CN107111080A - 光耦合效率检测组件及其组装方法 - Google Patents

光耦合效率检测组件及其组装方法 Download PDF

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Abstract

一种光耦合效率检测组件包括容纳分束器(304)和光纤端口(404)的第一壳体(520)、容纳包围监测光纤(306)的套管(424)的第二壳体(530)、以及将所述第一壳体附接到所述第二壳体以在所述分束器、所述光纤端口和所述套管之间建立齐焦安排的附接块(510)。还披露了一种用于光耦合效率检测组件的组装方法。所述组装方法可以包括在第一壳体(520)中提供分束器(304)和光纤端口(404)、在第二壳体(530)中提供包围监测光纤(306)的套管(424)、以及经由附接块(510)将所述第二壳体附接到所述第一壳体以在所述分束器、所述光纤端口和所述套管之间建立齐焦安排。

Description

光耦合效率检测组件及其组装方法
背景技术
本文所披露的装置、系统和方法总体上涉及对引导至光纤中的光束的耦合效率进行的检测。
眼内照明探针用于在眼外科手术中提供照明。具体地，眼内照明探针可以插入眼睛中以便在眼外科手术期间在眼睛内部提供照明。通常，眼内照明探针连接至眼内照明系统的光学端口以便接收来自眼内照明系统的光。眼内照明系统可以包括产生光的光源以及将所述光耦合到眼内照明探针的光纤中的聚光器。
在组装眼内照明系统期间，调整来自聚光器的光束的位置和倾斜度，直到进入连接在光学端口处的眼内照明探针中的光束的耦合效率达到最优值。然后，使光学端口的组件固定或固定不动以便维持进入所述眼内照明探针中的光束的耦合位置和耦合效率。然而，各种因素可能导致在组装过程中耦合位置移动，这导致耦合效率的损失。
本披露涉及解决现有技术的缺点中的一个或多个缺点的装置、系统和方法。
发明内容
在示例性方面，本发明涉及光耦合效率检测组件。所述光耦合效率检测组件可以包括被构型成用于容纳分束器和光纤端口的第一壳体、被构型成用于容纳包围监测光纤的套管的第二壳体以及具有多个平面侧的附接块，所述第一附接块在所述多个平面侧中的第一侧上刚性地附接到所述第一壳体，所述第一附接块在所述多个平面侧中的第二侧上刚性地附接到所述第二壳体。所述第二侧与所述第一侧相邻，并且所述第一和第二壳体以在所述分束器、所述光纤端口和所述套管之间建立齐焦安排的方式定位在所述附接块上。
所述光耦合效率检测组件还可以包括被配置成用于将光束引导到所述分束器中的聚光器。所述分束器被配置成用于将所述光束分成在所述光纤端口处耦合到光纤中的第一束、以及在所述套管处耦合到所述监测光纤中的第二束。
一方面，所述附接块可以包括被构型成与所述第一壳体交界的第一侧和被构型成与所述第二壳体交界的第二侧。所述第一侧垂直于所述第二侧。所述附接块的第一侧可以包括第一附接表面和从所述第一附接表面突出的第一对接垫，并且所述附接块的第二侧可以包括第二附接表面和从所述第二附接表面突出的第二对接垫。所述第一侧的第一对接垫被构型成当所述附接块附接到所述第一壳体时接触所述第一壳体。所述第二侧的第二对接垫被构型成当所述附接块附接到所述第二壳体时接触所述第二壳体。
一方面，所述第一侧的第一附接表面通过粘结粘合剂粘结到所述第一壳体，并且所述第二侧的第二附接表面通过所述粘结粘合剂粘结到所述第二壳体上。所述第一对接垫沿着所述第一附接表面的周界部分布置，并且所述粘结粘合剂布置在所述第一附接表面的中心部分上，而不干扰所述第一对接垫。类似地，所述第二对接垫沿着第二附接表面的周界部分布置，并且所述粘结粘合剂布置在所述第二附接表面的中心部分上，而不干扰所述第二对接垫。
在另一示例性方面，本披露涉及一种用于光耦合效率检测组件的组装方法。所述组装方法可以包括在第一壳体中提供分束器和光纤端口，在第二壳体中提供包围监测光纤的套管，将所述第一壳体刚性地附接到附接块的平面第一侧，以及将所述第二壳体刚性地附接到所述附接块的与所述附接块的第一侧相邻的平面第二侧，以在所述分束器、所述光纤端口和所述套管之间建立齐焦安排。所述组装方法还可以包括相对于所述第一壳体定位所述第二壳体以形成所述齐焦安排，以及通过将所述附接块粘结到所述第一壳体和所述第二壳体来使所述第二壳体相对于所述第一壳体固定不动。
一方面，所述组装方法的定位步骤可以包括将来自聚光器的光束引导到所述分束器中以使所述光束分离并且同时耦合到安装在所述光纤端口处的对准光纤和所述套管处的监测光纤中，调整所述聚光器的位置以使所述光束与所述分束器和所述光纤端口对准，检测在所述监测光纤处的耦合效率，以及调整所述第二壳体的位置以优化在所述监测光纤处的耦合效率。
一方面，所述组装方法的使固定不动步骤可以包括将粘结粘合剂施加在所述附接块的第一附接表面上、将所述粘结粘合剂施加在所述附接块的第二附接表面上、并将所述第一附接表面定位到所述第一壳体和将所述第二附接表面定位到所述第二壳体以将所述附接块粘结到所述第一壳体和所述第二壳体。
