CN212965506U

CN212965506U - 用于光纤耦合的调节装置

Info

Publication number: CN212965506U
Application number: CN202021326349.1U
Authority: CN
Inventors: 秦文斌; 郭照师; 孟娇; 魏亚飞; 李景; 王智勇
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2020-07-08
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2030-07-08

Abstract

本实用新型涉及光纤耦合技术领域，尤其涉及一种用于光纤耦合的调节装置，包括四自由度串联运动机构、二自由度串联运动机构和光纤夹持器；所述四自由度串联运动机构包括彼此连接的X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件和Y轴旋转组件；所述二自由度串联运动机构连接于所述四自由度串联运动机构的末端，包括彼此连接的X轴旋转组件和Z轴旋转组件；所述光纤夹持器连接于所述二自由度串联运动机构的末端。本实用新型提供的用于光纤耦合的调节装置避免了在光纤耦合装调过程中的手动调节带来的误差，提高了光纤耦合的对准精度，有助于获得更高的光纤耦合效率。

Description

用于光纤耦合的调节装置

技术领域

本实用新型涉及光纤耦合技术领域，尤其涉及一种用于光纤耦合的调节装置。

背景技术

随着激光技术的发展，激光武器、光电检测和高功率激光器等技术均离不开光纤耦合，在目前的光纤耦合技术中一般使用聚焦透镜对激光束聚焦后再耦合进光纤中，但是由于焦点光斑与光纤的芯径都是微米量级，因此激光束的入射角度、焦点光斑的大小以及光纤的对准程度均对光纤耦合效率产生非常大的影响。在光纤耦合调试过程中，通常使用手动调整架来对光纤的位置进行调节，但是手动调整架的调节精度不够且存在回程差，导致光纤耦合的效率低。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本实用新型提供一种用于光纤耦合的调节装置，包括四自由度串联运动机构、二自由度串联运动机构和光纤夹持器；所述四自由度串联运动机构包括彼此连接的X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件和Y轴旋转组件；所述二自由度串联运动机构连接于所述四自由度串联运动机构的末端，包括彼此连接的X轴旋转组件和Z轴旋转组件；所述光纤夹持器连接于所述二自由度串联运动机构的末端。

在一个实施例中，所述Z轴移动组件、所述X轴移动组件、所述Y轴旋转组件和所述Y轴移动组件顺次连接；所述Y轴移动组件连接所述二自由度串联运动机构。

在一个实施例中，所述X轴旋转组件连接所述四自由度串联运动机构，所述Z轴旋转组件连接所述光纤夹持器。

在一个实施例中，所述Z轴移动组件包括第一电机，所述X轴移动组件包括第二电机；所述Y轴旋转组件包括第三电机，所述Y轴移动组件包括第四电机；所述X轴旋转组件包括第五电机，所述Z轴旋转组件包括第六电机；所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机、所述第五电机和所述第六电机分别电连接一个驱动器，所述驱动器分别与计算机相连电连接。

在一个实施例中，所述Z轴移动组件包括由所述第一电机驱动的第一滚珠丝杠副，所述第二电机连接所述第一滚珠丝杠副的丝母；所述X轴移动组件包括由所述第二电机驱动的第二滚珠丝杠副，所述第三电机连接所述第二滚珠丝杠副的丝母；所述Y轴旋转组件包括由第三电机驱动的旋转平台，所述第四电机连于所述旋转平台；所述Y轴移动组件包括由所述第四电机驱动的第三滚珠丝杠副，所述第五电机连于所述第三滚珠丝杠副的丝母。

在一个实施例中，所述调节装置包括连接臂，所述连接臂的一端连于所述第三滚珠丝杠副的丝母，所述连接臂的另一端设有U形连接件，所述U形连接件包括中段和连于所述中段的两侧的侧壁，所述中段与所述连接臂相固定，所述第五电机固定于所述侧壁。

在一个实施例中，所述X轴旋转组件包括由所述第五电机驱动的第一摇臂，所述第一摇臂固定所述第六电机，所述Z轴旋转组件包括由第六电机驱动的第二摇臂，所述第二摇臂固定所述光纤夹持器。

在一个实施例中，所述X轴旋转组件包括两个所述第五电机，两个所述第五电机的输出轴共线设置，两个所述第五电机分别连接一个所述第一摇臂。

在一个实施例中，所述第五电机的输出轴通过第一减速齿轮系连接所述第一摇臂，所述第六电机的输出轴通过第二减速齿轮系连接所述第二摇臂。

在一个实施例中，所述光纤夹持器包括连接于所述二自由度串联运动机构的末端的套筒和穿设于所述套筒的壁面的紧定螺钉。

本实用新型的有益效果是：由于采用了四自由度串联运动机构和二自由度串联运动机构形成的机构来实现光纤夹持器的六自由度调节运动，本实用新型提供的用于光纤耦合的调节装置避免了在光纤耦合装调过程中的手动调节带来的误差，提高了光纤耦合的对准精度，有助于获得更高的光纤耦合效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的主视图；

