CN112162356B - 光耦合装置、光源系统及其光通量的控制方法 - Google Patents

光耦合装置、光源系统及其光通量的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光耦合装置、光源系统及其光通量的控制方法。其中所述光耦合装置包括耦合透镜，所述耦合透镜具有通孔以及环绕所述通孔的分束镜本体；其中，所述通孔允许光束穿过所述耦合透镜，所述分束镜本体对不同波长的光束分别进行反射或透射。本发明中，通过在耦合透镜设置通孔，利用通孔允许光束穿过所述耦合透镜，进而可使得通过所述分束镜本体对波长大于预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射，使得在不影响窄带光源的补光作用的情况下，可增大对宽带光谱光的利用率；此外还可以通过调整通孔的大小，可得到最佳耦合光束。

Description

光耦合装置、光源系统及其光通量的控制方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种光耦合装置、光源系统及其光通量的控制方法。
背景技术
现有的宽带光谱光源由于技术的限制，会导致中间波段的光谱分布较差，从而导致该波段的照明效果较差。为了解决这个问题，通常会通过增加该波段的窄带光谱来弥补这种宽带光谱的缺陷。现有方法通常通过使用半反半透镜或二向色镜来耦合宽带光谱光源与窄带光谱光源。但是，半反半透镜会导致两路光源各损失一半的光通量，而利用二向色镜来耦合两路光源，会导致宽带光谱光源损失掉波长大于二向色镜截止波长的光通量。
为了解决上述问题，目前主要通过在透光基板的中间添加反射板来耦合宽带光谱光源和窄带光谱光源，并在透光基板的两侧镀增透膜来增加宽带光谱的透过率。但是，这种方法受镀膜工艺的限制，镀膜过渡区域会同时影响透射基板的透射率和反射板的反射率。此外，为了避免这种镀膜工艺的限制，目前可采用一种带通孔的反射镜来实现白光光源与窄带光光源的耦合，但是这种耦合方式仅在窄带光光源很窄且正好可完全透过通孔时才不会造成窄带光谱的损失；而如果增大通孔，则会减少白光的反射率，导致更多的白光损失。
发明内容
基于此，有必要针对目前在光耦合过程中光利用率较低的问题，提供了一种光耦合装置、光源系统及其光通量的控制方法。
本发明实施例提供了一种光耦合装置，所述光耦合装置包括耦合透镜，所述耦合透镜具有通孔以及环绕所述通孔的分束镜本体；其中，所述通孔允许光束穿过所述耦合透镜；所述分束镜本体对不同波长的光束分别进行反射或透射。
在其中一个实施例中，所述分束镜本体对波长大于预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射；或者，所述分束镜本体对波长大于所述预设波长的光束进行透射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行反射。
在其中一个实施例中，所述通孔位于所述分束镜本体的中心，所述通孔的形状为圆形、椭圆形或矩形。
在其中一个实施例中，所述耦合透镜为二向色镜。
在其中一个实施例中，所述通孔的长边和宽边比例与所述分束镜本体的长边和宽边的比例关系相同分束镜本体。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种光源系统，包括：
第一光源，用于提供第一光束；
第二光源，用于提供第二光束，且所述第二光束与所述第一光束相交；
光耦合装置，所述光耦合装置为上述任一所述的光耦合装置，所述光耦合装置位于所述第二光束与所述第一光束相交处。
在其中一个实施例中，入射至所述光耦合装置中的通孔的所述第一光束通过所述通孔穿过所述耦合透镜，入射至所述光耦合装置中的分束镜本体的所述第一光束中的波长小于或等于所述预设波长的光透过分束镜本体出射；入射至所述分束镜本体的所述第二光束中的波长大于所述预设波长的光由所述分束镜本体反射后，沿所述第一光束前进的方向出射，以与所述第一光束形成耦合光束；或者
入射至所述通孔的所述第一光束通过所述通孔穿过所述耦合透镜，入射至所述分束镜本体的所述第一光束中的波长小于或等于所述预设波长的光透过所述分束镜本体反射；入射至所述分束镜本体的所述第二光束中的波长大于所述预设波长的光由所述分束镜本体透射后，沿所述第二光束前进的方向出射，以与所述第一光束形成耦合光束。
在其中一个实施例中，所述光耦合装置与所述第一光束之间的夹角为30°～60°。
在其中一个实施例中，所述第一光束与所述第二光束正交。
在其中一个实施例中，所述光源系统还包括：
第一准直透镜组，用于准直所述第一光束；
