一種中空光滑環(huán)的制作方法
【專利摘要】一種中空光滑環(huán)，包括定子，轉(zhuǎn)子，輸入光纖通道、環(huán)形傾斜光纖光柵、輸出光纖通道，定子和轉(zhuǎn)子由環(huán)形基體構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子環(huán)形的徑向外圓和徑向內(nèi)圓相等，軸線相互重合，形成中空結(jié)構(gòu)。傾斜光纖光柵部分設置在定子中，傾斜光柵繞圓周一周刻制成全光柵區(qū)，當輸入光纖通道中的光束射入傾斜光纖光柵中后，按照一定傾斜度設計的傾斜光柵會部分反射輸入光束，反射光經(jīng)過剝除外包層后的光纖垂直向上傳輸，進入輸出端光纖通道。該中空光滑環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，對機械裝置精度要求不高，易于實現(xiàn)，可中空狀態(tài)傳輸氣體、液體等流動介質(zhì)等。
【專利說明】一種中空光滑環(huán)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光滑環(huán)，特別涉及一種旋轉(zhuǎn)光滑環(huán)。
【背景技術】
[0002]光纖的一些特性如寬帶寬、抗干擾、低損耗、重量輕、體積小等優(yōu)點使其在越來越多的應用中成為理想信號載體。在光纖信號傳輸種類中，某些情況下，光信號的傳輸常常在線路的某個中間環(huán)節(jié)需要旋轉(zhuǎn)耦合裝置，如雷達天線和它的車載信號處理系統(tǒng)之間，海底機器人與控制船只之間，工業(yè)上應用的機械手與主控臺之間的連接線路等，都需要在兩個相對旋轉(zhuǎn)的部分實現(xiàn)光纖光路的連接，普通的固定連接器無法完成動態(tài)連接，而光滑環(huán)(也稱光纖旋轉(zhuǎn)連接器)正是實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)連接不可或缺的器件。
[0003]在光滑環(huán)信號傳輸過程中,有時還伴隨氣、油和水等介質(zhì)的傳輸,例如有些雷達使用過程中信號要伴隨高壓氣體同時傳輸，這些介質(zhì)的傳輸需要一個通道，而這個通道經(jīng)常設置在中心軸的位置；有時在連接器的中心軸的部分還有安放一些滾軸、轉(zhuǎn)桶等器件，甚至是人體，其目的是進行一些拉伸、滾動或掃描的操作。由于中心軸被其他介質(zhì)或器件占用，光信號不再沿連接器轉(zhuǎn)動中心傳輸光信號，而大部分現(xiàn)有光滑環(huán)的光傳輸通道都是按照所使用光器件的光軸與連接器轉(zhuǎn)動中心重合的技術路線進行設計和制造的。因此，現(xiàn)有這部分光滑環(huán)已經(jīng)不能滿足上述場合的應用，需要一種光信號能在中空光滑環(huán)中傳輸。
[0004]目前，已經(jīng)有幾種“中空”態(tài)光滑環(huán)，它們各自有其特點與缺點。專利US410998提出一種中空光滑環(huán)，它的基本原理是通過內(nèi)、外兩片圓反射鏡，利用光束在反射鏡之間的反射來傳播光束。專利US4934783提出的連接器采用一個柱面作為反射鏡，柱面對入射的平面光束反射會聚焦于一點，成為一個虛焦點，之后光束發(fā)散，再經(jīng)過反射鏡反射重新會聚成另一個虛焦點，以此經(jīng)過會聚、反射、會聚、反射等過程最后到達出射端輸出。專利US2004/0086222A1采用U型反射槽來傳播光束，反射槽置于外圓周上，圓周上分布有多個反射槽，光在多個反射槽之間傳輸。專利CN101788699A利用光柵把輸入光束耦合進環(huán)形基體，基體用于實現(xiàn)光束的轉(zhuǎn)折，傳輸介質(zhì)的上表面為一個平面，其上鍍有4?5層膜。傳輸介質(zhì)的下表面為一個錐面，這些光纖旋轉(zhuǎn)連接器都對機械裝置精度要求高，而連接效率低，不僅成本高而且難實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的上述不足，提供一種新型中空光滑環(huán)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案為:
[0006]一種中空光滑環(huán)，包括定子，轉(zhuǎn)子，輸入光纖通道、環(huán)形光導元件、輸出光纖通道，定子和轉(zhuǎn)子由環(huán)形基體構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子環(huán)形的徑向外圓和徑向內(nèi)圓相等，軸線相互重合，形成中空結(jié)構(gòu)。
