WO2015074205A1 - 一种调节光纤准直器的系统、方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种调节光纤准直器的系统、方法和设备，涉及光通信领域，以实现精确调节光纤准直器的后截距，该系统包括光发射器、光纤准直器、反射器、第一光检测器、第二光检测器和调节器，该光发射器用于向光纤准直器发送光信号，该光纤准直器用于通过光路向该反射器发送该光信号，该反射器用于将该光信号反射至该第一光检测器，并将该光信号发送至该第二光检测器，该第一光检测器用于根据该反射器反射的光信号得到该光纤准直器的插损，该第二光检测器用于接收该光信号，并得到该光信号对应的光斑，该调节器用于调节该光纤准直器的后截距，以使得该插损满足预设插损且该光斑半径满足目标光斑半径，该系统用于调节光纤准直器的后截距。
Description
一种调节光纤准直器的系统、 方法和设备 技术领域
本发明涉及光通信领域， 尤其涉及一种调节光纤准直器的系统、 方法 和设备。
背景技术
在现有的光无源器件中， 需要在发送端和接收端配置光纤准直器以增 大发送端与接收端的耦合容差， 从而提高耦合间距， 以便在发送端与接收 端之间添加光学元件， 从而实现光学器件的功能。
在现有技术中， 通过激光器发出光信号， 并通过光纤传输至光纤准直 器， 并通过光纤准直器出射， 经过位于工作距离 （即接收端光纤准直器和 发送端光纤准直器的距离） 的一半 （即光信号的束腰） 处的反射镜将该光 信号反射至光纤准直器， 并经过该光纤准直器进入光功率计， 由光功率计 通过检测该光信号的插损调节光纤准直器的后截距， 直至该插损达到最小 值时， 即可确认该光纤准直器调节完成。
釆用通过现有技术调节的光纤准直器时， 在满足对应工作距离的情况 下， 需要发送端光纤准直器的后截距和接收端光纤准直器的后截距相同， 从而使得发送端和接收端的光纤准直器的插损最小。 但是， 釆用现有技术 中对光纤准直器后截距调节的方法， 由于在发送端和接收端之间耦合的光 学元件用于传输光信号的孔径的尺寸有限， 因此， 在光信号的传输过程中， 传输的光信号可能无法满足光学元件的孔径的尺寸， 从而造成光信号传输 质量下降 （如串扰严重） ， 也就是说， 在现有技术中， 根据插损对光纤准 直器的后截距的调节， 无法保证光信号的正常传输。
发明内容
本发明的实施例提供一种调节光纤准直器的系统、 方法和设备， 以精 确调节光纤准直器的后截距。
为达到上述目的， 本发明的实施例釆用如下技术方案：
第一方面， 提供一种调节光纤准直器的系统， 包括光发射器、 光纤准
直器、 反射器、 第一光检测器、 第二光检测器和调节器；
所述光发射器， 用于向所述光纤准直器发送光信号；
所述光纤准直器，用于通过光路向所述反射器发送所述光信号，其中， 所述反射器位于所述光信号的束腰；
所述反射器， 用于将所述光信号通过所述光纤准直器反射至所述第一 光检测器， 并将所述光信号发送至所述第二光检测器；
所述第一光检测器， 用于根据所述反射器反射的光信号得到所述光纤 准直器的插损；
所述第二光检测器， 用于接收所述反射器发送的所述光信号， 并得到 所述光信号对应的光斑；
所述调节器， 用于调节所述光纤准直器的后截距， 以使得所述插损满 足预设插损且所述光斑的半径满足目标光斑半径。
在第一方面第一种可能的实现方式中， 所述反射器包括半透反射镜， 所述半透反射镜具体用于， 将所述光信号的第一部分通过所述光纤准直器 反射至所述第一光检测器， 并将所述光信号的第二部分发送至所述第二光 检测器。
结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式， 在第二种可能的实 现方式中， 所述调节器具体用于， 调整所述光纤准直器的后截距， 以使得 所述光斑的半径满足所述目标光斑半径， 其中， 所述目标光斑半径是根据 所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离、 目标束腰半径及所述光信 号的波长得到的， 所述目标束腰半径是根据工作距离确定的后截距得到， 所述工作距离为发送端的光纤准直器和接收端的光纤准直器之间的距离。
结合第一方面第二种可能的实现方式， 在第三种可能的实现方式中， 所述调节器具体用于， 调整所述光纤准直器的后截距， 以使得所述光斑的 半径满足所述目标光斑半径， 其中， 所述目标光斑半径通过公式
ω2 (ζ) = ω0 2[1 + (—^γ)2 ] 得到； 其中， ζ为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， 为所述目标光斑半径， ω。为所述目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长，
为圓周率。
第二方面， 提供一种调节光纤准直器的方法， 包括：
调节光纤准直器的后截距， 以便经过所述光纤准直器的光信号到达反 射器，所述反射器将所述光信号通过所述光纤准直器反射至第一光检测器， 以使得所述第一光检测器根据所述光信号得到所述光纤准直器的插损， 所 述反射器将所述光信号发送至第二光检测器， 以使得所述第二光检测器根 据所述光信号得到所述光信号的光斑；
在所述插损满足预设插损且所述光斑的半径满足目标光斑半径时， 确 定当前后截距为所述光纤准直器的工作后截距。
在第二方面第一种可能的实现方式中， 所述反射器包括半透反射镜， 以便所述半透反射镜将所述光信号的第一部分通过所述光纤准直器反射至 所述第一光检测器，并将所述光信号的第二部分发送至所述第二光检测器。
结合第二方面或第二方面第一种可能的实现方式， 在第二种可能的实 现方式中， 所述目标光斑半径是通过公式
