[发明专利]具有光束方向矫正的光纤端面反射镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种反射镜，特别是一种用于光纤领域的光纤端面反射镜。

背景技术

光纤及光发射和接收器件广泛用于光通讯、数据通讯、光互连和消费电子产品的高速外设光互联。在许多情况下，例如有源光缆(active optical cable)，需要将发射源(激光器或发光二极管)的光信号耦合到光纤中，或将光纤中的光信号耦合到光探测器中。这种光耦合必须要高效率、体积小、成本低。实现这种耦合的现有技术包括直接耦合和成像耦合。

在许多产品中，尤其是有源光缆中，常采用垂直腔表面发射激光器作为信号光源和平面型光电二极管作为光接收器，由于结构的原因，光纤的方向同发射器和接收器的出射入射方向垂直，这就需要将耦合光束反射90度。

请参阅图1所示，为一种现有的斜角光纤端面全反射镜，该种斜角光纤端面全反射镜耦合方式具有结构简单、成本低的优点。但为了满足全反射的要求，光纤端面的角度一般要小于45度，例如对于多模OM3型光纤，该角度要小于40度。其结果是光束将以非垂直角度与激光器或光探测器耦合，造成光斑变形变大、耦合效率下降、并给应用带来困难。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种能够将光纤端面全反镜的耦合光束矫正，使其与激光器或光探测器的耦合角度达到或接近垂直，矫正光斑形状、提高耦合效率、便于应用的具有光束方向矫正的光纤端面反射镜。

为实现上述目的，本发明具有光束方向矫正的光纤端面反射镜可采用如下技术方案：

一种具有光束方向矫正的光纤端面反射镜，包括全反射端面以及位于全反射端面一侧的光楔，所述入射光自全反射端面反射至光楔，并通过光楔折射出出射光。

本发明与现有技术相比：可调整光楔上下表面之间的夹角而矫正出射光的出射角度，使其与激光器或光探测器的耦合角度达到或接近垂直，从而矫正光斑形状、提高耦合效率、便于应用。

附图说明

图1为现有的斜角光纤端面全反射镜示意图。

图2为本发明具有光束方向矫正的光纤端面反射镜的结构示意及工作原理图。

图3为OM3光纤耦合光束垂直方向角度与光楔角度的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请结合图2所示，本发明公开一种具有光束方向矫正的光纤端面反射镜，其特征在于：包括全反射端面以及位于全反射端面一侧的光楔，所述入射光自全反射端面反射至光楔，并通过光楔折射出出射光。本发明可通过调整光楔上下表面之间的夹角而矫正出射光的出射角度。其工作原理如下：

本发明的工作原理是利用光楔结构改变光纤耦合光束走向。其原理如图2所示。由于光在光纤内部是以全反射的方式传输，只有反射角度小于

θc＝90°-sin-1(n2/n1)    (1)

的光线才能传输，即所谓传输模，其中n0(＝1)、n1和n2分别是空气、光纤芯与光纤包层的折射率。为了实现所有传输模在光纤斜面上的全反射，其端面角度需满足

θp＝90°-θc-sin-1(n0/n1)    (2)

与图1所示的现有技术不同，本发明利用如图2所示的具有角度的楔状结构，可以实现耦合光束的矫正。以极限传输模的情况下光纤出射情况为例，光线传播角度的计算如下：

α＝90°-2θp+θc        (3)

β＝sin-1(n1sinα/n2)    (4)

δ＝sin-1(n2sinγ)       (6)

所以光线与垂直方向的夹角为：

在本发明中，可以改变光楔的角度来矫正以上光线的垂直角度。

利用本发明的方法，以OM3多模光纤为例，n1＝1.483，n2＝1.470，从上述公式(1)至(7)中可以得到：θc＝7.7°，θp＝39.9°，α＝17.9°，β＝18.1°，耦合光束与垂直方向的夹角计算结果如图3所示。可以看到，利用本发明中的方法，可以实现耦合光束方向的矫正。同样的方法也适用于各种其他的单模和多模光纤。该具有光束方向矫正的光纤端面反射镜应用于光纤或光纤阵列中。事实上，对于光纤阵列，本发明更加容易实现，因为光纤阵列可以被批量加工，同时在多跟光纤上实现光楔结构。