CN114518625A - 一种led耦合光纤系统及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED耦合光纤系统及其制备方法。该系统包括LED光源、耦合光锥和与耦合光锥直接连接的光纤；耦合光锥包括抛物线旋转体形的第一端与圆锥体形的第二端，抛物线旋转体与圆锥体具有同一根旋转轴线和共用的最大圆形截面；第一端的焦点位置设有凹腔，用于容纳LED光源；第二端的端面与光纤熔接连接；耦合光锥的材料的折射率高于1.5，且对可见光透过率大于等于90％。LED光源发出的光线经抛物线旋转体全反射后，沿旋转体中心轴线方向传输，光线在耦合光锥的圆锥体内部多次全反射，光斑径向面积不断缩小，光线角度不断调整。该系统显著减少了光纤耦合的损失，提升LED耦合光纤出射端的光功率。

Description

一种LED耦合光纤系统及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学仪器设备领域，具体涉及一种LED耦合光纤系统及其制备方法。

背景技术

光谱检测技术是现代科学技术良好发展的必要基础。随着我国社会经济的蓬勃发展，光谱检测更多的成为了一种常规测量手段。人们对光谱检测仪器稳定性与便携性的要求也越来越高。在光谱检测仪器的设计中，一个体积小且强度稳定的光源是实现上述要求的关键。

诸如酶标仪、基因扩增分析仪、流式细胞仪、紫外可见吸收光谱仪、荧光光谱仪等生化领域常用的光谱检测仪器，开始越来越多的将LED作为光源。LED光源波长可选择范围广，从深紫外到红外光区均有覆盖；色纯度高且光谱分布可控，检测仪器中可不设紫外或红外滤光片；启动速度快，预热时间短，可极大增加仪器检测效率；体积小、质量轻，可在低电压低电流状态下工作，有利于便携仪器的设计；在稳定散热的前提下光强极为稳定，抗震能力强，使用寿命长，是光谱类检测仪器的理想光源。

然而，LED的发光散射角较大，实际应用中会造成较严重的光损失，降低能源利用效率。另一方面，较大的发光散射角也会增加光源收束的难度，影响光源准直性，进而对仪器后续光路设计造成干扰。

采用光纤耦合的方法，可以有效地解决LED光源准直性的问题。光纤耦合光源具有出射光线准直性好、光路设计灵活可变、光路传输可调性高等优点，被广泛的应用于各类光谱检测仪器中。

根据LED的形状大小，目前主要采用透镜组耦合和光纤直接耦合两种耦合方法。其中，透镜组耦合的方法要求光源与透镜、光纤之间达到非常高的共轴准直。而为了保证光束收集效率，需要定制一些形状特殊、加工精度较高的透镜与光学元件。这对仪器设计与组装提出了较高的要求，也会导致仪器相对成本偏高，尺寸偏大。同时，仪器抗震动能力较低。运输与搬运过程极易影响光学元件的共轴准直。仪器整体稳定性差。在收集效率方面，透镜组多次反射会造成光能损失，且透镜组汇聚的光斑面积远大于光纤纤芯截面面积。采用透镜组收光耦合的方法，LED耦合效率通常不足10％。

光纤直接耦合则是将光纤放置在LED前，采用光纤端面直接收集的方法。然而，相比于透镜组耦合的方法，该方法耦合效率更低。首先，纤芯截面只占据了LED照射面积的很小的一部分。另外，入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所收集，只有入射角度符合光纤数值孔径要求的光线才能被收集进入光纤。其余角度的光则全部被浪费。两方面因素影响导致光纤直接耦合的效率偏低。

低耦合效率不光会降低光源的能量利用效率，更会降低光纤出射光的光功率。通过将多片LED芯片集成在同一基板，虽然可以提升LED的总功率，但通过透镜组耦合汇聚的光斑，其光功率密度与单片LED芯片相比并无明显差别。因此耦合进入光纤的光功率也并不会随LED总功率上升而上升。目前，LED光纤光源出射端给出的光功率普遍较低。这极大的限制了LED在光谱检测仪器中的应用。因此，需要对现有LED耦合方式进行改进。