一方面，当所述附接块附接到所述第一壳体和所述第二壳体上时，布置在所述第一附接表面上的第一对接垫接触所述第一壳体并且布置在所述第二附接表面上的第二对接垫接触所述第二壳体。所述第一对接垫沿着所述第一附接表面的周界部分布置，并且所述第二对接垫沿着所述第二附接表面的周界部分布置。将粘结粘合剂滴定在所述第一附接表面的中心部分上和所述第二附接表面的中心部分上，从而使得所述粘结粘合剂不干扰所述第一和第二对接垫。
应理解的是，以上的一般性说明以及以下的详细说明在本质上都是示例性和解释性的，并且旨在提供对本披露的理解而不限制本披露的范围。就此而言，通过以下详细描述，本披露的附加方面、特征以及优点对于本领域技术人员而言将是明显的。
附图说明
附图展示了在此所披露的装置和方法的实施例，并且与说明书一起用于解释本披露的原理。
图1展示了根据符合本披露原理的一个实施例的示例性外科手术系统的透视图。
图2展示了根据符合本披露原理的一方面的外科手术系统的框图。
图3展示了根据符合本披露原理的一方面的示例性眼内照明系统的示意图。
图4展示了根据符合本披露原理的一方面的示例性眼内照明系统的详细示意图。
图5A展示了根据符合本披露原理的一方面的眼内照明系统的光耦合效率检测组件的示意图。
图5B展示了根据符合本披露原理的一方面的附接块的示意图。
图6是展示了根据符合本披露原理的一方面的用于光耦合效率检测组件的组装过程的流程图。
图7A-7H是展示了根据符合本披露原理的一方面的用于光耦合效率检测组件的组装过程中的各个阶段的示意图。
图8A-8F是展示了根据符合本披露原理的一方面的用于光耦合效率检测的附接过程中的各个阶段的示意图。
具体实施方式
出于促进对本披露的原理的理解的目的，现在将参考附图中展示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而应理解，并非旨在限制本披露的范围。本披露所涉及领域内的普通技术人员通常将完全能够想到对于所描述的系统、装置、和方法的任何改变和进一步修改、以及对于本披露的原理的任何进一步应用。具体而言，完全可以想到针对一个实施例描述的系统、装置和/或方法可与针对本披露的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤组合。然而，为简洁起见，将不单独地描述这些组合的众多迭代。为简单起见，在一些情况下，贯穿这些附图使用相同的参考号来指代相同或相似的零件。
在此描述的装置，系统和方法提供了一种眼内照明系统，所述眼内照明系统包括光耦合效率检测组件，所述光耦合效率检测组件被配置成用于检测耦合到眼科光纤探针中的光束的光耦合效率。所述光耦合效率检测组件可以包括容纳分束器和光纤端口的第一壳体、容纳包围监测光纤的套管的第二壳体、以及将所述第一壳体附接到所述第二壳体以在所述分束器、所述光纤端口和所述套管之间建立齐焦安排的附接块。
所述附接块是与所述第一和第二壳体交界的、大小精确确定的中间支撑件，并且在所述第一壳体与第二壳体之间维持齐焦安排。所述第一和第二壳体各自在所述附接块上固定就位以紧固它们的相对位置。
具体地，所述附接块可以包括被构型成与所述第一壳体交界的第一侧和被构型成与所述第二壳体交界的第二侧。所述第一侧垂直于所述第二侧。所述附接块的第一侧可以包括第一附接表面和从所述第一附接表面突出的第一对接垫，并且所述附接块的第二侧可以包括第二附接表面和从所述第二附接表面突出的第二对接垫。所述第一侧的第一对接垫被构型成当所述附接块附接到所述第一壳体时接触所述第一壳体。所述第二侧的第二对接垫被构型成当所述附接块附接到所述第二壳体时接触所述第二壳体。
所述第一邻接垫和所述第二对接垫是刚性的、基本上不可压缩的垫，所述垫充当用于将所述附接块的侧表面与所述第一和第二壳体分隔开的间隔件。然后可以用能够固化的粘结粘合剂填充该空间，并且由于对接垫的刚性和不可压缩性质，在固化过程中间距保持不变。
如本文所描述的，所述第一侧的第一附接表面通过粘结粘合剂粘结到所述第一壳体，并且所述第二侧的第二附接表面通过粘结粘合剂粘结到所述第二壳体。所述第一对接垫沿着所述第一附接表面的周界部分布置，并且所述粘结粘合剂布置在所述第一附接表面的中心部分上，而不干扰所述第一对接垫。类似地，所述第二对接垫沿着第二附接表面的周界部分布置，并且所述粘结粘合剂布置在所述第二附接表面的中心部分上，而不干扰所述第二对接垫。因此，所述对接垫可以在所述附接块与所述第一和第二壳体之间提供精确接触，以在组装过程中减少失准。
另一方面，本披露涉及一种用于光耦合效率检测组件的组装方法。所述组装方法可以包括经由所述附接块将所述第二壳体附接到所述第一壳体，以在所述分束器、所述光纤端口和所述套管之间建立齐焦安排。所述组装方法还可以包括相对于所述第一壳体定位所述第二壳体以形成所述齐焦安排，以及通过将所述附接块粘结到所述第一壳体和所述第二壳体来使所述第二壳体相对于所述第一壳体固定不动。
