CN111580213A - 双直区弯曲形光学纤维锥及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的在于提供一种双直区弯曲形光学纤维锥及其应用。所述光学纤维锥包括大端和小端，组成所述大端的各根光纤平行设置形成大端直区；组成所述小端的各根光纤平行设置形成小端直区；所述大端直区的中心轴与所述小端直区的中心轴不在一条直线上。所要解决的技术问题是通过双直区弯曲形+端面立体结构的设计，使光锥入射到CCD的光线自动聚集，避免发散，减少光纤之间光线的串扰，抑制分辨率的下降，提高了光锥与CCD耦合的效率、光透过率和分辨率，提升了耦合的成像质量，同时又减少了对耦合器件的辐射伤害，提高了器件的耐辐照性能，促进了数字化微光成像、粒子探测技术的进步，从而更加适于实用。

Description

双直区弯曲形光学纤维锥及其应用

技术领域

本发明属于光学器件技术领域，特别是涉及一种具有特殊结构的双直区弯曲形光学纤维锥及其应用。

背景技术

光学纤维锥(以下简称为光锥)是由大量光纤经过规则排列、加热、加压融合和拉伸工艺制成的光学器件；因为光锥具有将图像放大和缩小特定倍数的作用，并且可以获得很小的物象距，所以其成为图像增强器件的核心元件之一，广泛应用在小型化图像设备和图像数字化设备中。

光锥除了上述放大、缩小成像外，另一关键的作用就是与CCD的耦合使用，将图像经耦合转变成数字化信号，实现对图像的处理和远距离的传输。然而，现有技术中光锥与CCD耦合时，一方面其耦合的效率低，耦合分辨能力差，成像清晰度差；另一方面也难以实现光学传像元件的不同轴耦合。同时，现有技术中通过在玻璃材料中引入耐辐照的氧化铈材料以吸收辐照变价的机制来达到耐辐照的作用。但是，这种方式也会带来负面的影响，一是氧化铈的使用会降低玻璃本身的光透过率。二是其耐辐照效果仍不够理想，仍会有大量的高能射线穿透元器件达到后端的半导体器件，造成辐照损伤。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双直区弯曲形光学纤维锥及其应用，所要解决的技术问题是实现光学传像元件的不同轴耦合，减少高能射线对耦合器件的辐射伤害，同时提升了耦合的成像质量，促进了数字化微光成像、粒子探测技术的进步，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种双直区弯曲形光学纤维锥，包括大端和小端，组成所述大端的各根光纤平行设置形成大端直区；组成所述小端的各根光纤平行设置形成小端直区；所述大端直区的中心轴与所述小端直区的中心轴不在一条直线上。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的光学纤维锥，其中所述大端直区的中心轴与所述小端直区的中心轴平行或者相交形成夹角α，其中0°<α<180°。

优选的，前述的光学纤维锥，其中所述大端直区和所述小端直区沿光纤轴向的长度尺寸均大于2.0mm；或者，组成所述大端的光纤的芯径d≥2μm。

优选的，前述的光学纤维锥，其中所述大端和所述小端的截面为圆形，其中所述大端的直径D为Ф10mm～Ф200mm；或者，所述大端和所述小端的截面为方形，其中所述大端的边长L为7mm～150mm。

优选的，前述的光学纤维锥，其中所述光学纤维锥沿光纤轴向的长度L≥0.8D，其中D为所述大端的直径或所述大端的等效直径。

优选的，前述的光学纤维锥，其中所述光纤由芯层和皮层组成；在所述光纤的端部，所述皮层超出所述芯层使芯层的端面呈凹球面结构；或者，所述芯层超出所述皮层使芯层的端面呈凸球面结构；其中，所述凹球面结构或者所述凸球面结构的曲率半径R≥0.5d，所述凹球面结构或者所述凸球面结构的拱高h≤0.5d，其中d为大端直区或小端直区的光纤的芯径。

