专利名称：一种用于光纤耦合的耦合头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种耦合头，特别涉及一种带有新型调谐装置的耦合头。
背景技术：
耦合头是一种用于将激光耦合到光纤的装置。图l是激光耦合到光纤
中的光学原理图，从图l中可以看出，入射激光101经过聚焦透镜103后 会聚到光纤102内部，要达到高耦合效率，最佳情况为入射激光101的光 轴垂直入射到光纤102端面中心。要调节到最佳情况，需要注意三个问题 一是要调节聚焦透镜103与光纤102端面的距离，以使得两者间的距离与 聚焦透镜103的焦距相适应，从而使得入射激光101经过聚焦透镜103折 射后可以耦合到光纤102内；二是要调节入射激光101与聚焦透镜103之 间的角度，以使得入射激光101经过折射后激光束轴线垂直于光纤102端 面；三是调节聚焦透镜103的光轴位置，使得聚焦透镜103的光轴尽量与 光纤102的中心轴线一致。通过光学实验得出，在将入射激光101耦合到 光纤102的过程中，如果入射激光101垂直于聚焦透镜103端面并且从聚 焦透镜103光轴位置入射到光纤的中心，则这一耦合过程只会造成大约 10°/。的能量损耗；如果入射激光101从远离聚焦透镜103光轴的边缘位置 处入射，由于光纤数值孔径的限制，则会造成约30%的能量损耗，如果入 射激光101只有部分光耦合到光纤102内，则会造成更大的能量损耗。因 此，为了提高激光到光纤的耦合效率，耦合头应当能够完成聚焦透镜103 与光纤102之间的距离、入射激光101与聚焦透镜103之间的角度以及聚 焦透镜103光轴位置的调节。
从耦合头的上述功能可以知道，耦合头的调节精度是判断耦合头耦合 效率高低的关键。而现有的耦合头只能调节光纤端面与聚焦透镜间的距离 以及调节入射激光与聚焦透镜之间的角度，当激光的入射点远离聚焦透镜 的光轴时，无法调节聚焦透镜使激光入射到聚焦透镜光轴位置。例如，图 2是在申请号为CN200720190226. 8的中国专利中公开的一种激光到光纤耦合头的结构示意图，从图2中可以看出，该耦合头主要包括光纤接入处201、 封闭罩202、顶钉203、弹簧204、调节螺丝205、 一体水平板206以及基 底207。其中的一体水平板206中安装有聚焦透镜，通过对光纤接入处201 的旋转，可调节一体水平板206与光纤端面间的距离，从而达到调节聚焦 透镜与光纤端面间距离的目的；通过弹簧204与调节螺丝205之间的配合 以及顶钉203的共同作用，则可以实现对一体水平板206的俯仰调节，从 而调整激光入射的角度。封闭罩202起到封闭激光传播路径的作用。从该 激光到光纤耦合头的结构可以看出，该激光到光纤耦合头只能对光纤端面 与聚焦透镜的距离以及入射激光与聚焦透镜之间的角度进行调节，而不能 对聚焦透镜的光轴位置进行调节，从而使得入射激光不能准确地入射到聚 焦透镜的中心，进而导致耦合效率没有达到最佳效果。同样，专利 CN200720190221. 5和CN200720190220. 0也不能对聚焦透镜的光轴位置进行 调节。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有的光纤耦合头无法对聚焦透镜的光轴 位置进行调节的缺陷，从而提供一种能够对聚焦透镜的光轴位置进行调节 的耦合头。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种耦合头，包括光纤固定装 置、调节装置以及基座;所述的调节装置包括水平板与用于安装聚焦透镜 的聚焦透镜固定体，其中，所述聚焦透镜固定体位于所述水平板的中间位 置的通孔内，并由微调螺丝与微调弹簧对所述聚焦透镜固定体与所述水平 板的相对位置进行调节；
