CN1341224A - 带有形状的光学元件的光纤组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造在光纤(22)末端(24)上原位成形的光学元件(26)的方法,形成的光纤组件用于控制进入或射出光纤末端的光。原位成形的光学元件优选是一种无机有机混杂的溶胶－凝胶材料。这种材料被粘合到光纤的末端,并在确定光学原件或光学表面(32)的地方成形。

Description

带有形状的光学元件的光纤组件及其制造方法
相关申请的交叉文献
该专利申请以1999/2/5美国临时申请60/118946为基础，按照35USC120要求优先权，其全部内容引入结合于此，如同全部阐述。
发明的背景
1.发明的领域
本发明涉及光纤组件，更确切地说，涉及用于控制进入或射出光纤末端的光束的成形的光学元件。
2.技术背景
当在沿光纤传播的光的光程中引入一些装置时，需要将进入或离开光纤的光束(光子)耦合。当需要这种耦合时，必须要考虑模式场的失配、耦合效率和背反射。
为耦合光纤导引的光或在自由空间或大镜片中传播的未经导引的光，人们一直在追求一种经济又易于使用的方法。在光子装置例如单向器、回转器和薄膜过滤器中，光常常必需从第一光纤射出，经过光所相遇的光学介质，然后藉合进入第二光纤。使用单个微透镜和使用例如抛光或熔化纤维端头的方法不能提供在光纤末端将光耦合尤其是光在进出自由空间和大镜片时所需要的简单、有效和经济的方法。
如上所述，需要一种光学元件，能有效地耦合进出光纤末端的光束，这种光学原件要重复性高，而且能够以低成本制造。
发明的概述
本发明涉及光学组件及其制造方法，所述光学组件中成形的光学元件是在光纤末端或紧邻光纤末端形成的，尤其涉及这样的光学组件，它可以原位成形，形成光学元件或表面，以提供所要求的控制进出光纤的光束的性能或功能。
本发明的其他特点和优点将在下述说明中描述，部分可从说明书中变得明显，或者可以从本发明操作中得到。本发明的目的和其他优点尤其可从书面说明书及其权利要求和附图所述的设备、方法、仪器和组合物认识到和得到。
为了达到这些和其他的所示和所述的优点，并根据本发明的目的，本发明包括具有末端的光波导和粘合到光波导上的光学元件。光学元件在其与光纤相反的末端面上具有成形的光学面。
本发明的另一方面包括光波导组件，它包括光纤和与光纤连接的溶胶-凝胶光学元件，所述光纤具有为光纤导引的光子提供端口的末端。当光射出或进入光纤时，溶胶-凝胶光学元件可光控制光纤导引的光子。
本发明的又一方面包括制造光纤组件的方法，它包括将粘性的液态前体粘合到光纤末端，使前体部分固化，形成可变形的塑性固态光学元件，使可变形的光学元件成形为具有光学元件形状的可变形塑性固体，而且使可变形塑性固体完全固化成全部固化的不可变形的固态光学元件。
要明白，上述综述和下述的详细说明都是示范性和解释性的，并用来提供对本发明权利要求的更深入的解释。
本文包括附图，以提供对本发明的更深入的理解，它结合入并构成本说明书的一部分，说明本发明的几个实施方式，并与说明书一同用来解释本发明的原理。本发明包括由本文所述方法制造的装置和用来制造这些装置的方法。
附图的简要说明
结合入并构成本说明书的一部分的附图说明本发明的几个实施方式，并与说明书一同用来解释本发明的目的、优点和原理。在附图中：
图1是一个说明本发明的装置的侧视图；
图2是一个说明本发明的装置的侧视图；
图3是一个说明本发明的装置的侧视图；
图4是一个说明本发明的装置的侧视图；
图5是一个说明本发明的装置的侧视图；
图6是一个说明本发明的装置的侧视图；
图7是一个说明本发明的装置的侧视图；
图8是一个说明本发明的装置的侧视图；
图9是一个说明本发明的装置的侧视图；
图10是一个说明本发明的装置的侧视图；
图11是说明本发明的装置和方法的侧视图；
图12是说明本发明的装置和方法的侧视图；
图13是说明本发明的装置和方法的侧视图；
图14是说明本发明的一个装置的显微照片；
图15是说明本发明的一个装置的显微照片；
图16是说明本发明的一个装置的显微照片；
图17是用来形成图14中的装置的二氧化硅片(master)由原子力显微镜测得的曲线；
图18是图14中的装置由原子力显微镜测得的曲线；
图19是用作光纤准直器的本发明的示意图，其中光纤和成形的光学元件传输的光束入射到光学装置上，随后被第二光学元件和光纤所接收。
优选实施方式的详细说明
本发明包括光波导装置，该装置包括具有末端的光波导和由原位成形的光学面的光学元件。在光学元件粘合到光波导并固化时成形光学面。
下面详细参照本发明的优选实施方式，其例子如附图所示。
本发明光波导装置的示范性实施方式如图1所示，由编号20表示。
如本文所示并参照图1，光波导装置20包括具有末端24的光波导22。光波导22优选光波导纤维，例如单模式光纤或多模式光纤。光波导装置20包括光学元件26。光波导22含有第一材料，优选脆硬的无机玻璃电介质材料，光学元件26含有第二材料，优选粘性的可变形塑料，它在给定的环境温度下是柔性的，而第一材料在此温度下是脆硬的。第二材料与第一材料不同并粘合到第一材料上。第一材料优选二氧化硅玻璃，第二材料是二氧化硅溶胶-凝胶材料。光波导22最优选包括二氧化硅玻璃芯和鞘的光纤。如本文和光学行业所知，光学元件指控制、操纵、导引或聚焦光的透光制品(控制进入和/或射出光波导的光子)。透光制品优选光学均一的单块整体材料。光学元件26具有近端28和远端30。近端28邻近末端24。近端28粘合到光波导末端24。光学元件26的远端30包括已粘合的尤其适于折射光学件的原位成形光学面32，如图2和3所示。
光学元件26是粘合到末端24的光学均一的单块光学元件。光学元件26粘合到光波导22和末端24并与它们接触时形成原位成形的光学面32。原位成形的光学面32可以通过压纹原位成形，形成尤其适于衍射光学件的原位压纹的光学面32，如图1所示。原位成形的光学面32可以用模具成形，形成原位塑成的光学面32。
光学元件26优选可变形的塑性固体，其中可变形的塑性固体被固化成不可变形的固体。光学元件26优选包含具有可变形塑性固体质量D的可变形塑性固体，可变形塑性固体固化成具有不可变形固体质量ND的不可变形固体，D≥ND≥0.95D。光学元件26优选包含体积为V2的可变形塑性固体，其中体积为V2的可变形塑性固体由部分固化体积为V1的无溶剂粘性前体液体得到，体积为V2的可变形塑性固体被固化成体积为V3的不可变形固体，V2≥(0.95)V1，优选V3≥(0.90)V1，优选V3≥(0.95)V2。体积为V1的无溶剂粘性前体液体最优选从体积为V0的含液态溶剂的前体液体得到，其中0.5V0≥V1。
光波导装置20包括由塑性材料制成的光学元件26，塑性材料粘合到光波导末端24上。塑性材料优选包含可固化可变形塑性材料，其中光学元件26的可变形远端表面用具有形状的闭合模成形，具有形状的可变形远端30表面固化的形成成形的光学面32。光学元件26的可变形远端30的表面能够用压纹的闭合模压纹，接着，可变形远端30的压纹表面固化成一定形状的压纹光学面32。
光学元件26具有一个光学形状，控制/导引它所传播的进入/射出光波导22的末端24的光。光学元件26优选是自由空间大镜片。光学元件26优选包括透镜，例如折射透镜、球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜或衍射透镜。图3示出了光波导装置20，其中光学元件26包括折射球面透镜，它具有半球面几何形状的成形光学面32。如图2和4所示，光学元件26包括光学锥度。图4的光学锥度具有三角形形状，图2的光学锥度具有梯形形状。这种光学锥度光学元件能用来将光纤末端的背反射减至最小。如图1所示，光学元件26包括微观图案特征，它优选压纹成形的光学面32。光学元件26能用微图案特征压纹，使光学元件的成形光学面32制得衍射光栅。
光学元件26优选由溶胶-凝胶材料形成，例如二氧化硅溶胶-凝胶。光学元件26最优选由无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料形成，优选的是光学元件26包含无溶剂的聚倍半硅氧烷。光学元件26的无机-有机混杂溶胶-凝胶材料包含含有硅和氧原子的掺杂基材，掺杂基材中的至少一部分硅原子直接与取代或未取代烃部分连接。光学元件的无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料优选包含硅原子，其中至少1％硅原子与至少一种有机改性剂共价连接。有机改性剂优选含有碳原子。有机改性剂优选是1-18个碳原子的有机基团。这种有机基团是乙基、烷基、苯基、芳基和甲基，和作为光固化有机基团的甲基丙烯酰氧丙基。无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料优选由至少一种选自聚二甲基硅氧烷、乙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷(可光固化)、苯基三乙氧基硅烷和含有氟原子的结构改性剂例如苯基三氟硅烷(PTFS)的前体形成。
本发明还包括光波导装置20，它包含具有末端24的光波导纤维22，末端24为光纤导引的大量光子提供一个端口。光波导装置20还包括与光纤连接的溶胶-凝胶光学元件26，其中溶胶-凝胶光学元件26光学控制光纤导引的光子。溶胶-凝胶光学元件26优选聚焦光子的自由空间透镜，例如球面、菲涅尔或衍射透镜。如图5-8所示，光波导装置20是准直器，其中光学元件26优选是折射透镜。准直器20的光纤末端24包括光束扩展器34，它使光纤22的芯36导引的光子的光束扩展，并向外扩散，例如由光束的点扩展线38所示。
