專利名稱：具有軸向設(shè)置的凹反射鏡的聚光和集光光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及收集和會聚電磁輻射的系統(tǒng)，尤其是一個為一個小的目標(biāo)--如光纖的一端提供高強度照明的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的收集和會聚電磁輻射的設(shè)計著重于將來自一個單點源并各向同性地輻射的光盡可能多地收集和重新定向。這樣做的話，這些設(shè)計將輻射通量集中到一個小斑尺寸內(nèi)的能力受到損害。采用這些設(shè)計來生成一個小斑尺寸造成輻射通量下降，這是因為光束來自于常規(guī)的非相干光源時，常規(guī)設(shè)計的著重點(如，盡可能多地收集和重新定向光)與將光通量集中到一個盡可能小的斑尺寸內(nèi)的目標(biāo)相沖突。這樣，小斑尺寸像的獲得只能以相應(yīng)的通量密度下降作為代價。
常用的光學(xué)收集和會聚系統(tǒng)具有二種基本設(shè)計。第一種如

圖1所示，是一個聚光器透鏡系統(tǒng)。聚光器透鏡具有幾個問題，包括色差和球差的產(chǎn)生，修正光學(xué)件的高成本，透鏡對準(zhǔn)的固有困難以及這樣一個系統(tǒng)要求大量的空間。如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中還使用橢球面反射器。它們的問題包括高成本以及不可避免的像放大，這種放大降低了像的通量密度。如上所述，這些系統(tǒng)(圖1和圖2)都趨于著重盡可能多地收集和重新收集來自一個節(jié)點源的光。這樣，它們無法同時優(yōu)化斑尺寸和光密度。
對圖1所示系統(tǒng)的一種改變已經(jīng)在法國專利1383413號中進(jìn)行了描述。在這個方案中，使用了一個具有一個曲率中心和一條光軸的球面凹面反射鏡來收集和會聚來自一個燈絲光源的光并使其進(jìn)入一個光導(dǎo)。光源被設(shè)置在反射鏡的曲率中心上，而在與球面反射鏡所處的一側(cè)相對的一個點上光被聚焦進(jìn)入光導(dǎo)。增強性能的獲得是通過在與主反射器相對的一側(cè)設(shè)置一個第二球面反射鏡并將光反向聚焦通過光源到達(dá)主反射器來實現(xiàn)的。設(shè)置在第二反射鏡器中心的一個洞可以允許設(shè)置一個沿光軸的光導(dǎo)來收集反射后的輻射。采用如圖2所示的方案的一個橢圓面主反射鏡也在法國專利1383413號中進(jìn)行了描述，除此以外，還使用了一個第二球面反射器，該反射器具有一個與光源相一致的曲率中心并且該反射器被設(shè)置在橢圓反射器的主焦點和第二焦點之間的一個距離上來增加被收集的光進(jìn)入光導(dǎo)的量。光導(dǎo)沿著光軸被設(shè)置在第二焦點上，在第二反射器設(shè)置有一個孔從而使光可以進(jìn)入光導(dǎo)。
美國專利4757431號，在此引入其公開的內(nèi)容作為參考，描述了一種改進(jìn)的會聚和收集系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一個離軸球面反射器來增加在目標(biāo)上的通量密度。如圖3所示，該現(xiàn)有技術(shù)離軸系統(tǒng)具有一個橫向偏離反射器光軸設(shè)置的光源以及一個設(shè)置在相應(yīng)于光軸與其大致相對稱的位置上的目標(biāo)。然而，這樣一種系統(tǒng)具有某些由于光源和目標(biāo)的“離軸設(shè)置”而產(chǎn)生的缺點，包括與離軸設(shè)置的方向平行的象散的存在以及要求使該離軸距離最小化所固有的物理限制。象散的作用是降低系統(tǒng)的集中效率并由此減少在目標(biāo)處被收集的通量。另外，由于造成象散畸變，要求光源與目標(biāo)之間的離軸距離最小化，這一點給這樣一個系統(tǒng)中的光源和目標(biāo)的物理尺寸加上了限制。
