激光束自动对中装置以及制造此装置的方法制造方法及图纸

激光束的自动对中装置及此装置的制造方法。此装置包含有一个体积散射体（２），用来使激光束散射并自动地使其在光线引导装置（３２）中，例如在单模或多模光学纤维中，对中。为了制造此装置，制作管状的光线引导装置（６），然后使用此光线引导装置作为冲头，用散射材料制作体积散射体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种特别是在单模光学纤维或多模光学纤维中，激光束移动或偏心后使其自动对中的装置。本装置特别适用于移动或偏心大于或大致等于光学纤维横向尺寸的激光束。本专利技术还涉及制造这种装置的方法。
技术介绍
已知的对中装置可以分为两类-静态装置，它允许激光束入射到纤维中的瞄准和对中的误差，以及-动态装置，它允许瞄准和对中的误差，并装有一套重新对中系统，通过使激光束偏离，或是通过使纤维取向，来使激光束相对于纤维入口重新对中。静态装置主要使用表面的光散射体，更简单地称为“表面散射体”，也就是说，其表面能使入射激光束散射的装置，但是却不能得到用于入射进纤维中的足够的均匀性，这是因为-一方面，激光束的初始不均匀性只是部分地被校正，以及-另一方面，激光束的相干性。这是因为，当表面散射物体被激光照明的时候，组成此物体的那些点使相干光散射，在围绕它们的整个空间生成菲涅耳类型的颗粒状(光斑)。至于动态装置，它们的主要缺点是要求已经了解瞄准和偏心的误差，从而校正光学纤维相对于激光束的位置。由于它们需要多个激光脉冲向最佳耦合位置汇聚，所以它们通常只适用于复现激光器(lasers récurrents)。这类装置使用的电子器件属于CCD类型的传感器或四象限传感器，传感器所在的位置是光学纤维核心的像。它们控制一个可移动的光学装置，这个装置必须对激光束瞄准的误差进行补偿，以便使纤维中的耦合最佳化。这类装置的优点是能达到高的耦合比(大约50％)。然而，由于它们的复杂性，要求对温度变化和震动都灵敏的非常精确的对准，所以是很昂贵的。这种限制是由于纤维核心的尺寸小以及角孔径小，这就要求光学装置具有较大的焦距，典型情况下大约20cm，其位置调整应该大约为1μm的数量级。
技术实现思路
本专利技术目的是克服上述缺点。为此，使用了一种静态对中装置，它包含有体积光散射体，更简单说称作体积散射体，也就是说其体积，而不是表面，能够散射要对中入射激光束的装置。具体地讲，本专利技术的目的是自动使光线引导装置中激光束对中的装置，此装置的特征是它包含有一个体积散射体，这个体积散射体包含有激光束的入口表面，它用来对此激光束进行散射并能自动地使它在光线引导装置中对中。此光线引导装置可以是单模光学纤维或多模光学纤维。按照本专利技术装置的一个优选实施例，体积散射体的厚度至少等于激光束波长的100倍。体积散射体可以是由聚四氟乙烯制成的。按照本专利技术装置的一个特殊实施例，体积散射体是圆柱形的。体积散射体最好是包含有一个侧面，而且此装置还包含有围绕此侧面的光反射器。按照本专利技术装置的第一优选实施例，此装置还包含有一个透镜，这个透镜放置在体积散射体的入口表面上，它用来在此入口表面上使激光束散焦。按照第二优选实施例，体积散射体包含有一个侧面，此装置还包含有一个围绕此侧面的光反射器，它延长超出入口表面，引导激光束到这个入口表面。按照第三优选实施例，本专利技术装置还包含有辅助光学纤维，它与体积散射体的入口表面光学耦合，引导激光束到这个入口表面。本专利技术还涉及本专利技术装置的制造方法，在这个方法中，制作一根管状光线引导装置，然后使用此管状光线引导装置作为冲头(emporte-pièce)，用能散射光的材料制作体积散射体。附图说明在参考附图，阅读了下面只是象征地给出的并不受限制的实施例之后，将更好的理解本专利技术。这些附图有-图1用简示说明了本专利技术中可以使用的体积散射体的一个例子；-图2是本专利技术装置的第一特殊实施例的简示剖面图；-图3是本专利技术装置的第二特殊实施例的简示剖面图；-图4是本专利技术装置的第三特殊实施例的简示剖面图；-图5是本专利技术装置的第四特殊实施例的简示剖面图；-图6A用简示说明了制造本专利技术装置的一个阶段；-图6B是本专利技术装置的一个简示剖面图；-图7简示说明了散射材料的一个体积元使光散射的情况；以及-图8表示了被散射的照明和减少了的入射照明随距离变化曲线。