专利名称：易于与激光-光纤组耦合、束散角可调激光发射光学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光发射光学系统，尤其涉及一种既易于与激光-光纤组耦合，又可调节束散角的光学系统。
背景技术：
激光通信包括光纤通信和无线激光通信。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤通信的原理是在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号， 然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息.激光通信终端中的光源(Light source )主要分为半导体激光器LD (Laser Diode)和发光二极管LED (Light Emitting Diode )，其中LD多采用砷化镓二极管 (GaAs Laser Diode)，接收器主要采用 PIN(Positive Intrinsic Negative Diode)或 APD (Avalanche photodiode)或波导型 PIN 光探测器(WG-PIN-PD)。在光通信中。光耦合是一个重要的指标。光耦合，就是把把光从一个物件有效转移到另一个物件中的过程。如光从激光器到光纤的耦合、光纤到接收器的耦合、一根光纤到另一根光纤的耦合。为了提高光转移的有效性，在两个物件之间常常还有其它物件，如球透镜、光准直器、柱透镜、增透膜等。束散角也是光通信中的重要指标。因为虽然激光的方向性极好，但一束光线中的每条光线之间不可能完全平行，存在的这个角就是束散角。束散角是无法完全消除的。由于束散角的存在，激光在向前传播过程中，向外发散，使光束半径不断扩大。因此，激光束散角是评价激光质量的一个重要参数。束散角不仅反映了远距离传输时的发散特性，并且能较为精确评估出相关激光仪器的品质及激光的传输质量。在许多应用领域，都要求激光的远场发散角小，高斯光束发散角的减小能有效利用激光能量，使光束达到良好的方向性和高亮度，降低系统发射功率和接收灵敏度等方面的要求，增大通信距离。激光发射光学系统，既要满足不同芯径、不同光纤数值孔径、大功率、高亮度的光纤耦合激光输出，还要根据不同系统的不同要求设置不同的束散角，传统激光发射光学系统很难同时满足这两个条件。传统激光发射光学系统即便同时满足了要求，也是针对特定波长激光、特定光纤芯径、特定束散角的专用系统，无法转换以适应不同的光纤和束散角， 使得激光发射光学系统的设计、制造一直陷于高成本和低效率的怪圈中。
实用新型内容针对以上技术问题，本实用新型提供了一种易于与激光-光纤组耦合、束散角可调激光发射光学系统。所述光学系统包括光源、传光束光纤、转像系统和发射望远镜系统， 所述转像系统一端包括扩束准直镜，转像系统其另一端的扩束准直镜即为所述发射望远镜系统的目镜，转像系统和发射望远镜系统通过目镜连接，所述发射望远镜系统还包括物镜，从光源引出的传光束光纤与转像系统耦合；工作时，光线由光源发出后，经传光束光纤进入转像系统，光线经转像系统扩束准直、变倍后，经发射望远镜系统后脱离发射端。所述光学系统还包括倾斜镜、分光镜、衰减片组件、接收光学系统、接收器、精确指向监测光学系统和探测器；倾斜镜位于转像系统中；分光镜位于倾斜镜、转像镜、衰减片组件、接收光学系统之间；工作时，光线由光源发出后，经倾斜镜反射，一部分光经分光镜反射的光经转像系统扩束准直、变倍后，经发射望远镜系统后脱离发射端，经分光镜透射的另一部分光经衰减片组件、精确指向监测光学系统后落入探测器；接收信号时，入射光从发射望远镜系统进入目镜，经分光镜透射后，经接收光学系统落入接收器。传光束光纤为单模光纤或者多模光纤；为单模光纤时，其纤芯直径小于ΙΟμπι，其光纤数值孔径NA的范围在0. 11到0. 31之间；为多模光纤时，其纤芯直径为50μπι到Imm, 其光纤数值孔径NA的范围在0.18到0.23之间。所述光学系统束散角大于1 μ rad。倾斜镜的摆动幅度在士 2mrad之间。实际应用中，光纤数值孔径影响扩束准直镜视场和相对孔径的大小。光束经转像系统所成的纤径像Φ’取决于转像系统的转像倍率关系，转像倍率可以是1:1，也可以是其他比率，所以纤径像Φ’可以大于、等于、小于纤径Φ。束散角大小也影响扩束准直镜视场大小。发射望远镜目镜参数随着扩束准直镜参数而决定，发射望远镜物镜相对孔径等于目镜即扩束准直镜的相对孔径。目标激光发射系统给出束散角、光纤纤径、光纤数值孔径后，就可以计算出光学系统物镜的焦距和通光口径等重要参数。例如一个发射系统束散角为θ = 士 150urad，光纤纤径d=0. 05mm，光纤数值孔径 NA=O. 22，物镜的口径与焦距值计算如下
