專利名稱：一種中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器的制作方法
一種中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間光互連、通信技術(shù)、二元光學(xué)、光波導(dǎo)和微光學(xué)技術(shù)
領(lǐng)域。特別涉及一種新型中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器，又稱旁軸光纖旋轉(zhuǎn)連接器或者離軸光纖 旋轉(zhuǎn)連接器，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)多通道的雙向自由空間光互連。背景技術(shù)：
:在信息技術(shù)中，保持信息的高效率傳輸是非常必須的。在信號(hào)傳輸過(guò) 程中，需要旋轉(zhuǎn)耦合連接機(jī)構(gòu)將信號(hào)從一端不斷地傳向另一端。這個(gè)機(jī)構(gòu)就是旋轉(zhuǎn)連接器。 連接器是信號(hào)的互連裝置，用于短距離的信號(hào)的連接與傳輸。旋轉(zhuǎn)連接器被廣泛應(yīng)用于不 同的領(lǐng)域，如工業(yè)上的機(jī)械手、絞車，石油開(kāi)采設(shè)備，用于海洋探測(cè)的掃描系統(tǒng)和追蹤雷達(dá)、 海底機(jī)器人、軍事上的戰(zhàn)艦的海底水聲系統(tǒng)、戰(zhàn)車的旋轉(zhuǎn)塔臺(tái)，航天領(lǐng)域的飛行器以及醫(yī)療 設(shè)備CT掃描系統(tǒng)等。 在動(dòng)態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器信號(hào)傳輸過(guò)程中，有時(shí)還伴隨氣、油和水等介質(zhì)的傳輸，例 如有些雷達(dá)使用過(guò)程中信號(hào)要伴隨高壓氣體同時(shí)傳輸，這些介質(zhì)的傳輸需要一個(gè)通道，而 這個(gè)通道經(jīng)常設(shè)置在中心軸的位置；有時(shí)在連接器的中心軸的部分還有安放一些滾軸、轉(zhuǎn) 桶等器件，甚至是人體，其目的是進(jìn)行一些拉伸、滾動(dòng)或掃描的操作。 由于中心軸被其他介質(zhì)或器件占用，光信號(hào)不再沿連接器轉(zhuǎn)動(dòng)中心傳輸光信號(hào)， 而大部分現(xiàn)有動(dòng)態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器的光傳輸通道都是按照所使用光器件的光軸與連接器 轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合的技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的。因此，現(xiàn)有這部分動(dòng)態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器已經(jīng) 不能滿足上述場(chǎng)合的應(yīng)用，需要一種光信號(hào)能在"中空"態(tài)光纖連接器中傳輸。
目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)此類光纖旋轉(zhuǎn)連接器。在國(guó)外已經(jīng)有幾種"中空"態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接 器，它們各自有其特點(diǎn)與缺點(diǎn)。專利US410998提出一種中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器，它的基本 原理是通過(guò)內(nèi)、外兩片圓反射鏡，利用光束在反射鏡之間的反射來(lái)傳播光束。兩反射鏡同 心，并且輸入端在外壁處輸入光束，這就要求外壁反射鏡即可以透過(guò)光束也可以反射光束， 對(duì)反射鏡而言要求很高，會(huì)造成光束耦合效率低。專利US4753506提出一種中空態(tài)光纖旋 轉(zhuǎn)連接器，它的輸入端、輸出端與中空部分同心。在輸入端的圓周上平均分布8個(gè)橢圓反 射鏡，相應(yīng)的輸出端也分布8個(gè)接收器。輸入端的每個(gè)反射鏡即可透過(guò)光束也可反射光束。 部分光束透過(guò)反射鏡后傳播到下一個(gè)反射鏡，另一部分光束被反射后傳播到接收面，在接 收面形成一個(gè)圓面，在此圓面內(nèi)有一個(gè)接收器接收到該反射信號(hào)。