CN111308616B - 一种1乘7型塑料光纤耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明一种1乘7型塑料光纤耦合器，采用圆柱套筒型结构，包括塑料闪烁光纤束、锥形波导、通信光纤、第一插芯、第二插芯、调整弹簧、法兰盘和耦合器外壳；所述塑料闪烁光纤束和通信光纤通过锥形波导连接，且所述塑料闪烁光纤设置在第一插芯中，所述锥形波导和通信光纤设置在第二插芯中，且两个插芯相对，所述法兰盘和耦合器外壳包裹在两个插芯外，所述调整弹簧设置在耦合器外壳和插芯中间，本发明提供了一种结构紧凑，连接精确，拆装方便，且具有防水功能的塑料光纤耦合器，解决了套管连接方式不稳固也难以操作的问题，适用于水下作业的闪烁光纤阵列。

Description

一种1乘7型塑料光纤耦合器

技术领域

本发明属于天文光子学领域，具体涉及一种1乘7型塑料光纤耦合器。

背景技术

宇宙线的构成和起源一直是天体物理研究中的重要课题。对于粒子流量小的高能宇宙线，一般采用地面方式间接观测。当宇宙线粒子与大气分子或原子核作用产生的次级粒子穿过一介质时，若速度超过光在该介质中的相速度，就会产生切伦科夫辐射。由于单位长度的带电粒子在水中产生的切伦科夫光要比空气中多，发射角也更大，水切伦科夫探测器因而成为一种有效的宇宙线粒子观测手段。探测器使用闪烁光纤阵列为主体，受到切伦科夫辐射激发产生的荧光在光纤中传输，由光电倍增管捕捉并转换为电信号，对这些电荷和时间信息的分析能够确定宇宙线原初粒子的能量及运动方向。

与塑料闪烁体相比，闪烁光纤阵列在探测射线过程中能够同时满足空间分辨率和能量分辨率的要求，商用化的闪烁光纤有各种尺寸，价格也远低于块状闪烁体，能构建高效可靠的探测单元。但塑料闪烁光纤具有严重的能量衰减，在水中铺设大量光纤进行远距离传输，收集到的荧光信号微弱。本发明提出一种塑料光纤耦合器，能将闪烁光纤束中的受激辐射光耦合到一根低损耗的通信塑料光纤中传输，并进行固定和防水封装，实现光纤的高效耦合。

光纤耦合器是用来连接两根或多根光纤，使光纤中传输的信号在特殊的耦合区发生耦合，并进行功率或波长分配的元器件。目前，塑料光纤耦合器已经在汽车、家用网络和光学传感领域得到广泛应用，制作方法有波导法、研磨法、侧面偶合法等。圆柱聚合物棒加热拉锥后形成的锥形波导，两端分别连接输入光纤束和输出光纤，即可作为1×N光纤耦合器，其端面处一般使用粘合剂接合，以热缩套管加以固定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单且水密性好的1乘7型塑料光纤耦合器。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种1乘7型塑料光纤耦合器，采用圆柱套筒型结构，包括塑料闪烁光纤束、锥形波导、通信光纤、第一插芯、第二插芯、调整弹簧、法兰盘和耦合器外壳；所述塑料闪烁光纤束和通信光纤通过锥形波导连接，且所述塑料闪烁光纤设置在第一插芯中，所述锥形波导和通信光纤设置在第二插芯中，且两个插芯相对，所述法兰盘和耦合器外壳包裹在两个插芯外，所述调整弹簧设置在耦合器外壳和插芯中间。

还包括热缩套管，所述热缩套管设置在塑料光纤耦合器的两端；

还包括有六角螺母和橡胶圈，所述橡胶圈设置在耦合器外壳和法兰盘中间，所述六角螺母上的外螺纹与耦合器外壳上的内螺纹相配合；

所述插芯中间有圆柱状突起台阶，其尺寸和耦合器外壳的内孔径一致；

所述锥形波导一端的截面和塑料闪烁光纤束截面尺寸相同，另一端的截面与通讯光纤截面尺寸相同。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种结构紧凑，连接精确，拆装方便，且具有防水功能的塑料光纤耦合器，解决了套管连接方式不稳固也难以操作的问题，适用于水下作业的闪烁光纤阵列；

本发明可以应用于水切伦科夫探测器的闪烁光纤阵列中，实现塑料闪烁光纤和通信光纤之间的高效耦合及稳定连接。

附图说明

图1为本发明的结构剖面图；

图2为基于闪烁光纤阵列的水切伦科夫探测器结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明的主要目的在于设计一种结构简单且水密性好的塑料光纤耦合器，将多根光纤中的光功率汇集到一根中去。本发明可以应用于水切伦科夫探测器的闪烁光纤阵列中，实现塑料闪烁光纤和通信光纤之间的高效耦合及稳定连接。

本发明为一种1×7型塑料光纤耦合器，采用圆柱套筒型结构进行光纤和锥形波导的固定。塑料闪烁光纤束1-3和带锥形波导1-9的通信光纤1-10分别置于两根插芯中1-2，插芯中间有圆柱状凸起台阶，尺寸和耦合器外壳1-1的内孔径一致，用来压紧两端的调整弹簧1-4，保持插芯1-2的轴向稳定。两插芯端面通过法兰盘1-8精确地同轴接触。法兰盘1-8外表面两端带有外螺纹，配合耦合器外壳的外螺纹用两个六角螺母锁紧，接触面上的橡胶垫圈能起到密封缓冲的作用。器件尾端则用热缩管进行封闭。在水切伦科夫探测器中，水池底受到切伦科夫辐射的闪烁光纤阵列产生绿色波段的荧光信号，通过耦合器汇聚到低损耗的通信光纤中，输入到远处的光电倍增管。

