嵌入式多芯光纤瞄准器及定位装置的制造方法
嵌入式多芯光纤瞄准器及定位装置的制造方法
【技术领域】
[0001]发明涉及的是一种集成光纤器件，具体地说是一种嵌入式多芯光纤瞄准器。本发明也涉及一种包含嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置。
【背景技术】
[0002]光纤及光纤器件的应用范围已经从传统的光纤通信领域向光纤传感、光谱测量、宽带光源等众多的新领域拓展。其中，自1979年美国Steward天文台首次将光纤应用在2.3米望远镜的MX光谱仪以来，光纤技术在天文望远镜中得到广泛推广。由于光纤具有长距离传输、一定口径内的集光、灵活的空间排布能力，其在天文中的应用具有革命性的意义，主要用于多目标光纤光谱仪，二维光纤光谱仪，恒星光干涉等。在多目标光纤光谱仪中，在焦面上放置的多根光纤将星光传输到多个光谱仪中，可以同时获得多个观测目标的光谱，这极大地提高了仪器本身的光谱获取效率，从而使得研宄需要大样本光谱的一系列天文学前沿课题成为可能。在这些光纤光谱望远镜中，望远镜焦面板上的光纤端位置被设置在需要观察的目标星像位置处。目前的技术有两种，一种是固定式的孔状位置版(York, D.et al., The Sloan Digital Sky Survey:Technical Summary, the AstronomicalJournal, 120 (3)，1579-1587，2000)，另外一种是以我国大科学工程——天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)为代表的位置可调的光纤端控制系统(胡红专等，并行可控式光纤定位系统，天体物理学报，20，53-55,2000)。在位置可控的光纤端控制系统中，一般是利用电机将光纤端移动到星表提供的位置处，但由于多种原因，有时光纤端会偏离星像位置，造成能量损失和出现环形斑等，严重影响观测效果。此外，由于地球的自转、大气视宁度等影响，在长时间的星像曝光的过程中，在天文望远镜焦面上形成的星像会发生位置偏移。
[0003]在天文观测等领域，光纤需要将望远镜所成的星像光斑的光信号用光纤传输到光谱仪或其它装置，只有照射到光纤纤芯部分的光能量能有效的被光纤传输，光纤纤芯与光源信号的位置偏移会极大的降低光纤传输效率，不仅严重影响光能传输效率，而且入射光斑照射到主芯光纤的侧壁，还会造成出射光斑变成环形斑等不希望的形状。当前LAMOST通过安装在焦面板上的四个CCD对整个焦面板的方向进行引导，从而实现导星功能。但其所使用的4000根单根光纤并不具有引导功能，无法获取单根光纤是否对准目标源的信息的反馈，其不可避免出现单根光纤与星像的失准问题，从而最终影响大型天文望远镜的观测能力和效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种能实现对光源信号的实时跟踪的嵌入式多芯光纤瞄准器。本发明的目的还在于提供一种基于嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置。
[0005]本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器是由主芯光纤与一定数量的侧芯光纤去掉一定长度涂覆层后排布嵌入石英毛细管中制作成预制棒，用尾纤保护套粘接毛细管与尾纤，对制成的预制棒进行熔融加热，使石英毛细管中空气孔塌陷，主芯光纤、侧芯光纤与外层石英毛细管成为一体所形成的波导结构；所述波导结构中心为主芯光纤形成的主光纤芯，主光纤芯周围排列着侧芯光纤形成的侧光纤芯，外层石英毛细管形成多芯光纤瞄准器的外包层；侧光纤芯分布在主光纤芯外围，当入射光斑偏离主光纤芯时，一部分光耦合进入一个或若干个侧光纤芯，并通过对应的侧芯光纤传到探测器，通过比较不同侧芯光纤的输出光信号，实现对光源光场位置信息的反馈，进而调整多芯光纤瞄准器位置，使入射光斑照射到主光纤芯，并对应进入主芯光纤进行传输。
[0006]本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器还可以包括:
