阅读说明：本技术 一种利用双楔角片实现连续折射角度调节的装置 (Device for realizing continuous refraction angle adjustment by utilizing double-wedge angle piece ) 是由 金新刚 于 2019-12-10 设计创作，主要内容包括：一种利用双楔角片实现连续折射角度调节的装置：套接在一起的活动环A和活动环B,活动环A和活动环B内分别安装楔角片A和楔角片B,活动环A另一端套接作为安装架的固定环；活动环B可单独相对活动环A和转动,带动楔角片A和楔角片B相对转动,实现折射角在最小和最大角度间调节；活动环A可以带动活动环B整体相对固定环转动,使楔角片A和楔角片B同步转动,实现折射方向360°调节。本发明提一种利用双楔角片实现任意折射角度调节的装置,利用该装置可实现准直光束二维角度调节。该装置具有尺寸紧凑,调节精度高,结构稳定等特点。(A device for realizing continuous refraction angle adjustment by using double wedge angle pieces comprises: the movable ring A and the movable ring B are sleeved together, a wedge angle piece A and a wedge angle piece B are respectively arranged in the movable ring A and the movable ring B, and the other end of the movable ring A is sleeved with a fixed ring serving as an installation frame; the movable ring B can independently rotate relative to the movable ring A to drive the wedge angle piece A and the wedge angle piece B to rotate relatively, so that the refraction angle can be adjusted between the minimum angle and the maximum angle; the movable ring A can drive the movable ring B to integrally rotate relative to the fixed ring, so that the wedge angle piece A and the wedge angle piece B synchronously rotate, and 360-degree adjustment of the refraction direction is realized. The invention provides a device for realizing arbitrary refraction angle adjustment by using double-wedge angle pieces, which can realize two-dimensional angle adjustment of collimated light beams. The device has the characteristics of compact size, high adjusting precision, stable structure and the like.)

一种利用双楔角片实现连续折射角度调节的装置

技术领域

本发明属于光学器件技术领域，尤其涉及光折射角度和方向的调节装置，具体来说本发明提供一种利用双楔角片实现连续折射角度调节的装置。

背景技术

在激光或者光纤准直器系统中，常常需要对准直光束的角度进行精确的调节，使得激光光束或者一个光纤准直器的准直光束能够精确耦合到另一个准直器中，由此通常需要高精度的调节架来实现此功能，如使用二维调节架来实现激光准直光束的垂直方向和水平方向的角度调节，从而使得激光准直光束能够按预定方向传输。此类调节架往往结构复杂，尺寸较大，无非集成到某些小型系统中。为克服现有技术的不足，本发明提一种利用双楔角片实现任意折射角度调节的装置，利用该装置可实现准直光束二维角度调节。该装置具有尺寸紧凑，调节精度高，结构稳定等特点。

发明内容

首先结合图1至图3说明本发明的原理：

如图1中的a图所示，当一束光束，小角度经过一个楔角片后，会产生一定角度的折射，即光束经过楔角片后会产生一个折射角β。对于小角度入射β是个常数，由楔角片的抛角α和折射率n决定：β＝α(n-1)。

如图1中b图，利用两片同样材料同样抛角的楔角片，分别命名为楔角片A和楔角片B，组合成楔角片组。将当楔角片A和楔角片B互相镜像放置，两个楔角片向同一个方向产生一个折射角度β，光束经楔角片组后角度改变为2β。2β也为该楔角片组所能达到的最大折射角。

如图1中c图，将当楔角片A和楔角片B互相倒置180°放置，这样两个楔角片的楔角角度完全补偿，当光束经过楔角片组，光束角度不产生改变，只有微弱的位移。

如图1中d图，使楔角片B相对楔角片A在0°～360°内作同轴旋转，则楔角片B相对于A每旋转1°度，便会增减(2β/180)°的偏折角。由此可以得到连续变化的折射角θ，0≤θ≤2β。

如图1中e图，在d图基础上将楔角片组同时一体作同轴旋转，既可以全方位作偏折角扫描。通过楔角片A和楔角片B之间的旋转配合可使得通过组件的光束，在0～2β范围内，任意方向调节。将光投射一板上，当折射角为θ时，楔角片组旋转360°光束扫描的轨迹可得到一个圆。当θ＝2β时，得到最大的圆。由于0≤θ≤2β，光束轨迹可达到最大圆内的任何一点。也就是说，将楔角片B相对楔角片A同轴旋转时，可在0≤θ≤2β范围内任意调节折射角；将楔角片整体旋转时，可任意调节折射方向；两者组合，光束可0≤θ≤2β范围内作任意方向的扫描。