发明内容

鉴于上述不足，本发明提供一种LED耦合光纤系统及其制备方法，解决现有技术中LED耦合光纤系统中光源的能量利用效率偏低及出射端光功率偏低的问题。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供了一种LED耦合光纤系统，上述系统包括LED光源、耦合光锥和与上述耦合光锥直接连接的光纤；上述耦合光锥包括抛物线旋转体形的第一端与圆锥体形的第二端，上述抛物线旋转体与上述圆锥体具有同一根旋转轴线和共用的最大圆形截面；上述第一端的焦点位置设有凹腔，用于容纳上述LED光源；上述第二端的端面与上述光纤熔接连接；上述耦合光锥的材料的折射率高于1.5，且对可见光透过率大于等于90％；所述耦合光锥的表面与空气形成全反射界面。

进一步地，上述光纤为多模光纤，上述光纤的纤芯直径为100-1000微米。

进一步地，上述LED光源出光角度在45-120度之间，光源波长190nm-2600nm。

进一步地，上述系统还包括与上述光纤连接的光纤接口，上述光纤接口为FC接口和SMA接口中的一种。

进一步地，上述光纤的纤芯选用石英或玻璃材料，上述光纤的数值孔径为0.22-0.50。

进一步地，上述光纤的纤芯与耦合光锥的材料相同。

进一步地，上述耦合光锥的材料为石英、掺杂石英、光学玻璃、有机玻璃中的一种。

进一步地，上述耦合光锥的最大直径为10-100毫米。

进一步地，上述第二端端面与上述光纤的连接处设有金属反射层，上述金属反射层厚度大于等于2微米，上述金属反射层外部进一步包裹有树脂涂覆层。

进一步地，上述抛物线旋转体与圆锥体在沿上述旋转轴线方向上的长度比值为0.05-0.5。

本发明的另一方面，提供了上述的任一种LED耦合光纤系统的制备方法，包括：准备一端为圆锥体且另一端为棒体的预制棒，将上述圆锥体的尖端与梭形材料棒相熔接；将上述尖端与上述梭形材料棒的熔接部进行加热软化并拉丝形成光纤纤芯，调控光纤纤芯的直径；拉丝结束后降温退火，在上述纤芯的至少一部分表面进行树脂涂覆；将上述预制棒的棒体端加工成抛物线旋转体，并在上述抛物线旋转体的焦点位置加工出凹腔，得到上述耦合光锥与上述光纤直接连接的连接体。

进一步地，在上述尖端与上述梭形材料棒的熔接部拉丝后的一段长度的光纤纤芯外周表面设置金属反射层，在上述金属反射层外进一步设置树脂涂覆层。

进一步地，将上述拉丝得到的光纤纤芯与新引入的光纤纤芯进行熔接。

进一步地，对上述耦合光锥的表面进行抛光处理，上述耦合光锥的表面与空气形成全反射界面。

本发明的有益效果在于：系统中采用的耦合光锥兼具导光与光线收束的功能，通过全反射原理将LED光源发出的大角度光线收束至耦合光锥的尖端并导入光纤，耦合光锥采用的透光材料折射率大于1.5，临界角小于40度。入射角为40度以上的光线均可通过全反射收束在耦合光锥内部保证了LED光源进入光纤的最大光通量，从而大幅提升LED光源与光纤的耦合效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明的一种LED耦合光纤系统的结构示意图。