一方面，所述组装方法的固定化步骤可以包括将所述粘结粘合剂施加在所述附接块的第一附接表面上并将所述粘结粘合剂施加在所述附接块的第二附接表面上。具体地，将所述粘结粘合剂滴定在所述第一附接表面的中心部分上和所述第二附接表面的中心部分上，从而使得所述粘结粘合剂不干扰所述第一和第二对接垫。因此，所述对接垫可以提供精确的接触而不受到粘结粘合剂的干扰，从而在组装过程中减少失准。
图1展示了示例性外科手术系统，一般被标记为100。外科手术系统100可以包括带有相关联显示屏幕110的外科手术功用供应装置102，所述显示屏幕显示在外科手术过程中与系统运行和性能有关的数据。外科手术系统100还可以包括被构型成经由外科手术功用连接器(surgical utility connector)108来连接至外科手术功用供应装置102上的外科手术器具104。外科手术功用供应装置102可以向各种不同类型的外科手术器具供应各种不同功用，如成像光、照明光、压缩空气、真空、加压液体等等。例如，外科手术功用供应装置102可以将可见光供应给眼科光纤探针或者可以将压缩空气供应给外科手术玻璃体切除术探针。使用者(例如，外科医生)可以通过使用外科手术器具来进行外科手术。外科手术功用供应装置102可以包括各自被配置成输出某一类型的功用的一个或多个功用端口106。例如，外科手术功用供应装置102可以将可见光输出到被配置成用于接纳眼科光纤探针的光纤端口。不同类型的功用可以同时从外科手术功用供应装置102供应至不同类型的外科手术器具104。
所述功用可以从功用端口106输出至外科手术功用连接器108并且由管纤维或缆线(本文中被称为缆线114)送至外科手术器具104。外科手术器具104可以通过外科手术功用连接器108选择性地附接到功用端口106或与所述功用端口分离。例如，可以通过将外科手术功用连接器108与功用端口106分离来使外科手术器具104与外科手术功用供应装置102分离。外科手术功用供应装置102可以检测外科手术器具104的连接，并且可以在连接之后允许将功用供应给外科手术器具104。外科手术系统100还可以包括连接至外科手术功用供应装置102的脚踏板112，所述脚踏板用于控制来自外科手术系统100的功用的分配。例如，使用者可以通过选择性地按压和释放脚踏板112来控制功用的分配。
图2展示了示例性外科手术功用供应装置(例如，外科手术功用供应装置102)的示意图。外科手术功用供应装置102可以包括处理器202，所述处理器被配置成用于执行计算和确定以便控制外科手术功用供应装置102的各种操作。处理器202可以接收多种不同信号输入并且基于这些信号输入来进行各种确定。例如，处理器202可以接收来自光学传感器的信号，该光学传感器被配置成用于检测光输出的量以便确定耦合到光纤中的光束的耦合效率。处理器202还可以控制显示屏幕110将有关外科手术功用供应装置102的操作的各种信息显示给使用者。
外科手术功用供应装置102可以包括存储器204，所述存储器被配置成用于为外科手术功用供应装置102的各种操作永久地或短暂地存储信息。例如，存储器204可以存储程序，这些程序可以由处理器202执行以进行外科手术功用供应装置102的各种功能。存储器204还可以存储与操作历史、用户档案文件或用户偏好、各种操作和外科手术设置等等有关的各种数据。可以连续地更新存储在存储器204中的程序和信息以便提供在外科手术功用供应装置102的操作中的定制和改进。针对不同光纤端口处的耦合效率，存储器204还可以包括有关操作参数的程序和信息。
外科手术功用供应装置102还可以包括内照明系统206。内照明系统206可以包括光学部件，所述光学部件被配置成用于将光束耦合到在外科手术功用供应装置102的功用端口(例如，光纤端口)处连接的眼科光纤探针中。具体地，内照明系统206可以包括准直器、光谱过滤器以及聚光器，所述准直器被配置成用于接收来自光源的光并且将光准直成光束，所述光谱过滤器被配置成用于将光束过滤成期望的光谱，并且所述聚光器被配置成用于将光束耦合到眼科光纤探针的光纤中。
外科手术功用供应装置102可以包括功用产生器208。功用产生器208可以包括电机、发光装置、泵以及可以产生各种功用(如照明光、成像光、加压液体、压缩空气等等)的类似物。在实施例中，功用产生器208可以连接至外部功用源以便从外部接收功用。例如，功用产生器208可以连接至真空源或空气压缩机以便接收真空或压缩空气。功用产生器208可以将各种功用供应给相应的功用端口106。
外科手术功用供应装置102可以包括通信单元210。通信单元210可以包括可以允许外科手术功用供应装置向其他装置发送信息并且从其他装置接收信息的各种通信装置，如以太网卡、wi-fi(无线)通信装置、电话装置、数字I/O(输入和输出)端口等等。例如，通信单元210可以接收来自其他外科手术装置的输入来协调外科手术操作。在另一个示例中，通信单元210可以向使用者的移动装置发射和接收消息或通知，如邮件、文本或其他消息或通知，从而向使用者通知某些信息。