光束扩展器34优选由包含于光束扩展器外壳35内的溶胶-凝胶光学元件26的光束扩展段提供。如图7所示，扩展光束的外壳35包括光纤接收端21和接收纤维的管孔23，所述管孔的尺寸要使光纤22能***扩展光束的外壳35中和被固定。外壳35具有光学元件端27和光学元件接收孔29。光学元件接收孔29包括接近末端24的第一末端31和位于外壳的光学元件末端27处的第二远端33。如图7所示，光学元件接收孔29从第一端31向第二端33扩展，使位于孔29内光学元件26的光束扩展段扩展。光学元件接收孔29和光学元件26的各个匹配光束扩展段优选呈圆锥形。
另外，光束扩展器34包括具有扩展芯的二氧化硅波导元件40，这样，扩展芯的直径就比光导纤维芯36的直径大。二氧化硅波导扩展芯元件40优选包括二氧化硅坯件的圆柱端并粘合到光纤22上。这种二氧化硅坯件圆柱端是径向均匀的二氧化硅圆柱元件。该二氧化硅坯件是非掺杂的二氧化硅，或是掺杂的二氧化硅，例如包含标准光纤芯的掺锗二氧化硅。二氧化硅坯件纤维最优选用熔融接合粘合到光波导纤维22和纤维芯36。如图5所示，二氧化硅坯件可以具有与光纤22匹配的外径，或可以具有比光纤22大的外径，如图6所示，以利于的光束扩展，和避免光束被截断。一种代替二氧化硅坯件融合的方式是将二氧化硅坯件用粘合剂组合物例如溶胶-凝胶粘合。另外，二氧化硅扩展芯波导元件40可以包含热扩展芯，可通过例如热处理二氧化硅光纤22的末端使芯36沿径向向外扩展或扩散而得到。
溶胶-凝胶光学元件26优选包括成形的光学元件，其中成形的光学元件尤其是与末端24连接时成形，这样可提供连接后的原位成形的光学元件26。溶胶-凝胶光学元件26优选具有模制的折射光学透镜形状例如如图5-7所示。如图8所示，校准光波导装置20可以包括包含压纹表面42的溶胶-凝胶光学元件26。
溶胶-凝胶光学元件26最优选在末端24处以可变形的塑性状态与光纤22连接，而且光学元件26在与光纤22连接时，例如通过模制和/或压纹成形。图2和4中的溶胶-凝胶光学元件26包含光学锥度。图1、8和9中的溶胶-凝胶光学元件26包含压纹的微图案特征。
在本发明的优选实施方式中，溶胶-凝胶光学元件26基本是无机的，例如约70-80％(重量)是无机的。溶胶-凝胶光学元件26最优选无机-有机混杂的溶胶-凝胶。无机-有机混杂的溶胶-凝胶优选包含含有硅和氧原子的掺杂基材，掺杂基材中至少一部分硅原子直接与取代或未取代烃部分连接。无机-有机混杂的溶胶-凝胶优选包括硅原子，其中至少1％硅原子与至少一种有机改性剂共价连接，有机改性剂包含碳原子。有机改性剂优选是1-18个碳原子的有机基团，最优选的是例如烷基、苯基、芳基、乙基、甲基或甲基丙烯酰氧丙基。无机-有机混杂的溶胶-凝胶优选包含乙基硅氧烷基团、甲基硅氧烷基团、苯基-硅氧烷基团、甲基丙烯酰氧丙基和氟，其中溶胶-凝胶尤其由至少一种选自下述物质的前体形成：聚二甲基硅氧烷、乙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷和包含氟原子的结构改性剂(例如PTFS)。
本发明还包括制造光波导纤维装置的方法，它包括提供具有末端的光波导纤维并将具有质量的光学元件粘性液态前体粘合到光纤末端的步骤。当扩展光束的外壳35用来形成光束扩展器时，该方法包括提供具有光波导纤维接受孔23的外壳35，并将光波导纤维末端24***光导纤维接收孔。接着，用光学元件的粘性液态前体填充光学元件接收孔29，从而将粘性液态光学元件前体粘合到末端24。当不用扩展光束的外壳时，如图11所示，例如，将光波导纤维22固定于固定纤维的卡盘44内，使末端24靠近粘合在末端24上光学元件粘性液态前体的液滴48。液滴48可方便地放在载玻片上或其他平面支撑基材上。将末端24与液滴48的顶部接触，使一块粘性液态光学元件前体与光导纤维末端24粘合起来。
将光导纤维22和具有质量的粘性液态光学元件前体50粘合到末端24之后，使粘性液态光学元件前体物质50部分固化，形成具有质量的可变形塑性固态光学元件前体52。本发明还包括使部分固化的可变形塑性固态光学前体52形成具有光学元件形状的可变形塑性固态成形光学元件，尤其是在完全固化时的光学元件形状能够光学控制光。本发明还包括使成形的可变形塑性固态光学元件54完全固化成具有质量的全部固化的不可变形固态光学元件，尤其是其中完全固化的不可变形光学元件固体可光学控制光纤22导引的光子。
制备具有末端的光波导纤维的步骤可以包括提供第一光波导纤维58，劈开第一光波导纤维58，将第二光波导二氧化硅坯料60熔融连接到劈开的第一光波导纤维58上，劈开第二光波导60以形成光波导纤维22的末端24。第一光波导纤维58和熔融接合的第二光波导二氧化硅坯料60如图11-13所示。第二光波导60优选包括二氧化硅坯料它与第一光导纤维58相似(用二氧化硅覆层的标准光导纤维，具有指数增高的掺杂质的芯36例如掺锗的芯)，只是二氧化硅坯料没有指数增高的掺杂的芯的分布。本发明采用第二光波导60作为光束扩展器扩展由第一光导纤维58的指数增高的掺杂芯导引的光束优选在距有利于光纤58导引的光束扩展的第一光纤58的一定距离处，劈开第二光波导60，使光束扩展。
将粘性液态光学元件前体粘合到光纤末端的步骤优选包括将粘性溶胶-凝胶液体粘合到光纤末端24上，最优选是无机-有机混杂的溶胶-凝胶。粘合到末端的无机-有机混杂的溶胶-凝胶优选包含含有硅和氧原子的掺杂基材，掺杂基材内的至少一部分硅原子直接与取代或未取代烃部分连接。粘合混杂溶胶-凝胶的至少1％硅原子与至少一种有机改性剂共价连接，尤其是有机改性剂包含碳原子，最优选有机改性剂是1-18个碳原子的有机基团。
粘合粘性液态光学元件前体的方法包括从至少一种选自下述物质的前体化学物形成无机-有机混杂的溶胶-凝胶：聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酰氧丙基硅烷、三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和含有氟原子的结构改性剂例如PTFS。粘合的混杂溶胶-凝胶最优选包含甲基-硅氧烷基团、苯基硅氧烷基团和氟，或乙基硅氧烷基团、苯基硅氧烷基团和氟。当要用光固化无机-有机混杂的溶胶-凝胶时，组合物中至少约10％(摩尔)的甲基或乙基硅氧烷应当用可光固化的烷氧基硅氧烷例如甲基丙烯酰氧丙基硅氧烷代替。除了这种甲基丙烯酰氧丙基硅氧烷取代物外，组合物中还要加入光引发剂，以利于光固化。使用的UV光固化烷氧基硅氧烷优选甲基丙烯酰氧丙基、最优选甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷或甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。
所述方法包括通过混合具有质量(单位体积)的前体化学组合物从而提供具有质量(单位体积)的粘性液态光学元件前体，水解前体化学组合物形成具有质量的水解的溶胶液体，干燥水解的溶胶液体以提供粘性液态光学元件前体。粘性液态光学元件前体的质量(单位体积)优选低于水解的溶胶液体质量(单位体积)的50％，干燥该水解的溶胶液体，包括脱除至少50％质量(单位体积)的水解的溶胶液体(50％以上的质量(单位体积)从干燥中失去)。另外，粘性液态光学元件前体的质量(单位体积)低于前体化学组合物质量(单位体积)的50％，优选至少50％质量(单位体积)从水解和干燥中失去。优选在固态时脱除起始质量(单位体积)的6％以下的前体化学组合物。最优选在固态时失去起始质量的4％以下前体化学组合物。
在该方法的操作中可变形塑性固态光学元件前体的质量(单位体积)优选是粘合的粘性液态光学元件前体质量(单位体积)的至少约94％。另外，完全固化的不可变形因态光学元件的质量(单位体积)至少约为粘合的粘性液态光学元件前体质量的90％。
如图11所示，粘性液态光学元件前体与末端24的粘合可以包括使末端24与粘性液态光学元件前体的液滴48接触，使粘性液态光学元件前体完全湿润末端24，并形成凸起的弯月面。如图12所示。
固化光学元件前体的方法优选包括在光学元件前体组合物中用甲基丙烯酰氧丙基烷氧基硅烷代替甲基或乙基烷氧基硅烷，向光学元件前体组合物中加入UV(紫外光)固化剂，并暴露于UV辐照使前体固化。用UV固化的组合物需要10％摩尔的硅氧烷前体，它是UV可聚合混合物，例如甲基丙烯酰氧丙基取代的烷氧基硅烷。部分固化粘合的粘性液态光学元件前体的方法步骤包括使前体短时间暴露于UV光照射。如图12所示，粘性液态元件前体50用来自光源62例如ELC600牌号的UV灯源(Elecrolite Corp.，Danbury，Conn.)UV光曝光相对短的时间约30秒，进行部分固化。
部分固化粘性液态光学元件前体的方法步骤(优选使用光束扩展器外壳35时)还包括加热粘合的粘性液态光学元件前体，尤其在约60-100℃温度下加热约5分钟至约1小时。如图12所示，粘性液态元件前体50在垂直定位于固定在纤维卡盘44内的波导22的底端24时，可以用光源62输出的适量热量进行部分固化。
当装置20包括扩展光束的外壳35时，优选的是混杂的溶胶-凝胶包含乙基硅氧烷基团而不是甲基硅氧烷基团。乙基硅氧烷基团优选，其中通过光学元件26的光程长度较长的装置，因为用乙基硅氧烷代替甲基硅氧烷会减少在1550纳米处的吸收。这种乙基硅氧烷基团可用乙基三乙氧基硅烷得到。这种无甲基的乙基硅氧烷(乙基三乙氧基硅烷)组合物需要热处理固化而不是UV固化，组合物中因此排除了含有甲基丙烯酸酯基团的硅氧烷(例如甲基丙烯酰氧丙基硅氧烷)。排除了甲基丙烯酰氧丙基硅氧烷，也就排除了光固化。当甲基丙烯酰氧丙基硅氧烷不存在时，乙基和甲基硅氧烷两者都需要热固化过程。
