[發(fā)明專利]一種大視場高效率光纖耦合系統

有效

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• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112379483B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設計）人: 李明飛;袁梓豪;何嬌;劉院省;鄧意成;王學鋒;趙琳琳;孫曉潔;董鵬
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/32
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發(fā)明屬于光學鏡頭設計技術領域，尤其涉及一種大視場高效率光纖耦合系統，所述的大視場是指鏡頭視場角不小于100mrad，高效率是指鏡頭的光學透過率不小于90％。本方法可解決現有光纖耦合器產品受光纖數值口徑角約束而視場受限問題，可用于光纖接口的探測器，如單光子探測器等高帶寬、小感光面的探測器，將大幅提升現有系統的視場角、靈敏度和探測效率，從而提升成像性能，在量子成像、單像素成像和計算成像等領域應用前景廣闊。

技術領域

本發(fā)明屬于光學鏡頭設計技術領域，尤其涉及一種大視場高效率光纖耦合系統，所述的大視場是指鏡頭視場角不小于100mrad，高效率是指鏡頭的光學透過率不小于90％。

背景技術

光纖耦合鏡頭設計技術已非常成熟，特別是在光高率光纖耦合器方面已有成熟解決方案，國內外包括Tholabs、Newport，北京大恒光電、北京世紀茂豐等企業(yè)均已有貨架產品。現有光纖耦合鏡頭均根據光纖纖芯的數值孔徑NA進行高耦合效率的設計，但耦合的視場角較小，通常光纖NA＝0.22，所能設計的耦合鏡頭視場角一般不超過2mrad，實際上耦合鏡頭與光纖的NA值匹配得越好得到的耦合效率越高，這限制了光纖耦合器的視場角。

隨新體制的探測技術的發(fā)展，逐步涌現出對大視場高效率光纖耦合系統的需求，例如，在量子成像、單像素成像和計算成像方面，一方面需用高帶寬和高靈敏的探測器，所述的該類探測器90％均采用光纖耦合，另一方面需對較大視場內的目標進行直接探測，視場角需要達到100mrad左右，對于所述的此類能量探測器，現有產品設計的耦合方式視場角一般不超過2mrad，已無法滿足新的需求。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種大視場高效率光纖耦合系統，通過在現有光纖準直器鏡頭組前端放置擴散片，將原視場外光線散射進入現視場從而增大接收視場角，在擴散片前端加入大于光纖準直器口徑的透鏡組接收匯集更大區(qū)域的光能，實現大視場高效率的光纖耦合，本發(fā)明的方法可解決現有光纖耦合器產品受光纖數值口徑角約束而視場受限問題，可用于光纖接口的探測器，如單光子探測器等高帶寬、小感光面的探測器，將大幅提升現有系統的視場角、靈敏度和探測效率，從而提升成像性能，在量子成像、單像素成像和計算成像等領域應用前景廣闊。

本發(fā)明的解決方案是：

一種大視場高效率光纖耦合系統，該光纖耦合系統包括鏡頭組、擴散片和光纖耦合鏡頭；

所述的鏡頭組采用非球面透鏡設計，鏡頭組包括多片透鏡，鏡頭組用于對光束進行聚焦；

擴散片放置在鏡頭組的等效焦面處；

擴散片材料為聚碳酸酯基底涂樹脂材料；

光纖耦合鏡頭的光學口徑與鏡頭組產生的光斑直徑相等；

光纖耦合鏡頭緊靠擴散片放置；

鏡頭組、擴散片和光纖耦合鏡頭的幾何中心在同一光軸上；

所述的鏡頭組的透鏡參數、材料、鍍膜和工作波段根據需求由光學設計來決定，鏡頭組用于將設定視場角內的光能量匯集形成焦斑，焦斑位置為鏡頭組的等效焦面上最小光斑位置，焦斑位置放置擴散片，入射光束經擴散片將發(fā)生定向散射，定向散射的光束被光纖耦合鏡頭接收，接收后的光將再次匯聚在光纖耦合鏡頭的尾端接口，光纖耦合鏡頭的尾端接口為FC、SC或者SMA等通用光纖接口，通過通用光纖接口接入的光將耦合進入光纖，用于光電探測。

本發(fā)明與現有技術相比優(yōu)點在于：

(1)在本發(fā)明中，在現有光纖耦合器基礎上引入擴散片，具有散射光的特性和重量輕、厚度薄等特點，擴大了進入光纖耦合器光線的角度，增加了整個耦合鏡頭收集能量的范圍。

(2)在本發(fā)明中，擴散片前放置接收鏡頭組用于匯集大視場光能量，提升集光能力，光纖耦合鏡頭用于高效將擴散片散射光匯聚到光纖，兩組鏡頭組加擴散片的方式在提升接收視場的同時也保證有高耦合效率。