一种堆栈式LD多模光纤耦合系统的制作方法

本技术涉及光耦合领域，具体为一种堆栈式ld多模光纤耦合系统。

背景技术：

1、近年来，随着光通讯器件小型化快速发展，使其相关微纳级别的集成光学也取得了很大进步，尤其具有体积小、功率高、结构简单、易调制，集成的光纤阵列、激光阵列、阵列探测器的光束耦合产品需求越来越多，然而常规光通讯一般采用单个激光二极管光源，其快慢轴发光面小，且像散小，因此采用传统工艺(模压及注塑)加工的双凸非球面耦合镜可以满足快慢轴同时耦合的需求，但针对纳级别集成光学的阵列光纤，激光阵列，阵列结构光中阵列激光光源，因其慢轴发光面积大，快慢轴像散大的特点，采用传统光通讯产品无法直接将堆栈式ld光束高效率耦合进光纤，限制了堆栈式高功率半导体堆栈式阵列激光器在微纳集成光学中应用范围，且纳米尺寸级别的耦合镜，采用传统工艺成本会增加很多，也限制耦合镜阵列的批量化生产及应用。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，以解决传统光通讯产品无法直接将堆栈式ld光束高效率耦合进光纤的技术问题。

2、本实用新型是通过以下技术方案来实现：

3、一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，包括依次排列的堆栈式阵列激光器(1)、聚焦透镜(2)、柱面镜(3)和多模光纤(4)；所述堆栈式阵列激光器(1)的光源发射端发射光源依次通过聚焦透镜(2)和柱面镜(3)至多模光纤(4)耦合端内；所述聚焦透镜(2)包括第一非球面镜(21)、第二非球面镜(22)和基底玻璃(23)，所述第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)分别设置在基底玻璃(23)的两侧，所述柱面镜(3)的两侧设置第一球面镜(31)和第二球面镜(32)，所述第一非球面镜(21)朝向堆栈式阵列激光器(1)的发射端设置，第二非球面镜(22)朝向第一球面镜(31)设置，所述第二球面镜(32)朝向多模光纤(4)的耦合端。

4、优选的，第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)的对位精度均小于5μm，第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)的残留层均为30μm～50μm；第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)的矢高均小于300μm。

5、优选的，第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)的折射率为1.515；第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)通过色散系数为54的uv胶水粘粘在基底玻璃(23)的两侧，其中基底玻璃(23)与uv胶水的折射率差△n小于0.015。

6、优选的，柱面镜(3)的两侧第一球面镜(31)和第二球面镜(32)在光源光束的慢轴方向对位精度小于20μm，快轴方向对位精度小于0.1mm。

7、优选的，柱面镜(3)在光源光束的慢轴方向直径为0.8-1.1mm；快轴方向直径2～2.6mm；柱面镜(3)的厚度为0.98～1.1mm。

8、优选的，堆栈式阵列激光器(1)的光源发射端对准第一非球面镜(21)的中心位置处，多模光纤(4)的耦合端对准第二球面镜(32)的中心位置处。

9、优选的，第一非球面镜(21)有效通光口的直径大于堆栈式阵列激光器(1)的光源发射端所发射的入射光斑直径。

10、优选的，柱面镜(3)的像方数值孔径小于多模光纤(4)数值孔径，像方聚焦光斑直径小于多模光纤(4)芯径尺寸。

11、优选的，堆栈式阵列激光器(1)的发射端与第一非球面镜(21)之间的距离小于或等于0.59mm。

12、优选的，第二球面镜(32)与多模光纤(4)的耦合端之间的距离大于或等于0.4mm。

13、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

14、本实用新型提供了一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，采用聚焦透镜与柱面镜组合的方式实现堆栈大尺寸长方形高斯光斑的高效率耦合需求，聚焦镜以玻璃为基底，基底玻璃两侧设置有第一非球面镜和第二非球面镜，第一非球面镜和第二非球面镜采用wlo纳米压印方式实现；具有高精度、小尺寸、一致性好的优点。柱面镜可采用压印、刻蚀工艺实现小尺寸，低成本的特点；堆栈式半导体ld出射的具有大尺寸、高斯特性的长方形光斑经过聚焦透镜快慢轴角度的收缩，快轴方向角度耦合进多模光纤，慢轴方向因发光尺寸的影响，需经过透镜柱面镜再次压缩，最终实现快慢轴方向光斑同像点聚焦耦合进多模光纤，有效提高了堆栈式ld的耦合效率。