第二准直透镜组，用于准直所述第二光束；以及
发送装置，包括会聚透镜组，用于对所述耦合光束进行会聚；和
光纤，用于接收并传输会聚处理后的所述耦合光束。
在其中一个实施例中，所述第一光源为宽谱光源，所述第二光源为窄带光源。
基于同一发明构思，针对上述任一实施例所述的光源系统，本发明实施例还提供了一种光源系统的光通量控制方法，包括：
计算通孔面积与耦合透镜面积的比值；
根据所述比值、第一光源的光谱功率分布与第二光源的光谱功率分布计算耦合光束的总通光量；
根据获得的所述总通光量调节第一光源的功率与第二光源的功率，和/或调节通所述孔面积的大小，以得到目标合成光。
综上，本发明实施例提供了一种光耦合装置、光源系统及其光通量的控制方法。其中所述光耦合装置包括耦合透镜，所述耦合透镜具有通孔以及环绕所述通孔的分束镜本体；其中，所述通孔允许光束穿过所述耦合透镜，所述分束镜本体对波长所述分束镜本体对不同波长的光束分别进行反射或透射。本发明中，通过在耦合透镜设置通孔，利用通孔允许光束穿过所述耦合透镜，进而可使得通过所述分束镜本体对波长大于预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射，使得在不影响窄带光源的补光作用的情况下，可增大对宽带光谱光的利用率。进一步地，还可以通过调整通孔的大小，得到最佳耦合光束。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光耦合结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种光耦合结构的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种光源系统的结构示意图；
图4中的(a)图为本发明实施例提供的光源系统中的第一光源的归一化光谱功率分布；
图4中的(b)图为本发明实施例提供的光源系统中的第二光源的归一化光谱功率分布；
图4中的(c)图为本发明实施例提供的二向色镜的归一化光透过率；
图4中的(d)图为本发明实施例提供的耦合光束的归一化光谱功率分布；
图5为本发明实施例提供的一种光源系统的光通量控制方法的流程示意图。
附图标号：光耦合装置-10，通孔-110，分束镜本体-120，第一光源-20，第二光源-30，第一准直镜-40，第二准直镜-50，发送装置-600，会聚透镜-610，光纤-620。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
在下文中，尽管可以使用诸如“第一”、“第二”等这样的术语来描述各种组件，但是这些组件不必须限于上面的术语。上面的术语仅用于将一个组件与另一组件区分开。还将理解的是，以单数形式使用的表达包含复数的表达，除非单数形式的表达在上下文中具有明显不同的含义。此外，在下面的实施例中，还将理解的是，这里使用的术语“包含”和/或“具有”说明存在所陈述的特征或组件，但是不排除存在或附加一个或更多个其它特征或组件。
本发明实施例提供了一种光耦合装置10，请参见图1，其中图1中的(a)图为所述光耦合装置10的俯视图，图1中的(b)为沿图(a)图中的虚线处的所述光耦合装置10的剖面图。所述光耦合装置10包括耦合透镜，所述耦合透镜具有通孔120以及环绕所述通孔120的分束镜本体110；其中，所述通孔120允许光束穿过所述耦合透镜；所述分束镜本体110对所述分束镜本体对不同波长的光束分别进行反射或透射。
在其中一个实施例中，所述分束镜本体对波长大于预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射；或者，所述分束镜本体对波长大于所述预设波长的光束进行透射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行反射。耦合透镜的具体选择可以根据实际需要进行设置。
本实施例中，所述分束镜本体110允许波长小于或等于所述预设波长的光透过，即所述分束镜本体110对波长大于预设波长的光束进行反射，以及对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射。因此，在利用耦合透镜进行光耦合时，通过在耦合透镜设置通孔120，利用通孔120允许光束穿过所述耦合透镜，以及通过所述分束镜本体110对波长大于预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射，使得在不影响窄带光源的补光作用的情况下，可增大对宽带光谱光的利用率。进一步地，还可以通过调整通孔120的大小，可得到最佳耦合光束。
