CN1232548A - 耦合高强度点光源到光纤束的方法 - Google Patents

耦合高强度点光源到光纤束的方法 Download PDF

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CN1232548A CN97198458.1A CN97198458A CN1232548A CN 1232548 A CN1232548 A CN 1232548A CN 97198458 A CN97198458 A CN 97198458A CN 1232548 A CN1232548 A CN 1232548A
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Abstract

一种耦合高强度点光源(PS),例如从一单根光纤,到光纤束(B)的方法和设备。一束光纤穿过光基柱(200)里的孔。施加可清除的封装化合物到光纤束的末端以把光纤束固定在一起用于抛光。抛光光纤束的末端,并把封装化合物从该末端清除掉。一窗口(210)被放置在孔的光入口处以便密封光纤束。点源光缆(PS)引导点光源到光纤束。提供有围绕点源光缆的套管(300,350),其大小与所述的光基柱的直径相同。用一个跨越套管和光纤束的开口套筒400夹紧它们。

Description

耦合高强度点光源到光纤束的方法
本发明是关于耦合一点光源的光(例如一单根光纤)到照明光纤束(例如用于内窥器)的技术。
众所周知的用于耦合一源光缆的光到一照明光纤束内部硬的或软的内窥器)的技术包括：(a)对接耦合，或(b)在把光耦合进内窥器之前通过一锥形玻璃棒耦合以聚焦光。
在上面任一种情况下，光纤两端的端面被粘以环氧树脂和抛光以达到一定的光质量的光洁度。所用的环氧树脂典型地具有1-10％的光吸收系数。由环氧树脂所吸收的小部分的光和它的低的热传输特性可逐渐地积累热量，热到足以熔化光纤的端面。结果，妨碍了需要耦合更多的光到内窥器的高强度光的使用。
本发明提供了一种新的用于连接一点光源(如单根光纤)到一照明光纤束(例如用于内窥器)的途经，并包括一个能保证高光能量密度的光耦合到光纤束的连接器的设计。本发明可以避免光纤熔化，清除在光纤束的接口处对环氧树脂的需要，这样就可以增加光纤束的能量处理能力以便符合光纤的材料限制。
本发明的第一方面包括一种使用光纤束抛光和密封技术生产高组合密度无环氧树脂的光纤束的新方法。结果，就有可能获得良好的光质量的端面以获取高的光纤-光纤的耦合效率。一种能达到此目的优选方法包括：捆绑约束一内窥器或其他设备的照明光纤并且把该光纤束穿过光基柱里的孔，全部光纤端面与小孔横截面的面积比决定了光纤组合系数和全部的最大耦合效率；然后，施加一个可清除的封装化合物到光纤束的末端以把光纤束固定到一起用于抛光；在达到所要求的抛光质量后，通过把该封装化合物浸入溶剂或其他相应的代替物中心清除掉封装化合物。然后，干燥该光纤束组合并把一玻璃窗口放在其上以便密封光纤束以防止弄脏。而封装化合物可以是，比如、环氧树脂肪，蜡或粘结剂。
通过清除靠近光纤束的接口处的封装化合物，比如环氧树脂，光纤束的能量处理能力仅受光纤的熔化温度的限制。耦合损失取决于光纤束的组合系数并转化成能通过光基柱的包绕金属散掉的热量，防止了光纤的过热。
本发明的第一方面还提出一种耦合光高强度点光源到光纤束的方法，包括步骤：(a)提供具有用于容纳光纤束的孔的光基柱；(b)把一束光纤穿过光基柱里的孔；(c)施加可擦除的封装化合物到光纤束的末端以把光纤束固定到一起用于抛光；(d)抛光光纤束的末端；(e)清除掉光纤束末端的封装化合物；和(f)定位点源光缆以把点光源引到光纤束。
本发明的第二方面使用了一连接器，该连接器能保证可重复的高效耦合和保持源光缆和照明光纤束之间的高度对齐。本发明的该方面最好包括围绕点源光缆的光纤套管，该套管的外径尺寸和光基柱的外径尺寸相同。一开口套筒包围套管和光基柱以固紧它们的外表面使其对齐。开口套筒最好装在一圆筒或筒形基座内以防止和保护开口套筒由于时间长而损失弹性。在源光缆上套管最好装有弹簧以保持套管和光基柱(或包围光基柱的另一个套管)之间的正面接触，其间的接触压力是可调的以防止损害它们之间的接触面。
该结构也使得源光缆和，比如，一内窥器之间在不损失耦合效率的情况下自由旋转。
本发明的第二方面也设计一种耦合高强度点光源到光纤束的方法，包括如下步骤：(a)提供具有用于容纳光纤束的孔的光基柱，并在所述的孔中提供一束光纤；(b)提供直径小于光纤束的直径的点源光缆；以及(c)用跨在套管和光纤束之间的开口套筒夹紧它们。
根据本发明还提出，点源光缆可包括一单根光纤或一个能发出点光源的微光束，或者，与一标准光纤束相比通用的点光源。
本发明的上述内容及其他优点、特点和其他方面，通过借助于附图和权利要求，利用对下述优选实施例的描述，将会更容易理解。
