CN104382548A - 一种微型侧面发光成像探头 - Google Patents

Abstract

一种微型侧面发光成像探头，它包括单模光纤（1）和与之相连的光纤透镜（2），所述的光纤透镜（2）的反射端面（2-1）即斜边与出射端面（2-2）即底边成一定角度。本发明最优化了透镜的折射率分布，可以得到最佳的光束质量；同时，简化了器件构成，使用最简化的工艺步骤得到满足要求的光学质量。

Description

一种微型侧面发光成像探头

技术领域

本发明涉及一种侧向发光成像探头的设计、制作，适用于狭窄腔道的成像和照明等领域，尤其适用于OCT对于血管、食道等腔道的成像。

背景技术

目前，x射线、超生等技术手段已经广泛的用于各种疾病的诊断和治疗，但是都存在对生物组织的损伤和分辨率不高等缺点。OCT技术使用光学检测，有着无损、分辨率高、可以在体活检的独特优势，在眼科等领域得到广泛的应用。但是对于血管、食道等领域由于探测手段的限制，而没有得到大规模的应用。

目前用于血管探测的OCT探头，由于工艺复杂，成本昂贵，并且光束质量存在一定问题，比如，回波的干扰、光斑呈椭圆状等。

发明内容

本发明的目的是针对目前探头存在的工艺复杂，制作难度大的问题，提出一种结构简单、制作简便的侧面成像发光探头。

本发明的技术方案是：

一种微型侧面发光成像探头，它包括单模光纤和与之相连的光纤透镜，所述的光纤透镜的反射端面即斜边与出射端面即底边成一定角度。

本发明的光纤透镜的直径为50微米至10毫米。

本发明的单模光纤和光纤透镜之间胶合或者熔接。

本发明的光纤透镜的反射端面与出射端面之间的夹角θ小于85度。

本发明的光纤透镜的反射端面镀膜。

本发明的光纤透镜的底边作为探头出射端面既能够保持圆弧形，也能够将出射端面抛平。

本发明的光纤透镜的各纵向端面的折射率沿径向分布呈抛物线形状，满足下述公式：

$n^2\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}{n}_1^2[1-2\mathrm{\&Delta;}{\left(\frac{r}{a}\right)}^2]& r<a\\ n_2^2& r=a\end{array}\right.;$

$\mathrm{\&Delta;}=\frac{n_1^2-n_2^2}{2n_1^2};$

其中，n₁表示当r＝0时，光纤透镜任意纵向端面的圆心的折射率；n₂表示当r＝a时，光纤透镜纵向最大半径端面的最大半径点的折射率；r表示光纤透镜各纵向端面的半径；a表示光纤透镜的最大端面半径；n(r)表示光纤透镜任一端面上半径为r的点的折射率，Δ为相对折射率差。

本发明的有益效果：

本发明最优化了透镜的折射率分布，可以得到最佳的光束质量。

本发明简化了器件构成，使用最简化的工艺步骤得到满足要求的光学质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图之一。

图2是图1的右视图，即反射端面结构示意图。

图3是本发明的结构示意图之二(出射端面抛平)。

图4是图3的右视图，即出射端面抛平的反射端面结构示意图。

其中：虚线表示光线轨迹。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种微型侧面发光成像探头，它包括单模光纤1和与之相连的光纤透镜2，单模光纤1和光纤透镜2之间胶合或者熔接；所述的光纤透镜2的反射端面2-1即斜边与出射端面2-2即底边成一定角度。

本发明的光纤透镜2的直径为50微米至10毫米。

为了实现光纤透镜倾斜面的侧向发光，可以采用下述两种方式中的一种或者两种同时使用，以增强效果：

1、利用全内反射原理实现光纤透镜倾斜面的侧向发光时：光纤透镜2的反射端面2-1与出射端面2-2之间的夹角θ小于85度。

2、利用倾斜面镀膜实现光纤透镜倾斜面的侧向发光时：光纤透镜2的反射端面镀膜，能够对特定波段增强反射。

本发明的光纤透镜2的底边作为探头出射端面2-2既能够保持圆弧形，也能够将出射端面2-2抛平。如图3所示，为将出射端面抛平后的探头结构示意图。

本发明的光纤透镜2中，各纵向端面的折射率沿径向分布呈抛物线形状，满足下述公式：

$n^2\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}{n}_1^2[1-2\mathrm{\&Delta;}{\left(\frac{r}{a}\right)}^2]& r<a\\ n_2^2& r=a\end{array}\right.;$