[0007]輸入光纖通道是光信號的輸入端，由光纖構(gòu)成，輸入光纖通道的一部分設置在定子中，由輸入光纖通道引導的輸入光束射入環(huán)形傾斜光纖光柵。[0008]光導元件是傾斜光纖光柵，包括光纖主體，傾斜光柵和光纖外包層。傾斜光纖光柵形成環(huán)形的管狀結(jié)構(gòu)，傾斜光纖光柵部分設置在定子中，環(huán)形的傾斜光纖光柵的中心線和定子軸線相互重合，環(huán)形傾斜光纖光柵的中心平面和定子上表面重合，環(huán)形傾斜光纖光柵露出定子部分的光纖外包層被剝除。傾斜光柵繞圓周一周刻制成全光柵區(qū)，當輸入光束射入光纖中后，按照一定傾斜度設計的傾斜光柵會部分反射輸入光束，反射光經(jīng)過剝除外包層后的光纖垂直向上傳輸。
[0009]輸出端光纖通道設置在轉(zhuǎn)子中，由準直透鏡、光纖準直器和光纖構(gòu)成，輸出端光纖通道的準直透鏡的軸線和轉(zhuǎn)子軸線平行，準直透鏡繞軸旋轉(zhuǎn)的半徑和環(huán)形傾斜光纖光柵的半徑相等，在輸出端光纖通道旋轉(zhuǎn)過程中，可以一直對準環(huán)形傾斜光纖，以便接收傾斜光柵反射的光束，準直透鏡把由傾斜光柵反射的光束集中到光纖準直器中，再由光纖準直器把光束傳播到光纖中，以便輸出。
[0010]優(yōu)選地，環(huán)形的傾斜光纖光柵中刻寫的傾斜光柵的法線與定子軸線的夾角為45度。輸入光纖通道中光纖引導的光束沿與定子軸線垂直方向射入環(huán)形的傾斜光纖光柵中，光經(jīng)過傾斜光柵時，會產(chǎn)生反射，其反射光在整個環(huán)形的傾斜光纖光柵上垂直向上傳輸，利于輸出光纖通道接收。
[0011]本實用新型的中空光滑環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，對機械裝置精度要求不高，易于實現(xiàn)，可中空狀態(tài)傳輸氣體、液體等流動介質(zhì)等。可廣泛應用于CT掃描、光信號的旋轉(zhuǎn)連接等場合，具有良好的市場前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實用新型的技術方案，下面將對實用新型實施例描述中需要使用的附圖作簡單的介紹，其中
[0013]圖1是根據(jù)本實用新型的中空光滑環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是根據(jù)本實用新型的傾斜光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，I為定子，2為轉(zhuǎn)子，3為傾斜光纖光柵，4為定子、轉(zhuǎn)子軸線，5定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)孔，6為輸入光纖通道,7為輸出光纖通道,8為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向,9為定子的上表面，10為輸出光束，11為輸入光束，31為光纖主體,32為傾斜光柵,33為光柵法線,34為光纖外包層。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本實用新型提供的中空光滑環(huán)，包括定子1，轉(zhuǎn)子2，輸入光纖通道6、傾斜光纖光柵3、輸出光纖通道7。
[0017]定子I和轉(zhuǎn)子2由環(huán)形基體構(gòu)成,定子I和轉(zhuǎn)子2環(huán)形的徑向外圓和徑向內(nèi)圓相等，軸線4相互重合，形成中空結(jié)構(gòu)。定子環(huán)形基體和轉(zhuǎn)子相對的面為一個平面，稱為定子上表面9。
[0018]傾斜光纖光柵3形成環(huán)形的管狀結(jié)構(gòu)，部分設置在定子中，環(huán)形傾斜光纖光柵3的中心線和定子軸線4相互重合，環(huán)形傾斜光纖光柵3的中心平面是和該環(huán)形傾斜光纖光柵3的中心線垂直并截取該環(huán)形傾斜光纖光柵面積最大的平面，環(huán)形傾斜光纖光柵3的中心平面和定子上表面重合。環(huán)形傾斜光纖光柵露出定子部分的光纖外包層32被剝除。
[0019]輸入光纖通道6是光信號的輸入端，由光纖構(gòu)成,輸入光纖通道6的一部分設置在定子中，由輸入光纖通道引導的輸入光束射入環(huán)形傾斜光纖光柵3。輸出端光纖通道7設置在轉(zhuǎn)子中，包括準直透鏡、光纖準直器和光纖(圖中未示出)，輸出端光纖通道7的準直透鏡的軸線和轉(zhuǎn)子軸線4平行，其繞軸旋轉(zhuǎn)的半徑和環(huán)形傾斜光纖光柵的半徑相等，在輸出端光纖通道7旋轉(zhuǎn)過程中，可以一直對準環(huán)形傾斜光纖，以便接收傾斜光柵反射的光束，準直透鏡把由傾斜光柵反射的光束集中到光纖準直器中，再由光纖準直器把光束傳播到光纖中，以便輸出。