本发明通过示例说明，但并不局限于附图中，其中相同的参考表示相同的部件，并且其中：
图1(A)是按照本文明的设备的第一实施例的横截面视图；
图1(B)是具有更改的筒形基座的本发明的第二实施的示图，与
图1(A)相似；
图2(A)是按照图1(B)所示的第二实施例的筒形基座的横截面示意图，图2(B)是从图2(A)的右侧观看筒形基座的尾视图；
图3(A)是按照图1(B)所示的第二实施例的套管的横截面示意图，图3(B)是从图3(A)的右侧观看套管的尾视图；
图4(A)是图1(B)所示的第二实施例的开口套筒横截面示意图，而图4(B)则是从图4(A)的右侧观看图的尾视图；
图5(A)是螺母的横截面示意图，图5(B)是从图5(A)的右侧观看的尾视图；
图6(A)是张紧缓松器件的尾视图，图6(B)则是力6(A)所示器件的横截面示意图；
图1(A)和图1(B)说明了按照本发明的组合设备的两个实施例，这两个实施例中的设备的主要不同在于所包含的图1(A)中的两套管150和300以及图1(B)中一个套管350，将在下面进一步讨论。
如图1(B)所示，点源光缆PS通过耦合设备10耦合到一固定到一个设备(如内窥器)的光基柱200上，例如，点源光缆可以是一单根光纤或一直径大约1mm的微光纤束，耦合设备10包括具有用于容纳点光源来缆PS的一端的容纳孔310的套管350，如图3(A)所示。套管350的直径与光基柱200的直径相同，由此，如图4(A)所示的开口套筒400能包围和固定套管350和光基柱200，一具有加长的筒形基座包住开口套筒400，且最好通过例如线110或其他类似的方式固定到光基柱200上。筒形基座101的另一端最好有一螺母500通过线或其他类似方式附着在该侧，该螺母500具有导向输入端510和一环形弹簧支座520。一压缩弹簧450位于套管350和支座520之间，以便沿着光基柱的方向偏压套管350，一张紧松缓器件600包住点源光缆PS并伸进螺母的导向输入端510以支撑和保护光缆PS，可以看出，点源光缆PS还可以包含一光纤子簇605和围绕最里端的环绕器件610；可以从该技术领域内选择特定的光缆结构。
图1(A)和图1(B)中所说明的实施例是相近的，除了该套管300直径大于光基柱200的直径，且一附加套管150包住光基柱200。因此，开口套筒400以与图1(B)中相近的方式压住套管150和300。图1(A)中的其余特点近似于图1(B)中所说明的。器件100、300、400和500最好用硬质材料做，如不锈钢，而器件600最好用柔软材料做，如合成树脂，例如：SANTOPRENE。
在设备1和10的组装中，来自内窥器50或其他类似器械的光纤束沿着轴向直接通过光基柱200中的孔到达光基柱的右端，如图1(A)和1(B)所示，光纤束B可以具有任何合适的直径。比如，当前的内窥器具有3-6mm直径的光纤束。光纤以上面讨论过的方式被约束在光基柱200里以便不使用封装化合物(如环氧树脂)抛光光纤。然后按上面讨论的，用比如玻璃制成的窗口盖住该光纤束。
应该明白的是，从点源光缆PS发出的点光源最好是从图1(A)-1(B)中的套管300、350的左边发出。也就是，单根光纤或微光纤束最好尽量延伸接近或靠住窗口210。各附图被标号以说明一个非限制性的例子，具有如下的尺寸和大小的实施例：
                         图2(A)
        参考                 尺寸(英寸)
        a                      1.14
        a’                    2×45°×0.15
        b                   .50
        c                   .54
        d                   .890
        e                   .435
        f                   .235
        g                   .045
        h                   φ.5
        i                   φ472
        j                   φ.302±.002
        k                   .085
        l                   .205
        m                   φ.346±.002
        n                   φ.404
        o                   φ.472
                图3(A)
