本实用新型涉及光学领域，特别涉及一种光束传播领域，具体是指一种紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器。
背景技术：
目前为了迎合市场需求，光纤无源器件都往迷你型小尺寸发展，虽然物理尺寸变小了，但出现了一些光学参数质量变差的现象。就单模单光纤准直器说，其透镜的直径从1.8mm变为1.0mm，有效通光孔径就从0.8mm变为了0.4mm，所以就必须限制从单模光纤出射出的光束的发散面积；一般常规单模单光纤准直器整形出的准直光束的光斑大小300～500um，如改为使用直径1.0mm迷你透镜，光斑大小会压缩至200～300um；压缩光斑尺寸就是要使其透镜聚焦能力更加加强，平凸透镜clens的曲率半径更加减小，渐变折射率透镜glens的聚焦常数
常见的单模单光纤准直器或是迷你单模单光纤准直器的透镜和单模单光纤尾纤大部分都封装在玻璃管或是金属管里，只露出小部分透镜的头部和单模单光纤尾纤的尾部便于预固化点胶和注胶，其结构如图2所示，从图中可以看出现有技术中的单模单光纤准直器包括单模单光纤尾纤1及常规的迷你渐变折射率透镜6，这种常规的迷你渐变折射率透镜为后焦截距在0.2mm左右的聚焦透镜(比如0.23pitch迷你自聚焦透镜)，并在单模单光纤尾纤及常规的迷你渐变折射率透镜的外部设有外封管7，单模单光纤尾纤及常规的迷你渐变折射率透镜之间的间隙达到了0.2mm左右，其中常规迷你渐变折射率透镜中与单模单光纤尾纤的一端为8度角面，若在中长工作距离时，二者之间的间隙就更大；这样造成透镜和单模单光纤尾纤无法进行更加精细调节，比如空间上超精细对准、透镜和和单模单光纤尾纤相向调试端面的超近距离对准。
技术实现要素：
本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种结构简单、使用方便可靠、制造成本较低的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器。
为了实现上述的目的，本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器结构如下：
该紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其主要特点是，所述的单模单光纤准直器包括单模单光纤尾纤及后焦截距在0.005～0.019mm之间的聚焦透镜，所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜相邻，且所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜之间的调试间隔距离控制在0.08mm以下。
较佳地，所述的单模单光纤尾纤的直径为φ1.0mm，且所述的单模单光纤尾纤中与所述的聚焦透镜相邻的一端的研磨角度为8度，同时，所述的聚焦透镜中与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端的研磨角度也为8度。
更佳地，所述的单模单光纤尾纤由一根单模光纤和一支直径为φ1.0mm的单模光纤毛细管组成，所述的单模光纤位于所述的单模光纤毛细管内部。
更佳地，所述的单模单光纤尾纤的长度为3mm。
更佳地，所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层。
较佳地，所述的聚焦透镜由径向渐变折射率透镜、平凸透镜clens、球透镜、非球面透镜中的任一聚焦透镜构成。
较佳地，所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜之间通过透明连接件连接。
更佳地，所述的透明连接件为紫外胶水，所述的紫外胶水覆盖整个所述的单模单光纤尾纤与自聚焦透镜的连接区域的间隙口，进入间隙口的紫外胶水不可超过所述的聚焦透镜的有效通光孔径。
更进一步地，在所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜的连接区域还固定有环氧树脂胶，所述的环氧树脂胶位于所述的紫外胶水的外层，且所述的环氧树脂胶的覆盖厚度为0.2mm，宽度至少为0.35mm。
较佳地，所述的单模单光纤准直器还包括第一单孔外封管及第二单孔外封管，所述的第一单孔外封管包裹于所述的单模单光纤尾纤外层，所述的第二单孔外封管包裹与所述的聚焦透镜外层，所述的第一单孔外封管与第二单孔外封管相邻，且所述的第一单孔外封管及第二单孔外封管分别设有一小孔。
采用本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，在不改变聚焦透镜与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端的研磨角度的情况下，通过适当微量调整了聚焦透镜的长度,同时也调整了聚焦透镜的后焦截距大小，并使其聚焦透镜和单模单光纤尾纤在自由空间进行超精细对准调试，来实现低偏转角和高回损性能。本实用新型的单模单光纤准直器的出光光束偏转角可以很大程度缩小，其回波损耗可以很大程度增加，并且聚焦透镜和单模单光纤尾纤在自由空间进行超精细对准调试，可同时提升其聚焦透镜和单模单光纤尾纤相互调试精度。
