[0001] 本申请属于可见光通信的领域，更具体地说，是涉及一种荧光光纤、可见光通信系统以及荧光光纤的制备方法。

[0002] 荧光光纤是可见光通信系统中的接收辅助装置，通过将接收的可见光信号中的较短波长转换成探测器响应更强的稍长波长的荧光信号，并有一定方向性地导向接收端探测
器，这种接收辅助方式有助于突破接收系统的光拓展量限制，具有更高的视野和接收面积
的乘积，可促进可见光通信系统向更高速率和更大容量发展。

[0003] 目前，片状的荧光波导由两层玻璃板以及填充在两层玻璃板之间的荧光材料构成，在可见光通信系统中，信号光发射装置发射出的可见光信号被荧光波导中荧光材料吸
收并转换为荧光信号后，会沿着片状的荧光波导向四周方向传输，光电探测器连接在荧光
波导的一端，仅有少部分荧光信号能够最终传输到光电探测器处，较多的荧光信号会从荧
光波导其他边缘位置溢出，导致信号信噪比提升有限，通信质量较低。

[0027] 为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0028] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

[0029] 需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

[0030] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0031] 参照图1和图2，第一方面，本申请实施例提供一种荧光光纤，包括透光管体100以及荧光波导200。

[0032] 其中，透光管体100具有容置腔，且透光管体100的至少一个延伸端具有开口。在本实施例中，透光管体100的两个延伸端均具有开口。透光管体100具有外环101和内环面102，
透光管体100的外环面101用于接收可见光信号。

[0033] 荧光波导200填充于容置腔内，荧光波导200于透光管体100的开口处具有输出面201。在本实施例中，荧光波导200具有一个位于透光管体100对应一侧开口处的输出面201，
此外，也可以在荧光波导200的两端均设置输出面201。荧光波导200用于吸收穿过透光管体
100的可见光后转化为荧光信号，透光管体100的内环面1002用于反射部分经过荧光波导
200转化的荧光信号，使所述荧光波导200内产生的所述荧光信号有方向性地输出至所述输
出面201。

[0034] 其中，透光管体100可采用玻璃材料制作，以具有良好的透光性和结构强度。此外，透光管体100还可以采用透光软管制作，使荧光光纤能够在一定程度上弯曲使用。

[0035] 透光管体100的横截面的形状为环形，环形的外侧轮廓和内侧轮廓的形状均可以是任意的，例如，圆形、椭圆形、矩形或多边形等，且环状的外侧轮廓和内侧轮廓可以相同或不同，本实施例中对此不做具体限制。示例性的，透光管体100的横截面的外侧轮廓和内侧
轮廓均为圆形。透明管体100的直径可根据光电探测器的连接端适配选择0.3～2mm。

[0036] 结合图2所示，在使用中，当可见光信号照到该荧光光纤的外环面101上时，可见光信号的一部分在外环面101与空气的交界处反射，另一部分穿透透光管体100进入荧光波导
200中。可见信号光中处于荧光波导200的吸收波长的部分被荧光波导200吸收，并以一定的
荧光量子效率转化成荧光信号发射出来，可见信号光中长于荧光波导200吸收波长的部分
会再透过透光管体100从荧光光纤中透射出来。

[0037] 在荧光波导200中被转换的荧光信号中，一部分会在传播过程中被荧光波导200中另外的荧光分子重吸收或直接透过透光管体100溢出，另一部分会不断地被透光管体100的
内环面102反射而最终传输到输出面201处。因此，与现有技术中呈片状的荧光层相比，由于
荧光波导200被整个透光管体100包覆，大部分荧光均会被透光管体100的内环面102不断的
反射，使较多的荧光信号能够沿着荧光波导200的延伸方向传输，具有更好的波导方向性，
以减少荧光信号的溢出，将更多的荧光信号传输至光电探测器中，提高对光电探测器的增
益效果。

[0038] 参照图1和图2，在一些实施例中，输出面201的截面为背向容置腔方向凸出的曲面或锥面。

[0039] 曲面或锥面在背向容置腔方向上的横截面的面积逐渐减小，使荧光信号在通过输出面201时能够得到聚焦效果，从而提高光电探测器的接收效果。在本实施例中，输出面201
为向容置腔外侧方向凸出的半球面。

[0040] 此外，还可以在输出面201设置菲涅尔透镜或超透镜等具有聚焦效果的微结构，能够实现对荧光信号输出时的聚焦效果即可。

[0041] 参照图3，在一些实施例中，输出面201为与透光管体100的延伸方向相垂直的抛光平面。

[0042] 可通过对荧光波导200在开口处的端面进行打磨抛光，形成粗糙度较小的抛光平面，使荧光信号可更好的透过抛光平面，提高荧光信号的输出效果。

[0043] 另外，输出面201在连接光电探测器时还可设置有微透镜，微透镜的设置可以进一步增强荧光信号的聚焦效果，使得从输出面201输出的荧光信号更加集中，提高光电探测器
的接收灵敏度。其中，微透镜可以是单个的，也可以是多个排列成阵列形式，以适应不同的
应用需求。