        p                   .220
        q                   φ.2975±.0005
                图4(A)
        r                   .65
        r                   .0100±.0005
        s                   φ.284±.003
                图4(B)
        t                   .04
                图5(A)
        u                   .460
        v                   .125
        w                   φ.302±.002
        x                   φ.190
        y                   φ.378
        z                   .295
        aa                  φ.472
                图6(B)
        bb                  φ.340-.370
        cc                  1.05-1010
虽然本发明参照目前设计的能最好实施本发明的优选实施例得以说明和描述，应该明白，可以通过种种变化制成符合本发明的不同实施例而又不偏离在此揭示的更广的发明思想和下面的权利要求。
权利要求书
1．一种提供用于耦合高强度点光源到光纤束的耦合器的方法，包括步骤：
提供一个具有用于容纳光纤束的孔的光基柱；
把光纤束的末端穿过光基柱中的孔；
把光纤束末端固定在一起用于抛光；
抛光光纤束的末端；以及
在邻近光纤束的抛光端的孔的光线入口处固定地安装一个光传输设备，以便向光基柱提供固定在所述孔中的光纤束和固定在所述的抛光端的窗口。
2．如权利要求34的方法，其特征还包括步骤：
放置一个用于通过所述的窗口和所述的抛光端引导点光源到光纤束的点源光缆。
3．如权利要求32的方法，其特征是光纤束和点源光缆以中心对齐的方式彼此邻近。
4．如权利要求33的方法，其特征是光纤通过在抛光前对其末端施加的可清除的封装化合物被固定在一起用于抛光，而且在抛光光纤束的末端后，把该封装化合物从其末端清除掉。
5．如权利要求4方法，其特征是所施加的封装化合物是粘结剂、蜡和环氧树脂。
6．如权利要求3的方法，其特征是光纤束和点源光缆保持彼此邻近和通过一跨在光基柱和包围点源光缆、具有和光基柱同一尺寸的的套管的开口套筒保持中心对齐。
7．如权利要求5的方法，其特征还包括提供一个包围开口套筒的筒形基座。
8．如权利要求7的方法，其特征还包括在基座相对光基柱的一端提供一个螺母。
9．如权利要求8的方法，其特征还包括在所述的套管和所述的螺母之间提供一个压缩弹簧以便所述的套管向所述的光基柱方向偏压所述的螺母其间有一个开口用于容纳所述的点源光缆。
10．如权利要求6的方法，其特征还包括提供一个包围所述光基柱的套管，其中所述的开口套筒包围所述的光基柱套管和围绕所述点源光缆的套管
11．如权利要求2的方法，其特征还包括提供一单根光纤作为点源光缆。
12．如权利要求2方法，其特征还包括提供一直径小于等于1mm光纤束作为点源光缆。
13．如权利要求14的方法，其特征是所施加的封装化合物是可清除的环氧树脂，而且所述的清除步骤包括施加能清除掉化合物的溶剂。
14．一种用于耦合按照权利要求6制作的点源光缆和光纤束的设备，包括：
具有用于容纳光纤束的孔的光基柱；
在所述的孔内具有抛光端的光纤束，和在邻近抛光端的孔的光线入口处的一个光传输设备；
用于引导点光源到光纤束的点源光缆；
包围点源光缆并具有与所述的光基柱的直径相当的套管；以及
跨越并夹紧套管和光纤束的开口套筒。
15．如权利要求14的设备，其特征还包括一个包围开口套筒的筒形基座。
16．如权利要求15的设备，其特征还包括在相对于光基柱的基座一端的螺母。
17．如权利要求16的设备，其特征还包括一个处于所述套管和所述螺母之产间的压缩弹簧以便所述的套管向着所述的光基柱方向偏压，所述的螺母具在其间有一个开口用于容纳所述的点源光缆。
18．如权利要求17的设备，其特征还包括一个包围所述光基柱的套管，其中所述的开口套筒包围所述的光基柱套管和围绕所述点源光缆的套管
19．如权利要求14的设备，其特征点源光缆是一单根光纤。
20．如权利要求14的设备，其特征点源光缆光纤束。
21．如权利要求14的设备，其特征所述的抛光端实际上没有封装化合物。
22．如权利要求14的设备，其特征在光纤束和所述的点源光缆之间没有封装化合物。

