專利名稱：高強(qiáng)度光到低熔點(diǎn)光纖的耦合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖系統(tǒng)。特別是，本發(fā)明提供了一種使用均化器將高強(qiáng)度光耦合到低熔點(diǎn)光纖中以提供更均勻的強(qiáng)度分布的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在光纖光學(xué)照明系統(tǒng)領(lǐng)域中，從諸如氙氣燈和金屬鹵化物燈的弧光燈發(fā)出的光能量能夠達(dá)到上百瓦特。從這些光源向應(yīng)用部分發(fā)射光的光纖由用石英、玻璃或塑料制成的單光纖或光纖束組成。塑料光纖從本質(zhì)上說不能在高溫下操作。盡管單玻璃和石英光纖能夠操作在相對高的溫度，包含這樣光纖的光纖束在各個(gè)光纖之間由于環(huán)氧而具有固定的溫度敏感性。
從弧光燈發(fā)出的光通常通過單獨(dú)或組合使用鏡子和透鏡耦合到光纖中。為了盡可能保持弧光的亮度，優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)將在光纖上以盡可能小的點(diǎn)和固定的放大率在光纖上產(chǎn)生弧光的成像。由于弧光本身的固有特性，亮度是不均勻的，結(jié)果在光纖上的弧光成像也將是不均勻的，從而產(chǎn)生“熱點(diǎn)”。這些熱點(diǎn)可能在穿過光纖的平均亮度達(dá)到極限值之前在定位點(diǎn)產(chǎn)生比個(gè)別的光纖的材料破壞極限值更高的亮度。這對光纖產(chǎn)生很大的破壞。因此，能夠通過光纖傳遞的總能量對非均勻圖象比對均勻圖象小是必要的。因此，具有盡可能均勻的輸入亮度面，從而全部能量能夠在破壞極限值達(dá)到任一單個(gè)點(diǎn)之前被增加。這將允許更多的光無破壞地耦合到光纖中。
為了向低熔點(diǎn)光纖中耦合更多的能量已經(jīng)使用了幾種方法。美國專利號5,898,802公開了一種使用有保險(xiǎn)絲的光纖束傳播光束的強(qiáng)度剖面的方法，從而減少了峰值亮度并允許更多的光耦合到聚合物光纖，該文件的說明書在這里引用作為參考。盡管使用裝有保險(xiǎn)絲的光纖束傳播強(qiáng)度剖面，但是它還有限制并不能全部產(chǎn)生平面的剖面。美國專利號5,761,356公開了使用空間濾波器濾除輸入光束向低熔點(diǎn)光纖的輸出中任意不能控制的模式。盡管該方法減少了在光纖的輸入端從不能控制的模式中熱量的散失，但光的剖面仍然是非均勻的，因此不能產(chǎn)生最優(yōu)化的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種向光纖提供均勻強(qiáng)度剖面光束的方法和裝置。
而且，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種將高強(qiáng)度光有效地耦合進(jìn)低熔點(diǎn)光纖的方法和裝置。
本發(fā)明提供一種使用均化器將高強(qiáng)度光耦合進(jìn)低熔點(diǎn)光纖的方法和裝置，該均化器是具有多邊形橫截面的光波導(dǎo)管的一部分。該均化器允許低熔點(diǎn)光纖位于遠(yuǎn)離該耦合系統(tǒng)的焦點(diǎn)的位置，并同時(shí)提供了一種混合裝置，其中，該輸入光的非均勻強(qiáng)度剖面將在輸出端基本上成為均勻的。本發(fā)明使得在光纖的任意部分達(dá)到破壞極限值之前允許更多的光耦合到光纖中。最好是，該均化器是具有至少局部為多邊形橫截面的光波導(dǎo)管的一部分。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中具有拋物面反射鏡的光纖照明器的示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中具有橢圓反射鏡的光纖照明器的示意圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中具有離軸環(huán)形反射鏡的光纖照明器的示意圖。
