激光器和光纤的耦合装置、光信号传输系统和传输方法制造方法及图纸

一种激光器和光纤的耦合装置、光信号传输系统和传输方法，在激光器和光纤之间设置一个耦合装置，所述耦合装置中包含内部折射率渐变的光信号传输部件，且所述光信号传输部件越靠近中心轴线处的折射率越大，可用于对激光器入射的光信号进行整形(包括光信号的汇聚或发散)，使得整形后的光信号的模场半径与光纤的芯径相契合，整形后的光信号能够高效耦合进入光纤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光器和光纤的耦合装置、光信号传输系统和传输方法
本专利技术涉及光信号领域，尤其涉及一种激光器和光纤的耦合装置、光信号传输系统和传输方法。
技术介绍
随着大规模集成电路的发展，电路中元器件的密集度和运行速度迅速提高，传统的基于电互连的通信方式遭遇到了发展瓶颈，这是因为：由于电互连的连接尺寸非常小，导致电互连的延迟大于元器件的运行速度，影响元器件的正常运行，同时元器件布线的密集度高也带来了严重的寄生效应以及串扰和较大的功率消耗。由于电互连具有上述缺陷，因此，光互连由于其延迟低、电磁兼容性好、功耗小、带宽大等优点，已经成为解决电互连缺陷的关键技术。如图1所示，为一种典型的基于光互连技术的光信号传输示意图，从图1中可以看出，为了使电信号从元器件A传输至元器件B，将电信号通过调制加载在光波上形成光信号，然后再将形成的光信号通过光纤进行传输，接着再由探测器接收光信号，进行信号转换、解调等操作，最后得到源电信号并传输给元器件B，完成整个传输过程。在图1所示的光信号传输过程中，一个非常重要的部分就是用于加载电信号的光源，目前所使用的光源是激光器发射的激光。一般所使用的激光器有边发射激光器(如分布式反馈(DistributedFeedback，DFB)激光器)和面发射激光器(如垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，VCSEL))，与边发射激光器相比，面发射激光器具有以下优势而有着巨大的应用场景：(1)、面发射激光器可直调，调制效率高且阈值电流小；(2)、温漂小，无需热电制冷；(3)、电光转换率高，功耗小。在图1所示的光信号传输过程中，激光器的出射光需耦合进入光纤的芯径，例如，在使用的激光器为VCSEL，光纤为单模光纤时，VCSEL的出射光需耦合进入单模光纤的芯径，但是，VCSEL出射光的模场直径(MFD，ModeFieldDiameter，即光信号的横模模场所占据的最大的面积相对应的直径)在几十到一百微米(如50μm～100μm)，而单模光纤的芯径直径在6μm～10μm，如图2所示，两者之间存在严重的模场失配，导致VCSEL的出射光与单模光纤的耦合率很低。除了VCSEL与单模光纤之间存在模场失配的问题，其他类型的激光器与单模光纤(或多模光纤)之间也可能存在模场失配的问题(包括激光器出射光的模场直径远大于光纤的芯径直径，或远小于光纤的芯径直径)，因此，需要有合适的方式对激光器出射的光信号进行整形，使得整形后的光信号的光斑直径与光纤的芯径直径相契合，光信号能够高效耦合进光纤中。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种激光器和光纤的耦合装置、光信号传输系统和传输方法，用以解决入射至光纤的光信号直径与光纤的芯径直径不契合的问题。第一方面，提供了一种激光器和光纤的耦合装置，包括：光信号传输部件，所述光信号传输部件两端分别包含用于与激光器耦合的激光器固定部件和用于与光纤耦合的光纤固定部件；所述光信号传输部件的折射率渐变，越靠近中心轴线处的折射率越大，用于对耦合在所述激光器固定部件上的激光器入射的光信号进行汇聚或发散后，出射进入耦合在所述光纤固定部件上的光纤。结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述光纤固定部件外表面的折射率与用于包裹光纤的光纤包层的折射率之差小于阈值。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，所述光信号传输部件包括：第一子部件和第二子部件，其中：所述第一子部件被包裹在所述第二子部件内；所述第一子部件的横截面半径逐渐变化，且任一横截面中越靠近圆心的位置折射率越大；所述第二子部件的折射率恒定。结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，当所述第一子部件在光信号传输方向上的横截面半径逐渐变小，则所述第一子部件用于对光信号进行汇聚；当所述第一子部件在光信号传输方向上的横截面半径逐渐变大，则所述第一子部件用于对光信号进行发散。结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第一子部件在光信号出射位置的横截面半径与光信号从第一子部件出射时的模场半径之间的关系为：其中：a为第一子部件中任一横截面半径；W为光信号在所述a对应的横截面处的模场半径；所述λ0为用于调制光信号的光源在真空中的波长；n1为所述第一子部件中心轴线处的折射率；所述n2为所述第二子部件的折射率。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述光信号传输部件包括：第三子部件和第四子部件，其中：所述第四子部件在所述第三子部件的光信号出射位置处与所述第三子部件连接；所述第三子部件任一横截面中越靠近圆心的位置折射率越大，所述第四子部件的折射率恒定，且所述第四子部件的折射率与所述第三子部件中心轴线处的折射率相同。