TW419606B - Apparatus and method for coupling high intensity light into a receiving target - Google Patents

Description

41 9606 五、發明說明（1) 相關申請案之交叉春考 本申請案係為1996年8月19日申請的審查中No.699, 230 號申請案、現為美國____號專利之部份延續。 發明背景 發明領垃 本發明係概括有關高強度照明系統’且特別有關利用光 纖光導自高強度、高溫之光源傳輸光線之光學傳輸系統。 此發明尤其有關用於自一高強度光源使光偶合進入低溫光 纖之裝置及方法。 相關拮藝之据沭 在光纖傳輪系統之領域中，已知採用高強度、高熱輸出 光源如：汞弧光、金屬齒化物弧光、或氙弧光燈，其中典 型的作業功率係為35至1 0 00瓦特範圍。請見1988年7月12 曰發證予相同受讓人之美國4, 757, 431號專利，這些光源 係配合使用由一單纖或一束許多小纖構成之光纖光導。標 準纖束一般係由低熔溫玻璃而非約具有1 〇 〇 〇。〇以上炼點溫 度之熔化矽石或石英所組成。此種系統特別具有醫學及工 業應用之用途，且可用於如内視鏡、管道鏡之類儀器中。 將來自一高強度光源之光偶合進入一.光導需使光線聚集 及聚焦’且光線集中將造成焦點上之高功率密度，焦點上 之溫度升高係取決於吸收光線的程度，較大的點尺寸係I 較小的溫度升高相關，而小量吸收則導致溫度大幅增加。 為了減少溫度之上升，必須降低較大點尺寸相關之功率密 度。為了防止纖束熔化，通常將IR濾器置於光源與該東之

第5頁 五、發明說明（2) 間’當焦點尺寸減小時’則需有較高熔溫之材料如石英。 如美國4, 757, 431號專利所述，現今存有將光線聚焦至】公 厘或更小直徑之有效方法’相較於將光傳過一纖束的照明 系統，在該光纖目標上具有大幅較高之功率密度。此種高 功f密度需要由較高溶溫材料所構成之光導，以防止光纖 在光偶合進入該纖之點上產生熔化，這適用於單纖光導或 I直徑（2公厘或更小）纖束。 補：ί製ΐ之光纖甚為昂貴’且此種光纖需長期使用以彌 ϊΐΐ春ΓΓΓΓ，這代表此種光纖在各次使用後須 高害度:：:石英纖較脆…時較易破裂， 其心==材_， 玻璃的低嫁溫限制了可偶合至高強度=最 裝置偶i:2一二或公更厘小：之孔二 率’且對該光學裝置造成；良纖束係缺乏效 ==域之不配合，降低纖 之嚴重偶合損失，而使焦距變窄ϋί

徑束將造成該束熔化。 叉乍王小I -般而言，偶合至一光纖裝置之該光導尺寸應該配合該 419606 五、發明說明（3) =之，寸。因此對於小直徑光纖裝置（如小於

Sim;或高溫纖束。具1公厘或更小直徑且偶合 束具備固有：敛m起=尺寸之-束更有效率，因為 玻璃纖一般在實用上：硬因當=厘=之單：英或 常採用纖束。 而要大於1公厘直徑之應用通 傳纖及玻璃纖束雖可有用且有效地傳輸光線，卻非 直^以上Γ最經濟方式。塑膝光線不但便宜且即使1公厘 低^太i具高度挽性。因此’配合高強度光源使用這此 英為板Ϊ纖甚為理想。但塑膠類似玻璃束其熔溫遠比石 塑膠繾盥出此’若要使用單塑膠纖輪送足夠照明將需要在 1纖^光源之間採用一中間光輸送系統。 一採用低成本塑膠纖或小直徑、低成本玻璃纖束之 葱夕冰=例，為醫學領域。採用低成本纖將使照明醫療儀 用$二^=單次使用之消毒產品加以銷售，而免除各次使 需求。使用偶合至單一高強度石英纖之小束而 ^ ^較小型之裝置，但塑膠纖及小直徑玻璃纖束皆 二^，光源焦點上所產生之高溫，其中集光並聚焦成為 具有^此光導直徑尺寸成比例之小點。 1991年1月22日發證之美國4, 986，622號專利揭示了一試 圖解決避免對低溫塑膠纖造成熱損害問題之先前技藝。美 國4, 986, 622號專利揭示一光傳輸裝置，其於一高強度光 源輸^端上偶合有一熱阻玻璃光纖束。該玻璃光纖束接著 在一標準連接器中機械式緊密偶合至一塑膠光纖束。美國