很明顯，該連接器的耦合 效率低。專利US4934783提出的連接器采用一個(gè)柱面作為反射鏡，柱面對(duì)入射的平面光束 反射會(huì)聚焦于一點(diǎn)，成為一個(gè)虛焦點(diǎn)，之后光束發(fā)散，再經(jīng)過(guò)反射鏡反射重新會(huì)聚成另一個(gè) 虛焦點(diǎn)，以此經(jīng)過(guò)會(huì)聚、反射、會(huì)聚、反射等過(guò)程最后到達(dá)出射端輸出。該專利利用圓反射鏡 面的聚焦原理來(lái)傳播光束，但是圓反射鏡聚焦原理僅適合于細(xì)光束的近軸傳播，所以當(dāng)光 束有一定寬度以及光束的入射角度相對(duì)較大時(shí)，該專利的聚焦效果不好，因此傳輸效果也 不佳。專利US5297225提出的連接器利用帶有V型刻槽的環(huán)形波導(dǎo)器件進(jìn)行空間光信號(hào)的 耦合，在環(huán)形波導(dǎo)的內(nèi)部集成有45。的反射鏡來(lái)出射波導(dǎo)內(nèi)的光信號(hào)。采用的波導(dǎo)器件在
空間信號(hào)耦合時(shí)，耦合效率比較低，影響光信號(hào)的傳輸質(zhì)量，不能完全解決"中空"動(dòng)態(tài)光互 連。專利US2003/0210859 Al提出的連接器傳輸?shù)男盘?hào)是通過(guò)透鏡直接耦合的，雖然保留 了中空部分，但是各個(gè)信道之間的耦合是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子選擇需要連接的兩個(gè)端子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它類似于旋轉(zhuǎn)光開(kāi)關(guān)。它并不是真正的中空態(tài)旋轉(zhuǎn)連接器，是一種通信器件。專 利US2004/0086222 Al采用U型反射槽來(lái)傳播光束，反射槽置于外圓周上，圓周上分布有多 個(gè)反射槽，光在多個(gè)反射槽之間傳輸。這種反射與專利US410998均屬于壁反射型，即光束 在內(nèi)、外壁上反射。該專利由于沒(méi)有內(nèi)壁反射，它要求的光束入射角度很大，以便于光束能 夠從一個(gè)反射槽傳播到另一位置處的反射槽，由于反射鏡在外壁上并不是連續(xù)的，所以當(dāng) 連接器旋轉(zhuǎn)時(shí)，它無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的信號(hào)傳輸。專利US2006/0260832A1提出的旋轉(zhuǎn)連接器實(shí) 際上是透鏡耦合型，它采用很復(fù)雜的輔助系統(tǒng)來(lái)完成信道的選擇，與專利US2003/0210859 Al類似，是一種通信系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種新型中空
態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器。本發(fā)明利用光柵把輸入光束耦合進(jìn)環(huán)形基體，環(huán)形基體中空位置用于 其他介質(zhì)傳輸，基體用于實(shí)現(xiàn)光束的轉(zhuǎn)折，以實(shí)現(xiàn)高耦合效率的動(dòng)態(tài)傳輸以及中空傳輸。
本發(fā)明提供的中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器，包括由光纖、光纖準(zhǔn)直器(如C-lens透鏡、 G-lens透鏡、球形透鏡等)和耦合閃耀光柵構(gòu)成的輸入端，由準(zhǔn)直透鏡、光纖準(zhǔn)直器和光纖 構(gòu)成的輸出端，以及輸入端和輸出端之間的環(huán)形傳輸介質(zhì)，輸入端、輸出端和傳輸介質(zhì)共同 構(gòu)成單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器。所述的傳輸介質(zhì)由一個(gè)環(huán)形基體構(gòu)成，傳輸介質(zhì)的上 表面為一個(gè)平面，其上鍍有4 5層膜。傳輸介質(zhì)的下表面為一個(gè)錐面，該錐面上設(shè)置有一 個(gè)輸出窗口 ，所述輸出窗口為與上表面平行的平面，輸出窗口的表面設(shè)置有增透膜。輸出端 固定在輸出端口的下方，在放置時(shí)，輸出端垂直于輸出窗口 ，并且準(zhǔn)直透鏡靠近輸出窗口 ， 用于接收光束；同時(shí)在與輸出窗口對(duì)應(yīng)位置的上表面設(shè)置有衍射光學(xué)元件中的反射式線型 光柵或二元光學(xué)元件。