專利名稱：基于實(shí)心光錐的集光耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于實(shí)心光錐的集光耦合器，適用于光通信中的光束接收、自由
空間光的收集、光源與光纖之間的耦合等場(chǎng)合，屬光通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在光通信和光傳感領(lǐng)域中，通常需要進(jìn)行光束接收，包括進(jìn)行空間光的收集、光源 與光纖的耦合等，因此高效的集光耦合裝置顯得尤為重要。常規(guī)的集光耦合裝置主要是對(duì) 輸入的光信號(hào)進(jìn)行接收、傳輸，然后，耦合入后續(xù)的光接收設(shè)備中。采用的方法主要有(1) 導(dǎo)光束。雖然能增大視場(chǎng)角，但導(dǎo)光束數(shù)量多，造成轉(zhuǎn)換效率低，與后續(xù)設(shè)備的接續(xù)比較困 難。例如Andras Kalmar， Klaus H. Kudielka， Walter R. Leeb. SPIE， 1998， 3266 :70-78 ; (2)透鏡與大面積探測(cè)器組合。透鏡將接收后的光束聚焦，送入光探測(cè)器中，因此增大光 探測(cè)器面積，雖然有利于擴(kuò)大光接收范圍，但是隨著光探測(cè)器面積的增加，其信息傳輸速率 也逐漸降低。例如Steve Hranilovic. IEEE Journal of Selected Topics In Quantum Electronics. 2006,12(4) :859-874 ; (3)APT(捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤)系統(tǒng)。但其中涉及的光學(xué) 系統(tǒng)復(fù)雜，且造價(jià)高，實(shí)時(shí)響應(yīng)速度和精度無(wú)法保證在劇烈振動(dòng)狀態(tài)下的光接收，而且維護(hù) 比較困難。例如Kamugisha Kazaura， Kazimori 0mae， Toshiji Suzuki, et al. Optics E鄧ress，2006，14(12) :4958-4968。因此，需要一種更加可靠的集光耦合裝置來(lái)改進(jìn)接收效 果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述常規(guī)集光耦合裝置的不足，公開(kāi)一種基于實(shí)心光錐的 集光耦合器，它具有接收視場(chǎng)角大，傳光性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 —種基于實(shí)心光錐的集光耦合器，包括大凸端、實(shí)心光錐和小凸端，其特征在于所 述實(shí)心光錐通過(guò)石墨爐熔融拉制成的所述大凸端構(gòu)成光接收輸入端，而通過(guò)石墨爐熔融拉 制成的所述小凸端構(gòu)成光輸出耦合連接端。 上述實(shí)心光錐的錐體母線形狀為指數(shù)型、或雙曲線型、或直線型、或拋物線型。
上述大凸端和小凸端的端面形狀為球面。 上述的光接收輸入端的接收視場(chǎng)角由所述大凸端的端面形狀、尺寸和所述實(shí)心光 錐的長(zhǎng)度、母線形狀、大端尺寸所確定。 上述的光輸出耦合連接端的連接耦合效率由所述小凸端的端面形狀、尺寸和所述 實(shí)心光錐的長(zhǎng)度、母線形狀、小端尺寸所確定。 本發(fā)明的工作原理根據(jù)光束傳輸理論，光由低折射率物質(zhì)進(jìn)入高折射率物質(zhì)時(shí)， 入射角增大，其折射角也增大；凸透鏡可以實(shí)現(xiàn)光聚焦。由大凸端、實(shí)心光錐和小凸端三者 融為一體構(gòu)成的實(shí)心光錐集光耦合器，以純石英制作而成，其光學(xué)傳輸性能好，能符合上述 集光耦合之技術(shù)要求，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的集光耦合。本發(fā)明利用大凸端和實(shí)心光錐構(gòu)成光接收輸入端，實(shí)心光錐和小凸端構(gòu)成光輸出耦合連接端，由此構(gòu)成了基于實(shí)心光錐的 集光耦合器。該集光耦合器的工作過(guò)程為當(dāng)光以一定入射角入射到大凸端表面時(shí)，發(fā)生折 射，從而可將入射光聚焦于實(shí)心光錐內(nèi)部，并在實(shí)心光錐中進(jìn)行傳輸。此時(shí)實(shí)心光錐相當(dāng)于 一個(gè)集光器，收集經(jīng)大凸端折射后的光線。光束通過(guò)實(shí)心光錐傳輸后，進(jìn)入小凸端，由小凸 端出射后送入后續(xù)的光接收設(shè)備。此時(shí)實(shí)心光錐相當(dāng)于一個(gè)耦合器，將光束耦合入小凸端。 光束從大凸端入射，經(jīng)過(guò)實(shí)心光錐傳輸，由小凸端出射，從而實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)心光錐的集光耦合為。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯著的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯而易見(jiàn)的突出優(yōu)點(diǎn)
