光束分束聚焦传输装置及方法与流程

本发明涉及光束聚焦传输技术，具体为一种光束分束聚焦传输装置及方法。

背景技术：

随着光束聚焦传输耦合在激光雷达、自由空间激光通信、半导体激光器、光纤连接、定向耦合器和光纤传感器中的应用越来越广泛，光束聚焦传输系统的微型化、集成化、耦合高效率化在众多光束传输领域中发挥着至关重要的作用。

光束分束器利用折射-反射系统，经过多次折射和反射得到所需的光场分布，可以把输入光束分割成一维或二维阵列光束或光斑，在光通信、光信息处理、工业检测等许多领域中进行光功率分配、多通道传输及采样等应用。

光束的分束在光学成像、成像监测、光通信检测、激光器耦合腔体传输中具有重要意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提出了一种提高光束利用率、节约相应器件购置成本的光束分束聚焦传输装置及方法。

能够解决上述技术问题的光束分束聚焦传输装置，其技术方案包括由控制器操控的激光发射器，所不同的是还包括反光镜和分光镜，45°倾斜的反光镜设于激光发射器的前方，与反光镜反向倾斜45°的分光镜设于反光镜下方，所述分光镜分光中心的左、右分别设有左、右自聚焦透镜光纤单元，各自聚焦透镜光纤单元接收对应分光束并聚焦耦合后进行光纤传输。

各自聚焦透镜光纤单元的一种结构包括接收传输管，所述接收传输管光束接收端的管体内固设有自聚焦透镜，接收传输管光束输出端的管体内固设有玻璃毛细管，所述自聚焦透镜与玻璃毛细管之间设有光学粘胶，所述玻璃毛细管中心插装有传输光纤，所述传输光纤的内端通过光学粘胶连接自聚焦透镜，传输光纤的外端伸出接收传输管的光束输出端。

为定位传输光纤并防止其脱落，所述接收传输管光束输出端的管口内阻塞有的填充料。

为对接收传输管内的各元器件实施有效保护，所述接收传输管上套装固定有护管。

一种可实施方案中，所述激光发射器的光束直径设计为10mm，与之相匹配，各自聚焦透镜的直径均设计为15mm，各传输光纤的纤芯直径均设计为0.2mm，外径均设计为1mm。

采用上述光束分束聚焦传输装置的分光束聚焦传输方法，其方案步骤为：

1、在控制器的操控下，所述激光发射器向前方的反光镜发射激光束。

2、激光束通过反光镜向下方的分光镜反射。

3、分光镜将反射的激光束分成左、右两侧的子光束ⅰ和子光束ⅱ。

4、各子光束通过对应的自聚焦透镜聚焦后耦合到对应传输光纤中进行传输。

本发明的有益效果：

1、本发明光束分束聚焦传输装置及方法利用分光镜实现单光束的分束，通过对应具有径向渐变折射率梯度的自聚焦透镜实现子光束聚焦后耦合到传输光纤进行传输。

2、本发明可将光束分束聚焦传输应用到耦合光纤器件中，在单光束分束聚焦后通过连接相应光纤进行子光束输出，分别作为独立的激光器、监测器、探测器等成像光源使用，能够提高光束的利用率、节约器件的购置成本。

3、本发明采用的自聚焦透镜能够提高光束的聚焦质量，提高聚焦光束与光纤的聚焦耦合效率，实现光束的小型集成化及聚焦光束的质量优化，缩小聚焦耦合传输空间，提高光束利用效率及设备的使用率，进一步节约器件的购置成本。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的结构示意图。

