Способ ввода лазерного излучения в световод и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2748147:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет» (RU)
Группа изобретений относится к волоконно-оптической технике и предназначена для использования в составе источников дистанционного электропитания на базе световодов и других устройств, использующих системы передачи лазерного излучения через световод, в том числе медицинских. Способ ввода лазерного излучения в световод, по которому излучение лазера вводится в световод с помощью расположенного перед световодом блока градиентных стержневых линз, при этом каждая из градиентных стержневых линз соединена с одним из выходов У-ветвителя, и выводы всех У-ветвителей далее объединяются в один, соединенный со световодом, причем диаметр лазерного луча и диаметр блока градиентных стержневых линз выбираются равными. Устройство для реализации способа ввода лазерного излучения в световод включает последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линзу и световод, при этом в качестве линзы использован блок градиентных стержневых линз, дополнительно введены У-ветвители, каждая из градиентных стержневых линз соединена с входом У-ветвителя, выходы которых также через У-ветвители объединены и соединены со световодом, блок градиентных стержневых линз, У-ветвители и световод расположены вплотную друг к другу, геометрический центр блока стержневых линз располагается на оси лазерного луча, и передняя поверхность блока стержневых линз перпендикулярна лазерному лучу, причем диаметр лазерного луча и диаметр блока градиентных стержневых линз выбираются равными. Технический результат изобретения - упрощение и повышение надежности системы ввода лазерного излучения в световоды. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к волоконно-оптической технике и предназначено для использования в составе источников дистанционного электропитания на базе световодов и других устройств использующих системы передачи лазерного излучения через световод, в том медицинских.
Известен способ ввода лазерного излучения в световод, по которому с помощью линзы, расположенной перед световодом, уменьшается диаметр лазерного излучения и затем оно вводится в световод. Это способ реализован в устройстве, описанном в статье: С.И. Белов. Твердотельный лазер с оптоволоконным выводом излучением для трансмиокардиональной лазерной реваскуарязации // Медицинская техника. 2011. N 1. С. 1-7.
В этом способе ввода лазерного излучения в световод интенсивность лазерного излучения в фокусе линзы достигает значительных величин, что может привести к разрушению торца световода, если в него вводится мощное и особенно импульсное лазерное излучение. Кроме того, практическая реализация этого способа затруднена тем, что линзу необходимо закреплять в юстировочное устройство, обеспечивающие юстировку и фокусировку фокального пятна и световод с микронной точность и поддерживать фиксацию этого положения в течение длительного времени, что очень проблематично.
Известно устройство, содержащее последовательно установленные лазер, линзу и световод, юстировочное устройство установленные на одной оптической оси для осуществления этого способа (С.И. Белов. Твердотельный лазер с оптоволоконным выводом излучением для трансмиокардиональной лазерной реваскуарязации // Медицинская техника. 2011. N 1. С. 1-7).
Это устройство обладает сложностью юстировки световода и фокального пятна лазерного излучения формируемого линзой и низкой надежностью фиксации установленного положения.
Техническим результатом изобретения является упрощение и повышения надежности системы ввода лазерного излучения в световоды.
Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном способе ввода лазерного излучения в световод, по которому излучение лазера вводится в световод с помощью расположенного перед световодом блока градиентных стержневых линз, при этом каждая из градиентных стержневых линз соединена одним из выходов У-ветвителя, и выводы всех У-ветвителей далее объединяются в один, соединенный со световодом, причем диаметр лазерного луча и диаметр блока градиентных стержневых линз выбираются равными.
Также задача решается устройством, реализующим этот способ, включающим в себя
последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линзу и световод, в котором в качестве линзы использован блок градиентных стержневых линз, дополнительно введены У- ветвители, каждая из градиентных стержневых линз соединена со входом У-ветвителя, выходы которых также через У-ветвители объединены и соединены со световодом, блок градиентных стержневых линз, У- ветвители и световод расположены вплотную друг к другу, геометрический центр блока градиентных стержневых линз располагается на оси лазерного луча и передняя поверхность блока градиентных стержневых линз перпендикулярна лазерному лучу, причем диаметр лазерного луча и диаметр блока градиентных стержневых линз выбираются равными.
