1.本实用新型涉及全反射耦合器技术领域，尤其涉及一种光纤-二极管全反射耦合器。
背景技术：
2.光纤照明是近些年发展起来的一门新型照明技术。它利用光纤不同折射率介质的界面会产生的全反射现象，通过光纤以一种损耗非常小的方式将光传送到需要光照的任何地方。光纤照明实现了全光传输，将照明部分与光源部分完全分离开来，不仅使安全性能提高，而且使应用领域大大拓宽，如工业内窥镜、地下矿坑照明、室内外水下照明和装饰性照明等。
3.在需要减少光污染、呼唤节能型照明的今天，结合发光二极管(led)照明光纤的应用前景广阔。虽然大功率led已经能够满足光纤照明对光源的需求，但是目前led光纤照明系统的效率依然不高，通常只能够达到20％左右。通过提升耦合效率，能够大幅提升现有led光纤照明系统的性能，而改进led光源与照明光纤的耦合方式是提升耦合效率的最有效途径。目前led与光纤耦合中比较有代表性的是采用直接耦合或者透镜耦合等。直接耦合无需特别设计，成本低廉，但耦合效率较低；透镜耦合则通过对光源进行聚焦，达到使更多的光线进入光纤的目的。透镜耦合往往采用多个球面或非球面透镜进行组合，以达到较好的配光效果，对配件之间的精密度要求较高，而且透镜耦合体积较大，在组装和运送时容易引起位移导致损耗上升。同时由于端面反射损耗的影响，透镜数量越多，损耗越大。因此，传统透镜组的设计方法不能够很好地满足led－光纤耦合器的要求，而在实际应用中，由于实际出射光功率提升不明显，所以目前大部分光源产品都采用直接耦合的方法。近年来，以自由曲面设计为原理的光学设计方法受到了比较广泛的关注，并取得了一定的成果，从模型设计到模拟方面都留下了一套比较成熟的方案，但前人工作多集中于led直接照明方面的研究，led与照明光纤耦合方面的研究与实验却鲜见报道。
技术实现要素：
4.本实用新型的目的在于提供一种光纤-二极管全反射耦合器，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种光纤-二极管全反射耦合器，包括耦合器，所述耦合器的一端安装有led照明灯，所述耦合器的另一端安装有光纤，所述led照明灯的光源通过耦合器与光纤耦合。
7.作为一种优选的实施方式，所述耦合器的顶部开设有安装孔，所述安装孔共设置有四个。
8.作为一种优选的实施方式，所述led照明灯的底部安装有插杆和螺杆，所述插杆和螺杆均插设于安装孔内，且螺杆的圆周壁上螺纹连接有外六角螺母。
9.作为一种优选的实施方式，所述插杆内开设有活动槽，所述活动槽内滑动设置有
滑块，所述滑块的一侧安装有卡块，所述滑块远离卡块的一侧安装有弹性环，所述弹性环远离滑块的一端与活动槽的内壁固定连接。
10.作为一种优选的实施方式，所述卡块的底部拐角处呈光滑弧形状结构。
11.作为一种优选的实施方式，所述插杆的直径与安装孔的孔径相等。
12.与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于，
13.1、本实用新型，降低了耦合器自身的损耗，同时极大地提升了耦合器效率以及聚光能力。
14.2、本实用新型，led－照明光纤耦合器具有耦合效率高、聚光能力强、设计简单和制作成本低等优点。
附图说明
15.图1为本实用新型耦合器的立体图；
16.图2为本实用新型中插杆的立体图；
17.图3为本实用新型中插杆的剖视图；
18.图4为本实用新型图1中a处的放大图；
19.图5为本实用新型耦合器设计的示意图；
20.图6为本实用新型自由曲面部分计算的示意图；
21.图7为本实用新型3d模拟图；
22.图8为本实用新型配光曲线图。
23.图例说明：
24.1、耦合器；2、led照明灯；3、插杆；31、活动槽；32、弹性环；33、滑块；34、卡块；4、光纤；5、螺杆；6、外六角螺母。
具体实施方式
25.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.实施例：
28.请参阅图1-8，本实用新型提供一种技术方案：一种光纤-二极管全反射耦合器，包
括耦合器1，耦合器1的一端安装有led照明灯2，耦合器1的另一端安装有光纤4，led照明灯2的光源通过耦合器1与光纤4耦合。
29.关于耦合器1的设计，现说明如下：由于led照明灯2的旋转对称性，耦合器1内的透镜的可简化为二维模型，如图5中阴影部分所示，沿oa轴向旋转360
°