[0007]1、还包括保护套部件，所述保护套部件包括法兰盘、插针和套管，插针嵌入在法兰盘中构成插针部件，嵌入式多芯光纤瞄准器嵌入涂有粘接剂插针部件中，套管套装在法兰盘尾部。
[0008]2、所述石英毛细管为外圆内圆的石英毛细管，在相邻的侧芯光纤之间设置与石英毛细管的材料相同的石英纤维棒。
[0009]3、所述石英毛细管为外圆内方的石英毛细管。
[0010]4、所述石英毛细管为具有5个孔结构的多孔石英毛细管，中间为用于嵌入主芯光纤的大孔，在所述大孔周围均匀分布4个小孔。
[0011]基于本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置包括嵌入式多芯光纤瞄准器、光谱仪、光功率计、计算机和二维电控位移平台，嵌入式多芯光纤瞄准器安装在二维电控位移平台，嵌入式多芯光纤瞄准器的主芯光纤连接光谱仪，嵌入式多芯光纤瞄准器的侧芯光纤连接光功率计，光功率计接入计算机，二维电控位移平台由计算机控制；侧芯光纤将接收到的光源信号传入进入光功率计，光功率计将光强信息传递给计算机，计算机通过分析不同位置的侧芯光纤的出射光场强度，计算出光源偏离主芯光纤的位置信息，提供控制参数控制二维电控位移平台完成对嵌入式多芯光纤瞄准器的位置调节。
[0012]本发明提出了一种集成光纤器件一一嵌入式多芯光纤瞄准器，其具有对入射光斑位置进行监视、反馈的功能，从而为主芯光纤对准入射光斑提供位置参数。其中，主芯光纤用于传输光信号，侧芯光纤具有引导功能，实现光纤对光源信号的实时跟踪。
[0013]本发明设计了一种嵌入式多芯光纤瞄准器，在石英毛细管中嵌入主芯光纤和侧芯光纤，经过熔融加热，使其成为具有对光源位置信息具有反馈功能的集成光纤器件。当入射光斑偏离主芯光纤纤芯时，由于光斑照射到不同侧芯光纤的面积不同，这些侧芯光纤收到的光强各不相同，通过分析各个侧芯光纤收到的光强信号，就可以判断入射光斑偏离主芯光纤的方位和程度，从而可以给出反馈信号，调整多芯光纤瞄准器的位置。主芯和侧芯由于是完整的光纤结构，无需其他器件可以将光直接导出到探测器，利于提高器件的光效率。
[0014]本发明能使接收光纤具有入射光斑位置信息反馈功能，可以将收集信号用的主芯光纤准确的对准入射光斑，提高光能收集效率，改善出射光斑形状。
[0015]本发明要解决的技术问题是:使传光光纤具有位置引导功能，可以获取到传光光纤是否对准入射光斑的信息反馈，并依据反馈信息调整传光光纤位置，提高光纤接收效率，并改善出射光斑的形状。
[0016]本发明的主要技术特征是:多芯光纤瞄准器由主芯光纤、侧芯光纤、外层石英毛细管、尾纤保护套等部分组成。将主芯光纤与一定数量的侧芯光纤去掉一定长度涂覆层后按设计位置排布嵌入石英毛细管中制作成预制棒，保持主芯光纤和侧芯光纤的完整结构，用尾纤保护套粘接毛细管与尾纤，用以保护毛细管与尾纤之间没有涂覆层的光纤。对制成的预制棒进行熔融加热，使石英毛细管中空气孔塌陷，从而主芯光纤，侧芯光纤与外层石英毛细管成为一体，形成新的波导结构:中心为主芯光纤形成的主光纤芯，周围按设计排列着多个侧芯光纤形成的侧光纤芯，石英毛细管形成多芯光纤瞄准器的外包层。侧光纤芯分布在主光纤芯外围，当入射光斑偏离主光纤芯时，有一部分光会耦合进入一个或若干侧光纤芯，并通过对应的侧芯光纤传到探测器，通过比较不同侧芯光纤的输出光信号，可以实现对光源光场位置信息的反馈，进而可以调整多芯光纤瞄准器位置，使入射光斑主要照射到主光纤芯，并对应进入主芯光纤进行传输。器件的主芯和侧芯具有完整的光纤波导特性，不需要加载其他光学器件就能将光导入到探测器，提高了器件的光效率。
[0017]主芯光纤的选择需要依据接收光场的特性，如信号光源的波长、照射面积、系统焦比要求等选择不同传输特性的光纤。
[0018]侧芯光纤特性和数量依据主芯光纤和入射光斑特性，使用薄包层大孔径光纤或其他可去除包层的光纤，以使侧芯光纤的纤芯能尽量的贴近主芯光纤。另一方面，侧芯光纤和主芯光纤采用不同材质、不同几何参数等，尽量减小主芯光纤与侧芯光纤之间的能量耦合。
[0019]石英毛细管依据主芯光纤几何结构和侧芯光纤的几何结构和数量来进行设计，毛细管既可以采用简单的圆对称结构，也可以根据需要采用特殊对称结构，例如外圆内方结构、内部梅花结构、多圆孔结构等等。
