本發明屬于光通信領域，涉及一種無源光器件，具體是指一種光纖透鏡耦合器及其該光纖耦合器的制作方法。

背景技術：

光纖透鏡是用于激光二極管的耦合，光波導的耦合，并在取樣、傳感器的探測和醫學生物領域都有廣泛的應用。光纖透鏡在用于光波導或激光二極管的耦合作用時，需要將光纖透鏡封裝固定在激光二極管或光波導的前端用于接收激光二極管或光波導發出的能量，當在封裝固定時，光纖透鏡的前端裸光纖段必須做光纖金屬化處理，即在裸光纖表面鍍上2-3微米的鎳金層，然后將金屬化后的光纖透鏡焊接固定在激光二極管或光波導前端。光纖透鏡在焊接固定時為了達到更高的耦合效率，光纖透鏡透鏡端與激光二極管或光波導之間的匹配距離都在微米級別以下，所以造成光纖透鏡焊接固定的技術難度較高，使得激光二極管、光波導與光纖透鏡的耦合封裝成本太高，不能大規模推廣使用。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種光纖透鏡耦合器及其制作方法，是將光纖透鏡預先封埋于玻璃基體內形成一體，在激光二極管或光波導耦合封裝時，只需將封裝基體與激光二極管或光波導進行耦合對接即可，同時本發明的光纖耦合器的制作方法，工藝簡單，有效解決現有光纖透鏡與激光二極管或光波導進行耦合帶來的技術難度高、封裝成本高的問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種光纖透鏡耦合器，是將光纖透鏡前端部用粘合劑固定于玻璃系材料構成的長條狀基板上，所述的基板具有從基板的一端延伸到基板另一端的并設置與基板上的至少一條的溝槽，在所述的溝槽上設置有與基板形狀一致的蓋板，所述的蓋板和基板之間的溝槽內均設置有光纖透鏡，光纖透鏡的透鏡端在所述的基板端部懸空設置，所述的光纖透鏡的尾纖端延伸出所述的基板后端；在所述的溝槽內填充粘合劑將光纖透鏡與蓋板和基板固定為一體。

上述溝槽前端的基板端面上設置有與所述溝槽相互垂直貫通的并貫穿于基板上下表面的u型凹槽，所述光纖透鏡的透鏡端懸空在所述的u型凹槽內。

上述的基板為階梯狀，所述的溝槽開設在基板的上階梯臺階面上，所述的蓋板放置在溝槽上與基板上階梯臺階面相貼合，所述的光纖透鏡的尾纖延伸出基板下階梯臺階面，在所述基板的下階梯臺階面上粘結有光纖固化膠將所述的光纖透鏡尾纖與基板固定為一體。

上述的溝槽的橫斷面為v型、u型結構。

上述的基板為長方體，基板上端部內設置有貫穿基板前、后端面的通孔，所述光纖透鏡容納與所述的通孔內并通過填充在通孔內的粘合劑與基板固定為一體。

所述光纖透鏡容納與所述的通孔內并通過填充在通孔內的粘合劑與基板固定為一體。

上述通孔橫斷面為o型、三角形、方型或多邊形結構。

上述的光纖透鏡包括錐形、楔形、球形光纖透鏡。

上述光纖透鏡的尾纖上連接有光纖連接器。

上述光纖透鏡耦合器的制作方法，包括下述步驟：

1、取一個基板，將其固定在基板夾持器上；

2、取一根光纖透鏡，將其固定在基板夾持器后側的光纖夾持器上；

3、調整光纖夾持器，使光纖透鏡的光纖段放置于基板的溝槽內，光纖透鏡的透鏡端伸出溝槽端部；

4、取一個蓋板放置于基板上，蓋板外邊緣與基板齊平；

5、在蓋板和基板之間的溝槽內填充粘合劑；

6、再次調整光纖夾持器，使光纖透鏡端部懸空在溝槽的前端并與溝槽的端面距離小于5微米；

7、固化粘合劑，使光纖透鏡與蓋板和基板固定為一體。

上述光纖透鏡耦合器的制作方法，還包括下述步驟：

所述的光纖透鏡前端光纖段固定完成后，在所述溝槽外側的基板上粘結光纖固化膠將光纖透鏡的尾纖與基板固定為一體；

在所述光纖透鏡的尾纖上連接光纖連接器。

本發明與現有技術相比具有如下優點和效果：

1、本發明將光纖透鏡預先封裝在玻璃基材的基板內，當激光二極管或光波導與光纖透鏡耦合時，只需通過固定玻璃基板來與激光二極管或光波導匹配，封裝后的光纖透鏡與玻璃基板為一體，易于耦合操作，封裝難度小，成本低廉，適合批量大范圍推廣。

