能增大纤端入射光照射面积的光纤信号输入系统的制作方法

本发明涉及光纤信号射入装置，尤其涉及能增大纤端入射光照射面积的光纤信号输入系统。

背景技术：

1、在向光纤输入光信号时，在光纤输入端会产生回光。回光会对光收发射机以及传输的光信号造成不好的影响。例如，当回光达到光发射机，严重时会引起激光器非线性啁啾，相对强度噪声改变，激射漂移等不利影响。当回光经过界面多重反射或其它机理到达光接收机时，会引起接收机信噪比恶化，降低接收机灵敏度。当回光在链路中某一界面产生多重反射振荡时，特别是信号光为相干光时，将会产生相干现象，严重影响信号正常传输。

2、目前，一般都采用将光纤的输入端做成斜面，采用平行光射入到光纤，但这种采用平行光射入到光纤，会存在某条光信号的入射光线、法线、折射光线和光线的轴心线这四线不在同一个平面内时，就会出现这条光信号在光纤中的传输光路是蜿蜒曲折的。导致条光信号在光纤中的传输光路长，传输光路越长对光信号的损耗就越大，越容易导致光信号失真。

3、光信号在光纤中传输时，主要是通过信号光线在光纤内的多次全反射进行传输的。光线在光纤中的每次全反射都会形成一段反射光路。但由于光纤在使用过程中不是整个光纤都是直线布置的，光纤在使用过程中有很多处是弯曲的，也有很多处是扭曲的。特别是在光纤扭曲处，光多数都会发生蜿蜒曲折的传输光路，导致光线在光纤扭曲处的每段反射光路都不易与光纤轴心线相交。光纤中的某段反射光路不与光纤轴心线相交，就会让该段反射光路在光纤中的传输路径长度变短，从而影响光在光纤中的反射次数。光在光纤中的损耗主要是在光纤中的反射点处造成的，每个反射点就会形成一段反射光路。所以反射次数多，光的损耗就越大；反射次数少，光的损耗就越小。

4、目前将若干条信号光线入照射到同一条光纤的输入端时，一般都是采用准直透镜将这若干条相互平行的信号光线直接射入到光纤的输入端上，并且这若干条相互平行的信号光线还不在一个平面内，因此会有一些光信号的入射光线与光纤的轴心线不能落在同一个平面内。只要某条光信号的入射光线与光纤的轴心线不能落在同一个平面内时，就会出现该条信号光线在光纤中传播时的光路就不会与光纤的轴心线相交。光纤的直径都是通过光纤的轴心线的，同一条信号光线在光纤内传输的若干段反射光路中，只有反射光路与光纤的轴心线相交时，每段反射光路的长度才是最长的。

5、中国专利申请号：cn2017202783679，名称为《一种新型的防水光纤连接器》的专利公开了：光纤输入端、连接杆、光纤冷接体、螺旋连接体、输出连接线和光纤输出端，连接杆左侧连接后盖，该防水光纤连接器通过水平和垂直两个方向的盖体对光纤连接器进行防水工作，从而避免雨水进入连接器内部，损坏连接器内部零件。该防水光纤连接器只起到防水作用。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有光纤连接器存在的上述不足，提供一种通过提高每条光信号在光纤传输中形成的若干段反射光路中与光纤轴心线相交的反射光路的段数数量来提高光纤传输的效果。能消除每条信号光线在光纤输入端反射后的回光对光输入信号的影响。便于用户对光信号在光纤中的传输情况进行监控管理。便于用户对每一条信号光线在光纤输入端的入射点的位置、入射角大小和入射方向这三个量进行选择。通过增大光纤输入端入射光照射面积，让光纤输入端端面不易被光烧伤，使光纤输入端端面的使用寿命长，可靠性好的能增大纤端入射光照射面积的光纤信号输入系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、能增大纤端入射光照射面积的光纤信号输入系统，包括从左到右依次间隔布置的准直光输入圆台光、一号凸透镜、二号凸透镜、三号凸透镜、引入段光纤和引出光纤，并且准直光输入圆台的中心线、一号凸透镜的左焦点和右焦点、二号凸透镜的左焦点和右焦点、三号凸透镜的左焦点和右焦点、引入段光纤的轴心线以及引出光纤的轴心线均落在同一条水平直线l上；一号凸透镜的右焦点与二号凸透镜的左焦点重合；三号凸透镜的右焦点落在引出光纤内的轴心线上；

