一种法兰型无偏准直器、制造方法及耦合结构

技术领域

本发明属于光学器件技术领域，特别涉及一种法兰型无偏准直器。

背景技术

法兰型准直器一般用于前端面安装的结构设计，为T字形结构，利用法兰面作为固定安装面。如图1所示，法兰套管1的套管11内置尾纤2和透镜3’构成法兰型准直器，由于机械加工和安装的精度无法满足光学精度的要求，其出射光束的输出方向总是带有一定的角度，不能完全垂直于法兰12的法兰面13。再如图2所示，常规法兰型准直器一般需要配合二维调节架调节，或者利用O型橡胶垫圈4的弹性形变进行角度调节，来改变法兰准直器的方向，然后使得两个准直器能够相互对准耦合。

现有技术中还有一种调节方法，使尾纤与套管之间留有间隙，径向调整尾纤的位置至出射光与套管轴向平行。但这种方向只能调整光束的方向，而不能调整光的出射位置。即只能调整到光束与套管轴线平行，而不能达到与轴线同轴。仍然会明显降低耦合效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种新的法兰型无偏准直器，能够使得该准直器输出的光束完全垂直于法兰面，并且基本与套管机械轴同轴。

本发明的技术方案是，一种法兰型无偏准直器，包括由相互垂直的法兰部和套管部构成的法兰套管，套管内置有尾纤和透镜，透镜靠近法兰部一侧。其区别现有法兰型无偏准直器的特征在于：尾纤与法兰套管为紧密配合，用于固定准直光束输出的位置，使光束的输出点在套管的轴线上，透镜径向小于套管内径，透镜周边与套管内壁具有一定的间隙，可以调节透镜的位置，从而调节准直光束的输出方向，使得光束方向完全垂直于法兰端面，位置调节好的透镜胶接固定。透镜和尾纤的轴向距离，可能通过前后推拉尾纤调节，也可以通过前后移动透镜调节。透镜胶接固定前的调光，可采用现有技术中的光学器件的调光方法。

进一步，透镜的固定可以是与套管固定，也可以是直接与尾纤端面固定。因此，本发明中所说的透镜周边与套管内壁具有一定的间隙，仅指在透镜固定前与套管内壁具有一定的间隙。透镜固定时可能会用胶水将空隙充满。

作为优选方案，套管靠法兰一端为内径扩大的台阶形，透镜的一部分置于该台阶部，并与该台阶部固定，该设计可方便透镜的调节和固定；也可将透镜全部置于该台阶部，这样就可以使用较大直径的透镜。

作为优选方案，套管法兰的套管部包含多个平行的孔形成多个平行套管，形成阵列式法兰型无偏准直器。套管法兰的外周可以是圆形，也可以是方形或其他形状。

本发明的法兰型准直器，输出光束为准直扩束光斑且已基本与套管同轴，降低了耦合难度，可方便地实现准直器间的耦合。

本实用还进一步提出上述法兰型准直器的耦合结构，实现准直器的对准耦合。

一种耦合结构是，两个法兰型准直器法兰端面直接贴紧固定。法兰部可设导销孔，利用导销定位。固定方式可以螺接、胶接或磁吸。

作为优选方案，两个法兰型准直器法兰端面之间夹持厚度均匀的窗口片后固定。窗口片可以是任何固体光学透光材料，比如石英片。在法兰部使用导销定位的情况下，可采用较小的窗口片，以让出导销孔的位置；或者对应法兰部导销孔的位置，在窗口片上开孔。

在一些应用中，一个准直器与设备保持固定，与其耦合的准直器需要经常性地拆装，这样固定的准直品透镜容易受到灰尘、水汽等污染。利用本发明的法兰型准直器，就可以在固定一头的准直器法兰面上安装窗口片，起到气密、水密、防尘作用。

另一种耦合结构，可实现光路90度方向转换的结构。直角转换器，包括呈直角的直角连板和转换镜，直角连板的两个面上有相互对应且与法兰型准直器匹配的通光孔。两个法兰型准直器分别与直角连板的两个外角面固定，转换镜为直角型棱镜或45度设置的反射镜，与连板的内角面固定。这样，出光准直器的光通过连板的通光孔进入直角型棱镜，经90度反射通过连板另一个板面的通光孔进入耦合的入射光准直器。

再一种耦合结构，是用连接器进行耦合。连接器由包含法兰型准直器的连接头和桥接套管构成。连接头中有弹簧对法兰型准直器施以径向外推力，桥接套管的内径与法兰部的紧密配合，当两个连接头从两侧插入桥接套管时，两个法兰型准直器在桥接套管的中部相遇，其端面在弹性压力下贴合。连接头与桥接套管螺接或卡接。桥接套管的外周可设置安装法兰，以方便安装于其他构件。

上述耦合结构的一个优选方案是，在桥接套管内的中部设置垂直的窗口片，两个法兰型准直器的法兰端面，分别在两侧与窗口片贴合。

本发明各种结构的法兰型无偏准直器及耦合结构均具有安装方便、互换性强的优点。

附图说明

图1是现有法兰型准直器示意图；

图2是现有法兰型准直器的耦合结构示意图；

图3是本发明一种法兰型无偏准直器实例1的示意图；

图4是本发明一种法兰型无偏准直器实例2的示意图；

图5是本发明一种法兰型无偏准直器实例3的示意图；

图6a、图6b、图6c是本发明一种法兰型无偏准直器实例4的示意图, 其中图6a是法兰端面的视图，图6b是图6a沿A-A剖面的示意图，图6c是立体示意图；

图7a、图7b、图7c是本发明一种法兰型无偏准直器实例5的示意图，其中图7a是法兰端面的视图，图7b是图7a沿A-A剖面的示意图，图7c是立体示意图；

图8是本发明一种法兰型无偏准直器耦合结构实施例1的示意图；

图9是本发明一种法兰型无偏准直器耦合结构实施例2的示意图；

图10是本发明一种法兰型无偏准直器耦合结构实施例3的示意图；

图11a、图11b、图11c是本发明一种法兰型无偏准直器耦合结构实施例4的示意图；

图12a、图12b、图12c是本发明一种法兰型无偏准直器耦合结构实施例5的示意图，其中图12a是外观结构立体示意图，图12b是安装前的剖面示意图，图12c是耦合安装后的剖面示意图。

