專利名稱：光學(xué)耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及具有一種隨著光在其上入射角度變化的響應(yīng)的光學(xué)元件的組件，例如二向色濾光器元件，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及一種在其制造過程中構(gòu)成和調(diào)諧WDM濾光器的方法以及WDM本身。
將光纖與多層薄膜光學(xué)干涉濾色器之類具有取決予光的入射角的波長響應(yīng)的光學(xué)元件(例如二向色濾光器)精確地對準(zhǔn)，通常是需要操作者高精度操作的費(fèi)時間的工作。近來已經(jīng)被使用的一種實(shí)現(xiàn)光纖和濾光器元件間所需要的對準(zhǔn)的方法，是提供許多有時被稱之為光纖管的光纖箍或者套管，每個帶有兩個其中緊密地收容兩根光纖的隔開的孔。這些套管被用于測試光纖的響應(yīng)，并且每個套管在其所包含的該對光纖端部之間具有不同的間隔“b”。從而，具有一對光纖的若干個套管，其中一對光纖的端部的橫向距離以增加的量變化，被用于此測試作業(yè)。
因此，各種套管之間的最小差異，提供以給出可調(diào)諧性的最小差距(step)或者增量。為了在此組裝成耦合器之前對二向色光學(xué)濾光器元件進(jìn)行測試，選擇不同的管用來進(jìn)行測試。寬帶的光從這些管之一中的光纖之一發(fā)射向該角度敏感的光學(xué)濾光器；在輸出端的檢測器對于透過該濾光器元件的光的波長進(jìn)行檢測，從而識別光由其發(fā)生的管。不同的管被用來改變輸入角度，隨著入射角度變化，所檢測的光的波長也變化，由此而產(chǎn)生該濾光器的輸出響應(yīng)。當(dāng)在該輸出中測得的光的波長相應(yīng)于所期望的波長時，此管的尺寸被記錄下來，而且相應(yīng)該尺寸的管被采用或者供應(yīng)商定制，以使此濾光器可被進(jìn)行組裝。遺憾的是，這種方法需要備置多種規(guī)格的光纖管，或者換一種說明，需要等待供給具有所想望間隔的開口的光纖管交貨。盡管所想望尺寸的管能夠得到，但由于其制造公差管的尺寸有時不同于所予期的尺寸，就會不適當(dāng)?shù)赜绊懺摓V光器的響應(yīng)。調(diào)諧分辨率事實(shí)上也要受到管孔間隔不連續(xù)變化的局限。作為對比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于提供用以提供連續(xù)調(diào)諧的裝置。
通過在測試過程中提供一種調(diào)諧濾光器的裝置以避免高成本和費(fèi)時間的光學(xué)濾光器制造過程，是所需要的，而且一旦所需要的響應(yīng)達(dá)到，便將該元件固定就位。
本發(fā)明的目的在于提供這樣一種在制造過程中可避免要求使用如此大量的各種套管的方法和濾光器。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種在測試濾光器過程中使用的光纖套管，其中在該濾光器的制造過程中使用同樣的套管，從而避免要求提供與該測試套管“一模一樣的”(facsimile)套管。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種可調(diào)諧的濾光器組件，其在測試過程中可被調(diào)諧，且在該組件的元件被相對調(diào)諧以達(dá)到所需要的響應(yīng)之后即便固定就位。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種可被連續(xù)調(diào)諧的耦合器，避免已有技術(shù)的不連續(xù)調(diào)諧增量方法的局限性。
