一種簡單高效的微結(jié)構光纖端面成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種簡單高效的微結(jié)構光纖端面成像系統(tǒng)，屬于光電子、激光和光纖光學應用領域。包括激光器、CCD探測器、變焦透鏡組、顯微物鏡、光纖耦合架、一對高反低透反射鏡和準直器等組成。其中顯微物鏡是復用的，變焦透鏡組進行可變倍率成像。激光經(jīng)過準直，通過顯微物鏡聚焦到耦合架并傳輸?shù)焦饫w端面位置，到達光纖端面反射回來的光再次通過顯微物鏡后，由變焦透鏡組進行可變倍率成像，最后聚焦在CCD探測器上，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理形成可見圖像顯示在電腦上，從而實現(xiàn)對光纖端面的實時監(jiān)測。這樣通過光纖端面的成像，可以高效的，有針對性的對微結(jié)構光纖端面進行觀察對比，可以運用到光纖耦合和光纖微加工等多個領域。
【專利說明】一種簡單高效的微結(jié)構光纖端面成像系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明是一種簡單高效的用于微結(jié)構光纖端面成像系統(tǒng)，屬于光電子、激光和光纖光學應用領域。

【背景技術】
[0002]信息技術已成為當今全球性的戰(zhàn)略技術。以光電子和微電子為基礎所支持的通信和網(wǎng)絡技術已成為高技術的核心，正在深刻影響著國民經(jīng)濟、國防建設的各個領域。其中，半導體激光器起著舉足輕重的作用。半導體激光器以其轉(zhuǎn)換效率高、能直接調(diào)制以及與其它半導體器件集成的能力強等特點而成為信息技術的關鍵器件。其發(fā)展速度之快、應用范圍之廣、波長覆蓋范圍之寬都是其它任何類型的激光器所不能比擬俺的。
[0003]同時，隨著光纖的出現(xiàn)和發(fā)展，從階躍折射率光纖到復雜折射率分布的光纖，從單純傳光作用到傳感各種物理量的優(yōu)良傳感器，大大促進了光學技術的進步。光纖的出現(xiàn)使得通信、傳感等領域發(fā)生了重大的變化。微結(jié)構光纖由于其獨特的結(jié)構和導光機理使得其運用更加廣泛。
[0004]光纖與半導體激光器的結(jié)合更使得激光器得到了更廣泛的應用，例如在通信領域，如何使激光器的輸出光能更穩(wěn)定、更長距離的傳輸，在二極管激光器泵浦固體激光器中如何使半導體激光器的輸出光功率能更有效的傳輸?shù)郊す庠鲆娼橘|(zhì)上，從而得到更高的泵浦效率，這些都涉及到激光器與光纖的配合問題。由于光纖的直徑只有幾十到幾百μπι，且傳輸光的纖芯部分只有幾μ m，所以光直接耦合到纖芯中式比較困難的，而且要經(jīng)過繁瑣的調(diào)試使其達到最佳值。實際應用中，經(jīng)常用半導體激光器通過空間分立器件之后再耦合輸入到光纖中，以實現(xiàn)激光在光纖中的有效傳輸。半導體激光器到光纖的耦合，一直是光纖通信傳輸系統(tǒng)以及光電子器件領域的一項關鍵技術。耦合技術的進步直接影響著整個光纖系統(tǒng)的性能。如何改進耦合技術，提高耦合效率，從而提高光器件的性能價格比，也就成為光電領域研究的熱門課題。對光子晶體光纖氣孔進行有選擇性的填充，從而使得光纖表現(xiàn)出不同性質(zhì)，這種以填充不同物質(zhì)的光纖制成器件的研究也已經(jīng)成為國際研究的熱點。所以一種簡單的光纖端面成像系統(tǒng)對于填充光纖作為器件的研究也將有著重要意義。