倾斜切割光纤与制造及使用倾斜切割光纤的方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:倾斜切割光纤与制造及使用倾斜切割光纤的方法
技术领域
本发明的技术涉及光纤,且尤其涉及用于监视光学光源的倾斜切割光纤
背景技术
光纤可在各种应用中用来传输或处理光。实例包括将光输送到形成在衬底上的集成光学组件或装置或从所述组件或装置接收光;在波长分割多路复用光学通信装置及系统中传输信息通道;形成光纤开关矩阵装置或光纤阵列到阵列连接器,及产生用于光放大或激光振荡的光増益。光纤本质上充当“光管”以将光限制在光纤边界中且将光从ー个点传递到另ー个点。典型光纤可简化为具有光纤芯及围绕光纤芯的包覆层。光纤芯的折射率比包层高从而限制光。光线相对于光纤芯的纵轴在最大角度内耦合到光纤芯中,所述光线在光纤芯与包层的界面处全内反射。全内反射(TIR)为当光线以一角度照射介质边界时发生的光学现象,所述角度大于相对于表面的法线的临界角。如果在边界的另一侧上的材料的折射率较低,则不会有光通过且反射全部光。临界角为当高于所述角度时会发生全内反射的入射角。此IlR在空间上将光线的光能限制在一或多个选定的光纤模式中以沿着光纤芯引导光能。用于短距离应用(例如< Ikm)的光学链路可采用多模光纤来获得对于源及探測器的放松的对准容差。多模光纤芯的大尺寸使光学互连对关于法布里-珀罗 (Fabry-Perot)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)激光源的侧向、角度及轴向未对准高度容忍。由于这一原因及其他原因,有时需要监视在光纤中传播的光量。举例来说,给定光学链路的眼睛安全需求可规定光纤功率等级不超过预定义最大等级。同吋,在探測器处接收的光学功率应比所需最小等级大从而避免由于探测器噪声导致的位错误或使由于探测器噪声导致的位错误最小。光源在用以将链路光学功率保持在所需最大等级与最小等级之间的功率等级下的功率等级下将光学信号发射到光纤中。而且,随着激光器老化,激光器产生的光的量在恒定激光驱动条件下可缓慢改变。在源到光纤耦合应用中的解决方案涉及将探測器定位在激光源附近以监视来自激光源的光。将一部分光学功率导向探測器以在激光器的寿命期间监视输出功率等级。需要具有用于监视在光纤中传播的光的量的方案,所述方案可在沿着光纤的任意地点使用且所述方案可以紧凑形式来实施。

发明内容
详细描述中掲示的实施例包括至少ー个光纤,所述至少一个光纤包含安置在光纤的端部的多个切面。多个切面中的上切面相对于光纤的纵轴以不同于所述多个切面中的下切面的角度安置或形成。光纤在ー个端部具有倾斜面,所述倾斜面具有上切面及下切面,所述上切面及下切面将来自光束的光分裂于光纤芯与探測器之间。以第一角度安置或形成光纤的端部的倾斜面的所述切面中的第一面,以使得来自光学组件、照射第一面的光全内反射到光纤芯中。第二切面相对于光纤的纵轴以小于第一角度的第二角度安置或形成,以使得来自光学组件的光的一部分通过第二面折射并照射到探測器上。在一端具有一个拥有多个切面的倾斜面的光纤可用以将来自光学光源的光束的光分裂到探測器,以使得来自光学光源的光可经分接出以用于监视目的。在探測器处探测的光可经测量且可用于多种目的,包括(但不限干)相对于光学光源对准光纤,及光学光源的光学衰减。此种分接设计允许紧凑的封装方法,其中光学光源(例如VCSEL)和探測器在紧凑封装中紧靠在一起。详细描述中掲示的其他实施例包括形成具有多个切面的倾斜切割光纤的方法。所述方法包括将光纤的端部以第一角度切割以在所述光纤的端部形成第一倾斜切面。所述方法也包括将光纤的端部以第二角度切割以在光纤的端部形成第二倾斜切面,其中第一角度与第二角度不同。本文所掲示的另ー实施例包括监视衬底上的光学光源的方法。从光学光源将光导向具有至少ー个倾斜切割端部的光纤。光纤的底表面将光反射到探測器,所述探测器位于接近光学光源的衬底上。光纤的底表面将来自光学光源的光的第一部分IlR反射。可在第一探測器处探测光的所述第一部分,所述第一探測器位于接近光学光源的衬底上。光纤的底表面将来自光学光源的光的第二部分菲涅耳(Fresnel)反射。可在第二探測器处探测光的所述第二部分,所述第二探測器位于接近光学光源的衬底上。其他实施例包括监视光学光源的另一方法。将光从光学光源导向具有至少ー个倾斜切割端部的光纤。光由光纤的倾斜切割端部反射且光在探测器处被探測。在一个实施例中,光纤进一歩包含多个切面,所述多个切面安置于光纤的倾斜切割端部处。多个切面中的上切面相对于光纤的纵轴以不同于多个切面中的下切面的角度安置或形成。将在以下详细描述中阐述另外的特征及优点,且特征及优点将部分地易于由所属领域的技术人员根据描述显而易见,或通过实践本文所述的实施例而了解,本文所述的实施例包括以下详细描述、权利要求书以及附随图式。应了解,前述总体描述及以下详细描述呈现实施例,且意在提供用于了解本发明的性质及特性的综述或框架。包括附随图式以提供进ー步了解,且附随图式被并入且构成本说明书的一部分。图式图示多种实施例,且图式与描述一起用于解释所掲示概念的原理及操作。