优选的，前述的光学纤维锥，其中所述芯层的端面包括输入端面和输出端面；所述输出端面为球冠结构；和/或，所述输入端面为球冠结构。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种根据前述的光学纤维锥的应用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种根据前述的光学纤维锥在粒子探测领域的应用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种根据前述的光学纤维锥在微光夜视成像领域的应用。

借由上述技术方案，本发明提出的一种双直区弯曲形光学纤维锥及其应用至少具有下列优点：

1、本发明提出的双直区弯曲形光学纤维锥及其应用，其中组成光学纤维锥的每根光纤的输入端面和/或输出端面均为芯层与皮层位于不同平面的凹球面结构或凸球面结构，输入端面设计为此种结构使得每根光纤的入射光能够获得更大角度的入射光束，可以提高其对光的收集能力，从而可提高光的透过率，同时也有效地减少了光束间的相互串扰，有助于提高成像的分辨力；输入端面设计为此种结构使得使每根光纤的出射光向每根光纤的中心聚集；对于整个光学纤维锥的整个输出面而言，实现出射光聚光的目的，其在与CCD耦合时的光斑就会减小，可以达到提高光学纤维锥分辨率的目的；因此，所述的光学纤维锥能够汇聚更多的入射光线进入光锥内，且在光锥内传输的光线在输出时具有光汇聚与发散的功能，可以实现其与CCD的高分辨率、高光透过率和高耦合效率；

2、本发明提出的双直区弯曲形光学纤维锥及其应用，其结构设计为兼具弯曲形和双直区结构的光学纤维锥，直区和立体结构的结合应用，使得在输入端面汇聚入射光线，在输出端面汇聚出射光线，克服了光锥输出端面光束发散和输出端面倾斜的问题，使光锥入射到CCD的光线自动聚集，避免发散，减少光纤之间光线的串扰，抑制分辨率的下降，提高了光锥与CCD耦合的效率、光透过率和分辨率，提升了耦合的成像质量，从而在光锥与CCD/CMOS等其它光纤传像元件耦合时可以实现耦合效率的可调节；

3、本发明提出的双直区弯曲形光学纤维锥及其应用，其通过对光锥的弯曲形设计，可以避免射线对其直接辐照，从而可以提高器件的耐辐照性能，可以有效减少在高能射线使用环境下对CCD/CMOS等探测元件的辐照损伤，从而促进了数字化微光成像、粒子探测技术的进步。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明光锥的结构及工作原理示意图；

图2是本发明光锥结构示意图，α＝0°；

图3是本发明光锥结构示意图，0°＜α＜90°；

图4是本发明光锥结构示意图，α＝90°；

图5是本发明光锥结构示意图，180°＞α＞90°；

图6是本发明光锥输出端一根光纤内的光聚焦示意图；

图7是本发明光锥的光传输原理示意图-含光纤输入端和输出端；

图8是本发明光锥输入端一根光纤内的光聚集示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种双直区弯曲形光学纤维锥及其应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明提出一种双直区弯曲形光学纤维锥，包括大端和小端，如附图1所示，组成所述大端的各根光纤平行设置形成大端直区1；组成所述小端的各根光纤平行设置形成小端直区2；所述大端直区1的中心轴与所述小端直区2的中心轴不在一条直线上。

所述光学纤维锥依次包括大端直区1、过渡部和小端直区2，其中组成光学纤维锥的多根光纤21均由所述大端直区1、所述过渡部延伸至所述小端直区2；所需要传输的图像A经过所述大端直区1、所述过渡部和所述小端直区2之后由小端输出为缩小数倍的图像A’。

组成所述大端直区1和小端直区2的光纤21的端面非平面结构；所述光纤由芯层和皮层组成，在所述光纤的端部，所述皮层超出所述芯层使芯层的端面呈凹球面结构(附图1中未显示此种结构)；或者，所述芯层超出所述皮层使芯层的端面呈凸球面结构22。