На фигуре 1 приведена структурная схема устройства.
Устройство содержит лазерный луч 1, блок градиентных стержневых линз 2, У-ветвители 3, световод 4.
Стрелками показан ход световых лучей.
Способ осуществляется следующим образом.
При отсутствии напряжения на лазере оптического излучения 1 в световоде в отсутствует.
При поступлении напряжения на лазер 1 его излучение, поступает на блок градиентных стержневых линз. Далее излучение проходит через 2. Блок градиентных стержневых линз соединены попарно с помощью У-ветвителей 3, выводы У-ветвителей в свою очередь соединены между собой также попарно, а вывод последнего У-ветвителя соединен со световодом 4. Соответственно излучение, пройдя через блок градиентных стержневых линз 2 и У-ветвители 3, попадает в световод 4.
Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую надежность ввода излучения от лазера в световод. Это обусловлено тем, что диаметр лазерного луча и диаметр блок градиентных стержневых линз выбираются равными, и смещение их центров относительно друг друга хотя и описывается квадратичной зависимостью потерь от величины смещение их центров, их диаметры существенно больше единиц или десятков микрон (диметр сердцевины световодов и диаметр лазерного луча в фокусе линзы в прототипе). Соответственно, в предлагаемом устройстве нет необходимости в использовании юстировочного устройства обеспечивающего перемещение элементов схемы ввода лазерного излучения в световод с микронной точностью с последующей фиксацией положений этих элементов в течение длительного времени с такой же микронной точностью.
При практической реализации устройства, могут быть использованы, например фоконы: длина 5 мм; диаметр 1,5 мм; числовая апертура 0,25; материал стекло ПЭГ101, У-ветвители со следующими характеристиками: коэффициент ответвления 50/50; вносимые потери <0,1 9 (класс А); неравномерность коэффициента ответвления - 0,1 дБ; производитель НПО «ИРЭ-ПОЛЮС».
Соединение входов У-ветвителей может быть следующим: вход У-ветвителей расположен в штыревом разъеме (папа), на наконечнике разъема надета втулка с фоконом; посадочные поверхности наконечника и втулки выполнены с соответствующей точностью.
В качестве световода, передающего лазерное излучение, может быть использован стандартный кварцевый световод: 125х50, NA=0,1.
Соединение выхода последнего У-ветвителя предлагаемого устройства со световодом, передающим лазерное излучение, может быть выполнено сваркой или с помощью оптических разъемов.
Предлагаемый способ ввода лазерного излучения в световод и устройство для его осуществления позволяют существенно снизить габариты устройства, сделать их более и экономичными и надежными за счет исключения специальных сверхточных юстировочных устройств.
1. Способ ввода лазерного излучения в световод, по которому излучение лазера вводится в световод с помощью расположенного перед световодом блока градиентных стержневых линз, отличающийся тем, что каждая из градиентных стержневых линз соединена с одним из выходов У-ветвителя, и выводы всех У-ветвителей далее объединяются в один, соединенный со световодом, причем диаметр лазерного луча и диаметр блока градиентных стержневых линз выбираются равными.
2. Устройство для реализации способа ввода лазерного излучения в световод по п.1, включающее последовательно установленные на одной оптической оси и оптически связанные лазер, линзу и световод, отличающееся тем, в качестве линзы использован блок градиентных стержневых линз, дополнительно введены У-ветвители, каждая из градиентных стержневых линз соединена с входом У-ветвителя, выходы которых также через У-ветвители объединены и соединены со световодом, блок градиентных стержневых линз, У-ветвители и световод расположены вплотную друг к другу, геометрический центр блока стержневых линз располагается на оси лазерного луча, и передняя поверхность блока стержневых линз перпендикулярна лазерному лучу, причем диаметр лазерного луча и диаметр блока градиентных стержневых линз выбираются равными.
