一種準(zhǔn)直器及包括該準(zhǔn)直器的在線起偏器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種準(zhǔn)直器及包括該準(zhǔn)直器的在線起偏 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著配套光學(xué)元器件的技術(shù)發(fā)展和成熟，光纖傳感的技術(shù)也得到了長足的發(fā)展， 因此近些年來光纖傳感器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。光纖陀螺儀和光纖水聽器等重要的光纖傳 感器已經(jīng)開始應(yīng)用于航空、航天和潛艇等軍工系統(tǒng)中。這些軍工系統(tǒng)對(duì)組構(gòu)的器件均有苛 刻的體積需求，要求越小越好。在線起偏器作為光纖陀螺和光纖水聽器主要的基礎(chǔ)元器件 之一，也要求有足夠短小的尺寸。
[0003] 常規(guī)準(zhǔn)直器的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包含外封玻璃管1、光纖頭2和透鏡3三 部分，光纖頭2由光纖21和玻璃毛細(xì)管22組成。為了方便調(diào)試光纖21出來的光經(jīng)過透鏡 3后準(zhǔn)直擴(kuò)束輸出，光纖21和透鏡3之間有約0. 2mm的間隙。透鏡3采用冷加工方式制作， 因?yàn)橥哥R3需要夾持的原因，直徑不能做得太小，目前行業(yè)內(nèi)最小透鏡的直徑是Φ1.0_， 這是制約產(chǎn)品外徑尺寸的主要因素。光纖頭端面也是采用冷加工方式研磨拋光，也是因?yàn)?研磨夾持的原因，長度不能做得太短，這是制約產(chǎn)品整體長度的因素。因以上兩個(gè)因素制 約，常規(guī)在線起偏器所用準(zhǔn)直器的封裝尺寸約為Φ 1. 5*10_，最終組成的在線起偏器尺寸 約為 Φ 3. 0*25mm。
[0004] 另外，在線起偏器的光路中，光纖頭端面通光面積即光纖的纖芯面積，光纖纖芯直 徑極小，該點(diǎn)的功率密度最高，是耐高功率的主要制約點(diǎn)。高功率工作條件下光纖頭端面燒 毀是常規(guī)在線起偏器最常見的失效模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種準(zhǔn)直器，用于在線起偏器中，旨在減小在線起偏器的 尺寸并提尚其耐尚功率的性能。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種準(zhǔn)直器，包括保偏光纖以及熔接于所述保偏光纖一端 的多模光纖或無芯光纖，所述多模光纖或無芯光纖的末端熔燒成球狀微透鏡，所述球狀微 透鏡的中心軸與所述多模光纖或無芯光纖的中心軸共線，所述球狀微透鏡的頂點(diǎn)至所述多 模光纖或無芯光纖的熔接點(diǎn)的長度與所述球狀微透鏡的焦距相等。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種準(zhǔn)直器的制造方法，至少包括下述步驟：
[0008] 在保偏光纖的一端熔接預(yù)定長度的多模光纖或無芯光纖，所述預(yù)定長度根據(jù)要求 的球狀微透鏡的直徑及焦距確定；
[0009] 對(duì)所述多模光纖或無芯光纖的末端進(jìn)行熔燒預(yù)定時(shí)間，獲得預(yù)定直徑的球狀微透 鏡，所述預(yù)定時(shí)間由熔燒裝置根據(jù)熔燒的球體的直徑和熔燒時(shí)間的關(guān)系確定。
[0010] 本發(fā)明在保偏光纖一端熔接多模光纖或無芯光纖，并直接在其端部燒球形成球狀 微透鏡，與傳統(tǒng)的光纖頭和透鏡的組合相比不需夾持或研磨加工，尺寸更??；另外，保偏光 纖輸出的光在球狀微透鏡上的光斑大于保偏光纖的直徑，因此可承受的功率大于保偏光纖 輸出端可承受的功率，即大于傳統(tǒng)準(zhǔn)直器的承受功率，利于提高在線起偏器的耐高功率性 能。另外，傳統(tǒng)準(zhǔn)直器采用光纖頭加透鏡的組合方式，本發(fā)明中直接燒球可以減少兩個(gè)端 面，進(jìn)而減少了光路反射和損耗。
【附圖說明】
[0011] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的準(zhǔn)直器的球狀微透鏡的加工方法示意圖；