图3是本实用新型实施例的二自由度串联运动机构的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的X轴旋转组件的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的光纤夹持器的结构示意图；

附图标记说明：

1、四自由度串联运动机构；11、Z轴移动组件；111、第一电机；12、X轴移动组件；121、第二电机；13、Y轴旋转组件；131、第三电机；132、旋转平台；14、Y轴移动组件；141、第四电机；142、第三滚珠丝杠副；143、导向件；2、连接臂；21、U形连接件；3、二自由度串联运动机构；31、X轴旋转组件；311、第五电机；312、第一减速齿轮系；313、第一摇臂；314、固定孔；315、U形安装槽孔；32、Z轴旋转组件；321、第六电机；322、第二摇臂；4、光纤夹持器；41、套筒；42、紧定螺钉；5、光纤。

具体实施方式

为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图5所示，本实用新型提供一种用于光纤耦合的调节装置，包括四自由度串联运动机构1、二自由度串联运动机构3和光纤夹持器4；四自由度串联运动机构1包括彼此连接的X轴移动组件12(用于实现沿图1所示X轴的调整)、Y轴移动组件14(用于实现沿图1中Y轴的调整)、Z轴移动组件11(用于实现沿图1中Z轴的调整)和Y轴旋转组件13(用于实现绕图1中Y轴的旋转)；二自由度串联运动机构3连接于四自由度串联运动机构1的末端，包括彼此连接的X轴旋转组件31(用于实现绕图1中X轴的旋转)和Z轴旋转组件32(用于实现绕图1中Z轴的旋转)；光纤夹持器4连接于二自由度串联运动机构3的末端，用于夹持光纤5。X轴移动组件12、Y轴移动组件14、Z轴移动组件11和Y轴旋转组件13的串联顺序不限；X轴旋转组件31和Z轴旋转组件32与四自由度串联运动机构1连接的先后顺序不限。

由于采用了四自由度串联运动机构和二自由度串联运动机构组成的机构来实现光纤夹持器的六自由度调节运动，本实用新型提供的用于光纤耦合的调节装置避免了在光纤耦合装调过程中的手动调节带来的误差，提高了光纤耦合的对准精度，有助于获得更高的光纤耦合效率。

在一个实施例中，Z轴移动组件11、X轴移动组件12、Y轴旋转组件13和Y轴移动组件14顺次连接；Y轴移动组件14连接二自由度串联运动机构3。

在一个实施例中，X轴旋转组件31连接四自由度串联运动机构1，Z轴旋转组件32连接光纤夹持器4。基于光纤耦合的技术要求，在这种情况下可以实现运动范围与运动精度的平衡。

在一个实施例中，Z轴移动组件11包括第一电机111，X轴移动组件12包括第二电机121；Y轴旋转组件13包括第三电机131，Y轴移动组件14包括第四电机141；X轴旋转组件31包括第五电机311，Z轴旋转组件32包括第六电机321；第一电机111、第二电机121、第三电机131、第四电机141、第五电机311和第六电机321分别电连接一个驱动器(图中未示出)，驱动器分别与计算机(图中未示出)电连接。由于电机分别连接至计算机，最终通过计算机控制他们的运动，使得光纤夹持器4在6个自由度上的运动精确度更高。第一电机111、第二电机121、第三电机131和第四电机141可以是步进电机，第五电机311和第六电机321可以是伺服电机。

在一个实施例中，Z轴移动组件11包括由第一电机111驱动的第一滚珠丝杠副，第二电机121连接第一滚珠丝杠副的丝母；X轴移动组件12包括由第二电机121驱动的第二滚珠丝杠副，第三电机131连接第二滚珠丝杠副的丝母；Y轴旋转组件13包括由第三电机131驱动的旋转平台132，第四电机141连于旋转平台132；Y轴移动组件14包括由第四电机141驱动的第三滚珠丝杠副142，第五电机311连于第三滚珠丝杠副142的丝母。每一个滚珠丝杠副均可以包括导向件143。

各移动组件也可以不包括滚珠丝杠副，而是采用同步带、齿轮齿条等传动形式；各移动组件可以包括直线电机及其组件。

在一个实施例中，旋转平台132通过锥齿轮机构或蜗轮蜗杆机构连接至第三电机131的输出轴，从而实现第三电机131的扭矩输出方向的转换。

在一个实施例中，调节装置包括连接臂2，连接臂2的一端连于第三滚珠丝杠副142的丝母，连接臂2的另一端设有U形连接件21，U形连接件21的中段与连接臂2相固定，第五电机311固定于U形连接件21的侧壁。

