CN2735361Y - 光学元件的连接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学元件的连接装置，它包括安装在两个光学元件或光学元件与固定基座之间的多个连接件；所述的多个连接件之间采用凹凸面配合或楔角面配合。由于本实用新型多个连接件之间采用凹凸面配合或楔角面配合，凹凸面配合的连接件，只要相对转动，就可容易的调整光学元件的方向；楔角面配合的连接件，只要相对滑动，就可消除或调整连接件之间的间隙，而且通过在连接件之间采用温度互相补偿的材料，采用胶合和焊接方式实现光学体之间相对位置的调节和微间隙的连接，则可保证连接件之间距离保持不变或变化较小，使其具有较好的位置和温度稳定性。

Description

光学元件的连接装置

技术领域

本实用新型涉及一种涉及光学和光纤通讯光无源器件，特别是涉及一种光学元件的连接装置。

背景技术

在光学领域，由于对机械件装配精度很高，常采用将部分光学元件放置在可调节机械件是以满足其可高精度的要求。较少采用固定所有元件的方式，而在光通讯光无源器件领域，需要其元件整体足够小，所以较难采用有可调节装置的结构。在过去一些年，光无源器件封装普遍采用方式之一是：焊锡焊接同时利用金属不可逆的形变来对焊接的元件进行精密调节和修正；另一个平台是利用透镜系统可调节特点直接在光学元件通光面上涂上足够薄的胶进行胶合，同时在胶固定过程中进行微小的调节，实现所需的精度要求。这两个平台有各自优劣点：对焊接平台而言，优点是光路无胶，适应器件范围宽，它的缺点是只能靠熟练工人去单件制作，亦能采用自动化方式制作，这给产品质量带来不稳定性，同时焊接制作的器件温度稳定性不如端面胶合平台制作的元件。对端面有胶的胶合平台其优点是，温度性能好，可以部分实现自动装配，其缺点正是端面有胶，光损伤阈值较低，另一方面它适用的器件范围较小。

针对上述两平台弱点，近些年很多公司提出端面无胶胶合平台，如USP 6,142,678；US6,347,170B1，131；US 6,282,339；US6,246,813B1，131；Pub NO：US 2003/0044115A1，Pub NO：2003/0063853A1；US6,400,867B1，中国专利CN254185FY。这些端面胶合平台可以分为两类，将光纤头和微透镜作为可以相互调节元件一类，另一种以准直器为基本单元调节为一类。

对第一类典型结构可见图1(见USP 6,540,411B1)

一种典型的端面胶合平台如图1所示，它包括光纤线101、102、111、套管103、105、109、110、毛细管104、112、透镜106、108、膜片107。这种结构优势是可获得较好温度性能，它的弱点似是可以活动的元件太多，适用器件有限。

另一种典型结构图2所示(US6,400,867B1)，它包括光纤线201，202、套管205、208、双光纤头203、透镜204、WDM膜片209、套管的凹凸球表面206、207。该设计试图通过凹凸球表面可保证连接有较小的间隙，同时膜片209将反射光反射进入另一个光纤。这种结构从原理上是可行的，但从技术角度上讲还显得过于粗糙，实用性较差。透镜204在套管205、208内部，这对准直器制作和表面擦拭带来较大困难，另一个问题是通过球面相互滑动来调节很难操作，只能分开后调节再合并在一起，这样又很难将间隙调到最佳位置，另一个问题是如果膜片209还有距离精度要求时，该方案实施会遇到更多的困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种位置和温度稳定性好、连接件之间的间隙易于消除和调整的光学元件的连接装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

本实用新型是一种光无源器件的连接装置，它包括安装在两个光学元件之间或光学元件与固定基座之间的至少两个或两个以上的连接件；所述的至少两个或两个以上的连接件之间采用凹凸面配合或楔角面配合。

所述的凹凸面配合为凹凸球面配合。

所述的连接件由第一连接件和第二连接件构成；所述的第一连接件和第二连接件之间采用凹凸球面配合。

所述的连接件由第一连接件和第二连接件构成；所述的第一连接件和第二连接件之间采用楔角面配合。

所述的连接件由第一连接件、第二连接件和第三连接件构成；所述的第一连接件和第二连接件之间采用凹凸球面配合，第二连接件和第三连接件之间采用楔角面配合。

所述的连接件由第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件构成；所述的第一连接件和第二连接件的配合之间采用凹凸球面配合，第二连接件和第三连接件之间相互抵靠，第三连接件和第四连接件之间采用楔角面配合。

