一种垂直改变光出射或入射方向的光纤端头制造技术

本实用新型专利技术提供一种垂直改变光出射或入射方向的光纤端头，包括：固定外框，其具有光纤连接口、容纳腔和出射口，容纳腔与光纤连接口和出射口连通；光线转向器件，其布置在固定外框的容纳腔内，光线转向器件为底面为等腰直角三角形的直三棱柱，光线转向器件在容纳腔内布置成其相互垂直的两个底面中的一个底面与光纤连接口垂直、另一个底面与出射口垂直，光线转向器件在等腰直角三角形斜边所在侧面使光线发生一次全反射，实现光线出射方向的垂直转弯。本实用新型专利技术增加了一种使垂直改变光纤导光方向的新手段，并只需利用一种折射率满足条件的材料，根据光纤直径大小加工成尺寸合适的、底面为等腰直角三角形的直三棱柱，实施起来工序简单、安装方便。安装方便。安装方便。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直改变光出射或入射方向的光纤端头


[0001]本技术涉及光学测量领域，尤其涉及一种垂直改变光出射或入射方向的光纤端头。

技术介绍

[0002]光纤，即光导纤维，是一种由透明光学材料制成的纤维，其工作原理为利用光在纤维中发生全反射使得光在纤维内沿着光纤轴线传播，从而具有传导光的功能。随着光纤技术的发展，光纤已广泛应用于人类生活的各个领域，如光纤通信、医疗、光纤传感器以及电力保护等等。
[0003]光纤的典型结构是一种细长、多层、同轴圆柱形复合纤维，一般由纤芯、包层、涂覆层与护套层构成。其中，纤芯和包层是光纤的主体，对光的传播起着决定性作用。中心的纤芯折射率较高，直径一般为5～75μm。包层的折射率稍低，直径一般约为100～200μm。再往外的涂覆层一般采用聚氨基甲酸乙酯或硅酮树脂，主要用于隔离杂光。最外面的护套一般采用尼龙、塑料或其它有机材料，起保护光纤的作用。
[0004]光纤的纤芯和包层通常是由玻璃或塑料制成的纤维，本身非常脆弱、易断。有了护套的包覆后，提高了光纤的机械强度，具有一定的柔韧性。实际工作时光纤可以适当弯曲，从而使光线“转弯”。但是，光线“转弯”的前提是光线在光纤内部仍然需要满足全反射条件，这意味着光纤不能突然大角度弯折，否则会使得光传导至纤芯和包层界面时不再满足全反射条件，一部分光会从包层逸出从而造成光损耗；更严重的情况则是尖锐的弯曲引起光纤裂纹甚至断裂，导致永久损坏光纤。因此，光纤不能随意弯曲，当需要大角度“转弯”时，必须有一定的弯曲半径要求。如在国家标准GB/T 7424.1
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2003中就规定了光缆在无拉力的情况下弯曲半径一般不应小于光缆外径的10倍，在张力安装时光缆的弯曲半径是光缆外径的20倍。
[0005]而在光学测量或光辐射计量领域，当测量设备采用光纤来传导光信号时，光纤的入射端或出射端就成为设备的光接收端或出射端。在某些应用中，有时希望光纤入射端或出射端所在的平面能够背靠且尽可能贴近某个要求的基准平面，如评价室内照明情况时希望光纤的接收端平面尽量贴近桌面，又如评价光生物安全时希望光纤的接收端平面尽量贴近皮肤。类似这样的应用中，一方面难以完全做到在测试前先让提供基准平面的物体下降或后退一定距离，使得放置光纤后其入射端或出射端平面刚好与之前要求的基准平面重合；另一方面又由于提供基准平面的物体的特殊性而不能在基准平面(如桌面或皮肤)掏孔，以使光纤能够从基准平面背面穿过从而与基准平面重合。因此，实际测试条件对光纤提出两个要求：一是要求光纤(或者传入光纤的光线)能够实现垂直转弯，才能保证光纤入射端或出射端平面背靠基准平面；二是要求垂直转弯所占用的空间尽量小，才能使光纤入射端或出射端所在的平面尽可能贴近基准平面。之所以要求贴近基准平面，主要是因为这类应用中测试的是照度或辐照度，而照度或辐照度与光源到基准平面的距离有关，距离不同，照度或辐照度就会不同，因而会希望光纤接收端平面尽可能贴近基准平面以保证测试评价
的准确性。
[0006]实际应用中，通常容易想到的实现光纤垂直转弯的方法有自然弯曲法和镜面反射法。自然弯曲法是指让光纤在允许的角度内逐渐弯曲，通过足够的空间来允许光纤转弯。该方法有一定的弯曲半径要求，特别是对硬度较高的玻璃、石英光纤，或者是多根光纤丝组成的光纤束来说，弯曲半径较大，难以做到转弯后的光纤入射端或出射端平面尽可能贴近转弯前光纤轴线所在的平面。镜面反射法是指不用光纤弯曲，而是在光纤端头配置一个以45度角度放置的平面反射镜，使得光线在进入光纤前或从光纤出射后有一次反射，以此实现光纤端头光线垂直转弯。该方法原理简单，不涉及光纤自身的弯曲，只是在加工和固定平面反射镜时有些复杂。尤其是对直径较小的光纤，为了整体尺寸协调，反射镜也应做得较小，在制作、安装固定时存在一定的难度，需要精密设计和放置。