如附图1的右侧部分是对小端直区2的放大图，由该放大图可见，组成小端直区2的光纤21彼此平行设置，在其输出端面上设置了凸球面结构22，经过光锥传输的光线经过光纤多次反射后由所述的输出端面出射，出射光线3呈汇聚形态入射进与其耦合连接的CCD/CMOS 4中。

优选的，所述芯层的端面包括输入端面和输出端面；所述输出端面为球冠结构；和/或，所述输入端面为球冠结构；所述球冠结构的曲率半径R≥0.5d，所述球冠结构的拱高h≤0.5d，其中，大端直区的端面球冠结构的曲率半径、拱高的尺寸与大端直区的芯径相关；小端直区的端面球冠结构的曲率半径、拱高的尺寸与小端直区的芯径相关。

优选的，所述球冠结构的拱高小于或者等于所述芯层的半径；所述球冠结构的曲率半径大于或者等于所述芯层的半径；所述球冠结构向外突出或者向内凹陷的最大尺寸不超过以芯层半径为半径的半个球面的尺寸。

本发明的光学纤维锥作为中间的传像介质，其前面连接光纤面板或直接将荧光粉涂覆至光学纤维锥的输入端面上，后面耦合其它光学元件。为了提高耦合的像质，尤其是分辨、光透过性能，本发明将光学纤维锥的输出端面和/或输入端面上每根光纤的芯层端面与皮层端面设置为不在一个平面内，使芯层端面相对于皮层端面形成凸球面结构或者凹球面结构，且此凹球面结构/凸球面结构与光纤的芯层一一对应，其形状、尺寸与芯层完全吻合。

所述光纤生产时，可以先将其端面制作为芯层端面和皮层端面位于一个平面内的平面结构，然后再通过后续工序加工使芯层端面成为凸球面结构或者凹球面结构。优选的，所述凸球面结构通过化学差异酸蚀法结合热处理法加工制备；或者，所述凸球面结构通过光掩膜离子刻蚀技术加工制备；所述凹球面结构通过化学湿法酸蚀方法加工制备。

所述端面的结构可以在光纤端头上直接加工制作；或者，也可以采用其他材料连接于光纤的端头上形成端面结构。当采用其他材料连接于光线的端头时，优选端头材料的折射率与芯层玻璃的折射率相同或者相近，以保证光线在其中传输不受材质变化的影响。

所述芯层的凹球面结构/凸球面结构的端面，其曲率半径为R、拱高为h、光学纤维锥两端直区的芯径为d、光纤芯层玻璃的折射率为n₁、端面结构的材料折射率n、介质折射率n₀；所述光学纤维锥芯层的输出端面、输入端面的球冠结构的参数可以根据实际应用的要求进行设计。所述输入端面的球冠结构参数设计的主要依据是根据光学纤维锥的目标光线收集角β的大小进行确定的。当目标光线收集角β确定之后，再通过球冠结构的曲率半径R、拱高h、光纤芯径d、芯玻璃折射率n₁、微凸结构折射率n、介质折射率n₀进行相应的光路计算，通过控制各参数的取值，使所述的光学纤维锥能够达到设计的光线收集角β，以确保尽可能多的入射光束进入光纤内部，然后基于全反射机制将其传输到输出端面。此种结构设计可以使每根光纤的入射光获得更大角度的入射光束，可以提高其对光的收集能力，从而可提高光的透过率，同时也有效地减少了光束间的相互串扰，有助于提高成像的分辨力。

进一步的，根据所述球冠结构的参数可以计算出光束的出射角、输出端面与成像焦点(焦平面)的距离等关键指标参数。基于参数的获得，不仅可以指导球冠结构的成型，也可以指导光学纤维锥与耦合元件间的装配间距或光学胶涂层的厚度，焦平面与像面重合，获得最佳的成像质量。

本发明的技术方案中将每根光纤的输出端面设计为球冠结构，可以使出射光向每根光纤的中心聚集；对于整个光学纤维锥的整个输出面而言，实现出射光聚光的目的，使其在与CCD耦合时的光斑减小，可以达到提高光学纤维锥分辨率的目的。

