CN111522099B - 一种全立双杆式光学元件定位调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学器件领域，公开了一种结构紧凑的全立双杆式光学元件定位调节装置，包括光学元件定位组件和光学元件调节组件；光学元件定位组件包括：底部固定件、转接固定件、方形固定件、刚性支撑杆，底部固定件的上表面和方形固定件的第一方向上的上表面均设置有两个用于与刚性支撑杆配合的第一柱面凹槽；转接固定件上设置有用于与方形固定件连接的连接孔和两个与刚性支撑杆的截面匹配的杆孔；光学元件调节组件的底部设置有两个用于与刚性支撑杆配合的第二柱面凹槽，光学元件调节组件通过螺丝与底部固定件或方形固定件固定连接，且光学调节组件上的第二柱面凹槽用于与刚性支撑杆配合。本发明结构紧凑，调节方便，设计合理。

Description

一种全立双杆式光学元件定位调节装置

技术领域

本发明属于光学器件领域，具体涉及一种全立双杆式光学元件定位调节装置。

背景技术

伴随着量子光学、光遗传学以及光学通信等领域的快速发展，借助相干光以及非相干光进行光学成像、光学传感和光谱分析等，已经成为产业集团和科研院所所必须的支撑力量。这一系列精密技术的发展离不开高质量的光学元件和相对应固定安装调节组件。稳定而又高效的光学元件定位调节组件可以极大的帮助和促进相关产业技术的提高与发展。

通常，光学元件定位调节组件需要实现针对不同光学元件的稳定固定、精细调节甚至于在升级光学系统时的快速更换，这些光学元件包括但不限于反射镜、透镜、波片、二向色镜、整形棱镜、立方体分光棱镜、里斯利棱镜、光电探测器、光学隔离器、光束聚焦系统和光纤等。一般情况下，光学元件的固定安装分别由可精细调节的光学调整架和安装定位的稳定安装座组成。

之前，光学元件的定位调节组件主要有两种类型。第一种由多维度可调的光学调整架以及实心的安装座或接杆式安装座组成，通过压脚固定在光学面包板上组成光学系统。该类型的光学调节架的调节旋钮通常设置在水平于光学面包板的方向，搭建光路时所需空间较大，受此影响光学装置往往庞大且空间利用率低，为光学向实际的产业化应用设置了障碍。虽然可以满足精密调节光路的需求，但底座与光学面包板没有直接的定位固定，在升级调节光路时，更换的光学元件无法准确复位，直接影响了光学装置更新换代的速度。第二种由四根钢制的固定杆和对应有四个通孔的光学元件安装固定板组成，形成一套可准确固定光学元件相对位置的笼式结构。该类型的光学元件固定安装调节组件虽然可准确固定光学元件的相对位置，但拆卸组装复杂，需要更换所构建的系统中的一个固定板组件时，需要拆卸钢制固定杆同方向的大部分组件，极大的提高了光学装置的重建难度，在对相对位置要求精度极高的光学系统中，不利于现象的重复性。另外值得注意的是，受笼式系统四根钢制固定杆与安装固定板通孔结构的限制，笼式结构往往无法直接设置可供微米级精密调节的机构。加上制造所有结构时均存在的应力释放问题与温度造成的金属结构的形变，这意味着光学光路在大部分情况下不是足够稳定，而笼式结构无法提供光学光路更精密的调节，这直接的降低了在生产制造与科学研究中的光学系统的精度的提高。

因此，尤其需要适合光学系统快速更新换代的光学元件定位调节组件，同时可以满足高精密调节度、高空间利用率、易于调节更换、与现有系统高兼容和更为良好的组装拓展性的光学元件定位调节组件。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，旨在提供一种全立双杆式光学元件定位调节装置，在满足光学元件高精密调节度与高定位稳定度的同时，可以提高光学系统中光学元件调节定位机构空间利用率与操作更换难度，同时有高的拓展度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种全立双杆式光学元件定位调节装置，包括光学元件定位组件和光学元件调节组件；

所述光学元件定位组件包括：底部固定件、转接固定件、方形固定件、刚性支撑杆，所述底部固定件的上表面和方形固定件的第一方向上的上表面均设置有两个用于与所述刚性支撑杆配合的第一柱面凹槽；所述转接固定件上设置有用于与所述方形固定件连接的连接孔；所述转接固定件上还设置有两个与刚性支撑杆的截面匹配的杆孔，所述杆孔上方设置有第一螺纹顶孔，所述螺纹顶孔内设置有用于固定所述杆孔内的刚性支撑杆的顶丝；所述转接固定件上设置有固定螺纹孔，用于将装置整体进行固定；

所述光学元件调节组件的底部设置有两个用于与所述刚性支撑杆配合的第二柱面凹槽，所述光学元件调节组件通过螺丝与所述底部固定件或方形固定件固定连接，且所述光学调节组件上的第二柱面凹槽与所述底部固定件或方形固定件配合将所述刚性支撑杆夹紧固定。

所述光学元件调节组件包括双杆固定圈、立式三轴镜架、立式棱镜镜架、立式旋转调节镜架和立式三轴光纤耦合头中的一种或多种中的一个或多个，所述双杆固定圈、立式三轴镜架、立式棱镜镜架、立式旋转调节镜架和立式三轴光纤耦合头的底部均设置有第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件或方形固定件固定的螺纹孔。

