CN216772041U - 一种多自由度可调节光纤耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学配件领域，特别是涉及一种多自由度可调节光纤耦合器，包括耦合器基座、光纤组件、透镜、透镜座以及透镜座支持件，透镜座中部设有用于容置透镜的通孔，透镜位于通孔内，透镜座支持件中部设有供光通过的通孔，透镜座支持件抵接于透镜座，耦合器基座设有容置腔，透镜座位于耦合器的容置腔内，耦合器基座设有轴向位置调整装置和轴截面位置调整装置，轴向位置调整装置用于调整透镜座在光轴方向上的位置，轴截面位置调整装置用于调整透镜座在垂直于光轴方向的平面内的位置。本光纤耦合器将光纤组件、透镜、透镜座及透镜座支持件集成在耦合器基座内，整体性好，使整个光纤耦合器稳定、可靠，能经受颠簸运输和跌落等环境。

Description

一种多自由度可调节光纤耦合器

技术领域

本实用新型涉及光学配件领域，特别是涉及一种多自由度可调节光纤耦合器。

背景技术

由于光纤的导光具有可弯折、占用空间少、在仪器内的固定要求低等特性，因此在光学设备中，为了光路的灵活性和稳定性，通常会采用光纤进行光信号的采集或传输，这就需要将空间光耦合入光纤。空间光耦合过程需要一片透镜，将空间光束聚焦至一点，把光纤端面放在聚焦点处进行光的采集。为了尽可能提高光纤采集光的效率，需要做到以下两点基本要求：首先，光纤端面需要和聚焦点重合；其次，光纤端面需要与光轴垂直。

现有实现方案主要有两种：第一种是把光纤端面固定在一个三维位移台上，通过控制三维位移台的装配和位置传动，使其满足以上两点基本要求。这种方案的缺点是：对三维位移台装配要求比较高，需要保证位移台Z轴的机械传动轴和光轴保持平行；该方案体积比较大，不适于便携式或小型化仪器；三维位移台的稳定性要求比较高，当发生颠簸或震动时，各零部件之间可能会出现漂移的问题。第二种是选用焦距非常短的透镜，透镜固定在光纤耦合器内，光纤端面可以在光纤耦合器内沿光轴方向移动，并通过顶丝固定。这种方案可以把光纤耦合光路做到体积非常小，适用于小型、便携式等仪器中。这种方案的缺点是：光纤在光纤耦合器内调节移动时，由于X、Y轴方向会有空间余量，导致无法在X、Y轴方向精确定位比较困难；由于X、Y轴方向精确定位困难，而聚焦光斑在X、Y轴方向直径很小，通常只有几十微米，因此在光耦合调试对工程师要求比较高，且随机性比较强。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种多自由度可调节光纤耦合器，其能够快速、精确的调节光轴的位置，使其落在光纤聚焦点上；且稳定、可靠，能经受颠簸运输和跌落等环境。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多自由度可调节光纤耦合器，包括耦合器基座、光纤组件、透镜、透镜座以及透镜座支持件，透镜座中部设有用于容置透镜的通孔，透镜位于通孔内，透镜座支持件中部设有供光通过的通孔，透镜座支持件抵接于透镜座，耦合器基座设有容置腔，透镜座位于耦合器的容置腔内，耦合器基座设有轴向位置调整装置和轴截面位置调整装置，轴向位置调整装置用于调整透镜座在光轴方向上的位置，轴截面位置调整装置用于调整透镜座在垂直于光轴方向的平面内的位置。

进一步，轴向位置调整装置包括呈环形阵列设置于耦合器基座上的三个螺纹副，三个螺纹副的螺栓的长度方向与光轴平行，三个螺栓均分别穿过耦合器基座抵接于透镜座支持件，透镜座支持件与耦合器基座之间设有拉簧。