第7頁 419606 五、發明說明（4) *-- 4, 986’6 2 2號專利需使破璃纖束機械式配合至塑膠纖束， 以避免在偶合點上產生將損害塑膠纖束之大量熱量。 美國4, 986’ 622號專利需使玻璃束直徑小於或等於塑膠 束之直徑，如此使得玻璃束發出之錐形光柱傳入塑膠束内 而無光損失。但實際上，僅在對於各束或光纖之錐形角 (亦即，：數值孔徑NA)及其間距離亦具有光學規範時才有 效。美國4, 986, 622號專利未能瞭解此種需求，且若玻璃 束的直徑顯著小於塑膠束直徑時，如果有來自光源之足量 光線進行偶合，則對塑膠纖之熱損害將形成高功率密度β 在美國4,986,622號專利内文中，使用一般之3或5公厘 直徑束，因為玻璃與塑膠纖束間之連接係為醫學照明設備 中所常見者。此種連接器利用纖束間之一接近偶合，其中 在接點處具有最小間隙、並依賴該等束之相對直徑的配 合在較高功率密度時，此連接器將損及低熔溫纖束。 此外，美國4’986, 622號專利的解決方式並不足以使一 低溫纖所輸出之光達到最大，其中該低溫纖係偶合至一自 高強度源輸送光之高溫單纖。 本技藝仍需改良用於使高強度光偶合進入低惊溫光纖之 方法及裝置。 發明概論 本發明提供一種用於使高強度光偶合進入一低熔温光纖 之方法及裝置’其中利用一具有特定數值孔徑（ΝΑ)之高溫 光纖’在一高強度（至少為400毫瓦/平方公厘）光源與一低 熔溫、低數值孔徑光纖間作為一空間濾器。該空間遽器不

苐8頁 419606 五、發明說明（5) ' — 但使低熔溫光纖得以自高強度光的焦點移開並且在進入 低溫光纖之前即消散了未受引導模式之光傳輸。該空間濾 器可置於一高強度光源焦點與一低熔溫光纖之間，並另可 置於一高數值孔徑、高熔溫光纖與一低溫、低數值孔徑光 纖之間。該同強度光源可為聚焦成小於2公厘點狀之直接 源，或另可為來自偶合至一高強度光源之第二單纖。若該 接收纖之數值孔徑小於空間濾器之數值孔徑，且若光強度 約大於400毫瓦/平方公厘，則需有具備機械式排熱器之一 分隔構造》若其數值孔徑相等、或是接收纖之數值孔徑大 於空間濾器之數值孔徑，則濾器之分隔程度及機械式排熱 的需求係取決於該等纖的相對直徑、光之波長、及功率密 度。 根據另一較佳實施例，空間濾器係以熔合一束單光纖所 组成。 1-A簡單説明 本發明由下文本發明示範性質而非限制性質之詳述及圖 式將明顯得知，其中： 圖1係為其中顯示根據本發明之空間濾器的一般概念之 圖； 圖2 a-2 c顯示本發明利用一鄰近連接器所實施之個別其 他實施例； 圖3係為可配合本發明使用之高強度照明系統之圖； 圖4係為其中顯示本發明中所用之一鄰近連接器其一特 定實施例之圖；

