專利名稱：易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種既易于與激光-光纖組耦合， 又可調(diào)節(jié)束散角的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光通信包括光纖通信和無(wú)線激光通信。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。光纖通信的原理是在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息.
激光通信終端中的光源(Light source )主要分為半導(dǎo)體激光器LD (Laser Diode) 和發(fā)光二極管LED (Light Emitting Diode )，其中LD多采用砷化鎵二極管(GaAs Laser Diode), ^^^i^Stffl PIN(Positive Intrinsic Negative Diode) APD (Avalanche photodiode)或波導(dǎo)型 PIN 光探測(cè)器(WG-PIN-PD)。在光通信中。光耦合是一個(gè)重要的指標(biāo)。光耦合，就是把把光從一個(gè)物件有效轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物件中的過程。如光從激光器到光纖的耦合、光纖到接收器的耦合、一根光纖到另一根光纖的耦合。為了提高光轉(zhuǎn)移的有效性，在兩個(gè)物件之間常常還有其它物件，如球透鏡、光準(zhǔn)直器、柱透鏡、增透膜等。束散角也是光通信中的重要指標(biāo)。因?yàn)殡m然激光的方向性極好，但一束光線中的每條光線之間不可能完全平行，存在的這個(gè)角就是束散角。束散角是無(wú)法完全消除的。由于束散角的存在，激光在向前傳播過程中，向外發(fā)散，使光束半徑不斷擴(kuò)大。因此，激光束散角是評(píng)價(jià)激光質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。束散角不僅反映了遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的發(fā)散特性，并且能較為精確評(píng)估出相關(guān)激光儀器的品質(zhì)及激光的傳輸質(zhì)量。在許多應(yīng)用領(lǐng)域，都要求激光的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角小，高斯光束發(fā)散角的減小能有效利用激光能量，使光束達(dá)到良好的方向性和高亮度，降低系統(tǒng)發(fā)射功率和接收靈敏度等方面的要求，增大通信距離。激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，既要滿足不同芯徑、不同光纖數(shù)值孔徑、大功率、高亮度的光纖耦合激光輸出，還要根據(jù)不同系統(tǒng)的不同要求設(shè)置不同的束散角，傳統(tǒng)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)很難同時(shí)滿足這兩個(gè)條件。傳統(tǒng)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)即便同時(shí)滿足了要求，也是針對(duì)特定波長(zhǎng)激光、特定光纖芯徑、特定束散角的專用系統(tǒng)，無(wú)法轉(zhuǎn)換以適應(yīng)不同的光纖和束散角， 使得激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造一直陷于高成本和低效率的怪圈中。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括光源、傳光束光纖、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng)一端包括擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡，轉(zhuǎn)像系統(tǒng)其另一端的擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡即為所述發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的目鏡，轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)通過目鏡連接，所述發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)還包括物鏡，從光源引出的傳光束光纖與轉(zhuǎn)像系統(tǒng)耦合。工作時(shí)，光線由光源發(fā)出后，經(jīng)傳光束光纖進(jìn)入轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，光線經(jīng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)擴(kuò)束準(zhǔn)直、變倍后，經(jīng)發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后脫離發(fā)射端。實(shí)際應(yīng)用中，光纖數(shù)值孔徑影響擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡視場(chǎng)和相對(duì)孔徑的大小。光束經(jīng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)所成的纖徑像Φ’取決于轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的轉(zhuǎn)像倍率關(guān)系，轉(zhuǎn)像倍率可以是1:1，也可以是其他比率，所以纖徑像Φ’可以大于、等于、小于纖徑Φ。束散角大小也影響擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡視場(chǎng)大小。發(fā)射望遠(yuǎn)鏡目鏡參數(shù)隨著擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡參數(shù)而決定，發(fā)射望遠(yuǎn)鏡物鏡相對(duì)孔徑等于目鏡即擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡的相對(duì)孔徑。目標(biāo)激光發(fā)射系統(tǒng)給出束散角、光纖纖徑、光纖數(shù)值孔徑后，就可以計(jì)算出光學(xué)系統(tǒng)物鏡的焦距和通光口徑等重要參數(shù)。例如一個(gè)發(fā)射系統(tǒng)束散角為θ = 士 150urad，光纖纖徑d=0. 05mm，光纖數(shù)值孔徑 NA=O. 22，物鏡的口徑與焦距值計(jì)算如下
權(quán)利要求