进一步，透镜座支持件对应螺栓设有沉孔，螺栓抵接透镜座支持件的一端设置为圆滑端面，螺栓的圆滑端面位于沉孔内。

进一步，轴截面位置调整装置包括设置于耦合器基座上的两个螺纹副，两个螺纹副的螺栓相互垂直且位于同一个平面内，两个螺栓均分别穿过耦合器基座抵接于透镜座的侧壁，透镜座设有弹力装置，弹力装置给予透镜座的弹力的方向与轴截面位置调整装置的两个螺纹副的方向相反。

进一步，透镜座与螺栓接触的面设为平面，螺栓抵接透镜座的一端设置为圆滑端面。

进一步，弹力装置包括固接于透镜座的弹片，耦合器基座设有用于容置弹片的凹槽，弹片位于凹槽内并抵接于凹槽侧壁。

进一步，光纤组件包括光纤适配器和光纤，光纤耦合器设有容置光纤适配器的凹部，光纤适配器一端位于该凹部内并对准透镜，光纤适配器的另外一端连接光纤。

进一步，光纤适配器一侧设有光纤适配器固定片，该光纤适配器固定片用于与耦合器基座连接，并固定光纤适配器。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

一种多自由度可调节光纤耦合器，包括耦合器基座、光纤组件、透镜、透镜座以及透镜座支持件，透镜座中部设有用于容置透镜的通孔，透镜位于通孔内，透镜座支持件中部设有供光通过的通孔，透镜座支持件抵接于透镜座，耦合器基座设有容置腔，透镜座位于耦合器的容置腔内，耦合器基座设有轴向位置调整装置和轴截面位置调整装置，轴向位置调整装置用于调整透镜座在光轴方向上的位置，轴截面位置调整装置用于调整透镜座在垂直于光轴方向的平面内的位置。本光纤耦合器将光纤组件、透镜、透镜座及透镜座支持件集成在耦合器基座内，整体性好，使整个光纤耦合器稳定、可靠，能经受颠簸运输和跌落等环境。本光纤耦合器的轴向位置调整装置和轴截面位置调整装置能够快速、精确的调节光轴的位置，使其落在光纤聚焦点上，且结构紧凑，容易调节，便于设备的小型化和便携化。

附图说明

图1为本实用新型一种多自由度可调节光纤耦合器的立体结构示意图。

图2为本实用新型一种多自由度可调节光纤耦合器的另外一个角度的立体结构示意图。

图3为本实用新型一种多自由度可调节光纤耦合器的去掉透镜座支持件的立体结构示意图。

图4为本实用新型一种多自由度可调节光纤耦合器的分解结构示意图。

其中图1至图4中包括有：

1——耦合器基座、2——透镜、3——透镜座、4——透镜座支持件、5——Z向调整螺栓、6——沉孔、7——X向调整螺栓、8——Y向调整螺栓、9——弹片、10——凹槽、11——光纤适配器、12——光纤、13——光纤适配器固定片。

具体实施方式

下面来对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1至图4所示，一种多自由度可调节光纤耦合器，包括耦合器基座1、光纤组件、透镜2、透镜座3以及透镜座支持件4。耦合器基座1，作为光纤耦合器的基体，起到对整个光纤耦合器的支撑、连接和集成作用。透镜座3中部设有用于容置透镜2的通孔，透镜2位于通孔内，透镜座支持件4中部设有供光通过的通孔，透镜座支持件4抵接于透镜座3，耦合器基座1设有容置腔，透镜座3位于耦合器的容置腔内，耦合器基座1设有轴向位置调整装置和轴截面位置调整装置，轴向位置调整装置用于调整透镜座3在光轴方向上的位置，轴截面位置调整装置用于调整透镜座3在垂直于光轴方向的平面内的位置。本光纤耦合器将光纤组件、透镜2、透镜座3及透镜座支持件4集成在耦合器基座1内，整体性好，使整个光纤耦合器稳定、可靠，能经受颠簸运输和跌落等环境。本光纤耦合器的轴向位置调整装置和轴截面位置调整装置能够快速、精确的调节光轴的位置，使其落在光纤12聚焦点上，且结构紧凑，容易调节，便于设备的小型化和便携化。