2 (ζ) = ω0 2[1 + (—^)2]
得到的；其中， ζ为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， ω(ζ) 为所述目标光斑半径， ω。为目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为 圓周率。
第三方面， 提供一种调节器， 包括：
调节单元， 用于调节光纤准直器的后截距， 以便经过所述光纤准直器 的光信号到达反射器， 所述反射器将所述光信号通过所述光纤准直器反射 至第一光检测器， 以使得所述第一光检测器根据所述光信号得到所述光纤 准直器的插损， 所述反射器将所述光信号发送至第二光检测器， 以使得所 述第二光检测器根据所述光信号得到所述光信号的光斑；
确定单元， 用于在所述插损满足预设插损且所述光斑的半径满足目标 光斑半径时， 确定当前后截距为所述光纤准直器的工作后截距。
在第三方面第一中可能的实现方式中， 所述确定单元具体用于， 确定 所述光斑的半径满足的目标光斑半径是通过公式
得到的；其中， ζ为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， ω(ζ) 为所述目标光斑半径， ω。为目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为 圓周率。
本发明的实施例提供一种光纤准直器调节的系统、 方法和设备， 以调 节光纤准直器的后截距， 以便经过该光纤准直器的光信号到达反射器， 该 反射器将该光信号通过该光纤准直器反射至第一光检测器， 以使得该第一 光检测器根据该光信号得到该光纤准直器的插损， 该反射器将该光信号发 送至第二光检测器， 以使得该第二光检测器根据该光信号得到该光信号的 光斑， 并根据该插损及该光斑精确调节光纤准直器的后截距， 从而提高对 光纤准直器的后截距调节的精度和准确性。
附图说明
图 1为本发明实施例提供的一种光纤准直器的示意图；
图 2为本发明实施例提供的一种调节光纤准直器的系统图；
图 3为本发明实施例提供的一种光纤准直器的球面透镜传输曲线的示 意图；
图 4 为本发明实施例提供的一种调节光纤准直器的方法的流程示意 图；
图 5为本发明实施例提供的一种调节器的结构图；
图 6为本发明实施例提供的另一种调节器的结构图。
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 有作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。
本发明实施例中的光纤准直器如图 1 所示， 包括尾纤、 球面透镜 ( C- l ens ) 以及玻璃套管， 通常釆用两个光纤准直器配对使用， 该光纤准
直器位于接收侧即为接收端光纤准直器， 位于发射侧即为发射端光纤准直 器， 发射端光纤准直器与接收端光纤准直器间的距离为工作距离， 在工作 距离的二分之一处 （即发射端光纤准直器与接收端光纤准直器间距的中央 处） 为光纤准直器传输的光信号的束腰， 光纤准直器的尾纤与球面透镜间 的距离即为该光纤准直器的后截距， 通过调节光纤准直器的后截距可以改 变光纤准直器的束腰， 本发明实施例中光纤准直器的调节过程即为对光纤 准直器的后截距的调节。
本发明实施例提供一种光纤准直器调节的系统， 如图 2所示， 包括光 发射器 21、 光纤准直器 22、 反射器 23、 第一光检测器 24、 第二光检测器 25和调节器 26。
该光发射器 21 , 用于向该光纤准直器 22发送光信号。
该光纤准直器 22 , 用于通过光路向该反射器 23发送该光信号。
其中， 该反射器 23位于该光信号的束腰。
该反射器 23 , 用于将该光信号通过该光纤准直器 22反射至该第一光 检测器 24 , 并将该光信号发送至该第二光检测器 25。
该第一光检测器 24 , 用于根据该反射器 23反射的光信号得到该光纤 准直器 22的插损。
该第二光检测器 25 , 用于接收该光纤准直器 22发送的该光信号， 并 得到该光信号对应的光斑。
该调节器 26 , 用于调节该光纤准直器 22的后截距， 以使得该插损满 足预设插损且该光斑的半径满足目标光斑半径。
其中， 在该插损满足预设插损且该光斑的半径满足目标光斑半径时， 则确定该调节后的后截距为工作后截距， 该工作后截距为满足该光纤准直 器正常传输光信号的后截距。
具体地， 该光发射器及该第一光检测器与该光纤准直器连接， 将待调 节的光纤准直器固定在该调节器上， 确定工作距离， 并在距离光纤准直器 出射位置的工作距离的二分之一处安置反射器， 在反射器另一面安置第二 光检测器。
需要说明的是， 在该第二光检测器安置后， 工作人员通过该调节器调
整光纤准直器的位置， 以便通过光纤准直器的光信号可以传输至该第二光 检测器的中心， 以提高获取光斑的精确度。
另外， 该第二光检测器与该反射器应当尽量贴合， 以提高对光斑的检 测的精确度以及更好地判断当前光纤准直器的后截距对应的束腰的状况。
具体地， 工作人员可以通过在发射端光纤准直器与接收端光纤准直器 间需要耦合的光学元件确定对应的工作距离。 其中， 该工作距离为发送端 的光纤准直器和接收端的光纤准直器之间的距离。
另外， 需要耦合的光学元件的孔径的尺寸限制可以作为选取需要调节 的光纤准直器对应的目标束腰半径的判断条件。
