具有擴(kuò)展光束的多模態(tài)多芯光纖連接的制作方法
【專利摘要】公開了一種方法和系統(tǒng)，其使用具有大芯半徑(例如為GRIN光纖被用于與其互相連接的光纖的半徑的兩倍)的GRIN光纖來擴(kuò)展入射光束。在有些示例中，GRIN光纖使得入射光束擴(kuò)展到基本平行。在有些示例中，光束擴(kuò)展以增加了對于光纖之間的角度失準(zhǔn)的靈敏度為代價(jià)降低了在光纖之間對于橫向失準(zhǔn)的連接靈敏度(即，能量衰減)。在有些示例中，具有MT型套圈的多芯光纖連接器模塊(例如MPO)被用于互相連接多個(gè)光纖對，每個(gè)光纖對具有GRIN光纖終端。在有些示例中，基本平行的入射光束允許在光纖之間的高效傳輸，不需要光纖之間的物理接觸。
【專利說明】具有擴(kuò)展光束的多模態(tài)多芯光纖連接
[0001] 關(guān)聯(lián)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年4月11日提交的No. 61/622, 794美國臨時(shí)申請的權(quán)益，該臨 時(shí)申請通過引用被并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明通常涉及在光纖之間的互相連接，更具體涉及用于多模態(tài)光纖的高密度多 芯光纖連接器。
【背景技術(shù)】
[0004] 光纖具有從高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)到使用高能激光的外科醫(yī)療裝置的廣泛范圍的應(yīng) 用。經(jīng)常在光纖系統(tǒng)中需要光連接器，以用于如下目的：拼接光纜并且使得各種激光工具附 接到光纜上。持續(xù)需要提供一種高效多芯光纖光連接器，用于使得光傳輸時(shí)的能量損失最 小并且便于多個(gè)光纖對的方便連接。
[0005] 本說明書公開了一種用于多模態(tài)光纖的多芯光纖連接器。該連接器使用梯度折射 率（GRIN)來擴(kuò)展來自傳輸多模態(tài)光纖的光束的直徑并且使得光束聚焦到接收光纖中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明提出了使用具有大芯半徑（例如為GRIN光纖被用于與其互相連接的光纖 的半徑的兩倍）的GRIN光纖，來擴(kuò)展入射光束。在有些示例中，GRIN光纖使得入射光束擴(kuò) 展成基本平行。光束擴(kuò)展以增加對于光纖之間的角度失準(zhǔn)的靈敏度為代價(jià)降低了對于光纖 之間的橫向失準(zhǔn)的連接的靈敏度（即，能量衰減）。但是，采用某一光纖連接硬件，角度對齊 更容易被控制，使得對于角度失準(zhǔn)具有更高的靈敏度成為對使得橫向失準(zhǔn)具有更高的靈敏 度的更加優(yōu)選的選擇。
[0007] 在有些示例中，具有MT型套圈的多芯光纖連接器模塊（例如ΜΡ0)被用于互相連 接多個(gè)光纖對，每個(gè)光纖對具有如上所述的GRIN光纖終端。在有些示例中，入射光束的基 本平行允許光纖之間的高效傳輸，不需要光纖之間的物理接觸。在另外的示例中，抗反射涂 層被施加到GRIN光纖界面上，以進(jìn)一步增加耦合效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖1示意性示出了在GRIN光纖終止互連系統(tǒng)中的光束擴(kuò)展。
[0009] 圖2不出了波長為850nm時(shí)用于標(biāo)準(zhǔn)光纖和GRIN光纖兩者的拋物線形的折射率 分布圖。
[0010] 圖3示意性示出了在GRIN光纖終止互連系統(tǒng)中的光束擴(kuò)展。
[0011] 圖4示出了用于使用媒介GRIN光纖的具有或者不具有擴(kuò)展光束的光纖界面的橫 向失準(zhǔn)根據(jù)衰減的靈敏度。
[0012] 圖5示意性示出了在GRIN光纖對之間的角度失準(zhǔn)的效果。