所述双杆固定圈中心设置有通光螺纹孔，顶部设置有用于安装紧定螺丝的第二螺纹顶孔。

所述立式棱镜镜架包括棱镜镜架后板、棱镜镜架前板、压臂支撑杆、棱镜压臂和用于放置棱镜的棱镜固定板，所述棱镜镜架前板通过弹簧与所述棱镜镜架后板连接，并通过调节螺丝形成三维调节机构，所述棱镜镜架后板底部设置有有第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件或方形固定件固定的螺纹孔，所述棱镜固定板固定设置在所述棱镜镜架前板上，所述压臂支撑杆底部竖直固定设置在所述棱镜镜架前板一侧，所述棱镜压臂固定在所述压臂支撑杆顶部，其上安装有用于固定棱镜的顶丝。

所述立式旋转调节镜架包括：立式旋转调节镜架主体，齿轮码盘和后盘，立式旋转调节镜架主体底部设置有第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件或方形固定件固定的螺纹孔；所述后盘前端内嵌在所述立式旋转调节镜架主体内，所述齿轮码盘后端内嵌在所述后盘内；齿轮码盘中心设置有用于安装光学器件的螺纹孔，前端面设置有角度刻度，前端与后端之间的斜坡面上设置有用于与固定在所述立式旋转调节镜架主体（上的锥形粗调齿轮配合的齿状结构；所述立式旋转调节镜架主体的圆周表面上的缺口处设置有固定在后盘上的粗细调切换螺丝，所述粗细调切换螺丝用于顶紧所述齿轮码盘使其与齿轮码盘相对固定；所述立式旋转调节镜架主体上还设置有通过螺纹设置的细调结构，后盘上设置有位于细调结构底部的旋转控制杆，所述立式旋转调节镜架主体内设置有位于旋转控制杆底部的复位弹簧，细调结构与复位弹簧相配合，通过控制旋转控制杆的位置进而带动所述后盘旋转。

所述立式三轴光纤耦合头包括：前固定底板、光纤固定板、耦合头主壳、耦合头调节板、密封片和前固定板，所述前固定底板和前固定板底部均设置有的第二柱面凹槽所述前固定板与所述前固定底板的一端固定连接，用于供FC口光纤插拔的光纤固定板固定设置在所述耦合头主壳上，所述耦合头主壳顶部设置有三个沿竖直方向设置的光纤精密调节螺丝，光纤精密调节螺丝底部设置有定位调节球，所述耦合头主壳侧壁设置有用于放置所述定位调节球的滑槽，所述耦合头调节板中心设置有螺纹透镜，所述耦合头调节板背部设置有用于与所述定位调节球配合的斜面滑槽凸起，所述耦合头调节板通过定位弹簧和定位弹簧支撑棒与所述耦合头主壳连接，环形的密封片粘合在所述耦合头调节板的前端面上，用于密封耦合头光学出光位置形成准密闭结构；所述耦合头主壳通过螺丝与所述前固定板固定连接。

所述立式三轴镜架包括三轴镜架后板，三轴镜架前板和三个沿竖直方向设置精密调节螺丝，所述三轴镜架前板通过弹簧和弹簧固定棒设置在三轴镜架后板上，所述精密调节螺丝通过螺纹设置在所述三轴镜架后板上，并且其端部设置有定位调节球，三轴镜架后板上设置有三个用于容纳精密调节螺丝和定位调节球的调节滑槽，所述三轴镜架前板上设置有三个用于与定位调节球配合的调节凸起。

所述方形固定件的第二方向的上表面上也设置有第一柱面凹槽；所述方形固定件的四个侧面均设置有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔用于连接所述转接固定件。

所述的一种全立双杆式光学元件定位调节装置，还包括中心设置有通孔的旋转固定件，所述旋转固定件的顶部设置有个柱面凸起结构，所述柱面凸起结构的外形轮廓与所述刚性支撑杆相同；所述方形固定件的中心设置有用于放置所述旋转固定件的环形凹槽，所述方形固定件底部设置有位于环形凹槽中心的柱状凸起中心的沉头螺纹孔，所述沉头螺纹孔用于固定所述光学元件调节组件；所述方形固定件的四个侧面均设置有第二螺纹孔，所述第二螺纹孔用于安装顶丝进而固定所述旋转固定件。

所述方形固定件底部对称设置有多个沉头孔，所述沉头孔用于固定光学元件镜架。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其包括光学元件定位组件与光学元件调节组件。光学元件定位组件由简单的组件组成，易于安装拆卸，可以在不破坏临近光学元件相对位置的情况下，对单个光学元件进行升级更换。

2、其次，光学元件定位组件的结构便于将光路平面化组装，可以实现大规模光学光路的建立，并使光学光路形成稳定的整体，使光学光路具有极高的稳定性。此外，光学元件定位组件设置有与现有光学面包板或固定底座相兼容的安装结构，使该系统能够与现有存在的光学定位调节组件相匹配，具有高的兼容度。光学元件调节组件通过与光学元件定位组件中的底部固定件或方形固定件连接固定，不仅使得系统的结构稳定，便于组合，而且，结构上所有组件调节位置均在各组件上方，方便了对光学元件进行精密调节操作，使系统便于集成化元件化。