图1为具有将光发射到示范性倾斜切割光纤中的光学光源的示范性衬底的横截面侧视图;图2A为具有两个安置在光纤端部的倾斜切面的光纤的示范性实施例的横截面侧视图;图2B为图示将来自衬底上的光学光源的光分裂的图2A的光纤的示范性实施例的横截面侧视图;图3A为具有两个安置在光纤端部上的倾斜切面的光纤的另一示范性实施例的横截面侧视图;图加为图示将来自衬底上的光学光源的光分裂的图3A的光纤的示范性实施例的横截面侧视图;图4为具有两个安置在光纤端部上的倾斜切面、经由模制盖的内表面反射将来自衬底上的光学光源的光分裂的光纤的示范性实施例的横截面侧视图;图5A为具有两个安置在光纤端部上的倾斜切面的光纤的示范性实施例的横截面侧视图,所述横截面侧视示替代探測器配置;图5B为图示将来自光学光源的光分裂到光学光源所位于的衬底上的探測器上的图5A的光纤的示范性实施例的横截面侧视图;以及图6为从光纤的底表面反射的光的示范性实施例的横截面端视图。
具体实施例方式现可详细參阅实施例,实施例的实例在附随图式中加以说明,其中展示ー些(但不是所有)实施例。当然,所述概念可以多种不同形式加以体现且所述概念不应视为本文限制;相反,提供所述实施例以使得本发明将满足适用法律要求。只要可能,相同元件符号将用来代表相同组件或零件。详细描述中掲示的实施例包括至少ー个光纤,所述至少一个光纤包含多个切面, 所述多个切面安置在光纤端部处。多个切面中的上切面相对于光纤的纵轴以不同于多个切面中的下切面的角度安置或形成。光纤在ー个端部具有倾斜面,所述倾斜面具有上切面及下切面,所述上切面及下切面将来自光束的光分裂于光纤芯与探測器之间。以第一角度安置或形成光纤端部的倾斜面的所述切面中的第一切面,以使得来自光学组件、照射第一面的光被全内反射到光纤芯中。第二切面相对于光纤的纵轴以小于第一角度的第二角度安置或形成,以使得来自光学组件的光的一部分通过第二面折射并照射到探測器上。在一个端部具有拥有上切面及下切面的倾斜面的光纤可被称为多面倾斜切割光纤。可使用多面倾斜切割光纤通过分接出来自光学光源的光的一部分来协助监视来自光学光源(例如激光器)的光。在一个实施例中,光学光源可为垂直腔面发射激光器(VCSEL) 激光源。为了监视在光学系统中传播的光的量,将探测器定位在光学光源附近以监视来自光源的光。将一部分光学功率导向探測器以在激光器的寿命期间监视输出功率等级。多面倾斜切割光纤用来将来自由光学光源发射的光束的光分裂为两个部分,其中ー个部分被导向光纤的内芯且ー个部分被导向探測器。以第一角度安置或形成光纤的端部的倾斜面的所述面中的ー个面,以使得来自光学组件的光全内反射到光纤芯中。第二面相对于光纤的纵轴以小于第一角度的第二角度安置或形成,以使得来自光学组件的光的一部分通过所述面折射并照射到探測器上。图1提供激光倾斜切割光纤的ー个实施例的横截面侧视图,其中将来自衬底上的光学光源的光发射或导向激光倾斜切割光纤。就此点来说,衬底10具有安置于所述衬底10 上的光学光源16。光学光源16可为VCSEL或其他光源。提供具有内芯14、包层15及端部 18的光纤12。光纤12的端部18可傾斜。在一个实施例中,经由激光器(例如激光-切割)以ー角度切割端部18 (此后称为端部18、切割光纤端部18,或倾斜切割光纤端部18,或激光切割光纤端部18)。光纤12经定位以使得切割光纤端部18与光学光源16对准从而接收来自光学光源16的光。可提供切割光纤端部18的角度,以使得从光学光源16导向的光 100L可在切割光纤端部18处经由全内反射(TIR)而反射且沿光纤12的内芯14重定向作为光100R。在一个实施例中,切割光纤端部18的角度可大约为45度,或提供改善的光学性能(例如背反射減少、多模光纤中的带宽增加等)的相对于光纤12的轴的其他角度。当光 100R沿着光纤12传播吋,光100R通常保持在内芯14中。可根据已知方法使用激光处理来形成光纤端部上的倾斜面。可使用由具有可变光束扩展器的ニ氧化碳(⑶幻激光器及25毫米焦距聚焦透镜组成的激光切割站。因此, 当使用激光器切割光纤时,光纤或光纤端部也可被称为激光切割光纤或激光切割端部。可使用激光处理来在单个光纤或ー组光纤上形成倾斜面,该组光纤布置在ー维(I-D)或ニ维 (2-D)阵列中。