图2为实施例1与实施例2中，光锥预制棒的截面示意图。

图3为实施例1与实施例2中，光锥预制棒末端熔接了一小段梭形石英棒后的横截面示意图。

图4为实施例1中，熔接了梭形石英棒后的光锥预制棒末端拉锥制成光纤的示意图。

图5为实施例2中，耦合光锥末端拉锥后与新引入的光纤进行熔接的示意图。

图6为实施例1与实施例2中最终制成的连接体的示意图。

图7为实施例2中引入的锥形光纤的横截面示意图。

图8为LED光源不同角度的出射光在耦合光锥内部的传输路径的示意图。

图9为透镜组耦合LED光源的光路结构示意图。

图10为实施例4中，光纤出射端光功率随时间的变化曲线。

图中，1为LED光源；2为耦合光锥；2-1为耦合光锥的抛物线旋转体部分、2-2为耦合光锥的圆锥体部分；3为光纤(其中圈圈代表较长光纤卷起来的状态)；4为光纤的出射端的连接接口；5为耦合光锥与光纤的连接处；6为梭形石英棒；7为锥形光纤；8为短焦非球面平凸透镜；9为球面平凸透镜；10为球面平凸透镜。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供一种高出射功率的LED耦合光纤系统及其制备方法。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚明确，以下结合附图对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请提供了一种LED耦合光纤系统。上述系统包括LED光源1、耦合光锥2和与耦合光锥2直接连接的光纤3。如图1为所述LED耦合光纤系统的一个实施例。耦合光锥2包括抛物线旋转体形的第一端与圆锥体形的第二端，抛物线旋转体与圆锥体具有同一根旋转轴线和共用的最大圆形截面；第一端的焦点位置设有凹腔，用于容纳LED光源1；第二端的端面与光纤熔接相连；耦合光锥2的材料的折射率高于1.5，且对可见光透过率大于等于90％。所述耦合光锥的表面与外部环境(空气)形成全反射界面。

如图8所示，LED光源1发出的光线经抛物线旋转体2-1全反射后，沿旋转体中心轴线方向传输，在耦合光锥2右端的圆锥体2-2内部经历若干次全反射后，汇聚于耦合光锥2的圆锥体与光纤3的连接处5，并导入光纤3。

一般来说，光纤耦合效率取决于光纤芯径与数值孔径。光纤芯径越大，耦合面积越大，耦合效率越高。数值孔径越大，越能收集到多角度的光，耦合效率越高。在现有的透镜组耦合和光纤直接耦合的方法中，由于LED光斑较大、角度发散等问题，光纤端面能收集到的光占比极少。本发明中采用的上述耦合光锥的全反射反射率远高于银、铝等金属薄膜反射层，也远高于硫酸钡、氧化镁等反射涂料。光线在耦合光锥内部传输经过多次反射，所造成的光损失较小。抛物线旋转体部分可以收束LED的大角度出射光，减少了大角度光线的损失。而圆锥体部分则充当导光棒。光线沿圆锥体中心轴线方向传输，在多次全反射过程中光斑径向面积不断缩小，光线角度不断调整，有利于提升光纤的光收集效率，进而提升系统出射端的光功率密度。

另外，耦合光锥2与光纤3直连的结构，在显著提升LED光纤耦合效率的同时，降低了耦合难度。

上述“第一端的焦点位置设有凹腔”是指抛物线旋转体的焦点落在凹腔内。耦合光锥的材料对可见光透过率越大越好，优选大于等于92％。在一些实施例中，第二端的端面与光纤纤芯的直径基本相同(差异在±10％以内)。

在一些实施例中，上述凹腔的形状呈现圆柱体。凹腔的尺寸需要满足可以容纳LED光源。圆柱体的凹腔的直径可以大于等于5mm，且进深大于等于8mm。

上述LED耦合光纤系统可以为各类光谱检测仪器，如酶标仪、基因扩增分析仪、流式细胞仪、紫外可见吸收光谱仪、荧光光谱仪，上述LED耦合光纤的连接体结构作为检测仪器的光源部件。上述LED耦合光纤系统也可以仅为光源系统。

上述LED光源出光角度优选在45-120度之间。上述LED耦合光纤系统可适配190nm-2600nm波长的LED光源1。LED光源1可以有多个LED芯片。LED光源1可单独固定于散热片上，LED光源可灵活拆卸，简单操作即可替换光源波长，而不需调整透镜间距。另外，系统整体结构稳定，体积小且抗震动能力强。在一些实施例中，采用多芯片集成的单管大功率LED光源，光纤出射端的光功率可达百毫瓦级，远高于现有透镜组耦合和光纤直接耦合的设计。

在一些实施例中，上述光纤3为多模光纤，上述光纤的纤芯直径为100-1000微米。

在一些实施例中，上述系统还包括与光纤3连接的光纤接口4，上述光纤接口4为FC接口和SMA接口中的一种。

在一些实施例中，上述光纤3的纤芯选用石英或玻璃材料，上述光纤的数值孔径为0.22-0.50。

在一些优选的实施例中，上述光纤3的纤芯与上述耦合光锥2的材料相同。耦合光锥与光纤纤芯材料折射率相等且直接相连，减少了耦合光锥与光纤耦合造成的光损失。在另一些实施例中，上述光纤3包括额外引入的光纤，新引入的光纤纤芯与上述耦合光锥2的材料可以不相同。