[0014] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的在線起偏器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0016] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述：
[0017] 請(qǐng)參考圖2,本發(fā)明實(shí)施例提供一種準(zhǔn)直器，應(yīng)用于在線起偏器中，其包括一段保 偏光纖01，以及熔接于保偏光纖01 -端的多模光纖02或無芯光纖，該多模光纖02或無芯 光纖的末端熔燒成球狀微透鏡03,該球狀微透鏡03的中心軸與多模光纖02或無芯光纖的 中心軸共線，為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直，球狀微透鏡03的頂點(diǎn)A至多模光纖02或無芯光纖與保偏光纖 01的熔接點(diǎn)B的長度與球狀微透鏡03的焦距相等。該多模光纖02或無芯光纖的直徑較保 偏光纖01的直徑大得多，其具有較粗的材質(zhì)均勻的纖芯或?qū)嶓w導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，球狀微透 鏡03的直徑大于多模光纖02或無芯光纖的直徑且材質(zhì)均勻，使得光線在其中能夠直線傳 輸。并通過球狀微透鏡03的球形表面實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直或聚焦。
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例采用多模光纖02或無芯光纖熔接保偏光纖01，并直接在多模光纖 02或無芯光纖端部燒球形成球狀微透鏡03,與傳統(tǒng)的光纖頭和透鏡的組合相比具有更小 的尺寸，因?yàn)槿劢庸饫w與燒球均不需夾持或研磨加工，不會(huì)受到夾持尺寸的影響，可以做得 更小，進(jìn)而使準(zhǔn)直器及在線起偏器的尺寸更小，能夠滿足軍工系統(tǒng)的要求；另外，由于保偏 光纖01熔接了更粗的多模光纖02或無芯光纖，其輸出光得到擴(kuò)束，在球狀微透鏡03上的 光斑大于保偏光纖01的直徑，因此可承受的功率大于保偏光纖01輸出端的功率，即大于傳 統(tǒng)準(zhǔn)直器的承受功率，利于提高在線起偏器的耐高功率性能。另一方面，傳統(tǒng)準(zhǔn)直器采用光 纖頭加透鏡的組合方式，本發(fā)明中直接燒球可以減少兩個(gè)端面（光纖頭和透鏡的相對(duì)面）， 進(jìn)而減少了光路反射和損耗。
[0019] 在本發(fā)明實(shí)施例中，為了封裝固定各光學(xué)元件，在多模光纖02及其與保偏光纖01 的熔接處封裝一第一玻璃管04,球狀微透鏡03可以露于第一玻璃管04之外，以避免增大準(zhǔn) 直器的直徑。第一玻璃管04的長度以保護(hù)多模光纖02或無芯光纖以及保偏光纖01的熔 接點(diǎn)為宜，可以自球狀微透鏡03的根部起延伸至保偏光纖01的起始端，不必過長。
[0020] 在本發(fā)明實(shí)施例中，保偏光纖01可以采用現(xiàn)有的保偏光纖，纖芯直徑約8. 2 μπι。 為了便于說明，本實(shí)施例僅以多模光纖為例，多模光纖02可以米用內(nèi)徑220 μm，外徑 242 μ m，數(shù)值孔徑NA為0. 22的多模光纖，由該多模光纖02熔燒的球狀微透鏡03的直徑可 以達(dá)到Imm以下，通常為0· 5~0· 8mm。球狀微透鏡03的頂點(diǎn)A至熔接點(diǎn)B的距離為球狀 微透鏡03的焦距，當(dāng)微透鏡03的直徑小于Imm時(shí)，球狀微透鏡03的頂點(diǎn)至多模光纖02的 恪接點(diǎn)的長度小于I. 59mm。
[0021] 本實(shí)施例中，球狀微透鏡03的直徑為0. 71mm，曲率半徑Γι= 0. 355mm ;空氣折射 率Iici= 1 ;多模光纖02的纖芯折射率n i= 1. 4573,據(jù)帶入焦距公式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種準(zhǔn)直器，其特征在于，包括保偏光纖以及熔接于所述保偏光纖一端的多模光纖 或無芯光纖，所述多模光纖或無芯光纖的末端熔燒成球狀微透鏡，所述球狀微透鏡的中心 軸與所述多模光纖或無芯光纖的中心軸共線，所述球狀微透鏡的頂點(diǎn)至所述多模光纖或無 芯光纖的熔接點(diǎn)的長度與所述球狀微透鏡的焦距相等。