例如, 在 3D-MEMS ( Three Dimension Micro-Electro-Mechanical System,三维微机电系统 )光开关的设计中， 需要在发射端光纤准直器与接 收端光纤准直器间耦合两个 MEMS mirror 芯片以实现功能， 而该 MEMS mirror芯片的尺寸有限， 因此需要通过光纤准直器传输至该 MEMS mirror 芯片的光信号的光斑不能超出该 MEMS mirror 芯片的尺寸， 否则会使该 3D-MEMS 光开关的插损增大， 并发生串扰严重的情况， 因此， 在光纤准直 器的调节过程前， 需要首先根据需要耦合的光学元件确定对应的目标束腰 半径。
进一步地， 在确定工作距离后， 确定目标光斑半径。
具体地， 工作人员可以根据需要的工作距离通过球面透镜传输曲线的 对应关系确定两个后截距的理论值， 并根据该两个后截距的理论值通过该 球面透镜传输曲线的对应关系确定两个束腰半径的理论值， 根据需要耦合 的光学元件的孔径的尺寸限制选取对应的目标束腰半径， 并根据该目标束 腰半径确定目标光斑半径， 其中， 该球面透镜传输曲线的对应关系是根据 待调节的光纤准直器的 C-lens参数通过 ABCD法则及 q参数计算得到的。
示例地， 如图 3所示， 图中横轴表示后截距， 纵轴 A为工作距离曲线 对应的值， 纵轴 B为束腰半径曲线对应的值， 由图中可以看出， 若确定需 要的工作距离为 60毫米， 则确定有两个后截距满足该工作距离的需求， 分 别为 0.22毫米和 0.35毫米， 并通过该两个后截距可以确定对应的两个束 腰半径， 分别为 0.54毫米和 0.2毫米。
需要说明的是， 由于根据束腰半径可以确定对应的目标光斑半径， 因 此可以根据需要耦合的光学元件的空降的尺寸限制选取对应的目标束腰半 径， 使得所述目标束腰半径对应的光信号的光斑满足该尺寸限制。
更进一步地， 精确测量第二光检测器至该光信号的束腰（即工作距离 的二分之一处） 间的距离， 并根据公式
ω2 (ζ) = ω0 2[1 + (—^)2 ] 计算得到目标束腰半径对应的目标光斑的半径， 以便在通过该调节器 调节该光纤准直器的过程中， 根据该目标光斑的半径判断第二光接收器得 到的光斑。
其中， ζ 为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， 为所 述目标光斑半径， ω。为所述目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为 圓周率。
进一步地， 在确定目标光斑后， 打开光发射器， 对光纤准直器的后截 距进行调节。
具体地， 该光发射器向该光纤准直器发送光信号， 该光信号通过该光 纤准直器传输至位于束腰处的反射器， 该光信号经过反射器反射， 并通过 该光纤准直器传输至第一光检测器， 则该第一光检测器根据该光信号得到 该光纤准直器的插损； 该反射器同时将该光信号发送至该第二光检测器， 则该第二光检测器根据该光信号得到该光信号对应光斑； 工作人员通过该 调节器调节该光纤准直器的后截距， 并通过该第一光检测器检测后截距对 应的光纤准直器的插损， 通过该第二光检测器检测后截距对应的通过该光 纤准直器的光信号的光斑， 当在该第二光检测器得到的光斑满足预定的目 标光斑的情况下， 该插损达到最小值时， 确定该光纤准直器的后截距为工 作后截距。
需要说明的是， 由于在光学器件的设计、 制作、 加工以及调节的过程 中， 不可避免的会出现误差， 因此通过计算得到光纤准直器插损为 0的情 况在实际过程中无法满足， 因此在测量插损时， 在测量到的插损最接近 0 时即可判定该插损满足预设插损， 同样， 根据计算得到的目标光斑也是在
理想状态下的结果， 在实际调节过程中， 根据第二光检测器得到的光斑的 半径约等于目标光斑的半径时， 即可判定该光斑满足目标光斑， 从而保证 该光信号通过该光纤准直器的正常传输。
可选地， 该反射器 23 包括半透反射镜， 该半透反射镜具体用于， 将 该光信号的第一部分通过该光纤准直器反射至该第一光检测器， 并将该光 信号的第二部分发送至该第二光检测器。
示例地， 该光信号可以是高斯光束， 该光发射器可以是激光器， 该反 射器可以是反射镜， 该第一光检测器可以是光功率计， 该第二光检测器可 以是光斑检测器， 将激光器和光功率计与光纤准直器连接， 并将光纤准直 器固定在调节器上， 在距离光纤准直器出射位置的工作距离的二分之一处 安置反射镜， 在光路中安置光斑检测器， 在该系统搭建完成后， 打开激光 器， 激光器发出高斯光束， 高斯光束通过光纤准直器后传输至该半透反射 镜， 通过该半透反射镜反射， 高斯光束的一部分返回光纤准直器， 并在通 过该光纤准直器后， 传送至光功率计， 形成一个完整的光纤准直器的工作 光路， 光功率计检测接收到的高斯光束， 根据高斯光束得到插损； 另外， 通过该半透反射镜的透射， 高斯光束的另一部分传输至该光斑检测器， 以 便该光斑检测器接收到高斯光束， 并得到对应的光斑； 通过调节器调节光 纤准直器的后截距， 并重复执行上述通过该第一光检测器检测插损和该第 二光检测器检测光斑的过程。
在本发明一种可能的实现方式中， 工作人员可以先根据该光斑与目标 光斑的大小进行初步判断， 当该光斑接近目标光斑后， 再通过调节后截距 调节该插损， 在该光斑与该目标光斑基本一致的情况下， 在该插损达到最 小值时， 确定该插损满足预设插损， 则确定该光纤准直器的后截距为工作 后截距， 同样的， 在调节过程中， 也可以通过调节后截距使插损小于预设 阈值， 此时， 确定该插损满足预设插损， 再基于该插损通过调节后截距调 节光斑， 从而在插损达到最小且该光斑满足目标光斑的情况下， 确定该光 纤准直器的后截距为工作后截距， 本发明实施例对此不作限定。
需要说明的是， 该半透反射镜可以通过添加部分反射膜实现， 反射率 应当大于透射率， 如： 反射率为 90% , 透射率为 10% , 当反射率大时， 反射