所述的调节装置的水平板与所述的基座间通过顶丝和螺丝相连接，在 所述的调节装置的聚焦透镜固定体上以距离可调的方式连接有光纤固定 装置。
上述技术方案中，还包括用于对激光的传输进行保护的密封罩，所述 密封罩在所述的调节装置与所述的基座之间。
上述技术方案中，在所述的基座上还安装有用于对所传输的激光进行 观察的探测孔。
上述技术方案中，所述的光纤固定装置包括接入处和固定处，其中， 所述的固定处内部开有圆孔，在所述固定处上有中空圆柱体状的接入处，所述接入处的圓孔轴线与所述固定处内部圓孔轴蝶在同 一 直线上，且所述 固定处内部圆孔的直径大于所述接入处的圓孔的直径。
上述技术方案中，所述水平板的中心位置的通孔略大于所述的聚焦透 镜固定体，在所述水平板的通孔的各个侧面上各开有孔，在侧面上至少开 有一个螺紋侧孔，所述的微调螺丝穿过所述螺紋侧孔来固定并调节所述的 聚焦透镜固定体，在与所述螺紋侧孔相对的侧面上开有具有一定深度的光 滑侧孔，所述的^t调弹簧安装在所述光滑侧孔内以调节所述的聚焦透镜固 定体。
上述技术方案中，在所述的聚焦透镜固定体上至少开有一个孔，所述 孔的位置与所述水平板侧面上的光滑侧孔相对应，以安放所述的微调弹
簧。 .
上述技术方案中，所述的聚焦透镜固定体的上方凸出有一个空心圆柱 体状的聚焦透镜安装处，所述的聚焦透镜安装处的内部圆孔直径略大于聚 焦透镜固定体的中心的圆孔的直径，以形成用于安装所述聚焦透镜的环形 凸台。
上述技术方案中，所述的基座呈圓盘状，所述基座的中心有一圓形孔 且所述圆形孔的轴心为基座的圓心，在所述基座上具有 一 凸出的圓筒状输 入口，所述输入口的轴线与所述基座的圓形孔的轴线在同一直线上，且所 述输入口的内径与所述基座的圆形孔的内径相等。
上述技术方案中，所述的密封罩呈圓环状，由海绵或铁皮材料制成。 上述技术方案中，所述的顶丝和套有弹簧的调节螺丝至少有三组，每 一组中有一个所述的顶丝和一个所述的套有弹簧的调节螺丝，各组均匀地 分布安装在所述的水平板和基座上。
本实用新型的优点在于
本实用新型的耦合头采用带有可进行位置调节的聚焦透镜固定体，克服 了由于聚焦透镜的光轴位置不可调带来的耦合效率降低的缺陷。本实用新型 的耦合头通过对聚焦透镜固定体的调节，可以准确地调节聚焦透镜的光轴位 置，使激光光束的光轴与聚焦透镜的光轴尽量重合，从而提高了耦合头的耦 合效率，得到更高功率的激光输出。
图1是激光耦合到光纤中的光学原理图；图2是现有技术中的一种激光到光纤耦合头的结构示意图； 图3是本实用新型的耦合头中的光纤固定装置结构示意图； 图4是本实用新型的耦合头中的由聚焦透镜固定体及水平板组装成的 调节装置结构示意图5是本实用新型的耦合头中的基座及其附加元件的组装结构示意
图6 (a)是本实用新型的耦合头整体装置的侧视图； 图6 (b)是本实用新型的耦合头整体装置的立体图。
图面说明
101入射激光102光纤103聚焦透镜
201光纤接入处202封闭罩203顶钉
204弹簧205调节螺丝206一体水平板
207基底301接入处302固定处
303固定孔401水平板402聚焦透镜固定体
403微调螺丝404微调弹簧405圆通孑L
406螺紋通孔407聚焦透镜408聚焦透镜安装处
409光滑侧孔410螺紋侧孔501基座
502输入口503螺紋孔504凹口
505才笨测孔
506第一限定螺紋孔507第二限定螺纹孔
601调节螺丝602密封罩603顶丝
604传导光纤
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型的耦合头进行说明。 本实用新型的耦合头包括光纤固定装置、调节装置、基座以及密封罩。 其中，光纤固定装置安装在所述的调节装置上，所述的调节装置与所述的 基座通过螺丝和顶丝相连接，在所述的调节装置与所述的基座之间还安装
