CN115185042B - 一种光纤准直器的快速对光耦合装置和快速对光耦合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤准直器的快速对光耦合装置，包括：光学平台、光器件固定平台、输入端准直器调节架和接收端准直器调节架、输入端准直器和接收端准直器、输入端准直器对应的感光屏和接收端准直器对应的感光屏。本发明还提供一种光纤准直器的快速对光耦合方法。本发明提供的一种光纤准直器的快速对光耦合装置和快速对光耦合方法，具有结构简单、成本较低、操作方便的特点，适用于光功能器件特别是对光束传播方向产生作用的光器件耦合生产，极大地降低生产对人员经验的依赖程度，且稳定、高效、低成本。

Description

一种光纤准直器的快速对光耦合装置和快速对光耦合方法

技术领域

本发明属于光纤准直器对光耦合领域，尤其涉及一种光纤准直器的快速对光耦合装置和快速对光耦合方法。

背景技术

自二十世纪六十年代人类发明光纤以及光纤激光器以来，光纤耦合光器件在光通讯、激光雷达、激光雕刻与加工、光纤制导乃至未来的量子通讯等领域当中都有十分广泛的应用。在诸多光纤激光应用中，经常需要在光路中连接一种乃至多种光器件，例如波分复用器(WDM)、声光调制器(AOM)、电光调制器(EOM)等，这些光器件的连接一般是通过光纤连接的两只准直器对光耦合实现。常规光器件的准直器对光耦合，特别是使光传播路径发生变化的光器件的对光耦合，例如声光调制器和电光调制器，大多数采用手动装置在五维调节维度下进行大范围随机调节对光，生产效率低且严重依赖操作人员的经验丰富程度，极大地制约了这些器件在相关领域的应用。

光纤准直器是由单模尾纤和自聚焦透镜经过精确定位而成，而由于尾纤端面与透镜端面的倾斜，光纤准直器的出射光束与透镜轴线存在一定夹角，这个夹角称之为光纤准直器的点精度。此外，在固定光纤准直器的实际空间中，光纤准直器的透镜空间位置除了上下、前后、左右三个维度外，还存在水平倾斜角度和垂直倾斜角度共计五个维度会对对出射的光束空间位置产生影响。因此，结合光纤准直器的点精度影响与光纤准直器的五维空间影响，且常规光纤准直器的光斑直径都非常小，采用常规大范围五维随机调节的对光方式过程繁琐且效率低下。中国专利文献CN107367794A提供一种光纤准直器的耦合找光方法，该方法仅适用于光路无偏转且需要反复多次，多点位动态找光，过程复杂繁琐且效率不高。因此，发明一种操作和结构简单、成本较低的准直器快速对光耦合装置及方法十分重要且迫在眉睫。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种光纤准直器的快速对光耦合装置和快速对光耦合方法，具有结构简单、成本较低、操作方便的特点，适用于光功能器件特别是对光束传播方向产生作用的光器件耦合生产，极大地降低生产对人员经验的依赖程度，且稳定、高效、低成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种光纤准直器的快速对光耦合装置，包括：

光学平台，用于承载所述光纤准直器快速对光耦合装置的其它部件；

光器件固定平台，位于所述光学平台的中间，用于承载光器件；

输入端准直器调节架和接收端准直器调节架，位于所述光器件固定平台的两侧，各设有用于固定或释放准直器的准直器夹具；

输入端准直器，设置在所述输入端准直器调节架的准直器夹具上，通过光纤连接激光光源；

接收端准直器，设置在所述接收端准直器调节架的准直器夹具上，通过光纤连接激光光源，或者连接光功率计；

输入端准直器对应的感光屏和接收端准直器对应的感光屏，位于所述输入端准直器调节架或所述接收端准直器调节架的对面，用于标定从所述输入端准直器或所述接收端准直器发出的光在其上形成的光斑位置。