的光信号损失的能量小， 更便于该第一光检测器检测插损， 可以使得该第 一光检测器检测的插损更准确， 对于该第二光检测器， 仅需要检测光斑的 大小， 而光斑的大小与能量无关， 因此仅需小部分光信号透射即可满足测 量需求。
进一步地， 该调节器 26 具体用于， 调整该光纤准直器的后截距， 以 使得该光斑的半径满足该目标光斑半径， 其中， 该目标光斑半径是根据该 第二光检测器至该光信号的束腰的距离、 该目标束腰半径及该光信号的波 长得到的， 其中， 该目标束腰半径是根据工作距离确定的后截距得到的。
示例地， 在光纤准直器调节前根据公式计算得到目标光斑半径为 0. 2 毫米， 在调节过程中， 当第二光检测器得到的光斑的半径接近 0. 2毫米时， 则可以再通过插损及光斑并行判断来进行精确调节， 通过调节， 发现第一 光检测器检测到的插损达到最小值的同时， 该第二光检测器得到的光斑的 半径约等于 0. 2毫米， 则可以确定该光纤准直器调节完成， 在调节过程中， 该光斑不需要与该目标光斑完全相同， 该第二光检测器得到的光斑的半径 为 0. 19毫米至 0. 21毫米间的任意值也可以确定该光斑满足目标光斑， 本 发明实施例对此不作限定。
进一步地， 当确定将该光纤准直器调节完成后， 工作人员可以点胶固 定该光纤准直器的尾纤及球面透镜， 从而完成该光纤准直器的调节。
更进一步地， 在将该光纤准直器固定好后， 可以利用该光纤准直器通 过对调法调节其他光纤准直器。
具体地， 将调节完成的光纤准直器作为基准光纤准直器， 将该基准光 纤准直器作为发射端光纤准直器， 将待调光纤准直器作为接收端光纤准直 器， 工作人员通过调节器将该基准光纤准直器及该待调光纤准直器分别固 定在间隔为工作距离长度的两端， 通过调节器调整该基准光纤准直器及该 待调光纤准直器的位置， 使通过该基准光纤准直器的光信号能够被该待调 光纤准直器接收， 将该光发射器连接在该基准光纤准直器， 将该第一光检 测器连接在该待调光纤准直器， 调节该待调光纤准直器的后截距， 在该第 一光检测器得到的插损最小时， 则说明该待调光纤准直器的后截距为工作 后截距， 即该待调光纤准直器调节完成。
需要说明的是， 本发明实施例中关于单个光纤准直器的调节过程， 也 可以用于调节光纤准直器阵列， 具体地， 将光纤准直器阵列中的每个光纤 准直器根据上述方法调节完成后统一点胶固定即可。
通过釆用上述系统， 调节光纤准直器的后截距， 以便经过该光纤准直 器的光信号到达反射器， 该反射器将该光信号通过该光纤准直器反射至第 一光检测器， 以使得该第一光检测器根据该光信号得到该光纤准直器的插 损， 该反射器将该光信号发送至第二光检测器， 以使得该第二光检测器根 据该光信号得到该光信号的光斑， 根据该插损及该光斑精确调节光纤准直 器的后截距， 从而提高对光纤准直器的后截距调节的精度和准确性。 本发明实施例提供一种调节光纤准直器的方法， 如图 4所示， 该方法 实施例应用于一种光纤准直器调节的系统， 该系统包括： 光发射器、 光纤 准直器、 反射器、 第一光检测器、 第二光检测器和调节器， 该方法的执行 主体为调节器， 包括：
S40 调节器调节光纤准直器的后截距， 以便经过该光纤准直器的光 信号到达反射器， 该反射器将该光信号通过该光纤准直器反射至第一光检 测器， 以使得该第一光检测器根据该光信号得到该光纤准直器的插损， 该 反射器将该光信号发送至第二光检测器， 以使得该第二光检测器根据该光 信号得到该光信号的光斑。
具体地， 该光发射器向该光纤准直器发送的光信号通过该光纤准直器 传输至位于束腰处的反射器， 该光信号经过反射器反射， 并通过该光纤准 直器传输至第一光检测器， 使得该第一光检测器根据该光信号得到该光纤 准直器的插损； 该反射器同时将该光信号发送至该第二光检测器， 使得该 第二光检测器根据该光信号得到该光信号对应光斑； 在调节器调节该光纤 准直器的后截距后， 通过该第一光检测器检测后截距对应的光纤准直器的 插损， 并通过该第二光检测器检测后截距对应的通过该光纤准直器的光信 号的光斑。
需要说明的是， 在该第二光检测器安置后， 工作人员通过该调节器调 整光纤准直器的位置， 以便通过光纤准直器的光信号可以传输至该第二光
检测器的中心， 以提高获取光斑的精确度。
进一步地， 工作人员可以通过在发射端光纤准直器与接收端光纤准直 器间需要耦合的光学元件确定对应的工作距离。 其中， 该工作距离为发送 端的光纤准直器和接收端的光纤准直器之间的距离
在本发明一种可能的实现方式中， 该反射器包括半透反射镜， 以便该 半透反射镜将该光信号的第一部分通过该光纤准直器反射至该第一光检测 器， 并将该光信号的第二部分发送至该第二光检测器。
示例地， 该光信号可以是高斯光束， 该光发射器可以是激光器， 该反 射器可以是半透反射镜， 该第一光检测器可以是光功率计， 该第二光检测 器可以是光斑检测器， 该激光器和光功率计与光纤准直器连接， 该光纤准 直器固定在调节器上， 在距离光纤准直器出射位置的工作距离的二分之一 处安置有半透反射镜， 在该半透反射镜接收光信号的另一侧安置有光斑检 测器， 该激光器发出的高斯光束通过光纤准直器后传输至该半透反射镜， 通过该半透反射镜反射， 高斯光束的一部分返回光纤准直器， 并在通过该 光纤准直器后， 传送至光功率计， 形成一个完整的光纤准直器的工作光路， 光功率计检测接收到的高斯光束， 根据该高斯光束得到插损， 另外， 通过 该半透反射镜的透射， 高斯光束的另一部分传输至该光斑检测器， 以便该 光斑检测器接收到高斯光束， 并得到对应的光斑。
