CN106094120A - 一种用于将激光耦合入多根光纤的结构 - Google Patents

一种用于将激光耦合入多根光纤的结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将激光耦合入多根光纤的结构，使一台激光器的激光光束能够传输到多台激光终端内，各激光终端均包括光纤以及与光纤对准的光纤耦合器，所述结构可用于使多台终端利用一台激光器的光束进行光谱采集分析，所述结构包括使激光器入射的光束转折向特定方向的镜片，以及将所述镜片移动使经所述镜片转折的光束分别耦合入不同的光纤的移动机构。本发明通过移动镜片的方式，将平行光直接进行分路耦合，从而降低了插入损耗，提高了耦合效率；且本发明的结构便于扩展，可灵活选择通道(即光纤)数目，可承载大功率的激光进行传输，从而实现一台激光器可同时带多台终端，尤其适用于对激光功率敏感的场合或模拟信号采集的场合。

Description

一种用于将激光耦合入多根光纤的结构
技术领域
本发明涉及一种光开关，尤其涉及一种用于将激光耦合入多根光纤的结构。
背景技术
光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。广泛应用于光通信系统、光网络系统、光纤测量系统及光纤传感系统等领域，起到开关切换作用。
根据光信号在光开关中的传输介质可以将现今研究的光开关分为两类：自由空间光开关和介质波导光开关。自由空间光开关在自由传输空间将输入光纤出射的光纤信号耦合到输出光纤，最早得到实现的自由空间光开关是机械式光开关；介质波导光开关有电光、热光、声光、磁光、液晶等。自由空间光开关具有偏振无关、波长范围宽和编码格式透明的优点。
机械式光开关又可分为动光纤式光开关和反射镜型光开关。动光纤式光开关主要通过电机移动光纤将光纤信号从一个光纤耦合到另一个光纤，实现光路交换的功能；反射镜型光开关一般是通过电机控制的反射镜将一个光纤输入的光信号耦合到相应的输出光纤中。
现有的光开关技术存在插入损耗较高，重复稳定性差等缺点，在传输数字信号时这些缺点对系统的影响较小，但在关注模拟信号强度的系统中会带来很大的系统误差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种插入损耗低，重复稳定性高的用于将激光耦合入多根光纤的结构，以适用于对激光功率稳定性要求高、传输大功率激光进行激光加工或激光作为激发光采集模拟信号的场合。
本发明的用于将激光耦合入多根光纤的结构，使一台激光器的激光光束能够传输到多台激光终端内，各所述激光终端均包括光纤以及与所述光纤对准的光纤耦合器，所述结构可用于使多台终端利用一台激光器的光束进行光谱采集分析，所述结构包括使激光器入射的光束转折向特定方向的镜片，以及将所述镜片移动使经所述镜片转折的光束分别耦合入不同的光纤的移动机构。
进一步的，各所述光纤耦合器呈直线分布，所述移动机构为平行于各所述光纤耦合器的单轴机器人，所述镜片通过支撑组件固定在所述单轴机器人的滑块上。
进一步的，所述镜片为第一直角面平行于各所述光纤耦合器、第二直角面正对所述激光器的90度直角棱镜。
进一步的，所述镜片为与各所述光纤耦合器及所述激光器呈45度夹角的平面反射镜。
进一步的，所述支撑组件包括垂直设置在所述滑块上的支杆，以及与所述支杆垂直连接的悬臂，所述镜片设置在所述悬臂上。
进一步的，各所述光纤耦合器呈环状分布，所述移动机构为正对各所述光纤耦合器、带动所述镜片做圆周运动的旋转位移平台，所述镜片通过支撑组件固定在所述旋转位移平台的台面上。
进一步的，所述镜片为与所述激光器及各所述光纤耦合器呈夹角设置的平面反射镜。
进一步的，所述支撑组件包括垂直设置在所述旋转位移平台的台面上的支杆，以及与所述支杆垂直连接的悬臂，所述镜片设置在所述悬臂上。
