一种激光光纤耦合调试的装置的制作方法

1.本实用新型涉及光学仪器装调领域，尤其涉及一种激光通信光纤耦合过程中同轴度和偏振态的调试装置。


背景技术：

2.在激光通信领域，光纤主要用于传输激光信号。激光信号经激光发生器通过光纤传输到激光发射镜组，在光学装置中经过一系列的处理之后，从激光接收镜组输出。
3.激光光纤的接头法兰与激光发射、接收镜组的法兰依靠螺钉相连接，这种连接方式无法直接保证光纤的光轴与对应镜组的光轴重合，也无法严格保证其偏振方向。
4.201922101566.4提供了一种用于检测激光扫描架同轴度精准位置的工装，该工装包括设在上激光位移传感器(1)和下激光位移传感器(2)之间的针孔座(3)，针孔座(3)中部开设有由上至下相通的内腔(4)，内腔(4)内设有与内腔(4)相适配的隔套(5)和针孔片(6)，针孔片(6)分别设在隔套(5)的两侧，针孔座(3)上还设有可在针孔座(3)上移动的角铁(7)。该工装以两片针孔片上的同轴针孔作为基准，安装在对射的两个激光位移传感器中间，分别检测激光束是否与针孔同轴，并设置用来反馈结果的角铁，从而实现调整两道对射激光束，使其满足同轴度的要求，提高激光同轴度检测的精度，同时提高检测的效率，简化了检测的方式。但该工装仅能用于检测激光同轴度，无法同时进行偏振态的检测。
5.201820395667.x提供了一种利于调节光束偏振态的光学镜架，该镜架它包括镜座、镜片架和转动镜套；镜座和镜片架一体成型；镜片架的正中间有一贯穿所述镜片架的圆形开孔用于通过激光光束，圆形开孔的底部有向内延伸与镜片架一体成型的第一圆环衬托部；转动镜套间隙配合的嵌入镜片架的圆形开孔至第一圆环衬托部止，通过转动转动镜套实现光束偏振态的调节。该镜架通过转动把手转动安装有偏振片的转动镜套，能够直接在光路中或者激光器工作发射出激光的情况下实时调节，不会因为将偏振片取出再放入光路导致光路出现偏差而使得最后实验结果出现误差，极大地提高了光学实验效率，通过与格兰棱镜的配合能够实时检测光束的偏振态和改变光束某一偏振态的百分比。但该工装仅能用于偏振态的检测，无法同时进行激光同轴度检测。
6.综上，现有技术方案中，针对单一的检测或装调目标均有相应的检测及装调方式，但这些检测装调结构及检测装调方式均考虑了较多的单一应用场景，而无法有效针对同轴度和偏振态的联合检测装调，因此，本实用新型研究了一种可以调试光纤与镜组同轴度和偏振态的装置和方法。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种光纤耦合调试的装置，主要解决了现有技术无法联调同轴度和偏振态的问题。
8.本实用新型的具体技术解决方案如下：
9.该激光光纤耦合的调试装置包括用于测试待调镜组和激光光纤同轴度的测试装
置、用于检测待调镜组和激光光纤偏振态的检测装置、以及根据测试及检测结果调节并固定待调镜组和激光光纤的装调工装；装调工装固定设置于第一剪切台上，检测装置固定设置于第二剪切台上，测试装置固定设置于第三剪切台上；第一剪切台、第二剪切台、第三剪切台用于承载装调工装、检测装置和测试装置的平面水平且共面；装调工装包括与第一剪切台固定连接的固定支座，固定支座上设置有用于对待调激光光纤进行旋转调节的旋转块，用于对待调激光光纤进行垂直于水平方向所在的平面上进行二维平移调节的平移调节装置；所述待调激光光纤与旋转块固定连接，待调激光光纤与镜组通过位置调节装置连接。
10.进一步的，所述固定支座包括圆形固定板及设置在圆形固定板外周上且垂直于圆形固定板的固定沿，固定板中心处设置有用于安装待调镜组和激光光纤安装孔，安装孔圆周上设置有用于套接旋转块的垂直于圆形固定板的套接沿；所述旋转块的纵截面为t型，旋转块包括管状的旋转调节段和平移调节段，旋转调节段的外径大于平移调节段的外径；所述平移调节装置包括多边形固定板和至少两个设置在不同方向的调节螺栓；多边形固定板套接在旋转块的平移调节段外侧，且与旋转块的平移调节段外侧相适配；调节螺栓与圆形固定板的固定沿螺纹连接，调节螺栓的螺杆端部分别顶紧在多边形固定板不同侧；所述激光光纤固定设置于旋转块内。平移调节装置的结构类型较多，以能够实现垂直于水平方向上的二维平面调整为最基本要求，上述优选方案于圆形固定板上设置外沿，作为调节螺栓的旋转基准，同时，调节螺栓与多边形固定板配合，可以从多个不同的角度进行调节，结构简单、操作简便、可靠性高。
