[发明专利]一种塑料光纤微透镜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种塑料光纤微透镜及其制备方法,属于光学透镜技术领域，包括平头光纤、圆台形透镜、非球面透镜，圆台形透镜的两端截面为直径不同的圆形，平头光纤的端面与圆台形透镜的小圆端相连，非球面透镜的平面端与圆台形透镜的大圆端相连。制备方法包括如下步骤：光纤预处理、光纤置入光纤熔接机、设置参数、光纤烧球。本发明可以得到较为理想的耦合效率，且加工难度小、制备成本低。本发明中塑料光纤和透镜材料相同，在透镜过渡面上的散射和反射将大大减少，球面‑圆台形微透镜结构结合了非球面透镜修正球面透镜像差、增大光纤接收角以及圆台扩大透镜尺寸的优势，这将更有利于收集和聚焦光束，从而有效提升光纤的耦合效率。

技术领域

本发明涉及光学透镜技术领域，尤其涉及一种塑料光纤微透镜及其制备方法。

背景技术

塑料光纤质轻、柔软、成本低、性能独特、照明安全且美观，在照明装饰方面有着广泛的应用。同时，塑料光纤带宽大、易连接、抗电磁干扰、传输效率高，很适宜用作各种通信和电视网络中的光传输介质，尤其适用于短距离、中小容量、使用连接器多的系统，如低成本接入光网络。塑料光纤通信系统作为全面实施“光进铜退”的重要手段之一，有望推进“宽带中国”和“互联网+”进程。然而，由于塑料光纤口径大，与光纤法兰盘不兼容，在光耦和系统中无法通过现有的光纤耦合器将发射的光能量最大限度地耦合到接收光纤中。目前，光学系统中光源与塑料光纤的高效耦和仍是一个亟待解决的难题。

现代光学系统越来越向着小型化、轻量化、结构简单化、低成本、高效率的方向发展。关于光学系统中的光纤耦合技术通常需要达到两个“尽量”：1.耦合效率尽量高，尽可能提高光纤出射光功率和工作距离；2.光反射尽量低，光反射会引起光学器件脱离稳态，使整个光路系统不稳定，从而降低系统性能。半导体激光器与塑料光纤耦合时，为使耦合效率达到最佳，除了需要考虑二者之间的特征参量的相互匹配问题，比如，半导体激光器的发光面积、发散角、输出功率和塑料光纤的芯径、数值孔径的匹配问题。还需要借助外置透镜或者利用光纤微透镜，实现耦合效率的提升。相比传统光耦合中常用的外置微透镜耦合法，光纤微透镜简单、紧凑、免装调、尺寸小、易封装,可一步同轴校准,是一种优选的耦合手段。

光纤微透镜亦称微透镜光纤，微透镜形状包括半球形、楔形、锥形、圆柱形、斜面形、双曲面形、抛物线形等，微透镜改变了光纤端面的结构，能够对光束进行扩束、准直或聚焦,从而起到光路改变和模式转换的作用。一般综合考虑耦合对象的实际功能需求、透镜加工难度、加工成本等因素选择合适的透镜形状和性价比高的加工手段。光纤微透镜被广泛应用于光纤耦合、光互连、光纤传感、光纤通信等领域。

传统的光纤微透镜多选用石英玻璃为基质材料，目前石英玻璃光纤微透镜的制作方法已比较成熟，比如研磨抛光、化学腐蚀、液体固化、加热熔融等，但这些方法并非都适用于塑料光纤。例如，研磨抛光法是利用光纤端面研磨机对光纤端面研磨抛光来制备光纤微透镜，此类方法对加工设备的精度要求高、操作难度大，不宜批量生产，制备成本相对较高。化学腐蚀法是利用纤芯和包层蚀刻的速度差异来形成光纤微透镜，由于速度难以控制，微透镜的形状和曲率也难以控制，可重复性较低。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种塑料光纤微透镜及其制备方法，通过烧球技术制备端面形状特殊(非球面-圆台形)的塑料光纤微透镜，实现光耦合效率的提升，有着重要的现实意义，可应用于低成本的光纤通信、光互联、光成像等领域，也可作为诸多光学器件的重要组成零件。

本发明采用的技术方案是：

一种塑料光纤微透镜,其特征在于，包括平头光纤、圆台形透镜、非球面透镜，所述圆台形透镜的两端截面为直径不同的圆形，所述平头光纤的端面与所述圆台形透镜的小圆端相连，所述非球面透镜的平面端与所述圆台形透镜的大圆端相连。

进一步地，所述的一种塑料光纤微透镜,其特征在于，所述圆台形透镜的小圆端半径与平头光纤的包层半径相同。

进一步地，所述的一种塑料光纤微透镜,其特征在于，所述非球面透镜、圆台形透镜、平头光纤三者同轴连接。