[发明专利]一种耦合透镜及其系统

说明书

本发明公开了一种耦合透镜，包括进光端面和出光端面，所述进光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行扩束的扩束曲面，所述出光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行耦合的耦合曲面。还公开一种耦合透镜系统，包括激光光源、耦合透镜以及传输光纤，所述耦合透镜位于所述激光光源和所述传输光纤之间且更靠近于所述传输光纤设置，耦合透镜为上文所述的耦合透镜，能够使得所述激光光源发出的不同角度的光线经所述耦合透镜耦合进入所述传输光纤。本发明能够兼容较多光源，对光源出光发散角度要求不高，同时具备扩束和耦合功能，耦合效果好。

技术领域

本发明涉及光处理技术领域，尤其涉及一种耦合透镜及其系统。

背景技术

在光通信领域，已知的是使用光学透镜用于激光器二极管与光纤之间的光耦合。光学透镜可以用具有低光耦合效率的便宜的球面透镜和具有高光耦合效率的非球面透镜作为实例。目前，光纤通信已经基本成熟，而将光纤导光应用于照明则是光纤导光技术的一个新发展方向。光纤导光照明是一种光电分离的导光照明方式，光纤导光照明输出端没有任何电气设备，因此在具有火险、爆炸性气体的场所，它是一个安全性较高的光源，在安全照明和特殊照明中具有重要地位，与光纤通信一样，光纤导光照明应用同样需要使用到光学透镜。

现有光纤导光照明在一些小功率的装饰照明、信号灯和内窥镜中得到较多的应用，效果呈现主要依赖于光学透镜的光处理，如公开号为CN108692293A的发明专利公开了“一种LED自由曲面透镜”，所述透镜由若干第一反射面和若干第二折射面组成；所述第一反射面设置于所述透镜的底部，所述第二折射面相对所述第一反射面设置于所述透镜的顶部，所述第一反射面围设形成反射面空腔，所述第二折射面围设形成折射面空腔，所述反射面空腔与所述折射面空腔形成透镜空腔。所述透镜空腔的内表面为半球面；所述第二折射面外表面光滑设置；所述第二折射面横截面积从下至上逐渐减小设置。该LED自由曲面透镜，能够实现远近场三花瓣形的限定光型的均匀照明，并且有较高的效率和均匀性。又如公告号为CN206563193U的发明专利公开了“一种光纤式激光白光照明装置”，并具体公开了装置包括红绿蓝三色激光光源、透镜耦合系统、光纤或光纤束、灯座和灯头；其中，红绿蓝三色激光光源包括红色半导体激光器、绿色半导体激光器和蓝色半导体激光器；红色半导体激光器发出的红色激光、绿色半导体激光器发出的绿色激光和蓝色半导体激光器发出的蓝色激光经过透镜耦合系统聚光后，通过光纤或光纤束传输到灯座，再经过灯头混光后形成白光照明输出。

目前，光纤导光通信或照明的光耦合系统中用到的耦合效果较好的光学透镜多半是三透镜组合结构，其主要是用平凹透镜实现扩散作用，用凸平透镜实现准直作用，通过平凹和凸平透镜对慢轴进行扩束来缩小发散角偏差，再通过非球面透镜使激光会聚。

目前，三透镜组合结构的应用中主要存在以下问题：

1.透镜表面一般以球面居多，容易造成不同角度的光线汇聚于一点，单点能量太高容易造成光纤烧熔；

2.透镜均采用球面镜及传统成像凸透镜，对半导体激光器出光发散角有较高要求；

3.封装复杂，需要对准每个透镜，点胶固定，人力物力消耗大，封装复杂且成本高；

4.透镜功能单一，耦合效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够兼容较多光源，对光源出光发散角度要求不高，同时具备扩束和耦合功能，耦合效果好的耦合透镜及其系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种耦合透镜，包括进光端面和出光端面，所述进光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行扩束的扩束曲面，所述出光端面为利用双锥面法设计成型的能够实现对入射光线进行耦合的耦合曲面。

进一步地，所述扩束曲面和所述耦合曲面满足非成像光学方法和下述方程组：