附图说明
图1为现有技术中的迷你单模单光纤准直器的光束路径传播图。
图2为现有技术中的迷你单模单光纤准直器的结构示意图。
图3为本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的光束路径传播图。
图4为本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的第一种实施方式的结构示意图。
图5为本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的第二种实施方式的结构示意图。
图6为本实用新型中聚焦透镜为自聚焦透镜时其周节定义和其周节影响的自聚焦透镜长度和后焦截距示意图。
图7为自聚焦透镜不同周节下的对比图。
图8为本实用新型中所述的聚焦透镜有效通光孔径定义示意图。
附图标记
1单模单光纤尾纤
2后焦截距在0.005～0.019mm的聚焦透镜
3环氧树脂胶
4第一单孔外封管
5第二单孔外封管
6常规的迷你渐变折射率透镜
7外封管
8平台
9通光孔径
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
该紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的结构及光束传播途径可参阅图3～图8所示。其中，图3为本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的光束路径传播图，从图3可以明显看出其光束的传播路径优于现有技术中的光束的传播路径，光束偏转程度明显好转，更加平行，其中，聚焦透镜的后焦截距被控制在0.005～0.019之间，在具体的实施过程中，如果该单模单光准直器是短工作距离的准直器，其单模单光纤尾纤1与聚焦透镜之间的间隙就在后焦截距处(即其间隔就是其后焦截距)；如果是长工作距离的准直器，其间隙要适当大于后焦截距，但需被控制在0.08mm以下。无论是短工作距离的单模单光准直器或长工作距离的单模单光准直器，其中的聚焦透镜均为后焦截距在0.005～0.019mm的聚焦透镜2。在该实施例中，后焦截距在0.005～0.019mm的聚焦透镜2可由0.248pitch迷你自聚焦透镜构成。
如果采用自聚焦透镜构成该后焦截距在0.005～0.019mm的聚焦透镜2，可将自聚焦透镜的周节在0.247～0.25pitch之间选择，使其能取得较好的偏转角。该自聚焦透镜可以为径向渐变折射率透镜glens构成，其透镜中光束是沿正弦轨迹传播，完成一个正弦波周期的长度即称为一个周节pitch(pitch是周节的英文翻译)，通过调节自聚焦透镜的周节来调节自聚焦透镜的长度，即调节了自聚焦透镜的后焦截距大小。
该紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其中，所述的单模单光纤准直器包括单模单光纤尾纤1及后焦截距控制在0.005～0.019mm范围内的聚焦透镜，所述的单模单光纤尾纤1与聚焦透镜相邻，且所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜之间的调试间隔距离控制在0.08mm以下。根据工作距离的不同，单模单光纤尾纤与聚焦透镜之间的间隔也会不同。如果工作距离这个参数要求要变大，其间隔也要相应调大。
在上述实施例中，所述的单模单光纤尾纤1的直径为φ1.0mm，且所述的单模单光纤尾纤1中与聚焦透镜相邻的一端的研磨角度为8度，同时，所述的聚焦透镜中与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端的研磨角度也为8度。
在上述实施例中，所述的单模单光纤尾纤1由一根单模光纤和一支直径为φ1.0mm的单模光纤毛细管组成，所述的单模光纤位于所述的单模光纤毛细管内部。
在上述实施例中，所述的单模单光纤尾纤1的长度为3mm。
在上述实施例中，所述的单模单光纤尾纤1与聚焦透镜相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层。
在上述实施例中，所述的聚焦透镜可以采用径向渐变折射率透镜，也可以使用平凸透镜clens、球透镜、非球面透镜等聚焦透镜构成。
