[其他]实现减小反射的光能传输方法和装置

说明书

本发明一般地涉及光能的传输，特别是涉及减小对传输有害的能量反射的传输光能的方法和装置。

在光能传输过程中，有许多情况都需要减小，如果不是消除的话，传输能量沿着传输轴的背反射，例如，从能量耦合界面的反射。能量反射至激光器的能量输出轴的情况会出现在激光器输出光纤和另一根光纤的耦合界面处，这种反射能明显地干扰计划的激光输出能量和性能。

光纤端之间耦合界面处的能量反射可通过下述方法消除：（1）使载光的纤芯作物理接触;（2）在光纤之间引入光学匹配液或凝胶;（3）在非接触光纤端面“镀上”光学镀膜。在实用光纤耦合器的制造和/或使用中这些技术的每一种都有严重的缺点。

这种光纤连接器性能的可预测性和一致性比整个系统的设计更为重要。虽然在系统设计中允许存在恒定大小的有限连接器损耗，但是传输能量沿着能量传输轴向回的（例如沿上述激光输出光纤向回的）反射率变化所引起连接器畸变，对系统设计人员是不能允许的。

按照申请人的观点，所讨论的这一领域目前的工艺水平不能满足现时工业上的要求。

本发明的主要目的是提供使用接触光纤但显示出减小的能量反射特性的光连接器。

本发明的一个更具体的目的是要提供具有基本上恒定的低损耗和低反射率特性的光连接器。

为了达到上述目的和其他目的，本发明提供了一种光能传输方法和装置，其中外壳的中心轴同所要求的能量输出轴相对准。一个通道贯穿这个外壳，它与外壳中心轴之间有预定的第一夹角。该通道中放置了一根光纤，其端面经过研磨抛光，与该光纤的纵轴之间有一预先选定的第二夹角。选择第一和第二夹角的目的是，既消除从第一根光纤端面沿着其长度方向向回的反射，又提供从该光纤端面沿着能量输出轴的足够的能量耦合。

通过下面对本发明的方法和装置的详细描述，以及附图（在这些附图中同样的标号始终表示同样的部件），将会对本发明的上述及其他目的有更进一步的理解。

图1是按照本发明的一个光纤组件的中心剖视图，该光纤没有取剖面。

图2是图1组件的右视图。

图3是图1的光纤组件连同其线外壳的放大图解说明。

图4是图1组件进一步放大后的部分说明图。

图5是按照本发明的第一连接器实施方案的中心剖面图。

图6是相互配合的图5实施方案的光纤的说明图。

图7是按照本发明的第二连接器实施方案的中心剖视图。

图8是相互配合的图7实施方案光纤的说明图。

参看图1和2，光纤组件10包括外壳或插头12，在沿着外壳中心轴18的外壳通道16中有带有载光中心纤芯26的光纤14。外壳12包括由以截锥形表面20为界的端部，在这个外壳端部中的通道16部分与轴18之间有一个锐倾角。光纤14包括相对于该光纤的纵向中心轴24有一定的倾斜的端面22。外壳12带有与光纤端面22相邻接的表面部分12a和12b，同样地相对于光纤的纵轴有一定的倾斜。

再看图3，芯直径为D的光纤14，从其通常的圆横截面30磨成端面22。光纤14相对于外壳轴18有第一锐角Ⅰ。端面22和与光纤轴24垂直的表面30之间的夹角为第二锐角Ⅱ。现在根据图4来讨论本发明的做法，该图比其他图更确切地表示了本发明的具体内容，其他图只是打算给出一般的说明。

图4的做法既减小了背反射，又使能量耦合同与图1的光纤组件10的轴18相对准的输出能量传输轴相一致。简要地说，在图4的做法中，为了得到这一结果，申请人在了解光纤14和光纤端面22外面的媒质各自的折射率的情况下，对角Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ（能量从端面22折射进入周围外界媒质的折射角）进行控制。虽然在连接中从端面22的反射会引起能量损耗，但对于申请人来说，连接中反射能量的消散要远为重要得多。因此，根据申请人的观点，在工业上，具有已知一致的能量损耗和低反射率特性的连接器远比那些虽显示出较高的耦合效率但却具有其他实际缺点的连接器要好。

从一个观点看，图4的做法涉及到求出角Ⅰ，从而使光纤轴24和输出轴18成锐角相交。对角Ⅱ进行适当选择，使得光纤端面22所在平面和光纤轴之间不垂直。特别地，在使用单模光纤时，角Ⅱ应当大致等于或大于0.6λ。除以D与nF的乘积，这里λ₀是该光纤中传输的光在自由空间的波长，nF是光纤的折射率，D是用与导光纤维中的自由空间波长同样单位计量的纤维光波导芯径。这个角度的选择决定了角Ⅲ，角Ⅲ是由角Ⅱ和现有的物理折射率参数得到的。

作为一个特定的例子，角Ⅱ可以是三又十分之六（3.6）度左右。由已知的光折射定律，适用下述方程（1）：