3、光学元件定位组件与光学元件调节组件相结合所组成的一种全立双杆式定位调节组件，在保证了光学元件位置稳定的基础上，实现了对光学元件的精密调节，是现有光学元件定位调节组件所不能同时具备的。该光学元件定位调节组件受双杆式光学元件定位组件影响，结构紧凑空间占用率低，受全立式光学元件调节组件调节位置均在光学元件上方影响，光学元件与光学元件之间调节互不冲突，两点决定了该系统有极高的空间利用率，在相同面积的光学平台上可以布置数量更多的光学元件，从而推动光学从实验室到产业界的集成化转变。

4、本发明结构简单，精密调节位置均在一般光学实验与应用涉及少的平台上方，并拥有与现有定位调节组件相兼容的安装结构，使本发明拥有大的组装调节自由度，方便扩展到各种独特需求下的光学系统组装，有极佳的拓展能力。

附图说明

图1为本发明第一实施例的结构示意图；

图2为图1的爆炸示意图；

图3为本发明第一实施例中转接固定件的结构示意图；

图4为本发明第一实施例中底部固定件的结构示意图；

图5为本发明第一实施例中方形固定件的结构示意图；

图6为本发明第一实施例中旋转固定件4的结构示意图；

图7为本发明第一实施例中双杆固定圈的结构示意图；

图8为本发明第一实施例中立式棱镜镜架的结构示意图；

图9为图8的爆炸结构示意图；

图10为本发明第一实施例中立式旋转调节镜架的结构示意图；

图11为图10的爆炸结构示意图；

图12为本发明第一实施例中立式三轴光纤耦合头的结构示意图；

图13为图12的爆炸结构示意图；

图14为图13的爆炸结构的另一角度结构示意图；

图15为本发明第一实施例中立式三轴镜架的结构示意图；

图16为图15的爆炸示意图；

图17为本发明第二实施例的结构示意图；

图18为本发明第二实施例中光学元件定位组件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~2所示，本发明第一实施例提供了一种全立双杆式光学元件定位调节装置，包括光学元件定位组件和光学元件调节组件；所述光学元件定位组件包括：底部固定件1、转接固定件2、方形固定件3、刚性支撑杆10。

如图3所示，所述转接固定件2上设置有两个用于与所述方形固定件3连接的连接孔202；所述转接固定件2上还设置有两个与刚性支撑杆10的截面匹配的杆孔201，所述杆孔201上方设置有第一螺纹顶孔203，所述第一螺纹顶孔203内设置有用于固定所述杆孔201内的刚性支撑杆10的顶丝。另外，所述转接固定件2中间位置设置有固定螺纹孔204，固定螺纹孔可以用于固定光学元件调节组件，为本发明实施例提供额外的固定位置，还可以用于连接现有的光学底座，使其可以与光学平台固定连接，提供与现有光学设施兼容能力。

如图4~5所示，所述底部固定件1的上表面和方形固定件3的第一方向上的上表面均设置有两个用于与所述刚性支撑杆10配合的第一柱面凹槽101，还设置有用于连接光学元件调节组件的元件连接沉头孔103；此外，本实施例中，所述光学元件调节组件的底部设置有两个用于与所述刚性支撑杆10配合的第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件1或方形固定件3固定的螺纹孔。所述光学元件调节组件通过螺丝与所述底部固定件1或方形固定件3固定连接，且所述光学调节组件上的第二柱面凹槽与所述底部固定件1或方形固定件3配合将所述刚性支撑杆10夹紧固定。具体地，如图5所示，本实施例中，所述方形固定件3的第二方向的上表面上也设置有第一柱面凹槽；所述方形固定件3的四个侧面均设置有第一螺纹孔303，所述第一螺纹孔303用于连接所述转接固定件2。

具体地，如图1~2所示，本实施例中，所述光学元件调节组件包括双杆固定圈5、立式三轴镜架6、立式棱镜镜架7、立式旋转调节镜架8和立式三轴光纤耦合头9，所述双杆固定圈5、立式三轴镜架6、立式棱镜镜架7、立式旋转调节镜架8和立式三轴光纤耦合头9的底部均设置有两个用于与所述刚性支撑杆10配合的第二柱面凹槽102，和用于与所述底部固定件1或方形固定件3固定的螺纹孔。所述光学元件定位组件包括4个底部固定件1、2个转接固定件2、2个方形固定件3和4根刚性支撑杆10。其中，2个底部固件1与立式三轴光纤耦合头9配合，一个底部固件1与立式旋转调节镜架8配合，一个底部固件1与双杆固定圈5配合，一个方形固定件3与立式棱镜镜架7配合，然后这四个配合机构通过螺丝固定在2根刚性支撑杆10上形成一个光学支路。其中2个转接固定件2分别与一个方形固定件3的侧面连接，并通过另2根与刚性连接杆10结合在一起，形成与前一光学支路垂直的另一光学光路，另一个方形固定件3上设置有立式三轴镜架6。