15、进一步的，聚焦镜和柱面镜均采用能够使用wlo工艺制作，成本低廉，一片晶圆上可以一次性压印制作上百颗光学组合透镜，为批量生产奠定了基础。此外在wlo基础上与干法刻蚀工艺配合，可以满足不同环境温度(20～120°)使用需求。

技术特征：

1.一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，包括依次排列的堆栈式阵列激光器(1)、聚焦透镜(2)、柱面镜(3)和多模光纤(4)；所述堆栈式阵列激光器(1)的光源发射端发射光源依次通过聚焦透镜(2)和柱面镜(3)至多模光纤(4)耦合端内；所述聚焦透镜(2)包括第一非球面镜(21)、第二非球面镜(22)和基底玻璃(23)，所述第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)分别设置在基底玻璃(23)的两侧，所述柱面镜(3)的两侧设置第一球面镜(31)和第二球面镜(32)，所述第一非球面镜(21)朝向堆栈式阵列激光器(1)的发射端设置，第二非球面镜(22)朝向第一球面镜(31)设置，所述第二球面镜(32)朝向多模光纤(4)的耦合端。

2.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)的对位精度均小于5μm，第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)的残留层均为30μm～50μm；第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)的矢高均小于300μm。

3.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)的折射率为1.515；第一非球面镜(21)和第二非球面镜(22)通过色散系数为54的uv胶水粘粘在基底玻璃(23)的两侧，其中基底玻璃(23)与uv胶水的折射率差△n小于0.015。

4.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述柱面镜(3)的两侧第一球面镜(31)和第二球面镜(32)在光源光束的慢轴方向对位精度小于20μm，快轴方向对位精度小于0.1mm。

5.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述柱面镜(3)在光源光束的慢轴方向直径为0.8-1.1mm；快轴方向直径2～2.6mm；柱面镜(3)的厚度为0.98～1.1mm。

6.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述堆栈式阵列激光器(1)的光源发射端对准第一非球面镜(21)的中心位置处，多模光纤(4)的耦合端对准第二球面镜(32)的中心位置处。

7.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述第一非球面镜(21)有效通光口的直径大于堆栈式阵列激光器(1)的光源发射端所发射的入射光斑直径。

8.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述柱面镜(3)的像方数值孔径小于多模光纤(4)数值孔径，像方聚焦光斑直径小于多模光纤(4)芯径尺寸。

9.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述堆栈式阵列激光器(1)的发射端与第一非球面镜(21)之间的距离小于或等于0.59mm。

10.根据权利要求1所述的一种堆栈式ld多模光纤耦合系统，其特征在于，所述第二球面镜(32)与多模光纤(4)的耦合端之间的距离大于或等于0.4mm。

技术总结本技术涉及光耦合领域，公开了一种堆栈式LD多模光纤耦合系统，采用聚焦透镜与柱面镜组合的方式实现堆栈大尺寸长方形高斯光斑的高效率耦合需求，聚焦镜以玻璃为基底，基底玻璃两侧设置有第一非球面镜和第二非球面镜，第一非球面镜和第二非球面镜采用WLO纳米压印方式实现；具有高精度、小尺寸、一致性好的优点。柱面镜可采用压印、刻蚀工艺实现小尺寸，低成本的特点；堆栈式半导体LD出射的具有大尺寸、高斯特性的长方形光斑经过聚焦透镜快慢轴角度的收缩，快轴方向角度耦合进多模光纤，慢轴方向因发光尺寸的影响，需经过透镜柱面镜再次压缩，最终实现快慢轴方向光斑同像点聚焦耦合进多模光纤，有效提高了堆栈式LD的耦合效率。技术研发人员：罗妮,白越越受保护的技术使用者：华天慧创科技(西安)有限公司技术研发日：20231031技术公布日：2024/7/11