CN110346893A - 可调光纤延迟仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件领域，公开了一种可调光纤延迟仪，提升可调光纤延迟仪的控制精度。本发明包括光纤准直器、滑块、导轨、光学棱镜、光电探头、光栅尺以及用于驱动滑块在导轨上移动的驱动机构；所述光学棱镜设置在滑块上，并用于反射从所述光纤准直器进入的光线；所述光栅尺设置在所述导轨上，所述光电探头设置所述滑块上，所述光电探头用于读取光栅尺上的刻度信息，并将读取的刻度信息反馈给所述驱动机构的控制单元。本发明适用于光纤传输控制。

Description

可调光纤延迟仪

技术领域

本发明涉及光学器件领域，特别涉及可调光纤延迟仪。

背景技术

现如今，自从光纤技术发明以来，各种光纤器件的研究和应用层出不穷。作为新型信号处理器件的光纤延迟线(FDL)已经从最初简单的一段光纤，发展到现阶段具有多种复杂结构的独立器件，成为光信息处理技术中的关键器件之一，具有多种信号处理功能，如在光纤传感与光学测量系统中参与实现测量信号的采集与传输、在光纤通信系统中实现信号的编码与缓存、在光控相控阵天线系统中实现微波信号的精确相位分配与控制、雷达回波信号的相关除噪等。一般的，光延迟线分为：电缆延迟线、石英延迟、光纤固定延迟线等。依据延迟线使用功能分为：固定延迟线和可调延迟线。可调延迟有分手动可调和电动可调延迟线。

中国专利CN201520020715.3，公开了一种电控可调光纤延迟仪，如图1所示，包括盒体12、盒盖10、输入光纤准直器7、输出光纤准直器8、外封管9、镀金管11以及驱动滑块沿导轨方向运动的驱动装置，在盒体12内底部具有一直线导轨6，在导轨6上设有一滑块5，滑块5沿导轨6方向运动，在滑块5上位于输出光纤准直器8的一侧设有一角锥棱镜3，驱动装置包括设置在盒体内的电机2，电机2的输出端连接一丝杆4，丝杆4贯穿滑块5设置，且丝杆4与滑块5螺纹配合，其存在以下问题：

1、滑块的定位精度较低，一般是在0.05mm作用，且无法实现实时补偿精度，在复杂的环境下，光学棱镜的延迟量常常会随环境变化而改变1～3ps，同时调节延迟量的速度也比较慢，调节到最大延迟范围600ps需要的时间为12～18s；

2、复位精度差，其设计的复位为机械开关和光电开关，这个两种开关复位精度受到机械检修和光能量的影响较严重，复位精度在0.1mm～0.2mm之间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可调光纤延迟仪，提升可调光纤延迟仪的控制精度。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：可调光纤延迟仪，包括光纤准直器、滑块、导轨、光学棱镜、光电探头、光栅尺以及用于驱动滑块在导轨上移动的驱动机构；所述光学棱镜设置在滑块上，并用于反射从所述光纤准直器进入的光线；所述光栅尺设置在所述导轨上，所述光电探头设置所述滑块上，所述光电探头用于读取光栅尺上的刻度信息，并将读取的刻度信息反馈给所述驱动机构的控制单元。

进一步的，还可在所述光栅尺上设置找零点，当滑块需要复位时，驱动机构可通过驱动滑块使得光电探头停留在找零点上。

进一步的，本发明还可包括两个限位板，两个限位板分别设置在所述导轨的两端，在所述限位板上设置有限位开关，所述限位开关与所述驱动机构的控制单元电连接。所述限位开关既可以是普通的按钮开关，也可以是光电开关，当滑块移动到导轨的两端是，限位开关可以发出一电信号给驱动机构的控制单元，从而避免滑块过度移动。当滑块触发所述限位开关，为了便于重新延时控制，驱动机构一般是选择控制滑块复位。

进一步的，所述驱动机构包括电机和丝杆，所述电机的输出端连接所述丝杆，所述丝杆贯穿所述滑块设置，且丝杆螺纹与滑块的内部螺纹匹配，本发明可通过电机调节滑块达到调节不同的延迟时间的目的。

进一步的，为了便于手动调节，在所述滑块内还可具有一与丝杆螺纹配合的并用于调节滑块与丝杆之间的间隙的机械间隙控制螺母。

进一步的，所述电机既可以是普通的步进电机，也可以是压电电机，压电电机可用于精确控制的微小直线运动中，相比于普通步进电机，具有更高的控制精度。

进一步的，所述光纤准直器既可以是仅包括一个准直器的形式，通过一个准直器进行光纤输入和输出；所述光纤准直器也可以是包括输入光纤准直器和输出光纤准直器的形式，其中输入光纤准直器和输出光纤准直器平行的安装于导轨的一端，平行安装的输出光纤准直器与输入光纤准直器可以使光线不相互干涉。

