干个透镜单元；以及

透镜阵列套壳，为具有预设厚度的长方形框架，其两侧具有台阶状方形孔，两侧的台阶状方形孔通过连通孔相互连通，所述光纤阵列和透镜阵列分别从两侧插入相应的台阶状方形孔内，在该透镜阵列套壳的支撑和固定作用下，所述若干个透镜单元中的每一个透镜单元均通过连通孔与光纤阵列中的相应的光纤对准。

2.根据权利要求1所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于，所述下基板的上表面具有V型槽阵列，所述若干条光纤中的每一条光纤嵌入该V型槽阵列中的一V型槽内，该光纤的截面同时有两点与该V型槽的侧壁接触，从而由该V型槽卡置定位。

3.根据权利要求2所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于，所述上基板和下基板的材料为硅或石英，所述若干条光纤、上基板和下基板通过紫外固化胶固定在一起。

4.根据权利要求1所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于，所述每一个透镜单元与光纤阵列中相应的光纤的光轴重合；且透镜单元与相应光纤的间距与该透镜单元的焦距一致。

5.根据权利要求4所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于，所述透镜阵列的材料为石英、聚合物或半导体，其通过注塑成型技术、光刻和微细加工技术或是3D打印技术制备。

6.根据权利要求4所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于，所述透镜阵列各透镜单元为球面或非球面设计，且所述透镜阵列的内侧端面与光纤阵列的内侧端面尺寸大小相同。

7.根据权利要求1所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于，所述透镜阵列套壳中，所述连通孔为一个或者分别对应于不同光纤的多个，且连通孔内为空气或折射率介于光纤和透镜单元之间的匹配液。

8.根据权利要求1所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于，所述透镜阵列套壳的台阶状孔内壁有倒角。

9.根据权利要求1所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于：

所述光纤阵列、透镜阵列与透镜阵列套壳之间通过紫外固化胶粘接在一起；

所述透镜阵列套壳内部的连通孔的大小与光纤阵列和透镜阵列为间隙配合，其与透镜阵列套壳的外侧端面的间距等于透镜阵列的厚度，长度等于相应的透镜单元的焦距。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的透镜光纤阵列耦合件，其特征在于：

所述透镜阵列套壳通过粘结的方式与外围部件固定；或

所述透镜阵列套壳外侧具有金属套壳，其通过焊接的方式与外围部件固定。