为研制适用于扫频光学相干断层成像（Swept Source Optical Coherence Tomography，SS-OCT）系统的高性能侧视型全光纤镜头，分析了侧视型光纤镜头的性能影响因素及样品制作方法。对基于梯度折射率（Graded- Index，GRIN）光纤的侧视型全光纤镜头的光学模型进行解析，得出与侧视型全光纤镜头性能相关的特征参数。研究了“单模光纤+无芯光纤+GRIN光纤+转角介质”四段式侧视型镜头各组件长度对其光学聚焦性能的影响，设计各组件的适宜长度范围。最后，制作了外径小至0.5 mm、刚性长度2.75 cm的超小侧视型全光纤镜头样品，通过实验测得镜头的工作距离（0.52 mm）和光斑直径（26.82 μm），与理论分析结果基本一致，并将镜头样品集成于SS-OCT成像系统，获得了清晰的生物组织层析图像。实验结果表明，本文提出的分析方法可用于侧视型全光纤成像镜头结构参数的优化设计。
光学相干断层成像 光纤镜头 梯度折射率光纤 侧视成像 optical coherence tomography optical fiber lens GRIN fiber side-viewing 光学 精密工程
2023, 31(15): 2171
1 上海大学 精密机械工程系, 上海 200072
2 近地面探测技术重点实验室, 江苏 无锡 214035
梯度折射率(Gradient-index,GRIN)光纤探头是一种全光纤型超小光学镜头, 在心血管等狭小空间组织内窥影像检测中具有广阔的应用前景。但其发展一直缺少系统的理论体系。本文讨论探头设计、制作和性能测试等方面的关键问题。基于GRIN光纤探头聚焦性能的特征参数, 对解析设计方法与数值仿真设计方法进行比较分析。针对超小GRIN光纤探头的制作难题, 研究一种光纤熔接和切割的高精度一体化集成装置, 描述GRIN光纤探头的制作方法。此外, 分析了超小GRIN光纤探头聚焦性能检测的方法及装置。本文为超小GRIN光纤探头的设计、制作及性能测试提供了一个方法体系。
光学相干层析 微小光学探头 自聚焦光纤镜头 GRIN光纤探头 光纤熔接与切割 optical coherence tomography(OCT) ultra-small optical probe self-focusing optical fiber lens GRIN optical fiber probe fiber welding and cutting
为了研究微磨削参数对斜面光纤透镜平面度的影响, 减小微磨削方法加工斜面光纤透镜的平面度误差, 采用正交试验法对直径Ф125 μm单模光纤的30°斜面光纤透镜的微磨削进行了试验。结合微磨削的磨削力模型和材料力学弹性梁变形理论, 分析微磨削过程中随着磨削用量的变化所导致的光纤透镜被磨削斜面的平面度的变化规律。 理论分析和实验结果表明: 光纤悬伸长度对斜面光纤透镜平面度的影响最大, 增大光纤悬伸长度将导致较大的斜面光纤透镜平面度的轮廓误差, 恰当的磨削用量组合能够获得较小的平面轮廓误差。通过试验磨削出了平面度误差为3 μm的30°斜面光纤透镜。
光纤透镜 微磨削 微磨削力 平面度 optical fiber lens micro-grinding micro-grinding forces flatness
1 军械工程学院 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 南京先进激光技术研究院, 南京 210038
光纤光栅外腔半导体激光器一般采用波导-光纤的直接耦合方式, 光纤与增益芯片的耦合效率对光纤光栅外腔半导体激光器性能影响较大。为了讨论在采用不同类型光纤微透镜时对准误差对耦合效率的影响, 寻找最佳微透镜类型, 指导器件的设计和装配, 分析了锥形和半球形光纤透镜的光线最大接收半角, 利用ZEMAX软件进行模拟仿真, 得到了两种光纤微透镜分别在位置误差和角度误差下的耦合效率曲线图。结果表明, 锥形光纤透镜耦合效果更好, 更适合应用于光纤光栅外腔半导体激光器。
激光技术 外腔半导体激光器 模拟仿真 耦合效率 光纤透镜 laser technique external cavity laser diode numerical simulation coupling efficiency optical fiber lens
1 上海大学 精密机械工程系，上海 200072
2 近地面探测技术重点实验室，江苏 无锡 214035
3 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
提出了基于曲线拟合的光纤透镜聚焦常数的测试方法，用于超小自聚焦光纤探头研制过程中聚焦常数的直接测试。基于自聚焦光纤透镜模型及其折射率分布特征，研究了测量自聚焦光纤透镜聚焦常数的二次多项式拟合和线性化拟合算法。论述了聚焦常数对超小自聚焦光纤探针传光性能的影响。利用光纤端面折射率测试仪测试自聚焦光纤的折射率分布轮廓曲线，根据二次多项式拟合和线性化拟合算法分别求得聚焦常数和中心折射率。实验结果显示，利用二次多项式拟合算法和线性拟合算法求出的聚焦常数分别为5.587 mm-1和5.513 mm-1，与厂家的标称值5.5 mm-1基本吻合，表明曲线拟合算法适用于对自聚焦光纤透镜聚焦常数的测量与分析。
自聚焦透镜 光纤透镜 微小光学探头 曲线拟合 聚焦常数 self-focusing lens optical fiber lens small optical probe curve-fitting focusing constant 光学 精密工程
2015, 23(12): 3309
