光電部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種設(shè)置有用于相對(duì)于可連接至部件的光纖的端面來調(diào)節(jié)透鏡的焦點(diǎn)的裝置的光電部件。
【背景技術(shù)】
[0002]通常需要利用例如比如光纖耦合器這樣的光電裝置或開關(guān)來將光纖與另一光纖對(duì)準(zhǔn)。這可以包括小心地對(duì)準(zhǔn)光纖并且將光纖放置成與裝置接觸，或者使用透鏡使得能夠通過空氣間隙進(jìn)行耦合和對(duì)準(zhǔn)。
[0003]在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，利用光纖發(fā)射系統(tǒng)來將光耦合到裸光纖端部中，該光纖發(fā)射系統(tǒng)使用物鏡來將光聚焦直至成為小點(diǎn)。精密的平移臺(tái)(微定位工作臺(tái))用于移動(dòng)透鏡、光纖或裝置以使得能夠最優(yōu)化耦合效率。然而，該裝置不適用于利用高功率激光器的實(shí)際使用。
[0004]端部上具有連接器的光纖使該過程更加簡(jiǎn)單:連接器被簡(jiǎn)單地插入預(yù)對(duì)準(zhǔn)的光纖準(zhǔn)直器，該光纖準(zhǔn)直器包含相對(duì)于光纖被準(zhǔn)確地定位或者是可調(diào)節(jié)的透鏡。為了達(dá)到進(jìn)入光纖中的最佳注入效率，光束的發(fā)散以及光斑的位置和大小都必須進(jìn)行優(yōu)化。利用合適的光束，可以達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過95%的耦合效率。
[0005]包括可調(diào)節(jié)透鏡的裝置的問題在于所需的準(zhǔn)確定位還需要相應(yīng)準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)機(jī)制。對(duì)于不止一個(gè)方向上的位置控制而言，可以一起使用多個(gè)線性臺(tái)。可以從兩個(gè)線性臺(tái)來組裝“兩軸”或“X-Y”臺(tái)，其中一個(gè)線性臺(tái)安裝至另一個(gè)線性臺(tái)的裝配臺(tái)使得第二臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軸線與第一臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軸線垂直?！叭S”或“x-y-z”臺(tái)由安裝至彼此的三個(gè)線性臺(tái)構(gòu)成，使得所有臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軸線都正交。一些兩軸臺(tái)和三軸臺(tái)是整體設(shè)計(jì)的而不是從分離的單軸臺(tái)組裝的。
[0006]US5351330中示出了光纖安裝系統(tǒng)的示例，其中，由透鏡架來支承透鏡組件。通過使一組連接器變形來定位透鏡架。該解決方案的問題在于變形是永久的，這使得不可能再次定位。即使嘗試再次定位，任何后續(xù)變形都將削弱連接器。此外，由于定位需要使連接器變形，因此快速的或者可重復(fù)的再次定位是不可能的。
[0007]US2003/123808公開了類似的光纖安裝系統(tǒng)，其中，使用對(duì)稱彈簧繞萬向節(jié)系統(tǒng)中的卡圈以抓持包括球狀物和光學(xué)部件或其他類型部件的組件。一旦球狀物/部件組件被抓持在安裝系統(tǒng)內(nèi)時(shí)，球狀物/部件組件就能夠樞轉(zhuǎn)直到達(dá)到最佳對(duì)準(zhǔn)為止。一點(diǎn)達(dá)到最佳對(duì)準(zhǔn)，就利用激光焊接來固定球狀物/部件組件。該解決方案的問題在于定位是永久的，這使得不可能再次定位。
[0008]根據(jù)發(fā)射條件和激光功率，在高功率工業(yè)激光系統(tǒng)中，幾微米小的失準(zhǔn)就會(huì)造成幾百瓦特的傳輸損耗。
[0009]具有兩軸或三軸調(diào)節(jié)系統(tǒng)的必要性導(dǎo)致復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)該微米精度，然而，機(jī)械零件的復(fù)雜性會(huì)導(dǎo)致在處理高功率工業(yè)激光時(shí)對(duì)系統(tǒng)中常見的熱變化或熱梯度敏感的裝置。
[0010]因此，存在對(duì)改進(jìn)的可調(diào)節(jié)裝置的需要，該可調(diào)節(jié)裝置能夠快速地并且以較高的準(zhǔn)確度而被重復(fù)地再次定位，但是并不那么復(fù)雜并且包括比當(dāng)前解決方案更少的可調(diào)節(jié)零件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]通過如在所附權(quán)利要求中要求保護(hù)的光電部件來解決上述問題。
[0012]在下文中，術(shù)語“透鏡”被解釋成包括單個(gè)透鏡或一組透鏡元件，其中透鏡具有一個(gè)焦點(diǎn)。
[0013]本發(fā)明涉及用于接收光的光電部件，該部件包括殼體，該殼體具有被布置成接收入射光束的軸向延伸的腔體。該部件包括至少一個(gè)可調(diào)節(jié)裝置，該至少一個(gè)可調(diào)節(jié)裝置包括透鏡以及用于相對(duì)于可連接至殼體的光纖的端面而調(diào)節(jié)透鏡焦點(diǎn)的第一調(diào)節(jié)裝置。