需要说明的是， 该半透反射镜可以通过添加部分反射膜实现， 反射率 应当大于透射率， 如： 反射率为 90% , 透射率为 10% , 当反射率大时， 反射 的高斯光束损失的能量小， 更便于该第一光检测器检测插损， 并且可以使 得该第一光检测器检测的插损更准确， 对于该第二光检测器， 仅需要检测 光斑的大小， 而光斑的大小则与能量无关， 因此仅需小部分高斯光束透射 即可满足测量需求。
S402、 调节器在该插损满足预设插损且该光斑的半径满足目标光斑半 径时， 确定当前后截距为该光纤准直器的工作后截距。
示例地， 工作人员通过调节器调节光纤准直器的后截距， 并重复执行 上述步骤 S401 中通过该第一光检测器检测插损和该第二光检测器检测光 斑的过程， 工作人员可以先根据该光斑与目标光斑的大小进行初步判断，
当该光斑接近目标光斑后， 再通过调节后截距调节该插损， 在该光斑与该 目标光斑基本一致的情况下， 在该插损达到最小值时， 确定该插损满足预 设插损， 则确定该光纤准直器的后截距为工作后截距， 同样的， 在调节过 程中， 也可以通过调节后截距使插损小于预设阈值， 此时， 确定该插损满 足预设插损， 再基于该插损通过调节后截距调节光斑， 从而在插损达到最 小且该光斑满足目标光斑的情况下， 确定该光纤准直器的后截距为工作后 截距， 本发明实施例对此不作限定。
需要说明的是， 由于在光学器件的设计、 制作、 加工以及调节的过程 中， 不可避免的会出现误差， 因此通过计算得到光纤准直器插损为 0的情 况在实际过程中无法满足， 因此在测量插损时， 找到插损最接近 0时即可 判定该插损满足预设插损， 同样， 通过计算得到的目标光斑也是在理想状 态下的结果， 在实际调节过程中， 根据第二光检测器得到的光斑的半径约 等于目标光斑的半径时， 即可判定该光斑满足目标光斑。
进一步地， 在调节该光纤准直器前， 工作人员可以根据需要的工作距 离通过球面透镜传输曲线的对应关系确定两个后截距的理论值， 并根据该 两个后截距的理论值通过该球面透镜传输曲线的对应关系确定两个束腰半 径的理论值， 根据需要耦合的光学元件的孔径的尺寸限制选取对应的目标 束腰半径， 并根据该目标束腰半径确定目标光斑半径， 其中， 该球面透镜 传输曲线的对应关系是根据待调节的光纤准直器的 C- l ens 参数通过 ABCD 法则及 q参数计算得到的， 具体过程参考上述实施例中对图 3的描述， 此 处不再赘述。
其中， 需要耦合的光学元件的孔径的尺寸限制可以作为选取需要调节 的光纤准直器对应的目标束腰半径的判断条件。
例如， 在 3D-MEMS光开关的设计中， 需要在发射端光纤准直器与接收 端光纤准直器间耦合两个 MEMS mi r ror芯片以实现功能， 而该 MEMS mi r ror 芯片的尺寸有限， 因此需要通过光纤准直器而传输至该 MEMS m i r ror芯片 的光信号的光斑不能超出该 MEMS mi r ror芯片的尺寸，否则会使该 3D-MEMS 光开关的插损增大， 并发生串扰严重的情况， 因此， 在光纤准直器的调节 过程之前， 需要首先根据需要耦合的光学元件确定对应的目标束腰半径。
进一步地， 在调节该光纤准直器前， 工作人员根据需要的工作距离确 定两个后截距的理论值， 并根据该两个后截距的理论值确定两个束腰半径 的理论值， 根据需要耦合的光学元件的孔径的尺寸限制选取对应的目标束 腰半径， 通过精确测量第二光检测器至该光信号的束腰 （即工作距离的二 分之一处） 间的距离， 则可以根据公式
ω2 (ζ) = ω0 2[1 + (—^)2 ] 计算得到目标束腰半径对应的目标光斑的半径， 以便在通过该调节器 调节该光纤准直器的后截距的过程中， 根据该目标光斑的半径判断第二光 接收器得到的光斑。
其中， ζ 为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， 为所 述目标光斑半径， ω。为所述目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为 圓周率。
示例地， 工作人员在调节光纤准直器的后截距前根据公式计算得到目 标光斑半径为 0. 2毫米， 则在调节过程中， 当第二光检测器得到的光斑的 半径逐渐接近 0. 2毫米时， 则可以再通过插损及光斑并行判断来进行精确 调节， 通过调节， 发现第一光检测器检测到的插损达到最小值的同时， 该 第二光检测器得到的光斑的半径约等于 0. 2毫米， 则可以确定该光纤准直 器调节完成， 在调节过程中， 该光斑不需要与该目标光斑完全相同， 该第 二光检测器得到的光斑的半径为 0. 1 9毫米至 0. 2 1毫米间的任意值也可以 判定该光斑满足目标光斑， 本发明实施例对此不作限定。
需要说明的是， 由于根据束腰半径可以确定对应的目标光斑半径， 因 此可以根据需要耦合的光学元件的空降的尺寸限制选取对应的目标束腰半 径， 使得所述目标束腰半径对应的光信号的光斑满足该尺寸限制。
进一步地， 当确定将该光纤准直器调节完成后， 工作人员可以点胶固 定该光纤准直器的尾纤及球面透镜， 从而完成光纤准直器的调节。
更进一步地， 在将该光纤准直器固定好后， 该调节器可以利用该光纤 准直器通过对调法调节其他光纤准直器。
具体地， 将调节完成的光纤准直器作为基准光纤准直器， 将该基准光
纤准直器作为发射端光纤准直器， 将待调光纤准直器作为接收端光纤准直 器， 工作人员通过调节器将该基准光纤准直器及该待调光纤准直器分别固 定在间隔为工作距离长度的两端， 通过调节器调整， 使通过该基准光纤准 直器的光信号能够被该待调光纤准直器接收， 将该光发射器连接在该基准 光纤准直器， 将该第一光检测器连接在该待调光纤准直器， 调节该待调光 纤准直器， 当该第一光检测器得到的插损最小时， 则说明该待调光纤准直 器的后截距为工作后截距， 即该待调光纤准直器调节完成。