外科手术功用供应装置102还可以包括用户界面212。用户界面212可以包括允许使用者向外科手术功用供应装置212输入指令的用户输入装置，例如，键盘、触摸屏幕、脚踏板112、鼠标、麦克风等等。例如，使用者可以为功用输入参数并且操作脚踏板112来将功用分配至外科手术器具104。用户界面212还可以包括将信息传达给使用者的用户输出装置，如显示屏幕110、音频扬声器、LED(发光二极管)灯、或其他视觉或触觉信号。例如，当特定光纤端口处的耦合效率在外科手术操作期间下降到某个阈值之下时，音频扬声器可以发出警报。因此，用户界面212使得使用者在外科手术操作过程中与外科手术功用供应装置102进行交互。
图3展示了根据一个实施例的眼内照明系统206的示意图。眼内照明系统206可以包括被配置成用于接收光束305的聚光器302。具体地，光源(图3中未示出)可以产生通过准直器(未示出)可以被准直成光束305的光。聚光器302可以接收光束305并且将光束305耦合到连接至功用端口106(例如，光纤端口)的、外科手术器件104(例如，眼科光纤探针)的光纤310中。
眼内照明系统206可以包括分束器304，该分束器布置在聚光器302与光纤310之间并且被配置成用于将来自聚光器302的光束311分成第一束312和第二束314。例如，分束器304可以接收来自聚光器302的经耦合的光束并且在反射所述光束的一部分的同时透射该光束的一部分。由此，第一束312被透射以继续到达光纤310。因此，第一束312可以耦合到光纤310中。第二束被反射或者以与第一束不同的方向(例如，垂直方向)被转向朝向监测光纤306。因此，第二束可以耦合到监测光纤306中。
分束器304可以是分束立方体或任何其他被配置成用于接收光束并且将光束分成两条不同光束的光学装置。分束器304可以接收光束并且将该光束的一部分(例如，光束功率的0.8％至1.5％之间的部分)转向到第二束314中。光束的主要部分(例如，光束功率的99.2％至97.5％之间的部分)可以被直线发射到眼科光纤探针的光纤310中。在示例性实施例中，光纤310是25μm(微米)的芯以及具有7μm容差芯直径的0.26数值孔径(NA)多模光纤。在其他实施例中，可以使用具有不同直径或尺寸的光纤。
第二束314可以被聚焦到监测光纤306中。监测光纤306可以具有比光纤310的芯直径更小的芯直径。例如，监测光纤306的一个示例性实施例是4.3μm的芯以及0.12NA单模光纤。监测光纤306可以在近端处接收第二光束314。第二光束314可以在监测光纤306内传播并且在监测光纤306的远端出射。监测光纤306可以具有若干英寸的长度，从而使得来自监测光纤306的包层的任何光模被基本上消除。可以在监测光纤306的远端提供光学传感器308以便在远端检测第二束314的功率或量。
可以采用特别的方式安排分束器304、监测光纤306的近端以及光纤310的近端，从而使得除第二束314被折叠以外，第一束和第二束是齐焦的。例如，如果经折叠的第二束314被展开，则第二束314和第一束312可以在空间中重合。具体地，如果展开，则第二束314和监测光纤306的入射孔的位置可以在空间中与第一束312和光纤310的入射孔的位置重合。因此，第一束312在光纤310的近端处的耦合位置和/或耦合效率可以直接对应于第二束314在监测光纤306的近端处的耦合位置和/或耦合效率。因此，通过监测在监测光纤306处第二束314的量，可以确定在光纤310处第一束312的耦合效率。
图4展示了根据实施例的示例性眼内照明系统的详细示意图。如图4所示，眼内照明系统206可以包括聚光器302，所述聚光器可以包括一个或多个光学透镜或者其他被配置成用于聚焦光束的光学部件。眼内照明系统206可以包括光纤端口404，该光纤端口可以是功用端口106之一，如图1所示。光纤端口404可以被配置成用于接纳光纤连接器406(例如，功用连接器108)，如图1所示。光纤连接器406可以将光纤310连接到光纤端口404。光纤310可以在缆线114内延伸(图1)，并且可以将光束引导至外科手术器具104(如内照明器探针)(图1)。可以将光纤连接器406从光纤端口404上移除以便使内照明器探针与眼内照明系统206断开。
光纤连接器406可以包括前主体408和后主体410。可以通过前主体408和后主体410中的每一者形成通道411。可以在通道411内提供套管414。可以将光纤310容纳在套管414中。光纤端口404可以包括被配置成用于接纳光纤连接器406的前主体408的圆柱形凹陷。可以通过圆柱形壁418形成该圆柱形凹陷，当光纤连接器406连接至光纤端口404时，所述圆柱形壁可以围绕光纤连接器406的前主体408的一部分。