圖4是表示在照明系統(tǒng)的目標(biāo)點(diǎn)處呈高斯形分布的輸出光的典型的強(qiáng)度剖面的圖。
圖5A和5B是本發(fā)明實(shí)施例中使用的具有正方形橫截面的均化器的示意圖。
圖6為來自正方形均化器的輸出光的強(qiáng)度剖面的標(biāo)繪圖，比如圖5所示出的那樣，該圖示出該輸出強(qiáng)度剖面基本上是均勻的。
圖7為來自圓柱形均化器的輸出光的強(qiáng)度剖面的標(biāo)繪圖，該圖示出該輸出強(qiáng)度剖面是有尖頂?shù)摹?br> 圖8A-8F是多種多邊形橫截面的示意圖，它們可用于本發(fā)明的實(shí)施例中提供均勻的強(qiáng)度剖面輸出。
圖9A和9B是本發(fā)明的均化器的示意圖，其包括一個(gè)輸入端正方形棒和一輸出端圓形棒。
圖10是本發(fā)明的均化器的示意圖，其具有用光滑過渡連接的正方形輸入端和圓形輸出端。
圖11是本發(fā)明的正方形橫截面均化器的示意圖，其從較小的入口橫截面逐漸過渡至更大的出口橫截面。
圖12是本發(fā)明具有正方形橫截面輸入的均化器的示意圖，該正方形橫界面輸入逐漸過渡至具有更大面積的圓形橫截面輸出。
圖13A和13B是用于本發(fā)明實(shí)施例中的八角形均化器的示意圖，它通過用一外接多邊形來接近圓形光纖的橫截面積來與圓形輸出光纖高效匹配。
圖14是本發(fā)明的具有離軸結(jié)構(gòu)和包括單波導(dǎo)管的均化器的光纖照明系統(tǒng)的示意圖。
圖15是本發(fā)明具有一離軸結(jié)構(gòu)和一均化器的光纖照明系統(tǒng)的示意圖，該均化器包括一多邊形棒和一圓形棒。
圖16示出了從正方形均化器測量的強(qiáng)度剖面。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了本技術(shù)領(lǐng)域公知的普通光纖照明器的內(nèi)部部件。其包括弧光燈1，拋物面反射鏡2，聚焦鏡頭3和輸出光纖4。根據(jù)不同的應(yīng)用，燈可以具有多種類型，包括氙氣弧光燈、金屬鹵化物弧光燈或鹵素?zé)?。燈的輻射面放在拋物面反射鏡2的焦點(diǎn)上，反射鏡2沿著反射鏡的光軸5放置。然后該燈的輸出被拋物面反射鏡2收集并被平行導(dǎo)向透鏡3。拋物面反射鏡可被涂覆以擇優(yōu)地反射某些波長的光。例如，對于可視應(yīng)用而言，使用冷涂覆，其中，不反射所發(fā)射的UV和紅外線，從而只有光譜中的可見光部分被導(dǎo)向輸出。來自反射鏡2的平行光輸出再由聚焦透鏡3聚焦成更小的點(diǎn)到輸出光纖4的末端上。
圖2示出了使用橢圓反射鏡6的該照明器的另一種結(jié)構(gòu)。燈1的輻射面位于反射鏡6的一個(gè)焦點(diǎn)處，且輸出光纖4位于反射鏡6的另一個(gè)焦點(diǎn)處。
圖1和圖2的結(jié)構(gòu)都具有一共同的缺點(diǎn)，即系統(tǒng)的放大倍數(shù)大于1并且隨著角度的改變而改變，因此會降低輸出聚焦點(diǎn)的亮度。圖3描述了一個(gè)離軸系統(tǒng)，其中光由一次反射器7成像在輸出光纖4上。如美國專利4,757,431和5,430,634中所論述，這里參考引用其說明書，這樣的離軸結(jié)構(gòu)產(chǎn)生近似1∶1的放大倍數(shù)，且其在所有的角度上均基本上保持不變，從而保持從燈1射來的原始光的亮度。適用于這樣的離軸結(jié)構(gòu)的一次鏡可以是幾種已知的幾何形狀，包括球形、橢圓形和環(huán)形。該結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)的輸出高于具有同一燈1的其他系統(tǒng)。在該結(jié)構(gòu)中，通過使用后向反射鏡8可進(jìn)一步增加輸出，使用該反射鏡8，在一次鏡的相對側(cè)發(fā)出的光被反射回輸出的方向。與前一例類似，該反射鏡也可以為了特殊的應(yīng)用而被涂覆。
