CN102565943A

CN102565943A - 一种光纤

Info

Publication number: CN102565943A
Application number: CN2011100582988A
Authority: CN
Inventors: 樊仲维; 吴海涛
Original assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种光纤，包括一个用于接收光线的耦合部和一个用于传输光线的传输部，所述耦合部的全反射面的横截面直径大于所述传输部的全反射面得横截面直径。本发明的光纤增加了光纤入射端的面积，避免了对能量较高的光束耦合时可能对光纤端面的损伤。

Description

一种光纤

技术领域

本发明涉及一种光纤，特别是涉及一种易于将光线耦合进入的光纤。

背景技术

光纤是目前应用最为广泛的光学元件之一。光纤是由纤芯、包层所组成的圆柱形的介质光波导。纤芯的折射率总是比包层的折射率略大。当光波从折射率较大的介质入射进入较小的介质时，会在两种介质的边界发生折射和反射。

请参照图1，利用光纤传输光线首先需要将光束耦合进入光纤。将一束激光直接打到光纤端面是无法进入或无法实现高效率耦合的，常见的方法是利用耦合系统11将光束12耦合进入光纤10的。耦合系统11一般由球面镜组成，其工作原理为光束12经过透镜组汇聚后使光束界面变小，尽可能保证整个光束完全进入光纤10。此外，还需要保证入射光的汇聚全角小于两倍的光纤数值孔径角，只有这样光纤才能实现较好的耦合。

但是，这种耦合方式存在一些难点，例如对聚焦的控制，对光纤端面光束截面的计算等等。而且，如果光束能量较高，直接打到光纤端面的光斑很小，就很有可能造成光纤损坏，且在光纤芯径较小的情况下耦合将更加困难。

发明内容

为了解决现有技术将光束耦合进入光纤的方法容易损坏光纤的问题，本发明提供一种在耦合光纤时不易损坏的光纤。

本发明的技术方案是：

一种光纤，包括一个用于接收光线的耦合部和一个用于传输光线的传输部，所述耦合部的全反射面的横截面直径大于所述传输部的全反射面得横截面直径。

在本发明的一个实施方式中，所述耦合部包括连接所述传输部的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述耦合部的全反射面的横截面直径由第一端向第二端逐渐连续变小。

在本发明的一个实施方式中，所述耦合部的全反射面呈锥形。

在本发明的一个实施方式中，所述光纤包括具有不同折射率的纤芯和包层，所述全反射面是所述纤芯和所述包层的边界面。

在本发明的一个实施方式中，所述传输部的孔径角为θ0，所述传输部的全反射面的横截面半径为d，所述耦合部沿光纤延伸方向的长度为S，所述耦合部全反射面的横截面半径为L，且满足arctg(L-d/s)≤θ0。

在本发明的一个实施方式中，所述传输部的孔径角为θ0，所述传输部的全反射面的横截面半径为d，所述耦合部沿光纤延伸方向的长度为S，所述耦合部全反射面的横截面半径为L，且满足180°-2arctg s/L-d≤θ0°。

在本发明的一个实施方式中，入射到耦合部的第二端位置的光束界面略小于耦合部的全反射面在第二端处的横截面，且大于耦合部的全反射面在第一端处的横截面。

本发明光纤由于具有耦合部，且耦合部的截面大于传输部的截面，因此增加了光纤入射端的面积，避免了对能量较高的光束耦合时可能对光纤端面的损伤。

附图说明

图1是一种现有技术将光束耦合进入光纤的方法。

图2是本发明第一实施方式光纤2的立体结构示意图。

图3是图2所示光纤2沿X方向的纵向剖视示意图。

图4是图2所示光纤2沿Y方向的横向剖视示意图。

图5是图2所示光纤2的光学原理图。

图6是图2所示光纤2在一种优选的应用下的光学原理图。

具体实施方式

下面介绍本发明光纤的第一实施方式。

请参照图2，图2是本发明第一实施方式光纤2的立体结构示意图。图3是图2所示光纤2沿X方向的纵向剖视示意图。图4是图2所示光纤2沿Y方向的横向剖视示意图。光纤2沿X方向延伸，其内部传输的光线也沿X方向传导。光纤2为关于X方向轴对称的形状，对称轴位于图1的剖面以内。光纤2包括纤芯24和包围在纤芯外围的包层25，纤芯24的折射率大于包层25的折射率。纤芯24与包层25交界所形成的边界面即光纤2的全反射面23。光纤2包括一体成型的一个耦合部21和一个传输部22，耦合部21用于接收外部耦合进入的光线，传输部22用于传输从该耦合部21进入的光线。耦合部21具有连接该传输部22的第一端211和与该第一端211相对的第二端212。

