CN113376750B - 一种高精密光纤耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高精密光纤耦合器，包括：光纤导入角调节模块，用于通过调节光纤卡头的倾角，调节光纤导入角；光纤入射点位置横向平移调节模块，用于调节光纤导入角和透镜调距之间的距离；入射激光聚焦调节模块，用于通过对透镜在光轴方向移动，使经过透镜会聚后的激光聚焦到光纤耦合入射点。通过本发明的技术方案，提出了一种导光效率高，具有调节准确性高，长期稳定性好的高精密光纤耦合器。极大提高光学系统的光学稳定性，适宜在超精密光学系统中使用，尤其适宜用于单模保偏光纤的耦合器件使用。

Description

一种高精密光纤耦合器
技术领域
本发明涉及激光及光纤传输技术领域，特别是涉及一种高精密光纤耦合器，特别是可用于将激光耦合至普通单模光纤及单模保偏光纤。
背景技术
目前，公知的光纤耦合器构造是由聚焦透镜、光纤卡头，以及二者位置固定及调节机构。通过合理使用位置固定和调节机构，实现激光经过聚焦透镜会聚后，导入光纤，对于单模光纤以及保偏单模光纤由于其光纤的通光直径非常细小，因此，常规的光纤耦合器，缺少精密的调节系统和合理的固定方式，使用时调光非常困难，并且即使调好，过一段时间通光效率也会变差。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精密光纤耦合器，以解决上述现有技术存在的问题，提高光纤耦合器的导光效率及稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种高精密光纤耦合器，包括：
光纤导入角调节模块，用于通过调节光纤卡头的倾角，调节光纤导入角；
光纤入射点位置横向平移调节模块，用于调节光纤导入角和透镜之间的距离；
入射激光聚焦调节模块，用于调节透镜在光轴方向移动，使经过透镜会聚后的激光聚焦到光纤耦合入射点。
优选地，所述光纤入射点位置横向平移调节模块包括柔性铰链、活动支板，所述柔性铰链的一端可拆卸连接在所述活动支板内，所述柔性铰链能够绕光轴旋转和沿光轴方向移动。
优选地，所述光纤导入角调节模块包括光纤卡头，所述光纤卡头的一端与光纤接头可拆卸连接，用于实现耦合器与光纤的连接，所述光纤卡头的另一端与所述柔性铰链连接，用于调节光纤导入角。
优选地，所述光纤卡头的倾角范围为0°～8°，所述光纤卡头的倾角为激光入射角。
优选地，所述入射激光聚焦调节模块包括调焦旋钮、调焦盖、固定支板，所述调焦盖里转动设置有所述调焦旋钮，所述调焦旋钮与所述固定支板通过第二弹性装置连接，所述调焦盖与所述固定支板可拆卸连接，所述调焦旋钮的轴线与所述调焦盖、所述固定支板的中心重合。
优选地，所述调焦旋钮伸入固定支板的一端可拆卸连接有套筒。
优选地，所述调焦旋钮伸入固定支板的一端设有外螺纹，所述套筒的内壁设有与外螺纹相匹配的内螺纹连接，所述套筒内滑动连接有所述透镜，所述套筒与所述透镜之间设有限位台阶，使所述套筒带动所述透镜实现单方向移动。
优选地，所述透镜的内壁设有第一凸起，所述调焦旋钮远离所述调焦盖的一端接触设置有第一弹性装置的一端，第一弹性装置的另一端与第一凸起接触设置。
优选地，所述固定支板与所述活动支板可拆卸连接，所述固定支板与所述活动支板上均开设有缝隙，通过分别调节固定支板及所述活动支板的缝隙的距离，使得所述活动支板能够相对于所述固定支板进行平移调节。
本发明的技术效果：使用本发明的技术方案不仅可以用于激光导入普通光纤时进行耦合，更适用于激光导入纤径极细的保偏光纤的耦合。采用本耦合器保偏光纤装置，大大提高了保偏光纤的耦合性能，耦合效率可达到75％以上。调节十分方便，且一旦调好，可保持长期稳定，极大提高光学系统的光学稳定性，适宜在超精密光学系统中使用，尤其适宜用于单模保偏光纤的耦合器件使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的高精密光纤耦合器的剖视图；
图2是本发明实施例的高精密光纤耦合器的侧视图；
图3是本发明实施例的的光纤卡头结构示意图；
