CN2748933Y - 一种n×1光纤合束器 - Google Patents

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王庆国
张锦龙
闫战强
李方正
牛金星
冯伟
林咏海
王帆
王春霞
王田虎
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Abstract

本实用新型公开了一种用于光纤传感器或激光医疗系统的N×1光纤合束器，由进光光纤(1)、出光光纤(3)和中间有套管(8)封装的熔接部位(5)组成。其特征在于：N个进光光纤(1)的纤芯(2)经过熔融拉锥后从中部切断，并研磨、抛光至适当尺寸，然后与出光光纤(3)的纤芯(4)在熔接部位(5)熔接在一起，由套管(8)封装起来，两端涂有固定胶(7)，使其连成一体。本实用新型可把N个进光光纤中的功率低损耗的耦合到一个适当直径的出光光纤中，以满足光纤传感器或激光医疗系统的特殊需要。

Description

一种N×1光纤合束器
所属技术领域
本实用新型涉及一种用于光纤传感器或激光医疗系统的N×1光纤合束器，更具体地说是把二个或多个入光光纤中的光功率耦合到一个出光光纤中的N×1光纤合束器，N≥2。
背景技术
刘德森等人编著的《纤维光学二》(P42-50)对锥形光纤的理论作了详细的介绍。光在光纤中传输，遵循全反射定律。如果光纤两端的直径不相等，这样的光纤就被称为锥形光纤。一定锥度的锥形光纤有聚光的能力，光线从大端入射，在小端的出射光亮度会提高，但光线在纤维芯和涂层界面内壁上的反射角随反射次数的增加而逐渐减小，总会在某一次反射后，全反射条件不满足。
锥形光纤半锥角表达式为：
Figure Y20042007489000031
为锥形光纤的锥角，D1和D2分别为纤维出射端(小端)和入射端(大端)的直径，L为锥形光纤的长度；锥形光纤的锥角直接影响光线在其中的传播。
根据全反射条件，要使入射光线都能出射，要满足，
n1为纤芯折射率，n2：为涂层折射率，θ为光线入射于锥形光纤大端时的折射角。
上边的两个公式整理一下，即可得出一般情况下锥形光纤聚光的条件为，
L ≥ 1 2 ( D 2 - D 1 ) cos θ D 1 D 2 1 - ( n 2 n 1 ) 2 - sin θ
当平行于轴的光入射时，上式即为，
L ≥ 1 2 D 2 - D 1 D 1 D 2 1 - ( n 2 n 1 ) 2
上式说明了为使锥形光纤聚光，就存在一个最小的长度L，而这个长度L与光纤两端的直径D1、D2及纤芯和涂层折射率n1、n2有关。
锥形光纤中的光从孔径角小的大端输入，从孔径角大的小端输出，光功率发生损耗，但在控制拉锥长度L等参量的条件下，可得出不同外径的出光端，便于与不同外径的光纤熔接，更好的满足光纤传感器或激光医疗系统的特殊需要。
1989年第15期Optics Lett(P814-816)报道了一种星形耦合器，即将多根单模光纤排列成圆筒状，与掺氟玻璃棒一起被加热融熔延伸制成。这种器件存在重复性差等缺点。
第89102461.1号中国专利给出了一种制作光纤多端耦合器的方法。N根光纤扭绞成的光纤束采用激光束加热，熔融拉锥后切断，将断头端烧熔成具有聚焦作用的球端，构成球端聚焦型光纤多端耦合器。但是该专利涉及的聚焦型光纤多端耦合器，在构成N×1的光纤耦合器时，由于球透镜的发散作用，在透镜与其他光纤对接时，一方面存在耦合效率低的缺点，另一方面不能完全满足光纤传感器或激光医疗系统的特殊需要。
第90203369.7号中国专利公开了一种多束激光光纤耦合装置。其特征是，有耦合器和输出头组成。耦合器将多路激光分别耦合到光纤中，再将若干束光纤组合在一起形成可以输出一束激光的输出头。这种耦合装置不仅体积大，而且在与光源或光检测器等光器件耦合时，耦合效率较低，不能完全适应光纤传感器或激光医疗系统的特殊需要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种容易制作，体积小，耦合效率高，且性能可靠的N×1光纤合束器，把N个进光光纤中的功率耦合到一个适当直径的出光光纤中，以满足光纤传感器或激光医疗系统的特殊需要。