2、由于大功率光能量輸出一般只能尋求大功率光波導或激光二極管與光纖透鏡耦合，而大功率光波導或激光二極管成本較高，并且基本上被國外技術壟斷，因此本發明可實現多個光纖透鏡在玻璃基板上陣列，多個光纖透鏡尾纖可融合為一個輸出端或多個輸出端，容易實現多個光波導或激光二極管的大功率能量輸出，降低了為了獲得大功率光能量輸出而需求的光波導或激光二極管帶來的高額成本。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構示意圖。

圖2是本發明實施例1的基板結構示意圖。

圖3是本發明實施例1的光纖透鏡與基板裝配結構示意圖。

圖4是本發明實施例2前端結構示意圖。

圖5是本發明實施例2的基板結構示意圖。

圖6是本發明實施例2的光纖透鏡與基板裝配結構示意圖。

圖7是本發明實施例3前端結構示意圖。

圖8是本發明實施例3的基板結構示意圖。

圖9是本發明實施例3的光纖透鏡與基板裝配結構示意圖。

圖10是本發明實施例4結構示意圖。

圖11是本發明實施例4基板結構示意圖。

圖中，1-光纖透鏡，2-基板，3-光纖固化膠，4-蓋板，5-連接器，21-下階梯，22-溝槽，23-上階梯，24-u型凹槽，25-通孔。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明;

實施例１參見圖1。一種光纖透鏡耦合器，包括階梯狀的長方體狀基板2，所述的基板2采用透明玻璃系材料制作，如石英、硼硅、單晶硅等。如圖2所示，基板2為臺階狀，基板2具有上臺階23和下臺階21，基板2的上階梯23的臺階面中心部開設有v型的溝槽22，所述的溝槽22前后貫穿于基板上階梯23的前后端面，溝槽22的槽深為0.16mm-0.18mm，溝槽22的夾角為88°-92°，在溝槽22的前端基板端面上開設有u型凹槽24，u型凹槽24開設在基板2的前端面上并上下貫穿基板的上階梯23表面和基板下端底面，同時u型凹槽24與基板2上階梯23臺階面的溝槽22相互垂直貫通，u型凹槽24寬度大于溝槽22的槽寬。基板2的上階梯23臺階面上設置有蓋板4，蓋板4材料與基板2一致，所述蓋板4的四周邊緣尺寸與基板2上階梯臺階面一致，厚度不高于基板厚度。蓋板4設置在基板2上階梯臺階面上將溝槽22頂部蓋住成使v型的溝槽22成v型孔狀結構，蓋板4的兩側邊緣與基板上階梯23臺階面兩側邊緣齊平，蓋板4的前端邊緣與基板2前端的u型凹槽底部邊緣齊平，在v型孔內延v型溝槽22放置有錐形光纖透鏡1。如圖3所示，光纖透鏡1的透鏡端放置于溝槽22前端的u型凹槽24內成懸空狀態，光纖透鏡1的透鏡端距離基板前端端面1-5微米。光纖透鏡1透鏡端后側的光纖裸纖從v型的溝槽22內延伸到基板2的下階梯21臺階面上，光纖透鏡1的尾纖從基板下階梯21臺階面的后端伸出。在v型的溝槽22內填充有粘合劑將光纖透鏡1光纖段固定在蓋板4和溝槽22形成的v型孔內，同時在基板2下階梯21的臺階面上粘結有光纖固化膠將光纖透鏡1尾纖與基板2的后端部固定為一體。在伸出基板2的光纖透鏡1尾纖的尾部連接有光纖連接器5。

本實施例的光纖耦合器的制作方法，包括下述步驟：

1.取一個本實施例上述的帶v型溝槽22的基板2，將其夾持固定在基板夾持器的凹槽內，基板2在所述的凹槽內，其上階梯23表面高于基板夾持器的凹槽上表面，基板2的溝槽22向上，基板的溝槽端位于基板夾持器的凹槽前端；

2.取一根本實施例上述的錐形光纖透鏡1，將距離光纖透鏡1透鏡端20-50mm距離的光纖段橫向夾持固定在基板后側的具有三維調整功能的光纖夾持器上，所述光纖透鏡的透鏡端光纖段放置在基板2的溝槽22上方；