419606 -案號 88102123 年

(Q 月 序|年呤砌丨日修正/束兵/補名 3_修正启_ 五、發明說明（6) 圖5顯示本發明另一項實施例’其中該空間濾器係用以 將來自一高數值孔徑光纖之光偶合至一低溫、低數值孔徑 光纖； 圖6A係為本發明之一額外較佳實施例之圖，其中該空間 濾器係由一您化光纖束所組成； 圖6B係為圖6A之熔化光纖束84b之一橫截面圖； 圖7 A係為顯示一熔化光纖束之空間過濾效果之圖； 圖7B係為顯示一熔化束其輸入及輸出面上之強度輪廓差 異之圖表；及 圖8顯示在一光學系統之反射器上使用一介電塗層作為 紫外線吸收材料以渡除不良之光波長。 圖. 式元件符號簡 要 說 明 1 連 接 器 2 光 纖 3 筒 4 輸 入 端 5 筒 夾 6 接 收 塊 6a 端 點 6b 端 點 7 套 筒 8 連 接 器 9 襯 套 10 源 殼 11 閉 鎖 機 構 33 光 源 系 統 40 彈 簧 54 按 钮 開 關 56 引 線 58 按 紐 66 排 熱 器 70 反 射 器 72 介 電 塗 層 80 低 溫 光 纖 82 南 強 度 光 84 南 溫 光 纖

0:\56\56816.ptc 第10頁 2000.10.30.010 案號 88102123 五、發明說明（έ<ο

8 4a 空間過濾纖 B4b 86 分隔連接器 88 90 高溫高數值孔徑光纖 841 纖 S L 光線 R 年P月$日修正/Μ/ 修正Ιι__ 空間濾器/熔化束 外部連接器 光源 反射器 —*-田說明 本發明所論及之一種高強*虫 止，-S奶！ n A』 度先源範例係顯示於圖3中。 光源·殼10包括一光源S(通常a — a u .. —尚強度弧光燈如：氙、金 屬鹵化物或汞弧光燈、或至少钞 2Λ, ^貪匕心焦成400毫瓦/平方公厘 ' 之任意其他可見電磁幅射源）、及一凹型反射 益R山：用於將來自該源之光線L收集並集光至一光纖2的輪 入鈿上。該收集及集光系統之作業係描述於上述美國 ，5，431號專利中。將一由高導熱性金屬（如鋁）製成之 接收一塊6附接至殼1 0之-壁，用以將含有光纖2之一連接器 8固疋至5玄殼，其中該光纖2係插入塊6之端點6 a内部。殼 10亦包含—襯套9，該襯套9係在端點6b上固定至塊6。 連接器8經過一閉鎖機構11而固定至塊6，一按鈕開關5 4 配置於塊6中，其中具有一按鈕5 8以使光源之快門保持關

0;\56\568l6.ptc 第10a頁 2000.10.30.011 419606 五、發明說明 不受高強度光照射。 時’利用連接器8來操 閉，當未有連接器8時保護用者眼睛 將引線56連接至電路，在推入按知58 作該快門。 光源系統33之性質使一極高之本且a 入嫂AM ! F坫卜，兮取杜 先通量密度聚焦在纖2輸 入端4的小£域上’該聚焦之光點包括高發散角度之光 線’而造成進人該纖之多種傳播模式，但可傳播或導先入該 纖中之模式數受限於該纖之物理輯料 / w 值孔徑、及該纖心部之半徑等U徵’包括如：該纖之數 、因為區域及模式之不當配合1纖實際上僅傳輸了少部 伤聚焦光線，其餘光線在t圍該纖輸入端之區域受到吸收 =產生大量熱量，或是以未受引導模式進入該纖而無法利 用該纖進行傳播。 圖1顯不本發明之_般概念，含有高發散角分量之高強 度光82係聚焦至高熔溫材料所製成之熱阻光纖其一短段 上，此種高熔溫纖之一範例係為石英纖。但可使用任何其 他適當之咼熔溫材料，該高溫纖係由一排熱器66包圍， 該排熱器66係由譬如金屬等導熱材料製成。 高溫纖84能承受未進入該纖、而是入射在包圍該纖輸入 端之區域上的光線所產生之熱量。此外，該段之纖長度足 使该纖作為一空間濾器，其中進入該纖輸入端之所有未受 引導模式之光線皆完全消散在該纖84長度之内。結果該纖 84之輸出係由受引導模式之光線所組成，僅有該模式將偶 合成為低熔溫光纖8〇之受引導模式。光纖8〇係由如塑膠或 軟玻蹲材料譬如硼矽酸鹽所製造。因為僅有受引導模式可

