消色差光传输次模块的制作方法

1.本实用新型是有关于一种能应用于光学同调断层扫描技术领域的消色差光传输次模块。


背景技术：

2.光学同调断层扫描技术(optical coherence tomography，简称oct)其可提供小范围浅层但高分辨率的医学影像，所以可应用于眼科疾病的诊断、生物辨识中的指纹断层影像提供，以及肤质检测等生物医疗相关的研究。
3.如图1所示，oct仪器的光学架构是以迈克生干涉仪(michelsoninterferometer)的光学架构作为参考，通过将一束起始入射光91经分光镜92后分成参考光束93及样本光束94，被分化后的二光束各自被对应的参考端反射镜95与样本96反射回来，最后再进入光侦测器97。oct仪器需以低同调性(low coherence)光源90作为起始入射光束91，由样本96端散射回来的光束，须与参考光束93经过相同的光路径，才能够发生干涉，所以通过连续改变参考光束93所行走的光路径长，便可以监测到样本96本身在不同深度的背向散射源，若再加以横向扫描，便可得到二维或三维的oct影像，经由以上，便能使不同深度的组织样本，根据其结构差异所产生的背向散射，将其一一于干涉信号中解析标记出来，以取得光学切片(optical sectioning)。
4.如图2所示，现有一种用于发射光信号的光传输次模块(transmittingoptical sub-assembly，简称tosa)，所述光传输次模块主要包括雷射芯片 (laser chip)81、透镜(lens)82与光纤(fiber)83，其作动原理是将雷射芯片81加上驱动电流后，光源即由雷射芯片81的出光点发散而出，接着经过透镜82将发散光聚焦成一个光点并进入光纤83而在光纤83内作传输，如此即可将信号或者单纯的光波长作传输。tosa为光信号与电信号转换中的重要媒介， tosa因其光功率方向佳及体积小型化等优点而广泛应用于各种光纤应用领域，然而将光传输次模块作为起始入射光源而应用于oct领域，虽具有能使 oct仪器朝着体积更小型化的优点发展，但现有光传输次模块其是专用于使频谱宽度小于30nm的窄频谱波长光束进入与其相连的光纤中，并无法使oct 惯用频谱宽度大于30nm以上的宽频谱波长，在其各自经折射后而还能聚焦于同一点以进入光纤，这种聚焦点在光轴上有所差异的现象称为色像差 (chromaticaberration)，而存在色像差问题的光传输次模块会伴随有耦光效率低以及光频谱无法完整传输而变形的缺点。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种不仅能应用于oct领域，且能解决色像差问题以提升耦光效率以及光频谱完整传输的消色差光传输次模块。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.本实用新型消色差光传输次模块适用连接于一光纤。该消色差光传输次模块包含一发光单元、一光导引单元，及一消色差单元。
8.该发光单元包括一光纤可用光源，该光纤可用光源为频谱宽度为至少 30nm以上的宽频谱波长。该光导引单元与该发光单元相对设置，该光导引单元包括一供该光纤穿过其内部的光纤固持件。该消色差单元介于该发光单元与该光导引单元之间，其中，该光纤可用光源的宽频谱波长经该消色差单元后，其不同波长会行经各自光路径并重合于同一焦点而入射至该光导引单元内的光纤中。
9.本实用新型的另一目的，即在提供另一种消色差光传输次模块。
10.于是，本实用新型消色差光传输次模块适用连接于一光纤，该消色差光传输次模块包含一发光单元、一光导引单元、一聚焦透镜，及一消色差单元。
11.该发光单元包括一光纤可用光源，该光纤可用光源为频谱宽度为至少 30nm以上的宽频谱波长。该光导引单元与该发光单元相对设置，该光导引单元包括一供该光纤穿过其内部的光纤固持件。该聚焦透镜介于该发光单元与该光导引单元之间。该消色差单元介于该聚焦透镜与该光导引单元之间，其中，该光纤可用光源的宽频谱波长经该聚焦透镜与该消色差单元后，其不同波长会行经各自光路径并重合于同一焦点而入射至该光导引单元内的光纤中。