4、引入段光纤的介质和引出光纤的介质为同种均匀介质；引入段光纤的半径r2大于引出光纤的半径r1；引出光纤的左端面一体连接在引入段光纤的右端面中部；引入段光纤的左端面包括竖直平面，并且引入段光纤的左端竖直平面与所述的水平直线l垂直；引入段光纤的左端竖直平面位于三号凸透镜的右焦距中点的右方；

5、在准直光输入圆台上设有若干个能将光线水平朝右照射到一号凸透镜上的插纤孔，并且从每个插纤孔中照射到一号凸透镜上的每条光线均与水平直线l平行；

6、从每个插纤孔中水平朝右射出的任意一条光线都依次经过一号凸透镜、二号凸透镜和三号凸透镜后照射到引入段光纤的左端竖直平面上，并且任意一条从三号凸透镜照射到引入段光纤左端竖直平面上的光线与水平直线l的夹角都小于设定角度；

7、照射到引入段光纤的左端竖直平面上的任意一条光线在引入段光纤内发生折射后，其折射光线能从引入段光纤内向右传输直接进入到引出光纤内，该折射光线在引出光纤继续向右传输。

8、照射到引入段光纤左端竖直平面上的任意一条光线在引入段光纤的左端竖直平面上发生反射后，其引入段光纤的左端竖直平面上的反射光线或反射光线的延长线与水平直线l的交叉点a位于引入段光纤和三号凸透镜之间的水平直线l上。

9、一号凸透镜和二号凸透镜的配合使用，其作用主要是把准直光输入圆台光上输出的若干条水平朝右照射且相互间间距较大的光线进行间距缩小，光线间间距缩小后便于让三号凸透镜右方汇聚的折射光线与水平直线l的夹角较小；三号凸透镜的焦距较长，较长的焦距能够让每条光线与水平直线l之间的夹角较小；能降低光线反射后的反射量，能增大光线折射后其折射光的强度，也就是能让更强的光信号射入到引入段光纤中，由于该折射光线也是能直接从引入段光纤中进入到引出光纤中的，因此也就是让更强的光信号射入到引出光纤中，让引出光纤中传输的光信号强度更强。

10、信号光线在光纤中传输时，能让每条信号光线的每段反射光路都尽量与光纤的轴心线相交，从而使得信号光线在光纤中传输的路程短，信号光线在光纤传输中的反射点个数少，光信号损失小。

11、设照射到引入段光纤的左端竖直平面上的反射光线与水平直线l的交叉点也为交叉点a；引入段光纤的右端面也与水平直线l垂直，引出光纤的左端面也与水平直线l垂直；由于光线的入射角等于反射角，所以三号凸透镜的右焦距中点落在位于引入段光纤的左端竖直平面左方的水平直线l上；

12、设照射到引入段光纤左端竖直平面上最外侧的一条入射光线为q1光线，该q1光线经过三号凸透镜上的f点位置；

13、根据三角关系则能获得如下几个表达式：

14、ed＝eb+bc+cd＝eb+x+cd    (1)

15、

16、

17、

18、

19、ef＝2×r2           (6)

20、其中，ed三号凸透镜的右焦距；eb为三号凸透镜到引入段光纤的左端竖直平面之间的间距；bc和x1都为引入段光纤的长度，引入段光纤的长度x1小于三号凸透镜右焦距的一半；cd为三号凸透镜的右焦点到引出光纤的左端面之间的间距；r2为引入段光纤的半径；r1为引出光纤的半径；s1为光线的入射角，s1也就是三号凸透镜上朝右射出的光线与水平直线l的夹角，s1小于8度；s2为光线的折射角；n为引入段光纤的折射率，并且引出光纤的折射率也为n；e为三号凸透镜的中心点，b为引入段光纤的左端竖直平面与水平直线l的交点，c为引入段光纤的右端面与水平直线l的交点，d为三号凸透镜的右焦点；ef为三号凸透镜的中心点e到三号凸透镜上f点之间的间距。

