用于光学接口装置的具有高耦合效率的扩束套管制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于光学接口装置的扩束套管，所述扩束套管具有套管主体，所述套管主体具有支撑光纤的光纤支撑特征。所述套管主体限定具有平面的后部表面和凸面且非球面的前部表面的透镜。所述透镜具有选定量的在轴球面像差，所述选定量的在轴球面像差造成经提高的耦合效率，并特定地，提供用于扩束光学接口装置的相面对的扩束套管之间的未对准的容差。所述套管主体还可包括多个透镜并且可以与其可操作地对准的方式支撑多个光纤。

A beam expanding casing with high coupling efficiency for an optical interface device

The invention discloses a beam expanding bushing for optical interface device, and the expansion bushing has a sleeve body, and the sleeve body has a fiber supporting characteristic supporting the optical fiber. The casing body defines a lens with a surface of a plane and a front surface of a convex surface and a aspherical surface. The lens has a selected volume in the axial spherical aberration, the selected amount of spherical aberration caused by the shaft coupling efficiency is improved, and in particular, to provide for the beam expanding optical interface device of the facing beam expanding casing misalignment tolerance. The casing body can also include a plurality of lenses and can support a plurality of optical fibers in a manner that is operably aligned.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学接口装置的具有高耦合效率的扩束套管相关申请的交叉引用本申请要求2015年5月1日提交的美国申请号14/701,600的优先权的权益以引用的方式并入本文。
本公开内容涉及光学接口装置(诸如光纤连接器)，并特定地涉及用于在扩束光学接口装置中使用的具有高耦合效率的扩束套管。本文提及的任何公开或专利文献的全部公开内容以引用方式并入，包括US2012/0093461(在下文'461出版物)。
技术介绍
光纤连接器是用于在需要连接和断开连接能力的地方光学地连结光纤光学电缆的光学接口装置类型。传统类型和最常见类型的光纤连接器使用套管来保持一个或多个光纤。套管具有轻微弯曲的端部，使得当两个连接器配对时光纤的端部开始物理接触。物理接触连接器的一个缺点在于它们对污染敏感。气载尘埃的尺寸已知在亚微米到数十微米的范围中变化，这相当于单模光纤和多模光纤两者的核心直径。此外，污垢和碎屑可完全地截断所连接的光纤之间的光学路径。因此，由于表面上的污染，在采用光纤之间物理接触的连接器之间的数据传输可容易被削弱。物理接触式连接器的另一个优点是精确对准对获得高耦合效率是重要的。在光纤端部之间的小角偏差或侧向未对准可能对耦合效率是不利。另一种类型的光纤连接器在相应光纤端部处使用微透镜以在光纤端部之间提供光学连接，从而避免对光纤之间物理接触的需要。这样的连接器被称为扩束(EB)连接器，因为来自发射光纤的光束被扩展，并且由发射连接器的第一微透镜准直并且然后由接收连接器的第二微透镜聚焦。虽然物理接触式连接器的许多问题可通过使用扩束连接器来避免，但是仍然存在对未对准容差和耦合效率的改进的需要。专利
技术实现思路
