(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710058784.7
(22)申请日 2017.01.23
(71)申请人 湖北大学
地址 430062 湖北省武汉市武昌区友谊大
道368号
(72)发明人 赵江 李岳彬 王文峰
(74)专利代理机构 武汉开元知识产权代理有限
公司 42104
代理人 黄行军 刘琳
(51)Int.Cl.
G02B 27/09(2006.01)
G02B 6/02(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了用于侧壁输出环状光斑的光
纤，空心光纤的后端与传导光纤的前端熔接，空
心光纤沿轴向设有通孔，通孔的前端设置有前锥
面，后端设置有后锥面，前锥面与空心光纤同轴，
锥角朝左，锥底朝右，后锥面与空心光纤同轴，锥
角朝左，锥底朝右，后锥面的锥角与传导光纤的
输出端对接。本发明可以有效控制光纤中传输激
光从侧壁输出。从侧壁输出的激光强度均匀，不
随工作介质区的折射率变化，而且输出环状光斑
的发散角可控，具有结构简单、适用性广、可靠性
高的特点。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 106646897 A 2017.05.10
C N 106646897
A
1.用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，包括同轴设置的空心光纤(2)和传导光纤
(1)，其特征在于：所述空心光纤(2)的后端与传导光纤(1)的前端熔接，所述空心光纤(2)沿轴向设有通孔，所述通孔的前端设置有前锥面(4)，后端设置有后锥面(7)，所述前锥面(4)与空心光纤(2)同轴，锥角朝左，锥底朝右，所述后锥面(7)与空心光纤(2)同轴，锥角朝左，锥底朝右，所述后锥面(7)的锥角与传导光纤(1)的输出端对接。
2.根据权利要求1所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述空心光纤(2)外部设置有其保护作用的毛细套管(3)，所述毛细套管(3)将空心光纤(2)包覆于内腔中。
3.根据权利要求1或2所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述传导光纤(1)为多模光纤或者单模光纤，所述传导光纤(1)的后端为光纤接头或者所述传导光纤(1)的后端与激光源的输出尾纤熔接。
4.根据权利要求3所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述空心光纤(2)的长度L小于d*n/NA，其中，d、n为分别为所述空心光纤(2)的外径和折射率，NA为所述传导光纤(1)的数值孔径。
5.根据权利要求1所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述前锥面(4)的锥面为圆锥面。
6.根据权利要求1所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述前锥面(4)的锥面为外凸或者内凹的圆锥面。
7.根据权利要求2所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述毛细套管(3)的内径大于空心光纤(2)，所述毛细套管(3)的套管前端(5)封闭，套管末端(6)通过连接材料(8)与传导光纤(1)连接，所述连接材料(8)为固化的紫外胶或者熔接得到的SiO 2。
8.根据权利要求7所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述套管前端(5)为锥状或者半球状，通过熔接获得。
9.根据权利要求5或者6所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述前锥面(4)的锥角小于π-2*asin(1/n)，其中n为所述空心光纤(2)的折射率。
10.根据权利要求4所述的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，其特征在于：所述空心光纤(2)的材料为石英，折射率与所述传导光纤(1)的纤芯折射率相同。
权 利 要 求 书1/1页CN 106646897 A
用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构
技术领域
[0001]本发明涉及光纤技术领域，具体地指一种用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构。
背景技术
[0002]随着社会的发展人们生活水平的提高，由于摄入高脂肪和高蛋白食品，血栓、静脉曲张等血液和
血管疾病也容易产生。采用光纤导入的激光可以通过光热、烧蚀或汽化等方法有效这些疾病。但在过程中，一般需要利用环状光斑实现对血管内壁的照明以确定血管中的病灶位置。若需要大面积直接也可采用大功率的环状激光光斑。另外，在一些细微管道的内壁清洗或修复等应用领域也需要对管壁进行照明或采用高能脉冲激光进行清洗。因此，对光纤输出的环状光斑也有一定需求。
[0003]目前，通过光纤获得环状光斑主要有偏心耦合少模光纤、光纤锥等方法。尽管这两种方法都可以获得环状光斑，但一般得到的环状光斑并非侧面输出而是在光纤端面输出且发散，发散角受光纤数值孔径的影响。另外，偏心耦合存在损耗大，光纤弯曲也容易影响环状光斑的均匀性等问题。光纤锥的方法是通过光纤锥将光纤基模耦合进包层获得环状光斑，但这种方法光纤锥区直径小，机械强度低，而且获得的光斑形状也容易受到工作区液体折射率的影响。因此，二者均并未获得广泛应用。