有用于对激光的传输进行保护的密封罩。在图3-图6中，对本实用新型的 耦合头的结构做了相应的说明，下面根据图3-图6对组成所述耦合头的各 个部件依次进^f于-沈明。
在图3中对本实用新型的光纤固定装置的结构进行了说明，该光纤固
7定装置根据其功能可分为接入处301和固定处302。光纤固定装置的固定 处302是一个内部开孔的圆柱体，固定处302内部所开的圓形固定孔可用 303表示，固定孔303的表面为螺紋。固定处302除了在顶端中部向外凸 出有一个中空的圓柱体外，其它部分封闭，凸出的中空圆柱体即为接入处 301。接入处301的外圆周面刻有螺紋，接入处3.01内所开圆形通孔与固 定孔303相通，两孔的轴线在同一条直线上，且固定孔303的直径大于接 入处301内的圓孔的直径。
在图4中对本实用新型的调节装置的结构做了说明，所述的调节装置 主要包括水平板401与聚焦透镜固定体402,此外还包括用于将所述的水 平板401与聚焦透镜固定体402安装在一起的微调螺丝403和微调弹簧 404。水平々反401为中心处开有方孔的圆板，在本实施例中的方孔为正方 形孔，在所述正方形孔的四个侧面上开有两个光滑侧孔409和两个螺纹侧 孔410,其中光滑侧孔409为具有一定深度的光滑圆孔；而螺紋侧孔410 则为穿透水平板401侧边的通孔，该通孔为螺紋孔。在水平板401的xoy 面内(即水平板401的水平面内)呈正三角形分布有三个圓通孔405和三 个螺紋通孔406，相邻的一个圓通孔和一个螺紋通孔可视为一个作用组， 圆通孔405和螺紋通孔406的轴线均沿z轴向。在本实施例中，聚焦透镜 固定体402为正方形，且该正方形的边长略小于水平—反401中心的正方形 孔的边长，以满足聚焦透镜固定体402能放置到水平板401的正方形孔中 且具有一定的可调节空间即可。聚焦透镜固定体402的中心开有一个圆形 通孔，聚焦透镜固定体402的厚度与所述水平板401的厚度相同。聚焦透 镜固定体402的上方凸出有一个空心的圓柱体，该空心圓柱体被称为聚焦 透镜安装处408。聚焦透镜安装处408的外表面刻有螺紋，聚焦透镜安装 处408的外径应与图3中的固定孔303的内径相等且二者的螺紋相匹配， 聚焦透镜安装处408的内径大于聚焦透镜固定体402的中心的圆形通孔的 内径，以形成一个环形凸台，此结构用于安装聚焦透镜。正方形的聚焦透 镜固定体402的两个相邻的侧面上分别开有一个圓孔，两个圓孔与光滑侧 孔409的位置相对应，且与光滑侧孔409的直径相等，用以放置微调弹簧。
在图5中对本实用新型的基座及其附加元件的组装结构进行了说明。 基座501呈圆盘状，基座501的中心有一圓形孔且圆形孔的轴心为基座501 的圓心，基座501沿z轴正向的表面具有一凸出的圓筒状输入口 502，输 入口 502的轴线与基座501的圓形孔的轴线在同一直线上，并且输入口 502的内径与基座501的圆形孔的直径相等，输入口 502的外圆周面刻有螺紋。 基座501的xoy面上有呈等边三角形分布的三个螺紋孔503和三个光滑凹 口 504, —个螺紋孔503与其相邻的一个凹口 504 ^L为一组配合4吏用。为 了便于用户对所传输的激光进行观察，本实施例在基座501上还安装有探 测孔505，所述的探测孔505是一个中空的圆柱体。为了在基座501上安 装该探测孔505，所述的基座501在其边缘上开有一直角切口，切口的两 切面均垂直于xoy面，其中与探测孔505的轴线相平行的切面上开有第一 限定螺紋孔506,所述第一限定螺紋孔506的轴心垂直于探测孔505的轴 心，并且第一限定螺紋孔506穿透基座501的一面侧壁，第一限定螺紋孔 506用于固定探测孔505。探测孔505的圆周侧面上开有第二限定螺紋孔 507，第二限定螺紋孔507穿透了所述探测孔505的一面侧壁，第二限定 螺紋孔507用于固定外接探测器。