较佳地，所述输入端准直器调节架和接收端准直器调节架布置成左端输入、右端接收，或是右端输入、左端接收，或是上端输入、下端接收，或是下端输入、上端接收。

较佳地，所述输入端准直器调节架和接收端准直器调节架具有上下方向、左右方向和前后方向三个维度的调节自由度。

较佳地，所述输入端准直器调节架和接收端准直器调节架的三个维度的调节自由度通过刻度定位或是标记调节杆的位置进行定位。

较佳地，所述输入端准直器调节架和接收端准直器调节架还具有水平方向倾角调节自由度和垂直方向倾角调节自由度。

较佳地，所述输入端准直器对应的感光屏和接收端准直器对应的感光屏为针对可见光的普通遮光板或是针对非可见光用对应感光波段的感光板或感光片。

第二个方面，本发明还提供一种光纤准直器的快速对光耦合方法，包括以下步骤：

步骤(1)，在如权利要求1-6任一项所述的光纤准直器快速对光耦合装置上用传统直接调节五维调节架的方法，对光好两只准直器；

步骤(2)，从器件平台取下光器件，将输入端准直器连接的光纤与激光光源连接，在放置于输入端准直器对面的感光屏上用可视化记号标定好从输入端准直器发出的光在感光屏上形成的光斑位置，同时保持输入端准直器调节架位置不动，分别标定好输入端准直器调节架在上下、前后、左右的三维坐标位置；

步骤(3)，将接收端准直器连接的光纤与激光光源连接，在放置于接收端准直器对面的感光屏上用可视化记号标定好从接收端准直器发出的光在感光屏上形成的光斑位置，同时保持接收端准直器调节架位置不动，分别标定好接收端准直器调节架在上下、前后、左右的三维坐标位置；

步骤(4)，重新放置并固定一对光纤准直器于调节架的准直器夹具上，将两根准直器光纤连接激光光源，将输入端准直器调节架与接收端准直器调节架的上下、前后、左右的三维坐标位置调至步骤2和步骤3所标定的三维坐标位置处；

步骤(5)，分别观察输入端准直器与接收端准直器的输出光在对应感光屏上形成的光斑位置，并通过调节准直器调节架水平倾角以及垂直倾角调节杆，分别将输入端准直器与接收端准直器发出的光在对应感光屏上形成的光斑位置调至与步骤2和步骤3所标定的光斑位置，完成光斑定位；

步骤(6)，将接收端准直器光纤与激光光源断开，并将光纤尾端切平后接入光功率计探头；

步骤(7)，将光器件固定在光器件平台上，使光器件处于工作状态，调整光器件与输入端准直器调节架和接收端准直器调节架的相对位置使所需要的耦合光束路径畅通；

步骤(8)，调节接收端准直器前后调节杆，调至接收端光功率计开始有光信号至信号最大，并进一步通过前后调节与水平倾角调节相结合将光信号调至最大；

步骤(9)，调节接收端准直器上下调节杆，调至接收端光功率计开始有光信号至信号最大，并进一步通过上下调节与垂直倾角调节相结合将光信号调至最大；

步骤(10)，不断重复步骤(8)和步骤(9)直至将接收端光功率调至最大，完成对光过程，在此基础上调整输入端准直器与光器件、接收端准直器的相对位置，将耦合光功率调至最大值，再根据准直器耦合固定工艺要求将输入端准直器与接收端准直器进行固定完成光器件对光耦合生产操作工艺，然后取下耦合好准直器的光器件；

步骤(11)，耦合下一个光器件，只需重复上述步骤(3)～步骤(10)即可高效率完成光器件的对光耦合。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)方法简单、高效，可极大降低生产对操作人员的经验要求；

(2)装置结构简单、设备成本低，有利于规模化工业生产。

附图说明

图1为本发明涉及的光纤准直器的快速对光耦合装置的结构示意图；

图2为本发明涉及的光纤准直器的快速对光耦合装置的俯视图。

具体实施方式

以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

如图1所示，本发明提供的一种光纤准直器快速对光耦合装置，包括光学平台01，输入与接收两个准直器调节架02、03，输入与接收对应的两个感光屏04、06，一个光器件固定平台05，以及激光光源和光功率计各一台。需要注意的是，输入端与接收端准直器调节架并无特别指定，也就是说当02为输入端准直器调节架，03则为接收端准直器调节架，对应的06为输入端对应感光板，04为接收端对应感光板；反过来，当03为输入端准直器调节架，02则为接收端准直器调节架，对应的04输入端对应感光板，06为接收端对应感光板。