需要说明的是， 本发明实施例中关于单个光纤准直器的调节过程， 也 可以用于调节光纤准直器阵列， 具体地， 将光纤准直器阵列中的每个光纤 准直器根据上述方法调节完成后统一点胶固定即可。
通过釆用上述调节光纤准直器的方法， 调节光纤准直器的后截距， 以 便经过该光纤准直器的光信号到达反射器， 该反射器将该光信号通过该光 纤准直器反射至第一光检测器， 以使得该第一光检测器根据该光信号得到 该光纤准直器的插损， 该反射器将该光信号发送至第二光检测器， 以使得 该第二光检测器根据该光信号得到该光信号的光斑， 并根据该插损及该光 斑精确调节光纤准直器的后截距， 从而提高对光纤准直器的后截距调节的 精度和准确性。 本发明实施例提供一种调节器 50 , 如图 5所示， 包括：
调节单元 51 , 用于调节光纤准直器的后截距， 以便经过所述光纤准直 器的光信号到达反射器， 所述反射器将所述光信号通过所述光纤准直器反 射至第一光检测器， 以使得所述第一光检测器根据所述光信号得到所述光 纤准直器的插损， 所述反射器将所述光信号发送至第二光检测器， 以使得 所述第二光检测器根据所述光信号得到所述光信号的光斑。
确定单元 52 ,用于在所述插损满足预设插损且所述光斑的半径满足目 标光斑半径时， 确定当前后截距为所述光纤准直器的工作后截距。
具体地， 该光发射器及该第一光检测器与该光纤准直器连接， 待调节 的光纤准直器固定在该调节器上， 在距离光纤准直器出射位置的工作距离 的二分之一处安置有反射器， 并在反射器另一面安置有第二光检测器。
需要说明的是， 在该第二光检测器安置后， 工作人员通过该调节器调 整光纤准直器的位置， 以便通过光纤准直器的光信号可以传输至该第二光 检测器的中心， 以提高获取光斑的精确度。
具体地， 可以通过在发射端光纤准直器与接收端光纤准直器间需要耦 合的光学元件确定对应的工作距离。 其中， 该工作距离为发送端的光纤准 直器和接收端的光纤准直器之间的距离
进一步地， 在确定工作距离后， 确定目标光斑半径。
由于根据束腰半径可以确定对应的目标光斑半径， 因此可以根据需要 耦合的光学元件的空降的尺寸限制选取对应的目标束腰半径， 使得所述目 标束腰半径对应的光信号的光斑满足该尺寸限制。
具体地， 需要耦合的光学元件的孔径的尺寸限制可以作为选取需要调 节的光纤准直器对应的目标束腰半径的判断条件。
例如, 在 3D-MEMS ( Three Dimension Micro-Electro-Mechanical System,三维微机电系统 )光开关的设计中， 需要在发射端光纤准直器与接 收端光纤准直器间耦合两个 MEMS mirror 芯片以实现功能， 而该 MEMS mirror芯片的尺寸有限， 因此需要通过光纤准直器传输至该 MEMS mirror 芯片的光信号的光斑不能超出该 MEMS mirror 芯片的尺寸， 否则会使该 3D-MEMS 光开关的插损增大， 并发生串扰严重的情况， 因此， 在调节光纤 准直器的后截距前， 需要首先根据需要耦合的光学元件确定对应的目标束 腰半径。
具体地， 在调节该光纤准直器前， 工作人员可以根据需要的工作距离 通过球面透镜传输曲线的对应关系确定两个后截距的理论值， 并根据该两 个后截距的理论值通过该球面透镜传输曲线的对应关系确定两个束腰半径 的理论值， 根据需要耦合的光学元件的孔径的尺寸限制选取对应的目标束 腰半径， 并根据该目标束腰半径确定目标光斑半径， 其中， 该球面透镜传 输曲线的对应关系是根据待调节的光纤准直器的 C-lens参数通过 ABCD法 则及 q参数计算得到的， 具体参考上述实施例中关于图 3的描述， 此处不 再赘述。
进一步地， 根据该第二光检测器至该光信号的束腰（即工作距离的二
分之一处） 间的距离， 通过公式
ω2 (ζ) = ω0 2[1 + (—^)2 ] 计算得到目标束腰半径对应的目标光斑的半径， 以便在通过该调节器 调节该光纤准直器的过程中， 根据该目标光斑的半径判断第二光接收器得 到的光斑。
其中， ζ 为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， 为所 述目标光斑半径， ω。为所述目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为 圓周率。
更进一步地， 在上述步骤完成后， 打开光发射器， 对光纤准直器的后 截距进行调节。
具体地， 该光发射器向该光纤准直器发送光信号， 该光信号通过该光 纤准直器传输至位于束腰处的反射器， 该光信号经过反射器反射， 并通过 该光纤准直器传输至第一光检测器， 则该第一光检测器根据该光信号得到 该光纤准直器的插损； 该反射器同时将该光信号发送至该第二光检测器， 则该第二光检测器根据该光信号得到该光信号对应光斑； 工作人员通过该 调节器调节该光纤准直器的后截距， 并通过该第一光检测器检测后截距对 应的光纤准直器的插损， 通过该第二光检测器检测后截距对应的通过该光 纤准直器的光信号的光斑。
在本发明一种可能的实现方式中， 该反射器包括半透反射镜， 以便该 半透反射镜将该光信号的第一部分通过该光纤准直器反射至该第一光检测 器， 并将该光信号的第二部分发送至该第二光检测器。
需要说明的是， 该半透反射镜可以通过添加部分反射膜实现， 反射率 应当大于透射率， 如： 反射率为 90% , 透射率为 1 0% , 当反射率大时， 反射 的高斯光束损失的能量小， 更便于该第一光检测器检测插损， 并且可以使 得该第一光检测器检测的插损更准确， 对于该第二光检测器， 仅需要检测 光斑的大小， 二光斑的大小则与能量无关， 因此仅需小部分高斯光束透射 即可满足测量需求。
