一种前端定位的定位块准直器及多功能光学模组的制作方法

本实用新型属于光学系统的技术领域，尤其涉及一种前端定位的定位块准直器及利用该种定位块准直器的多功能光学模组。

背景技术：

在制作常规光纤器件搭建光学系统时，由于光路所有的结构件存在公差，光路在系统中的方向和角度会产生较大累积误差。因此，在组装多功能复杂光学模块时，组装和调光变得尤其复杂。此前，类似复杂功能的光学模块通常通过若干个单独的光纤器件串联而成，但是由此带来的成本较高，由于每个单独的光纤器件都需要耦合，系统损耗较大，同时，由于需要多个器件串联，体积较大，不利于目前光学模块小型化制备的方向。

申请人在此前提出过模块化光学器件和光路设计的专利申请，包括：201910669312.4号“一种利用方块结构实现可重构的光学定位系统和方法”、201911043079.5号“定位块、基于定位块的光学定位系统和方法及其功能模组”和201911043463.5号“基于方块结构的扩束准直器及其光路调节装置和调节方法”的中国发明专利申请。在前述发明创造的基础上，申请人进一步提出本实用新型，提供一种前端定位的定位块准直器及利用该种定位块准直器的多功能光学模组。

技术实现要素：

本实用新型的一种前端定位的定位块准直器（以下简称定位块准直器）：包括定位块、安装在定位块顶面的准直器；准直器的光轴方向平行于定位块的底面，光轴所在垂面（指光轴所在的垂直于定位块底面的平面）垂直于定位块的前端面。该定位块前端面当然也构成定位块准直器的前端面。在组成本实用新型的多功能光学模组时，该前端面起方向定位作用。

一种优选方案是，定位块准直器的前端面为垂直于底面，准直器的光轴方向垂直于定位块的前端面。

本实用新型的多功能光学模组，包括实现光在光学模组中的发射和接收的一个或多个定位块准直器，实现不同的光学功能的一个或多个功能模块；功能模块由定位载板和定位载板上的功能器件构成；定位载板为矩形平板，其四个侧边具有与定位块准直器前端面配合的定位功能，定位块准直器的前端面与定位载板的侧边贴合；定位块准直器与定位载板固定连接。即，定位载板对于定位块准直器有定位功能，对功能器件有承载功能；定位载板与所承载的功能器件构成功能模块，功能模块与定位块准直器连接后构成本实用新型的光学模组。所谓多功能，是指可以根据光路的不同要求，搭载不同的功能器件，如搭积木一样搭建出不同的光路。

上述所说的定位块准直器的前端面与定位载板的侧边贴合，可以是与载板棱边的线贴合，也可以是与载板侧面的面贴合。在线贴合的情况下，无需要求准直器的前端面和定位载板的侧面有相同的垂直度，即两者可以是角度不同的倾斜面；在面贴合的情况下，要求准直器的前端面和定位载板的侧面有相同的垂直度，即它们均为垂直面或为斜度相同的倾斜面。

本实用新型中，功能模块为多个时，可以实现不同系统功能的分区，或者有源，无源分区。

本实用新型中，所说的功能器件，指在定位载板上搭载的实现光路功能的各种光学器件（如反射镜，法拉第旋光片，波片，偏振片，pbs，分光片，滤光片，探测器，激光器等）、电子器件（如电阻，电容，电感，芯片等），也包括固定在载板上的其他准直器。搭建功能器件的材料可以但不限于石英，单晶硅，陶瓷等易于加工并且跟光学元件折射率匹配的各种材料，同时还可以在陶瓷等材料上刻蚀电路，实现有源、无源器件的完美融合，比如可以将探测器直接组装在光学系统中，实现光系统的监控，探测等。

本实用新型的多功能光学模组的搭建方法是：根据不同功能光路的要求，搭建功能模块。在定位载板上以设定的位置和方向搭载功能器件。设定功能模块的入射光和出射光平行于定位载板的表面，并垂直于定位载板的一条侧边，所有光学元件的通光孔中心位置跟定位块准直器的出射光束位于同一高度。将定位块准直器和定位载板置于同一平面底板上，定位块准直器与定位载板的侧边贴合时，由于定位块准直器光轴方向已设定为平行于定位块的底面且光轴所在垂面垂直于定位块的前端面，故其光轴方向也平行于定位载板的平面且垂直于定位侧边。这样，只需在平面底板上沿定位载板的侧边平移定位块准直器，就可以找到定位块准直器应在的准确的位置。

将找到准确位置的定位块准直器与功能模块固定连接，即构成本实用新型所说的一种自由空间多功能光学模组。定位块准直器与定位载板可以直接固定，特别是在面贴合时可以直接胶合；还可以是将定位块准直器及定位载板一起固定于水平底板，水平底板构成本实用新型多功能光学模组的一部分。

本实用新型中，由于采用了准确定向的定位块准直器，因此光路在系统中的方向，位置可以被精确控制。可以通过预先设定功能器件的位置、方向，组装功能模块，组装过程不需要进行复杂的光路调节，可以用传统方法进行调节，也可能用前述引用的申请人的在先专利申请的方法进行调节：即光学器件采用方块结构，通过高精度的靠体，来实现光学器件的预定位。靠体在定位光学器件后，可以固定与辅助将光学器件固定在定位载板上，靠体留置在功能模块中；也可以在组装完光学元件后，将光学元件固定在定位载板上，同时移除靠体，靠体可以多次使用，有利于降低系统搭建成本。