圖4示出了在圖1-3中描述的系統(tǒng)中在焦點(diǎn)、輸出光纖的輸入端形成的光成像的典型的強(qiáng)度剖面。它通常是圓形對稱或“高斯型”的，其中中心的強(qiáng)度高于兩邊的強(qiáng)度。盡管中心強(qiáng)度高，由于所占有的面積小，因此在該尖峰內(nèi)的整個(gè)能量還是比較小并且大部分能量實(shí)際上位于遠(yuǎn)離中心的具有較低強(qiáng)度的位置。光纖通常容易在它們的輸入表面受到熱破壞。該破壞開始的溫度與構(gòu)成光纖的材料類型有關(guān)。例如，對單塑料光纖，典型的操作溫度是小于85℃。由于塑料的低的熱傳導(dǎo)性，焦點(diǎn)的高峰強(qiáng)度會在輸出光纖的中心產(chǎn)生局部加熱，從而破壞光纖。對于這些低熔點(diǎn)光纖的高輸出操作，本發(fā)明在聚焦點(diǎn)建有均勻剖面，這使得在沒有局部加熱的危險(xiǎn)的情況下，將最大量的光耦合進(jìn)光纖。這改進(jìn)了耦合效率并防止了對光纖過早的破壞。
圖5A和5B示出本發(fā)明的實(shí)施例，其中均化器是具有正方形橫截面的光傳導(dǎo)棒。圖5A示出一均化器，它是沒有涂層的棒9，其中在玻璃到空氣界面處產(chǎn)生全內(nèi)反射。對于高功率的應(yīng)用該棒可由石英制成。對低功率的應(yīng)用，則可使用玻璃和塑料。該棒包括光軸5，基本上垂直于光軸的輸入面10和輸出面11。選擇長度使得輸出強(qiáng)度剖面基本上是均勻的。圖5B示出了一種均化器，它是具有芯部12和涂層13的棒9，這對于常見光纖是常用的，反射將發(fā)生在芯部和涂層的界面14。進(jìn)入輸入表面10的光將沿著該正方形棒被引導(dǎo)到輸出面11，且在界面14進(jìn)行多次反射。這些多次反射的最終結(jié)果是將混合光且在這種情況下將其強(qiáng)度剖面改變?yōu)榛旧暇鶆虻钠拭妗?br> 可使用輸入面處的點(diǎn)光源在該正方形棒形均化器上進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。對于模擬來說，棒的尺寸是橫截面為4mm×4mm，長為30mm。記錄輸出面的強(qiáng)度剖面。圖6示出了模擬的結(jié)果。如圖所示，強(qiáng)度剖面基本上是均勻的。相反，當(dāng)使用常用的直徑為4mm和長為30mm的圓形棒進(jìn)行模擬時(shí)，產(chǎn)生非均勻的輸出。如圖7所示(對應(yīng)于圖6)輸出剖面在中心具有頂點(diǎn)。該比較顯示正方形棒適用于產(chǎn)生均勻的強(qiáng)度剖面，而圓形棒則不適合。
使用從模擬點(diǎn)光源的小光纖的光輸出作為均化器的輸入進(jìn)行試驗(yàn)且掃描輸出強(qiáng)度剖面。結(jié)果證實(shí)了計(jì)算機(jī)模擬。圖16示出了試驗(yàn)結(jié)果，測量了4mm×5mm×3.5mm的熔融石英棒的輸出能量分布。除了在(4.4)角的結(jié)果，該分布證實(shí)了計(jì)算機(jī)模型。由于制作過程中的倒角，因此角處的結(jié)果可能會失真。
進(jìn)一步的研究繼續(xù)表明包括圖8A-8F所描述的那些形狀的多種多邊形橫截面形狀都能夠用來產(chǎn)生均勻的強(qiáng)度剖面。很明顯，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說本發(fā)明不限于具有圖中所示的形狀的均化波導(dǎo)管。在本發(fā)明的宗旨內(nèi)可有無數(shù)的多邊形橫截面供使用，包括具有很多邊和不等長邊的多邊形。為了生產(chǎn)的簡化和有效地耦合進(jìn)通常是圓形的輸出光纖，較佳的是使用具有多至十邊形的規(guī)則多邊形橫截面的波導(dǎo)管。
可將來自諸如那些由本發(fā)明的均化器產(chǎn)生的基本均勻的強(qiáng)度剖面點(diǎn)的最大量的光耦合進(jìn)輸出光纖依賴于該光纖的破壞臨界強(qiáng)度及該光纖的橫截面積是否與均化器的輸出橫截面積緊密配合。為了向圓形光纖耦合最大量的光，全部輸入表面都應(yīng)當(dāng)被充分利用，這要求混合光元件的光輸出接近相同直徑的圓形物體。在本發(fā)明的宗旨內(nèi)，這能夠用多種方法實(shí)現(xiàn)。圖9A示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，它包括一個(gè)均化器，其中，為了適當(dāng)?shù)墓饣旌希斎氡砻鏅M截面是正方形的。來自正方形棒16的具有均勻強(qiáng)度剖面的輸出被耦合進(jìn)圓形棒15，其進(jìn)一步將來自正方形輸入的光混合成一圓形輸出。如圖9B所示，圓內(nèi)配合的正方形的面積僅占64％，在圓內(nèi)配合正方形是發(fā)射全部光所必需的。
