一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源

本发明涉及光纤光源，尤其涉及一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源。

背景技术：

1、光纤焦比指的是光纤垂直于出射方向的光斑直径d与该光斑距光纤端面的距离f的比值f＝f/d。在数值孔径的限定下，理想情况中光纤的出射焦比与入射焦比相同，但现实中由于光纤的弯曲，光纤端面处理等因素影响，光纤的出射焦比总会小于入射焦比，光束更加发散。而从第一个基于光纤传输的天文仪器使用以来，光纤焦比退化使得光能量更加分散，一直影响着光谱观测的效率与准确性。虽然光纤的焦比退化特性是无法完全消除的，但必须最小化并了解焦比退化的数值来设计与优化整体天文光谱观测系统。

2、现在测量焦比退化主要有两种方法，如图3所示，1为光纤光源，2、4为光阑，3、5为透镜，6-7为待测光纤，8为ccd，9为程序处理，其原理是光源1通过3产生平行光，平行光通过5会聚，6放置在5的焦点上，以达到光耦合进光纤的作用，其中通过4来控制入射光的范围，决定了光的入射焦比，方法一是模拟望远镜工作状态，一圆形范围平行光通过透镜汇聚到光纤中，7处出射焦比的结果表达为在某一出射焦比范围内可以收集到整个出射光能量的90％，对应了该光纤在仪器中的实际表现；方法二是用一个给定角度的准直光束入射光纤，结果表达为输出环的高斯半峰全宽(fwhm)，对应为光纤对该特定角度光的传输模式弥散程度。

3、但是，上述方法均使用透镜将平行光汇聚耦合入光纤中，从平行光产生到空间光耦合入光纤需要复杂的准直光路，体积较大，不便于携带。空间光耦合入光纤是通过透镜将平行光汇聚到光纤端面，根据使用透镜不同，两者距离通常在25-100mm之间，而天文特种光纤的芯径为数十到数百微米，使系统抗干扰能力差，尤其在更换测试光纤时，轻微震动便会使得入射光偏离待测光纤中心，因此具有待改进的空间。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源。其优点在于输入焦比参数后，电控系统可自动调节对光纤的微弯与施压程度来获得对应焦比的出射光，方便操作，通过法兰盘进行光纤间耦合，几乎隔绝了环境光的干扰。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，包括底座、光源、第一夹具、中空容器、第二夹具、可控压力器、光纤、法兰盘、平直滑轨和电控系统；

4、所述底座滑动连接于平直滑轨的内部，所述光源和第一夹具分别固定于平直滑轨上，所述第二夹具固定于平直滑轨的上方，所述第一夹具和第二夹具可共同将光纤进行固定，所述中空容器位于第一夹具和第二夹具之间，所述中空容器设置于平直滑轨上，所述法兰盘设置于平直滑轨远离底座一端的顶部，所述可控压力器位于第二夹具和法兰盘之间，所述可控压力器用于给光纤局部施加指定压力，所述电控系统用于控制底座的位移以及可控压力器的施压。

5、本发明进一步设置为，所述中空容器的内部为扁平型结构。扁平型结构的设计，可用于储存光纤的微弯部分，提高了光纤的储存效果。

6、本发明进一步设置为，所述第一夹具和第二夹具的内部均设置有橡胶层，所述橡胶层直接与光纤相接触。橡胶层的设置，使压力能均匀施加在光纤表面，避免单点承压造成额外的焦比退化与光纤破损。

7、本发明进一步设置为，所述光纤在中空容器内部逆时针绕圆一周，通过控制光纤绕圈的曲率半径可以控制光纤微弯程度。

8、本发明进一步设置为，所述光纤在取光时需制作fc/pc光纤接头，连接法兰盘即可。

9、本发明进一步设置为，所述光纤的出射焦比和光纤所受压力大小、微弯程度均成负相关，输出光纤经过可控压力器施加特定压力，微弯部分施加特定微弯，可在输出端产生指定焦比的输出光，以作为待测光纤的输入，施加压力与微弯程度均由电控系统根据指定的焦比来控制。

10、本发明进一步设置为，所述光纤的fc/pc接头与输出光纤接头同轴对准，fc/pc接头与输出光纤接头均位于法兰盘内。

11、本发明进一步设置为，所述光纤芯径为d1，输出光纤芯径为d2，所述法兰盘两侧光纤端面的距离l，设定的焦比f满足一定数学关系；传光时，输出光纤纤芯每一点发出的光都要求能进入待测光纤纤芯中，已知焦比为f，则距离输出光纤纤芯表面l处的光斑直径为d＝d2+l/f，d应小于d1，所以l＜(d1-d2)*f。

