用于側壁輸出環狀光斑的光纖探針結構的制作方法

本發明涉及光纖技術領域，具體地指一種用于側壁輸出環狀光斑的光纖探針結構。

背景技術：

隨著社會的發展人們生活水平的提高，由于攝入高脂肪和高蛋白食品，血栓、靜脈曲張等血液和血管疾病也容易產生。采用光纖導入的激光可以通過光熱、燒蝕或汽化等方法有效治療這些疾病。但在治療過程中，一般需要利用環狀光斑實現對血管內壁的照明以確定血管中的病灶位置。若需要大面積直接治療也可采用大功率的環狀激光光斑。另外，在一些細微管道的內壁清洗或修復等應用領域也需要對管壁進行照明或采用高能脈沖激光進行清洗。因此，對光纖輸出的環狀光斑也有一定需求。

目前，通過光纖獲得環狀光斑主要有偏心耦合少模光纖、光纖錐等方法。盡管這兩種方法都可以獲得環狀光斑，但一般得到的環狀光斑并非側面輸出而是在光纖端面輸出且發散，發散角受光纖數值孔徑的影響。另外，偏心耦合存在損耗大，光纖彎曲也容易影響環狀光斑的均勻性等問題。光纖錐的方法是通過光纖錐將光纖基模耦合進包層獲得環狀光斑，但這種方法光纖錐區直徑小，機械強度低，而且獲得的光斑形狀也容易受到工作區液體折射率的影響。因此，二者均并未獲得廣泛應用。

技術實現要素：

針對上述現有技術的不足之處，本發明提供了一種用于側壁輸出環狀光斑的光纖探針結構，可以有效控制光纖中傳輸激光從側壁輸出。從側壁輸出的激光強度均勻，不隨工作介質區的折射率變化，而且輸出環狀光斑的發散角可控，具有結構簡單、適用性廣、可靠性高的特點。

為實現上述目的，本發明所設計的用于側壁輸出環狀光斑的光纖探針結構，包括同軸設置的空心光纖和傳導光纖，其特殊之處在于，所述空心光纖的后端與傳導光纖的前端熔接，所述空心光纖沿軸向設有通孔，所述通孔的前端設置有前錐面，后端設置有后錐面，所述前錐面與空心光纖同軸，錐角朝左，錐底朝右，所述后錐面與空心光纖同軸，錐角朝左，錐底朝右，所述后錐面的錐角與傳導光纖的輸出端對接。

進一步地，所述空心光纖外部設置有起保護作用的毛細套管，所述毛細套管將空心光纖包覆于內腔中。毛細套管的長度大于空心光纖的長度，用以隔離空心光纖和外界環境，實現對光纖錐的保護。

更進一步地，所述傳導光纖為多模光纖或者單模光纖，材料為熔石英，包括纖芯、包層及涂覆層，主要起到傳導激光的作用。所述傳導光纖的后端設置有光纖接頭或者所述傳導光纖的后端與激光源的輸出尾纖熔接。

更進一步地，所述空心光纖的材料為石英，折射率與所述傳導光纖的纖芯折射率相同。所述空心光纖的長度L小于d*n/NA，其中，d、n為分別為所述空心光纖的外徑和折射率，NA為所述傳導光纖的數值孔徑。

更進一步地，所述前錐面的錐角小于π-2*asin(1/n)，其中n為所述空心光纖的折射率。保證空心光纖中的激光被內錐面全反射，并從空心光纖輸出。所述前錐面的面型為圓錐面或者外凸、內凹的圓錐面。可以根據需求控制從空心光纖輸出的激光發散角，凸面的光纖錐可以實現對輸出環狀光束的準直或聚焦。

更進一步地，所述毛細套管的內徑大于空心光纖，所述毛細套管的套管前端封閉，套管末端通過連接材料與傳導光纖連接，所述連接材料為固化的紫外膠或者熔接得到的SiO₂。所述毛細套管的套管末端為錐狀或者半球狀，通過熔接獲得，方便導入微細管道。

