大内径离轴光纤旋转连接器的设计与实现

为了实现旋转系统之间的光信号耦合,设计了一 种新型的大内径离轴光纤旋转连接器。 将光纤准直器 和红外直角棱镜按照一定的规则排布在法兰盘上,使光信号能在较大离轴偏移量下保持持续 传输状态。分 析了影响离轴光信号传输耦合效率的主要因素,通过优化热扩芯光纤(TECF)准直器和红外直 角棱镜进一步减小了 离轴光纤旋转连接器的耦合损耗。研制的离轴光纤旋转连接器法兰盘内径为60mm, 内外法兰盘上的TECF准直器分别为16个, 并行光收发器实现串行光信号的收发。实验结果表明,本文的离轴光纤旋转 连接器在60RPM的转速和1.25Gbit/s的光信号 传输速率下最大插入损 耗为21.73 dB,可以满足旋转系统之间稳定传输光信号的要求。     

离轴旋转光纤传输系统的设计与实现

为了实现光信号的离轴旋转连接,设计了一种新型的离轴旋转光纤传输系统。基于高斯光束传播理论,分析了大口径光纤准直器对高斯光束的扩束准直作用,利用ZEMAX对准直器的结构和输出光束特性进行了优化。对离轴旋转光纤传输系统进行了实验测量,结果表明大口径光纤准直器输出光束在50 mm的工作距离处能量分布满足高斯型,其束腰半径达到18 mm,远场发散角仅为5.48×10-2mrad,在1.25 Gb/s的信号传输速率及80 r/min的转速下,系统的最大连接损耗为23.28 d B,整体性能满足了旋转部件之间稳定传输高速光信号的要求。     

多通道宽带光纤旋转连接器的实验研究

针对光纤旋转连接器在轴向旋转光通信系统中的应用和技术特点,研制了一种基于Dove棱镜和光纤准直器的空分复用多通道宽带光纤旋转连接器。通过分析光信号在多通道宽带光纤旋转连接器中的光路和光程,得出了850、1 310和1 550nm 3波长光路传输时的出射偏移量,并据此设计Dove棱镜的几何尺寸和光纤准直器收发光路,使其达到宽带耦合最佳位置。实验结果表明,经由多通道宽带光纤旋转连接器传输的850~1550nm波长信号最大插入损耗为4.7dB,回波损耗为43.78dB。光纤旋转连接器在-40~70℃时的插入损耗最大变化值为2.0dB。将光纤旋转连接器接入传输速率为1.32Gbit/s的数字视频复用系统中,数字信号的丢帧率为0,以太网和视频指标均满足实际信号传输要求。     

基于透镜组的新型双通道光纤旋转连接器

针对现有双通道光纤旋转连接器(FORJ)所存在的问 题,提出了一种基于透镜组合系统的 新型双通道FORJ。其中心通道由两光纤准直器直接对准耦合而成,旁轴通道通过透镜组的圆 对称性实现旁轴通道光信号的连续 传输。旁轴通道是这种FORJ设计的关键,利用几何光学定律,通过光线追击法计算了 旁轴通道在准直器和大 芯径光纤分别作接收器下FORJ的光路图。最后测试了双通道FORJ的性能参数,实验结果表明 ,所提出的FORJ中心通道最大插入损耗为1.84dB,旋转变化量小于 0.59dB,回波损耗大于40dB;旁轴通道最大 插入损耗为2.40dB,旋转变化量小于0.76dB ,回波损耗大于45dB,完全可以满足双通道器件性能要求。     

一种轴向磁驱动多通道光纤旋转连接器

通过对现有的多通道光纤旋转连接器结构优缺点进行比较,提出了一种轴向磁驱动多通道光纤旋转连接器结构。本光纤旋转连接器结构中旁轴通道光信号传输是通过主转动轴上光纤准直器与从动转轴中光纤准直器进行光路耦合,其耦合实现是通过磁驱动机构及精密齿轮传动机构来保证,中心通道光信号无间断传输是通过磁驱动机构实现。通过轴向尺寸的增加可实现通道数的增加。此光纤旋转连接器简单易行,避免了传统结构的诸多缺陷,简化了工艺、降低了成本。     