按照本發(fā)明，提供一種光學(xué)濾光器，其包括一第一光學(xué)波導(dǎo)；一被設(shè)置來接收來自該第一光學(xué)波導(dǎo)的光的光學(xué)濾光器元件；一配置在該第一光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)濾光器之間的第一透鏡和第二透鏡，以使射出為該光學(xué)濾光器指定的該第一光波導(dǎo)的光束通過該第一和第二透鏡，并且實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直在該光學(xué)濾光器上；以及一第二光學(xué)波導(dǎo)，用于接收在其照射在該光學(xué)濾光器元件上之后的光束的至少一部分。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種制造光學(xué)耦合器的方法，該光學(xué)耦合器具有兩根以其一端設(shè)置在一光纖管中的光纖，以將兩根光纖的端部按照其間具有一固定的橫向距離的固定的相對關(guān)系放置，該方法包括以下步驟(a)提供一光學(xué)濾光器元件，并將光纖的端部配置來接收光或?qū)⒐馓峁┙o該光學(xué)濾光器元件；(b)提供一包括至少兩個分開的透鏡的復(fù)合透鏡，并將此復(fù)合透鏡配置在光纖端部和光學(xué)濾光器元件之間；以及(c)改變兩分開的透鏡之間的間隙，以對從兩光纖的端部之一傳播的通過該濾光器的光提供所想望的波長響應(yīng)。


圖1為具有用于將兩根光纖收容其中的孔的一光纖套管的軸測圖；圖2為表示一WDM濾光器一側(cè)視圖的示意圖，具有兩根分開的光纖，為便于理解在其一端被表示為越出該套管，一濾光器元件，兩塊透鏡，以及在其另一端的一接收/透射光纖；圖3為表示按照本發(fā)明一實(shí)施例的WDM濾光器一側(cè)視圖的示意圖；圖4及5為表示圖3中WDM濾光器一側(cè)視圖的示意圖，其中的復(fù)合透鏡裝置被進(jìn)行了差動調(diào)整；以及圖6為表示由于出射光纖上MFD失調(diào)而引起的插入損耗的高斯耦合損耗與透鏡間隔的關(guān)系曲線。
現(xiàn)在參見圖1，一光纖管10被表示為其中配置有兩根光纖端部12a和12b，且被進(jìn)行拋光，以使管的端面與光纖端部形成一平的表面。這種類型的套管或者箍通常由玻璃或者陶瓷材料制成，且被加工成在若干μm范圍內(nèi)非常嚴(yán)格的公差。兩個光纖端部12a和12b被配置為距離光纖管10的中心縱軸CA為相同的距離“b/2”。套管被加工成帶有與此中心軸分開不同距離的開口，且其中對于兩口開口距離中心軸的偏離是相同的。為便于理解，圖2所示的兩根光纖被表示為缺少收容它們的光纖套管10。光纖20a和20b的光纖芯的中心彼此分開的距離為“b”。包含透明的基片24b支承一多層薄膜鍍層24a的多層薄膜二向色光學(xué)濾光器24，按照這樣一種方式被配置在兩塊透鏡22a和22b之間，以便攔截從光纖端部之一12a或12b發(fā)射的光束。透鏡22a的焦距和位置，確保從光纖端部20a發(fā)射的光當(dāng)其射到濾光器24上時實(shí)質(zhì)上將被準(zhǔn)直。透鏡22b則確保透過該濾光器24的光束被聚焦在光纖端部20c。透鏡22a沿虛線OA的位置，決定了通過它的光束會不會相對于濾光器的鍍層24a被準(zhǔn)直。對于給定的光纖20a和濾光器24a之間的間隔來說，存在一種透鏡22a沿OA的唯一位置，以使射在濾光器24a上的光實(shí)質(zhì)上被準(zhǔn)直。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3至5，表示三個類似的光學(xué)濾光器組件，其中的復(fù)合透鏡包括被配置在光纖20a和濾光器24之間的兩個透鏡32a和32b。如在已有技術(shù)的電路中那樣，一單透鏡32c被設(shè)置在該濾光器和單光纖20c之間。
圖3,4和5表示，當(dāng)使透鏡32a和32b靠近時，射在該濾光器上的光束的入射角的增加變得較陡；另外，當(dāng)透鏡被分開而且其間的距離“d”增大時，在濾光器上的入射角減小。按照這種方式，在制造過程中該濾光器可被調(diào)諧，以保證該濾光器以所需的波長響應(yīng)。
