目前很多系统中常常需要利用旋转连接器传输转动信号,但是由于带宽问题,现有的电滑动环已经不再适用转动信号传输,出现“传输瓶颈”问题。由于光信号具有大带宽、抗电磁干扰、无接触损耗以及传输速率快等特点,光纤旋转传输技术成为解决该问题的最佳手段。传统的光纤旋转连接器是共轴的,可以传输一路或者多路光信号,其特点是光器件光轴与互连器件中心轴重合,因此被称为同轴光纤旋转连接器。
随着光纤旋转连接器应用的日益广泛,在应用中发现当中心轴位置被用来传输气体、油或其他化学物质等介质时,便不能作为信号光束的传输通道,于是为了实现介质和光信号的同时传输,离轴光纤旋转连接器应运而生,它的适应性更强,应用范围更加广泛,例如雷达在信号传输过程中需要伴随高压气体传输,此时高压气体传输通道位于器件中心轴,使得光束不能沿着器件的中心轴传输。其中光纤准直器作为光纤旋转连接器中核心光器件,其性能直接决定光纤旋转连接器的性能,因此研究光纤准直器的性能就显得尤为重要,目前最常用的是 C-lens光纤准直器( 简称C-lens) ,因此研究C-lens对于提高光信号旋转传输效率具有重要的意义。C-lens主要参数有插入损耗、回波损耗和点精度。其中前两项是通过后期测试得到的,而点精度是取决于准直器制作时的精度,需要着重研究,点精度是指出射光束与准直器轴线的夹角,它是由尾纤和透镜端面的倾斜引起的。一般 C-lens的点精度α< 1,且用于固定端的连接,能够满足实际光信号耦合需要,因而对它的研究比较少,然而在光纤旋转连接器等需要光信号旋转传输的场合,点精度将引起光信号耦合的角向偏差如图 1 所示,0.3°的角向偏差引起损耗约为10dB,这增加了光纤旋转连接器的装配难度,所以有必要对 C-lens的点精度进行优化。
目前,点精度的优化方法大致分为三类:
(1)通过额外的器件进行补偿,即在尾纤和准直物镜之间或在准直物镜之后加入楔片或楔片组,或是给准直器加上外套筒,使出射光与外套筒平行,但由于这一方法增加了额外的零件使装配变得复杂,并提高了成本。
(2)使尾纤与透镜轴向错位或改变尾纤的入射角度,这种方法需要特殊的套筒、在结构上非对称,不便于加工。
(3)改变准直透镜的参数,如减小光纤与透镜折射率的差或是改变透镜的倾斜角,但这一方法对点精度的改善有限。