3.調整光纖夾持器，將光纖透鏡1向下調節到基板的溝槽22的底部，并使光纖透鏡1的透鏡端位于基板溝槽前端的u型凹槽24內；

4.取一個本實施例上述蓋板4，將蓋板4放置在基板的溝槽22上面，并調整蓋板4的左右側邊緣與基板的上階梯23臺階面左右側邊緣齊平，蓋板4的前側邊緣與基板前端的u型凹槽24的底部邊緣齊平；

5.在基板的溝槽22的后端槽口用點膠機注入紫外粘合劑，使粘合劑沿著溝槽22的v型槽道向前完全浸入溝槽22并將溝槽完全填充；

6.再次調整光纖夾持夾具，使光纖透鏡1的透鏡端在基板的u型凹槽24內并與基板2的前端端面距離為1-5微米；

7.打開紫外燈，使紫外光照射在蓋板上3分鐘，紫外光穿過蓋板4照射在粘合劑上將光纖透鏡1與基板2和蓋板4固定為一體；

8.在基板溝槽后端的下階梯21臺階面上再次用點膠機注入光纖固化膠將基板下階梯23臺階面上的光纖透鏡1的尾纖完全覆蓋；注入光纖固化膠的高度低于蓋板的上表面，光纖固化膠3四周邊緣不超過基板的下階梯21臺階面邊緣；

9.再次打開紫外燈，使紫外光照射在基板下階梯面上的光纖固化膠3上1分鐘，將光纖透鏡1尾纖與基板2固定為一體；

10.打開光纖夾持器和基板夾持器，將封裝好的光纖透鏡1連同基板2一同取下；

11.在取下的光纖透鏡1后端的尾纖上連接有光纖連接器5。

實施例２

參見圖4、圖5、圖6。本實施例提供的光纖透鏡耦合器，與實施例1不同的是，實施例2的基板2上階梯23臺階面中心上并排開設有2條v型的溝槽22，兩條溝槽22的夾角均為58°-62°，溝槽22槽深為0.17mm-0.20mm，所述的2條v型溝槽貫穿于上階梯23的臺階前后端面，在2條v型的溝槽22的前端基板端面上開設有u型凹槽24，2條溝槽22槽寬小于u型凹槽24的槽寬。蓋板4設置在基板2上將2條v型的溝槽22遮蓋，在每一條溝槽22內均放置有光纖透鏡1，每個溝槽22內均填充有粘合劑將光纖透鏡1與基板2和蓋板4固定為一體，2根光纖透鏡2的透鏡端在u型凹槽24內處于懸空狀態，并且2根光纖透鏡的透鏡端相互并列一致。2根光纖透鏡1的尾纖同時延伸出基板2，在基板2下階梯23臺階面上粘結有光纖固化膠3將2根光纖透鏡1尾纖與基板2下階梯臺階面固定為一體，在伸出基板2的2根光纖透鏡1尾纖被合束熔接為一根尾纖輸出，在合束后的光纖尾纖的尾部連接有光纖連接器。

本實施例的光纖透鏡耦合器的制作方法，包括下述步驟：

1.取一個本實施例上述的帶有v型的溝槽22的基板2，將其夾持固定在基板夾持器的凹槽內，基板在所述的凹槽內，其上表面高于基板夾持器的凹槽上表面，基板2上的溝槽22向上，基板的溝槽22端位于基板夾持器的凹槽前端；

2.取本實施例上述的第一根光纖透鏡，將距離光纖透鏡1透鏡端20-50mm距離的光纖段橫向夾持固定在基板2后側的具有三維調整功能的第一光纖夾持器上，所述光纖透鏡的透鏡端光纖段放置在基板的溝槽22上方；

3.調整第一光纖夾持器，將第一根光纖透鏡向下調節到基板的第一個溝槽22底部，并使第一光纖透鏡的透鏡端位于基板前端的u型凹槽24內；

4.取本實施例上述的第二根光纖透鏡，將距離光纖透鏡透鏡端20-50mm距離的光纖段橫向夾持固定在具有三維調整功能第二光纖夾持器上，第二光纖透鏡的透鏡端光纖放置在基板的第二個溝槽22正上方；

5.調整第二光纖夾持器，將第二根光纖透鏡向下調節到基板的第二溝槽底部，并使第二光纖透鏡的透鏡端位于基板前端的u型槽內；

6.取本實施例上述的蓋板，將蓋板放置在所述基板的2條溝槽上面，并調整蓋板4的左右側邊緣與基板的上階梯23臺階面左右側邊緣齊平，蓋板4的前側邊緣與基板前端的u型凹槽24的底部邊緣齊平；

