CN108387974B - 一种高功率光纤激光收发一体端帽 - Google Patents
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Abstract
一种高功率光纤激光收发一体端帽，包括发射光纤、探测光纤、块状石英端帽、光电探测器和信号处理电路。发射光纤的输出端与N根探测光纤的输入端采用弱拉锥方式合为一束光纤束，光纤束熔接块状石英端帽；其中发射光纤的输出端的端面与N根探测光纤的输入端端面在同一平面上形成光纤阵列端面，每一根探测光纤的另一端均分别耦合一个光电探测器，各光电探测器的输出端连接信号处理电路，实现目标反射光的实时探测。通过该光纤端帽可在同一光纤准直器中实现高功率光纤激光的发射和目标散射光的探测，系统结构简单紧凑。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光技术领域，特别是涉及一种高功率光纤激光收发一体端帽。
背景技术
光纤激光具有转换效率高、光束质量好、操作简单、性能稳定等优势。目前已在工业加工、科学研究、国防医疗等领域获得广泛应用。在激光雷达、空间光通信等领域中，不仅需要对目标发射激光，还需要接收目标处的反射光。目前通常采用探测和发射两套设备实现，体积重量较大，限制了在某些场景中的应用。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高功率光纤激光收发一体端帽，其可采用同一光纤准直器实现高功率激光的发射和目标反射光的探测。
为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
一种高功率光纤激光收发一体端帽，包括发射光纤、探测光纤、块状石英端帽、光电探测器和信号处理电路。
发射光纤的输出端与N根探测光纤的输入端采用弱拉锥方式合为一束光纤束，光纤束熔接块状石英端帽；所述光纤束的排列形式是：发射光纤的输出端的端面与N根探测光纤的输入端端面在同一平面上形成光纤阵列端面，其中发射光纤位于中心位置，N根探测光纤由内至外呈圆周形式紧密排布在发射光纤的周围。
每一根探测光纤的另一端均分别耦合一个光电探测器，各光电探测器的输出端连接信号处理电路，信号处理电路用于实现目标反射光的实时探测。
在实际应用中：发射光纤的输入端连接光纤激光器的输出尾纤，块状石英端帽后的光路上依次为准直器以及目标；光纤激光器输出的激光经发射光纤传输并经块状石英端帽输出，从块状石英端帽输出的激光经准直器的准直透镜转换为平行光束发射到目标；
从目标发出或者反射的光经准直透镜、块状石英端帽并经探测光纤传输到光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号传输给信号处理电路，信号处理电路将每一根探测光纤作为一个像素点，并将其在光纤阵列端面中的位置作为成像后图像的位置，对应的光电探测器输出的电信号强度作为该像素点的亮度值，最终实现对目标的成像探测。
本发明中，所述发射光纤采用商用高功率传能光纤，如采用20/400双包层光纤等，其相关参数由用户根据前端光纤激光器的输出光纤型号确定。
本发明中，探测光纤采用商用光纤，如采用6/125单模光纤、105/125多模光纤等。探测光纤其纤芯直径由公式(1)确定：
其中f为准直器中准直透镜的焦距，IFOV为准直器的瞬时视场，均由用户根据实际使用情况进行确定。
所有光纤均由包层和纤芯组成。在本发明中，探测光纤的包层越薄，分辨率越好。因此所述探测光纤的包层直径d2尽可能接近其纤芯直径d1，以获得更好的分辨率。
所述探测光纤的数量N由探测靶面S(如图2所示)及单根探测光纤的外径d2确定，探测光纤由内至外呈圆周形式紧密排布在发射光纤的周围，直到所形成的光纤阵列端面刚好大于等于探测靶面S，此时探测光纤2的数量即为N。探测靶面S的直径D由公式2确定，
其中f为准直器的焦距，FOV为准直器的视场，均由用户根据实际使用情况进行确定。
所述块状石英端帽可采用商用块状石英端帽，其激光输入端面尺寸需大于等于发射光纤与探测光纤弱拉锥形成光纤束其光纤阵列端面尺寸。所述块状石英端帽的激光输出端面尺寸及端帽长度由用户根据激光器输出功率进行确定。所述块状石英端帽的激光输出端面镀发射激光与探测光波段的高透膜。
所述光电探测器采用商用光电探测器，其响应波段应包含探测光波长。
所述信号处理电路可采用计算机、单片机等各种信号处理电路，用于光电探测器信号处理，从而实现目标的成像探测。
相对于现有技术，本发明产生了以下有益技术效果：
本发明提供了一种可收发的高功率光纤端帽，通过该光纤端帽可在同一光纤准直器中实现高功率光纤激光的发射和目标反射光的探测，系统结构简单紧凑。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是发射光纤和传能光纤的位置排布示意图。
图中标号：
1、发射光纤；
2、探测光纤；
3、光纤激光器；
4、块状石英端帽；
5、准直器；
6、光电探测器；
7、信号处理电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例图中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，做进一步详细说明，但不依此限定本发明的保护范围。
一种高功率光纤激光收发一体端帽，包括发射光纤1、探测光纤2、块状石英端帽4、光电探测器6和信号处理电路7。