图4是本发明实施例的的柔性铰链剖视图；
图5是本发明实施例的的图4中A-A的剖视图；
图6是本发明实施例的的图4中B-B的剖视图；
图7是本发明实施例的图4中C-C的剖视图；
图8是本发明实施例的套筒结构示意图；
图9是本发明实施例的调焦旋钮的剖视图；
图10是本发明实施例的调焦盖的剖视图；
图11是本发明实施例的固定支板的剖视图；
图12是本发明实施例的活动支板的剖视图；
其中，1为调焦旋钮，2为调焦盖，3为固定支板，4为活动支板，5为柔性铰链，6为套筒，7为光纤卡头，8为透镜，9为第一弹性装置，10为第二弹性装置，11为第一螺钉，12为第二螺钉，13为第三螺钉，14为第四螺钉，15为第五螺钉，16为第六螺钉，17为第七螺钉,18为缝隙，19为第一凸起，20为凹槽，21为第二凸起。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3,8-12所示，本发明提供一种高精密光纤耦合器，包括：光纤入射点位置横向平移调节模块，用于调节光纤导入角和透镜8之间的距离；
光纤导入角调节模块，用于通过调节光纤卡头7的倾角，调节光纤导入角；
入射激光聚焦调节模块，用于通过对透镜8在光轴方向移动，使经过透镜8会聚后的激光聚焦到光纤耦合入射点。
进一步优化技术方案，光纤入射点位置横向平移调节模块包括柔性铰链5、活动支板4，柔性铰链5的一端被夹紧在与活动支板4的中心，夹紧是通过紧固活动支板4侧面的第一螺钉11实现，通过调节第一螺钉11，使得柔性铰链5可以绕光轴旋转和沿光轴方向移动，使光纤导入角和透镜8调距二者的可调节范围满足使用时的需要。
进一步优化技术方案，光纤导入角调节模块包括光纤卡头7，光纤卡头7的一端的外螺纹与光纤接头的内螺纹配合，用于实现耦合器与光纤的连接，光纤卡头7的另一端通过外螺纹与柔性铰链5的内螺纹配合。
如图4-7所示，柔性铰链5包括三层，柔性铰链5的第一层、第二层、第三层依次连接，第一层上设有2个螺纹孔，2个卯孔，螺纹孔与卯孔间隔排布，第二层与卯孔对应位置设有螺纹孔，螺纹孔安装第五螺钉15，卯孔内安装第六螺钉16，通过柔性铰链5及第五螺钉15调节光纤导入角第一角度，通过柔性铰链5、第六螺钉16调节光纤导入角第二角度，第一角度与第二角度方向垂直。各孔尽量接近中心线，最好小于10度，使螺丝靠近1毫米厚度的各层连接处。
调节时，通过调节两个第五螺钉15的深度，来调整第一角度，通过调节2个第六螺钉16的深度，来调整第二角度。通过调整第一角度、第二角度来微调柔性铰链5端面的倾斜角度，通过调整柔性铰链5端面的倾斜角度来调整光纤卡头7的倾角，即可精确调节入射光耦合到光纤的入射角角度，实现了光纤耦合效率最大化。
进一步优化技术方案，光纤卡头7的倾角范围为0°～8°，光纤卡头7的倾角即为激光入射角。
进一步优化技术方案，入射激光聚焦调节模块包括调焦旋钮1、调焦盖2、固定支板3，固定支板3的底端固定在底座上，调焦盖2通过2个螺钉与固定支板3的端面紧固。调焦盖2里转动设置有调焦旋钮1，调焦旋钮1外侧固定连接有法兰，法兰位于调焦盖2内部，法兰与调焦盖2之间设有第二弹性装置10，调焦旋钮1轴线与调焦盖2、固定支板3的中心重合。由于第二弹性装置10受到调焦盖2力的作用，使得调焦旋钮1的基面在第二弹性装置10的推动作用下紧贴在固定支板3上。
进一步优化技术方案，调焦旋钮1伸入固定支板3的一端设有外螺纹，套筒6内壁设有与外螺纹相匹配的内螺纹连接，套筒6内滑动连接有透镜8，套筒6与透镜8之间设有限位台阶，使套筒6带动透镜8实现单方向移动，移动方向朝向调焦旋钮1，透镜8的内壁设有第一凸起19，调焦旋钮1远离调焦盖2的一端接触设置有第一弹性装置9的一端，第一弹性装置9的另一端与第一凸起19接触设置。
限位台阶包括设置在套筒6上的凹槽20，设置在透镜8上的第二凸起21，凹槽20、第二凸起21接触连接，来配合使用。
光纤位置精密横向平移调节模块是通过旋转调焦旋钮1进行调节，通过具有细螺纹的调焦旋钮1的外螺纹与套筒6的内螺纹配合实现透镜8在水平方向上精密移动。