輸入端設(shè)置在傳輸介質(zhì)的上方，在放置時(shí)，輸入端垂直于傳輸介質(zhì)的 上表面，并且以耦合閃耀光柵的一端靠近傳輸介質(zhì)上表面；同時(shí)耦合閃耀光柵的刻槽線與 輸入端所處位置的半徑方向平行。輸入端能夠繞傳輸介質(zhì)的對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)且光纖準(zhǔn)直器和耦 合閃耀光柵保持相對(duì)靜止。 本發(fā)明即可以制作單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器，也可以制作多通道中空態(tài)光纖 旋轉(zhuǎn)連接器。所述的多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器可以由同一個(gè)基體上制作的至少兩個(gè)上 述的大小不等的單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器組合而成，其中緊鄰的兩個(gè)單通道連接器中 內(nèi)側(cè)的連接器的外徑小于外側(cè)的連接器的內(nèi)徑，以保證各通道互不干擾。多通道中空態(tài)光 纖旋轉(zhuǎn)連接器也可以由至少兩個(gè)上述的大小不等的單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器嵌套而 成。由于多通道可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，所以根據(jù)傳輸方向的要求，各單通道連接器的上表面可 以朝向同側(cè)也可以分別朝向異側(cè)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果 本發(fā)明具有耦合效率高、動(dòng)態(tài)傳輸、可中空狀態(tài)傳輸氣體、液體等流動(dòng)介質(zhì)等特 點(diǎn)。在經(jīng)濟(jì)效益方面，本發(fā)明專利可廣泛應(yīng)用需要CT掃描、光信號(hào)的旋轉(zhuǎn)連接等場(chǎng)合，市場(chǎng) 前景好，具有良好的技術(shù)轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)。


圖1是單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器整理結(jié)構(gòu)示意圖，圖1A為立體側(cè)視圖，圖1B 為主視圖； 圖2是輸入端結(jié)構(gòu)示意4
圖3是輸出端結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是基體參數(shù)計(jì)算示意圖；
圖5是傳輸介質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器主視切面圖。 圖中，1為光纖，2為光纖準(zhǔn)直器，3為耦合閃耀光柵，4為光纖，5為光纖準(zhǔn)直器，6 為準(zhǔn)直透鏡，7為傳輸介質(zhì)(即基體)的對(duì)稱軸，8為傳輸介質(zhì)的柱形中空部分，9為傳輸介 質(zhì)的上表面，10為傳輸介質(zhì)的下表面，11為傳輸介質(zhì)中間的柱狀環(huán)形部分，12為傳輸介質(zhì) 上表面上的鍍膜，13為光束的輸出窗口 ， 14為光束轉(zhuǎn)折元件，15為輸入端，16為輸出端，17 為傳輸介質(zhì)。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1、單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器 如圖1所示，本發(fā)明提供的單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器，由輸入端15、輸出端16 和傳輸介質(zhì)17構(gòu)成。 傳輸介質(zhì)的下表面10為一個(gè)錐面，該錐面上設(shè)置有一個(gè)輸出窗口 13，輸出窗口為
與上表面9平行的平面，輸出窗口的表面設(shè)置有增透膜，在與輸出窗口對(duì)應(yīng)位置的上表面
同時(shí)設(shè)置有光束轉(zhuǎn)折元件14，該光束轉(zhuǎn)折元件為衍射光學(xué)元件，如反射式線型光柵、二元光
