專利名稱：使固體激光器與光波導(dǎo)管形成光耦合的裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使固體激光器與光波導(dǎo)管形成光學(xué)耦合的裝置及其制造方法。裝置中的固體激光器出口面和光波導(dǎo)管入口面之間，安置了一個(gè)圖像變形透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)使固體激光器各主截面內(nèi)的不同孔徑轉(zhuǎn)換成光波導(dǎo)管入口面處基本相同的孔徑。本發(fā)明還涉及其制造方法。
為使光波導(dǎo)管特別是單模光纖內(nèi)激光的有效耦合，必須使激光器中光波導(dǎo)管的耦合，盡可能達(dá)到無損耗，這可以在光纖端口上安裝透鏡來實(shí)現(xiàn)。在固體激光器中，通過纖維的激光器耦合的光，同樣應(yīng)盡可能損失得少。為此，例如Zengerle、Brueckner、Koops、Olzhausen、Zesch、Kohl和Menschig等人，在“真空科學(xué)技術(shù)”期刊(B916)，(1991)3459)上，發(fā)表了論文“利用楔形漸縮管，在輸入端安裝為導(dǎo)波的光學(xué)射線寬度轉(zhuǎn)換器”，他們認(rèn)為必須定義和安裝激光器的轉(zhuǎn)矩--漸縮管，直接在激光材料上平板印刷。
但是，這樣的漸縮管只能在一個(gè)截面中對波場做到相位匹配是合適的。而且，垂直于波導(dǎo)管的截面，由于外延增長和結(jié)構(gòu)化時(shí)應(yīng)用的平板印刷技術(shù)，根本不可能達(dá)到匹配。
此外，根據(jù)主要權(quán)利要求的一種裝置，Griebner、Grunwahld和Schoennagel等人在“美國光學(xué)學(xué)會先進(jìn)固體激光器會志”(1995，24卷，253)上發(fā)表論文，認(rèn)為這種裝置必需有昂貴的費(fèi)用。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種使固體激光器與光波導(dǎo)管形成耦合的裝置，這種裝置在很大程度上是一種無損耗的耦合，并使在二個(gè)主截面方向上與波場的匹配成為可能，同時(shí)可按權(quán)利要求的精度制造出來。
為完成本發(fā)明的任務(wù)，透鏡系統(tǒng)應(yīng)由二個(gè)透鏡組成，即出口面上安裝一個(gè)圖像變形透鏡和在入口面上安裝另一個(gè)透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的裝置，其優(yōu)點(diǎn)是在出口面和入口面上，總是可安裝極高精度的透鏡，此時(shí)僅在激光器軸和光波導(dǎo)管軸之間尚需作校正。同時(shí)變形透鏡和其它透鏡可通過已知有利的方法予以制造。
雖然在本發(fā)明的裝置中不排除在入口面上是一個(gè)變形透鏡，可是最好這另一塊透鏡應(yīng)該是球面的。此外，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式中，可實(shí)現(xiàn)二種布置，即在激光器出口面上安裝的變形透鏡是一個(gè)橢圓形透鏡，或二個(gè)交叉的圓柱形分度透鏡。橢圓形透鏡及分度透鏡中至少有一個(gè)可是菲涅耳(Fresnel)透鏡。
此外，本發(fā)明裝置的有利結(jié)構(gòu)形式可以是這樣設(shè)計(jì)的，在變形透鏡和出口面之間的間隔層，在較大孔徑方向是安排了符合需的放大倍數(shù)。
除了激光器出射光瞳的真實(shí)成像外，本發(fā)明裝置中激光器的出射光瞳在圓的光源圖像內(nèi)成虛像也是可能的。通過這一措施，使在透鏡之間及在較大焦距的出口面和入口面之間，可選擇較小的距離。另一方面透鏡的大焦距，對于用微技術(shù)方法制造是有利的。
