日光光纖導(dǎo)光耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種日光光纖導(dǎo)光耦合器，包括有導(dǎo)入段和傳輸段，所述的導(dǎo)入段呈圓臺(tái)形，圓臺(tái)大端為進(jìn)光端，圓臺(tái)小端為出光端，所述的導(dǎo)入段由摻雜石英玻璃組成，折射率n1為1.2～1.4，所述的傳輸段為圓柱形，其一端與導(dǎo)入段的圓臺(tái)小端相耦合，傳輸段由摻雜石英玻璃基體組成，摻雜石英玻璃基體的折射率n2為1.45～1.52。本發(fā)明的有益效果在于：1.安設(shè)于太陽(yáng)光和導(dǎo)光光纖之間，能將匯聚的太陽(yáng)光高效低損耦合至導(dǎo)光光纖，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光的采集和照明；2.采用摻雜石英玻璃和特定的形狀及涂覆層，具備耦合效率高、溫度性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、耐高溫性能和抗老化性能好的特點(diǎn)，特別適于與石英玻璃導(dǎo)光光纖相耦合；3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制作。
【專利說(shuō)明】日光光纖導(dǎo)光耦合器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種日光光纖導(dǎo)光耦合器，具體設(shè)計(jì)一種通過(guò)匯聚采集日光耦合到石英光纖進(jìn)行柔性傳輸?shù)鸟詈掀骷?，屬于太?yáng)光采集照明傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)光即日光是自然界取之不盡的巨大自然光源，也是一種綠色能源，迄今為止人類對(duì)太陽(yáng)光能的利用還停留在較為初始的階段。對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行有效地采集、利用并輸送到一些既需要照明而對(duì)安全要求又非常嚴(yán)格的場(chǎng)所如武器彈藥庫(kù)、油庫(kù)、礦井、煤氣房以及其他一些易燃易爆的場(chǎng)所和不能直接采光的建筑物內(nèi)，解決上述場(chǎng)所的照明問(wèn)題，意義重大。而如何提高日光的耦合效率也是目前面臨的重要課題。在中國(guó)專利95107312.5名稱為“太陽(yáng)光采光裝置及控制該太陽(yáng)光采光裝置的太陽(yáng)光采光控制裝置”中涉及到光學(xué)、計(jì)算機(jī)、傳感器以及其他相關(guān)技術(shù)，但在會(huì)聚光與石英光纖的耦合方面未具體結(jié)構(gòu)描述。中國(guó)專利201110258872.4 “一種分光型陽(yáng)光輸送機(jī)”里描述了將太陽(yáng)光進(jìn)行透鏡匯聚之后，聚焦在塑料光纖端面上，使用光學(xué)接口器降低聚焦端面的溫度，從而防止塑料光纖損傷。但塑料光纖的耐聞溫抗老化性能尚需提聞。
[0003]對(duì)于可見光波段范圍的光進(jìn)行傳輸，石英光纖有著本征的優(yōu)勢(shì):石英材質(zhì)的優(yōu)良物理和化學(xué)穩(wěn)定性，使得傳輸中高功率太陽(yáng)光的長(zhǎng)期可靠性得到保證，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的使用壽命。但太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)透鏡裝置匯聚之后，其光束質(zhì)量與一般的激光有較大的差距，因此使經(jīng)透鏡聚焦的太陽(yáng)光耦合進(jìn)石英光纖有著較大的技術(shù)難度。太陽(yáng)光一旦沒有耦合進(jìn)石英光纖，將在光纖的端面和涂覆層產(chǎn)生大量的熱量，從而影響系統(tǒng)的耦合效率和耦合點(diǎn)的性能。因此提高匯聚太陽(yáng)光與石英光纖的耦合效率至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種耦合效率高，溫度性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)的日光光纖導(dǎo)光耦合器。