光纤连接器406可以包括螺母416，该螺母包括在其内表面上的母螺纹，所述母螺纹可以与提供在光纤端口404的圆柱形壁418的外表面上的公螺纹相互作用以便将光纤连接器406紧固在光纤端口404处。光纤端口404的圆柱形凹陷可以包括内端面422。可以通过内端面422形成开口，可以通过所述开口投射光束以便耦合到光纤310中。当光纤连接器406连接至光纤端口404时，套管412的近端表面可以抵靠内端面422，从而使得光纤310的近端表面被定位在内端面422的开口处。可以提供套筒426以便容纳和定位套管412，从而使得光纤310的近端被精确地定位在内端面422的开口处。可以使用不容易变形或改变形状的材料形成套筒426，从而使得套管412和光纤310可以被精确地定位在内端面422的开口处。可以在光纤连接器406中提供弹簧420以便将偏置力施加到套管412上来使套管412紧紧地抵靠住光纤端口404的内端面422。
可以在聚光器302与光纤端口404之间提供分束器304。分束器304可以抵靠住光纤端口404。在实施例中，可以在分束器304与光纤端口404之间提供空间。可以在套管424中提供监测光纤306。套管424可以被定位在分束器304上方。如上注解的，可以采用在来自分束器304的透射光束与反射光束之间造成齐焦关系的方式来定位套管424、光纤端口404以及分束器304。如此，光纤端口404处的耦合位置的偏离对应于监测光纤306处的耦合位置的偏离。
可以在绝热化组件402中提供套管424中的监测光纤306、光纤端口404以及分束器304，如图4中的虚线区域所示，在所述绝热化组件之内，该组件的光学特性(如齐焦关系)在变化的温度中仍然保持相同。例如，绝热化组件在10℃和35℃之间可以维持相同的光学特性。在实施例中，如下所述，绝热化组件402可以包括光耦合效率检测组件。
在一些实施例中，聚光器302可以包括在绝热化组件402中。绝热化组件402可以包括光学部件的集合，所述光学部件协调以使由温度变化引起的整体效应最小化。例如，光学部件(如玻璃透镜或金属壳体)的热膨胀可能导致聚焦束的焦距增大。另外，透镜的玻璃折射率也可以随着温度而增大以具有更大的光焦度，并且可能导致聚焦束的焦距减小。通过选择要包括在绝热化组件402中的光学部件的玻璃类型、透镜的曲率半径、透镜中心厚度等，由温度变化引起的效应可以彼此抵消，以在系统中维持相同的总体光学特性。
在眼内照明系统的组装过程中，重要的是刚性地或固定地紧固不同的部件以便维持透射束路径与反射束路径之间的齐焦关系。否则光学部件的相对位置可能在组装过程中移动，并且光纤端口404、分束器304与套管424之间的正确齐焦对准对于系统的成功操作是重要的。光耦合效率检测组件可以包括在组装过程中维持齐焦对准的部件。
图5A展示了根据实施例的眼内照明系统的光耦合效率检测组件500的示意图。光耦合效率检测组件500可以包括第一壳体520和经由附接块510附接到第一壳体520上的第二壳体530。第一壳体520可以包括分束器304和被配置成用于接纳光纤310的光纤端口404。聚光器302可以将光束引导通过分束器304，并将所述光束聚焦到定位在光纤端口404处的光纤310中。
第二壳体530可以包括监测光纤306(未示出)。附接块510可以在一侧附接到第一壳体520上而在另一侧附接到第二壳体530上。如此，附接块510可以将第一壳体520附接到第二壳体530上并且可以维持第一壳体520与第二壳体530之间的相对位置。附接块510可以通过粘结粘合剂或任何其它紧固手段分别附接到第一壳体520和第二壳体530上，以使第一壳体520相对于第二壳体530固定不动。第一壳体520、第二壳体530和附接块510可以由不易变形或改变的精密材料(如精密金属等等)形成。例如，第一壳体520、第二壳体530和附接块510可以由不锈钢、钛、铝或其他形成。
图5B展示了根据实施例的附接块的示意图。附接块510可以包括被构型成粘结到第一壳体520上的第一附接表面512和被构型成粘结到第二壳体530上的第二附接表面514。这里，附接块包括形成第一和第二附接表面512、514的多个平面侧。本实施例中的第一和第二附接表面512、514沿着垂直平面对齐并彼此相邻，使得所述表面一起形成90度角。对接垫516分别提供在第一附接表面512和第二附接表面514上。具体地，对接垫516沿着第一附接表面512和第二附接表面514中的每一者的周界部分布置。当附接块510附接到第一壳体520或第二壳体530上时，对接垫516可以具有被构型成接触第二壳体530的底表面或第一壳体520的侧表面的平坦顶表面。如图5B所示，在第一附接表面512和第二附接表面514中的每一者中设置有三个对接垫516。三个垫在单个平面内提供三个间隔开的接触点。因此，三个垫可以改进稳定性并减少当使用多于三个垫时可能发生的摇摆的机会。然而，可以在适当时提供任何数量的对接垫516。
