波导管侧照射的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了波导管的侧耦合、侧照射或侧射入(相对于轴向耦合、照射或射入)的系统和方法。更具体地说，它涉及到任何波沿波导管通过侧耦合、侧照射或侧射入时增加的耦合以及因此增加的传输，其中增加的耦合以数量级增加。其中增加的耦合以数量级增加。其中增加的耦合以数量级增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波导管侧照射的系统和方法
[0001]本申请要求于2019年12月9日提交的美国临时申请号62/945,584的优先权。此处确定的所有外在材料均通过引用而合并入本申请。


[0002]本专利技术的领域一般涉及波导管的侧耦合、侧照射或侧射入(相对于轴向耦合、轴向照射或轴向射入)。更具体地说，它涉及任何波通过侧耦合、侧照射或侧注入，经波导管增加的耦合，以及随之的增加的传输波导管。此外，本专利技术涉及下列波通过对各自的波导管进行侧耦合来增强信号传输：a.电磁波，如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线和伽马射线等；b.声波，如可闻声、次声波和超声波；c.物质波；和d.任何其他类型的波。

技术介绍

[0003]背景说明包括可能有助于理解本专利技术的信息。但这并不是承认这里提供的任何信息为现有技术或与目前要求保护的专利技术相关，或认为任何特定或隐含引用的出版物是现有技术。
[0004]目前，波导管(如光纤)的横向或侧面照射通常是以与波导管侧表面的法线成0度角来进行。然而，这种照射会导致只有小部分光射入并沿波导管传播，这会导致：(1)传播长度短(例如最多2米)；(2)光纤传感器的信号弱，因此灵敏度和分辨率低；并且(3)耦合器效率低等其他问题。
[0005]一般来说，对侧照射光纤和侧照射波导管的研究很少。Egalon(美国专利号8,463,083；8,909,004和10,088,410)公开了一种侧照射光纤。Pulido和Esteban(C.Pulido,O.Esteban，“横向锥形聚合物光纤的多重荧光传感”，《传感器与执行器》B,(“Multiple fluorescence sensing with lateral tapered polymer fiber”,Sensors and Actuators B)157(2011)，第560
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564页)公开了一种侧照射的荧光镀层光纤。量角仪用于测定耦合较高荧光时的光照角度。最后，Grimes等人(美国专利号4,898,444)公开了一种第一光纤，用于使用连接介质来横向照射第二光纤，以使菲涅耳反射造成的损失最小化。
[0006]这些材料和本文讨论的所有其他外部材料都通过参考资料全部合并本申请中。如果所合并的参考资料中某一术语的定义或使用与本申请提供的该术语的定义不一致或相反，则适用本申请提供的该术语的定义，参考资料中该术语的定义不适用。
[0007]尽管这些参考资料对侧照射波导管领域有所贡献，但仍需要改进侧照射耦合到波导管中的系统和方法。
[0008]本专利技术主题的各种对象、特征、方面和优点将在以下对实施例的具体实施方式描述中变得更加明显，附图的数字中相似的数字代表相似的组件。