[0044] 在一些实施例中，荧光波导200包括相混合的荧光材料和主体基质，所述主体基质为能够由液态固化为固态的可固化材料。其中，主体基质固化后在可见光波段透明，即，主
体基质在固化后对可见光波段的吸收较小，避免对荧光材料吸收可见光造成干扰。

[0045] 由于透明管体100的直径尺寸较小，若直接采用常规的固体荧光材料难以置入透明管100内，且无法确保固态荧光材料能够完全填充满整个容置腔。

[0046] 因此，主体基质采用可由液态固化为固态的可固化材料，先将荧光材料混入液态的主体基质内，并利用注射或毛细管自吸等方式将液态的荧光波导填充至透光管100的容
置腔内，再使用相应的固化方式令液态的荧光波导固化为固态，从而形成本申请实施例中
的荧光光纤。从而解决因透明管体100尺寸小不易置入荧光材料的问题，并且，还能够保证
荧光波导200完全充满整个容置腔，不易产生空隙，确保对荧光信号的转化以及传输效率。

[0047] 在一些实施例中，荧光材料为聚集诱导发光材料(AIEgens)，且荧光材料的浓度为0.1～20mg/ml。

[0048] 聚集诱导发光材料在主体基质中的浓度较浓时，荧光效率可以更高或保持在较高的水平，因而有利于荧光光纤使用较高的荧光材料的浓度来实现更大的荧光信号增益。并
且，聚集诱导发光材料还具有相对较大的斯托克斯位移，且其光致发光量子产率，可以有效
地吸收入可见光，并转换为光电探测器响应更强、波长接近600nm的荧光信号，并因为斯托
克斯位移较大，在导向光电探测器过程中只有较少的荧光信号被自吸收，使更多的荧光信
号在透明端盖120的输出面1201射出，并耦合进光电探测器的有源区被光电效应转化。

[0049] 并且，由于聚集诱导发光材料具有浓度越高荧光效率更高或保持较高的水平的特性，荧光材料可以在0.1～20mg/ml范围内，根据吸收和发射光谱、发光量子产率以及荧光寿
命等参数选择，可确保荧光材料和主体基质混合而成的荧光波导200具有良好的发光性能。

[0050] 在一些实施例中，主体基质为光固化胶或热固化胶。

[0051] 例如，主体基质可选用NOA68、NOA61或SU8等光固化胶，并通过相应波长的紫外光进行固化。或选用PMMA等热固化胶，可通过对主体基质加热至相应温度使其固化。

[0052] 参照图4和图5，第二方面，本申请实施例还提供一种可见光通信系统，包括基板300、信号光接收组件400以及信号光发射组件500。

[0053] 信号光接收组件400包括第一荧光光纤410、第一光电探测器420、第二荧光光纤430、第二光电探测器440。第一荧光光纤410和第二荧光光纤430均为第一方面实施例中提
供的荧光光纤，且第一荧光光纤410和第二荧光光纤430中的荧光波导200对可见光的可吸
收波长不同。第一荧光光纤410和第二荧光光纤430均设置于基板300，第一荧光光纤410的
输出面1201与第一光电探测器420连接，第二荧光光纤430的输出面1201与第二光电探测器
440连接。信号光发射组件500用于向第一荧光光纤410和第二荧光光纤430的外环面101发
射可见光信号。

[0054] 其中，信号光发射组件500可以是激光二极管、LED灯或其他类型的光源。基板300水平设置于信号光发射组件500的下方，第一荧光光纤410和第二荧光光纤430均水平设置
在基板300的上表面，以接收信号光发射组件500发出的可见光信号。

[0055] 第一荧光光纤410和第二荧光光纤430中可分别使用不同的荧光材料，以吸收不同波长的可见光。信号光发射组件500根据通信信号发射包含多个波长的可见光信号，分别对
应于第一荧光光纤410和第二荧光光纤430可吸收的波长，当信号光发射组件500发射的可
见光信号照射到第一荧光光纤410和第二荧光光纤430的外环面101时，第一荧光光纤410和
第二荧光光纤430分别吸收各自可吸收波长的光，并将吸收的光转换为荧光信号。第一荧光
光纤410和第二荧光光纤430的输出面1201将荧光信号分别传输给第一光电探测器420和第
二光电探测器440，第一光电探测器420和第二光电探测器440将接收到的荧光信号转换为
对应电信号。