对接垫516可以是刚性的、基本上不可压缩的间隔件，其将附接块510与第一和第二壳体520、530偏移或间隔开。对接垫516可以具有矩形、正方形或其它形状并且可以从所述附接表面突出。粘结粘合剂可以施加在第一附接表面512和第二附接表面514上。粘结粘合剂可以施加在对接垫516之间并被所述对接垫包围。第一附接表面512上的对接垫516的高度可以对应于当第一附接表面512附接到第一壳体520的侧表面时提供在第一附接表面512上的粘结粘合剂的厚度。类似地，第二附接表面514上的对接垫516的高度可以对应于当第二附接表面514附接到第二壳体530的底表面时提供在第二附接表面514上的粘结粘合剂的厚度。如此，对接垫516可以分别在附接块510与第一和第二壳体520和530之间提供精确的接触、间距和定位。对接垫516可以允许在组装和附接过程中维持第一壳体520和第二壳体530的相对位置。
图6是展示了根据示例性实施例的用于光耦合效率检测组件500的组装过程600的流程图。在602，如图7A所示，具有光纤端口404的第一壳体520可以安装在基板(未示出)上。在604，分束器304可以安装到第一壳体520上。具体地，分束器304可以被定位成垂直正对地(squarely)抵靠光纤端口404的平面参考表面450。在一个实施例中，分束器304可以被定位成垂直正对地抵靠第一壳体520的横向平面参考表面。
在606，第二壳体530可以被定位成与第一壳体520相邻，如图7C所示。第二壳体530可以包括套管424和监测光纤306。监测光纤306的近端可以相对于分束器304定位。在实施例中，可以使用微定位元件(如微型电机)来定位第二壳体530以提供精确的运动。监测光纤306的远端可以连接到光学传感器308。在一个实施例中，监测光纤306可以是具有4.3μm芯直径的0.12NA光纤。
在608，如543.5nm(纳米)HeNe激光束的准直激光束可以被引导到分束器304，如图7C所示。激光束的位置和角度取向可以通过转向反射镜710来调整，使得激光束在光纤端口404上横向居中并且从分束器304的第一表面回反射(retro-reflected)离开，如图7C所示。
在610，如图7D所示，将聚光器302提供在转向反射镜710与分束器304之间。聚光器302可以附接到被配置成用于调整聚光器302的位置、倾斜度和取向的x-y-z平移台上。对准光纤720可以安装在光纤端口404处，如图7D所示。对准光纤720可以具有比通常使用的光纤310更紧密的耦合容差。例如，对准光纤720可以具有4.3μm的较小的芯。
在612，可以调整聚光器302的位置、倾斜度和取向以优化向对准光纤720中的耦合效率，如图7E所示。具体地，可以调整支撑聚光器302的x-y-z平移台以改变聚光器302的位置，直到向对准光纤720中的耦合效率得到优化。例如，可以检测由对准光纤720接收到的光强度。当由对准光纤720接收到的光强度最大化时，向对准光纤720中的耦合效率得到优化。具体地，可以调整聚光器302的位置，使得聚焦束的锥体围绕对准光纤720的光轴在角度上居中。x-y-z平移台可以在x和y方向上平移聚光器302，并且在z方向上轴向地平移聚光器302以达到最优耦合效率。可以重复610和612，直到达到向对准光纤720中的最优耦合效率。
在另一个实施例中，可以提供θфz平移台以支撑聚光器302。θфz平移台可以提供聚光器302的合成倾斜度以及聚光器302的轴向线性调整。当聚光器θфz平移台的枢转点位于与聚光器302的主平面不同的位置时，聚光器302的合成倾斜度则可能引起聚焦束斑的横向(x和y)位置变化。因此，聚光器θфz台可以提供聚焦束斑相对于固定光纤的xyz调整，与聚光器xyz台的类似。
在614，可以调整第二壳体530的位置以优化向监测光纤306中的耦合效率，如图7F所示。例如，可以由光学传感器308检测由监测光纤306接收到的光强度。当由光学传感器308接收到的光强度最大化时，向监测光纤306中的耦合效率得到优化。
在614，可以在附接过程中使第一壳体520相对于第二壳体530永久固定不动，如图7G所示。如此，附接过程可以在光纤端口404、分束器304与套管424之间维持永久的齐焦关系。在616，在固定不动之后再次验证零件的齐焦关系，以确认在附接过程中维持了它们的相对位置，如图7H所示。例如，将激光束引入分束器中，并且测量在监测光纤306和对准光纤720处的光耦合效率，以确认它们仍处于最优水平。
图8A-8F进一步展示了在614使各种零件永久地固定不动的附接过程。如图8A所示，相对于分束器304和对准光纤720调整聚光器302的位置，以优化向对准光纤720中的光耦合效率。如图8B所示，然后可以相对于分束器304定位第二壳体530。第二壳体530可以包括支撑监测光纤306的套管424。第二壳体530可以包括被构型成用于附接到精密度可调的x-y-z平移台的适配器上的附接部分730，如真空吸盘。如图8C所示，可以通过精密度可调的x-y-z平移台来调整第二壳体530的位置，以相对于分束器304定位监测光纤306，如在614中所述。
