專利名稱：用于光纖耦合的無衍射光束光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于光纖耦合的無衍射光束光學系統(tǒng)，屬于光纖耦合技術領域。
背景技術：
光纖耦合是指把空間光耦合進入光纖，耦合效率的高低直接影響能量傳輸效率。 目前，由于光纖芯徑小，以及光纖數值孔徑、衍射極限、像差等原因，在實際應用中耦合效率 往往很低，而激光作為所述空間光其與光纖耦合的效率對提高諸如通訊系統(tǒng)的時效性、測 試系統(tǒng)的可靠性很有意義。有關光纖耦合的現有技術包括空間光與光纖直接對接耦合、將光纖端面做成球面 透鏡進行耦合、將光纖端面做成錐面進行耦合、在空間光與光纖之間加一小段光纖微透鏡 進行耦合、在空間光與光纖之間放一個自聚焦透鏡耦合、采用柱面鏡加自聚焦透鏡使空間 光與光纖耦合等，不論哪種方案，都是將空間光匯聚進入光纖，而這些耦合技術其耦合效率 均沒有達到80%，例如，在《激光與紅外》第38卷第3期刊載的題為《多模錐形光纖耦合與 出光特性的研究》文獻中，所記載的耦合效率最高也只有76. 2%。所述現有技術耦合效率 低的原因之一是光線匯聚角大于光纖的最大接收角，不能完全滿足光纖數值孔徑條件；二 是匯聚后的光束存在衍射，導致耦合光斑實際尺寸大于理論尺寸。現有技術還有采用非球 面透鏡的方案以及采用自適應透鏡的方案，這些方案雖然耦合效率能夠提高到90%以上， 但是，所采用的器件加工十分困難。圓錐透鏡其特點之一是圓錐面一端的出射光在一定范圍內即最大無衍射傳播距 離Z_內為無衍射光束，且，這種透鏡其結構簡單、加工容易。

發(fā)明內容
為了提高激光與光纖的耦合效率，同時所采用的耦合器件加工容易，本發(fā)明提出 一種用于光纖耦合的無衍射光束光學系統(tǒng)。本發(fā)明之用于光纖耦合的無衍射光束光學系統(tǒng)由準直光學系統(tǒng)及圓錐透鏡構成， 二者光學同軸，圓錐透鏡的底面朝向準直光學系統(tǒng)，圓錐透鏡參數同時滿足下列公式要 求
.2.405A
arcsin-
2np
(p =--- ’式中cp是圓錐透鏡錐面與底面的夾角，、是耦合激光波長，P是圓錐透鏡出射光 耦合光斑半徑，n是圓錐透鏡折射率；
R = Zmax .tanO—1)滬，式中R是圓錐透鏡底面半徑，Z_是圓錐透鏡最大無衍射傳播距離，n是圓錐透鏡 折射率，cp是圓錐透鏡錐面與底面的夾角。
本發(fā)明其效果在于，入射激光經準直光學系統(tǒng)后，通過圓錐透鏡產生無衍射光束， 并自位于圓錐透鏡的z_處的光纖端面入射，光纖纖芯中心位于本發(fā)明之光學系統(tǒng)光軸上， 完成激光光纖耦合，根據無衍射光束理論，無衍射光束產生簡單，衍射極限、像差、光纖數值 孔徑等對光束質量的影響很小，并且，無衍射光束中心光斑能量集中，光斑半徑很小，只有 波長量級，所以，將無衍射光束進行光纖耦合，在理論上其耦合效率達到90%以上。所采用 的圓錐透鏡相對于非球面透鏡、自適應透鏡，其結構簡單得多，加工也容易得多。


附圖是本發(fā)明之用于光纖耦合的無衍射光束光學系統(tǒng)結構及耦合過程示意圖，該 圖兼作為摘要附圖。
具體實施例方式本發(fā)明之用于光纖耦合的無衍射光束光學系統(tǒng)具體實施方式
如下，由準直光學系 統(tǒng)及圓錐透鏡構成，二者光學同軸，圓錐透鏡的底面朝向準直光學系統(tǒng)。準直光學系統(tǒng)由物鏡1、目鏡2構成，見附圖所示，物鏡1、目鏡2均為消球差鍍耦 合激光波長增透膜透鏡，口徑分別為隊、D2，使D2 ^ 2R，以保證經過目鏡2擴束后的光能完 全入射圓錐透鏡；物鏡1、目鏡2焦距分別為f\、f2 ；物鏡1、目鏡2的口徑、焦距按fVA = 込/Di確定。圓錐透鏡3參數錐面與底面的夾角(p、底面半徑R分別由公式⑴、⑵確定
權利要求
一種用于光纖耦合的無衍射光束光學系統(tǒng)，其特征在于，由準直光學系統(tǒng)及圓錐透鏡構成，二者光學同軸，圓錐透鏡的底面朝向準直光學系統(tǒng)，圓錐透鏡參數同時滿足下列公式要求式中是圓錐透鏡錐面與底面的夾角，λ是耦合激光波長，ρ是圓錐透鏡出射光耦合光斑半徑，n是圓錐透鏡折射率；式中R是圓錐透鏡底面半徑，Zmax是圓錐透鏡最大無衍射傳播距離，n是圓錐透鏡折射率，是圓錐透鏡錐面與底面的夾角。FSA00000247347500011.tif,FSA00000247347500012.tif,FSA00000247347500013.tif,FSA00000247347500014.tif
2.根據權利要求1所述的無衍射光束光學系統(tǒng)，其特征在于，準直光學系統(tǒng)由物鏡 (1)、目鏡(2)構成，物鏡(1)、目鏡(2)均為消球差鍍耦合激光波長增透膜透鏡，口徑分別為 Di、D2，使D2≤2R，R是圓錐透鏡底面半徑；物鏡(1)、目鏡(2)的口徑、焦距按f2/fi確定，f1、f2分別為物鏡(1)、目鏡⑵焦距。
全文摘要
一種用于光纖耦合的無衍射光束光學系統(tǒng)，屬于光纖耦合技術領域。現有將光纖端面做成球面透鏡進行耦合等方案其耦合效率較低；而采用非球面透鏡以及采用自適應透鏡耦合，雖然耦合效率達90％以上，但所采用的器件加工十分困難。本發(fā)明由準直光學系統(tǒng)及圓錐透鏡構成，二者光學同軸，圓錐透鏡的底面朝向準直光學系統(tǒng)，圓錐透鏡參數同時滿足下面的公式要求式中是圓錐透鏡錐面與底面的夾角，λ是耦合激光波長，p是圓錐透鏡出射光耦合光斑半徑，n是圓錐透鏡折射率；式中R是圓錐透鏡底面半徑，Zmax是圓錐透鏡最大無衍射傳播距離，n是圓錐透鏡折射率，是圓錐透鏡錐面與底面的夾角。本發(fā)明用于空間光與光纖的耦合。
文檔編號G02B6/32GK101975979SQ20101026580
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者付躍剛, 王志堅, 穆郁 申請人:長春理工大學