即可得到耦合器的三维模型。其中ab段为光线经过耦合器1后的出射面，与光纤5端面平行，bc段为全反射面，de段将光线聚焦。现将cd段与光纤4端面垂直，将led照明灯2设置为理想光源，光心位于o点。oc长度为led照明灯3的半径，ab长度为光纤4内芯半径。光线从led照明灯3发出后，或者经bc面全反射后出射，或者经过de面折射后出射，成为平行光或者接近平行光；从ab面出射后进入光纤4。现对bc段自由曲面设计，如图7所示，设介质折射率为n。将曲线坐标设为(x，y)，若光线经bc段全反射后以平行光垂直于出射面出射，则根据菲涅耳定律，满足以下方程组：
30.式中，x
′‑
x＝δx为递增参量，采用积分替代算法，将c点坐标(0,r)作为(x，y)的初始条件带入方程，可得到(x
′
,y
′
)，再将(x
′
,y
′
)(x，y)带入，如此往复，即可获得bc段的坐标。本实施例中，采用聚甲基丙烯酸甲酯作为光纤4的材料，在可见光区折射率取值n＝1.49，通过计算此时全反射临界角约为42
°
，小于45
°
。考虑极端条件：led照明灯2的光源的出射光线沿oc方向入射(如图6所示)，此时由θ1＝0，可得θ2＝0，而方程组中，因此bc边在c点处的斜率为1，可得极端光线的入射角为45
°
，仍然满足全反射条件，因此，在led出射的所有光线在bc段的入射角恒大于45
°
，满足全反射条件。
31.通过计算得到bc段的曲线坐标数据后，将数据输入photopia或其他专用模拟软件中，并选用具体型号的led芯片，根据其实测配光曲线，进行模拟调试后，即可完成全反射耦合器1，如图7所示，为耦合器1内部的3d模拟示意图。
32.耦合器1的顶部开设有安装孔，安装孔共设置有四个，led照明灯2的底部安装有插杆3和螺杆5，插杆3和螺杆5均插设于安装孔内，且螺杆5的圆周壁上螺纹连接有外六角螺母6，插杆3内开设有活动槽31，活动槽31内滑动设置有滑块33，滑块33的一侧安装有卡块34，滑块33远离卡块34的一侧安装有弹性环32，弹性环32远离滑块33的一端与活动槽31的内壁固定连接，卡块34的底部拐角处呈光滑弧形状结构，插杆3的直径与安装孔的孔径相等，在安装时，将插杆3和螺杆5分别与不同的安装孔对齐，用力将插杆3和螺杆5插入安装孔，随着插杆3的插入，会使得卡块34的光滑弧形面受到挤压，卡块34带动滑块33对弹性环32进行压缩，卡块34收缩到插杆3内，在完全插入插杆3时，卡块34移出安装孔，在弹性环32恢复力的作用下，会使得卡块34弹出，实现led照明灯2与耦合器1的卡合，然后将外六角螺母6安装到螺杆5上，便实现了照明灯2与耦合器1的安装。
33.性能测试：
34.采用creexlamp系列功率为1w的白光led照明灯2，对制作的耦合器1工作性能进行测试。分别对比led照明灯2与光纤4直接耦合、led照明灯2与耦合器1装配后与光纤4耦合的配光曲线以及总光通量的变化，前者表征耦合器1对于led照明灯2出射光的收束作用，后者则表征耦合效率。
35.测试中led照明灯2的电流为i＝350ma，采用内芯直径约为17mm、长度为12m的pmma塑料照明光纤4，光纤4损耗约为200db/km(570nn波长下)，数值孔径约为0.5.光通量测试采用杭州远方的pms-80紫外－可见－近红外光谱分析积分球(直径为2m)系统，每个测量项目取5次平均值。测得的配光曲线如图8所示，光通量效率如表1所示。
36.表1：led－光纤耦合器的光通量对比
[0037][0038]
由从图8所示的配光曲线测试结果可以看出：裸led照明灯2的发光近似服从朗伯分布，发散角较大[图8(a)]；但led照明灯2与耦合器1耦合后，光能量则主要集中在
±5°
以内[图8(b)]。这说明耦合器1能极大地提升光源的中心光强，而且很好地将发散角控制在
±5°
以内。从表1中所示的总光通量测试结果可以发现：首先，led照明灯2装配耦合器1后，总光通量为裸led照明灯2发光(序号1)的94.42％，说明加入耦合器1本身对光源总光通量的损耗很小。led照明灯2与光纤4直接耦合(序号2)由于光线无法进行聚焦，效率非常低，其光通量仅约为裸led照明灯2发光(序号1)的18.36％；led照明灯2装配耦合器1后，再与光纤4耦合(序号4)，在相同的光纤损耗等系统衰减外，相对于led照明灯2与光纤4直接耦合(序号2)的光通量增加达到83.91％，系统整体耦合效率有了明显的提升。因此，该全反射式耦合器具有较强的聚光能力，装配该耦合器1后，led照明灯2光源与照明光纤4的耦合效率有显著提升，是一种极具应用潜力的led照明灯2－照明光纤4耦合装置。
[0039]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。