低耦合损耗的光电混合光纤旋转连接器

设计了一种光电混合光纤旋转连接器,能实现相对旋转的光信号在较大对准误差范围内低损耗连接.旋转状态下的自聚焦透镜准直光纤输出的光信号,并由PIN光电探测器将其转换为电信号,冉由激光器根据电信号再生出原始光信号继续在光纤通讯系统中传输.该光电混合光纤旋转连接器在离轴偏移量至520μm或对准倾斜角至0.5°时的附加耦合损耗为0.3 dB,而采用双自聚焦透镜的光纤旋转连接器要获得小于3 dB的插入损耗,其离轴偏移或倾斜角度必须小于100 μm和0.10°相比之下,本文设计的光纤旋转连接器能降低系统对机械加上及装配精度的要求,具有较高的实用价值.     

采用多准直光束测量六自由度微位移新方法

为实现星载三线阵CCD相机的相机参数在轨测量,提出了一种六自由度微位移测量方法。高亮度LED输出光被准直并耦合到输入光纤。输出光纤末端固定在可移动的被测物体上。光纤输出由多个光纤准直器（ 4）准直,并由系统固定部分中的多个区域阵列的CCD相机（ 4）捕获。根据CCD图像中光点的位置变化来求解被测物体的六自由度位移。为了验证系统模型和六自由度位移计算程序,对该方法进行了理论分析和仿真。结果表明:当平移位移小于100 m且旋转位移小于6'时,典型的4准直测量系统求解误差小于10-5 m和10-4'。并且,当准直器的光斑位置的两个坐标方向上添加-0.5~0.5 m的随机量时,平移误差和旋转误差的3分别为0.9 m和0.012'。     

双通道旋转连接器

文中提出一种新型双通道旋转连接器。该连接器应用红外传输技术耦合光信号通过旋转面。文中详细分析了该连接器的设计原理，并测试了离轴距离、轴向距离、及旋转器两部分相对转动对传输系统的影响。试验结果表明：当轴向距离设为50mm，离轴距离在21mm以内或轴向距离在0～146mm范围内变化时，旋转器的传输速度无任何变化，所以旋转连接器的机械结构设计和加工精度要求明显降低。当旋转器两部分相对转动时，系统应用层的传输速率与静态时相同，为1．46Mbps。因此，该旋转连接整体结构简单，安全性能高，生产成本低。     

自聚焦透镜在三基色激光声光调制系统中的应用分

自聚焦透镜具有聚焦和准直的作用,文章讨论一对由1/4节距的自聚焦透镜组成的光纤准直器,它们用于红光、绿光和蓝光三基色激光声光调制系统,具有零级衍射光的准直耦合和 1级或-1级衍射光的镜面反射方向耦合.两种耦合均存在纵向偏移、横向偏移和角度倾斜,由此会产生一定的附加耦合损耗.研究和实验表明,相同的两个光纤准直器在 1级衍射光的镜面反射方向的耦合损耗大约是零级衍射光的准直耦合损耗的50%.     

双通道红外耦合旋转连接器

提出一种新型双通道旋转连接器。该连接器应用红外无线技术耦合光信号通过旋转面,可保证信号持续传输。分析了连接器的设计原理,并测试了旋转器固定和旋转两部分的转配误差引起的离轴距离、轴向距离及其相对转动对信号传输的影响。试验结果表明：只要旋转连接器的零件加工和装配精度符合设计要求,装配误差的影响可忽略;当旋转器两部分相对转动时,系统实际的传输速率与静态时的速率相同,均为1．46Mbps;此连接器对机械加工和装配精度的要求显著降低,生产成本减少。