因此，本發(fā)明的一個目的就是要提供一種同軸光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)增強來自一個位置確定的電磁輻射源所發(fā)出的光的收集，然后由一個小的光學(xué)目標(biāo)接受。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括一個光源、一個主反射器和一個光學(xué)目標(biāo)的同軸光學(xué)系統(tǒng)，其中光源和光學(xué)目標(biāo)都和主反射器的光軸在同一條線上，但是在軸向是相互分開的。
本發(fā)明的再有一個目的是要提供一種同軸光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能消除象散象差以及離軸系統(tǒng)中所固有的物理限制。發(fā)明概述為了達(dá)到這些和其他的目的，本發(fā)明包括一個收集和會聚電磁輻射的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個設(shè)置在一個電磁輻射源一側(cè)的主反射器和一個設(shè)置在源的另一側(cè)的目標(biāo)。主反射器包括一個凹反射表面部分，該部分優(yōu)選地形成反射器的整個表面。
主反射器的凹表面部分--優(yōu)選地基本上為一個超環(huán)面(toroidal)形狀，定義了一根光軸以及一個沿光軸設(shè)置的主曲率中心。電磁輻射源被大致定位在光軸上，但在軸向朝超環(huán)表面部分的方向上偏離至曲率中心一個第一距離。而目標(biāo)，如一根帶芯光纖或一個光纖束，被大致定位在光軸上，但在軸向遠(yuǎn)離超環(huán)表面部分的方向上偏離一個第二距離，用來接受由超環(huán)表面部分反射的源的一個基本上集中后的像。
采用這種方案，第一和第二距離大致上由公式(1－Zs/Er)×(1－Zi/r)＝1構(gòu)成相關(guān)關(guān)系，其中Zs為第一距離，Zi為第二距離，r為主反射器的球面反射表面部分的曲率半徑。
在另一種實施方案中，一個第二反射器，優(yōu)選地具有一個相對于光源凹的表面，被進(jìn)一步加到光源的后面與主反射器相對的一側(cè)來進(jìn)一步增強光的收集。為了使被聚焦的光耦合進(jìn)入光纖目標(biāo)，采用的第二反射器有一個與主反射器光軸相一致的小中心孔。
根據(jù)另一種實施方案，系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括一個殼，該殼的側(cè)壁的內(nèi)表面形成主反射器和第二反射器。在這種情況下，主反射器和第二反射器可以整體結(jié)合在一起，形成一個沿殼的內(nèi)表面設(shè)置的連續(xù)的反射器。再有，該殼還可以包括附加在殼的側(cè)壁上的一個頂部和一個底部，從而形成一個可以被充入氣體的密封殼。在該實施方案中，在殼的輻射收集端設(shè)置有一個窗口，用來使來自殼內(nèi)部的輻射通過它到達(dá)光纖目標(biāo)的輻射收集端，而光纖目標(biāo)的設(shè)置可以靠近也可以遠(yuǎn)離該窗口。
附圖簡述圖1為一個現(xiàn)有技術(shù)聚光器透鏡系統(tǒng)的一個示意例圖。
圖2為一個現(xiàn)有技術(shù)橢圓反射器系統(tǒng)的示意例圖，其中光源被設(shè)置在部分作為反射器輪廓的一個想象中的橢圓的第一焦點上，而目標(biāo)設(shè)置在第二焦點上。
圖3為采用一個球面反射器的一個現(xiàn)有技術(shù)離軸光學(xué)系統(tǒng)在Y-Z平面中的一個示意視圖。
圖4為本發(fā)明的一個實施方案在X-Z平面中的一個示意視圖，其中所示的主反射器和第二反射器為分離的元件。
圖5為本發(fā)明的一個實施方案在Y-Z平面中的一個示意視圖，其中所示的主反射器和第二反射器為分離的元件。
圖6為本發(fā)明的另一個實施方案在X-Z平面中的一個示意視圖，其中所示所采用的主反射器和第二反射器在一個殼內(nèi)被構(gòu)置在一個單個的連續(xù)反射器，且在該殼的輻射收集端具有一個平面窗。
圖7為本發(fā)明的另一個實施方案在X-Z平面內(nèi)的一個示意視圖，其中所示所采用的主反射器和第二反射器在一個殼內(nèi)被設(shè)置成一個單個的連續(xù)反射器，且具有一個半球型的窗。
