CN218471008U - 一种光纤耦合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤耦合装置，涉及光纤耦合技术领域，为解决现有光纤耦合装置在终端输出激光发生衰减时，无法第一时间判断出故障发生的位置和成因的问题而设计。该光纤耦合装置包括设置有入射光口以及出射光口的外壳，其内部具有第一、二区域；第一区域设有反射镜组和第一光电探测器，第一光电探测器用于接收未传输至第二区域的激光；第二区域设有分光片和第二光电探测器，分光片用于将由出射光口返回的激光反射至第二光电探测器，第一、二光电探测器均与激光治疗设备的主控电路电连接。本实用新型通过第一光电探测器和第二光电探测器的数值变化为分析诊断问题的原因提供依据，为设备使用者及时地提供决策信息。

Description

一种光纤耦合装置

技术领域

本实用新型涉及光纤耦合技术领域，具体而言，涉及一种具有故障诊断功能的光纤耦合装置。

背景技术

光纤耦合装置是一种可以将空间激光耦合进入光纤的装置，广泛应用于工业激光和医疗激光等领域。在医疗场景中，治疗波长的激光，通过耦合透镜的光学聚焦作用进入直径较小的医用光纤中，最终到达待治疗的患处。在临床使用的过程中，偶尔会发生激光功率衰减、光纤烧毁等情况。当类似情况发生时，往往会影响激光治疗设备在手术中的治疗效果。造成这种治疗衰减的成因有许多，设备使用者很难在第一时间判断出具体的诱因，从而延误或直接影响手术效果。

有鉴于此，提供一种具有故障诊断功能的光纤耦合装置，使得其能够在终端输出激光发生衰减时，第一时间判断出故障发生的位置和成因，并报告给使用者，以使使用者尽早做出相应判断和下一步处置方案，成为目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光纤耦合装置，以解决现有光纤耦合装置在终端输出激光发生衰减时，无法第一时间判断出故障发生的位置和成因的技术问题。

本实用新型提供的光纤耦合装置，包括外壳，所述外壳的内部具有沿光线传输方向依次设置的第一区域和第二区域，所述外壳设置有与所述第一区域连通的入射光口以及与所述第二区域连通的出射光口，所述入射光口被配置为与激光器相连，所述出射光口被配置为与光纤相连；其中，所述第一区域设置有反射镜组和第一光电探测器，所述反射镜组被配置为接收经所述入射光口进入的激光并将其传输至所述第二区域，所述第一光电探测器被配置为接收未传输至所述第二区域的激光；所述第二区域设置有分光片和第二光电探测器，所述分光片被配置为将所述反射镜组传输的激光经所述出射光口输出，以及将由所述出射光口返回的激光反射至所述第二光电探测器，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均与激光治疗设备的主控电路电连接。

进一步地，所述外壳的内部设置有隔板，所述隔板将所述外壳的内腔分隔为所述第一区域和所述第二区域，所述隔板开设有通光孔，所述通光孔用于供经所述反射镜组反射的激光射向所述分光片。

进一步地，所述反射镜组包括第一反射镜片和第二反射镜片，所述第一反射镜片位于所述入射光口与所述第一光电探测器之间，且所述第一反射镜片为平面透镜，所述第一光电探测器被配置为接收经所述第一反射镜片透射的激光；所述第二反射镜片与所述第一反射镜片间隔排布，所述第二反射镜片被配置为接收经所述第一反射镜片反射的激光并通过所述通光孔反射至所述分光片。

进一步地，所述第一区域还设置有第一温度探测器，所述第一温度探测器与所述激光治疗设备的主控电路电连接。

进一步地，所述第二区域还设置有第二温度探测器，所述第二温度探测器与所述激光治疗设备的主控电路电连接。

进一步地，所述分光片与所述出射光口之间的激光传递路径上还设置有防爆镜片，所述第二温度探测器与所述防爆镜片相接触。

进一步地，所述防爆镜片可插拔地设置于所述外壳。

进一步地，所述第一反射镜片和所述第二反射镜片两者均通过可调镜架安装于所述外壳，所述可调镜架被配置为调整所述第一反射镜片和所述第二反射镜片两者的入射光角度以及出射光角度。