本实施例提供了一种整体式的分光调节机构，光纤输出光通过立式三轴光纤耦合头9入射到所述立式旋转调节镜架8上的波片，然后经立式棱镜镜架7后分成两束光，一束反射入射到所述立式三轴镜架6上的45°反射镜后将光反射出去，另一束透射光经所述双杆固定圈5后出射。

进一步地，如图5和图6所示，本实施例还包括中心设置有通孔401的旋转固定件4，所述旋转固定件4的顶部设置有2个柱面凸起结构402，所述柱面凸起结构402的外形轮廓与所述刚性支撑杆10相同；所述方形固定件3的中心设置有用于放置所述旋转固定件4的环形凹槽304，所述方形固定件3底部设置有位于环形凹槽304中心的柱状凸起305中心的沉头螺纹孔302，所述沉头螺纹孔用于固定所述光学元件调节组件；所述方形固定件3的四个侧面均设置有第二螺纹孔306，所述第二螺纹孔306用于安装顶丝进而固定所述旋转固定件4。通过设置所述旋转固定件4，其转动设置在方形固定件3内，则其上的柱面凸起结构402可以对底部设置有第二柱面结构的光学元件调节组件进行导向，例如，如果要带有安装45度反射镜的立式三轴镜架6至所述方形固定件3上，由于采用螺丝固定，固定时角度容易变化，安装时可以先将旋转固定件4放置在方形固定件3上，然后将立式三轴镜架6放置在旋转固定件4上，转动镜架和旋转固定件4至合适位置时，通过第二螺纹孔306内的顶丝固定旋转固定件4，使其不能旋转，由于旋转固定件4的顶部设置有2个柱面凸起结构402，可以对底部带有第二柱面凹槽的立式三轴镜架6进行导向，则通过螺丝固定立式三轴镜架6时，其角度不易发生变化。而且，柱状凸起305处沉头螺纹孔302安装螺丝，与全立式光学元件调节组件各组件底部螺纹孔相连接固定，固定同时夹紧了双杆旋转固定板4，保证了对全立式光学元件调节组件各组件的旋转定位的稳定性。此外，旋转固定件4还可以保证各组件的中心位置不会偏移。

进一步地，本实施例中，如图5中，所述方形固定件3底部对称设置有多个沉头孔301，所述沉头孔301用于固定光学元件镜架。

具体地，如图7所示，所述双杆固定圈5中心设置有通光螺纹孔502，顶部设置有用于安装紧定螺丝506的第二螺纹顶孔505。固定圈螺纹孔501用于将双杆固定圈5与底部固定件1或方形固定件3连接，通过第一螺纹卡环503和第二螺纹卡环504与通光螺纹孔502的配合，可以将透镜、滤光片等薄的光学元件夹紧在螺纹孔502中，完成对简单光学元件的位置固定。所述双杆固定圈5底部设置有2个第二柱面凹槽102，可以与方形固定件3或底部固定件1上的第一柱面凹槽101配合，将所述刚性支撑杆10夹紧形成光路。

本实施例中，通过设置这种对刚性支撑杆10的夹紧固定设计，只需松开双杆式光学元件定位组件与全立式光学元件调节组件之间的紧定螺丝，即可完成对单个光学元件的快速更换与升级。在可以保证光学元件快速复位的同时，无需影响相邻光学元件的固定与调节。可选地，依靠1 英寸螺纹孔502与螺纹卡环503、504间的配合，可以通过螺纹卡环将透镜、滤光片等薄的光学元件夹紧在螺纹孔502中，完成对简单光学元件的位置固定。可选地，可以将厚度大于双杆固定圈5的1 英寸光学元件插入螺纹孔502中，通过安装紧定螺丝506，将整形棱镜、到尾棱镜等安装在1 英寸安装筒中的光学元件位置固定，对于厚度过高的光学元件，如碱金属参比气池，可通过安装两个或以上的双杆固定圈5对其进行定位安装，凭借紧定螺丝506对其进行固定。

进一步地，如图8和图9所示，所述立式棱镜镜架7包括棱镜镜架后板701、棱镜镜架前板702、压臂支撑杆704、棱镜压臂705和用于放置棱镜的棱镜固定板706，所述棱镜镜架前板702通过弹簧与所述棱镜镜架后板701连接，并通过两个调节螺丝703形成三维调节机构，可以调节棱镜镜架前板702和棱镜固定板706的俯仰角和左右，进而调节棱镜固定板706上的立方体棱镜707的俯仰和左右。所述棱镜镜架后板701底部设置有第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件1或方形固定件3固定的螺纹孔，所述棱镜固定板706固定设置在所述棱镜镜架前板702上，所述压臂支撑杆704底部竖直固定设置在所述棱镜镜架前板702一侧，所述棱镜压臂705固定在所述压臂支撑杆704顶部，其上安装有用于固定棱镜的顶丝。

