專利名稱：柱形平凸透鏡和光纖熔接制成的光纖透鏡及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖透鏡，尤其是用熔接方法將透鏡和光纖連接在一起的光纖透鏡。
在光纖的端部我們常用透鏡將光源發(fā)出的光束偶合到光纖中，也用透鏡將光纖發(fā)出的光束轉(zhuǎn)換成平行光、會聚光或符合要求的光束。應(yīng)用中，透鏡常用專門的物件夾持固定以保證透鏡和光纖端面之間的相對位置不變。這種透鏡與光纖的固定方法機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積大、溫度穩(wěn)定性不好。因此出現(xiàn)了將透鏡和光纖直接熔接相互固定的方法。如美國專利申請?zhí)?0020009261中所述的光波導(dǎo)透鏡及其制作方法。該專利中將一端為錐形的玻璃棒的圓柱端與光纖端面熔接，然后加熱玻璃棒的錐形端使其熔化，在玻璃液張力的作用下形成球體，從而形成光纖透鏡的光學(xué)球面。此法的特點(diǎn)是光纖透鏡的透鏡的端面形狀受玻璃液的張力平衡原理限制，不符合玻璃液張力平衡的面形的光纖光波導(dǎo)透鏡或光纖透鏡不能制作。
本發(fā)明提供一種將光纖透鏡的透鏡制作避開玻璃液張力限制的工藝方案，使光纖透鏡的面形有更多的選擇。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在熔接前加工透鏡面形，然后將透鏡與光纖熔接制作光纖透鏡。光纖透鏡用的透鏡為柱形的平凸型光學(xué)玻璃透鏡，柱體一端為凸面，另一端為平面。完成透鏡光學(xué)表面面形加工和拋光?？蓪⑼哥R平面端的一段加工成較小的圓柱體；還可進(jìn)一步將小圓柱體的尾部加工成錐體，使其端面直徑與光纖直徑相近。不論透鏡平面端是圓柱體還是錐體體，其端面為平面。光纖的端面為平面。透鏡平面端端面和光纖端面可與光軸垂直或成相同的角度。
用電弧緩慢加熱透鏡平面端和光纖端面，在無熱應(yīng)力損壞的情況下使至少透鏡平面端和光纖端面中的一個端面熔化，再將透鏡平面端和光纖端面接觸連接在一起。在電弧點(diǎn)著前也可用火焰對透鏡預(yù)熱，透鏡預(yù)熱溫度低于玻璃軟化點(diǎn)，以防止電弧產(chǎn)生的熱應(yīng)力對透鏡造成損壞。
可在透鏡平面端同時熔接多根光纖。
光纖透鏡的透鏡凸面上可鍍有光學(xué)薄膜。透鏡側(cè)面可鍍有金屬膜。在透鏡與光纖熔接處可涂復(fù)具有一定強(qiáng)度的保護(hù)材料。
本技術(shù)方案可使光纖透鏡的面形有更多的選擇，在熔接前加工透鏡面形使透鏡加工工藝更加靈活，光纖透鏡的性能也更接近理想，同時保持熔接方法制作的光纖透鏡具有體積小、可靠性高的特點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖和具體實施方案對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是單光纖光纖透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中左邊是熔接前透鏡與光纖，右邊是熔接后制成的光纖透鏡，其中1是透鏡凸面，2是圓柱形透鏡體，3是透鏡體上的金屬膜，4是透鏡平面，5是光纖，6是光纖保護(hù)層，7是直徑較小的圓柱體，8是樹脂膠，9是圓錐體，10是金屬管，11是光學(xué)薄膜。透鏡由熱成型的棒料2制作，根據(jù)需要在棒料上鍍制金屬膜，如離子濺射鍍膜，鍍制材料如金，以便光纖透鏡應(yīng)用時用錫焊固定。拋光透鏡凸面和平面，如果透鏡機(jī)械強(qiáng)度允許，可磨削加工透鏡平面端的圓柱和圓錐，然后用HF酸腐蝕圓柱和圓錐使其端面直徑于光纖直徑相近。不論透鏡平面端是圓柱體還是錐體形，其端面為平面。