所述的光学元件与连接件之间、连接件和连接件之间可采用胶或焊接方式实现微间隙的连接。

采用上述方案后，由于本实用新型设置与两个光学元件或光学元件与固定基座之间的多个连接件之间采用凹凸面配合或楔角面配合，凹凸面配合的连接件，只要相对转动，就可容易的调整光学元件的方向；楔角面配合的连接件，只要相对滑动，就可消除或调整连接件之间的间隙，而且通过在连接件之间采用温度互相补偿的材料，则可保证连接件之间距离保持不变或变化较小，使其具有较好的位置和温度稳定性。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是一种习用端面无胶胶合平台结构示意图；

图2是一种习用准直器典型结构示意图；

图3、图6是本实用新型的第一个实施例的结构示意图；

图4、图7是本实用新型的第二个实施例的结构示意图；

图5、图8是本实用新型的第三个实施例的结构示意图；

图9是本实用新型的第四个实施例的结构示意图；

图10是本实用新型的第五个实施例的结构示意图；

图11是本实用新型的第六个实施例的结构示意图；

图12是本实用新型的第七个实施例的结构示意图；

图13是本实用新型的第八个实施例的结构示意图；

图14是本实用新型的第九个实施例的结构示意图；

图15是本实用新型的第十个实施例的结构示意图；

图16是本实用新型的第十一个实施例的结构示意图；

图17是本实用新型的应用原理图；

图18是应用本实用新型原理制造的无偏心准直器结构示意图；

图19(a)-图19(c)是应用本实用新型原理制造的单端输出的WDM的结构示意图；

图20是应用本实用新型应用到激光器输出光耦合上的结构示意图；

图21是在平面上固定光学元件应用本实用新型的一种结构示意图。

具体实施方式

图3是本实用新型的第一个实施例。本实用新型是一种光学元件的连接装置，它包括光学元件301、光学元件306(或支撑件)、第一连接件302、第二连接件303、第三连接件304、第四连接件305。

所述的第一连接件302、第二连接件303、第三连接件304、第四连接件305安装在两个光学元件301、306之间；第一连接件302和第二连接件303为一对凹凸球面的连接件，第三连接件304和第四连接件305为一对带有楔角的楔角对，光学元件301与第一连接件302粘结在一起，调节光学元件301方向，第一连接件302和第二连接件303相对转动可使光学元件301调节到所需方向，同时第一连接件302和第二连接件303之间保证所需的间隙或微间隙，第三连接件304和第四连接件305之间可一相对滑动，这样可消去第一连接件302、第二连接件303、第三连接件304、第四连接件305与光学元件306之间间隙。光学元件301、第一连接件302、第二连接件303、第三连接件304、第四连接件305、光学元件306之间的相互接触的端面可以采用胶合，也可以采用激光焊接，由于光学元件301、第一连接件302、第二连接件303、第三连接件304、第四连接件305、光学元件306在光学元件301调节到光学元件301与光学元件306之间所需相对方向的位置，同时所有物体之间接近零间隙，这样如采用胶合也保证接触面最薄的胶层，或直接采用激光焊接，从而易于保证光学元件301与光学元件306之间相对位置和温度的稳定性，如果在第二连接件303、第三连接件304、第四连接件305之间采用温度相互补偿的材料，则可保证光学元件301与光学元件306之间距离保持不变或变化较小。

本实用新型的第二个实施例(如图4所示)、第三个实施例(如图5所示)的原理与第一个实施例相同。

图4是本实用新型的第二个实施例，它由所需调节和固定的光学元件401、第一连接件402、第二连接件403、第三连接件404、光学元件405(或支撑物)构成。所述的第一连接件402、第二连接件403为一对有凹凸球面相配合的连接件，同时第二连接件403一面带有楔角，与第三连接件404构成楔角对，这里相对第一个实施例(如图3所示)仅少了一个元件，移动第三连接件404可消间隙。

