一种法兰型无偏准直器、制造方法及耦合结构
阅读说明：本技术 一种法兰型无偏准直器、制造方法及耦合结构 (Flange type unbiased collimator, manufacturing method and coupling structure ) 是由 金新刚 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种法兰型无偏准直器、制造方法及耦合结构。一种法兰型无偏准直器,包括由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。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。其耦合结构,可将两个法兰型无偏准直器的法兰面直接对准贴合,还可以在法兰间增加窗口片；也可采用连接构件耦合。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。(The invention provides a flange type unbiased collimator, a manufacturing method and a coupling structure. A flange-type unbiased collimator includes a flange sleeve composed of a flange part and a sleeve part, a tail fiber and a lens are arranged in the sleeve, and the lens is close to one side of the flange part. The tail fiber is tightly matched with the flange sleeve and used for fixing the output position of the collimated light beam, so that the output point of the light beam is on the axis of the sleeve, a certain gap is reserved between the periphery of the lens and the inner wall of the sleeve, the position of the lens can be adjusted, the output direction of the collimated light beam is adjusted, the direction of the light beam is completely perpendicular to the end face of the flange, and the lens with the adjusted position is fixed in a bonding mode. The coupling structure can directly align and attach the flange surfaces of the two flange type unbiased collimators, and a window sheet can be added between the flanges; coupling may also be employed with connecting members. The flange type unbiased collimator and the coupling structure of various structures have the advantages of convenience in installation and strong interchangeability.)
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。