发射光纤1的输出端与N根探测光纤2的输入端采用弱拉锥方式合为一束光纤束，光纤束熔接块状石英端帽4。
在实际应用中：发射光纤1的输入端连接光纤激光器3的输出尾纤，块状石英端帽4后的光路上依次为准直器5以及目标；光纤激光器1输出的激光经发射光纤1传输并经块状石英端帽4输出，从块状石英端帽4输出的激光经准直器5的准直透镜转换为平行光束发射到目标。
本实施例中，所述光纤束的排列形式参见图2，发射光纤1的输出端的端面与N根探测光纤2的输入端端面在同一平面上形成光纤阵列端面，其中发射光纤1位于中心位置，N根探测光纤2由内至外呈圆周形式紧密排布在发射光纤1的周围。
每一根探测光纤2的另一端均分别耦合一个光电探测器6，各光电探测器6的输出端连接信号处理电路7，信号处理电路7用于实现目标反射光的实时探测。
从目标发出或者反射的光经准直透镜、块状石英端帽4并经各探测光纤2传输到各光电探测器6，光电探测器6将光信号转换为电信号传输给信号处理电路7，信号处理电路7将每一根探测光纤2作为一个像素点，并将其在光纤阵列端面中的位置作为成像后图像的位置，对应的光电探测器6输出的电信号强度作为该像素点的亮度值，最终实现对目标的成像探测。
本实施例中，探测光纤2采用商用光纤，探测光纤2其纤芯直径由公式(1)确定：
其中f为准直器中准直透镜的焦距，IFOV为准直器的瞬时视场，均由用户根据实际使用情况进行确定。
所有光纤均由包层和纤芯组成。在本实施例中，所述探测光纤2的包层直径d2尽可能接近其纤芯直径d1，已获得更好的分辨率。
所述探测光纤2的数量N由探测靶面S(如图2所示)及单根探测光纤的外径d2确定，探测光纤2由内至外呈圆周形式紧密排布在发射光纤1的周围，直到所形成的光纤阵列端面刚好大于或等于探测靶面S，此时探测光纤2的数量即为N。探测靶面S的直径D由公式2确定，
其中f为准直器的焦距，FOV为准直器的视场，均由用户根据实际使用情况进行确定。
所述块状石英端帽4可采用商用块状石英端帽，块状石英端帽其激光输入端面尺寸需大于等于发射光纤与探测光纤弱拉锥形成光纤束其光纤阵列端面尺寸。所述块状石英端帽的激光输出端面尺寸及端帽长度由用户根据激光器输出功率进行确定。所述块状石英端帽的激光输出端面镀发射激光与探测光的高透膜。
所述光电探测器6采用商用光电探测器，其响应波段应包含探测光波长。
所述信号处理电路7可采用计算机、单片机等各种信号处理电路，用于光电探测器信号处理，从而实现目标的成像探测。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种高功率光纤激光收发一体端帽，其特征在于：包括发射光纤、探测光纤、块状石英端帽、光电探测器和信号处理电路；
发射光纤的输出端与N根探测光纤的输入端采用弱拉锥方式合为一束光纤束，光纤束熔接块状石英端帽；所述光纤束的排列形式是：发射光纤的输出端的端面与N根探测光纤的输入端端面在同一平面上形成光纤阵列端面，其中发射光纤位于中心位置，N根探测光纤由内至外呈圆周形式紧密排布在发射光纤的周围；其中所述探测光纤的数量N由探测靶面S及单根探测光纤的外径d2确定，探测光纤由内至外呈圆周形式紧密排布在发射光纤的周围，直到所形成的光纤阵列端面刚好大于等于探测靶面S，此时探测光纤2的数量即为N；探测靶面S的直径D由公式(2)确定，
其中f为准直器的焦距，FOV为准直器的视场；
每一根探测光纤的另一端均分别耦合一个光电探测器，各光电探测器的输出端连接信号处理电路，信号处理电路用于实现目标反射光的实时探测。
2.根据权利要求1所述的高功率光纤激光收发一体端帽，其特征在于：发射光纤的输入端连接光纤激光器的输出尾纤，块状石英端帽后的光路上依次为准直器以及目标；光纤激光器输出的激光经发射光纤传输并经块状石英端帽输出，从块状石英端帽输出的激光经准直器的准直透镜转换为平行光束发射到目标；
从目标发出或者反射的光经准直透镜、块状石英端帽并经探测光纤传输到光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号传输给信号处理电路，信号处理电路将每一根探测光纤作为一个像素点，并将其在光纤阵列端面中的位置作为成像后图像的位置，对应的光电探测器输出的电信号强度作为该像素点的亮度值，最终实现对目标的成像探测。
3.根据权利要求1或2所述的高功率光纤激光收发一体端帽，其特征在于：发射光纤采用20/400双包层光纤；探测光纤采用6/125单模光纤或105/125多模光纤。
4.根据权利要求1或2所述的高功率光纤激光收发一体端帽，其特征在于：探测光纤其纤芯直径由公式(1)确定：
其中f为准直器中准直透镜的焦距，IFOV为准直器的瞬时视场。
5.根据权利要求4所述的高功率光纤激光收发一体端帽，其特征在于：探测光纤的包层越薄，分辨率越好；所述探测光纤的包层直径d2尽可能接近其纤芯直径d1。
6.根据权利要求4所述的高功率光纤激光收发一体端帽，其特征在于：所述块状石英端帽其激光输入端面尺寸需大于等于发射光纤与探测光纤弱拉锥形成光纤束其光纤阵列端面尺寸。
7.根据权利要求4所述的高功率光纤激光收发一体端帽，其特征在于：所述块状石英端帽的激光输出端面镀发射激光与探测光波段的高透膜。
8.根据权利要求4所述的高功率光纤激光收发一体端帽，其特征在于：所述光电探测器其响应波段应包含探测光波长。
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