在其中一个实施例中，所述通孔120位于所述分束镜本体110的中心。可以理解，通过将所述通孔120设置于所述分束镜本体110的中心，可使得透过所述分束镜本体110的光束位于所述被反射光束的中心，最大程度的提高光耦合效率。此外，将所述通孔120设置于所述分束镜本体110的中心，便于搭建和调整光路。
在其中一个实施例中，所述通孔120的形状为圆形、椭圆形或矩形。为了简化工艺及控制通孔120的大小，本实施中将所述矩形通孔120的形状为矩形。可以理解的时，所述通孔120的形状对所述光耦合装置10的耦合效率无任何影响，本发明对所述通孔120的形状并不进行限制。
此外，所述分束镜本体110的外部轮廓可以是圆形、椭圆形、矩形或正方形等。所述分束镜本体110外部轮廓的形状可与所述通孔120的形状一致，二者均为矩形或方形等；所述分束镜本体110外部轮廓的形状也可与所述通孔120的形状不一致，如图2所示。本实施例中所述分束镜本体110外部轮廓为椭圆形，所述通孔120的形状为矩形。
在其中一个实施例中，所述通孔的长边和宽边比例与所述分束镜本体的长边和宽边的比例关系相同。
假设所述通孔120的长边和宽边分为为a和b，所述分束镜本体110的长轴和短轴分别为c和d(当分束镜本体110为矩形时，长轴和短轴相当于分束镜本体110的长边和宽边)，其中，c和d的比例关系与a和b的比例关系相同，具体的b＝a sinθ
其中，θ为透过所述分束镜本体110光束与所述光耦合装置10的夹角。在本实施例中，
Figure GDA0004151424030000071
在其中一个实施例中，所述耦合透镜为二向色镜。可以理解，二向色镜特点是对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。本实施例中，假定所述二向色镜为长反短透二向色镜，它的截止波长为λ0，即所述二向色镜对于波长大于λ0光束进行反射，以及所述二向色镜对波长小于或等于λ0的光束几乎完全透射，对波长大于λ0的光束几乎完全反射。
在其中一个实施例中，所述分束镜本体110在反射波段的反射率以及在透射波段的透射率均大于95％。可以理解，通过增大分束镜本体110在反射波段的反射率以及在透射波段的透射率，有利于增加透过光与反射光的光通量，从而进一步提高光能利用率。本实施例中，利用二向色镜作为耦合透镜，其对大于λ0光束的反射率以及对小于或等于λ0光束的透过率可高达97％～99％。此外，还可以采用半透半反镜或其它兼备透射和反射功能的其它器件替换所述二向色镜。
本实施例中，宽带光源提供的光束透过所述光耦合装置10沿第一方向前进，窄带光源(其波长大于λ0)提供的光束经所述光耦合装置10反射后沿第一方向前进，并于与通过所述光耦合装置10的所述宽带光源提供的光束进行耦合，生成耦合光束。此外，入射至通孔120的由宽带光源提供的光束完全透过所述光耦合装置10，入射到分束镜本体110上的由宽带光源提供的光束(根据二向色镜的截止波长的选择而有所不同)部分透过所述光耦合装置10；另外，照射在通孔120处的由窄带光源提供的光束完全损失，但照射在分束镜本体110上的由窄带光源提供的光束几乎完全反射。因此，可通过增大通孔120的面积比减少窄带光源的光通量，来增大宽带光源长波范围的光通量；由于所减少的窄带光源的光通量可通过增加窄带光源的能量进行弥补，但是所增加的宽带光源长波范围的光通量却是使用二向色镜进行光耦合时所无法获得的。因而，本发明在不影响窄带光源的补光作用的情况下，极大的增加了宽带光谱光的利用率，并可进一步地通过调整所述通孔120的大小，得到最优耦合光束。
可以理解的是，由于利用所述分束镜本体对波长大于所述预设波长的光束进行透射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行反射，进而得到耦合光的方式，与上述实施例中利用所述分束镜本体对波长大于预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射，进而得到耦合光的方式原理相似，因此此处不再赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种光源系统。请参见图3，所述光源系统包括第一光源20、第二光源30和光耦合装置10。
所述第一光源20用于提供第一光束。
所述第二光源30用于提供第二光束，且所述第二光束与所述第一光束相交。
所述光耦合装置10为上述任一实施例所述的光耦合装置10，即所述包括光耦合装置10耦合透镜，所述耦合透镜具有通孔120以及环绕所述通孔120的分束镜本体110；所述光耦合装置位于所述第二光束与所述第一光束相交处。