本公开内容的一个方面是一种支撑具有数值孔径NAF和位于端部部分处的端部的至少一个光纤的用于光学接口装置的扩束套管。所述扩束套管包括：套管主体，所述套管主体具有相对的前部端部和后部端部、相对的顶部表面和底部表面以及中心轴线，其中所述前部端部包括前部表面，并且所述套管主体对波长A的光是实质上透明的；至少一个光纤支撑特征，所述至少一个光纤支撑特征被配置来支撑位于套管主体的终端端壁处的至少一个光纤的端部，所述终端端壁由具有轴向厚度TH和折射率n的介入主体部分与前部表面间隔开，其中所述终端端壁限定平面的第一透镜表面；至少一个第二透镜表面，所述至少一个第二透镜表面限定在前部表面中，其中第一透镜表面和第二透镜表面以及驻留在它们之间的具有厚度TH的主体部分限定至少一个透镜；并且其中第二透镜表面是凸面且非球面的，具有处于-3.7/n2≤C≤-1.9/n2范围中的圆锥常数C，并且其中至少一个透镜具有处于[(-150.0-NAF4)·λ]≤SA≤[(-26.5-NAF4)·λ]范围中的在轴球面像差SA的量。本公开内容的另一个方面是一种用于将来自至少一个第一光纤的光通过光学通信路径耦合到至少一个第二光纤的扩束光学接口装置。所述扩束光学接口装置包括：如上文所述的第一扩束套管和第二扩束套管并且被布置成具有它们相应相面对的前部端部，使得它们相应中心轴线是在轴的并且所述相应的至少一个第二透镜表面大体上轴向地对准并且轴向地间隔开；以及第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤可操作地布置在第一扩束套管的至少一个支撑特征和第二扩束套管的至少一个支撑特征中并且分别由所述第一扩束套管的所述至少一个支撑特征和所述第二扩束套管的所述至少一个支撑特征支撑。本公开内容的另一个方面是一种用于通过光学通信路径在具有相应的第一端部和第二端部以及光纤数值孔径NAF的第一光纤与第二光纤之间耦合波长X的光的扩束光学接口装置。所述扩束光学接口装置包括：相面对的第一支撑构件和第二支撑构件，所述相面对的第一支撑构件和第二支撑构件对波长A的光是透明的并且分别包括第一端部和第二端部，所述第一端部和第二端部支撑轴向地对准并且间隔开的相应的第一透镜和第二透镜，其中所述第一透镜和第二透镜具有相应的第一前部表面和第二前部表面以及第一后部表面和第二后部表面，并且其中所述第一前部透镜表面和第二前部透镜表面中的每一个是凸面且非球面的，具有处于-3.7/n2≤C≤-1.9/n2范围中的圆锥常数C，其中n是所述至少一个透镜的材料的折射率，并且其中所述第一透镜和第二透镜中的每一个具有处于[(-150.0-NAF4)·λ]≤SA≤[(-26.5-NAF4)·λ]范围中的在轴球面像差SA的量；以及第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和所述第二光纤分别可操作地由所述第一支撑构件和所述第二支撑构件支撑，使得所述第一光纤端部和所述第二光纤端部被设置成邻近所述第一后部透镜表面和所述第二后部透镜表面。另外的特征和优点在接下来的详细描述中进行阐述，并且本领域的技术人员将借助于所述描述很容易理解或通过实践如书面描述及其权利要求书以及附图中描述的实施例很容易认识其部分内容。应理解，上述概述和以下详述仅是示例性的，并且意图提供用于理解权利要求的性质和特征的概观或框架。附图说明包括附图以提供进一步理解并且所述附图并入本说明书并且构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施例并且所述详细描述用来解释各实施例的原理和操作。这样，本公开内容将从结合附图进行的以下详细描述而得以更完全地了解。图1A是在EB光学接口装置中使用的呈多光纤光学套管(“EB套管”)形式的示例性光纤支撑构件的正面俯视图；图1B和图1C是图1A的沿x-z平面中的线a-a截取的EB套管的横截面图；图1D是图1C的EB套管的中间部分的近距离的自顶向下的横截面图；图1E是示出核心和包层以及核心边缘和光纤中心轴线的光纤的横截面图；图2是类似于图1A中所示的EB套管并且基于'461出版物的EB套管的示例性EB套管的正面俯视图；图3A是两个对接的EB套管的自顶向下(即，x-z平面)横截面图，所述两个对接的EB套管形成EB光学接口装置；图3B是图3A的光学接口装置的两个相对透镜的近距离的(即，y-z平面)横截面图；图4A是常规光学接口装置的示意性光学图，所述常规光学接口装置包括具有常规地设计的透镜的两个相对的(对接的)现有技术EB套管；图4B是处于接收光纤核心的中心处的在图4A的光学接口装置的光学通信路径上行进的光线的在轴光点图，其中所述在轴光点图示出实质上共点成像和高程度的校正；图4C是处于接收光纤的光纤核心的边缘处的在图4A的光学接口装置的光学通信路径上行进的光线的离轴光点图，其中所述离轴光点图示出大部分离轴光错过光纤核心并且实质上促成耦合损耗；图5A和图5B是示例性光纤和示例性光学接口装置的透镜的示意图并且示出侧向偏移未对准(图5A)和角度倾斜未对准(图5B)；图6是在本文中公开的EB套管中使用的示例性透镜的示意性横截面图并且示出用来表征所述透镜的示例性参数；图7A是根据本公开内容的光学接口装置的示意性光学图，所述光学接口装置包括具有本文所公开的透镜的两个相对