如图2、图3所示，轴向位置调整装置包括呈环形阵列设置于耦合器基座1上的三个螺纹副。如图4所示，Z轴调节由平行于Z轴方向的3个螺纹副实现。我们将这个方向的螺纹副称为Z轴方向螺纹副。Z轴方向螺纹副的螺栓称为Z向调整螺栓5。三个Z轴方向螺纹副的螺栓的长度方向与Z轴平行，三个Z向调整螺栓5均分别穿过耦合器基座1抵接于透镜座支持件4。当三个Z轴方向螺纹副不同距离的调节时，就可以改变透镜2的角度，从而可以使得光纤12端面尽量和光轴垂直。

透镜座支持件4对应螺栓设有沉孔6，螺栓抵接透镜座支持件4的一端设置为圆滑端面。从而可以避免对透镜座3及透镜座支持件4的划伤。螺栓的圆滑端面位于沉孔6内。沉孔6设计为内凹球面型。从而可以保证透镜座支持件4不会滑动。

轴截面位置调整装置包括设置于耦合器基座1上的两个螺纹副。两个螺纹副的螺栓相互垂直且位于同一个平面内。我们将两个方向的螺纹副分别称为X轴方向螺纹副和Y轴方向螺纹副。X轴方向螺纹副、Y轴方向螺纹副分别可以调节透镜座3在X轴、Y轴方向的位置移动。两个螺栓分别称为X向调整螺栓7和Y向调整螺栓8。X向调整螺栓7和Y向调整螺栓8均分别穿过耦合器基座1抵接于透镜座3的侧壁。透镜座3设有弹力装置，弹力装置给予透镜座3的弹力的方向与轴截面位置调整装置的X轴方向螺纹副、Y轴方向螺纹副的方向相反。

透镜座3与X向调整螺栓7和Y向调整螺栓8接触的面设为平面，作为X轴、Y轴方向的导向平面。X向调整螺栓7和Y向调整螺栓8抵接透镜座3的一端设置为圆滑端面。弹力装置包括固接于透镜座3的弹片9，耦合器基座1设有用于容置弹片9的凹槽10，弹片9位于凹槽10内并抵接于凹槽10侧壁。透镜2为双胶合消色差透镜，如图3、图4所示，透镜2位置和角度通过X轴方向螺纹副、Y轴方向螺纹副以及Z轴方向螺纹副调节，通过调节X轴方向螺纹副、Y轴方向螺纹副，可以调节透镜座3在X、Y轴方向的位置；透镜座3和耦合器基座1之间放置合适弹性的弹片9，透镜座支持件4通过合适弹性的拉簧(图中未示出)和耦合器基座1连接，透镜座支持件4直接压在透镜座3上，通过轴向位置调整装置的三个Z轴方向螺纹副来调节透镜座支持件4在Z轴方向的位置和其角度，从而调节透镜2在Z轴方向上的位置和角度。弹片9在X轴、Y轴方向上起到能量蓄积的作用，当X轴方向螺纹副、Y轴方向螺纹副向内调节时，即将X向调整螺栓7和Y向调整螺栓8向透镜座3的方向调节时，透镜座3挤压弹片9，弹片9变形蓄积势能，当X轴方向螺纹副、Y轴方向螺纹副往外调节时，由弹片9已经蓄积的弹性势能保证透镜座3可以随X轴、Y轴螺纹副的调节移动。

光纤组件包括光纤适配器11和光纤12。光纤耦合器设有容置光纤适配器11的凹部，光纤适配器11一端位于该凹部内并对准透镜2，光纤适配器11的另外一端连接光纤12。光纤适配器11，用于连接光纤12，并和耦合器基座1固定在一起。光纤12，用于光的采集。光纤适配器11一侧设有光纤适配器固定片13，该光纤适配器固定片13用于与耦合器基座1连接，并固定光纤适配器11。