在一个实施例中，X轴旋转组件31包括由第五电机311驱动的第一摇臂313，第一摇臂313固定第六电机321，Z轴旋转组件32包括由第六电机321驱动第二摇臂322，第二摇臂322固定光纤夹持器4。

在一个实施例中，第五电机311的输出轴的轴端设有花键(图中未示出)，花键与第一摇臂313中部的键槽相配合；第一摇臂313的两端设有用于固定第六电机321的固定孔314，可以使用螺纹连接件等将第六电机321固定于固定孔314。

在一个实施例中，X轴旋转组件31包括两个第五电机311，两个第五电机311的输出轴共线设置，两个第五电机311分别连接一个第一摇臂313。由于两个第五电机311共线设置，两个第五电机311可以被连接到同一个驱动器。

在一个实施例中，第五电机311的输出轴通过第一减速齿轮系312连接第一摇臂313，第六电机321的输出轴通过第二减速齿轮系连接第二摇臂322。

在一个实施例中，第五电机311设有U形安装槽孔315，U形安装槽孔315可以配合螺纹连接件等其他结构从而连接臂2相连接。第六电机321也可以设置U形安装槽孔。

在一个实施例中，光纤夹持器4包括连接在二自由度串联运动机构的末端的套筒41和穿设于套筒41的壁面的紧定螺钉42；光纤夹持器4的套筒41上可以设置多个沿不同方向的紧定螺钉42。光纤夹持器4可以固定多种芯径，多种类型的光纤接头；光纤5的输入端面与输出端面均镀有激光增透膜系。

虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims

1.一种用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，包括四自由度串联运动机构、二自由度串联运动机构和光纤夹持器；所述四自由度串联运动机构包括彼此连接的X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件和Y轴旋转组件；所述二自由度串联运动机构连接于所述四自由度串联运动机构的末端，包括彼此连接的X轴旋转组件和Z轴旋转组件；所述光纤夹持器连接于所述二自由度串联运动机构的末端。

2.根据权利要求1所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述Z轴移动组件、所述X轴移动组件、所述Y轴旋转组件和所述Y轴移动组件顺次连接；所述Y轴移动组件连接所述二自由度串联运动机构。

3.根据权利要求2所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述X轴旋转组件连接所述四自由度串联运动机构，所述Z轴旋转组件连接所述光纤夹持器。

4.根据权利要求1所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述Z轴移动组件包括第一电机，所述X轴移动组件包括第二电机；所述Y轴旋转组件包括第三电机，所述Y轴移动组件包括第四电机；所述X轴旋转组件包括第五电机，所述Z轴旋转组件包括第六电机；所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机、所述第五电机和所述第六电机分别电连接一个驱动器，所述驱动器分别与计算机电连接。

5.根据权利要求4所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述Z轴移动组件包括由所述第一电机驱动的第一滚珠丝杠副，所述第二电机连接所述第一滚珠丝杠副的丝母；所述X轴移动组件包括由所述第二电机驱动的第二滚珠丝杠副，所述第三电机连接所述第二滚珠丝杠副的丝母；所述Y轴旋转组件包括由第三电机驱动的旋转平台，所述第四电机连于所述旋转平台；所述Y轴移动组件包括由所述第四电机驱动的第三滚珠丝杠副，所述第五电机连于所述第三滚珠丝杠副的丝母。

6.根据权利要求5所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述调节装置包括连接臂，所述连接臂的一端连于所述第三滚珠丝杠副的丝母，所述连接臂的另一端设有U形连接件，所述U形连接件包括中段和连于所述中段的两侧的侧壁，所述中段与所述连接臂相固定，所述第五电机固定于所述侧壁。

7.根据权利要求5所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述X轴旋转组件包括由所述第五电机驱动的第一摇臂，所述第一摇臂固定所述第六电机，所述Z轴旋转组件包括由第六电机驱动的第二摇臂，所述第二摇臂固定所述光纤夹持器。

8.根据权利要求7所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述X轴旋转组件包括两个所述第五电机，两个所述第五电机的输出轴共线设置，两个所述第五电机分别连接一个所述第一摇臂。

9.根据权利要求7所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述第五电机的输出轴通过第一减速齿轮系连接所述第一摇臂，所述第六电机的输出轴通过第二减速齿轮系连接所述第二摇臂。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于光纤耦合的调节装置，其特征在于，所述光纤夹持器包括连接于所述二自由度串联运动机构的末端的套筒和穿设于所述套筒的壁面的紧定螺钉。