具体地，准直器调节架02、03具有五个可调维度，并且在上下、前后、左右三个维度方向能够通过刻度或其他标记的方式进行定位。如图2所示，准直器调节架02、03上固定有准直器夹具07、08，夹具上开有U型槽，光纤准直器能被固定在与其相应准直器规格尺寸相匹配的U型槽内，准直器被固定后也能方便地通过松弛夹具进行卸载。两块感光板的感光波段根据所用激光光源选定，针对可见光，可直接使用普通挡板。在光斑定位过程中，两光纤准直器都与光源连接，调节对光过程中，输入端与光源连接，而接收端与光功率计连接。

本发明还提供一种光纤准直器快速对光耦合方法，包括以下步骤：

步骤(1)，将某功能光器件固定在器件固定平台05上，按特定光器件功能要求在上述装置上用传统直接调节五维调节架的方法，对光好两只准直器；

步骤(2)，从器件平台05取下光器件，将输入端准直器连接的光纤与激光光源连接，在放置于输入端对面的感光屏06(或04)上用可视化记号标定好从输入端发出的光在感光屏上形成的光斑位置，同时保持输入端准直器调节架位置不动，分别标定好输入端准直器调节架在上下、前后、左右的三维坐标位置；

步骤(3)，将接收端准直器连接的光纤与激光光源连接，在放置于接收端对面的感光屏04(或06)上用可视化记号标定好从接收端发出的光在感光屏上形成的光斑位置，同时保持接收端准直器调节架位置不动，分别标定好接收端准直器调节架在上下、左右、前后的三维坐标位置；

步骤(4)，重新放置并固定一对光纤准直器于调节架02、03的准直器夹具07、08上，将两根准直器光纤连接激光光源，将输入端与接收端准直器调节架上下、左右、前后的三维坐标位置调至步骤2和步骤3所标定的三维坐标位置处；

步骤(5)，分别观察输入端02(或03)与接收端03(或02)准直器输出光在对应感光屏上形成的光斑位置，并通过调节准直器调节架水平倾角以及垂直倾角调节杆，分别将输入端与接收端发出的光在对应感光屏上形成的光斑位置调至与步骤2和步骤3所标定的光斑位置，完成光斑定位；

步骤(6)，将接收端03(或02)准直器光纤与激光光源断开，并将光纤尾端切平后接入光功率计探头；

步骤(7)，将光器件固定在光器件平台05上，并使光器件处于工作状态，调整光器件与输入端和接收端的相对位置使所需要的耦合光束路径畅通；

步骤(8)，调节接收端03(或02)准直器前后调节杆，调至接收端光功率计开始有光信号至信号最大，并进一步通过前后调节与水平倾角调节相结合将光信号调至最大；

步骤(9)，调节接收端03(或02)准直器上下调节杆，调至接收端光功率计开始有光信号至信号最大，并进一步通过上下调节与垂直倾角调节相结合将光信号调至最大；

步骤(10)，不断重复步骤(8)和步骤(9)直至将接收端光功率调至最大，完成对光过程，在此基础上调整入射端与光器件、接收端的相对位置，将耦合光功率调至最大值，再根据准直器耦合固定工艺要求将输入与接收两端准直器进行固定完成光器件对光耦合生产操作工艺，然后取下耦合好准直器的光器件；

步骤(11)，耦合下一个光器件，只需重复上述步骤(3)～步骤(10)即可高效率完成光器件的对光耦合生产，直至完成所有器件对光耦合生产任务。

本发明方法不需要采用特别复杂的设备和设施就能稳定、高效地实现光器件的对光耦合生产，经过光斑位置标定好后，重新放置一对准直器进行对光并完成此过程只需要2分钟左右，传统方式可能需要20分钟乃至更长时间。并且本发明方法适用于大多数光器件的对光耦合，不论是透射光还是偏折光的对光耦合，都十分简单有效。

上述方法中所采用的五维调节架为市场采购的常规光学调节设备。

此外，应当注意的是本发明实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，实施例中所涉及的光器件，并不特指单一某种光器件，只要是符合本发明的技术方案特征均应属于本发明的保护范围之内。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

