[发明专利]一种大视场高效率光纤耦合系统

说明书

本发明属于光学镜头设计技术领域，尤其涉及一种大视场高效率光纤耦合系统，所述的大视场是指镜头视场角不小于100mrad，高效率是指镜头的光学透过率不小于90％。本方法可解决现有光纤耦合器产品受光纤数值口径角约束而视场受限问题，可用于光纤接口的探测器，如单光子探测器等高带宽、小感光面的探测器，将大幅提升现有系统的视场角、灵敏度和探测效率，从而提升成像性能，在量子成像、单像素成像和计算成像等领域应用前景广阔。

技术领域

本发明属于光学镜头设计技术领域，尤其涉及一种大视场高效率光纤耦合系统，所述的大视场是指镜头视场角不小于100mrad，高效率是指镜头的光学透过率不小于90％。

背景技术

光纤耦合镜头设计技术已非常成熟，特别是在光高率光纤耦合器方面已有成熟解决方案，国内外包括Tholabs、Newport，北京大恒光电、北京世纪茂丰等企业均已有货架产品。现有光纤耦合镜头均根据光纤纤芯的数值孔径NA进行高耦合效率的设计，但耦合的视场角较小，通常光纤NA＝0.22，所能设计的耦合镜头视场角一般不超过2mrad，实际上耦合镜头与光纤的NA值匹配得越好得到的耦合效率越高，这限制了光纤耦合器的视场角。

随新体制的探测技术的发展，逐步涌现出对大视场高效率光纤耦合系统的需求，例如，在量子成像、单像素成像和计算成像方面，一方面需用高带宽和高灵敏的探测器，所述的该类探测器90％均采用光纤耦合，另一方面需对较大视场内的目标进行直接探测，视场角需要达到100mrad左右，对于所述的此类能量探测器，现有产品设计的耦合方式视场角一般不超过2mrad，已无法满足新的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大视场高效率光纤耦合系统，通过在现有光纤准直器镜头组前端放置扩散片，将原视场外光线散射进入现视场从而增大接收视场角，在扩散片前端加入大于光纤准直器口径的透镜组接收汇集更大区域的光能，实现大视场高效率的光纤耦合，本发明的方法可解决现有光纤耦合器产品受光纤数值口径角约束而视场受限问题，可用于光纤接口的探测器，如单光子探测器等高带宽、小感光面的探测器，将大幅提升现有系统的视场角、灵敏度和探测效率，从而提升成像性能，在量子成像、单像素成像和计算成像等领域应用前景广阔。

本发明的解决方案是：

一种大视场高效率光纤耦合系统，该光纤耦合系统包括镜头组、扩散片和光纤耦合镜头；

所述的镜头组采用非球面透镜设计，镜头组包括多片透镜，镜头组用于对光束进行聚焦；

扩散片放置在镜头组的等效焦面处；

扩散片材料为聚碳酸酯基底涂树脂材料；

光纤耦合镜头的光学口径与镜头组产生的光斑直径相等；

光纤耦合镜头紧靠扩散片放置；

镜头组、扩散片和光纤耦合镜头的几何中心在同一光轴上；

所述的镜头组的透镜参数、材料、镀膜和工作波段根据需求由光学设计来决定，镜头组用于将设定视场角内的光能量汇集形成焦斑，焦斑位置为镜头组的等效焦面上最小光斑位置，焦斑位置放置扩散片，入射光束经扩散片将发生定向散射，定向散射的光束被光纤耦合镜头接收，接收后的光将再次汇聚在光纤耦合镜头的尾端接口，光纤耦合镜头的尾端接口为FC、SC或者SMA等通用光纤接口，通过通用光纤接口接入的光将耦合进入光纤，用于光电探测。

本发明与现有技术相比优点在于：

(1)在本发明中，在现有光纤耦合器基础上引入扩散片，具有散射光的特性和重量轻、厚度薄等特点，扩大了进入光纤耦合器光线的角度，增加了整个耦合镜头收集能量的范围。

(2)在本发明中，扩散片前放置接收镜头组用于汇集大视场光能量，提升集光能力，光纤耦合镜头用于高效将扩散片散射光汇聚到光纤，两组镜头组加扩散片的方式在提升接收视场的同时也保证有高耦合效率。