專利名稱：：非球面光纖耦合鏡片的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明是有關一種運用于光電耦合模塊的非球面光纖耦合鏡片，其可將半導體激光發(fā)散出的光線有效率地聚集并聚焦，以供光纖傳送。
背景技術：
：光通訊為近年來重要的產業(yè)，在光通訊元件中，光電耦合模塊包含功能元件的光源(如激光二極管或LED等)、光纖耦合鏡片及光纖(opticalfiber)。激光二極管發(fā)出數據光線后，經過光纖耦合鏡片將數據光線聚集于光纖上，經由光纖傳送。如圖1,由于光纖的直徑很小，大約在數微米至數十微米之間，且光纖耦合鏡片的尺寸也很小，不但需要精確的在X方向定位聚焦，也需要在Z方向的光軸上精確的定位聚焦。在現有技術上，光纖耦合鏡片可由單片式或多片式鏡片所構成，多片式鏡片所構成的光纖耦合鏡片，可聚集最大的光線，也有良好的聚焦效果，然而以單片鏡片較具市場竟爭能力。對于單片鏡片所構成的光纖耦合鏡片，對于短距離的聚焦點(由光源至聚焦點，dl與d3)的光纖耦合鏡片常采用雙凸型鏡片設計，如美國專利US5,764,838、US4,932,763、US5,293,269、日本專利JP62059912等。由于，光纖耦合鏡片直徑通常很小，對于較長距離的聚焦點可能會產生繞射現象，除避免繞射現象外，對位精確度(alignmentaccuracy)與耦合效率(couplingefficiency)也要良好，如美國專利US5,642,233、US2003/012496、日本專利JP9061665、JP63010119、JP5273463、JP62108217、JP2150816、JP07128616等。再者，光電耦合模塊的激光光源發(fā)出的數據光線經過光纖耦合鏡片會造成溫度上升，為避免光纖耦合鏡片長期受熱而變形，以玻璃為材質或以模造玻璃技術制造光纖耦合鏡片，如日本專利JP63297233、美國專利US2002/114085、臺灣專利TW240706、TWD076092等。為使光電耦合模塊具最佳效果，要求光纖耦合鏡片具有聚焦點小、高耦合效率(couplingefficiency)、光纖耦合鏡片的物側的開孔數(numberapertureonobjectiveside)大等光學特性，為要達此效果，現有技術常使用繞射鏡片以設計光纖耦合鏡片，如日本專利WO2007145118、JP2006227366，美國專利US2003012496等。然而，使用繞射鏡片以設計光纖耦合鏡片將增加制造的困難度，使成本也難以降低，因此有必要發(fā)展簡單的光學曲面、價廉、可由模造玻璃技術制造的光纖耦合鏡片，以促進光通訊產業(yè)的快速發(fā)展。
發(fā)明內容本發(fā)明主要目的乃在于提供一種具有簡單的光學曲面、價廉、可由模造玻璃技術制造的光纖耦合鏡片，為此，本發(fā)明提出了一種光纖耦合鏡片，其為一雙凸型正屈光度的透鏡，具有一非球面第一光學面及一非球面第二光學面，其光學特性滿足以下條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，f為非球面光纖耦合鏡片的有效焦距(effectivefocallength),d2為該鏡片的厚度，&為該鏡片的折射率(refractionindex),Rl為該鏡片第一光學面的曲率半徑，R2為該鏡片第二光學面的曲率半徑。更進一步，該光纖耦合鏡片可為玻璃材質所制成，可使用玻璃精密模造方法(precisionglassmolding)制成，其制成的光纖耦合4竟片的折射率滿足下列條件其中，iVrf為該鏡片的折射率(refractionindex),vrf為該鏡片的阿貝數(Abbenumber)。藉此，使本發(fā)明的光纖耦合鏡片可有效提高聚焦點定位精確度、具有高耦合效率與高數值的物側的開孔數(numberapertureonobjectiveside)等光學特性，達成簡易且較低成本的功效，藉以提升光纖耦合鏡片的應用性。圖1是一光電耦合模塊示意圖；圖2是一本發(fā)明光纖耦合鏡片的光路圖；圖3是本發(fā)明第一實施例的波前像差圖；圖4是本發(fā)明第二實施例的波前像差圖；圖5是本發(fā)明第三實施例的波前像差圖；圖6是本發(fā)明第四實施例的波前像差圖；圖7是本發(fā)明第五實施例的波前像差圖；圖8是本發(fā)明第六實施例的波前像差圖。