首先，将工作频率为100MHz声光调制器(AOM)置于固定平台上，调整入射端与声光调制器(AOM)的相对位置，使需要耦合的1级衍射光调亮，采用常规直接调节五维调节架的方式，将两只准直器对好光；然后，将声光调制器(AOM)从平台上取下，并将入射端与接收端准直器均接入光源，调整五维调节架垂直于耦合光方向的维度，使入射端和接收端两束光都能无遮挡地照射到对应的感光屏上，并在相应感光屏上用记号笔标记此时的两束光斑位置，同时分别标定此时两个五维调节架上下、前后、左右的三维坐标位置；再次，重新放置并固定一对光纤准直器于五维调节架的准直器夹具上，将两根准直器光纤连接光源，将输入端与接收端准直器调节架上下、左右、前后的三维坐标位置调至刚刚标定的三维坐标位置处，同时观察此时从入射端与接收端照射出的两束光在感光屏上的光斑位置，分别仅调节五维调节架的水平倾角与垂直倾角两个维度并注意保持其他三个维度(上下、左右、前后)不变，将两束光的光斑位置调到此前在对应的感光板上标记的光斑位置处；再然后，将工作频率为100MHz声光调制器(AOM)置于固定平台上，调整入射端与声光调制器(AOM)的相对位置，使需要耦合的1级衍射光调亮，将接收端准直器光纤用光纤切割刀切平并接入高灵敏光功率计，调整接收端五维调节架前后、左右、上下三个维度至1级衍射光斑位置处直至光功率计探测到光信号，然后根据光功率计读数调节综合调节五维调节架的所有维度方向，直至光功率调至最大；最后，调整入射光束与声光调制器(AOM)的相对位置直至光功率最大，并将输入与接收两端准直器调至声光调制器(AOM)适宜的位置并用紫外固化胶进行位置固定，紫外固化完成后切断输入端准直器光纤与光源的连接，断开接收端准直器光纤与光功率计的连接，松开输入与接收两端准直器夹具，取下耦合好光纤的声光调制器(AOM)完成耦合操作。

要进行连续光纤耦合生产，只需将新的工作频率为100MHz声光调制器(AOM)固定在器件平台上，并重复上述过程中第三步以后的重复定标三维坐标位置并调整两束光的光斑与定标位置重合，重复后续步骤及过程直至完成声光调制器的的耦合。该准直器对光耦合方法能够极大提高对光耦合效率，将对光耦合操作标准程式化，大大降低对生产操作人员的经验依赖程度。

实施例2

所耦合的声光调制器(AOM)工作频率为120MHz，其他实施过程同实施例1。

实施例3

所耦合的声光调制器(AOM)工作频率为150MHz，其他实施过程同实施例1。

实施例4

所耦合的声光调制器(AOM)工作频率为200MHz，其他实施过程同实施例1。

实施例5

所耦合的器件为其他光功能器件,所耦合的光束方向有偏转，找到需要耦合的光束，其他光斑定标和重新对光实施过程同实施例1。

实施例6

所耦合的器件为其他光功能器件,所耦合的光束方向没有偏转，找到需要耦合的光束，其他光斑定标和重新对光实施过程同实施例1。

实施例7

不需要耦合其他光器件，仅仅对光耦合两支准直器，所耦合光束方向没有偏转，找到需要耦合的光束，其他光斑定标和重新对光实施过程同实施例1。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光纤准直器的快速对光耦合装置，其特征在于，包括：

光器件固定平台，位于所述光纤准直器的快速对光耦合装置的中间，用于承载光器件；

输入端准直器调节架和接收端准直器调节架，位于所述光器件固定平台的两侧，各设有用于固定或释放准直器的准直器夹具；

输入端准直器，设置在所述输入端准直器调节架的准直器夹具上，通过光纤连接激光光源；

接收端准直器，设置在所述接收端准直器调节架的准直器夹具上，通过光纤连接激光光源，或者连接光功率计；

输入端准直器对应的感光屏和接收端准直器对应的感光屏，位于所述输入端准直器调节架或所述接收端准直器调节架的对面，用于标定从所述输入端准直器或所述接收端准直器发出的光在其上形成的光斑位置；

