高耦合效率的有源光纜光耦合裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高耦合效率的有源光纜光耦合裝置，包括激光器和光纖，激光器與光纖的耦合端之間安裝有微透鏡，光纖的耦合端端面為斜平面且與激光器的出光中心線之間呈40°～50°夾角，光纖的耦合端端面設置有全反射膜，光纖的耦合端端面的中心和微透鏡的中心位于或基本位于激光器的出光中心線上。本發明使用斜平面形狀的光纖耦合端端面并設置全反射膜，使其直接具有反射功能，代替傳統有源光纜光耦合裝置中棱鏡的反射功能，工程耦合時，只需將光纖或光纖陣列在兩個方向上進行耦合，降低耦合難度，提高了耦合效率，可達到87.13％，明顯高于傳統有源光纜光耦合裝置80％以下的耦合效率，并減小了整個裝置的尺寸。
【專利說明】高耦合效率的有源光纜光耦合裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種有源光纜光耦合裝置，尤其涉及一種特別適用于40G有源光纜的高耦合效率光耦合裝置。
【背景技術】
[0002]寬帶產業的迅速發展，激光通信中繼距離越來越長，通信速率越來越高，耦合效率已經成為其性能瓶頸之一。尤其高速率下的有源光纜耦合效率很難得到保證，光信噪比(OSNR)、色散、非線性作用以及有源光纜內部器件的耦合焊接都制約著耦合效率。
[0003]目前的有源光纜，其光纖與激光器的耦合效率偏低，究其原因是光耦合裝置設計不夠理想，比如，目前的40G有源光纜的光耦合裝置采用較多的是VCSEL即垂直腔面發射激光器與棱鏡組合方式，具體結構如圖1所示，激光器I發出的光通過45°棱鏡2，光路轉變90°后，與光纖5 f禹合，圖1中還不出了 V型槽3和光纖入口 4。這種結構存在以下缺陷:激光器發出的信號經過棱鏡使光路旋轉90°進入光纖，在耦合找光信號時需要將光纖陣列在四個方向上移動，很難在短時間找到最佳耦合位置，所以會浪費調試的時間和人力成本，而且耦合效率低于80%。
[0004]根據大量資料分析，提高光纖與激光器的耦合效率可有效提高光纖通信的最大傳輸速率，本發明正是基于這種理論而提出。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種高耦合效率的有源光纜光耦
口O
[0006]本發明通過以下技術方案來實現上述目的:
[0007]—種高耦合效率的有源光纜光耦合裝置，包括激光器和光纖，所述激光器與所述光纖的耦合端之間安裝有微透鏡，所述光纖的耦合端端面為斜平面且與所述激光器的出光中心線之間呈40°?50°夾角，所述光纖的耦合端端面設置有全反射膜，所述光纖的耦合端端面的中心和所述微透鏡的中心位于或基本位于所述激光器的出光中心線上。
[0008]上述結構中，激光器用于產生激光，微透鏡用于聚焦，反射率接近于I的全發射膜用于將激光反射至光纖內的纖芯中，其中全反射膜的應用使光纖的耦合端直接具有激光反射功能；而光纖的耦合端端面為斜平面，使其在耦合時，只需在兩個方向上尋找光源，降低耦合難度。全發射膜一般采用電鍍方式設置于光纖的耦合端端面。
[0009]根據應用需要，所述激光器、所述微透鏡和所述光纖均為多個且并列排列形成陣列結構。
[0010]作為優選，所述光纖的耦合端端面為斜平面且與所述激光器的出光中心線之間呈45°夾角。
[0011]作為優選，所述微透鏡為P平凸透鏡；所述激光器為出光側安裝有凸平微透鏡的垂直腔面發射激光器。[0012]作為最佳選擇，所述微透鏡的透鏡折射率為1.46，透鏡半徑為60 u m,球體半徑為948.7 um,冠高為1.9um,透鏡焦距為2062.4um,透鏡厚度為lOOOum，所述微透鏡的透鏡焦點到透鏡平面端的距離為1440um，焦點半徑為32um，透過率為89.7%，所述微透鏡的出光測正表面與所述光纖的入光側正表面之間的距離為115.llum。
[0013]本發明的有益效果在于:
[0014]本發明使用斜平面形狀的光纖耦合端端面并設置全反射膜，使其直接具有反射功能，代替傳統有源光纜光耦合裝置中棱鏡的反射功能，工程耦合時，只需將光纖或光纖陣列在兩個方向上進行耦合，降低耦合難度，提高了耦合效率，可達到87.13%，明顯高于傳統有源光纜光耦合裝置80%以下的耦合效率，增加了單位時間內的光耦合量；由于省去了棱鏡，直接用光纖耦合端端面達到使光路旋轉90°的目的，所以減小了整個裝置的尺寸，使本裝置更便于攜帶和節約安裝空間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是傳統有源光纜光耦合裝置的結構示意圖；
[0016]圖2是本發明所述高耦合效率的有源光纜光耦合裝置的結構示意圖；
[0017]圖3是圖2中的A-A剖視圖；
[0018]圖4是本發明所述高耦合效率的有源光纜光耦合裝置的光路傳輸示意圖；