在本实施方式中，传输部22的全反射面232为圆柱型，耦合部21的全反射面231为锥形，且耦合部21的全反射面231的横截面直径由第一端211向第二端212逐渐连续变小。因此，上述机构使得耦合部21的全反射面231的横截面直径大于所述传输部22的全反射面得横截面直径。

请参照图5，图5是图2所示光纤2的光学原理图。下面讨论光纤2结构的限制条件。假定传输部22的孔径角为θ₀，传输部22全反射面232的横截面半径为d，耦合部21沿对称轴(即X方向)的长度为S，耦合部21全反射面231的横截面半径为L，则耦合部21全反射面231与对称轴方向的夹角可以表示为arctg L-d/s。由于需要保证入射到传输部22的光线与全反射面232的夹角θ要小于孔径角为θ₀，因此需要保证arctg L-d/s≤θ₀才能使经过耦合部21反射的光线有可能被传输部22反射。即，如果arctg L-d/s≥θ₀，则经过耦合部21反射的光线由于必然大于传输部22的孔径角，则必然不能被传输部22所反射，也就不能被传输部22所传输。因此，调整L和S的值，使耦合部21的全反射面231的形状必须满足arctg L-d/s≤θ₀。

请参照图6，图6是图2所示光纤2在一种优选的应用下的光学原理图。由于一般情况下，入射至耦合部21的光线基本为垂直于耦合部21截面的平行光，因此，我们特别计算一下在垂直入射至耦合部21条件下，耦合部21为锥形时，L和S所应当满足的条件。例如：设锥角为r，传输部22的孔径角为θ₀，(例如数值孔径为0.22，即孔径角为12.7°)，经过耦合部21反射的光线与传输部22全反射面232的夹角为θ，当光束垂直锥面入射时，则有r+a＝90°，θ＝2a，θ＝180°-2r，tgr＝s/L-d，只要保证θ＝180°-2arctg s/L-d≤θ₀°时，光束均可在光纤2中传输。因此，优选的，L和S满足保证180°-2arctg s/L-d≤θ₀°。

光纤2在使用时，经过耦合系统(图未示)的光束25从耦合部21的第二端212进入光纤2。光束25由于经过耦合系统，因此一般为会聚光。优选的，光束25在到达耦合部21的第二端212位置的光束界面略小于耦合部21的全反射面231在第二端212处的横截面。但是由于耦合部21的全反射面231在第二端212处的横截面大于耦合部21的全反射面231在第一端211处的横截面，因此，为了充分发挥这个优点，优选的，光束25在到达耦合部21的第二端212位置的光束界面大于耦合部21的全反射面231在第一端211处的横截面。

与现有技术相比，本发明光纤2增加了光纤入射端的面积，避免了对能量较高的光束耦合时可能对光纤端面的损伤。

为了举例说明本发明的实现，描述了上述的具体实施方式。但是本发明的其他变化和修改，对于本领域技术人员是显而易见的，在本发明所公开的实质和基本原则范围内的任何修改/变化或者仿效变换都属于本发明的权利要求保护范围。

Claims

1.一种光纤，其特征在于，包括一个用于接收光线的耦合部和一个用于传输光线的传输部，所述耦合部的全反射面的横截面直径大于所述传输部的全反射面得横截面直径。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述耦合部包括连接所述传输部的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述耦合部的全反射面的横截面直径由第一端向第二端逐渐连续变小。

3.根据权利要求2所述的光纤，其特征在于，所述耦合部的全反射面呈锥形。

4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光纤包括不同折射率的纤芯和包层，所述全反射面是所述纤芯和所述包层的边界面。

5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述传输部的孔径角为θ₀，所述传输部的全反射面的横截面半径为d，所述耦合部沿光纤延伸方向的长度为S，所述耦合部全反射面的横截面半径为L，且满足arctg(L-d/s)≤θ₀。

6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述传输部的孔径角为θ₀，所述传输部的全反射面的横截面半径为d，所述耦合部沿光纤延伸方向的长度为S，所述耦合部全反射面的横截面半径为L，且满足180°-2arctg s/L-d≤θ₀°。

根据权利要求2所述的光纤，其特征在于，入射到耦合部的第二端位置的光束界面小于耦合部的全反射面在第二端处的横截面，且大于耦合部的全反射面在第一端处的横截面。