具有成角度的激光切割端部的光纤可用于多个目的。举例来说,VCSEL垂直发射光束,且因此出于对某些应用的紧凑性考虑,常需要直角或90度的转动。如上文图1中所示,可使用具有成角度的激光切割端部的光纤来达到来自VCSEL的光的所需直角转动。在激光切割制程的替代方法中,可经由精确抛光操作在个别光纤或光纤阵列上形成光纤端部上的倾斜面。也可使用光纤端部上的倾斜面反射光的能力通过分裂来自光学光源的光的一部分及将所分裂的部分导向探測器而监视来自光学光源的光。在一个实施例中,如图2A及图 2B中所示,经由在光纤端部上形成多个切面而将分光器集成到光纤端部中来实现所述监视。图2A为具有两个倾斜切面的光纤的示范性实施例的横截面侧视图。光纤12在一个端部具有拥有多个切面的倾斜面,可使用光纤12来将来自光学光源的光束的光分裂到探測器,以使得来自光学光源的光可被分接出以用于监视目的。图2A图示具有与衬底10 上的光学光源16对准的内芯14的光纤12。光纤12在端部18处经切割以使得光纤12具有上切面20U及下切面20し如上所述,在一个实施例中,通过使用CO2激光器穿过光纤12 的端部18上的一点制作一对激光切割切ロ来形成上切面20U及下切面20し在此实施例中,第一激光切割切ロ可相对于光纤12的纵轴Al而成第一角α以形成上切面20U。接着以第二角度β制作第二激光切割切ロ以形成下切面20し应了解,切ロ的順序并不重要,且第一激光切割切ロ可相对于纵轴Al成角β以形成下切面20し在图2Α的实施例中,下切面20L的角β将相对于纵轴Al为相对陡峭的(例如45度或更大)。上切面20U的角α 将小于角β。角α可在15度到30度的范围内。此外,可使用用以形成上切面20U及下切面20L的其他方法。在切割制程的最后,在图2Α中图示的实施例中的光纤12具有上切面 20U及下切面20L,使得点20之下的光纤12的端部相对于纵轴Al以β度傾斜,且点20之上的光纤12的端部相对于纵轴Al以α度傾斜。图2Β为图示分裂来自衬底上的光学光源的光的图2Α的光纤12的示范性实施例的横截面侧视图。如图2Β中所说明,光纤12在一个端部具有拥有多个切面的倾斜面,可使用光纤12来将来自光学光源的光束的光分裂到探測器,以使得来自光学光源的光可被分接出以用于监视目的。具有内芯14的光纤12定位在衬底10上的光学光源16之上。在光纤12的端部18上的上切面20U及下切面20L相对于从光学光源16发射的光100L的光束以不同角度定向。在一个实施例中,光100L可为发散光束。上切面20U及下切面20L用以将来自光束100L的光分裂于光纤12的内芯14与探測器22(例如光电探测器)之间。在图2Β中所图示的实施例中,探測器22位于光纤12之上。下切面20L在相对陡峭的角度 (例如,如图2Α中以角β指示的45度或更大)下安置或形成,以使得来自布置于光纤12之下的光学光源16的光100L被TIR反射到光纤12的内芯14中作为光100R。上切面20U 在比角β小的角(例如,在如图2Α中以角α指示的15度到30度的范围中)下安置或形成,以使得光100L的一部分经过上切面20U折射并照射到布置在光纤12之上的探測器22。 下切面20L经倾斜以使得来自光学光源16的照射下切面20L的光100L被TIR反射到内芯 14中作为光100R,所述光100R呈与光纤12的纵轴大致平行的角度。上切面20U以相对于下切面20L略微不同的角度傾斜,以使得照射上切面20U的光100L从光纤折射出来作为光 100Τ。所述光100Τ传播到定位于光纤12之上的探測器22。以此方式,来自光学光源16的光100L的一部分作为光100Τ分接到探測器22,以使得光100Τ用来监视来自光学光源16 的光。在一个实施例中,尽可能宽地安置或形成上切面20U。此允许将尽可能少的光 100L的量作为光100Τ分接到探測器22且仍可准确监视来自光学光源16的光。可选择下切面20L的角度以使得大多数光100L包含在光纤12的内芯14中。上切面20U及下切面 20L的特定角可用布儒斯特偏振角来确定,所述布儒斯特偏振角为具有特定偏振的光被完美传输穿过表面而无反射时的入射角。对于以垂直角度照射表面的光来说,无布儒斯特偏振角。通过简单的三角法,此条件可表达为θけθ 2 = 90度,其中Q1为入射角且θ 2为折射角。斯涅尔定律陈述入射角与折射角的正弦比率为取决于介质的常数。尤其,斯涅尔定律陈述入射角与折射角的正弦比率等于两个介质中之速度比率,或所述正弦比率等于折射率的反比率。因此,使用斯涅尔定律,不反射光时的入射角θ1= θ Β可计算为θΒ=反正切(Ii1Ai2),其中II1及η2为两个介质的折射率。此外,在一个实施例中,在切割制程期间使激光切面20U及20L的拐角(亦即,在点20处)尽可能地成鋭角。在图2Β的实施例中,图示个别光纤12。然而,激光倾斜切割光纤端部可安置或形成在个别光纤或光纤阵列上。因此,在其他实施例中,除个别光纤外,单个或多个面亦可安置或形成在阵列光纤的端部上。在其他实施例中,也可使用在一个端部具有多个切面的光纤12 (例如图2Α及图2Β 中的光纤1 来简化在装配期间光纤12与光学光源16的对准。在探测器处对来自光学光源16的光功率的測量可提供当光纤12的端部相对于光学光源16而适当地定位时的局部