进一步地，所述入射光口和所述出射光口均设置有光纤接头。

进一步地，所述出射光口设置有六维可调转接头，设置于所述出射光口的所述光纤接头通过所述六维可调转接头安装于所述出射光口。

本实用新型的光纤耦合装置带来的有益效果是：

通过在第一区域设置反射镜组和第一光电探测器，利用第一光电探测器接受未传输至第二区域的激光，并使得第一光电探测器与治疗设备的主控电路连接。若激光器性能发生衰减，功率下降，第一光电探测器的数值会发生下降。换言之，可以根据第一光电探测器的数值下降而认定激光器发生衰减。通过在第二区域设置分光片和第二光电探测器，利用第二光电探测器接收由分光片反射的自出射光口的激光，并使得第二光电探测器与治疗设备的主控电路连接。若第一光电探测器的数值未发生变化，而第二光电探测器的数值上升，则说明激光器未发生衰减，问题发生在出射光口或出射光口下游的零部件，则可以相应处理这些位置。从而，在治疗效果明显减弱的情况下，可以通过第一光电探测器和第二光电探测器的数值变化为分析诊断问题的原因提供依据，为设备使用者及时地提供决策信息。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的光纤耦合装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光纤耦合装置的光路示意图。

附图标记说明：

1-准直缩束模块；2-第一反射镜片；3-第二反射镜片；4-分光片；5-防爆镜片；6-六维可调转接头；7-第一光电探测器；8-第二光电探测器；9-第一温度探测器；10-第二温度探测器；11-外壳；12-第一区域；13-第二区域；14-通光孔；15-隔板。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实用新型实施例提供的光纤耦合装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的光纤耦合装置的光路示意图。如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的光纤耦合装置，包括外壳11，外壳11的内部具有沿光线传输方向依次设置的第一区域12和第二区域13，外壳11设置有与第一区域12连通的入射光口以及与第二区域13连通的出射光口，入射光口被配置为与激光器相连，出射光口被配置为与光纤相连；其中，第一区域12设置有反射镜组和第一光电探测器7，反射镜组被配置为接收经入射光口进入的激光并将其传输至第二区域13，第一光电探测器7被配置为接收未传输至第二区域13的激光；第二区域13设置有分光片4和第二光电探测器8，分光片4被配置为将反射镜组传输的激光经出射光口输出，以及将由出射光口返回的激光反射至第二光电探测器8，第一光电探测器7和第二光电探测器8均与激光治疗设备的主控电路电连接。

通过在第一区域12设置反射镜组和第一光电探测器7，利用第一光电探测器7接受未传输至第二区域13的激光，并使得第一光电探测器7与治疗设备的主控电路连接。若激光器性能发生衰减，功率下降，第一光电探测器7的数值会发生下降。换言之，可以根据第一光电探测器7的数值下降而认定激光器发生衰减。通过在第二区域13设置分光片4和第二光电探测器8，利用第二光电探测器8接收由分光片4反射的自出射光口的激光，并使得第二光电探测器8与治疗设备的主控电路连接。若第一光电探测器7的数值未发生变化，而第二光电探测器8的数值上升，则说明激光器未发生衰减，问题发生在出射光口或出射光口下游的零部件，则可以相应处理这些位置。从而，在治疗效果明显减弱的情况下，可以通过第一光电探测器7和第二光电探测器8的数值变化为分析诊断问题的原因提供依据，为设备使用者及时地提供决策信息。

如图1和图2所示，进一步地，外壳11的内部设置有隔板15，隔板15将外壳11的内腔分隔为第一区域12和第二区域13，隔板15开设有通光孔14，通光孔14用于供经反射镜组反射的激光射向分光片4。

其中通光孔14位于自反射镜组反射至分光片4的光线与隔板15的相交位置处。通光孔14可以为一圆孔，可以使得激光能量完全通过该圆孔。

通过设置隔板15将内腔分隔为第一区域12和第二区域13，并且开设通光孔14，使得光线穿过，可以避免出射光口的回返光被分光片4反射后在腔体内来回反射而影响到第一光电探测器7探测到未传输至第一区域12的激光光强，从而提高第一光电探测器7的准确性。

如图1和图2所示，进一步地，反射镜组包括第一反射镜片2和第二反射镜片3，第一反射镜片2位于入射光口与第一光电探测器7之间，且第一反射镜片2为平面透镜，第一光电探测器7被配置为接收经第一反射镜片2透射的激光；第二反射镜片3与第一反射镜片2间隔排布，第二反射镜片3被配置为接收经第一反射镜片2反射的激光并通过通光孔14反射至分光片4。

