光耦合器制造技术

光纤集管用于将光源（１２）发出的光耦合到多个间隔开的、大口径输出光纤或光传输线，光纤或光传输线可用于各种用途，例如照明工具、ｓｐａｓ、危险材料区域、监狱和其它直接照明十分危险、且难以维护或容易受到伤害的应用领域。集管利用定制的使光源（１２）例如弧光灯和多个输出光纤的纤芯（２２）之间的光传输效率最大化的光反射器。制作定制的光反射器的方法包括测绘出所使用的特定光源的辐射图，生成这些辐射图的数据库，并利用数据库制造优化的光反射器结构。这种计算机生成的反射器事实上总是非锥形的一部分，这是因为光源不是优化的。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
该申请是1995年1月17日提交的、题为光耦合器的美国专利第08/374,163号的继续部分。大口径光纤，通常称为“韧性光传输线”，在本领域中是众知的，它通常包含单个由盖层和护套或保护层环绕的实芯光纤。纤芯是光传输线中传输光线的部分，其直径通常为2至12毫米。它由非常柔软、半液态塑性材料制造，例如位于(美国)宾夕法尼亚州的费城的Rohm&Haas公司制造的OPTIFLEX。盖层通常包含聚四氟乙烯(PTFE或TEFLON)，或类似材料，而外护套由聚氯乙烯(PVC)制造。与一般用于在相对复杂的控制系统内部传输信息的小口径光纤不同，这些大口径“光传输线”通常用在直接照明难于维护且危险或容易受到伤害的各种照明系统中。例如建筑物的照明，显示箱，池塘和spas(避免水附近的电气连接)，危险材料区域(不必进行密闭照明)，或监狱。这种应用是十分有利的，因为只需要维护单一的中央照明系统，而不是多个分立的光源。然而，由于很难用单光源照明多个光传输线，所以在应用这种光传输线照明系统的过程中存在一些问题。为了提高效率，必须将光纤尽可能紧密地捆扎在一起，以确保纤芯面积(每根光传输线中实际上传输光线的部分)和总面积的比值最大化。然而，为了用单光源照明光传输线而将大口径光传输线捆扎在一起很难实现高效率。独立光传输线中的每一根都是圆的，因此由于存在盖层和保护层，所以它们之间存在大量的空隙。表示现有技术的附图说明图1示例了这一问题，其中显示了一捆大口径光纤2或光传输线4。如上所述，每根光纤4包含纤芯6、盖层7和保护层或护套8。为了获得高效率，期望只照明捆扎光纤束4中的每根光纤的纤芯6。因此，如果光源发出的光散布在光纤阵列上，光线将不仅照明光纤4的纤芯6，而且还照明盖层7和保护层8。此外，光源发出的光还照射光纤之间的空隙9，由于光纤具有圆形结构，这是不可避免的。所有照射除纤芯6之外的任何部分的光线均被浪费了，使效率受到损失，因为这些部分不能被光纤传输。另外，将光纤紧密地包裹在一起还产生一些问题，例如配置和安装照明系统过程中的机械困难，以及在替换独立捆扎光纤中的一根光纤时遇到的困难。这种设计通常还导致光纤间的颜色差异，除非使用特定的技术来解决这一问题。一种现有技术解决方案，其变例公开在专利申请USSN08/374,163,授予Saadarnanesh等的美国专利第5,396,571号和授予Davenport等的美国专利第5,222,793号中，只照明每根输出光纤的纤芯，而不照明整个光纤束。这种方法是有利的，例如，因为可以防止光线照射光纤的其它部分，例如保护层或盖层以及光纤之间的空隙，照明系统的效率和光输出显著地得到提高。同样，因为每根独立光纤接收到弧光灯的完整图象，而非由整个光纤来收集成以致每根光纤接收到弧光灯图象的不同部分，可以消除光纤间的颜色变化。此外，利用这种概念，有可能将光纤间隔地放置，而不是捆扎在一起，这将丰富它们在各种应用中的适应性。然而，这些新型系统的一个缺点是它们用来在光源和输出光纤之间传输光线的光反射器是传统二次曲面的一部分；即，椭圆或抛物线反射器。这种反射器对于优化光源即点光源是最佳的，但是对于真实的光源，将会降低光传输效率。本专利技术是对上述现有技术的改进，因为，它采用定制的使光源例如弧光灯和多根输出光纤中的每一根的纤芯之间的光传输效率最大化的光反射器。制作定制的光反射器的方法包括测绘出所使用的特定光源的辐射图，生成这些辐射图的数据库，并利用数据库制造优化的光反射器结构。这种计算机生成的反射器事实上总是非二次曲线的一部分，这是因为光源是非优化化的。