CN105866891A - 一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元 - Google Patents

一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元 Download PDF

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江升
徐玉华
杨鹏
韩顺利
宋平
吴威
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    • G02B26/023—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light comprising movable attenuating elements, e.g. neutral density filters

Abstract

本发明提供了一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元，包括双向线性模组、电机和旋转编码器，双向线性模组的左右两侧分别设置有边框，两个边框相互对称，边框的中间位置处设置有光纤准直器；双向线性模组上还设有往复丝杠，往复丝杠上安装有滑块，滑块在往复丝杠上做往返运动，滑块上固定有片型渐变滤光片，电机的一端与往复丝杠相连，另一端与旋转编码器相连，电机带动往复丝杠转动。利用往复丝杠的推动结构，大大减小了衰减单元的控制难度和机械结构的体积，减小了机械结构部件的磨损，利于小型化的仪器设计。双向定位及校准技术，使得新型光衰减单元工作时不会发生光功率跳变现象，定位更精确，重复精度更高。

Description

一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元
技术领域
本发明设计可调光衰减技术领域，具体涉及一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元。
背景技术
连续可调光衰减器是光纤网络中常用的仪器之一，主要作用是对光信号的强度进行精确补偿，广泛应用于教学实验、光器件的研发生产测试以及光纤通信、光纤传感网络建设和维护等领域。光衰减单元是可调光衰减器的核心部件，其设计方案的优劣将直接影响可调光衰减器的各项性能指标的高低。
第一种传统的光衰减单元，如图1所示，入射光通过光纤准直器进行准直，经过两片圆形滤光片完成衰减后，最终通过光纤准直器进入输出光纤。在两个滤光片中，一个为粗调滤光片，利用电机A的转动带动此滤光片以10dB步进的衰减量进行变化，分别实现光功率0dB、10dB、20dB、30dB、40dB和50dB的衰减；另一个为细调滤光片，利用电机B的转动来带动此滤光片实现光功率从0dB到15dB的连续衰减。因此，输入光经过两片滤光片组合衰减后可实现0dB至60dB的连续可变的光功率衰减。
第二种传统的光衰减单元，如图2所示，本传统方案的光衰减单元是一种基于普通丝杠的直线型可调光衰减单元，利用单向丝杠推动片型渐变滤光片的直线运动，并通过电机的双向转动来控制衰减值的定位，但是只有一个方向带有起始索引标志，衰减片运行到终端后，需要进行终端位置判断，然后通过电机旋转方向的改变，回到起始位置找到起始点后才能进行下一次的衰减值设置。因此通过电机运行方向的来回转换实现连续可变的光功率衰减。
传统光衰减单元存在以下不足：第一方面，由于使用的是两个滤光片，传统光衰减单元在进行10dB步进换挡时，必然会产生功率的跳变，对于某些测试场合这种情况是不可接受的；第二方面，传统光衰减单元需要两片滤光片和两个电机，这不仅增加了插入损耗，而且其中任何一个滤光片或电机出了问题，都将影响衰减器的正常工作，降低了仪器的可靠性；第三方面，由于单向丝杠的运行控制，需要不断的改变电机的运转方向才能实现连续多衰减值的设置，加剧了电机的性能损耗，最终降低了仪器的使用寿命和设置精度；第四方面，由于单向丝杠的运行控制，需要准确判定丝杠的终端位置，或者需要人为加长丝杠的长度，以避免运行终端对滤光片的磕碰损坏，这样就增加了控制的难度和系统的体积；第五方面，由于单向的运行，每一次需要回到起始位置才能找到零位起始点，然后再根据相对起始的位置进行衰减值的定位，因此单一起始点的设置，影响了设置的速度和精度。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
针对现有的可调光衰减单元存在的控制复杂，定位不准确，电机使用寿命短的问题，本发明提供了一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元。
本发明采用以下的技术方案：
一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元，包括双向线性模组、电机和旋转编码器，所述双向线性模组的左右两侧分别设置有边框，两个边框相互对称，边框的中间位置处设置有光纤准直器；双向线性模组上还设有往复丝杠，往复丝杠上安装有滑块，滑块在往复丝杠上做往返运动，滑块上固定有片型渐变滤光片，所述电机的一端与往复丝杠相连，另一端与旋转编码器相连，电机带动往复丝杠转动。
优选地，所述片型渐变滤光片是线性渐变中性密度片型渐变滤光片。
优选地，所述往复丝杠上设有两条螺纹槽，两条螺纹槽的螺距相同且旋向相反，两条螺纹槽通过过度曲线连接。
优选地，所述片型渐变滤光片与滑块之间有倾斜角，倾斜角的角度为82度。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元，利用往复丝杠的推动结构，大大减小了衰减单元的控制难度和机械结构的体积，减小了机械结构部件的磨损，利于小型化的仪器设计。双向定位及校准技术，使得新型光衰减单元工作时不会发生光功率跳变现象，定位更精确，重复精度更高。系统驱动电机的单向运动，使得系统控制更简单，电机的使用寿命更长，提高了系统的可靠性和稳定性。特殊光路设计，使得光衰减单元的回波损耗增大，利于保护前置光路。