在第一种所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的实施例中，所述的单模单光纤尾纤1与聚焦透镜之间通过透明连接件连接，且所述的透明连接件为紫外胶水，所述的紫外胶水覆盖整个所述的单模单光纤尾纤1与聚焦透镜的连接区域的间隙口，进入间隙口的紫外胶水不可超过所述的自聚焦透镜的有效通光孔径9(假设自聚焦透镜的有效通光孔径9为以自聚焦透镜中心为圆心，直径0.4mm的孔径，那么紫外胶水就不可超过所述的自聚焦透镜的有效通光孔径0.4mm之内)。所述的在所述的单模单光纤尾纤1与聚焦透镜的连接区域还固定有环氧树脂胶3，所述的环氧树脂胶3位于所述的紫外胶水的外层，且所述的环氧树脂胶3的覆盖厚度为0.2mm，宽度至少为0.35mm。
其结构如图4所示，图4为本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的第一种实施方式的结构示意图，在这种实施例中，该紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器为一种开放式的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器。
在这种实施例中，它的光学元件固定方式不通过外封管，而是直接固定在其光学元件φ1.0mm的单模单光纤尾纤1和直径为φ1.0mm的聚焦透镜的间隙口，进入间隙口的紫外胶水不可超过所述的自聚焦透镜的有效通光孔径0.4mm之内，通光孔径9的示意图可参阅图8所示，其中，图8左侧的是自聚焦透镜的侧视图，右侧的是自然焦透镜的立体示意图，右侧图中的自聚焦透镜中内部圆圈范围内即为该自聚焦透镜的有效通光孔径9，从左侧图中可看出，在该实施例中，自聚焦透镜上还设有一个小平台8(在该实施例中，该平台长约0.3mm)，由于单模单光纤尾纤1和聚焦透镜之间间隙较小容易碰撞，而通过该平台8可预防单模单光纤尾纤1和聚焦透镜之间的碰撞，也尽量避免毛细管效应，防止胶水进入通光孔径9的通光面上。
其连接过程为：在单模单光纤尾纤1和聚焦透镜的间隙处先用紫外胶水预先固定；再用环氧树脂胶3永久固定，环氧树脂胶3至少宽度为0.35mm，厚度为0.2mm。
在第二种所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的实施例中，所述的单模单光纤准直器除了具备上述实施例中的单模单光纤准直器所具备的特征外，所述的单模单光纤准直器还包括第一单孔外封管4及第二单孔外封管5，所述的第一单孔外封管4包裹于所述的单模单光纤尾纤1外层，所述的第二单孔外封管5包裹与所述的聚焦透镜外层，所述的第一单孔外封管4与第二单孔外封管5相邻，且所述的第一单孔外封管4及第二单孔外封管5分别设有一孔径为1.2mm的小孔，所述的第一单孔外封管4及第二单孔外封管5的结构可参阅图5所示，所述的小孔用于注胶，起到固定外封管与透镜和尾纤之间的位置的作用。
该实施例中的单模单光纤准直器的结构如图5所示，图5为本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的第二种实施方式的结构示意图。
该实施例中的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器可以用于对出光光束偏转度要求特别严苛的光路系统中、光纤无源、或是有源器件中。可广泛使用于光网络系统、多通道光信号监控、光交换连接系统、光纤调试与测量系统等领域；在保持迷你封装条件下，且不改变其聚焦透镜和单模单光纤尾纤的相向调试的端面8度角研磨的情况下，通过设计特殊后焦截距的聚焦透镜，并改变预固化点胶和注胶位置来大大降低出光光束的偏转程度和提高回波损耗，并且透镜和单模单光纤尾纤在自由空间进行超精细对准调试，可同时提升其透镜和单模单光纤尾纤相互调试精度。
如图5所示，上述实施例中的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器包括一支研磨角度为8度角、直径为φ1.0mm的单模单光纤尾纤、一支后焦截距被控制在0.005～0.019mm范围内的聚焦透镜(比如后焦截距可取为0.013mm)，使其取得较小的偏转角、一支直径为φ1.4mm，长2.4mm的第一单孔外封管、一支直径为φ1.4mm，长3mm的第二单孔外封管。其中，第一单孔外封管及第二单孔外封管的结构可参阅图5所示。本实用新型中的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器偏转角较小，回损较高、尺寸紧凑，封装精准，可广泛应用于光纤通讯领域中。本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺点和不足，提供一种偏转角较小，回损较高、尺寸紧凑，封装精准的单模单光纤准直器。
本实用新型所采用的技术方案如下：
φ1.0mm单模单光纤尾纤由一单模光纤和一支φ1.0mm的单模光纤毛细管组成，其结构可参阅图4所示，在该实施例中，φ1.0mm的单模单光纤尾纤长度3mm。并在单模单光纤尾纤端面上进行8度研磨抛光，并镀相应工作波长的增透膜层。
聚焦透镜可为自聚焦透镜glens或是其他有径向渐变聚焦功能透镜，也可以是平凸透镜clens等一些聚焦透镜。