在图6 (a)和图6 (b)中对本实用新型的耦合头的整体结构进行了 说明。其中，图6 (a)为耦合头的侧视图，而图6 (b)则为立体图。结 合图6 (a)和图6(b),对耦合头的各个部分之间如何进行组装加以说明。
将聚焦透镜407 (见图4所示，聚焦透镜407在图6 (a)和图6 (b) 中无法显示出来)安装在聚焦透镜固定体402上时，在所述聚焦透镜固定 体402的圓形通孔内加置环形楔子，环形楔子侧面涂有胶水，通过该环形 楔子与前述的环形凸台的共同作用来固定聚焦透镜407。在固定聚焦透镜 407时，应当保证聚焦透镜407的光轴尽量垂直于xoy面。
将光纤固定装置安装在聚焦透镜固定体402上时，将光纤固定装置的 固定处302的内螺紋与聚焦透镜安装处408的外螺紋相匹配，聚焦透镜固 定体402旋入光纤固定装置的固定处302。
将上述的聚焦透镜固定体402安装在上述的水平板401上时，将所述 的聚焦透镜固定体402嵌入到水平板401的正方形孔内，然后在水平板401 侧面的螺紋侧孔410内分别旋入与之匹配的樣B周螺丝403。微调螺丝403 从水平板401外侧垂直穿入并从正方形孔的内表面垂直穿出，顶在聚焦透 镜固定体402上，微调螺丝403对聚焦透镜固定体402施加压力。与此同 时，在水平板401的侧面的光滑侧孔409内还要放置樣i调弹簧404，光滑 侧孔409与聚焦透镜固定体402侧面的圓孔相扣合，微调弹簧404置于扣 合而成的腔内并处于压缩状态，微调弹簧404通过被压缩产生的弹力作用 于聚焦透镜固定体402。通过上述操作，聚焦透镜固定体402同时受到由弹簧404产生的弹力和由微调螺丝403产生的压力，由此，聚焦透镜固定 体402被固定在水平板401的正方形孔内，并可分别通过调节微调螺丝403 实现在x轴向和y轴向的位置调节。除了上述的调节作用外，微调弹簧4 0 4 压缩产生的弹力还可以使得微调螺丝403上的螺紋与水平板401上的螺紋 侧孔410的螺紋吻合更加紧密，使得调节具有高稳定性。
在将基座501与调节装置相连接时，图4所示的水平板401上的三个 螺紋通孔406内分别4t入顶丝603,所述的顶丝603穿过水平板401后顶 在基座501的三个凹口 504内。此外，由于水平板401上的三个圓通孔405 与基座501上的三个螺紋孔503在位置上是——对应的，因此可将三个调 节螺丝601分别穿过三个圓通孔405后旋入三个螺紋孔503内。在所述三 个调节螺丝601的外部均套有弹簧，使得弹簧以压缩状态位于水平板401 和基板501之间。三组上述的顶丝603和套有弹簧的调节螺丝601相配合 的结构用于调整聚焦透镜固定体402的俯仰。在基座501与水平板401之 间夹有密封罩602，密封罩602的作用是对激光的传播路径进行封闭，以 防止激光在传播的过程中受到干扰及防止激光出射伤害人体。密封罩602 本身呈环状，当输出激光功率较低时，可由海绵等低熔点的材料制成，当 输出功率较高时，可由铁皮等高熔点、抗损伤的材料制成。
将基座501安装在激光器上时，基座501的输入口 502通过螺紋结构 旋在激光器的激光器输出端口上，优选地，在输入口 502和激光器输出端 口中间放置一个和输入口 502的外螺紋匹配的螺母，当输入口 502旋入激 光器输出端口后，将螺母旋到激光器方向并贴紧激光器输出端口 ，使得本 实用新型的耦合头和激光器更紧固地连接。当然，还可以采用激光器和耦 合头的其他连接方式，可根据激光器的不同情况将输入口进行相应改造。