^/jN ο在其他实施例中,取决于光纤12的端部上的切面的特定配置及光学光源16的大小及功率,探測器22可定位在其他位置。一般,光学光源16越小,探測器22应越靠近所反射的光100T。图3A为具有两个倾斜切面的光纤的另一示范性实施例的横截面侧视图。光纤12 在一端具有一个拥有多个切面的倾斜面,光纤12可用以将来自光学光源的光束的光分裂到探測器,以使得来自光学光源的光可经分接出以用于监视目的。具有内芯14的光纤12 定位在衬底10上的光学光源16之上。光纤12在端部18处被切割以使得光纤12具有上切面320U及下切面320L。如上所述,可通过使用CO2激光器制作穿过光纤12的端部18上的一点的一对激光切割切ロ来安置或形成上切面320U及下切面320L。在此实施例中,第一激光切割切ロ可相对于光纤12的纵轴A2成第一角γ从而形成上切面320U。接着在与第一切ロ相反的方向上、在相对于轴A3的第二角Φ下制作第二激光切割切ロ从而形成下切面320L。轴Α2及轴A3彼此平行且轴Α2及轴A3与光纤12的纵轴平行。应了解,不需要对切ロ排序。第一激光切割可以角Φ来切割以形成下切面320L。此外,可使用形成上切面 320U及下切面320L的其他方法。在切割制程的最后,在图3Α中图示的实施例中的光纤12 具有上切面320U及下切面320L,以使得点320之下的光纤12的端部在相对于轴A3成Φ 度的ー个方向上傾斜,且点320之上的光纤12的端部在相对于轴Α2成γ度的相反方向上傾斜。图加为图示分裂来自衬底上的光学光源的光的图3Α的光纤的示范性实施例的横截面侧视图。光纤12在一个端部具有拥有多个切面的倾斜面,可使用光纤12来将来自光学光源的光束的光分裂到探測器,以使得来自光学光源的光可经分接出以用于监视目的。具有内芯14的光纤12定位在衬底10上的光学光源16之上。如图;3Β中所见,上切面320U 经倾斜(如图3Α中所示,相对于轴Α2成、度),以使得来自光学光源16的光100L作为光100R而TIR反射到光纤12的内芯14中。下切面320L在与上切面320U相反的方向上倾斜(如图3Α中所示,相对于轴A3成Φ度)。这样,来自光学光源16的光100L照射下切面320L且来自光学光源16的光100L从光纤12的端部作为光100Τ反射出去。在图
的实施例中,如图2Β的实施例中所提供,探測器22可定位在光纤12的端部而不是光纤12 之上。探測器22可定位在沿着所反射光100Τ的路径的任何点处。所反射的光100Τ接着可用作光学分接信号以监视来自光学光源16的光。也可需要在与光学光源相同的衬底上安装光学探測器。此种配置可简化光学装置的封装与装配。此外,此种配置可允许实现共同主动式光学装置引线接合方法且此种配置可简化电子组件间的电连接器。图4提供此种分接探測器解决方案,其中探測器安装在与光学光源相同的衬底上。图4为具有两个倾斜切面的光纤的示范性实施例的横截面侧视图,所述倾斜切面经由模制盖的内表面的反射将来自衬底上的光学光源的光分裂。具有内芯14的光纤12定位在衬底10上的光学光源16之上。图4中的光纤12的端部与图3Α及图加的光纤12相似地经激光倾斜切割。在图4中,光纤12在一个端部处被切割以使得光纤12具有上切面 420U及下切面420L。如上所述,通过使用C02激光器制作穿过光纤12的端部上的一点的一对激光切割切ロ来安置或形成上切面420U及下切面420L。在切割制程的最后,在图4中图示的实施例中的光纤12具有上切面420U及下切面420L,以使得点420之下的光纤12的端部在ー个方向上相对于轴A3傾斜,且点420之上的光纤12的端部在相反方向上相对于轴Α2以不同的角度傾斜。如图3Α及图;3Β中,轴Α2及轴A3彼此平行且轴Α2及轴A3与光纤12的纵轴平行。如图4中所见,上切面420U经倾斜以使得来自光学光源16的光100L以上文关于图3Β所论述的相同方式作为光100R被IlR反射到光纤12的内芯14中。下切面420L在与上切面420U相反的方向上倾斜且成不同的角度以使得来自光学光源16的光100L,以上文关于图加所论述的相同方式照射下切面420L且作为光100Τ从光纤12的端部反射离开。然而,在图4的实施例中,模制盖M定位在光纤12(或光纤阵列)之上以将光纤 12固持在适当位置。在一个实施例中,模制盖M可为同时申请的标题为“用于光纤与光学元件对准的衬底与夹持器及相关方法(SUBSTRATES AND GRIPPERS FOR OPTICAL FIBER
