专利名称：光纤准直器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种准直器，特别是涉及一种利用渐变折射率多模光纤来准直光线的光纤准直器。
现有技术中，准直器是使用渐变折射率透镜(graded-index lens，GRIN lens)来改变由单模光纤(single-mode fiber)入射的发散光的发散角，使其变成平行的发射光，并因此将光信号耦合至其它的光学元件。
然而，此种准直器的体积较大，外径约为1.8mm。故其并不适用于体积较小的光学装置，如微机电光开关(MEMS switch)或平面波导装置上。
为达到上述目的，本发明所提出的光纤准直器包括一单模光纤以及一渐变折射率多模光纤。渐变折射率多模光纤与单模光纤相连接，且其长度为一预定长度以准直光线。光线在渐变折射率多模光纤中传输时的波形具有一周期P，且渐变折射率多模光纤的长度实质上为0.25×N×P，其中N为正奇数。
渐变折射率多模光纤可以熔合连接方式(fusion splicing)或胶合连接方式(adhesive splicing)与单模光纤连接。一保护膜可被套接在该单模光纤与渐变折射率多模光纤的连接处，以防止单模光纤与渐变折射率多模光纤在连接处断裂。
在单模光纤与渐变折射率多模光纤连接之后，可以用加热并拉伸的方式来改变渐变折射率多模光纤的长度，使其实质上为0.25×N×P。此外，也可以用紫外线光照射渐变折射率多模光纤，以改变其折射率梯度，进而改变光线在渐变折射率多模光纤中传输时的周期P。
在调整渐变折射率多模光纤时，可将一光束耦合至渐变折射率多模光纤中，并用一光功率计探测单模光纤的输出，以判别渐变折射率多模光纤是否已调整完毕。此外，也可将光束耦合至单模光纤，并以一光扫描仪来探测光束自渐变折射率多模光纤输出后的切面大小，以判别渐变折射率多模光纤是否已调整完毕。
为达到上述目的，本发明提出了一种光纤准直器的制造方法，它包含将一渐变折射率多模光纤与一单模光纤相连接，其中该连接为熔合连接或胶合连接。以及，用一光检测器检测通过该渐变折射率多模光纤与该单模光纤的一光线，并调整该渐变折射率多模光纤，使该渐变折射率多模光纤能够准直通过光线，其中该光检测器可以为一光功率计(power meter)；另外，该光检测器也可以为一光扫描器(beamscanner)；该调整步骤包含加热并拉伸该渐变折射率多模光纤或以紫外线光照射该渐变折射率多模光纤。
该制造方法还包括，可以抛光磨平该渐变折射率多模光纤的端面；并在该渐变折射率多模光纤与该单模光纤的连接处套接一保护膜。更进一步，该调整步骤包含调整该渐变折射率多模光纤与该单模光纤的相对位置；以及用固定胶来固定该渐变折射率多模光纤与该单模光纤。
实施例1请参照
图1，依据本发明的较佳实施例的光纤准直器1包括一单模光纤(single-mode fiber)11以及一渐变折射率多模光纤(graded-index multi-mode fiber)12。在单模光纤11中，光线系以全反射方式行进。由于渐变折射率多模光纤12中，折射率的改变会不断地向光纤轴改变方向，所以在渐变折射率多模光纤12中，光线会以一周期为P的波形进行传播。
在本实施例中，渐变折射率多模光纤12的长度L与周期P的关系为L＝0.25×N×P其中N为正奇数。若长度L与周期P符合上述关系，则光线在通过渐变折射率多模光纤12后，会实质上以平行光形式射出。此外，渐变折射率多模光纤12与单模光纤11可以各种方式，例如以熔合连接(fusion splicing)或胶合连接(adhesive splicing)方式连接。
以下参照附图，说明依据本发明的较佳实施例的光纤准直器1的制造过程。
请参照图2A与图2B，在本发明的一较佳实施例中，一渐变折射率多模光纤12先与单模光纤11熔接在一起，然后再将渐变折射率多模光纤12的端面抛光磨平。接着，将光束B耦合进入渐变折射率多模光纤12，同时以一光功率计(power meter)20监测单模光纤11的输出。光束B可为由另一准直器输出的光线。
在光束B耦合进入渐变折射率多模光纤12后，渐变折射率多模光纤12被加热且慢慢被拉伸以改变长度。在拉伸渐变折射率多模光纤12时，通过监测光功率计20的输出，可以得知光线由渐变折射率多模光纤12传送至单模光纤11的聚焦状况。若光功率计20的输出结果为最大功率值，表示入射至渐变折射率多模光纤12的光束B已完全聚焦至单模光纤。此时即停止对渐变折射率多模光纤12的加热与拉伸，并且于熔接点处套上保护膜21以防止熔接点断裂。
实施例2请参照图3A与图3B，在本发明的另一实施例中，渐变折射率多模光纤12系先与单模光纤11熔接在一起，然后再将渐变折射率多模光纤12的端面抛光磨平。接着，将光束B耦合进入单模光纤11，同时以一光扫描仪30(beam scanner)监测渐变折射率多模光纤12输出光的切面大小。
