一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径Y型光纤束的制作方法

本发明属于光学，具体涉及一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束。

背景技术：

1、在磁约束核聚变实验研究中，通常采用非相干激光汤姆逊散射诊断方法对等离子体的电子温度与电子密度进行测量，系统的相对光谱响应标定是诊断过程中的重要环节。

2、在传统的光谱响应标定方法中，由单色仪输出的单色光直接通过光纤束传输进入多色仪对光谱响应进行逐一波长的标定。但在实际等离子体放电运行中，散射诊断系统是由光学窗口、接收透镜组、接收光纤与多色仪所组成的复杂结构，因此对系统整体进行原位标定以取代多色仪的独立标定是极其必要的。

3、原位标定系统的标定光源需要具有适宜的输出强度，要求功率计在接收端对未分光的复色光探测强度至少达到0.8v-1.5v，该强度与多色仪在散射诊断中的工作强度相匹配。在原位标定光源系统的搭建中，存在两个主要问题：

4、1.标定光纤与单色仪狭缝处的耦合效率低：标定光纤入射端的尺寸为1.8mm*3.9mm，而输出狭缝的高度为14mm，宽度在使用中调节范围为0.1mm-1mm，因此单色仪的输出光在高度方向上的利用率只有约28％，存在较大提升空间。

5、2.标定光纤数值孔径较大引起的能量损失：散射诊断系统的接收透镜工作距离为1.3m，通常使用标定光纤的输出端作为原位标定光源，光纤的数值孔径na＝0.37，标定光由标定光纤出射。由于光纤发散角较大，经过1.3m的空间传输后在透镜前表面的光斑直径约600mm，透镜的直径为430mm，存在严重的能量损失。在实验室调试中尝试使用准直镜或聚焦镜进行光束聚焦，可以使能量损失有效降低，但光学元件的引入将带来一定误差并使系统复杂化：光学透镜会改变整体光路，使有效物点产生移动，在标定过程中需要针对各标定位置手动进行光路调整，由于标定工作在空间狭小的真空室内完成，因此这种方式的可操作性较低；光路中加入光学元件后无法对标定光源的强度进行有效的实时监测，需要对该光学元件进行单独标定，降低了标定的时效性与可靠性，因此这种方式的可行性较差。

6、因此设计一种可以提高单色仪输出光利用效率，同时数值孔径较低满足高效空间传输需求的光纤束十分必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，该光纤束可以与单色仪狭缝进行匹配使用并具有较低输出光发散角的低数值孔径y型光纤束，该光纤束安装在多色仪出射狭缝，可以提高出射光能量以满足原位标定需求，同时可提供出射光实时能量监测。

2、实现本发明目的的技术方案：

3、一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，所述光纤束整体结构为y型一分二光纤束，光纤束数值孔径为na＝0.1；光纤输入端的光纤束端面为14mm*1mm的矩形，光纤输出端a和光纤输出端b的光纤束端面为直径1.5mm的圆形。

4、所述光纤束中光纤丝的直径为0.22mm。

5、所述光纤束为石英材料。

6、所述光纤束具有金属单扣管保护套。

7、所述光纤输入端安装有接头a，光纤输入端通过接头a安装在单色仪输出狭缝安装面上。

8、所述光纤输出端a和光纤输出端b分别安装有接头c，光纤输出端a通过接头c安装在功率计的接收面上，光纤输出端b通过接头c安装在原位标定安装架上。

9、所述光纤束的分束位置安装有接头b。

10、所述接头a、接头b和接头c均选用不锈钢材质。

11、所述光纤束总长度为5m，分束在输入位置1m处。

12、本发明的有益技术效果在于：

13、1、在单色仪出射狭缝连接端，尺寸14mm*1mm的光纤束输入端充分利用了狭缝的有效尺寸，将高度上的利用率从28％提高至约100％；同时，具有两个输出端的y型光纤束，可以在输出单色标定光的同时对光源强度进行实时监测。

14、2、光纤束的芯径材料使用na＝0.1的光纤丝，经过1.3米的空间传输后在接收透镜前表面处所形成光斑直径为150mm，可以被直径430mm的接收透镜组完全接收，对比na＝0.37的数据为600mm，光纤发散角的减小大幅度提高了系统接收效率，同时提高了系统的可操作性，避免了引入光学元件导致的标定复杂度提高与标定误差增加。

15、3、此光纤束不仅可以安装在单色仪出射狭缝，也可以安装在入射狭缝，用于提高单色仪的入射光耦合效率同时满足多光路的合束需求。

16、4、光纤连接头设计小巧，作为标定光源使用时在狭窄的真空室内便于安装与调整。

技术特征：

1.一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述光纤束整体结构为y型一分二光纤束，光纤束数值孔径为na＝0.1；光纤输入端(1)的光纤束端面为14mm*1mm的矩形，光纤输出端a(3)和光纤输出端b(5)的光纤束端面为直径1.5mm的圆形。

2.根据权利要求1所述的一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述光纤束中光纤丝的直径为0.22mm。

3.根据权利要求1所述的一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述光纤束为石英材料。

4.根据权利要求1所述的一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述光纤束具有金属单扣管保护套。

5.根据权利要求1所述的一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述光纤输入端(1)安装有接头a，光纤输入端(1)通过接头a安装在单色仪输出狭缝(2)安装面上。

6.根据权利要求1所述的一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述光纤输出端a(3)和光纤输出端b(5)分别安装有接头c，光纤输出端a(3)通过接头c安装在功率计(4)的接收面上，光纤输出端b(5)通过接头c安装在原位标定安装架上。

7.根据权利要求1所述的一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述光纤束的分束位置安装有接头b。

8.根据权利要求5-7任一项所述的一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述接头a、接头b和接头c均选用不锈钢材质。

9.根据权利要求1所述的一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径y型光纤束，其特征在于，所述光纤束总长度为5m，分束在输入位置1m处。

技术总结
本发明属于光学技术领域，具体涉及一种匹配单色仪狭缝输出的低数值孔径Y型光纤束，该光纤束整体结构为Y型一分二光纤束，光纤束数值孔径为NA＝0.1；光纤输入端的光纤束端面为14mm*1mm的矩形，光纤输出端A和光纤输出端B的光纤束端面为直径1.5mm的圆形。本发明光纤束可以与单色仪狭缝进行匹配使用并具有较低输出光发散角即低数值孔径Y型光纤束，该光纤束安装在多色仪出射狭缝，可以提高出射光能量以满足应用需求，同时可提供出射光实时能量监测。

技术研发人员：侯智培,郭文平,刘春华,翟文延,黄渊,冯震
受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/26