[0005]本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:包括有導(dǎo)入段和傳輸段，所述的導(dǎo)入段呈圓臺(tái)形，圓臺(tái)大端為進(jìn)光端，圓臺(tái)小端為出光端，所述的導(dǎo)入段由摻雜石英玻璃組成，折射率nl為1.2-1.4，所述的傳輸段為圓柱形，其一端與導(dǎo)入段的圓臺(tái)小端相耦合，傳輸段由摻雜石英玻璃基體組成，摻雜石英玻璃基體的折射率n2為1.45-1.52。
[0006]按上述方案，在傳輸段摻雜石英玻璃基體的外周面涂有折射率較低的涂覆層，涂覆層的折射率n3為1.3-1.44，與摻雜石英玻璃基體形成全反射結(jié)構(gòu)。
[0007]按上述方案，所述的導(dǎo)入段進(jìn)光端圓臺(tái)大端直徑Dl為2mnT4mm,出光端圓臺(tái)小端直徑D2為lmm±0.5mm,導(dǎo)入段軸向長(zhǎng)度LI為5mm~10mm。
[0008]按上述方案，所述的傳輸段直徑與導(dǎo)入段出光端圓臺(tái)小端直徑D2相同，傳輸段軸向長(zhǎng)度L2為8mm~20mm。
[0009]按上述方案，所述的導(dǎo)入段由摻氟石英玻璃或摻硼石英玻璃組成。[0010]按上述方案，所述的傳輸段由摻鍺石英玻璃或摻磷石英玻璃組成。
[0011 ] 按上述方案，所述的涂覆層為樹脂涂覆層或硅橡膠涂覆層。
[0012]按上述方案，所述的導(dǎo)入段通過(guò)圓臺(tái)小端端面與傳輸段一端端面熔接耦合。
[0013]本發(fā)明使用時(shí)導(dǎo)入段前端與匯聚透鏡相配置，傳輸段的末端與導(dǎo)光光纖相耦合，其耦合導(dǎo)光過(guò)程為:波長(zhǎng)范圍400-700nm的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)匯聚透鏡等之后，將平行發(fā)射的太陽(yáng)光相匯聚，匯聚光斑直徑約為2-4_，匯聚光斑照射在器件匯聚面上，首先導(dǎo)入圓臺(tái)形的導(dǎo)入段；匯聚的太陽(yáng)光在導(dǎo)入段全反射傳輸?shù)絺鬏敹?，匯聚的太陽(yáng)光在導(dǎo)入段的全反射傳輸通過(guò)導(dǎo)入段與空氣的折射率差來(lái)實(shí)現(xiàn)，而傳輸段則是通過(guò)與其表面的涂覆層的折射率差形成全反射；匯聚的太陽(yáng)光在傳輸段的末端出射耦合器，入射到導(dǎo)光光纖石英芯層，通過(guò)導(dǎo)光光纖石英芯層與其涂層的折射率差，實(shí)現(xiàn)全反射低損耗傳輸。最終太陽(yáng)光從導(dǎo)光光纖的另一端射出，完成太陽(yáng)光的采集和照明。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:1、安設(shè)于太陽(yáng)光和導(dǎo)光光纖之間，能將匯聚的太陽(yáng)光高效低損耦合至導(dǎo)光光纖，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光的采集和照明；2、采用摻雜石英玻璃和特定的形狀及涂覆層，具備溫度性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、耐高溫性能和抗老化性能好的特點(diǎn)，特別適于與石英玻璃導(dǎo)光光纖相耦合；3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的正剖視圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步具體描述本發(fā)明。