[0020]保护套部件采用可以提高光纤瞄准器机械性能材料，用以保护光纤瞄准器。保护套部件由插针，法兰盘，套管组成。先将插针嵌入法兰盘，做成插针部件，将粘接剂放入插针部件的孔中，然后 将制作好的光纤瞄准器嵌入插针部件，等粘接牢固后，在法兰盘尾部套上套管，用以保护光纤瞄准器。使光纤瞄准器具有良好的机械性能，满足不同的使用环境要求。对光纤瞄准器的端面处理，采用激光切割，打磨或其他可以提高光纤端面质量的方法，用以提高光纤对光场的接收效率。
[0021]本发明的有益效果是:侧芯光纤对入射光斑在瞄准器端面的位置信息进行反馈，从而实现主芯光纤对入射光斑的跟踪，既可提高接收效率，又可改善出射光斑形状。主芯与侧芯具有完整的光纤波导结构，器件接收的光信号通过尾纤直接导入到探测器，不需要加载其他的光学器件，提高了嵌入式多芯光纤瞄准器的光效率。
【附图说明】
[0022]图1A为光纤嵌入到外圆内圆的毛细管中的嵌入式光纤瞄准器预制棒结构示意图。
[0023]图1B为光纤嵌入到外圆内方的毛细管中的嵌入式光纤瞄准器预制棒结构示意图。
[0024]图1C为光纤嵌入到具有5孔结构的毛细管中的嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒结构示意图。
[0025]图2为嵌入式多芯光纤瞄准器结构示意图。
[0026]图3为嵌入式多芯光纤瞄准器及其保护套部件机构示意图。
[0027]图4为基于本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。
[0029]图1A-图1C，嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒主要由主芯光纤1，侧芯光纤2，石英毛细管11和尾纤保护套6组成。将主芯光纤I和几根侧芯光纤2去掉一定长度涂覆层后，按一定顺序嵌入到石英毛细管11中，其中光纤的分布特性是主芯光纤I位于中心，侧芯光纤2在主芯光纤I周围均匀分布，侧芯光纤2的数量依据传输光场特性决定。尾纤保护套6通过粘合剂粘接在毛细管11尾部，保护去掉涂覆层的嵌入光纤。
[0030]依据所要传输的光场特性的不同和要嵌入的侧芯光纤数量不同，嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒制作过程中需要选择不同结构和材料的毛细管。图1A显示了嵌入到外圆内圆的石英毛细管7中的嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒结构，为了准确定位信息反馈光纤以及去除过多的空气孔，在信息反馈光纤之间嵌入了和毛细管具有相同材料的石英纤维棒3。
[0031]图1B显示了嵌入外圆内方结构毛细管8的嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒结构，通过合理控制毛细管结构可以很好的控制侧芯光纤的位置。
[0032]图1C显示了嵌入具有5个孔结构的多孔石英毛细管9的嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒结构。除实例中给出的毛细管7、8、9结构，可依据反馈光纤数目不同，制作不同结构的毛细管。
[0033]图2显示了熔融加热后的嵌入式多芯光纤瞄准器成品结构。经过熔融加热，毛细管中的空气孔会发生塌陷，使得主芯光纤，侧芯光纤和石英毛细管形成一个新的波导结构10。嵌入式多芯光纤瞄准器对入射光斑的接收主要由主芯光纤I完成，入射光斑位置由侧芯光纤2监控。主芯光纤I经过熔融拉锥构成嵌入式多芯光纤瞄准器的主光纤芯，位于嵌入式多芯光纤瞄准器的中央，侧芯光纤2经过熔融拉锥构成嵌入式多芯光纤标准器的侧光纤芯，均匀分布在主光纤芯的周围，外层的石英毛细管11构成嵌入式多芯光纤瞄准器的石英包层。
[0034]图3显示了具有保护套部件的嵌入式多芯光纤瞄准器结构。保护套部件由法兰盘13，插针14，套管15组成。先将插针14嵌入法兰盘13，做成插针部件，将粘接剂放入插针部件的孔中，然后将制作好的嵌入式多芯光纤瞄准器12嵌入插针部件，等粘接牢固后，在法兰盘尾部套上套管15，用以保护光纤瞄准器。使嵌入式多芯光纤瞄准器具有良好的机械性能，满足不同的使用环境要求。对光纤瞄准器的端面处理，采用激光切割，打磨或其他可以提高光纤端面质量的方法，用以提高光纤对光场的接收效率。