技术实现思路

[0007]鉴于此，本技术实施例提供了一种垂直改变光出射或入射方向的光纤端头，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0008]本技术的技术方案如下：所述光纤端头包括：
[0009]固定外框，其具有光纤连接口、容纳腔和出射口，所述容纳腔与所述光纤连接口和所述出射口连通，且所述光纤连接口与所述出射口的开口方向相互垂直；
[0010]光线转向器件，其布置在所述固定外框的所述容纳腔内，所述光线转向器件为底面为等腰直角三角形的直三棱柱，所述光线转向器件在容纳腔内布置成其相互垂直的两个底面中的一个底面与所述光纤连接口垂直、另一个底面与所述出射口垂直，实现光线出射方向的垂直转弯。
[0011]在一些实施例中，所述固定外框的所述容纳腔为正方体结构，所述光纤端头还包括布置在所述容纳腔内的楔合体，所述楔合体也为底面为等腰直角三角形的直三棱柱结构，所述楔合体与所述光线转向器件中心对称，所述楔合体布置在所述光线转向器件的内侧。
[0012]在一些实施例中，所述固定外框的容纳腔的入口处具有环形连接孔，所述光纤端头还包括安装在所述环形连接孔位置的压圈，所述压圈用于封堵所述光线转向器件。
[0013]在一些实施例中，所述环形连接孔具有内螺纹，所述压圈具有外螺纹，所述压圈的外径大于所述容纳腔的边长，所述压圈的内径小于所述容纳腔的边长且大于光纤纤芯直径。
[0014]在一些实施例中，所述光纤连接口的内径不小于所述环形连接孔的内径，所述光纤连接口用于与光纤外层连接。
[0015]在一些实施例中，所述光纤连接口与光纤外层螺纹连接、卡扣连接或粘接。
[0016]在一些实施例中，所述光线转向器件的材质为熔融石英，其在波长范围200～3000nm的折射率介于1.55～1.42之间。
[0017]在一些实施例中，所述光线转向器件的折射率应大于等于1.414。
[0018]在一些实施例中，所述楔合体为塑料或金属材质，使用黑色材料或表面发黑处理。
[0019]在一些实施例中，所述光纤的纤芯直径为3mm，所述光线转向器件的直角三角形的直角边长为6mm，所述压圈的外径为8mm，内径为4mm，厚度为2mm。
[0020]本技术在垂直改变光纤端头光出射或入射方向上是一种全新的方法，较以往技术在物理原理上有本质不同。本技术利用光的全反射原理，以往使用的或为光纤的物理弯曲，或为利用光的镜面反射。本技术实施例根据光从光密介质进入光疏介质时的全反射原理，在需要光线垂直转弯的光纤端头安装放置一个光线转向器件，光纤中的光进入该器件后将在其某个界面处发生一次全反射，使得光线出射方向与入射到该器件的方向成90度，从而实现光纤光出射或入射方向的垂直转弯。本技术增加了一种使垂直改变光纤导光方向的新手段，并只需利用一种折射率满足条件的材料，根据光纤直径大小加工成尺寸合适的、底面为等腰直角三角形的直三棱柱，实施起来工序简单、安装方便。
[0021]本技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直改变光出射或入射方向的光纤端头，其特征在于，所述光纤端头包括：固定外框，其具有光纤连接口、容纳腔和出射口，所述容纳腔与所述光纤连接口和所述出射口连通，且所述光纤连接口与所述出射口的开口方向相互垂直；光线转向器件，其布置在所述固定外框的所述容纳腔内，所述光线转向器件为底面为等腰直角三角形的直三棱柱，所述光线转向器件在容纳腔内布置成其相互垂直的两个底面中的一个底面与所述光纤连接口垂直、另一个底面与所述出射口垂直，所述光线转向器件在等腰直角三角形斜边所在侧面使光线发生一次全反射，实现光线出射方向的垂直转弯。2.根据权利要求1所述的垂直改变光出射或入射方向的光纤端头，其特征在于，所述固定外框的所述容纳腔为正方体结构，所述光纤端头还包括布置在所述容纳腔内的楔合体，所述楔合体也为底面为等腰直角三角形的直三棱柱结构，所述楔合体与所述光线转向器件中心对称，所述楔合体布置在所述光线转向器件的内侧。3.根据权利要求1所述的垂直改变光出射或入射方向的光纤端头，其特征在于，所述固定外框的容纳腔的入口处具有环形连接孔，所述光纤端头还包括安装在所述环形连接孔位置的压圈，所述压圈用于封堵所述光线转向器件。4.根据权利要求3所述的垂直改变光出射或入射方向的光纤端头...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢利根，张保洲，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：新型
国别省市：