进一步的，所述导轨为磁悬浮导轨，所述驱动机构通过磁悬浮驱动的方式驱动所述滑块移动，磁悬浮驱动具有驱动反应快，驱动精度高等优点。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过设置光电探头和光栅尺反馈控制，利用光电探头将读取的刻度信息反馈给驱动机构的控制单元，即使光学棱镜在各种复杂的环境引起的位移，光电探头也会将滑块的偏移量反馈给驱动机构的控制单元，从而驱动机构可控制滑块进行实时精度补偿，实时保持在10～20fs。同时，经对比CN201520020715.3，本发明能使调节延迟量速度提高10倍，调节到最大延迟范围600ps需要的时间仅为1.2～1.5s；

2.本发明通过设置在光栅尺上设置用于光电探头复位的找零点，当加入CN201520020715.3那样的机械开关和光电开关，复位时可先由机械开关和光电开关初步复位，然后在使用光栅尺上的找零点进行刻度清零，复位精度可达到0.1um～0.2um之间，大大优于CN201520020715.3。

附图说明

图1为现有可调光纤延迟仪的结构示意图；

图2为实施例提供的可调光纤延迟仪的整体结构示意图；

图3为实施例提供的可调光纤延迟仪的内部结构示意图

图中编号：1-编码器；2-电机；3-角锥棱镜；4-丝杆；5-滑块；6-导轨；7-输入光纤准直器；8-输出光纤准直器，；9-外封管；10-盖子；11-镀金管；12-盒体；13-光电传感器；14-机械间隙控制螺母；15-弹簧圈，101a-输入光纤准直器，101b-输出光纤准直器101b，102-限位开关，103-限位板，104-丝杆，105光学棱镜，106-滑块，107-光栅尺安装件，108-光栅尺，109-导轨，110-找零点，111-光电探测头，112-数据线，113为电机。

具体实施方式

为了提升可调光纤延迟仪的控制精度，本发明提供了一种可调光纤延迟仪，包括光纤准直器、滑块、导轨、光学棱镜、光电探头、光栅尺以及用于驱动滑块在导轨上移动的驱动机构；所述光学棱镜设置在滑块上，并用于反射从所述光纤准直器进入的光线；所述光栅尺设置在所述导轨上，所述光电探头设置所述滑块上，所述光电探头用于读取光栅尺上的刻度信息，并将读取的刻度信息反馈给所述驱动机构的控制单元。

进一步的，本发明还可在所述光栅尺上设置找零点，当滑块需要复位时，驱动机构可通过驱动滑块使得光电探头停留在找零点上。

进一步的，本发明还可包括两个限位板，两个限位板分别设置在所述导轨的两端，在所述限位板上设置有限位开关，所述限位开关与所述驱动机构的控制单元电连接。所述限位开关既可以是普通的按钮开关，也可以是光电开关，当滑块移动到导轨的两端是，限位开关可以发出一电信号给驱动机构的控制单元，从而避免滑块过度移动。当滑块触发所述限位开关，为了便于重新延时控制，驱动机构一般是选择控制滑块复位。

进一步的，所述驱动机构包括电机和丝杆，所述电机的输出端连接所述丝杆，所述丝杆贯穿所述滑块设置，且丝杆螺纹与滑块的内部螺纹匹配，本发明可通过电机调节滑块达到调节不同的延迟时间的目的。

进一步的，为了便于手动调节，在所述滑块内还可具有一与丝杆螺纹配合的并用于调节滑块与丝杆之间的间隙的机械间隙控制螺母。

进一步的，所述电机既可以是普通的步进电机，也可以是压电电机，压电电机用于精确控制的微小直线运动中，相比于普通步进电机，具有更高的控制精度。

进一步的，所述光纤准直器既可以是仅包括一个准直器的形式，通过一个准直器进行光纤输入和输出；所述光纤准直器也可以是包括输入光纤准直器和输出光纤准直器的形式，其中输入光纤准直器和输出光纤准直器平行的安装于导轨的一端，平行安装的输出光纤准直器与输入光纤准直器可以使光线不相互干涉。

进一步的，所述导轨为磁悬浮导轨，所述驱动机构通过磁悬浮驱动的方式驱动所述滑块移动，磁悬浮驱动具有驱动反应快，驱动精度高等优点。

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

如图2所示，实施例提供了一种可调光纤延迟仪，包括外部的盒体以及内部的光纤调节结构。如图3所示，内部的光纤调节结构具体包括：输入光纤准直器101a、输出光纤准直器101b、滑块106、导轨109、光学棱镜105、光电探头111、光栅尺108以及用于驱动滑块在导轨上移动的驱动机构；所述输入光纤准直器101a和输出光纤准直器101b平行的安装于导轨109的一端，所述光学棱镜105设置在滑块106上，光学棱镜105将从输入光纤准直器101a进入的光线反射至输出光纤准直器101b；所述光栅尺108通过光栅尺安装件107设置在所述导轨108上，所述光电探头111设置所述滑块106上，所述光电探头111用于读取光栅尺108上的刻度信息，并将读取的刻度信息通过数据线112反馈给所述驱动机构的控制单元。