7.在基板2的2條溝槽的后端槽口分別用點膠機注入紫外粘合劑，使粘合劑沿著2條溝槽的v型槽道向前完全浸入溝槽22并將兩條溝槽完全填充；

8.再次分別調整第一光纖夾持器和第二光纖夾持器，使第一光纖透鏡和第二光纖透鏡的透鏡端均位于基板的凹槽內并與基板的前端端面距離為1-5微米；

9.打開紫外燈，使紫外光照射在蓋板4上3分鐘，紫外光穿過蓋板照射在粘合劑上將兩根光纖透鏡與基板和蓋板固定為一體；

10.在基板2條v型溝槽22后端的下階梯21臺階面上再次用點膠機注入光纖固化膠3將基板的下階梯21臺面上的2根光纖透鏡尾纖完全覆蓋；光纖固化膠3高度低于蓋板4上表面，光纖固化膠3四周邊緣不超過基板2的下階梯21臺階面邊緣；

10.再次打開紫外燈，使紫外光照射在基板下階梯21臺階面上的光纖固化膠上1分鐘，將2根光纖透鏡1尾纖與基板2固定為一體；

11.依次打開第一光纖夾持器、第一基板夾持器和第二光纖夾持器、第二基板夾持器，將封裝好的2根光纖透鏡連同基板一同取下；

12.將2根光纖透鏡的尾纖合束融合在一根光纖尾纖上；

13.在合束熔接后的光纖尾纖上連接有光纖連接器。

實施例3

參見圖7、圖8、圖9。

本實施例提供的光纖透鏡耦合器，與實施例2不同的是，實施例3的基板2上階梯23臺階面上并排依次開設有12條v型的溝槽22，12個溝槽依次相鄰。蓋板4設置在基板2的上階梯23臺階上將12條溝槽22遮蓋，在每一個溝槽22內放置有光纖透鏡1，12個光纖透鏡依次相鄰并列與12個溝槽一一對應。本實施例光纖透鏡的透鏡端為球形透鏡，每個溝槽22內均填充有粘合劑將每個光纖透鏡與基板2和蓋板4固定為一體，12根光纖透鏡的透鏡端在u型凹槽24內均處于懸空狀態，并且12根光纖透鏡的透鏡端相互并列一致。12根光纖透鏡的尾纖同時延伸出基板2，在基板2的下階梯21臺階面上粘結有光纖固化膠3將12根光纖透鏡1的尾纖與基板2固定為一體，在伸出基板2的12根光纖透鏡尾纖的每根光纖透鏡尾纖上均連接有光纖連接器，12個光纖連接器成扇形分布排列。

本實施例的光纖透鏡耦合器的制作方法，包括下述步驟：

1.取一個本實施例上述的基板2，將其夾持固定在基板夾持器的凹槽內，基板在所述的凹槽內，其上表面高于基板夾持器的凹槽上表面，基板的溝槽22均向上，基板2的溝槽端位于基板夾持器的凹槽前端；

2.取本實施例上述的第一根光纖透鏡，將距離光纖透鏡透鏡端20-50mm距離的光纖段橫向夾持固定在具有三維調整功能的第一光纖夾持器上，第一光纖透鏡的透鏡端光纖放置在基板的第一溝槽正上方；

3.調整第一光纖夾持器，將第一根光纖透鏡向下調節到基板的最外側的第一個溝槽22底部，并使第一根光纖透鏡的透鏡端位于基板2前端的u型凹槽24內；

4.取本實施例上述的第二根光纖透鏡，將距離光纖透鏡透鏡端20-50mm距離的光纖段橫向夾持固定在具有三維調整功能的第二光纖夾持器上，第二光纖透鏡的透鏡端光纖放置在基板的第二個溝槽正上方；

5.調整第二光纖夾持器，將第二根光纖透鏡向下調節到基板的第二個溝槽22底部，并使第二光纖透鏡的透鏡端位于基板前端的u型凹槽24內；

6.重復2-5步驟，將本實施例上述的第三根到第十二根光纖透鏡依次調整放置在基板上對應的第三到第十二個溝槽22的底部，并使每個光纖透鏡的透鏡端均位于基板前端的u型凹槽24內；

