本發明涉及激光技術，具體涉及一種激光系統以及lifi裝置。

背景技術：

目前，無線網絡wifi(wireless-fidelity)已是較為主流的無線數據傳輸技術，日漸成為必不可少的生活工具，但是由于wifi采用射頻波段，無法突破7gb/s的固有數據上限。而隨著通信技術的迅速發展，需要傳輸的數據量越來越大，數據傳輸速度成為制約wifi發展的核心因素之一。此時，可見光無線通信lifi(light-fidelity)逐漸被重視起來，可見光無線通信lifi(light-fidelity)是利用快速的可見光光脈沖無線傳輸信息，根據不同速率在光中編碼信息，例如led燈開表示1，關表示0，通過快速開關進行信息傳輸，由于人眼的天然識別局限，其無法注意到光的快速閃爍變化，從而可以在不影響日常照明的情況下使用led燈進行數據傳輸。理論上，led的lifi可達到10gb/s以上的數據傳輸速率。

lifi具備比wifi更高的數據傳輸速率，且利用日常照明用的普通led燈即可方便實現，不影響照明。但同時，現有技術中led的發光原理為led燈具發出藍光激發熒光粉產生白光再進行輸出，而熒光粉無法同步實時的反應led燈極為快速的閃爍，這顯然限制了led的數據傳輸速率。較為理想的情況應該是，不使用熒光粉，而直接使用紅色(r)綠色(g)藍色(b)激光混合產生白光，如此可以極大的提高光傳輸數據的速率，很容易超出100gb/s。但對應的，激光具有亮度高、方向性強、單色性好、相干性強等特征，這使得用紅色(r)綠色(g)藍色(b)激光混合產生的白色激光在日常照明中存在散斑嚴重、體積大、安全性等一系列不足之處，如何解決激光傳輸過程中的上述不足之處成為lifi技術成熟應用繞不過去的門檻。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種激光系統以及lifi裝置，以解決現有技術中的上述不足之處。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種應用于lifi裝置上的激光系統，包括多根輸入光纖和多根輸出光纖，所述輸入光纖和輸出光纖通過拉錐勻化段相連，所述拉錐勻化段包括依次相連的第一拉錐圓臺部、熔融圓筒部以及第二拉錐圓臺部，其中，所述第一拉錐圓臺部與各所述輸入光纖相連，所述第二拉錐圓臺部與各所述輸出光纖相連，所述輸入光纖和輸出光纖滿足下式：

sqrt(y)d1na1≥sqrt(x)d0na0；

上式中，x為輸入光纖的數量，d0為輸入光纖的芯徑，na0為輸入光纖的數值孔徑，y為輸出光纖的數量，d1為輸出光纖的芯徑數值孔徑，na1輸出光纖的數值孔徑。

上述的激光系統，x≤y，所述輸入光纖的芯徑大于等于所述輸出光纖的芯徑。

上述的激光系統，所述輸入光纖的數量大于3且輸送的激光顏色不同，所述輸出光纖的輸送的激光的顏色為白光。

上述的激光系統，還包括多個配光模塊，所述配光模塊的數量小于等于所述輸出光纖的數量，各所述配光模塊至少連接一個所述輸出光纖的輸出端。

上述的激光系統，各所述輸入光纖上與所述第一拉錐圓臺部相連的部位、和/或各所述輸出光纖上與所述第二拉錐圓臺部相連的部位內置有固定插芯。

上述的激光系統，各所述輸入光纖位于所述拉錐勻化段的兩端被限位形成輸入光纖束。

上述的激光系統，所述第一拉錐圓臺部的高度、底部直徑和頂部直徑和第二拉錐圓臺部的高度、底部直徑和頂部直徑相同或不同。

一種lifi裝置，所述激光生成模塊和發光終端，還包括上述的激光系統，所述輸入光纖與所述激光生成模塊相連，所述輸出光纖與所述發光終端相連。

在上述技術方案中，本發明提供的激光系統，先行通過拉錐勻化段對激光進行合束勻化，消除其散斑問題之后再行輸出，從而消除最終發光終端的散斑問題；而且拉錐勻化段不額外占據空間，體積較小，較易實現光源的小型化；同時沒有加入其它設備，安全性較好。

由于上述激光系統具有上述技術效果，包含該激光系統的lifi裝置也應具有相應的技術效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的拉錐勻化段的結構示意圖；