1.一種易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源(1)、傳光束光纖(2)、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)(3)和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(4)，所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng) (3)—端包括擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(5)，轉(zhuǎn)像系統(tǒng)(3)其另一端的擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡即為所述發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(4)的目鏡(6)，轉(zhuǎn)像系統(tǒng)(3)和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(4)通過目鏡(6)連接，所述發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(4)還包括物鏡(7)，從光源(1)引出的傳光束光纖(2)與轉(zhuǎn)像系統(tǒng)(3)耦合；工作時(shí)， 光線由光源(1)發(fā)出后，經(jīng)傳光束光纖(2)進(jìn)入轉(zhuǎn)像系統(tǒng)(3)，光線經(jīng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)(3)擴(kuò)束準(zhǔn)直、變倍后，經(jīng)發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(4)后脫離發(fā)射端。
2.如權(quán)利要求1所述的易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)還包括傾斜鏡(8)、分光鏡(9)、衰減片組件(10)、接收光學(xué)系統(tǒng) (11)、接收器(12)、精確指向監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)(13)和探測(cè)器(14)；傾斜鏡(8)位于轉(zhuǎn)像系統(tǒng) (3)中；分光鏡(9)位于傾斜鏡(8)、轉(zhuǎn)像鏡(6)、衰減片組件(10)、接收光學(xué)系統(tǒng)(11)之間； 工作時(shí)，光線由光源(1)發(fā)出后，經(jīng)傾斜鏡(8)反射，一部分光經(jīng)分光鏡(9)反射的光經(jīng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)(3)擴(kuò)束準(zhǔn)直、變倍后，經(jīng)發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(4)后脫離發(fā)射端，經(jīng)分光鏡(9)透射的另一部分光經(jīng)衰減片組件(10)、精確指向監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)(13)后落入探測(cè)器(14)；接收信號(hào)時(shí)， 入射光從發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(4)進(jìn)入目鏡(6)，經(jīng)分光鏡(9)透射后，經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)(11)落入接收器(12)。
3.如權(quán)利要求2所述的易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于傳光束光纖(2)為單模光纖或者多模光纖；為單模光纖時(shí)，其纖芯直徑小于ΙΟμπι， 其光纖數(shù)值孔徑NA的范圍在0. 11到0.31之間；為多模光纖時(shí)，其纖芯直徑為50μπι到 1mm，其光纖數(shù)值孔徑NA的范圍在0. 18到0. 23之間。
4.如權(quán)利要求3所述的易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)束散角大于1 μ rad。
5.如權(quán)利要求4所述的易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于傾斜鏡(8)的擺動(dòng)幅度在士2mrad之間。
6.如權(quán)利要求1到5所述的易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于光源(1)包括半導(dǎo)體激光器LD (Laser Diode)、發(fā)光二極管LED (Light Emitting Diode )、YAG激光器和ASE (放大自發(fā)輻射)光源，接收器(12)和探測(cè)器(14)包 PIN(Positive Intrinsic Negative Diode) > APD(Avalanche photodiode)PIN 光探測(cè)器(WG-PIN-PD)、面陣CCD和面陣CMOS感光器件。
全文摘要
本發(fā)明為一種易于與激光-光纖組耦合、束散角可調(diào)的激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)。所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源、傳光束光纖、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。所述轉(zhuǎn)像系統(tǒng)一端包括連接傳光束光纖的擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡，轉(zhuǎn)像系統(tǒng)其另一端的擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡即為所述發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的目鏡，轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)通過目鏡連接，所述發(fā)射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)還包括物鏡，從光源引出的傳光束光纖與轉(zhuǎn)像系統(tǒng)耦合。該系統(tǒng)既易于與激光-光纖組耦合，又可根據(jù)束散角要求進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到了現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果。
文檔編號(hào)G02B27/10GK102253492SQ201110173090
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者周子元, 周必方, 孫權(quán), 朱曉兵, 蔣筱如 申請(qǐng)人:南京英田光學(xué)工程有限公司, 周子元, 周必方