附图说明

图1是本实用新型定位块准直器的立体示意图；

图2是本实用新型实施例1的示意图；

图3是图2的立体示意图；

图4是图1去掉水平底板后的示意图；

图5是图4的立体示意图；

图6是本实用新型实施例2的示意图；

图7是图6的立体示意图；

图8是本实用新型实施例3的示意图；

图9是图8的立体示意图；

图10是本实用新型光学器件定位方法示意图；

图11是图10的立体示意图。

其中：1.定位块准直器、11.定位块、12.光纤准直器、13.定位块的前端面，2.功能模块、21.定位载板、22.法拉第旋光片、23.pbs（偏振分光棱镜）、24.固定准直器、25.分光片、26.光探测器，27.方块，3.水平底板，4.靠体。

图中的虚线为光的路径。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本实用新型的技术方案。

定位块准直器：

如图1所示，定位块准直器1，包括定位块11、定位块上的光纤准直器12；定位块11的底面为平面，上表面（顶面）安装光纤准直器12；光纤准直器11的光轴方向平行于定位块11的底面，定位块的前端面13与垂直于底面，光纤准直器11光轴方向垂面于定位块的前端面13。

定位块的前端面13也可以不垂直于底面，而是有一个倾角，这种情况下光纤准直器12的光轴所在的垂直面垂直于定位块的前端面13。

以下具体说明利用所说的定位块准直器的多功能光学模组。为简明起见，实施例中的功能器件仅出现了有限的2至5个，在实际应用中可以是任意需要的功能器件。

光学模组实施例1

图2图3示出了一种光学模组。在水平底板3上有三个定位块准直器1和一个功能模块2，功能模块2由矩形定位载板21和所承载的处于设计位置的法拉第旋光片22和pbs23构成；定位块准直器1的前端面垂直与底面，光轴平行于底面且垂直于前端面；三个定位准直器1分别位于定位载板21左侧、右侧和下侧，其前端面均与定位载板的2侧边贴合。这样，定位准直器1的光轴方向则平行于定位载板的上表面，且垂直于定位准直器1前端面所贴合的定位载板2的侧边。各定位块准直器1的光轴高度相同，将光学功能器件（本例中是法拉第旋光片22和pbs23）的通光位置的高度设置成与定位块准直器1的光轴高度相同。法拉第旋光片22和pbs23置于同一条横线上（相对图1的方位），法拉第旋光片22放置为90度，pbs23放置为45度。所设计的光路为左侧定位块准直器1的出射光经过法拉第旋光片22到达pbs23后分成两个偏振态相互垂直的透射光和反射光，透射光进入右侧定位块准直器1，反射光反射90度进入下侧定位块准直器1。为使定位块准直器1找到设计位置对准光路，只需在保持与水平底板3和定位载板2贴合的状态，沿图1中的双箭头方向平移定位块准直器1，反复调整即可找到准确的位置。

将已调节好位置的法拉第旋光片22和pbs23固定在定位载板上，通常可用胶水固定；将调节好位置的三个定位块准直器1与定位载板连接固定。一种可靠的连接方式是将定位载板21和定位块准直器1均固定在水平底板上，构成如图1图2所示的本实用新型的多功能光学模组。

在本例中三个定位块准直器1与定位载板连接固定，还有一种更简单的方式。由于定位块准直器1和定位载板的侧面均为垂直面，两者是面贴合，所以用胶水固定是最方便的。固定后即可撤除水平底板，形成的多功能光学模组则不包括水平底板。最终产品如图4图5所示。

光学模组实施例2

如图6和图7所示。本例与实施例1的区别在于定位载板21的右上方（图6方位）固定了一个固定准直器24，取代了实施例1中右侧的定位块准直器。本实施例表明的是，本实用新型中并非所有的准直器均需采用本实用新型的定位块准直器，也可以有部分准直器作为功能模块中的光学器件搭载在定位载板上。本实施例其他方面与实施例1相同。同样地，最终的多功能光学模组可以包含或不包含水平底板3（参照图4和图5）。

光学模组实施例3

如图8和图9所示。本实施例与实施例2的区别是，本实施例有两个功能模块2。第二个功能模块（略8中下方的功能模块）中的功能器件有分光片25和光探测器26。第一个功能模块中pbs23的反射光到达第二个功能模块的分光片25后，再分成一定功率比的透射光和反射光。透射光进入下方的定位块准直器1，反射光进入右侧的光探测器26，用于该光路的功率监控。

由于定位载板为矩形，两个功能模块接触贴合后，不会改变功能器件的方向。其光路搭建方法并不会变得复杂，反而可以将不同功能分区到不同的功能模块上，使本实用新型的产品更加灵活多变，更体现其多功能性。

本实施例产品最终的连接固定，可是将两个功能模块直接连接固定在一起，也可是两个功能模块分别固定在水平底板上。其余部分的固定则同实施例1。

当然，依据本实施例的方法，还可扩展出多个功能模块的产品。

最后，对于光学器件在定位载板的搭建，特别是准确定位，介绍一种方法。类似的方法在前文列出的申请人的在先专利申请中，已有详细介绍，此处只简单予以说明。

如图10和图11所示。仍以实施例中的法拉第旋光片22和pbs23为例。将法拉第旋光片22和pbs23各垂直居中固定置于一个同规格的方块27的上表面，法拉第旋光片22正向放置，pbs23则45度方向放置。一靠体4平行放置在定向载板21上，两个置有法拉第旋光片22和pbs23的方块27按设计顺序和方向贴靠到靠体4上，左右拉动两个方块27将两者调整到合适的距离。即可将法拉第旋光片22和pbs23准确调整到设计的位置和方向。

其他光学器件可以用类似进行位置调节。