[发明专利]一种用于积分视场单元的自聚焦光纤阵列

说明书

一种用于积分视场单元的自聚焦光纤阵列，属于天文光子学领域。本发明结构包括渐变折射率光纤、阶跃式光纤、石英夹具，渐变折射率光纤与阶跃式光纤熔接构成自聚焦光纤，熔接点位于渐变折射率光纤光线交点处即自聚焦光光纤的1/4节距处，并且错排逐层排布形成光纤阵列。本发明的自聚焦光纤阵列通过光纤自身的自聚焦效果对光信息进行收集，不存在着光无法耦合到光纤芯，进而无法传输的问题，通过这种结构，既能降低工艺难度，避免对准微透镜和光纤阵列的复杂操作，又能增加光信息的收集能力。

技术领域

本发明属于天文光子学领域，具体涉及一种用于积分视场单元的自聚焦光纤阵列。

背景技术

积分视场单元(IFU)的功能是将二维视场中展源目标进行采样，然后把每一个采样单元的能量送入光谱仪，通过单次曝光同时获得展源的三维信息(空间域x,y和光谱域λ)。随着望远镜口径的增加和自适应光学技术的应用，目前国内外应用的IFU多是使用微透镜加光纤束结构与光纤束结构两种。

微透镜阵列与光纤束结构的积分视场单元利用一组微透镜阵把原视场分割成若干个单元，而后在每一个微透镜后面接一根光纤，经过光缆传输后，将出射光纤按照预定顺序排列在光谱仪的狭缝处。但在微透镜阵列与光纤束结构存在着微透镜与光纤阵列对准困难的问题，由于光纤纤芯直径往往是微米量级，一旦微透镜阵列与光纤阵列对准发生偏移会导致光的耦合效率下降，影响光谱图像的完整性。

光纤束结构是指将光纤密集排布形成光纤阵列用以接收光谱信息。使用光纤束的结构可以降低工艺难度，但这种结构的光纤阵列填充系数较低，光信息会出现缺失现象。只有被光纤纤芯接收的光才能被光纤传输，但光纤的包层是光纤不可缺少的结构。光纤束结构中光纤的包层厚度以及光纤之间的间隙都会导致能量传输效率降低及光信息的缺失。光纤束的填充率可以通过提高光纤纤芯尺寸增加，但过高的芯包比会导致积分视场单元的狭缝端出射光场的混光现象严重，而导致整体积分视场单元光谱分析困难。综上所述，光纤束结构对于某些要求信息完整且高效率传输的系统是无法使用的。

目前国内外在实现自聚焦光纤阵列时中国专利(CN104796631A)中是一种自聚焦光纤线性阵列，但在该专利中使用自聚焦光纤制作的线阵结构进行光信息的传输，实现相机成像结构。但是该专利内光纤仅形成了线阵，未形成M*N(M、N为整数)的二维面阵，在接收面阵信息时需要扫描输入。在本专利是用于天文望远镜的大型积分视场单元，是使用面阵作为接收面，通过面阵的结构相对于线阵的扫描接收模式可以更加高效地传输光信息。中国专利(CN10672838A)是一种用于激光雷达的分光耦合装置。在该专利里使用了光纤阵列与自聚焦透镜结构的组合装置，在该专利中聚焦透镜作为光纤准直器的主要成分，将光纤固定在透镜的焦点上以达到聚焦效果，再将光纤准直器制作成阵列实现阵列式光纤传输。本专利是将渐变折射率光纤与阶跃式光纤连接制作为组合光纤，由于两种光纤外径相同，易于进行熔接，工艺简单。运用这种方式可以减少工艺难度，增加光纤纤芯填充率，所以本专利的自聚焦光纤阵列结构更具有优势。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于积分视场单元的自聚焦光纤阵列。

为实现上述目的，一种用于积分视场单元的自聚焦光纤阵列，其结构包括渐变折射率光纤10、阶跃式光纤20、石英夹具，所述渐变折射率光纤10与所述阶跃式光纤20熔接构成自聚焦光纤，熔接点位于渐变折射率光纤10光线交点处即自聚焦光光纤的1/4节距处，并且错排逐层排布形成光纤阵列。

所述的光纤阵列以M×N形式固定在所述石英夹具上，其中M为行数，N为列数，且所述熔接点固定于石英夹具内。

所述渐变折射率光纤10与所述阶跃式光纤20在熔接过程中，端面正对，没有偏移，光纤芯中心重合。

所述光纤阵列在所述石英夹具内以横向分层形式固定，纵向错排堆叠，形成光纤阵列基板。

所述光纤阵列的表面光滑无毛刺，所述渐变折射率光纤10与所述阶跃式光纤20的端面光滑，光进入纤芯时不产生散射。