與現有技術相比，本發明由于采用了空心光纖錐結構，獲得側壁輸出環狀光斑，并方便控制環狀光斑的發散角。空心光纖的引入可高效均勻分離入射激光，獲得強度分布均勻的環狀光斑。毛細套管能夠對空心光纖進行保護并與工作區介質隔離，保證輸出光斑的穩定性和可靠性。本發明的探針結構具有結構簡單、適用性廣、可靠性高等特點。

附圖說明

圖1為本發明的剖視結構示意圖。

圖2為圖1中前錐面的錐面為平面的工作示意圖。

圖3為圖1中前錐面的錐面為凸面的工作示意圖。

圖中：傳導光纖1，空心光纖2，毛細套管3，前錐面4，套管前端5，套管末端6，后錐面7，連接材料8。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。

如圖1～圖3所示，本發明一種用于側壁輸出環狀光斑的光纖探針結構，包括同心設置的空心光纖2和傳導光纖1。空心光纖2的后端朝左，與傳導光纖1的前端熔接，空心光纖2的前端朝右，設置有開口向內縮緊的前錐面4。空心光纖2的內腔中部熔接形成后錐面7，后錐面7錐角朝向傳導光纖1的前端面，后錐面7的錐底位于前錐面4的底部。空心光纖2外部設置有毛細套管3，毛細套管3將空心光纖2包覆于內腔中，從傳導光纖1內腔輸入的激光束經前錐面4反射形成環狀光束沿毛細套管3徑向向外輻射。

包括同軸設置的空心光纖2和傳導光纖1。空心光纖2的后端與傳導光纖1的前端熔接。空心光纖2沿軸向設有通孔，通孔的前端設置有前錐面4，后端設置有后錐面7。前錐面4與空心光纖2同軸，錐角朝左，錐底朝右。后錐面7與空心光纖2同軸，錐角朝左，錐底朝右。后錐面7的錐角與傳導光纖1的輸出端對接。空心光纖2外部設置有其保護作用的毛細套管3，毛細套管3將空心光纖2包覆于內腔中。毛細套管3用以隔離空心光纖2和外界環境，毛細套管3的長度大于空心光纖2的長度，實現對光纖探針結構的保護。毛細套管3的內徑大于空心光纖2，毛細套管3與空心光纖2之間留有空隙。毛細套管3的套管前端5封閉。套管前端5為半球狀密封結構，方便導入微細管道。套管末端6通過連接材料8與傳導光纖1連接，連接材料8既可以采用紫外膠，也可以采用熔接得到的SiO₂。

傳導光纖1為普通商用單模或多模光纖，主要起到傳導激光的作用，其前端為空心光纖2的光纖探針結構，后端可制作各種接頭，也可以直接與激光源的輸出尾纖熔接在一起。空心光纖2的材料為石英，折射率與傳導光纖1的纖芯折射率相同或者相近。空心光纖2的光纖長度為L，內徑為φ，長度L應小于d*n/NA。其中，d和n為空心光纖2的外徑和折射率，NA為傳導光纖1的數值孔徑。空心光纖2前端設置的前錐面4可以保證空心光纖2中的激光被內錐面全反射，并通過毛細套管3輸出。前錐面4的圓錐面可以是平面，也可以是凸面，分別如圖2和圖3所示；凸面的光纖錐可以實現對輸出環狀光束的準直或聚焦。

本發明的工作過程為：從外部注入傳導光纖1的激光在空心光纖2的后端被空心光纖2中的后錐面7分離成均勻分布的環狀模式。這種環狀模式的激光再被空心光纖2前端的前錐面4反射，經毛細套管3輻射出來，形成環狀光斑。輻射出來的環狀光斑的尺寸由前錐面4的弧面決定。

盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍內。