11.进一步的，所述多边形固定板为正方形固定板，调节螺栓为四个，调节螺栓的螺杆端部分别顶紧在正方形固定板的四条边的中点上。正方形固定板结构相对较为简单，调节螺栓的数量与正方形边的数量相同，可以从四个方向进行调节，基本满足了调节精度的要求；同时，调节完成后，调节螺栓的固定简单可靠，不会因其它作业导致固定位置的偏移。
12.进一步的，所述激光光纤通过光纤法兰固定设置于旋转块内，光纤法兰与激光镜组通过螺栓连接，且光纤法兰与激光镜组一端之间设置有修切垫。螺栓配合修切垫的连接方式既能满足固定的要求，特殊情况下，还可以对二者之间的连接进行需要的调节。
13.进一步的，所述测试装置包括自准直平行光管和光源，自准直平行光管固定设置于第三剪切台上，光源固定设置于自准直平行光管上；所述自准直平行光管调节自准像与视场中心位置时，于待调镜组远离激光光纤一端设置第一平面反射镜。自准直平行光管和光源成本相对较低，设置于剪切台上配合平面反射镜工作，调节精度也能够控制在要求范围内。
14.进一步的，所述检测装置包括用于检测偏振态的偏振测量仪，先后设置在第二剪切台上的五棱镜系统和pbs分光镜系统；五棱镜系统和pbs分光镜系统通过五维调整架固定于第二剪切台上；所述五棱镜系统包括五棱镜、第二平面反射镜，检测时将可变光阑设置于待调镜组远离激光光纤一端，五维调整架固定设置在第二剪切台上，五棱镜的非工作面贴合于五维调整架上，五棱镜一个工作面与待测镜组平行，五棱镜光线出射方向上设置有用于将入射激光反射并依次通过五棱镜和可变光阑的第二平面反射镜；所述pbs分光镜系统包括pbs分光棱镜和功率计，检测时将可变光阑设置于待调镜组远离激光光纤一端，五维调整架固定设置在第二剪切台上，pbs分光棱镜固定于五维调整架上，调整pbs分光棱镜位置使表面反射的激光可进入可变光阑后取掉可变光阑，功率计设置于pbs分光棱镜后接收激
光。
15.该装置通过设置五棱镜系统来观察由第二平面反射镜返回光阑的光斑，以此调节五维调整架的姿态，保证五维调整架上的工作面的俯仰角度；再根据不同镜组安装pbs分光镜系统，以扩展适用范围。
16.本实用新型的优点在于：
17.1、利用本实用新型提供的光纤耦合调试的装置和方法，能够实现待调镜组和激光光纤同轴度和偏振态的联合调试；
18.2、本实用新型提供的光纤耦合调试装置结构简单、适用性强、调整精度高。
附图说明
19.图1为激光光纤耦合调试的装置原理示意图；
20.图2为装调工装结构左视图；
21.图3为装调工装结构主视图；
22.图4为同轴度调节原理示意图；
23.图5为五棱镜系统调节原理示意图；
24.图6为pbs分光镜系统调节原理示意图；
25.图7为偏振态测试原理示意图；
26.附图明细如下：
[0027]1‑
装调工装，2
‑
检测装置，3
‑
测试装置，4
‑
待调镜组，5
‑
激光光纤，6
‑
偏振测量仪；
[0028]
11
‑
第一剪切台，12
‑
固定支座，121
‑
圆形固定板，122
‑
固定沿，13
‑
旋转块，131
‑
旋转调节段131，132
‑
平移调节段，14
‑
平移调节装置，15
‑
位置调节装置，16
‑
光纤法兰，17
‑
调节螺栓，18
‑
修切垫；
[0029]
21
‑
第二剪切台，22
‑
可变光阑，23
‑
五维调整架，24
‑
五棱镜，25
‑
第二平面反射镜，26
‑
pbs分光棱镜，27
‑
功率计，
[0030]
31
‑
第三剪切台；32
‑
光源，33
‑
自准直平行光管，34
‑
第一平面反射镜。
具体实施方式
[0031]
本实用新型的核心在于提供一种能够联调激光光纤5与激光发射或接收镜组之间的光轴同轴度和偏振态的装置和方法。
[0032]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，并参照附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0033]
该激光光纤耦合的调试装置包括用于测试待调镜组4和激光光纤5同轴度的测试装置3、用于检测待调镜组4和激光光纤5偏振态的检测装置2、以及根据测试及检测结果调节并固定待调镜组4和激光光纤5的装调工装1；装调工装1固定设置于第一剪切台11上，检测装置2固定设置于第二剪切台21上，测试装置3固定设置于第三剪切台31上；第一剪切台11、第二剪切台21、第三剪切台31用于承载装调工装1、检测装置2和测试装置3的平面水平且共面；装调工装1包括与第一剪切台11固定连接的固定支座12，固定支座12上设置有用于对待调激光光纤5进行旋转调节的旋转块13，用于对待调激光光纤5进行垂直于水平方向所在的平面上进行二维平移调节的平移调节装置14；待调激光光纤5与旋转块13固定连接，待
