利用透光窗口法兰将光纤引入真空进行耦合的装置的制作方法

本实用新型涉及真空实验设备技术领域，特别是涉及一种利用透光窗口法兰将光纤引入真空进行耦合的装置。

背景技术：

众所周知，真空实验是指在真空环境下进行的实验，比如，国家自然科学基金面上项目：一种红外活化电子捕获解离新技术及其在蛋白质“自上而下”质谱中的应用批准号：21475065；国家自然科学基金青年基金项目：采用紫外激光诱导碎片光谱结合DFT/TDDFT计算研究气相中的二价金属离子配合物批准号：11704280；上述两个基金项目研究均需要解决一个技术问题：即如何将真空腔外的激光导入真空腔内进行耦合的技术问题；由于真空腔对仪器的密闭性要求极高，更不可在腔体外部随意钻孔引入光纤破坏仪器的密闭性。因此，在不破坏仪器密闭性的前提下，如何实现真空腔内外激光的耦合技术显得是尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种利用透光窗口法兰将光纤引入真空进行耦合的装置；该利用透光窗口法兰将光纤引入真空进行耦合的装置在不破坏仪器密闭性的前提下，利用透光窗口法兰将光纤激光引入腔体内，保护真空腔内的超高真空状态。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种利用透光窗口法兰将光纤引入真空进行耦合的装置，至少包括：

与真空腔连通的窗口法兰(2)；所述窗口法兰(2)的窗口位置安装有隔离内外腔室的透光玻璃；

位于真空腔内的光纤固定块(8)；所述光纤固定块(8)与窗口法兰(2)的内侧固定连接；所述光纤固定块(8)上开设有内光纤安装通孔；

位于真空腔外的光纤调整架(1)；所述光纤调整架(1)为两端开口的圆筒状结构；所述光纤调整架(1)的一端与窗口法兰(2)的外侧固定连接；

位于光纤调整架(1)内的光纤位置调整安装块(7)；所述光纤位置调整安装块(7)为长方体结构；在所述光纤位置调整安装块(7)上开设有外光纤安装通孔；其中：

外光纤插入所述外光纤安装通孔并实现连接；内光纤插入所述内光纤安装通孔并实现连接；激光依次通过外光纤、玻璃、内光纤进而形成光路；在所述光纤调整架(1)的侧壁上设置有多个对光纤位置调整安装块(7)进行紧固和微调的顶丝和微分头。

进一步：所述顶丝包括：

用于顶紧光纤位置调整安装块(7)左侧面的平头弹簧顶丝(3)；

用于顶紧光纤位置调整安装块(7)上侧面的圆头弹簧顶丝(5)；

所述微分头包括：

用于顶紧光纤位置调整安装块(7)右侧面的平头微分头(4)；

用于顶紧光纤位置调整安装块(7)右侧面的圆头微分头(6)。

更进一步：所述平头弹簧顶丝(3)和平头微分头(4)分别为一枚；所述平头弹簧顶丝(3)和平头微分头(4)位于同一直线上。

更进一步：所述圆头弹簧顶丝(5)和圆头微分头(6)分别为两枚；每个圆头弹簧顶丝(5)和一个圆头微分头(6)组成一个顶丝对，每个顶丝对的圆头弹簧顶丝(5)和圆头微分头(6)位于同一直线上。

更进一步：所述窗口法兰(2)的内侧开设有与光纤固定块(8)固定连接的沉孔；所述窗口法兰(2)的外侧开设有与顶紧光纤位置调整安装块(7)固定连接的沉孔。

更进一步：所述内光纤安装通孔、外光纤安装通孔均为圆柱形孔。

一种利用透光窗口法兰将光纤引入真空进行耦合的装置的方法，包括如下步骤：

步骤101、将光纤固定块(8)与窗口法兰(2)的内侧固定连接；

步骤102、将内光纤插入光纤固定块(8)并进行螺纹紧固；

步骤103、将窗口法兰(2)安装于真空腔上；

步骤104、在窗口法兰(2)的外侧安装光纤调整架(1)；

步骤105、将外光纤插入光纤位置调整安装块(7)并进行螺纹紧固；

步骤106、将光纤位置调整安装块(7)插入光纤调整架(1)；

步骤107、开启激光器，使得激光依次经由外光纤、玻璃和内光纤后进入真空腔，随后调整多个顶丝，实现对光纤位置调整安装块(7)的调整，即实现入射角的调整。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本实用新型在不破坏仪器密闭性的前提下，利用透光窗口法兰将光纤激光引入腔体内，保护真空腔内的超高真空状态。真空腔内部的法兰壁上安装光纤固定块，外部安装光纤位置调整装置。利用光纤位置调整装置在平行于透光窗口平面的X,Y轴方向上调整光纤头的位置，同时可将光线的入射方向在一个平面内进行入射角的微调，保证光线入射光纤之后的全反射，以达到光纤耦合的目的；该装置的窗口法兰可保持真空腔内部的真空状态，去掉光纤位置调整装置及光纤固定块仍可保持真空系统的完整性。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的结构图；

