CN112162368A - 一种自由曲面反射式耦合透镜 - Google Patents

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Abstract

一种自由曲面反射式耦合透镜，涉及到耦合透镜技术领域。解决现有的光学耦合透镜架构制造工艺复杂，工艺要求高，生产成本高的技术不足，包括有与激光光源对应的第一导光部和与收光模块对应的第二导光部；第一导光部与第二导光部光轴夹角处设有自由曲面部；第一导光部的主光线入射光和第二导光部的出射光在自由曲面部上的偏转角度介于45+/‑3度之间；第一导光部导入的激光光源经自由曲面部的反射，并形成汇聚光线后由第二导光部的第二透射面出射。无需在透镜入光侧和出光侧分别加工透镜面，结构简单，适用于大批量制作。采用自由曲面的反射式透镜，对激光光源波长不敏感，激光器波长漂移不影响耦合效率，适用于不同波长激光光源，耦合效率高。

Description

一种自由曲面反射式耦合透镜
技术领域
本发明涉及到光学元件领域，具体涉及到耦合透镜技术领域。
背景技术
在光通信领域，光学耦合透镜用于激光光源与收光模块之间，实现光耦合。如图1中所示，现有耦合透镜位于入光侧设有准直透射面122，在出光侧设有聚焦透镜面121，激光光源的出光经准直透射面准直入射到耦合透镜内，直接经聚焦透镜面聚焦出光至收光模块，或经全反射面114转折后再由聚焦透镜面121出光至收光模块。例如：申请号为：CN2012103680474公开的一种光耦合透镜，在进行光偶合时，就是采用上述架构。这种架构使用需要在垂直的两个方向分别加工透镜面，制造工艺复杂，工艺要求高，生产成本高。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于解决现有的光学耦合透镜架构需要在透镜入光侧和出光侧分别加工透镜面，制造工艺复杂，工艺要求高，生产成本高的技术不足，而提出一种自由曲面反射式耦合透镜。
为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：
一种自由曲面反射式耦合透镜，其特征在于所述耦合透镜包括有与激光光源对应的第一导光部和与收光模块对应的第二导光部；第一导光部与激光光源对应一侧为第一透射面，第二导光部与收光模块对应的一侧为第二透射面，所述的第一导光部另一侧与第二导光部另一侧的光轴夹角处设有自由曲面部；所述的自由曲面部包括有与第一导光部和第二导光部一体成型，且外表面形状为自由曲面的基材，以及设于所述自由曲面外层的反射膜层；所述第一导光部的主光线入射光和第二导光部的出射光在自由曲面部上的偏转角度介于45+/-3度之间；第一导光部导入的激光光源经自由曲面部的反射，并形成汇聚光线后由第二导光部的第二透射面出射，出射后的汇聚焦点对应于收光模块，实现光耦合。
所述自由曲面反射式耦合透镜的参数特征满足下列公式限定：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，z为自由曲面的矢高量，c为曲面顶点曲率，k为圆锥系数，AiEi是自由曲面高次项的系数，x，y为自由曲面上点的x，y坐标，x，y和z共同构成点3维坐标；曲面顶点曲率半径R=1/c。
所述第一导光部和第二导光部均为锥型体结构，第一透射面和第二透射面分别为所述第一导光部和第二导光部的锥型底部端面。
本发明的有益效果为：本发明采用自由曲面对入光线可以直接通过一面自由曲面反射即可实现对光线的汇聚与转折，无需在透镜入光侧和出光侧分别加工透镜面，结构简单，适用于大批量制作。由于本发明采用自由曲面的反射式透镜，还具有对激光光源波长不敏感，激光器波长漂移不影响耦合效率，尤其适用于不同波长激光光源，耦合效率高的优点。
附图说明
图1为现有的耦合透镜的架构结构示意图。
图2为本发明的耦合透镜的架构结构示意图。
图3为本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的结构作进一步地说明。
参照图2和图3中所示，本发明公开的自由曲面反射式耦合透镜，包括有与激光光源对应的第一导光部1和与收光模块对应的第二导光部2；第一导光部1与激光光源对应一侧为第一透射面11，第二导光部2与收光模块对应的一侧为第二透射面21，所述的第一导光部1另一侧与第二导光部2另一侧的光轴夹角处设有自由曲面部3；优选方案为：所述第一导光部1和第二导光部2均为锥型体结构，第一透射面和第二透射面分别为所述第一导光部和第二导光部的锥型底部端面。所述的自由曲面部包括有与第一导光部和第二导光部一体成型，且外表面形状为自由曲面的基材，以及设于所述自由曲面外层的反射膜层；基材用于形成特定的自由曲面形状，反射膜层是通过镀膜工艺实现表面反射效果。所述第一导光部的主光线入射光和第二导光部的出射光在自由曲面部上的偏转角度介于45+/-3度之间；第一导光部导入的激光光源经自由曲面部的反射，并形成汇聚光线后由第二导光部的第二透射面出射，出射后的汇聚焦点对应于收光模块，实现光耦合。
本发明自由曲面反射式耦合透镜的参数特征满足下列公式限定：
Figure 249233DEST_PATH_IMAGE002
其中，z为自由曲面的矢高量，c为曲面顶点曲率，k为圆锥系数，AiEi是自由曲面高次项的系数，x，y为自由曲面上点的x，y坐标，x，y和z共同构成点3维坐标；曲面顶点曲率半径R=1/c。
在具体实施过程中，根据自由曲面的以上公式描述，曲面顶点曲率半径R、圆锥系数k及自由曲面高次项的系数AiEi，具体可采用下表数据，其中，X1Y0代表高次项A1E0（x，y），即X1Y0*x^1*y^0；X0Y1代表高次项A0E1（x，y），即X0Y1*x^0*y^1；X3Y1代表高次项A3E1（x，y），即X3Y1*x^3*y^1；依次类推。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
本发明自由曲面反射式耦合镜工作方式是：激光光源出光后通过自由曲面反射面反射后形成汇聚光线出射，将光纤或其他耦合目标器件放置于汇聚焦点处即可实现耦合，可无需借助准直透镜入光和聚焦透镜聚焦，本发明的自由曲面反射透镜具有以下优点：
1、对光源波长不敏感，激光器波长漂移不影响耦合效率，适用于不同波长激光光源。
2、光线可以直接通过一个自由曲面实现准直效果，同时在反射的同时即可实现对光线的汇聚与转折，结构简单，适用于大批量制作。