[0013] 圖6示意性示出了在GRIN光纖對之間的量化的角度失準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] GRIN光纖透鏡通常已經(jīng)被用于擴(kuò)展單模態(tài)光纖的光束，該單模態(tài)光纖的芯直徑通 常處于幾微米的數(shù)量級，以進(jìn)行高效持久連接。光束擴(kuò)展大大地降低了在GRIN-GRIN界面 處的能量密度，因而大大地減少了光纖之間失準(zhǔn)的靈敏度。作為對比，多模態(tài)光纖通常具有 大的直徑（例如，50 μ m)。因此，用于多模態(tài)光纖之間的光稱合的光束擴(kuò)展的顯著的有益效 果不可能立即顯現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的某些方面，具有大芯的GRIN光纖可用于獲得在能量密度 上的顯著的減少，由此減少了對于存在粉塵微粒和橫向位移的這種因素的靈敏度。另外，通 過使用GRIN光纖來基本上校直光束，不需要光纖之間的端到端物理接觸。該特征在多芯光 纖連接器的持久性上具有顯著的影響，因?yàn)樵诙鄠€(gè)光纖對之間的物理接觸能在連接器結(jié)構(gòu) 上引起顯著的應(yīng)力并且不利地影響連接器的持久性。
[0015] 在圖1中示意性示出了用于在多模態(tài)光纖之間的擴(kuò)展光束連接的GRIN光纖系統(tǒng) 100。在這種配置下，GRIN透鏡110 (可包括具有界面160的兩個(gè)分離的GRIN光纖110a和 ll〇b)分別在界面130和150處光連接兩個(gè)多模態(tài)光纖120和140。在該示例中的GRIN光 纖110a和110b中的每個(gè)是1/4間距GRIN光纖。在該示例中GRIN透鏡和光纖120和140 是實(shí)心圓柱形的，每個(gè)具有沿著z軸對齊的光軸。在該示例中，GRIN透鏡110由與光纖120 和140具有相同直徑的兩個(gè)光纖節(jié)段110a和110b構(gòu)成，所述節(jié)段110a和110b分別被連 接到光纖120和140上，但是可以具有其它的截面尺寸。另外，在兩個(gè)半段110a和110b之 間的界面160可以是該兩個(gè)半段之間的接觸界面，但是也可以具有氣隙或者真空間隙。透 鏡110的總長度2 1)是GRIN光纖節(jié)段110a和110b的長度之和。
[0016] 如圖1中進(jìn)一步示出，多模態(tài)光纖120的光束170在GRIN光纖節(jié)段110a中形成 擴(kuò)展光束172。在GRIN光纖節(jié)段110a的射出面（界面160)處，光束172基本平行。一旦 進(jìn)入到GRIN光纖節(jié)段110b中，基本平行的光束174被再聚焦，并且作為引導(dǎo)光束176進(jìn)入 到另一多模態(tài)光纖140中。
[0017] 如圖2和3所示，在根據(jù)本發(fā)明的典型配置中，GRIN光纖110a和110b具有芯半 徑R 2，其大于多模態(tài)光纖（也稱為"標(biāo)準(zhǔn)光纖"）120和140的芯半徑&。如圖2所示，在該 特定的示例中，馬是札的約兩倍。在這種情況下，GRIN光纖芯具有相同的對比（即，在該 芯的中心處的折射率η。。和覆層的折射率1^之間的差）。能量密度降低了因數(shù)取/%) 2 = 4。橫向失準(zhǔn)的靈敏度顯著降低，如圖4所示，其中，假定固有衰減為0.02dB，GRIN到光纖接 合精確對準(zhǔn)的情況下，繪制了作為橫向失準(zhǔn)的函數(shù)的衰減。該繪圖用于滿溢發(fā)射（0FL)和 已知為周圍通量（EF)的受限發(fā)射。
[0018] 雖然擴(kuò)展光束界面降低了橫向失準(zhǔn)的靈敏度，但是它增加了角度失準(zhǔn)的靈敏度。 如圖5示意性所示，光束在GRIN到光纖界面處的位移可直接關(guān)聯(lián)于在GRIN-GRIN界面處的 角度失準(zhǔn)。
[0019] 根據(jù)幾何光學(xué)，每條光線可具有下列公式的特征：
[0020]
【權(quán)利要求】
1. 一種光纖連接器，包括： 多個(gè)光纖組件，每個(gè)光纖組件包括限定光軸的多模態(tài)光纖和限定另一光軸并且連接到 所述多模態(tài)光纖上的梯度折射率（GRIN)光纖，所述多模態(tài)光纖和GRIN光纖的所述光軸基 本互相對齊，所述多模態(tài)光纖的芯具有一定截面尺寸，所述GRIN光纖的芯具有大于所述多 模態(tài)光纖的所述截面尺寸的截面尺寸；和 保持所述多個(gè)光纖組件的支撐件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖連接器，其特征在于，在每個(gè)光纖組件中的所述GRIN光 纖適于基本上校直從所述GRIN光纖被連接到其上的所述多模態(tài)光纖所接收的光束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖連接器，其特征在于，所述GRIN光纖的芯具有一定的截 