進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬所使用的是具有3mm×3mm橫截面和10mm長的正方形棒裝進(jìn)直徑4.4mm，長10mm的圓形棒中。在正方形棒與圓形棒界面的強(qiáng)度剖面的計(jì)算機(jī)模擬顯示在圓形棒的輸出端的強(qiáng)度剖面基本上是均勻并且填滿了該整個(gè)圓形橫截面。這樣的剖面尤其適于被用作一輸出光纖的輸入，因?yàn)樗旧舷藷狳c(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例在圖10中示出，其中一單一光學(xué)元件包括棒9，其從橫截面為正方形的輸入面10到橫截面為圓形的輸出面11具有光滑的過渡。
對于需要輸出數(shù)值孔徑與輸入數(shù)值孔徑不同的應(yīng)用，均化器可以是一錐形的光學(xué)元件。另外，如圖10中所示的實(shí)施例，正方形橫截面可以被轉(zhuǎn)換為橢圓形、矩形或其他多邊形橫截面以改變焦點(diǎn)的強(qiáng)度剖面，以便與輸出的目標(biāo)形狀相匹配或改變發(fā)射光的角度分布。
圖11示出了一個(gè)實(shí)施例，其中輸入橫截面是矩形且小于輸出橫截面面積。在這種情況下，從輸出面11出來的光的數(shù)值孔徑小于進(jìn)入輸入面10的光的數(shù)值孔徑。圖12示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，它具有橫截面為矩形的輸入面10和更大的圓形橫截面輸出面11。盡管上述兩個(gè)例子都是輸出橫截面積大于輸入橫截面積，但是反過來，當(dāng)較大的輸入橫截面積適合于某種應(yīng)用時(shí)，也可使用較大的輸入橫截面積，比如圖象投影系統(tǒng)。
盡管圖9和10所示的均化器產(chǎn)生了期望的結(jié)果，但是制造這樣結(jié)構(gòu)的方法可能是昂貴的。圖13A示出一八角形均化器，其中它與其他形狀一樣具有基本上相同優(yōu)勢的混和特性。但是當(dāng)使用以外接圓形輸出光纖16時(shí)，圖13B所描述的重疊面積是90％，該面積在許多應(yīng)用是足夠的。
圖14描述了本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例。它包括在離軸結(jié)構(gòu)中和作為一次反射器的環(huán)形凹面鏡27排列在一起的燈21。可以使用不同類型的燈，包括金屬鹵化物、氙氣、汞或氙化汞(mercury-xenon)。這種離軸結(jié)構(gòu)在美國專利號5,430,643中進(jìn)行了詳細(xì)論述，其在之前已經(jīng)被引用作為參考。對于某些應(yīng)用，還可使用圓形凹面或橢圓凹面一次反射器27。該凹面反射鏡27可選擇被涂覆多層電介質(zhì)薄膜，該薄膜只反射可見光并且使UV和IR穿過。因此，只有可見光被聚焦在均化器輸入面29a上。后向反射鏡28用來通過將來自燈另一側(cè)的光反射回一次反射器27反射光來增加系統(tǒng)的輸出。該結(jié)構(gòu)對所有角度的光輻射均產(chǎn)生近似1∶1的放大倍數(shù)，從而保持了成像到均化器上時(shí)的弧光的亮度。燈21的弧光和來自后向反射鏡28的圖象被聚焦在均化器29的輸入面29a上，如由光線26所示的那樣，均化器29為一錐形的多邊形棒，比如正方形棒。
通過描述，在成像點(diǎn)放置一包括一錐形正方形棒的均化器29，輸入面29a的邊長為2mm。在這種情況下，一次反射器27的數(shù)值孔徑為0.7，且使用350W的金屬鹵化物燈。輸出光纖24是直徑為5mm和操作數(shù)值孔徑為0.5的熔融光纖束。均化器29的正方形輸出面23的邊長為3.5mm，并且錐形正方形棒從輸入到輸出的總長度是35mm。該錐度比給出了近似0.41的輸出數(shù)值孔徑，它稍稍小于光纖束的數(shù)值孔徑，因此為有效耦合并降低光纖內(nèi)的傳播損耗提供了一些容限。當(dāng)然，也可改變均化器的長度或輸入/輸出面積以對任意輸出光纖24的數(shù)值孔徑的最佳匹配。在這種情況下，輸出的強(qiáng)度未達(dá)到輸出光纖的破壞極限值。結(jié)果，從正方形輸出面向輸出光纖束24的圓形輸入端的耦合就不再是一個(gè)問題。