ALIGNMENT WITH OPTICAL ELEMENT (S) AND RELATED METHODS) ” 的第_号申请
案中掲示的类型的夹持器结构,所述申请案的全文特此以引用的方法并入本文中。模制盖 M可由塑料材料或聚合材料构成。模制盖M也可提供内反射表面25。光100T反射离开下切面420L而到达模制盖M上。模制盖M的内反射表面25将所反射的光100T导向到探測器422中。可用一些其他反射或散射材料金属化或涂覆模制盖M的内反射表面25以将光100T导向到探測器422。探測器422可定位在与光学光源16相同的衬底10上,探測器422可定位于在自模制盖24的反射光100T的路径中的在衬底10上的任何点处,且探测器422可定位为接近光学光源16。光100T接着可用作光学分接信号以监视来自光学光源 16的光。在另ー实施例中,激光切面可进ー步倾斜以使得激光切面可经由菲涅耳反射及折射来反射且折射来自光学光源的光。图5A为具有两个倾斜切面的光纤的示范性实施例的横截面侧视图,所述横截面侧视示替代探測器配置。如图5A中所示,光纤12在ー个端部具有拥有多个切面的倾斜面,也可使用光纤12来将来自光学光源的光束的光分裂到探测器,以使得来自光学光源的光可被分接出以用于监视目的。具有内芯14的光纤12定位在衬底10上的光学光源16之上。除了图5A中的光纤12的激光切面被以更尖鋭的角(亦即,相对于纵轴Al更尖的角)切割之外,与图3A、图;3B及图4的光纤12相似地激光倾斜切割光纤12的端部18。在图5A的实施例中,光纤12在端部18处被切割以使得光纤12具有上切面520U 及下切面520L。如上所述,通过使用(X)2激光器制作穿过光纤12的端部18上的一点的一对激光切割切ロ来安置或形成上切面520U及下切面520L。在此实施例中,第一激光切割切 ロ可相对于光纤12的纵轴A4成第一角θ从而形成上切面520U。接着在与第一切ロ相反的方向上、以相对于轴Α5的第二角Ω制作第二激光切割切ロ,从而形成下切面520L。轴 Α4及轴Α5彼此平行且轴Α4及轴Α5与光纤12的纵轴平行。角Ω及θ经选择成为比图2Α中的α及β或图3Α中的Y及Φ更尖鋭的角 (亦即,更尖的角)。应了解,切ロ的順序并不重要,且第一激光切割切ロ可在角Ω下形成下切面520L。此外,可使用形成上切面520U及下切面520L的其他方法。在切割制程的最后,在图5Α中图示的实施例中的光纤12具有上切面520U及下切面520L,以使得点520之下的光纤12的端部在相对于轴Α5成Ω度的ー个方向上傾斜,且点520之上的光纤12的端部在相对于轴Α4成θ度的相反方向上傾斜。图5Α中的光纤12的端部18经切割的较尖鋭(亦即,更尖)的角Ω及θ导致光纤12的更尖的端部18。此外,上切面520U及下切面520L将更长(亦即,在上切面520U及下切面520L上将存在更多表面区域)。如图5Β中所见,及如下文进ー步论述,此允许安置或形成激光切面520U及520L以使得激光切面520U 及520L可经由菲涅耳反射及折射来反射及折射来自光学光源的光。图5Β为图示图5Α的光纤12的示范性实施例的横截面侧视图,所述光纤12将来自光学光源的光分裂到光学光源所位于的衬底上的探測器上。具有内芯14的光纤12定位在也包括探測器522的衬底10上的光学光源16之上。在图5Β中,来自光学光源16的光100L的一部分被向上导向光纤12的激光切割端部。当光100L照射下切面520L吋,光 100L的第一部分经过下切面520L折射到上切面520U。当光100L的第一部分照射上切面520U时,所述第一部分接着由上切面520U被TIR反射到光纤12的内芯14中作为光100R。光100L的剩余或第二部分反射离开下切面520L且光100L的剩余或第二部分被导向探测器522。在图5B的实施例中,探测器522位于与光学光源16相同的衬底10上且探测器522可定位为接近光学光源16。探测器422可定位于自下切面520L的反射光100T的路径中的在衬底10上的任何点处。光100T接着可用作光学分接信号以监视来自光学光源16的光。在上述图2A至图5B中提供的配置中,导向到探测器的光的量部分地取决于光纤端部18相对于光学光源16的轴向位置。