图2为图1实施方式的光束传输示意图。

图3为图1中自聚焦透镜光纤模块结构示意图。

图号标识：1、激光发射器；2、反光镜；3、分光镜；4、左自聚焦透镜光纤单元；5、右自聚焦透镜光纤单元；6、接收传输管；7、自聚焦透镜；8、传输光纤；9、玻璃毛细管；10、光学粘胶；11、填充料；12、控制器；13、激光束；14、子光束ⅰ；15、子光束ⅱ；16、护管。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明光束分束聚焦传输装置，包括激光发射器1、反光镜2、分光镜3以及左、右自聚焦透镜光纤单元4、5，所述反光镜2向右倾斜45°设置，所述分光镜3向左倾斜45°设置在反光镜2的正下方，所述激光发射器1设于反光镜2右侧，所述激光发射器1连接控制器12，所述左自聚焦透镜光纤单元4设于分光镜3分光中心的左侧，所述右自聚焦透镜光纤单元5设于分光镜3分光中心的右侧，如图1所示。

各自聚焦透镜光纤单元的组成均相同，以右自聚焦透镜光纤单元5为例，包括同轴套装连接为一体的接收传输管6(内管)和护管16(外管)，所述接收传输管6的光束接收端(左端)管体内同轴固设有自聚焦透镜7，接收传输管6光束输出端(右端)的管体内同轴固设有玻璃毛细管9，所述自聚焦透镜7与玻璃毛细管9之间设有光学粘胶10，所述玻璃毛细管9的中心孔中插装定位有传输光纤8，所述传输光纤8的内端连接光学粘胶10，传输光纤8的外端伸出接收传输管6的光束输出端，接收传输管6光束输出端的管口内阻塞有固定传输光纤8而防止其脱落的填充料11，伸出的传输光纤6通过与外界相匹配及适用的光束传输系统进行连接和光束的传输变换，借此实现光束的多级高效利用，如图3所示。

上述结构中，为实现光束的完全接收，所述自聚焦透镜7的直径比激光束13(激光发射器1发射出)的直径范围稍大，若激光束13的光束直径为10mm，则自聚焦透镜7的直径可设定为15mm，通过自聚焦透镜7聚焦光束后，进行聚焦光束耦合的传输光纤8的纤芯直径设计为0.2mm，外径设计为1mm。

本发明光束分束聚焦传输方法，其方案步骤为(参见图2、图3)：

1、在控制器12的操控下，所述激光发射器1向前方的反光镜2发射出激光束13，激光束13向前照射在反光镜2上。

2、激光束13通过反光镜2向下方的分光镜3反射。

3、分光镜3将反射的激光束13分成左、右两侧的子光束ⅰ14和子光束ⅱ15。

4、子光束ⅰ14和子光束ⅱ15分别通过左、右自聚焦透镜光纤单元4、5的自聚焦透镜7聚焦后耦合到对应传输光纤8中进行传输。

第4步骤中，各自聚焦透镜光纤单元的工作原理为：

子光束通过对应的自聚焦透镜7(具有径向渐变折射率梯度)向中心进行聚焦，聚焦后的光束通过与传输光纤8进行耦合而实现光束的传输。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种光束分束聚焦传输装置及方法，包括由控制器操控的激光发射器，还包括反光镜和分光镜，45°倾斜的反光镜设于激光发射器的前方，与反光镜反向倾斜45°的分光镜设于反光镜下方，分光镜分光中心的左、右分别设有左、右自聚焦透镜光纤单元，各自聚焦透镜光纤单元接收对应分光束并聚焦耦合后进行光纤传输；由激光发射器发出的光束经反射镜后反射，反射的光束通过分光镜将光束均分成两束光束，分束后的光束通过自聚焦透镜与传输光纤组成的自聚焦耦合传输单元实现光束分束聚焦耦合传输。本发明实现了光束聚焦传输的小型集成化，缩小了聚焦耦合传输空间，提高了光束利用效率及设备使用率，节约了器件的购置成本。

技术研发人员：龙芋宏;黄宇星;赵要武;焦辉;杨林帆;周嘉;刘清原;梁恩;赵钰涣;单晨
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2019.01.09
技术公布日：2019.03.08