透镜置于光纤和半导体激光二极管间的耦合型光电器件

摘要

透镜10置于光纤11和半导体激光二极管2之间的耦合型光电器件。它具有二极管座1、光纤座12、及两座间的中间段16。球面透镜10置于座1的盖9中，座12包含光纤芯11置于其中的中空玻棒14，棒和光纤芯端部15是平的并抛光。筒形中间段16与盖9精确滑配，在轴向对准后在中间段两分开沟槽处把16与9用激光点焊起来。中间段16和座12的端部以垂直于轴向对准方向的平表面相对，在横向调节后将这些表面激光点焊起来。

说明书

本发明涉及一种耦合型的光电器件，包括一个透镜并置于光传输纤维和半导体激光二极管之间，此光电器件有一个半导体激光二极管座、一个光传输纤维座、以及在这两个座之间的一个中间段，中间段与两个座中的一个座的配置使得它们能互相滑配，而在完成光传输纤维端部的轴向调整后，用一些激光焊点把此中间段和这一个座相互固定，中间段的端部与另一个相对的座的端部在垂直于轴向的方向具有平表面，这些表面彼此靠在一起并以一些激光焊点固定在一起。

EP-A-345874已公开了这样一种器件。在这种已知器件中，两个座和中间段在轴向和横向上是相互可调的，在减薄的部分使用激光焊接几乎未施加任何热和机械力就实现了固定，因而未引起任何逐渐的失准直。EP-A-345874的图3所表明的实施例中使用了一个透镜，这个透镜是一个棒状透镜，并且包括在中间段中。半导体激光二极管座是套筒状的，半导体激光二极管的外壳置于其中。这个套筒状座相对于中间段是轴向可调节的。在这个案子中，透镜与半导体激光二极管对准。光传输纤维的端部以与透镜成一固定距离置于适配器中。

这种安置能达到足够高的精度，以使多模光传输纤维得到高的耦合效率。然而，在单模光传输纤维中，难以用这种器件可再现地得到所希望的对准精度和稳定性。

本发明的目的是提供一种在本申请第一段中所描述的光电器件，此器件可再现地具有所需的对准精度以及稳定性，此外，当用单模光传输纤维时，此器件仍有简单的结构、小的尺寸、以及不苛求的对准精度和加工公差。

根据本发明，这一目标已在本申请第一段中描述的器件中实现。其中，透镜是球面透镜，置于对着光传输纤维的半导体激光二极管座的盖子中，而且光传输纤维座配置有中空玻璃棒，光传输纤维的芯部置于玻璃棒中，对着透镜的玻璃棒和光传输纤维芯的端部是平的并经过抛光，中间段为套筒状，精确地滑套在半导体激光二极管座的盖子上，此套筒状中间段有两道彼此分开的沟槽，中间段和半导体激光二极管座在沟槽处以一些激光焊点固定。

已经发现，置于半导体激光二极管外壳的盖子中的球面透镜相对于此激光二极管的调整只需要相对低的精度，即在X、Y和Z方向上大约低于50μm，而仍有可能使光传输纤维通过透镜相对于激光二极管实现十分好的调整。采用合理的加工公差而不会对调整精度产生有害的影响。进而，这种结构有助于得到较小尺寸的器件。直接安装到半导体激光二极管外壳的盖子上的套筒状中间段也使得小尺寸成为可能。在间隔开的纵向沟槽处的固定有利于光传输纤维的末端相对于透镜的精确对准，避免了轴向上的角偏差。在根据本发明的实施例中，单模光传输纤维也以非常优良的效率耦合到半导体激光二极管。因而，半导体激光二极管能够有较小的尺寸，对于不精确对准和加工公差相对不敏感，而仍能得到极为优良的耦合效率。

应当注意到，球面透镜的使用已为人所知。然而，本发明并不仅仅通过使用球状透镜得到优良的效率，而是按照本发明所述的手段的整体组合而取得的。如果本发明的器件得到了优良的效果，这种组合就是十分实质性的了。

在本发明的一个最佳实施例中，使用了一单模光传输纤维，而平的、抛光的玻璃棒和光传输纤维芯的端部被安置得与垂直于轴对准方向的平面成5-15°倾角。按这种方式，在此实施例中，耦合损耗低而对于激光二极管的辐射的反射可以避免。

在本发明的其他实施例中，光传输纤维座带有连接器，外接光传输纤维能够与此连接器耦合。这使得如上述限定的部件（可以设计或一种挠性连接器件）也适合用作为一种连接器件。这些连接器件的最佳实施例将参考附图描述于下，并且在权利要求书中加以限定。