具体地讲，公开了一种将光源发出的光耦合到多根输出光纤的光纤集管。每根输出光纤均具有一个接收光线的近端，集管包括接收光源发出的光线并将其重新导向每根输出光纤的近端的光反射器。光反射器设计得和与之配对的光源互补，因此具有计算机生成的非圆形剖面，既不是椭圆形也不是抛物线形。在本专利技术的另一方面，公开了制造光纤集管中使用的光反射器的方法。该方法中的步骤包括测绘出光源的辐射图，生成这些辐射图的数据库。然后，利用数据库制造出能够在每根输出光纤的近端产生最佳光分布和最佳光强度的光反射器结构。在本专利技术的另一个方面，公开了将光源发出的光线耦合到多根输出光纤的光纤集管，其中每根输出光纤具有接收光线的近端，集管包含由多个具有离散的焦点的部分构成的透镜。每个部分具有与光源发出的光线的主局部传播矢量重合的纵轴，并用来将光源发出的光线汇聚到各自的焦点。每根光纤的近端位于相应透镜部分的焦点上，以便接收光线。集管具有一个纵向主轴，通常至少有一个透镜部分的主轴不平行于集管的纵轴。图1是现有技术的大口径光纤束的端视图，示例出每根光纤的结构，包括护套、盖层和纤芯。图2是本专利技术第一实施方案的顶视简图，示例出光源、光反射器，多区透镜和多个输出光纤。图2a是沿图2中的线2a-2a得到的剖面图，详细地示例出根据本专利技术原理的制备的光反射器。图3是沿图2中的多区透镜中的线3-3得到的端视图。图4是本专利技术替代实施方案的侧视简图，示例出多区透镜和多根输出光纤，其中每根输出光纤与相应的透镜部分对接。图5是本专利技术第二替代实施方案的侧视简图，示例出利用多区透镜将第一光纤发出的光线耦合到多根分支输出光纤的分光器。图6是沿图5中的多区透镜中的线6-6得到的端视图。图7是本专利技术第三替代实施方案的顶视简图，示例出利用多区透镜将第一光纤发出的光线耦合到多根分支输出光纤的分光器。图8是本专利技术第四替代实施方案的侧视简图，示例出光源、多区反射器和多根输出光纤。图9是图4所示的多区透镜的端视图。图10是图8所示的多区反射器的端视图。图11是本专利技术第五替代实施方案的侧视简图，示例出利用多区透镜的分光器。图12是沿图11中的线12-12得到的端视图。图13是本专利技术第六替代实施方案的侧视简图，示例出光源、多区反射器和多根输出光纤。图14是图13所示的多区反射器的端视图。现在更加具体地参照附图，图2、2a和3示例出根据本专利技术原理构造的、包含光源12的光纤集管，其中光源包括任何传统光源，例如弧光灯等。在所示实施方案中与灯12集成在一起的光反射器14通过准直透镜16反射灯发出的光。然后，离开准直透镜16的光被折射镜18反射到凹坑分段透镜20。如果需要，折射透镜18上可以安装冷光镜涂层以便滤除红外或紫外波段中的任何光线。折射透镜18反射的光线由分段透镜20传送到多根间隔开的输出光纤22。本专利技术的一个重要特征是段或区域24的数目对应于输出光纤22的数目。每个透镜段24将光源12发出的光在相应输出光纤22的输入面上汇聚或聚焦成一个光点，该光点的束宽小于纤芯的宽度。因此，每根光纤22只接收来自相应段24的光线，如图2中的光迹追踪法所示。示例的优选实施方案是用来照明八根独立光纤22的，所以，具有八个段24，但是，段或光纤的数目是可变的。一个显著地提高本专利技术系统效率的重要方面是在设计光反射器14的过程中使用了非传统、非二次曲线的一部分。与此相反，在现有技术中，光反射器设计中通常采用传统的二次曲面形剖面制造椭圆形或抛物线形反射器。顺便说一下命名背景，传统的二次曲线形部分之所以这样称呼是因为它们可以通过对将圆锥劈开后暴露出来的平面成象而得到(特别重要的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将光源发出的光线耦合到多根输出光纤的光纤集管，每根输出光纤都具有接收光线的近端，所述集管包含接收光源发出的光线并将其导向各根输出光纤近端的光反射器，该光反射器具有非圆形剖面并且是非椭圆形和非抛物线形的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AP里瑟尔，RF赖科夫斯基，SS维尔森，
申请(专利权)人：遥控源照明国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]