[實(shí)用新型]一種耦合透鏡及其系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201921939443.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN210954418U
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張航;陸建東;馬慧玲;葛燕妮;朱瓚;陳利春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江光塔節(jié)能科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B6/42
• 分類號(hào): G02B6/42
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本實(shí)用新型公開了一種耦合透鏡，包括進(jìn)光端面和出光端面，所述進(jìn)光端面為利用雙錐面法設(shè)計(jì)成型的能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)入射光線進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束曲面，所述出光端面為利用雙錐面法設(shè)計(jì)成型的能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)入射光線進(jìn)行耦合的耦合曲面。還公開一種耦合透鏡系統(tǒng)，包括激光光源、耦合透鏡以及傳輸光纖，所述耦合透鏡位于所述激光光源和所述傳輸光纖之間且更靠近于所述傳輸光纖設(shè)置，耦合透鏡為上文所述的耦合透鏡，能夠使得所述激光光源發(fā)出的不同角度的光線經(jīng)所述耦合透鏡耦合進(jìn)入所述傳輸光纖。本實(shí)用新型能夠兼容較多光源，對(duì)光源出光發(fā)散角度要求不高，同時(shí)具備擴(kuò)束和耦合功能，耦合效果好。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及光處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耦合透鏡及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在光通信領(lǐng)域，已知的是使用光學(xué)透鏡用于激光器二極管與光纖之間的光耦合。光學(xué)透鏡可以用具有低光耦合效率的便宜的球面透鏡和具有高光耦合效率的非球面透鏡作為實(shí)例。目前，光纖通信已經(jīng)基本成熟，而將光纖導(dǎo)光應(yīng)用于照明則是光纖導(dǎo)光技術(shù)的一個(gè)新發(fā)展方向。光纖導(dǎo)光照明是一種光電分離的導(dǎo)光照明方式，光纖導(dǎo)光照明輸出端沒有任何電氣設(shè)備，因此在具有火險(xiǎn)、爆炸性氣體的場所，它是一個(gè)安全性較高的光源，在安全照明和特殊照明中具有重要地位，與光纖通信一樣，光纖導(dǎo)光照明應(yīng)用同樣需要使用到光學(xué)透鏡。

現(xiàn)有光纖導(dǎo)光照明在一些小功率的裝飾照明、信號(hào)燈和內(nèi)窺鏡中得到較多的應(yīng)用，效果呈現(xiàn)主要依賴于光學(xué)透鏡的光處理，如公開號(hào)為CN108692293A的實(shí)用新型專利公開了“一種LED自由曲面透鏡”，所述透鏡由若干第一反射面和若干第二折射面組成；所述第一反射面設(shè)置于所述透鏡的底部，所述第二折射面相對(duì)所述第一反射面設(shè)置于所述透鏡的頂部，所述第一反射面圍設(shè)形成反射面空腔，所述第二折射面圍設(shè)形成折射面空腔，所述反射面空腔與所述折射面空腔形成透鏡空腔。所述透鏡空腔的內(nèi)表面為半球面；所述第二折射面外表面光滑設(shè)置；所述第二折射面橫截面積從下至上逐漸減小設(shè)置。該LED自由曲面透鏡，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)近場三花瓣形的限定光型的均勻照明，并且有較高的效率和均勻性。又如公告號(hào)為CN206563193U的實(shí)用新型專利公開了“一種光纖式激光白光照明裝置”，并具體公開了裝置包括紅綠藍(lán)三色激光光源、透鏡耦合系統(tǒng)、光纖或光纖束、燈座和燈頭；其中，紅綠藍(lán)三色激光光源包括紅色半導(dǎo)體激光器、綠色半導(dǎo)體激光器和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器；紅色半導(dǎo)體激光器發(fā)出的紅色激光、綠色半導(dǎo)體激光器發(fā)出的綠色激光和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器發(fā)出的藍(lán)色激光經(jīng)過透鏡耦合系統(tǒng)聚光后，通過光纖或光纖束傳輸?shù)綗糇?，再?jīng)過燈頭混光后形成白光照明輸出。

目前，光纖導(dǎo)光通信或照明的光耦合系統(tǒng)中用到的耦合效果較好的光學(xué)透鏡多半是三透鏡組合結(jié)構(gòu)，其主要是用平凹透鏡實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散作用，用凸平透鏡實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直作用，通過平凹和凸平透鏡對(duì)慢軸進(jìn)行擴(kuò)束來縮小發(fā)散角偏差，再通過非球面透鏡使激光會(huì)聚。

目前，三透鏡組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中主要存在以下問題：

1.透鏡表面一般以球面居多，容易造成不同角度的光線匯聚于一點(diǎn)，單點(diǎn)能量太高容易造成光纖燒熔；

2.透鏡均采用球面鏡及傳統(tǒng)成像凸透鏡，對(duì)半導(dǎo)體激光器出光發(fā)散角有較高要求；

3.封裝復(fù)雜，需要對(duì)準(zhǔn)每個(gè)透鏡，點(diǎn)膠固定，人力物力消耗大，封裝復(fù)雜且成本高；

4.透鏡功能單一，耦合效率較低。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠兼容較多光源，對(duì)光源出光發(fā)散角度要求不高，同時(shí)具備擴(kuò)束和耦合功能，耦合效果好的耦合透鏡及其系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種耦合透鏡，包括進(jìn)光端面和出光端面，所述進(jìn)光端面為利用雙錐面法設(shè)計(jì)成型的能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)入射光線進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束曲面，所述出光端面為利用雙錐面法設(shè)計(jì)成型的能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)入射光線進(jìn)行耦合的耦合曲面。

進(jìn)一步地，所述擴(kuò)束曲面和所述耦合曲面滿足非成像光學(xué)方法和下述方程組：