各種已知方法原則上均是合適的。例如高分辨率電子束-平板印刷術(shù)的光波半導(dǎo)體，其入口面上的圓柱形透鏡的清晰度及用干式腐蝕法制造。對于這種方法，例如Unger、Boegli、Buchmann和Germann等人，在“微電子工程”期刊(23，(1994)461)上，發(fā)表了論文“制造具有曲面鏡及綜合全息照相的可視半導(dǎo)體激光器的高分辨率電子束平板印刷術(shù)”。Unger、Boegli、Buchmann和Germann等人，在“真空科學(xué)技術(shù)”期刊(B.11(6)(1993)2514-2518)上，發(fā)表了論文“用電子束平板印刷和化學(xué)輔助離子束腐蝕法制造用于可視半導(dǎo)體激光器的曲面鏡”。此外，并強(qiáng)調(diào)在入口面或出口面安裝涂層透鏡是可能的。
一個(gè)特別有利制造本發(fā)明裝置的方法在于，藉助于干漆技術(shù)和藉助疊加平板技術(shù)，特別是電子束-平板技術(shù)，制造透鏡和/或間隔層和/或抗反射膜。這種方法特別在程序設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上，有著重要的改善。
干漆技術(shù)，例如在DE 195 31 859.5 A1中有所說明。使用這種方法，對電子敏感的聚合物，其確定層厚度在高真空中通過蒸發(fā)，使激光器或光纖端口被覆蓋了。這種聚合物在照射時(shí)，借助電子束交聯(lián)成富含氧化硅的聚合物，這在折射指數(shù)方面是很適合于光纖材料的(n＝1.48)，見Koops、Babin、Weber、Dahm、Holopkin和Lyakhov等人在“微電子工程”期刊(30(1996)，539)上，發(fā)表了論文“干的抗藤生植物T8的評價(jià)及其在光學(xué)微透鏡上的應(yīng)用”。在光纖端口上滲渡產(chǎn)生一層氧化硅的鏡面，而透鏡材料在折射指數(shù)方面同樣也與該鏡面相適配。這樣，由干漆制造透鏡而產(chǎn)生的衰減，在理論上是可忽略不計(jì)的。
藉助電子束-感應(yīng)沉涕作用的添加的平板印刷術(shù)，在射線和配料的計(jì)算機(jī)控制下，直接安裝氣相吸附前體-分子透鏡。同時(shí)并不需要以前的涂層或組織的緊接著形成。這種方法是Koops、Weiel Kern和Baum等人，在“真空科學(xué)技術(shù)”期刊(B6(1)，(1988)，477)上，發(fā)表了論文“感應(yīng)沉涕作用高分辨力電子束”?？墒桥c漆技術(shù)相比，所需的照射時(shí)間卻要高得多，但每個(gè)透鏡所占時(shí)間還在合理范圍內(nèi)。
在掃描電子顯微鏡中，應(yīng)用易控制的電子束，用圖象處理和掃描電子顯微鏡的激光器，對于纖維芯和有效區(qū)在100nm以上的照射場，其精確安裝是可能的。例如Koops、Kretz和Weber等人在“真空科學(xué)技術(shù)”期刊(B12(6)(1994)3265-3269)上，發(fā)表了論文“在平板印刷品中降低接合誤差的合成平板印刷術(shù)”，對此作了論述。通過校正和照射的宏觀控制，照射方法的程序可自動進(jìn)行。
按照上漆或沉涕過程的被測得的分級曲線，通過照射和配料分布予算的計(jì)算機(jī)運(yùn)行，除了圓形、橢圓形，球形和雙曲線形(也帶一個(gè)偏轉(zhuǎn)菱鏡)和激光束取向外，在一個(gè)折射面中引導(dǎo)透鏡組合可能聯(lián)合輸出和精確校正。校正和制造過程集成在一起，比起傳統(tǒng)的方法，至少優(yōu)先一個(gè)數(shù)量級。同時(shí)在電子束-照射時(shí)，易操縱性和像轉(zhuǎn)光，對于透鏡的安裝是一種優(yōu)越的方法(例如激光器燒蝕)。這種方法在生產(chǎn)上應(yīng)用易自動化。
以許多圖表示本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例，并進(jìn)一步詳細(xì)說明，這些圖是

圖1Y-Z剖面的實(shí)施實(shí)例圖2改變比例的X-Z剖面的實(shí)施實(shí)例圖3X-Z剖面的實(shí)施實(shí)例。
變形平凸透鏡2處于平面1中，焦點(diǎn)為Fy和-Fy。在平面3中有未加說明的固體激光器的光出口面。光源圖象位于4，其虛的放大象在5上產(chǎn)生。