面尺寸，其為所述多模態(tài)光纖的所述截面尺寸的至少兩倍大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖連接器，其特征在于，所述GRIN光纖的芯具有一定的截 面尺寸，其為所述多模態(tài)光纖的所述截面尺寸的至少兩倍大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖連接器，其特征在于，所述支撐件包括具有多個(gè)通道的 套圈，每個(gè)所述通道適于容納對應(yīng)的一個(gè)所述光纖組件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖連接器，其特征在于，所述套圈包括MT型套圈。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖連接器，其特征在于，在每個(gè)所述光纖組件中的所述 GRIN光纖限定了沿著所述GRIN光纖的所述光軸分離開設(shè)置的兩個(gè)端表面，所述兩個(gè)端表 面中的一個(gè)光連接到在所述組件中的所述多模態(tài)光纖上，所述連接器還包括在另一個(gè)所述 端表面上的抗反射涂層。
8. -種光纖連接系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1的任一項(xiàng)的兩個(gè)光纖連接器，所述兩個(gè)連接器 適于形成互相配合接合，其中，當(dāng)所述兩個(gè)連接器形成互相配合接合時(shí)，在所述兩個(gè)連接器 中的每個(gè)中的所述光纖組件設(shè)置成與在所述兩個(gè)連接器中的另一個(gè)中的所述對應(yīng)的光纖 組件軸向相對，在每對所述相對的光纖組件中的所述GRIN光纖設(shè)置成互相相鄰。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖連接系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述兩個(gè)連接器形成互相配 合接合時(shí)，在每對所述相對的光纖組件中的所述GRIN光纖在其之間限定了間隙。
10. -種用于便于光纖光耦合的方法，所述方法包括： 形成第一多個(gè)光纖組件，每個(gè)所述第一多個(gè)光纖組件包括限定光軸的多模態(tài)光纖和限 定另一光軸并且連接到所述多模態(tài)光纖上的梯度折射率（GRIN)光纖，所述多模態(tài)光纖和 GRIN光纖的所述光軸基本互相對齊，所述多模態(tài)光纖的芯具有一定截面尺寸，所述GRIN光 纖的芯具有大于所述多模態(tài)光纖的所述截面尺寸的截面尺寸；和 使得所述第一多個(gè)光纖組件固定到第一保持器上，并且限制所述第一多個(gè)光纖組件中 的每個(gè)相對于所述第一保持器的角運(yùn)動(dòng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括： 形成第二多個(gè)光纖組件，每個(gè)所述第二多個(gè)光纖組件包括限定光軸的多模態(tài)光纖和限 定另一光軸并且連接到所述多模態(tài)光纖上的梯度折射率（GRIN)光纖，所述多模態(tài)光纖和 GRIN光纖的所述光軸基本互相對齊，所述多模態(tài)光纖的芯具有一定截面尺寸，所述GRIN光 纖的芯具有大于所述多模態(tài)光纖的所述截面尺寸的截面尺寸； 使得所述第二多個(gè)光纖組件固定到第二保持器上，并且限制所述第二多個(gè)光纖組件中 的每個(gè)相對于所述第二保持器的角運(yùn)動(dòng)；和 使得所述第一保持器固定到所述第二保持器上，以相對于所述第二多個(gè)光纖組件固定 設(shè)置所述第一多個(gè)光纖組件，在所述第一多個(gè)光纖組件的每個(gè)中的所述GRIN光纖和在所 述第二多個(gè)光纖組件的對應(yīng)一個(gè)中的所述GRIN光纖設(shè)置成互相相鄰，并且，所述兩個(gè)相鄰 的GRIN光纖的所述光軸基本互相對齊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括通過固定間隙使得所述每對相 鄰的GRIN光纖分離。
【文檔編號】G02B6/26GK104272152SQ201380024450
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月11日
【發(fā)明者】S·J·弗洛里斯, A·B·G·博爾哈爾, J·W·里特維爾 申請人:蒂科電子荷蘭私人有限公司