對以上的實(shí)施例能夠作出各種改變以使它適應(yīng)系統(tǒng)的特殊需要。例如，輸出光纖24可以是單塑料光纖、塑料光纖束、玻璃光纖或玻璃光纖束中的任意一種。同樣，根據(jù)燈21的功率，對高功率應(yīng)用均化器可由石英制成，對低功率應(yīng)用其可由低溫玻璃乃至塑料制成，并且可以涂覆或不涂覆。
在圖15所述的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)使用具有更高功率輸出的燈21時(shí)，可將圓形棒22插于均化器29的輸出面23和輸出光纖24之間以通過擴(kuò)散從正方形橫截面進(jìn)入圓形橫截面的輸出來降低強(qiáng)度尖峰。如圖9C和9D所示，這有助于更均勻地分布光強(qiáng)度。
盡管已經(jīng)盡可能詳細(xì)地舉例并描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于已經(jīng)提出的細(xì)節(jié)，而由權(quán)利要求限定的范圍確定。雖然本發(fā)明是被如此描述的，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然本發(fā)明的實(shí)施例可以在不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍的條件下以很多方式被改變和修改。因此，任何以及所有的這種修改都被應(yīng)包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從光源發(fā)射光以增加光纖的功率使用能力的方法，包括以下步驟輻射具有非均勻光強(qiáng)度剖面的光；均化所述強(qiáng)度剖面以再分布該光，使得該剖面基本上均勻；以及將該再分布后的光發(fā)射到至少一個(gè)光纖中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該非均勻強(qiáng)度剖面呈高斯型分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述強(qiáng)度剖面的再分布使用具有一光軸且具有沿所述光軸至少一部分的多邊形橫截面的光波導(dǎo)管來執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述多邊形橫截面可具有多至十條邊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述光波導(dǎo)管還包含沿所述光軸至少一部分的基本上為圓形的橫截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中沿所述光波導(dǎo)管的光軸，該多邊形橫截面平滑地過渡為基本上為圓形的橫截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中該波導(dǎo)管具有沿該光軸的長度；第一和第二表面，每個(gè)表面位于該長度的相對兩端，且每個(gè)表面具有一面積；所述第一和第二表面具有不同的面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中沿著所述光波導(dǎo)管的長度，該多邊形橫截面光滑地過渡為基本上為圓形的橫截面，且該第一表面的面積光滑地過渡為該第二表面的面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述輻射光的步驟包括聚集來自點(diǎn)光源的光。