12.现将经由对说明性实施例、随附图及申请专利范围的以下详细描述的评述，使本实用新型的此等以及其他组件、步骤、特征、效益及优势变得明朗。
13.根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
14.消色差光传输次模块包括一发光单元、一光导引单元，及一消色差单元。该发光单元包括一光纤可用光源，其频谱宽度为至少30nm以上的宽频谱波长。该光导引单元与该发光单元相对设置，该光导引单元包括一供该光纤穿过其内部的光纤固持件。该消色差单元介于该发光单元与该光导引单元之间，其中，该光纤可用光源的宽频谱波长经该消色差单元后，其不同波长会行经各自光路径并重合于同一焦点而入射至该光导引单元内的光纤中。消色差光传输次模块不仅能应用于oct领域，且能解决色像差问题，并提升耦光效率以及光频谱完整传输。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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。
16.图1是迈克生干涉仪的光学架构的一示意图；
17.图2是公知一种光传输次模块的一剖视图；
18.图3是本实用新型消色差光传输次模块的一第一实施例的一示意图；
19.图4是类似于图3的一示意图，说明一发光芯片发射出多波段的宽频谱波长的光束所行走的光路径，其等光束经一聚焦透镜与一消色差单元后会于光轴上聚焦于同一点并入射于一光纤中；
20.图5是本实用新型消色差光传输次模块的一第二实施例的一剖视图。
21.符号说明：
22.10-光纤，11-发光单元，111-基座，112-发光芯片，113-固定盖，114-开口，115-安
装空间，116-充气空间，117-透明基材，12-光导引单元，121-套管，122-光纤固持件，123-轴向调整环，124-缺口，13-收纳管，131-容置空间，132-前端部，133-后端部，14-聚焦透镜，141-套筒，142-z轴调整环， 15-消色差单元，151-透镜座，152-第一透镜，153-第二透镜，81-雷射芯片，82-透镜，83-光纤，90-光源，91-起始入射光，92-分光镜，93-参考光束，94
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样本光束，95-参考端反射镜，96-样本，97-光侦测器。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示，此外图式中元件的形状、尺寸、厚度、以及角度等相关参数并未依照比例绘制，其简化用意仅为方便清楚说明。
25.如图3，本实用新型消色差光传输次模块的第一实施例适用连接于一光纤10，本实用新型消色差光传输次模块包括一发光单元11、一光导引单元 12、一收纳管13、一聚焦透镜14，及一消色差单元15。
26.发光单元11包括一基座111、一发光芯片112，及一固定盖113。发光芯片112设置于基座111并发射一光纤可用光源，所述光纤可用光源为频谱宽度为至少30nm以上的宽频谱波长，频谱宽度的定义可以是半高宽(fullwidth at halfmaximum,简称fwhm)，其是指中心波长(相对发光强度是最大值的波长)的幅度下降至一半处光谱线两点间的波长间隔，或是频谱宽度的定义也可以是发光光谱上当有两个峰波时，其中一个中心波长到另一个中心波长的波长间隔。所述光纤可用光源为低同调性光源(即具有宽频谱特性)，其波长具有一特定范围，所述特定范围可以是介于780nm至1410nm，补充说明，本实用新型光纤可用光源在波长选择上，较佳地是选用位于生物光学之窗(biological optical window)的波段，以利应用于oct领域。发光芯片112 举例来说可以是会发射出白光光源的led芯片，因其能够产生具有低同调性长度的光，所以可以应用于oct领域，此又称为扫描式白光干涉技术(white light interferometry)，又或发光芯片112也可以是雷射芯片，然而此种雷射芯片非属单一波长的雷射芯片，例如本实用新型雷射芯片在电路设计上通过时间轴上两脉冲部分重叠的设计来得到脉冲宽度变宽的光纤可用光源，又或是雷射二极管在材料的选用上存有蓝位移(blue shift)或红位移(red shift) 现象等方法，都能满足让本实用新型光纤可用光源为宽频谱光源的要求。在本实施例中，固定盖113紧靠设置于基座111并围绕光纤可用光源的周边，固定盖113具有一供光纤可用光源向外射出的开口114，及一邻近所述开口 114的安装空间115。
