一种集成光学元件的制作方法

1.本技术涉及光纤通讯和光纤激光器技术领域，特别涉及一种集成光学元件。


背景技术：

2.在光纤通讯或光纤激光器领域，经常会用到光隔离器、波分复用器(wdm)、模场适配器等器件。光隔离器是一种非互易性器件，它的功能是使正向传输的光能以较小的插入损耗通过，而反向传输的光则被隔离，起到保护系统的作用，提高系统输出的稳定性。波分复用器(wdm)是一种可以实现不同波长的信号合光或分光的器件。模场适配器，用于衔接不同芯径光纤，使其以较低损耗传输。
3.现行的上述器件大概方案如下：
4.光隔离器中的隔离器芯一般由楔角片、旋光片以及包围在外侧的磁铁构成，磁铁的存在，势必会增大隔离器的直径；
5.波分复用器中，实现波分复用的核心元件为g-lens和滤波片，将二者贴在一起，配合其他元件，实现了分波和合波的功能；
6.模场适配器，一般为拉锥熔接工艺，不利于空间集成隔离器等其他器件。
7.使用上述分立器件时，需要将各种器件熔接、盘纤等，不仅操作繁琐，也会导致系统的体积大、成本高、总体损耗大。


技术实现要素：

8.针对上述问题，本技术提供了一种集成光学元件，至少解决了在先技术中光隔离器、波分复用器、模场适配器分离使用时操作繁琐、空间占用大、成本高、光损耗大的问题。
9.本技术实施例提出一种集成光学元件，包括依次设置的第一光学组件、隔离器芯和第二光学组件；
10.所述第一光学组件包括第一毛细管、第一分波透镜以及穿过所述第一毛细管的第一光纤与第二光纤，所述第一分波透镜设于所述第一毛细管与所述隔离器芯之间，所述第一光纤与所述第二光纤的一端封装于所述第一毛细管且另一端延伸至所述第一毛细管之外，所述第一分波透镜朝向所述隔离器芯的一端镀有wdm膜。
11.在一实施例中，所述第一光纤用于输送第一信号光或第二信号光，所述第二光纤用于输送第二信号光。
12.在一实施例中，所述第一毛细管与所述第一分波透镜相对间隔设置，所述第一毛细管与所述第一分波透镜的相对的面平行设置；
13.所述第一毛细管朝向所述第一分波透镜的端面与竖直面之间的夹角为8
°
。
14.在一实施例中，所述第一光学组件还包括第一玻璃管，所述第一毛细管封装于所述第一玻璃管内。
15.在一实施例中，所述隔离器芯包括依次相连的第一楔角片、永久磁石和第二楔角片；
16.所述第一楔角片朝向所述第一光学组件且所述第二楔角片朝向所述第二光学组件；
17.或，所述第一楔角片朝向所述第二光学组件且所述第二楔角片朝向所述第一光学组件。
18.在一实施例中，所述第二光学组件包括c透镜、第二毛细管以及穿过所述第二毛细管的第三光纤；
19.所述c透镜的平整面与所述第二毛细管相对间隔设置，所述c透镜的凸面朝向所述隔离器芯。
20.在一实施例中，第二毛细管的端面与所述c透镜的平整面平行设置，所述第二毛细管朝向所述c透镜的端面与竖直面之间的夹角为8
°
。
21.在一实施例中，所述第二光学组件还包括第二玻璃管，所述c透镜与所述第二毛细管均通过侧面点胶粘接封装于所述第二玻璃管内。
22.在一实施例中，所述第一光学组件中的所述第一分波透镜朝向所述隔离器芯的一端镀有所述wdm膜；
23.所述第二光学组件包括第三毛细管、第二分波透镜、第四光纤与第五光纤，所述第二分波透镜设于所述第三毛细管与所述隔离器芯之间，所述第四光纤与第五光纤的一端封装于所述第三毛细管且另一端延伸至所述第三毛细管之外；所述第二分波透镜朝向所述隔离器芯的一端镀有分功率膜。
24.在一实施例中，所述集成光学元件还包括第四玻璃管，所述第一光学组件、隔离器芯、第二光学组件均侧面站点胶粘接封装于所述第四玻璃管内。
25.本技术针对在先技术中光隔离器、波分复用器、模场适配器分离使用时操作繁琐、空间占用大、成本高、光损耗大的问题作出改进设计，具有以下有益效果：
26.1、集成了波分复用器、隔离器、模场适配器的功能，达到了功能集成的效果，降低了空间占用，降低了加工成本，简化了操作过程；