10.據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述均化由一波導(dǎo)管來完成，所述波導(dǎo)管包括用于混合在該波導(dǎo)管的輸入端收到的所述光強(qiáng)度剖面的均化器；和至少一個(gè)對溫度敏感的光纖，其緊靠地連接至所述均化器的輸出；且其中所述發(fā)射還包括從所述光源發(fā)射光穿過所述波導(dǎo)管，以便產(chǎn)生基本上均勻的剖面引入至所述至少一個(gè)光纖，其中所述至少一個(gè)光纖不會受到所述光地破壞。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述光源提供基本上具有非均勻強(qiáng)度剖面的光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中非均勻強(qiáng)度剖面呈高斯型分布。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該波導(dǎo)管具有一光軸和沿所述光軸至少一部分的多邊形橫截面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述多邊形橫截面具有多至十條邊。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述光波導(dǎo)管還包括沿所述光軸至少一部分的基本上為圓形的橫截面。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中沿著所述光波導(dǎo)管的光軸，該多邊形橫截面光滑地過渡到基本上為圓形的橫截面。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中該波導(dǎo)管具有沿著該光軸的長度；第一和第二表面，每個(gè)表面位于該長度的相對兩端，且每個(gè)表面具有一面積；且所述第一和第二表面具有不同的面積。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中沿著所述光波導(dǎo)管的長度方向，該多邊形橫截面光滑地過渡為基本上為圓形的橫截面，且該第一表面的面積光滑地過渡為第二表面的面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述輻射光的步驟包括聚集來自點(diǎn)光源的光。
20.一種用于執(zhí)行權(quán)利要求1的方法的光纖照明系統(tǒng)，包括一個(gè)光源；一個(gè)波導(dǎo)管，其具有一輸入端，一輸出端和一光軸，其中所述輸入端的位置緊靠所述光源，使得絕大部分的光被耦合進(jìn)該波導(dǎo)管中，沿該光軸傳播，并通過該輸出端輸出，所述輸出光在輸出端具有基本上均勻的強(qiáng)度剖面，并且其中所述波導(dǎo)管具有沿所述光軸至少一部分的多邊形橫截面；至少一個(gè)輸出光纖的位置緊靠所述輸出端，使得可將從所述輸出端出來的光高效率地耦合到所述至少一個(gè)輸出光纖中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的光纖照明系統(tǒng)，其中所述波導(dǎo)管由從包括石英、玻璃和塑料的組中選擇的材料構(gòu)成。
22.據(jù)權(quán)利要求20的光纖照明系統(tǒng)，其中所述多邊形橫截面是規(guī)則的，且可包括多至十條邊。
23.用于執(zhí)行權(quán)利要求1的方法的光纖均化器，包括第一波導(dǎo)管，具有對應(yīng)于第一輸入面積的第一輸入端，對應(yīng)于第一輸出面積的第一輸出端，和具有基本上為多邊形形狀的橫截面的第一光軸，并且其中所述第一輸入端和所述第一輸出端基本上垂直于所述第一光軸；第二波導(dǎo)管，具有對應(yīng)于第二輸入面積的第二輸入端，對應(yīng)于第二輸出面積的第二輸出端，和具有基本上為圓形的橫截面形狀的第二光軸，并且其中所述第二光軸基本上與所述第一光軸在一條直線上，并且所述第二波導(dǎo)管的所述第二輸入端被置于緊靠所述第一波導(dǎo)管的第一輸出端的位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第一波導(dǎo)管的第一輸出面積完全包含在所述第二波導(dǎo)管的所述第二輸入面積內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第一輸入面積等于所述第一輸出面積。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第二輸入面積等于所述第二輸出面積。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第一輸入面積小于所述第一輸出面積。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第一輸入面積大于所述第一輸出面積。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第二輸入面積小于所述第二輸出面積。
