[實用新型]易于與激光-光纖組耦合、束散角可調激光發射光學系統

有效

• 申請號: 201120217751.0
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN202182974U
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 周必方;周子元;蔣筱如;孫權;朱曉兵
• 申請（專利權）人: 南京英田光學工程有限公司;周必方;周子元
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/30;G02B27/10;H04B10/12
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧進

技術領域

本實用新型涉及一種激光發射光學系統，尤其涉及一種既易于與激光-光纖組耦合，又可調節束散角的光學系統。?

背景技術

　　激光通信包括光纖通信和無線激光通信。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,構成光纖通信的基本物質要素是光纖、光源和光檢測器。光纖通信的原理是：在發送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號，然后調制到激光器發出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖發送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經解調后恢復原信息．?

　　激光通信終端中的光源（Light?source?）主要分為半導體激光器LD?（Laser?Diode）?和發光二極管LED(Light?Emitting?Diode?),其中LD多采用砷化鎵二極管(GaAs?Laser?Diode)，接收器主要采用PIN(Positive?Intrinsic?Negative?Diode)或APD(Avalanche?photodiode)或波導型PIN光探測器（WG-PIN-PD）。

????在光通信中。光耦合是一個重要的指標。光耦合，就是把把光從一個物件有效轉移到另一個物件中的過程。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。為了提高光轉移的有效性，在兩個物件之間常常還有其它物件，如球透鏡、光準直器、柱透鏡、增透膜等。?

束散角也是光通信中的重要指標。因為雖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，存在的這個角就是束散角。束散角是無法完全消除的。由于束散角的存在，激光在向前傳播過程中，向外發散，使光束半徑不斷擴大。因此，激光束散角是評價激光質量的一個重要參數。束散角不僅反映了遠距離傳輸時的發散特性，并且能較為精確評估出相關激光儀器的品質及激光的傳輸質量。在許多應用領域，都要求激光的遠場發散角小，高斯光束發散角的減小能有效利用激光能量，使光束達到良好的方向性和高亮度，降低系統發射功率和接收靈敏度等方面的要求，增大通信距離。?

激光發射光學系統，既要滿足不同芯徑、不同光纖數值孔徑、大功率、高亮度的光纖耦合激光輸出，還要根據不同系統的不同要求設置不同的束散角，傳統激光發射光學系統很難同時滿足這兩個條件。傳統激光發射光學系統即便同時滿足了要求，也是針對特定波長激光、特定光纖芯徑、特定束散角的專用系統，無法轉換以適應不同的光纖和束散角，使得激光發射光學系統的設計、制造一直陷于高成本和低效率的怪圈中。?

實用新型內容

針對以上技術問題，本實用新型提供了一種易于與激光-光纖組耦合、束散角可調激光發射光學系統。所述光學系統包括光源、傳光束光纖、轉像系統和發射望遠鏡系統，所述轉像系統一端包括擴束準直鏡，轉像系統其另一端的擴束準直鏡即為所述發射望遠鏡系統的目鏡，轉像系統和發射望遠鏡系統通過目鏡連接，所述發射望遠鏡系統還包括物鏡，從光源引出的傳光束光纖與轉像系統耦合；工作時，光線由光源發出后，經傳光束光纖進入轉像系統，光線經轉像系統擴束準直、變倍后，經發射望遠鏡系統后脫離發射端。?

所述光學系統還包括傾斜鏡、分光鏡、衰減片組件、接收光學系統、接收器、精確指向監測光學系統和探測器；傾斜鏡位于轉像系統中；分光鏡位于傾斜鏡、轉像鏡、衰減片組件、接收光學系統之間；工作時，光線由光源發出后，經傾斜鏡反射，一部分光經分光鏡反射的光經轉像系統擴束準直、變倍后，經發射望遠鏡系統后脫離發射端，經分光鏡透射的另一部分光經衰減片組件、精確指向監測光學系統后落入探測器；接收信號時，入射光從發射望遠鏡系統進入目鏡，經分光鏡透射后，經接收光學系統落入接收器。

傳光束光纖為單模光纖或者多模光纖；為單模光纖時，其纖芯直徑小于10μm，其光纖數值孔徑NA的范圍在0.11到0.31之間；為多模光纖時，其纖芯直徑為50μm到1mm，其光纖數值孔徑NA的范圍在0.18到0.23之間。所述光學系統束散角大于1μrad。傾斜鏡的擺動幅度在±2mrad之間。

實際應用中，光纖數值孔徑影響擴束準直鏡視場和相對孔徑的大小。光束經轉像系統所成的纖徑像Ф’取決于轉像系統的轉像倍率關系，轉像倍率可以是1:1,也可以是其他比率，所以纖徑像Ф’可以大于、等于、小于纖徑Ф。束散角大小也影響擴束準直鏡視場大小。發射望遠鏡目鏡參數隨著擴束準直鏡參數而決定，發射望遠鏡物鏡相對孔徑等于目鏡即擴束準直鏡的相對孔徑。?