调激光光纤5与待调镜组4通过位置调节装置15连接。该结构框架综合了待调镜组4和激光光纤5的安装及同轴度和偏振态两种调节，实现了同轴度和偏振态的联合调试。
[0034]
前述装调工装1、检测装置2或测试装置3，均应满足相应的目标要求。其中，装调工装1可采用多种不同结构方式来实现对目标的安装和调节，但任何结构均应至少满足激光光纤5法兰的两个方向的平移和一个方向的旋转。该实施例中提供一种结构简单、操作方便、精度高且可靠性强的结构。
[0035]
固定支座12包括圆形固定板121及设置在圆形固定板121外周上且垂直于圆形固定板121的固定沿122，圆形固定板121中心处设置有用于安装待调镜组4和激光光纤5安装孔，安装孔圆周上设置有用于套接旋转块13的垂直于圆形固定板121的套接沿；旋转块13的纵截面为t型，旋转块13包括管状的旋转调节段131和平移调节段132，旋转调节段131的外径大于平移调节段132的外径，旋转调节段131为手持部分；平移调节装置14包括多边形固定板和至少两个设置在不同方向的调节螺栓；该实施例中选择正方形配合四个调节螺栓的结构进行说明，其中，调节螺栓的螺杆端部分别顶紧在正方形固定板的四条边的中点上，正方形固定板套接在旋转块13的平移调节段132外侧，且与旋转块13的平移调节段132外侧相适配；调节螺栓与圆形固定板121的固定沿122螺纹连接，调节螺栓的螺杆端部分别顶紧在多边形固定板不同侧；激光光纤5固定设置于旋转块13内。
[0036]
旋转块13中间开设方孔，激光光纤5通过光纤法兰16固定设置于旋转块13内，旋转块13方孔尺寸与激光光纤5法兰相适配，光纤法兰16与激光镜组通过螺栓连接，且光纤法兰16与激光镜组一端之间设置有修切垫18。螺栓配合修切垫18的连接方式既能满足固定的要求，特殊情况下，还可以对二者之间的连接进行需要的调节。
[0037]
使用调试工装时，通过四个调整螺钉对光纤法兰16进行平移，两个位置相对的调整螺钉控制光纤法兰16的一个平移方向，其余两个调整螺钉控制光纤法兰16的另一个与之垂直的平移方向；通过控制旋转块13的手持部分，调节光纤法兰16的旋转角度。
[0038]
测试装置3包括自准直平行光管33和光源32，自准直平行光管33固定设置于第三剪切台31上，光源32固定设置于自准直平行光管33上；所述自准直平行光管33调节自准像与视场中心位置时，于待调镜组4远离激光光纤5一端设置第一平面反射镜34。自准直平行光管33和光源32成本相对较低，设置于剪切台上配合第一平面反射镜34工作，调节精度也能够控制在要求范围内。
[0039]
检测装置2包括用于检测偏振态的偏振测量仪6，先后设置在第二剪切台21上的五棱镜24系统和pbs分光镜系统；
[0040]
其中，五棱镜24系统和pbs分光镜系统通过五维调整架23固定于第二剪切台21上；所述五棱镜24系统包括五棱镜24、第二平面反射镜25，检测时将可变光阑22设置于待调镜组4远离激光光纤5一端，五维调整架23固定设置在第二剪切台21上，五棱镜24的非工作面贴合于五维调整架23上，五棱镜24一个工作面与待测镜组平行，五棱镜24光线出射方向上设置有用于将入射激光反射并依次通过五棱镜24和可变光阑22的第二平面反射镜25；
[0041]
其中，pbs分光镜系统包括pbs分光棱镜26和功率计27，检测时将可变光阑22设置于待调镜组4远离激光光纤5一端，五维调整架23固定设置在第二剪切台21上，pbs分光棱镜26固定于五维调整架23上，调整pbs分光棱镜26位置使表面反射的激光可进入可变光阑22后取掉可变光阑22，功率计27设置于pbs分光棱镜26后接收激光。
[0042]
利用前述装置进行激光光纤5耦合调试的方法，包括以下步骤：
[0043]
1】将待调镜组4和激光光纤5安装于设置在第一剪切台11上的装调工装1内；
[0044]
2】待调镜组4和激光光纤5的同轴度调节
[0045]
2.1】调节安装在第三剪切台31上的用于测试待调镜组4和激光光纤5同轴度的测试装置3，设置相关曝光参数，并确定测试装置3的视场中心位置，一般测试装置3多选择带有光源32的自准直平行光管33；
[0046]