优选实施方式正如上面看到的，本专利技术装置能够纠正专利技术前已知工艺的缺点，一方面是因为它是静态的，另一方面是因为它使用体积散射体。在这种情况下，它能够减少激光束的相干性，因此减少所产生的光斑使用非均匀性对于光束尺寸来说较小的介质，多次散射在光束不同点之间导致随机的相位关系，使空间相干性变坏。为了得到正确的均匀性，体积散射体是由适宜的材料制成的。这种材料的选择与光散射系数和吸收系数有关，光散射系数必须尽可能大，而吸收系数必须尽可能小。在这方面，请参看本说明书的结尾，那里给出了辐射传输理论。像聚四氟乙烯材料，也即Teflon(注册商标)材料，就很好地适宜于可见和近红外光谱的激光束。还发现，假如脉冲的持续时间不小于10-11s，而且光束的相干性不破坏散射体出口处光束的均匀性的话，那么由于去关联(décorrélées)的光斑图形的重合，本专利技术装置并不使脉冲激光光束暂时的形状变坏。此外还使用了体积散射体；这意味着此散射体的长度L或厚度和要对中的入射激光束F(图1)的波长相比是很大的。散射体的厚度最好是至少等于波长的100倍。体积散射体是圆柱形的而且其长度是均匀性和期望的总传输的函数是有好处的。这在图1中用图解法进行了说明，在这个图中表示了本专利技术的装置，它包含有体积散射体2，用Teflon(注册商标)制作，圆柱形，长度为L。激光束F对焦在散射体2的形成入口表面的一端4上。在散射体的入口表面4相对的出口处，激光以球面波S的形式被散射。此外，通过把体积散射体放置在反射波导中，散射体2出口处的均匀性和总传输都得到了增加。这在图2中简示说明，在这个图中表示了插入金属管状反射器6中的散射体2，反射器因而围绕着散射体2的侧面8。反射器6或波导使到达侧面8的激光反射，因而对散射体2中的激光进行引导。一个经验公式，也就是说实验验证了的公式，允许简单地进行总传输的计算，并根据待纠正的移动瞄准点的情况来确定对中装置的尺寸。这个公式给出装有金属波导的装置的传输T，公式如下T=e-rszρasin2α4A]]>在这个公式中-A是金属波导的截面(以m2为单位)，-a是光学纤维的截面(以m2为单位)，它与散射体耦合在一起，其中的激光束是要对中的。-α是纤维的数值孔径角，-z是光线引导装置长度(以m为单位)，-ρ是使光散射的粒子密度(每m3的数目)，以及-σ是有效散射截面(以m2为单位)。为了增加自动对中装置对通量的稳定性(tenue au flux)，最好向反射光线引导装置添加辅助设备。这是因为，如果激光束对焦在散射体的入口表面上，那么就可能损坏它。按照第一个可能性，为了减少变坏的危险，在散射体前面添加微透镜，使散射体入口表面上的激光束散焦，也就是说使激光束不是对焦在这个入口表面上。这在图3中进行进行说明，在这个图中表示了贴着散射体2的入口表面4放置了一个微透镜10。这个微透镜10能够使散射体表面4上的入射激光束12散焦，散射体和微透镜10是共轴的。在图3的例子中，微透镜的直径等于散射体2的直径。按照第二个可能性，通过朝着散射体的前面延长波导，激光束被引导直到散射体，光束的几何学范围由于其散射体处的表面增加而增加，这同样减少了使散射体变坏的危险性。这在图4中进行了说明，在这个图中表示了一个管状反射器14，它围绕着圆柱形散射体2，并且超出散射体的入本文档来自技高网...

【技术保护点】
自动对中光线引导装置（３２）中激光束的装置，这个装置的特征是它包含有一个体积散射体（２），此体积散射体又包含有激光束的入口表面，并用来对激光束进行散射并在光线引导装置中自动地使其对中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P勒克莱尔，J加西亚，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]