图2是图1的主视图；

图3是本实用新型优选实施例中窗口法兰的结构图；

图4是本实用新型优选实施例中窗口法兰外侧的结构图；

图5是本实用新型优选实施例中窗口法兰内侧的结构图；

图6是本实用新型优选实施例中窗口法兰的轴截面图；

图7是本实用新型优选实施例中光纤调整架的轴截面图；

图8是本实用新型优选实施例中光纤调整架的端面图；

图9是本实用新型优选实施例中光纤位置调整安装块的结构图；

图10是本实用新型优选实施例中光纤固定块的结构图；

图11是本实用新型优选实施例中光纤固定块的轴截面图；

图12是本实用新型优选实施例中窗口法兰和光纤调整架连接后的轴截面图；

图13是本实用新型优选实施例中窗口法兰和光纤调整架连接后的结构图；

图14是本实用新型优选实施例中窗口法兰和光纤固定块连接后的结构图；

图15是本实用新型优选实施例中光纤调整架和顶丝连接后的结构图。

其中：1、光纤调整架；2、窗口法兰；3、平头弹簧顶丝；4、平头微分头；5、圆头弹簧顶丝；6、圆头微分头；7、光纤位置调整安装块；8、光纤固定块。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图15，一种利用透光窗口法兰将光纤引入真空进行耦合的装置，包括：

与真空腔连通的窗口法兰2；所述窗口法兰2的窗口位置安装有隔离内外腔室的透光玻璃；

位于真空腔内的光纤固定块8；所述光纤固定块8与窗口法兰2的内侧固定连接；所述光纤固定块8上开设有内光纤安装通孔；

位于真空腔外的光纤调整架1；所述光纤调整架1为两端开口的圆筒状结构；所述光纤调整架1的一端与窗口法兰2的外侧固定连接；

位于光纤调整架1内的光纤位置调整安装块7；所述光纤位置调整安装块7为长方体结构；在所述光纤位置调整安装块7上开设有外光纤安装通孔；其中：

外光纤插入所述外光纤安装通孔并实现连接；内光纤插入所述内光纤安装通孔并实现连接；激光依次通过外光纤、玻璃、内光纤进而形成光路；在所述光纤调整架1的侧壁上设置有多个对光纤位置调整安装块7进行紧固和微调的顶丝和微分头。

所述顶丝包括：

用于顶紧光纤位置调整安装块7左侧面的平头弹簧顶丝3；

用于顶紧光纤位置调整安装块7上侧面的圆头弹簧顶丝5；

所述微分头包括：

用于顶紧光纤位置调整安装块7右侧面的平头微分头4；

用于顶紧光纤位置调整安装块7右侧面的圆头微分头6。

所述平头弹簧顶丝3和平头微分头4分别为一枚；所述平头弹簧顶丝3和平头微分头4位于同一直线上。

所述圆头弹簧顶丝5和圆头微分头6分别为两枚；每个圆头弹簧顶丝5和一个圆头微分头6组成一个顶丝对，每个顶丝对的圆头弹簧顶丝5和圆头微分头6位于同一直线上。

所述窗口法兰2的内侧开设有与光纤固定块8固定连接的沉孔；所述窗口法兰2的外侧开设有与顶紧光纤位置调整安装块7固定连接的沉孔。

所述内光纤安装通孔、外光纤安装通孔均为圆柱形孔。

一种利用透光窗口法兰将光纤引入真空进行耦合的装置的方法，包括如下步骤：

步骤101、将光纤固定块8与窗口法兰2的内侧固定连接；

步骤102、将内光纤插入光纤固定块8并进行螺纹紧固；

步骤103、将窗口法兰2安装于真空腔上；

步骤104、在窗口法兰2的外侧安装光纤调整架1；

步骤105、将外光纤插入光纤位置调整安装块7并进行螺纹紧固；

步骤106、将光纤位置调整安装块7插入光纤调整架1；

步骤107、开启激光器，使得激光依次经由外光纤、玻璃和内光纤后进入真空腔，随后调整多个顶丝，实现对光纤位置调整安装块7的调整，即实现入射角的调整。

下面针对本专利中的具体零配件做如下详述：

窗口法兰，为保证真空腔的密闭性，激光引入接口使用六孔窗口法兰。为保证光纤在透射的过程中不被吸收，透光窗口的材质使用不吸收光子能量的玻璃。为固定真空腔内部及外部的光纤固定块及光纤位置调整装置，在如图3至图6所示的位置进行开孔，开孔深度不可大于法兰壁厚度，即开孔为沉孔。

