一种耦合透镜及其系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种耦合透镜，包括进光端面和出光端面，所述进光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行扩束的扩束曲面，所述出光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行耦合的耦合曲面。还公开一种耦合透镜系统，包括激光光源、耦合透镜以及传输光纤，所述耦合透镜位于所述激光光源和所述传输光纤之间且更靠近于所述传输光纤设置，耦合透镜为上文所述的耦合透镜，能够使得所述激光光源发出的不同角度的光线经所述耦合透镜耦合进入所述传输光纤。本实用新型专利技术能够兼容较多光源，对光源出光发散角度要求不高，同时具备扩束和耦合功能，耦合效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合透镜及其系统
本技术涉及光处理
，尤其涉及一种耦合透镜及其系统。
技术介绍
在光通信领域，已知的是使用光学透镜用于激光器二极管与光纤之间的光耦合。光学透镜可以用具有低光耦合效率的便宜的球面透镜和具有高光耦合效率的非球面透镜作为实例。目前，光纤通信已经基本成熟，而将光纤导光应用于照明则是光纤导光技术的一个新发展方向。光纤导光照明是一种光电分离的导光照明方式，光纤导光照明输出端没有任何电气设备，因此在具有火险、爆炸性气体的场所，它是一个安全性较高的光源，在安全照明和特殊照明中具有重要地位，与光纤通信一样，光纤导光照明应用同样需要使用到光学透镜。现有光纤导光照明在一些小功率的装饰照明、信号灯和内窥镜中得到较多的应用，效果呈现主要依赖于光学透镜的光处理，如公开号为CN108692293A的技术专利公开了“一种LED自由曲面透镜”，所述透镜由若干第一反射面和若干第二折射面组成；所述第一反射面设置于所述透镜的底部，所述第二折射面相对所述第一反射面设置于所述透镜的顶部，所述第一反射面围设形成反射面空腔，所述第二折射面围设形成折射面空腔，所述反射面空腔与所述折射面空腔形成透镜空腔。所述透镜空腔的内表面为半球面；所述第二折射面外表面光滑设置；所述第二折射面横截面积从下至上逐渐减小设置。该LED自由曲面透镜，能够实现远近场三花瓣形的限定光型的均匀照明，并且有较高的效率和均匀性。又如公告号为CN206563193U的技术专利公开了“一种光纤式激光白光照明装置”，并具体公开了装置包括红绿蓝三色激光光源、透镜耦合系统、光纤或光纤束、灯座和灯头；其中，红绿蓝三色激光光源包括红色半导体激光器、绿色半导体激光器和蓝色半导体激光器；红色半导体激光器发出的红色激光、绿色半导体激光器发出的绿色激光和蓝色半导体激光器发出的蓝色激光经过透镜耦合系统聚光后，通过光纤或光纤束传输到灯座，再经过灯头混光后形成白光照明输出。目前，光纤导光通信或照明的光耦合系统中用到的耦合效果较好的光学透镜多半是三透镜组合结构，其主要是用平凹透镜实现扩散作用，用凸平透镜实现准直作用，通过平凹和凸平透镜对慢轴进行扩束来缩小发散角偏差，再通过非球面透镜使激光会聚。目前，三透镜组合结构的应用中主要存在以下问题：1.透镜表面一般以球面居多，容易造成不同角度的光线汇聚于一点，单点能量太高容易造成光纤烧熔；2.透镜均采用球面镜及传统成像凸透镜，对半导体激光器出光发散角有较高要求；3.封装复杂，需要对准每个透镜，点胶固定，人力物力消耗大，封装复杂且成本高；4.透镜功能单一，耦合效率较低。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够兼容较多光源，对光源出光发散角度要求不高，同时具备扩束和耦合功能，耦合效果好的耦合透镜及其系统。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种耦合透镜，包括进光端面和出光端面，所述进光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行扩束的扩束曲面，所述出光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行耦合的耦合曲面。进一步地，所述扩束曲面和所述耦合曲面满足非成像光学方法和下述方程组：其中，为异型光源的配光曲线，表示光源发光面半球的空间角参数，为目标的能量分布，确定了目标点在空间中的位置，表示光学算符，分别表示折射率和双锥面，满足双锥面方程，表示目标能量分布与光源配光曲线之间的映射关系，满足主光轴对准重合关系和能量守恒关系的约束。一种耦合透镜系统，包括激光光源、耦合透镜以及传输光纤，所述耦合透镜位于所述激光光源和所述传输光纤之间且更靠近于所述传输光纤设置，所述耦合透镜包括进光端面和出光端面，所述进光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行扩束的扩束曲面，所述出光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行耦合的耦合曲面，使得所述激光光源发出的不同角度的光线经所述耦合透镜耦合进入所述传输光纤。进一步地，所述扩束曲面和所述耦合曲面满足非成像光学方法和下述方程组：其中，为异型光源的配光曲线，表示光源发光面半球的空间角参数，为目标的能量分布，确定了目标点在空间中的位置，表示光学算符，分别表示折射率和双锥面，满足双锥面方程，表示目标能量分布与光源配光曲线之间的映射关系，满足主光轴对准重合关系和能量守恒关系的约束。进一步地，所述激光光源的光型为快慢轴异型或旋转对称型或模式分离型。进一步地，所述激光光源光型为多种光参数积不同的光型中的任意一种。进一步地，所述传输光纤为多模光纤或玻璃光纤。进一步地，所述传输光纤为多模光纤，其折射率为阶跃型或梯度型。进一步地，所述传输光纤为纤芯直径为50um、62.5um、105um中的任意一种多模光纤。进一步地，还包括封装夹具，所述激光光源、所述耦合透镜以及所述传输光纤三者依次沿所述耦合透镜的中心光轴对准并通过所述封装夹具封装固定。采用上述技术方案后，本技术的有益效果是：本技术的一种耦合透镜，利用双锥面设计方法形成一个两面均呈双锥面状的透镜，能够实现光源入射光线的先扩束后耦合，且对光源的出光发散角度要求不高，能够兼容多种出光发散角度的光源，尤其是激光光源，能够保证其耦合后的出光光线不集中汇聚于某一点，可避免能量密度过高导致的烧熔现象，实现了单透镜情况下的高耦合效果，后期与其他系统配套使用，不稳定因素少，效果稳定，封装更简单，成本更节约；本技术的一种耦合透镜系统，应用了利用双锥面设计方法成型的耦合透镜于激光光源和传输光纤组成的系统中，实现了激光的充分整形，能够高效率、效果好地将激光光源发射的大部分光线耦合进入传输光纤，能够避免传输光纤的烧熔，实现了更远距离的高效率、低成本的光线传输；系统还利用封装夹具进行了封装固定，提高了系统激光传播的稳定性，出光效果好，能够满足近距离甚至远距离照明、通信等多种场景应用，结构简单，适合大批量生产要求，应用成本节约。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术的技术方案，附图如下：图1为本技术实施例1提供的一种耦合透镜的结构示意图；图2为本技术实施例2提供的一种耦合透镜系统的结构示意图；图3为本技术实施例2提供的优选耦合透镜系统的结构示意图。具体实施方式以下是本技术的具体实施例并结合附图，对本技术的技术方案作进一步的描述，但本技术并不限于这些实施例。实施例1如图1所示，本实施例提供一种耦合透镜，选用光学玻璃制成，包括进光端面和出光端面，所述进光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行扩束的扩束曲面21，所述出光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行耦合的耦合曲面22，所述扩束曲面21和所述耦合曲面22肉眼均呈现双锥面状，双锥面法设计为常规的数学方法，实际应用可参考王川婴，邹先坚，韩增强在岩石力学和工程学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合透镜系统，其特征在于，包括激光光源、耦合透镜以及传输光纤，所述耦合透镜位于所述激光光源和所述传输光纤之间且更靠近于所述传输光纤设置，所述耦合透镜包括进光端面和出光端面，所述进光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行扩束的扩束曲面，所述出光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行耦合的耦合曲面，使得所述激光光源发出的不同角度的光线经所述耦合透镜耦合进入所述传输光纤。/n