在其中一个实施例中，所述通孔120允许光束穿过所述耦合透镜；所述分束镜本体110对波长大于预设波长的光束进行反射，以及对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射。所述光耦合装置10位于所述第二光束与所述第一光束相交处；其中，入射至所述通孔120的所述第一光束通过所述通孔120穿过所述耦合透镜，入射至所述分束镜本体110的所述第一光束中的波长小于或等于所述预设波长的光透过分束镜本体110出射；入射至所述分束镜本体110的所述第二光束中的波长大于所述预设波长的光由所述分束镜本体110反射后，沿所述第一光束前进的方向出射，以与所述第一光束形成耦合光束。
在其中一个实施例中，所述分束镜本体110对波长大于所述预设波长的光束进行透射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行反射。入射至所述通孔的所述第一光束通过所述通孔穿过所述耦合透镜，入射至所述分束镜本体110的所述第一光束中的波长小于或等于所述预设波长的光透过所述分束镜本体反射；入射至所述分束镜本体的所述第二光束中的波长大于所述预设波长的光由所述分束镜本体透射后，沿所述第二光束前进的方向出射，以与所述第一光束形成耦合光束。
为解决目前在光耦合过程中光利用率较低的问题，本实施例中通过光耦合装置10允许波长小于或等于所述预设波长的光透过，即所述分束镜本体110对波长大于预设波长的光束进行反射，以及对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射。因此，在利用耦合透镜进行光耦合时，入射至所述通孔120的所述第一光束通过所述通孔120穿过所述耦合透镜，入射至所述分束镜本体110的所述第一光束中的波长小于或等于所述预设波长的光透过分束镜本体110出射；入射至所述分束镜本体110的所述第二光束中的波长大于所述预设波长的光经所述分束镜本体110反射后，沿所述第一光束前进的方向出射，以与所述第一光束形成耦合光束，使得在不影响窄带光源的补光作用的情况下，可增大对宽带光谱光的利用率。进一步地，还可以通过调整通孔120的大小，可得到最佳耦合光束。
在其中一个实施例中，所述通孔的形状为圆形、椭圆形或矩形。
在其中一个实施例中，所述光耦合装置10与所述第一光束之间的夹角为30°～60°。可以理解，将所述光耦合装置10与所述第一光束之间的夹角设置在30°～60°范围内，有利于减少光的反射，提高第一光源20和第二光源30的利用率。将所述光耦合装置10与所述第一光束之间的夹角设置在30°～60°范围内，需要相应的调整第二光束与第一光束之间的夹角，以保证第二光束反射后可与透过所述光耦合装置10的第一光束进行耦合。
在其中一个实施例中，所述第一光束与所述第二光束正交，所述光耦合装置10与所述第一光束的夹角为45°。可以理解，当所述第一光束与所述第二光束正交，且所述光耦合装置10与所述第一光束的夹角为45°时，既可以保证所述第一光束从所述通孔120中透过，又可以保证经所述第二光束经所述光耦合装置10反射后沿所述第一光束前进的方向出射，从而与所述第一光束共同形成耦合光束。
此外，本实施例中所述通孔120位于所述光耦合壮装置的中心，所述第一光束和第二光束在所述光耦合装置10的中心处交互，因此还可以保证第一光束与经所述光耦合反射后的第二光束共轴，进一步提高二者的耦合效率，提高光源的利用率。
在其中一个实施例中，所述光源系统还包括第一准直镜40、第二准直镜50和发送装置600。
所述第一准直镜40用于准直所述第一光束。
所述第二准直镜50用于准直所述第二光束。
所述发送装置600用于对所述耦合光束进行会聚并发送。
本实施例中所述第一准直镜40设置在所述第一光源20与所述耦合装置之间，所述第二准直镜50设置在所述第二光源30与所述耦合装置之间。通过第一准直镜40准直所述第一光束，并将准直后的第一光束平行出射至所述光耦合装置10；以及，通过所述第二准直镜50准直所述第二光束，并将准直后的第二光束平行出射至所述光耦合装置10。所述第一准直镜40和所述第二准直镜50可以为透射式准直镜，一般采用一个准直透镜或者多个透镜组成的准直透镜组。此外，通过所述发送装置600对所述耦合光束进行会聚处理，降低所述耦合光束的光斑大小，以使会聚后的耦合光束便于接收和传输。此外，所述其它一些实施例中，还可以在会聚后的耦合光束的光斑进行整形，以使所述耦合光束的光斑尺寸为最佳接收尺寸和形状。