现有技术中用玻璃管或是金属管封装的单模单光纤准直器，其透镜和单模单光纤尾纤调试间隙一般控制在0.2mm左右，控制在这个大小其用意是防止其间隙过窄造成注入胶水溢胶至通光面上和避免调试不便，该间隙用于现市场需求的迷你型小尺寸对应用的透镜就会造成其光学参数质量变差。
如图3所示，图3为本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器的光束路径传播图，选择自聚焦透镜glens作为后焦截距在0.005～0.019mm之间的聚焦透镜为例进行说明，该直径为φ1.0mm的自聚焦透镜的周节进行了特殊设计，其周节控制在0.247～0.25pitch之间，从图中可以看出，该自聚焦透镜glens的周节长度接近极限0.25pitch，从而可将单模单光纤尾纤与自聚焦透镜之间的后焦截距减小至0.005～0.019mm范围内(不同工作距离的光纤准直器，其需调试的间隙距离大小不同；当工作距离比较短，其调试间隙大小就是后焦截距，当工作距离要求较长，其调试间隙要大于后焦截距；一般随着调试间隙变大，准直工作距离也会随之变大；随着间隙变大，出光光束偏转角一般也会出现变大情况)，继而减小整体光束的偏转程度。
通过以下计算我们可以证明本实用新型的方案是可行的，计算如下(在下列的计算中，以自聚焦透镜glens作为紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器中后焦截距在0.005～0.019mm之间的聚焦透镜为例进行计算，且下面提到的径向渐变折射率透镜指的就是自聚焦透镜glens)：
针对用自聚焦透镜glens的单模单光纤准直器出光光束偏转角光学计算公式如下：
已知条件：
径向渐变折射率透镜中心折射率：no(在工作波长λ处)；径向渐变折射率透镜的自聚焦常数：
图7中分别绘制了二不同周节自聚焦透镜，其中，图7中上半部分绘制了周节为0.248pitch的自聚焦透镜，而图7中下半部分绘制了周节为0.23pitch的自聚焦透镜，明显可以看出周节为0.248pitch的自聚焦透镜的长度长，后焦截距小，周节为0.23pitch的自聚焦透镜的长度短，后焦截距大。
其中，式1为出射光线与光轴的交角公式，式2为径向渐变折射率透镜长度公式，式3为径向渐变折射率透镜前后焦截距公式，自聚焦透镜的周节其实也是自聚焦透镜长度一种表示手法。如上述提到的与周节相关的公式——式1及式2可知：径向渐变折射率透镜长度公式可知自聚焦透镜的周节大了，自聚焦透镜长度就长了。由式3可知调整了自聚焦透镜的周节也就是调整了自聚焦透镜的长度，也就是调整了自聚焦透镜的后焦截距大小。
假设：λ＝1.55um；no＝1.5901(由于一般使用的自聚焦透镜glens径向折射率是抛物线分布，且具有弱聚条件：
其中，a×r2＜＜1。
所以在近轴条件下，为了方便计算，我们可以假定认为n(r)≈n(0)；
由此可见，适当微量调整了自聚焦透镜glens的周节pitch，单模单光纤准直器出光光束偏转角可以很大程度缩小。
为了更清晰的进行说明，下面分别计算出0.23和0.248pitch不同周节glens的出射光线与光轴交角对比(将自聚焦透镜glens的长度、
θ1(0.23pitch)＝-0.008752×0.596211×1.5901×0.992115 (-0.01149)×0.125333＝-0.009672865(式5)；
θ1(0.248pitch)＝-0.00087×0.596211×1.5901×0.999921 (-0.01149)×0.012566＝-0.000969811(式6)；
其中，上述式5和式6分别为0.23pitch和0.248pitch周节时计算出的出射光线与光轴交角。
如图4所示，在φ1.0单模单光纤尾纤和φ1.0聚焦透镜之间预固定的是一种紫外胶水。紫外胶水需覆盖整个一圈的间隙口，进入间隙的紫外胶水不可超过所述的聚焦透镜的有效通光孔径0.4mm之内。紫外胶水外部再用一种环氧树脂胶进行永久固定，环氧树脂胶厚度0.2mm，宽度至少0.35mm或是覆盖整个开放区域。
如图4或是图5所示，在
可在固定好的φ1.0mm单模单光纤尾纤和φ1.0mm聚焦透镜之外套有一特殊设计φ1.4*2.4mm第一单孔外封管和一特殊设计φ1.4×3mm第二单孔外封管。当然在其他实施例中，也可以是套有或是再套有其他尺寸玻璃管或金属管来再强化该准直器可靠性能，或是不套任何外封管来压缩整体外观的物理尺寸。
本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器偏转角较小、回损较高、可达至65db以上；其光学元件φ1.0单模单光纤尾纤和φ1.0聚焦透镜在空间自由对准，而非常规单模单光纤准直器在玻璃管或是金属外封管里一维方向对准，使其封装更精准，封装误差可达至计0.005mm以下，间接提升了整体的光束质量；通过一特殊设计φ1.4×2.4mm单孔外封管和一特殊设计φ1.4×3mm单孔外封管来强化该准直器可靠性能，单孔用于灌注一种环氧树脂胶，小孔孔径1.2mm，即本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其偏转角较小，回损较高、尺寸紧凑，可不套任何外封管来压缩整体外观的物理尺寸，封装精准可广泛应用于光纤通讯领域中。
