CN1537244A - 与光纤协同作用的收发装置 - Google Patents

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Abstract

与光纤(1)协同作用的收发装置(30)包括：光束发生器(32)、半透明元件(35)和传感器(31)。传感器(31)是二维位置感测。由光束发生器(32)产生的光束(33)的一部分(44)送入传感器(31)中。将由光束发生器(32)产生并由传感器(31)所检测到的光束(44)的位置与存在于光纤中的光束(44)的位置作比较。装置(38)用来控制可控光束偏移元件(39)，该元件设置在光束发生器(32)和半透明元件(35)之间，以使由光束发生器(32)产生的光束(44)在与存在于光纤(1)中的光束(2)相同的位置处击中传感器(31)。

Description

与光纤协同作用的收发装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序的收发装置。
背景技术
该装置可从已公开进行审查的日本专利申请JP-A-11/023916中得知。在这种已有装置中，光纤必须通过精确且因此昂贵的机械装置与光束发生器和传感器对准。
发明内容
本发明的目的是提供一种收发装置，在该收发装置中对准通过简单且最好为自动的方式实现。根据本发明，实现本发明目的的收发装置，其特征在于：
-传感器为二维位置感测，
-可控光束偏移元件设置在光束发生器和半透明元件之间，
-第一控制装置与传感器和可控光束偏移元件相结合以便为可控光束偏移元件产生控制信号，该控制信号对应于由传感器接收的位置信号，
-第二控制装置用于将第二部分光束传送到传感器。
结果，由光束发生器产生的光束在光纤输入面上的位置，通过传感器经由第一控制装置和可控光束偏移元件检测传感器特定位置处的至少一部分光束来进行反馈耦合。这使得可以在传感器上偏移由光束发生器所产生光束的位置，以使所述位置与光纤输出的光束击中传感器的位置相同。结果，入射光束在与出射光束离开光纤的位置相同的地方到达光纤。
在根据本发明收发装置的一种实施例中，可控光束偏移元件是电可控的。
在根据本发明收发装置的另一种实施例中，第二控制装置包括镜面元件，半透明元件包括分光棱镜，而且镜面元件包括分光棱镜的反射侧。
结果，得到了相对紧凑的装置。
在根据本发明收发装置的一种实施例中，由光束发生器所产生的光束入射的反射侧和/或输入侧是弯曲的。
结果，由光束发生器产生的光束通过相对紧凑装置在光纤的输入侧上和传感器上经分光棱镜的弯曲表面聚焦，而不需要额外的光学元件或可使用相对简单的光学元件进行聚焦。
在根据本发明收发装置的另一种实施例中，收发装置位置感测传感器包括多个分离的传感器元件，每个分离的传感器元件传送输出信号，该输出信号的大小取决于入射到相应传感器元件上的光束强度，任何传感器元件的最大尺寸至多等于光纤输出光束在传感器元件位置上的受衍射限制的光斑直径的一半，具有传感器元件的传感器部分的直径尺寸比光纤输出光束的直径大，该位置感测传感器进一步包括用于检测每一传感器元件输出信号大小的装置。
这使得可以通过传感器元件检测在传感器上的光束位置，该传感器元件具有极小的尺寸，这样就有非常小的电容。
附图说明
现参照附图更详细地论述本发明，其中：
图1用图解法显示了根据本发明的光纤和传感器；
图2用图解法显示了根据本发明的用于从传感器向操作电路提供信号的电路；
图3用图解法显示了根据图2的集成电路；
图4用图解法显示了与光纤协同作用的收发装置；和
图5、6、7显示了分光棱镜的各种实施例。
具体实施方式
在图1中，附图标记1表示光纤，它输出光束2。输出光束2击中传感器3。传感器3包括传感器元件4a、4b、4c和4d，它们感测光束2的偏转。在很多情况下，每一传感器元件4a......4d都是光电二极管，它们传送穿过电容器元件的对应于入射光的电压电势差。传感器元件的表面积越大，相应电容则越大。希望使相应电容尽可能的小，以便能以最大调制频率按照调制光束2的形式处理信号。已有技术传感器试图在其间找到一种折衷方案，即：相对于与之相连的电容，保持传感器4a，......，4d(下文也指传感器4)的最小尺寸，另一方面为使光纤1的一端相对于传感器3能够容易地机械定位，又必须具有相对大的外形尺寸。传感器3越大，光纤1的一端相对于传感器3定位所需要的机械精密度就越小。
