CN108132501A - 一种管腔道oct单通道光纤滑环 - Google Patents

一种管腔道oct单通道光纤滑环 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种管腔道OCT单通道光纤滑环，包括第一光纤准直器、第一准直器支撑管、滑环基座、滑环旋转体、第二准直器支撑管、第二光纤准直器、第一轴承、第二轴承、第一光纤导管、第二光纤导管，第一光纤准直器固定安装在第一准直器支撑管内，第一准直器支撑管固定安装于滑环基座的输出外侧，第二光纤准直器固定安装在第二准直器支撑管内，第二准直器支撑管固定安装于滑环旋转体，第一光纤准直器与第二光纤准直器的自聚焦透镜同轴相对且不相互接触，第一光纤导管、第二光纤导管内装有光子晶体光纤。本发明通过使用光子晶体光纤代替单模光纤准直器，从而有效的增大模场直径，降低安装加工时的精度要求。

Description

一种管腔道OCT单通道光纤滑环
技术领域
本发明涉及光纤滑环领域，尤其涉及一种管腔道OCT单通道光纤滑环。
背景技术
光纤滑环在雷达、转台、光电吊舱、视频监控、光缆卷筒、医疗CT、机器人、风力发电等多种领域内有广泛应用。随着信号传输带宽和种类的不断增加，对旋转平台间信号传输提出更高要求，电滑环已经不能满足需求，尤其是管腔道OCT领域，迫切需要改善相关***的性能瓶颈，因此，越来越多的场合使用光纤旋转连接器替代电滑环。
目前国内外普遍使用的单模光纤准直器，单模光纤准直器要求的装配精度极高，组装加工上较为困难。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种管腔道OCT单通道光纤滑环，通过使用光子晶体光纤代替单模光纤，从而有效的增大模场直径，降低安装加工时的精度要求。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种管腔道OCT单通道光纤滑环，包括第一光纤准直器、第一准直器支撑管、滑环基座、滑环旋转体、第二准直器支撑管、第二光纤准直器、第一轴承、第二轴承、第一光纤导管、第二光纤导管，所述第一光纤导管固定安装于所述第一光纤准直器内，所述第一光纤准直器固定安装在所述第一准直器支撑管内，所述第一准直器支撑管固定安装于所述滑环基座的输出外侧，所述第一轴承位于所述滑环基座的输出内侧；
所述第二光纤导管固定安装于所述第二光纤准直器内，所述第二光纤准直器固定安装在所述第二准直器支撑管内，所述第二准直器支撑管固定安装于所述滑环旋转体，所述滑环旋转体抵触于所述第二轴承的内壁，所述第二轴承位于所述滑环基座的输入侧；
所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器的自聚焦透镜同轴相对且不相互接触，所述第一光纤导管、所述第二光纤导管内装有光子晶体光纤。
进一步地，所述光子晶体光纤的模场直径为14.5微米至18.5微米。
进一步地，所述第一轴承与第二轴承之间连接有隔环。
进一步地，还包括第一防护管、第二防护管，所述第一准直器支撑管封装于所述第一防护管，所述第一防护管固定安装于所述滑环基座的输出外侧，所述第二准直器支撑管封装于所述第二防护管，所述第二防护管固定安装于所述滑环旋转体。
进一步地，所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器的两端面平整且垂直于轴线。
进一步地，所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器之间填充有折射率匹配介质。
进一步地，所述滑环基座包括圆柱空腔，所述圆柱空腔由内到外依次放置有所述第一轴承、所述隔环、所述第二轴承，所述圆柱空腔与所述滑环基座的输出内侧连接，所述输出内侧上开设有第一通孔，所述输出外侧上开设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔连接且位于同一中心轴线上，所述第一通孔的直径小于所述第二通孔，所述第一防护管***至所述第二通孔，所述第一准直器支撑管的头部***至所述第一通孔，所述第一光纤准直器与所述圆柱空腔连接。