在其中一个实施例中，所述发送装置600包括会聚透镜610和光纤620。其中会聚透镜610用于对所述耦合光束进行会聚；所述光纤620用于接收并传输会聚处理后的所述耦合光束。本实施例中，通过会聚透镜610对所述耦合光束进行会聚处理，降低所述耦合光束的光斑大小，使得所述耦合光束的光斑尺寸为最佳接收尺寸，进一步提高光源利用率。
在其中一个实施例中，所述第一光源20为宽谱光源，所述第二光源30为窄带光源。
本实施例中，第一光源20提供的光束透过所述光耦合装置10沿第一方向前进，第二光源30(其波长大于λ0)提供的光束经所述光耦合装置10反射后沿第一方向前进，并于与通过所述光耦合装置10的所述宽带光源提供的光束进行耦合，生成耦合光束。此外，入射至通孔120的第一光束完全透过所述光耦合装置10，入射到分束镜本体110上的第一光束(根据二向色镜的截止波长的选择而有所不同)部分透过所述光耦合装置10；另外，照射在通孔120处的第二光束完全损失，但照射在分束镜本体110上的第二光束几乎完全反射。因此，可通过增大通孔120的面积比减少窄带光源的光通量，来增大宽带光源长波范围的光通量；由于所减少的窄带光源的光通量可通过增加窄带光源的能量进行弥补，但是所增加的宽带光源长波范围的光通量却是使用二向色镜进行光耦合时所无法获得的。因而，本发明在不影响窄带光源的补光作用的情况下，极大的增加了宽带光谱光的利用率，并可进一步地通过调整所述通孔120的大小，得到最优耦合光束。
在其中一个实施例中，所述耦合透镜为二向色镜。由于二向色镜的特殊镀膜工艺，对于宽带光源大于二向色镜截止波长的光谱可完全透过二向色镜，而窄带光光源小于二向色镜截止波长的光谱可完全被二向色镜完全反射。本实施例中，所述二向色镜在反射波段的反射率以及在透射波段的透射率均可高达97％～99％，因此利用二向色镜作为所述耦合透镜有利用进一步提高光源的利用率。此外，还可以采用半透半反镜或其它的兼备透射和反射功能的其它器件替换所述二向色镜。
为了更清楚的说明本发明提供的光源系统，下面以图3所示的光源系统为了进行详细说明。
图3所示的光源系统中，所述光耦合装置10为二向色镜；所述第一光源20为宽谱光源，具体可以是氙灯、白光LED等宽谱光源，其波长范围约为380nm～780nm；所述第二光源30为窄带光源，具体可以是激光或者单色LED等窄带光源，其波长范围约为λ0～780nm，λ0为所述二向色镜的截止波长，所述二向色镜对波长大于λ0的光束进行反射，以及对波长小于或等于λ0的光束进行透射。
假设所述通孔120的长边和宽边分为为a和b，所述分束镜本体110的长轴和短轴分别为c和d，其中，c和d的比例关系与a和b的比例关系相同，具体的
b＝a sinθ (1)
其中，θ为透过所述分束镜本体110光束与所述光耦合装置10的夹角。在本实施例中，所述第一光束与所述光耦合装置10的夹角为45°，所述第一光束与所述第二正交，即
Figure GDA0004151424030000131
相应的，/>
Figure GDA0004151424030000132
另外，在形成所述通孔之前，可结合光谱拟合程序，可针对不同大小的通孔，对宽带光源和窄带光光源的合光光谱进行分析，从而确定出能够满足不同的成像需求的通孔大小。
根据椭圆形的面积计算公式以及矩形的计算公式，可得到通孔120的面积占二向色镜面积的比值为
Figure GDA0004151424030000133
所述第一光源20出射的宽谱光束经过第一准直镜40准直后入射到光耦合装置10上，第二光源30出射的窄带光束经过第二准直镜50准直后入射到光耦合装置10上，第一光束的准直光与第二光束的准直光正交。经过光耦合装置10耦合后的形成的耦合光束经过会聚透镜610会聚到光纤620中。
所述第一光源20的归一化光谱功率分布如图4中的(a)图所示，所述第二光源30的归一化光谱功率分布如图4中的(b)图所示，第二光源30的光谱分布主要集中在第一光源20的缺失波段。光耦合装置10中的二向色镜的归一化光透过率如图4(c)所示，其中，二向色镜的截止波长为λ0，根据第二光源30的主波长进行选取。对波长λ>λ0的光进行反射，而对λ<λ0的光进行透射。如图4(d)所示，其中，第一光源20中部分光入射到通孔120中，此部分光在全波段内100％透过；另一部分光入射到二向色镜上，此部分光中小于截止波长λ0的光从光耦合装置10中透过，而大于截止波长λ0的光则无法透过；第二光源30中入射到二向色镜上的光被反射，从而与透过光耦合装置10的第一光束一同被会聚透镜610会聚到光纤620中。
因而，经过光耦合装置10后，所述第一光源20和所述第二光源30的光通量Ф1、Ф2分别为：
Figure GDA0004151424030000141
