一种单模光纤扩芯一体式准直器及制备方法与流程

本发明属于光学器件，涉及一种单模光纤扩芯一体式准直器及制备方法。

背景技术：

1、光纤准直器可将光纤端面出射的发散光束进行准直变成平行光束或者将平行光束会聚并耦合入光纤，是光无源器件中的基础器件。目前，市场上常规的准直器均是由单模光纤、透镜、玻璃管封装成准直器，当进行光斑耦合时，因光纤mfd大小限制，对工作距离、光斑大小及光轴偏角敏感，易出现耦合效率低和承受功率低问题，且封装尺寸过大无法满足现有市场小型集成化的光器件/光模块需求。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种单模光纤扩芯一体式准直器及制备方法，对单模光纤进行扩芯和烧球处理，微型化封装尺寸，提升光纤mfd大小，提高耦合效率。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种单模光纤扩芯一体式准直器，包括单模光纤和玻璃管，所述单模光纤从外至内依次设置有涂覆层、包层和纤芯，所述单模光纤一端部分裸露包层，所述纤芯末端设置有扩芯端，所述扩芯端为锥台体，所述扩芯端小端直径与纤芯直径相等，所述扩芯端大端设置有凸球状微透镜，所述纤芯、扩芯端、凸球状微透镜一体化且同轴，所述凸球状微透镜外顶点a至扩芯端变形点b的长度与凸球状微透镜的镜面曲率的焦距相等，所述玻璃管套于裸露的包层上且涂覆层部分伸于玻璃管内，所述玻璃管一端紧靠凸球状微透镜，另一端与涂覆层密封固定连接。

4、进一步的，所述扩芯端由纤芯扩芯处理而成。

5、进一步的，所述凸球状微透镜由扩芯端大端烧球处理而成，所述凸球状微透镜的镜面曲率的焦距为1.2～1.5mm。

6、进一步的，所述涂覆层伸于玻璃管内的距离为3～5 mm。

7、进一步的，所述玻璃管与涂覆层利用抗高温胶水胶接密封。

8、本发明还提供了一种单模光纤扩芯一体式准直器的制备方法，包括如下步骤：

9、1）剥除单模光纤一端的涂覆层，露出包层；

10、2）采用氢氧火头对纤芯末端进行加热扩芯处理，形成锥台体的扩芯段；

11、3）调整烧球机光纤固定位置与三电极位置，设置放电强度和放电时间参数，对扩芯段的末端一次性熔烧成凸球状微透镜，使凸球状微透镜的中心轴与纤芯、扩芯段的中心轴重合，使凸球状微透镜外顶点a至扩芯端变形点b的长度与凸球状微透镜的镜面曲率的焦距相等；

12、4）使用玻璃管套于裸露的包层上且涂覆层部分伸于玻璃管内，使玻璃管一端紧靠凸球状微透镜，另一端与涂覆层利用抗高温胶水封装保护处理，即得单模光纤扩芯一体式准直器。

13、进一步的，步骤3）中，放电强度200～240v，放电时间3～5秒。

14、进一步的，步骤3）中，凸球状微透镜（105）的镜面曲率的焦距控制在1.2～1.5mm。

15、进一步的，步骤4）中，涂覆层（103）伸于玻璃管（2）中的距离控制在3～5 mm。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1、在结构设计方面，本发明与传统的单模光纤pigtail和透镜的封装组合相比，不需要单独封装lens，不需要单独熔接多模光纤或无芯光纤提升mfd大小，不需要单独封装pigtail，也不需要研磨加工，使得产品结构更为简单，封装尺寸可以做得更小，满足现有市场小型集成化的光器件/光模块需求；制备方法更为简便、实用、高效，只需对单模光纤扩芯和烧球处理就可以达到准直效果，并提升mfd大小和耦合效率，且制备成本更低、制备周期更短。

18、２、在光学应用方面，凸球状微透镜输出的光束具有光斑直径大、光轴偏角小的特点，因此可承受的功率大于单模光纤输出端的功率，即大于传统准直器的承受功率，规避了熔接扩束光纤引起的损耗发热风险，同时解决了短工作距离和光轴偏角不敏感特性；

19、3、在胶水封装方面，包层完全不与胶水接触，仅在涂覆层涂胶封装，有效规避高功率发热影响。

技术特征：

1.一种单模光纤扩芯一体式准直器，包括单模光纤（1）和玻璃管（2），所述单模光纤（1）从外至内依次设置有涂覆层（101）、包层（102）和纤芯（103），其特征在于：所述单模光纤（1）一端部分裸露包层（102），所述纤芯（103）末端设置有扩芯端（104），所述扩芯端（104）为锥台体，所述扩芯端（104）小端直径与纤芯（103）直径相等，所述扩芯端（104）大端设置有凸球状微透镜（105），所述纤芯（103）、扩芯端（104）、凸球状微透镜（105）一体化且同轴，所述凸球状微透镜（105）外顶点a至扩芯端（104）变形点b的长度与凸球状微透镜（105）的镜面曲率的焦距相等，所述玻璃管（2）套于裸露的包层（102）上且涂覆层（101）部分伸于玻璃管（2）内，所述玻璃管（2）一端紧靠凸球状微透镜（105），另一端与涂覆层（101）密封固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种单模光纤扩芯一体式准直器，其特征在于：所述扩芯端（104）由纤芯（103）扩芯处理而成。

3.根据权利要求1所述的一种单模光纤扩芯一体式准直器，其特征在于：所述凸球状微透镜（105）由扩芯端（104）大端烧球处理而成，所述凸球状微透镜（105）的镜面曲率的焦距为1.2～1.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种单模光纤扩芯一体式准直器，其特征在于：所述涂覆层（101）伸于玻璃管（2）内的距离为3～5 mm。

5.根据权利要求1所述的一种单模光纤扩芯一体式准直器，其特征在于：所述玻璃管（2）与涂覆层（101）利用抗高温胶水胶接密封。

6.根据权利要求1所述的一种单模光纤扩芯一体式准直器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种单模光纤扩芯一体式准直器的制备方法，其特征在于：步骤3）中，放电强度200～240v，放电时间3～5秒。

8.根据权利要求6所述的一种单模光纤扩芯一体式准直器的制备方法，其特征在于：步骤3）中，凸球状微透镜（105）的镜面曲率的焦距控制在1.2～1.5mm。

9.根据权利要求6所述的一种单模光纤扩芯一体式准直器的制备方法，其特征在于：步骤4）中，涂覆层（101）伸于玻璃管（2）中的距离控制在3～5 mm。

技术总结
本发明公开了一种单模光纤扩芯一体式准直器及制备方法，包括单模光纤和玻璃管，所述单模光纤从外至内依次设置有涂覆层、包层和纤芯，所述单模光纤一端部分裸露包层，所述纤芯末端设置有扩芯端，所述扩芯端为锥台体，所述扩芯端小端直径与纤芯直径相等，所述扩芯端大端设置有凸球状微透镜，所述纤芯、扩芯端、凸球状微透镜一体化且同轴，所述凸球状微透镜外顶点A至扩芯端变形点B的长度与凸球状微透镜的镜面曲率的焦距相等。本发明制备方法更为简便、实用、高效，只需对单模光纤扩芯和烧球处理就可以达到准直效果，并提升MFD大小和耦合效率，且制备成本更低、制备周期更短。

技术研发人员：邹支农,李兵,邹亚
受保护的技术使用者：江西天孚科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13