在一些实施例中，上述耦合光锥2采用的材料为石英、掺杂石英、光学玻璃、有机玻璃中的一种。

在一些实施例中，上述耦合光锥2的最大直径为10-100毫米。如图1所示最大直径为Dmax。耦合光锥2的最大直径和光纤的纤芯直径的比例可以为10-1000倍。

在一些实施例中，上述抛物线旋转体2-1与圆锥体2-2在沿旋转轴线方向上的长度比值为0.05-0.5。如图1所示，两者的长度分别为L1、L2。在另一些实施例中，L1与L2的比值为0.1-0.2。该比值越小，反射角越大，越容易发生全反射，收光效率越好。

在一些实施例中，第二端端面与光纤(纤芯)的连接处镀设有金属反射层，金属反射层厚度大于等于2微米，金属反射层外部进一步包裹有树脂光纤涂覆层。金属反射层可以采用真空镀膜法制备。上述金属反射层可以采用的金属材料为铝、银、金中的一种或多种。金属反射层与树脂涂覆层，用以提升光线入口耦合效率，并增强连接处连接强度。树脂涂覆层的材料可以为光纤领域常用的材料，用以保护光纤。

根据本发明的第二个方面，提供了一种上述LED耦合光纤系统的制备方法，包括：准备一端为圆锥体且另一端为棒体的预制棒，将圆锥体的尖端与梭形材料棒相熔接；将尖端与梭形材料棒的熔接部进行加热软化并拉丝形成光纤纤芯，调控光纤纤芯的直径；拉丝结束后降温退火，在纤芯的至少一部分表面进行树脂涂覆；将预制棒的棒体端加工成抛物线旋转体，并在抛物线旋转体的焦点位置加工出凹腔，得到耦合光锥与光纤直接连接的连接体。需要说明的是棒体端的加工可以在拉丝前或拉丝后开展。

为了增加连接强度及耦合效率，在上述尖端与梭形材料棒的熔接部拉丝后的一段长度的光纤纤芯表面设置金属反射层，在金属反射层外进一步设置树脂涂覆层。前述拉丝后的一段长度(即连接处的长度)根据实际情况确定。

梭形材料棒(横截面形状)不仅包括严格的梭形，还包括近似梭形的形状，如椭圆状，只要有利于拉丝即可。优选预制棒的材料和梭形材料棒的材料相同，可减少耦合光锥与光纤耦合造成的光损失。

在一些实施例中，还可以包括将连接体的光纤端面研磨抛光并安装光纤接口。

根据实际光纤的长度需求，可以将上述拉丝得到的光纤纤芯与新引入的光纤纤芯进行熔接，得到更长的光纤长度。

优选新引入的光纤为锥形光纤。区别于传统光纤，生产锥形光纤时，往往采用更加精密的控制温度和拉力以沿光纤的长度形成锥度，使得光纤直径在轴向上发生渐变。其大端口与小端口纤芯半径的比例最高可达5倍。采用锥形光纤与上述耦合光锥的第二端熔接，可以进一步提升光纤出射端的光功率密度。

对上述耦合光锥的表面进行经过抛光处理，耦合光锥的表面与空气形成全反射界面。可以更精准地控制全反射的发生。

需要说明的是，本申请的“光纤”应结合上下文判断是否是光纤的纤芯还是包括具有包裹层的纤芯的整体。下面将结合实施例进一步说明本发明。

耦合光锥与光纤直接连接的连接体的制备

实施例1

图2至图4展示了制备连接体的过程。详细的制备过程如下：取直径为20毫米、长1米的高纯石英棒。将石英棒右端加工为圆锥体，制成如图2所示的光锥预制棒。圆锥体沿旋转轴线方向上的长度为120毫米。在光锥预制棒的末端熔接一小段梭形石英棒6以做拉丝重力牵引，熔接后的结构示意如图3。