Figure GDA0004151424030000142
其中，S1(λ)，S2(λ)分别为所述第一光束和第二光束的光谱功率分布。此时，与耦合光束相应的总光通量Ф可表示为，
Figure GDA0004151424030000143
而当直接使用二向色镜来进行宽谱光源和窄带光源的光耦合时，经过二向色镜后总光通量Фd为：
Figure GDA0004151424030000144
根据公式(3)可以看出，宽谱光源的光通量Φ1随通孔120面积变化的改变较为复杂，需要根据二向色镜的截止波长λ0分波段进行分析，通常可分为波长为380nm～λ0的波段和波长为λ0～780nm的波段。根据公式(3)可以看出，窄谱光源的光通量Φ2为对应的波长范围λ0～780nm。
进一步的，通过对公式(5)和(6)分析比较可知，在本实施例提供的光源系统中，可通过减少α比例的所述第二光源30的光通量，来增加α比例的第一光源20长波范围的光通量(即
Figure GDA0004151424030000145
)。众所知周的是，所减少的第二光源30的光通量可通过增加第二光源30的能量或功率进行弥补，但是通孔所增加的宽带光源长波范围的光通量却是直接使用二向色镜进行光耦合时所无法获得的。因此，本发明可以通过调节通孔120的大小以及所述第二光源30的能量或功率，在保证不影响窄带光源的补光作用的情况下，极大的增加了宽带光谱光的利用率。由此可知，本发明对第一光源和/或第二光源的光源尺寸不进行限制。
可以理解的是，由于利用所述分束镜本体对波长大于所述预设波长的光束进行透射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行反射，进而得到耦合光的方式，与上述实施例中利用所述分束镜本体对波长大于预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射，进而得到耦合光的方式原理相似，通过改变光源的位置或的选择针对波长具有长返短透特性的分光束本体的即可实现，此处不再赘述。
基于同一发明构思，针对上述任一实施例所述的光源系统，本发明实施例还提供了一种光通量控制方法。请参见图5，所述光通量控制方法包括：
步骤S510，计算通孔面积与耦合透镜面积的比值；
步骤S520，根据所述比值、第一光源的光谱功率分布与第二光源的光谱功率分布计算耦合光束的总通光量；
步骤S530，根据获得的所述总通光量调节第一光源的功率与第二光源的功率，和/或调节通所述孔面积的大小，以得到目标合成光。
本实施例中，所述第一光源20为宽谱光源，所述第二光源30为窄带光源，且出射光束正交；所述分束镜本体110为二向色镜。
宽带光源提供的光束透过所述光耦合装置10沿第一方向前进，窄带光源(其波长大于λ0)提供的光束经所述光耦合装置10反射后沿第一方向前进，并于与通过所述光耦合装置10的所述宽带光源提供的光束进行耦合，生成耦合光束。此外，入射至通孔120的由宽带光源提供的光束完全透过所述光耦合装置10，入射到分束镜本体110上的由宽带光源提供的光束(部分透过所述光耦合装置10；另外，照射在通孔120处的由窄带光源提供的光束完全损失，但照射在分束镜本体110上的由窄带光源提供的光束几乎完全反射。因此，可通过增大通孔120与耦合透镜的面积比值比减少窄带光源的光通量，来增大宽带光源长波范围的光通量；由于所减少的窄带光源的光通量可通过增加窄带光源的能量进行弥补，但是所增加的宽带光源长波范围的光通量却是使用二向色镜进行光耦合时所无法获得的。因而，本发明在不影响窄带光源的补光作用的情况下，极大的增加了宽带光谱光的利用率，并可进一步地通过调整所述通孔120的大小，得到最优的目标合成光。此外，还可以通过调节所述第一光源和第二光源的功率大小，或者将调节光源功率与通孔面积相结合的方式得到目标合成光。
在其中一个实施例中，计算所述耦合光束的总光通量的公式为：
Figure GDA0004151424030000161
其中，λ0为所述预设波长，S1为所述第一光源的光谱功率分布，S2为所述第二光源的光谱功率分布，α为所述通孔与所述分束镜本体的面积比。
本实施例中，可通过减少α比例的所述第二光源30的光通量，来增加α比例的第一光源20长波范围的光通量(即
Figure GDA0004151424030000162
)。众所知周的是，所减少的第二光源30的光通量可通过增加第二光源30的能量或功率进行弥补，但是所增加的宽带光源长波范围的光通量却是直接使用二向色镜进行光耦合时所无法获得的。因此，本发明可以通过调节通孔120的大小以及所述第二光源30的能量或功率，在保证不影响窄带光源的补光作用的情况下，极大的增加了宽带光谱光的利用率。
