CN212012659U - 带有电压反馈的自动光纤耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了带有电压反馈的自动光纤耦合装置，包括基座，基座中间通过压圈固定有透镜，基座通过若干弹簧和压电陶瓷连接有后基座，后基座在与透镜中心相对应的位置设置有通孔，所述通孔中穿有光纤的一端，光纤与透镜的中心在一条直线上，光纤的另一端连接有分束器，分束器处理后的单模光纤连接有信号处理单元，信号处理单元通过信号传输线连接有驱动电路，驱动电路通过信号传输线连接基座。实现光纤耦合端面中心位于对应透镜焦点中心的自动对准，且保持光纤与透镜光轴重合，提升空间光‑单模光纤耦合效率。对于中短距离的空间光‑单透镜‑单模光纤耦合工作环境，更加快速准确的对准，一定程度上节省劳动力和时间成本。
Description
技术领域
本实用新型属于无线激光通信领域，尤其是涉及一种带有电压反馈的自动光纤耦合装置。
背景技术
自由空间光通信(FSO)利用在空间中传播的光传输数据，具有频带宽、速率高、协议透明和安全可靠等诸多特点，FSO已经成为星际通信、5G移动通信等高速信息传输的重要技术手段，在“空天地一体化”网络构建、微波光子融合通信等领域具有广泛的应用前景。然而，FSO技术在近地大气环境中应用面临严峻考验，其中，最大的问题是激光在传输过程中受到大气环境的影响，不仅造成通信光束的功率衰减，同时还存在光束漂移、光强闪烁、光束扩展、相位起伏等大气湍流效应的影响。在FSO系统中，激光接收端机的性能决定了整体通信性能的优劣。受制于大气链路中湍流等因素的影响，空间光至单模光纤的耦合效率大大降低，进而导致严重误码。因此，如何消除大气湍流的影响、改善接收端的光耦合效率，提高探测效率是空间激光通信领域孜孜以求的目标。
目前，由于空间平台功耗、重量等的限制和通信距离非常遥远等客观条件的限制，在FSO系统中，接收的光信号往往十分微弱，考虑耦合问题的时候关注的焦点是耦合效率。理想情况下，空间光到单模光纤的耦合效率主要受模式匹配、对准偏差、菲涅尔反射、吸收损耗、平台振动等影响，理论计算的最大耦合效率约为81％(Winzer P J,Leeb W R.Fibercoupling efficiency for random light and its applications to lidar[J].OpticsLetters,1998,23(13):986-988.)。实验上，中国科学院光电技术研究所验证了自适应光纤耦合器(AFC)在光纤耦合中补偿静态角偏差和角抖动的作用。结果显示：静态角偏差大于60μrad或者随机角抖动标准差大于 8μrad时，理论光纤耦合效率下降到10％以下。在AFC的校正范围内 (80μrad)，校正静态角偏差和角抖动后，平均耦合效率均提升到60％以上，最大耦合效率为67％(罗文.基于自适应光纤耦合器的单模光纤耦合技术研究[D].中国科学院研究生院(光电技术研究所),2014.)。对于FSO系统，当信号光经过大气湍流传输一段距离后，如何解决到达角起伏、光斑漂移造成的耦合效率下降，并实现自动对准是当前FSO急需解决的关键性问题。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种带有电压反馈的自动光纤耦合装置，解决了现有技术中存在的因为大气湍流等因素导致光斑抖动，漂移所造成的耦合效率下降的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，
带有电压反馈的自动光纤耦合装置，包括基座，基座中间通过压圈固定有透镜，基座通过若干弹簧和压电陶瓷连接有后基座，后基座在与透镜中心相对应的位置设置有通孔，所述通孔中穿有光纤的一端，光纤与透镜的中心在一条直线上，光纤的另一端连接有分束器，分束器处理后的单模光纤连接有信号处理单元，信号处理单元通过信号传输线连接有驱动电路，驱动电路通过信号传输线连接基座。
本实用新型的特点还在于：
基座为中空的圆环形，其内径与透镜的直径相匹配。
弹簧设置在压电陶瓷内侧。
弹簧和压电陶瓷均设置有6个。
透镜的相对孔径为0.2。
每个所电陶瓷与后基座之间均设置有一个钢珠。
后基座靠近分束器的一侧中心位置设置有一个凸台，凸台的中心位置设置有与后基座的通孔直径相匹配的通孔。