同理，如果楔角片A和楔角片B的折射角不同，分别为β_A和β_B，则∣β_A-β_B∣≤θ≤(β_A+β_B)。通过楔角片组的光束可在∣β_A-β_B∣≤θ≤(β_A+β_B)范围内作任意方向的扫描。

进一步地，还可以作不同的扩展：

一种扩展如图2所示：在楔角片的通光面上可以做不同功能的镀膜(如特定比例反射、滤波等)，同时实现不同的功能和光束方向调节作用，比如在楔角片A的表面镀红光反射膜，蓝光通过的滤波膜，当光束通过该组件时候，不但可以对通过的蓝光进行方向调节，还可以实现对红光的滤波。当然，不限于红光反射，还可以是镀其他色光的反射膜，可以是镀在两个楔角片的任何一个通光面上。

另一种扩展如图3所示：对于楔角片A和B选用不同的材料，比如楔角片A选用双折射材料，楔角片B选用常规单折射率光学玻璃，通过楔角片A和B的配合，同时实现光束的起偏和方向调节。如图3中a图：将双折射后的o光作为主光处理，假如双折射晶体的o光折射率为No，双折射晶体楔角片抛角为α1，当α1足够大时，o光和e光产生足够的角度差。将o光作为主光，e光由于存在角度差，不会耦合到o光的光路中去，由此起到起偏作用。如果楔角片B选用折射率为Nb的材料，当双折射材料的楔角片A的角度为α1时，楔角片B的角度为α2，使得光束的o光经过楔角A和B时候，产生一样的偏折角，由此可以计算得出α2＝[(No-1)α1]/(Nb-1)。如图3中b图：当双折射晶体的楔角片A和普通光学材料楔角片B组合后，两者相对倒置180°时，楔角片组件对通过的o光不产生角度变化，只有一个微弱的位移；如图3中c图：两者同向放置时，同样产生一个2β的角度偏折。同样可以实现对o光的任意角度方向调节，最大调节范围为0～2β，同时，该组件对入射光起偏，由于e光总是相对o光存在一定角度，由于该角度存在，e光不会被耦合到准直光路中去，起到起偏作用。

本发明的技术内容是：

将两个楔角片(楔角片A和楔角片B)分别安装在两个同轴的环(环A和环B)内，两个同轴环可相对旋转，最大旋转角度不小于180°，实现折射角在最小和最大角度间调节；两个同轴环可360°一体旋转，实现折射方向360°调节。

一种优选方案为，所说的两个同轴的环为套接在一起的活动环A和活动环B，活动环A另一端套接作为安装架的固定环；活动环B可单独相对活动环A和转动，实现折射角在最小和最大角度间调节；活动环A还可以带动活动环B整体相对固定环转动，实现折射方向360°调节；所说的固定环可以是独立构件，也可以是与本装置所连接的其他装置的一部分。

另一种优选方案为，所说的两个同轴环为套接在一起的两个蜗轮蜗杆组，蜗轮蜗杆组A和蜗轮蜗杆组B，两个蜗轮为中空的环形，内分别安装一个楔角片A和楔角片B。套接在内周的蜗轮蜗杆组B，驱动蜗杆其蜗轮相对外周蜗轮蜗杆组A转动；驱动套接在外周的蜗轮蜗杆组的蜗杆，外周蜗轮带动内周蜗轮蜗杆组B一起转动；外周蜗轮蜗杆组A的外壳构成本装置的安装架。

第三种优选方案为，将两个单向轴承的外圈合为一体，外圈和内圈B构成本发明的两个同轴环，分别安装楔角片A和楔角片B；内圈A构成本发明的安装架；向一个方向转动内圈B，内圈B相对外圈转动，外圈与内圈A锁紧；向相反方向转动内圈B，该内圈B与外圈锁紧并带动外圈一起相对内圈A转动。

第四种优选方案为，将两个单向轴承的内圈合为一体，内圈和外圈B构成本发明的两个同轴环，各安装一个楔角片；外圈A构成本发明的安装架；向一个方向转动外圈B，外圈B相对内圈转动，内圈与外圈A锁紧；向相反方向转动外圈B，外圈B与内圈锁紧并带动内圈一起相对外圈A转动。