使部分固化的可变形塑性固态前体成形为具有光学元件形状的可变形塑性固态光学元件的方法步骤，包括用具有光学元件形状的模具模制可变形塑性固体。成形也可以包括对部分固化的可变形塑性物质进行压纹，如图12和13所示。部分固化的可变形塑性物质52的成形包括用阴模板64成形，例如透明的二氧化硅阴模板或镍阴模板。阴模板优选包括光学元件形状的蚀刻凸起表面。这种蚀刻表面可由光刻蚀法、激光削蚀或反应离子蚀刻形成。
将成形的可变形塑性固态光学元件完全固化成全部固化的不可变形态光学元件优选包括将成形的可变形塑性固态光学元件暴露于足够浓度的UV辐照足够长的时间，使光学元件固化成不可变形固态光学元件。如图13所示，成形的可变形塑性固态光学元件通过UV可穿透的模板64用来自于光源62的UV光照射进行辐照，例如用能量约为80000MJ/cm3(ELC600牌号的UV光源照射约15分钟)照射。
将成形的可变形塑性固态光学元件完全固化成全部固化的不可变形固态光学元件(优选用非光固化，例如使用光束扩展器外壳35时)也包括在足以使成形的可变形塑性固态光学元件固化成不可变形固态光学元件的温度下加热成形的可变形塑性固态光学元件达一定时间。完全固化包括在至少150℃、优选200-325℃、最优选200-300℃的温度下加热可变形塑性固体达至少3分钟。加热优选包括加热3-7分钟，最优选4-6分钟。通常的光固化足以从塑性态固化成弹形态，但是补充的热固化(在150-200℃至少15分钟)有利于保证完全固化成不可变形的固体。
在本发明的一个实施方式中，成形和完全固化的步骤是连续完成的，在成形之后完全固化。在一个优选实施方式中，同时进行成形和完全固化步骤，例如用带有UV光源或加热的阴模板的UV可穿透的阴模板，使部分固化的可变形塑性物质成形。图13显示了透明的阴模板64(用来将可变形塑性固体52压纹成成形的可变形塑性固体54)，紫外光源62(或是用于加热固化的热源)，以提供用于同时成形和固化的阴模板/光源的组合。采用优选的UV模制/固化同时进行的方法，将纤维移向模具，当适量的UV照射曝光使部分固化的前体完全固化时得到合适的成形。用热模板64，将板加热至至少220℃温度，用热阴模板使部分固化的可变形塑性物质的成形包括用热阴模板使部分固化的可变形塑性物质成形至少达3分钟，最优选4-6分钟。
成形的方法步骤包括使部分固化的可变形塑性固态前体形成透镜。使部分固化的可变形塑性固态光学元件前体形成的透镜包括压纹以形成压纹衍射透镜，例如具有微观特征的衍射透镜或菲涅尔透镜，或者模制形成模制折射透镜，例如球面透镜或非球面透镜。另外，成形的方法步骤还包括使部分固化的可变形塑性固态光学元件前体形成光学元件例如衍射光栅或和光学锥度。
本发明尤其适用于制造校准光波导纤维导引光的自由空间(空气介质)准直器。使部分固化的可变形塑性固态光学元件前体成形的方法包括形成准直器。本发明优选的准直器利用光束扩展器准直器装置20，使光学元件26除了原位成形的光学面32形成的模制折射透镜部分外，还具有光束扩展器34部分，如图7所示。另外，如图5和6所示，光束扩展器34还可以是与模制的折射透镜光学元件26分离的元件。另外，如图13所示，光纤22末端处的准直器可以通过在光束扩展器34的末端24上压纹透镜而制成，将二氧化硅坯料熔融接合到光纤58上。
所述方法包括合成由合适的无机-有机混杂溶胶-凝胶形成的无溶剂前体材料，将无溶剂前体材料与纤维接触，使材料部分固化，通过压纹或模制部分固化的材料形成所要求的光学形状，再使材料完全固化。合成合适的溶胶-凝胶优选含有聚倍半硅氧烷的溶胶-凝胶材料。合适的无机-有机混杂溶胶-凝胶形成的前体材料在Dawes等人的专利申请PCT/US97/22760、Dawes人的专利申请PCT/US97/21315和Dawes等人的专利申请US60/033961中有描述，它们参考结合于此。本发明优选无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料。无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料的折射率能够由合成控制，它们可为1310和1550纳米光学通讯窗口提供有利的光学传输，尤其在1550窗口中可提供高传输。无机-有机混杂的溶胶-凝胶的最重要的收缩和固结在固化期间可被很好地控制以致几乎没有质量损失，质量损失大部分发生于非固态。在无机-有机溶胶-凝胶组合物中使用光可固化硅氧烷和UV固化剂(光引发剂)可使溶胶-凝胶被UV固化。另外，采用无机-有机溶胶-凝胶材料的热固化可使光学元件变成耐久的刚性不可变形固体。除了无机-有机混杂的溶胶-凝胶，光学元件也可以包含其他溶胶-凝胶材料，这些材料在冷凝期间体积不会大量减小，而且在固化期间不会产生裂缝。
优选地，通过将纤维与溶胶-凝胶材料接触，将适量的合适溶胶-凝胶材料施加到纤维末端。例如通过将一个粘性的溶胶-凝胶材料小球放到位于纤维卡盘下方的载玻片上，或者通过把粘性溶胶-凝胶材料填充进光束扩展器外壳。如图11所示，劈开的纤维22能夹在卡盘内，并与载玻片的平面成垂直固定。接着，小心地将纤维末端接触液滴顶部，使溶胶-凝胶材料完全湿润纤维末端表面。用显微镜监控该程序，保证仅形成弯月面而且纤维不浸入溶胶-凝胶内。接着，将纤维从小球上抽出。在纤维上形成的液滴尺寸依赖于粘度、表面张力和溶胶-凝胶材料的老化，以及纤维从小球抽出的速率。在本发明的操作中，液滴形成超出纤维劈开边25-30微米的球形部分，曲面的半径约为70-110微米，估计液滴体积约为或小于毫微升。
接着，粘性溶胶-凝胶材料由紫外光曝光(用ELC600牌号的UV光源曝光约30秒)，或加热纤维端头至60-100℃达5分钟-1小时进行部分固化。当纤维固定于卡盘内时通过向纤维照射紫外光或向纤维加热来进行部分固化。另外，纤维也能放到加热的环境中，例如烘箱，使溶胶-凝胶材料部分固化。
部分固化后，溶胶-凝胶材料可形成所要求的光学形状。纤维优选仍固定于卡盘内，而且降低至阴面上蚀刻有所要求的光学形状的模板的表面上。模板可以由能提供所要求的光学形状阴面图像的二氧化硅或镍或其他合适的模板材料制成。另外，模板也能涂布脱模剂例如特氟隆，以利于成形的光学元件脱模。优选将纤维垂直推入模板，使部分固化的溶胶-凝胶材料完全渗入模板的阴面凸凹内，保持在原位一段时间，接着抽出。部分固化的溶胶-凝胶材料优选在与模板接触时用紫外光完全固化(用ELC600牌号的紫外光辐照15分钟)。
另外，在该成形期间或之后，成形的部分固化溶胶-凝胶材料可以采用约150-300℃的温度热处理进行热固化，以使光学元件完全固化。可以将成形的光学元件制品放入烘箱中，并升温至所需要的温度，保持几分钟，然后冷却来实施这种热固化。另外，也可以使成形的光学元件固定于卡盘内，将元件末端暴露于辐射热源例如二氧化碳激光热源来完成完全热固化。优选的对于前体的热固化是在成形步骤期间将模板加热至≥220℃温度，并将部分固化的溶胶-凝胶材料压入已加热模板约5分钟，从而完成完全热固化。这种成形和完全热固化同时进行可节省时间，也可改善模板的脱模以及较好的复制特性。
在本发明的操作中，光学元件由含有苯基三氟硅烷(PTFS)作为氟物质源，同时含有PDMS、MTES、TES和水的混杂的无机-有机溶胶-凝胶组合物形成。以体积计，将0.18ccPDMS、3.89ccMTES、1.30ccPTES和0.365ccPTFS在有盖子的容器中混合，并在热水浴中加热至75℃约5分钟，使混合物均匀化，随后向混合物中加入0.745cc水。混合物最初有相分离，因此将混合物加热至75℃，并剧烈振荡直至溶液透明(约20分钟)。接着，使溶液反应约3小时之后冷却以形成透明的混杂的无机-有机溶胶-凝胶组合物液体。图14-16显示了采用该混杂的无机-有机溶胶-凝胶组合物制成的本发明光学元件的显微照片。图14是具有将劈开的纤维端从混杂的无机-有机溶胶-凝胶小球上抽出而形成的固化曲面透镜的光纤的侧面显微照片。将该曲面透镜光学元件在烘箱中加热至250℃以完全固化，不用模板压纹或模制。图14的平凸曲面透镜的曲率半径约为85-88微米。具有指定曲率半径的凸透镜能够采用阴面具有合适曲率半径的模具成形。图15是本发明由与图14中所用相同的组合物形成的压纹光学元件的显微照片(600倍)端视图。图15的压纹光学元件是用镍箔模板压纹的衍射光栅。镍箔模板的栅距为1微米、深0.3微米(微观图案特征)。另外，镍模板上也有刻线。图15清晰地显示出模板的1微米栅距和刻线复制在光学元件的压纹光学面上。图16是采用同样组合物制成的本发明压纹光学元件的显微照片(400倍)的端视图。衍射光学透镜的微观图案特征的栅距比图15的大而且深。图16的压纹光学元件用具有峰至谷深度0.4微米、栅距约7微米的微观特征的衍射透镜二氧化硅模板进行压纹而形成。中央的小透镜(内圆)的直径约为50微米。用原子力显微镜分析图16的压纹光学元件，并直接与模板对比，显示出良好的复制性。图17和18提供了压纹光学元件形状与二氧化硅模板相应的同样形状的对比。图17是二氧化硅模板的原子力显微镜的结果曲线，图18是压纹光学元件的相应曲线。
在图17中，模板具有清晰确定的微观图案特征和低噪度级。峰玉谷的深度约为0.365um，每环在朝向圆形图案特征的中央的边上的斜度约为80°，在背向中央的边上的斜度约为86.5°。图18复制的压纹衍射光学元件的曲线复制了阴面凸凹的所有特征，同时还有部分噪度(峰至谷的高度平均0.38微米，下降斜度是86.5°)。
