[发明专利]双透镜型管帽

说明书

本发明涉及一种双透镜型管帽，属于光纤通信领域。该管帽包括内侧透镜、外侧透镜、内侧管壳和外侧管壳；内侧透镜位于管帽内侧，离光源较近，外侧透镜位于管帽外侧，离光源较远；内侧透镜的折射率大于外侧透镜的折射率，内侧透镜的直径小于外侧透镜的直径；内侧透镜和外侧透镜沿中心线对齐，分别与内侧管壳和外侧管壳焊接；内侧管壳和外侧管壳能相互嵌套。本发明实现了激光芯片与光纤之间的耦合，其成本比非球透镜管帽大大降低，而耦合效率大大高于单球纯球透镜管帽，接近非球透镜管帽。以较低的成本，实现高的耦合效率。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，涉及双透镜型管帽。

背景技术

目前，在光纤通信领域，光源发出的光，耦合到光纤，一般采用带透镜的管帽，这种管帽的功能为：(1)具有气密性，保护发光芯片不被氧化；(2)将半导体激光器芯片发出的光聚焦耦合到光纤中。

光源简介：在光纤通信领域，一般采用半导体激光器LD作为光源。用于光通信的LD，有源层一般很薄，厚度小于1um，发光区域的宽度一般在1um左右。在垂直和水平方向上光束的发散程度不同，光束远场的横截面呈椭圆形，平行于p-n结方向的水平发散角θ_∥为一般为20°～30°，而垂直于p-n结方向的发散角θ_⊥为30°～45°，如图1所示。

光纤简介：光纤是光导纤维的简称，通常是一种圆柱形的介质波导，是一种利用光在玻璃纤维中的全反射原理的光传导工具，它引导光波沿着其轴线的方向传播。典型的光纤由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。纤芯的折射率必须大于包层的折射率，以构成传输光波导。图2是均匀折射率光纤中子午光线传播的示意图。入射到光纤端面的光，并不能全部入射到光纤，并形成稳定的传播，只有入射到模场直径MFD范围以内，并且入射角度的正弦值小于数值孔径N.A.的光才能够在光纤中稳定传播。在光纤通信领域使用的光纤为单模光纤，单模光纤的模场直径MFD一般为9um左右，数值孔径N.A.大约为0.12，也就是说入射到光纤端面的光，必须汇聚成直径9um左右或者更小的光斑，并且入射角度小于6.9°，才能进入光纤，形成稳定的传播。

光的耦合简介：图3是一只典型的带玻璃透镜的光窗管帽图，金属外壳实现气密性功能，玻璃透镜实现耦合功能。光源芯片安装在管座上，与管帽相连。光源发出的光，经过玻璃透镜的折射，汇聚成一个较小的光斑，将光纤的端面置于该光斑位置附近，并仔细调节光纤位置，使得光尽可能多的进入光纤。

目前光源与光纤之间的耦合，一般采用单只玻璃透镜进行耦合，市面上主要产品采用的方案有：熔融玻璃球方案、纯球透镜方案和非球透镜方案。

(1)熔融玻璃球：采用熔融玻璃球对光进行折射，实现光的耦合功能。将玻璃块放置在金属管壳上，加热至玻璃呈熔融状态，利用高温状态下玻璃的表面张力收缩、重力因素以及与金属氧化层的浸润作用实现成形。

优点：成本低。

缺点：不规则，产品一致性差，耦合效率低。

(2)纯球透镜：采用预先磨制、抛光的玻璃球对光进行折射，实现光的耦合功能。玻璃球采用折射率1.5～2.0的玻璃材料，球直径一般为1～2mm。采用低温焊料将这种加工好的玻璃球直接焊接在金属外壳上。纯球透镜方案的成本比熔融玻璃球略高。

优点：透镜形状规则，一致性好，耦合效率比熔融玻璃球要高。

缺点：纯球透镜的缺点在于有球差。

如图4所示，在光轴上的某一点发出的光，经过纯球透镜后，发生折射。折射后的光，并不能汇聚于一点，角度较小的近轴光线聚焦于较远处，随着发出光的角度的增大，远轴光线聚焦于较近的位置，这样就造成了发射角度不同的光，不能完美的聚焦成一点，只能形成一个较大的光斑，光纤的模场直径一般为9um左右，采用纯球透镜聚焦的光斑直径远大于9um，只有少部分的光能够进入光纤，造成了耦合效率低下。纯球透镜只能汇聚近轴光线，角度大的远轴光线，由于球差的原因，不能被耦合入光纤。