实施例中，在所述导轨109的两端还设置有限位板103，限位板103可用于固定输入光纤准直器101a和输出光纤准直器101b，在所述限位板103上还设置有限位开关102，所述限位开关102与所述驱动机构的控制单元电连接。所述限位开关102选用光电开关，当滑块移动到导轨的两端时，限位开关102将发出一电信号给驱动机构的控制单元，驱动机构控制滑块106复位，从而避免滑块106过度移动以及方便重新延时控制。

实施例中，所述驱动机构包括电机113和丝杆104，其中，所述电机113的输出端连接所述丝杆104，所述丝杆104贯穿所述滑块106设置，且所述丝杆与所述滑块的内部螺纹匹配，实施例通过电机113调节滑块达到调节不同的延迟时间的目的。实施例中的电极为压电电机，压电电机用于精确控制的微小直线运动中，相比于普通步进电机，具有更高的控制精度。

实施例中，为了便于手动调节，在所述滑块内还具有一与丝杆螺纹配合的并用于调节滑块与丝杆之间的间隙的机械间隙控制螺母。

实施例中，所述光学棱镜105可以是角锥棱镜。

实施例中，该光可调光纤延迟线有0～600ps可调的工作状态，即连续可调，可实现手动和自动调节，自动调节的工作原理如下：

首先，仪器归零复位：可先由机械开关(控制螺母)和光电开关初步复位，再由驱动机构驱动滑块106移动，带动光电探头111移动到光栅尺108上的找零点110上，进行仪器归零；

然后，用户根据需要向驱动机构的控制单元输入光纤需要延迟的时长S，驱动机构的控制单元再根据延迟的时长S计算出滑块106需要移动的距离L，进而得到光电探头111在光栅尺108上需要到达的刻度P；

之后，驱动机构通过驱动滑块106移动，带动光电探头111移动，光电探头111在移动的时候实时的将检测的刻度信息反馈给驱动机构的控制单元，当光电探头111到达光栅尺108上刻度P时，滑块106和光电探头111停止移动；

最后，将光波由输入光纤准直器101a输入到可调光纤延迟仪之中，光波在经过输入光纤准直器101a之后再经过距离L到达光学棱镜105，经过光学棱镜105形成180度反射角，被反射到输出光纤准直器101b输出，该光束完全被接收并形成一个自由空间光程。

经过对比测试CN201520020715.3，实施例具有以下效果：

1、即使光学棱镜在各种复杂的环境引起的位移，光电探头也会将滑块的偏移量反馈给驱动机构的控制单元，从而驱动机构控制滑块进行实时精度补偿，实时保持在10～20fs。

2、相比于CN201520020715.3，本发明能使调节延迟量速度提高10倍，调节到最大延迟范围600ps需要的时间仅为1.2～1.5s；

3、实施例在复位时，可先由机械开关和光电开关初步复位，然后在使用光栅尺上的找零点进行刻度清零，复位精度可达到0.1um～0.2um之间，大大优于CN201520020715.3。

以上描述了本发明的基本原理和主要的特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.可调光纤延迟仪，包括光纤准直器、滑块、导轨、光学棱镜以及用于驱动滑块在导轨上移动的驱动机构；所述光学棱镜设置在滑块上，并用于反射从所述光纤准直器进入的光线；其特征在于，还包括光电探头和光栅尺，所述光栅尺设置在所述导轨上，所述光电探头设置所述滑块上，所述光电探头用于读取光栅尺上的刻度信息，并将读取的刻度信息反馈给所述驱动机构的控制单元。

2.如权利要求1所述的可调光纤延迟仪，其特征在于，在所述光栅尺上设置有找零点，当滑块需要复位时，驱动机构通过驱动滑块使得光电探头停留在找零点上。

3.如权利要求1所述的可调光纤延迟仪，其特征在于，还包括限位板，所述限位板设置在所述导轨的两端，在所述限位板上设置有限位开关，所述限位开关与所述驱动机构的控制单元电连接。

4.如权利要求3所述的可调光纤延迟仪，其特征在于，当滑块触发所述限位开关，驱动机构控制滑块复位。

5.如权利要求1所述的可调光纤延迟仪，其特征在于，所述驱动机构包括电机和丝杆，所述电机的输出端连接所述丝杆，所述丝杆贯穿所述滑块设置，且丝杆螺纹与滑块的内部螺纹匹配。

6.如权利要求5所述的可调光纤延迟仪，其特征在于，在所述滑块内还具有一与丝杆螺纹配合的并用于调节滑块与丝杆之间的间隙的机械间隙控制螺母。

7.如权利要求5所述的可调光纤延迟仪，其特征在于，所述电机为压电电机。

8.如权利要求1所述的可调光纤延迟仪，其特征在于，所述光纤准直器包括输入光纤准直器和输出光纤准直器，输入光纤准直器和输出光纤准直器平行的安装于导轨的一端。

9.如权利要求1所述的可调光纤延迟仪，其特征在于，所述导轨为磁悬浮导轨，所述驱动机构通过磁悬浮驱动的方式驱动所述滑块移动。