本发明专利技术提供了一种结构简单、体积小且节约资源的大发散角激光耦合单模光纤的装置及方法。本发明专利技术中，激光器发出的光经过准直镜准直后，经分光棱镜后分为透射光线和反射光线；其中的反射光线入射到角锥棱镜后，原路反射后被工业相机吸收并形成参考光光斑；分光棱镜分出的透射光线进入显微物镜，经过汇聚后入射到光纤内，光纤的耦合端面对入射的光线的一部分进行反射，该部分反射光线沿着原路径返回到分光棱镜后，经分光棱镜的反射面反射后，被工业相机吸收后形成耦合光光斑；当耦合光光斑与参考光光斑完全重合时，激光器出射的光纤耦合到光纤内，否则，对光纤的位姿进行调整，直至耦合光光斑与参考光光斑完全重合。本发明专利技术可应用于光纤领域。
【技术实现步骤摘要】
大发散角激光耦合单模光纤的装置及方法
本专利技术涉及光纤领域，尤其涉及一种大发散角激光耦合单模光纤的装置及方法。
技术介绍
光纤光缆通信是现代通信传输系统的主要传输方式，光纤光缆的发展史只有一二十年，经历了三次的升级：短波长多模光纤光缆、长波长多模光纤光缆和长波长单模光纤光缆。光纤通信技术作为一种全新的信息传输技术，已成为现代通信的主要通信方式，几乎取代了传统铜缆通信技术，在现代信息网中起着非常重要的作用，目前已在诸多领域和行业中应用，成为提升通信质量和效率的重要手段，推动了人类科学技术的革命。采用光纤光缆通信是通信传输系统上的一次重大变革，目前中国光纤光缆通信已进入实用阶段。随着我国社会经济的快速发展，我国的光纤通信技术取得了非常重要的成就，不仅促进人与人之间的沟通效率得到全面的提升，而且也能够保证现代化、智能化、自动化技术的全面发展。此外，现在已有多个国家宣布不再建设铜缆通信线路，而致力于发展光纤光缆通信。光纤通信具有通信容量大、损耗低、传输距离长、抗电磁干扰能力强等优点。按光在光纤中的传输模式可分为单模光纤和多模光纤。多模光纤(MultiModeFiber)：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传输多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤(SingleModeFiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，由于单模光纤良好的光学传输特性，而且大部分光器件都是基于单模光纤的，越来越多的场景使用于单模光纤。在实际应用中，将激光器发出的自由空间光耦入到光纤中是最为关键的步骤之一，耦合效率的高低，决定了在光纤输出端能量的大小，由于单模光纤的芯径较窄，如何将激光器所发出的光尽可能多的耦合至光纤中成为一大难点。在耦合时，要保证激光器所发出的激光完全进入光纤需要注意以下几点：1、激光束的锥角要小于光纤的最大接受角，要不然就不能满足全反射，损耗很大。2、激光束要垂直于光纤端面。3、光纤端面要清洁干净。4、激光束与光纤端面最好同心。5、激光光斑小于光纤芯径。目前常规的耦合方法包括振镜扫描法和自准直法。其中的振镜扫描法是通过扫描的方式寻找光斑处于光纤端面的精确位置，将光纤固定在压电陶瓷上，通过驱动二维压电陶瓷控制光纤端面，施加在压电陶瓷上的电压使之产生微米量级内的运动，从而驱动光纤使之位置产生变化，结合模拟退火算法实现空间光-光纤耦合自动对准，定位实现自动寻找最佳耦合点。但该过程需要用于对准的控制系统——二维压电陶瓷、反馈系统和控制算法，通过光电探测器获取电压作为评价指标来实时反馈电压，进而驱动二维压电陶瓷，形成一套完整的光电闭环控制系统，过程比较繁琐，对于算法有着较高的要求，需要额外开发整套的系统，不能整合现有的资源。