当用户需要通过探测孔对入射激光进行探测时，第一限定螺紋孔506 内旋入螺丝以固定^:测孔505,探测孔505圆周侧面的第二限定螺紋孔507 旋入螺丝以固定探测孔505内插入的各种外接探测器。各种外接的探测器 可探测到入射激光的各种参数，如激光的功率、能量等。通过对激光输入 功率的进一步测量，可以得到激光耦合的效果，从而可判断激光的入射角 度或入射点是否正确、透镜与光纤间的距离是否合适等，通过对激光能量 的测量，可以了解激光能量的变化及激光器的工作情况等。另外，探测孔 505上还可以设置有调节螺紋，用以调节各种探测器的探测头的高低位置， 并且在探测孔上还可以置有固定装置，用以固定探测器的数据线。利用本实施例的激光到光纤的耦合头实现激光到光纤耦合的过程如
下所要耦合的激光首先从基座501的输入口 502入射，从密封罩602内 穿过后，照射到聚焦透镜固定体402中的聚焦透镜407上，激光束由聚焦 透镜407聚焦耦合到传导光纤604中。在这一过程中，可能激光的入射角 度、聚焦透镜407与传导光纤604间的距离尚需调节，且传导光纤604的 光轴和聚焦透镜407的光轴重合程度也未到达最佳要求，此时，需要对本 实用新型的耦合头进行调节，其调节顺序如下
首先通过调节螺丝601和顶丝603调节水平板401，使激光光轴垂直 于聚焦透镜407的横截面，然后利用两组微调螺丝403和微调弹簧404调 节聚焦透镜固定体402的x轴向和y轴向的位置，使激光光轴与聚焦透镜 固定体402的轴心相重合，此时再通过调节传导光纤604插入接入处301 的深度，使聚焦透镜407的焦点处于传导光纤604端面附近，并同时调节 传导光纤604在接入处301的位置，使激光光轴垂直于传导光纤604端面。 由于如上所述的调节装置可调节聚焦透镜407光轴的位置，进而使得激光 经聚焦透镜407聚焦后尽可能的耦合到传导光纤604的端面中心位置，达 到最佳的耦合效率。
本实用新型中调节螺丝、弹簧与顶丝的^:量除3个外，还可以是4个、 5个或者多于5个，调节螺丝和弹簧也可以分开安装，各自以正三角或等 腰三角形或正方形等形状分布在水平板和基座之间，当然对应的聚焦透镜 固定体的基座上的圆通孔和螺紋孔也对应做适应性调整。水平板401中心 的孔除正方形外，还可以为矩形、三角形或其它形状等。
除上述实施例外，本实用新型还可以与申请号为CN200720190221.5 的专利所公开的带有调节片的激光到光纤耦合头组装结合使用，此时需要 将与光纤接入处相邻的调节片改造为本实用新型中调节装置的结构，以实 现对聚焦透镜光轴进行调节；本实用新型还可以与申请号为 CN2007201卯220.0的专利所公开的具有磁铁和调节螺丝的激光到光纤耦 合头组装结合使用，CN200720190220.0的专利中的;兹铁相当于本实用新型 的顶丝，磁铁对金属的水平板和基座具有强大的吸附力，由此将水平板和 基座连接在一起，水平板改造为本实用新型中调节装置的结构，以实现对 聚焦透镜光轴进行调节。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而 非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进4亍修改或者等同替换，都不脱离 本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范 围当中。
权利要求1、一种耦合头，包括光纤固定装置、调节装置以及基座(501)；其特征在于，所述的调节装置包括水平板(401)与用于安装聚焦透镜(407)的聚焦透镜固定体(402)，其中，所述聚焦透镜固定体(402)位于所述水平板(401)的中间位置的通孔内，并由微调螺丝与微调弹簧对所述聚焦透镜固定体(402)与所述水平板(401)的相对位置进行调节；所述的调节装置的水平板(401)与所述的基座(501)间通过顶丝和螺丝相连接，在所述的调节装置的聚焦透镜固定体(402)上以距离可调的方式连接有光纤固定装置。