附圖標記說明l-光電耦合模塊(fibercouplingunit);2-光纖耦合鏡片(fibercouplinglens)2;3-發(fā)光源(emissionpoint);4畫表3皮璃(coverglass);5隱光闌(aperture)5;6-聚焦點(pointoffocus)。具體實施方式為使本發(fā)明更加明確詳實，茲列舉較佳實施例并配合下列圖示，將本發(fā)明的結構及技術特征詳述如后參照圖l所示，其是本發(fā)明運用示意圖；本發(fā)明是應用于一光電耦合模塊1中，其沿著光纖耦合鏡片2的光軸Z排列，發(fā)光源3為一半導體激光，可發(fā)出波長1310nm的數據光線；光電耦合模塊1尚包含表玻璃4及光闌5,該光闌5是一種中置光圏，其是設于表玻璃4與光纖耦合鏡片2之間如圖1所示，數據光線經由表玻璃4及光闌5后由光纖耦合鏡片2聚焦于聚焦點6上，由光纖(圖未示)接收而傳送。其中，本發(fā)明的光纖耦合鏡片2并不限于使用半導體激光1的波長范圍，或限制發(fā)光源3至聚焦點6的距離。參照圖2所示，其是本發(fā)明的結構示意圖；光纖耦合鏡片2為一雙凸型的非球面透鏡，具有一非球面第一光學面Rl及一非球面第二光學面R2,可利用折射率(W)大于1.5、阿貝數(vj大于46的玻璃或塑膠材質制成。其光學特性滿足以下條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>1.2<(丄-丄)-/<2.2;尺《0.2,-1),<1.2;其中，f為非球面光纖耦合鏡片的有效焦距，d2為該鏡片的厚度，iV,為該鏡片的折射率，Rl為該鏡片第一光學面的曲率半徑，R2為該鏡片第二光學面的曲率半徑。第一光學面Rl及第二光學面R2的非球面的方程式(AsphericalSurfaceFormula)為式(7):c/z2，++^/26+-+4o"0+AW2(7)1+(l+《)c2A2)其中，c是曲率，h為鏡片高度，K為圓錐系數(ConicConstant)、A4、A6、A8、A10、A12分別四、六、八、十、十二階的非球面系數(NthOrderAsphericalCoefficient)。藉上述結構，可有效提高聚焦點定位精確度、具有高耦合效率與高數值的物側的開孔數(numberaperture)等光學特性，達成簡易且較低成本的功效，藉以提升光纖耦合鏡片的應用性。茲列舉較佳實施例，并分別說明如下<第一實施例>請參考圖2、3所示，其分別是本發(fā)明光纖耦合鏡片第一實施例的結構示意圖與波前像差(wavefrontaberration)圖；本實施例的光纖耦合鏡片2是使用玻璃材料折射率乂=1.58313、阿貝數v^=59.4所制成，下列表(一)中分別列有第一光學面Rl及第二光學面R2光學面在光軸上的曲率半徑R(單位mm)(theradiusofcurvatureR)、光軸上光纖耦合鏡片2的厚度d2(單位mm)。表(一)f=1.181577nF=1.58995第一光學面d2Rl3.7477451.2001.58359.4K4.656747<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在表(一)中，f為有效焦距，d2為該鏡片的厚度，nF為折射值(refractionindex)、NAO為物側的開孑L數(numberapertureonobjectiveside)、NAI為《象側的開孑L數(numberapertureonimageside)、tj為耦合效率(FiberCouplingEfficiency);由表(一)可計算出&=1.0156及1—及2=1.4796(丄-丄)./=1.9453(7Vrf—".4^0.1161(^-1)~=0.6014=94.04可以滿足條件式(1)式(6)。為進一步比較其功效，當發(fā)光源3發(fā)出波長為1310nm的激光光線時，由于激光光線的波前為一球面波，經由本實施例的光纖耦合鏡片2聚集與聚焦于聚焦點6上，其聚焦點6的波前如圖3，由此圖可計算出本實施例的均方根波前像差(rootmeansquareWavefrontAberration)為0.0321人rms,藉此可證明本發(fā)明的光纖耦合鏡片可達成聚焦點小、體積小及耦合效率高的優(yōu)點，而提升本發(fā)明的應用性。