优选的，所述大端直区1的中心轴与所述小端直区2的中心轴平行或者相交形成夹角α，其中0°<α<180°。所述光学纤维锥两个端部的中心轴不在一条直线上，其或者平行，或者相交，其角度α可以在0-180°间可以根据实际应用需要进行相应的设计；连接所述大端直区和所述小端直区的过渡部为弯曲形的，也即将光学纤维锥的两端设计成中心轴相交，甚至平行的光学纤维锥结构，即弯曲形光学纤维锥的结构设计，其整体外形类似于“牛角”的形状，在本发明的申请文件中将其定义为“牛角”型光学纤维锥。此种结构设计为弯曲形的双直区光学纤维锥结构，可以解决非同轴元件间的耦合问题，同时，该光学纤维锥不仅具有放大图像或缩小图像传输的功能，还兼具有可以在多种方向上图像传输的功能，其传输角度可在0-180°间调节。

如附图2至附图5所示分别为夹角α为α＝0°(也即轴线平行)、0°＜α＜90°、α＝90°和180°＞α＞90°的双直区弯曲形光学纤维锥，其中，附图2的光学纤维锥，其大端直区与小端直区的中心轴线相互平行，是微光夜视成像用的“牛角”光学纤维锥，可应用于拼接图像时的场景下使用；附图3至附图5的光学纤维锥，可应用于图像转向的场景下使用。

优选的，所述大端直区和所述小端直区沿光纤轴向的长度尺寸均大于2.0mm。所述光学纤维锥的大端和小端均设置有一定长度的直区，所述直区的长度根据光学纤维锥的大小而确定。一般的，所述直区的长度不小于2.0mm，以确保所述大端直区和小端直区的每根光纤的方向均能够保持与端面垂直。一般的，所述大端直区的长度大于所述小端直区的长度。

优选的，所述大端和所述小端的截面为圆形，其中所述大端的直径D为Ф10mm～Ф200mm。

优选的，所述大端和所述小端的截面为方形，其中所述大端的边长L为7mm～150mm。

优选的，所述大端和所述小端的截面也可以设计为异形，其中，所述大端的异形截面内置于直径D为Ф10mm～Ф200mm的圆内，可以将其设置为如椭圆形、菱形、多角形、跑道形等可设计出来的任意形状。

优选的，所述光学纤维锥的放大率M为1～5。所述光学纤维锥一般用于小图像信号的放大；所述放大率值等于所述光学纤维锥大端的尺寸除以所述光学纤维锥小端的尺寸计算获得。所述大端的尺寸和所述小端的尺寸可以取其等效尺寸。所述小端的尺寸，可以根据光学纤维锥的放大率值的设计值以及所述大端的有效尺寸计算获得。优选的，所述光学纤维锥的放大率M为1～2，2～3，3～4或4～5。

优选的，组成所述大端的光纤的芯径d≥2μm。

优选的，所述光学纤维锥沿光纤轴向的长度L≥0.8D，其中D为所述大端的直径或所述大端的等效直径。

本发明技术方案中所述等效直径是指当大端的截面不是圆形时，可以根据大端的截面的面积换算出其等效圆的直径，例如，当大端为边长lmm的正方形时，其面积为1mm²，则根据圆的面积公式计算其等效直径约为1.13mm。

本发明通过将光锥设计为大端直区和小端直区不同轴的弯曲形光锥，且将其输入端面、输出端面设置为芯层端面与皮层端面位于不同平面的结构，使所述芯层超出所述皮层使芯层端面成凸球面结构，或者使所述皮层超出所述芯层使芯层端面成凹球面结构。通过直区结构和芯层端面结构的结合应用，使得在输入端面汇聚入射光线，在输出端面汇聚出射光线，克服了光锥输出端面光束发散和输出端面倾斜的问题，使光锥入射到CCD的光线自动聚集，避免发散，减少了光纤之间光线的串扰，抑制了分辨率的下降，提高了光锥与CCD耦合的效率、光透过率和分辨率，提升了耦合的成像质量，同时大端和小端不同轴的弯曲形设计又减少了高能射线对耦合器件的辐射伤害，提高了器件的耐辐照性能，促进了数字化微光成像、粒子探测技术的进步。