此外，這提供使用標(biāo)準(zhǔn)的光纖管來收容兩根光纖20a及20b，或者選擇少量標(biāo)準(zhǔn)的光纖管之一，隨后通過相對移動透鏡32a及32b以改變其間間隙來調(diào)諧該濾光器；按照這種方式，可提供一大的調(diào)諧范圍。
復(fù)合透鏡組合32a和32b的等效焦距feff為feff=f1f2f1+f2-d]]>式中f1為第一透鏡32a的焦距，f2為第二透鏡32b的焦距，而且d為透鏡32a和32b的相反主面之間的距離，并且如果該透鏡為“薄”透鏡，則d為兩透鏡32a和32b之間的距離。
通過改變該復(fù)合透鏡兩元件之間的間隔，此等效焦距可在最大與最小值之間變化，即fmin＜feff＜fmax。將透射光聚焦在輸出光纖中的單透鏡32c的焦距，選擇被選擇在feff范圍的中間。
多種因素影響光的耦合是否最佳，或者換一種說法是否產(chǎn)生耦合損耗。當(dāng)透過濾光器元件24的某些光未被耦合進(jìn)它的予定輸出光纖時，便產(chǎn)生耦合損耗。圖6中的曲線，表示在感興趣的調(diào)諧范圍內(nèi)作為透鏡32a及32b之間間隔函數(shù)的耦合；此高斯耦合損耗是由輸出光纖的模式場直徑MFD和在輸出光纖20c入口處聚焦的光斑尺寸之間的失諧引起的。如圖6所示，存在一種以最低損耗耦合入光纖20c的最佳的焦距光斑尺寸。當(dāng)透鏡32a和32b之間的間隔如此之大以致于其等效焦距feff等于單透鏡32c的焦距時，此最小損耗點(diǎn)產(chǎn)生。如果feff的焦距與透鏡32c不同，則光斑尺寸太大或者太小，而且招致某些損耗。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中(未表示)，一復(fù)合透鏡被配置在濾光器24的兩側(cè)。按照這種方式，此等效焦距被調(diào)整為相同的。由于本實(shí)施例附加的成本和復(fù)雜性，更為實(shí)際和成本上更經(jīng)濟(jì)的實(shí)施例表示在圖至5中，其中提供一單透鏡32c以將光聚焦在光纖20c中。
圖3至5所示的裝置被濾光器分成兩側(cè)。被稱之為輸入的一側(cè)，具有輸入和反射部分。透射側(cè)只具有透射部分。因此，圖3至5描述一三部分構(gòu)成的裝置。
另外，在透射側(cè)可提一附加部分，以產(chǎn)生一四部分構(gòu)成的裝置。還有另一個實(shí)施例(未表示)是類似圖3至5的兩部分構(gòu)成的裝置，除了透鏡32c和透射光纖20c不存在之外。此優(yōu)選實(shí)施例由輸入一側(cè)的復(fù)合透鏡和透射一側(cè)的單一透鏡組成。
在光學(xué)濾光器的制造過程中，對于復(fù)合透鏡元件32a和32b之間的間隔進(jìn)行調(diào)整，同時測量透過濾光器24的光的波長。改變透鏡之間的間隔便改變在濾光器上的入射角，因而改變所透射光的波長。當(dāng)所期望的波長達(dá)到時，該透鏡間隔便被固定。
隨后，此反射信號被最優(yōu)化。這就要求同時調(diào)整被稱之為前工作距離FWD的輸入光纖20a和第一透鏡32a之間的距離，以及被稱之為后工作距BWD的濾光器和復(fù)合透鏡的第二元件32b之間的距離，即通過調(diào)整輸入光纖20a和合成透鏡32a和32b相對固定的復(fù)合透鏡的位置，同時監(jiān)控該反射信號。當(dāng)優(yōu)化的相應(yīng)位置達(dá)到時，此透鏡對和光纖管被固定就位。
最后，收容光纖20c的透射光纖管被定位于優(yōu)化耦合，同時監(jiān)控所透過的測試信號。
當(dāng)然，其它許多實(shí)施例可能也是所想象的，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)濾光器，包括一第一光波導(dǎo)；一被設(shè)置來接收來自該第一光學(xué)波導(dǎo)的光的光學(xué)濾光器元件；一配置在該第一光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)濾光器之間的第一透鏡和第二透鏡，以使射出為該光學(xué)濾光器指定的該第一光波導(dǎo)的光束通過該第一和第二透鏡，并且實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直在該光學(xué)濾光器上；以及一第二光學(xué)波導(dǎo)，用于接收在其照射在該光學(xué)濾光器元件上之后的光束的至少一部分。