發(fā)明詳述在下面的描述中，為了進(jìn)行解釋而非限制的目的，首先描述特殊的，如特別的數(shù)字、尺寸和光學(xué)元件等，從而提供一個對本發(fā)明的全面理解。然而，對于本發(fā)明領(lǐng)域的熟練人員而言，本發(fā)明在偏離這些特別詳細(xì)描述的方案下以其他實施方案進(jìn)行也是顯而易見的。在其他場下，省略了對公知的設(shè)備和技術(shù)的詳細(xì)描述，從而不會因為那些不必要的細(xì)節(jié)使和對本發(fā)明的描述變得模糊不清。
按照本發(fā)明，如圖4-7所示，一種會聚和收集光學(xué)系統(tǒng)至少包括三個主要元件(1)光源。一個電磁輻射的光學(xué)點源。在本發(fā)明的說明書中，點光源S可以是任何小角度范圍的電磁輻射小型光源S。典型地，這樣一個光源的線角尺寸小于0.1弧度。例如，一個典型的光源S可以是一個弧間隙(arc gap)約為1mm的電弧燈，其設(shè)置在凹反射器前大約5mm處。然而，在本優(yōu)選實施方案中，光源S為一個弧長為1mm的小型氙弧燈且包容在一個球型玻璃殼中。當(dāng)然，其他殼，如陶瓷也可以被使用，只要輻射被從光源透射出來。例如，一個在柱體的兩端各含有一個窗的柱狀殼可以使輻射從光源S透射出來。一般而言，任何電磁輻射光源如相對于目標(biāo)的尺寸來講是小的均可使用，包括交流和直流電弧燈、氣體放電燈、燈絲燈以及發(fā)光二極管。再有，由一個特定的光源S發(fā)出的輻射的種類包括脈沖輻射，連續(xù)波輻射，相干輻射、非相干輻射、寬帶輻射及窄帶輻射。
(2)主反射器，主反射器M1將來自光源S的電磁輻射聚焦到目標(biāo)T上。如圖4所示，主反射器M1包括一個相對于光源S凹的凹反射表面部分P。根據(jù)該優(yōu)選實施方案，反射表面部分P優(yōu)選地形成整個反射器M1的表面。參見圖4，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)被安排在一個具有正交X、Y、Z軸的空間坐標(biāo)系中，從而使凹反射部分P的曲率中心位于原點O上且其光軸與Z軸相一致。
盡管凹反射表面部分P可以采用多種幾何方案，比如可以是球面、拋物面和橢球面等的一部分，本發(fā)明優(yōu)選地采用一個基本上為超環(huán)面的反射表面部分P。如圖4和圖5所示，該超環(huán)反射表面部分P具有一個在X-Z平面中的主曲率半徑r1(其中在圖4中的X-Z平面中，超環(huán)反射器M1的曲率中心與原點O相一致)以及一個在Y-Z平面中的第二曲率半徑r2(其中在圖5中的X-Z平面中，超環(huán)反射器的曲率中心被設(shè)置在點C2上)。另外，超環(huán)反射器M1的光軸與Z軸是相一致的。主半徑r 1的選擇是為了將被收集的輻射的像點定位在與光源相對的一側(cè)，而第二半徑r2的選擇是為了減少由光源的玻璃外殼g所產(chǎn)生的光學(xué)象差，該殼的作用象一個透鏡。
r2與r1不相等的目的是為了使在Y-Z平面中的光線的象點與在X-Z平面中的光線相一致，從而降低由于一個特殊的光源殼g的透鏡作用而產(chǎn)生的光線之間的偏移。對不產(chǎn)生任何光學(xué)象差的光源外殼，或者對沒有外殼的光源，主半徑r 1將和第二半徑r相等，從而使主反射表面部分P成為球面。盡管實際上凹球面反射鏡可以在所有場合使用，但是彎曲的外殼g包絡(luò)許多光源，比如直流弧燈，造成要求進(jìn)行光學(xué)補償?shù)臋E圓象散。
理論上，一個精確的光學(xué)修正只能通過對所要求進(jìn)行象差數(shù)值補償?shù)姆瓷溏R的表面修正進(jìn)行建模來進(jìn)行。生成的表面將會成為高度地非球面。對實際系統(tǒng)而言，在Y-Z平面中的象差大于在X-Z平面的象差并造成在二個平面中的每一個中的光線焦點相互之間有些偏離。一種近似的、但實際上有用的解決方法涉及采用一種超環(huán)表面，該表面具有一個在X-Z平面的r1，且與Y-Z平面中的r2不相等，這樣可以進(jìn)行一種部分的修正并減小光學(xué)象差和其他不足。通過調(diào)整超環(huán)反射器的第二半徑r2，可以形成畸變較小的像，允許兩個平面中的象點重迭且獲得更高的輻射收集效率。與球面反射器相對比，最終結(jié)果是提高了系統(tǒng)的會聚性能從而將更多部分的光收集進(jìn)入一個小的目標(biāo)，比如一根光纖。