进一步地，所述滑环旋转体块包括旋转部、与旋转部连接的圆柱套筒，所述圆柱套筒依次穿过所述第二轴承、所述隔环、所述第一轴承，所述旋转部上开设有第一槽孔，所述第一槽孔与所述圆柱套筒的中空通道连接且位于同一中心轴线上，所述中空通道的直径小于所述第一槽孔，所述第二防护管***至所述第一槽孔，所述第二准直器支撑管的头部***至所述中空通道。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种管腔道OCT单通道光纤滑环，通过使用光子晶体光纤代替单模光纤准直器，从而有效的增大模场直径，降低安装加工时的精度要求，通过第一光纤准直器与第二光纤准直器之间填充有折射率匹配脂，其一能进一步降低了两个准直器之间的***损耗，其二不必如国外填充折射率匹配液的同类产品一样使用密封环来防止匹配液泄漏，即实现了填充匹配液产品的***损耗小，又避免了使用密封环密封带来的较大旋转阻尼，整体结构具有装配精度低、***损耗低、旋转变化量低、回拨损耗高等优点，便于推广。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种管腔道OCT单通道光纤滑环的结构示意图；
图2为本发明的一种管腔道OCT单通道光纤滑环的分解示意图；
图3为本发明的一种管腔道OCT单通道光纤滑环的剖面示意图；
图4为图3中A区域的放大示意图；
图5为本发明中关于模场直径的示意图；
图6为本发明中关于离轴偏差的示意图；
图7为本发明中关于轴向偏差的示意图；
图8为本发明中关于角度偏差的示意图。
附图中：1、第一光纤准直器；2、第一准直器支撑管；3、第一防护管；4、滑环基座；5、隔环；6、滑环旋转体；7、第二防护管；8、第二准直器支撑管；9、第二光纤准直器；11、第一光纤导管；41、输出外侧；42、输出内侧；43、输入侧；51、第一轴承；52、第二轴承；91、第二光纤导管；X0、离轴偏差；角度偏差；Z、轴向偏差。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种管腔道OCT单通道光纤滑环，如图1-图4所示，包括第一光纤准直器1、第一准直器支撑管2、滑环基座4、滑环旋转体6、第二准直器支撑管8、第二光纤准直器9、第一轴承51、第二轴承52、第一光纤导管11、第二光纤导管91，第一光纤导管11固定安装于第一光纤准直器1内，第一光纤准直器1固定安装在第一准直器支撑管2内，第一准直器支撑管2固定安装于滑环基座4的输出外侧41，第一轴承51位于滑环基座4的输出内侧42；第二光纤导管91固定安装于第二光纤准直器9内，第二光纤准直器9固定安装在第二准直器支撑管8内，第二准直器支撑管8固定安装于滑环旋转体6，滑环旋转体6套装于第二轴承52，第二轴承52位于滑环基座4的输入侧43；第一光纤准直器1与第二光纤准直器9的自聚焦透镜同轴相对且不相互接触，第一光纤导管11、第二光纤导管91内装有光子晶体光纤。
如上所述，传输光信号是通过第一光纤准直器1与第二光纤准直器9来进行光斑扩束准直，第一光纤准直器1与第二光纤准直器9通过滑环旋转体6和滑环基座4配合轴承进行非接触的旋转对接耦合，从而实现旋转部件和静止部件之间光信号传输。
如图3所示，并结合图4的放大示意图，在工作时，光信号从第二光纤导管91、第二光纤准直器9进入，与第一光纤准直器1进行非接触的光信号耦合，光信号在第一光纤准直器1输出，在光信号传输过程中滑环旋转体6通过高精度轴承实现相对的高速旋转，第一光纤准直器1与第二光纤准直器9的同轴性决定光信号的传输质量。
