[實(shí)用新型]一種大數(shù)值孔徑用于光纖束與探測(cè)器耦合的光學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720849099.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN207081864U
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李菁文;趙一鳴;王鈺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京遙測(cè)技術(shù)研究所;航天長(zhǎng)征火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G02B6/42
• 分類號(hào): G02B6/42
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心11009
• 代理人: 張曉飛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種大數(shù)值孔徑耦合光學(xué)系統(tǒng)，用于光纖出射光不能直接耦合進(jìn)探測(cè)器中的情況，能夠提高耦合效率并可在探測(cè)器前加入濾光片等元件，適用于激光雷達(dá)接收處理、激光器與光纖耦合等系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光纖的優(yōu)良特性，使之在光纖通信、傳感、傳像、傳光照明與能量信號(hào)傳輸?shù)确矫娴念I(lǐng)域被廣泛而大量的應(yīng)用。而光纖耦合技術(shù)的研究國(guó)外早在上世紀(jì)80 年代就開始了，1986年，H.Ueno和M.Toyama用單個(gè)平凸梯度折射率透鏡將激光器的光耦合進(jìn)單模光纖；KenjiKawano使用一個(gè)球面透鏡和兩個(gè)自聚焦棒作為耦合系統(tǒng)，得到了3.0dB的最大耦合效率。目前，國(guó)外光纖耦合模塊技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，其中最典型的有：美國(guó)的太陽神(Apollo)公司已經(jīng)生產(chǎn)了輸出功率為1500W的光纖耦合模塊，日本鋼鐵公司Yamaguchi提出的多棱鏡陣列耦合方法，英國(guó)南安普頓大學(xué)光電研究中心Clack Son提出的雙反射鏡光纖耦合方法，德國(guó)夫朗和菲激光技術(shù)研究所基于階梯反射鏡光纖耦合方法等。但是，上述耦合方法基本都是針對(duì)激光器出射光耦合進(jìn)光纖中的，并不能應(yīng)用在激光雷達(dá)中繼光學(xué)接收處理系統(tǒng)中。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的技術(shù)解決問題：根據(jù)激光雷達(dá)系統(tǒng)需求，設(shè)計(jì)了一種大數(shù)值孔徑，用于將光纖束出射光耦合進(jìn)探測(cè)器中的耦合光學(xué)系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)的耦合系統(tǒng)光路中能夠加入濾光片，解決了光纖束與探測(cè)器之間的光傳輸問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種大數(shù)值孔徑用于光纖束與探測(cè)器耦合的光學(xué)系統(tǒng)，包括光纖束系統(tǒng)、耦合光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器；所述耦合光學(xué)系統(tǒng)包括準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡；光纖束系統(tǒng)放置在準(zhǔn)直鏡焦平面處，探測(cè)器放置在聚焦鏡焦平面處；耦合光學(xué)系統(tǒng)接收光纖束出射的發(fā)散光，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直成平行光，最后由聚焦鏡聚焦到探測(cè)器光敏面上。

所述耦合光學(xué)系統(tǒng)還包括濾光片；濾光片放置在準(zhǔn)直鏡與聚焦鏡之間的平行光路中，濾光片的入射角度θ＝1°。

所述準(zhǔn)直鏡的出瞳與耦合鏡組的入瞳重合。

所述耦合光學(xué)系統(tǒng)的波長(zhǎng)λ＝1064nm，光纖數(shù)值孔徑NA＝0.22，光纖束纖芯直徑Φ2.8mm，探測(cè)器光敏面直徑Φ0.8mm。

所述準(zhǔn)直鏡包括三片鏡片，鏡片類型依次為凸透鏡、凹透鏡、凸透鏡，鏡片材料依次為H-ZF7LA、BK7、H-ZF7LA。

所述聚焦鏡包括三片鏡片，鏡片類型依次為凸透鏡、凹透鏡、凸透鏡，鏡片材料依次為H-ZF7LA、BK7、H-ZF7LA。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本實(shí)用新型區(qū)別于現(xiàn)有的將激光器等光源光耦合進(jìn)光纖中的耦合技術(shù)，而是將光纖束發(fā)散光耦合進(jìn)探測(cè)器中，開拓了光纖耦合的應(yīng)用范圍，能夠應(yīng)用在多種激光雷達(dá)系統(tǒng)中。

(2)本實(shí)用新型采用準(zhǔn)直鏡+聚焦鏡組合的形式進(jìn)行耦合鏡設(shè)計(jì)，在裝調(diào)時(shí)可以先裝調(diào)準(zhǔn)直鏡，調(diào)成平行光后再進(jìn)行聚焦鏡裝調(diào)，可以降低裝調(diào)難度與周期。

(3)本實(shí)用新型解決了探測(cè)器前加裝濾光片的問題，由于探測(cè)器入射光一般為聚焦光，但是濾光片對(duì)光線入射角有嚴(yán)格的要求，不能超過一定的角度，否則會(huì)引起透射率的大大降低，本實(shí)用新型中準(zhǔn)直鏡與聚焦鏡之間的平行光可以加裝濾光片。

(4)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)靈活，在平行光部分可以根據(jù)不同的使用需求加入分光鏡、分色鏡等光學(xué)元件，能夠滿足不同的使用條件。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型耦合光學(xué)系統(tǒng)原理圖；

圖2為本實(shí)用新型耦合光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直鏡設(shè)計(jì)圖；

圖3為本實(shí)用新型耦合光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直鏡MTF評(píng)價(jià)圖；

圖4為本實(shí)用新型耦合光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直鏡點(diǎn)列圖；

圖5為本實(shí)用新型耦合光學(xué)系統(tǒng)聚焦鏡設(shè)計(jì)圖；

圖6為本實(shí)用新型耦合光學(xué)系統(tǒng)聚焦鏡MTF評(píng)價(jià)圖；

圖7為本實(shí)用新型耦合光學(xué)系統(tǒng)聚焦鏡點(diǎn)列圖；

圖8本實(shí)用新型耦合光學(xué)系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖。

具體實(shí)施方式

一種大數(shù)值孔徑用于光纖束與探測(cè)器耦合的光學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)光纖束發(fā)散光與探測(cè)器光敏面耦合功能，耦合光學(xué)系統(tǒng)原理圖如圖1所示：

考慮到探測(cè)器前面需加入濾光片，而濾光片對(duì)光線入射角度有要求的問題，設(shè)計(jì)的耦合光學(xué)系統(tǒng)分為準(zhǔn)直鏡組與聚焦鏡組，準(zhǔn)直鏡組與聚焦鏡組之間為平行光，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)濾光片所能接受的最大光線入射角設(shè)計(jì)平行光的光線角度；光纖束放置在準(zhǔn)直鏡組的焦平面處，探測(cè)器光敏面放置在聚焦鏡組焦平面處。

下面對(duì)上述設(shè)計(jì)過程進(jìn)行詳細(xì)介紹

●耦合光學(xué)系統(tǒng)總體指標(biāo)參數(shù)