2．如權(quán)利要求1所限定的光學(xué)濾光器，其中第一和第二透鏡之間不存在光學(xué)元件。
3．如權(quán)利要求1所限定的光學(xué)濾光器，其中第一和第二光學(xué)波導(dǎo)具有以固定的間隔配置的端部，其中該第一和第二光學(xué)波導(dǎo)為光纖，每根光纖均被配置在一套管中的不同開口中。
4．如權(quán)利要求3所限定的光學(xué)濾光器，進(jìn)一步包括一與第一和第二光纖之一光學(xué)耦合的第三光纖，用于接收來自上述第一和第二光纖之一的被聚焦的濾過光的至少一部分。
5．如權(quán)利要求4所限定的光學(xué)濾光器，進(jìn)一步包括一被配置在該濾光器元件和第三光纖之間的第三透鏡，實(shí)質(zhì)上用來將光聚焦及耦合到第三光纖中。
6．如權(quán)利要求4所限定的光學(xué)濾光器，其中第一和第二透鏡被如此配置，以使從第一和第二光纖之一發(fā)射的通過第一和第二透鏡傳播的光，隨后當(dāng)其射在濾光器元件上時實(shí)質(zhì)上被準(zhǔn)直；且被配置來提供一與所需濾光波長對應(yīng)的入射角。
7．如權(quán)利要求3所限定的光學(xué)濾光器，其中相應(yīng)地具有焦距f1和f2并分開一距離d的第一和第二透鏡的等效焦距feff，實(shí)質(zhì)上等于f1·f2/(f1+f2-d)，而且第一和第二透鏡之間的空間不存另外的光學(xué)元件。
8．一種制造光學(xué)濾光器的方法，該光學(xué)濾光器具有一以固定的相對關(guān)系放置兩根光纖的端部的光學(xué)濾光器管，該方法包括以下步驟a)將此光纖端部與一光學(xué)濾光器元件光學(xué)耦合；b)提供一包括至少兩塊分開的透鏡的復(fù)合透鏡，并將此復(fù)合透鏡配置在該光纖端部和光學(xué)濾光器元件之間；c)改變兩分開的透鏡之間的間隙，直至對于從兩光纖端部之一通過該濾光器傳播的光達(dá)到所需要的波長響應(yīng)為止。
9．如權(quán)利要求8所限定的光學(xué)濾光器制造方法，進(jìn)一步包括如下步驟改變復(fù)合透鏡的位置，同時監(jiān)控被反射給第二光纖的光學(xué)信號。
10．如權(quán)利要求8所限定的光學(xué)濾光器制造方法，進(jìn)一步包括以下步驟，將一包含光纖的透射光纖管定位，以便與此固定的透鏡優(yōu)化耦合及將此光纖管固定，同時監(jiān)控測試信號。
11．如權(quán)利要求4所限定的光學(xué)濾光器，其包括另一個包括一第三和第四透鏡的復(fù)合透鏡，被配置在該濾光器元件和第三光纖之間，實(shí)質(zhì)上用于將光聚焦及耦合到第三光纖中。
全文摘要
一種光學(xué)耦合器和制造光學(xué)濾光器的方法被公開,其中一具有兩塊分開的可移動透鏡的復(fù)合透鏡被配置在輸入/輸出部分和一濾光器元件例如二向色濾光器元件之間。該濾光器在組裝過程中通過改變可移動透鏡之間的間隙而被調(diào)諧。一旦證實(shí)優(yōu)化的耦合已經(jīng)達(dá)到,并且所需要的波長響應(yīng)已被實(shí)現(xiàn),便將兩透鏡固定就位。
文檔編號G02B6/34GK1309311SQ0110461
公開日2001年8月22日 申請日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月17日
發(fā)明者詹姆斯·阿瑟·奧尼爾, 范晨君(音譯), 斯蒂芬·哈羅德·莫法特, 雷·羅伯特·拉皮埃爾 申請人:Jds尤尼費(fèi)斯公司