用切刀將光纖端面切成平面。透鏡平面端端面和光纖端面可與光軸垂直或成相同的角度。圖2是熔接裝置示意圖，其中1是透鏡，2是透鏡平面端，3是電極，4是電弧，5是光纖，6是光纖定位夾，7是透鏡定位夾。透鏡和光纖分別置于夾具中。光纖的夾具由5個自由度，除了繞光纖軸轉(zhuǎn)動自由度。將光源放在透鏡凸面端，測量光纖另一端輸出的光功率，也可將光從光纖的另一端偶合進(jìn)去，在透鏡凸面端的屏幕上觀察光斑的形狀，進(jìn)行光纖和透鏡的預(yù)定位。用電弧對透鏡平面端和光纖端面緩慢加熱，在無熱應(yīng)力損壞的情況下使透鏡和光纖的端面或其中一個端面熔化，使光纖向透鏡靠近接觸連接。同時減小電弧的電流強(qiáng)度直至電弧熄滅。電弧點(diǎn)著前，也可用火焰如氫氧焰對透鏡預(yù)熱，透鏡預(yù)熱溫度低于透鏡軟化點(diǎn)，防止電弧在透鏡中產(chǎn)生的熱應(yīng)力造成透鏡破壞。熔接完成后熄滅火焰。
同樣方法可同時在透鏡上熔接多根光纖。
在透鏡凸面鍍制相應(yīng)波長的光學(xué)薄膜10，如增透膜。也可在透鏡于光纖熔接處涂復(fù)具有一定強(qiáng)度的保護(hù)材料，如樹脂膠、橡膠或塑料，也可套金屬或塑料管內(nèi)部再填充樹脂膠、橡膠或塑料。
透鏡體上的金屬膜也可在光纖透鏡制成后鍍制。光學(xué)薄膜也可再熔接前鍍制，熔接可在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種將柱形的平凸透鏡與光纖熔接而成的光纖透鏡，其特征是柱形光學(xué)玻璃凸透透鏡的端面為經(jīng)過拋光加工的光學(xué)表面，光纖的端面是平面，透鏡的平面端與光纖端面用熔接方法連接在一起。
2.權(quán)利要求1所述的光纖透鏡，其特征是其透鏡與光纖的熔接處附有具有一定強(qiáng)度的保護(hù)材料。
3.權(quán)利要求1所述的光纖透鏡，其特征是其透鏡的凸面上鍍有光學(xué)薄膜。
4.權(quán)利要求1所述的光纖透鏡，其特征是其透鏡的側(cè)面鍍有金屬膜。
5.權(quán)利要求1所述的光纖透鏡的熔接方法，其特征是用電弧緩慢加熱透鏡平面端面和光纖端面，使至少透鏡平面端和光纖端面中的一個端面熔化，再將透鏡端面與光纖端面接觸連接在一起。
6.權(quán)利要求5所述的光纖透鏡的熔接方法，其特征是在電弧點(diǎn)著前用火焰對透鏡預(yù)熱，透鏡預(yù)熱溫度低于玻璃軟化點(diǎn)。
7.權(quán)利要求1所述的光纖透鏡的透鏡，其特征是透鏡平面端為一個直徑較小的圓柱體。
8.權(quán)利要求7所述的光纖透鏡的透鏡，其特征是透鏡平面端的為錐體形。
9.權(quán)利要求7、8所述的光纖透鏡的透鏡平面端的加工方法，其特征是用腐蝕液腐蝕玻璃使其端面直徑與光纖直徑相近。
10.權(quán)利要求1所述的光纖透鏡，其特征是在透鏡平面端熔接有多根光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開一種由柱形平凸光學(xué)玻璃透鏡與光纖熔接制成的光纖透鏡及其制作方法。特點(diǎn)是透鏡平凸光學(xué)表面拋光后，將透鏡的平面端加工成端面直徑于光纖直徑相近的小柱體或小錐體。用腐蝕的方法深度加工透鏡的平面端，以實現(xiàn)端面的小尺寸。用電弧或火焰對透鏡預(yù)熱熔接光纖。透鏡上可同時熔接多根光纖。制成的光纖透鏡上透鏡凸面可鍍有光學(xué)薄膜、透鏡體可鍍有金屬膜、熔接處可附有一定強(qiáng)度的保護(hù)材料。
文檔編號G02B6/255GK1439903SQ02102649
公開日2003年9月3日 申請日期2002年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月21日
發(fā)明者靳旭東 申請人:靳旭東