2、 根据权利要求1所述的耦合头，其特征在于，还包括用于对激光 的传输进行保护的密封罩(602),所述密封罩(602 )在所述的调节装置 与所述的基座之间。
3、 根据权利要求1或2所述的耦合头，其特征在于，在所述的基座 (501 )上还安装有用于对所传输的激光进行观察的探测孔(505 )。
4、 根据权利要求1或2所述的耦合头，其特征在于，所述的光纤固 定装置包括接入处(301)和固定处(302)，其中，所述的固定处(302) 内部开有圆形固定孔(303 ),在所述固定处(302 )的上有中空圆柱体状 的接入处(301)，所述接入处(301)的圆孔的轴线与所述固定处(302) 内部固定孔(303 )轴线在同一直线上，且所述固定处(302)内部固定孔 (303 )的直径大于所述接入处(301)的圆孔的直径。
5、 根据权利要求1或2所述的耦合头，其特征在于，所述水平板(401 ) 的中心位置的通孔略大于所述的聚焦透镜固定体(402 )，在所述水平板(401) 的通孔的各个侧面上各开有孔，在侧面上至少有一个螺紋侧孔， 所述的微调螺丝穿过所述螺紋侧孔来固定并调节所述的聚焦透镜固定体(402) ,在与所述螺紋侧孔相对的侧面上有具有一定深度的光滑侧孔，所 述的微调弹簧安装在所述光滑侧孔内以调节所述的聚焦透镜固定体(402 )。
6、 根据权利要求5所述的耦合头，其特征在于，在所述的聚焦透镜 固定体(402)的侧面上至少开有一个孔，所述孔的位置与所述水平板(401 ) 侧面上的光滑侧孔相对应，以安;^文所述的^U周弹簧。
7、 根据权利要求1或2所述的耦合头，其特征在于，所述的聚焦透镜固定体(402 )的上方凸出有一个空心圓柱体状的聚焦透镜安装处(408 ), 所述的聚焦透镜安装处(408 )的内部圓孔直径略大于聚焦透镜固定体 (402)的中心的圆孔的直径，以形成用于安装所述聚焦透镜(407)的环 形凸台。
8、 根据权利要求1或2所述的耦合头，其特征在于，所述的基座(501 ) 呈圆盘状，所述基座的中心有一圆形孔且所述圓形孔的轴心为基座(501) 的圆心，在所述基座(501)上具有一凸出的圓筒状输入口 ( 502 ),所述 输入口 ( 502)的轴线与所述基座(501)的圆形孔的轴线在同一直线上， 且所述输入口 ( 502)的内径与所述基座(501)的圆形孔的内径相等。
9、 根据权利要求2所述的耦合头，其特征在于，所述的密封罩(602 ) 呈圆环状，由海绵或铁皮材料制成。
10、 根据权利要求1或2所述的耦合头，其特征在于，所述的顶丝和 套有弹簧的调节螺丝至少有三组，每一组中有一个所述的顶丝和一个所述的套有弹簧的调节螺丝，各组均匀地分布安装在所述的水平板(401)和 基座(501)上。
专利摘要本实用新型提供一种耦合头，包括光纤固定装置、调节装置以及基座；调节装置包括水平板与用于安装聚焦透镜的聚焦透镜固定体，其中，聚焦透镜固定体位于水平板的中间位置的通孔内，并由微调螺丝与微调弹簧对聚焦透镜固定体与水平板的相对位置进行调节；调节装置的水平板与基座间通过顶丝和套有弹簧的螺丝相连接，在调节装置的聚焦透镜固定体上以距离可调的方式连接有光纤固定装置。本实用新型的耦合头采用带有可进行位置调节的聚焦透镜固定体，克服了由于聚焦透镜的光轴位置不可调带来的耦合效率降低的缺陷。
文档编号G02B6/32GK201344982SQ20082012393
公开日2009年11月11日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者叶成伟, 涛 房, 斌 王, 贾中达, 光 郑 申请人:北京中视中科光电技术有限公司