另外，為實用的目的，超環(huán)面或球面表面部分P要進(jìn)行光學(xué)預(yù)處理，比如拋光和應(yīng)用折射膜材料(如鍍鋁)，這種應(yīng)用是在第一玻璃/氣體表面界面上或者是第二外殼材料/玻璃表面界面上。
(3)目標(biāo)目標(biāo)T是一個小的物體，該物體需要用可能的最高電磁輻射密度來照射，在該優(yōu)選實施方案中，目標(biāo)T是一根單芯光纖f，其直徑大約為0.1mm。然而，該目標(biāo)T還包括從一個組中選擇出來的目標(biāo)T，該組由一根或多根具有一個輻射收集端C，且收集端被拋光成的角度與光纖f收集端C的縱軸垂直的光纖；以及一根或多根具有一個輻射收集端C，且收集端被拋光成的角度不與光纖f收集端C的縱軸垂直的光纖組成。
參見圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)上面提及的美國專利4757431號中的教導(dǎo)，所示的一個常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)采用一種“離軸”球面反射器。一個球面反射鏡M具有一個光軸，該軸定義了一個原點設(shè)置在反射鏡M的曲率中心上的坐標(biāo)系的Z軸。一個光源S定位在Y軸上，離開原點的距離為Y0。從光源S發(fā)出的光線由反射鏡M反射后會聚到光軸Z下方且離其Y0距離的一個點附近，從而形成光源S的一個實像I。
然而，離軸光學(xué)系統(tǒng)具有固有的缺點，包括平行于離軸位移方向的像散的存在以及要求離軸距離Y0為最小化的固有物理限制。像散的作用是產(chǎn)生一個點像，該像即不是被合適地聚焦了，也不是以單位放大率被成像在目標(biāo)上。再有，所產(chǎn)生的像散減小了系統(tǒng)的集中效率并由此減小了在目標(biāo)上被收集的通量。另外，為了使像散畸變最小化，需要減小光源S和目標(biāo)之間的離軸距離Y0。這一點給能夠在這樣一種系統(tǒng)中應(yīng)用的光源S和目標(biāo)T的物理尺寸加上了限制。
相比之下，本發(fā)明的同軸系統(tǒng)不會受到上述問題的困擾，這是因為這樣一個事實，即在常規(guī)的離軸系統(tǒng)中由離軸距離Y0所造成的像散被消除了。因此，原則上本發(fā)明可以獲得一個實際上會聚后的像點I，該像點在目標(biāo)T處具有單位放大倍數(shù)。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)的物理尺寸僅受到光源尺寸的限制，而光源本身的尺寸僅受到主反射器M1的曲率的限制。
參考本發(fā)明，如圖4-7所示，一個坐標(biāo)系被定義成使其原點O定位在主凹反射器M1的曲率中心上，而Z軸與反射器M1的光軸是一致的。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，反射器M1的形狀實質(zhì)上是一個主曲率半徑為r1的超環(huán)面，該面所具有的、就X-Z平面中的光線而言的主曲率中心與坐標(biāo)系的原點是一致的。第二曲率半徑r2定義一個相對于Y-Z平面中的光線而言的第二曲率中心，該中心定位在c2點。特別參考圖4，光源S定位在反射器M1的光軸Z上，且離開主曲率中心O一個第一距離Zs。這樣，點S的位置被定義成坐標(biāo)(0，0，Zs)，其中Zs＞0。相類似，光源S的一個像I被生成在主反射器M1的光軸Z上，且離開主曲率中心O一個第二距離Zi。因此，點I的位置就被定義成坐標(biāo)(0，0，Zi)，其中Zi＞0。值Zs和Zi的關(guān)系大致上可由下式來表示(1－Zs/r1)*1－Zi/r1)＝1
如上面所提及，本發(fā)明的優(yōu)選施方案方案采用一種電弧燈作為光源S。這枯一種燈通常具有一個柱型的玻璃殼，在圖3、4、5和6中被標(biāo)為g。參見圖4，優(yōu)選地選擇第一距離Zs，從而使像點I正好落在與主反射器M1相對的一側(cè)的玻璃殼g的外面。就這樣一個方案而言，在像點I處的光源斑尺寸的放大倍數(shù)由下式給出m＝(1－Zi/r1)/(1－Zs/r1)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Zs＞0且Zi＜0時，m＞1。從像點I處看到的主反射器M1的數(shù)值孔徑(NA)等于從光源5處看到的數(shù)值孔徑除以放大倍數(shù)m。而要達(dá)到單位放大率是不可能的，該系統(tǒng)在盡可能使Zi和Zs最小的范圍內(nèi)使放大倍數(shù)達(dá)到最小。
