日光光纤导光耦合器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种日光光纤导光耦合器，包括有导入段和传输段，所述的导入段呈圆台形，圆台大端为进光端，圆台小端为出光端，所述的导入段由掺杂石英玻璃组成，折射率n1为1.2～1.4，所述的传输段为圆柱形，其一端与导入段的圆台小端相耦合，传输段由掺杂石英玻璃基体组成，掺杂石英玻璃基体的折射率n2为1.45～1.52。本发明的有益效果在于：1.安设于太阳光和导光光纤之间，能将汇聚的太阳光高效低损耦合至导光光纤，实现太阳光的采集和照明；2.采用掺杂石英玻璃和特定的形状及涂覆层，具备耦合效率高、温度性能稳定、使用寿命长、耐高温性能和抗老化性能好的特点，特别适于与石英玻璃导光光纤相耦合；3.结构简单，易于加工制作。
【专利说明】日光光纤导光耦合器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种日光光纤导光耦合器，具体设计一种通过汇聚采集日光耦合到石英光纤进行柔性传输的耦合器件，属于太阳光采集照明传输【技术领域】。
【背景技术】
[0002]太阳光即日光是自然界取之不尽的巨大自然光源，也是一种绿色能源，迄今为止人类对太阳光能的利用还停留在较为初始的阶段。对太阳光进行有效地采集、利用并输送到一些既需要照明而对安全要求又非常严格的场所如武器弹药库、油库、矿井、煤气房以及其他一些易燃易爆的场所和不能直接采光的建筑物内，解决上述场所的照明问题，意义重大。而如何提高日光的耦合效率也是目前面临的重要课题。在中国专利95107312.5名称为“太阳光采光装置及控制该太阳光采光装置的太阳光采光控制装置”中涉及到光学、计算机、传感器以及其他相关技术，但在会聚光与石英光纤的耦合方面未具体结构描述。中国专利201110258872.4 “一种分光型阳光输送机”里描述了将太阳光进行透镜汇聚之后，聚焦在塑料光纤端面上，使用光学接口器降低聚焦端面的温度，从而防止塑料光纤损伤。但塑料光纤的耐闻温抗老化性能尚需提闻。
[0003]对于可见光波段范围的光进行传输，石英光纤有着本征的优势:石英材质的优良物理和化学稳定性，使得传输中高功率太阳光的长期可靠性得到保证，从而增强了系统的使用寿命。但太阳光经过透镜装置汇聚之后，其光束质量与一般的激光有较大的差距，因此使经透镜聚焦的太阳光耦合进石英光纤有着较大的技术难度。太阳光一旦没有耦合进石英光纤，将在光纤的端面和涂覆层产生大量的热量，从而影响系统的耦合效率和耦合点的性能。因此提高汇聚太阳光与石英光纤的耦合效率至关重要。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种耦合效率高，温度性能稳定、使用寿命长的日光光纤导光耦合器。
[0005]本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:包括有导入段和传输段，所述的导入段呈圆台形，圆台大端为进光端，圆台小端为出光端，所述的导入段由掺杂石英玻璃组成，折射率nl为1.2-1.4，所述的传输段为圆柱形，其一端与导入段的圆台小端相耦合，传输段由掺杂石英玻璃基体组成，掺杂石英玻璃基体的折射率n2为1.45-1.52。
[0006]按上述方案，在传输段掺杂石英玻璃基体的外周面涂有折射率较低的涂覆层，涂覆层的折射率n3为1.3-1.44，与掺杂石英玻璃基体形成全反射结构。
[0007]按上述方案，所述的导入段进光端圆台大端直径Dl为2mnT4mm,出光端圆台小端直径D2为lmm±0.5mm,导入段轴向长度LI为5mm~10mm。
[0008]按上述方案，所述的传输段直径与导入段出光端圆台小端直径D2相同，传输段轴向长度L2为8mm~20mm。
[0009]按上述方案，所述的导入段由掺氟石英玻璃或掺硼石英玻璃组成。[0010]按上述方案，所述的传输段由掺锗石英玻璃或掺磷石英玻璃组成。
[0011 ] 按上述方案，所述的涂覆层为树脂涂覆层或硅橡胶涂覆层。
[0012]按上述方案，所述的导入段通过圆台小端端面与传输段一端端面熔接耦合。