如上所述，光信号从第二光纤准直器9进入，从第一光纤准直器1输出，故而以图二的方向示意，与第一光纤准直器1连接的为滑环基座4的左侧，又可称为输出侧，输出侧在外面的一侧称为输出外侧41，在里面的一侧称为输出内侧42；与第二光纤准直器9连接的为滑环基座4的右侧，又可称为输入侧43。
如图5-图8所示，相同的光纤准直器间耦合会出现三种误差，其中有必要说明一下的是关于模场直径ω0，如图5所示，光从光纤中出射后，变为在自由空间中传输的高斯光束，它的束腰直径就是光纤的模场直径ω0。
上述所说的三种误差分别为离轴偏差X0、角度偏差轴向偏差Z，其中，如图6所示的为离轴偏差X0，其损耗公式：
其中，n0是自聚焦透镜的中心折射率，是自聚焦透镜的折射率分布参数，λ是入射光波长。
如图7所示的轴向偏差Z，其损耗公式：
如图8所示的角度偏差其损耗公式：
上述三条损耗公式分析说明，在选定的自聚焦透镜和入射光波长的情况下，角度偏差的增长速度最快；对于给定的插损要求，控制角度偏差公差造成的插损是最困难的，因为在实际应用中，轴向偏差Z的容许范围一般为几十毫米，离轴偏差X0的容许范围一般为近百微米，而角度偏差的容许范围一般为0.01度，可见，角度偏差的容许范围是最难达到的。增大模场直径ω0可以大幅度降低角度偏差造成的插损，而导致轴向偏差Z公差和离轴偏差X0公差的容许范围虽然下降，但依然在给定的插损要求内，
本发明通过光子晶体光纤，可以有效增大模场直径ω0，从而大幅度降低角度偏差造成的插损，即整体上降低安装加工的精度要求。
对于本发明来说，所使用的光子晶体光纤的模场直径为14.5微米至18.5微米，在该范围内离轴偏差X0、角度偏差轴向偏差Z的的容许范围均比较容易达到，从而降低安装加工的精度要求。
在一实施例中，使用模场直径16.5微米的光子晶体光纤，会把容许离轴偏差X0降低到几十微米，容许轴向偏差Z降低到十几毫米，容许角度偏差增大到0.1度至1度之间，从而大幅度降低角度偏差造成的插损，即整体上降低安装加工的精度要求。
在一实施例中，如图2所示，第一轴承51与第二轴承52之间连接有隔环5。
在一实施例中，一种管腔道OCT单通道光纤滑环还包括第一防护管3、第二防护管7，第一准直器支撑管2封装于第一防护管3，第一防护管3固定安装于滑环基座4的输出外侧41，第二准直器支撑管8封装于第二防护管7，第二防护管7固定安装于滑环旋转体6。
其中滑环基座4包括圆柱空腔，圆柱空腔由内到外依次放置有第一轴承51、隔环5、第二轴承52，圆柱空腔与滑环基座4的输出内侧42连接，输出内侧42上开设有第一通孔，输出外侧41上开设有第二通孔，第一通孔与第二通孔连接且位于同一中心轴线上，第一通孔的直径小于第二通孔，第一防护管3***至第二通孔，第一准直器支撑管2的头部***至第一通孔，第一光纤准直器1与圆柱空腔连接，如图4所示，第一光纤准直器1凸出第一准直器支撑管2，两者又凸出第一防护管3，从而使得第一防护管3抵住第二通孔的底部时，第一准直器支撑管2能继续***至第一通孔，设置了两层的保护结构和固定结构，从而保证第一光纤准直器1的安装精度和使用时的稳定性。
其中滑环旋转体6块包括旋转部、与旋转部连接的圆柱套筒，如图2所示，旋转部与圆柱套筒之间呈T型结构，其中圆柱套筒依次穿过第二轴承52、隔环5、第一轴承51，旋转部上开设有第一槽孔，第一槽孔与圆柱套筒的中空通道连接且位于同一中心轴线上，中空通道的直径小于第一槽孔，第二防护管7***至第一槽孔，第二准直器支撑管8的头部***至中空通道。
如图4所示，第一光纤准直器1与第二光纤准直器9的两端面平整且垂直于轴线。
在一实施例中，第一光纤准直器1与第二光纤准直器9之间填充有折射率匹配介质，折射率匹配介质可以具体为折射率匹配脂，折射率匹配脂用于减少光的反射损失，从而降低了两个光纤准直器之间的***损耗，同时，该种结构的填充方式，不必较国外填充折射率匹配液的同类产品一样使用密封环来防止匹配液泄漏，即实现了填充匹配液产品的***损耗小，又避免了使用密封环密封带来的较大旋转阻尼，。