學(xué)元件等。光束轉(zhuǎn)折元件面積較小，僅覆蓋于窗口 13上方的區(qū)域。 傳輸介質(zhì)的上表面9和下表面10之間為傳輸介質(zhì)中間的柱狀環(huán)形部分11。 光在傳輸介質(zhì)中傳播，在固定的位置輸出。當(dāng)平行光束在基體內(nèi)傳播時(shí)，光束是傾
斜傳播，為了便于輸出端接收光束，需要在輸出端口處增加一個(gè)光束轉(zhuǎn)折元件，用于把傾斜
傳播的平行光束轉(zhuǎn)折成垂直于基體上表面的方向傳播，轉(zhuǎn)折后的光束仍是平行光束，可以
用光柵來(lái)定向轉(zhuǎn)折。下表面是個(gè)錐面，但是在輸出端口處，需設(shè)置成平面，便于輸出，如圖1B所示。 光束在傳輸介質(zhì)中的傳播方式是先由光柵衍射后進(jìn)入到環(huán)形基體上表面，之后經(jīng)
過(guò)基體的傳播到達(dá)基體下表面，再經(jīng)過(guò)下表面的全反射，反射回上表面，由上表面全反射后 進(jìn)入基體，依次傳播。環(huán)形基體的上表面由于即要接收入射光束，又要反射由下表面?zhèn)鞑サ?br> 光束，所以上表面需要增加4 5層膜，膜的作用是透過(guò)來(lái)自光柵的入射光，并且全反射基 體內(nèi)部的光束。下表面主要用于反射光束，所以它不用鍍膜，但是在固定的輸出端口處用于 輸出光束，窗口處鍍?cè)鐾改ぁ?如圖2所示，輸入端15由光纖1、光纖準(zhǔn)直器2和耦合閃耀光柵3構(gòu)成。光纖準(zhǔn)直 器2的作用是把光纖1輸出的光變成平行光束，耦合閃耀光柵3為亞波長(zhǎng)光柵，它的作用是 把光纖準(zhǔn)直器輸出的光耦合到傳輸介質(zhì)中去，它利用閃耀光柵的高級(jí)衍射作用，把光能主 要集中在某級(jí)衍射光中。光柵滿足光柵方程dsin e =na， e為衍射光的衍射角，d為光 柵周期，m為設(shè)定的衍射級(jí)，該衍射級(jí)具有大的衍射角度e ，以便進(jìn)入基體后，可以滿足光 束全反射的要求。 輸入端15設(shè)置在傳輸介質(zhì)的上方并以耦合閃耀光柵3朝向傳輸介質(zhì)的上表面9， 且耦合閃耀光柵的刻槽線與輸入端所處位置的半徑方向平行，輸入端能夠圍繞環(huán)形傳輸介質(zhì)的對(duì)稱中心軸7轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)角度無(wú)限制，光纖準(zhǔn)直器和耦合閃耀光柵始終保持相對(duì)靜止。
如圖3所示，輸出端16由準(zhǔn)直透鏡6、光纖準(zhǔn)直器5和光纖4構(gòu)成。輸出端16以 準(zhǔn)直透鏡6朝向輸出窗口 13并固定在輸出窗口下方，輸出端16位置固定，不做圓周運(yùn)動(dòng)。 準(zhǔn)直透鏡6的作用是把由傳輸介質(zhì)輸出的光束集中到光纖準(zhǔn)直器5中，再由光纖準(zhǔn)直器5 把光束傳播到光纖4中，以便輸出。 如圖4、圖5所示，傳輸介質(zhì)由一個(gè)中空的環(huán)形基體構(gòu)成，7為傳輸介質(zhì)的對(duì)稱中心 軸，也是整個(gè)系統(tǒng)的對(duì)稱軸，8為傳輸介質(zhì)的柱形中空部分?；w的尺寸根據(jù)需要設(shè)定，比如 在旋轉(zhuǎn)連接器用于光互連時(shí)，基體尺寸為厘米量級(jí)。傳輸介質(zhì)的上表面9為一個(gè)平面，其上 鍍有多層膜12，膜的層數(shù)與折射率選擇的原則是保證較高的透射率和滿足光束的全反射。 兩參數(shù)與光束的入射角度、基體的材料與厚度、下表面傾角等有關(guān)系。光束入射在圓I上的 A點(diǎn)，并在此點(diǎn)進(jìn)入基體內(nèi)，之后光束在基體內(nèi)以幾何光學(xué)的形式傳播到下表面圓II上的B 點(diǎn)，并在B點(diǎn)反射回基體。為了控制光束，只要錐面設(shè)定合適的張角，光線就會(huì)從B點(diǎn)反射 回上表面圓I上的一點(diǎn)C。假定上表面圓I的中心為0"下表面上圓II的中心為02， 0p02 均位于中心軸上，過(guò)圓II的平面記為平面iii。入射點(diǎn)A在平面III的投影為A'，此時(shí)A'并 不在圓II上，并令ZBAA' = a，ZB02A' = P，錐面的張角為Y。由光柵衍射光束的傳 播方向可知，主極強(qiáng)光線的衍射方向垂直于光柵刻槽線，并且當(dāng)光柵3的刻槽線平行于入
射端所在的半徑時(shí)，滿足1§丄^ 。對(duì)于錐面，設(shè)在b點(diǎn)處錐面的法線為;;，由幾何的反射關(guān)