Claims (3)

1.一种自由曲面反射式耦合透镜，其特征在于所述耦合透镜包括有与激光光源对应的第一导光部和与收光模块对应的第二导光部；第一导光部与激光光源对应一侧为第一透射面，第二导光部与收光模块对应的一侧为第二透射面，所述的第一导光部另一侧与第二导光部另一侧的光轴夹角处设有自由曲面部；所述的自由曲面部包括有与第一导光部和第二导光部一体成型，且外表面形状为自由曲面的基材，以及设于所述自由曲面外层的反射膜层；所述第一导光部的主光线入射光和第二导光部的出射光在自由曲面部上的偏转角度介于45+/-3度之间；第一导光部导入的激光光源经自由曲面部的反射，并形成汇聚光线后由第二导光部的第二透射面出射，出射后的汇聚焦点对应于收光模块，实现光耦合。
2.根据权利要求1所述一种自由曲面反射式耦合透镜，其特征在于：所述自由曲面反射式耦合透镜的参数特征满足下列公式限定：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，z为自由曲面的矢高量，c为曲面顶点曲率，k为圆锥系数，AiEi是自由曲面高次项的系数，x，y为自由曲面上点的x，y坐标，x，y和z共同构成点3维坐标；曲面顶点曲率半径R=1/c。
3.根据权利要求1所述一种自由曲面反射式耦合透镜，其特征在于：所述第一导光部和第二导光部均为锥型体结构，第一透射面和第二透射面分别为所述第一导光部和第二导光部的锥型底部端面。
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