專利名稱：用于光波導的高精度光準直器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明總的涉及光學通信系統(tǒng)，更具體地說是涉及光學通信系統(tǒng)中所用的光準直器。
相關(guān)申請的關(guān)聯(lián)引用本申請要求2000年3月15日提交的、名為“用于光波導的高精度光準直器”的、共同待批的美國臨時申請第60/189,395的申請日權(quán)益，該臨時申請的全文引用在此供參考。
背景技術(shù)：
光學通信系統(tǒng)采用準直透鏡將來自光波導或光纖的光傳遞至其它的光學元件。通常，從光纖射出的光會迅速地發(fā)散。為了高效地傳遞光學信號，需要捕獲盡可能多的發(fā)散光。對射出的光束進行準直是實現(xiàn)這一目的的一種方法。對光束進行準直需要對一準直透鏡進行定位，以接收光學信號，使得有基本平行的光射出準直透鏡。理想的是，光纖的端部應切成相對于其軸線成直角，使射出光纖的光平行于其軸線。然而，這一技術(shù)的一種主要的難點在于，一部分光學信號會被受切割的光纖的端面反射并通過光纖沿反向傳播。這是一種不希望有的狀況，稱作后反射。盡量減少后反射的一種方法是將光纖的端部切成一個角度，使反射光不在光纖中引導。通過這種方法，許多反射光會損失，不會通過光纖返回。
現(xiàn)有技術(shù)的

圖1中示出了一種盡量減少后反射的方法，其中套筒20內(nèi)所含的一光纖10被磨光成標準的傾斜物理接觸(APC)角，8°。因此，從光纖的端部射出的主光束偏離光纖軸線。對于通常的通信光纖，利用斯涅爾(Snell)定律，射出光纖的光束的合角可表示為約3.62°(如角26所示)。為了使光纖10正確地對準于一準直透鏡12，將含有該光纖10的一套筒20插入一準直器外殼22，套筒20相對于軸線24的夾角應為3.62°，以確保沿軸線24射出光纖的光與準直透鏡12的軸線13重合。
雖然將光纖10的軸線對準于套筒20的軸線，但很難可靠而恒定地將套筒20以正確的角度和正確的位置對準于外殼22。任何未對準都會降低準直質(zhì)量。如果光纖10的端部未對準，例如，如果它位于點25處而不是在點23，或者其實際角26沒有準確地補償從光纖10射出的光束的角度，則射出準直透鏡12的光會偏離所需的軸線24。為了構(gòu)成橫向空間模式變換器，諸如WIPO所公開的99/49340、99/49341和99/49342號PCT專利申請(這些申請都已轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，它們的內(nèi)容援引在此供參考)中所描述的那種，準直必須足夠地精確。
通常，現(xiàn)有技術(shù)的對準方法要么是成本昂貴，要么是精度不足以用于精確的場合。
發(fā)明概要本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的對準方法所存在的缺點，提供一種多元件組件和一種使該組件內(nèi)的一第一構(gòu)件和一第二構(gòu)件對準的方法。該多元件組件包括一具有球形表面的物體、一第一構(gòu)件和一第二構(gòu)件。該物體包括一第一孔和一第二孔。第一和第二孔具有以一預定角度相交的縱軸線。
在一個實施例中，該物體具有一中心，第一和第二孔的縱軸線與該中心相交。在另一實施例中，第一構(gòu)件是一光纖。在另一實施例中，第二構(gòu)件是一透鏡。在又一實施例中，該透鏡是一準直透鏡。
該方法包括以下步驟提供一具有球形表面的物體，以及在該物體中產(chǎn)生一第一孔和一第二孔。第一和第二孔具有以一預定角度相交的縱軸線。該方法還包括以下步驟使第一孔中的一第一構(gòu)件定位于一第一位置，以及使第二孔中的一第二構(gòu)件定位于一第二位置。在一個實施例中，第一和第二構(gòu)件相隔一預定距離。
從以下的附圖和描述可以清楚本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點。