图5是本实用新型第三个实施例(如图5所示)，它由所需调节的光学元件501、第一连接件502、第二连接件503、光学元件504(或连接物)构成。所述的第一连接件502、第二连接件503为一对带有凹凸端连接线，这一结构可用于光学元件504与光学元件501对相对距离要求不高的光学元件之间的固定，光学元件501、第一连接件502、第二连接件503、光学元件504之间间隙可在调节好光学元件504与光学元件501之间方向之后，相互平移实现消间隙。

图6，图7，图8为一组类似结构，其连接原理同第一个实施例(如图3所示)、第二个实施例(如图4所示)、第三个实施例(如图5所示)。这里仅是将第一个实施例(如图3所示)、第二个实施例(如图4所示)、第三个实施例(如图5所示)中光学元件具体为光纤准直器。

图6结构同第一个实施例(如图3所示)。它由光纤准直器601、第一连接件602、第二连接件603、第三连接件604、第四连接件605、光学元件606(或支撑物)构成。第一连接件602、第二连接件603为一对凹凸球形端面连接元件，第三连接件604、第四连接件605为一对楔角连接件。

图7结构同第二个实施例(如图4所示)。它由光纤准直器701、第一连接件702、第二连接件703、第三连接件704、光学元件705(或支撑物)构成。第一连接件702、第二连接件703为一对带凹凸端面的连接元件，第二连接件703的楔角与第三连接件704同时构成楔角对。

图8结构同第三个实施例(如图5所示)，它由所需调节的光纤准直器801、第一连接件802、第二连接件803、光学元件804(或连接物)构成。第一连接件802、第二连接件803为一对带凹凸球面的连接件。

图9，图10为原理相同的另一种连接形式，只是将图7，图8中连接件全部从侧面移到准直器前端面，图7，图8中光学元件705、804具体为WDM膜片或部分反射膜片。

在第四个实施例(如图9所示)中，它包括双光纤准直器901、一对带凹凸球面端面连接件903、904、另一楔角连接件902、WDM膜片905(或部分反射膜片)，同时连接件903带有楔角面，。

在第五个实施例(如图10所示)中，它包括双光纤准直器1001、一对带凹凸端面的连接件1002、1003、WDM膜片1004(或部分反射膜片)。

第六个实施例(如图11所示)、第七个实施例(如图12所示)、第八个实施例(如图13所示)、第九个实施例(如图14所示)、第十个实施例(如图15所示)、第十一个实施例(如图16所示)与上述几组原理相同，这是一组用来制作准直器或WDM双光纤准直器的工作原理图。

在第六个实施例(如图11所示)中，它包括光纤头1101、用于固定光纤头1101外套1102、一对有凹凸球面的圆套管1103，1104、微透镜1105。凹凸球面的圆套管1104与微透镜1105可以相对移动，这里凹凸球面的圆套管1103内径微大于光纤头1101外径，所以可以平移。

在第七个实施例(如图12所示)中，它包括光纤头1201、固定光纤头1201的圆套1202、固定微透镜1204的圆套1203和微透镜1204。在制作过程中，光纤头1201和圆套1202或圆套1203与微透镜1204之间其中之一组两元件可以相对移动，圆套1203一段内径微大于光纤头1201的外径，圆套1203和圆套1202之间相对平移可以改变准直器的出光方向，达到所要出光的方向。

在第八个实施例(如图13所示)中，其原理同第七个实施例(如图12所示)，它包括光纤头1301、固定光纤头1301的圆圈1302、微透镜1304、固定微透镜1304的圆柱1303。与第七个实施例不同的是圆圈1302一段内径微大于微透镜1304的外径。

第九个实施例(如图14所示)、第十个实施例(如图15所示)、第十一个实施例(如图16所示)其原理同第六个实施例(如图11所示)、第七个实施例(如图12所示)、第八个实施例(如图13所示)。这是一组为制作WDM准直器的一组结构图。

在第九个实施例(如图14所示)中，它包括双光纤头1401、固定圆柱1402、1403、微透镜1407、WDM膜片1405(或部分反射膜片)、胶1406。固定圆柱1402、1403为一对有凹凸球面的圆柱；微透镜1407与胶1406预先固定，固定圆柱1403内径微大于固定圆柱1402的外径。

在第十个实施例(如图15所示)中，它包括双光纤头1501、固定双光纤头1501的圆柱1502、固定微透镜1504的圆柱1503，微透镜1504、WDM膜片1505、胶1506。微透镜1504和WDM膜片1505之间预先固定，胶1506在侧面固定，圆柱1503一段内径比双光纤头1501外径大。