<第二實施例〉本實施例的光纖耦合鏡片2是使用玻璃材料折射率iV,1.58313、阿貝數v^=59.4所制成，下列表(二)中分別列有第一光學面Rl及第二光學面R2光學面在光軸上的曲率半徑R、光軸上光纖耦合鏡片2的厚度d2、有效焦距f、為折射值nF、物側的開孔數NAO、像側的開孔數NAI、耦合效率T]。表(二)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>當發(fā)光源3發(fā)出波長為1310nm的激光光線時，光纖耦合鏡片2將其聚集與聚焦于聚焦點6上，其聚焦點6的波前如圖4，由此圖可計算出本實施例的均方根波前像差為0.0225Xrms，藉此可證明本發(fā)明的光纖耦合鏡片可達成聚焦點小、體積小及耦合效率高的優(yōu)點，而提升本發(fā)明的應用性。<第三實施例〉本實施例的光纖耦合鏡片2是使用玻璃材料折射率iV,1.51424、阿貝數^=63.7所制成，下列表(三)中分別列有第一光學面Rl及第二光學面R2光學面在光軸上的曲率半徑R、光軸上光纖耦合鏡片2的厚度d2、有效焦距f、為折射值nF、物側的開孔數NAO、像側的開孔數NAI、耦合效率t]。表(三)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表(三)可計算出:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>可以滿足條件式(1)~式(6)。當發(fā)光源3發(fā)出波長為1310nm的激光光線時，光纖耦合鏡片2將之聚集與聚焦于聚焦點6上，其聚焦點6的波前如圖5，由此圖可計算出本實施例的均方根波前像差為0.0563Xrms，藉此可證明本發(fā)明的光纖耦合鏡片可達成聚焦點小、體積小及耦合效率高的優(yōu)點，而提升本發(fā)明的應用性。<第四實施例>本實施例的光纖耦合鏡片2是使用玻璃材料折射率&=1.58313、阿貝數v^=59.4所制成，下列表(四)中分別列有第一光學面Rl及第二光學面R2光學面在光軸上的曲率半徑R、光軸上光纖耦合鏡片2的厚度d2、有效焦距f、為折射值nF、物側的開孔數NAO、像側的開孔數NAI、耦合效率ti。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>iV,vrf=94.04可以滿足條件式(1)式(6)。當發(fā)光源3發(fā)出波長為1310nm的激光光線時，光纖耦合鏡片2將之聚集與聚焦于聚焦點6上，其聚焦點6的波前如圖6，由此圖可計算出本實施例的均方根波前像差為0.0278Xrms,藉此可證明本發(fā)明的光纖耦合鏡片可達成聚焦點小、體積小及耦合效率高的優(yōu)點，而提升本發(fā)明的應用性。<第五實施例>本實施例的光纖耦合鏡片2是使用玻璃材料折射率義=1.58313、阿貝數v^=59.4所制成，下列表(五)中分別列有第一光學面Rl及第二光學面R2光學面在光軸上的曲率半徑R、光軸上光纖耦合鏡片2的厚度d2、有效焦距f、為折射值nF、物側的開孔數NAO、像側的開孔數NAI、耦合效率t]。表(五)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>NAO=0.4NAI=0.22由表(五)可計算出^=0.87114^=畫。1及，及,)/=1.7757(^-".■/L-0.0133(]Vrf-l)《=0.44251尸iV,v</=94.04可以滿足條件式(l)~式(6)。當發(fā)光源3發(fā)出波長為1310nm的激光光線時，光纖耦合鏡片2聚集與聚焦于聚焦點6上，其聚焦點6的波前如圖7，由此圖可計算出本實施例的均方根波前像差為0.0502Xrms,藉此可證明本發(fā)明的光纖耦合鏡片可達成聚焦點小、體積小及耦合效率高的優(yōu)點，而提升本發(fā)明的應用性。<第六實施例〉本實施例的光纖耦合鏡片2是使用玻璃材料折射率=1.73077、阿貝數^=40.5所制成，下列表(六)中分別列有第一光學面Rl及第二光學面R2光學面在光軸上的曲率半徑R、光軸上光纖耦合鏡片2的厚度d2、有效焦距f、為折射值nF、物側的開孔數NAO、像側的開孔數NAI、耦合效率"。表(六)1.13nF=1.74346第一光學面d2Rl7.9744951.0001.73140.5<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由表(六)可計算出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>可以滿足條件式(1)-式(6)。