[0035]结合图4，基于本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置整体分为探测部分，光源信息处理单元，反馈信号接收处理系统和光纤瞄准器运动控制系统。探测部分由带有保护套部件的嵌入式多芯光纤瞄准器17完成，光源信息接收单元由光谱仪21完成，反馈信号处理部分由光功率计20和计算机22组成，嵌入式多芯光纤瞄准器运动控制系统由高精度二维电控位移平台22完成。其中光源信息的接收和反馈工作主要由带有保护套部件的嵌入式多芯光纤瞄准器17完成。当光源没有偏离主芯光纤时，不同的侧芯光纤具有相同的输出特性。当光源偏离主芯光纤时，不同侧芯光纤具有不同的光功率输出，处在偏移方向上的侧芯光纤输出的光功率会高于其他方向上的侧芯光纤，且输出光功率会随偏移量改变。侧芯光纤将接收到的光源信号传入进入光功率计20，光功率计将光强信息传递给计算机22，计算机22通过分析不同位置的侧芯光纤的出射光场强度，计算出光源偏离主芯光纤的位置信息，从而提供控制参数，控制高精度二维电控位移平台22完成对嵌入式多芯光纤瞄准器的位置调节。
【主权项】
1.一种嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:是由主芯光纤与一定数量的侧芯光纤去掉一定长度涂覆层后排布嵌入石英毛细管中制作成预制棒，用尾纤保护套粘接毛细管与尾纤，对制成的预制棒进行熔融加热，使石英毛细管中空气孔塌陷，主芯光纤、侧芯光纤与外层石英毛细管成为一体所形成的波导结构；所述波导结构中心为主芯光纤形成的主光纤芯，主光纤芯周围排列着侧芯光纤形成的侧光纤芯，外层石英毛细管形成多芯光纤瞄准器的外包层；侧光纤芯分布在主光纤芯外围，当入射光斑偏离主光纤芯时，一部分光耦合进入一个或若干个侧光纤芯，并通过对应的侧芯光纤传到探测器，通过比较不同侧芯光纤的输出光信号，实现对光源光场位置信息的反馈，进而调整多芯光纤瞄准器位置，使入射光斑照射到主光纤芯，并对应进入主芯光纤进行传输。2.根据权利要求1所述的嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:还包括保护套部件，所述保护套部件包括法兰盘、插针和套管，插针嵌入在法兰盘中构成插针部件，嵌入式多芯光纤瞄准器嵌入涂有粘接剂插针部件中，套管套装在法兰盘尾部。3.根据权利要求1或2所述的嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:所述石英毛细管为外圆内圆的石英毛细管，在相邻的侧芯光纤之间设置与石英毛细管的材料相同的石英纤维棒。4.根据权利要求1或2所述的嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:所述石英毛细管为外圆内方的石英毛细管。5.根据权利要求1或2所述的嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:所述石英毛细管为具有5个孔结构的多孔石英毛细管，中间为用于嵌入主芯光纤的大孔，在所述大孔周围均匀分布4个小孔。6.一种基于权利要求1所述的嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置，其特征是:包括嵌入式多芯光纤瞄准器、光谱仪、光功率计、计算机和二维电控位移平台，嵌入式多芯光纤瞄准器安装在二维电控位移平台，嵌入式多芯光纤瞄准器的主芯光纤连接光谱仪，嵌入式多芯光纤瞄准器的侧芯光纤连接光功率计，光功率计接入计算机，二维电控位移平台由计算机控制；侧芯光纤将接收到的光源信号传入进入光功率计，光功率计将光强信息传递给计算机，计算机通过分析不同位置的侧芯光纤的出射光场强度，计算出光源偏离主芯光纤的位置信息，提供控制参数控制二维电控位移平台完成对嵌入式多芯光纤瞄准器的位置调-K-■P。
