專利名稱：一種光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖，特別是涉及一種易于將光線耦合進(jìn)入的光纖。
背景技術(shù)：
光纖是目前應(yīng)用最為廣泛的光學(xué)元件之一。光纖是由纖芯、包層所組成的圓柱形的介質(zhì)光波導(dǎo)。纖芯的折射率總是比包層的折射率略大。當(dāng)光波從折射率較大的介質(zhì)入射進(jìn)入較小的介質(zhì)時(shí)，會(huì)在兩種介質(zhì)的邊界發(fā)生折射和反射。請(qǐng)參照?qǐng)D1，利用光纖傳輸光線首先需要將光束耦合進(jìn)入光纖。將一束激光直接打到光纖端面是無(wú)法進(jìn)入或無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效率耦合的，常見(jiàn)的方法是利用耦合系統(tǒng)11將光束12耦合進(jìn)入光纖10的。耦合系統(tǒng)11 一般由球面鏡組成，其工作原理為光束12經(jīng)過(guò)透鏡組匯聚后使光束界面變小，盡可能保證整個(gè)光束完全進(jìn)入光纖10。此外，還需要保證入射光的匯聚全角小于兩倍的光纖數(shù)值孔徑角，只有這樣光纖才能實(shí)現(xiàn)較好的耦合。但是，這種耦合方式存在一些難點(diǎn)，例如對(duì)聚焦的控制，對(duì)光纖端面光束截面的計(jì)算等等。而且，如果光束能量較高，直接打到光纖端面的光斑很小，就很有可能造成光纖損壞，且在光纖芯徑較小的情況下耦合將更加困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)將光束耦合進(jìn)入光纖的方法容易損壞光纖的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種在耦合光纖時(shí)不易損壞的光纖。本發(fā)明的技術(shù)方案是—種光纖，包括一個(gè)用于接收光線的耦合部和一個(gè)用于傳輸光線的傳輸部，所述耦合部的全反射面的橫截面直徑大于所述傳輸部的全反射面得橫截面直徑。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述耦合部包括連接所述傳輸部的第一端和與所述第一端相對(duì)的第二端，所述耦合部的全反射面的橫截面直徑由第一端向第二端逐漸連續(xù)變?cè)诒景l(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述耦合部的全反射面呈錐形。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述光纖包括具有不同折射率的纖芯和包層，所述全反射面是所述纖芯和所述包層的邊界面。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述傳輸部的孔徑角為θ 0，所述傳輸部的全反射面的橫截面半徑為d，所述耦合部沿光纖延伸方向的長(zhǎng)度為S，所述耦合部全反射面的橫截面半徑為L(zhǎng)，且滿足arctg(L-d/s) ^ θ O0在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述傳輸部的孔徑角為θ 0，所述傳輸部的全反射面的橫截面半徑為d，所述耦合部沿光纖延伸方向的長(zhǎng)度為S，所述耦合部全反射面的橫截面半徑為 L，且滿足 180° -2arctg s/L-d ^ θ 0°。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，入射到耦合部的第二端位置的光束界面略小于耦合部的全反射面在第二端處的橫截面，且大于耦合部的全反射面在第一端處的橫截面。
本發(fā)明光纖由于具有耦合部，且耦合部的截面大于傳輸部的截面，因此增加了光纖入射端的面積，避免了對(duì)能量較高的光束耦合時(shí)可能對(duì)光纖端面的損傷。


圖1是一種現(xiàn)有技術(shù)將光束耦合進(jìn)入光纖的方法。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式光纖2的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所示光纖2沿X方向的縱向剖視示意圖。圖4是圖2所示光纖2沿Y方向的橫向剖視示意圖。圖5是圖2所示光纖2的光學(xué)原理圖。圖6是圖2所示光纖2在一種優(yōu)選的應(yīng)用下的光學(xué)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面介紹本發(fā)明光纖的第一實(shí)施方式。請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式光纖2的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所示光纖2沿X方向的縱向剖視示意圖。圖4是圖2所示光纖2沿Y方向的橫向剖視示意圖。 光纖2沿X方向延伸，其內(nèi)部傳輸?shù)墓饩€也沿X方向傳導(dǎo)。光纖2為關(guān)于X方向軸對(duì)稱的形狀，對(duì)稱軸位于圖1的剖面以內(nèi)。光纖2包括纖芯M和包圍在纖芯外圍的包層25，纖芯 24的折射率大于包層25的折射率。纖芯M與包層25交界所形成的邊界面即光纖2的全反射面23。光纖2包括一體成型的一個(gè)耦合部21和一個(gè)傳輸部22，耦合部21用于接收外部耦合進(jìn)入的光線，傳輸部22用于傳輸從該耦合部21進(jìn)入的光線。耦合部21具有連接該傳輸部22的第一端211和與該第一端211相對(duì)的第二端212。在本實(shí)施方式中，傳輸部22的全反射面232為圓柱型，耦合部21的全反射面231 為錐形，且耦合部21的全反射面231的橫截面直徑由第一端211向第二端212逐漸連續(xù)變小。因此，上述機(jī)構(gòu)使得耦合部21的全反射面231的橫截面直徑大于所述傳輸部22的全反射面得橫截面直徑。請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5是圖2所示光纖2的光學(xué)原理圖。下面討論光纖2結(jié)構(gòu)的限制條件。