當發(fā)光源3發(fā)出波長為1310nm的激光光線時，光纖耦合鏡片2將之聚集與聚焦于聚焦點6上，其聚焦點6的波前如圖8，由此圖可計算出本實施例的均方根波前像差為0.0502irms，藉此可證明本發(fā)明的光纖耦合鏡片可達成聚焦點小、體積小及耦合效率高的優(yōu)點，而提升本發(fā)明的應用性。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅是說明性的，而非限制性的；本專業(yè)技術人員理解，在本發(fā)明權利要求所限定的精神和范圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內。權利要求1、一種非球面光纖耦合鏡片，是使用于光電耦合模塊中，其特征在于該非球面光纖耦合鏡片為一具有正屈光度的雙凸型透鏡，包含一第一光學面及一第二光學面；其中第一光學面及一第二光學面均為非球面所構成，且滿足以下條件<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mn>0.5</mn><mo><</mo><mfrac><msub><mi>d</mi><mn>2</mn></msub><mi>f</mi></mfrac><mo><</mo><mn>1.5</mn><mo>;</mo></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><mn>1.0</mn><mo><</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo><</mo><mn>2.0</mn><mo>;</mo></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mn>1.2</mn><mo><</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mfrac><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>f</mi><mo><</mo><mn>2.2</mn><mo>;</mo></mrow>]]></math></maths>其中，f為非球面光纖耦合鏡片的有效焦距，d2為該鏡片的厚度，R1為該鏡片第一光學面的曲率半徑，R2為該鏡片第二光學面的曲率半徑。2、根據權利要求l所述的非球面光纖耦合鏡片，其進一步滿足以下條件0.001<d"丄〈0.15;其中，f為非球面光纖耦合鏡片的有效焦距，K為該鏡片的折射率，Rl為該鏡片第一光學面的曲率半徑。3、根據權利要求1所述的非球面光纖耦合鏡片，其進一步滿足以下條件0.2<(一1)，<1.2;其中，f為非球面光纖耦合鏡片的有效焦距，d2為該鏡片的厚度，W為該鏡片的折射率。4、根據權利要求1所述的非球面光纖耦合鏡片，其中該非球面光纖耦合鏡片為玻璃材料所制成。5、根據權利要求4所述的非球面光纖耦合鏡片，其滿足下列條件其中，K為該鏡片的折射率，v^為該鏡片的阿貝數。全文摘要一種非球面光纖耦合鏡片，其是應用于光電耦合模塊中，為一具正屈光度的雙凸型透鏡，包含一第一光學面及一第二光學面，其中第一光學面及一第二光學面均為非球面所構成，且滿足以下條件0.5＜(d<sub>2</sub>/f)＜1.5；1.0＜(R<sub>1</sub>-R<sub>2</sub>)/(R<sub>1</sub>+R<sub>2</sub>)＜2.0；1.2＜((1/R<sub>1</sub>)-(1/R<sub>2</sub>))·f＜2.2；其中，f為非球面光纖耦合鏡片的有效焦距，d2為該鏡片的厚度，R1為該鏡片第一光學面的曲率半徑，R2為該鏡片第二光學面的曲率半徑。藉此，本發(fā)明的非球面光纖耦合鏡片可達成聚焦點小、體積小及耦合效率高的優(yōu)點，藉以提升光電耦合模塊的應用性。文檔編號G02B6/42GK101566710SQ20081009321公開日2009年10月28日申請日期2008年4月23日優(yōu)先權日2008年4月23日發(fā)明者郭明哲申請人:一品光學工業(yè)股份有限公司