在一组实验数据中，可明显的看出本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器较现有技术中的单模单光纤准直器的区别，其可应用于1550nm波长准直工作距离10mm单模(单模光纤为smf-
从上表中我们可以明显看出本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器与现有技术中的单模单光纤准直器的区别。本实用新型一种紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器偏转角较小，回损较高、尺寸紧凑，封装精准可广泛应用于光纤通讯领域中。
采用本实用新型的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，通过适当微量调整了聚焦透镜的后焦截距，(如果是自聚焦透镜的话，将自聚焦透镜的周节控制在0.247～0.25pitch范围内)，本实用新型的单模单光纤准直器的出光光束偏转角可以很大程度缩小，并其聚焦透镜和单模单光纤尾纤在自由空间进行超精细对准调试，可同时提升其聚焦透镜和单模单光纤尾纤相互调试精度。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
1.一种紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的单模单光纤准直器包括单模单光纤尾纤及后焦截距在0.005～0.019mm之间的聚焦透镜，所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜相邻，且所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜之间的调试间隔距离在0.08mm以下。
2.根据权利要求1所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的单模单光纤尾纤的直径为φ1.0mm，且所述的单模单光纤尾纤中与所述的聚焦透镜相邻的一端的研磨角度为8度，同时，所述的聚焦透镜中与所述的单模单光纤尾纤相邻的一端的研磨角度也为8度。
3.根据权利要求2所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的单模单光纤尾纤由一根单模光纤和一支直径为φ1.0mm的单模光纤毛细管组成，所述的单模光纤位于所述的单模光纤毛细管内部。
4.根据权利要求2所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的单模单光纤尾纤的长度为3mm。
5.根据权利要求2所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜相邻的一端镀有相应工作波长的增透膜层。
6.根据权利要求1所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的聚焦透镜由径向渐变折射率透镜、平凸透镜clens、球透镜、非球面透镜中的任一聚焦透镜构成。
7.根据权利要求1所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜之间通过透明连接件连接。
8.根据权利要求7所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的透明连接件为紫外胶水，所述的紫外胶水覆盖整个所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜的连接区域的间隙口，进入间隙口的紫外胶水不可超过所述的聚焦透镜的有效通光孔径。
9.根据权利要求8所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，在所述的单模单光纤尾纤与聚焦透镜的连接区域还固定有环氧树脂胶，所述的环氧树脂胶位于所述的紫外胶水的外层，且所述的环氧树脂胶的覆盖厚度为0.2mm，宽度至少为0.35mm。
10.根据权利要求1所述的紧凑型开放式低偏转角高回损的单模单光纤准直器，其特征在于，所述的单模单光纤准直器还包括第一单孔外封管及第二单孔外封管，所述的第一单孔外封管包裹于所述的单模单光纤尾纤外层，所述的第二单孔外封管包裹与所述的聚焦透镜外层，所述的第一单孔外封管与第二单孔外封管相邻，且所述的第一单孔外封管及第二单孔外封管分别设有一小孔。
技术总结