[發(fā)明專利]一種非球面無熱化高效光纖耦合器

在審

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• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112630894A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王泰升;張紅鑫;史成勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B6/32
• 分類號: G02B6/32;G02B6/36;G02B1/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 周蕾

本發(fā)明涉及一種非球面無熱化高效光纖耦合器，屬于光纖傳輸及光電技術(shù)領(lǐng)域。解決傳統(tǒng)光纖耦合器像差難以控制，成像不清，耦合器效率低的技術(shù)問題。本發(fā)明的光纖耦合器首先引入非球面設(shè)計，利用非球面透鏡有效控制像差，以此來改進聚焦光斑的質(zhì)量，達到提高耦合效率的目的；其次引入光機一體無熱化設(shè)計，將光學(xué)材料和機械結(jié)構(gòu)的熱性能統(tǒng)一考慮，使得耦合器在高溫工作時，焦距、工作距離不變，從而確保耦合效率不下降；同時采用兩體獨立的無接觸設(shè)計，鏡體之間以平行光配合，對配合精度無要求，使得兩體之間的裝配距離誤差對耦合效率無影響，從而降低裝配難度，提高了耦合器的使用可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳輸及光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非球面無熱化高效光纖耦合器。

背景技術(shù)

光纖耦合器是光纖與光纖，光纖與光學(xué)系統(tǒng)之間進行連接的器件，利用光纖耦合器可以將光束與光纖對接起來，以使光能量最大限度地耦合到接收光纖，提高整個光纖系統(tǒng)的光能量傳輸效率，這對于激光傳導(dǎo)、信息傳輸?shù)裙怆娤到y(tǒng)來說具有重要的意義。

傳統(tǒng)的光纖耦合器存在以下不足之處：(1)絕大多數(shù)耦合器采用球面系統(tǒng)設(shè)計，耦合效率理論上可以達到92％。但由于諸多因素的影響，會出現(xiàn)光束聚焦效果不好，像差和光束變形增大，成像不清等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致耦合效率降低。(2)未進行無熱化設(shè)計，所謂的無熱化設(shè)計就是指在系統(tǒng)設(shè)計時，利用光學(xué)材料和機械材料不同的熱特性，使得系統(tǒng)在溫度升高或降低時相互補償相，以保證光學(xué)系統(tǒng)在一個較大的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的像面位置和穩(wěn)定的像質(zhì)。因此缺少無熱化設(shè)計就不能在溫度變化時始終保持良好的工作特性，就會導(dǎo)致耦合器效率下降。(3)傳統(tǒng)耦合器由于工藝制作與成本費用的控制，通常采用單體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)裝配的誤差，以及用戶的操作誤差非常敏感，極易出現(xiàn)操作失誤或效率下降的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決傳統(tǒng)光纖耦合器像差難以控制，成像不清，耦合器效率低的技術(shù)問題，提供一種非球面無熱化高效光纖耦合器。本發(fā)明的光纖耦合器首先引入非球面設(shè)計，利用非球面透鏡有效控制像差，以此來改進聚焦光斑的質(zhì)量，達到提高耦合效率的目的；其次引入光機一體無熱化設(shè)計，將光學(xué)材料和機械結(jié)構(gòu)的熱性能統(tǒng)一考慮，使得耦合器在高溫工作時，焦距、工作距離不變，從而確保耦合效率不下降；同時采用兩體獨立的無接觸設(shè)計，鏡體之間以平行光配合，對配合精度無要求，使得兩體之間的裝配距離誤差對耦合效率無影響，從而降低裝配難度，提高了耦合器的使用可靠性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

本發(fā)明提供一種非球面無熱化高效光纖耦合器，包括非球面光學(xué)系統(tǒng)、光纖定位裝置及系統(tǒng)外殼；

所述非球面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述光纖定位裝置內(nèi)，所述光纖定位裝置設(shè)置在所述系統(tǒng)外殼內(nèi)；

所述非球面光學(xué)系統(tǒng)利用非球面透鏡有效控制像差，以此來改進聚焦光斑的質(zhì)量，進而提高耦合效率；

所述非球面光學(xué)系統(tǒng)與所述光纖定位裝置采用光機一體化無熱化設(shè)計，使得耦合器在高溫工作時，焦距、工作距離不變，從而確保耦合效率不下降。

在上述技術(shù)方案中，所述非球面光學(xué)系統(tǒng)是采用兩片非球面透鏡組成，其中一片非球面透鏡將發(fā)射光纖的光以平行光的形式傳遞至另一片非球面透鏡，再匯聚至接收光纖端面。兩個非球面透鏡之間、光纖與非球面鏡之間均無接觸，并以平行光配合，無需進行精密裝調(diào)。

在上述技術(shù)方案中，所述非球面透鏡為膨脹系數(shù)極小的石英玻璃，所述光纖定位裝置為金屬材料，所述系統(tǒng)外殼為金屬材料。

在上述技術(shù)方案中，所述非球面光學(xué)系統(tǒng)的兩個非球面焦點處分別設(shè)置有光纖限位卡口，分別限定發(fā)射光纖和接收光纖的插入深度，保證各光纖的端面定位于非球面焦點處。

在上述技術(shù)方案中，所述光纖定位裝置內(nèi)部設(shè)置有光纖插拔通道，分別將發(fā)射光纖和接收光纖定位于所述非球面光學(xué)系統(tǒng)的兩個焦點處。