将参考附图所示实施例，以例示方式对本发明作更为详尽的描述，其中：

图1  表明了根据本发明的、成挠性连接器件形式的光电器件的纵向截面图，

图2  是图1的器件旋转90度后的截面图，

图3  表明了一种做成连接器件的第一具体实施例，而

图4  表明了一种做成连接器件的第二具体实施例。

图1  和图2  表明了根据本发明的器件的纵向截面图，它可作为一个部件应用在许多场合中。

用于半导体激光二极管2的座1包括一个金属底座3，两个电连接管脚4和5以绝缘方式通过底座3，接地脚6固定在底座3上。底座3有一个金属柱7，半导体激光二极管2固定在柱7上。投向底座辐射出的半导体激光二极管2的光量用光二极管8测量。于是能用光二极管中产生的信号来控制半导体激光二极管2的发射强度。盖子9最好用电阻焊接方式安置在底座3上。球形透镜10置于盖子9的上部。激光二极管2气密地封在座1中。

无需对球形透镜10相对于激光二极管作特别精确的调整使激光二极管2通过透镜10相对于光传输纤维11的端部实现优良的对准。透镜10相对于半导体激光二极管2的调整不精确度小于50μm就足以获得相对光传输纤维的优良对准。而这在半导体工艺中已是十分宽的范围。因此，制造和调整公差可以相当地宽，而耦合仍然是优良的，这使得简化制造过程成为可能。

光传输纤维13的座12包括一个扁平的环状部分，其中置有包着光传输纤维芯部11的中空玻璃棒14。带有光传输纤维芯部11的玻璃棒14自环状部分12在透镜10的方向向外伸出。因此，玻璃棒和光纤芯的表面15能容易地弄平和抛光，得到相对于透镜10的优良耦合。如图2所示，表面15能与垂直于器件纵向的平面成5-15°安置，这样，避免了由半导体激光二极管2发出的辐射光的反馈。

半导体激光二极管2的座1和光传输纤维13的座12由一个中间段16所连接。在以例示方式表明的实施例中，这个中间段呈一套筒状。它与半导体激光二极管2的座1的盖9的周边精确地滑配。用激光焊接方式，把中间段16的上部表面连接到光传输纤维的环形座12。该筒有两个分开一定距离的沟槽17和18。可借助激光焊接，把套筒16在其较薄部分固定到盖子9上。这种借助于间隔沟槽的固定方式保证了在轴向上十分精确的角调整，使得光传输纤维11相对于透镜10，进而是相对于半导体激光二极管2的精确耦合得以实现。

座12在横方向相对于中间段16的调整、以及中间段16轴向地相对于半导体激光二极管座1的盖子9的调整使得实现精确的耦合成为可能，所以，允许制造公差范围相对较宽。

由实例中表明的挠性连接器件组成的上述部件也可以构成为连接器件。通常，光传输纤维座12可以配有一个能与外部光传输纤维相耦合的连接器。图3和图4给出了连接器件实施例的具体例子，它们分别是一个阴连接器和一个阳连接器。

图3表面了带有连接头（Ferrule）25的上述部件20，连接头25的形状大致相应于图1和2中座12的形状，部件20置于固定有连接器零件22的承载元件21中。部件20的连接头25中的光纤端部与外连接器（比如标准FC连接头）中的光纤借助于中心定位弹簧23以可再现的、有利的方式相耦合。

图4表明了一种阳连接器的实例。部件20置于承载元件21中。此部件的光传输纤维13进入一个阳的FC连接头24。这个实施例的器件因其易于清洗而对污染不太敏感。在图3和图4的实施例的两种情况下，由部件20伸出的连接头的端部能精细地磨成凸起形状。这促进了连接头和要耦合的光纤之间的良好物理接触。同样也可适用于在连接器中的、并向着部件20的连接头的端部。特别地，对于阳连接器件的端部，通常磨削成凸起端部，这样就避免了自连接器的端部向激光器的反射。当使用封有应连接的光纤的FC（有平抛光表面）和PC凸连接器（有凸抛光面）两者时，真正做到了这点。在阳连接器件的情况下，因为反射的连接器端部表面与激光器中间的距离较大，对端部关于反射的要求就不太苛刻。应当注意到，图3和图4的实施例的附带优点是，除了FC连接头外，还可使用其它的连接头，比如以DIN、ST、SMA、SC、FC、FC-PC及双锥形连接器形式的连接头。

承载元件21以比如说焊接或粘结方式连接到连接器零件22。零件21和22最好以螺纹连接互连。这使得在接头25的端部在使用当中被污染时，有可能拧下连接清洗这个端部。