取熔接好的光锥预制棒，将梭形石英棒6朝下，送入拉丝塔的进棒系统。调节光锥预制棒的高度，使圆锥体2-2尖端与梭形石英棒6相连的区域对准电阻加热炉的中心区域。开启加热炉，令工作温度为1850℃-2000℃。石英开始软化后，梭形石英棒6缓慢下行带动圆锥体2-2尖端拉丝并形成光纤。采用激光直径仪对光纤直径进行监测，并以拉丝速度调控光纤直径。光纤直径稳定后，关闭加热炉，使光锥预制棒与光纤随炉缓慢退火。剪去多余光纤，使连接在圆锥体2-2尖端的光纤长度约为1米。待温度降至室温后取出。用光纤涂敷机在光纤3表面涂敷丙烯酸树脂层后，二次涂敷热塑性树脂。

将具有拉丝光纤的光锥预制棒从左端约0.8米处截断。右端剩余光锥预制棒如图4所示。用高温胶与铝箔纸将光锥预制棒与光纤3包覆起来。耦合光锥与光纤的连接处5裸露，并放入真空蒸镀机内蒸镀约2微米厚的银反射层。取出后喷涂丙烯酸树脂并二次涂敷热塑性树脂。将光纤端面研磨抛光并安装SMA接口。

拆去光锥预制棒表面包覆的高温胶与铝箔纸。将光锥预制棒的光纤端朝下固定于铣床固定支架上。将光锥预制棒的另一端加工成抛物线旋转体，并在端面中间位置加工出柱形凹腔，得到的连接体的结构如图6所示。最后，耦合光锥通体采用氢氧火焰进行抛光，制成连接体。此实施例制作的连接体可适配发射波长在400nm-2600nm的LED光源。

实施例2

图2、图3、图5展示了耦合光锥2末端熔接光纤制成LED耦合光纤的过程。详细的制备过程如下：取直径为20毫米、长1米的高纯石英棒。将石英棒右端加工为圆锥体，制成如图2的光锥预制棒。圆锥体沿旋转轴线方向上的长度为120毫米。在圆锥体末端熔接一小段梭形石英棒以做拉丝重力牵引，熔接后的结构示意如图3。

取熔接好的光锥预制棒，将梭形石英棒6部分朝下，送入拉丝塔的进棒系统。调节光锥预制棒的高度，使圆锥体2-2尖端与梭形石英棒6相连的区域对准电阻加热炉的中心区域。开启加热炉，令工作温度为1850℃-2000℃。石英开始软化后，梭形石英棒6缓慢下行带动圆锥体2-2尖端拉丝并形成光纤。采用激光直径仪对光纤直径进行监测，并以拉丝速度调控光纤直径。光纤直径稳定后，关闭加热炉，使光锥预制棒与光纤随炉缓慢退火。剪去多余光纤，使连接在圆锥体2-2尖端的光纤长度约为100毫米。

将光锥预制棒的光纤端朝下固定于铣床固定支架上。将光锥预制棒的另一端加工成抛物线旋转体，并在端面中间位置加工出柱形凹腔，如图5左侧所示。最后，将耦合光锥2通体采用氢氧火焰进行抛光。

如图5右侧所示，取紫外波段的锥形光纤7。锥形光纤7的放大示意图如图7所示，大端口芯径为400微米，小端口芯径为100微米，其变径部分L3的长度约为70厘米。锥形光纤7小端口为FC接口。采用光纤熔接机将光锥预制棒1尾端的光纤与锥形光纤7大端口熔接。用高温胶与铝箔纸将耦合光锥2与光纤包覆起来，耦合光锥与光纤的连接处5裸露，并放入真空蒸镀机内蒸镀约2微米厚的铝反射层。取出后喷涂丙烯酸树脂并二次涂敷热塑性树脂。拆去光锥预制棒表面包覆的高温胶与铝箔纸。最终制成连接体。此实施例制作的连接体可适配发射波长在250nm-450nm的LED光源。

对比例1

取发射中心波长为455nm的LED光源并将其安装于散热片上。LED光源出光角度为60度，工作电流恒定1500mA。采用光功率计测量光纤出射端光功率。

通过透镜组耦合该LED，如图9。短焦非球面平凸透镜8紧贴LED光源1，可以将绝大多数的LED光初步收束。球面平凸透镜9将短焦非球面平凸透镜8汇聚的光束形成平行光束射出。通过球面平凸透镜10，可以将平行光束聚焦。将光纤端面放置于球面平凸透镜10的焦点。此时，光纤出射端光功率为20.3毫瓦。