12、本发明的有益效果为：

13、1、常用空间光系统中需精准调节光阑大小更改焦比，本发明通过移动底座使得中空容器中光纤长度改变，进而控制中空容器中绕圈光纤的弯曲程度，控制可控压力器对光纤施加的压力，两相配合以达到控制出射焦比的目的，实际使用时，将待测光纤接入法兰盘中，即可实现指定焦比的光入射，输入焦比参数后，电控系统可自动调节对光纤的微弯与施压程度来获得对应焦比的出射光，方便操作。

14、2、常用空间光系统体积庞大，不易携带，本发明各部分均固定于一条滑轨，且除光纤微弯需要一定的空间，其余元件体积小重量轻，方便携带，方便非实验室环境的焦比退化检测。

15、3、本发明使用法兰盘将光纤出射与待测光纤一端通过法兰盘连接，入射稳定，抗干扰能力强且更换待测光纤方便，使焦比退化测量效率更高。

16、4、光均在光纤中传输，并通过法兰盘进行光纤间耦合，几乎隔绝了环境光的干扰。

技术特征：

1.一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，其特征在于，包括底座(1)、光源(2)、第一夹具(3)、中空容器(4)、第二夹具(5)、可控压力器(6)、光纤(7)、法兰盘(8)、平直滑轨(9)和电控系统(10)；

2.根据权利要求1所述的一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，其特征在于，所述中空容器(4)的内部为扁平型结构。扁平型结构的设计，可用于储存光纤7的微弯部分，提高了光纤7的储存效果。

3.根据权利要求1所述的一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，其特征在于，所述第一夹具(3)和第二夹具(5)的内部均设置有橡胶层，所述橡胶层直接与光纤(7)相接触。橡胶层的设置，使压力能均匀施加在光纤7表面，避免单点承压造成额外的焦比退化与光纤7破损。

4.根据权利要求2所述的一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，其特征在于，所述光纤(7)在中空容器(4)内部逆时针绕圆一周，通过控制光纤(7)绕圈的曲率半径可以控制光纤(7)微弯程度。

5.根据权利要求1所述的一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，其特征在于，所述光纤(7)在取光时需制作fc/pc光纤接头，连接法兰盘(8)即可。

6.根据权利要求5所述的一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，其特征在于，所述光纤(7)的出射焦比和光纤(7)所受压力大小、微弯程度均成负相关，输出光纤经过可控压力器(6)施加特定压力，微弯部分施加特定微弯，可在输出端产生指定焦比的输出光，以作为待测光纤的输入，施加压力与微弯程度均由电控系统(10)根据指定的焦比来控制。

7.根据权利要求1所述的一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，其特征在于，所述光纤(7)的fc/pc接头与输出光纤接头同轴对准，fc/pc接头与输出光纤接头均位于法兰盘(8)内。

8.根据权利要求7所述的一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，其特征在于，所述光纤(7)芯径为d1，输出光纤芯径为d2，所述法兰盘(8)两侧光纤端面的距离l，设定的焦比f满足一定数学关系；传光时，输出光纤纤芯每一点发出的光都要求能进入待测光纤纤芯中，已知焦比为f，则距离输出光纤纤芯表面l处的光斑直径为d＝d2+l/f，d应小于d1，所以l＜(d1-d2)*f。

技术总结
本发明公开了一种用于天文光纤焦比退化性质测量的可调焦比光纤光源，涉及光纤光源技术领域，包括底座、光源、第一夹具、中空容器、第二夹具、可控压力器、光纤、法兰盘、平直滑轨和电控系统，所述底座滑动连接于平直滑轨的内部，所述光源和第一夹具分别固定于平直滑轨上，所述第二夹具固定于平直滑轨的上方，所述第一夹具和第二夹具可共同将光纤进行固定，所述中空容器位于第一夹具和第二夹具之间，所述中空容器设置于平直滑轨上，所述法兰盘设置于平直滑轨远离底座一端的顶部。本发明输入焦比参数后，电控系统可自动调节对光纤的微弯与施压程度来获得对应焦比的出射光，方便操作，通过法兰盘进行光纤间耦合，几乎隔绝了环境光的干扰。

技术研发人员：严云翔,孙伟民,杨英鹏,秦子馨,孙康泉,徐凯,汪盛佳,耿涛,李松
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14