2. 如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)直器，其特征在于，所述球狀微透鏡的直徑小于1mm。
3. 如權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)直器，其特征在于，所述球狀微透鏡的頂點(diǎn)至所述多模光纖 或無芯光纖的熔接點(diǎn)的長度小于I. 5mm。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的準(zhǔn)直器，其特征在于，所述球狀微透鏡的直徑為0. 71_，所 述球狀微透鏡的頂點(diǎn)至所述多模光纖或無芯光纖的熔接點(diǎn)的長度為1. 13_。
5. 如權(quán)利要求4所述的準(zhǔn)直器，其特征在于，所述準(zhǔn)直器還包括用于封裝所述多模光 纖及其與所述保偏光纖的熔接處的第一玻璃管，所述第一玻璃管的直徑為〇. 7mm，長度為 3. 5mm〇
6. 如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)直器，其特征在于，所述球狀微透鏡的端面處的光斑直徑大 NA* f ' 小ω為：<?= $2 + 6?，其中，CJci為所述保偏光纖的纖芯直徑，NA為所述保偏光纖的 "1 數(shù)值孔徑，f為所述球狀微透鏡的焦距，H1為所述多模光纖的纖芯或無芯光纖的折射率。
7. 如權(quán)利要求6所述的準(zhǔn)直器，其特征在于，所述球狀微透鏡可承受的功率密度為所 述保偏光纖的端面可承受的功率密度的500倍以上。
8. -種在線起偏器，其特征在于，包括共軸設(shè)置的第一準(zhǔn)直器、第二準(zhǔn)直器以及設(shè)置于 所述第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器之間的偏振晶體，所述第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器采用權(quán)利要 求1至6任一項(xiàng)所述的準(zhǔn)直器，所述偏振晶體輸出的線偏振光的振動(dòng)方向與所述第一準(zhǔn)直 器和第二準(zhǔn)直器的光纖應(yīng)力軸方向一致。
9. 如權(quán)利要求8所述的在線起偏器，其特征在于，還包括用于固定所述第一準(zhǔn)直器、第 二準(zhǔn)直器和偏振晶體的第二玻璃管，以及套設(shè)于所述第二玻璃管之外且長度大于所述第二 玻璃管的外封管，所述外封管的直徑小于2_，長度小于15_。
10. -種準(zhǔn)直器的制造方法，其特征在于，至少包括下述步驟： 在保偏光纖的一端熔接預(yù)定長度的多模光纖或無芯光纖，所述預(yù)定長度根據(jù)要求的球 狀微透鏡的直徑及焦距確定； 對(duì)所述多模光纖或無芯光纖的末端進(jìn)行熔燒預(yù)定時(shí)間，獲得預(yù)定直徑的球狀微透鏡， 所述預(yù)定時(shí)間由熔燒裝置根據(jù)熔燒的球體的直徑和熔燒時(shí)間的關(guān)系確定。
【專利摘要】本發(fā)明適用于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種準(zhǔn)直器，包括保偏光纖以及熔接于所述保偏光纖一端的多模光纖或無芯光纖，所述多模光纖或無芯光纖的末端熔燒成球狀微透鏡，所述球狀微透鏡的中心軸與所述多模光纖或無芯光纖的中心軸共線，所述球狀微透鏡的頂點(diǎn)至所述多模光纖或無芯光纖的熔接點(diǎn)的長度與所述球狀微透鏡的焦距相等。本發(fā)明與傳統(tǒng)的光纖頭和透鏡的組合相比不需夾持或研磨加工，不會(huì)受到夾持尺寸的影響，尺寸更小；另外，由于保偏光纖熔接了更粗的多模光纖或無芯光纖，其輸出光得到擴(kuò)束，在球狀微透鏡上的光斑大于保偏光纖的直徑，因此可承受的功率大于保偏光纖輸出端的功率，即大于傳統(tǒng)準(zhǔn)直器的承受功率，利于提高在線起偏器的耐高功率性能。
【IPC分類】G02B6-26, G02B6-27
【公開號(hào)】CN104656194
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510064588
【發(fā)明人】郭開東, 洪春權(quán), 李成寬, 曾慧婷
【申請(qǐng)人】深圳朗光科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月5日