根据前述的原理说明，显然本发明的技术内容包括以上四个优选方案，还可以进行扩展应用：

一种扩展应用方案是，楔角片A或B的至少一个通光面上镀功能膜，同时实现其他功能。

另一种扩展应用方案是，靠近入射光的楔角片A采用双折射晶体，楔角片B选用常规单折射材料，同时实现光束的起偏和方向调节。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明一种扩展应用的原理图；

图3是本发明另一种扩展应用的原理图；

图4是本发明实施例1的示意图；

图5是本发明实施例2的示意图；

图6是本发明实施例3的示意图；

图7是本发明实施例4的示意图。

图中：1.楔角片A，2.楔角片B；11.活动环A，12.活动环B，13.固定环，14.阻尼件；21.蜗轮蜗杆组A，22.蜗轮蜗杆组B，23.外壳；31.外圈，32.内圈B，33.内圈A；41.内圈，42.外圈B，43.外圈A。

具体实施方式

以上结合附图，具体说明本发明的实施方式。

实施例1

两个同轴的活动环A11和活动环B12套接在一起，两个环内分别安装楔角片A1和楔角片B2，活动环A11的另一端套接作为安装架的固定环13；活动环B12可单独相对活动环A11和转动，带动楔角片B2相对楔角片A1转动，实现折射角在最小和最大角度间调节；转动活动环A11可以带动活动环B12整体相对固定环13转动，即楔角片A1和楔角片B2同步转动，实现折射方向360°调节；所说的固定环可以是独立构件，也可以是与本装置所连接的其他装置的一部分。活动环A11和活动环B12之间以及活动环A11和固定环13之间，可以加阻尼件14，使活动环A11和活动环B12之间的阻尼小于活动环A11和固定环13之间的阻尼，这样就可避免在单独转动活动环B12时带动活动环A11一起转动。

实施例2

本实施例中，所说的两个同轴环为套接在一起的两个蜗轮蜗杆组，蜗轮蜗杆组A21和蜗轮蜗杆组B22，两个蜗轮为中空的环形，内分别安装一个楔角片A1和楔角片B2。套接在内周的蜗轮蜗杆组B22，驱动蜗杆其蜗轮相对外周蜗轮蜗杆组A21转动，带动楔角片B2相对楔角片A1转动，实现折射角在最小和最大角度间调节；驱动套接在外周的蜗轮蜗杆组A21的蜗杆，外周蜗轮带动内周蜗轮蜗杆组B22一起转动，即楔角片A1和楔角片B2同步转动，实现折射方向360°调节；外周蜗轮蜗杆组A21的外壳23构成本装置的安装架。

实施例3

本实施例，将两个单向轴承的外圈合为一体，外圈31和内圈B32构成本发明的两个同轴环，分别安装楔角片A1和楔角片B2；内圈A33构成本发明的安装架；向一个方向转动内圈B32，内圈B32相对外圈31转动，外圈31与内圈A33锁紧，即内圈B32带动楔角片B2相对楔角片A1转动，实现折射角在最小和最大角度间调节；向相反方向转动内圈B32，该内圈B32与外圈31锁紧并带动外圈31一起相对内圈A33转动，即楔角片A1和楔角片B2同步转动，实现折射方向360°调节。

实施例4

本实施例和实施例3一样，也是将两个单向轴承合并。所不同的是，要实施例是将两个单向轴承的内圈合为一体，内圈41和外圈B42构成本发明的两个同轴环，分别安装楔角片A1和楔角片B2；外圈A43构成本发明的安装架；向一个方向转动外圈B42，外圈B42相对内圈41转动，内圈41与外圈A43锁紧，即外圈B42带动楔角片B2相对楔角片A1转动，实现折射角在最小和最大角度间调节；向相反方向转动外圈B42，外圈B42与内圈41锁紧并带动内圈41一起相对外圈A43转动，即楔角片A1和楔角片B2同步转动，实现折射方向360°调节。

扩展实施方案

对于以上各实施例，都可以有以下扩展方案：

一种扩展应用方案是，楔角片A1或B1的至少一个通光面上镀功能膜，实现滤波、特定比例反射等功能。

另一种扩展应用方案是，靠近入射光的楔角片(A或B)采用双折射晶体，楔角片(B或A)选用常规单折射材料，同时实现光束的起偏和方向调节。