CN218847577U - 一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤测试技术领域，尤其涉及一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，包括用于夹持光纤并对其进行微动调节的光纤夹持及微调模块；用于探测透镜光纤的出光光束的光学测试模块，用于监控光纤侧面在两个轴向方向的位置，并对光纤端面进行空间定位的视觉监控模块。本实用新型在实现透镜光纤出光光束偏轴度的检测同时，也能够对其发散角进行测量，从而有效解决了偏轴度和发散角的如何测量以及同时测量的问题，并以较高的测量效率，实现大批量产品的测量，满足现代光纤测试技术的要求。

Description

一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置

技术领域

本实用新型涉及光纤测试技术领域，尤其涉及一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置。

背景技术

透镜光纤作为一种光无源器件，由于其端面特殊的透镜结构，可直接与半导体激光芯片进行耦合。这种光纤端面的圆柱状或球状透镜结构，是通过将光纤端面进行研磨、抛光或放电熔弧的方式加工完成的，这种结构可以将半导体激光芯片发出的近似椭圆形或圆形的光斑以较高的耦合效率耦合进光纤纤芯里传输。

在光纤端面加工透镜的过程中，可能会出现楔形端面研磨不对称，以及锥形端面偏磨的情况，反映在几何结构上会出现楔形透镜光纤端面的圆柱轴线不与纤芯轴线相交，锥形透镜光纤端面的球心不在纤芯轴线上，这样会导致从透镜光纤端面出射光束的光斑中心轴线相对于光纤中心轴线发生偏移，两个轴线的偏离角度可称之为偏轴度。

偏轴度主要用于评估透镜光纤的加工品质，由于光路可逆，在进行耦合时，需要调试到将半导体激光芯片的出光光轴与透镜光纤端面的出光光轴重合，以达到最高耦合效率。由于耦合调试的直接对象为光纤，若透镜光纤端面的出光光轴与光纤纤芯轴线存在较大偏轴度，会对耦合工作带来较大难度，并会直接影响最大耦合效率。

在光纤端面加工透镜时，其端面的圆柱形或球形透镜结构的曲率半径大小，则可以直接体现出透镜光纤出光光束的发散程度，通常以光强的半高宽(FWHM)为基准，定义透镜光纤的发散角，对应于半导体激光芯片的发散角。由于光路可逆，当两者快慢轴发散角大小一致时，可实现光斑模场匹配，才能达到较高的耦合效率。

通过测量透镜光纤的出光光轴的偏轴度和发散角，可以较为可靠的评估透镜光纤的加工品质。现有的技术中，其测试设备或方法无法同时测量偏轴度和发散角参数，且单一参数的测试过程繁琐，效率较低，不利于透镜光纤产品的大批量测量。为此，我们提出一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置。

实用新型内容

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，在实现透镜光纤出光光束偏轴度的检测同时，也能够对其发散角进行测量，从而有效解决了现有的技术中，其测试设备或方法无法同时测量偏轴度和发散角参数，且单一参数的测试过程繁琐，效率较低，不利于透镜光纤产品的大批量测量的问题。

本实用新型提供如下技术方案：一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，包括光纤夹持及微调模块、光学测试模块和视觉监控模块；

所述光纤夹持及微调模块包括调节机构和量化机构，所述调节机构用于夹持光纤并对其进行微动调节，所述量化机构用于记录光纤的平移量和旋转角度；

所述光纤带透镜的一端置于光纤夹持及微调模块的夹持治具上，另一端连接泵浦光源；

所述光学测试模块用于探测透镜光纤的出光光束，所述视觉监控模块用于监控光纤侧面在两个轴向方向的位置，并对光纤端面进行空间定位。

优选的，所述光纤夹持及微调模块包括五维滑台、移动块、锁紧块、光纤旋转夹具、连接座、闭环陶瓷套管，所述移动块可调节的设置在五维滑台的燕尾槽上，并通过锁紧块固定，所述移动块上端用于固定光纤旋转夹具，所述连接座与光纤旋转夹具固定，所述连接座上端圆孔内固定有闭环陶瓷套管，闭环陶瓷套管内可插入透镜光纤，用于给透镜光纤进行导向和支撑。

优选的，所述光纤旋转夹具用于在锁紧块锁紧光纤后，沿光纤轴线方向进行旋转操作，所述光纤旋转夹具带有角度刻度，用于对光纤的旋转角度进行量化。

优选的，所述光学测试模块包括光束分析仪底座、光束分析仪，所述光束分析仪底座连接于底板上，所述光束分析仪通过定位销以水平方式连接于光束分析仪底座上。

优选的，所述光纤旋转夹具上的光纤槽及旋转中心、闭环陶瓷套管中心、光束分析仪传感器中心均处在同一轴线上，与光纤轴线重合。

优选的，所述视觉监控模块包括水平视觉监控单元和竖直视觉监控单元，所述水平视觉监控单元用于对透镜光纤在竖直方向上的移动和旋转状态进行监控并定位，所述竖直视觉监控单元用于对透镜光纤在水平方向上的移动和旋转状态进行监控并定位。