[0020]圖2是傾斜光纖光柵結(jié)構(gòu)意圖,傾斜光纖光柵包括光纖主體31,傾斜光柵32和光纖外包層34。當輸入光束11進入光纖中后，按照一定傾斜度設計的傾斜光柵32會部分反射輸入光束11，其反射光經(jīng)過光纖外包層34垂直向上傳輸。
[0021]將傾斜光纖光柵做成環(huán)形，就可得到環(huán)形的傾斜光纖光柵3，本實用新型的優(yōu)選實施例中，環(huán)形的傾斜光纖光柵3中刻寫的傾斜光柵32的法線33與定子軸線的夾角為45度。輸入光纖通道中光纖引導的光束沿與定子軸線垂直方向射入環(huán)形的傾斜光纖光柵3中，由于光纖的全反射效應，光束在整個環(huán)形的傾斜光纖光柵3中傳播，同時，傾斜光柵32繞圓周一周刻制成全光柵區(qū)，光經(jīng)過傾斜光柵32時,會產(chǎn)生反射，由于環(huán)形傾斜光纖光柵露出定子部分的光纖外包層32被剝除，其反射光在整個環(huán)形的傾斜光纖光柵3上垂直向上傳輸，利于輸出光纖通道7接收。
[0022]本實用新型中使用的傾斜光纖光柵與專利CN101788699A中使用的衍射閃耀光柵不同，衍射閃耀光柵為純光學元件，雖然其名稱為光柵，類似于CCD相機里用的那種用于像元撲捉的衍射光柵，其結(jié)構(gòu)較大，為柱狀體或平面，本實用新型的光柵為光纖光柵，是在光纖上直接經(jīng)過刻寫加工成的光纖光柵，其結(jié)構(gòu)仍為光纖，只是刻寫的那一段成為光纖光柵，結(jié)構(gòu)非常小巧，非常易于與光通信集成，光信號傳輸損耗較小，融合度高，實現(xiàn)的可行性非常高，而且，
[0023]CN101788699A中公開的光滑環(huán)的結(jié)構(gòu)復雜，各幾何參數(shù)之間要嚴格滿足一定的數(shù)學關系，加工制造困難。本實用新型的中空光滑環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，對機械裝置精度要求不高，易于實現(xiàn)，具有良好的市場前景。
【權利要求】
1.一種中空光滑環(huán)，包括定子，轉(zhuǎn)子，輸入光纖通道、環(huán)形光導元件、輸出光纖通道，其特征在于:定子和轉(zhuǎn)子由環(huán)形基體構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子環(huán)形的徑向外圓和徑向內(nèi)圓相等，軸線相互重合，形成中空結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權利要求1所述的中空光滑環(huán)，其中所述輸入光纖通道是光信號的輸入端，由光纖構(gòu)成，輸入光纖通道的一部分設置在定子中，由輸入光纖通道引導的輸入光束射入環(huán)形光導兀件。
3.根據(jù)權利要求2所述的中空光滑環(huán)，其中所述光導元件是傾斜光纖光柵，包括光纖主體，傾斜光柵和光纖外包層，傾斜光纖光柵形成環(huán)形的管狀結(jié)構(gòu)；傾斜光纖光柵部分設置在定子中，環(huán)形的傾斜光纖光柵的中心線和定子軸線相互重合，環(huán)形傾斜光纖光柵的中心平面和定子上表面重合，環(huán)形傾斜光纖光柵露出定子部分的光纖外包層被剝除。傾斜光柵繞圓周一周刻制成全光柵區(qū)，當輸入光束射入光纖中后，按照一定傾斜度設計的傾斜光柵會部分反射輸入光束，反射光經(jīng)過剝除外包層后的光纖垂直向上傳輸。
4.根據(jù)權利要求2所述的中空光滑環(huán)，其中所述輸出端光纖通道設置在轉(zhuǎn)子中，由準直透鏡、光纖準直器和光纖構(gòu)成，輸出端光纖通道的準直透鏡的軸線和轉(zhuǎn)子軸線平行，準直透鏡繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)的半徑和環(huán)形傾斜光纖光柵的半徑相等，在輸出端光纖通道旋轉(zhuǎn)過程中，可以一直對準環(huán)形傾斜光纖，以便接收傾斜光柵反射的光束，準直透鏡把由傾斜光柵反射的光束集中到光纖準直器中，再由光纖準直器把光束傳播到光纖中，以便輸出。
5.根據(jù)權利要求3所述的中空光滑環(huán)，其中環(huán)形的傾斜光纖光柵中刻寫的傾斜光柵的法線與定子軸線的夾角為45度，輸入光纖通道中光纖引導的光束沿與定子軸線垂直的方向射入環(huán)形的傾斜光纖光柵中。
【文檔編號】G02B6/34GK203519874SQ201320548728
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權日:2013年9月4日
【發(fā)明者】陸兆輝 申請人:中國電子科技集團公司第八研究所