本实用新型采用如下技术方案来实现其目的：
本实用新型即一种用于光纤传感器或激光医疗系统的N×1光纤合束器，由进光光纤(1)、出光光纤(3)和中间有套管(8)封装的熔接部位(5)组成，N个进光光纤(1)的纤芯(2)经过熔融拉锥后从中部切断，并研磨、抛光至适当尺寸，然后与出光光纤(3)的纤芯(4)在熔接部位(5)熔接在一起，由套管(8)封装起来，两端涂有固定胶(7)，使其连成一体。
进光光纤(1)中间剥去部分有机硅橡胶层，然后把纤芯(2)擦净，两端对齐并扭绞，进光光纤(1)两端涂上快干胶，放于光纤熔锥机夹板下固定，设定拉锥长度，定长熔融拉锥。
拉锥结束后，在中部切断。对切断的纤芯(2)端面进行研磨，在外径与出光光纤(3)剥去部分有机硅橡胶层的纤芯(4)外径相当时，停止研磨，然后对端面进行抛光至适当尺寸。对纤芯(4)端面进行研磨、抛光。根据光纤外径和材料，选择合适的熔接电流和放电时间，使纤芯(2)与纤芯(4)在光纤熔接部位(5)熔接在一起。
光纤熔接部位(5)及其附近的外表面涂或包以有机硅橡胶层(6)，外面套有套管(8)，两端涂有固定胶(7)。
本实用新型的有益效果是，利用熔锥、研磨、抛光、熔接和封装五种比较成熟的工艺，把N个进光光纤中的功率低损耗的耦合到一个适当直径的出光光纤中，制作简单方便，制成的合束器体积小、重量轻、性能可靠，便与使用和维护。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型典型实施例3×1光纤合束器光纤熔接部位(5)沿I-I线的剖面图。
在图1中，进光光纤(1)的纤芯(2)熔融拉锥，在中部切断后与出光光纤(3)的纤芯(4)在熔接部位(5)熔接在一起，在光纤熔接部位(5)及其附近的外表面涂或包以有机硅橡胶层(6)，外面套有套管(8)，两端涂有固定胶(7)，形成坚固保护层。进光光纤(1)剥去部分有机硅橡胶层的纤芯(2)，出光光纤(3)剥去部分有机硅橡胶层的纤芯(4)。
在图2中，三个进光光纤(1)剥去部分有机硅橡胶层的纤芯(2)排成三角形并熔融拉锥，处于熔合状态，外面涂或包以有机硅橡胶层(6)，封装在套管(8)内。
具体实施方式
以N＝3的3×1光纤合束器为例：进光光纤(1)和出光光纤(3)均为纯石英光纤。进光光纤(1)中间剥去部分有机硅橡胶层，然后把纤芯(2)用酒精擦净、两端对齐、扭绞并且排列成三角形，进光光纤(1)两端涂上快干胶，放于光纤熔锥机夹板下固定，定长熔融拉锥。拉锥结束后，在中部切断，对纤芯(2)端面进行研磨、抛光至适当尺寸，对剥去部分有机硅橡胶层的出光光纤(3)端面即纤芯(4)端面进行研磨、抛光，根据光纤外径和材料，选择合适的熔接电流和放电时间，使纤芯(2)与纤芯(4)在光纤熔接部位(5)熔接在一起。在光纤熔接部位(5)及其附近的外表面涂上有机硅橡胶层(6)，把进光光纤(1)与出光光纤(3)中间部分保护起来，外面套有套管(8)，两端涂有固定胶(7)，使其连成一体。这样就制成了一个3×1光纤合束器。3×1光纤合束器光纤熔接部位(5)沿I-I线的剖面图如图2。
制作N×1光纤合束器用的光纤，可以是纯石英光纤也可以是石英玻璃光纤。

Claims (4)

1.一种N×1光纤合束器，由进光光纤(1)、出光光纤(3)和中间有套管(8)封装的熔接部位(5)组成，其特征在于N个进光光纤(1)的纤芯(2)与出光光纤(3)的纤芯(4)在熔接部位(5)熔接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种N×1光纤合束器，其特征在于N≥2。
3.根据权利要求1所述的一种N×1光纤合束器，其特征在于光纤熔接部位(5)及其附近的外表面涂或包以有机硅橡胶层(6)，外面套有套管(8)，两端涂有固定胶(7)。
4.根据权利要求1所述的一种N×1光纤合束器，其特征在于制作合束器用的光纤，可以是纯石英光纤也可以是石英玻璃光纤。
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