2.2】于待调镜组4出射光一端端面同轴贴合设置平面反射镜，于测试装置3内观察平面反射镜返回的自准像；即，将平面反射镜紧贴于待测镜组前端面(定义远离激光光纤5一端为前端，靠近激光光纤5一端为后端)，打开自准直平行光管33的光源32，观察紧贴于待测镜组前端面的平面反射镜中返回的自准像；
[0047]
2.3】调节第三剪切台31，通过调节第三剪切台31从而调节设置于第三剪切台31上自准直平行光管33的方位和俯仰角度，使自准像与视场中心位置重合，然后记录自准像重合位置的坐标后去掉平面反射镜并关闭自准直平行光管33的光源32；
[0048]
2.4】接通激光光纤5并记录经激光光纤5和待调镜组4出射的激光在测试装置3上形成的星点像的坐标，即记录自准直平行光管33视场中光纤所形成星点像的坐标；
[0049]
2.5】计算星点像坐标与自准像坐标差，如满足要求则进入步骤3，不满足则调节装调工装1，直至计算星点像坐标与自准像坐标差满足要求；具体调节方式是，调整装调工装1中的四个调节螺栓，使光纤法兰16位置产生平移，进而将星点像坐标调整到工艺要求以内。
[0050]
3】待调镜组4和激光光纤5的偏振态调节
[0051]
3.1】调节安装在第二剪切台21上的用于检测待调镜组4和激光光纤5偏振态的检测装置2，使经激光光纤5和待调镜组4出射的激光能够经过检测装置2后于允许的光路范围内返回；
[0052]
3.1.1】于第二剪切台21上设置五维调整架23，再将五棱镜24放置于五维调整架23上，使五棱镜24一个非工作面与五维调整架23上表面贴合，另一个工作面与待调镜组4平行；然后于五棱镜24和待调镜组4之间放置可变光阑22，并将可变光阑22的孔径调节到能够识别出经激光光纤5和待调镜组4出射激光返回的光斑；再在五棱镜24光线出射方向放置平面反射镜，调节平面反射镜的俯仰和方位，同时调节五维调整架23，使反射镜反射的激光从可变光阑22返回；其中，五棱镜24的作用是确保一路光线折90
°
，目的是为了通过观察由反射镜返回光阑的光斑，以此调节五维调整架23的姿态，保证五维调整架23上的工作面的俯仰角度；
[0053]
3.1.2】取掉五维调整架23上的五棱镜24，于第二剪切台21上设置五维调整架23，再将pbs分光棱镜26放置于五维调整架23上；调节五维调整架23的水平旋转方向，使pbs分光棱镜26表面反射的激光进入可变光阑22；
[0054]
3.2】调节装调工装1，使得经激光光纤5和待调镜组4出射的激光再经检测装置2出射后功率数值达到最大值；具体是，将功率计27放置于pbs分光棱镜26之后，若出射光为p光，则放置在与光轴重合处；若出射光为s光，则放置在垂直于光轴处。由于通信发射与接收的激光偏振方向不一致，在光路设计时考虑两种不同待调镜组4光纤偏振态的调试方法，两种不同的待调镜组4体现在通过pbs分光棱镜26之后放置功率计27的位置不一样，一个在光轴方向，一个在折转90度方向，功率计27两种不同的位置，可适用于两种不同镜组，极大地
拓宽了该方法的应用范围；图6中标记了功率计27的两种不同位置；
[0055]
3.3】利用偏振测量仪6检测经激光光纤5和待调镜组4出射的激光的偏振态，如满足要求，则进入步骤4，如不满足要求，则返回步骤3.1】重新调节，直至满足要求；
[0056]
4】复测待调镜组4和激光光纤5的同轴度
[0057]
复测步骤2中星点像坐标与自准像坐标差是否满足要求，如满足，则调试完成，并使用力矩扳手按照力矩要求紧固光纤法兰16上的螺栓；如不满足，则返回步骤2重新调试。
[0058]
当一个结构件被称为“固定于”、“设置于”另一个结构件时，它可以直接在另一个部上的任意位置，除非明显不符合机械结构原理，或无法实现相应的功能。当一个结构件被称为是“连接”到另一个结构件，它可以直接连接在另一个部上的任意位置，除非明显不符合机械结构原理，或无法实现相应的功能。本文所使用的术语“垂直”、“水平”、“上端”以及类似的表述，只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式；本文所使用的术语“螺栓”，也可以用螺钉或其它螺纹结构实现，并不表示是唯一的实施方式；本文所使用的术语“水平”，除有具体限定外，一般指与地平面呈水平状态。
[0059]
以上内容是结合具体的优选实施方式所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下所做的若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定保护范围。