30.權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第二輸入面積大于所述第二輸出面積。
31.權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第一波導(dǎo)管的所述第一輸出端和所述第二波導(dǎo)管的所述第二輸入端用光滑的過渡物理連接在一起以便形成一整體的波導(dǎo)管。
32.根據(jù)權(quán)利要求23的光纖均化器，其中所述第一波導(dǎo)管具有基本上為規(guī)則多邊形的橫截面形狀，該多邊形包括多至十條邊。
33.用于執(zhí)行權(quán)利要求1的方法的光纖照明系統(tǒng)，包括一個(gè)弧光燈；用于收集來自所述弧光燈的光并將所收集的光聚焦至一焦點(diǎn)的一次反射器；具有第一輸入端和第一輸出端的多邊形棒，所述多邊形棒被放置為使得該輸入端與所述焦點(diǎn)重合，以便接收由所述一次反射器收集的最佳的光數(shù)量；具有第二輸入端和第二輸出端的輸出光纖，所述第二輸入端耦合至所述多邊形棒的所述第一輸出端，從而基本上所有從多邊形棒的第一輸出端出來的光都被耦合進(jìn)所述輸出光纖。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的光纖照明系統(tǒng)，其中所述一次反射器包括選自包括球面反射鏡、橢圓形反射鏡和環(huán)形反射鏡的組中的一反射器。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的光纖照明系統(tǒng)，其中該多邊形棒可由從包括石英、玻璃和塑料的組中選擇的材料制成。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的光纖照明系統(tǒng)，其中該輸出光纖可從包括塑料光纖、塑料光纖束、單玻璃光纖和玻璃光纖束的組中選擇。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的光纖照明系統(tǒng)，其中該多邊形棒是錐形的。
38.根據(jù)權(quán)利要求33的光纖照明系統(tǒng)，其中該多邊形棒具有一正方形橫截面，所述第一輸入端的橫截面的邊長大約為2mm，所述第一輸出端的橫截面的邊長大約為3.5mm，且其中所述多邊形棒的軸向長度從所述第一輸入端向所述第一輸出端延伸，且所述軸向長度大約為3.5mm。
39.根據(jù)權(quán)利要求33的光纖照明系統(tǒng)，還包括具有第三輸入端和第三輸出端的圓形棒，所述圓形棒位于所述多邊形棒的所述第一輸出端和所述輸出光纖的第二輸入端之間，使得來自所述多邊形棒的第一輸出端的光耦合進(jìn)所述圓形棒的所述第三輸入端，且使得來自所述圓形棒的所述第三輸出端的光耦合到所述輸出光纖的所述第二輸入端。
全文摘要
一種用于低熔點(diǎn)光纖(24)的具有增強(qiáng)的功率使用能力的光纖照明系統(tǒng)，其使用一光均化器(29)。本發(fā)明的均化器最好包括一具有多邊形橫截面的棒。該光均化器(29)的輸出強(qiáng)度基本上是均勻的從而該輸出光纖(24)不會被由非均勻強(qiáng)度光(26)產(chǎn)生的熱點(diǎn)所破壞。
文檔編號G02B6/00GK1413311SQ00817471
公開日2003年4月23日 申請日期2000年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月20日
發(fā)明者羅納德·A·弗蘭特, 肯尼思·K·利 申請人:考金特光學(xué)技術(shù)公司