本发明还提出一种根据前述的光学纤维锥的应用。

本发明还提出一种根据前述的光学纤维锥在粒子探测领域的应用，如下文实施例1所示的光锥。

本发明还提出一种根据前述的光学纤维锥在微光夜视成像领域的应用，如下文实施例2所示的光锥。

下面通过更为具体的实施例作进一步说明：

实施例1

本实施例提出一种粒子探测用的“牛角”型光纤维。

所述光纤锥在工作时，从其大端输入的高能粒子束穿过前端元件时，部分在前端中被吸收，或被散射，或被转换成载流子或光子，部分则会穿透元件进入到后端的CCD或CMOS等探测元件中。处于中端的“牛角”型光学纤维锥在传光传像的同时，弯曲成型的设计可以使其避免高能粒子束的直接辐照探测元件，从而提高了器件的耐辐照性能。此“牛角”型光学纤维锥的材料、结构与性能详述如下：

材料如下：

光学纤维锥的芯层材料、皮层材料均由高膨胀系数的玻璃材料制备而成，其膨胀系数范围在(80～100)×10^-7/K，玻璃软化点温度不小于600℃。在所述玻璃材料中可引入抗辐照氧化物，如氧化铈。数值孔径不小于0.65。所述光学纤维锥的端面制作为微凸的球冠结构，所述端面的材料为芯层玻璃材料或者与芯层玻璃折射率相近的高透有机材料。

制备过程如下：

所述的光学纤维锥经光纤拉制、排板、压板成型、二次拉锥弯曲、光学精加工而成。光纤拉制采用玻璃棒管法；压板采用机械热熔压法；二次拉锥弯曲成型分为二步进行，先高温拉锥，然后再机械弯曲成型，经精密退火并冷却后再进行精密光学加工，最后经性能检测后制得“牛角”型光纤维。制得“牛角”型光纤维后，在光纤输出端的芯层端面上制作凸球面的球冠结构，具体步骤如下：

先按照下述配方配制干膜溶液：将30～40质量份的粘结剂、40～50质量份的聚合体、0.5～10质量份的光引发剂、0.5～5质量份的添加剂、40～60质量份的溶剂混合均匀，得到干膜溶液。其中：粘结剂为聚苯乙烯马来酸酐共聚物，具有粘合成膜作用，将其他成分连接在一起；光聚合体为线性酚醛树脂，经过紫外线照射后由单体发生裂解反应，形成聚合物单体；光引发剂为重氮萘醌磺酸酯，在紫外光(UV吸收峰360～400nm)照射时吸收一定波长的能量，释放出N₂形成羧酸，成为溶解度增强剂，使其在显影液中易于溶解，而其未经紫外曝光时可抑制线性酚醛树脂溶解，形成稳定光学薄膜；增塑剂为三乙二醇双醋酸脂，增加膜层柔韧性和成膜性；热阻聚剂为对苯二酚，耐高温、避免喷涂设备结胶、堵塞，还可有效抑制其他有机成分再烘干过程的热聚合；溶剂为丙酮，具有良好的溶解特性，配置混合均匀的干膜溶液，从而提高超声喷涂的效率和成膜均匀性。

按照设计好的比例称取各组分，再将称取好的各组分置于容器中搅拌均匀，得到干膜溶液，再通过超声喷涂法将干膜溶液涂敷在光纤的一个端面上，经过加热固化后得到厚度均匀的膜层。