权利要求1.一种易于与激光-光纤组耦合、束散角可调激光发射光学系统，其特征在于所述光学系统包括光源(1)、传光束光纤(2)、转像系统(3)和发射望远镜系统(4)，所述转像系统 (3)—端包括扩束准直镜(5)，转像系统(3)其另一端的扩束准直镜即为所述发射望远镜系统(4)的目镜(6)，转像系统(3)和发射望远镜系统(4)通过目镜(6)连接，所述发射望远镜系统(4)还包括物镜(7)，从光源(1)引出的传光束光纤(2)与转像系统(3)耦合；工作时， 光线由光源(1)发出后，经传光束光纤(2)进入转像系统(3)，光线经转像系统(3)扩束准直、变倍后，经发射望远镜系统(4)后脱离发射端。
2.如权利要求1所述的易于与激光-光纤组耦合、束散角可调激光发射光学系统，其特征在于所述光学系统还包括倾斜镜(8)、分光镜(9)、衰减片组件(10)、接收光学系统(11)、接收器(12)、精确指向监测光学系统(13)和探测器(14)；倾斜镜(8)位于转像系统 (3)中；分光镜(9)位于倾斜镜(8)、转像镜(6)、衰减片组件(10)、接收光学系统(11)之间； 工作时，光线由光源(1)发出后，经倾斜镜(8)反射，一部分光经分光镜(9)反射的光经转像系统(3)扩束准直、变倍后，经发射望远镜系统(4)后脱离发射端，经分光镜(9)透射的另一部分光经衰减片组件(10)、精确指向监测光学系统(13)后落入探测器(14)；接收信号时， 入射光从发射望远镜系统(4)进入目镜(6)，经分光镜(9)透射后，经接收光学系统(11)落入接收器(12)。
3.如权利要求2所述的易于与激光-光纤组耦合、束散角可调激光发射光学系统，其特征在于传光束光纤(2)为单模光纤或者多模光纤；为单模光纤时，其纤芯直径小于ΙΟμπι， 其光纤数值孔径NA的范围在0. 11到0.31之间；为多模光纤时，其纤芯直径为50μπι到 1mm，其光纤数值孔径NA的范围在0. 18到0. 23之间。
4.如权利要求3所述的易于与激光-光纤组耦合、束散角可调激光发射光学系统，其特征在于所述光学系统束散角大于1 μ rad。
5.如权利要求4所述的易于与激光-光纤组耦合、束散角可调激光发射光学系统，其特征在于倾斜镜(8)的摆动幅度在士2mrad之间。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的易于与激光-光纤组耦合、束散角可调激光发射光学系统，其特征在于光源(1)类型包括半导体激光器LD (Laser Diode)、发光二极管LED (Light Emitting Diode )、YAG激光器和ASE (放大自发辐射)光源，接收器(12)^3^1 PIN(Positive Intrinsic Negative Diode) >APD (Avalanche photodiode)、 波导型PIN光探测器(WG-PIN-PD)、面阵(XD、面阵CMOS感光器件，探测器(14)类型包括 PIN(Positive Intrinsic Negative Diode) > APD (Avalanche photodiode)PIN 7 探测器(WG-PIN-PD)、面阵CCD、面阵CMOS感光器件。
专利摘要本实用新型为一种易于与激光-光纤组耦合、束散角可调的激光发射光学系统。所述光学系统包括光源、传光束光纤、转像系统和发射望远镜系统。所述转像系统一端包括连接传光束光纤的扩束准直镜，转像系统其另一端的扩束准直镜即为所述发射望远镜系统的目镜，转像系统和发射望远镜系统通过目镜连接，所述发射望远镜系统还包括物镜，从光源引出的传光束光纤与转像系统耦合。该系统既易于与激光-光纤组耦合，又可根据束散角要求进行调整，达到了现有系统无法实现的技术效果。
文档编号H04B10/12GK202182974SQ20112021775
公开日2012年4月4日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者周子元, 周必方, 孙权, 朱晓兵, 蒋筱如 申请人:南京英田光学工程有限公司, 周子元, 周必方