优选的，所述水平视觉监控单元包括竖向固定座、镜筒固定架一、CCD显微镜一，所述CCD显微镜一通过镜筒固定架一与竖向固定座连接；

所述竖直视觉监控单元包括竖直支架、水平调节板、镜筒固定架二、和CCD显微镜二，所述CCD显微镜二通过镜筒固定架二设置在水平调节板，所述水平调节板用于调节镜筒固定架二与竖直支架间的相对位置。

本实用新型提供了一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，通过采集透镜光纤在两个位置状态下的出光光束参数，即可计算透镜光纤出光光束偏轴度及发散角。该装置构造简单，上手方便，易于进行测量操作，测试方法简洁快速且效率高，对操作人员技术水平要求不高。

本实用新型利用了光束分析仪实时测量高斯光束的能量的场强分布的特性，可以一次性测出透镜光纤的快轴和慢轴的发散角、偏轴。另外，本实用新型测量定位透镜光纤旋转方向时，是利用两个方向的CCD和光束的椭圆度值综合定位(是可以量化的)，更加精准。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型系统原理图。

图中：1、底板；2、光纤夹持及微调模块；21、五维滑台；22、移动块；23、锁紧块；24、光纤旋转夹具；25、连接座；26、闭环陶瓷套管；3、光学测试模块；31、光束分析仪底座；32、光束分析仪；4、视觉监控模块；41、竖向固定座；42、镜筒固定架一；43、CCD显微镜一；44、竖直支架；45、水平调节板；46、镜筒固定架二；47、CCD显微镜二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和2所示，本实用新型提供一种技术方案：一种用于测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，包括底板1、光纤夹持及微调模块2、光学测试模块3和视觉监控模块4。

光纤夹持及微调模块2包括五维滑台21、移动块22、锁紧块23、光纤旋转夹具24、连接座25、闭环陶瓷套管26，移动块22位于五维滑台21的燕尾槽上，移动块22上端用于固定光纤旋转夹具24，移动块22可以在燕尾槽上进行调节，并利用锁紧块23进行固定，连接座25与光纤旋转夹具24固定，连接座25上端圆孔内固定有闭环陶瓷套管26，闭环陶瓷套管26内可插入透镜光纤，用于给透镜光纤进行导向和支撑，光纤旋转夹具24在用锁块锁紧光纤后，可以沿光纤轴线方向进行旋转操作，光纤旋转夹具24带有角度刻度，用于对光纤的旋转角度进行量化。

通过调节光纤夹持及微调模块2，使透镜光纤处在视觉监控模块4测试位置时，光纤轴线垂直于探测器平面并经过探测器正中心。

光学测试模块3包括光束分析仪底座31、光束分析仪32，光束分析仪底座31连接于底板1上，光束分析仪32采用Ge材质的传感器，工作原理为狭缝扫描式，其通过定位销以水平方式连接于光束分析仪底座31上。进一步地，光纤旋转夹具24上的光纤槽及旋转中心、闭环陶瓷套管26中心、光束分析仪32传感器中心均处在同一轴线上，与光纤轴线重合。

透镜光纤置于光纤旋转夹具24上时，可以穿过闭环陶瓷套管26，并露出适当光纤长度，五维滑台21可以调节透镜光纤与光束分析仪32传感器平面垂直。

视觉监控模块4包括竖向固定座41、镜筒固定架一42、CCD显微镜一43、竖直支架44、水平调节板45、镜筒固定架二46、CCD显微镜二47，用于监控透镜光纤的移动和旋转状态，并对其进行空间定位，水平视觉监控单元包括竖向固定座41、镜筒固定架一42、CCD显微镜一43，可以对透镜光纤在竖直方向上的移动和旋转状态进行监控并定位，竖直视觉监控单元包括竖直支架44、水平调节板45、镜筒固定架二46、和CCD显微镜二47，可以对透镜光纤在水平方向上的移动和旋转状态进行监控并定位。

光学测试模块3与计算机相连，并可以使用现有技术提取从光束分析仪32中提取光束测量数据，经过进计算分析，得到透镜光纤出光光束偏轴度及发散角数据。

测量过程如下：

S1、将待测透镜光纤放置于光纤旋转夹具24上，使光纤端面穿过闭环陶瓷插芯，并露出一定的光纤长度；

S2、使用五维滑台21将透镜光纤的端面沿着光纤轴线方向送至测试区域，通过视觉监控模块4中的水平视觉监控单元和竖直视觉监控单元的辅助，将透镜光纤端面微调至待测位置；

S3、旋转光纤旋转夹具24，直至光束分析仪32的监控界面上的光斑呈现最小椭圆度值，以光斑强度半高宽(FWHM)为基准，此时光斑的快轴方向长度Y达到最大值，慢轴方向长度X达到最小值，微调五维滑台21，使得透镜光纤端面同时处在视觉监控模块4中的水平视觉监控单元和竖直视觉监控单元标定的固定位置，需补充的是，该固定位置处光纤轴线垂直于探测器平面并经过探测器正中心，将此时的透镜光纤位置记为状态一，记录状态一时的光斑中心的坐标值(X1,Y1)，记录光斑在快轴和慢轴方向上的尺寸A1和B1，记录透镜光纤端面与探测器平面的距离D；