[0018]包括有導(dǎo)入段I和傳輸段2，所述的導(dǎo)入段呈圓臺(tái)形，圓臺(tái)大端為進(jìn)光端，圓臺(tái)小端為出光端，所述的導(dǎo)入段由摻氟石英玻璃組成，折射率nl為1.3，所述的導(dǎo)入段進(jìn)光端圓臺(tái)大端直徑Dl為4mm,出光端圓臺(tái)小端直徑D2為Imm,導(dǎo)入段軸向長(zhǎng)度LI為6mm。所述的傳輸段為圓柱形，其一端與導(dǎo)入段的圓臺(tái)小端熔接耦合，傳輸段由摻鍺石英玻璃基體組成，摻鍺石英玻璃基體的折射率n2為1.46，所述的傳輸段直徑與導(dǎo)入段出光端圓臺(tái)小端直徑D2相同，傳輸段軸向長(zhǎng)度L2為IOmm ;在傳輸段石英玻璃基體的外周面涂有折射率較低的涂覆層3，所述的涂覆層為硅橡膠涂覆層，涂覆層的折射率n3為1.4，涂覆層直徑D3為D2+0.5mm,即涂覆層的單邊厚度為0.25mm,與石英玻璃基體形成全反射結(jié)構(gòu)。
[0019]本實(shí)施例中，所述太陽(yáng)光匯聚透鏡4直徑為100mm，經(jīng)過(guò)匯聚的太陽(yáng)光入射到耦合器導(dǎo)入段I的進(jìn)光端表面，經(jīng)過(guò)導(dǎo)入段將被低損耗導(dǎo)入和傳輸至傳輸段2，經(jīng)耦合器件傳輸段傳輸并出射的匯聚太陽(yáng)光，將傳輸至導(dǎo)光光纖石英基體5中，導(dǎo)光光纖石英芯層外表面涂有樹脂層涂覆層6，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)耦合傳輸過(guò)程。傳輸段摻雜石英玻璃基體與太陽(yáng)光導(dǎo)光光纖石英基體熔融焊接，也可以采用空間耦合，使用空間耦合時(shí)需加上折射率匹配油或膏，降低太陽(yáng)光的散射，提高耦合效率；使得太陽(yáng)光幾乎無(wú)損導(dǎo)入，降低耦合損耗。從而實(shí)現(xiàn)將匯聚的太陽(yáng)光輸送至太陽(yáng)光導(dǎo)光光纖進(jìn)行傳輸。
【權(quán)利要求】
1.一種日光光纖導(dǎo)光耦合器，其特征在于包括有導(dǎo)入段和傳輸段，所述的導(dǎo)入段呈圓臺(tái)形，圓臺(tái)大端為進(jìn)光端，圓臺(tái)小端為出光端，所述的導(dǎo)入段由摻雜石英玻璃組成，折射率m為1.2~1.4，所述的傳輸段為圓柱形，其一端與導(dǎo)入段的圓臺(tái)小端相耦合，傳輸段由摻雜石英玻璃基體組成，摻雜石英玻璃基體的折射率n2為1.45-1.52。
2.按權(quán)利要求1所述的日光光纖導(dǎo)光耦合器，其特征在于在傳輸段摻雜石英玻璃基體的外周面涂有折射率較低的涂覆層，涂覆層的折射率n3為1.3-1.44，與摻雜石英玻璃基體形成全反射結(jié)構(gòu)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的日光光纖導(dǎo)光耦合器，其特征在于所述的導(dǎo)入段進(jìn)光端圓臺(tái)大端直徑Dl為2mnT4mm,出光端圓臺(tái)小端直徑D2為lmm±0.5mm,導(dǎo)入段軸向長(zhǎng)度LI為5mm~10mmo
4.按權(quán)利要求1或2所述的日光光纖導(dǎo)光耦合器，其特征在于所述的傳輸段直徑與導(dǎo)入段出光端圓臺(tái)小端直徑D2相同，傳輸段軸向長(zhǎng)度L2為8mn-20mm。
5.按權(quán)利要求1或2所述的日光光纖導(dǎo)光稱合器,其特征在于所述的導(dǎo)入段由摻氟石英玻璃或摻硼石英玻璃組成。
6.按權(quán)利要求1或2所述的日光光纖導(dǎo)光I禹合器,其特征在于所述的傳輸段由摻鍺石英玻璃或摻磷石英玻璃組成。
7.按權(quán)利要求2所述的日光光纖導(dǎo)光耦合器，其特征在于所述的涂覆層為樹脂涂覆層或硅橡膠涂覆層。
8.按權(quán)利要求1或2所述的日光光纖導(dǎo)光耦合器，其特征在于所述的導(dǎo)入段通過(guò)圓臺(tái)小端端面與傳輸段一端端面熔接耦合。
【文檔編號(hào)】F21S11/00GK103454717SQ201310396261
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】涂峰, 張樹強(qiáng), 劉非, 古楊 申請(qǐng)人:長(zhǎng)飛光纖光纜有限公司