【专利摘要】本发明提供的是一种嵌入式多芯光纤瞄准器及定位装置。中心为主芯光纤形成的主光纤芯，主光纤芯周围排列着侧芯光纤形成的侧光纤芯，外层石英毛细管形成多芯光纤瞄准器的外包层；侧光纤芯分布在主光纤芯外围，当入射光斑偏离主光纤芯时，一部分光耦合进入一个或若干个侧光纤芯，并通过对应的侧芯光纤传到探测器，通过比较不同侧芯光纤的输出光信号，实现对光源光场位置信息的反馈，进而调整多芯光纤瞄准器位置，使入射光斑照射到主光纤芯，并对应进入主芯光纤进行传输。在接收光信号时，侧芯用于监控是否入射光斑对准了主芯。这种多芯光纤瞄准器可以用于天文光谱观测中光纤端位置的反馈调整，也可以用于实时跟踪监测位置随机变化的光源信号。
【IPC分类】G02B6/42
【公开号】CN104898214
【申请号】CN201510312469
【发明人】孙伟民, 闫奇, 耿涛, 黄宗军, 付洋, 胡琪浩, 田赫, 刘永军, 关春颖
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
【技术领域】
[0001]发明涉及的是一种集成光纤器件，具体地说是一种嵌入式多芯光纤瞄准器。本发明也涉及一种包含嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置。
【背景技术】
[0002]光纤及光纤器件的应用范围已经从传统的光纤通信领域向光纤传感、光谱测量、宽带光源等众多的新领域拓展。其中，自1979年美国Steward天文台首次将光纤应用在2.3米望远镜的MX光谱仪以来，光纤技术在天文望远镜中得到广泛推广。由于光纤具有长距离传输、一定口径内的集光、灵活的空间排布能力，其在天文中的应用具有革命性的意义，主要用于多目标光纤光谱仪，二维光纤光谱仪，恒星光干涉等。在多目标光纤光谱仪中，在焦面上放置的多根光纤将星光传输到多个光谱仪中，可以同时获得多个观测目标的光谱，这极大地提高了仪器本身的光谱获取效率，从而使得研宄需要大样本光谱的一系列天文学前沿课题成为可能。在这些光纤光谱望远镜中，望远镜焦面板上的光纤端位置被设置在需要观察的目标星像位置处。目前的技术有两种，一种是固定式的孔状位置版(York, D.et al., The Sloan Digital Sky Survey:Technical Summary, the AstronomicalJournal, 120 (3)，1579-1587，2000)，另外一种是以我国大科学工程——天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)为代表的位置可调的光纤端控制系统(胡红专等，并行可控式光纤定位系统，天体物理学报，20，53-55,2000)。在位置可控的光纤端控制系统中，一般是利用电机将光纤端移动到星表提供的位置处，但由于多种原因，有时光纤端会偏离星像位置，造成能量损失和出现环形斑等，严重影响观测效果。此外，由于地球的自转、大气视宁度等影响，在长时间的星像曝光的过程中，在天文望远镜焦面上形成的星像会发生位置偏移。
[0003]在天文观测等领域，光纤需要将望远镜所成的星像光斑的光信号用光纤传输到光谱仪或其它装置，只有照射到光纤纤芯部分的光能量能有效的被光纤传输，光纤纤芯与光源信号的位置偏移会极大的降低光纤传输效率，不仅严重影响光能传输效率，而且入射光斑照射到主芯光纤的侧壁，还会造成出射光斑变成环形斑等不希望的形状。当前LAMOST通过安装在焦面板上的四个CCD对整个焦面板的方向进行引导，从而实现导星功能。但其所使用的4000根单根光纤并不具有引导功能，无法获取单根光纤是否对准目标源的信息的反馈，其不可避免出现单根光纤与星像的失准问题，从而最终影响大型天文望远镜的观测能力和效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种能实现对光源信号的实时跟踪的嵌入式多芯光纤瞄准器。本发明的目的还在于提供一种基于嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置。
[0005]本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器是由主芯光纤与一定数量的侧芯光纤去掉一定长度涂覆层后排布嵌入石英毛细管中制作成预制棒，用尾纤保护套粘接毛细管与尾纤，对制成的预制棒进行熔融加热，使石英毛细管中空气孔塌陷，主芯光纤、侧芯光纤与外层石英毛细管成为一体所形成的波导结构；所述波导结构中心为主芯光纤形成的主光纤芯，主光纤芯周围排列着侧芯光纤形成的侧光纤芯，外层石英毛细管形成多芯光纤瞄准器的外包层；侧光纤芯分布在主光纤芯外围，当入射光斑偏离主光纤芯时，一部分光耦合进入一个或若干个侧光纤芯，并通过对应的侧芯光纤传到探测器，通过比较不同侧芯光纤的输出光信号，实现对光源光场位置信息的反馈，进而调整多芯光纤瞄准器位置，使入射光斑照射到主光纤芯，并对应进入主芯光纤进行传输。
