CN101644795B - N型光纤耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于荧光测量***和光纤传感***的“N型光纤耦合器”。N型光纤耦合器的结构如图1所示，它可以用单模或多模单丝光纤制作，也可以用多丝光学纤维制作。其特点是两个耦合端：当此光纤耦合器用单丝光纤制作时，由1、2、3三根单丝光纤组成，单丝光纤1和2的一头耦合成耦合端A，单丝光纤2的另一头和3的一头耦合成耦合端B；可以利用通常的Y型光纤耦合器和X型光纤耦合器制造工艺来完成上述耦合；当此光纤耦合器用多丝光学纤维制作时，则可由1、2、3三束光学纤维丝按需要的束径比制成。N型光纤耦合器特别适用于“顶部激发、顶部接收”的荧光测量***；应用N型光纤耦合器的荧光测量***的优点是可实现对激发光、荧光信号和光源强度监测三路光信号的同步传输。

Description

N型光纤耦合器

所属技术领域

本发明专利属於光学技术中的光纤无源耦合器件领域，还涉及应用本发明的一种荧光测量技术。

背景技术

光纤耦合器是实现光信号分路/合路的功能器件。具有两种形式：

1)Y型光纤耦合器，即树形耦合器。由一端输入的光可用它加以等分为二，所以有时简称为1×2耦合器；其变种为树形耦合器(1×N，N＞2)。

2)X型光纤耦合器，即星形耦合器。有时简称为2×2耦合器；其变种为N×N星形耦合器(N＞2)。

单丝光纤(包括多模光纤与单模光纤)及多丝光学纤维均可制成X型和Y型光纤耦合器。光纤耦合器尤其是Y型光纤耦合器不仅在光纤通信***中有着重要应用，而且在光纤传感技术，光学测量技术以及光学光谱技术中都有着重要的应用。本发明专利“N型光纤耦合器”主要是针对其在传感技术，光学测量技术以及光学光谱技术中的应用而提出的。

在传感技术、光学测量技术以及光学光谱技术中Y型光纤耦合器的一个典型应用例子是一种“顶部激发、顶部接收”的光纤荧光测量***，该***如图1所示。激发光源1发出的激发光经激发透镜2、3及激发光滤光片4后，入射到Y型光纤耦合器5的第一个根光纤束的一端、然后从此光纤束另一端(它是此光纤束和第二根光纤束耦合在一起的“耦合端”)出射并通过光纤透镜6对样品7进行激发，所产生的荧光被光纤透镜5和Y型光纤耦合器的“耦合端”接收而由第二根光纤束的另一端出射，经荧光滤光片8和荧光透镜9后由光电接受器10进行探测。这个***存在一个重要缺陷是：没能监测激发光源光强稳定性，或者说，没法取出光源的光强信号作为反馈信号以实现对光源的强度控制。为克服此缺陷，就必须另设计一个光路从光源采光进行监测。这也就是说，应用Y型光纤耦合器不能同时完成激发光、荧光信号接收和光源强度监测三路光信号的传输。

发明内容

为了克服现有的Y型光纤耦合器，X型光纤耦合器在传感技术，光学测量技术以及光学光谱技术中应用时不能同时对激发光、荧光信号接收和光源强度监测三路光信号的传输这一困难，本专利发明的一种N型光纤耦合器(如图2所示)就可同时实现对光源激发、荧光信号接收和光源强度监测三路光信号的传输。和现有的Y型光纤耦合器，X型光纤耦合器相似，本发明的光纤耦合器因其外形酷似“N”字，故取名“N型光纤耦合器”。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：在应用传统的Y型光纤耦合器和X型光纤耦合器制造工艺的基础上，实现N型光纤耦合器的制造。它可以用单丝单模或多模光纤制作，也可以用多丝光学纤维制作。N型光纤耦合器的特点是有两个耦合端。当此光纤耦合器用多丝光学纤维制作时，它由1、2、3三束光纤丝组成，1和2两束光纤的一头均匀排列或按预定形状组合排列固化定型成耦合端A，光纤束2的另一头和光纤束3的一头均匀排列或按预定形状组合排列固化定型成耦合端B；当此光纤耦合器用单丝单模或多模光纤制作时，则由1、2、3三根光纤丝制成，其光纤丝1和光纤丝2的一头耦合成耦合端A及光纤丝2的一头和光纤丝3的一头耦合成耦合端B，其制造工艺和传统的Y型光纤耦合器相同。无论是用单丝单模或多模光纤制作还是用多丝光学纤维制作，它们都具有如下光学特性：当一光束从耦合端A入射后就被光纤束(丝)1和2分成两束光，分别由光纤束(丝)1的另一端和光纤束(丝)2和3的耦合端B出射；同样，当一光束从耦合端B入射就被光纤束(丝)3和2分成两束光，分别由光纤束(丝)3的另一端和光纤束(丝)2和1的耦合端A出射。