在棱镜镜架前板702上可安装棱镜压臂支撑杆704，安装的同时不会阻碍立方体棱镜707的光学面的入光与出光。压臂支撑杆704供安装L型棱镜压臂705，提供对立方体棱镜707的上方固定。提供下方固定的是安装在棱镜镜架前板702上的棱镜固定板706，可以为立方体棱镜707的安装准备一个稳定的平面，提供高稳定度。棱镜镜架后板701、棱镜镜架前板702、L型棱镜压臂705和棱镜压臂支撑杆704组成的一侧式安装结构，结合立式调节方式，实现了对立方体棱镜707四个光学面的利用效率最大化，帮助立式棱镜镜架胜任对空间利用率要求高的光路系统。

进一步地，如图10~11所示，所述立式旋转调节镜架8包括：立式旋转调节镜架主体801，齿轮码盘802和后盘803，立式旋转调节镜架主体801底部设置有第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件1或方形固定件3固定的螺纹孔；所述后盘803前端内嵌在所述立式旋转调节镜架主体801内，所述齿轮码盘802后端内嵌在所述后盘803内；齿轮码盘802中心设置有用于安装光学器件的螺纹孔，前端面设置有角度刻度，前端与后端之间的斜坡面808上设置有用于与固定在所述立式旋转调节镜架主体801上的锥形粗调齿轮804配合的齿状结构；所述立式旋转调节镜架主体801的圆周表面上的缺口处809设置有固定在后盘803上的粗细调切换螺丝806，所述粗细调切换螺丝806用于顶紧所述齿轮码盘802使其与齿轮码盘802相对固定，所述立式旋转调节镜架主体801上还设置有细调结构805，所述细调结构805用于调节所述后盘803的角度。具体地，细调结构805通过螺纹设置在镜架主体801上，后盘803上设置有旋转控制杆811，当向内旋转细调结构805时，其端部推动旋转控制杆811向下运动，进而带动所述后盘803旋转；当向外旋转细调结构805时，旋转控制杆811底部的复位弹簧805提供复位弹力使旋转控制杆811向上运动，进而带动所述后盘803朝另一个方向旋转。也就是说，细调结构805与安装在立式选择调节镜架主体801内的支持弹簧810相配合，夹紧与所述后盘803相固定的旋转控制杆811，实现光学器件角度的微调。其中，立式旋转调节镜架主体801底部设有全立式光学元件调节组件各组件共有的第二柱面凹槽及螺纹孔，供与刚性支撑杆10及双杆式光学元件定位组件相固定，组装完成预期光学光路。齿轮码盘802上刻有角度刻度，便于对旋转调节时旋转程度进行评估。齿轮码盘802中部螺纹孔可以配合螺纹卡环对波片等较薄的薄型光学元件807进行安装固定。齿轮码盘802背部边缘附有齿状结构，可与锥形粗调齿轮804相啮合，即通过旋转锥形粗调齿轮804，可以对立式旋转调节镜架齿轮码盘802进行粗调旋转，与传统的直接旋转镜架码盘的方式相比，便于在紧凑光学光路中对薄型光学元件807例如波片的快速调节。立式旋转调节镜架后盘803的一侧安装有细调结构805，供针对性地精密调节立式选择调节镜架后盘803旋转角度。立式旋转调节镜架后盘803上旋有粗细调切换螺丝806，当旋松粗细调切换螺丝806时，立式旋转调节镜架齿轮码盘802与立式旋转调节镜架后盘803相互独立，只有调节螺丝804可粗调节薄型光学元件807角度。当旋紧粗细调切换螺丝806时，立式旋转调节镜架齿轮码盘802与立式旋转调节镜架后盘803固定为一体，此时调节细调结构805，可以实现对旋转进行精密调节。粗细调切换螺丝806以及立式结构的的使用，使旋钮细调与齿轮粗调可同时并存，在节省空间的同时，保证了对薄型光学元件807的调节速度与调节精度。

进一步地，如图12~14所示，所述立式三轴光纤耦合头9包括：前固定底板901、光纤固定板902、耦合头主壳903、耦合头调节板904、密封片905和前固定板906，所述前固定底板901和前固定板906底部均设置有的第二柱面凹槽所述前固定板906与所述前固定底板901的一端固定连接，用于供FC口光纤插拔的光纤固定板902固定设置在所述耦合头主壳903上，所述耦合头主壳903顶部设置有三个沿竖直方向设置的光纤精密调节螺丝907，光纤精密调节螺丝907底部设置有定位调节球，所述耦合头主壳903侧壁设置有用于放置所述定位调节球的滑槽909，所述耦合头调节板904中心设置有螺纹透镜908，所述耦合头调节板904背部设置有用于与所述定位调节球配合的斜面滑槽凸起910，所述耦合头调节板904通过定位弹簧和定位弹簧支撑棒与所述耦合头主壳903连接，环形的密封片905粘合在所述耦合头调节板904的前端面上，用于密封耦合头光学出光位置形成准密闭结构；所述耦合头主壳903通过螺丝与所述前固定板906固定连接。常见的光学耦合头通常将调节螺丝位置统一步骤在插光纤位置一侧，当光学耦合头安装位置离人员较远且螺丝调节位置背向人员时，调节耦合头十分困难。通过设置三个光纤精密调节螺丝907，不仅可以实现耦合头调节板904的俯仰、左右、前后调节，而且，三个光纤精密调节螺丝907均沿竖直方向设置在耦合头主壳903上，则本实施例的立式三轴光纤耦合头9具有便于调节的优点，具有人机亲和性，适用于紧凑的光路设置。密封片905胶合在立式三轴光纤耦合头调节板904前部，可以密封不必要的孔隙，使耦合头光学出光位置形成准密闭结构，避免灰尘导致光纤端面的烧蚀。同时发黑处理的密封片905可避免额外的光打到密封片905时导致反射，影响操作人员安全。