图中：1-法兰套管、11-套管部、12-法兰部、13-法兰端面、14-套管台阶部、15-导销孔，2-尾纤，3-透镜、3’-现有技术中的透镜,4-现有技术中的O形垫圈，5-窗口片，6-直角转换器、61-直角连板、62-通光孔、63-连板导销孔，71-直角棱镜、72、反射镜，8-连接头、81-弹簧，9-桥接套管、91-安装法兰。

具体实施方式

（一）一种法兰型无偏准直器

实施例1

法兰型无偏准直器和制造方法，一并陈述。如图3，一种法兰型无偏准直器，包括由相互垂直的法兰部12和套管部11构成的法兰套管1，法兰部靠近外周还有导销孔15。套管内置有尾纤2和透镜3，透镜3靠近法兰部12一侧。尾纤2和套管部11内壁为紧密配合，用于固定准直光束输出的位置，使光束的输出点在套管的轴线上；透镜3径向小于套管内径，透镜3周边与套管内壁具有一定的间隙，可以调节透镜的位置，从而调节准直光束的输出方向，使得光束方向完全垂直于法兰端面，位置调节好的透镜胶接固定。透镜和3尾纤2的轴向距离，可能通过前后推拉尾纤调节，也可以通过前后移动透镜调节。透镜3胶接固定前的调光，可采用现有技术中的光学器件的调光方法。

透镜3的固定可以是与套管固定，也可以是直接与尾纤2端面固定。

其他实施例的制造方法，与本实施例相同。以下不再重复。

实施例2

如图4，本例与实施例1的区别在于：套管部11靠法兰部12一端为内径扩大的台阶部14内，透镜3的一部分置于该台阶部，并与该台阶部固定。该设计可方便透镜的调节和固定。

实施例3

如图5，本例与实施例2的区别在于：透镜3全部置于该台阶部14内。这样就可以使用较大直径的透镜。

实施例4

如图6a、图6b、图6c，本实施例与实施例1的区别是，套管法兰1的套管部11包含多个平行的孔，形成多个平行套管，每个套管内以实施1的方式设置尾纤2和透镜3，形成阵列式法兰型无偏准直器，套管法兰的外周为圆形。

实施例5

如图7a、图7b、图7c，本实施例与实施例4的区别是，套管法兰的外周为矩形。

（二）一种法兰型无偏准直器的耦合结构

本发明还进一步提出上述法兰型无偏准直器的耦合结构，实现准直器的对准耦合。

实施例1

如图8，法兰型无偏准直器法兰部12设导销孔15，利用导销定位，两个法兰型准直器法兰端面13直接贴紧。固定方式可以螺接、胶接或磁吸。由于光束已经过无偏准直并与套管轴线同轴，因此只要将同规格的两个法兰型无偏准直器相向对准贴合，就能够实现准确耦合。

实施例2

如图9，本实施例与实施例1的区别在于：两个法兰无偏准直器的法兰端面13之间夹持厚度均匀的窗口片5后固定。窗口片可以是任何固体光学透光材料，比如石英片。可采窗口片5大小可以让出导销孔15的位置。

实施例3

如图10，本实施例与实施例2的区别在于：采用较大的窗口片5，窗口片5对应法兰部导销孔15的位置，在窗口片5上开孔。

在一些应用中，一个准直器与设备保持固定，与其耦合的准直器需要经常性地拆装，这样固定的准直品透镜容易受到灰尘、水汽等污染。利用本实施例的法兰型准直器，就可以在固定一头的准直器法兰面上安装窗口片，起到气密、水密、防尘作用。

实施例4

如图11a、图11b、图11c所示，本实施例的耦合结构，可实现光路90度方向转换。直角转换器6，包括呈直角连板61和转换镜，直角连板61的两个面上有相互对应且与法兰型准直器匹配的通光孔62。两个法兰型准直器分别与直角连板61的两个外角面固定，转换镜与连板的内角面固定。图11b中转换镜为直角型棱镜71，两个直角面与直角连板61的两个内角面贴靠，图11c中转换镜为45度设置的反射镜，图中所见为反射镜的背面。这样，出光准直器的光通过连板的通光孔62，由转换镜经90度反射，通过直角连板61的另一个板面的通光孔进入耦合的入射光准直器。

本实施例的附图，采用的是外周为上述本发明中矩形的阵列式法兰型准直器，实际上也可以采用本发明中任何一种实施例中的法兰型准直器。

实施例5

图12a、图12b、图12c，本实施例是用连接器进行耦合的耦合结构。连接器由包含法兰型准直器的连接头8和桥接套管9构成。连接头中有弹簧81对法兰型无偏准直器施以径向外推力，在桥接套管内的中部设置垂直的窗口片5，桥接套管9的内径与法兰部12的紧密配合，当两个连接头从两侧插入桥接套管9时，两个法兰型准直器的法兰端面13，在弹性压力下，分别在两侧与窗口片5贴合。连接头与桥接套管螺接或卡接。桥接套管9的外周设置安装法兰91，以方便安装于其他构件。

本发明各种结构的法兰型无偏准直器及耦合结构均具有安装方便、互换性强的优点。