27.2、在第一分波透镜的一端镀有wdm膜，本身既有透镜功能又有波分复用功能，无需额外滤波片，更利于整体器件的小型化，也降低了成本。
28.本技术结构简洁，操作简单，集成了波分复用器、隔离器、模场适配器的功能，减小了空间占用，降低了成本，实用性强。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本技术实施例一提供的集成光学元件的剖视示意图。
31.图2为本技术实施例二提供的集成光学元件的剖视示意图。
32.图3为本技术实施例三提供的集成光学元件的剖视示意图。
33.图中标记的含义为：
34.1、第一光学组件；11、第一毛细管；12、第一分波透镜；13、第一光纤；14、第二光纤；
15、第一玻璃管；
35.2、隔离器芯；21、第一楔角片；22、永久磁石；23、第二楔角片；
36.3、第二光学组件；31、c透镜；32、第二毛细管；33、第三光纤；34、第二玻璃管；
37.35、第三毛细管；36、第二分波透镜；37、第四光纤；38、第五光纤；39、第三玻璃管；
38.4、第四玻璃管。
具体实施方式
39.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图即实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
40.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以是直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.还需说明的是，本技术实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件，对于本技术实施例中相同的零部件，图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记，应理解的是，对于其他相同的零件或部件，附图标记同样适用。
42.为了说明本技术所述的技术方案，下面结合具体附图及实施例来进行说明。
43.实施例一
44.本技术实施例提供了一种集成光学元件，集成了波分复用器、隔离器、模场适配器的功能，功能集成的同时，减小了工件占用，降低了成本。
45.参考图1，本实施例提供的集成光学元件包括依次设置的第一光学组件1、隔离器芯2和第二光学组件3。
46.第一光学组件1包括依次设置的第一毛细管11和第一分波透镜12，其中第一分波透镜12设于第一毛细管11和隔离器芯2之间，第一分波透镜12朝向隔离器芯2的一端镀有wdm膜，wdm膜为波分复用膜，用于将两种波长的光分波或合波。
47.第一光学组件1还包括第一光纤13与第二光纤14，第一光纤13与第二光纤14的一端穿过第一毛细管11且延伸至第一毛细管11之外，第一光纤13的另一端连接于第一毛细管11朝向第一分波透镜12的端面，即第一光纤13与第二光纤14的一部分位于第一毛细管11之外，第一光纤13与第二光纤14的另一部分并排被封装于第一毛细管11内。
48.第一光学组件1起到波分复用器的功能，第二光学组件3为第一光学组件的模场适配器组件。
49.可选的，第一光纤13用于输送第一信号光和第二信号光，第二光纤14仅用于输送第二信号光。
50.第一信号光为第一波长的光，第二信号光为第二波长的光，wdm膜对第一信号光高透，而对第二信号光反射，在加工本技术提供的集成光学元件时，可根据实际使用的不同需
求，在第一分波透镜12的端面镀不同的wmd膜。
51.本实施例的光路为：
52.第一信号光经经第一光纤13输送至第一分波透镜12，之后第一信号光穿过wdm膜出射至空间中以高斯光束的形式传输，并通过隔离器芯2，之后到达第二光学组件3后输出；