将镀膜完成的光纤锥放置在紫外线曝光机中，从光纤的另一个端面照射对其曝光、显影处理，得到端面为球冠结构的光学纤维锥。

结构特征如下：

1)所述光学纤维锥的大端、小端的中轴线的夹角α不小于90°，典型值为90°～180°。

2)大端直区和小端直区的长度不小于2mm，大端直区长于小端直区。

3)放大率(大端有效尺寸/小端有效尺寸)大于1，不大于5。

4)组成光学纤维锥的光纤可以是圆形的，也可以是方形的；如果是圆形的，则其大端丝径不小于2μm，小端直径或等效直径通过计算得到，即大端丝径/放大率；如果是方形的，则其大端边长不小于2μm，小端边长通过计算得到，即大端边长/放大率。

5)大端直径或等效直径不大于200mm，小端直径或等效直径通过放大率计算得到，即大端直径或等效直径/放大率。

6)光学纤维锥的长度不小于大端直径或等效直径的0.8，典型值为1.0-1.5，光纤锥越长越有利于“牛角”型光学纤维锥的成型。

7)输出端的芯层端面上成型微凸的球冠结构，其典型参数值：小端芯径2μm～4μm，大端微凸曲率半径1.0μm～4.25μm，拱高0.5μm～3.0μm，出射角0～60°，焦平面与出射面的间距3.4μm～9.6μm。

性能如下：

1)透光性能：可见光550nm处的漫射光透过率大于65％，相对于传统光学纤维锥增加了10％～15％。

2)大端分辨率：577.4/D(圆丝：D为光纤丝径)，500/D(方丝，D为光纤边长)。与CCD的耦合分辨率：较平面输出型光学纤维锥，其分辨率可提高50％以上。

3)耐辐照性能：相同辐照条件下，与装配传统光学纤维锥的器件相比，其器件耐辐照寿命提高一倍以上。

4)耦合效率：与CCD的耦合效率不小于70％。

5)输入收集角：较传统的光学纤维锥材料，收集角β增大10％以上。

6)其典型的结构如附图4和附图5所示，输出端微凸的球冠结构如附图6至附图7所示。

实施例2

本实施例提出一种微光夜视成像用“牛角”光学纤维锥。

所述微光夜视成像用光学纤维锥主要是作为器件的阳极，即图像输出端的窗口，主要起到传光传像的作用，同时将图像进行等比例的放大与缩小，可根据实际成像使用需要，大端或小端都可作为输入端置于真空腔体内。在光学纤维锥输出端成像，可直接观察，或通过目镜观察。

本实施例的“牛角”光学纤维锥，设置为输入端和输出端的芯层端面均为微凸的球冠结构，可以显著提高输入端光的收纳能力，同时可以将输出的光进行汇聚，提高光纤间光的绝缘性，从而获得高分辨高对比度的成像质量。该“牛角”光学纤维锥还可以作为拼接成像使用，通过结构的设计，可以将大面积的图像通过该光学纤维锥进行分割，然后传像在输出端又拼接成一幅完整的图像，同理，也可将输入端的多幅小面积的图像进行放大传输，并且无明显的拼接缝隙。

材料如下：

光学纤维锥的芯层材料、皮层材料均由高膨胀系数的玻璃材料制备而成，其膨胀系数范围在(80-100)×10^-7/K，玻璃软化点温度不小于600℃。数值孔径不小于0.65。光学纤维锥材料与荧光粉材料具有良好的相容性，典型的荧光粉材料为P20。光学纤维锥的球冠结构所用材料为芯层玻璃的材料或者与芯层玻璃折射率相近的高透有机材料。

制备过程如下：

光学纤维锥经光纤拉制、排板、压板成型、二次拉锥弯曲、光学精加工而成。光纤拉制采用玻璃棒管法；压板采用机械热熔压法；二次拉锥弯曲成型分为二步进行，先是高温拉锥，然后再机械弯曲成型，经精密退火并冷却后再进行精密光学加工，最后经性能检测后制得“牛角”型光纤维。制得“牛角”型光纤维后，通过与实施例1相同的方法将其输出端、输出端两端的芯层端面均加工成微凸的球冠结构。