光纤固定板902背部设有光纤插拔端口，供FC口光纤插拔，其可以与耦合头主壳903通过四个螺丝相固定，同时密封耦合头主壳903背部孔隙，避免光纤端口沾染灰尘。在耦合头调节板904中间安装的螺纹透镜908，可以将光纤的发散出光会聚为准直平行光，或将入光聚焦到光纤纤芯端面实现入光耦合。耦合头主壳903被固定在相对厚重的前固定板906上，前固定板906与和刚性支撑杆10有大接触面积的前固定底板901相固定，为安装在双杆式光学元件定位组件提供了条件，并可以同时兼容现有的传统固定底座，可以从容应对各种生产科研需求。这样保证了耦合头主壳903的稳定程度，在立式三轴光纤耦合头9做为出光光源时，可以保证整个光源出光的稳定性，在立式三轴光纤耦合头9做为光纤入光位置时，可以保证光纤耦合效率。

如图15和图16所示，所述立式三轴镜架6包括三轴镜架后板601，三轴镜架前板602和三个沿竖直方向设置精密调节螺丝603，所述三轴镜架前板602通过弹簧和弹簧固定棒设置在三轴镜架后板601上，所述精密调节螺丝603通过螺纹设置在所述三轴镜架后板601上，并且其端部设置有定位调节球，三轴镜架后板601上设置有三个用于容纳精密调节螺丝603和定位调节球的调节滑槽605，所述三轴镜架前板602上设置有三个用于与定位调节球配合的调节凸起606。通过设置三个精密调节螺丝603，不仅可以调节三轴镜架前板602的俯仰、左右、前后调节，而且，三个精密调节螺丝603均沿竖直方向设置在三轴镜架后板上，则本实施例的立式三轴镜架具有便于调节的优点，适用于紧凑的光路设置。

其中，三轴镜架后板601底部设有全立式光学元件调节组件各组件共有的柱面凹槽及螺纹孔，供与刚性支撑杆10及双杆式光学元件定位组件相固定，组装完成预期光学光路。三轴镜架前板602通过三个定位弹簧及弹簧固定棒，与三轴镜架后板601相固定。定位弹簧通过弹簧固定棒挂在三轴镜架后板601和三轴镜架前板602上，从而完成对三轴镜架前板的弹性固定。立式三轴镜架拥有三个精密调节螺丝603，它们的安装方向全部向上，通过铜制的调节螺丝螺纹管固定在三轴镜架后板601上，依靠对三个定位调节球位置的推动，完成多三轴镜架前板602的俯仰、左右、前后调节。这种三点式定位调节球布置方式，超越了传统的立式镜架只可在两个维度上调节的局限，同时为三轴镜架前板602预留了足够的安装空间，实现了对光学元件604的半包安装，提高了光学元件604在光路系统中的适应性。在三轴镜架前板602和三轴镜架后板601上有与定位调节球相适应的定向滑槽，这些供定位调节球在被精密调节螺丝推动时，位置的相对稳定，保证三轴镜架前板602的精密调节度。诸如反射镜、二向色镜等薄的光学元件604以被紧定螺丝压紧在三轴镜架前板602上，随三轴镜架前板602的前后、左右、俯仰三个维度的变化而被精密调节。

如图17~18所示，为本发明第二实施例的结构示意图，本实施例基于全立双杆式光学元件定位调节组件搭建了铷原子饱和吸收光谱装置，其中光学元件定位组件包括6个方形固定件3，3个旋转固定件4，9个转接固定件2， 6个底部固定件1以及10根刚性支撑杆10（其中有6根未示出），光学元件调节组件包括1个立式三轴光纤耦合头9，第一立式旋转调节镜架8a，第二立式旋转调节镜架8b，第一立式棱镜镜架7a，第二立式棱镜镜架7b，第一立式三轴镜架6a、第二立式三轴镜架6b，第一双杆固定圈5a和第二双杆固定圈5b；其中，立式三轴光纤耦合头9通过两个底部固定件1固定在两根较长的刚性支撑杆一端上形成第一光学支路，此外，第一光学支路上还依次设置有第一立式旋转调节镜架8a，第一立式棱镜镜架7a，第二立式旋转调节镜架8b，以及第二立式三轴镜架6b，其中，第一立式旋转调节镜架8a和第二立式旋转调节镜架8b分别通过一个底部固定件1固定在第一光学支路的刚性支撑杆上；第一立式棱镜镜架7a通过一个方形固定件3固定在第一光学支路的刚性支撑杆上，第二立式三轴镜架6b设置在与位于第一光学支路的刚性支撑杆另一端的转接固定件2连接的方形固定件3上；另外3个方形固定件之间通过2根刚性支撑杆连接形成与第一光学支路平行的第二光学支路，第二光学支路中的左侧两个方形固定件分别通过两个转接固定件和2根刚性支撑杆（图中隐藏在转接固定件中未示出）与第一光学支路上的两个方形固定件连接形成第三光学支路和第四光学支路；第三光学支路和第四光学支路与第一光学支路和第二光学支路垂直；第二光学支路中，第一立式三轴镜架6a通过旋转固定件4设置在位于一端的方形固定件3上，第一双杆固定圈5a和第二双杆固定圈5b分别通过一个底部固定件设置在两个方形固定件之间，第一双杆固定圈5a和第二双杆固定圈5b用于固定铷原子蒸汽气池，第二立式棱镜镜架7b设置在位于右端的方形固定件上。