具体的，在本实施例中，第一反射镜片2与第二反射镜片3平行设置。更具体的，第一反射镜片2和第二反射镜片3均与激光射入方向大致呈45°夹角。

其中第一反射镜片2和第二反射镜片3都是平面透镜，使用光学玻璃材料，例如：BK7、K9、氟化钙等材料，表面镀高反射率的光学薄膜，镀膜材料不限于金属或非金属的化合物，最终只要能够在相应的波长上形成较高的反射率即可。高反射率，指的是反射率在99％以上。其中，第一反射镜片2可以反射治疗激光的绝大部分能量(至少99％)，同时一小部分(小于1％)的激光能量可以透过第一反射镜片2，进入第一光电探测器7。由于第一光电探测器7与光纤耦合装置所在的治疗设备的主控电路相连接，将第一光电探测器7将光信号转换成电信号，不同大小的光功率会使得第一光电探测器7产生不同的电压值，不同的电压值被主控电路转化成不同的数字信号。通过定标测试后，信号值可以与自入射光口进入的激光产生一一对应的关系，从而可以实时在线监控激光器发射出的激光功率大小，用来判断激光器输出功率是否正常。

通过设置第一反射镜片2和第二反射镜片3，可以将入射激光经过第一反射镜片2反射到第二反射镜片3，使得激光的光路发生变化，从而可以在第一反射镜片2的另一侧，即背向入射光口和第二反射镜片3的一侧设置第一光电探测器7探测透过第一反射镜片2的激光，从而便于布置第一光电探测器7。在保证对激光的传播路径没有影响的情况下，可以由第一光电探测器7来间接地探测到入射光强，以便于对入射激光进行监控，从而反映激光器的运行情况。

如图1和图2所示，进一步地，第一区域12还设置有第一温度探测器9，第一温度探测器9与激光治疗设备的主控电路电连接。

具体地，第一温度探测器9在第一区域12的位置没有特别要求，例如可以在内腔的第一区域12的顶部或底部均可。

由于设置了隔板15，将外壳11内的区域分为第一区域12和第二区域13，而且隔板15上只有在通光孔14处将第一区域12和第二区域13导通，所以第一区域12和第二区域13的热量交换几乎可以忽略不计。而当第一区域12中的光路部分发生问题时，例如光路偏斜、镜片污损导致激光能量损耗等，会将光能转化成内能，导致第一区域12的温度升高，即第一温度探测器9探测到的温度升高。所以，可以利用第一温度探测器9对第一区域12的温度检测，并将信号输送给主控电路。除刚开机的时段之外，第一区域12的温度可能会升高之外，发现温度仍然持续升高时，系统会发出提示警告，同时切断激光。并且可以确定第一区域12的光路是否出现问题，以便及时进行调整维修，防止光纤耦合装置损坏，提高设备的使用寿命。

如图1和图2所示，进一步地，第二区域13还设置有第二温度探测器10，第二温度探测器10与激光治疗设备的主控电路电连接。

由于第一区域12和第二区域13的热量交换几乎可以忽略不计，所以当焦点偏移、光路偏斜、后述的防爆镜片5脏污烧毁或光纤烧毁等现象出现时，第二区域13的温度升高，第二温度探测器10探测的温度上升。所以，可以利用第一温度探测器9对第一区域12的温度检测，并将信号输送给主控电路，除开机阶段第一区域12的温度可能会升高之外，发现温度仍然持续升高时，系统会发出提示警告，同时切断激光。并且可以确定第二区域13的光路或后续的部件是否出现问题，以便及时进行调整维修，防止光纤耦合装置损坏，提高设备的使用寿命。

如图1和图2所示，进一步地，分光片4与出射光口之间的激光传递路径上还设置有防爆镜片5，第二温度探测器10与防爆镜片5相接触。

若防爆镜片5出现脏污，使得激光无法完全通过，则光能会在防爆镜片5处转化为内能，使得防爆镜片5的温度上升，将第二温度探测器10与防爆镜片5相接触，防爆镜片5的温度上升，其热量可以直接传导至第二温度探测器10，第二温度探测器10可以检测到防爆镜片5的温度上升，并将信号输送给主控电路，除开机阶段第一区域12的温度可能会升高之外，发现温度仍然持续升高时，系统会发出提示警告，同时切断激光。从而判断防爆镜片5出现问题，以便及时进行调整维修，清理或更换防爆镜片5。