圖2為本發明一種實施例提供的激光系統的結構示意圖；

圖3為本發明另一種實施例提供的激光系統的結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的lifi裝置的結構示意圖；

圖5為本發明實施例提供的lifi裝置的分散式布局示意圖。

附圖標記說明：

1、激光發生模塊；2、耦合模塊；3、輸入光纖；4、拉錐勻化段；4.1、第一拉錐圓臺部；4.2、熔融圓筒部；4.3、第二拉錐圓臺部；5、輸出光纖；6、后處理勻光模塊；7、配光模塊；8、發光終端。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細介紹。

如圖1-5所示，本發明實施例提供的一種應用于lifi裝置上的激光系統，包括多根輸入光纖3和多根輸出光纖5，所述輸入光纖3和輸出光纖5通過拉錐勻化段4相連，所述拉錐勻化段4包括依次相連的第一拉錐圓臺部4.1、熔融圓筒部4.2以及第二拉錐圓臺部4.3，其中，所述第一拉錐圓臺部4.1與各所述輸入光纖3相連，所述第二拉錐圓臺部4.3與各所述輸出光纖5相連，所述輸入光纖3和輸出光纖5滿足下式：

sqrt(y)d1na1≥sqrt(x)d0na0式1；

上式中，x為輸入光纖3的數量，d0為輸入光纖3的芯徑，na0為輸入光纖3的數值孔徑，y為輸入光纖3的數量，d1為輸入光纖3的芯徑，na1輸入光纖3的數值孔徑。

具體的，輸入光纖3輸送的激光由激光發生模塊1發射，再經過耦合模塊2的消像差、整形，最后輸送給輸入光纖3。激發發生模塊可以是固體激光器、氣體激光器、光纖激光器、半導體泵浦激光器、半導體激光器等，但優選的，激光發生模塊1為ld半導體激光器，其具有體積較小、體積小、重量輕、效率高、使用壽命長等特點，耦合模塊2可以是自聚焦透鏡、非球面鏡、球面鏡、柱面鏡、自由曲面、光纖熔接器件等，優選的為非球面鏡，其體積小、重量輕、矯正像差能力強。

本實施例中，各束激光經由激光發生模塊1、耦合模塊2進入輸入光纖3，各輸入光纖3的一端與拉錐勻化段4相連，拉錐勻化段4包括依次相連的第一拉錐圓臺部4.1、熔融圓筒部4.2以及第二拉錐圓臺部4.3，優選的，第一拉錐圓臺部4.1和第二拉錐圓臺部4.3以其較小直徑的一端與圓筒部相連，三者同軸布置，更優選的，第一拉錐圓臺部4.1和第二拉錐圓臺部4.3的外形相同，即兩者的高、兩端的直徑均相同。其中，第一拉錐圓臺部4.1與各所述輸入光纖3相連，第二拉錐圓臺部4.3與各輸出光纖5相連，由輸入光纖3輸入的各束激光先進入第一拉錐圓臺部4.1混合并勻化，再由熔融圓筒部4.2進行輸送以及再次混合及勻化，最后由第二拉錐圓臺部4.3進行再次混合勻化并輸送至各輸出光纖5，如此由輸入光纖3輸入的激光進行多重混合勻化后由輸出光纖5進行輸出，從而實現降低散斑、降低色散程度等技術效果。

本實施例中，拉錐勻化段4可以如此加工制造：各輸入光纖3和各輸出光纖5的一端去除涂覆層再在高溫下熔融拉錐形成圓臺結構和圓筒結構相連的外形，然后圓筒結構上切開一斷面，輸入光纖3和輸出光纖5的兩個斷面再熔融相連從而形成錐形勻化段。顯然的，拉錐勻化段4的熔融圓筒部4.2可由輸入光纖3和輸出光纖5中的一者熔融形成。可選的，拉錐勻化段4整個可由輸入光纖3和輸出光纖5中的一者熔融形成。還可選的，拉錐勻化段4先行通過其它方法制造得出，再連接輸入光纖3和輸出光纖5。