如图8D所示，可以准备附接块510，所述附接块被构型成用于将第一壳体520附接到第二壳体530。具体地，可以将粘结粘合剂施加或滴定到附接表面512和514上。在实施例中，粘结粘合剂可以是例如30分钟固化的黏性粘合剂(其它粘合剂类型和固化时间也是可行的)。附接表面512和514上的粘结粘合剂的高度或厚度可以稍微大于对接垫516的高度。在一些方法中，粘结粘合剂不施加到对接垫上。
如图8E所示，附接块510可以附接到第一壳体520和第二壳体530。具体地，附接块510的顶部可以与第二壳体530的底表面交界，并且附接块510的侧部可以与第一壳体520的侧表面交界。附接块510的附接表面514上的粘结粘合剂可以以特定量和形状滴定，使得当附接块510的顶部与第二壳体530的底表面相接触时，粘结粘合剂被第二壳体530的底表面压缩，并且粘结粘合剂填充附接表面514与第二壳体530的底表面之间的间隙，而不触碰附接表面514上的对接垫516。
类似地，附接块510的附接表面512上的粘结粘合剂可以以特定量和形状滴定，使得当附接块510的侧部与第一壳体520的侧表面相接触时，粘结粘合剂被第一壳体520的侧表面压缩，并且粘结粘合剂填充附接表面512与第一壳体520的侧表面之间的间隙，而不触碰附接表面512上的对接垫516。
由于粘结粘合剂不干扰对接垫516，所以抵接垫516可以分别与第一壳体520和第二壳体530直接且精确接触。因此，所述附接表面与第一壳体精确地间隔开以容纳粘结粘合剂，而不影响附接块和壳体的相对位置。附接块510可以通过精密x-y-z平移台进行调整。例如，x-y-z平移台可以沿+X方向移动，以使附接块510朝向第一壳体的侧表面移动，并且可以沿+Y方向移动，以将附接块510向上朝第二壳体530的底表面移动。
具体地，x-y-z平移台可以配备有偏置构件，如提供轻微偏置力的弹簧，以将附接块510按压到第一壳体520和第二壳体530两者上。例如，x-y-z平移台的偏置构件可以在+X方向上供应略微大于零的力，以朝向第一壳体520按压附接块510，使得附接表面512上的对接垫516紧紧地对接第一壳体520，但是不将第一壳体520移动成使其失准。类似地，x-y-z平移台的偏置构件可以在+Y方向上供应略微大于附接块510的重量的力，以朝向第二壳体530按压附接块510，使得附接表面514上的对接垫516紧紧地对接第二壳体530，但是不将第二壳体530移动成使其失准。
在粘结粘合剂的固化过程中，x-y-z平移台的偏置构件可以继续支撑附接块510并且将其轻轻地按压到第一和第二壳体520和530上。在实施例中，粘结粘合剂可以具有与第一和第二壳体520和530以及附接块510的材料相似或略小的热膨胀系数。如此，当粘结粘合剂在固化过程中收缩时，粘结粘合剂可以拉动附接块510分别紧紧地抵靠第一和第二壳体520和530。由于对接垫可以是刚性的并且基本上不可压缩的，所以附接表面与壳体之间的间距可以保持不变。进一步地，在光耦合效率检测组件的正常操作期间，此粘结粘合剂可以在组装和固化过程之后继续施加此拉力。
进一步地，在固化过程中，可以连续地监测对准光纤720和监测光纤306处的光耦合效率。如此，可以在固化过程中在适当时调整第一壳体520和第二壳体530的位置，以维持光学部件之间的齐焦关系。
如图8F所示，在粘结粘合剂固化之后，可以轻轻地移除偏置构件以释放附接块510。在另一个实施例中，偏置构件可以永久地留在原地。进一步地，通过从精密度可调的x-y-z平移台的适配器释放附接部分730，可以将第二壳体530从x-y-z平移台上释放。
因此，以上实施例提供了一种光耦合效率检测组件，该光耦合效率检测组件包括允许将第一壳体精确地附接到第二壳体上的附接块。进一步地，提供了一种组装方法，该组装方法组合了壳体的精密度调整能力和在光学对准过程中在壳体与附接块之间维持精确接触的能力。具体地，组装块可以包括对接垫，所述对接垫在粘结粘合剂的固化过程中在壳体与附接块之间提供精确和连续的接触。因此，可以在组装和固化过程中维持光耦合效率检测组件中的光学部件之间的齐焦关系。
本领域的普通技术人员应领会，本披露所涵盖的实施例并不限于上述具体示例性实施例。就此而言，尽管已经示出并描述了说明性实施例，但是在前述披露中还考虑到了各式各样的修改、变化、和替代。应理解的是，可以在不脱离本披露范围的情况下对前述内容做出此类改变。因此，应理解，所附权利要求书应广义地并按照符合本披露的方式解释。

Claims (20)

1.一种光耦合效率检测组件，包括：
容纳分束器和光纤端口的第一壳体；
容纳包围监测光纤的套管的第二壳体；以及
具有多个平面侧的附接块，所述附接块在所述多个平面侧中的第一侧上刚性地附接到所述第一壳体，所述附接块在所述多个平面侧中的第二侧上刚性地附接到所述第二壳体，所述第二侧与所述第一侧相邻，所述第一壳体和第二壳体以在所述分束器、所述光纤端口和所述套管之间建立齐焦安排的方式定位在所述附接块上。