光纤调整架，此部件作为光纤位置调整装置的安装架，固定于真空腔外侧。如图7和图8所示，轴线位置的孔为透光孔，孔内空间用于使弹簧顶丝和微分头将光纤位置调整固定块夹紧，以实现光纤头位置的调整；平头弹簧顶丝安装孔用于固定弹簧顶丝，使用螺纹的安装方式进行固定，平头微分头安装孔用于微分头的固定，使用螺纹的安装方式进行固定，圆头弹簧顶丝安装孔用于固定弹簧顶丝，使用螺纹的安装方式进行固定，圆头微分头安装孔用于微分头的固定，使用螺纹的安装方式进行固定，开孔的大小由所选取弹簧顶丝及微分头的安装螺纹而决定；光纤位置调整架固定孔用于将光纤位置调整装置固定于窗口法兰外侧。

光纤位置调整安装块，此部件为光纤位置调整装置的光纤头固定块，用于真空腔外光纤头的安装固定。如图9所示，柱体上开设空心通光口，开孔大小由光纤头的外径所决定；柱体为长方形柱体，其四个面分别由两个微分头和两个弹簧顶丝进行夹紧，以固定和调整光纤头的位置，实现真空腔内外光纤的耦合；光纤头安装柱体用于安装光纤头，其外径及螺纹尺寸由光纤的安装头尺寸决定，使用螺纹的安装方式进行固定；

光纤固定块，此部件为光纤固定块，用于真空腔内部光纤头的安装固定。如图10和图11所示，使用螺丝将固定块与窗口法兰真空腔内侧固定；

微分头，此部件为光纤位置调整装置的一部分，在整个装置中需要平头微分头1个、圆头微分头2个，使用螺纹的安装方式进行固定，微分头用于光纤位置调整安装块的夹紧和光纤头位置及光纤入射角度的微调。由于光纤的耦合需要极高的精密度，微分头的微调功能可以保证其对光纤头位置调整的精密度，保证窗口法兰内外激光的良好耦合。

弹簧顶丝，此部件为光纤位置调整装置的一部分，在整个装置中需要平头弹簧顶丝1个、圆头弹簧顶丝2个，使用螺纹的安装方式进行固定，弹簧顶丝用于光纤位置调整安装块的夹紧，其与微分头相对，夹紧光纤位置调整安装块，弹簧为夹紧提供了力，保证了光纤位置调整安装块在同轴方向上的精准移动，及光线入射角度的微调。

光纤位置调整装置，此装置由圆头弹簧顶丝、圆头微分头、平头弹簧顶丝、平头微分头、光纤调整架、光纤位置调整安装块组成，其中平头弹簧顶丝和平头微分头分别需要一件，圆头弹簧顶丝和圆头微分头分别需要两件，光纤调整架和光纤位置调整安装块分别需要一件。将两个圆头弹簧顶丝分别拧入图7所示的两个垂直于纸面的孔上，将两个圆头微分头分别拧入两个圆头弹簧顶丝对面的上，将平头弹簧顶丝拧入如图7所示上侧壁的孔内，将平头微分头拧入如图7所示下侧壁的孔内。将光纤位置调整安装置于通光孔的中心位置。将光纤头通过螺纹固定于光纤头安装柱体上，同时转动两个圆头微分头的调节杆可实现光纤头的横向平移，下侧平头微分头的调节杆可实现光纤头的宗向平移。为避免完全垂直入射形成的平行光导致光纤耦合失败，可分别调整两个圆头微分头,实现光线入射角度。

光纤调整架与窗口法兰的安装固定，如图12所示，将光纤调整架的底座面与窗口法兰的真空腔外侧面贴合，对准两部件的两个安装螺孔，使用螺丝钉进行固定；

光纤固定块与窗口法兰的安装固定，如图14所示，将光纤固定块的底座面与窗口法兰的真空腔内面贴合，对准两部件的四个安装螺孔，使用螺丝钉进行固定。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。