CN101718892A

CN101718892A - 基于实心光锥的集光耦合器

Info

Publication number: CN101718892A
Application number: CN200910198230A
Authority: CN
Inventors: 陈振宜; 付兴虎; 郭强; 庞拂飞; 王廷云
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2010-06-02

Abstract

本发明述及一种基于实心光锥的集光耦合器。它包括大凸端、实心光锥和小凸端。实心光锥通过石墨炉熔融制成的大凸端构成光接收输入端，而通过石墨炉熔融而成的小凸端构成光输出耦合连接端。该实心光锥集光耦合器可实现光信号的接收、传输、耦合一体化。本发明光接收视场角大，传光性能好，结构简单，制造容易，成本低，适用于光通信特别是无线光通信中的光束接收、自由空间光的聚集、光源与光纤和光信号与光纤或光电探测器之间的耦合等场合。

Description

基于实心光锥的集光耦合器

技术领域

本发明涉及一种基于实心光锥的集光耦合器，适用于光通信中的光束接收、自由空间光的收集、光源与光纤之间的耦合等场合，属光通信领域。

背景技术

在光通信和光传感领域中，通常需要进行光束接收，包括进行空间光的收集、光源与光纤的耦合等，因此高效的集光耦合装置显得尤为重要。常规的集光耦合装置主要是对输入的光信号进行接收、传输，然后，耦合入后续的光接收设备中。采用的方法主要有(1)导光束。虽然能增大视场角，但导光束数量多，造成转换效率低，与后续设备的接续比较困难。例如：Andras Kalmar，Klaus H.Kudielka，Walter R.Leeb.SPIE，1998，3266：70-78；(2)透镜与大面积探测器组合。透镜将接收后的光束聚焦，送入光探测器中，因此增大光探测器面积，虽然有利于扩大光接收范围，但是随着光探测器面积的增加，其信息传输速率也逐渐降低。例如：Steve Hranilovic.IEEE Journal of Selected Topics In Quantum Electronics.2006，12(4)：859-874；(3)APT(捕获、瞄准、跟踪)系统。但其中涉及的光学系统复杂，且造价高，实时响应速度和精度无法保证在剧烈振动状态下的光接收，而且维护比较困难。例如：Kamugisha Kazaura，Kazunori Omae，Toshiji Suzuki，et al.Optics Express，2006，14(12)：4958-4968。因此，需要一种更加可靠的集光耦合装置来改进接收效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述常规集光耦合装置的不足，公开一种基于实心光锥的集光耦合器，它具有接收视场角大，传光性能好，结构简单，制造容易，成本低等优点。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于实心光锥的集光耦合器，包括大凸端、实心光锥和小凸端，其特征在于所述实心光锥通过石墨炉熔融拉制成的所述大凸端构成光接收输入端，而通过石墨炉熔融拉制成的所述小凸端构成光输出耦合连接端。

上述实心光锥的锥体母线形状为指数型、或双曲线型、或直线型、或抛物线型。

上述大凸端和小凸端的端面形状为球面。

上述的光接收输入端的接收视场角由所述大凸端的端面形状、尺寸和所述实心光锥的长度、母线形状、大端尺寸所确定。

上述的光输出耦合连接端的连接耦合效率由所述小凸端的端面形状、尺寸和所述实心光锥的长度、母线形状、小端尺寸所确定。

本发明的工作原理：根据光束传输理论，光由低折射率物质进入高折射率物质时，入射角增大，其折射角也增大；凸透镜可以实现光聚焦。由大凸端、实心光锥和小凸端三者融为一体构成的实心光锥集光耦合器，以纯石英制作而成，其光学传输性能好，能符合上述集光耦合之技术要求，即可以实现对入射光的集光耦合。本发明利用大凸端和实心光锥构成光接收输入端，实心光锥和小凸端构成光输出耦合连接端，由此构成了基于实心光锥的集光耦合器。该集光耦合器的工作过程为：当光以一定入射角入射到大凸端表面时，发生折射，从而可将入射光聚焦于实心光锥内部，并在实心光锥中进行传输。此时实心光锥相当于一个集光器，收集经大凸端折射后的光线。光束通过实心光锥传输后，进入小凸端，由小凸端出射后送入后续的光接收设备。此时实心光锥相当于一个耦合器，将光束耦合入小凸端。光束从大凸端入射，经过实心光锥传输，由小凸端出射，从而实现了基于实心光锥的集光耦合器。

本发明与现有技术相比较，具有如下显著的实质性特点和显而易见的突出优点：

(1)该集光耦合器采用凸端面接收入射光，可将不同入射角的光束聚焦于实心光锥内部，可大大地提高接收视场角；

(2)该集光耦合器采用凸端面出射光束，便于与后续的光接收设备连接，容易装配，可扩展性强；

(3)两个凸端面及实心光锥经由石墨炉熔融拉制而成，可实现光信号的接收、传输、耦合一体化，同时也便于制作和批量生产。

附图说明

图1是本发明一个实施例的纵向截面结构示意图；

图2是图1所示实施例的应用结构示意图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：参见图1，为本发明一个实施例的纵向截面结构示意图，其由三部分组成：大凸端1、实心光锥2、小凸端3。参见图2，为图1所示实施例的应用结构示意图，其由六个部分组成：大凸端1、实心光锥2、小凸端3、光学接收天线4、光接收设备5和薄膜6，其中，大凸端1、实心光锥2、小凸端3为纯石英材料制成，薄膜6的折射率小于实心光锥2的折射率。大凸端1和实心光锥2经由石墨炉熔融拉制而构成光接收输入端，而实心光锥2和小凸端3经由石墨炉熔融拉制而构成光输出耦合连接端。外界光束经过光学接收天线4会聚后，以一定入射角入射到大凸端1的表面上后发生折射，并将聚焦于实心光锥2的内部，且在实心光锥2中进行传输。实心光锥2的外表面涂覆低折射率薄膜6，以确保光束在实心光锥2内部发生全反射。此时，实心光锥2相当于一个集光器，收集经大凸端1折射后的光线。光束通过实心光锥2传输后，进入小凸端3，由小凸端3出射后送入后续的光接收设备5。此时实心光锥2相当于一个耦合器，将光束耦合入小凸端3。光束从大凸端1入射，经过实心光锥2传输，由小凸端3出射，从而实现了基于实心光锥2的集光耦合器。

Claims

1.一种基于实心光锥的集光耦合器，包括大凸端(1)、实心光锥(2)和小凸端(3)，其特征在于所述实心光锥(2)通过石墨炉熔融拉制成的所述大凸端(1)构成光接收输入端，而通过石墨炉熔融拉制成的所述小凸端(3)构成光输出耦合连接端。

2.根据权利要求1所述的基于实心光锥的集光耦合器，其特征在于所述实心光锥(2)的锥体母线形状为指数型、或双曲线型、或直线型、或抛物线型。

3.根据权利要求1所述的基于实心光锥的集光耦合器，其特征在于所述大凸端(1)和小凸端(3)的端面形状为球面。