通过光纤直接耦合该LED，光纤出射端光功率为11.5毫瓦。

实施例3

与对比例1不同之处在于，取实施例2制备的连接体耦合该LED，光纤出射端光功率为112毫瓦。如图10为光纤出射端光功率随时间的变化曲线。在八小时的监测时间内，光功率的波动幅度不超过1％。

对比例2

取发射中心波长为415nm的LED光源并将其安装于散热片上。LED光源出光角度为60度，工作电流恒定300mA。采用光功率计测量光纤出射端光功率。

通过透镜组耦合该LED，如图9，同对比例1。此时，光纤出射端光功率为6.7毫瓦。

通过光纤直接耦合该LED，光纤出射端光功率为3.9毫瓦。

实施例4

与对比例2不同之处在于，取实施例1制备的连接体耦合该LED，光纤出射端光功率为29.2毫瓦。同实施例3，光功率的波动幅度不超过1％。

对比例3

取发射中心波长为310nm的LED光源并将其安装于散热片上。LED光源出光角度为120度，工作电流恒定600mA。采用光功率计测量光纤出射端光功率。

通过透镜组耦合该LED，如图9，同对比例1。此时，光纤出射端光功率为0.52毫瓦。

通过光纤直接耦合该LED，光纤出射端光功率为0.26毫瓦。

实施例5

与对比例3不同之处在于，取实施例2制备的连接体耦合该LED，光纤出射端光功率为3.1毫瓦。同实施例3，光功率的波动幅度不超过1％。

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本发明专利范围的限制。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。

Claims (10)

1.一种LED耦合光纤系统，其特征在于，所述系统包括LED光源、耦合光锥和与所述耦合光锥直接连接的光纤；所述耦合光锥包括抛物线旋转体形的第一端与圆锥体形的第二端，所述抛物线旋转体与所述圆锥体具有同一根旋转轴线和共用的最大圆形截面；所述第一端的焦点位置设有凹腔，用于容纳所述LED光源；所述第二端的端面与所述光纤熔接连接；所述耦合光锥的材料的折射率高于1.5，且对可见光透过率大于等于90％；所述耦合光锥的表面与空气形成全反射界面。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤为多模光纤，所述光纤的纤芯直径为100-1000微米；所述光纤的数值孔径为0.22-0.50；所述LED光源出光角度在45-120度之间，光源波长190nm-2600nm。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述光纤连接的光纤接口，所述光纤接口为FC接口或SMA接口中的一种。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述耦合光锥的材料为石英、掺杂石英、光学玻璃、有机玻璃中的一种；所述光纤的纤芯与耦合光锥的材料相同。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述耦合光锥的最大直径为10-100毫米；所述抛物线旋转体与所述圆锥体在沿所述旋转轴线方向上的长度比值为0.05-0.5。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二端端面与所述光纤的连接处的外围设有金属反射层，所述金属反射层厚度大于等于2微米，所述金属反射层外部进一步包裹有树脂涂覆层。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的LED耦合光纤系统的制备方法，其特征在于，包括：准备一端为圆锥体且另一端为棒体的预制棒，将所述圆锥体的尖端与梭形材料棒相熔接；将所述尖端与所述梭形材料棒的熔接部进行加热软化并拉丝形成光纤纤芯，调控光纤纤芯的直径；拉丝结束后降温退火，在所述纤芯的至少一部分表面进行树脂涂覆；将所述预制棒的棒体端加工成抛物线旋转体，并在所述抛物线旋转体的焦点位置加工出凹腔，得到所述耦合光锥与所述光纤直接连接的连接体。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述尖端与所述梭形材料棒的熔接部拉丝后的一段长度的光纤纤芯外周表面设置金属反射层，在所述金属反射层外进一步设置树脂涂覆层。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将所述拉丝得到的光纤纤芯与新引入的光纤纤芯进行熔接。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对所述耦合光锥的表面进行抛光处理，所述耦合光锥的表面与空气形成全反射界面。

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