此时，加热渐变折射率多模光纤12，并慢慢拉伸渐变折射率多模光纤12以改变其长度。在拉伸时，藉由监测光扫描仪30所探测到的光切面尺寸大小，可以得知光线由渐变折射率多模光纤12输出时是否实质上为平行光。若光扫描仪30的输出结果显示由渐变折射率多模光纤12的输出光实质上为平行光，则停止对渐变折射率多模光纤12加热与拉伸，并于熔接点套上保护膜21以防止接点断裂。
实施例3请参照图4，在本发明的又一实施例中，渐变折射率多模光纤12的长度已预先计算好，约等于0.25×N×P，其中N为正奇数，P则为光线在渐变折射率多模光纤12中行进的波形的周期。单模光纤11的一端被抛光磨平，另一端则与一光源耦合，使光束B进入单模光纤11。
接着，调整单模光纤11与渐变折射率多模光纤12的相对位置，并以光扫描仪30监测渐变折射率多模光纤12输出光的切面大小。当光扫描仪30的输出结果显示由渐变折射率多模光纤12的输出光实质上为平行光时，即于单模光纤11与渐变折射率多模光纤12的连接处加入固定胶，以固定其相对位置。
需要注意的是，渐变折射率多模光纤可采用一紫外线感应渐变折射率多模光纤(UV sensitivity Graded-index Multimode Fiber)，并以照射紫外线的方式改变其折射率梯度，以改变周期P。例如，请参照图5A与图5B，当渐变折射率多模光纤12与单模光纤11熔接之后，渐变折射率多模光纤12可接受紫外线的照射以改变其折射率梯度，进而改变光线波形的周期P。如此，当光扫描仪30的输出结果显示由渐变折射率多模光纤12的输出光为平行光时，则停止对渐变折射率多模光纤12照射紫外线，并于熔接点套上保护膜21以防止接点断裂。
由于本发明所提出的光纤准直器是以体积较小的渐变折射率多模光纤(外径约0.125mm)来取代体积较大的渐变折射率透镜(外径约1.8mm)，所以可有效地减小准直器的体积。当运用体积较小的光学装置时，本发明所提出的光纤准直器可有效地减少因准直器体积过大而出现的问题。
因此，以上所述仅为说明本发明的较佳实施例，它并不具有限制性的作用。任何未脱离本发明的精神与范畴而对其进行的等效修改，均应被视为包含在本申请的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种光纤准直器，其特征在于，它包括一用于传输光线的单模光纤(single-mode fiber)；以及一渐变折射率多模光纤(graded-index multi-mode fiber)，它与该单模光纤相连接，且其长度为一预定长度以准直该光线。
2.如权利要求1所述的光纤准直器，其特征在于，该光线在该渐变折射率多模光纤中传输时的波形具有一周期P，且该渐变折射率多模光纤的长度实质上为0.25×N×P，其中N为正奇数。
3.如权利要求1所述的光纤准直器，其特征在于，该渐变折射率多模光纤以熔合接合方式(fusion splicing)或以胶合接合方式(adhesivesplicing)与该单模光纤相连接。
4.如权利要求1所述的光纤准直器，其特征在于，它还包括一保护膜，它套接于该单模光纤与该渐变折射率多模光纤的接合处。
5.一种光纤准直器的制造方法，其特征在于，它包含连接一渐变折射率多模光纤与一单模光纤；以及用一光检测器检测通过该渐变折射率多模光纤与该单模光纤的一光线，并调整该渐变折射率多模光纤，使该渐变折射率多模光纤能够准直通过光线。
6.如权利要求5所述的光纤准直器的制造方法，其特征在于，该连接为熔合连接或胶合连接。
7.如权利要求5所述的光纤准直器的制造方法，其特征在于，该光检测器为一光功率计(power meter)。
8.如权利要求5所述的光纤准直器的制造方法，其特征在于，该光检测器为一光扫描器(beam scanner)。
9.如权利要求5所述的光纤准直器的制造方法，其特征在于，该调整步骤包含加热并拉伸该渐变折射率多模光纤或以紫外线光照射该渐变折射率多模光纤。
10.如权利要求5所述的光纤准直器的制造方法，其特征在于，它更包括抛光磨平该渐变折射率多模光纤的端面。
11.如权利要求5所述的光纤准直器的制造方法，其特征在于，更包括在该渐变折射率多模光纤与该单模光纤的连接处套接一保护膜。
12.如权利要求5所述的光纤准直器的制造方法，其特征在于，该调整步骤包含调整该渐变折射率多模光纤与该单模光纤的相对位置；以及用固定胶来固定该渐变折射率多模光纤与该单模光纤。
全文摘要
一种光纤准直器，包括一单模光纤以及一渐变折射率多模光纤。渐变折射率多模光纤与单模光纤相连接，且其长度为一预定长度以利于准直光线。光线在渐变折射率多模光纤中传输时的波形具有一周期P，且渐变折射率多模光纤的长度实质上为0.25×N×P，其中N为正奇数。
文档编号G02B6/26GK1434340SQ0210285
公开日2003年8月6日 申请日期2002年1月25日 优先权日2002年1月25日
发明者张绍雄 申请人:台达电子工业股份有限公司