[发明专利]一种消像差的万瓦级光纤连接器

权利要求书

1.一种消像差的万瓦级光纤连接器，其特征在于，包括同轴设置的光纤输入端、准直透镜组、聚焦透镜组、光纤输出端和镜片水冷装置，其中：

所述准直透镜组包括第一正光焦度弯月凸透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第一正光焦度凸透镜；聚焦透镜组包括第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜；镜片水冷装置包括内壁和外壁；

所述光纤输入端、第一正光焦度弯月凸透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第一正光焦度凸透镜、第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜、光纤输出端在光纤传输方向上依次同轴排列；

所述第一正光焦度弯月凸透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第一正光焦度凸透镜、第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜沿光纤传输方向依次排列的12个镜面的面型、曲率半径及间隔分别为：凹球面、200mm、10mm；凸球面、56.837mm、15mm；平面、无限、10mm；凹非球面、-83.652mm、15mm；凸球面、-250mm、10mm；凸球面、94.672mm、50；凸球面、94.672mm、10mm；凸球面、-250mm、15mm；凹非球面、-83.652mm、10mm；平面、无限、15mm；凸球面、56.837mm、10mm；凹球面、200mm。

2.如权利要求1所述的消像差的万瓦级光纤连接器，其特征在于，所述第一正光焦度弯月凸透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第一正光焦度凸透镜、第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜的材质均为石英玻璃并镀有高损伤阈值的增透膜，保证每个透镜的透过率为99 .9%；增透膜损伤阈值大于30J/cm²；石英玻璃承受功率密度大于1GW/cm²。

3.如权利要求1所述的消像差的万瓦级光纤连接器，其特征在于，所述第一正光焦度弯月凸透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第一正光焦度凸透镜、第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜之间的间隔介质为空气或者是真空。

4.如权利要求1所述的消像差的万瓦级光纤连接器，其特征在于，其工作波长为976nm，带宽为±2.5nm，NA为0.22，焦距为100mm。

5.如权利要求1所述的消像差的万瓦级光纤连接器，其特征在于，其艾里斑半径小于5μm，零视场均方根半径小于艾里斑半径。

6.如权利要求1所述的消像差的万瓦级光纤连接器，其特征在于所述镜片水冷装置为双层套筒结构，内壁与外壁之间装有流动的冷却液。

7.如权利要求1所述的消像差的万瓦级光纤连接器，其特征在于所述镜片水冷装置材料是玻璃不锈钢、铝合金、或者铜。

8.如权利要求1所述的消像差的万瓦级光纤连接器，其特征在于所述镜片水冷装置的内壁表面与所述第一正光焦度弯月凸透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第一正光焦度凸透镜、第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜的边缘用耐高温密封胶粘，密封胶耐高温且大于1000℃。

9.如权利要求1所述的消像差的万瓦级光纤连接器光学系统的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，通过光纤输入端的数值孔径NA和光斑尺寸确定光学系统的视场角、口径，进而得到镜片水冷装置的内壁直径；通过激光光源的输出功率、波长范围确定所用透镜的玻璃材料、增透膜范围；通过激光功率、透镜直径计算透镜表面的功率密度，确定增透膜损伤阈值；通过光纤输入端与光纤输出端的纤芯直径之比，确定光学系统的放大倍率；通过光纤输出端到光纤输入端的距离以及光学系统放大倍率计算得出光学系统焦距；

步骤2，设置Zemax软件中的数值孔径NA、波长、视场角，在透镜数据表中建立初始镜头模型；将第一正光焦度弯月凸透镜、第一负光焦度凹透镜、第二正光焦度凸透镜、第二正光焦度弯月凸透镜的曲率半径、透镜厚度和空气厚度设置为变量，将第一非球面负光焦度凹透镜、第二非球面负光焦度凹透镜的圆锥系数设置为变量；编辑评价函数，设置边界条件；

步骤3，编辑评价函数编辑器，设置优化向导：优化函数类型选择RMS；标准为光斑半径；参考为质心；光瞳采样为高斯求积；玻璃厚度边界条件为≤20mm，≥10mm；空气厚度边界条件≤50mm，≥10mm；

步骤4，在Zemax中执行优化程序；优化光纤输入端、第一正光焦度弯月凸透镜、第一负光焦度凹透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜、光纤输出端之间的距离；优化每个透镜的曲率半径和厚度；优化第一非球面负光焦度凹透镜、第二非球面负光焦度凹透镜的圆锥系数，使得光纤输出端的零视场弥散斑在艾里斑内，得到基于多球面镜消像差的万瓦级光纤连接器的光学系统。