电路的噪声也会影响对位的精度。在公开号为CN108663758A的专利文献中，提出了一种利用平行光管准直激光，可以进行比较精准的激光耦合。但该方案对于仪器的加工要求极高，仅仅平行光管的焦距就达到了5m，造成整体装置的尺寸在5m以上，辅助对位用的设备在使用完成后必须留在耦合光路中，造成了设备的浪费等。故而难以应用于工业领域。且其仅仅适合耦合从激光器所发出的准平行光，无法应用于从半导体芯片发出的较大发散角的激光。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小、适合于多种发散角度的激光光源且节约资源的大发散角激光耦合单模光纤的装置，以及该装置进行激光耦合到光纤的方法，该方法操作简便，激光能够完全耦合到光纤内，耦合精度高且效率高。本专利技术所述大发散角激光耦合单模光纤的装置采用的技术方案是：它包括待耦合入光纤且具有大发散角的激光器，它还包括依次设置在所述激光器的光轴上的准直镜、分光棱镜和显微物镜，所述光纤的耦合端面设置于所述显微物镜的焦点上，所述激光器的发光面设置于所述准直镜的物方焦点处，所述分光棱镜设置在所述准直镜的出射光路上，所述显微物镜设置在所述分光棱镜的透光光路上，在所述分光棱镜的反射光的出射光路上设置有角锥棱镜，在所述分光棱镜的另一侧且位于所述角锥棱镜的反射光路上还设置有工业相机。上述方案可见，激光器发出激光，激光经过所述准直镜准直后变成与激光器光轴相平行的平行光束，在经过分光棱镜分为透射光和反射光，其中的反射光经过分光棱镜反射后进入所述角锥棱镜后，经反射后按原路返回，经过所述分光棱镜的透射后，被所述工业相机吸收并形成参考光光斑；所述分光棱镜另一路透射的光束直接到达设置于远端的显微物镜上，经过显微物镜的汇聚后到达光纤端面，大部分的光将耦合进入所述光纤，但会有少部分的光在光纤端面发生反射，反射的部分光按原路返回，在到达所述分光棱镜后经过反射面的反射后由所述工业相机接收，并在工业相机中形成耦合光光斑，通过调整耦合光光斑使其与参考光光斑重合，进而确定激光器与光纤的耦合端面对位一致，保证了激光器发射的光束耦合入光纤中，在该过程中，应用的准直镜、分光棱镜、角锥棱镜、工业相机、显微物镜等均为常规的元器件，不需要额外定制，大大节约了成本；调试也较为简便，元件的重量和体积都比较小，既可以做成手动调节机台，又为整体设备的自动化预留了空间；与价格昂贵且尺寸巨大的平行光管相比，极大地减少了整备的体积和成本；本专利技术利用分光棱镜引出一束参考光，作为调试中间过程中的评价标准，在调试时有了该评价标准作为参考依据，只要判断光纤端面反射回来的光形成的耦合光光斑是否与参考光光斑重合，即能快速地判断激光光束耦合进入光纤，与传统方法在一个较大区域逐点扫描找出能量最大的位置的方式相比，本专利技术结构简单，且耦合过程快速，大大提升了作业效率；此外，准直镜的设置能够对具有大发散角的激光器发射的光束进行准直，准直后的光线能够满足分光棱镜透射和反射的要求，为后续的激光耦合提供保证。进一步地，所述准直镜为非球透镜，且在通光面上设置有与所述激光器出射的激光的波长相适配的增透膜，所述准直镜与所述激光器的光轴之间的垂直偏差小于5″。由此可见，以非球透镜作为准直镜，由于非球透镜具有更佳的曲率半径，可以维持良好的像差修正，以获得所需要的性能，故其能带来更加出色的锐度和更高的分辨率，为激光耦合光纤提供更好的环境；增透膜进一步减少了杂光的产生，避免对耦合结果造成不良影响，而保证准直镜与所述激光器的光轴之间的垂直偏差能够保证耦合精度。