结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，若所述第三子部件的长度大于门限值，则所述第三子部件用于对光信号进行汇聚，且第三子部件的长度越长，对光信号的汇聚程度越高；若所述第三子部件的长度小于所述门限值，则所述第三子部件用于对光信号进行发散，且第三子部件的长度越短，对光信号的发散程度越高。结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述第三子部件的长度与光信号从第四子部件出射时的模场半径之间的关系为：其中，L1为所述第一子部件的长度；W为光信号从第一子部件出射时的模场半径；w0为光信号入射至第一子部件时的模场半径；所述所述λ0为用于调制光信号的光源在真空中的波长，n2为所述第一子部件中心轴线处的折射率；g为聚焦参数。第二方面，提供了一种光信号的传输系统，所述系统包括激光器、光纤和所述的激光器和光纤的耦合装置；所述激光器和光纤分别通过所述耦合装置中的激光器固定部件和光纤固定部件与所述耦合装置耦合；激光器发出的光信号经所述耦合装置中的折射率渐变的光信号传输部件对所述光信号进行汇聚或发散后，出射的光信号进入所述光纤。结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述光纤尾端通过胶固定在光纤固定部件内。结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，光纤尾端为呈设定角度的切面，使得进入光纤的光信号经所述切面反射后，光信号在光纤中沿光纤的芯径传输。结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述光纤尾端的切面覆盖有用于减小光信号泄露的反射层。结合第二方面，在第四种可能的实现方式中，在所述耦合装置中的光信号传输部件包括第一子部件和包裹所述第一子部件的第二子部件，且所述第一子部件的横截面半径逐渐变化，任一横截面中越靠近圆心的位置折射率越大，所述第二子部件的折射率恒定时，通过缩小所述第一子部件在光信号出射位置的横截面半径来汇聚所述光信号，使得经所述耦合装置后出射的光信号的模场半径与光纤的芯径半径之差小于设定门限值；或者在所述耦合装置中的光信号传输部件包括第三子部件和在所述第三子部件的光信号出射位置处与所述第三子部件耦合的第四子部件，且所述第三子部件任一横截面中越靠近圆心的位置折射率越大，所述第四子部件的折射率恒定，所述第四子部件的折射率与所述第三子部件中心轴线处的折射率相同时，通过增大所述第三子部件的长度来汇聚所述光信号，使得经所述耦合装置后出射的光信号的模场半径与光纤的芯径半径之差本文档来自技高网...

【技术保护点】
PCT国内申请，权利要求书已公开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光器和光纤的耦合装置，其特征在于，包括：光信号传输部件，所述光信号传输部件两端分别包含用于与激光器耦合的激光器固定部件和用于与光纤耦合的光纤固定部件，用于对耦合在所述激光器固定部件上的激光器入射的光信号进行汇聚或发散后，出射进入耦合在所述光纤固定部件上的光纤；所述光信号传输部件包括：第一子部件和第二子部件，所述第一子部件被包裹在所述第二子部件内；所述第一子部件的横截面半径逐渐变化，且任一横截面中越靠近圆心的位置折射率越大；所述第二子部件的折射率恒定；或者，所述光信号传输部件包括：第三子部件和第四子部件，所述第四子部件在所述第三子部件的光信号出射位置处与所述第三子部件连接；所述第三子部件任一横截面中越靠近圆心的位置折射率越大，所述第四子部件的折射率恒定，且所述第四子部件的折射率与所述第三子部件中心轴线处的折射率相同。2.如权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，所述光纤固定部件外表面的折射率与用于包裹光纤的光纤包层的折射率之差小于阈值。3.如权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，当所述第一子部件在光信号传输方向上的横截面半径逐渐变小，则所述第一子部件用于对光信号进行汇聚；当所述第一子部件在光信号传输方向上的横截面半径逐渐变大，则所述第一子部件用于对光信号进行发散。4.如权利要求3所述的耦合装置，其特征在于，所述第一子部件在光信号出射位置的横截面半径与光信号从第一子部件出射时的模场半径之间的关系为：其中：a为第一子部件中任一横截面半径；W为光信号在所述a对应的横截面处的模场半径；所述λ0为用于调制光信号的光源在真空中的波长；n1为所述第一子部件中心轴线处的折射率；所述n2为所述第二子部件的折射率。5.如权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，若所述第三子部件的长度大于门限值，则所述第三子部件用于对光信号进行汇聚，且第三子部件的长度越长，对光信号的汇聚程度越高；若所述第三子部件的长度小于所述门限值，则所述第三子部件用于对光信号进行发散，且第三子部件的长度越短，对光信号的发散程度越高。6.如权利要求5所述的耦合装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张灿，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44