【技术特征摘要】
1.一种耦合透镜系统，其特征在于，包括激光光源、耦合透镜以及传输光纤，所述耦合透镜位于所述激光光源和所述传输光纤之间且更靠近于所述传输光纤设置，所述耦合透镜包括进光端面和出光端面，所述进光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行扩束的扩束曲面，所述出光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行耦合的耦合曲面，使得所述激光光源发出的不同角度的光线经所述耦合透镜耦合进入所述传输光纤。


2.根据权利要求1所述的一种耦合透镜系统，其特征在于，所述扩束曲面和所述耦合曲面满足非成像光学方法和下述方程组：



其中，为异型光源的配光曲线，表示光源发光面半球的空间角参数，为目标的能量分布，确定了目标点在空间中的位置，表示光学算符，分别表示折射率和双锥面，满足双锥面方程，表示目标能量分布与光源配光曲线之间的映射关系，满足主光轴对准重合关系和能量守恒关系的约束。


3.根据权利要求1所述的一种耦合透镜系统，其特征在于，所述激光光源的光型为快慢轴异型或旋转对称型或模式分离型。


4.根据权利要求1所述的一种耦合透镜系统，其特征在于，所述激光光源光型为多种光参数积不同的光型中的任意一种。


5.根据权利要求1所述的一种耦合透镜系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张航，陆建东，马慧玲，葛燕妮，朱瓒，陈利春，
申请(专利权)人：浙江光塔节能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33