$\mathrm{\&Delta;}=\frac{n_1^2-n_2^2}{2n_1^2};$

其中，n₁表示当r＝0时，光纤透镜任意纵向端面的圆心的折射率；n₂表示当r＝a时，光纤透镜纵向最大半径端面的最大半径点的折射率；r表示光纤透镜各纵向端面的半径；a表示光纤透镜的最大端面半径；n(r)表示光纤透镜任一端面上半径为r的点的折射率，Δ为相对折射率差。

具体实施时：

一种侧向发光探头，由单模光纤1和光纤透镜2组成，单模光纤1与光纤透镜2连接处剥除涂覆层，切割后，残留去除涂覆层的长度大约为1～3mm，直径为125微米。

根据探头参数需求，选用常规方法计算光纤透镜任意端面的圆心的折射率n₁＝1.4606，光纤透镜最大半径端面的最大半径点的折射率n₂＝1.4468，得到相对折射率差Δ为0.0094，选取光纤透镜的数值孔径为0.2，直径为250微米，得到折射率分布为：

$n^2\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}1.{4606}^2[1-2*0.0094*{\left(\frac{r}{125}\right)}^2]& r<125\\ {1.4468}^2& r=125\end{array}\right.$

$\mathrm{\&Delta;}=\frac{n_1^2-n_2^2}{2n_1^2}=0.0094;$

将光纤透镜一端清洁、切割后与光纤通过热熔的方式焊接在一起，焊接时保持光纤1和光纤透镜2轴心对齐。

将透镜精确切割，保留焊接在光纤上的透镜长度为2000微米。

将透镜反射端面与出射端面的夹角研磨成45度。

对透镜端面进行放电倒角。

在透镜45度的斜面喷镀金属铝，形成反射面，得到微型侧面发光成像探头。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种微型侧面发光成像探头，其特征是它包括单模光纤(1)和与之相连的光纤透镜(2)，所述的光纤透镜(2)的反射端面(2-1)即斜边与出射端面(2-2)即底边成一定角度。

2.根据权利要求1所述的微型侧面发光成像探头，其特征是所述光纤透镜(2)的直径为50微米至10毫米。

3.根据权利要求1所述的微型侧面发光成像探头，其特征是单模光纤(1)和光纤透镜(2)之间胶合或者熔接。

4.根据权利要求1所述的微型侧面发光成像探头，其特征是所述的光纤透镜(2)的反射端面(2-1)与出射端面(2-2)之间的夹角θ小于85度。

5.根据权利要求1所述的微型侧面发光成像探头，其特征是光纤透镜(2)的反射端面镀膜。

6.根据权利要求1所述的微型侧面发光成像探头，其特征是光纤透镜(2)的底边作为探头出射端面(2-2)既能够保持圆弧形，也能够将出射端面(2-2)抛平。

7.根据权利要求1所述的微型侧面发光成像探头，其特征是所述的光纤透镜(2)的各纵向端面的折射率沿径向分布呈抛物线形状，满足下述公式：

$n^2\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}{n}_1^2[1-2\mathrm{\&Delta;}{\left(\frac{r}{a}\right)}^2]& r<a\\ n_2^2& r=a\end{array}\right.;$

$\mathrm{\&Delta;}=\frac{n_1^2-n_2^2}{2n_1^2};$

其中，n₁表示当r＝0时，光纤透镜任意纵向端面的圆心的折射率；n₂表示当r＝a时，光纤透镜纵向最大半径端面的最大半径点的折射率；r表示光纤透镜各纵向端面的半径；a表示光纤透镜的最大端面半径；n(r)表示光纤透镜任一端面上半径为r的点的折射率，Δ为相对折射率差。