21、由于光在同种均匀介质中是沿直线传播的；引出光纤的纤芯是一种均匀介质，所以光在引出光纤内的每段光线都是直线传播的。

22、引出光纤的引入段光纤和引出光纤是一体连接的，并且引入段光纤和引出光纤都为同种均匀介质的引出光纤，所以光从引入段光纤进入到引出光纤在引入段光纤和引出光纤的连接处仍然是直线传播的，是不会发生弯折的。

23、引出光纤的直径和普通光线直径相等，并且引出光纤的介质和普通光纤的介质完全一样，也就是引入段光纤、引出光纤和普通光线都是由同种均匀介质制作的。引入段光纤和引出光纤是一体连接的，光线在引入段光纤和引出光纤的一体连接处是直线传输的，是不会发生折射与反射的。

24、引入段光纤和引出光纤都为圆柱体形状；三号凸透镜的焦距较长，光在同种均匀介质中是沿直线传播的。

25、增大了光纤输入端的入射光照射面积，入射光的照射面积增大，在入射光线的光强不变的情况下，照射面积大则相同单位面积上获得的光强就小，因为光在光纤输入端是会产生热的，光强小，光对照射处的烧伤就小，光纤的使用寿命长，可靠性好。

26、作为优选，在引入段光纤的左端外边缘转角处设有朝右倾斜的斜进光面；并且斜进光面与引入段光纤的左端竖直平面的夹角要大于斜进光面与引入段光纤的左端竖直平面的夹角要小于

27、其中，e为三号凸透镜的中心点，d为三号凸透镜的右焦点，w为三号凸透镜上的点，ew为三号凸透镜的中心点e到三号凸透镜上w点之间的间距；ed为三号凸透镜的右焦距。

28、设照射到引入段光纤左端斜进光面上最外侧的一条入射光线为q2光线，并且该q2光线经过三号凸透镜上的w点位置；又设斜进光面与引入段光纤的左端竖直平面的夹角为∠t，则夹角t满足如下公式：

29、

30、由于在斜进光面上，要让照射到斜进光面上每条入射光线的反射光线朝外反射出去，就必须让照射到斜进光面上的每条入射光线的反射角位于对应入射光线的外侧，这样才能让照射到斜进光面上的每条入射光线的反射光线朝外反射出；由于三号凸透镜的聚光作用，所以在一段直线型的斜进光面上，越靠近外侧的入射光线的反射角越小，越靠近内侧的入射光线的反射角越大；也就是，在一段直线型的斜进光面上，离引入段光纤的左端竖直平面距离越远的入射光线的反射角越小，离引入段光纤的左端竖直平面距离越近的入射光线的反射角越大。

31、作为优选，斜进光面为直线式斜进光面。

32、作为优选，斜进光面为分段式斜进光面；并且分段式斜进光面的每段斜进光面与引入段光纤的左端竖直平面的夹角都不相等；离引入段光纤的左端竖直平面距离越近的分段式斜进光面与引入段光纤的左端竖直平面的夹角越小；离引入段光纤的左端竖直平面距离越远的分段式斜进光面与引入段光纤的左端竖直平面的夹角越大。

33、作为优选，引入段光纤包括若干节，这若干节引入段光纤从左到右依次一体连接，并且相邻两节引入段光纤中，位于左方的引入段光纤的直径要大于位于右方的引入段光纤的直径；引出光纤的左端面一体连接在最右端这节引入段光纤的右端面中部。

34、作为优选，任意一条从三号凸透镜照射到引入段光纤左端竖直平面上的光线与水平直线l的夹角都小于8度。

35、作为优选，一个遮光外壳管的两端分别密闭连接在准直光输入圆台的右侧端上和引出光纤的左侧端上，从而让准直光输入圆台的右端面、一号凸透镜、二号凸透镜、三号凸透镜、引入段光纤和引出光纤的左端都被密闭遮光设置在遮光外壳管内。