在將本發(fā)明付諸實施中，可以發(fā)現(xiàn)，光學(xué)象差是由光源殼本身產(chǎn)生的，典型地一個球形玻璃殼本身就象一個透鏡。光學(xué)象差的大小程度取決于玻璃殼g的形狀和均勻性。完全的補償只能采用數(shù)值方式對反射器M1的輪廓進(jìn)行調(diào)整來進(jìn)行，這會使其成為高度的非球面。然而，通過選擇一個超環(huán)凹反射器作為主反射表面可以部分實現(xiàn)對光學(xué)象差的補償，該表面具有一個第二半徑r2從而補償燈殼的透鏡作用。在這方面，一個超環(huán)主反射器M1比一個球面反射器更可取，因為后者不能提供任何對光學(xué)象差的補償。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的法國專利1383413號的不同之處在于光源S的位置與所采用的球面反射器的曲率中心不一致。然而，在優(yōu)選實施方案中，一個超環(huán)面主反射器M1部分地補償了由一個燈殼g或罩所產(chǎn)生的光學(xué)象差。如果沒有殼或者光源和反射器被包絡(luò)在同一個殼中，另一種可選擇的實施方案由一個球面反射器組成，因為對這種實施方案而言，超環(huán)反射器的主半徑和第二半徑r1、r2是相等的。
本發(fā)明中的主要收集效率損失來源于光源S本身所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)，不管來源是一個燈絲，一對電極，還是發(fā)出電磁輻射的其他方法。盡管本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比產(chǎn)生更高質(zhì)量的成像，但將輻射傳播到目標(biāo)上的效率都較低。然而，收集效率的增強可以通過在光源S后面且與主反射器M1相對的一側(cè)加上一個第二反射器M2來實現(xiàn)。第二反射器M2的曲率中心與點S相一致另外，第二反射器M2應(yīng)設(shè)置有一個主反射器和光軸一致的小中心孔，該孔可以使一個目標(biāo)，比如一根光纖f的收集端C從中通過，從而使光纖f的收集端C可以定位在點I上。優(yōu)選地，第二反射器M2具有一個相對于光源S是凹的、實際上為球面的反射表面。此外，第二反射器M2的反射表面還可以形成一個形狀的一部分，包括一種超環(huán)面形狀或一種非球面超環(huán)面形狀。另外，第二反射器M2的反射表面能夠進(jìn)行光學(xué)預(yù)處理從而控制輻射通量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，如圖6和7所示，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個具有外壁7的殼5，外壁7具有一個構(gòu)成主反射器M1和第二反射器M2的內(nèi)表面8。在這種情況下，主反射器M1和第二反射器M2(比如，它們的反射表面)可以整體結(jié)合在一起形成一個沿殼5的內(nèi)表面8設(shè)置的、連續(xù)的反射器9。殼優(yōu)選地用陶瓷來制造，盡管許多各種材料，包括玻璃，硼硅玻璃(pyrex)，石英等也可以使用。再有，殼5還包括附加在殼5的外壁7上的一個頂部和一個底部從而形成一個能夠被充入氣體的密封殼。在這種方式中，殼5可以由一種離子化(ionizing)氣體進(jìn)行加壓且被裝配有所選的弧燈S的電極，從而使亮度最大而使所產(chǎn)生的弧的角范圍最小。
另外，在殼5的輻射收集端E可以設(shè)置一個窗W，用來使來自殼5內(nèi)部的輻射通過并到達(dá)一根光纖的輻射收集端C。因此，光纖f的輻射收集端C可以被設(shè)置成靠近窗W或者遠(yuǎn)離窗W。窗W本身可以包括一個平面表面P，該表面是由一種基本上透明的非成像光學(xué)元件或者一種基本上透明的成像光學(xué)元件形成的(見圖6)，或者其他一種情況，一個平面表面P具有一個透明的非成像半球形窗J，該窗的中心定位在形成在平面表面P中的像點I附近。同樣，為了控制輻射通量，窗W可以進(jìn)行光學(xué)預(yù)處理。