技术实现思路

[0009]本专利技术的主题提供了将通过侧照射耦合到波导管(例如光纤)的光量增加数倍的装置、系统和方法。侧照射下进行的实验确定，如果侧照射角度(相对于波导管侧表面法线的角度)非常大，则有可能将光量增加高达100倍。以下优势已经被确定：a.更高的耦合效率，使得光沿光纤的传输距离更长；b.光纤传感器有更高的灵敏度和更好的分辨率；c.效率更高的侧照耦合器；和d.更简单的配置，不需要透镜来射入光线。
[0010]此外，提高耦合效率可以带来以下好处：i.让廉价的低强度光源与一般的波导管器件(如光纤传感器和耦合器)配合使用成为可能；ii.更大范围的侧照射波导管的应用变得可行，例如需要光沿波导管长距离传输的波导管的应用；和iii.增加的耦合效率使得信号更大，从而需要更低灵敏度、更低成本的检测系统。
[0011]因此，本专利技术的实施例提供了一种比现有技术更简单和容纳更多光的侧照射波导管。结合确定描述和附图，一个或多个方面的上述和其他好处是显而易见的。
[0012]为简洁起见，并就本申请的情况而言，以下术语在他们各自的引申义上使用：a.光被定义为任何类型的波：电磁波、声波、物质波或任何其他类型的波。b.光纤被定义为任何类型的、可以引导波的波导管结构。在为物质波的情况下，激光束也可以认为是波导管，因为它可以沿着它的长度方向捕获和引导物质波。c.波导管的横向表面指平行于波导管内波的整体传播方向的表面。d.波导管的终端指垂直于波导管内波的整体传播方向的波导管表面。e.“侧照射”这个术语被用做是任何类型的波横向照射、横向耦合、侧向耦合和侧向射入进入任何类型的波导管的统称。同时，侧照射指对波导管横向表面的照射。侧照射与轴向照射相对，轴向照射是对波导管终端的照射。
[0013]以下是本专利技术所描述和展示的实施例的概述：a.图1所示的第一实施例描述了来自光源(如激光发射器)的准直光穿过无界介质(空气、真空、水等)，向收集波导管传播。光线以与波导管表面法线成高达85度的夹角入射到收集波导管的侧表面，但更小的角度也可以产生可接受的结果。b.第二实施例使用了一个光源(不一定是准直的)发射光，射出的光传播途中穿过孔或隧道，穿过条块，从光源向着收集波导管表面。这个孔引导光并且可以生成相对于波导管表面法线高达85度的夹角，但更小的角度也可以产生可接受的效果。所述孔的横截面沿其长度方向可以是等直径或锥形的(tapered)，也可以为任意几何形状：它可以是圆形截面的圆柱孔(如图6所示)，矩形截面，截面为规则或不规则的多边形等。锥形孔，顾名思义，应优选地有横截面尺寸沿光源向收集波导管的侧表面增加的结构：所述波导管被侧向照射。如图7所示的，穿过条块的锥形孔正是这种锥形结构的例子，其直径较小处面对光源，并且直径较大处面对收集波导管的侧表面。其他几何形状的横截面也可以接受。孔或隧道的内壁可以抛光或涂上反射材料，以增加侧照射时被引导到收集波导管的光量。在所有情况中，孔或隧道应与收集波导管侧面法线成高达85度的夹角。
c.如图9和图10所示，第三实施例使用第二波导管(照射波导管)来引导光源发出的光射向收集波导管。该照射波导管设置成倾斜方向，以相对于收集波导管的侧表面法线方向形成较大的角度。照射波导管的截面可以与上述术语中的孔一样：尺寸均匀的截面(如在圆柱形光纤中的)或截面的尺寸沿着光源向收集波导管表面增加(如锥形光纤)。照射波导管的表面也可以涂上反射材料，以增加从光源被引导到被照射的收集波导管侧表面的光量。照射波导管中面对光源的近端面应优选地与光源表面相切，而面对收集波导管的终端优选垂直于照射波导管的轴线。d.如图12和图13所示，第四实施例使用直立照射波导管，来引导光源发出的光射向收集波导管。该照射波导管包括与水平方向形成夹角的终端，以将光源发出的光重新定向至以更大的角度向着收集波导管。该结构相比于斜波导管和孔的结构(上述条款b和c中)具有所占纵向空间更少的优点。e.如图15和图16所示，第五实施例结合了第三和第四实施例的特性：斜波导管且终端成一定夹角。
[0014]本专利技术主题的各种对象、特征、方面和优点将在以下对优选实施例的具体实施方式描述中变得更加明显，附图的数字中相似的数字代表相似的组件。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例提供的光源(如激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增加耦合至侧照射的波导管中的波的量的方法，其特征在于，所述波由波源发出，侧照射的波导管为波收集波导管，所述收集波导管包括两个末端端面和位于这两个所述端面之间的侧面，所述波以相对于所述收集波导管的侧表面法向成一定角度入射于所述收集波导管的侧面，所述波的一部分作为引导波在所述收集波导管内耦合，所述引导波经过全内部反射和/或部分内部反射，所述引导波从入射点向光探测器传播，所述光探测器设置于一个或两个末端端面上，如果与所述波垂直于所述波导管的侧面入射于所述侧面时的强度相比，所述光探测器测得的所述引导波的强度更高。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波是电磁波、声波或粒子波中的一种。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收集波导管引导电磁波、声波或粒子波。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收集波导管是圆柱形光纤或锥形光纤。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波是准直或非准直波中的一种。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收集波导管设置在支架上，所述支架包括一个或多个斜孔，每个所述斜孔包括用于反射所述波的内壁，所述斜孔具有近端和终端，所述孔的所述近端朝向所述波源，所述孔的所述终端朝向所述收集波导管，所述波由源波发射，所述波从所述孔的所述近端向所述终端传播，所述波以一定角度入射于所述收集波导管的侧表面。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述斜孔的内壁是抛光的或由能够反射所述波的材料制成。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述斜孔为圆柱形或锥形。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收集波导管设置在支架上方，所述支架包括一个或多个照射波导管，所述照射波导管包括近端和终端，所述照射波导管的所述近端朝向所述波源，所述照射波导管的所述终端朝向所述收集波导管，所述波由源波发出，所述波从所述照射波导管的近端向所述照射波导管终端传播，所述波以一定角度入射于所述收集波导管的侧表面。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述照射波导管为斜照射波导管。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述斜照射波导管的所述近端具有使所述波源发出的所述波耦合时的损失最小化的几何形状。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述斜照射波导管的所述终端具有使所述波在穿过所述终端界面时内部折射损失最小化的几何形状。13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述照射...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳迪奥，
申请(专利权)人：克劳迪奥，
类型：发明
国别省市：