举例来说,在图5B中,如果光纤12略微向右移动,则来自光学光源16的光100L的一部分将完全错过低切面520L且所述光100L的一部分向上传播。如果光纤12定位得太靠右,则来自光学光源16的光100L将落到光纤的弯曲底表面而不是下切面520L上,从而使光沿着错过探测器522的路径反射。如果光纤12在对准期间侧向地移位(到页面中或移动出页面),则所反射的光也将错过探测器522。因此,当启动光学光源16时,可在对准期间使用来自探测器522的闭环反馈而确定光纤12的端部相对于光学光源16的适当定位。为了执行此闭环反馈对准过程,将光纤12从右插入直到光纤12的激光切割端部与光学光源16对准。在此过程中,光学光源16可为主动式光学组件的形式,例如VCSEL。对准方法涉及启动光学光源16及调整光纤12的位置直到功率在探测器522处最大化。在一些激光耦合应用中,需要提供介于激光源与光纤之间的固定光学衰减。可使用上述的相同光纤对准过程来限制耦合到光纤中的功率。举例来说,当在图5B中光纤12向左或向右移动时,预期被TIR反射到内芯14中的光100R的量会改变。因此,通过调整光纤12的端部相对于光学光源16的最终位置,在制造时易于设置来自光学光源16的光的特定光学衰减。在另一实施例中,例如图6中所示的实施例,可通过探测反射离开光纤的底表面的光来监视光学光源的功率。探测器安装在与VCSEL装置相同的衬底上。取决于底表面上的VCSEL光的入射角,光可被IlR反射离开光纤的底表面或被菲涅尔反射。如上所述,可通过监视散射离开光纤的底表面的功率而在装配期间采用闭环光纤对准(至少在侧向上)。图6为光纤的示范性实施例的横截面端视图,其中光被反射离开光纤的底表面。具有内芯14的光纤12定位在衬底10上的光学光源16之上。在一个实施例中,如图6中所示且如先前关于图1所论述,光纤12可具有切割光纤端部18。在另一实施例中,可使用已知抛光技术抛光光纤端部18。在其他实施例中,如图2A至图5B中所示,光纤12可具有多个切面。一或多个探测器安置在衬底10上。在图6的实施例中,两个探测器(第一探测器622-1及第二探测器622-2)位于衬底10上。光100L从光学光源16发射。光100L的一部分被作为光100R反射离开切割光纤端部18到光纤12的内芯14中。光100L的其他部分可作为光100T而TIR反射离开光纤12的底表面。光100L的其他部分可作为光100F菲涅尔反射离开光纤12的底表面。光100L是TIR反射还是菲涅尔反射离开光纤12的底表面取决于光100L在照射光纤12的底表面时的入射角且由斯涅尔定律控制。以高于某一临界角的角度照射光纤12的底部的光100L的部分被全内反射为光100T。光100L的剩余部分被菲涅尔反射为光100F。IlR反射离开光纤12的底表面的光100T可被导向探测器622-1。菲涅尔反射离开光纤12的底表面的光100F可被导向探测器622-2。
在图6的实施例中,探测器622-1及622_2可位于与光学光源16相同的衬底10上。探测器622-1及622-2可定位于在TIR反射离开光纤12的底表面的反射光100T的路径中或可定位于在菲涅尔反射离开光纤12的底表面的反射光100F的路径中的在衬底10上的任何点处。探测器622-1及622-2可定位为接近光学光源16。光100T及/或100F接着可用作光学分接信号以监视来自光学光源16的光。如上所述,通过监视反射离开光纤12的底表面的光的散射功率,也可使用图6的实施例在装配期间至少在侧向上执行闭环光纤对准。如上文所论述,本文所揭示的激光切割光纤端部可安置或形成在个别光纤或光纤阵列上。除了个别光纤以外,单个或多个激光切面也可安置或形成在阵列光纤的端部上。光纤阵列可包含各具有外表面、内芯及切割(例如激光切割)光纤端部的光纤,所述切割光纤端部具有本文所揭示类型的一或多个激光切面。此外,本文所揭示的衬底10可为槽形衬底,以使得激光切割光纤可插入槽形衬底中的沟槽中。在示例性实施例中,光纤阵列可包含例如带状光缆的光缆。激光切割光纤端部的尖锐或倾斜形状有助于光纤插入衬底的沟槽中。对于某些光学光源(例如基于VCSEL的传输器的形式的光源)来说,常需要在高光学输出功率等级下操作组件。由于眼睛安全需求对光学链路中携载的最大光学功率有限制,有时需要衰减发射到光纤中的光学功率。在一实例中,通过在光学光源16与光纤12之间提供已知光学衰减或通过定位(亦即,选择性地对准)光纤12以使得光纤仅捕捉由光学光源16输出的部分光来实现光学功率的控制。总之,揭示光学总成配置,其中来自光学光源的光的部分由两个或两个以上的倾斜切割光纤端面中的一者折射或反射到探测器中。通过使用具有多个切面的光纤,可实现用于监视来自光学光源的光的分接监视器而无须涂覆光纤的端部。