[发明专利]一种小型多模光源

说明书

本发明公开了一种小型多模光源，具体涉及多模光源技术领域。小型多模光源采用LED光源，具有光谱范围宽，能够满足满注入条件中光谱宽的特性，此外设计了基于球面透镜加大数值孔径光纤跳线的光源聚焦方案，在LED光源的研制过程中，通过计算光源的发散角和传输距离，将光源的光斑尺寸控制在300μm附近，然后采用N‑BK系列的球透镜，通过理论推导和数学计算，将经由球面透镜汇聚的光斑耦合到光纤跳线上，以将球面透镜集成到光源模块内部，实现多模“满注入”光源的光纤输出。

技术领域

本发明涉及多模光源技术领域，具体涉及一种小型多模光源。

背景技术

数值孔径是表征多模光纤集光能力的特性参数，是表征光纤是否易于被激发，以及这根光纤与光源或别的光纤之间耦合的难易程度。数值孔径量值的大小及其允差范围和光纤的微弯损耗、连接损耗、衰减温度特性及传输带宽等传输特性参数密切相关。因此在光纤的研制生产应用、光纤的成缆、光缆的敷设、施工接续等实际应用中，都需要对数值孔径进行精确测量。目前对光纤数值孔径测量的基准测量方法是远场扫描法：光源通过光耦合器件注入到长约2米的光纤样品中，探测器在光纤的远场衍射区内对光纤端面的衍射光强分布进行测试。探测器测出被测光纤远场光强随光纤到探测器的半张角θ的分布关系P(θ)，则远场强度分布最大值P(0)的5％所对应的远场角正弦值即为光纤的有效数值孔径NA_Peff。但相比于模场直径，数值孔径还对光源的性能提出了额外要求-测试光源满足“满注入”条件。因为在不同的激励条件下，多模光纤中的传播模式也不同，只有当光纤中所有可传播模式都存在，且能量分布比例处于稳态时，光纤的远场辐射图才是稳定的，只有根据这种远场辐射图测量出的数值孔径才能准确反映光纤的集光能力。

所谓“满注入”条件就是：1)要求注入多模光纤的光源的数值孔径要大于被测光纤的数值孔径(单模光纤数值孔径典型值0.11，多模光纤的数值孔径典型值0.20)，因此光纤远场扫描仪研制过程中，多模光源的数值孔径至少要在0.3以上；2)注入光纤的光强要足够强，才能激励起多模光纤的不同模式，从而达到能量的稳态分布；3)要求光源的带宽足够宽，满足不同谱线下光强的稳态分布。综合上述条件，“满注入”条件即要求光源能量大、光谱宽、数值孔径大的特点。

目前满足“满注入”条件的光源主要是采用空间光模式，系统组成如图1所示，光源一般采用633nm的He-Ne激光器、SLD光源或基于白炽灯的白光光源。由光源输出的空间光经由聚焦透镜组汇聚成光斑注入到被测光纤，其特点是汇聚后光源的数值孔径和聚焦透镜组的数值孔径密切相关。然后经由大透镜聚焦到被测光纤上激发光纤所有模式，实现光源的满注入输出。该方法的优点是方案成熟，经过透镜聚焦的光源的数值孔径具有较大的扩展性，可以拓展到0.75。但该方案存在两个方面的缺点：1)透镜的尺寸较大，所使用的He-Ne激光器、SLD光源或基于白炽灯白光光源难以集成到光纤远场扫描仪整机内部；2)需要额外配置斩波器，以实现“满注入”光源和锁相放大器的同步调制。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种采用球面透镜，可以将球面透镜集成到光源内部，有效减小光源模块的结构尺寸，并且能够将空间光聚焦到光纤跳线上，实现光源的光纤输出的小型多模光源。

本发明具体采用如下技术方案：

一种小型多模光源，包括光源模块，所述光源模块设有球面透镜和光纤跳线，输入光源作用于球面透镜汇聚成光斑，光斑耦合到光纤跳线上，球面透镜和光纤跳线之间的位置EEL采用式(1)得出，

其中，D为球透镜的直径，n为球透镜的折射率；

根据式(2)得出球透镜的有效焦距BFL，

结合式(1)和式(2)，通过式(3)计算出数值孔径：

其中，d为光斑尺寸。