本实用新型的有益效果是：反馈信号的加入，结合信号处理单元和驱动电路，实现光纤耦合端面中心位于对应透镜焦点中心的自动对准，且保持光纤与透镜光轴重合，提升空间光-单模光纤耦合效率。从使用者的角度来说，对于中短距离的空间光-单透镜-单模光纤耦合工作环境，一定程度上节省劳动力，更加快速准确的对准，节省了时间成本。
附图说明
图1是本实用新型带有电压反馈的自动光纤耦合装置主视图。
图2是本实用新型带有电压反馈的自动光纤耦合装置俯视图。
图中，1.入射光束；2.基座；3.压电陶瓷；4.钢珠；5.后基座；6.光纤； 7.分束器；8.单模光纤；9.单模光纤A；10.信号处理单元；11.信号传输线； 12.驱动电路；13.弹簧；14.透镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
带有电压反馈的自动光纤耦合装置，如图1所示，包括基座2，基座2 中间通过压圈固定有透镜14，基座2通过若干弹簧13和压电陶瓷3连接有后基座5，后基座5在与透镜14中心相对应的位置设置有通孔，所述通孔中穿有光纤6的一端，光纤6与透镜14的中心在一条直线上，光纤6的另一端连接有分束器7，分束器7处理后的单模光纤8连接有信号处理单元10，信号处理单元10通过信号传输线11连接有驱动电路12，驱动电路12通过信号传输线11连接基座2。
基座2为中空的圆环形，其内径与透镜14的直径相匹配。
弹簧13设置在压电陶瓷3内侧。
弹簧13和压电陶瓷3均设置有6个；
透镜14的相对孔径为0.2。
所述压电陶瓷3与后基座5之间均设置有一个钢珠4。
后基座5靠近分束器7的一侧中心位置设置有一个凸台，凸台的中心位置设置有与后基座5的通孔直径相匹配的通孔。
本发明的工作过程为：
调整装置中单模光纤6和透镜14的角度，确保单模光纤耦合端面中心位于透镜焦点中心，且保持单模光纤与透镜光轴重合；经远距离湍流大气传输后的入射信号光束，入射至透镜14的端面上，透镜将光束汇聚并入射至单模光纤阵列耦合端面上，将空间传输光束转化为光纤传输，分束器7的部分光束被用作信号反馈；由于大气湍流的影响，经过透镜14聚焦光束并不完全能汇聚至单模光纤6端面的中心时，信号处理单元10在单模光纤A 9 处实时采集电压信号，当其低于某一阈值时，驱动电路12开始工作，使得压电陶瓷3产生位移，进行自动对准。耦合工作完成后，信号处理单元10 继续在单模光纤A 9尾端处进行信号探测。
一种提升空间光-单透镜-单模光纤耦合效率的装置及方法，包括基座、压电陶瓷、弹簧、透镜、单模光纤、分束器、光电探测器、信号处理单元和驱动电路。透镜被压圈固定在基座中，透镜交点处放置有另一个基座所固定的单模光纤，两个基座有压电陶瓷和弹簧相连接。经过大气湍流，产生畸变入射光束入射至耦合装置，分束器将部分光束分离至信号处理单元，信号处理单元实时采集的电压信号作为反馈量，当反馈量低于某一阈值后，耦合装置带动单模光纤以产生微位移，结合智能算法进行数据处理，控制耦合装置中压电陶瓷的运动，实时调整光纤的位置，实现自动耦合并且稳定跟踪的目的
本实用新型采用相对孔径为0.2的透镜；两个基座之间由6个压电陶瓷和6个弹簧连接；压电陶瓷与基座之间存在一个钢珠，降低压电陶瓷的磨损程度；单模光纤耦合端面中心位于对应透镜焦点中心；分束器的部分光束被用作信号反馈，当信号处理单元采集到的电压低于某一阈值时，驱动电路开始工作，使得压电陶瓷产生位移，进行自动对准。
实施例：
在自由空间光通信中，该装置可以完成信号的接收与探测。结合图2，对实施例进行说明，经过大气湍流，产生畸变的光束入射至耦合装置，信号处理单元10实时采集电压信号作为反馈量，耦合装置带动单模光纤以产生微位移，结合智能算法进行数据处理，并且控制耦合装置中压电陶瓷的运动，实时调整光纤的位置。通过上述过程，使耦合光斑的焦平面与光纤端面很好地重合，达到自动耦合并且稳定跟踪的目的。反馈信号的加入，结合信号处理单元和驱动电路，实现光纤耦合端面中心位于对应透镜焦点中心的自动对准，且保持光纤与透镜光轴重合，提升空间光-单模光纤耦合效率。从使用者的角度来说，对于中短距离的空间光-单透镜-单模光纤耦合工作环境，一定程度上节省劳动力，更加快速准确的对准，节省了时间成本。
Claims (7)