在第十一个实施例(如图16所示)中，它包括双光纤头1601、固定双光纤头1601的圆柱1602、圆柱1603、微透镜1604、WDM膜片1605、胶1606。圆柱1602一段内径比微透镜1604外径稍大。

图17为利用本实用新型的应用原理图。它包括光无源器件核心元件170H、一组准直器170A，......170N，170M......170L和它们相应所需的连接件。

图18为一种无偏心准直器结构图。

它包括普通准直器1801、一玻璃或金属圆柱筒1802、一对凹凸玻璃管1803，1804。普通准直器准直光一般总与自己圆柱外壳机械轴心有一定夹角，同时出光点亦与机械轴线不同心。如金属圆柱筒1802直径大于玻璃管1803、1804，则本实用新型结构可以通过调节方式实现准直器出光方向与金属圆柱筒1802同轴。

图19(a)为采用本实用新型原理实现单端输出的WDM一种结构示意图。

在图19(a)中，它包括三光纤准直器1901、三光纤准直器1901的三个光纤1902、1903、1904、一对凹凸球面端面玻璃管1907、1908、另一对凹凸球面端面玻璃管1905、1906、WDM膜片1910、全反射膜片1909。三光纤准直器1901光纤头截面光纤分成可见图19(b)，图19(c)，三光纤准直器1901的三个光纤1902、1903、1904，其中λ1与λ2不同波长从光纤1903输入。

从光纤1903进入λ1，λ2光经WDM膜片1910反射，其中λ1被反射进入光纤1902；λ2透过WDM膜1910经全反射膜片1909全反射再次透过WDM膜1910进入光纤1904。这样结构虽然光纤1904接受λ2插损相对普通结构会大一点，会比现有WDM封装结构有更高的温度稳定性。

图20为本实用新型结构应用到激光器输出光耦合上一种结构示意图。

图20中，图中标号，任意一种激光器外壳2001，如半导体泵浦的激光器，或气体激光器；与激光器光束相匹配的准直器2002，有凹凸球面玻璃管对2003，2004，输出激光光束2005，显然图20结构可以将光纤准直器稳定与激光器粘结。

图21中为本实用新型在平面上固定光学元件的一种结构示意图。

图21中，图中标号，待固定的光学元件2101，其通光面法线与待固定光学平面平行，光学基座或平台2105，一组带有凹凸球面端面和楔角面的辅助固定元件2102，2103，2104。显然采用图21结构可以方便和高度温度稳定性将一组光学元件固定在一个光学平台上，省去常规光学调整架，可广泛用于紧密结构光学仪器和光学设备上。

Claims (7)

1.一种光学元件的连接装置，其特征在于：它包括安装在两个光学元件之间或光学元件与固定基座之间的至少两个或两个以上的连接件；所述的至少两个或两个以上的连接件之间采用凹凸面配合或楔角面配合。

2.根据如权利要求1所述的光学元件的连接装置，其特征在于：所述的凹凸面配合为凹凸球面配合。

3.根据如权利要求1所述的光学元件的连接装置，其特征在于：所述的连接件由第一连接件和第二连接件构成；所述的第一连接件和第二连接件之间采用凹凸球面配合。

4.根据如权利要求1所述的光学元件的连接装置，其特征在于：所述的连接件由第一连接件和第二连接件构成；所述的第一连接件和第二连接件之间采用楔角面配合。

5.根据如权利要求1所述的光学元件的连接装置，其特征在于：所述的连接件由第一连接件、第二连接件和第三连接件构成；所述的第一连接件和第二连接件之间采用凹凸球面配合，第二连接件和第三连接件之间采用楔角面配合。

6.根据如权利要求1所述的光学元件的连接装置，其特征在于：所述的连接件由第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件构成；所述的第一连接件和第二连接件的配合之间采用凹凸球面配合，第二连接件和第三连接件之间相互抵靠，第三连接件和第四连接件之间采用楔角面配合。

7.根据如权利要求1至6所述的光学元件的连接装置，其特征在于：所述的光学元件与连接件之间、连接件和连接件之间可采用胶或焊接方式实现微间隙的连接。

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