五 '發明說明（8) 偶合進入低溫纖80，在孅84輸出端與纖80輸入端之間並未 產生過度熱量，高溫纖之數值孔徑理想上應等於或小於低 熔溫纖之數值孔徑，但即使高溫纖之數值孔徑較高，對於 來自該源光線的空間過濾將消除了轉換成熱量之高階模 式。 根據低溫纖之純度及熔溫 明八〜頌 外方法，塑膠纖常具有吸收光線之雜質而造成熱失控，當 高溫纖之數值孔徑大於低溫纖之數值孔徑時，該效果更加 顯著。譬如，在塑膠接收纖表面内所吸收之高功率密度光 線可能造成塑膠纖表面熔化或呈坑狀，當塑勝纖之數值孔 t小於向狐纖之數值孔徑時此效果更加顯著，可分隔該等 纖並提供一排熱器來排除所生熱能而消除此效果，實際之 間隔係根據功率密度及數值孔徑而定。 譬如，對於一0.47公厘直徑、具有〇, 68數值孔徑之石英 纖，輸送2瓦特可見光（41〇至65〇毫微米）至1公厘直徑、1 .有〇· 55數值孔徑之聚甲基丙婦酸应、 之間隔以避免對塑膠纖之執招矣：。需要h 7么厘 -夕古& , ΐ 熟知失。在此間隔下，離開高溫 ，部分係自塑膠纖之孔徑發散，因而提 供了空間過濾之額外梦w 的塑膠纖，所傳輸之^功率#幻目5間隔及1. 5公厘直徑 ώ插橹报τ 1力率係為1公厘纖之兩倍。在以上 兩種Ifl下’傳輸至塑膠纖不 偶合至光源之光量，該八 ^失之先量顯者大於直接 光線強度，並降低了二^減少了衝擊在纖表面上之 機率，對於過多光所在達該纖内部低限吸收造成熱損失之 叮生之熱量需使用一排熱器。 41 9 6 0 6 五、發明說明（9) 塑膠纖之熔化低限係取決於纖成份及雜質程度，自空間 濾器傳輸光波長之吸收材料易於降低能不受損害進行偶合 之光量。同樣地，若空間濾器之數值孔徑大於接收塑膠纖 之數值孔徑’則偶合效率遞減’且當空間濾器之數值孔徑 小於接收塑膠纖之數值孔徑時，因而降低了對於相同間隔 ^損害低限。相反地，將來自〇. 68數值孔徑之石英單纖之 间強度光偶合至1公厘、具086或0.55數值孔徑之硼矽酸 鹽並不需要特定之間隔（唯一間隔需求係為：單纖之放置 必須使光恰好充滿該束孔徑），且能夠承受數小時之2瓦特 ，輸光線功率。此結果主要係因為硼矽酸鹽比塑膠具有較 鬲熔溫。，硼矽酸鹽纖（1公厘直徑）可望有類似結果。須 小心避免巧染接收纖之表面，因為很可能由於污染物之吸 收而造成熱退化及失控β 圖2a-2c顯示上述圖！所示本發明之多種不同其他特定實 Π2:顯示一第一實施例中該空間濾器至低熔溫 ί於一鄰近連接器1内部，使得高溫纖之使用 對用者並不明顯。 此、種一鄰近$接Is之一範例顯示於圖4中，連接器^係由一 ^ 、及一保護套筒7所製成。當未連接至襯套9 衿營i 1 S、保濩光纖84之輸入端4 ^排熱器66係為纖支 i ^ I·連接器1之其他細部描述於美國5, 452, 392號 导利而不在此贅述。 連：ϊι顯:A二實施例，其中該低溫纖80係附接至可插入 接》内之一分隔連接器86，此實施例中，鄰近連接器工