27.光导引单元12与发光单元11相对设置。光导引单元12包括一套管121、一供光纤10穿过其内部的光纤固持件122，及一连接于套管121与光纤固持件122的轴向调整环123。
28.收纳管13界定一容置空间131并包括一前端部132与一后端部133，收纳管13的前端部132与光导引单元12连接并围绕部分光纤固持件122，收纳管13的后端部133围绕光纤可用光源与固定盖113。在本实施例中，所述套管121为光纤尾套(pigtail type)，而在其他
应用或实施例中，套管可以是 receptacle type的金属本体并采取省略收纳管13的设计，也就是金属本体一端供光纤固持件插设，另一端是朝发光单元的基座方向延伸，而所延伸的部分是环绕轴心以形成供聚焦透镜14及消色差单元15容设的空间，从而成为插拔式的tosa。
29.如图3，聚焦透镜14位于容置空间131并介于发光单元11与光导引单元12之间。在本实施例中，聚焦透镜14是固定设置于安装空间115，并用以聚焦来自发光芯片112的光纤可用光源，且聚焦透镜14举例来说可以为非球面透镜(aspheric lens)。
30.消色差单元15位于容置空间131并介于聚焦透镜14与光导引单元12 之间。在本实施例中，消色差单元15包括一透镜座151、一第一透镜152 与一第二透镜153。透镜座151内部呈阶梯状并用以供第一透镜152与第二透镜153设置，透镜座151的一侧紧靠连接于固定盖113。第一透镜152位于发光单元11与光导引单元12之间并具有正屈折力，第一透镜152其进光侧表面近光轴处为凸面，其出光侧表面近光轴处为凸面，第二透镜153位于第一透镜152与光导引单元12之间并具有负屈折力，第二透镜153其进光侧表面近光轴处为凹面，其出光侧表面近光轴处为凸面。
31.以下将以组装本实用新型的过程与使用过程来了解本实用新型的优点:
32.在组装上，举例来说可先将发光芯片112固定于基座111的表面，接着将固定盖113的边缘对应焊接于基座111周缘，由此让基座111与固定盖113 两者间形成一充气空间116，发光芯片112是位于充气空间116中，充气空间116会填充氮气或其他惰性气体(inert gas)，以防止发光芯片112受潮产生损坏。固定盖113的安装空间115嵌入聚焦透镜14，在此设置聚焦透镜14 的目的是为了使光纤可用光源朝同一处聚集。为确保光纤可用光源在运作时能确实入射至光纤固持件122内的光纤10中，装设有第一透镜152与第二透镜153的透镜座151，在使其固设于固定盖113的过程中，透镜座151需要进行x轴与y轴的位置调校，同时光导引单元12须同步进行x轴、y轴与z轴(光轴方向)的位置调校，以完成5个轴度的耦光矫正光路径步骤。在其他应用或实施例中，固定盖113与透镜座151两者可以采用一体成型的设计，由此减少组装工序，其中消色差单元15的透镜组若进一步设计成具有聚焦功能，则可以省略聚焦透镜14的设置。本实施例在完成将透镜座151 定位固设于固定盖113的作业后，再将收纳管13的后端部133的边缘固定设置于基座111，并使其后端部133围绕光纤可用光源，收纳管13的前端部 132则与光导引单元12连接在一起，其中光导引单元12的套管121的前端具有一缺口124，光纤10通过所述缺口124并进入到光纤固持件122内部的通道，而光纤固持件122穿入于收纳管13的前端部132的深度，会与光纤可用光源最后聚焦的位置有关，经由上述举例便能完成一种同轴型的消色差光传输次模块的组装。