[0006]本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器还可以包括:
[0007]1、还包括保护套部件，所述保护套部件包括法兰盘、插针和套管，插针嵌入在法兰盘中构成插针部件，嵌入式多芯光纤瞄准器嵌入涂有粘接剂插针部件中，套管套装在法兰盘尾部。
[0008]2、所述石英毛细管为外圆内圆的石英毛细管，在相邻的侧芯光纤之间设置与石英毛细管的材料相同的石英纤维棒。
[0009]3、所述石英毛细管为外圆内方的石英毛细管。
[0010]4、所述石英毛细管为具有5个孔结构的多孔石英毛细管，中间为用于嵌入主芯光纤的大孔，在所述大孔周围均匀分布4个小孔。
[0011]基于本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置包括嵌入式多芯光纤瞄准器、光谱仪、光功率计、计算机和二维电控位移平台，嵌入式多芯光纤瞄准器安装在二维电控位移平台，嵌入式多芯光纤瞄准器的主芯光纤连接光谱仪，嵌入式多芯光纤瞄准器的侧芯光纤连接光功率计，光功率计接入计算机，二维电控位移平台由计算机控制；侧芯光纤将接收到的光源信号传入进入光功率计，光功率计将光强信息传递给计算机，计算机通过分析不同位置的侧芯光纤的出射光场强度，计算出光源偏离主芯光纤的位置信息，提供控制参数控制二维电控位移平台完成对嵌入式多芯光纤瞄准器的位置调节。
[0012]本发明提出了一种集成光纤器件一一嵌入式多芯光纤瞄准器，其具有对入射光斑位置进行监视、反馈的功能，从而为主芯光纤对准入射光斑提供位置参数。其中，主芯光纤用于传输光信号，侧芯光纤具有引导功能，实现光纤对光源信号的实时跟踪。
[0013]本发明设计了一种嵌入式多芯光纤瞄准器，在石英毛细管中嵌入主芯光纤和侧芯光纤，经过熔融加热，使其成为具有对光源位置信息具有反馈功能的集成光纤器件。当入射光斑偏离主芯光纤纤芯时，由于光斑照射到不同侧芯光纤的面积不同，这些侧芯光纤收到的光强各不相同，通过分析各个侧芯光纤收到的光强信号，就可以判断入射光斑偏离主芯光纤的方位和程度，从而可以给出反馈信号，调整多芯光纤瞄准器的位置。主芯和侧芯由于是完整的光纤结构，无需其他器件可以将光直接导出到探测器，利于提高器件的光效率。
[0014]本发明能使接收光纤具有入射光斑位置信息反馈功能，可以将收集信号用的主芯光纤准确的对准入射光斑，提高光能收集效率，改善出射光斑形状。
[0015]本发明要解决的技术问题是:使传光光纤具有位置引导功能，可以获取到传光光纤是否对准入射光斑的信息反馈，并依据反馈信息调整传光光纤位置，提高光纤接收效率，并改善出射光斑的形状。
[0016]本发明的主要技术特征是:多芯光纤瞄准器由主芯光纤、侧芯光纤、外层石英毛细管、尾纤保护套等部分组成。将主芯光纤与一定数量的侧芯光纤去掉一定长度涂覆层后按设计位置排布嵌入石英毛细管中制作成预制棒，保持主芯光纤和侧芯光纤的完整结构，用尾纤保护套粘接毛细管与尾纤，用以保护毛细管与尾纤之间没有涂覆层的光纤。对制成的预制棒进行熔融加热，使石英毛细管中空气孔塌陷，从而主芯光纤，侧芯光纤与外层石英毛细管成为一体，形成新的波导结构:中心为主芯光纤形成的主光纤芯，周围按设计排列着多个侧芯光纤形成的侧光纤芯，石英毛细管形成多芯光纤瞄准器的外包层。侧光纤芯分布在主光纤芯外围，当入射光斑偏离主光纤芯时，有一部分光会耦合进入一个或若干侧光纤芯，并通过对应的侧芯光纤传到探测器，通过比较不同侧芯光纤的输出光信号，可以实现对光源光场位置信息的反馈，进而可以调整多芯光纤瞄准器位置，使入射光斑主要照射到主光纤芯，并对应进入主芯光纤进行传输。器件的主芯和侧芯具有完整的光纤波导特性，不需要加载其他光学器件就能将光导入到探测器，提高了器件的光效率。
[0017]主芯光纤的选择需要依据接收光场的特性，如信号光源的波长、照射面积、系统焦比要求等选择不同传输特性的光纤。