S4、由于S3步骤状态下光纤轴线垂直于探测器平面并经过探测器中心，且光纤端面距离探测器平面的距离D不变，通过计算机抓取S3步骤记录的光斑中心坐标值(X1,Y1)，光斑在快轴和慢轴方向上的尺寸A1、B1，透镜光纤端面与探测器平面的距离D，使用计算机计算X1和D的几何关系可以得到透镜光纤出光光束在慢轴方向上的偏轴度Z1，同理计算Y1和D的几何关系可以得到其快轴方向上的偏轴度Z2，根据偏轴度Z1和Z2，以及光斑尺寸A1和B1，对光束的发散角进行几何计算补偿，则可以计算出快轴和慢轴方向的发散角W。

本实用新型中，通过采集透镜光纤在两个位置状态下的出光光束参数，即可计算透镜光纤出光光束偏轴度及发散角。该装置构造简单，上手方便，易于进行测量操作，测试过程简洁快速且效率高，对操作人员技术水平要求不高。

本实用新型利用了光束分析仪32实时测量高斯光束的能量的场强分布的特性，可以一次性测出透镜光纤的快轴和慢轴的发散角、偏轴。另外，本实用新型测量定位透镜光纤旋转方向时，是利用两个方向的CCD和光束的椭圆度值综合定位(是可以量化的)，更加精准。

现有测量技术中的方向定位没有本方案精准，只是利用CCD，没有数字量化。一次性只能测量一个方向的发散角和偏轴。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，其特征在于，包括光纤夹持及微调模块(2)、光学测试模块(3)和视觉监控模块(4)；

所述光纤夹持及微调模块(2)包括调节机构和量化机构，所述调节机构用于夹持光纤并对其进行微动调节，所述量化机构用于记录光纤的平移量和旋转角度；

所述光纤带透镜的一端置于光纤夹持及微调模块(2)的夹持治具上，另一端连接泵浦光源；

所述光学测试模块(3)用于探测透镜光纤的出光光束，所述视觉监控模块(4)用于监控光纤侧面在两个轴向方向的位置，并对光纤端面进行空间定位。

2.根据权利要求1所述的一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，其特征在于：所述光纤夹持及微调模块(2)包括五维滑台(21)、移动块(22)、锁紧块(23)、光纤旋转夹具(24)、连接座(25)、闭环陶瓷套管(26)，所述移动块(22)可调节的设置在五维滑台(21)的燕尾槽上，并通过锁紧块(23)固定，所述移动块(22)上端用于固定光纤旋转夹具(24)，所述连接座(25)与光纤旋转夹具(24)固定，所述连接座(25)上端圆孔内固定有闭环陶瓷套管(26)，闭环陶瓷套管(26)内可插入透镜光纤，用于给透镜光纤进行导向和支撑。

3.根据权利要求2所述的一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，其特征在于：所述光纤旋转夹具(24)用于在锁紧块(23)锁紧光纤后，沿光纤轴线方向进行旋转操作，所述光纤旋转夹具(24)带有角度刻度，用于对光纤的旋转角度进行量化。

4.根据权利要求2所述的一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，其特征在于：所述光学测试模块(3)包括光束分析仪底座(31)、光束分析仪(32)，所述光束分析仪底座(31)连接于底板(1)上，所述光束分析仪(32)通过定位销以水平方式连接于光束分析仪底座(31)上。

5.根据权利要求4所述的一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，其特征在于：所述光纤旋转夹具(24)上的光纤槽及旋转中心、闭环陶瓷套管(26)中心、光束分析仪(32)传感器中心均处在同一轴线上，与光纤轴线重合。

6.根据权利要求1所述的一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，其特征在于：所述视觉监控模块(4)包括水平视觉监控单元和竖直视觉监控单元，所述水平视觉监控单元用于对透镜光纤在竖直方向上的移动和旋转状态进行监控并定位，所述竖直视觉监控单元用于对透镜光纤在水平方向上的移动和旋转状态进行监控并定位。

7.根据权利要求6所述的一种测量透镜光纤出光光束偏轴度及发散角的装置，其特征在于：所述水平视觉监控单元包括竖向固定座(41)、镜筒固定架一(42)、CCD显微镜一(43)，所述CCD显微镜一(43)通过镜筒固定架一(42)与竖向固定座(41)连接；

所述竖直视觉监控单元包括竖直支架(44)、水平调节板(45)、镜筒固定架二(46)、和CCD显微镜二(47)，所述CCD显微镜二(47)通过镜筒固定架二(46)设置在水平调节板(45)，所述水平调节板(45)用于调节镜筒固定架二(46)与竖直支架(44)间的相对位置。

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