发现，用不含甲基并用乙基代替的混杂的无机-有机溶胶-凝胶组分可在1550纳米处提供最低的光学损耗。尤其用乙基三乙氧基硅烷代替甲基三乙氧基硅烷(MTES)而且不含光固化甲基丙烯酰氧丙基硅氧烷可在1550纳米处提供较低的光学损耗。因此，在本发明使用三乙氧基硅烷的方面，尤其是具有较长光程的光学元件例如用扩展光束的外壳制成的准直器，优选的是乙基三乙氧基硅烷。但是，这种不含甲基时，必需对组合物进行热固化。
本发明的优选准直器体现在图5c中的光波导装置20中。外壳35包围包含纤维末端24的纤维22。园锥形光学元件接受孔29支撑并包含光学元件26的混杂的溶胶-凝胶杆透镜，所述光学元件26载着扩展的光束38并包含原位成形的光学面32。
对于准直器光波导装置20的特定应用，在有优选的扩展光束外壳35(图7)或没有扩展光束外壳35的情形下，光学元件26的透镜设计要同时考虑光束直径、自由空间传播的长度和扩展限度。这种光学开发/设计包括成形透镜的曲率半径、扩展光束的介质和透镜的折射率以及光束扩展的距离(纤维端至透镜面的距离)。为满足典型的扩展和耦合损耗的需要，必须控制透镜的这些参数，而本发明就提供这种控制。
在扩展光束外壳的优选实施方式中，对于行程2厘米、耦合损耗0.2分贝的准直器，需要下面的参数和容许误差设计：
透镜的曲率半径：      0.550纳米    +/-0.01
纤维至透镜的距离：   1.767毫米    +/-0.002
指数：               1.465        +/-0.001
优选的扩展光束外壳的实施方式能够获得精确光学应用所需的这些容许误差，同时可根据制造时间和难度和材料成本经济地制造。考虑到通过混杂的溶胶-凝胶介质的光程增大，混杂的溶胶-凝胶材料应当具有低损耗，优选小于0.1分贝/厘米。本发明优选乙基硅氧烷基混杂的溶胶-凝胶组合物是因为其内在损耗小于0.1分贝/厘米。使用这种含有混杂的溶胶-凝胶组合物的乙基硅氧烷优选热处理来固化混杂溶胶-凝胶。
使用含有乙基硅氧烷的混杂的溶胶-凝胶组合物形成具有扩展光束外壳的准直器。含有乙基硅氧烷的混杂的溶胶-凝胶组合物包含62.5％(重量)乙基三乙氧基硅烷、14.6％(重量)苯基三乙氧基硅烷、6.5％(重量)苯基三氟硅烷、2.7％(重量)聚二甲基硅氧烷、13.6％(重量)水，而且折射率与外壳35中光纤22的芯36相配。扩展光束外壳35是市销NEG(日本的NipponElectric Glass Co.，Ltd)的NEG牌号的HC类型(编号9710-30E)二氧化硅玻璃微细管。这种扩展光束的玻璃外壳是优选的，因为外壳具有低CTE，是光学透明的，而且与本发明光学元件有良好的粘合。纤维22位于外壳35中与透镜表面有一定的距离。这需要高精确度的定位，因为它固定了扩展光束38的长度。这通过将外壳35邻近阴面凸凹的透镜模具64进行定位。接着，将纤维进一步推入外壳34中，直至它接到阴面凸凹透镜模具64的透镜表面，然后，精确地缩进至所要求的设计距离。这就形成了光纤末端24在外壳35内的微米级精确定位。通过将可固化环氧加到光纤接受端21和纤维22，然后用紫外光固化将纤维22固定在外壳35内。接着，用粘性液态光学元件前体混杂的溶胶-凝胶材料填充外壳34的锥形光学元件的接受孔29。可在模制透镜面之前以多步填充外壳35，或可一步填充并固化。透过透明模具64观察模具64和外壳35的相对位置将包含纤维36的外壳35和未成形的部分固化的可变形塑性固态光学元件前体50定位到模具上。用望远镜体系透过透明模具64的底部观察，可找到中心，其精确度在几个微米之内。用模具64成形并完全固化成形的混杂的溶胶-凝胶材料，就可制成光学元件26和成形的透镜表面32。
优选利用外壳35制造准直器，因为接收光学元件的孔29提供较大的圆锥截面，使得不需截断，就能够获得高达约500微米的扩展光束直径，因此能够制造行程10厘米的准直器。
特别参照图19，示出了本发明用作光纤准直器的一个实施方式，其中通过光纤20和成形的光学元件26传送的光束入射到并传送通过光学装置46例如单向器、回转器和薄膜过滤器或其他常规的光学元件上，随后被第二成形的光学元件26和在光学装置46背面上的第二光纤20接收。相反地，全部或部分光束可以被光学装置46反射，并被在作为第一准直器的光学装置46的同一面上用作第二准直器的第二成形光学元件26和光纤20接收。
所述方法和光学元件可在光纤末端提供光功能末端。光学元件能够呈透镜、衍射元件、圆锥角或其他功能的形式。光学元件与形状结合起来能够使背反射减至最小，或者使耦合入纤维的光最大。与光学元件耦合的光能够包括很难的应用，例如当模式场失配的波导必须耦合时或当发散光源例如二极管激光耦合入纤维时。本发明的压纹技术能够提供从亚微米光栅图案到具有大至3-50微米的特征的衍射透镜元件的微观图案特征。
本行业内的技术人员会明白，不脱离本发明的精神或范围，能够在本发明的装置和方法中进行各种改变和变化。因此，本发明覆盖本发明的各种改变和变化，只要它们处于权利要求的范围内或是权利所要求的等效物。

Claims (63)

1.一种与载有作为准直光束投射到光功能元件的光信号的光纤一同使用的准直器装配物，所述光纤具有末端，准直器装配物包括：
接收光纤末端的套，该套确定一个孔；和
用于校准从光纤末端射出的光信号的光学元件，所述光学元件至少部分接收于孔内，光学元件的一部分放置在邻近光纤末端的位置，目的是接收从光纤末端发出的光信号，光学元件确定出正对光功能元件并与光功能元件隔开的成形光学面。
2.如权利要求1所述的准直器装配物，其中所述的光学元件具有这种剖面，在正对光功能元件的成形光学面处的剖面大于邻近光纤末端放置的部分的剖面。
3.如权利要求2所述的准直器装配物，其中所述的剖面通常一致地扩展邻近光纤末端放置的部分至成形的光学面。
4.如权利要求3所述的准直器装配物，其中所述的剖面通常是圆锥形。
5.如权利要求3所述的准直器装配物，其中所述的光学元件是由可变形塑性固体固化成的不可变形塑性固体。
6.如权利要求5所述的准直器装配物，其中所述的不可变形塑性固体的质量为ND，可变形塑性固体的质量为D，而且其中所述的不可变形塑性固体的质量ND通常小于或等于可变形塑性固体的质量D，但是不可变形塑性固体的质量ND通常大于或等于可变形塑性固体质量D的约0.95倍。
7.如权利要求5所述的准直器装配物，其中所述的可变形塑性固体由体积为V1的液态前体进行部分固化，液态前体通常是粘性的而且无溶剂，不可变形固体的体积为V3，可变形塑性固体的体积为V2，而且其中所述的可变形塑性固体的体积V2通常大于或等于液态前体的体积V1的约0.95倍，不可变形固体的体积V3通常大于或等于液态前体的体积V1的约0.90倍，及可变形塑性固体的体积V2的约0.95倍。
8.如权利要求7所述的准直器装配物，其中所述的液态前体由体积为V0的含溶剂液体获得，其中所述的液态前体的体积V1通常小于或等于含溶剂液体的体积V0的约一半。
9.如权利要求1所述的准直器装配物，其中所述的光学元件接触并粘合到光纤末端。
10.如权利要求1所述的准直器装配物，其中所述的光学元件的成形光学面确定出从选自凸凹模具或阴模板的图案转印到成形光学面的特征。
11.如权利要求1所述的准直器装配物，其中所述的光学元件选自透镜、准直器、光束扩展器、具有扩展芯的波导、光学锥度或衍射光栅。
12.如权利要求1所述的准直器装配物，其中所述的光学元件由溶胶-凝胶材料形成。
13.如权利要求12所述的准直器装配物，其中所述的溶胶-凝胶材料是无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料。
14.如权利要求13所述的准直器装配物，其中所述的无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料是含有硅原子和氧原子的掺杂基材，掺杂基材内至少一部分硅原子与取代或未取代烃部分直接连接。
15.如权利要求14所述的准直器装配物，其中至少1％硅原子与至少一种有机改性剂共价连接。
16.如权利要求15所述的准直器装配物，其中所述的有机改性剂是碳原子。
17.如权利要求15所述的准直器装配物，其中所述的有机改性剂是具有1-18个碳原子的有机基团。
18.如权利要求17所述的准直器装配物，其中所述的有机基团选自烷基、苯基、芳基或甲基。
19.如权利要求13所述的准直器装配物，其中所述的无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料由至少一种选自下述物质的前体形成：聚二甲基硅氧烷、烷基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三烷氧基硅烷或含有至少一个氟原子的结构改性剂。
20.如权利要求19所述的准直器装配物，其中所述的结构改性剂是苯基三氟硅烷(PTFS)。
21.如权利要求13所述的准直器装配物，其中所述的无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料包括烷基-硅氧烷基团、苯基-硅氧烷基团和氟。
22.如权利要求12所述的准直器装配物，其中所述的溶胶-凝胶材料包括紫外光可固化的烷氧基硅烷和光引发剂。
23.如权利要求22所述的准直器装配物，其中所述的紫外光可固化的烷氧基硅烷是甲基丙烯酰氧丙基硅烷。
24.一种传送呈大量光子形式的光信号的光波导，该光波导组件包括：
具有末端的光纤，所述末端为导引大量光子通过光纤提供一个端口；和
与光纤连接的溶胶-凝胶光学元件使所述溶胶-凝胶光学元件成形，以光学控制通过光纤的大量光子。
25.如权利要求24所述的光波导组件，其中所述的溶胶-凝胶光学元件包括扩展光束部分，所述光波导组件还包括：
包含至少一部分溶胶-凝胶光学元件的扩展光束部分的外壳。