进一步优化技术方案，套筒6通过第一弹性装置9与透镜8贴紧，实现透镜8相对垂直于固定支板3的光轴方向移动。
使用时，入射激光聚焦调节是通过旋转调焦旋钮1来实现对透镜8在光轴方向移动，可以使经过透镜8会聚后的激光聚焦到光纤耦合入射点。
进一步优化技术方案，活动支板4通过第四螺钉14、第七螺钉17被固定在固定支板3上，固定支板3、活动支板4上均开设有缝隙18，通过调节固定支板3及活动支板4缝隙上端螺纹连接有第二螺钉12及第三螺钉13，再调整固定支板3、活动支板4之前，需将第七螺钉17拆除，使得活动支板4可相对于固定支板3进行平移调节，从而实现透镜8焦点和光纤纤芯中心重合，即实现了光纤耦合点与入射光轴完全重合。
如图2所示，第二螺钉12为顶丝，第三螺钉13为螺丝，通过上下旋动固定支板3的第二螺钉12时，使得固定支板3的缝隙18增大或减小，从而带动活动支板4的缝隙18增大或减小，当调整到合适位置时，旋紧固定支板3第三螺钉13，进而使活动支板4的缝隙不再发生形变。
同理，活动支板4通过上下旋动活动支板4的第二螺钉12时，使得活动支板4的缝隙18增大，当调整到合适位置时，旋紧活动支板4的第三螺钉13，进而使活动支板4的缝隙不再发生形变。
使用时，通过调节各个自由度，达到最佳耦合状态后，为了保持固定支板3和活动支板4当前的相对位置不变，用螺钉将二者进行固定，增强了装置的长期稳定性。
由于调节螺纹及螺丝均可采用特别紧密的细牙螺纹，实验证明采用细牙螺纹能够实现亚微米甚至纳米量级的调节精度。该装置在使用过程中，不产生明显应力，后期应力释放引起的变形小，因此具有长期稳定性好的优点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高精密光纤耦合器，其特征在于，包括：
光纤导入角调节模块，用于通过调节光纤卡头(7)的倾角，调节光纤导入角；
光纤入射点位置横向平移调节模块，用于调节光纤导入角和透镜(8)之间的距离；
入射激光聚焦调节模块，用于调节透镜(8)在光轴方向移动，使经过透镜(8)会聚后的激光聚焦到光纤耦合入射点；
所述光纤入射点位置横向平移调节模块包括柔性铰链(5)、活动支板(4)，所述柔性铰链(5)的一端可拆卸连接在所述活动支板(4)内，所述柔性铰链(5)能够绕光轴旋转和沿光轴方向移动；
所述光纤导入角调节模块包括光纤卡头(7)，所述光纤卡头(7)的一端与光纤接头可拆卸连接，用于实现耦合器与光纤的连接，所述光纤卡头(7)的另一端与所述柔性铰链(5)连接，用于调节光纤导入角；
所述光纤卡头(7)的倾角范围为0°～8°，所述光纤卡头(7)的倾角为激光入射角；
所述入射激光聚焦调节模块包括调焦旋钮(1)、调焦盖(2)、固定支板(3)，所述调焦盖(2)里转动设置有所述调焦旋钮(1 )，所述调焦旋钮(1)与所述固定支板(3)通过第二弹性装置(10)连接，所述调焦盖(2)与所述固定支板(3)可拆卸连接，所述调焦旋钮(1)的轴线与所述调焦盖(2)、所述固定支板(3)的中心重合；
所述调焦旋钮(1)伸入所述固定支板(3)的一端可拆卸连接有套筒(6)；
所述调焦旋钮(1)伸入所述固定支板(3)的一端设有外螺纹，所述套筒(6)的内壁设有与外螺纹相匹配的内螺纹连接，所述套筒(6)内滑动连接有所述透镜(8)，所述套筒(6)与所述透镜(8)之间设有限位台阶，使所述套筒(6)带动所述透镜(8)实现单方向移动。
2.根据权利要求1所述的高精密光纤耦合器，其特征在于：所述透镜(8)的内壁设有第一凸起(19)，所述调焦旋钮(1)远离所述调焦盖(2)的一端接触设置有第一弹性装置(9)的一端，所述第一弹性装置(9)的另一端与所述第一凸起(19)接触设置。
3.根据权利要求1所述的高精密光纤耦合器，其特征在于：所述固定支板(3)与所述活动支板(4)可拆卸连接，所述固定支板(3)与所述活动支板(4)上均开设有缝隙(18)，通过分别调节所述固定支板(3)及所述活动支板(4)的所述缝隙(18)的距离，使得所述活动支板(4)能够相对于所述固定支板(3)进行平移调节。
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