所以，一種能夠?qū)崟r顯示微結(jié)構光纖端面的成像系統(tǒng)顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于克服了空間光傳輸?shù)焦饫w中，需要精密儀器進行繁瑣的試驗性的或者盲目性的調(diào)節(jié)使光盡可能多的耦合到光纖中的問題。提出了利用CCD對光纖端面放大成像，通過成像的端面可以看到激光是不是盡可能多的打到了纖芯，簡化耦合操作步驟，提高耦合效率。本發(fā)明對微結(jié)構光纖端面成像的應用，可以根據(jù)光纖端面的成像對光子晶體光纖氣孔進行有選擇性的填充，解決了根據(jù)實驗要求，填充微結(jié)構光纖不同空氣孔的方法，簡單而且高效。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術方案:
[0007]—種簡單高效的微結(jié)構光纖端面成像系統(tǒng)，其包括有:激光器1、反射鏡12、反射鏡113、準直器4、顯微物鏡5、光纖耦合架6、變焦透鏡組7、CXD探測器8、光路分布19、LED光源10、光路分布1111，光纖端面12 ;其中顯微物鏡5是復用的，既作為激光器聚焦物鏡又作為反射光放大物鏡，變焦透鏡組7進行可變倍率成像，由兩個焦距不同的透鏡平行的且根據(jù)光斑放大原理，先小焦距透鏡后大焦距透鏡放置；所述激光器I是半導體激光器。所述反射鏡12和反射鏡113是一對高反低透的透鏡；其中反射率為95%，透射率為5%。；所述準直器4有兩個相同且平行的透鏡組成；所述光纖耦合架6，由對光的準直小孔和光纖耦合孔微調(diào)架組成，且兩者在一條直線上，讓光通過達到準直和耦合效果；所述CXD探測器8，連接電腦控制裝置，通過CCD探頭探測，把透過反射回來的光進行采集，顯示出激光打到光纖端面的位置及影像；其中:由激光器I或者LED光源10輸出的激光，經(jīng)過反射鏡12反射并傳輸?shù)椒瓷溏RΠ3上，經(jīng)光路分布19或光路分布IIll把光傳輸?shù)綔手逼?進行準直，激光進入顯微物鏡5，對光斑進行聚焦，再傳輸?shù)焦饫w耦合架6上，經(jīng)過準直小孔，激光打到光纖耦合孔的中心位置照射到插入耦合孔的光纖端面12 ;光纖端面12反射回來的光再次經(jīng)過顯微物鏡5，對光斑進行放大，按照光路9返回經(jīng)過準直器4，傳輸?shù)椒瓷溏R113上，其中透過的5%的光再傳輸?shù)阶兘雇哥R組7上，并把進行不同倍率的放大的光聚焦到CCD探測器8上，從而對光進行收集處理；這樣就可以實現(xiàn)對正在實驗中的光纖端面12實時成像。
[0008]所述激光器I或LED光源10輸出波長為反射鏡12和反射鏡113所能反射的波長，且只用一束光作為光源；CCD探測器8所采集光為光纖端面12反射回來的光，且成像光譜范圍在300nm-2ym的范圍。
[0009]所述變焦透鏡組7的兩個焦距大小的透鏡相互之間的位置可以拉近或者放遠的變化,形成可調(diào)節(jié)變化倍率成像。
[0010]所述光路分布19和光路分布IIll的來返光路必須在一條直線上，這樣才能通過CXD判斷出光在光纖端面聚焦平面。如果成像不清楚，通過調(diào)節(jié)變焦透鏡組7與CXD探測器的距離使光的聚焦平面完全成像清楚；這樣，CCD的成像平面即為激光聚焦平面，從而實現(xiàn)對光纖端面12的實時觀測；而且，當光源發(fā)生變化時，下次就不需要判斷激光焦點位置，只要利用光纖耦合架6移動光纖端面12位置，就能對光對焦。
[0011]本發(fā)明可以獲得如下有益效果:1.改進耦合技術，提高光纖耦合效率，改進耦合技術，提高耦合效率，從而提高光器件的性能價格比；2.可以實現(xiàn)對正在實驗的光纖端面進行實時觀察；3.可以作為光纖微加工成像系統(tǒng)，對于光纖進行選擇性填充并作為器件有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0012]圖1微結(jié)構光纖成像系統(tǒng)結(jié)構圖1