26.如权利要求25所述的光波导组件，其中所述的溶胶-凝胶光学元件的扩展光束部分具有通常的圆锥形状。
27.如权利要求25所述的光波导组件，它还包括：纤维套，该纤维套与外壳连接并确定出一个孔，所述纤维套将光纤末端接受在该孔内。
28.如权利要求24所述的光波导组件，其中所述的溶胶-凝胶光学元件确定了一种光学表面，该光学面选自压纹表面、模制表面或微图案表面。
29.如权利要求36所述的光波导组件，其中所述的溶胶-凝胶光学元件在光学元件处于可变形的塑性状态时，与光纤连接，并在与光纤连接时成形。
30.如权利要求24所述的光波导组件，其中所述的溶胶-凝胶光学元件选自基本为无机的溶胶-凝胶或无机-有机混杂的溶胶-凝胶。
31.一种利用具有末端的光纤制造光学组件的方法，它包括如下步骤：
提供具有末端的光纤；
将前体粘合到光纤末端；
部分固化前体，形成可变形塑性固态光学元件；
使可变形塑性固态光学元件成形，确定出光学表面；和
将可变形塑性固态光学元件完全固化成不可变形固态光学元件。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述的将前体粘合到光纤末端的步骤还包括如下步骤：
提供具有光纤接收部分和光学元件接收部分的外壳；
将光纤末端***外壳接收光纤的部分；和
用前体填充外壳光学元件接收部分的至少一部分。
33.如权利要求31所述的方法，其中所述的前体包括含有光引发剂的紫外光可固化烷氧基硅烷，前体部分固化的步骤包括使前体暴露于紫外光照射。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述的紫外光可固化烷氧基硅烷是甲基丙烯酰氧丙基三烷氧基硅烷。
35.如权利要求31所述的方法，其中所述的提供具有末端的光纤的步骤包括如下步骤：
提供第一光纤；
劈开第一光纤；
将第二光波导熔融接合到第一光纤；和
劈开第二光波导，形成光纤末端。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述的第二光波导是二氧化硅坯料。
37.如权利要求35所述的方法，其中所述的第一光纤传送光束，而且其中所述的第二光波导在离第一光纤一段距离处劈开，以形成第一光纤传送的光束的扩展。
38.如权利要求31所述的方法，其中所述的前体是粘性液态溶胶-凝胶。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述的粘性液态溶胶-凝胶是无机-有机混杂的溶胶-凝胶。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述的无机-有机混杂的溶胶-凝胶具有含硅原子和氧原子的掺杂基材，至少一部分硅原子与取代或未取代烃部分直接连接。
41.如权利要求40所述的方法，其中至少1％硅原子与至少一种有机改性剂共价连接。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述的有机改性剂是碳原子。
43.如权利要求42所述的方法，其中所述的有机改性剂是具有1-18个碳原子的有机基团。
44.如权利要求39所述的方法，其中所述的无机-有机混杂的溶胶-凝胶材料选自：聚二甲基硅氧烷、烷基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三烷氧基硅烷或苯基三氟硅烷(PTFS)。
45.如权利要求39所述的方法，其中所述的无机-有机混杂的溶胶-凝胶包括苯基硅氧烷基团、氟、和乙基硅氧烷基团或甲基硅氧烷基团。
46.如权利要求39所述的方法，其中所述的无机-有机混杂的溶胶-凝胶包括甲基丙烯酰氧丙基硅氧烷基团。
47.如权利要求31所述的方法，其中所述的提供前体的步骤还包括如下步骤：
提供第一化学组合物；
水解第一化学组合物，形成水解的溶胶流体；
干燥水解的溶胶流体，制成前体。
48.如权利要求47所述的方法，其中所述的水解的溶胶流体具有一定的质量，第一化学组合物具有一定的质量，前体具有一定的质量，前体的质量小于水解的溶胶流体质量或第一化学组合物的质量或两者的质量的约50％。
49.如权利要求47所述的方法，其中所述的前体具有一定的质量，而且其中所述的前体在固态时失去6％以下的质量。
50.如权利要求31所述的方法，其中所述的前体具有一定的质量，可变形塑性固态光学零件具有一定的质量，可变形塑性固态光学元件的质量至少约为前体质量的94％。
51.如权利要求31所述的方法，其中所述的前体具有一定的质量，不可变形固态光学元件具有一定的质量，不可变形固态光学元件的质量至少约为前体质量的90％。
52.如权利要求31所述的方法，其中所述的将前体粘合到光纤末端的步骤包括：
将末端接触前体，使前体完全湿润末端，并形成凸起的弯月面。
53.如权利要求31所述的方法，其中所述的使可变形塑性固态光学元件成形的步骤由选自压纹、模制、用阴模板形成图案、用蚀刻的阴面凸纹图案的方法实施。
54.如权利要求31所述的方法，其中所述的使可变形塑性固态光学元件成形和使可变形塑性固态光学元件完全固化成不可变形固态光学元件的步骤同时进行。
55.如权利要求31所述的方法，其中所述的使可变形塑性固态光学元件成形和使可变形塑性固态光学元件完全固化成不可变形固态光学元件的步骤是连续进行的。
56.如权利要求31所述的方法，其中所述的使成形的可变形塑性固态光学元件完全固化的步骤包括：
在足以使成形的可变形塑性固态光学元件固化成不可变形固态光学元件的温度下加热成形的可变形塑性固态光学元件一段时间。
57.如权利要求56所述的方法，其中所述的加热步骤在至少约150℃温度下进行至少3分钟。
58.如权利要求57所述的方法，其中所述的温度约为150-325℃。
59.如权利要求57所述的方法，其中所述的温度约为180-250℃。
60.如权利要求57所述的方法，其中所述的时间约为3-7分钟。
61.如权利要求57所述的方法，其中所述的时间约为4-6分钟。
62.如权利要求31所述的方法，其中所述的使可变形塑性固态光学元件成形的步骤包括将可变形塑性固态光学元件与加热的阴模板接触。
63.如权利要求92所述的方法，其中所述的加热的阴模板的温度至少为200℃。
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Families Citing this family (77)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7167615B1 (en) * 1999-11-05 2007-01-23 Board Of Regents, The University Of Texas System Resonant waveguide-grating filters and sensors and methods for making and using same
US8111401B2 (en) 1999-11-05 2012-02-07 Robert Magnusson Guided-mode resonance sensors employing angular, spectral, modal, and polarization diversity for high-precision sensing in compact formats
DE10018546A1 (de) * 2000-04-14 2001-10-25 Koenig & Bauer Ag Vorrichtung zur Fokussierung eines aus einer Glasfaser austretenden Laserstrahls
EP1184339A3 (de) * 2000-09-01 2002-09-04 A.R.T.-Photonics GmbH Optische Faser und Herstellungsverfahren für eine optische Faser
US6778585B2 (en) * 2000-10-02 2004-08-17 Optical Communication Products, Inc. VCSEL monitoring using refracted ray coupling
US6792008B2 (en) * 2001-04-30 2004-09-14 Jds Uniphase Corporation Tracking error suppression and method of reducing tracking error
US6748137B2 (en) * 2001-04-30 2004-06-08 Jds Uniphase Corporation Lensed optical fiber
CN1541340A (zh) * 2001-06-15 2004-10-27 康宁股份有限公司 热形成的透镜型纤维
US6674940B2 (en) * 2001-10-29 2004-01-06 Lucent Technologies Inc. Microlens
US7027469B2 (en) * 2001-11-30 2006-04-11 Optitune Plc Tunable filter
CA2364437A1 (en) * 2001-12-05 2003-06-05 Gary S. Duck High power optical fibre coupling