示例地， 该光信号可以是高斯光束， 该光发射器可以是激光器， 该反
射器可以是反射镜， 该第一光检测器可以是光功率计， 该第二光检测器可 以是光斑检测器， 该激光器和光功率计与光纤准直器连接， 并且该光纤准 直器固定在调节器上， 在距离光纤准直器出射位置的工作距离的二分之一 处安置有半透反射镜， 在该半透反射镜后安置有光斑检测器， 该激光器发 出的高斯光束通过光纤准直器后传输至该半透反射镜， 通过该半透反射镜 反射， 高斯光束的一部分返回光纤准直器， 并在通过该光纤准直器后， 传 送至光功率计， 形成一个完整的光纤准直器的工作光路， 光功率计检测接 收到的高斯光束， 根据该高斯光束得到插损， 通过该半透反射镜的透射， 高斯光束的另一部分传输至该光斑检测器， 以便该光斑检测器接收到高斯 光束， 并得到对应的光斑； 通过调节器调节光纤准直器的后截距， 并重复 执行上述通过该第一光检测器检测插损和该第二光检测器检测光斑的过 程。
在本发明一种可能的实现方式中， 工作人员可以先根据该光斑与目标 光斑的大小进行初步判断， 当该光斑接近目标光斑后， 再通过调节后截距 调节该插损， 在该光斑与该目标光斑基本一致的情况下， 在该插损达到最 小值时， 确定该插损满足预设插损， 则确定该光纤准直器的后截距为工作 后截距， 同样的， 在调节过程中， 也可以通过调节后截距使插损小于预设 阈值， 此时， 确定该插损满足预设插损， 再基于该插损通过调节后截距调 节光斑， 从而在插损达到最小且该光斑满足目标光斑的情况下， 确定该光 纤准直器的后截距为工作后截距， 本发明实施例对此不作限定。
具体地， 该确定单元 52 具体用于， 确定该光斑的半径满足通过上述 公式得到的目标光斑半径。
示例地， 在调节光纤准直器的后截距前根据公式计算得到目标光斑半 径为 0. 2毫米， 则在调节过程中， 当第二光检测器得到的光斑的半径接近 0. 2 毫米时， 则可以再通过插损及光斑并行判断来进行精确调节， 通过调 节， 发现第一光检测器检测到的插损达到最小值的同时， 该第二光检测器 得到的光斑的半径约等于 0. 2毫米， 则可以确定该光纤准直器调节完成， 在调节过程中， 该光斑不需要与该目标光斑完全相同， 该第二光检测器得 到的光斑的半径为 0. 19毫米至 0. 21毫米间的任意值也可以确定该光斑满
足目标光斑， 本发明实施例对此不作限定。
进一步地， 当确定将该光纤准直器调节完成后， 可以点胶固定该光纤 准直器的尾纤及球面透镜， 从而完成该光纤准直器的调节。
更进一步地， 在将该光纤准直器固定好后， 可以利用该光纤准直器通 过对调法调节其他光纤准直器。
具体地， 将调节完成的光纤准直器作为基准光纤准直器， 将该基准光 纤准直器作为发射端光纤准直器， 将待调光纤准直器作为接收端光纤准直 器， 通过调节器将该基准光纤准直器及该待调光纤准直器分别固定在间隔 为工作距离长度的两端， 通过调节器调整该基准光纤准直器及该待调光纤 准直器的位置， 使通过该基准光纤准直器的光信号能够被该待调光纤准直 器接收， 将该光发射器连接在该基准光纤准直器， 将该第一光检测器连接 在该待调光纤准直器， 调节该待调光纤准直器的后截距， 在该第一光检测 器得到的插损最小时， 则说明该待调光纤准直器的后截距为工作后截距， 即该待调光纤准直器调节完成。
需要说明的是， 本发明实施例中关于单个光纤准直器的调节过程， 也 可以用于调节光纤准直器阵列， 具体地， 将光纤准直器阵列中的每个光纤 准直器根据上述方法调节完成后统一点胶固定即可。
通过釆用上述调节器， 调节光纤准直器的后截距， 以便经过该光纤准 直器的光信号到达反射器， 该反射器将该光信号通过该光纤准直器反射至 第一光检测器， 以使得该第一光检测器根据该光信号得到该光纤准直器的 插损， 该反射器将该光信号发送至第二光检测器， 以使得该第二光检测器 根据该光信号得到该光信号的光斑， 根据该插损及该光斑精确调节光纤准 直器的后截距， 从而提高对光纤准直器的后截距调节的精度和准确性。 本发明提供的一种调节器 60, 如图 6所示， 该调节器 60 包括： 处理器( processor )61、通信接口 ( Commun i ca tions Interface ) 62、 存储器 （ memory ) 63 和通信总线 64; 其中， 所述处理器 61、 所述通信接口 62和所述存储器 63通过所述通信总线 64完成相互间 的通信。
处理器 61 可能是一个中央处理器 CPU, 或者是特定集成电路 ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ) , 或者是被酉己 置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器 63用于存放程序代码， 所述程序代码包括计算机操作指 令。 存储器 63可能包含高速 RAM存储器， 也可能还包括非易失性存 储器 ( non-volat i le memory ), 例如至少一个磁盘存储器。
所述通信接口 62, 用于实现这些装置之间的连接通信。
所述处理器 61执行程序代码， 用于调节光纤准直器的后截距， 以 便经过所述光纤准直器的光信号到达反射器， 所述反射器将所述光信号通 过所述光纤准直器反射至第一光检测器， 以使得所述第一光检测器根据所 述光信号得到所述光纤准直器的插损， 所述反射器将所述光信号发送至第 二光检测器， 以使得所述第二光检测器根据所述光信号得到所述光信号的 光斑，并在所述插损满足预设插损且所述光斑的半径满足目标光斑半径时， 确定当前后截距为所述光纤准直器的工作后截距。