[0013]圖2微結(jié)構光纖成像系統(tǒng)結(jié)構圖1I
[0014]1.激光器，2.反射鏡I，3.反射鏡II，4.準直器，5.顯微物鏡，6.光纖耦合架，7.變焦透鏡組，8.C⑶探測器，9.光路分布I，10.LED光源，11.光路分布II，12.光纖端面。

【具體實施方式】
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[0015]下面結(jié)合圖1一 2對本發(fā)明作進一步說明:
[0016]本實施例是一種利用對正在耦合的或者對微加工的光纖端面成像，實現(xiàn)簡單高效的對光纖進行激光耦合或者對光纖端面進行選擇性填充。
[0017]本實施例激光器，工作在連續(xù)或者脈沖激光輸出狀態(tài)時的裝置為該激光器及光路的俯視圖。其中結(jié)構圖如圖1成像系統(tǒng)原理圖所示位置放置各個元器件。光路分布19如圖1所示，根據(jù)實驗條件選擇不同的光路分布19，圖1所示為本實施例選擇路徑。由激光器I輸出的激光，經(jīng)過45°C高反低透反射鏡2傳輸?shù)较嗤姆瓷溏R3上，從而把激光傳輸?shù)焦饴贩植?9上，即把光傳輸?shù)奖阌趯嶒炑芯康淖罴丫€路上，并且有一部分光能夠透過反射鏡。反射回來的光經(jīng)過準直器4對所傳輸?shù)母咚构馐M行準直或者根據(jù)所需條件改變其傳輸模式，所以這時的光是實驗所需激光光束，這束激光進入顯微物鏡5,由物鏡原理對光斑進行聚焦，使其焦距正好穿過光纖耦合架6上的準直小孔并且傳輸?shù)焦饫w耦合孔的中心位置。這時傳輸?shù)讲迦腭詈峡椎墓饫w端面12的光就會形成一定的反射光。而反射回來的光再次經(jīng)過顯微透鏡5就會對光斑形成放大，按照光路分布19返回到準直器4，再傳輸?shù)椒瓷溏R113上，并且形成一部分透過光，這部分光傳輸?shù)阶兘雇哥R組7對光進行不同倍率的變化且聚焦在CCD探測器8上，對光進行接收并對采集數(shù)據(jù)進行電腦處理成像。
[0018]其中結(jié)構圖如圖2所示，當只觀察微結(jié)構光纖端面時可以用LED光源10，光路分布IIll所示，經(jīng)過反射鏡12傳輸?shù)椒瓷溏R113上，從而把光轉(zhuǎn)到合適的光路上，再經(jīng)過準直器4進行準直，光進入顯微物鏡5，對光斑進行聚焦，再傳輸?shù)焦饫w耦合架6上，經(jīng)過準直小孔，光傳輸?shù)焦饫w耦合孔的中心位置照射到插入耦合孔的光纖端面。反射回來的光再次經(jīng)過顯微透鏡5，對光斑進行放大，按照光路分布IIll返回經(jīng)過準直器4，傳輸?shù)椒瓷溏R3上透過的光進行傳輸?shù)阶兘雇哥R組7對光進行不同倍率的放大，聚焦到CXD探測器8上。這樣可以形成光纖端面圖像，在耦合架6上，就可以安全的對微結(jié)構光纖空氣孔進行有比較的處理，從而形成有選擇性的填充。
[0019]其中對于光路分布19和光路分布IIll的來返光路必須在一條直線上，這樣才能通過CCD判斷出光在光纖端面聚焦平面。如果成像不是很清楚，通過調(diào)節(jié)變焦透鏡組7與CCD探測器的距離使光的聚焦平面完全成像清楚。這樣，CCD的成像平面即為激光聚焦平面，從而實現(xiàn)對光纖端面的實時觀測。而且，如果光源發(fā)生變化，下次就不需要判斷激光焦點位置，只要利用耦合架移動光纖端面位置，就可以對光準確對焦。
