一种紧凑型光信号监控分光探测器的制作方法

1.本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光电探测器。


背景技术：

2.中国专利cn 111290087 a公开一种分光探测器,包括输入输出部,分光透镜,探测器芯片以及封管.输入输出部包括输入端和输出端.输入端用于输入光束.分光透镜用于将来自输入端的输入光束分成透射光束和反射光束，输出端用于输出反射光束，探测器芯片用于将透射光束转换成电信号。
3.中国专利cn 107390329 a公开一种单方向性tap pd，包括入端光纤、光纤连接头、分光透镜、探测器组件和出端光纤，入端光纤和出端光纤设置在光纤连接头两孔内，分光透镜设置在光纤连接头与探测器组件之间；分光透镜朝向光纤连接头一端磨成α度角，分光透镜朝向探测器组件的一端部分磨成β度角；α和β度角以使入端光纤输入的光线垂直于分光透镜没有磨成β度角的位置出来、出端光纤输入的光线在磨成β度角位置发生全反射。
4.由于，光纤输入的光是正弦波而不是标准的平行光，所以现有的分光探测器中均需g
‑
lens透镜和聚光透镜或研磨角度片，不仅使得探测器尺寸较大，难以提高电子元器件的高度密集程度；同时g
‑
lens透镜和研磨角度片加工成本较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种小尺寸、低成本、以提高电子元器件的高度密集程度分光探测器，
6.为达成上述目的，本发明一种紧凑型光信号监控分光探测器，包括：输入输出部、分光透镜、探测器芯片以及封管，输入输出部包括输入光纤和输出光纤，其中，输入光纤和输出光纤为单模光纤，在输入光纤和输出光纤端部熔接一段渐变折射率多模光纤，该渐变折射率光纤长度为输入光纤输入光束1/4波长的奇数倍，渐变折射率多模光纤端部呈研磨角度θ1的斜面，分光透镜截面呈直角梯形，分光透镜的斜面与渐变折射率多模光纤端部的斜面平行，两斜面间的垂直间距s＝1/2h secθ1cot[arcsin(nsinθ1)]，h为两输入输出光纤圆心间距，n为折射率；渐变折射率多模光纤的节距和分光透镜长度的关系可使用下面的公式表示：其中p表示节距，z表示分光透镜的长度。
[0007]
采用上述方案后，本发明未使用成本较高，尺寸较大的格林透镜，具有结构简单，体积小，成本低的特点。
附图说明
[0008]
图1为本发明结构示意图；
[0009]
图2为本发明渐变折射率光纤长度与入射光波长示意图；
[0010]
图3为本发明渐变折射率光纤入分光透镜角度距离示意图。
[0011]
标号说明：
[0012]
1、封管、2、入射光纤；3、出射光纤；4、渐变折射率光纤；41渐变折射率多模光纤端部斜面；5、分光透镜；51、分光透镜的斜面；6、探测器芯片。
具体实施方式
[0013]
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0014]
请参阅图1所示，本发明一种紧凑型光信号监控分光探测器，在封管1内依次设有作为输入输出部的输入光纤2和输出光纤3、在输入光纤2和输出光纤3的端部使用光纤熔接器熔接的一段渐变折射率多模光纤4、分光透镜5和探测器芯片6。输入光纤2和输出光纤3为单模光纤，输入光纤2用于输入光束。分光透镜5用于将来自输入端的输入光束分成透射光束和反射光束，输出端用于输出反射光束，探测器芯片6用于将透射光束转换成电信号。
[0015]
如图2所示，渐变折射率多模光纤4长度为输入光纤2输入光束1/4波长的奇数倍，渐变折射率光纤4将输入光束从正弦波转换成平行光。
[0016]
如图1、3所示，渐变折射率多模光纤4端部呈研磨角度θ1的斜面41，分光透镜5截面呈直角梯形，分光透镜5的斜面51(即分光面)与渐变折射率光纤端部的斜面平行。
[0017]
渐变折射率多模光纤4毛细管研磨角度θ1及两根光纤圆心间距h、渐变折射率光纤斜面上输入光与输出光中心间距l，渐变折射率多模光纤与分光透镜分光面的垂直间距s
т
的的关系如下：
[0018]
根据折射定律、反射定律、三角函数公式及如图3所示光路图可以计算研磨角度与间距的关系nsinθ1＝sinθ2，其中，θ2为分光透镜5的分光面入射角
[0019]
h＝lcosθ1[0020]
s＝1/2lcotθ2(tanθ2＝1/2l
÷
s
т
)
[0021]
因此当渐变折射率多模光纤4毛细管研磨角度θ1及两根光纤圆心间距h确定，与之角度一致的分光片及二者之间的垂直间距可由此确定
[0022]
垂直间距s＝1/2h secθ1cot[arcsin(nsinθ1)]
[0023]
(若要平行间距则为s‖＝1/2h sec2θ1cot[arcsin(nsinθ1)])
[0024]
实际制作时，θ1为6
°
，所使用渐变折射率多模光纤为thorlabs gif625，为62.5/125光纤，n为1.491@1300nm，numerical aperture为0.275(即最大可接收入射光角度为16
°
,sin16
°
＝0.275)，两根光纤为紧挨放置，圆心间距为h＝125um，当θ1＝6
°
，h＝125um时，θ2＝8.97
°
，l＝125.69um，s
т
＝398.30um
[0025]
输出端接收光入射角度为θ1+θ2＝14.97
°
<16
°
,可完全接收
[0026]
所使用渐变折射率多模光纤4折射率随半径变化如下：
[0027][0028]
其中n1为轴上的折射率，为梯度常数，r为径向位置(范围从
‑
d/2到+d/2，其中d为是直径)
[0029]
渐变折射率多模光纤4的节距和分光透镜长度的关系可使用下面的公式表示：
[0030]
其中p表示节距，z表示分光透镜5的长度。
[0031]
当p取1/4节距即可得到适宜的渐变折射率多模光纤长度使得出射光为准直平行光。分光透镜将来自输入端的平行光束分成透射光束和反射光束。透射光束进入探测器转换成电信号，反射光束经输出端光纤输出。
[0032]
本发明在单模光纤上使用光纤熔接器熔接一段渐变折射率多模光纤，设定渐变折射率光纤长度为入设光波长的1/4节距或其奇数倍，分光透镜设计成简单的直角梯形，易于加工，成本较低，与现有接述相比，不需要大尺寸、高成本的g
‑
lens透镜(有的需要加聚焦透镜)，也不需要如背景技术2中将分光透镜加工成较复杂的结构(研磨角度片其角度计算更复杂，加工成本更高)，因此，本发明以小尺寸，简单的结构，较低的成本解决了现有技术中的技术问题，这相对现有技术存在显著的进步的。
[0033]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。