图1是本发明的结构剖面图，包括耦合器外壳1-1，插芯1-2，塑料闪烁光纤束1-3，调整弹簧1-4，热缩套管1-5，六角螺母1-6，橡胶垫圈1-7，法兰盘1-8，锥形波导1-9，通信光纤1-10。

图2是基于闪烁光纤阵列的水切伦科夫探测器结构图，包括水池2-1，塑料闪烁光纤2-2，塑料光纤耦合器2-3，通信光纤2-4，光电倍增管2-5，信息处理系统2-6。

将圆柱PMMA棒加热拉锥，研磨后的锥形波导1-9，要求其大小两端直径分别与塑料闪烁光纤束1-3和单根通信光纤1-10匹配，以减少耦合器的端面反射。塑料闪烁光纤束和带锥形波导的通信光纤分别置于两根插芯1-2之中。

两根插芯1-2端面涂上折射率匹配剂，在法兰盘1-8内孔中间对接，待粘合剂固化。

保证插芯不在法兰盘内滑动，先安装一侧的耦合器外壳1-1，使橡胶垫圈1-7准确贴合，压紧调整弹簧1-4后拧上螺母1-6。

安装另一侧外壳，拧上螺母1-6，在耦合器两端套上热缩管1-5加热密封，加热温度不应高于80℃，完成连接。

通信光纤2-4与光电倍增管2-5连接，进行光电转换后由信息处理系统2-6进行分析。

本发明设计了一种1×7型塑料光纤耦合器，包括耦合器外壳、调整弹簧、六角螺母、法兰盘、锥形波导、热缩套管等。通过闪烁光纤束与通信光纤的耦合，水中的切伦科夫光作用于闪烁光纤产生的荧光能够进行高效率的传输，到达光电倍增管后进行信号处理。这种塑料光纤耦合器具有易拆装，水密性好的特点，能用于高能射线探测以及通信系统。

一种1×7型塑料光纤耦合器，将单根通信光纤通过锥形PMMA波导与塑料闪烁光纤束连接，实现光信号的耦合和分支功能，耦合器外部采用圆柱套筒型连接器进行封装。如权利要求1所述塑料闪烁光纤为波长位移光纤。由棒状PMMA波导热加工后拉伸形成，数值孔径与塑料光纤。表面进行抛光后，连接端面处涂上折射率匹配剂以减少菲涅尔反射。将闪烁光纤束和白光纤分别固定在套筒中，两个套筒通过一法兰盘进行对准，由两端的调整弹簧来保持轴向稳定。

综上所述：本发明设计了一种1×7型塑料光纤耦合器，包括耦合器外壳、调整弹簧、六角螺母、法兰盘、锥形波导、热缩套管等。通过闪烁光纤束与通信光纤的耦合，水中的切伦科夫光作用于闪烁光纤产生的荧光能够进行高效率的传输，到达光电倍增管后进行信号处理。这种塑料光纤耦合器具有易拆装，水密性好的特点，能用于高能射线探测以及通信系统。

Claims (2)

1.一种水切伦科夫探测器用1乘7型塑料光纤耦合器，其特征是，采用圆柱套筒型结构，由塑料闪烁光纤束、锥形波导、通信光纤、第一插芯、第二插芯、调整弹簧、法兰盘、耦合器外壳、热缩套管、六角螺母和橡胶圈组成；所述塑料闪烁光纤束和通信光纤通过锥形波导连接，且所述塑料闪烁光纤束设置在第一插芯中，所述锥形波导和通信光纤设置在第二插芯中，第一插芯和第二插芯均为套筒，且第一插芯和第二插芯端面涂上折射率匹配剂并分别从法兰盘左端和右端插入后在法兰盘内孔中间对接，所述法兰盘和耦合器外壳包裹在第一插芯和第二插芯外，耦合器外壳为两个且设置于法兰盘两端，且耦合器外壳侧面与法兰盘侧面接触设置，两个所述调整弹簧分别设置在耦合器外壳和第一插芯中间、耦合器外壳和第二插芯中间，耦合器外壳的一端为渐缩形的圆锥结构，所述热缩套管设置在所述塑料光纤耦合器的两端且位于耦合器外壳的尾端圆锥结构的末端处，所述橡胶圈设置在耦合器外壳和法兰盘接触的侧面中间处，耦合器外壳和法兰盘接触侧的尺寸相同，六角螺母上的内螺纹与耦合器外壳上的外螺纹及法兰盘上的外螺纹相配合，所述第一插芯和第二插芯中间均设置有圆柱状凸起台阶，其尺寸和耦合器外壳的内孔径一致，插设有第一插芯和第二插芯处的耦合器外壳的内孔径大于插设有第一插芯和第二插芯处的法兰盘内孔径，第一插芯和第二插芯通过所述法兰盘进行对准，由两端的所述调整弹簧来保持轴向稳定，使用时，将所述塑料光纤耦合器置于水池底部，水池底受到切伦科夫辐射的闪烁光纤阵列产生绿色波段的荧光信号，通过所述塑料光纤耦合器汇聚到远处的光电倍增管。

2.根据权利要求1所述的1乘7型塑料光纤耦合器，其特征是，所述锥形波导一端的截面和塑料闪烁光纤束截面尺寸相同，另一端的截面与通信光纤截面尺寸相同。

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