[0020]結(jié)合上述，既能實現(xiàn)用一束激光對在光纖中的傳輸進行耦合，也能實時監(jiān)測光纖端面，并對端面光耦合情況進行有目的的高效的調(diào)節(jié)，使得耦合效率達到最佳值。又能作為微結(jié)構光纖端面成像系統(tǒng)，運用到更多光纖微加工領域，具有高效性，普適性。
【權利要求】
1.一種簡單高效的微結(jié)構光纖端面成像系統(tǒng),其特征在于:包括有:激光器(I)、反射鏡I (2)、反射鏡II (3)、準直器(4)、顯微物鏡(5)、光纖耦合架(6)、變焦透鏡組(7) XCD探測器(8)、光路分布I (9)、LED光源(10)、光路分布II (11)，光纖端面(12);其中顯微物鏡(5)是復用的，既作為激光器聚焦物鏡又作為反射光放大物鏡，變焦透鏡組(7)進行可變倍率成像，由兩個焦距不同的透鏡平行的且根據(jù)光斑放大原理，先小焦距透鏡后大焦距透鏡放置；所述激光器(I)是半導體激光器。所述反射鏡1(2)和反射鏡11(3)是一對高反低透的透鏡；其中反射率為95%，透射率為5%。；所述準直器(4)有兩個相同且平行的透鏡組成；所述光纖耦合架￠)，由對光的準直小孔和光纖耦合孔微調(diào)架組成，且兩者在一條直線上，讓光通過達到準直和耦合效果；所述CXD探測器(8)，連接電腦控制裝置，通過C⑶探頭探測，把透過反射回來的光進行采集，顯示出激光打到光纖端面的位置及影像；其中:由激光器(I)或者LED光源(10)輸出的激光，經(jīng)過反射鏡I (2)反射并傳輸?shù)椒瓷溏RII (3)上，經(jīng)光路分布1(9)或光路分布II(Il)把光傳輸?shù)綔手逼?4)進行準直，激光進入顯微物鏡(5)，對光斑進行聚焦，再傳輸?shù)焦饫w耦合架(6)上，經(jīng)過準直小孔，激光打到光纖耦合孔的中心位置照射到插入耦合孔的光纖端面(12);光纖端面(12)反射回來的光再次經(jīng)過顯微物鏡(5)，對光斑進行放大，按照光路(9)返回經(jīng)過準直器(4)，傳輸?shù)椒瓷溏RII (3)上，其中透過的5%的光再傳輸?shù)阶兘雇哥R組(7)上，并把進行不同倍率的放大的光聚焦到CCD探測器(8)上，從而對光進行收集處理；這樣就可以實現(xiàn)對正在實驗中的光纖端面(12)實時成像。
2.根據(jù)權利I所述光纖耦合成像系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器(I)或LED光源(10)輸出波長為反射鏡1(2)和反射鏡11(3)所能反射的波長，且只用一束光作為光源；CCD探測器⑶所米集光為光纖端面(12)反射回來的光,且成像光譜范圍在300nm_2 μ m的范圍。
3.根據(jù)權利I所述光纖耦合成像系統(tǒng)，其特征在于:所述變焦透鏡組(7)的兩個焦距大小的透鏡相互之間的位置可以拉近或者放遠的變化，形成可調(diào)節(jié)變化倍率成像。
4.根據(jù)權利I所述微結(jié)構光纖端面成像系統(tǒng)，其特征在于:所述光路分布I(9)和光路分布II (11)的來返光路必須在一條直線上，這樣才能通過CCD判斷出光在光纖端面聚焦平面。如果成像不清楚，通過調(diào)節(jié)變焦透鏡組(7)與CCD探測器的距離使光的聚焦平面完全成像清楚；這樣，CCD的成像平面即為激光聚焦平面，從而實現(xiàn)對光纖端面(12)的實時觀測；而且，當光源發(fā)生變化時，下次就不需要判斷激光焦點位置，只要利用光纖耦合架(6)移動光纖端面(12)位置，就能對光對焦。
【文檔編號】G02B6/42GK104238044SQ201410332509
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權日:2014年7月11日
【發(fā)明者】王麗, 霍明超, 方曉惠 申請人:北京工業(yè)大學