附圖簡述為了更好地理解本發(fā)明的實施例，可參照附圖，其中相同的標號表示相應的元件或部分，附圖中圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中一常見的裝置，它用于使一光纖和一準直透鏡對準；圖2是按本發(fā)明構(gòu)成的光準直器的一個實施例的剖視圖；圖3a是帶有單個孔的光準直器外殼的一個實施例的剖視圖；圖3b表示按本發(fā)明構(gòu)成的對準夾具的一個實施例；
圖4表示使用圖3的對準夾具來制造本發(fā)明的準直器的組件的一個實施例；圖5a表示本發(fā)明的另一實施例，它使用一兩件式組件來制造一準直器外殼；圖5b表示本發(fā)明的另一實施例，它使用一球體和一套筒；圖6表示本發(fā)明一個實施例的一完整的準直器組件。
優(yōu)選實施例詳細描述大體上講，本發(fā)明涉及一種用于制造與光波導一起使用的高精度光準直器的方法以及用該方法制造的準直器。在本發(fā)明的一個實施例中，參見圖2，準直器外殼30包括一球形表面部分32(通常稱為球體)，該球體具有一突出的管子34。在一個實施例中，球體32精確機加工成相對一理想球體的偏差約為2微米。管子34包括一第一孔25，它與管子34同軸，并具有一縱軸線36。球體32包括一第二孔37，其縱軸線39偏離第一孔25的縱軸線一預定角度26。在一個實施例中，該預定角度等于3.62°。
第一孔25延伸通過球體32的中心38。諸如光纖之類的一第一構(gòu)件10插入一套筒20中。第一構(gòu)件10用粘結(jié)劑固定于套筒20中。該組件(套筒20和第一構(gòu)件10)以所需的APC進行磨光，并插入第一孔25中，該APC在一個實施例中為8°。在一個實施例中，套筒20用粘結(jié)劑固定于第一孔25中。在另一實施例中，套筒20用一組螺釘固定于第一孔25中。第一孔25的直徑在大于套筒20公稱外徑+5到+10微米之間。光纖可以是單模光纖、多模光纖、高階模光纖或低模光纖。
第二孔37的縱軸線與球體32的中心38相交，該縱軸線39偏離第一孔25的縱軸線36預定角度26。第二孔37中插入一第二構(gòu)件12，該第二構(gòu)件在一個實施例中是一透鏡12。在一個實施例中，透鏡12用粘結(jié)劑固定于第二孔37中。在另一實施例中，透鏡12用一鎖緊O型圈固定于第二孔37中。透鏡12可以是準直透鏡、GRIN透鏡、復合透鏡或單一透鏡。第二孔37的直徑取決于透鏡的直徑。透鏡12定位于第二孔37內(nèi)，使透鏡12的焦點位于球體32的中心38。
更詳細地說，制造準直器外殼30(參見圖3a)的方法從第一孔25開始，該第一孔具有一加工于管子34中的縱軸線36。管子34具有一對準槽口35，用以確保以后將套筒20相對于第一孔25正確地對準。第一孔25延伸通過球體32的中心38，并延伸超過中心38一段距離，該距離取決于球體32和構(gòu)件10、12的尺寸。然后，通過在一車床上轉(zhuǎn)動球體32，并采用普通技術(shù)人員公知的標準技術(shù)，可找到球體32的中心38。
圖3b表示一對準夾具40，它用于使球體32中的第二孔37的縱軸線39偏離第一孔25的縱軸線36預定角度26。該對準夾具40構(gòu)制成包括一頂面43、底面44、固定件45和孔46。平面42平行于底面44，并與頂面43相交。頂面43磨光或機加工成偏離平面42預定角度26，即3.62°。而后，垂直于新的頂面43鉆出孔46?？?6具有一中心軸線，該軸線表示為虛線47。為了比較，垂直于底面44畫出線41。插入對準延伸件35’，用以與管子34的對準槽口35相配合。
參見圖4，準直器外殼30的管子34插入對準夾具40的孔46。然后，準直器外殼30被螺紋蓋65固定于夾具40中，該螺紋蓋將準直器外殼30固定于適當位置。組件50用插設通過孔47的固定件45(未圖示)安裝于夾具66上，夾具66固定于可旋轉(zhuǎn)工作臺52的中心。將夾具40的位置調(diào)節(jié)成確?？尚D(zhuǎn)工作臺52的旋轉(zhuǎn)軸線54與球體32的中心38重合。之后，擰緊固定件45(未圖示)，使夾具40固定。在另一實施例(未圖示)中，組件50直接固定于可旋轉(zhuǎn)工作臺52。然后，組件50在可旋轉(zhuǎn)工作臺52上繞工作臺52的旋轉(zhuǎn)軸線54轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)軸線54偏離第一孔25的縱軸線36預定角度26。雖然第一孔25的縱軸線36沒有與工作臺52的旋轉(zhuǎn)軸線54對齊，但只要存在球體32的足夠的表面部分，仍可找到球體32的中心。在一個實施例中，預定角度26不大于球體32的該部分表面所對的最大角。