TW505243U (en) * 2002-01-18 2002-10-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Optical fiber isolator
US6948862B2 (en) * 2002-02-22 2005-09-27 Brown Joe D Apparatus and method for coupling laser energy into small core fibers
US7090411B2 (en) * 2002-02-22 2006-08-15 Brown Joe D Apparatus and method for diffusing laser energy that fails to couple into small core fibers, and for reducing coupling to the cladding of the fiber
FR2838200B1 (fr) * 2002-04-08 2004-08-06 Optogone Sa Collimateur optique pour fibre monomode presentant une section de fibre a gradient d'indice, fibre monomode a coeur etendu et procede de fabrication correspondants
JP2004070033A (ja) * 2002-08-07 2004-03-04 Topcon Corp 反射防止膜を成膜した光ファイバーと、その製造方法
US20040071404A1 (en) * 2002-10-09 2004-04-15 Masalkar Prafulla Jinendra Apparatus for increasing directivity and lowering background light in tap detectors
US6804432B2 (en) * 2002-10-16 2004-10-12 Hon Hai Precision Ind. Co., Ltd. Optical add-drop multiplexer
JP3896951B2 (ja) * 2002-11-13 2007-03-22 松下電器産業株式会社 光通信用送受光モジュール
US6920159B2 (en) * 2002-11-29 2005-07-19 Optitune Plc Tunable optical source
KR100448968B1 (ko) 2002-12-31 2004-09-18 삼성전자주식회사 광결합 소자의 제작 방법, 광결합 소자, 광결합 소자조립체 및 광결합 소자를 이용한 렌즈 결합형 광섬유
WO2004068193A2 (en) * 2003-01-23 2004-08-12 Corning Incorporated Lensed fiber having small form factor and method of making same
US7042020B2 (en) * 2003-02-14 2006-05-09 Cree, Inc. Light emitting device incorporating a luminescent material
US20050069243A1 (en) * 2003-09-30 2005-03-31 Ljerka Ukrainczyk Fiber-optic sensor probe for sensing and imaging
US20050112476A1 (en) * 2003-11-24 2005-05-26 Bellman Robert A. Phase-shift mask and fabrication thereof
US20050195604A1 (en) * 2004-03-05 2005-09-08 Saccomanno Robert J. Low cost fiber illuminator
JP4633862B2 (ja) * 2004-05-18 2011-02-16 シーシーエス株式会社 光照射装置及び光伝達素子
WO2006019468A1 (en) * 2004-07-16 2006-02-23 Dow Corning Corporation Radiation sensitive silicone resin composition
US7194170B2 (en) * 2004-11-04 2007-03-20 Palo Alto Research Center Incorporated Elastic microchannel collimating arrays and method of fabrication
WO2006076759A1 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Optiscan Pty Ltd Fibre bundle for contact endomicroscopy
JP2007057591A (ja) * 2005-08-22 2007-03-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光空間通信用光送信装置、光受信装置及び光空間通信用光導波路加工方法
EP1795927A1 (en) * 2005-12-07 2007-06-13 Optoelectronics Research Centre A method for patterning an optical element
JP5083592B2 (ja) * 2005-12-12 2012-11-28 日亜化学工業株式会社 光部品、光変換部材及び発光装置
TWI285013B (en) * 2006-01-03 2007-08-01 Quarton Inc Laser module and method of manufacturing the same
US20070292087A1 (en) * 2006-06-19 2007-12-20 Joe Denton Brown Apparatus and method for diffusing laser energy that fails to couple into small core fibers, and for reducing coupling to the cladding of the fiber
US20080026180A1 (en) * 2006-07-26 2008-01-31 Bush Robert L Impregnated inorganic paper and method for manufacturing the impregnated inorganic paper
US7412130B2 (en) 2006-09-18 2008-08-12 X-Rite, Inc. Fiber optic overmold method and product
EP2009416A1 (en) * 2007-06-29 2008-12-31 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Optical probe
US7983312B2 (en) 2007-08-09 2011-07-19 Raytheon Company Method and apparatus for generation and amplification of light in a semi-guiding high aspect ratio core fiber
US7746914B2 (en) * 2008-01-16 2010-06-29 Jds Uniphase Corporation Waveguide retroreflector and method of fabricating the same
KR20090086878A (ko) * 2008-02-11 2009-08-14 광주과학기술원 프레넬 렌즈 일체형 광섬유 및 그 제조 방법
US8620121B2 (en) * 2008-03-12 2013-12-31 Jds Uniphase Corporation Tapered fiber retroreflector
JP2010079041A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Tohoku Univ 光デバイス及びその製造方法
CA2683269A1 (en) * 2008-10-20 2010-04-20 Mohammed Saad Method for manufacturing optical fibers and optical fiber preforms
WO2010056253A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 Raytheon Company Method and apparatus for generation and amplification of light in a semi-guiding high aspect ratio core fiber
JP2010197459A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 光合波器および光源装置