53.第二信号光经第一光纤13或第二光纤14输送至第一分波透镜12，之后第二信号光于wdm膜处反射，又反向传输至第二光纤14或第一光纤13。
54.本实施例的有益效果在于：集成了波分复用器、隔离器、模场适配器的功能，达到了功能集成的效果，降低了空间占用，降低了加工成本，简化了操作过程；在第一分波透镜12的一端镀有wdm膜，本身既有透镜功能又有波分复用功能，无需额外滤波片，更利于整体器件的小型化，也降低了成本。
55.可选的，第一毛细管11与第一分波透镜12相对且间隔设置，即第一毛细管11与第一分波透镜12之间存在空隙，第一毛细管11与第一分波透镜12的相对的面平行，且第一毛细管11朝向第一分波透镜12的端面与竖直面之间的夹角为8
°
，该设置的目的在于得到更优的回波损耗，该设置方式在光纤通讯与光纤激光器领域应用十分普遍，故不在此赘述。
56.本实施例中，第一信号光自第一光纤13射入第一毛细管11与第一分波透镜12之间的空隙，继而从第一分波透镜12的倾斜端面射入第一分波透镜12；
57.第二信号光自第一光纤13或第二光纤14射入第一毛细管11与第一分波透镜12之间的空隙，继而从第一分波透镜12的倾斜端面射入第一分波透镜12；在wdm膜反射后，第二信号光又自第一分波透镜12的倾斜端面射出，并自第一毛细管11的倾斜端面射入第二光纤14或第一光纤13。
58.可选的，第一光学组件1还包括第一玻璃管15，第一毛细管11侧面点胶粘接封装于第一玻璃管15内。
59.可选的，集成光学组件还包括第四玻璃管4，第一光学组件1、隔离器芯2、第二光学组件3均侧面点胶的方式粘接封装于第四玻璃管4内。
60.第一分波透镜12位于第一玻璃管15之外，第一玻璃管15通过侧面点胶的方式粘接封装于第四玻璃管4内，以此使第一光学组件1封装于第四玻璃管4内。
61.第一毛细管11与第一分波透镜12之间的空间的周侧密封设有光胶，用于实现第一毛细管11与第一分波透镜12的固定。
62.参考图1，在一实施例中，隔离器芯2包括依次相连的第一楔角片21、永久磁石22和第二楔角片23，第一楔角片21与永久磁石22、永久磁石22与第二楔角片23均平面紧贴在一起，且均通过侧面刷胶的方式粘接固定为一个整体，其中第一楔角片21朝向输入端且第二楔角片23朝向输出端；隔离器芯2与第四玻璃管4之间通过侧面点胶粘接。
63.第一楔角片21朝向第一光学组件1且第二楔角片23朝向第二光学组件3，此时，第一信号光穿过wdm膜出射至空间中以高斯光束的形式传输，并依次穿过第一楔角片21、永久磁石22和第二楔角片23，到达第二光学组件3。
64.永久磁石22为自带磁性的法拉第旋光片。
65.本实施例的有益效果在于：提供了一种隔离器芯2的具体结构，利用永久磁石22代替包括在隔离器芯2外围的磁铁配合旋光片的技术方案，在保证隔离效果的同时，降低了隔离器芯2的空间占用。
66.参考图1，在一实施例中，第二光学组件3包括c透镜31和第二毛细管32，第二光学组件3用于聚焦；c透镜31的凸面朝向隔离器芯2，c透镜31的平整面与第二毛细管32相对间隔设置，即c透镜31的平整面与第二毛细管32之间存在空隙。
67.第二光学组件3还包括第三光纤33，第三光纤33的一端穿过第二毛细管32，且第三光纤33的另一端连接于第二毛细管32朝向c透镜31的端面。
68.在本实施例中，第二光学组件3作为模场适配器的组件，与第一光学组件1组合起到了模场适配器的作用。
69.本实施例的光路为：
70.第一信号光穿过wdm膜出射至空间中后，以高斯光束的形式依次穿过第一楔角片21、永久磁石22和第二楔角片23后，到达c透镜31的凸面，经c透镜31聚焦后射入第二毛细管32，并耦合进第三光纤33进行输出。
71.本实施例的有益效果在于：提供了一种第二光学组件3的具体结构，配合第一光学组件1共同起到模场适配器的作用。