(1)該集光耦合器采用凸端面接收入射光，可將不同入射角的光束聚焦于實(shí)心光 錐內(nèi)部，可大大地提高接收視場(chǎng)角； (2)該集光耦合器采用凸端面出射光束，便于與后續(xù)的光接收設(shè)備連接，容易裝 配，可擴(kuò)展性強(qiáng)； (3)兩個(gè)凸端面及實(shí)心光錐經(jīng)由石墨爐熔融拉制而成，可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的接收、傳 輸、耦合一體化，同時(shí)也便于制作和批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1所示實(shí)施例的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下參見(jiàn)圖l，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的 縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖，其由三部分組成大凸端1、實(shí)心光錐2、小凸端3。參見(jiàn)圖2，為圖1 所示實(shí)施例的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖，其由六個(gè)部分組成大凸端1、實(shí)心光錐2、小凸端3、光學(xué)接
收天線4、光接收設(shè)備5和薄膜6，其中，大凸端1、實(shí)心光錐2、小凸端3為純石英材料制成， 薄膜6的折射率小于實(shí)心光錐2的折射率。大凸端1和實(shí)心光錐2經(jīng)由石墨爐熔融拉制而 構(gòu)成光接收輸入端，而實(shí)心光錐2和小凸端3經(jīng)由石墨爐熔融拉制而構(gòu)成光輸出耦合連接 端。外界光束經(jīng)過(guò)光學(xué)接收天線4會(huì)聚后，以一定入射角入射到大凸端1的表面上后發(fā)生 折射，并將聚焦于實(shí)心光錐2的內(nèi)部，且在實(shí)心光錐2中進(jìn)行傳輸。實(shí)心光錐2的外表面涂 覆低折射率薄膜6，以確保光束在實(shí)心光錐2內(nèi)部發(fā)生全反射。此時(shí)，實(shí)心光錐2相當(dāng)于一 個(gè)集光器，收集經(jīng)大凸端l折射后的光線。光束通過(guò)實(shí)心光錐2傳輸后，進(jìn)入小凸端3，由小 凸端3出射后送入后續(xù)的光接收設(shè)備5。此時(shí)實(shí)心光錐2相當(dāng)于一個(gè)耦合器，將光束耦合入 小凸端3。光束從大凸端1入射，經(jīng)過(guò)實(shí)心光錐2傳輸，由小凸端3出射，從而實(shí)現(xiàn)了基于實(shí) 心光錐2的集光耦合器。
權(quán)利要求
一種基于實(shí)心光錐的集光耦合器，包括大凸端(1)、實(shí)心光錐(2)和小凸端(3)，其特征在于所述實(shí)心光錐(2)通過(guò)石墨爐熔融拉制成的所述大凸端(1)構(gòu)成光接收輸入端，而通過(guò)石墨爐熔融拉制成的所述小凸端(3)構(gòu)成光輸出耦合連接端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于實(shí)心光錐的集光耦合器，其特征在于所述實(shí)心光錐(2) 的錐體母線形狀為指數(shù)型、或雙曲線型、或直線型、或拋物線型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于實(shí)心光錐的集光耦合器，其特征在于所述大凸端(1)和 小凸端(3)的端面形狀為球面。
全文摘要
本發(fā)明述及一種基于實(shí)心光錐的集光耦合器。它包括大凸端、實(shí)心光錐和小凸端。實(shí)心光錐通過(guò)石墨爐熔融制成的大凸端構(gòu)成光接收輸入端，而通過(guò)石墨爐熔融而成的小凸端構(gòu)成光輸出耦合連接端。該實(shí)心光錐集光耦合器可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的接收、傳輸、耦合一體化。本發(fā)明光接收視場(chǎng)角大，傳光性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低，適用于光通信特別是無(wú)線光通信中的光束接收、自由空間光的聚集、光源與光纖和光信號(hào)與光纖或光電探測(cè)器之間的耦合等場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G02B6/30GK101718892SQ200910198230
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者付興虎, 龐拂飛, 王廷云, 郭強(qiáng), 陳振宜 申請(qǐng)人:上海大學(xué)