JP5902623B2 (ja) * 2009-11-24 2016-04-13 アルコン リサーチ， リミテッド 眼内照明のためのシングルファイバーマルチスポットレーザプローブ
ES2557883T3 (es) * 2009-12-10 2016-01-29 Alcon Research, Ltd. Sonda quirúrgica láser multipunto que utiliza elementos ópticos facetados
GB201009800D0 (en) * 2010-06-11 2010-07-21 Univ St Andrews Optical transfection
US8369664B2 (en) * 2010-07-30 2013-02-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical apparatus for forming a tunable cavity
TWI402467B (zh) * 2010-09-24 2013-07-21 Wintek China Technology Ltd 導光柱
JP5783714B2 (ja) * 2010-12-17 2015-09-24 キヤノン株式会社 光学素子の製造方法
TWI487962B (zh) * 2011-01-18 2015-06-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 具有凸透鏡的光波導結構及其製造方法
CA2849740A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Tailored interfaces between optical materials
CN104136952B (zh) 2011-12-09 2018-05-25 朗美通运营有限责任公司 用于改变激光束的光束参数积的光学器件和方法
JP5594316B2 (ja) * 2012-05-11 2014-09-24 株式会社村田製作所 光伝送モジュール
JP2014006459A (ja) * 2012-06-27 2014-01-16 Fujitsu Ltd 光学部品の製造方法及び光学部品の製造装置
US9089931B1 (en) * 2013-03-11 2015-07-28 Corning Cable Systems Llc Systems and methods for laser cleaving optical fibers
US9766420B2 (en) 2013-03-15 2017-09-19 Joe Denton Brown Apparatus and method for absorbing laser energy that fails to couple into the core of a laser fiber, and for absorbing the energy that has been transmitted to the cladding of the laser
US10782479B2 (en) * 2013-07-08 2020-09-22 Luxtera Llc Method and system for mode converters for grating couplers
US9086548B2 (en) * 2013-09-30 2015-07-21 Corning Cable Systems Llc Optical connectors with inorganic adhesives and methods for making the same
CN106028909B (zh) * 2014-01-31 2019-05-17 佳能美国公司 用于彩色内窥镜检查的装置
US9416046B2 (en) * 2014-02-06 2016-08-16 Corning Optical Communications LLC Methods of laser cleaving optical fibers
JP2015169821A (ja) * 2014-03-07 2015-09-28 富士通株式会社 光ファイバアレイの接合装置、光ファイバアレイ把持接合器具、及び光ファイバアレイの接合方法
DE102014008369A1 (de) * 2014-06-05 2015-12-17 Rosenberger-Osi Gmbh & Co. Ohg Endflächenbeschichtung eines Wellenleiters
US20150370007A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-24 Arris Enterprises, Inc. Light guide with integrated icon
US10194065B2 (en) 2015-08-05 2019-01-29 Canon U.S.A., Inc. Endoscope probes and systems, and methods for use therewith
US10401610B2 (en) 2016-07-15 2019-09-03 Canon Usa, Inc. Spectrally encoded probe with multiple diffraction orders
TWI611228B (zh) * 2016-08-11 2018-01-11 國立高雄應用科技大學 光鑷夾之光纖微透鏡構造及其製造方法
US10384598B2 (en) * 2016-08-15 2019-08-20 Ford Global Technologies, Llc Vehicle ambient light system employing a light guide
US10898068B2 (en) 2016-11-01 2021-01-26 Canon U.S.A., Inc. Multi-bandwidth spectrally encoded endoscope
US11480751B2 (en) * 2017-07-31 2022-10-25 Commscope Technologies Llc Optical fiber cable fanout arrangements, components, and methods
US10825152B2 (en) 2017-09-14 2020-11-03 Canon U.S.A., Inc. Distortion measurement and correction for spectrally encoded endoscopy
US10082630B1 (en) * 2017-11-08 2018-09-25 Lightel Technologies, Inc. Packaging of an optical fiber head in high-power laser applications
US20240075699A1 (en) * 2021-01-26 2024-03-07 Universite De Strasbourg Process for manufacturing by moulding an optical component, optical fibre comprising said optical component and system for manufacturing by moulding said optical component
KR102650203B1 (ko) * 2021-05-07 2024-03-20 호남대학교 산학협력단 프레넬 존 플레이트가 마련된 광섬유 모듈
JP2023005791A (ja) * 2021-06-29 2023-01-18 株式会社石原産業 光出射ビーム形状を制御する光ファイバ型部品及びその製造方法

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS527246A (en) 1975-07-07 1977-01-20 Toshiba Corp Glass fiber for optical transmission
US4183618A (en) * 1976-08-06 1980-01-15 Smiths Industries Limited Couplings and terminals for optical waveguides
JPS547948A (en) 1977-06-21 1979-01-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical circuit of high molecule
US4137060A (en) 1977-07-18 1979-01-30 Robert Bosch Gmbh Method of forming a lens at the end of a light guide
US4531810A (en) * 1980-01-17 1985-07-30 Gte Laboratories Incorporated Optical fiber holders