[0018]侧芯光纤特性和数量依据主芯光纤和入射光斑特性，使用薄包层大孔径光纤或其他可去除包层的光纤，以使侧芯光纤的纤芯能尽量的贴近主芯光纤。另一方面，侧芯光纤和主芯光纤采用不同材质、不同几何参数等，尽量减小主芯光纤与侧芯光纤之间的能量耦合。
[0019]石英毛细管依据主芯光纤几何结构和侧芯光纤的几何结构和数量来进行设计，毛细管既可以采用简单的圆对称结构，也可以根据需要采用特殊对称结构，例如外圆内方结构、内部梅花结构、多圆孔结构等等。
[0020]保护套部件采用可以提高光纤瞄准器机械性能材料，用以保护光纤瞄准器。保护套部件由插针，法兰盘，套管组成。先将插针嵌入法兰盘，做成插针部件，将粘接剂放入插针部件的孔中，然后 将制作好的光纤瞄准器嵌入插针部件，等粘接牢固后，在法兰盘尾部套上套管，用以保护光纤瞄准器。使光纤瞄准器具有良好的机械性能，满足不同的使用环境要求。对光纤瞄准器的端面处理，采用激光切割，打磨或其他可以提高光纤端面质量的方法，用以提高光纤对光场的接收效率。
[0021]本发明的有益效果是:侧芯光纤对入射光斑在瞄准器端面的位置信息进行反馈，从而实现主芯光纤对入射光斑的跟踪，既可提高接收效率，又可改善出射光斑形状。主芯与侧芯具有完整的光纤波导结构，器件接收的光信号通过尾纤直接导入到探测器，不需要加载其他的光学器件，提高了嵌入式多芯光纤瞄准器的光效率。
【附图说明】
[0022]图1A为光纤嵌入到外圆内圆的毛细管中的嵌入式光纤瞄准器预制棒结构示意图。
[0023]图1B为光纤嵌入到外圆内方的毛细管中的嵌入式光纤瞄准器预制棒结构示意图。
[0024]图1C为光纤嵌入到具有5孔结构的毛细管中的嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒结构示意图。
[0025]图2为嵌入式多芯光纤瞄准器结构示意图。
[0026]图3为嵌入式多芯光纤瞄准器及其保护套部件机构示意图。
[0027]图4为基于本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。
[0029]图1A-图1C，嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒主要由主芯光纤1，侧芯光纤2，石英毛细管11和尾纤保护套6组成。将主芯光纤I和几根侧芯光纤2去掉一定长度涂覆层后，按一定顺序嵌入到石英毛细管11中，其中光纤的分布特性是主芯光纤I位于中心，侧芯光纤2在主芯光纤I周围均匀分布，侧芯光纤2的数量依据传输光场特性决定。尾纤保护套6通过粘合剂粘接在毛细管11尾部，保护去掉涂覆层的嵌入光纤。
[0030]依据所要传输的光场特性的不同和要嵌入的侧芯光纤数量不同，嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒制作过程中需要选择不同结构和材料的毛细管。图1A显示了嵌入到外圆内圆的石英毛细管7中的嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒结构，为了准确定位信息反馈光纤以及去除过多的空气孔，在信息反馈光纤之间嵌入了和毛细管具有相同材料的石英纤维棒3。
[0031]图1B显示了嵌入外圆内方结构毛细管8的嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒结构，通过合理控制毛细管结构可以很好的控制侧芯光纤的位置。
[0032]图1C显示了嵌入具有5个孔结构的多孔石英毛细管9的嵌入式多芯光纤瞄准器预制棒结构。除实例中给出的毛细管7、8、9结构，可依据反馈光纤数目不同，制作不同结构的毛细管。
[0033]图2显示了熔融加热后的嵌入式多芯光纤瞄准器成品结构。经过熔融加热，毛细管中的空气孔会发生塌陷，使得主芯光纤，侧芯光纤和石英毛细管形成一个新的波导结构10。嵌入式多芯光纤瞄准器对入射光斑的接收主要由主芯光纤I完成，入射光斑位置由侧芯光纤2监控。主芯光纤I经过熔融拉锥构成嵌入式多芯光纤瞄准器的主光纤芯，位于嵌入式多芯光纤瞄准器的中央，侧芯光纤2经过熔融拉锥构成嵌入式多芯光纤标准器的侧光纤芯，均匀分布在主光纤芯的周围，外层的石英毛细管11构成嵌入式多芯光纤瞄准器的石英包层。