本发明专利的有益效果可以从本发明专利提出应用N型光纤耦合器的一种新型的光纤荧光测量***来说明，如图3所示。这个测量***的特点是：当激发光源1发出的光经一组激发透镜2、3和激发光滤光片4后，入射到N型光纤耦合器5的一个耦合端A(即图2中的耦合端A)的光束就被分为两路，一路通过N型光纤耦合器的B端(即图2中的耦合端B)出射后、被物镜7聚焦去激发样品8，另一路激发光则通过图2所示的光纤束(丝)1出射到专为监测光源强度的硅光二极管6上。样品8产生的荧光被物镜7接收耦合入耦合端B，通过由图二所示的光纤束(丝)3后，再通过荧光滤光片9和荧光透镜10出射到光电接收器件11的阴极面上、从而实现对荧光信号进行测量的目的。这一荧光测量***由于应用了本发明专利就实现了对激发光、荧光信号接收和光源强度监测三路光信号的同步传输，因此，这个荧光测量***比之应用Y型光纤耦合器的荧光测量***具有的最大特点是它具有监测激发光强度的功能。当***以此监测数据作为反馈信号对激发光源的电源进行稳定性控制后，将使得整个激发光***处于稳定的光输出状态，从而使得所测得的荧光数据的稳定性获得很大的提高。

附图说明

图1所示是一种应用Y型光纤耦合器实现“顶部激发、顶部接收”的光纤荧光测量***的示意图。图1中，1--激发光源，2、3-激发透镜，4-激发光滤光片，5-Y型光纤耦合器，6-物镜，7-样品，8-荧光滤光片，9-荧光透镜，10-光电接受器件。

图2是本发明专利N型光纤耦合器的结构示意图。其结构特点是光纤束(丝)2的两端分别和光纤束(丝)1和光纤束(丝)3的一端耦合在一起，形成两个耦合端A和B。它可以用单丝单模或多模光纤制作，也可以用多丝光学纤维制作。

图3为应用本发明专利N型光纤耦合器的荧光测量***。图中，1-激发光源，2、3-聚光镜，4-激发光滤光片，5-N型光纤耦合器，6-监测激发光强的光电二极管，7-物镜，8-样品池，9-荧光滤光片，10-接收聚光镜，11-光电接收元件。此光纤荧光测量***的特征是应用了N型光纤耦合器实现同时对激发光、荧光信号和光源强度监测三路光信号的传输。

具体实施方式

1)、对于单丝型的单模或多模N型光纤耦合器其制作方法和Y型光纤耦合器和X型光纤耦合器的制作方法相同。常用烧结式和拼接式两种。烧结式的制作法，是将两根光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用。拼接式结构是将光纤埋入玻璃快中的弧形槽中，在光纤侧面进行研磨抛光，然后将经抛磨的两根光纤拼接在一起，靠透过纤芯和包层界面的消失场长生耦合。这两种制造单丝型的单模或多模Y型光纤耦合器及X型光纤耦合器的制作方法均可用于本发明N型光纤耦合器的制作。

2)对于多丝光学纤维型的N型光纤耦合器其制作方法是取丝径相同、数量按所需的束径比的三束光纤丝1、2和3，将2的两端分别与1、3的一端均匀排列或按所需的分布图案排列后，固化为图1所示的A、B两个端头，同时也固化1、2两束的另两个端头，抛光四个端部的端面后即可按常规进行加工装配而做成多丝型的N型光纤耦合器。如果选用1、2、3三束光学纤维丝的数量不同，还可做成三束1、2、3具有不同束径比的N型光纤耦合器。如果在N型光纤耦合器A、B两端固化前，先把1、2、3、三束光学纤维丝的端头截面固化为某种特定形状，如圆形，矩形等，则可制作出不同设计图案的耦合端面的N型光纤耦合器。

Claims (1)

1.一种N型光纤耦合器，对以单丝单模或多模光纤制作的N型光纤耦合器而言，由三根光学纤维丝组成；第二根光学纤维丝的两端分别和第一根光学纤维丝和第三根光学纤维丝的一端耦合在一起，形成两个耦合端；当一光束从第一根光学纤维丝和第二根光学纤维丝的耦合端的端面入射时，就被分成两束光，分别由第一根光学纤维丝的另一端和第二根光学纤维丝与第三根光学纤维丝的耦合端的端面出射；当一光束从第二根光学纤维丝和第三根光学纤维丝的耦合端的端面入射时，就被分成两束光，分别由第三根光学纤维丝的另一端和第一根光学纤维丝与第二根光学纤维丝的耦合端的端面出射；

对多丝光学纤维制作成的N型光纤耦合器而言，则由三束光学纤维丝组成；第二束光学纤维丝的两端分别和第一束光学纤维丝和第三束光学纤维丝的一端耦合在一起；当一光束从第一束光学纤维丝和第二束光学纤维丝的耦合端的端面入射时，就被分成两束光，分别由第一束光学纤维丝的另一端和第二束光学纤维丝与第三束光学纤维丝的耦合端的端面出射；当一光束从第二束光学纤维丝和第三束光学纤维丝的耦合端的端面入射时，就被分成两束光，分别由第三束光学纤维丝的另一端和第一束光学纤维丝与第二束光学纤维丝的耦合端的端面出射。

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