在組件50轉(zhuǎn)動時，通常用測量裝置(例如測徑器或探測器)接觸球體32的表面，以確定中心38，并且將第二孔37鉆成與中心38相交。第二孔37延伸超過中心38一段距離，以容納光束的光學路徑。第二孔37的直徑取決于透鏡12所需的通光孔徑。
然后，鉆出與第二孔37同軸的一更大的孔58，以在與球體32的中心38相隔一預定距離處為透鏡12形成一支座。在一個實施例中，切出一略大的孔59，以防止透鏡12的邊緣受損。要注意的是，球體32的頂部表示為一平坦的表面60，還可以有附加的機械凹槽，諸如凹槽61。然而，在其它實施例中，球體32不經(jīng)加工，仍可具有球形的頂部64。在另一實施例中，鉆出一較大的孔62，供由透鏡12準直的光傳播。
圖5a表示本發(fā)明的一個實施例，它使用由球體32和管子34構(gòu)成的一兩件式組件70。通過球體32的中心38鉆出一個孔72，用以容納管子34。管子34設計成可保持套筒20。
圖5b表示本發(fā)明的一個實施例，它使用套筒20和球體32。通過球體32的中心38精確地鉆出一個孔72，以容納套筒20。
圖6中示出一完整的多元件準直組件。該圖表示帶有透鏡12、孔62、孔58、孔37和孔25的球體32以及含有第一構(gòu)件10的套筒20。透鏡12先插入并固定于孔58中，隨后將包含光纖10的套筒20插入第一孔25，一直插到與透鏡12相隔一預定距離。在一個實施例中，該預定距離是透鏡12的焦距。套筒20的位置被細調(diào)成可實現(xiàn)精確的準直。為防止套筒20轉(zhuǎn)動(如果發(fā)生轉(zhuǎn)動則會影響射出第一構(gòu)件10的光束的位置)，一旦達到最終位置，便使套筒20固定。在一個實施例中，套筒20用一鎖緊螺釘(未圖示)固定于管子34內(nèi)。在另一實施例中，套筒20用粘結(jié)劑固定。
用本發(fā)明的方法和裝置，可精確地制造3.62°的預定角度。在本發(fā)明的另一實施例中，用本發(fā)明的方法和裝置可以在孔25、37的縱軸線36、39之間實現(xiàn)任何需要的角度。
上面已參照本發(fā)明的某些具體實施例對本發(fā)明進行了描述，應予理解，該描述并沒有限制的意思，因為本技術(shù)領域的技術(shù)人員現(xiàn)在已可輕易實現(xiàn)進一步的改進，這些改進理應落在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使一第一構(gòu)件對準于一第二構(gòu)件的方法，包括提供一物體，該物體包括一球形表面，該球形表面具有一中心；在所述物體中產(chǎn)生一第一孔，所述第一孔具有一與所述中心相交的縱軸線；在所述物體中產(chǎn)生一第二孔，所述第二孔具有一與所述中心相交的縱軸線，所述第一孔的所述縱軸線和所述第二孔的所述縱軸線以一預定角度相交；將所述第一構(gòu)件定位于所述第一孔中；以及將所述第二構(gòu)件定位于所述第二孔中，使所述第一和第二構(gòu)件按所述預定角度對準。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二構(gòu)件與所述第一構(gòu)件相隔一預定距離。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一構(gòu)件是一光纖，它具有一光纖端部。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度為3.62°。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括調(diào)節(jié)所述光纖端部相對于所述中心的位置。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二構(gòu)件是一透鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一孔具有一第一孔徑，所述第二孔具有一第二孔徑，所述第一孔徑小于所述第二孔徑。