第13頁 五、發明說明（ίο) 係為可重覆使用式，低溫纖8 0為用後即棄式。 圖2c顯示第三可能實施例’其中該高溫纖84伸出鄰近連 接器1外，並經過一外部連接器88偶合至低溫纖80。 在以上所有三個實施例中，當低炼溫纖係由塑膝製造 時’纖對纖間之連接需有分隔之構造，並在接點上具有排 熱作用。對於較高溫之纖如硼矽酸鹽，間隔則較不重要。 圖5顯示本發明之另一實施例’其中增加了能夠傳過一 塑膠纖而無損害之光量。高數值孔徑之石英纖比起較低數 值孔徑之纖能自弧光源偶合顯著較多之光，若該接收低熔 溫纖之數值孔徑小於石英纖之數值孔徑，則所生成之空間 過濾未達最佳狀態。可使空間過濾纖之數值孔徑配合成為 小於或專於光接收塑勝纖之數值孔徑、或將一具有等於或 小於塑膠纖數值孔徑的第二纖’在一高數值孔徑之石英纖 與該接收塑膠纖其間作為空間濾器而彌補此情形，此構造 使得：相較於不具此空間濾器之直接偶合、至少有高出 5 0%之光線能偶合進入一塑膠接收纖β 由於塑膠纖内部顏色中心之吸收，以過濾方式成功地消 除塑膠纖之熔化實際上存在一極限，上限最終係取決於該 低熔溫纖之吸收性、純度、及纖之間介面上的污染物。使 傳至塑膠纖的光強度達到最大將取決於：空間濾器發光之 功率被度、機械式排熱器之特徵 '及纖間之間隔量。—般 而言，當功率密度超過400毫瓦/平方公厘時，則需要一分 隔構造且該連接器須能作為排熱器之用。 在圖5中，採用低數值孔徑之空間過濾纖84a將來自一高