可选地， 该处理器 61 还用于， 确定所述光斑的半径满足的目标光斑 半径是通过公式
得到的；其中， ζ为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， ω(ζ) 为所述目标光斑半径， ω。为目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为 圓周率。
以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局 限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可 轻易想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明 的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims
1、 一种调节光纤准直器的系统， 其特征在于， 包括光发射器、 光纤 准直器、 反射器、 第一光检测器、 第二光检测器和调节器；
所述光发射器， 用于向所述光纤准直器发送光信号；
所述光纤准直器， 用于通过光路向所述反射器发送所述光信号， 其中， 所述反射器位于所述光信号的束腰；
所述反射器， 用于将所述光信号通过所述光纤准直器反射至所述第一 光检测器， 并将所述光信号发送至所述第二光检测器；
所述第一光检测器， 用于根据所述反射器反射的光信号得到所述光纤 准直器的插损；
所述第二光检测器， 用于接收所述反射器发送的所述光信号， 并得到 所述光信号对应的光斑；
所述调节器， 用于调节所述光纤准直器的后截距， 以使得所述插损满 足预设插损且所述光斑的半径满足目标光斑半径。
2、 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征在于， 所述反射器包括半透 反射镜， 所述半透反射镜具体用于， 将所述光信号的第一部分通过所述光 纤准直器反射至所述第一光检测器， 并将所述光信号的第二部分发送至所 述第二光检测器。
3、 根据权利要求 1 或 1 所述的系统， 其特征在于， 所述调节器具体 用于， 调整所述光纤准直器的后截距， 以使得所述光斑的半径满足所述目 标光斑半径， 其中， 所述目标光斑半径是根据所述第二光检测器至所述光 信号的束腰的距离、 目标束腰半径及所述光信号的波长得到的， 所述目标 束腰半径是根据工作距离确定的后截距得到， 所述工作距离为发送端的光 纤准直器和接收端的光纤准直器之间的距离。
4、 根据权利要求 3所述的系统， 其特征在于， 所述调节器具体用于， 调整所述光纤准直器的后截距， 以使得所述光斑的半径满足所述目标光斑 半径， 其中， 所述目标光斑半径通过公式
ω2 (ζ) = ω0 2[1 + (—^γ)2 ]
得到； 其中， z为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， 为所述目标光斑半径， ω。为所述目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为圓周率。
5、 一种调节光纤准直器的方法， 其特征在于， 包括：
调节光纤准直器的后截距， 以便经过所述光纤准直器的光信号到达反 射器，所述反射器将所述光信号通过所述光纤准直器反射至第一光检测器， 以使得所述第一光检测器根据所述光信号得到所述光纤准直器的插损， 所 述反射器将所述光信号发送至第二光检测器， 以使得所述第二光检测器根 据所述光信号得到所述光信号的光斑；
在所述插损满足预设插损且所述光斑的半径满足目标光斑半径时， 确 定当前后截距为所述光纤准直器的工作后截距。
6、 根据权利要求 5 所述的方法， 其特征在于， 所述反射器包括半透 反射镜， 以便所述半透反射镜将所述光信号的第一部分通过所述光纤准直 器反射至所述第一光检测器， 并将所述光信号的第二部分发送至所述第二 光检测器。
7、 根据权利要求 5 或 6 所述的方法， 其特征在于， 所述目标光斑半 径是通过公式
ω2 (ζ) = ω0 2[1 + (—^)2] 得到的；其中， ζ为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， ω(ζ) 为所述目标光斑半径， ω。为目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为 圓周率。
8、 一种调节器， 其特征在于， 包括：
调节单元， 用于调节光纤准直器的后截距， 以便经过所述光纤准直器 的光信号到达反射器， 所述反射器将所述光信号通过所述光纤准直器反射 至第一光检测器， 以使得所述第一光检测器根据所述光信号得到所述光纤 准直器的插损， 所述反射器将所述光信号发送至第二光检测器， 以使得所 述第二光检测器根据所述光信号得到所述光信号的光斑；
确定单元， 用于在所述插损满足预设插损且所述光斑的半径满足目标
光斑半径时， 确定当前后截距为所述光纤准直器的工作后截距。
9、 根据权利要求 8 所述的调节器， 其特征在于， 所述确定单元具体 用于， 确定所述光斑的半径满足的目标光斑半径是通过公式
ω2 (ζ) = ω0 2[1 + (—^)2] 得到的； 其中， ζ为所述第二光检测器至所述光信号的束腰的距离， 为所述目标光斑半径， ω。为目标束腰半径， Α表示所述光信号的波长， 为 圓周率。
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Cited By (4)
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