1.带有电压反馈的自动光纤耦合装置，其特征在于，包括基座(2)，基座(2)为中空的圆环形，基座(2)中间通过压圈固定有透镜(14)，基座(2)通过若干弹簧(13)和压电陶瓷(3)连接有后基座(5)，后基座(5)在与透镜(14)中心相对应的位置设置有通孔，所述通孔中穿有光纤(6)的一端，光纤(6)与透镜(14)的中心在一条直线上，光纤(6)的另一端连接有分束器(7)，分束器(7)处理后的单模光纤(8)连接有信号处理单元(10)，信号处理单元(10)通过信号传输线(11)连接有驱动电路(12)，驱动电路(12)通过信号传输线(11)连接基座(2)。
2.根据权利要求1所述的带有电压反馈的自动光纤耦合装置，其特征在于，所述基座(2)内径与透镜(14)的直径相匹配。
3.根据权利要求2所述的带有电压反馈的自动光纤耦合装置，其特征在于，所述弹簧(13)设置在压电陶瓷(3)内侧。
4.根据权利要求3所述的带有电压反馈的自动光纤耦合装置，其特征在于，所述弹簧(13)和压电陶瓷(3)均设置有6个。
5.根据权利要求3所述的带有电压反馈的自动光纤耦合装置，其特征在于，所述透镜(14)的相对孔径为0.2。
6.根据权利要求4所述的带有电压反馈的自动光纤耦合装置，其特征在于，每个所述压电陶瓷(3)与后基座(5)之间均设置有一个钢珠(4)。
7.根据权利要求6所述的带有电压反馈的自动光纤耦合装置，其特征在于，所述后基座(5)靠近分束器(7)的一侧中心位置设置有一个凸台，凸台的中心位置设置有与后基座(5)的通孔直径相匹配的通孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020963817.XU CN212012659U (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 带有电压反馈的自动光纤耦合装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202020963817.XU CN212012659U (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 带有电压反馈的自动光纤耦合装置 |
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| CN212012659U true CN212012659U (zh) | 2020-11-24 |
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ID=73418616
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| CN202020963817.XU Active CN212012659U (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 带有电压反馈的自动光纤耦合装置 |
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| CN (1) | CN212012659U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111600654A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-28 | 西安理工大学 | 一种基于功率反馈的高效空间光-光纤耦合装置及方法 |
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2020
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| CN111600654A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-28 | 西安理工大学 | 一种基于功率反馈的高效空间光-光纤耦合装置及方法 |
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