结构特征如下：

1)这种光学纤维锥的大端、小端的中轴线的夹角α的范围为0°～180°，典型值为0～90°。

2)大端和小端的直区长度不小于2mm，大端直区一般长于小端直区。放大率(大端有效尺寸/小端有效尺寸)大于1，不大于5。

3)光学纤维锥的光纤可以是圆形，也可以是方形，如是圆形大端丝径不小于2μm，小端直径或等效直径通过计算得到，即大端丝径/放大率，如是方形，大端边长不小于2μm，小端边长通过计算得到，即大端边长/放大率。

4)大端直径或等效直径不大于200mm，小端直径或等效直径通过放大率计算得到，即大端直径或等效直径/放大率。

5)光学纤维锥长度不小于大端直径或等效直径的0.8，典型值为1.0-1.5，越长越有利于“牛角“型光学纤维锥的成型。

6)在光学纤维锥的输出端成型微凸结构，其典型的参数：小端芯径2.0μm～4.0μm，大端微凸曲率半径1.0μm～4.3μm，拱高0.5μm～3.0μm，出射角0°～60°，焦平面与出射面的间距3.4μm～9.6μm。

性能如下：

1)透光性能：可见光550nm处的漫射光透过率大于65％，相对于传统光学纤维锥，增加了10％～15％。

2)光学纤维锥大端分辨率：577.4/D(圆丝：D为光纤丝径)，500/D(方丝，D为光纤边长)。

3)成像对比度：对比度不大于2％，较传统光学纤维锥提高30％以上。

4)其典型的结构如附图4和附图5所示，输出端微凸的球冠结构如附图6至附图7所示，输入端微凸的球冠结构如附图7至附图8所示。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种双直区弯曲形光学纤维锥，包括大端和小端，其特征在于，组成所述大端的各根光纤平行设置形成大端直区；组成所述小端的各根光纤平行设置形成小端直区；所述大端直区的中心轴与所述小端直区的中心轴不在一条直线上。

2.根据权利要求1所述的光学纤维锥，其特征在于，所述大端直区的中心轴与所述小端直区的中心轴平行或者相交形成夹角α，其中0°<α<180°。

3.根据权利要求1所述的光学纤维锥，其特征在于，所述大端直区和所述小端直区沿光纤轴向的长度尺寸均大于2.0mm；或者，组成所述大端的光纤的芯径d≥2μm。

4.根据权利要求1所述的光学纤维锥，其特征在于，所述大端和所述小端的截面为圆形，其中所述大端的直径D为Ф10mm～Ф200mm；或者，所述大端和所述小端的截面为方形，其中所述大端的边长L为7mm～150mm。

5.根据权利要求1所述的光学纤维锥，其特征在于，所述光学纤维锥沿光纤轴向的长度L≥0.8D，其中D为所述大端的直径或所述大端的等效直径。

6.根据权利要求1至5任一项所述的光学纤维锥，所述光纤由芯层和皮层组成，其特征在于，在所述光纤的端部，所述皮层超出所述芯层使芯层的端面呈凹球面结构；或者，所述芯层超出所述皮层使芯层的端面呈凸球面结构；其中，所述凹球面结构或者所述凸球面结构的曲率半径R≥0.5d，所述凹球面结构或者所述凸球面结构的拱高h≤0.5d，其中d为大端直区或小端直区的光纤的芯径。

7.根据权利要求6所述的光学纤维锥，其特征在于，所述芯层的端面包括输入端面和输出端面；所述输出端面为球冠结构；和/或，所述输入端面为球冠结构。

8.一种根据权利要求1至7所述的光学纤维锥的应用。

9.一种根据权利要求1至7所述的光学纤维锥在粒子探测领域的应用。

10.一种根据权利要求1至7所述的光学纤维锥在微光夜视成像领域的应用。

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