可以理解的是，在不偏離本公開的精神或基本特征的前提下，上述發(fā)明可以在其他特定的方案和外殼中得以實施。這樣，可以認(rèn)為，本發(fā)明不受前面所描述的細(xì)節(jié)的限制，而是由所附的權(quán)利要求來限定的。
權(quán)利要求
1.一種會聚和收集電磁輻射的系統(tǒng)，包括一個具有一個凹反射表面部分的主反射器，該凹表面部分具有一根光軸和沿光軸設(shè)置的一個主曲率中心；一個電磁輻射源，被大致定位在光軸上，但在軸向朝凹表面部分的方向偏離凹表面部分的主曲率中心一個第一距離；及一個目標(biāo)，被大致定位在光軸上，但在軸向遠(yuǎn)離凹表面部分的方向上偏離凹表面部分的主曲率中心一個第二距離，用來接受由凹表面部分反射的源的一個基本上會聚后的像。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，第一和第二距離的關(guān)系可以大致由下式表示(1－Zs/r1)×(1－Zi/r1)＝1其中，Zs是第一距離，Zi是第二距離，r1是主反射器的凹反射表面部分的主曲率半徑。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，凹表面部分包括一個大致的拋物形、一個大致的橢圓形、一個大致的超環(huán)面形和一個大致的非球面形中的一個。
4.發(fā)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中的凹表面部分包括一個大致為超環(huán)面的形狀，從而形成一個在第一平面中具有主曲率中心和一個相應(yīng)的主曲率半徑以及在與第一平面垂直的第二平面中具有一個第二曲率中心和相應(yīng)的第二曲率半徑的超環(huán)面表面部分，主曲率半徑的長度與第二曲率半徑的長度不同，從而減小由于一個特殊的、包圍光源的殼所造成的光學(xué)像差，這是通過使在第一平面中光線產(chǎn)生的第一像點與在第二平面中光線產(chǎn)生的第二像點相一致來進(jìn)行的。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中凹表面部分形成整個主反射器表面。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中電磁輻射源包括從一組光源中選擇出來的一個光源，該組光源由一個交流電弧燈、一個直流電弧燈、一個氣體放電燈、一個燈絲燈、一個發(fā)光二極管和一個半導(dǎo)體組成。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源所發(fā)出的輻射包括從一組輻射中選擇出來的輻射，該組輻射由脈沖輻射、連續(xù)波輻射、相干輻射、非相干輻射、單色輻射、寬帶輻射、窄帶輻射以及脈沖輻射、連續(xù)波輻射、相干輻射、非相干輻射、單色輻射、寬帶輻射和窄帶輻射的任何組合來組成。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中目標(biāo)包括從一個目標(biāo)組中選擇出來的一個目標(biāo)，該目標(biāo)組由至少一根具有一個近端面、且該端被切割的角度與光纖近端的縱軸垂直的光纖以及至少一根具有一個近端面、且該端被切割的角度與光纖近端的縱軸不垂直的光纖組成。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源包括一個具有一個殼的燈，且一個修正光學(xué)件被設(shè)置在一個位置上，該位置可以從一個位置組中選擇出來，該位置組由介于主反射器的凹表面部分與光源之間的一個第一位置以及介于光源和目標(biāo)之間的一個第二位置組成，從而補償在基本上聚焦后的像中由燈的殼所造成的光學(xué)像差。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個第二反射器，相對光源而言，該反射器基本上設(shè)置在與主反射器的凹反射部分相對的的地方，用來反射從光源發(fā)出的光，使其通過光源且到達(dá)主反射器的凹反射表面部分。