综上，本发明实施例提供了一种光耦合装置10、光源系统及其光通量的控制方法。其中所述光耦合装置10包括耦合透镜，所述耦合透镜具有通孔120以及环绕所述通孔120的分束镜本体110；其中，所述通孔120允许光束穿过所述耦合透镜，所述分束镜本体110对不同波长的光束分别进行反射或透射。本实施例中，通过在耦合透镜设置通孔120，利用通孔120允许光束穿过所述耦合透镜，进而可使得通过所述分束镜本体110对波长大于预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射，使得在不影响窄带光源的补光作用的情况下，可增大对宽带光谱光的利用率。进一步地，还可以通过调整通孔120的大小，可得到最佳耦合光束。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：
第一光源，用于提供第一光束，所述第一光源为宽谱光源；
第二光源，用于提供第二光束，且所述第二光束与所述第一光束相交，所述第二光源为窄带光源；
光耦合装置，所述光耦合装置位于所述第二光束与所述第一光束相交处，所述光耦合装置包括耦合透镜，所述耦合透镜具有通孔以及环绕所述通孔的分束镜本体；其中，所述通孔允许光束穿过所述耦合透镜；所述分束镜本体对不同波长的光束分别进行反射或透射；
入射至所述光耦合装置中的通孔的所述第一光束通过所述通孔穿过所述耦合透镜，入射至所述光耦合装置中的分束镜本体的所述第一光束中的波长小于或等于预设波长的光透过所述分束镜本体出射；入射至所述分束镜本体的所述第二光束中的波长大于所述预设波长的光由所述分束镜本体反射后，沿所述第一光束前进的方向出射，以与所述第一光束形成耦合光束；或者
入射至所述通孔的所述第二光束通过所述通孔穿过所述耦合透镜，入射至所述分束镜本体的所述第二光束中的波长小于或等于所述预设波长的光由所述分束镜本体反射；入射至所述分束镜本体的所述第一光束中的波长大于所述预设波长的光由所述分束镜本体透射后，沿所述第一光束前进的方向出射，以与所述第二光束形成耦合光束。
2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光耦合装置与所述第一光束之间的夹角为30°~60°。
3.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述第一光束与所述第二光束正交。
4.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，还包括：
第一准直透镜组，用于准直所述第一光束；
第二准直透镜组，用于准直所述第二光束；
发送装置，包括会聚透镜组，用于对所述耦合光束进行会聚；以及
光纤，用于接收并传输会聚处理后的所述耦合光束。
5.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述耦合透镜为二向色镜。
6.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述分束镜本体对波长大于所述预设波长的光束进行反射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行透射；或者，所述分束镜本体对波长大于所述预设波长的光束进行透射，对波长小于或等于所述预设波长的光束进行反射。
7.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述通孔位于所述分束镜本体的中心，所述通孔的形状包括圆形、椭圆形或矩形。
8.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述通孔的长边和宽边比例与所述分束镜本体的长边和宽边的比例关系相同。
9.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述分束镜本体的外部轮廓包括圆形、椭圆形、矩形或正方形。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的光源系统的光通量控制方法，其特征在于，包括：
计算通孔面积与耦合透镜面积的比值；
根据所述比值、第一光源的光谱功率分布与第二光源的光谱功率分布计算耦合光束的总通光量；
根据获得的所述总通光量调节第一光源的功率与第二光源的功率，和/或调节所述通孔面积的大小，以得到目标合成光。
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