第14頁 419606

五、發明說明（11) 溫、高數值孔徑光纖90之光偶合進入一低溫、低數值孔徑 光纖80。該系統之最佳數值孔徑關係係為： 數值孔徑，90>數值孔徑纖84a $數值孔徑纖8〇。纖9〇 所輸出之尚數值孔徑光能量並未利用低數值孔徑之空間 器進行傳播、而會在其長度之内消散’此種消散所生之= 里將利用排熱器66自纖84a導除，僅有低數值孔徑之受号丨 導模式會由纖84a輸出並偶合進入低溫纖，因此可維持 纖80之低溫作業。相較於先前技藝’能偶合至一低熔溫’ 膠纖之光量係高出3至5%。 本發明之較佳實施例中，光纖係為〇 ·〗公厘至丨.〇公厘直 徑之單心纖’但本發明之原理可同樣適用於光纖束。 現將參照圖6 A及6 B描述本發明之另一較佳實施例，根據 此較佳實施例，空間濾器84b係由熔合之一束單光纖形 成’圖6A及6B中之類似標號代表了上述類似元件。 如圖6A所不利用一熔化光纖束作為一空間濾器可在較高 強度光偶合進入接收單光纖或光纖束時具有較佳控制及精 確度’而使輸出強度輪廓形成所需之空間強度輪廊。 雖然使用一單纖作為空間濾器除去了未受引導模式之 光’該未受引導模式之光無法以接收光纖進行傳輸此單 纖空間濾器對入射影像輪廓進行擾頻、並產生單纖出口平 面其近場中之光線角度分配及一特徵強度輪廓β倘若該單 纖之長度約大於其3〇倍直徑，在近場（極接近該纖輪出端 之區域，如距丨.〇直徑纖之輸出端約有0-0.2公厘）中之出 口平面上的光線其特徵為：一平坦強度輪廓及各點上相同 419606 五、發明說明（12) ' 之角度分配（取決於光纖之數值孔徑（數值孔徑））。在遠端 上離開之光線具有一高斯強度輪廓、且具有一取決於光纖 數值孔徑之角度分配’若空間濾器與接收纖間沒有間隙， 則進入接收纖之光線其特徵係由近場輪廓所決定，當空間 纖與接收纖之間隙增加時，進入該接收纖的光線其強度輪 廓自近場跨越至遠場。 一溶化束係由通常小於1 〇 〇微米直徑之光纖構成，根據 本發明，熔化束84b係由具20微米至60微米之纖"直徑"（或 像素尺寸）之纖841構成，如第6B圖所示。該等個別纖像素 通常為六肖型以利最大之填集密度及最小之傳輸損失，熔 化束在空間上過濾了約等於1 〇倍像素直徑長度内之未受引 導模式光線’結果用於使光線未受引導模式擴散之熔化光 纖束構成之空間遽器其所需長度，顯著小於與溶化束具有 相同總直徑之單纖空間濾器其所需長度。 不同於單纖空間濾器，其中來自未受引導模式光之能量 擴散出纖外、且受引導模式係包含於纖本身多模式結構之 内’由於熔合之個別纖其間之薄狀覆蓋，傳輸通過一熔化 束之光線承受了纖之間的光線"相互交流"或相互偶合。結 果’溶化束空間濾器之出口平面上的近場影像不同於單纖 空間濾器之近場影像’ 一單纖空間濾器之輸入面上的影像 在輸出面上受到擾頻*相反地，若入射光之數值孔徑小於 或等於熔化束之數值孔徑，則一熔化束空間濾器之輸入面 上的影像大致未變地傳輸到輸出面。若入射光之數值孔徑 等於或大於熔化束之數值孔徑，該相互偶合現象將造成輸

第16頁 4 1 Q 60 6 五、發明說明（13) 入面上^束其各像素上所入射光在空間上加以分散， 7A圖所不’其中根據人射光之數值孔徑及溶化束 值孔徑，修正了影像之強度輪廓。圖邝係為一圖表， 比較熔化束其輸入面與輸出面間之光束強度輪廓值。" 當熔化束空間濾器之長度小於其丨〇倍直徑時此 分，"效果最為顯著。對於較長之熔化束，空間過濾將ς 除高數值孔徑光，而保留熔化束的輸入面上的入射光影傻 的強度輪廓。不同於單纖空間濾器，其中近場影像係^ 勻性（擾頻後）而遠場影像具有一高斯輪廓，在近場與遠 中之熔化束空間濾器之輸出上保留入射光之影像輪廓。若 輸入光線之數值孔徑大於熔化束之數值孔徑，由於未受引 導模式之擴散、或經過熔化束長度上覆蓋物之"洩π出而損 失了光線。若入射光之數值孔徑與熔化束之數值孔徑相 同，則可使用空間濾器以與輸入相似之輸出強度將高度集 中之光線傳離焦點。 一 、譬如，利用一熔化束之空間濾器及一高強度光源如氙弧 光燈’其中具有偏離軸線之構造如美國4, 757, 431、 5，414, 600、及5,430，634號專利所述；或是其他集中幾何 構造如美國5，5 0 9，0 9 5號專利所述，可使用熔化束之空間 ;慮器自焦點傳除影像’該焦點常為光線最集中之點。藉由 選擇熔化束之長度、直徑、及數值孔徑以盡量增大傳輸並 配合至接收單纖'纖束或其他目標的輸入特徵之光線強 度，可產生一照明系統其中保留了光源之整體強度輪廓， 減去無法以該接收目標進行傳輸而轉成熱量之光線。這使