因此，本实施例的光路如下：立式三轴光纤耦合头9上的光纤射出的光，经所述第一立式旋转调节镜架8a上的二分之一波片和第一立式棱镜镜架7a上的偏振分束棱镜后，分为两束，第一束泵浦光沿第一光路分别经第二立式旋转调节镜架8b上的四分之一波片以及第二立式三轴镜架6b上的45度反射镜后，沿第四光路入射到第二立式棱镜镜架7b上的棱镜上，然后被反射后沿第二光路的反方向入射到铷原子蒸汽气池上；被第一立式棱镜镜架7a上的偏振分束棱镜反射的第二束探测光沿第二光路方向入射到第一立式三轴镜架6a上的45°反射镜上，然后被反射后沿第二光路的正方向入射到铷原子蒸汽气池上。

具体地，本实施例中，第二光路中的左右两端的两个方形固定件之间也可以设置转接固定件，转接固定件应用于方形固定件不能通过光学元件结构与刚性支撑杆固定的场景。本实施例的第二光路中，左边的方形固定件上方设置了第一立式三轴镜架6，其无法与方形固定件形成配合固定刚性支撑杆，因此，该方形固定件右边设置了一个转接固定件，用于连接第二光路中的刚性支撑杆，而中间的方形固定件通过与第二立式棱镜镜架7b配合，可以直接固定在刚性支持杆上。

进一步地，本实施例还在第二光路的右端设置带45度反射镜的第三三轴镜架6c，通过45度反射镜可以将探测光反射到光电探测器中，实现对铷原子饱和吸收光谱的探测。通过上述的说明，本领域的技术人员知道如何对光学元件调节组件和光学元件定位组件进行设置，以实现紧凑的光路整体结构。

进一步地，本实施例在第二光路的两个转接固定件，第三光路下方的转接固定件，以及第四光路下方的转接固定件上，通过固定螺纹孔204，相应安装了四个现有的光学底座11，协助固定了本实施例整体在光学平台上，保证了本实施例的整体稳定性。

本发明结构紧凑，便于集成整合，且可与现有光学定位组件相整合，所有精密调节螺丝方向均朝上，便于该装置进行调节优化，同时各组件拆卸安装方便，便于更换光学元件，快速应用于生产科研中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其特征在于，包括光学元件定位组件和光学元件调节组件；

所述光学元件定位组件包括：底部固定件（1）、转接固定件（2）、方形固定件（3）、刚性支撑杆（10），所述底部固定件（1）的上表面和方形固定件（3）的第一方向上的上表面均设置有两个用于与所述刚性支撑杆（10）配合的第一柱面凹槽；所述转接固定件（2）上设置有用于与所述方形固定件（3）连接的连接孔（202）；所述转接固定件（2）上还设置有两个与刚性支撑杆（10）的截面匹配的杆孔（201），所述杆孔（201）上方设置有第一螺纹顶孔（203），所述螺纹顶孔（203）内设置有用于固定所述杆孔（201）内的刚性支撑杆（10）的顶丝；所述转接固定件（2）上设置有固定螺纹孔（204），用于将装置整体进行固定；

所述光学元件调节组件的底部设置有两个用于与所述刚性支撑杆（10）配合的第二柱面凹槽，所述光学元件调节组件通过螺丝与所述底部固定件（1）或方形固定件（3）固定连接，且所述光学元件调节组件上的第二柱面凹槽与所述底部固定件（1）或方形固定件（3）配合将所述刚性支撑杆（10）夹紧固定；所述光学元件调节组件包括双杆固定圈（5）、立式三轴镜架（6）、立式棱镜镜架（7）、立式旋转调节镜架（8）和立式三轴光纤耦合头（9）中的一种或多种中的一个或多个，所述双杆固定圈（5）、立式三轴镜架（6）、立式棱镜镜架（7）、立式旋转调节镜架（8）和立式三轴光纤耦合头（9）的底部均设置有第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件（1）或方形固定件（3）固定的螺纹孔；

所述立式棱镜镜架（7）包括棱镜镜架后板（701）、棱镜镜架前板（702）、压臂支撑杆（704）、棱镜压臂（705）和用于放置棱镜的棱镜固定板（706），所述棱镜镜架前板（702）通过弹簧与所述棱镜镜架后板（701）连接，并通过调节螺丝（703）形成三维调节机构，所述棱镜镜架后板（701）底部设置有第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件（1）或方形固定件（3）固定的螺纹孔，所述棱镜固定板（706）固定设置在所述棱镜镜架前板（702）上，所述压臂支撑杆（704）底部竖直固定设置在所述棱镜镜架前板（702）一侧，所述棱镜压臂（705）固定在所述压臂支撑杆（704）顶部，其上安装有用于固定棱镜的顶丝。

