[发明专利]一种多模光纤耦合系统

说明书

一种多模光纤耦合系统，属于照明技术领域。系统包括激光光源、耦合透镜、多模光纤；所述耦合透镜设于所述激光光源和多模光纤之间，所述多模光纤其与所述耦合透镜连接的一端设有光纤准直器；所述耦合透镜的进光端和出光端中的至少一端具有自由曲面，所述进光端或出光端具有自由曲面时且具有至少一个自由曲面，使得激光光源发出的不同角度的光线经所述耦合透镜耦合进入所述多模光纤的光纤准直器；进入光纤准直器的光线耦合进入多模光纤并在纤芯中心轴处汇聚成一条焦线。本发明适用于远距离传输的大功率激光照明，利用耦合透镜和多模光纤的光纤准直器，提高了光纤耦合传输的功率上限，解决了对准精度要求高、封装成本高、耦合效率低的问题。

技术领域

本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种用于照明的多模光纤耦合系统。

背景技术

目前，光纤通信技术在通讯技术领域已经基本成熟，而将光纤导光应用于照明是光纤导光技术的新发展方向。光纤导光照明是一种光电分离的导光照明方式，光纤导光照明输出端没有任何电气设备，因此在具有火险、爆炸性气体的场所，它也是一个安全的光源。现有光纤导光照明在一些小功率的装饰照明、信号灯和内窥镜中得到较多的应用，而在大功率照明领域尚存在诸多困难使得难以大规模推广。

现有应用于导光照明的耦合透镜系统包括LED光源、塑料光纤、耦合透镜。LED光源发光角度大，其发出的光线靠近主光轴的部分经由耦合透镜（一般为简单的凸透镜）稍作汇聚之后透射在光纤端面上，满足数值孔径的光线耦合进入光纤，并以全反射形式传播。该耦合透镜系统存在以下技术问题：

1、LED光源发光面积大（平方毫米量级），发散角度大（180°*90°），单位空间角的能量密度低；塑料光纤直径1~5mm，相比于LED光源，光纤直径小；一般的耦合透镜实际管控的角度很小。为此，LED光源发出的光线，主要是靠近主光轴的部分光线可被耦合进入光纤。若满足LED光源发光特点，提高耦合效率，需要加大光纤直径，而光纤成本会随直径增大而呈倍数增长。

2、一般的耦合透镜其表面大多呈球面状，球面透镜可将不同角度的光线汇聚成一个焦点，使能量单点集中于光纤，单点能量过高导致光纤易烧熔。加之塑料光纤的材质耐温特性比较差，塑料光纤更易烧熔。

3、塑料光纤端面处理很难，一旦端面角度偏差或表面光滑度不够，会导致端面上造成大量的光纤散射，耦合效率低。

4、塑料光纤的传输损耗太大，进口光纤在150Db/km左右，而国产光纤在250Db/km左右，光在光纤中无法高传输效率且低成本地近距离传输，也无法远距离传输，更别提在远距离传输时同时满足高传输效率和低成本。

实用新型专利CN205137223公开了一种激光无电照明系统，并具体公开了系统包括蓝光LD、耦合镜、聚焦镜、光纤耦合头、光纤。蓝光LD发出的激光有一定发散角，需要耦合透进行收束准直，而后将准直后的激光束利用聚焦镜汇聚到光纤耦合头内，通过光纤耦合头耦合进光纤中。该系统虽然采用蓝光LD解决了LED光源发光特点所造成的问题，但是该系统仍存在以下问题：首先，该系统所用透镜采用球面镜及传统的凸透镜，对半导体激光器出光发散角有较高要求，对于异形激光光源需要增加透镜才能达到所需效果，因而只能针对进行过一次封装准直过的激光从激光二极管使用；而经过一次封装准直过的激光二极管存在实际出光电光转换效率低的缺陷；另外，光线经过球面镜汇聚为一个焦点，导致光纤上能量分散不均匀而降低了光纤耦合传输的功率上限。其次，该系统需要极高的光源、透镜、光纤主轴的对准精度，封装成本高。然后，所述系统采用的光纤直径较大，光纤成本高，工程施工要求高；并且光纤断电耦合损耗较大，若线路中出现多处断点则需要重新铺设整条线路，维护成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种耦合效率高、可靠性高、传输效率高，且适于远距离传输的多模光纤耦合系统。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：