[发明专利]光学对准系统和方法

说明书

技术领域

本发明意在用作一种用于将一组部件对准并将其保持在对准状态下的机构。具体地，本发明意在提供一种用于将至少两个光学部件的轴线对准(诸如在光学纤维和激光二极管、两个光学纤维等之间的稳定对准)的方法。

背景技术

通常将光学纤维与激光二极管对准的方法涉及具有尺寸加大的孔的单个基部单元，该孔在一侧接收激光二极管，在另一侧接收纤维光学套圈。经常使用诸如夹持、胶合、焊接等的方法将纤维套圈附着到基部。通过在尺寸加大的孔中四处移动激光二极管，通常伴随XY扫描运动，直到已经满足适合的对准条件，来实现对准。然后使用诸如胶合、焊接、激光焊接等技术将激光二极管附着在适合的位置中。

在其它的改动中，通过首先将激光二极管附着在适合的位置中，改变纤维的位置，直到获得适合的对准来实现对准。可以使用各种套管来辅助支撑纤维，并提供增大的表面积以辅助接合/附着步骤。在一些应用中，使用微定位设备将裸纤维与裸激光二极管管心(diode die)对准，然后用激光使焊料滴熔化，然后使其冷却和硬化，以试图在精确的对准状态下捕获纤维。

大多数传统的技术是永久性的，意思是将其拆卸的努力可以会对一些部件造成永久性的损害。它们还可能要求昂贵的高精度定位设备和工具以进行对准。最后，尽管许多传统的技术可以产生良好对准的组件，它们经常由于焊接或者接合部件的有限的物理重叠而强度有限。普遍使用粘合剂将部件一起接合在对准的组件中。然而，在固化过程中，排气现象会损害部件，并且固化时许多粘合剂收缩，对高精度对准造成潜在的毁坏。粘合剂还具有许多潜在的耐久性问题。湿度和温度的影响会造成隆起、强度的蠕变或者损失，造成接合失效或者对准失败。使用焊接作为接合方法避免了粘合剂的一些问题，但是会造成危险地加热部件，要求复杂和有时冗长的程序以避免造成损害。焊接与诸如单模纤维对准的很高精度的应用不很兼容，因为焊接处理的加热会引起物理偏差足以毁坏精确的对准。在接合中使用的焊接技术避免了粘合剂的一些问题，但是也有熔化的焊料冷却和固化所需的时间比较长的缺陷。在焊料冷却处理过程中高精度对准会漂移或者偏移。

发明内容

本发明克服以上所述的传统的对准技术的缺点。本发明具有与诸如螺钉的物理夹持技术组装以允许稳定组件但是还能为了重装。测试或者升级而拆卸的独特能力。它一般不要求昂贵的高精度的定位设备和工具来进行对准过程。本发明不要求焊接或者接合的部件的有限的物理重叠和其相关的问题。相反，本发明提供机械夹持选择以及提供足以远离关键对准结构以允许焊接的有用的接合位置以被用来在无需毁坏部件对准的情况下制成永久的组件。机械的刚性和部件中大量的物理重叠允许焊料在没有机械漂移的情况下冷却并形成坚固的物理组件。

本发明是对准系统，其包括：基部，具有接收第一光学元件的特征；以及第一偏心元件，其具有接收偏心组件的通孔，所述偏心组件包括第二偏心元件，所述第二偏心元件包括第二光学元件并经由第二安装装置安装到所述第二光学元件；其中，所述第一偏心元件经由第一安装装置与所述基部配合，并且通过相对于所述基部旋转调节所述偏心元件中至少一者来实现所述第一光学元件的光学轴线和所述第二光学元件的光学轴线之间的轴向对准。

本发明还是一种对准系统，其包括：基部，其具有接收第一光学元件的第一通孔；第一偏心元件，其具有接收偏心组件的第二通孔，偏心组件包括具有第三通孔的第二偏心元件，所述第三通孔接收第二光学元件，第二偏心元件经由第二安装装置安装到第二光学元件，其中，第一偏心元件经由第一安装装置与基部配合，并且通过相对于基部旋转地调节偏心元件中至少一者来实现第一光学元件的光学轴线和第二光学元件的光学轴线之间的轴向对准。

一旦系统的部件对准，则系统100提供将所有部件刚性地锁定在它们对准位置处能力，从而形成长期稳定和刚性的组件。当涉及激光二极管对纤维光学元件对准时，组件的类型通常在商业上称为带尾组件。此锁定能力通过将第一安装装置向下紧固或者夹持到基部来提供。夹持动作还使第一偏心元件中的特征可靠地与第二偏心元件中的特征配合，以允许所有部件紧固在适合的位置处。

本发明的目的是以亚微米的精度将各组物体对准。然而，本发明可以不要求亚微米金属来对准各组物体。

本发明的另一目的是提供即使当伴随有物理冲击和粗暴处理时部件之间的物理牢固的对准。

本发明的另一目的是提供一种可以在大范围的环境条件下，尤其是在温度范围下得到维持的稳定的对准。

本发明的另一目的是减小对准所需的时间。

本发明的另一目的是使用降档和容易获得的工具(例如，裸手指、扳手等)允许操作者调节对准。