用于光纤准直器的赝球面准直微透镜 技术领域
本发明涉及一种光纤通讯中使用的光学元件，特别涉及一种光纤准直器中的重要组成部分：用于光纤准直器的赝球面准直微透镜。
背景技术
光纤准直器作为独立元件广泛应用于光通信无源器件中：用一个准直器可将源光纤发出的发散光束转换成平行光束，以便各种无源器件如隔离器、环行器、光开关等有效地对光信号进行处理，再用另一个准直器将处理好的光束会聚到接收光纤上，使光信号无损耗地耦合进入接收光纤，继续传输下去。如图4所示，传统典型的光纤准直器由光纤头41和准直透镜42通过连接套管43固定制成。其中，准直透镜42是光纤准直器的关键组成部分，按材料类型和折射端面形状的不同分为：渐变折射率透镜(GRIN透镜)、非球面微透镜、球面微透镜等等。
目前，比较常用的准直透镜是渐变折射率透镜(GRIN透镜)。当一束光沿主轴方向射入GRIN透镜时，因为透镜材料本身在垂轴方向上存在折射率的渐变分布，光束将随折射率的渐变平滑地发生偏折。通过对材料折射率渐变情况和透镜尺寸的最佳设计，可以圆满地实现对光束的准直或聚焦。在过去，GRIN透镜以其优异地准直特性、紧凑的外型装配、高的耦合效率，成为标准的准直透镜。但是它也存在局限性，比如离轴性能差，工作距离短、价格昂贵等等。
而非球面微透镜由于离轴性能好、工作距离长，其应用越来越广泛。但非球面的面形加工比较困难。用于光通信的非球面微透镜尺寸小，加工精度要求又高，目前只有国外的少数厂家能够批量提供，价格是球面透镜的数倍。因为这个原因，人们最近越来越多地采用球面微透镜作为非球面微透镜的低成本替代产品。球面透镜具有非球面透镜的绝大部分优点如离轴性能好、工作距离长、准直性能优良等等，且球面透镜的加工非常简单，价格低廉。但是，由于单个球面成像时存在无法避免的光学像差，所以经球面微透镜准直和聚焦后的光束无法毫无损失地完全耦合进入接收光纤，这样造成光信号的损失，即插入损耗的增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于光纤准直器的赝球面准直微透镜，使其工作性能接近性能优良的非球面准直透镜，而加工成本接近价格低廉的球面准直透镜。
它具有赝球形垂轴端面、柱形侧面及另一倾斜端面。
本发明优点是：由多段不同曲率的同轴球面或不同倾角的圆锥面组合形成所说的用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的赝球形垂轴端面，其面形轮廓接近特定的非球面，以尽量消除球面透镜造成的像差，使插入损耗减小到接近于非球面微透镜的水平。同时，所说的赝球形垂轴端面易于加工，成本接近价格低廉的球面准直透镜。综合起来，本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜具有优良的准直特性、极低的插入损耗、离轴性能好、工作距离长、成本低廉等优点，并可加工成尺寸很小的微透镜，可广泛应用于光通讯及其他相关领域。
附图说明
图1为传统球面准直微透镜示意图；
图2为本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的一种典型体现图(由两段不同曲率的同轴球面组合成赝球形垂轴端面)；
图3为本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的另一种典型体现图(由一段球面和两段不同倾斜角的圆锥面组合成赝球形垂轴端面)；
图4为传统球面准直器示意图；
图5为本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的一种典型体现(由两段不同曲率的同轴球面组合成赝球形垂轴端面)所构成的一种光纤准直器；
图6为本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的另一种典型体现(由一段球面和两段不同倾斜角的圆锥面组合成赝球形垂轴端面)所构成的另一种光纤准直器。
具体实施方式
上述用于光纤准直器的赝球面准直微透镜具有赝球形垂轴端面、柱形侧面及另一倾斜端面。透镜材料为均匀折射率光学材料。赝球形垂轴端面由多段不同曲率的同轴球面23和24或不同倾角的圆锥面33和34组合形成，并垂直于用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的主轴。倾斜端面面形为平面，其法线与所说的用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的主轴成6∽12°夹角。赝球形垂轴端面及倾斜端面镀上增透膜。
以上用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的加工可完全参考传统球面透镜的加工技术，只要将研磨抛光模具加工成多段不同曲率的同轴球面或不同倾角的圆锥面的组合即可。
具体实施过程描述如下：
首先，通过光学理论设计，确定最佳工作性能的非球面面形，进而确定用于组合靠近此非球面的赝球形垂轴端面面形。它可由多段不同曲率的同轴球面或不同倾角的圆锥面组合形成，且易于加工。例如，图2所示23和24为所说的赝球形垂轴端面的一种典型体现，由两段不同曲率的同轴球面23和24组合成赝球形垂轴端面；图3所示33和34为赝球形垂轴端面的另一典型体现，由一段球面33和两段不同倾斜角的圆锥面34组合成赝球形垂轴端面。
赝球形垂轴端面的面形组合方式决定后，可着手制作此赝球形垂轴端面的研磨抛光模具。众所周知，非球面之所以难以加工，主要在于具有其等价非球面形状的研磨抛光模具难以精确制成，而所说的赝球形垂轴端面为多段不同曲率的同轴球面或不同倾角的圆锥面的组合，具有其等价面形的研磨抛光模具完全可以按传统工艺方便地制成。比如，以图2所示的一种典型赝球形垂轴端面23和24为例，它由两个不同曲率的同轴球面23和24组合而成，其研磨抛光模具的制作可先按传统工艺完成外围大曲率球面24等价面形的加工，在此大球面模具的中心再研磨出小曲率半径球面23的等价面，即完成整个赝球形垂轴端面研磨抛光模具的面形制作，其制作难度接近传统球面模具，易于加工。
有了赝球形垂轴端面的研磨抛光模具后，可按传统的微透镜加工方法，先制成所说的用于光纤准直器的赝球面准直微透镜柱形侧面12，再用其等价面形的模具研磨并抛光出用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的赝球形垂轴端面23和24或33和34及倾斜端面11。最后，可对用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的赝球形垂轴端面23和24或33和34及倾斜端面11镀增透膜。这样，即制成本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜。
将制成的本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜与已有光纤头41通过已有连接套管43胶合固定，即制成由本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜构成的光纤准直器，具体如图5和图6所示。图5为本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的一种典型体现52与已有光纤头41通过已有连接套管43胶合固定所构成的一种光纤准直器，典型用于光纤准直器的赝球面准直微透镜52由两段不同曲率的同轴球面组合形成赝球形垂轴端面。图6为本发明用于光纤准直器的赝球面准直微透镜的另一种典型体现62与已有光纤头41通过已有连接套管43胶合固定所构成的另一种光纤准直器，另一典型用于光纤准直器的赝球面准直微透镜62由一段球面和两段不同倾斜角的圆锥面组合形成赝球形垂轴端面。