如图1和图2所示，进一步地，防爆镜片5可插拔地设置于外壳11。

具体的，可以在外壳11的腔体壁部设置防爆片支架，防爆片支架具有一插拔孔，插拔孔为沉孔而非通孔，插拔孔的延伸方向垂直于第二区域13设置出射光口的腔体壁部的壁厚，换言之，插拔孔的延伸方向平行于隔板15。为了更加稳定地安装防爆镜片5，当光纤耦合装置水平设置时，即，光路在光纤耦合装置中的路径都处于同一水平面时，插拔孔可以沿竖直方向设置。这样，防爆镜片5插入至插拔孔中之后，只要光纤耦合装置的方法不改变，则防爆镜片5不会从插拔孔中掉落。

通过将防爆镜片5可插拔地设置在外壳11中，可以在防爆镜片5出现脏污时，将防爆镜片5从外壳11中拔出，对防爆镜片5进行清理并放入，或者当防爆镜片5被烧毁时，可以将烧毁的防爆镜片5取出，更换新的防爆镜片5插入外壳11中。从而，便于处理脏污或烧毁的防爆镜片5。

如图1和图2所示，进一步地，第一反射镜片2和第二反射镜片3两者均通过可调镜架安装于外壳11，可调镜架被配置为调整第一反射镜片2和第二反射镜片3两者的入射光角度以及出射光角度。

通过可调镜架来安装第一反射镜片2和第二反射镜片3，可以对第一反射镜片2和第二反射镜片3的安装角度，从而使得激光可以自第一反射镜片2反射后，反射至第二反射镜片3上，并经过第二反射镜片3的反射通过分光片4进而从出射光口射出，从而提高光路射出方向的精准度。

如图1和图2所示，进一步地，入射光口和出射光口均设置有光纤接头。

具体地，光纤接头为医用光学SMA905接头。通过设置光纤接头，以方便与连接激光器的入射光纤和连接下游设备的出射光纤连接。

如图1和图2所示，进一步地，出射光口设置有六维可调转接头6，设置于出射光口的光纤接头通过六维可调转接头6安装于出射光口。

通过设置六维可调转接头6以连接光纤接头，可以方便光纤的纤芯相对于光纤耦合装置进行各种方向的转动，从而减小了对激光治疗时光纤活动自由度的限制，提高了使用效率。

此外，第二区域13设置的分光片4为平面透镜，使用光学玻璃材料例如：BK7、K9、氟化钙等材料，表面镀高透过率的光学薄膜，镀膜材料不限于金属或非金属的化合物，最终只要能够在相应的波长上形成较高的透过率即可。高透过率，指的是透过率在99％以上。即，分光片4可以透过治疗激光的绝大部分能量(至少99％)，而反射至第二光电探测器8的能量小于1％。分光片4的作用在于，将出射光口向分光片4反向传播的激光反射至第二光电探测器8。正常情况下，光路传播方向是自分光片4向出射光口传播，而当发生以下几种情况时，会有激光沿反向传输：

(1)出射光口所连接的医用光纤烧毁，激光能量无法继续输出到患处，会出现有部分光被反射，回返至光纤耦合装置内部；

(2)医用光学SMA905接头耦合处烧毁，若光路发生偏斜，激光经透镜聚焦点位置发生变化，或光纤接头处有污损，容易发生光纤接头处烧毁。若该处烧毁，激光能量无法进入光纤，此处会形成较强反射光，可以被第二光电探测器8所探测到的激光明显增强；

(3)防爆镜片5烧毁，若防爆镜片5的通光区域有脏污，激光通过时会使镜片烧毁，此时激光大部分能量无法进入医用光纤，部分能量会反射，可以被第二光电探测器8所探测到的激光明显增强。

本实施例的动作原理如下：

正常情况下，激光自入射光口的准直缩束模块1进入激光耦合装置，打在第一反射镜片2上，绝大部分激光被反射至第二反射镜片3，极少部分激光被第一反射镜片2透过，射入到第一光电探测器7中。而反射到第二反射镜片3的激光，被第二反射镜片3反射，穿过隔板15上的通光孔14和分光片4，最后从出射光口射出腔体，并经过光纤接头射入下游的光纤。当正常输出时，第一光电探测器7和第二光电探测器8的数值会在出厂标定值的一定范围内保持稳定。

若激光器的性能发生衰减，功率下降，即打在第一反射镜片2上的激光功率下降，相应的，进入第一光电探测器7的激光功率下降，第一光电探测器7的数值会发生下降，第一光电探测器7将信号反馈给医疗设备的主控电路，从而及时发现问题，对设备进行相应的调整维修。