进一步的，多终端单一光源采集的光谱包括红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱、荧光光谱等。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、本发明将准直光直接耦合入光纤，相比传统耦合方式少了一道光纤耦合，大大增加了耦合效率；
2、本发明适用于大功率激光的耦合，传统光开关的适用功率一般在1000mW以下，本发明只需确保激光器的输出光束质量稳定、光纤的承载能力，对激光功率没有限制；
3、本发明中一台激光器的激光可用于多个终端，且不会降低激光功率，特别适合用于对激光功率敏感的场合，或用于一台主机同时带几台终端采集信号进行监控的场合，从而大幅度降低成本；
4、本发明可用于使多台终端利用一台激光器的光束进行光谱采集分析，多终端单一光源采集的光谱包括但不限于红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱、荧光光谱等。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明的实施例一的结构示意图；
图3是本发明的实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的原理参见图1，平行光束入射到90度全反射棱镜表面，发生全反射，使光束转折90度，入射到光纤耦合器的透镜上，经透镜耦合入光纤。通过移动90度全反射棱镜来实现将光束分别耦合入不同的光纤，从而实现光纤通道的选择。
实施例一
如图2所示，本发明的用于将激光耦合入多根光纤的结构，用于使多台终端从一台激光器的光束中进行光谱采集分析，各终端均包括对准光纤的光纤耦合器11，本发明的结构包括使激光器12入射的光束转折向特定方向的镜片13，以及将镜片13移动使经镜片13转折的光束分别耦合入不同的光纤的移动机构。
具体的，该实施例中各光纤耦合器11呈直线分布，移动机构为平行于各光纤耦合器11的单轴机器人14，镜片13通过支撑组件固定在单轴机器人14的滑块15上。单轴机器人，也被称为单轴机械手，电动滑台，线性模组，单轴驱动器，单轴机器人等，利用滚珠丝杆配合直线导轨带动滑块15水平移动，位移精度较高。支撑组件包括垂直设置在滑块15上的支杆16，以及与支杆16垂直连接的悬臂17，镜片13设置在悬臂17上。镜片13可为第一直角面平行于各光纤耦合器11、第二直角面正对激光器12的90度直角棱镜；也可以为与各光纤耦合器11及与激光器12呈45度夹角的平面反射镜。
本发明通过镜片13用来反射激光器12入射的光束，可以是使光束全反射的90度直角棱镜，也可以是45度放置的平面反射镜，或其他使光束转折向特定方向的镜片。本实施例优先选用全反射类棱镜，以确保耦合效率。
单轴机器人14的作用是固定全反射棱镜，并带动其做精密的单轴位移，从而实现选择耦合光纤的功能。单轴机器人的精度较高，可确保本发明的重复稳定性与使用寿命。根据需要耦合的光纤数量可选择不同长度的单轴机器人。只要激光光束的质量足够稳定，可延长到单轴机器人的极限。且可通过放置多个单轴机器人的方式实现阵列耦合，从而极大增加可耦合的光纤通道数量。
光纤耦合器11用于将准直光束聚焦耦合入光纤，其与激光光束匹配以及与光纤匹配，本发明优选镜片直径大，数值孔径大的光纤耦合器，当耦合光束出现微小偏移时，对光束的耦合效率影响也极小，确保耦合效率的重复稳定性。
激光器12的准直输出光束入射到90度全反射棱镜上，经镜面的全反射，转折90度入射到光纤耦合器11内，经光纤耦合器11耦合入光纤。单轴机器人14带动90度全反射棱镜做直线移动，从而改变90度全反射棱镜的位置，进而改变出射光束的位置，从而选择需要耦合的光纤耦合器11，然后使光束耦合入相应的光纤。
实施例二
如图3所示，本发明的用于将激光耦合入多根光纤的结构，用于使多台终端从一台激光器的光束中进行光谱采集分析，各终端均包括对准各光纤的光纤耦合器21，本发明的结构包括使激光器22入射的光束转折向特定方向的镜片23，以及将镜片23移动使经镜片23转折的光束分别耦合入不同的光纤的移动机构。