[0056] 再使用处理器对第一光电探测器420和第二光电探测器440输出的两种电信号进行解码和处理，从而可恢复原始的通信信号，实现多路复用通信。

[0057] 在一些实施例中，第一荧光光纤410的数量为至少两个，至少两个第一荧光光纤410相互平行并沿第一方向间隔排布。第二荧光光纤430的数量为至少两个，至少两个第二
荧光光纤430相互平行并沿第二方向间隔排布。

[0058] 其中，多个第一荧光光纤410的输出面1201共同连接于同一个第一光电探测器420，多个第二荧光光纤430的输出面1201共同连接于同一个第二光电探测器440，从而实现
多路并行传输，可以显著提高可见光通信系统的数据传输能力，满足高速数据传输的需求。

[0059] 在一种可实施的方式中，如图4所示，第一方向和第二方向相互平行，第一荧光光纤410和第二荧光光纤430依次交错排布。

[0060] 其中，第一荧光光纤410的输出面1201和第二荧光光纤430上的输出面1201分别位于基板300相对的两侧，且第一光电探测器420和第二光电探测器440也分别位于基板300相
对的两次，以与对应的输出面1201连接。

[0061] 在另一种可实施的方式中，如图5所示，第一方向与第二方向相互垂直，第一荧光光纤410和第二荧光光纤430还沿第三方向间隔排布。

[0062] 其中，第一方向和第二方向可均为水平方向，第三方向为竖直方向。即，第一荧光光纤410和第二荧光光纤430沿竖直方向间隔排布于基板300上，且第一荧光光纤410和第二
荧光光纤430相互垂直，第一荧光光纤410的输出面1201和第二荧光光纤430中的输出面
1201分别位于基板300的不同侧，且第一光电探测器420和第二光电探测器440也分别设置
于基板300的对应端部，以连接对应的输出面1201。

[0063] 在上述布置方式下，使第一荧光光纤410和第二荧光光纤430交错排布的方式，可以有效地减少可见光信号之间的干扰，提高可见光通信系统的整体性能，通过调整第一荧
光光纤410和第二荧光光纤430的数量和排布方式，可以适应不同的应用场景和需求。

[0064] 第三方面，本申请实施例还提供一种用于制备第一方面实施例中荧光光纤的制备方法，包括如下步骤：

[0065] 步骤一，向液态的主体基质中溶入荧光材料，形成液态荧光波导。

[0066] 其中，主体基质为透明的可固化材料，例如NOA68、NOA61、SU8或PMMA等，根据选取材料的不同可利用紫外光照射、加热等方式使液态的主体基质固化为固态。

[0067] 荧光材料为聚集诱导发光材料，并根据所需吸收和发射波段选择。聚集诱导发光材料使得荧光效率随着荧光材料浓度的增大而增高，且不易淬灭，最终使传到荧光光纤两
端的信号增益更高、信噪比更好，同时又可保持很高的调制截止频率。荧光材料可在0.1～
20mg/ml等浓度中视荧光强度等性能而选取。将对应浓度的荧光材料加入主体基质中后，通
过搅拌等方式使荧光材料与主体基质充分均匀混合，从而形成液态的荧光波导。

[0068] 步骤二，将液态荧光波导注入透光管的容置腔内。

[0069] 其中，在注入液态荧光波导之前，透光管的透光管体应预留两个开口，可采用注射器将液态荧光波导通过腔口吸入到容置腔内。另外，当采用毛细玻璃管作用透光管时，还可
利用毛细玻璃管的自吸效应，将液态的荧光波导自行吸入容置腔内。

[0070] 步骤三，使液态荧光波导在容置腔固化为固态的荧光波导。

[0071] 其中，对液态的荧光波导进行固化的过程可以根据所选用的主体基质材料而选择。

[0072] 例如，当主体基质选用NOA68、NOA61或SU8等紫外光固化胶时，可以使用紫外光源照射透光管内的液态荧光波导，以实现液态荧光波导在透光管内快速且均匀的固化。固化
时间可选取1～10min，根据紫外光源的强度和液态荧光波导的厚度、以及荧光材料浓度而
决定。

[0073] 当主体基质选用如PMMA等热固化胶时，可以将填充有液态荧光波导的透光管放入恒温烘箱中，在适当的温度下进行加热，以使液态的荧光波导固化。固化温度和时间需要根
据所用材料的特性进行调整，以确保荧光波导均匀固化。

[0074] 通过使用固化材料与荧光材料混合形成的荧光波导，能够在液体状态下便捷的注入透光管体内，并利用相应的固化方式使荧光波导在透光管体内固化，形成结构稳定的荧
光波导光纤，其制备方式简单，制备成本较低。

[0075] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。