2.根据权利要求1所述的一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其特征在于，所述双杆固定圈（5）中心设置有通光螺纹孔（502），顶部设置有用于安装紧定螺丝（506）的第二螺纹顶孔（505）。

3.根据权利要求1所述的一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其特征在于，所述立式旋转调节镜架（8）包括：立式旋转调节镜架主体（801），齿轮码盘（802）和后盘（803），立式旋转调节镜架主体（801）底部设置有第二柱面凹槽和用于与所述底部固定件（1）或方形固定件（3）固定的螺纹孔；所述后盘（803）前端内嵌在所述立式旋转调节镜架主体（801）内，所述齿轮码盘（802）后端内嵌在所述后盘（803）内；齿轮码盘（802）中心设置有用于安装光学器件的螺纹孔，前端面设置有角度刻度，前端与后端之间的斜坡面（808）上设置有用于与固定在所述立式旋转调节镜架主体（801）上的锥形粗调齿轮（804）配合的齿状结构；所述立式旋转调节镜架主体（801）的圆周表面上的缺口处（809）设置有固定在后盘（803）上的粗细调切换螺丝（806），所述粗细调切换螺丝（806）用于顶紧所述齿轮码盘（802）使其与齿轮码盘（802）相对固定；所述立式旋转调节镜架主体（801）上还设置有通过螺纹设置的细调结构（805），后盘（803）上设置有位于细调结构（805）底部的旋转控制杆（811），所述立式旋转调节镜架主体（801）内设置有位于旋转控制杆（811）底部的复位弹簧（810），细调结构（805）与复位弹簧（810）相配合，通过控制旋转控制杆（811）的位置进而带动所述后盘（803）旋转。

4.根据权利要求1所述的一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其特征在于，所述立式三轴光纤耦合头（9）包括：前固定底板（901）、光纤固定板（902）、耦合头主壳（903）、耦合头调节板（904）、密封片（905）和前固定板（906），所述前固定底板（901）和前固定板（906）底部均设置有的第二柱面凹槽所述前固定板（906）与所述前固定底板（901）的一端固定连接，用于供FC口光纤插拔的光纤固定板（902）固定设置在所述耦合头主壳（903）上，所述耦合头主壳（903）顶部设置有三个沿竖直方向设置的光纤精密调节螺丝（907），光纤精密调节螺丝（907）底部设置有定位调节球，所述耦合头主壳（903）侧壁设置有用于放置所述定位调节球的滑槽（909），所述耦合头调节板（904）中心设置有螺纹透镜（908），所述耦合头调节板（904）背部设置有用于与所述定位调节球配合的斜面滑槽凸起（910），所述耦合头调节板（904）通过定位弹簧和定位弹簧支撑棒与所述耦合头主壳（903）连接，环形的密封片（905）粘合在所述耦合头调节板（904）的前端面上，用于密封耦合头光学出光位置形成准密闭结构；所述耦合头主壳（903）通过螺丝与所述前固定板（906）固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其特征在于，所述立式三轴镜架（6）包括三轴镜架后板（601），三轴镜架前板（602）和三个沿竖直方向设置精密调节螺丝（603），所述三轴镜架前板（602）通过弹簧和弹簧固定棒设置在三轴镜架后板（601）上，所述精密调节螺丝（603）通过螺纹设置在所述三轴镜架后板（601）上，并且其端部设置有定位调节球，三轴镜架后板（601）上设置有三个用于容纳精密调节螺丝（603）和定位调节球的调节滑槽（605），所述三轴镜架前板（602）上设置有三个用于与定位调节球配合的调节凸起（606）。

6.根据权利要求1所述的一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其特征在于，所述方形固定件（3）的第二方向的上表面上也设置有第一柱面凹槽；所述方形固定件（3）的四个侧面均设置有第一螺纹孔（303），所述第一螺纹孔（303）用于连接所述转接固定件（2）。

7.根据权利要求1所述的一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其特征在于，还包括中心设置有通孔（401）的旋转固定件（4），所述旋转固定件（4）的顶部设置有2个柱面凸起结构（402），所述柱面凸起结构（402）的外形轮廓与所述刚性支撑杆（10）相同；

所述方形固定件（3）的中心设置有用于放置所述旋转固定件（4）的环形凹槽（304），所述方形固定件（3）底部设置有位于环形凹槽（304）中心的柱状凸起（305）中心的沉头螺纹孔（302），所述沉头螺纹孔用于固定所述光学元件调节组件；所述方形固定件（3）的四个侧面均设置有第二螺纹孔（306），所述第二螺纹孔（306）用于安装顶丝进而固定所述旋转固定件（4）。

8.根据权利要求1所述的一种全立双杆式光学元件定位调节装置，其特征在于，所述方形固定件（3）底部对称设置有多个沉头孔（301），所述沉头孔（301）用于固定光学元件镜架。

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