的(对接的)现有技术EB套管；图7B是处于接收光纤核心的中心处的在图4A的光学接口装置的光学通信路径上行进的光线的在轴光点图，其中所述在轴光点图示出归因于大量球面像差的大量的光线发散度；图7C是处于接收光纤的光纤核心的边缘处的在图4A的光学接口装置的光学通信路径上行进的光线的离轴光点图，其中所述离轴光点图示出实质上全部的离轴光耦合到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光学接口装置的支撑具有数值孔径NAF和位于端部部分处的端部的至少一个光纤的扩束套管，包括：套管主体，所述套管主体具有相对的前部端部和后部端部、相对的顶部表面和底部表面、以及中心轴线，其中所述前部端部包括前部表面，并且所述套管主体对波长λ的光是实质上透明的；至少一个光纤支撑特征，所述至少一个光纤支撑特征被配置来支撑位于所述套管主体的终端端壁处的所述至少一个光纤的端部，所述终端端壁由具有轴向厚度TH和折射率n的介入主体部分与所述前部表面间隔开，其中所述终端端壁限定平面的第一透镜表面；至少一个第二透镜表面，所述至少一个第二透镜表面限定在所述前部表面中，其中所述第一透镜表面和所述第二透镜表面以及驻留在它们之间的具有厚度TH的所述主体部分限定至少一个透镜；并且其中所述第二透镜表面是凸面且非球面的，具有处于‑3.7/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.01 US 14/701,6001.一种用于光学接口装置的支撑具有数值孔径NAF和位于端部部分处的端部的至少一个光纤的扩束套管，包括：套管主体，所述套管主体具有相对的前部端部和后部端部、相对的顶部表面和底部表面、以及中心轴线，其中所述前部端部包括前部表面，并且所述套管主体对波长λ的光是实质上透明的；至少一个光纤支撑特征，所述至少一个光纤支撑特征被配置来支撑位于所述套管主体的终端端壁处的所述至少一个光纤的端部，所述终端端壁由具有轴向厚度TH和折射率n的介入主体部分与所述前部表面间隔开，其中所述终端端壁限定平面的第一透镜表面；至少一个第二透镜表面，所述至少一个第二透镜表面限定在所述前部表面中，其中所述第一透镜表面和所述第二透镜表面以及驻留在它们之间的具有厚度TH的所述主体部分限定至少一个透镜；并且其中所述第二透镜表面是凸面且非球面的，具有处于-3.7/n2≤C≤-1.9/n2范围中的圆锥常数C，并且其中所述至少一个透镜具有处于[(-150.0-NAF4)·λ]≤SA≤[(-26.5-NAF4)·λ]范围中的在轴球面像差SA的量。2.如权利要求1所述的扩束套管，其中所述至少一个光纤支撑特征包括被设定尺寸来容纳所述光纤的所述端部部分的至少一个微孔，所述至少一个微孔大体上平行于所述中心轴线从所述后部端部或与所述前部表面间隔开的内壁延续，所述微孔终止在终端端壁处并且与所述至少一个第二透镜表面轴向地对准。3.如权利要求1或2所述的扩束套管，其中所述至少一个透镜具有处于0.4mm≤TH≤1.3mm范围中的厚度TH和处于0.2≤NA≤0.35范围中的数值孔径NA。4.如权利要求1-3中任一项所述的扩束套管，其中所述球面像差SA的量处于[(-150.0-NAF4)·λ]≤SA≤[(-48.0-NAF4)·λ]范围中。5.如权利要求1-4中任一项所述的扩束套管，其中所述套管主体是由单一同质材料制成的整体结构。6.如权利要求1-5中任一项所述的扩束套管，其中所述套管主体在所述前部端部处包括凹陷部分使得所述前部表面从所述前部端部凹陷，并且其中所述第二透镜表面相对于所述前部端部而凹陷。7.如权利要求1-6中任一项所述的扩束套管，其中所述至少一个透镜包括多个透镜。8.如权利要求1-7中任一项所述的扩束套管，其中所述至少一个透镜具有实质上与轴向厚度TH相同的焦距。9.一种用于将来自至少一个第一光纤的光通过光学通信路径耦合到至少一个第二光纤的扩束光学接口装置，包括：如权利要求1所述的第一扩束套管和第二扩束套管，所述第一扩束套管和所述第二扩束套管被布置成具有它们相应相面对的前部端部，使得它们相应中心轴线是在轴的并且所述相应至少一个第二透镜表面大体上轴向地对准并且轴向地间隔开；以及第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和所述第二光纤可操作地布置在所述第一扩束套管的所述至少一个支撑特征和所述第二扩束套管的所述至少一个支撑特征中并且分别由所述第一扩束套管的所述至少一个支撑特征和所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：达维德·多梅尼科·福尔图森尼，安德列·科比亚科夫，刘雪，
申请(专利权)人：康宁光电通信有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US