再进一步地，所述分光棱镜为分束镜，所述分光棱镜的反射透射比R:T范围为10:90～50:50。由此可见，以分束镜作为分光棱镜，能够满足产生反射光和透射光的要求，而分束镜作为一种常规的光学透镜，与现有的价格高昂且尺寸巨大的平行光管相比也大大地降低了成本；而分束镜的反射透射比的范围可选，则能够满足不同波长激光的耦合要求。又进一步地，所述角锥棱镜的入射面设置有与所述激光器出射的激光的波长相适配的增透膜，所述角锥棱镜与所述激光器的光轴之间的垂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大发散角激光耦合单模光纤的装置，包括待耦合入光纤（7）且具有大发散角的激光器（1），其特征在于：它还包括依次设置在所述激光器（1）的光轴上的准直镜（2）、分光棱镜（3）和显微物镜（6），所述光纤（7）的耦合端面设置于所述显微物镜（6）的焦点上，所述激光器（1）的发光面设置于所述准直镜（2）的物方焦点处，所述分光棱镜（3）设置在所述准直镜（2）的出射光路上，所述显微物镜（6）设置在所述分光棱镜（3）的透光光路上，在所述分光棱镜（3）的反射光的出射光路上设置有角锥棱镜（4），在所述分光棱镜（3）的另一侧且位于所述角锥棱镜（4）的反射光路上还设置有工业相机（5）。/n
【技术特征摘要】
20190830 CN 20191081208221.一种大发散角激光耦合单模光纤的装置，包括待耦合入光纤（7）且具有大发散角的激光器（1），其特征在于：它还包括依次设置在所述激光器（1）的光轴上的准直镜（2）、分光棱镜（3）和显微物镜（6），所述光纤（7）的耦合端面设置于所述显微物镜（6）的焦点上，所述激光器（1）的发光面设置于所述准直镜（2）的物方焦点处，所述分光棱镜（3）设置在所述准直镜（2）的出射光路上，所述显微物镜（6）设置在所述分光棱镜（3）的透光光路上，在所述分光棱镜（3）的反射光的出射光路上设置有角锥棱镜（4），在所述分光棱镜（3）的另一侧且位于所述角锥棱镜（4）的反射光路上还设置有工业相机（5）。
2.根据权利要求1所述的大发散角激光耦合单模光纤的装置，其特征在于：所述准直镜（2）为非球透镜，且在通光面上设置有与所述激光器（1）出射的激光的波长相适配的增透膜，所述准直镜（2）与所述激光器（1）的光轴之间的垂直偏差小于5″。
3.根据权利要求2所述的大发散角激光耦合单模光纤的装置，其特征在于：所述分光棱镜（3）为分束镜，所述分光棱镜（3）的反射透射比R:T范围为10:90～50:50。
4.根据权利要求1所述的大发散角激光耦合单模光纤的装置，其特征在于：所述角锥棱镜（4）的入射面设置有与所述激光器（1）出射的激光的波长相适配的增透膜，所述角锥棱镜（4）与所述激光器（1）的光轴之间的垂直偏差小于5″。
5.根据权利要求1所述的大发散角激光耦合单模光纤的装置，其特征在于：经所述显微物镜（6）汇聚的光线的数值孔径小于等于所述光纤（7）的数值孔径。
6.根据权利要求5所述的大发散角激光耦合单模光纤的装置，其特征在于：所述显微物镜（6）为红外物镜，所述光纤（7）为FC/PC接口光纤或者是裸纤。
7.根据权利要求3所述的大发散角激光耦合单模光纤的装置，其特征在于：所述分光棱镜（3）的反射透射比R:T为10:9...
【专利技术属性】
技术研发人员：王灵光，赖宣润，黄丽芳，王成坤，
申请(专利权)人：珠海长园达明智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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