本发明提供一种管腔道OCT单通道光纤滑环，通过使用光子晶体光纤代替单模光纤准直器，从而有效的增大模场直径，降低安装加工时的精度要求，通过第一光纤准直器1与第二光纤准直器9之间填充有折射率匹配脂，其一能进一步降低了两个准直器之间的***损耗，其二不必如国外填充折射率匹配液的同类产品一样使用密封环来防止匹配液泄漏，即实现了填充匹配液产品的***损耗小，又避免了使用密封环密封带来的较大旋转阻尼，整体结构具有装配精度低、***损耗低、旋转变化量低、回拨损耗高等优点，便于推广。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管腔道OCT单通道光纤滑环，其特征在于：包括第一光纤准直器、第一准直器支撑管、滑环基座、滑环旋转体、第二准直器支撑管、第二光纤准直器、第一轴承、第二轴承、第一光纤导管、第二光纤导管，所述第一光纤导管固定安装于所述第一光纤准直器内，所述第一光纤准直器固定安装在所述第一准直器支撑管内，所述第一准直器支撑管固定安装于所述滑环基座的输出外侧，所述第一轴承位于所述滑环基座的输出内侧；
所述第二光纤导管固定安装于所述第二光纤准直器内，所述第二光纤准直器固定安装在所述第二准直器支撑管内，所述第二准直器支撑管固定安装于所述滑环旋转体，所述滑环旋转体抵触于所述第二轴承的内壁，所述第二轴承位于所述滑环基座的输入侧；
所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器的自聚焦透镜同轴相对且不相互接触，所述第一光纤导管、所述第二光纤导管内装有光子晶体光纤。
2.如权利要求1所述的一种管腔道OCT单通道光纤滑环，其特征在于：所述光子晶体光纤的模场直径为14.5微米至18.5微米。
3.如权利要求2所述的一种管腔道OCT单通道光纤滑环，其特征在于：所述第一轴承与第二轴承之间连接有隔环。
4.如权利要求3所述的一种管腔道OCT单通道光纤滑环，其特征在于：还包括第一防护管、第二防护管，所述第一准直器支撑管封装于所述第一防护管，所述第一防护管固定安装于所述滑环基座的输出外侧，所述第二准直器支撑管封装于所述第二防护管，所述第二防护管固定安装于所述滑环旋转体。
5.如权利要求4所述的一种管腔道OCT单通道光纤滑环，其特征在于：所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器的两端面平整且垂直于轴线。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种管腔道OCT单通道光纤滑环，其特征在于：所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器之间填充有折射率匹配介质。
7.如权利要求4所述的一种管腔道OCT单通道光纤滑环，其特征在于：所述滑环基座包括圆柱空腔，所述圆柱空腔由内到外依次放置有所述第一轴承、所述隔环、所述第二轴承，所述圆柱空腔与所述滑环基座的输出内侧连接，所述输出内侧上开设有第一通孔，所述输出外侧上开设有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔连接且位于同一中心轴线上，所述第一通孔的直径小于所述第二通孔，所述第一防护管***至所述第二通孔，所述第一准直器支撑管的头部***至所述第一通孔，所述第一光纤准直器与所述圆柱空腔连接。
8.如权利要求7所述的一种管腔道OCT单通道光纤滑环，其特征在于：所述滑环旋转体块包括旋转部、与旋转部连接的圆柱套筒，所述圆柱套筒依次穿过所述第二轴承、所述隔环、所述第一轴承，所述旋转部上开设有第一槽孔，所述第一槽孔与所述圆柱套筒的中空通道连接且位于同一中心轴线上，所述中空通道的直径小于所述第一槽孔，所述第二防护管***至所述第一槽孔，所述第二准直器支撑管的头部***至所述中空通道。
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