DE3010347C2 (de) * 1980-03-18 1984-08-30 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Einrichtung zur Verbindung von Lichtleitern
US4425375A (en) 1981-02-17 1984-01-10 E. I. Du Pont De Nemours & Co. End capping an optical fiber
NL8204961A (nl) 1982-12-23 1984-07-16 Philips Nv Monomode optische transmissievezel met een taps eindgedeelte en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.
US4925267A (en) 1984-07-02 1990-05-15 Polaroid Corporation Structure and fabrication of components for connecting optical fibers
US4814118A (en) 1984-07-02 1989-03-21 Polaroid Corporation Method of molding a connector for optical fibers
NL8403931A (nl) 1984-12-24 1986-07-16 Philips Nv Monomode optische transmissievezel met een taps eindgedeelte voorzien van een lens en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.
GB8421105D0 (en) 1984-08-20 1984-09-26 British Telecomm Microlens
NL8602277A (nl) 1986-09-10 1988-04-05 Philips Nv Optische transmissievezel met een taps eindgedeelte voorzien van een lens.
EP0320887B1 (en) 1987-12-14 1993-08-11 Ichikoh Industries Limited Method for forming fresnel-type prism lens
US5054877A (en) * 1988-05-02 1991-10-08 General Electric Company Multi-fiber optical coupler for a high power laser beam
EP0424969A3 (en) 1989-10-27 1992-08-19 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Method for forming lens at end portion of optical apparatus, optical signal transmission apparatus, and optical information processing apparatus
US4980700A (en) 1990-05-14 1990-12-25 Eastman Kodak Company LED printhead with droplet formed micro-lenslets and method for producing same
DE4228853C2 (de) 1991-09-18 1993-10-21 Schott Glaswerke Optischer Wellenleiter mit einem planaren oder nur geringfügig gewölbten Substrat und Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung eines solchen
US5293438A (en) * 1991-09-21 1994-03-08 Namiki Precision Jewel Co., Ltd. Microlensed optical terminals and optical system equipped therewith, and methods for their manufacture, especially an optical coupling method and optical coupler for use therewith
JP3147481B2 (ja) 1992-04-21 2001-03-19 松下電器産業株式会社 ガラス製回折格子の成形用金型及びその製造方法及びガラス製回折格子の製造方法
US5240488A (en) 1992-08-14 1993-08-31 At&T Bell Laboratories Manufacture of vitreous silica product via a sol-gel process using a polymer additive
US5378790A (en) 1992-09-16 1995-01-03 E. I. Du Pont De Nemours & Co. Single component inorganic/organic network materials and precursors thereof
DE4240266A1 (de) 1992-12-01 1994-06-09 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung optischer Polymerbauelemente mit integrierten vertikalen Koppelstrukturen
FR2699292B1 (fr) 1992-12-15 1995-03-03 France Telecom Procédé de préparation par lentillage multiple d'une fibre optique en vue d'un couplage optimum avec un phototransducteur et système optique obtenu.
US5527871A (en) 1992-12-28 1996-06-18 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Layered inorganic-organic polymer shaped article thereof and process for producing the same
WO1994021386A2 (en) 1993-03-25 1994-09-29 Research Corporation Technologies, Inc. Polymers useful in forming self-assembled bonded anisotropic ultrathin layers and their use
US5294573A (en) 1993-06-25 1994-03-15 University Of Rochester Sol-gel process of making gradient-index glass
US5526455A (en) * 1993-09-17 1996-06-11 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Connector including opposing lens surfaces, side surfaces, and contact surfaces for coupling optical devices
AU2575495A (en) 1994-05-31 1995-12-21 Kanagawa Academy Of Science And Technology Optical fiber and its manufacture
NL9401466A (nl) * 1994-09-08 1996-04-01 Holec Projects Bv Lensconnector voor het optisch doorverbinden van optische geleiders.
JPH08292341A (ja) 1995-02-23 1996-11-05 Furukawa Electric Co Ltd:The レンズ付きファイバ
KR0171844B1 (ko) * 1995-11-10 1999-05-01 김광호 볼렌즈를 이용한 광결합계 장치 및 광결합계 제작방법
KR100252184B1 (ko) * 1997-07-29 2000-04-15 윤종용 실리카 글래스의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP1157292A1 (en) 2001-11-28
AU3474900A (en) 2000-08-25
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