此外,已描述用于光纤与光学光源的主动对准的各种技术。本文所描述的一个技术涉及测量在一个端部处耦合到光纤中的功率量及相对光学光源调整光纤的位置直到所接收的功率最大化。使用具有多个切面的光纤来分接出光以监视来自光学光源的光具有其他优点。分接率(亦即,在分接头处分裂出的光的功率与从光学光源发射到光纤中的光的总量的比率)可在装配时通过选择适当的光纤端部切面角度而设置。当分接出光以用于监视目的时,通常需要使分接率尽可能地小。在一个实施例中,使用本文所揭示的倾斜切割光纤允许分接率被设置为介于与5%之间。此外,分接率可在装配时通过相对于光学光源调整光纤的端部的位置而微调。在将光纤定位在光学总成中期间,也可使用分接功率的主动监视以在装配期间提供位置反馈。而且,调整光纤端部的切面的角度及位置,或相对于光学光源调整光纤端部的位置也可用来可变地衰减光学光源的功率。使用切割光纤来监视来自光学光源的光的另一优点是低成本,如此是由于因为用来分裂出用于分接监视的光的装置集成于光纤的切割端部中,所以不需要额外零件。另外,如本文所使用,希望使术语“光缆”及/或“光纤”包括所有类型的单模及多模光波导,包括一或多个裸光纤、松管(loose-tube)光纤、紧密缓冲(tight-buffered)光纤、条带化(ribbonized)光纤、耐弯(bend-insensitive)光纤或用于传输光信号的介质的任何其他手段。耐弯光纤的实例为由康宁公司(Corning Incorporated)制造的ClearCurve 光纤。 得益于前文描述及相关联图式中呈现的教示的所述实施例所关于的领域的技术人员将想到本文陈述的多种修改及其他实施例。因此,应了解,描述及权利要求书不受限于所揭示的特定实施例,且修改及其他实施例希望包括在附随权利要求书的范畴中。希望所述实施例涵盖实施例的修改及变化,条件是所述实施例在附随权利要求书及所述附随权利要求书的均等物的范畴中。尽管本文采用特定术语,但所述特定术语仅用于一般及描述意义且不用于限制目的。
权利要求
1.一种倾斜切割光纤设备,所述设备包含至少ー个光纤,所述光纤包含多个切面,所述多个切面安置在所述至少一个光纤的端部处,其中所述多个切面中的第一面相对于所述至少一个光纤的纵轴以不同于所述多个切面中的第二面的角度安置。
2.如权利要求1所述的设备,其中与所述多个切面中的所述第二面的角度相比,所述多个切面中的所述第一面相对于所述至少一个光纤的所述纵轴以较大角度安置。
3.如权利要求1所述的设备,所述设备进ー步包含一村底,所述衬底具有安置于所述衬底上的用于发射光的光学光源,其中,所述至少一个光纤的所述端部相对于所述光学光源而定位,以使得所述多个切面中的所述第二面经配置以将来自所述光学光源的光的一部分反射到所述至少一个光纤的内芯中;以及所述多个切面中的所述第一面经配置以将来自所述光学光源的所述光的一部分折射到探測器上。
4.如权利要求3所述的设备,其中所述探测器位于所述至少ー个光纤上方。
5.如权利要求1所述的设备,所述设备进ー步包含一村底,所述衬底具有安置于所述衬底上的用于发射光的光学光源,其中,所述至少一个光纤的所述端部相对于用于发射光的所述光学光源而定位,以使得所述多个切面中的所述第一面经配置以将来自所述光学光源的光的一部分反射到所述至少一个光纤的内芯中;以及所述多个切面中的所述第二面经配置以将来自所述光学光源的所述光的一部分折射到探測器上。
6.如权利要求5所述的设备,其中所述探测器沿所述至少一个光纤的所述纵轴而位于所述至少一个光纤的所述端部。
7.如权利要求5所述的设备,其中所述探测器位于邻近所述光学光源的所述衬底上。
8.如权利要求1所述的设备,其中所述多个切面中的所述第二面在与所述多个切面中的所述第一面相反的方向上倾斜。
9.如权利要求1所述的设备,所述设备进ー步包含衬底,具有安置于所述衬底上的用于发射光的光学光源;以及模制盖,具有内反射表面;其中,相对于所述至少一个光纤的所述端部定位所述模制盖,以使得来自所述光学光源的光的一部分由所述多个切面中的所述第一面反射到所述模制盖的所述内反射表面上;以及从所述模制盖的所述内反射表面导向到探測器,所述探测器位于接近所述光学光源的所述衬底上。
10.如权利要求9所述的设备,其中所述模制盖的所述内反射表面是以反射或散射材料涂覆。
11.如权利要求1所述的设备,所述设备进ー步包含衬底,所述衬底具有安置于所述衬底上的用于发射光的光学光源,其中,所述至少一个光纤的所述端部经配置以接收来自所述光学光源的光;且其中所述多个切面经倾斜以使得来自所述光学光源的光的第一部分由所述多个切面中的所述第一面反射到所述多个切面中的所述第二面,所述第二面接着将光的所述第一部分反射到所述至少一个光纤的内芯中;且来自所述光学光源的光的第二部分由所述多个切面中的所述第一面反射到探測器,所述探测器位于接近所述光学光源的所述衬底上。