若第一光电探测器7的数值未发生变化，说明进入第一光电探测器7的激光功率未发生变化，即激光器并未发生衰减，而第二光电探测器8的数值上升，则可能是防爆镜片5和下游的光纤发生问题，导致反向传播的激光增强，并经过分光片4反射进入第二光电探测器8，使得第二光电探测器8的数值会发生下降，第一光电探测器7将信号反馈给医疗设备的主控电路。若发现严重影响治疗效果，则需要对这两处进行检查，更换光纤或防爆镜片5。

当第一区域12中的光路部分发生问题时，例如光路偏斜、镜片污损导致激光能量损耗等，会将光能转化成内能，导致第一区域12的温度升高，即第一温度探测器9探测到的温度升高。所以，可以利用第一温度探测器9对第一区域12的温度检测，并将信号输送给主控电路。除刚开机的时段之外，第一区域12的温度可能会升高之外，发现温度仍然持续升高时，系统会发出提示警告，同时切断激光。

当第二区域13及其后的光路部分发生问题时，例如焦点偏移、光路偏斜、防爆片脏污烧毁、光纤烧毁等，激光的大部分能量无法输出，而转化成内能，第二温度探测器10所探测到的温度明显升高，当发现开机阶段之后，第二温度探测器10所探测到的温度明显升高，系统会发出提示警告，同时切断激光。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述实施例中，诸如“上”、“下”、“侧”等方位的描述，均基于附图所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光纤耦合装置，其特征在于，包括外壳(11)，所述外壳(11)的内部具有沿光线传输方向依次设置的第一区域(12)和第二区域(13)，所述外壳(11)设置有与所述第一区域(12)连通的入射光口以及与所述第二区域(13)连通的出射光口，所述入射光口被配置为与激光器相连，所述出射光口被配置为与光纤相连；其中，所述第一区域(12)设置有反射镜组和第一光电探测器(7)，所述反射镜组被配置为接收经所述入射光口进入的激光并将其传输至所述第二区域(13)，所述第一光电探测器(7)被配置为接收未传输至所述第二区域(13)的激光；所述第二区域(13)设置有分光片(4)和第二光电探测器(8)，所述分光片(4)被配置为将所述反射镜组传输的激光经所述出射光口输出，以及将由所述出射光口返回的激光反射至所述第二光电探测器(8)，所述第一光电探测器(7)和所述第二光电探测器(8)均与激光治疗设备的主控电路电连接。

2.根据权利要求1所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述外壳(11)的内部设置有隔板(15)，所述隔板(15)将所述外壳(11)的内腔分隔为所述第一区域(12)和所述第二区域(13)，所述隔板(15)开设有通光孔(14)，所述通光孔(14)供经所述反射镜组反射的激光射向所述分光片(4)。

3.根据权利要求2所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述反射镜组包括第一反射镜片(2)和第二反射镜片(3)，所述第一反射镜片(2)位于所述入射光口与所述第一光电探测器(7)之间，且所述第一反射镜片(2)为平面透镜，所述第一光电探测器(7)被配置为接收经所述第一反射镜片(2)透射的激光；所述第二反射镜片(3)与所述第一反射镜片(2)间隔排布，所述第二反射镜片(3)被配置为接收经所述第一反射镜片(2)反射的激光并通过所述通光孔(14)反射至所述分光片(4)。

4.根据权利要求2所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述第一区域(12)还设置有第一温度探测器(9)，所述第一温度探测器(9)与所述激光治疗设备的主控电路电连接。

5.根据权利要求2所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述第二区域(13)还设置有第二温度探测器(10)，所述第二温度探测器(10)与所述激光治疗设备的主控电路电连接。

6.根据权利要求5所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述分光片(4)与所述出射光口之间的激光传递路径上还设置有防爆镜片(5)，所述第二温度探测器(10)与所述防爆镜片(5)相接触。

7.根据权利要求6所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述防爆镜片(5)可插拔地设置于所述外壳(11)。

8.根据权利要求3所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述第一反射镜片(2)和所述第二反射镜片(3)两者均通过可调镜架安装于所述外壳(11)，所述可调镜架被配置为调整所述第一反射镜片(2)和所述第二反射镜片(3)两者的入射光角度以及出射光角度。

9.根据权利要求1所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述入射光口和所述出射光口均设置有光纤接头。

10.根据权利要求9所述的光纤耦合装置，其特征在于，所述出射光口设置有六维可调转接头(6)，设置于所述出射光口的所述光纤接头通过所述六维可调转接头(6)安装于所述出射光口。

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