传感器3包括大量感测传感器元件4(参照图3)。传感器元件4a象素的直径尺寸通过箭头a表示。由光纤1发出的光束2最好具有与直径尺寸a同样小的直径。然而，不可能产生直径小于由光纤1的数值口径而定的直径的光斑。根据通过光纤1传送并离开所述光纤1的光束(如光束2)的波形特性，可得到的最小光斑尺寸是受衍射限制的光斑尺寸。
传感器元件的直径尺寸小于在传感器3上的光束2受衍射限制的光斑的半径。这样，光束2击中许多传感器元件4。具有受衍射限制直径的光斑在图3中由附图标记5图解表示。
关于光纤1相对于传感器3的精密对准，该传感器3将存在于光束2中的光信号转变为另一种信号，如电信号或磁信号或温度信号等等的主要问题是需要使光纤1的末端相对于传感器3永久地精密对准。所述对准经受机械振实和振动。这样的振实和振动引起光束2和传感器3彼此相对移动，如图双箭头b所示。在本发明范围中，没有如已有技术中那样试图尽可能地避免发生振动和振实，而是将传感器3设计成：光束2相对于传感器3的运动不会对传感器3的传输信号产生不利影响。
在图3中，作为示例，附图标记6和7表示光束2在传感器3位置上的两个地方的尺寸。显然，光束6、7的直径尺寸至少与受衍射限制的光斑5的相应直径尺寸一样大。
图2显示了各个传感器元件4a...4d的输出信号经供给装置9传送到处理装置8的方式。所述供给装置9不是将从传感器3的每个传感器元件4输出的每个信号传送给处理装置8。为达到此目的，供给装置9是可调的。而且，存在用于控制供给装置9调节的调节装置10，该调节取决于从传感器3的传感器元件4输出的信号。传感器3的传感器元件4的输出信号经线11供应到供给装置9的输入端。同样的输出信号经线12供应到调节装置10的输入端。调节装置10用于经线13按后面将要描述的方式进行信号传送，对每个传感器元件4，该信号决定是否将存在于线11上的所述传感器元件的输出信号在此刻通过供给装置9经线11供给或不供给处理装置8。
调节装置10包括用于确定经线12进入调节装置10的信号大小的装置15。为达到此目的，所述装置15包括阈电路16。根据在线12上的输出信号的大小，从调节装置10中输出的信号存在于线13上，其中调节装置10调节供给装置8从而经线14向处理装置8传输输出信号，该输出信号与在线11上输入供给装置9的信号相同。
参照图3，已知的控制装置17安排用来读取传感器元件4。产生的所述读取速度足够高以便能够精确地进行随后的光束2中的调制。
由于传感器元件4所覆盖的区域比附图标记6、7所示的光束2的直径大(参见直径尺寸c)，所以仅存在于圆周6、7所围区域中的那些传感器元件4分别在线11、12上感应出不为零的输出信号。所有其他传感器元件4感应零信号，并且不提供信号给线14。因而每次重新读取未被光束2击中的传感器元件4是没有太大用处的。调节装置10通过线18与控制装置17连接。经所述的线18，调节装置10告知控制装置17哪些传感器元件4感应零信号，从而不需要在传感器元件4的常规读数中包括它们。只有由光束2击中的传感器元件4才需要每次重新读取，最好还包括环绕所述元件一周的传感器元件，以便随后能够进行上述光束2相对于传感器3的偏移。
每次读取传感器元件4时，要对上述用于仅读取传感器3上有限数量传感器元件4的控制装置17进行调节，但是也可以偶尔进行一次，控制装置17调节后对于许多读数不会改变。经线18对控制装置17的重调节仅需要在这种更新频率下进行：即依照Nyquist标准控制装置可跟随光束2相对于传感器3的偏移频率，即通过调整装置重置的控制装置17的预置时间点之间的周期小于光束2相对于传感器3偏移的最大频率的半周期。为此目的，调整装置10可以具有计时装置20。
图3图解显示了集成电路21，其包括传感器3以及控制装置17、调节装置10、供给装置9。控制装置17和/或调节装置10和/或供给装置9不需要与传感器3一样设置在同一集成电路中。
在上述过程中，将调节装置设置成从传感器3的传感器元件4输出的一些信号和其他信号不会转换为线13上的信号，其结果是供给装置9从线11向线14传输所述输出信号。或者，就电信号来说，可以从线11向线14仅提供那些最强的输出信号，例如，那些有电流最大值或电压最大值的信号。
在上述方式中，最终放在线14上并在某个时间点上代表来自光束2的调制信号的该信号将不依赖于光束2相对于传感器3的任何移动而存在。而且，可以设置只有那些最强的输出信号才能经调节装置10供给线14。