8.一種多元件組件，包括一物體，它包括一球形表面，所述物體限定各有一縱軸線的一第一孔和一第二孔，所述第一孔的所述縱軸線和所述第二孔的所述縱軸線以一預定角度相交；一定位于所述第一孔中的第一構(gòu)件；以及一定位于所述第二孔中的第二構(gòu)件。
9.如權(quán)利要求8所述的組件，其特征在于，所述第二構(gòu)件與所述第一構(gòu)件相隔一預定距離。
10.如權(quán)利要求8所述的組件，其特征在于，所述物體具有一中心，所述第一孔的所述縱軸線和所述第二孔的所述縱軸線在所述中心處相交。
11.如權(quán)利要求8所述的組件，其特征在于，所述第一孔和所述第二孔分別具有一第一孔徑和一第二孔經(jīng)，所述第一孔徑小于所述第二孔徑。
12.如權(quán)利要求8所述的組件，其特征在于，所述第一構(gòu)件是一光纖。
13.如權(quán)利要求12所述的組件，其特征在于，所述光纖從包括單模光纖、多模光纖、高階模光纖和低模光纖的材料組中選擇。
14.如權(quán)利要求8所述的組件，其特征在于，所述第二構(gòu)件是一透鏡。
15.如權(quán)利要求14所述的組件，其特征在于，所述透鏡是一準直透鏡。
16.如權(quán)利要求15所述的組件，其特征在于，所述準直透鏡是一梯度指數(shù)透鏡。
17.一種多元件光學組件，包括一物體，它具有一基本球形部分和一中心；一由所述物體限定的第一孔，所述第一孔具有一第一孔軸線和一第一孔徑；一由所述物體限定的第二孔，所述第二孔具有一第二孔軸線和一第二孔徑，所述第二孔徑大于所述第一孔徑，所述第一和第二孔軸線在所述中心處以一預定角度相交；一定位于所述第一孔中的光纖；以及一定位于所述第二孔中的準直透鏡。
18.如權(quán)利要求17所述的光學組件，其特征在于，所述光纖和所述準直透鏡相隔一段距離。
19.如權(quán)利要求18所述的光學組件，其特征在于，所述距離是一預定距離。
20.一種使一第一構(gòu)件對準于一第二構(gòu)件的方法，包括提供一物體，它包括一球形表面，該球形表面具有一中心；在所述物體中產(chǎn)生一第一孔，所述第一孔具有一與所述中心相交的縱軸線；提供一帶有一頂而和一底面的夾具，所述頂面偏離于與所述底面平行的平面一預定角度；在所述夾具中產(chǎn)生一第二孔，所述第二孔垂直于所述頂面；將所述物體固定于所述夾具中；在所述物體中產(chǎn)生一第三孔，所述第三孔具有一與所述中心相交的縱軸線，所述第一孔的所述縱軸線和所述第三孔的所述縱軸線以一預定角度相交；將所述第一構(gòu)件定位于所述第一孔中；以及將所述第二構(gòu)件定位于所述第三孔中，使所述第一和第二構(gòu)件按所述預定角度對準。
21.一種用于使一第一構(gòu)件對準于一第二構(gòu)件的方法，它基本如參照附圖以實例方式在說明書中所描述的。
22.一種多元件光學組件，它基本如參照附圖以實例方式在說明書中所描述的。
全文摘要
一種在一光準直器組件(30)內(nèi)使第一和第二構(gòu)件(10，12)對準的多元件組件和方法。該組件(30)包括一具有球形表面(32)的物體、第一和第二孔(10，12)以及第一和第二孔(25，37)。第一和第二孔(25，37)具有以一預定角度相交的縱軸線。在一個實施例中，第一和第二孔(25，37)的縱軸線在物體的中心處相交。在另一實施例中，第一構(gòu)件(10)是一光纖，第二構(gòu)件(12)是一透鏡。透鏡(12)可以是一準直透鏡。該方法包括以下步驟提供一具有球形表面(32)的物體，在該物體中產(chǎn)生第一和第二孔(25，37)，以及將第一和第二構(gòu)件(10，12)分別在第一和第二位置定位于第一和第二孔(25，37)中。
文檔編號G02B6/32GK1418320SQ01806568
公開日2003年5月14日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月15日
發(fā)明者I·納爾 申請人:美國鐳射康有限公司