11.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中第二反射器具有一個相對于光源凹的反射表面，該表面包括從一個組中選擇出來的一個形狀的一部分，該組由一個大致為超環(huán)面的形狀，一個大致為球面的形狀和一個大致為非球面的形狀組成。
12.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中主反射器的反射表面被至少進(jìn)行一種光學(xué)預(yù)處理，以控制輻射通量。
13.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中的目標(biāo)包括具有一根收集端的光纖，用來接收從主反射器的凹表面部分反射的輻射，而第二反射器具有一個帶一個孔的表面，該孔形成在與光軸相一致的表面中，用來使光纖的收集端通過。
14.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個具有側(cè)壁的殼，其內(nèi)表面形成主反射器和第二反射器。
15.如權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中該殼進(jìn)一步包括附加在殼的側(cè)壁上的一個頂部和一個底部，從而形成一個能夠被充入加壓氣體的密封殼。
16.如權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中主反射器和第二反射器被整體結(jié)合在一起，形成一個沿殼的內(nèi)表面設(shè)置的連續(xù)的反射器。
17.如權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中殼進(jìn)一步包括一個設(shè)置在殼的一個輻射收集端的窗，用來使來自殼內(nèi)部的輻射通過并到達(dá)一根光纖的近端，該光纖是從一個組中選擇出來的，該組由具有一個靠近窗設(shè)置的輻射收集端的一根第一光纖和具有一個遠(yuǎn)離窗設(shè)置的輻射收集端的一根第二光纖組成。
18.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中窗包括由從一個組中選擇出來的材料所制成的一個平面表面，該組由一種基本上透明的非成像光學(xué)元件和一種基本上透明的成像光學(xué)元件組成。
19.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中窗包括一個平面表面，該輻射表面具有一個形成在平面表面內(nèi)的透明、非成像半球形窗，該半球形窗的中心定位在由主反射器的球面表面部分反射的、基本上已聚焦后的像的附近。
20.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中的窗至少進(jìn)行一次光學(xué)預(yù)處理從而控制輻射通量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種會聚和收集電磁輻射的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個設(shè)置在一個電磁輻射源(S)一側(cè)的主反射器(P，M1)和一個設(shè)置在源(S)的另一側(cè)的目標(biāo)(T)。主反射器(P，M1)包括一個凹的反射表面部分，該部分優(yōu)選地形成整個反射器的表面。主反射器(P，M1)的凹表面部分，優(yōu)選地基本上具有超環(huán)面形狀，定義了一根光軸和沿光軸(Z)設(shè)置的主曲率中心。電磁輻射源(S)大致定位在光軸(Z)上，但是在軸向朝凹表面部分的方向偏離曲率中心一個第一距離。而目標(biāo)，如一根單芯光纖(f)或者一個光纖束，被大致定位在光軸(Z)上，但是在軸向偏離曲率中心一個第二距離。
文檔編號G02B17/06GK1139985SQ95191452
公開日1997年1月8日 申請日期1995年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月1日
發(fā)明者格倫·S·貝克, 道格拉斯·M·布倫納, 羅伯特·L·皮喬尼 申請人:考金特光學(xué)技術(shù)公司