36、作为优选，所述的一号凸透镜的焦距小于所述的三号凸透镜的焦距。

37、作为优选，所述的二号凸透镜的焦距小于所述的三号凸透镜的焦距。

38、作为优选，所述的准直光输入圆台的直径小于或等于所述的一号凸透镜的直径。

39、作为优选，所述的一号凸透镜的直径大于所述的二号凸透镜的直径。

40、作为优选，所述的二号凸透镜的直径大于所述的三号凸透镜的直径。

41、作为优选，在所述的准直光输入圆台右表面涂有吸光层。

42、作为优选，所述的准直光输入圆台右表面为黑色表面。

43、作为优选，在三号凸透镜和引入段光纤之间设有反射回光消除器，并且反射回光消除器不会遮挡从三号凸透镜照射到引入段光纤的左端竖直平面上的光线；

44、照射到引入段光纤左端竖直平面上的任意一条光线在引入段光纤的左端竖直平面上发生反射后，其反射光线经过反射回光消除器的反光面上朝外反射出去；并且反射出去的光线既不能照射到三号凸透镜上，也不能照射到引入段光纤左端竖直平面上。

45、作为优选，所述的反射回光消除器包括一号平面反光镜和四号凸透镜，一号平面反光镜设置在三号凸透镜和引入段光纤之间，四号凸透镜设置在一号平面反光镜和引入段光纤之间，一号平面反光镜的反光面中心点和四号凸透镜的左焦点和右焦点都落在水平直线l上；设从三号凸透镜照射到引入段光纤左端竖直平面上的光线经引入段光纤左端竖直平面反射后和水平直线l相交的交叉点为交叉点a；所述的四号凸透镜的右焦点与所述的交叉点a重合；照射到引入段光纤左端竖直平面上的任意一条光线在引入段光纤的左端竖直平面上发生反射后，其反射光线先经过四号凸透镜后又照射到一号平面反光镜的反光面上朝外反射出去。

46、作为优选，在四号凸透镜和引入段光纤之间设有一号防反光圆片，并且在一号防反光圆片的中部设有圆孔，一号防反光圆片的圆孔的孔心线落在水平直线l上；照射到引入段光纤左端竖直平面上的任意一条光线在引入段光纤的左端竖直平面上发生反射后，其反射光线先穿过一号防反光圆片的圆孔，再经过四号凸透镜后又照射到一号平面反光镜上朝外反射出去。

47、作为优选，所述的一号平面反光镜的反光面朝右上方布置，并且一号平面反光镜的反光面与水平直线l之间的夹角为45度，从而让照射到一号平面反光镜上的光线朝上反射出去。

48、作为优选，所述的反射回光消除器包括圆锥形反光镜，所述的圆锥形反光镜的锥尖朝向引入段光纤布置，所述的圆锥形反光镜的锥底面朝向三号凸透镜布置；所述的圆锥形反光镜的反光面位于圆锥形反光镜的圆锥面上；圆锥形反光镜的底面中心点和圆锥形反光镜的锥尖中心点都落在水平直线l上；设从三号凸透镜照射到引入段光纤左端竖直平面上的光线经引入段光纤左端竖直平面反射后和水平直线l相交的交叉点为交叉点a；所述的圆锥形反光镜的锥尖位于所述的交叉点a左方或右方；照射到引入段光纤左端竖直平面上的任意一条光线在引入段光纤的左端竖直平面上发生反射后，其反射光线经过圆锥形反光镜的反光面朝外反射出去。

49、作为优选，所述的能增大纤端入射光照射面积的光纤信号输入系统还包括显示器、数据处理模块、控制器和传输信号反馈监控管理模块，所述的传输信号反馈监控管理模块包括与插纤孔个数相等的光电传感器；显示器、数据处理模块和每个光电传感器分别与控制器相连接；从反射回光消除器的反光面上反射出去的每条光线能一对一被光电传感器检测到。

50、作为优选，所述的传输信号反馈监控管理模块还包括光线间间距分开机构，所述的光线间间距分开机构包括从左到右间隔布置的间距分开透镜和二号平面反光镜，间距分开透镜的左焦点和右焦点以及二号平面反光镜的反光面中心点均落在同一条直线k上；所述的二号平面反光镜能将从一号平面反光镜反射来的每条光线反照射到间距分开透镜上，光线经过间距分开透镜后就一对一照射到对应的光电传感器上。