具体的，本实施例中，各光纤耦合器21呈环状分布，移动机构为正对各光纤耦合器21、带动镜片23做圆周运动的旋转位移平台24，镜片23通过支撑组件固定在旋转位移平台24的台面25上。旋转位移平台又称旋转平台，搭配伺服马达或步进马达做任意角度旋转，具备高旋转精度和高重复定位精度。支撑组件包括垂直设置在旋转位移平台24的台面25上的支杆26，以及与支杆26垂直连接的悬臂27，镜片23设置在悬臂27上。镜片23为与激光器22及各光纤耦合器21呈夹角设置的平面反射镜。
本发明通过平面反射镜来反射激光器22的入射光束，使其偏折一定角度；旋转位移平台24用来固定平面反射镜并带动其做精密旋转位移，激光器的入射光束入射到反射镜上发生反射，旋转位移平台24带动平面反射镜旋转从而改变平面反射镜的反射角度，从而使光束耦合入不同的光纤耦合器，实现选择光纤通道的功能；光纤耦合器21用于将准直光束聚焦耦合入光纤，其与激光光束匹配以及与光纤匹配，本发明优选镜片直径大，数值孔径大的光纤耦合器，当耦合光束出现微小偏移时，对光束的耦合效率影响也极小，确保耦合效率的重复稳定性。
激光器22的准直输出光束入射到平面反射镜上，经镜面的反射，入射到光纤耦合器21内，经光纤耦合器21耦合入光纤。旋转位移平台24带动平面反射镜做圆周的旋转，从而改变平面反射镜的反射角度，进而改变反射光束的位置，从而选择需要耦合的光纤耦合器11，然后使光束耦合入相应的光纤。
本发明通过移动镜片的方式，将平行光直接进行分路耦合，从而降低了插入损耗，提高了耦合效率；且本发明的结构便于扩展，可灵活选择通道(即光纤)数目，可承载大功率的激光进行传输，从而实现一台激光器可同时带多台终端，尤其适用于对激光功率敏感的场合或模拟信号采集的场合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于将激光耦合入多根光纤的结构，使一台激光器的激光光束能够传输到多台激光终端内，各所述激光终端均包括光纤以及与所述光纤对准的光纤耦合器，所述结构可用于使多台终端利用一台激光器的光束进行光谱采集分析，其特征在于：所述结构包括使激光器入射的光束转折向特定方向的镜片，以及将所述镜片移动使经所述镜片转折的光束分别耦合入不同的光纤的移动机构。
2.根据权利要求1所述的用于将激光耦合入多根光纤的结构，其特征在于：各所述光纤耦合器呈直线分布，所述移动机构为平行于各所述光纤耦合器的单轴机器人，所述镜片通过支撑组件固定在所述单轴机器人的滑块上。
3.根据权利要求2所述的用于将激光耦合入多根光纤的结构，其特征在于：所述镜片为第一直角面平行于各所述光纤耦合器、第二直角面正对所述激光器的90度直角棱镜。
4.根据权利要求2所述的用于将激光耦合入多根光纤的结构，其特征在于：所述镜片为与各所述光纤耦合器及所述激光器呈45度夹角的平面反射镜。
5.根据权利要求3或4所述的用于将激光耦合入多根光纤的结构，其特征在于：所述支撑组件包括垂直设置在所述滑块上的支杆，以及与所述支杆垂直连接的悬臂，所述镜片设置在所述悬臂上。
6.根据权利要求1所述的用于将激光耦合入多根光纤的结构，其特征在于：各所述光纤耦合器呈环状分布，所述移动机构为正对各所述光纤耦合器、带动所述镜片做圆周运动的旋转位移平台，所述镜片通过支撑组件固定在所述旋转位移平台的台面上。
7.根据权利要求6所述的用于将激光耦合入多根光纤的结构，其特征在于：所述镜片为与所述激光器及各所述光纤耦合器呈夹角设置的平面反射镜。
8.根据权利要求7所述的用于将激光耦合入多根光纤的结构，其特征在于：所述支撑组件包括垂直设置在所述旋转位移平台的台面上的支杆，以及与所述支杆垂直连接的悬臂，所述镜片设置在所述悬臂上。
9.根据权利要求1-8任一项所述的用于将激光耦合入多根光纤的结构，其特征在于：多终端单一光源采集的光谱包括红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱、荧光光谱。
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