2.如权利要求1所述的光耦合效率检测组件，还包括被配置成用于将光束引导到所述分束器中的聚光器；以及
在所述光纤端口处的光纤，其中，所述分束器用于将所述光束分成在所述光纤端口处耦合到所述光纤中的第一束、以及在所述套管处耦合到所述监测光纤中的第二束。
3.如权利要求1所述的光耦合效率检测组件，其中，所述第一侧垂直于所述第二侧。
4.如权利要求3所述的光耦合效率检测组件，其中，所述附接块的所述第一侧包括第一附接表面和从所述第一附接表面突出的第一对接垫，并且所述附接块的所述第二侧包括第二附接表面和从所述第二附接表面突出的第二对接垫。
5.如权利要求4所述的光耦合效率检测组件，其中，所述第一侧的所述第一对接垫被配置成当所述附接块附接到所述第一壳体时接触所述第一壳体，并且其中，所述第二侧的所述第二对接垫被配置成当所述附接块附接到所述第二壳体时接触所述第二壳体。
6.如权利要求5所述的光耦合效率检测组件，其中，所述第一侧的所述第一附接表面通过粘结粘合剂而粘结到所述第一壳体，并且所述第二侧的所述第二附接表面通过所述粘结粘合剂而粘结到所述第二壳体。
7.如权利要求6所述的光耦合效率检测组件，其中，所述粘结粘合剂具有的热膨胀系数等于或小于所述第一壳体、所述第二壳体和所述附接块的热膨胀系数。
8.如权利要求6所述的光耦合效率检测组件，
其中，所述第一对接垫沿着所述第一附接表面的周边部分布置，并且所述粘结粘合剂布置在所述第一附接表面的中心部分上，而不干扰所述第一对接垫，并且
其中，所述第二对接垫沿着所述第二附接表面的周边部分设置，并且所述粘结粘合剂布置在所述第二附接表面的中心部分上，而不干扰所述第二对接垫。
9.如权利要求1所述的光耦合效率检测组件，其中，所述齐焦安排将所述分束器与所述光纤端口的束接收部分之间的距离限定为跟所述分束器与所述监测光纤的束接收端之间的距离相同。
10.如权利要求1所述的光耦合效率检测组件，其中，所述第一壳体、所述第二壳体和所述附接块中的每一个包括精密金属材料。
11.一种用于光耦合效率检测组件的组装方法，所述组装方法包括：
在第一壳体中提供分束器和光纤端口；
在第二壳体中提供包围监测光纤的套管；
将所述第一壳体刚性地附接到附接块的平面第一侧；以及
将所述第二壳体刚性地附接到所述附接块的平面第二侧，以在所述分束器、所述光纤端口和所述套管之间建立齐焦安排，所述平面第二侧与所述附接块的所述第一侧相邻。
12.如权利要求11所述的组装方法，还包括：
将所述第二壳体相对于所述第一壳体定位以形成所述齐焦安排；以及
通过将所述附接块粘结到所述第一壳体和所述第二壳体而使所述第二壳体相对于所述第一壳体固定不动。
13.如权利要求12所述的组装方法，其中，所述定位包括：
将来自聚光器的光束引导到所述分束器中，以将所述光束分离并同时耦合到安装在所述光纤端口处的对准光纤和所述套管处的所述监测光纤中；
调整所述聚光器的位置，以使所述光束与所述分束器和所述光纤端口对准；
检测在所述监测光纤处的耦合效率；以及
调整所述第二壳体的位置，以优化在所述监测光纤处的耦合效率。
14.如权利要求12所述的组装方法，其中，所述固定不动包括：
在第一附接表面上施加粘结粘合剂，所述第一附接表面形成所述附接块的所述平面第一侧的一部分；
在第二附接表面上施加粘结粘合剂，所述第二附接表面形成所述附接块的所述平面第二侧的一部分；以及
将所述第一附接表面定位到所述第一壳体并将所述第二附接表面定位到所述第二壳体，以将所述附接块粘结到所述第一壳体和所述第二壳体。
15.如权利要求14所述的组装方法，其中，当所述附接块附接到所述第一壳体和所述第二壳体时，布置在所述第一附接表面上的第一对接垫接触所述第一壳体，布置在所述第二附接表面上的第二对接垫接触所述第二壳体。
16.如权利要求15所述的组装方法，
其中，所述第一对接垫沿着所述第一附接表面的周边部分布置，并且所述第二对接垫沿着所述第二附接表面的周边部分布置，并且
其中，将所述粘结粘合剂滴定在所述第一附接表面的中心部分和所述第二附接表面的中心部分以及所述第一对接垫上，使得所述粘结粘合剂不干扰所述第一对接垫和第二对接垫。
17.如权利要求14所述的组装方法，还包括：
在所述粘结粘合剂的固化过程中，在所述附接块上施加朝向所述第一壳体的第一偏置力；以及
在所述粘结粘合剂的固化过程中，在所述附接块上施加朝向所述第二壳体的比所述附接块略微更大的第二偏置力。
18.如权利要求14所述的组装方法，还包括：
检测在所述监测光纤处的耦合效率；以及
调整所述第二壳体的位置，以在所述粘结粘合剂的固化过程中优化在所述监测光纤处的耦合效率。
19.如权利要求14所述的组装方法，其中，所述粘结粘合剂具有的热膨胀系数等于或小于所述第一壳体、所述第二壳体和所述附接块的热膨胀系数。
20.如权利要求11所述的组装方法，其中，所述第一壳体、所述第二壳体和所述附接块中的每一个包括精密金属材料。
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