X、Y、Z轴均可精细、稳定的调节透镜2的位置，以实现光纤12端面位于光聚焦点上。由于本发明方案中使用了精密螺纹副，因此可以实现精细、稳定的调节。通过三个Z轴方向螺纹副可以自由调节透镜2角度，从而使得光纤12端面尽量和光轴垂直。光纤耦合器的调节校准工作简单、易行，只需要调节耦合器设计的几个螺纹副，就可以快速调好耦合器性能。光纤耦合器整体结构紧凑、小巧，从而便于在便携式仪器中使用。本发明方案采用了小直径、短焦距的透镜2，且各个方向的调节均使用了精度高、体积小的螺纹副作为传动机构，同时采用透镜座3的导向平面来导向，而放弃了位移台、旋转台、高精度导轨等虽然精度高，但是体积同样巨大的机构。耦合器稳定性、可靠性高，在遇到颠簸、震动等环境时，依旧能正常工作。本发明方案把光纤耦合器各组成部分均集成在一个耦合器基座1内，从而可以避免现有技术方案一中可能会出现的各零部件之间发生漂移的问题；同时，本发明方案是通过螺纹副调节透镜2的位置和角度，只要耦合器调好后，螺纹副的位置不发生变化，就可以保证耦合器的稳定。因此，为了保证耦合器足够稳定，在耦合器调好后，会在每个螺纹副上添加螺丝胶，从而降低螺纹副发生变化的可能性。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多自由度可调节光纤耦合器，其特征在于：包括耦合器基座、光纤组件、透镜、透镜座以及透镜座支持件，透镜座中部设有用于容置透镜的通孔，透镜位于通孔内，透镜座支持件中部设有供光通过的通孔，透镜座支持件抵接于透镜座，耦合器基座设有容置腔，透镜座位于耦合器的容置腔内，耦合器基座设有轴向位置调整装置和轴截面位置调整装置，轴向位置调整装置用于调整透镜座在光轴方向上的位置，轴截面位置调整装置用于调整透镜座在垂直于光轴方向的平面内的位置。

2.按照权利要求1所述的一种多自由度可调节光纤耦合器，其特征在于：轴向位置调整装置包括呈环形阵列设置于耦合器基座上的三个螺纹副，三个螺纹副的螺栓的长度方向与光轴平行，三个螺栓均分别穿过耦合器基座抵接于透镜座支持件，透镜座支持件与耦合器基座之间设有拉簧。

3.按照权利要求2所述的一种多自由度可调节光纤耦合器，其特征在于：透镜座支持件对应螺栓设有沉孔，螺栓抵接透镜座支持件的一端设置为圆滑端面，螺栓的圆滑端面位于沉孔内。

4.按照权利要求1所述的一种多自由度可调节光纤耦合器，其特征在于：轴截面位置调整装置包括设置于耦合器基座上的两个螺纹副，两个螺纹副的螺栓相互垂直且位于同一个平面内，两个螺栓均分别穿过耦合器基座抵接于透镜座的侧壁，透镜座设有弹力装置，弹力装置给予透镜座的弹力的方向与轴截面位置调整装置的两个螺纹副的方向相反。

5.按照权利要求4所述的一种多自由度可调节光纤耦合器，其特征在于：透镜座与螺栓接触的面设为平面，螺栓抵接透镜座的一端设置为圆滑端面。

6.按照权利要求4所述的一种多自由度可调节光纤耦合器，其特征在于：弹力装置包括固接于透镜座的弹片，耦合器基座设有用于容置弹片的凹槽，弹片位于凹槽内并抵接于凹槽侧壁。

7.按照权利要求1所述的一种多自由度可调节光纤耦合器，其特征在于：光纤组件包括光纤适配器和光纤，光纤耦合器设有容置光纤适配器的凹部，光纤适配器一端位于该凹部内并对准透镜，光纤适配器的另外一端连接光纤。

8.按照权利要求7所述的一种多自由度可调节光纤耦合器，其特征在于：光纤适配器一侧设有光纤适配器固定片，该光纤适配器固定片用于与耦合器基座连接，并固定光纤适配器。

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