[0019]圖5是本發明所述光纖的耦合端端面的光反射和光折射傳輸示意圖；
[0020]圖6是本發明所述光纖入光側正表面的平行度對光耦合效率的影響分析示意圖；
[0021]圖7是本發明所述光纖耦合端端面的加工誤差對光耦合效率的影響分析示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
[0023]如圖2所示，本發明所述高耦合效率的有源光纜光耦合裝置包括激光器7和光纖
5,激光器7與光纖5的稱合端之間安裝有微透鏡6,光纖5的稱合端端面52為斜平面且與激光器7的出光中心線之間呈45°夾角，也可以為40°?50°之間45°以外的其它夾角，光纖5的耦合端端面52設置有全反射膜(厚度很小，圖中未示出)，光纖5的耦合端端面52的中心和微透鏡6的中心位于或基本位于激光器7的出光中心線上。圖2中示出了光纖5的纖芯51，激光在纖芯51中反射傳輸；圖2中還示出了用于安裝的V型槽板3。
[0024]如圖3所示，激光器7、微透鏡6和光纖5均為多個且并列排列形成陣列結構，對應的陣列分別為激光器陣列、微透鏡陣列和光纖陣列。
[0025]本例中，光纖5采用多模光線；微透鏡6采用P平凸透鏡；激光器7采用出光側安裝有凸平微透鏡8的垂直腔面發射激光器；微透鏡6的透鏡折射率為1.46，透鏡半徑為60 u m,球體半徑為948.7 u m,冠高為1.9um,透鏡焦距為2062.4um,透鏡厚度為lOOOum，所述微透鏡的透鏡焦點到透鏡平面端的距離為1440um，焦點半徑為32um，透過率為89.7%,微透鏡6的出光測正表面與光纖5的入光側正表面之間的距離為115.llum。
[0026]下面結合附圖對本發明所述高耦合效率的有源光纜光耦合裝置中微透鏡6的安裝位置、耦合效率分析作具體描述:
[0027]1、微透鏡6的出光測正表面與光纖5的入光側正表面之間距離的確定:[0028]如圖4所示，光線I和光線2為激光器7的光源9的最大發散角的光線，
[0029]與光纖5的外包層和纖芯51表面的折射角分別表不為a 12，a 22，a 13，a23，入射角分別表示為an，Ci21，光線I和光線2到達端面52時，其反射角分別表示為h，Ci2 ;光線3為激光器7的光源9的中心光線，其入射角表示為a 31，與光纖5的外包層和纖芯51表面的折射角分別表示為a32，a 33，光線3到達端面52時，其反射角表示為a 3。
[0030]根據圖3有以下公式:
[0031]n0sin a n=n2sin a J2=Ii1Sin a 13
[0032]n0sin a ^=Ii1Sin a 23=n2sin a 22
[0033]n0sin a S1=Ii1Sin a 33=n2sin a 32
[0034]其中，Ivripn2分別表不空氣折射率、光纖5的外包層的折射率和光纖5的纖芯的折射率。
[0035]計算結果為:
[0036]an=a21=10。； a 12= a 22 = 6.69。； a 13= a 23=6.65°
【權利要求】
1.一種高耦合效率的有源光纜光耦合裝置，包括激光器和光纖，其特征在于:所述激光器與所述光纖的耦合端之間安裝有微透鏡，所述光纖的耦合端端面為斜平面且與所述激光器的出光中心線之間呈40°?50°夾角，所述光纖的耦合端端面設置有全反射膜，所述光纖的稱合端端面的中心和所述微透鏡的中心位于或基本位于所述激光器的出光中心線上。
2.根據權利要求1所述的高耦合效率的有源光纜光耦合裝置，其特征在于:所述激光器、所述微透鏡和所述光纖均為多個且并列排列形成陣列結構。
3.根據權利要求1所述的高耦合效率的有源光纜光耦合裝置，其特征在于:所述光纖的耦合端端面為斜平面且與所述激光器的出光中心線之間呈45°夾角。
4.根據權利要求1、2或3所述的高耦合效率的有源光纜光耦合裝置，其特征在于:所述微透鏡為P平凸透鏡。
5.根據權利要求1、2或3所述的高耦合效率的有源光纜光耦合裝置，其特征在于:所述激光器為出光側安裝有凸平微透鏡的垂直腔面發射激光器。
6.根據權利要求1、2或3所述的高耦合效率的有源光纜光耦合裝置，其特征在于:所述微透鏡的透鏡折射率為1.46，透鏡半徑為60 iim，球體半徑為948.7 iim，冠高為1.9um，透鏡焦距為2062.4um，透鏡厚度為lOOOum，所述微透鏡的透鏡焦點到透鏡平面端的距離為1440um，焦點半徑為32um，透過率為89.7 %，所述微透鏡的出光測正表面與所述光纖的入光側正表面之間的距離為11511um。
【文檔編號】G02B6/42GK103744147SQ201410005041
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】張克非, 劉志勤, 錢天聞, 滕忠輝, 周磊, 方再平, 李穎, 龐利 申請人:西南科技大學