假定傳輸部22的孔徑角為θ ^，傳輸部22全反射面232的橫截面半徑為d，耦合部21 沿對(duì)稱軸(即X方向)的長(zhǎng)度為S，耦合部21全反射面231的橫截面半徑為L(zhǎng)，則耦合部21 全反射面231與對(duì)稱軸方向的夾角可以表示為arctg L_d/s。由于需要保證入射到傳輸部 22的光線與全反射面232的夾角θ要小于孔徑角為θ 0,因此需要保證arctg L-d/s彡θ 0 才能使經(jīng)過(guò)耦合部21反射的光線有可能被傳輸部22反射。S卩，如果arctg L-d/s ^ θ。， 則經(jīng)過(guò)耦合部21反射的光線由于必然大于傳輸部22的孔徑角，則必然不能被傳輸部22所反射，也就不能被傳輸部22所傳輸。因此，調(diào)整L和S的值，使耦合部21的全反射面231 的形狀必須滿足arctg L-d/s ^ θ。。請(qǐng)參照?qǐng)D6，圖6是圖2所示光纖2在一種優(yōu)選的應(yīng)用下的光學(xué)原理圖。由于一般情況下，入射至耦合部21的光線基本為垂直于耦合部21截面的平行光，因此，我們特別計(jì)算一下在垂直入射至耦合部21條件下，耦合部21為錐形時(shí)，L和S所應(yīng)當(dāng)滿足的條件。例如設(shè)錐角為r，傳輸部22的孔徑角為θ ^，(例如數(shù)值孔徑為0.22，即孔徑角為12.7° )， 經(jīng)過(guò)耦合部21反射的光線與傳輸部22全反射面232的夾角為θ，當(dāng)光束垂直錐面入射時(shí)，則有 r+a = 90°，θ = 2a，θ = 180° -2r, tgr = s/L_d，只要保證 θ = 180° -2arctg s/L-d彡θ0°時(shí)，光束均可在光纖2中傳輸。因此，優(yōu)選的，L和S滿足保證180° -2arctg s/L-d 彡 θ 0°。光纖2在使用時(shí)，經(jīng)過(guò)耦合系統(tǒng)(圖未示)的光束25從耦合部21的第二端212 進(jìn)入光纖2。光束25由于經(jīng)過(guò)耦合系統(tǒng)，因此一般為會(huì)聚光。優(yōu)選的，光束25在到達(dá)耦合部21的第二端212位置的光束界面略小于耦合部21的全反射面231在第二端212處的橫截面。但是由于耦合部21的全反射面231在第二端212處的橫截面大于耦合部21的全反射面231在第一端211處的橫截面，因此，為了充分發(fā)揮這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)選的，光束25在到達(dá)耦合部21的第二端212位置的光束界面大于耦合部21的全反射面231在第一端211處的橫截面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明光纖2增加了光纖入射端的面積，避免了對(duì)能量較高的光束耦合時(shí)可能對(duì)光纖端面的損傷。為了舉例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，描述了上述的具體實(shí)施方式
。但是本發(fā)明的其他變化和修改，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，在本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)質(zhì)和基本原則范圍內(nèi)的任何修改/變化或者仿效變換都屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光纖，其特征在于，包括一個(gè)用于接收光線的耦合部和一個(gè)用于傳輸光線的傳輸部，所述耦合部的全反射面的橫截面直徑大于所述傳輸部的全反射面得橫截面直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述耦合部包括連接所述傳輸部的第一端和與所述第一端相對(duì)的第二端，所述耦合部的全反射面的橫截面直徑由第一端向第二端逐漸連續(xù)變小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于，所述耦合部的全反射面呈錐形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述光纖包括不同折射率的纖芯和包層， 所述全反射面是所述纖芯和所述包層的邊界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述傳輸部的孔徑角為θ0，所述傳輸部的全反射面的橫截面半徑為d，所述耦合部沿光纖延伸方向的長(zhǎng)度為S，所述耦合部全反射面的橫截面半徑為L(zhǎng)，且滿足arctg(L-d/s) < θ。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述傳輸部的孔徑角為θ0，所述傳輸部的全反射面的橫截面半徑為d，所述耦合部沿光纖延伸方向的長(zhǎng)度為S，所述耦合部全反射面的橫截面半徑為L(zhǎng)，且滿足180° -2arctg s/L-d ≤ θ 0°。根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖，其特征在于，入射到耦合部的第二端位置的光束界面小于耦合部的全反射面在第二端處的橫截面，且大于耦合部的全反射面在第一端處的橫截
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖，包括一個(gè)用于接收光線的耦合部和一個(gè)用于傳輸光線的傳輸部，所述耦合部的全反射面的橫截面直徑大于所述傳輸部的全反射面得橫截面直徑。本發(fā)明的光纖增加了光纖入射端的面積，避免了對(duì)能量較高的光束耦合時(shí)可能對(duì)光纖端面的損傷。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102565943SQ201110058298
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者吳海濤, 樊仲維 申請(qǐng)人:北京國(guó)科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司