12.—种形成具有多个切面的倾斜切割光纤的方法,所述方法包含以第一角度切割光纤的端部以在所述光纤的所述端部形成第一倾斜切面;以及以第二角度切割所述光纤的所述端部以在所述光纤的所述端部形成第二倾斜切面,其中所述第一角度与所述第二角度不同。
13.如权利要求12所述的方法,其中与所述第二角度相比,所述第一角度相对于所述光纤的纵轴较大。
14.如权利要求12所述的方法,其中以第二角度切割所述光纤的所述端部以在所述光纤的所述端部形成第二倾斜切面进ー步包含在与以第一角度切割所述光纤的所述端部的方向相反的方向上,切割所述光纤的所述端部。
15.一种监视衬底上的光学光源的方法,所述方法包含将来自所述光学光源的光导向具有至少ー个倾斜切割光纤端部的光纤;以及在探測器处探测由所述光纤的底表面反射的光,所述探测器位于接近所述光学光源的所述衬底上。
16.如权利要求15所述的方法,其中探測由所述光纤的底表面反射的光进ー步包含 在第一探測器处探测由所述光纤的所述底表面全内反射的光,所述第一探測器位于接近所述光学光源的所述衬底上;以及在第二探測器处探测由所述光纤的所述底表面菲涅耳反射的光,所述第二探測器位于接近所述光学光源的所述衬底上。
17.如权利要求15所述的方法,所述方法进ー步包含经由所述光纤的所述至少ー个倾斜切割光纤端部将从所述光学光源导向的所述光的一部分反射到所述光纤的内芯。
18.—种监视光学光源的方法,所述方法包含将光从所述光学光源导向具有至少ー个倾斜切割光纤端部的光纤;以及在探測器处探测由所述光纤的所述至少一个倾斜切割光纤端部反射的光。
19.如权利要求18所述的方法,其中所述光纤进ー步包含多个切面,所述多个切面安置于所述光纤的所述至少ー个倾斜切割光纤端部处;且其中所述多个切面中的第一面相对于所述光纤的纵轴以不同所述多个切面中的第二面的角度形成。
20.如权利要求19所述的方法,其中与所述多个切面中的所述第二面的角度相比,所述多个切面中的所述第一面相对于所述光纤的所述纵轴以较大角度形成。
21.如权利要求19所述的方法,所述方法进ー步包含相对于所述光学光源定位所述光纤的所述至少一个倾斜切割光纤端部,以使得所述多个切面中的一个面经配置以将来自所述光学光源的光的一部分反射到所述探测器上。
22.如权利要求19所述的方法,所述方法进ー步包含定位所述光纤的所述至少一个倾斜切割光纤端部,以使得所述光纤的所述至少ー个倾斜切割光纤端部经配置以接收来自所述光学光源的光;且其中所述多个切面经倾斜以使得来自所述光学光源的光的第一部分由所述多个切面中的所述第一面折射到所述多个切面中的所述第二面,所述第二面接着将光的所述第一部分反射到所述光纤的内芯中;且来自所述光学光源的光的第二部分由所述多个切面中的所述第一面反射到所述探测ο
23.如权利要求19所述的方法,所述方法进ー步包含相对于所述光纤的所述至少一个倾斜切割光纤端部定位具有内反射表面的模制盖以使得来自所述光学光源的光的一部分由所述多个切面中的ー个面反射到所述模制盖的所述内反射表面上;以及从所述模制盖的所述内反射表面导向到所述探测器。
24.如权利要求19所述的方法,所述方法进ー步包含 測量在所述探测器处探测到的所述光的功率;以及基于在所述探测器处探测到的所述光的所述功率,将所述光纤的所述至少一个倾斜切割光纤端部与所述光学光源对准。
25.如权利要求19所述的方法,所述方法进ー步包含 測量在所述探测器处探测到的所述光的功率;以及基于在所述探测器处探测到的所述光的所述功率,使来自所述光学光源的所述光衰
全文摘要
本发明揭示包含多个安置在一个端部的切面的光纤。所述多个切面中的第一面及第二面以不同的角度安置。具有所述多个切面的光纤将来自光学组件的光分裂于光纤芯与探测器之间,以使得光的一部分可经分接出以用于监视。所述第一切面以第一角度安置以使得来自光学组件的光的第一部分全内反射到光纤芯中。第二切面可以小于第一角度的第二角度安置以使得来自光学组件的光的第二部分通过第二面折射到探测器。本发明也揭示形成及使用具有多个切面的倾斜切割光纤的方法。
文档编号G02B6/42GK102597831SQ201080043855
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月24日 优先权日2009年9月30日
发明者詹姆斯·S·萨瑟兰 申请人:康宁公司

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