第17頁 419606 五、發明說明（14) 得具大幅降低熔溫之材料可配合高強度光源使用，而大幅 減少熱損害之危險。 對於具有小於3 0倍個別像素直徑的外徑之一短溶束，係 利用溶化束之互相偶合來分散強度輪廓，造成空間分配之 改變、及相較於”軸線上"方式增加了偏離轴線之相對光 量，易言之，相較於接近該束邊緣的光線減少了出口平面 上炼化束中心之光相對強度。光輸出分散程度係為入射光 數值孔徑之函數，並且在入射光的數值孔徑大於或等於熔 化束的數值孔徑時達到最大。對於較長之炫化束，損失了 具有高於熔化束所引導角度之光線、並成比例降低整體強 度。 因而可見：使用一熔化束作為空間濾器，可自一高強度 點傳走光線而不對入射影像輪廓進行擾頻，並因而解決了 區域不配合、角度不配合、及高強度光源與一取決於強度 和角度之目標如光纖其間之熱量控制等問題。 當配合譬如上述偏離軸線構造等用以收集高強度光並加 以映像或近映像之系統時，可選擇具有適當直徑和數值孔 徑組合之一熔化束空間濾器，以配合該目標或接收光纖。 譬如’具有1公厘弧光之弧光燈具有一偏離轴線的超環面 構造以產生約為1 : 1影像’該弧光燈將產生約75%之整體 強度之1公厘影像，其中已考量到所有光學像差及像散 性。硼矽酸鹽或其他軟玻璃構成在影像上置有至少 〇· 55(較佳為〇. 57)數值孔徑之〇. 8公厘之熔化束受到最佳 化’以將最大光線自該影像點傳至聚合物覆蓋之〇 55數值

第18頁 4 1 9 β Ο 6 - ___案號 881021Μ 五、發明說明（/友） 年月Μ曰修正 ^年~月 日 條正^_ 孔徑的石英纖’該炫化束因而在空間上過渡來自該源之較 高數值孔徑、未受引導模式之光線，並盡量放大熔化束輸 出平面上之亮度，可有效偶合至該聚合物纖而不損害該覆 蓋材料。另外可採用具〇 . 57數值孔徑之1. 5公厘直徑熔化 束，自該源傳輸光線至一緊密裝有〇. 5公厘直徑聚合物纖 之接收束，除非該源之弧光間隙大於1. 5公厘，來自各纖 之光強度並不相同。藉由選擇氙、汞、金屬函化物及類似 弧光燈、及炼化束直徑之弧光間隙尺寸之組合作為空間滤 器’該輸出強度可依照弧光尺寸及炼化束直徑而具某程度 均勻性’此關係亦根據該光學收集及集光系統是否接近 1 : 1映像系統、或為一放大或縮小構造而定。 因為熔化束通常係由軟玻璃如硼矽酸鹽等所製造，其吸 收低於40 0毫微米及大於7〇〇毫微米之大量光線，為了防止 才貝害該炫化纖’必須過濾輪入光以移除這些波長，根據本 發明知加介電塗層至光學系統的反射器或透鏡，以將光線 射入熔化束内、或直接施加介電塗層至熔化束之輸入面’ 而達成此作用。一範例係顯示於圖8中，其中係施加一介 電塗層72至一反射器70。 可使用根據此另一實施例之本弩明將可見光波長之光線 偶合至石英或軟玻璃到塑膠_ *ρΜΜΑ或聚碳酸酯-等多種不 =材料所製成的光纖目標。各材料雖具有不同之最大光傳 程度’在这最大光傳輸程度之上將發生材料退化及/或 :T ’利用自熔化束中心往外不分散該強度輪廓_亦即自 線上往偏離軸線方向，可使用一熔化束之空間濾器而產