33.在使用上，举例来说，本实用新型消色差光传输次模块的发光芯片112 所发射出的光纤可用光源的光路径可以参考图4所示，自发光芯片112所发射出的光纤可用光源的多波段的宽频谱波长依序经聚焦透镜14与消色差单元15后，其多波段波长会行经各自光路径并重合于同一焦点而入射至光导引单元12内的光纤10中。由于光纤可用光源为低同调性光源(在光谱上为宽频谱)，因此在不同介质的界面上便会产生光路径分离的情形，本实用新型通过设置消色差单元15使分离路径的光再重新回到一样的路径并于光轴上聚焦于同一点，由此消除色像差的问题，而重新聚焦的光纤可用光源最终会入射至光纤10中，进一步提高耦光效率，并且使光纤可用光源的光频谱完整传输。在本实施例中，消色差单元15位于发
光单元11与光导引单元12 之间的位置设计，需参考各元件间的位置关系与其材料特性，举例来说发光芯片112(例:雷射芯片)的水平及垂直发散角条件分别为14度与34度、发光芯片112与消色差单元15的距离约4.5mm、消色差单元15与光纤10的距离约6.6mm、聚焦透镜14的材料选用能是d-zk2、消色差单元15内的凸凹透镜的选用可以分别是h-laf50b及h-zf72a，以及光纤10的最大极限收光角度为16度等因子。
34.值得一提，只要能达成消除色像差的目的，本实用新型消色差单元15 也可为超颖透镜(meta-lens)，所述超颖透镜包括多个形成于一介电层上的纳米柱，通过控制纳米柱的排列方向来达成消除色像差的功能，此外，如果本实用新型在应用上只考虑解决色像差的差异时，也可以将聚焦透镜14的设计移除。
35.如图5，为本实用新型消色差光传输次模块的第二实施例，第二实施例是类似于第一实施例，其主要差异在于：
36.固定盖113省略用以供聚焦透镜14设置的安装空间，而固定盖113的开口114被一透明基材117所覆盖，所述透明基材117可以是板玻璃。聚焦透镜14通过一套筒141与透镜座151结合在一起，并与一z轴调整环142 连接。
37.在组装上，由于聚焦透镜14与消色差单元15是通过z轴调整环142固设于固定盖113上，因此能进行x轴、y轴与z轴三个自由度的位置调校，而光导引单元12同时也会同步进行x轴、y轴与z轴(光轴方向)的位置调校，故相较于第一实施例的结构而言，第二实施例可以通过6个轴度的位置调整来完成耦光矫正光路径步骤。由于发光芯片112的出光点至第一个遇到的透镜，其两者间距的改变在光学上对耦光量测的结果极为敏感，本实施例的聚焦透镜14与消色差单元15可以透过z轴调整环142相对于发光芯片 112的出光点进行微调移动的设计，能有助于获得较佳耦光效率。
38.本实用新型消色差光传输次模块不仅能应用于oct领域且能解决色像差问题以提升耦光效率及让光频谱完整传输之外，应用于oct领域中更因为本实用新型消色差光传输次模块具有小体积的特性，有助于制造出产品小型化的oct仪器，甚至是可以随身携带的便携式oct仪器，故综上所述，本实用新型消色差光传输次模块确实能达成本实用新型的目的。
39.本实用新型所公开的技术内容并不限于上述的实施例，凡是与本实用新型所公开的概念及原则相同的，均落入本实用新型的申请专利范围。需注意的是，元件的定义，例如“第一”和“第二”并不是限定的文字，而是区别性的用语。而本实用新型所用的“包括”或“包含”涵盖“包括”和“具有”的概念，并表示元件、操作步骤及/或组或上述的组合，并不代表排除或增加的意思。又，除非有特别说明，否则操作的步骤顺序并不代表绝对顺序。更，除非有特别说明，否则以单数形式提及元件时(例如使用冠词“一”或“一个”)并不代表“一个且只有一个”而是“一个或多个”。本实用新型所使用的“及/或”是指“及”或“或”，以及“及”和“或”。本实用新型所使用的范围相关用语包含全部及/或范围限定，例如“至少”、“大于”、“小于”、“不超过”等，是指范围的上限或下限。
40.以上所述，仅为本实用新型的实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，凡是依本实用新型申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均仍属本实用新型专利涵盖的范围内。