在光束2相对于传感器3机械移动导致信号损失之前，按照取得新调节的方式，通过经线18将调节信号供给控制装置17所得到的效果是：光束2相对于读出的传感器3的传感器元件4进行动态连续的对准。
供给装置9可以包括多数确定装置22。当多个传感部件4输出的信号将传感器3的每个读数供给线14的情况下，由多个传感器元件4读取所示的传输信号可能是有利的。或者，可进行多个输出信号的加权。可以给邻近光束直径7中央位置处的传感器元件4的输出信号分配比设置在光束直径7边缘或刚刚超过其边缘处的传感器元件4的输出信号更大的权数。
也可以通过光纤1在预定时间点处传输预定信号，并检测哪些传感器元件4以何种方式响应于由其产生的光束2，从而时不时地进行光束2相对于传感器3的对准。
图4显示了收发装置30。在接收模式下，光束2由光纤1输出，并击中传感器31。在传送模式下，实质已知的光束发生器32产生光束33，该光束经合适的聚焦装置和半透明元件35在光纤1的输入面36上聚焦，这些装置实质是已知的。
然而，在前所述的仅是光束2相对于传感器3 1的对准，本发明还涉及光束33相对于光纤1的对准。为达到此目的，装置30包括半透明元件35、反射元件37、二维位置感测传感器31、控制装置38、和用于偏移光束33的光束偏移元件39。
开始，从光纤1中发出的光束2直射在传感器31上。这提供了关于传感器31位置的信息，不论在图4平面上还是垂直于图4的平面上，光束2在该位置击中传感器31。该信息对于传感器31的线40控制装置38尤其有用。该控制装置38包括为进一步处理而在其中储存所述信息的存储部分，这将在下面作进一步更详细的论述。然后，光束发生器32经聚焦装置34朝半透明元件35的方向上传送光束33。在那里，光束33被分成朝光纤1方向的光束41和朝镜面37的方向直线传播的光束42。在该实施例中，镜面37是平面镜，该平面镜在光束射入的方向上反射光束42，如通过箭头43所示的那样。然后将由镜面37反射的部分光线通过半透明元件35朝传感器31的方向进行反射成为光束44。事实上，对于光束44，将光束44击中传感器的协同位置经线40传送给控制装置38。控制装置38因此“知道”了光束2击中传感器31的位置和光束44击中传感器的位置。通过光束2和44在传感器31上的位置之间的差别，可以简单地利用本领域技术人员所知的合适软件计算出光束偏移元件39将光束33以什么方向何种程度进行偏移，从而确保光束44击中传感器31的位置恰恰基本与光束2相同。由于事实上光束44以与光束2相同的方向延伸，所以光束41会同样以与光束2相同的方向延伸。从而，光束41正在光束2输出的位置处击中光纤1的表面36，以确保光束44在恰与光束2相同的位置击中传感器31。这样，光束发生器32与光纤1的最佳对准即以简单、非机械的方式得以实现。
优选的，光束偏移元件39由两个光束偏移元件39a和39b构成，它们可通过电驱动，并能在两个不同的方向上偏移光束，最好这两个方向彼此垂直延伸。这样的装置可通过例如实质已知的各向异性双折射光学片形成。这种光学片将入射光偏移与它自身平行至某种程度，该程度取决于所供电场的值。在本发明机制中，不用前面所述的元件也可以使用其他可驱动光束偏移元件。唯一的条件是出射光束的位置和/或方向不同于入射光束的位置或方向要依赖于所提供的信号，所述信号可以是电、机械、压电、热信号等等。
为提高装置的机械精密度，分光棱镜可作为半透明元件35使用。
而且，为了取得更高的精密度，如图5所示反射元件37可设置在分光棱镜35的侧面。
为得到更高的精密度并降低对聚焦装置34的光学要求，例如如果光束44的长度与光束41的长度不同，分光棱镜35的一个表面(即在其上设置反射元件37的表面)可以是弯曲的。如图6示例显示了凹形反射元件37。根据各种情况，也可以提供凸形反射元件37。
为进一步提高精密度并降低对聚焦装置34的质量要求，分光棱镜35在光束33入射的那个表面可以是弯曲的，这完全由图7所示。
为加强装置的牢固性，半透明元件35，例如分光棱镜35可以设置在传感器3上。
注意，反射元件37的曲率和/或光束33在半透明装置35上的入射表面的曲率可以帮助避免形成某波长的寄生谐振腔，该波长可能由光束发生器传送但它并不是所期望的。
虽然不是必需的，却是优选的二维位置感测传感器31是参照图1-3所述的传感器。