附图说明
图1为现有技术中光衰减单元的第一种结构示意图。
图2为现有技术中光衰减单元的第二种结构示意图。
图3为基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元的结构示意图。
图4为基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元的光路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明：
结合图1至图4，一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元，包括双向线性模组101、电机107和旋转编码器108。
其中，双向线性模组101的左右两侧分别设置有边框，两个边框相互对称，两个边框的中间位置处分别设置有第一光纤准直器105和第二光纤准直器106。
双向线性模组上还设有往复丝杠102，往复丝杠102上设有两条螺纹槽，两条螺纹槽的螺距相同且旋向相反，两条螺纹槽通过过度曲线连接。往复丝杠102上安装有滑块103，滑块103上固定有片型渐变滤光片104，片型渐变滤光片与滑块之间有倾斜角，倾斜角的角度为82度。电机107的一端与往复丝杠102相连，另一端与旋转编码器108相连。
电机107运行，带动往复丝杠102转动，从而使得滑块103在往复丝杠102上做往返运动。旋转编码器108能对滑块上的片型渐变滤光片104的位置进行编码，实现片型渐变滤光片104的精确定位，进而实现光功率的连续、精确衰减。
片型渐变滤光片是线性渐变中性密度片型渐变滤光片，该片型渐变滤光片对光功率的衰减量随片型渐变滤光片的位置呈线性变化。
该可调光衰减单元工作原理为：
入射光通过输入端的第一光纤准直器105投射到片型渐变滤光片104表面，一部分反射到空间，另一部分折射到片型渐变滤光片104中，然后经过片型渐变滤光片104完成衰减后，最终通过输出端的第二光纤准直器106进入输出光纤。本发明固定第一光纤准直器105和第二光纤准直器106，移动片型渐变滤光片104便可以实现光功率的连续、精确衰减。
插入损耗是光衰减单元重要性能指标，新型光衰减单元只需要一个滤光片，大大减少了系统的插入损耗；同时，为进一步减小插入损耗，该光衰减单元的片型渐变滤光片104在滑块103上安装时采用了倾斜结构设计，其光路如图4所示。此时，由玻璃到空气的菲涅尔反射光最弱，透射光最强，减小了系统的整体插损。片型渐变滤光片与滑块之间的倾斜角的结构设计另一个优点是：增大了光衰减单元的回波损耗。由玻璃到空气的菲涅尔反射光最弱，会增强光衰减单元的回波损耗，同时，片型渐变滤光片104的倾斜可以保证反射光有很大一部分不会进入光输入端口的光纤准直器105(见图4中反射光部分)，进一步增大了光衰减单元的回波损耗。
在上述内容的基础上，提供一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元可调光衰减单元的衰减量的调节方法，其中，包括以下步骤：
步骤1：根据用户在控制面板设定的波长和衰减值信息，从存储单元中取出事先存入的相应波长光衰减值对应的片型渐变滤光片104的位置信息；
步骤2：驱动电机107控制电路带动片型渐变滤光片104运动，并用旋转编码器108对片型渐变滤光片104的当前位置进行实时检测，使其运动到步骤1所述的位置，以完成所需衰减量的精确调节。
本发明在实现可调光衰减的功能下，对现有的光衰减结构进行改进，抛弃采用两个滤光片组合的光衰减方式和利用普通的单方向螺纹丝杠的光衰减控制方式，采用一个片型渐变滤光片104和精密往复丝杠102实现光衰减的精确快速设置，解决了传统光衰减单元工作时常有的光功率跳变现象，解决了传统光衰减单元中运动电机的双向运动控制和末端加长处理问题，减小了衰减单元的控制难度和体积；解决了传统光衰减单元中运动部件需要返回找单一起始点的效率问题，能提高30％至40％的控制效率；且该可调节光衰减单元只需要一个片型渐变滤光片104和一个单向运行的电机107，进而减少了系统机械运动部件的磨损和电机的性能损耗，提高了系统的可靠性和使用寿命；同时利用精密的往复丝杠结构推动的衰减片可以完成双向衰减值校准，提高了系统衰减值的设定准确度和重复精度；另外，该光衰减单元中的片型渐变滤光片104的倾斜结构设计，进一步减小衰减单元的插损，同时增大光衰减单元的回波损耗。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元，其特征在于，包括双向线性模组、电机和旋转编码器，所述双向线性模组的左右两侧分别设置有边框，两个边框相互对称，边框的中间位置处设置有光纤准直器；双向线性模组上还设有往复丝杠，往复丝杠上安装有滑块，滑块在往复丝杠上做往返运动，滑块上固定有片型渐变滤光片，所述电机的一端与往复丝杠相连，另一端与旋转编码器相连，电机带动往复丝杠转动。
2.根据权利要求1所述一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元，其特征在于，所述片型渐变滤光片是线性渐变中性密度片型渐变滤光片。
3.根据权利要求1所述一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元，其特征在于，所述往复丝杠上设有两条螺纹槽，两条螺纹槽的螺距相同且旋向相反，两条螺纹槽通过过度曲线连接。
4.根据权利要求1所述一种基于往复丝杠的双向直线型连续可调光衰减单元，其特征在于，所述片型渐变滤光片与滑块之间有倾斜角，倾斜角的角度为82度。
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