本實施例中，在輸入光纖3和輸出光纖5的技術參數還符合式1：sqrt(y)d1na1≥sqrt(x)d0na:；式1中，x為輸入光纖3的數量，d0為輸入光纖3的芯徑，na0為輸入光纖3的數值孔徑，y為輸出光纖3的數量，d1為輸出光纖3的芯徑數值孔徑，na1輸出光纖3的數值孔徑，通過實驗證明，滿足上式的輸入光纖3和輸出光纖5的拉錐熔接效率可以達到85％以上，最高可達近95％，如此拉錐熔接效率極高。在其中一個實驗中，如圖3所示，輸入光纖3為7根芯徑105μm，na值0.22的多模光纖，輸出光纖5為7根芯徑105μm，na值0.22的多模光纖，最終實現了94.6％的拉錐熔接效率；在另一個實驗中，輸入光纖3為3根芯徑200μm，na值0.22的多模光纖，輸出光纖5為19根芯徑105μm，na值0.22的多模光纖進行合束拉錐，實現85％的拉錐熔接效率。

對比試驗的其它數據結果如下表1所示：

表1

由上表可知，滿足上述式1的拉錐熔接效率明顯高于不滿足上式的熔接效率，此原因在于在物理原理上都相當于光束從小尺寸的輸入端，傳輸到相對大尺寸的輸出端，效率必然高。

本發明實施例提供的激光系統，先行通過拉錐勻化段4對激光進行合束勻化，消除其散斑問題之后再行輸出，從而消除最終發光終端8的散斑問題；而且拉錐勻化段4不額外占據空間，體積較小，較易實現光源的小型化；同時沒有加入其它設備，安全性較好。

本實施例中，優選的，x≤y，即輸入光纖3的數量小于等于輸出光纖5的數量，此時，輸入光纖3的芯徑可以相對較大，提高激光輸入端的耦合效率，輸出光纖5數量多，輸出光纖5芯徑可以相對較小，會增加空間勻化次數及單根光纖的勻化效果，且應用在lifi上，可減少植入芯片的個數，且通過多輸出端的合理布局，可最大限度緩解lifi可見光波段無法穿透墻壁的信號盲區問題。

本實施例中，更優選的，所述輸入光纖3的數量大于3且輸送的激光顏色不同，所述輸出光纖5的輸送的激光的顏色為白光，每根輸入光纖3可輸入波長不同的單色光，如分別為紅色(r)綠色(g)藍色(b)，最終由拉錐勻化段4進行混光以形成白色光，顯然的，諸多方案可以混光以形成白光，此為光學的公知常識，本實施例不一一列舉贅述。

本實施例中，進一步的，如圖4所示，還包括多個配光模塊7，所述配光模塊7的數量小于等于所述輸出光纖5的數量，各所述配光模塊7至少連接一個所述輸出光纖5的輸出端，一個配光模塊7可以連接一個輸出光纖5，也可以連接兩個、三個乃至四個輸出光纖5，即配光模塊7的數量小于等于輸出光纖5的數量，配光模塊7連接最終的發光模塊，實現激光的輸出。

本實施例中，如圖4所示，還包括后處理勻光模塊6，后處理勻光模塊6連接于輸出光纖5和配光模塊7之間，后處理勻光模塊6采用折射型勻化片、衍射型勻化片或其他勻光器件，其通過上述器件上的微結構，實現光強的勻化分布，光束發散角變大，實現后處理勻化效果，而且上述結構具備體積小、重量輕等特點。光模塊7實現從光纖輸出的激光光束的整形，例如光束發散角變大等，具體結構可參見通用led的配光模塊。

本實施例中，進一步的，各所述輸入光纖3上與所述第一拉錐圓臺部4.1相連的部位、和/或各所述輸出光纖5上與所述第二拉錐圓臺部4.3相連的部位內置有固定插芯。各所述輸入光纖3位于所述拉錐勻化段4的兩端被限位形成輸入光纖3束。固定插芯用于緊固和定位輸入光纖3，便于各輸入光纖3緊固以形成光纖束，同時便于輸入光纖3的熔融拉錐加工。

如圖1-5所示，本發明實施例還提供一種lifi裝置，所述激光生成模塊和發光終端8，還包括上述的激光系統，所述輸入光纖3與所述激光生成模塊相連，所述輸出光纖5與所述發光終端8相連。lifi裝置為各類使用lifi進行數據傳送的裝置，其中間的可見光處理系統采用上述的激光系統，本實施例中，輸出光纖5最終連接發光終端8如led燈具，實現低散斑和高安全度的激光輸出。

由于上述激光系統具有上述技術效果，包含該激光系統的lifi裝置也應具有相應的技術效果。

以上只通過說明的方式描述了本發明的某些示范性實施例，毋庸置疑，對于本領域的普通技術人員，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，上述附圖和描述在本質上是說明性的，不應理解為對本發明權利要求保護范圍的限制。