在Y-Z剖面(圖1)，從出口面出口的光實(shí)際上是不聚焦的，為控制總光通量中盡可能大的部分，需要一個(gè)大的孔徑，在本實(shí)施實(shí)例中是達(dá)到的。在出口面3上安置了一個(gè)不太大的透鏡，盡可能密封，就可能形成一個(gè)虛像。
只有部分畫出的光波管由一個(gè)光學(xué)的有效芯6和一個(gè)外殼7組成。在光入口面8上是一個(gè)球形透鏡9，虛像5在芯部6可靠地成象了。
為使圖看得一目了然，所繪的圖是不按正確比例繪成的。本例的下述尺寸說明如下以一個(gè)變形透鏡2的折射指數(shù)n＝2.75和半徑R＝3.9μm時(shí)，透鏡焦距和透鏡2和平面3間的間隔距厚度約為f＝1.43μm。當(dāng)芯部6的直徑d1＝10μm，出口面寬度為d0＝0.3μm?？讖絘0＝45°和a1＝10°，放大倍數(shù)V＝14＝B/g＝20/f。
圖2表示X-Z剖面上同樣的實(shí)施實(shí)例。這里在透鏡出口面上，在X-Z剖面安置了長焦距透鏡或菲涅耳(Fresnel)透鏡(按圖3實(shí)施實(shí)例)，有了這樣透鏡，光在透鏡9上聚焦為細(xì)小的孔徑a0。
權(quán)利要求
1.使固體激光器與光波導(dǎo)管形成光耦合的裝置，其固體激光器出口面和光波導(dǎo)管入口面之間，安置了一個(gè)變形透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)使固體激光器各主截面內(nèi)的不同孔徑，轉(zhuǎn)換成光波導(dǎo)管入口面處基本相同的孔徑，其特征在于，透鏡系統(tǒng)由出口面(3)上安裝一個(gè)變形透鏡(2)和入口面(8)上安裝另一個(gè)透鏡(9)所組成。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，這另一個(gè)透鏡(9)是球形的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，變形透鏡是一個(gè)橢圓形透鏡(2)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，橢圓形透鏡是菲涅耳透鏡(21)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，由二個(gè)交叉的圓柱形的分透鏡構(gòu)成變形透鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，這兩塊分透鏡中至少有一塊是菲涅耳透鏡。
7.如權(quán)利要求1-6中的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，在變形透鏡(2)和出口面(3)之間，在大孔徑方向的間隔層與所需放大倍數(shù)是一致的。
8.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，激光器的出射光瞳形成虛的圓形光源圖象。
9.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，藉助干漆技術(shù)和藉助疊加平板印刷術(shù)，特別是電子束-平板印刷術(shù)，可制造透鏡和/或間隔層和/或抗反射層。
全文摘要
一種使固體激光器與光波導(dǎo)管形成光耦合的裝置，其固定激光器出口面和光波導(dǎo)管入口面之間，安置了一個(gè)變形透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)在固體激光器各主截面內(nèi)使不同孔徑，能換成光波導(dǎo)入口面處基本相同的孔徑。透鏡系統(tǒng)由出口面上安裝的一個(gè)變形透鏡和入口面上安裝的另一個(gè)透鏡所組成。此外，本發(fā)明還包括了該裝置的制造方法。
文檔編號G02B6/42GK1240031SQ97180393
公開日1999年12月29日 申請日期1997年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月6日
發(fā)明者漢斯·維爾弗里德·彼得·庫普斯 申請人:德國電信股份有限公司