[0013]本发明使用时导入段前端与汇聚透镜相配置，传输段的末端与导光光纤相耦合，其耦合导光过程为:波长范围400-700nm的太阳光经过汇聚透镜等之后，将平行发射的太阳光相汇聚，汇聚光斑直径约为2-4_，汇聚光斑照射在器件汇聚面上，首先导入圆台形的导入段；汇聚的太阳光在导入段全反射传输到传输段，汇聚的太阳光在导入段的全反射传输通过导入段与空气的折射率差来实现，而传输段则是通过与其表面的涂覆层的折射率差形成全反射；汇聚的太阳光在传输段的末端出射耦合器，入射到导光光纤石英芯层，通过导光光纤石英芯层与其涂层的折射率差，实现全反射低损耗传输。最终太阳光从导光光纤的另一端射出，完成太阳光的采集和照明。
[0014]本发明的有益效果在于:1、安设于太阳光和导光光纤之间，能将汇聚的太阳光高效低损耦合至导光光纤，实现太阳光的采集和照明；2、采用掺杂石英玻璃和特定的形状及涂覆层，具备温度性能稳定、使用寿命长、耐高温性能和抗老化性能好的特点，特别适于与石英玻璃导光光纤相耦合；3、结构简单，易于加工制作。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明一个实施例的正剖视图。
[0016]图2为本发明的使用状态示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面通过实施例进一步具体描述本发明。
[0018]包括有导入段I和传输段2，所述的导入段呈圆台形，圆台大端为进光端，圆台小端为出光端，所述的导入段由掺氟石英玻璃组成，折射率nl为1.3，所述的导入段进光端圆台大端直径Dl为4mm,出光端圆台小端直径D2为Imm,导入段轴向长度LI为6mm。所述的传输段为圆柱形，其一端与导入段的圆台小端熔接耦合，传输段由掺锗石英玻璃基体组成，掺锗石英玻璃基体的折射率n2为1.46，所述的传输段直径与导入段出光端圆台小端直径D2相同，传输段轴向长度L2为IOmm ;在传输段石英玻璃基体的外周面涂有折射率较低的涂覆层3，所述的涂覆层为硅橡胶涂覆层，涂覆层的折射率n3为1.4，涂覆层直径D3为D2+0.5mm,即涂覆层的单边厚度为0.25mm,与石英玻璃基体形成全反射结构。
[0019]本实施例中，所述太阳光汇聚透镜4直径为100mm，经过汇聚的太阳光入射到耦合器导入段I的进光端表面，经过导入段将被低损耗导入和传输至传输段2，经耦合器件传输段传输并出射的汇聚太阳光，将传输至导光光纤石英基体5中，导光光纤石英芯层外表面涂有树脂层涂覆层6，从而实现整个耦合传输过程。传输段掺杂石英玻璃基体与太阳光导光光纤石英基体熔融焊接，也可以采用空间耦合，使用空间耦合时需加上折射率匹配油或膏，降低太阳光的散射，提高耦合效率；使得太阳光几乎无损导入，降低耦合损耗。从而实现将汇聚的太阳光输送至太阳光导光光纤进行传输。
【权利要求】
1.一种日光光纤导光耦合器，其特征在于包括有导入段和传输段，所述的导入段呈圆台形，圆台大端为进光端，圆台小端为出光端，所述的导入段由掺杂石英玻璃组成，折射率m为1.2~1.4，所述的传输段为圆柱形，其一端与导入段的圆台小端相耦合，传输段由掺杂石英玻璃基体组成，掺杂石英玻璃基体的折射率n2为1.45-1.52。
2.按权利要求1所述的日光光纤导光耦合器，其特征在于在传输段掺杂石英玻璃基体的外周面涂有折射率较低的涂覆层，涂覆层的折射率n3为1.3-1.44，与掺杂石英玻璃基体形成全反射结构。
3.按权利要求1或2所述的日光光纤导光耦合器，其特征在于所述的导入段进光端圆台大端直径Dl为2mnT4mm,出光端圆台小端直径D2为lmm±0.5mm,导入段轴向长度LI为5mm~10mmo
4.按权利要求1或2所述的日光光纤导光耦合器，其特征在于所述的传输段直径与导入段出光端圆台小端直径D2相同，传输段轴向长度L2为8mn-20mm。
5.按权利要求1或2所述的日光光纤导光稱合器,其特征在于所述的导入段由掺氟石英玻璃或掺硼石英玻璃组成。
6.按权利要求1或2所述的日光光纤导光I禹合器,其特征在于所述的传输段由掺锗石英玻璃或掺磷石英玻璃组成。
7.按权利要求2所述的日光光纤导光耦合器，其特征在于所述的涂覆层为树脂涂覆层或硅橡胶涂覆层。
8.按权利要求1或2所述的日光光纤导光耦合器，其特征在于所述的导入段通过圆台小端端面与传输段一端端面熔接耦合。
【文档编号】F21S11/00GK103454717SQ201310396261
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】涂峰, 张树强, 刘非, 古杨 申请人:长飞光纤光缆有限公司