[0014]可調(diào)節(jié)裝置還包括:被布置成影響所述透鏡位置的第一主體，以及與第一主體接觸并且在殼體中成軸頸的第二主體。第一調(diào)節(jié)裝置被布置成作用于第一主體以使其繞遠(yuǎn)端點(diǎn)進(jìn)行球狀旋轉(zhuǎn)并且改變透鏡的位置，從而將透鏡的焦點(diǎn)定位在光纖的端面上。第一主體連接至成軸頸的第二主體，使得對(duì)第一主體的調(diào)節(jié)導(dǎo)致第一主體和第二主體作為一個(gè)單元一起移動(dòng)。
[0015]第一調(diào)節(jié)裝置被布置成作用于第一主體，以相對(duì)于與透鏡關(guān)聯(lián)的光束的傳播軸線、在遠(yuǎn)離第二主體處在兩個(gè)正交方向上調(diào)節(jié)第一主體。為此，第一調(diào)節(jié)裝置包括第一可調(diào)節(jié)裝置和第二可調(diào)節(jié)裝置，第一可調(diào)節(jié)裝置和第二可調(diào)節(jié)裝置被布置成與關(guān)聯(lián)于透鏡的光束的傳播軸線成直角并且彼此成直角。第一可調(diào)節(jié)裝置和第二可調(diào)節(jié)裝置均是可精調(diào)的。沿其相應(yīng)的方向一一朝向或遠(yuǎn)離光束的傳播軸線一一調(diào)節(jié)這兩個(gè)可調(diào)節(jié)裝置中的任一個(gè)，將導(dǎo)致對(duì)由第一主體支承的透鏡的相應(yīng)調(diào)節(jié)。
[0016]第一可調(diào)節(jié)裝置和第二可調(diào)節(jié)裝置包括可旋轉(zhuǎn)元件，該可旋轉(zhuǎn)元件具有被布置成與殼體配合的螺紋部分。為了在調(diào)節(jié)期間避免任何反彈，第一主體通過作用于第一主體的彈性裝置而與每個(gè)可調(diào)節(jié)裝置保持接觸。彈性裝置優(yōu)選地被定位在與相應(yīng)的第一和第二可調(diào)節(jié)裝置相同的平面中、在第一和第二可調(diào)節(jié)裝置的相對(duì)于光束傳播軸線的相對(duì)側(cè)處。
[0017]如上所述，第二主體在殼體中成軸頸，這使得第一主體在被調(diào)節(jié)裝置作用時(shí)能夠進(jìn)行球狀旋轉(zhuǎn)。根據(jù)第一示例，第二主體包括球狀軸承。球狀軸承被安裝在殼體中的腔體中并且被布置成至少部分地圍封第二主體。
[0018]根據(jù)第二示例，第二主體包括以萬向節(jié)或萬向軸節(jié)形式的萬向接頭。萬向節(jié)是使物體能夠繞單個(gè)軸旋轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)支承。一組兩個(gè)萬向節(jié)——利用正交樞軸將一個(gè)萬向節(jié)安裝在另一個(gè)萬向節(jié)上，其中外側(cè)安裝在殼體中而內(nèi)側(cè)安裝至第二主體一一可以用于使第二主體能夠相對(duì)于光束的傳播軸線而樞轉(zhuǎn)成任何所需的角度。如上所述，可以利用作用于第一主體的第一和第二可調(diào)節(jié)裝置來執(zhí)行調(diào)節(jié)。
[0019]如上所述的第一調(diào)節(jié)裝置被布置成將透鏡的焦點(diǎn)定位在與光纖傳播軸線基本上成直角的平面中的光纖端面上。如果該平面與光纖的端面不重合，則透鏡的焦點(diǎn)可以最終在端面的前方或者在光纖的內(nèi)部。為了對(duì)其進(jìn)行修正，包括第一和第二主體的組件被布置成相對(duì)于第一調(diào)節(jié)裝置、沿著光束傳播軸線可滑動(dòng)?？烧{(diào)節(jié)裝置還包括第二調(diào)節(jié)裝置，該第二調(diào)節(jié)裝置用于沿著與透鏡關(guān)聯(lián)的光束的傳播軸線而移動(dòng)該裝置。第二調(diào)節(jié)裝置可以包括殼體的可旋轉(zhuǎn)部分或者螺絲。第二調(diào)節(jié)裝置作用于第二主體以使得能夠沿著光束的傳播軸線調(diào)節(jié)透鏡的位置。
[0020]為了在調(diào)節(jié)期間避免任何反彈，第二主體通過被定位在第二主體與殼體之間并且被布置成沿著傳播軸線起作用的彈性元件來與第二調(diào)節(jié)裝置保持接觸。第二調(diào)節(jié)裝置被布置在第二主體的、相對(duì)于彈性裝置的相對(duì)側(cè)并且包括可旋轉(zhuǎn)元件，該可旋轉(zhuǎn)元件具有被布置成與殼體配合的螺紋部分。第二調(diào)節(jié)裝置可以直接地或間接地作用于第二主體。
[0021]可以在具有一個(gè)或更多個(gè)輸入光纖或一個(gè)或若干個(gè)輸出光纖或其組合的光纖系統(tǒng)或裝置中使用上述光電部件。當(dāng)用于輸入光纖時(shí)，該部件被布置成接收入射光并且使得能夠調(diào)節(jié)透鏡的焦點(diǎn)以確保以最小的損耗將入射光束發(fā)送到裝置中。類似地，當(dāng)用于輸出光纖時(shí)，該部件被布置成接收準(zhǔn)直光束即來自激光器等的光束，并且使得能夠調(diào)節(jié)透鏡的焦點(diǎn)以確保以最小的損耗將輸出光束發(fā)送到光纖中。
[0022]根據(jù)第一不例，光電部件是光纖至光纖親合器，該光纖至光纖親合器包括被布置成接收來自可連接至殼體的光纖的光并且將光聚焦到第二光纖