发明内容
[0004]针对上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，可以有效控制光纤中传输激光从侧壁输出。从侧壁输出的激光强度均匀，不随工作介质区的折射率变化，而且输出环状光斑的发散角可控，具有结构简单、适用性广、可靠性高的特点。
[0005]为实现上述目的，本发明所设计的用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，包括同轴设置的空心光纤和传导光纤，其特殊之处在于，所述空心光纤的后端与传导光纤的前端熔接，所述空心光纤沿轴向
设有通孔，所述通孔的前端设置有前锥面，后端设置有后锥面，所述前锥面与空心光纤同轴，锥角朝左，锥底朝右，所述后锥面与空心光纤同轴，锥角朝左，锥底朝右，所述后锥面的锥角与传导光纤的输出端对接。
[0006]进一步地，所述空心光纤外部设置有起保护作用的毛细套管，所述毛细套管将空心光纤包覆于内腔中。毛细套管的长度大于空心光纤的长度，用以隔离空心光纤和外界环境，实现对光纤锥的保护。
[0007]更进一步地，所述传导光纤为多模光纤或者单模光纤，材料为熔石英，包括纤芯、包层及涂覆层，主要起到传导激光的作用。所述传导光纤的后端设置有光纤接头或者所述传导光纤的后端与激光源的输出尾纤熔接。
[0008]更进一步地，所述空心光纤的材料为石英，折射率与所述传导光纤的纤芯折射率相同。所述空心光纤的长度L小于d*n/NA，其中，d、n为分别为所述空心光纤的外径和折射
率，NA为所述传导光纤的数值孔径。
[0009]更进一步地，所述前锥面的锥角小于π-2*asin(1/n)，其中n为所述空心光纤的折射率。保证空心光纤中的激光被内锥面全反射，并从空心光纤输出。所述前锥面的面型为圆锥面或者外凸、内凹的圆锥面。可以根据需求控制从空心光纤输出的激光发散角，凸面的光纤锥可以实现对输出环状光束的准直或聚焦。
[0010]更进一步地，所述毛细套管的内径大于空心光纤，所述毛细套管的套管前端封闭，套管末端通过连接材料与传导光纤连接，所述连接材料为固化的紫外胶或者熔接得到的SiO2。所述毛细套管的套管末端为锥状或者半球状，通过熔接获得，方便导入微细管道。[0011]与现有技术相比，本发明由于采用了空心光纤锥结构，获得侧壁输出环状光斑，并方便控制环状光斑的发散角。空心光纤的引入可高效均匀分离入射激光，获得强度分布均匀的环状光斑。毛细套管能够对空心光纤进行保护并与工作区介质隔离，保证输出光斑的稳定性和可靠性。本发明的探针结构具有结构简单、适用性广、可靠性高等特点。
附图说明
[0012]图1为本发明的剖视结构示意图。
[0013]图2为图1中前锥面的锥面为平面的工作示意图。
[0014]图3为图1中前锥面的锥面为凸面的工作示意图。
[0015]图中：传导光纤1，空心光纤2，毛细套管3，前锥面4，套管前端5，套管末端6，后锥面7，连接材料8。
具体实施方式
[0016]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0017]如图1～图3所示，本发明一种用于侧壁输出环状光斑的光纤探针结构，包括同心设置的空心光纤2和传导光纤1。空心光纤2的后端朝左，与传导光纤1的前端熔接，空心光纤2的前端朝右，设置有开口向内缩紧的前锥面4。空心光纤2的内腔中部熔接形成后锥面7，后锥面7锥角朝向传导光纤1的前端面，后锥面7的锥底位于前锥面4的底部。空心光纤2外部设置有毛细套管3，毛细套管3将空心光纤2包覆于内腔中，从传导光纤1内腔输入的激光束经前锥面4反射形成环状光束沿毛细套管3径向向外辐射。
[0018]包括同轴设置的空心光纤2和传导光纤1。空心光纤2的后端与传导光纤1的前端熔接。空心光纤2沿轴向设有通孔，通孔的前端设置有前锥面4，后端设置有后锥面7。前锥面4与空心光纤2同轴，锥角朝左，锥底朝右。后锥面7与空心光纤2同轴，锥角朝左，锥底朝右。后锥面7的锥角与传导光纤1的输出端对接。空心光纤2外部设置有其保护作用的毛细套管3，毛细套管3将空心光纤2包覆于内腔中。毛细套管3用以隔离空心光纤2和外界环境，毛细套管3的长度大于空心光纤2的长度，实现对光纤探针结构的保护。毛细套管3的内径大于空心光纤2，毛细套管3与空心光纤2之间留有空隙。毛细套管3的套管前端5封闭。套管前端5为半球状密封结构，方便导入微细管道。套管末端6通过连接材料8与传导光纤1连接，连接材料8既可以采用紫外胶，也可以采用熔接得到的SiO2。
[0019]传导光纤1为普通商用单模或多模光纤，主要起到传导激光的作用，其前端为空心光纤2的光纤探针结构，后端可制作各种接头，也可以直接与激光源的输出尾纤熔接在一
起。空心光纤2的材料为石英，折射率与传导光纤1的纤芯折射率相同或者相近。空心光纤2的光纤长度为L，内径为φ，长度L应小于d*n/NA。其中，d和n为空心光纤2的外径和折射率，NA为传导光纤1的数值孔径。空心光纤2前端设置的前锥面4可以保证空心光纤2中的激光被内锥面全反射，并通过毛细套管3输出。前锥面4的圆锥面可以是平面，也可以是凸面，分别如图2和图3所示；凸面的光纤锥可以实现对输出环状光束的准直或聚焦。
[0020]本发明的工作过程为：从外部注入传导光纤1的激光在空心光纤2的后端被空心光纤2中的后锥面7分离成均匀分布的环状模式。这种环状模式的激光再被空心光纤2前端的前锥面4反射，经毛细套管3辐射出来，形成环状光斑。辐射出来的环状光斑的尺寸由前锥面4的弧面决定。
[0021]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。
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