Claims (31)

1、一种耦合一高强度点光源到一光纤束的方法，包括步骤：
(a)提供具有容纳光纤束的孔的光基柱；
(b)把一束光纤穿过光基柱里的孔；
(c)施加可清除的封装化合物到光纤束的末端以把光纤固定到一起用于抛光；
(d)抛光光纤束的末端；
(e)清除光纤束末端的封装化合物；
(f)把一窗口放在孔的光入口处以密封光纤束；
(g)提供用于引入点光源到光纤束的点源光缆；以及
(h)保持光纤束和点源光缆彼此靠近和中央对齐。
2、如权利要求1的方法，其特征是所施加的封装化合物是粘结剂。
3、如权利要求1的方法，其特征是所施加的封装化合物是蜡。
4、如权利要求1的方法，其特征是所施加的封装化合物是环氧树脂。
5、如权利要求1的方法，其特征是光纤束和点源光缆被保持彼此邻近和通过一开口套筒保持中央对齐，该开口套筒跨在光基柱和具有与光基柱同尺寸的、围绕点源光缆的套管之间。
6、如权利要求5的方法，其特征还包括提供包围开口套筒的筒形基座。
7、如权利要求6的方法，其特征包括在基座的相对于光基柱的一端提供一螺母。
8、如权利要求7的方法，其特征还包括在所述的套管和所述的螺母之间提供一压缩弹簧，以便所述的套管被侧压向所述的光基柱，所述的螺母具有用于容纳所述点源光缆的开口。
9、如权利要求5的方法，其特征包括提供一个包围所述光基柱的套管，其中，所述的开口套筒包围所述的光基柱套管和围绕所述的点源光缆的所述套管。
10、如权利要求1的方法，其特征是提供一单根光纤做为点源光缆。
11、如权利要求1的方法，其特征还包括提供一直径不大于1mm的微光纤束做为点源光缆。
12、一种耦合高强度点光源到一光纤束的方法，包括步骤：
(a)提供一个具有用于容纳一束光纤的孔的光基柱；
(b)将一束光纤穿过光基柱里的孔；
(c)施加可清除的封装化合物到光纤束的末端以把光纤固定到一起用于抛光；
(d)抛光光纤束的末端；
(e)清除掉光纤束末端的封装化合物；
(f)定位点源光纤以便引导点光源到光纤束；
(g)提供一个包围点源光缆的套管，其直径的大小与所述的光基柱的直径相同；以及
(h)用一个跨在套管和光纤束之间的开口套筒夹紧它们。
13、如权利要求12的方法，其特征包括在孔的光入口处放置一窗口以密封光纤束。
14、如权利要求12的方法，其等征包括所施加的封装化合物是可清除的，所述的清除步骤包括施加溶剂到封装化合物。
15、如权利要求14的方法，其特征是所施加的封装化合物是可清除的环氧树脂，所述的清除步骤包括施加可清除环氧树脂的溶剂。
16、一种耦合高强度点光源到一光纤束的方法，包括步骤：
(a)提供一个具有用于容纳一束光纤的孔的光基柱，并在所述的孔中提供一束光纤；
(b)提供一包围点源光缆、尺寸与所述的光基柱的直径相同的套管；
(c)用跨在其间的开口套筒夹紧套管和光纤束。
17、如权利要求16的方法，其特征还包括一个围绕开口套筒的筒形基座：
18、如权利要求17的方法，其特征还包括在基座的与光基柱的相对一端提供一螺母。
19、如权利要求18的方法，其特征还包括提供一个处于所述套管和所述螺母之间的压缩弹簧以便套管向着所述的光基柱的方向被偏压，所述的螺母其间具有一个开口用于容纳所述点源光缆。
20、如权利要求16的方法，其特征还包括提供一个包围所述光基柱的套管，其中所述的开口套筒包围所述的光基柱套管和围绕所述点源光缆的所述套管。
21、如权利要求16的方法，其特征还包括提供一单根光纤作为点源光缆。
22、如权利要求16的方法，其特征还包括提供一微光纤束作为点源光缆。
23、一种用于耦合点源光缆和光纤束的设备，包括：
(a)具有用于容纳一束光纤的孔的光基柱；
(b)在所述孔内的一束光纤；
(c)用于引导一点光源到光纤束的点源光缆；
(d)包围点源光缆并具有与所述的光基柱的直径相同的直径的套管；以及
(e)跨越并夹紧套管和光纤束的开口套筒；
24、如权利要求23的设备，还包括一个包围开口套筒的筒形基座；
25、如权利要求24的设备，其特征是在与光基柱相对的基座的一端有一个螺母。
26、如权利要求25的设备，其特征还包括一个处于所述套管和所述螺母之间的压缩弹簧以便套管向着所述的光基柱的方向被偏压，所述的螺母其间具有一个开口用于容纳所述点源光缆。
27、如权利要求26的设备，其特征还包括一个包围所述光基柱的套管，其中所述的开口套筒包围所述的光基柱套管和围绕所述点源光缆的所述套管。
28.如权利要求23的设备，其特征是点源光缆是一单根光纤。
29、如权利要求23的设备，其特征是点源光缆是一微光纤束。
30、如权利要求23的设备，其特征是所述的光纤束具有实质上已清除封装化合物的抛光端。
31、如权利要求23的设备，其特征是在光纤束和所述的点源光缆之间没有封装化合物。
CN97198458.1A 1996-10-04 1997-09-18 耦合高强度点光源到光纤束的方法 Pending CN1232548A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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