[发明专利]用于将光耦合到光波导中的光学组件

说明书

技术领域

本发明通常涉及用于光耦合的光学组件，尤其是涉及用于将光从背向反射敏感的光源耦合到光波导中的光学组件。

发明背景

在光纤通信中，来自光源的光，例如来自激光器或发光二极管(LED)的光以高速率使用数据流而被调制，并通过在两个或多个地理位置之间的一段光纤而被传输。激光器通常使用透镜被耦合到光纤。

光纤通信中的一个问题是从光纤到激光器光源的光反馈或背向反射会影响激光器操作并在经调制的光信号的上升和下降边缘的计时中引起抖动。光反馈的影响对单模激光器，例如1310nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)或分布式反馈(DFB)激光器，是最严重的，但对多模激光器例如850nm VCSEL或法布里-珀罗(FP)激光器也是明显的。因此，存在着对减少由于来自光纤顶端的反射而产生的进入单模激光器和多模激光器的光反馈的需要。

在通过引用并入本文的美国专利6,822,794或6,856,460中，Coleman等人公开了一种衍射光学元件，其用于将激光器所发出的光发射到光纤中，同时减少进入激光器的光反馈。参考图1A，示出了Coleman等人的光耦合系统10。系统10具有激光器光源11、具有衍射面15和折射面16的双凸传递透镜14、以及多模光纤12。衍射面15具有由图B所示的旋涡图案所表示的空间非均匀光学相位延迟函数。旋涡图案是径向和轴向对称图案的组合，并被构造成在多模光纤12处产生特定的光束发射条件，在此处多模光纤12的中心被避免。当多模光纤12的中心被避免时，光耦合系统10的模式色散性能提高了。此外，进入激光器11的背向反射由于衍射面15的存在而减少了，这使远离光源11的孔17反射的光重定向。

在通过引用并入本文的美国专利6,807,336中，van Haasteren公开了具有在数学上由圆锥、锥面和螺旋面分量的和描述的表面的光学透镜。该透镜适合于将光发射到多模光纤中，因为特定的表面轮廓导致在光纤顶端处产生环形光分布图案，以便避免光纤的中心。当光纤中心被避免时，模式色散减少了。到激光器光源的光反馈也减少了。

这些现有技术方法的一个缺点是对光学失调所增加的敏感度。现有技术的复杂透镜在光纤顶端处产生相对大的斑点。由于大的斑点尺寸，聚焦的激光束可能在光纤处被截短，导致功率损耗和可靠性问题。现有技术的激光器到光纤耦合器的组件所需要的紧密公差导致高制造成本。

因此就存在着对用于将光耦合到光纤中的失调容忍光学组件的需要，该组件具有进入光源的低水平的光反馈。

发明内容

根据本发明，提供了一种光学组件，其包括具有用于发射光的孔的光源、具有用于接收光的孔的光波导、以及用于将从光源孔发射的光耦合到光波导孔中的透镜，其中透镜具有由旋转对称垂度(sag)分量和旋转非对称垂度分量叠加而组成的垂度，其中由于从波导反射的光在光源处形成环形斑点，旋转非对称垂度分量用于减少从波导反射的光回到光源孔中的耦合，由此被反射的光的至少一部分围绕光源孔，且其中旋转对称的垂度分量是没有锥面垂度分量的球面垂度分量或非球面垂度分量之一。

根据本发明的另一方面，光学组件的壳体与透镜单片地集成，使得光源和光波导被壳体支持。

根据本发明的另一方面，进一步提供了用于当来自光源的光被耦合到光波导中时减少背向反射的方法，其包括提供用于将从光源的孔发射的光耦合到光波导的孔中的透镜，其中透镜具有表面，该表面具有由旋转对称垂度分量和旋转非对称垂度分量的叠加组成的垂度，其中由于从波导反射的光的至少一部分围绕光源孔，旋转非对称垂度分量用于减少从波导反射的光回到光源孔中的耦合，且其中旋转对称垂度分量是没有锥面垂度分量的球面垂度分量或非球面垂度分量之一。

附图说明

现在将结合附图描述示例性的实施方式，其中：

图1A是包括具有衍射面的透镜的传统光耦合系统的图示；

图1B是图1A的光耦合系统的衍射面的平面图

图2是根据本发明的用于耦合光的光学组件的等距视图；

图3A示出图2的透镜表面的非球面垂度分量和圆锥形透镜的锥面垂度分量的垂度曲线；

图3B示出图2的光学组件的透镜表面的螺旋面垂度分量和分段螺旋面垂度分量的垂度曲线；

图4示出根据本发明的在光线顶端处聚焦的并从其反射回光源上的光的点列图；

图5A和5B分别是根据本发明的以第一对焦距离聚焦到光纤顶端上的光和反射回光源上的光的点列图；

图5C和5D分别是根据本发明的以第二对焦距离聚焦到光纤顶端上的光和反射回光源上的光的点列图；