[發明專利]一種可調光纖準直系統

有效

• 申請號: 201610239537.2
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105759462B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 黨安紅;丁圣利
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00;G02F1/01;G02B6/32
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發明公布了一種可調光纖準直系統，包括單模光纖、氣體環境、氣敏材料薄膜，還包括準直器件；準直器件為漸變折射率棒透鏡或漸變折射率光纖，其入射端面相對于橫截面傾斜；在單模光纖的部分表面或漸變折射率光纖的部分表面鍍有氣敏材料薄膜；氣體環境是一個充滿氣體的密封容器，將鍍膜部分光纖置于氣體環境內；氣體與氣敏材料薄膜發生化學反應，氣敏材料薄膜與鍍膜部分光纖表面之間的剪應力使得光纖發生軸向形變，從而使得激光光程發生改變，由此改變出射準直器件端面處激光的發散角。本發明可通過控制氣體的分壓調節氣敏材料的形變量，從而使得出射光的發散角在最大發散角和最小發散角之間精密可調。

技術領域

本發明屬于光電子領域，涉及光學、光電子學和機械學，尤其涉及一種對空間光傳輸系統中發射端光信號進行預準直的可調光纖準直系統。

背景技術

在空間光傳輸過程中，光束的發散角直接影響系統的性能，一般地，必須對發射光的發散角進行壓縮，壓縮光束發散角的器件采用準直器?，F有的空間光傳輸系統中，準直器主要有倒置望遠鏡準直器和光纖準直器。倒置望遠鏡準直器通常由兩片凸透鏡構成，第一片透鏡的后焦點與第二片透鏡的前焦點位置重合。光纖準直器主要由單模光纖和漸變折射率光纖/漸變折射率棒組成。對于包含漸變漸變折射率棒的光纖準直器，通常還會有插針和套管等部件用來固持單模光纖和漸變折射率棒。光纖準直器利用漸變折射率光纖/漸變折射率棒的自聚焦特性達到對激光進行準直的光學效果。其中，光纖準直器因具有靈活、方便等特點而備受關注。

目前主要的光纖準直器分為兩種：一種是主要由單模光纖和漸變折射率光纖組成，另一種是主要由單模光纖和漸變折射率棒組成。前一種在封裝時已經將單模光纖和漸變折射率光纖熔接在一起，并通過熱處理使得出射光的光學效果達到最佳。后一種在封裝的過程是先將單模光纖插入插針中，并將插針與漸變折射率棒粘合在一起，然后調節單模光纖與漸變折射率棒的相對位置，待出射光光學效果最佳時將單模光纖與插針粘合。在現有的專利中，關于后一種的論述相對較多，其制作工藝也相對成熟；然而與前一種光纖準直器相比，其體積較大。

最典型的光纖準直器由美國專利20050185887給出，其原理圖如附圖2所示。附圖2所示的光纖準直器包括：單模光纖101，其末端夾持在毛細管105中；漸變折射率棒透鏡108，與毛細管105一起封裝在套管109中；漸變折射率棒透鏡108將出射單模光纖101的光進行準直；漸變折射率棒透鏡108的入射端面相對于其軸心略微傾斜，以減小反射的影響。

利用光纖準直器對激光進行準直的關鍵在于：1)漸變折射率光纖/漸變折射率棒必須為某一固定長度，2)單模光纖出射光的焦點必須位于漸變折射率光纖/漸變折射率棒的焦平面上。前者對漸變折射率光纖/漸變折射率棒的生產提出了嚴格的要求，后者對于光纖準直器的封裝提出了嚴格的要求；兩個條件其中任何一個有誤差都將導致光纖準直器的出射光不理想。但是，無論是上述哪種光纖準直器，在確定單模光纖和漸變折射率光纖/漸變折射率棒的相對位置時，均采用機械調節方法，容易引入偶然誤差，一致性不好?，F有的高精密設備中，位置精度大致在微米至亞微米量級。因此，上述光纖準直器的在制作過程中的調節精度也受限于微米至亞微米量級。因此，傳統光纖準直器方案無法自由調整，實際使用極為不便。

同時，在實際的空間光傳輸系統中，由于存在大氣湍流和收發兩端對準誤差的影響，光束的發散角并不是越小越好；而是根據實時的湍流強度和對準誤差，存在一個最優發散角，即空間光傳輸系統的最優光束發散角隨信道狀態的變化而變化。因此，在實際的空間光傳輸系統應用中，光束的發散角需要實時精確可調。

綜上所述，附圖2所代表的現有的光纖準直器，其輸出光發散角是固定的，并且需要精確裝配，在實際應用中存在許多困難。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種對空間光傳輸系統中發射端光信號進行預準直的可調光纖準直系統，采用在單模光纖或者漸變折射率光纖的表面鍍有氣敏材料薄膜，通過控制氣體的分壓調節氣敏材料的形變量，從而使得出射光的發散角在最大發散角和最小發散角之間精密可調。