[发明专利]大发散角激光耦合单模光纤的装置及方法

说明书

本发明提供了一种结构简单、体积小且节约资源的大发散角激光耦合单模光纤的装置及方法。本发明中，激光器发出的光经过准直镜准直后，经分光棱镜后分为透射光线和反射光线；其中的反射光线入射到角锥棱镜后，原路反射后被工业相机吸收并形成参考光光斑；分光棱镜分出的透射光线进入显微物镜，经过汇聚后入射到光纤内，光纤的耦合端面对入射的光线的一部分进行反射，该部分反射光线沿着原路径返回到分光棱镜后，经分光棱镜的反射面反射后，被工业相机吸收后形成耦合光光斑；当耦合光光斑与参考光光斑完全重合时，激光器出射的光纤耦合到光纤内，否则，对光纤的位姿进行调整，直至耦合光光斑与参考光光斑完全重合。本发明可应用于光纤领域。

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种大发散角激光耦合单模光纤的装置及方法。

背景技术

光纤光缆通信是现代通信传输系统的主要传输方式，光纤光缆的发展史只有一二十年，经历了三次的升级：短波长多模光纤光缆、长波长多模光纤光缆和长波长单模光纤光缆。光纤通信技术作为一种全新的信息传输技术，已成为现代通信的主要通信方式，几乎取代了传统铜缆通信技术，在现代信息网中起着非常重要的作用，目前已在诸多领域和行业中应用，成为提升通信质量和效率的重要手段，推动了人类科学技术的革命。采用光纤光缆通信是通信传输系统上的一次重大变革，目前中国光纤光缆通信已进入实用阶段。随着我国社会经济的快速发展，我国的光纤通信技术取得了非常重要的成就，不仅促进人与人之间的沟通效率得到全面的提升，而且也能够保证现代化、智能化、自动化技术的全面发展。此外，现在已有多个国家宣布不再建设铜缆通信线路，而致力于发展光纤光缆通信。

光纤通信具有通信容量大、损耗低、传输距离长、抗电磁干扰能力强等优点。按光在光纤中的传输模式可分为单模光纤和多模光纤。多模光纤(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传输多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤(Single ModeFiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，由于单模光纤良好的光学传输特性，而且大部分光器件都是基于单模光纤的，越来越多的场景使用于单模光纤。在实际应用中，将激光器发出的自由空间光耦入到光纤中是最为关键的步骤之一，耦合效率的高低，决定了在光纤输出端能量的大小，由于单模光纤的芯径较窄，如何将激光器所发出的光尽可能多的耦合至光纤中成为一大难点。在耦合时，要保证激光器所发出的激光完全进入光纤需要注意以下几点：1、激光束的锥角要小于光纤的最大接受角，要不然就不能满足全反射，损耗很大。2、激光束要垂直于光纤端面。3、光纤端面要清洁干净。4、激光束与光纤端面最好同心。5、激光光斑小于光纤芯径。

目前常规的耦合方法包括振镜扫描法和自准直法。其中的振镜扫描法是通过扫描的方式寻找光斑处于光纤端面的精确位置，将光纤固定在压电陶瓷上，通过驱动二维压电陶瓷控制光纤端面，施加在压电陶瓷上的电压使之产生微米量级内的运动，从而驱动光纤使之位置产生变化，结合模拟退火算法实现空间光-光纤耦合自动对准，定位实现自动寻找最佳耦合点。但该过程需要用于对准的控制系统——二维压电陶瓷、反馈系统和控制算法，通过光电探测器获取电压作为评价指标来实时反馈电压，进而驱动二维压电陶瓷，形成一套完整的光电闭环控制系统，过程比较繁琐，对于算法有着较高的要求，需要额外开发整套的系统，不能整合现有的资源。电路的噪声也会影响对位的精度。

在公开号为CN 108663758 A的专利文献中，提出了一种利用平行光管准直激光，可以进行比较精准的激光耦合。但该方案对于仪器的加工要求极高，仅仅平行光管的焦距就达到了5m，造成整体装置的尺寸在5m以上，辅助对位用的设备在使用完成后必须留在耦合光路中，造成了设备的浪费等。故而难以应用于工业领域。且其仅仅适合耦合从激光器所发出的准平行光，无法应用于从半导体芯片发出的较大发散角的激光。

发明内容