[发明专利]一种中空光滑环及其传输光信号的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光滑环，特别涉及一种旋转光滑环。

背景技术

光纤的一些特性如宽带宽、抗干扰、低损耗、重量轻、体积小等优点使其在越来越多的应用中成为理想信号载体。在光纤信号传输种类中，某些情况下，光信号的传输常常在线路的某个中间环节需要旋转耦合装置，如雷达天线和它的车载信号处理系统之间，海底机器人与控制船只之间，工业上应用的机械手与主控台之间的连接线路等，都需要在两个相对旋转的部分实现光纤光路的连接，普通的固定连接器无法完成动态连接，而光滑环（也称光纤旋转连接器）正是实现旋转连接不可或缺的器件。

在光滑环信号传输过程中，有时还伴随气、油和水等介质的传输，例如有些雷达使用过程中信号要伴随高压气体同时传输，这些介质的传输需要一个通道，而这个通道经常设置在中心轴的位置；有时在连接器的中心轴的部分还有安放一些滚轴、转桶等器件，甚至是人体，其目的是进行一些拉伸、滚动或扫描的操作。由于中心轴被其他介质或器件占用，光信号不再沿连接器转动中心传输光信号，而大部分现有光滑环的光传输通道都是按照所使用光器件的光轴与连接器转动中心重合的技术路线进行设计和制造的。因此，现有这部分光滑环已经不能满足上述场合的应用，需要一种光信号能在中空光滑环中传输。

目前，已经有几种“中空”态光滑环，它们各自有其特点与缺点。专利US410998提出一种中空光滑环，它的基本原理是通过内、外两片圆反射镜，利用光束在反射镜之间的反射来传播光束。专利US4934783提出的连接器采用一个柱面作为反射镜，柱面对入射的平面光束反射会聚焦于一点，成为一个虚焦点，之后光束发散，再经过反射镜反射重新会聚成另一个虚焦点，以此经过会聚、反射、会聚、反射等过程最后到达出射端输出。专利US2004/0086222A1采用U型反射槽来传播光束，反射槽置于外圆周上，圆周上分布有多个反射槽，光在多个反射槽之间传输。专利CN101788699A利用光栅把输入光束耦合进环形基体，基体用于实现光束的转折，传输介质的上表面为一个平面，其上镀有4～5层膜。传输介质的下表面为一个锥面，这些光纤旋转连接器都对机械装置精度要求高，而连接效率低，不仅成本高而且难实现。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述不足，提供一种新型中空光滑环。为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种中空光滑环，包括定子，转子，输入光纤通道、环形光导元件、输出光纤通道，定子和转子由环形基体构成，定子和转子环形的径向外圆和径向内圆相等，轴线相互重合，形成中空结构。

输入光纤通道是光信号的输入端，由光纤构成，输入光纤通道的一部分设置在定子中，由输入光纤通道引导的输入光束射入环形倾斜光纤光栅。

光导元件是倾斜光纤光栅，包括光纤主体，倾斜光栅和光纤外包层。倾斜光纤光栅形成环形的管状结构，倾斜光纤光栅部分设置在定子中，环形的倾斜光纤光栅的中心线和定子轴线相互重合，环形倾斜光纤光栅的中心平面和定子上表面重合，环形倾斜光纤光栅露出定子部分的光纤外包层被剥除。倾斜光栅绕圆周一周刻制成全光栅区，当输入光束射入光纤中后，按照一定倾斜度设计的倾斜光栅会部分反射输入光束，反射光经过剥除外包层后的光纤垂直向上传输。

输出端光纤通道设置在转子中，由准直透镜、光纤准直器和光纤构成，输出端光纤通道的准直透镜的轴线和转子轴线平行，准直透镜绕轴旋转的半径和环形倾斜光纤光栅的半径相等，在输出端光纤通道旋转过程中，可以一直对准环形倾斜光纤，以便接收倾斜光栅反射的光束，准直透镜把由倾斜光栅反射的光束集中到光纤准直器中，再由光纤准直器把光束传播到光纤中，以便输出。

优选地，环形的倾斜光纤光栅中刻写的倾斜光栅的法线与定子轴线的夹角为45度。输入光纤通道中光纤引导的光束沿与定子轴线垂直方向射入环形的倾斜光纤光栅中，光经过倾斜光栅时，会产生反射，其反射光在整个环形的倾斜光纤光栅上垂直向上传输，利于输出光纤通道接收。

一种利用上述光滑环传输光信号的方法，将光信号注入输入光纤通道，输入光纤通道引导的输入光信号射入环形倾斜光纤光栅，倾斜光栅会部分反射输入光信号，反射光经过剥除外包层后的光纤垂直向上传输，输出光纤通道的准直透镜接收倾斜光栅反射的光信号，并把接收的光信号集中到光纤准直器中，再由光纤准直器把光束传播到光纤中，得到输出光信号。

本发明的中空光滑环结构简单，对机械装置精度要求不高，易于实现，可中空状态传输气体、液体等流动介质等。可广泛应用于CT扫描、光信号的旋转连接等场合，具有良好的市场前景。

附图说明