现在对于仔细阅读上文的本领域技术人员来说，会想到有许多实施例和修改。所有这样的实施例和修改都被认为落在本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种与光纤(1)协同作用的收发装置(30)，该收发装置(30)包括：用于产生第一光束(33)的光束发生器(32)，第一光束的第一部分(41)输入光纤(1)，所述收发装置(30)进一步包括与传感器(31)结合的半透明元件(35)，该传感器(31)用于检测离开光纤(1)的第二光束(2)，该收发装置(30)的特征在于：
-传感器(31)为二维位置感测，
-可控光束偏移元件(39)设置在光束发生器(32)和半透明元件(35)之间，
-第一控制装置(38)与传感器(31)和可控光束偏移元件(39)相结合以便为可控光束偏移元件(39)产生控制信号，该控制信号响应于从传感器(31)接受的位置信号(40)，
-第二控制装置(37)用于将光束(33)的第二部分(44)传送到传感器(31)。
2.如权利要求1所述的收发装置(30)，其特征在于，可控光束偏移元件(39)设置为用于在两种不同方向上偏转光束(33)。
3.如权利要求2所述的收发装置(30)，其特征在于，这两个方向基本彼此垂直。
4.如前述任何一项权利要求所述的收发装置(30)，其特征在于，控制信号为电控制信号。
5.如权利要求1-4所述的收发装置(30)，其特征在于，第二控制装置(37)包括镜面元件。
6.如权利要求1-5任意一项所述的收发装置(30)，其特征在于，半透明元件(35)由分光棱镜构成。
7.如权利要求6所述的收发装置(30)，其特征在于，镜面元件含在分光棱镜的反射侧中。
8.如权利要求7所述的收发装置(30)，其特征在于，反射面是弯曲的。
9.如权利要求6-8任意一项所述的收发装置(30)，其特征在于，分光棱镜的入射侧是弯曲的，第一光束(33)入射到该侧上。
10.如前述任何一项权利要求所述的收发装置(30)，其特征在于，位置感测传感器(3，31)包括多个分离的传感器元件(4a，…，4d)，每个分离的传感器元件(4a，…，4d)传送输出信号，该输出信号的大小取决于入射到相应传感器元件(4a，…，4d)上的光束强度，任一传感器元件(4a，…，4d)的最大尺寸(a)最多与光束(2)在传感器元件(4a，…，4d)位置上的受衍射限制的光斑(5)直径的一半相等，该光束(2)由光纤(1)输出，具有传感器元件(4)的传感器部分的直径尺寸(c)大于由光纤(1)输出的光束(2)的直径(6，7)，位置感测传感器进一步包括用于确定从每个传感器元件(4a，…，4d)输出的信号大小的装置(15)。
11.如权利要求10所述的收发装置(30)，其包括用于将由传感器元件(4a，…，4d)传送的输出信号供给处理装置(8)的可调节装置(9)以及用于调节供给装置(9)以提供输出信号的调节装置(10)，该输出信号取决于从传感器元件(4a，…，4d)输出的信号大小，所述调节装置(10)包括用于确定从每个传感器元件中输出的信号的大小的装置(15)。
12.如权利要求11所述的收发装置(30)，其特征在于，调节装置(10)包括阈电路。
13.如权利要求11或12所述的收发装置(30)，其特征在于，调节装置(10)包括用于在预定时间点上调节供给装置(9)的计时装置(20)。
14.如权利要求11-13所述的收发装置(30)，其特征在于，调节装置(10)调节供给装置(9)，用于传送相对最大数量的输出信号。
15.如权利要求13所述的收发装置(30)，其特征在于，所述预定时间点之间的周期小于光束(2，44)横过传感器(3，31)移动的最高频率的一半周期。
16.如权利要求11或12所述的收发装置(30)，其特征在于，可以调节供给装置(9)来提供从多个传感器元件(4a，…，4d)中输出的信号，并且由此存在装置(22)用于基于存在的输出信号来检测供给处理装置(8)的信号。
17.如权利要求11-14中任意一项所述的收发装置(30)，其特征在于，传感器(3)和调节装置(10)构成单独的集成电路(21)的一部分。
18.如权利要求17所述的收发装置(30)，其特征在于，供给装置(9)构成所述单独集成电路的一部分。
19.如权利要求16和17或18中任意一项所述的收发装置(30)，其特征在于，所述确定装置(15)构成所述单独集成电路的一部分。
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