系知！§、；;、冗三線共面，并且:s、冗關(guān)于5對(duì)稱。利用以上的幾何關(guān)系可以計(jì)算出
tan Y = sin P tan a 。 角度|3的物理意義是指光束從上表面反射到下表面，所經(jīng)歷的一次反射在圓周 方向投影所占用的角度，為了更好的控制光束的傳播，限制光束在經(jīng)過(guò)整數(shù)次反射后，正好 能旋轉(zhuǎn)一周，即P = 2Ji/N， N為光束總的反射次數(shù)。角度a的物理意義是指光束在上表
面的反射角，也是光束剛剛進(jìn)入基體時(shí)的入射角。由光柵公式可知，衍射光的角度為e，那
么光束進(jìn)入上表面的膜層后，受折射定律的影響，n。 sine =ni Sinei = ni sina，式中 rip 9 ,為第i層膜的折射率和折射角，由此式可得到a 。由三角關(guān)系式可知，|3 、 a可以確 定出合適的Y，以確保光束沿設(shè)定方向傳播。 假定&代表圓I的半徑，&代表圓II的半徑，基體內(nèi)徑為iv基體外徑為iv^表
示在基體內(nèi)徑處的厚度，h2表示在基體外徑處的厚度，那么存在關(guān)系 、 = & [tan P cot a + (l_cos P ) / (tan Y cos P ) ] + (R「r》/tan Y ， h2 = & [tan P cot a + (l_cos P ) / (tan Y cos P ) ] _ (R「r2) /tan Y 。 hp&和Y構(gòu)成了基體的加工參數(shù)?；w內(nèi)、外半徑的選取不太嚴(yán)格，滿足巧< &
< R2 < r2。 如圖5所示，傳輸介質(zhì)的環(huán)形基體的內(nèi)半徑為iv外半徑為iv基體為實(shí)體，材料 為普通的光波導(dǎo)材料，具有低吸收、低色散、各向同性的特點(diǎn)。當(dāng)輸入端在半徑r的圓周上 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸入光束入射在該圓周上，且光束應(yīng)該垂直于徑向，而不是指向徑向，光束透過(guò)膜 層之后進(jìn)入基體內(nèi)部，之后經(jīng)過(guò)基體傳輸、下表面全反射、上表面全反射、基體傳輸?shù)鹊?，?次傳輸下去。光束每經(jīng)過(guò)一次反射，反射的方向會(huì)偏折，所以在上下表面光束的反射點(diǎn)位于 不同位置，但是沿圓周分布。 基體內(nèi)傳播的光束被上表面反射時(shí)，上表面是平面，它使得光束向遠(yuǎn)離中心軸的方向傳播，直到被下表面反射；光束在被下表面反射時(shí)，由于反射面是朝向中心軸的，所以 光束會(huì)被反射到靠近光軸的方向。由于光束從上表面到達(dá)下表面在徑向方向偏移的距離較 小，可參看圖2，圖II中圓II的半徑略大于圓I的半徑，光束還沒(méi)有傳播到內(nèi)、外壁就被下 表面反射回上表面，所以.光束不會(huì)傳播到基體的內(nèi)、外壁上。 基體的尺寸可以做成厘米量級(jí)，也可以做成大尺寸，如CT掃描時(shí)所需的尺寸。對(duì) 于厘米量級(jí)以上的基體或者波導(dǎo)而言，光束可以按幾何光學(xué)的方法研究。
輸入端15輸出的光線，其主光線垂直于所在的半徑方向，光線透過(guò)基體上表面的 膜后，進(jìn)入到基體內(nèi)部。光束在基體內(nèi)以幾何光學(xué)的形式傳播，之后到達(dá)下表面。光束到達(dá) 下表面時(shí)，滿足全反射的條件，所以光束在下表面會(huì)發(fā)生全反射，被反射回基體內(nèi)部。之后 再經(jīng)過(guò)基體的傳播到達(dá)上表面。上表面的鍍膜能夠滿足光束全反射條件，所以光束被上表 面全反射，反射到基體內(nèi)部。之后依次反射，直到光束到達(dá)光束轉(zhuǎn)折元件，被偏轉(zhuǎn)后輸出到 輸出端。 輸入端15沿中心軸7旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，光束的入射點(diǎn)隨時(shí)發(fā)生變化(但光束
的方向總是指向輸入端旋轉(zhuǎn)時(shí)前進(jìn)的方向，因此不存在光束向后傳播的情形)，雖然入射點(diǎn)
不同，但是輸入端在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中始終保持其光柵刻槽線與所在位置的半徑方向相同或者平
行，這樣可以保證輸入端輸出的光束的主光線總是垂直于徑向。這樣間接的保證了光線進(jìn)
