一种用于积分视场单元的光纤狭缝端排列固定装置

1.本发明涉及光纤光谱成像研究领域，具体涉及一种用于积分视场单元的光纤狭缝端排列固定装置。


背景技术：

2.积分视场单元(ifu)是一种光谱成像设备。它可以将目标的二维像切分成小单元，通过光纤阵列将光信息传输到狭缝端进而耦合进入光谱仪进行光谱分析，得到其光谱像信息。因此，它可以通过单次曝光获得空间样本二维空间位置信息(x,y)和一维光谱信息(λ)。ifu主要由阵列端、狭缝端和中间连接的光缆组成的。不同的光谱仪对光纤的排列方式要求不同，并要求光纤之间保持固定距离，方便耦合到光谱仪中。光纤排布的位置和精度对最终光谱分析有明显影响，因此需要有一定的固定方法。
3.目前ifu中狭缝端光纤固定方式使用最多的是v槽型的固定方法。它由上下两块基板组成。下面基板具有v字型的槽口，用来按放光纤，然后利用上基板压住光纤，然后粘胶固定。例如中国专利(cn106842432a)所描述的就是一种常见的v槽法光纤阵列。通常v槽板的加工方式是磨削加工的，加工方法比较复杂，而且精度不可控，只能制作单排，光纤受力大。随着光谱仪的发展，对入射光纤的排列要求也变得多种多样，单纯的单排结构不能适应所有光谱仪的要求。另一种制造光纤阵列的方法是堆积法，如中国专利(cn103885118a)所述的一种二维无v型槽光纤阵列。其光纤之间靠堆积而成。虽然制作简便，成本低，但光纤之间会相互挤压影响光纤性能。且光纤排布精度低，光纤之间距离不能任意改变。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种积分视场单元狭缝端光纤固定方案，且比以前的方法更易加工，降低成本。
5.一种用于积分视场单元的光纤狭缝端排列固定装置，由带孔基板、光纤组成，光纤放置在带孔基板的孔内。
6.所述基板需要可以和光纤放在一起打磨，不会因为材料不同造成光纤端面的损失。
7.所述带孔基板上的孔排布方式呈一定规则排列，其数量、大小、相邻间距根据需求自行设计。
8.所述带孔基板上的孔尺寸设计为前端为圆锥孔，后端为直孔。直孔直径略大于光纤外径。圆锥孔前大后小，作为引导孔，用来引导光纤插入。
9.所述光纤阵列中使用的光纤用胶固定在微孔里。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
11.本装置的光纤阵列固定方式相比于v槽固定法，其排列位置依赖于基板上的微孔位置，定位可控。加工方式灵活，可以通过加大孔的深度以及提高基板加工精度来增大光纤定位精度。此外，光纤在孔中基本不受外力影响，更不容易导致光纤焦比退化和效率的降
低。光纤安装时可以通过圆锥孔侧插入，操作简单。此方法对于大量光纤定间距排列的制作时更具优势。同时可以通过设计来制作具有多排甚至复杂排列方式的光纤阵列。
12.可以采用与光纤材料相同或热膨胀系数接近的材料制作微孔定位基板，以保证光纤不会因为温度变化受到附加应力。
附图说明
13.图1为本发明提供的一种用于积分视场单元的光纤狭缝端单排固定装置的立体图；
14.图2为一种单排光纤阵列装置的前视图
15.图3为一种多排光纤阵列装置前视图；
16.图4为一种交错排布光纤阵列装置前视图；
17.图5为一种无规则排布光纤阵列装置前视图；
18.图6为光纤阵列装置中微孔的一种设计。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明作进一步描述。
20.本发明用于积分视场单元的狭缝端光纤阵列。积分视场单元狭缝端出射的大量光纤需要排布成单排或其他结构耦合进光谱仪中，这需要光纤精准定位，并使光纤位置之间保持一定间距。通常其它光纤阵列固定方法常见的有堆积法和v槽固定法。其中堆积法成本低，但精度差。光纤之间距离误差大且相互挤压产生应力，影响光的传输性能。v槽固定法有较好的精度，但精度不易控制，且v槽基板加工比较复杂。在光纤定位时，由于光纤和v槽之间为点接触(相切)，光纤受力较大，容易影响光纤性能。另外，v槽固定法只能做单排阵列，在数量很大时会造成安装困难。本发明提出的基板微孔定位方法可以规避这些缺点，拥有定位可控、光纤受外力小、光纤安装方便、光纤位置可以任意设置等优点。
21.本发明是一种用于积分视场单元的光纤狭缝端排列固定装置。具体方法为在基板确定位置上设计并制造出略大于光纤外径的定位孔，定位孔具有圆锥引导结构，将光纤插入，再使用胶固定。