72.可选的，第二毛细管32朝向c透镜31的端面与c透镜31的平整面相平行，且第二毛细管32朝向c透镜31的端面与竖直面之间的夹角为8
°
。
73.可选的，第二光学组件3还包括第二玻璃管34，c透镜31、第二毛细管32均通过侧面点粘接胶封装于第二玻璃管34内。
74.第二玻璃管34通过侧面点胶的方式粘接封装于第四玻璃管4内，以此使第二光学组件3封装于第四玻璃管4内。
75.需注意的是，第一光纤13的模场直径、第一分波透镜12的参数以及第三光纤33的模场直径决定了c透镜31的参数，使得第一光学组件1与第二光学组件3之间满足光斑匹配和工作距离匹配。
76.本技术实施例一的有益效果在于：
77.1、本技术实施例一提供的集成光学元件具有波分复用器、隔离器、模场适配器的功能，达到了功能集成的效果；
78.2、第一分波透镜12的一端镀有wdm膜，本身既有透镜功能又有波分复用功能，无需额外滤波片，进一步实现了集成小型化，也降低了成本；
79.3、隔离器芯2中的永久磁石22可实现法拉第旋光效果，无需额外磁铁来提供磁场，更利于整体器件的小型化和低成本；
80.4、根据光斑匹配和工作距离匹配设计，更利于器件的低损耗以及小型化。
81.实施例二
82.参考图2，在实施例一的基础上，本实施例提供另一种集成光学元件的光路，本实施例中，第一信号光自第二光学组件3输入，透过隔离器芯2后经第一光学组件1输出，具体的，第一信号光自第三光纤33传输进入第二光学组件3，经第二毛细管32、c透镜31的平整面射入c透镜31，并经c透镜31的凸面准直出射，经隔离器芯2后射入第一分波透镜12镀有wdm膜的端面，并经第一分波透镜12传输至第一毛细管11，并使第一波长的信号光从第一光纤13输出。
83.同时，第二信号光自第二光纤14输入，并输送至第一分波透镜12，之后第二信号光于wdm膜处反射，又反向传输至第一光纤13。
84.或第二信号光自第一光纤13输入，并输送至第一分波透镜12，之后第二信号光于wdm膜处反射，又反向传输至第二光纤14。
85.实施例三
86.参考图3，在实施例一的基础上，第二光学组件3与第一光学组件1结构相同，且关于隔离器芯2对称设置。
87.第一光学组件1包括依次设置的第一毛细管11和第一分波透镜12，其中第一分波透镜12设于第一毛细管11和隔离器芯2之间，第一分波透镜12朝向隔离器芯2的一端镀有wdm膜。
88.第一光学组件1还包括第一光纤13与第二光纤14，第一光纤13与第二光纤14的一端穿过第一毛细管11且延伸至第一毛细管11之外，第一光纤13的另一端连接于第一毛细管11朝向第一分波透镜12的端面，即第一光纤13与第二光纤14的一部分位于第一毛细管11之外，第一光纤13与第二光纤14的另一部分并排被封装于第一毛细管11内。
89.第二光学组件3包括依次设置的第三毛细管35和第二分波透镜36，其中，第二分波透镜36设于第三毛细管35和隔离器芯2之间，第二分波透镜36朝向隔离器芯2的一端镀有分功率膜，分功率膜用于将一路输入信号分成两路功率相同或不同的信号。
90.第二光学组件3还包括第四光纤37与第五光纤38，第四光纤37与第五光纤38的一端穿过第三毛细管35且延伸至第三毛细管35之外，第四光纤37的另一端连接于第三毛细管35朝向第二分波透镜36的端面，即第四光纤37与第五光纤38的一部分位于第三毛细管35之外，第四光纤37与第五光纤38的另一部分并排被封装于第三毛细管35。
91.隔离器芯2的第一楔角片21朝向第二光学组件3且第二楔角片23朝向第一光学组件1，即第二光学组件3为输入端而第一光学组件1为输出端。
92.此时本技术实施例三中的集成光学元件集成了耦合器、隔离器与波分复用器的作用。
93.可选的，第二光学组件3还包括第三玻璃管39，第三毛细管35侧面点胶粘接封装于第三玻璃管39内。
94.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。