[发明专利]细光束小发散角光纤耦合结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型光纤耦合器件，特别是涉及一种能够形成细光束小发散角激光输出的耦合器件。该器件能够在保证高效率、紧凑体积的前提下，通过立体折转的方式改变光纤输出激光束的发散角度与光斑直径的乘积，实现近细光束平行光的输出。本发明属于激光器件技术领域。

背景技术

光纤是由纤芯、包层所组成的圆柱形的介质光波导，纤芯的折射率比包层的折射率略大。当光波从折射率较大的介质入射进入较小的介质时，会在两种介质的边界发生折射和反射。由斯奈尔(Snell)定律可知，如果光与光纤轴之间的夹角过大，光进入纤芯后以就无法在纤芯与包层的分界面上发生全反射，这就导致光无法在光纤中传输。因此，投射到光纤端面上的光必须在一个有限的角度范围，这个角度范围就是光纤的数值孔径。光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力，数值孔径越大，光纤接收光的角度范围越大，同时从光纤出射的光的发散角也就越大。光纤的数值孔径大小与纤芯折射率，及纤芯与包层相对折射率差有关，不同厂家不同型号的光纤的数值孔径不同，多模光纤的数值孔径取值范围为0.18至0.23，对应的光纤端面接收角在10°至13°。

由牛顿公式和拉赫公式可知，在旁轴近似的条件下，物距与像距的比值等于物方和像方光束发散角度比值的倒数。例如发散角12度的光束，经过物距10mm、像距30mm的成像结构后，发散角度变为4度。对于一个通过光纤输出的光学系统，如果想减小出射光的发散角，就需要小物距与大像距。但是透镜材料的折射率限制了透镜偏折光线的能力，结合像差因素，在压缩发散角10°至13°的光束时，通常需要10mm至20mm的距离，通过2至3片透镜来实现。为了将光纤发出的光压缩到近平行光，就需要1米至2米的距离，这对于在激光器等仪器设备上应用来说，占据的空间过长，不实用。

对于光纤耦合器件，目前国内外有很多专利进行了这方面的保护，比如专利号为US005283885A的美国专利，保护了一种衰减光纤耦合方式，通过旋转内部的衰减控制器件，来实现输出光强度的正弦变化调节；专利号US4798428的美国专利保护了一种通过两边的螺旋结构固定，中间包含2个或多个聚焦透镜进行耦合的光纤连接耦合结构；此外，美国专利US2008/0118204、US2010/0232753、US8208773、US4659175、US4676584、US4315666也针对光纤耦合技术进行了专利保护。在国内，申请号200910041179.4的专利保护了一种适用于荧光测量系统和光纤传感系统的N型光纤耦合器；专利ZL200820123932.5保护了一种能够方便调节聚焦透镜姿态的光纤耦合结构；专利ZL200810072098.6保护了一种双包层光纤激光器的泵浦耦合结构。然而现有专利的保护都是针对便捷、高效实现光纤与光纤、光纤与光波导、激光与光纤之间的耦合来展开的，能够压缩拉赫不变量，同时实现小光束截面、小发散角度激光长距离传输的结构并没有提出。

发明内容

本发明目的在于提供一种新的光纤耦合器件，采用垂直光轴的空间立体反射折转结构，解决通过光纤输出激光时难以实现小光束截面、小发散角度光束长距离传输的问题。本发明通过将激光在垂直光轴方向进行空间扩展来压缩长度，结合精密调整技术，同时压缩光纤输出光束的发散角度和光斑直径，形成小直径、小发散角的输出光束。

本发明的目的是这样实现的：

本发明涉及的细光束小发散角的光纤耦合器件，如图1至图5所示，包括：光纤接头1、固定支架2、带孔反射镜3、折叠反射镜4、聚焦透镜5、准直透镜6、外套筒7。

在所述的技术方案中，所述的光纤接头1是连接有光纤的光纤接头，光纤的另一端连接光源，接头用来与固定支架连接固定，并可以拆卸下；

在所述的技术方案中，所述的固定支架2用来固定支撑整个耦合器件，并通过上面的固定孔可以固定在箱体、支撑结构件上；

在所述的技术方案中，所述的带孔反射镜3用来反射光束，压缩发散角；

在所述的技术方案中，所述的折叠反射镜4用来将光纤接头1发出的激光在垂轴方向扩散开，并反射到带孔反射镜3上，实现光束的空间立体转折；

在所述的技术方案中，所述的聚焦透镜5用来汇聚光束，压缩光束直径；

在所述的技术方案中，所述的准直透镜6用来将光束调节形成平行光出射；

在所述的技术方案中，所述的外套筒7用来固定带孔反射镜3、分光反射镜4、聚焦透镜5、准直透镜6，将光束调节形成平行光出射；

本发明与已有技术相比具有如下的优点：