22.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
23.请参见图1和图2，本发明的实施方式一是一种用于积分视场单元的光纤狭缝端单排固定装置，它的材料为石英基板。因为石英板可以在光纤安装后与光纤一起打磨。例如，石英基板上的微孔相邻间距为300微米。如图6所示为单个孔形状。每个孔前端有一段引导孔。引导孔口径最大为200微米，最小128微米。后端直孔口径为128微米，所用光纤直径为125微米。微孔深度即石英基板宽度根据所需精度和加工方式及条件调整，孔越深，光纤方向性越好。也可根据需要设计成多排光纤阵列结构。其中引导孔可以方便光纤的安装。
24.安装光纤时将基板固定在夹具上，使用显微成像系统对大孔面成像。然后按照顺序依次将光纤插入。插入完毕后将固定胶滴入，等待其凝固。相对于v槽固定方式更易操作，尤其是光纤数量越多的情况下。
25.请参见图3，本发明的实施方式二是一种多排光纤阵列装置。微孔呈三行直线排
列，其中单个孔径的尺寸与实施方式一相同。上下相邻两行间距为300微米。此种实施方式可以减少光纤阵列长度，节约空间。当光谱仪采用复用技术时，需要光纤排列成多排结构。
26.请参见图4，本发明的实施方式三是一种交错排布光纤阵列装置。微孔呈交错排列，其中单个孔径的尺寸与实施方式一相同。第二行的光纤刚好处于第一行两根光纤的中心位置。此种实施方式比实施方式二在保证光纤出射光不交叠的情况下能更有效的利用空间。
27.请参见图5，本发明的实施方式四是一种无规则排布光纤阵列装置。微孔排布无明显规则，其中单个孔径的尺寸与实施方式一相同。这种实施方式可以用于特定部件上，在特定位置上安装光纤。
28.实施方式二三四都是用v槽固定法不能或很难做到的。实施方式四是堆积法不能做到的。因此本发明对于制作ifu光纤出射端具有诸多优势。v槽固定法安装光纤时，盖板可能会移动，安装光纤数量多时就很难控制前面的光纤不会移动。而本发明的微孔固定法安装光纤时只需按照顺序依次安装，光纤入孔后不易窜动，所以在数量很大的情况下也不会增加安装难度，可以在一块板上安装出很长的光纤阵列。此外，用微孔基板的加工相对于v槽基板加工方式更灵活多样。v槽固定通过挤压接触光纤固定，会对光纤造成应力。而本发明中通过粘胶固定，光纤不易受到应力，保障了光纤性能。
29.对于石英光纤，最好的定位基板材料是石英，可以避免因为不同温度下不同材料的膨胀系数不同而造成基板和光纤之间的挤压，从而造成附加应力，引起光纤传输性能的改变。
30.同样，对于塑料光纤，也可以采用同样或类似的材料制作微孔定位基板。
31.本发明提出采用在基板上打孔定位的方法，实现ifu出射端(对应光谱仪的入射端)光纤的有序定位排列。根据不同的项目需要，可以采用石英、高分子聚合物、金属等材料制作定位基板，然后采用不同的加工方式在基板上按照预先设计的位置打孔，用于定位光纤。目前于孔的加工技术相对成熟，方法也比较多，如激光加工、3d打印、电火花加工等。因此，这种结构设计容易加工，并具有很多优点。
32.上述说明详细描述了本发明，但应该理解本发明不局限于此，无论是采用任何材料制作的任何阵列孔结构参数的光纤阵列固定装置，都属于本发明的一种变形，在本发明的保护范围之内。
33.一种用于积分视场单元的光纤狭缝端排列固定装置，由微孔定位基板、光纤组成，在一块基板上制作出阵列孔，这些阵列孔用来安装光纤，一个孔对应一根光纤，由胶固定。所述阵列孔可以是一排也可以是多排或者不规则排列，根据具体需求设计。所述阵列孔单排之间相邻间距可以根据光纤尺寸和使用需求自由设计。所述每个阵列孔包括引导孔和光纤孔两部分，引导孔为圆锥形，前大后小，光纤孔直接与引导孔相连，口径略大于光纤直径。孔基板的材料与光纤材质一致，以避免由于温度变化引起相互间作用力，带来应力作用，影响光纤传输性能。
34.本发明涉及光纤光谱成像研究领域，提供了一种用于积分视场单元的光纤狭缝端排列固定装置。该装置用来固定积分视场单元的狭缝端出射光纤，将光纤按一定规律排列出射，并保证相邻光纤间间隔一定距离，以适应光谱仪的入射要求。光纤的固定方式采用深孔固定，在基板上打出圆孔，每个孔固定一根光纤。为了将光纤插孔方便，设计孔的前端为
圆锥形。这种直接以插孔方式的固定方法要比常见的v槽固定方式拥有更自由的排布方式和更灵活多样的加工方法。