7.取本實施例上述的蓋板4，將蓋板4放置在基板2的12條溝槽22上面，并調整蓋板4的左右側邊緣與基板的上階梯23臺階面左右側邊緣齊平，蓋板4的前側邊緣與基板前端的u型凹槽24的底部邊緣齊平；

8.在基板2的12條溝槽22的后端槽口分別用點膠機注入紫外粘合劑，使粘合劑沿著12條溝槽的v型溝道向前完全浸入溝槽22并將溝槽完全填充；

9.再次分別依次調整第一光纖夾持器、第二光纖夾持器、第三光纖夾持器到第十二光纖夾持器，分別使第一根光纖透鏡、第二根光纖透鏡、第三根光纖透鏡到第十二根光纖透鏡的透鏡端均位于基板2前端的u型凹槽24內并與基板的前端端面距離為1-5微米；

10.打開紫外燈，使紫外光照射在玻璃蓋板上3分鐘，紫外光穿過蓋板照射在粘合劑上將十二根光纖透鏡與基板和蓋板固定為一體；

11.在基板的12條溝槽22后端的下階梯21臺階面上再次用點膠機注入光纖固化膠3將基板下階梯21臺階面上的12根光纖透鏡尾纖完全覆蓋；光纖固化膠3高度低于蓋板上表面，其四周邊緣不超過基板的下階梯21臺階面邊緣；

12.再次打開紫外燈，使紫外光照射在基板下階梯21臺階面上的光纖固化膠上1分鐘，將12根光纖透鏡1尾纖與基板下階梯21臺階面固定為一體；

13.依次打開第一光纖夾持器和第一基板夾持器、第二光纖夾持和與第二基板夾持器、第三光纖夾持器和第三基板夾持器到第十二光纖夾持器和第十二基板夾持器，將封裝好的12根光纖透鏡連同基板2一同取下；

14.將12根光纖透鏡的尾纖上分別連接有光纖連接器，12個光纖連接器成扇形分布。

實施例4

參見圖10、圖11。本實施例的光纖透鏡耦合器，包括一個長方體玻璃狀基板2，在基板2的上半部前后端面貫穿有圓形階梯型通孔25，所述通孔25的前端孔直徑為0.15-0.18mm，后端孔直徑為0.3-0.4mm，在基板2的前端面延基板上下端面開設u型凹槽24，u型凹槽24與基板上的通孔25前端通孔相互垂直貫通。在所述的通孔25內設置有圓錐形的光纖透鏡1，光纖透鏡2的透鏡端伸入基板的前端u型凹槽24內在u型凹槽24懸空，并且光纖透鏡透鏡端距離基板前端端面1-5微米，光纖透鏡透鏡端后側的光纖包覆層穿入階梯通孔25的后端并從階梯通孔后端延伸出基板2后端面，在基板2的階梯通孔25內填充有紫外粘合劑將光纖透鏡1與基板2固定為一體。

本實施例光纖耦合器的制作方法，包括下述步驟：

1.取一個本實施例上述的帶圓形階梯型的通孔25的基板2，將其夾持固定在基板夾持器的凹槽內。基板的通孔25孔底部高于基板夾持器的凹槽上表面；

2.取一根本實施例上述的光纖透鏡1，將光纖透鏡1前端穿過基板的階梯通孔25并伸出基板端面，將距離光纖透鏡透鏡端20-50mm距離的光纖段夾持在基板夾持器后側的具有三維調整功能的光纖夾持器上；

3.在基板后端通孔的孔口用點膠機注入紫外粘合劑，粘合劑沿著階梯通孔向前完全浸入階梯通孔并將通孔填充；

4.調整光纖夾持器，使光纖透鏡的透鏡端位于基板前端的u型凹槽24內并距離基板的前端端面1-5微米；

5.打開紫外燈，使紫外光照射在基板上3分鐘，紫外光穿過基板照射在粘合劑上將光纖透鏡1與基板2固定為一體；

6.打開光纖夾持器，將封裝好的光纖透鏡1連同基板2一同取下。

本發明的上述實施例，只是對本發明技術方案的列舉，并不代表本發明所涵蓋的保護范圍，因此與本發明技術原理相似或雷同的技術方案，均屬于本發明的保護范圍。

本發明在封裝使用時，只需將基板封裝固定在激光二極管或光波導的前端耦合點上，由于基板比光纖相對容易調整，只需調整基板位置使得光纖透鏡端與激光二極管或光波導進行耦合匹配，實現最大耦合效率輸出。