入基體時(shí)的入射角度保持不變，所以光線在基體內(nèi)傳播的角度是相同的。 由于平行光束在基體內(nèi)傳播，經(jīng)過(guò)反射后仍為平行光，所以光束轉(zhuǎn)折元件14能把
平行光束垂直地轉(zhuǎn)折到輸出窗口 13。 本發(fā)明的核心在于傳輸介質(zhì)基體的厚度與下表面錐面的傾角的精確加工，以及基 體上表面的光學(xué)鍍膜、光束轉(zhuǎn)折元件的集成和輸入端的光柵加工(參見(jiàn)前述傳輸介質(zhì)參數(shù) 的計(jì)算)。其中光柵3可以采用專利CN200910228451. X所描述的輻射型閃耀光柵，它與本 專利所述的旋轉(zhuǎn)連接器是配合的。 在組裝時(shí)，注意輸入端的位置與方向，應(yīng)該滿足光柵的刻線方向與所處的徑向相 同或者平行。 實(shí)施例2、多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器 如圖6、圖7所示，多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器的制作原理與單通道相同。單通 道連接器所占據(jù)的基體的面積是一個(gè)環(huán)，占據(jù)自半徑巧到r2之間的環(huán)形柱體部分(如圖 5所示)，光束不會(huì)傳播到該柱體以外。所以，多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器是由在同一個(gè) 基體上制作的兩個(gè)及其以上的實(shí)施例1中大小不等的單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器組合 而成，其中緊鄰的兩個(gè)單通道連接器中內(nèi)側(cè)的連接器的外徑小于外側(cè)的連接器的內(nèi)徑，以 保證各通道互不干擾，如圖7所示。由于多通道可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，所以根據(jù)傳輸方向的要 求，各單通道連接器的上表面可以朝向同側(cè)也可以分別朝向異側(cè)。 多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器也可以由兩個(gè)及其以上的實(shí)施例1中大小不等的 單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器嵌套而成，其中緊鄰的兩個(gè)單通道連接器中內(nèi)側(cè)的連接器的 外徑小于等于外側(cè)的連接器的內(nèi)徑。由于多通道可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，所以根據(jù)傳輸方向的 要求，各單通道連接器的上表面可以朝向同側(cè)也可以分別朝向異側(cè)。 圖中給出了三通道的情形，S1、S2、S3分別為輸入端1、輸入端2、輸入端3。 01、02、 03分別為輸出端1、輸出端2、輸出端3。 T1、T2、T3分別為通道1、通道2、通道3，其中通道1是向上傳輸信號(hào)，通道2、3向下傳輸信號(hào)，屬于多通道雙向傳輸?shù)墓饫w旋轉(zhuǎn)連接器，它的中間為空，用于傳輸油、水、汽等介質(zhì)，也可用于CT掃描時(shí)放置人體等。由于通道1與通道2、通道3的信號(hào)傳播方向不同，所以它的輸出面相反。三個(gè)通道位于不同的位置，互不干擾。
權(quán)利要求
一種中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于該連接器包括由光纖、光纖準(zhǔn)直器和耦合閃耀光柵構(gòu)成的輸入端，由準(zhǔn)直透鏡、光纖準(zhǔn)直器和光纖構(gòu)成的輸出端，以及輸入端和輸出端之間的環(huán)形的傳輸介質(zhì)，輸入端、輸出端和傳輸介質(zhì)共同構(gòu)成單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器；所述的傳輸介質(zhì)由一個(gè)環(huán)形基體構(gòu)成，傳輸介質(zhì)的上表面為一個(gè)平面，傳輸介質(zhì)的下表面為一個(gè)錐面，該錐面上設(shè)置有一個(gè)輸出窗口，所述輸出窗口與上表面平行；輸出端固定在輸出端口的下方，在放置時(shí)，輸出端垂直于輸出窗口，并且準(zhǔn)直透鏡靠近輸出窗口，用于接收光束；同時(shí)在與輸出窗口對(duì)應(yīng)位置的上表面設(shè)置有光束轉(zhuǎn)折元件；輸入端設(shè)置在傳輸介質(zhì)的上方，在放置時(shí)，輸入端垂直于傳輸介質(zhì)的上表面，并且以耦合閃耀光柵的一端靠近傳輸介質(zhì)上表面；同時(shí)耦合閃耀光柵的刻槽線與輸入端所處位置的半徑方向平行；輸入端能夠繞傳輸介質(zhì)的對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)且光纖準(zhǔn)直器和耦合閃耀光柵保持相對(duì)靜止。