第19頁 2000.10. 30.020 479606 ' 五、發明說明（16) " ~ ---- 生最大之光線傳輸，因而降低了常在中心出現之峰值強 度。根據目標材料適當選擇空間濾器將可改良性能、減少 退化、並延長該纖目標之有效壽命。對於此最佳化而言， It小時作&業而無材料或光退化之良好數值係為長期良好性 能之可靠指標。譬如經發現若—PMMA纖能承受1小時高強 度光線傳輸（譬如g ；[瓦特）而無損害，則其將可承受至少 ϋ時之連續傳輸、或是8小時或以下時間之無限周期性 ,it明已描述於上文之中，熟悉本技藝者瞭解其可有許 二ί i及修正方式而不背離本發明之精神與範圍，任何及 所有修正皆包括在下列申請專利範圍之内。

第20頁

Claims (1)

1. 1. 一種用於使高強度光偶合進入一接收目標之裝置 具有以影像輪廓所界定之強度分配，該裝置包含： 片本；=器，具有一接收該高強度光之輸入端：該強 二先f又引導模式係消散於該空間濾器之長度内部，其 上所入射之最大光線強度之-影像輪廓係傳 輸於具一加寬之空間強度輪廓之該空間濾器之一輪出端 上； 用於對來自該高強度光在傳輸經過該空間濾器之前過 濾約低於400毫微米及約高於7〇〇毫微米波長之裝置； 排熱器，鄰近該空間濾器以吸收該空間濾器所生熱 量並自該空間濾器導除該熱量；及 …、 收光纖目冑，用於在一輸入上大致僅接收來自該 受引導模式★，並用於在一輸出端上輪出該受 引導模式光。 2_如申請專利範圍第丨項之裝置’其中該空 一熔化光纖束。 3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該熔化光纖束係 由多數之單纖構成，各單纖具有小於1〇〇微米之直徑。 4. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該熔化光纖束係 由多數之單纖構成，且該空間濾器具有至少為3〇倍該 直徑之長度。 ^ 5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該空間濾器自非 同調光線之尚強度源接收該高強度光。 6 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該空間濾器之數 419606 -4 六、申請專利範圍 值孔徑（NA)至少等於在該空間濾器之輸入端上所入射光之 最高角度。 7·如申請專利範圍第5項之裝置，其中該高強度源包含 一自下列各物選出之集光光學構造：映像、非映像、放大 及縮小構造β 8. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該高強度源係為 一具有一弧光間隙之弧光燈。 9. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該弧光燈係自下 列各物選出：氙 '汞、汞氙化合物、及金屬鹵化物弧光 燈》 1 0.如申請專利範圍第8項之裝置，其中該空間濾器包含 一溶化光纖束’而該弧光燈的弧光間隙長度至少等於該熔 化束之最大橫截面尺寸。 11.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該空間濾器之數 值孔徑（ΝΑ)係至少等於該接收纖之數值孔徑。 12·如申請專利範圍第1項之裝置’其中該接收纖係為由 下列各物選出之材料製成之一單光纖：塑膠、聚甲基丙烯 酸甲酯、聚碳酸酯、軟玻璃、硼矽酸鹽、及石英。 1 3.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該接收纖係為由 下列各物選出之一材料製成之多數光纖：塑膠、聚甲基丙 烯酸甲酯、聚碳酸酯、軟玻璃、硼矽酸鹽、及石英。 14. 如申請專利範圍第丨項之裝置’其中該空間濾器之外 徑係配合至該接收纖之外徑。 15. —種用於使高強度光偶合進入一接收目標之方法，

   第22頁 419606 六、申請專利範圍 其具有一係以影像輪廓所界定之強度分配，包含以下步 驟： 在一空間濾器中接收入射之高強度光、消散該未受引 導模式之接收強度光，其中最大入射光強度之一影像輪廓 係以一加寬之空間強度輪廓所傳輸； 在傳輸之前對來自該高強度光過濾約低於4〇〇毫微米 及高於700毫微米之波長； 提供一排熱器，鄰近該空間濾器以吸收該空間濾器所 生熱量並自該空間濾器導除該熱量；及 提供一接收光纖目標，用於在一輸入上大致僅接收來 自該空間濾器之受引導模式光，並用於在一輸出端上輸出 該受引導模式光。

   第23頁