光学平台，位于所述光纤准直器的快速对光耦合装置下部并用于承载所述光器件固定平台、输入端准直器调节架、接收端准直器调节架、输入端准直器、接收端准直器、输入端准直器对应的感光屏、接收端准直器对应的感光屏。

2.根据权利要求1所述的光纤准直器的快速对光耦合装置，其特征在于，所述输入端准直器调节架和接收端准直器调节架布置成左端输入、右端接收，或是右端输入、左端接收，或是上端输入、下端接收，或是下端输入、上端接收。

3.根据权利要求1所述的光纤准直器的快速对光耦合装置，其特征在于，所述输入端准直器调节架和接收端准直器调节架具有上下方向、左右方向和前后方向三个维度的调节自由度。

4.根据权利要求3所述的光纤准直器的快速对光耦合装置，其特征在于，所述输入端准直器调节架和接收端准直器调节架的三个维度的调节自由度通过刻度定位或是标记调节杆的位置进行定位。

5.根据权利要求3所述的光纤准直器的快速对光耦合装置，其特征在于，所述输入端准直器调节架和接收端准直器调节架还具有水平方向倾角调节自由度和垂直方向倾角调节自由度。

6.根据权利要求1所述的光纤准直器的快速对光耦合装置，其特征在于，所述输入端准直器对应的感光屏和接收端准直器对应的感光屏为针对可见光的普通遮光板或是针对非可见光用对应感光波段的感光板或感光片。

7.一种光纤准直器的快速对光耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1），在如权利要求1-6任一项所述的光纤准直器快速对光耦合装置上用传统直接调节五维调节架的方法，将两只准直器对准光；

步骤（2），从器件平台取下光器件，将输入端准直器连接的光纤与激光光源连接，在放置于输入端准直器对面的感光屏上用可视化记号标定好从输入端准直器发出的光在感光屏上形成的光斑位置，同时保持输入端准直器调节架位置不动，分别标定好输入端准直器调节架在上下、前后、左右的三维坐标位置；

步骤（3），将接收端准直器连接的光纤与激光光源连接，在放置于接收端准直器对面的感光屏上用可视化记号标定好从接收端准直器发出的光在感光屏上形成的光斑位置，同时保持接收端准直器调节架位置不动，分别标定好接收端准直器调节架在上下、前后、左右的三维坐标位置；

步骤（4），重新放置并固定一对光纤准直器于调节架的准直器夹具上，将两根准直器光纤连接激光光源，将输入端准直器调节架与接收端准直器调节架的上下、前后、左右的三维坐标位置调至步骤（2）和步骤（3）所标定的三维坐标位置处；

步骤（5），分别观察输入端准直器与接收端准直器的输出光在对应感光屏上形成的光斑位置，并通过调节准直器调节架水平倾角以及垂直倾角调节杆，分别将输入端准直器与接收端准直器发出的光在对应感光屏上形成的光斑位置调至与步骤（2）和步骤（3）所标定的光斑位置，完成光斑定位；

步骤（6），将接收端准直器光纤与激光光源断开，并将光纤尾端切平后接入光功率计探头；

步骤（7），将光器件固定在光器件平台上，使光器件处于工作状态，调整光器件与输入端准直器调节架和接收端准直器调节架的相对位置使所需要的耦合光束路径畅通；

步骤（8），调节接收端准直器前后调节杆，调至接收端光功率计开始有光信号至信号最大，并进一步通过前后调节与水平倾角调节相结合将光信号调至最大；

步骤（9），调节接收端准直器上下调节杆，调至接收端光功率计开始有光信号至信号最大，并进一步通过上下调节与垂直倾角调节相结合将光信号调至最大；

步骤（10），不断重复步骤（8）和步骤（9）直至将接收端光功率调至最大，在此基础上调整输入端准直器与光器件、接收端准直器的相对位置，将耦合光功率调至最大值，完成对光过程，再根据准直器耦合固定工艺要求将输入端准直器与接收端准直器进行固定完成光器件对光耦合生产操作工艺，然后取下耦合好准直器的光器件；

步骤（11），耦合下一个光器件，只需重复上述步骤（3）~步骤（10）即可完成光器件的对光耦合。