51、作为优选，在间距分开透镜和二号平面反光镜之间设有二号防反光圆片，并且在二号防反光圆片的中部设有圆孔，二号防反光圆片的圆孔的孔心线落在直线k上；照射到二号平面反光镜上的任意一条光线经过二号平面反光镜反射后，其反射光线先穿过二号防反光圆片的圆孔，再经过间距分开透镜后就一对一照射到对应的光电传感器上。

52、作为优选，所述的间距分开透镜包括一号凹透镜，并且一号凹透镜的左焦点和右焦点均落在所述的直线k上。

53、作为优选，所述的间距分开透镜包括从左到右间隔布置的五号凸透镜和六号凸透镜，并且五号凸透镜的左焦点和右焦点、六号凸透镜的左焦点和右焦点都落在所述的直线k上；五号凸透镜的右焦点和六号凸透镜的左焦点重合，五号凸透镜的焦距小于六号凸透镜的焦距。

54、作为优选，所述的插纤孔包括位置固定式的插纤孔和/或位置可调式的插纤孔，每个插纤孔的孔心线与水平直线l平行，每个插纤孔的左右两端分别与准直光输入圆台的左右两端相连通。

55、作为优选，在准直光输入圆台上设有若干个滑槽口，滑槽口的左右两端分别与准直光输入圆台的左右两端相连通，滑槽口的纵截面呈长方形，滑槽口的纵向中心线与水平直线l垂直相交，滑槽口的横向中心线与水平直线l平行，在滑槽口内的前后槽壁上设有防转槽；在滑槽口内纵向滑动设有一号滑块，一号滑块的纵截面为矩形，在一号滑块的前后外侧壁上一体设有与防转槽相匹配的防转滑块；在滑槽口的外槽口处固定设有一号螺母，在一号螺母的螺孔内螺旋设有一号螺丝，一号螺丝的前端转动连接在一号滑块的外表面上，并且一号滑块在一号螺丝的带动下能在滑槽口内纵向移动，所述的位置可调式的插纤孔设置在一号滑块上。

56、作为优选，在滑槽口内设有一号挤压弹簧，一号挤压弹簧的一端固定连接在滑槽口的槽底面上，一号挤压弹簧的另一端挤压连接在一号滑块上。

57、作为优选，在滑槽口内设有二号挤压弹簧，二号挤压弹簧活动套在一号螺丝上，二号挤压弹簧的一端挤压连接在一号螺母上，二号挤压弹簧的另一端挤压连接在一号滑块上。

58、作为优选，在准直光输入圆台的左端面上设有遮光布罩，在每个插纤孔正对的遮光布罩上设有孔口大小可弹性张缩的罩孔。在每个罩孔上方的遮光布罩上分别设有一个能遮住对应罩孔的遮光布帘。

59、本发明能够达到如下效果：

60、本发明能增大纤端入射光照射面积的光纤信号输入系统，通过提高每条光信号在光纤传输中形成的若干段反射光路中与光纤轴心线相交的反射光路的段数数量来提高光纤传输的效果。能消除每条信号光线在光纤输入端反射后的回光对光输入信号的影响。便于用户对光信号在光纤中的传输情况进行监控管理。能通过每条信号光线的回光判断某条信号光线射入到光纤中的强弱，并能对应光信号是否有信号进行监控管理。便于用户对每一条信号光线在光纤输入端的入射点的位置、入射角大小和入射方向这三个量进行选择。在将若干条信号光线输入到同一根光纤进行传输时，用户能对每一条信号光线在光纤输入端的入射点的位置、在入射点处的入射角大小和入射方向这三个量进行选择。通过增大光纤输入端入射光照射面积，让光纤输入端端面不易被光烧伤，使光纤输入端端面的使用寿命长，可靠性好。通过在引出光纤的左端一体连接直径较大的引入段光纤来增大光纤输入端入射光照射面积，让单位面积上的光照强度小，进而让光纤输入端端面不易被光烧伤。