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述的傳輸介質(zhì)的上表 面鍍有4 5層膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述輸出窗口的表 面設(shè)置有增透膜，與輸出窗口對(duì)應(yīng)位置上表面的光束轉(zhuǎn)折元件為衍射光學(xué)元件中的反射式 線型光柵或二元光學(xué)元件。
4. 一種由權(quán)利要求1所述的中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器構(gòu)成的多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連 接器，其特征在于所述的多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器可以由至少兩個(gè)權(quán)利要求1所述的 大小不等的單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器嵌套而成，其中緊鄰的兩個(gè)單通道連接器中內(nèi)側(cè) 的連接器的外徑小于等于外側(cè)的連接器的內(nèi)徑，各單通道連接器的上表面可以朝向同側(cè)也 可以分別朝向異側(cè)。
5. —種由權(quán)利要求1所述的中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器構(gòu)成的多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連 接器，其特征在于所述的多通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器是在同一個(gè)基體上制作的兩個(gè)及其以上的權(quán)利要求1所述的大小不等的單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器組合而成，其中緊鄰的 兩個(gè)單通道連接器中內(nèi)側(cè)的連接器的外徑小于外側(cè)的連接器的內(nèi)徑，以保證各通道互不干 擾；由于多通道可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，根據(jù)傳輸方向的要求，各單通道連接器的上表面可以朝 向同側(cè)也可以分別朝向異側(cè)。
全文摘要
一種中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器及其構(gòu)成的多通道光纖旋轉(zhuǎn)連接器。單通道中空態(tài)光纖旋轉(zhuǎn)連接器包括由光纖、光纖準(zhǔn)直器和耦合閃耀光柵構(gòu)成的輸入端，由準(zhǔn)直透鏡、光纖準(zhǔn)直器和光纖構(gòu)成的輸出端，以及中間的環(huán)形傳輸介質(zhì)。傳輸介質(zhì)由一個(gè)環(huán)形基體構(gòu)成，其上表面為一個(gè)平面，下表面為一個(gè)錐面，錐面上設(shè)置有輸出窗口，輸出端朝向輸出窗口固定。輸入端繞傳輸介質(zhì)的對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在同一基體上，以相同的方式，制作多個(gè)單通道連接器，緊鄰的兩個(gè)單通道連接器中內(nèi)側(cè)連接器的外徑小于外側(cè)連接器的內(nèi)徑，以保證各通道互不干擾。由此制作的具有多個(gè)單通道的連接器組成多通道連接器。本發(fā)明具有耦合效率高、動(dòng)態(tài)傳輸、可中空狀態(tài)傳輸氣體、液體等流動(dòng)介質(zhì)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/36GK101788699SQ201010103099
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者井文才, 張以謨, 張紅霞, 胡百泉, 賈大功 申請(qǐng)人:天津大學(xué)