[0034]图3显示了具有保护套部件的嵌入式多芯光纤瞄准器结构。保护套部件由法兰盘13，插针14，套管15组成。先将插针14嵌入法兰盘13，做成插针部件，将粘接剂放入插针部件的孔中，然后将制作好的嵌入式多芯光纤瞄准器12嵌入插针部件，等粘接牢固后，在法兰盘尾部套上套管15，用以保护光纤瞄准器。使嵌入式多芯光纤瞄准器具有良好的机械性能，满足不同的使用环境要求。对光纤瞄准器的端面处理，采用激光切割，打磨或其他可以提高光纤端面质量的方法，用以提高光纤对光场的接收效率。
[0035]结合图4，基于本发明的嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置整体分为探测部分，光源信息处理单元，反馈信号接收处理系统和光纤瞄准器运动控制系统。探测部分由带有保护套部件的嵌入式多芯光纤瞄准器17完成，光源信息接收单元由光谱仪21完成，反馈信号处理部分由光功率计20和计算机22组成，嵌入式多芯光纤瞄准器运动控制系统由高精度二维电控位移平台22完成。其中光源信息的接收和反馈工作主要由带有保护套部件的嵌入式多芯光纤瞄准器17完成。当光源没有偏离主芯光纤时，不同的侧芯光纤具有相同的输出特性。当光源偏离主芯光纤时，不同侧芯光纤具有不同的光功率输出，处在偏移方向上的侧芯光纤输出的光功率会高于其他方向上的侧芯光纤，且输出光功率会随偏移量改变。侧芯光纤将接收到的光源信号传入进入光功率计20，光功率计将光强信息传递给计算机22，计算机22通过分析不同位置的侧芯光纤的出射光场强度，计算出光源偏离主芯光纤的位置信息，从而提供控制参数，控制高精度二维电控位移平台22完成对嵌入式多芯光纤瞄准器的位置调节。
【主权项】
1.一种嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:是由主芯光纤与一定数量的侧芯光纤去掉一定长度涂覆层后排布嵌入石英毛细管中制作成预制棒，用尾纤保护套粘接毛细管与尾纤，对制成的预制棒进行熔融加热，使石英毛细管中空气孔塌陷，主芯光纤、侧芯光纤与外层石英毛细管成为一体所形成的波导结构；所述波导结构中心为主芯光纤形成的主光纤芯，主光纤芯周围排列着侧芯光纤形成的侧光纤芯，外层石英毛细管形成多芯光纤瞄准器的外包层；侧光纤芯分布在主光纤芯外围，当入射光斑偏离主光纤芯时，一部分光耦合进入一个或若干个侧光纤芯，并通过对应的侧芯光纤传到探测器，通过比较不同侧芯光纤的输出光信号，实现对光源光场位置信息的反馈，进而调整多芯光纤瞄准器位置，使入射光斑照射到主光纤芯，并对应进入主芯光纤进行传输。2.根据权利要求1所述的嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:还包括保护套部件，所述保护套部件包括法兰盘、插针和套管，插针嵌入在法兰盘中构成插针部件，嵌入式多芯光纤瞄准器嵌入涂有粘接剂插针部件中，套管套装在法兰盘尾部。3.根据权利要求1或2所述的嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:所述石英毛细管为外圆内圆的石英毛细管，在相邻的侧芯光纤之间设置与石英毛细管的材料相同的石英纤维棒。4.根据权利要求1或2所述的嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:所述石英毛细管为外圆内方的石英毛细管。5.根据权利要求1或2所述的嵌入式多芯光纤瞄准器，其特征是:所述石英毛细管为具有5个孔结构的多孔石英毛细管，中间为用于嵌入主芯光纤的大孔，在所述大孔周围均匀分布4个小孔。6.一种基于权利要求1所述的嵌入式多芯光纤瞄准器的定位装置，其特征是:包括嵌入式多芯光纤瞄准器、光谱仪、光功率计、计算机和二维电控位移平台，嵌入式多芯光纤瞄准器安装在二维电控位移平台，嵌入式多芯光纤瞄准器的主芯光纤连接光谱仪，嵌入式多芯光纤瞄准器的侧芯光纤连接光功率计，光功率计接入计算机，二维电控位移平台由计算机控制；侧芯光纤将接收到的光源信号传入进入光功率计，光功率计将光强信息传递给计算机，计算机通过分析不同位置的侧芯光纤的出射光场强度，计算出光源偏离主芯光纤的位置信息，提供控制参数控制二维电控位移平台完成对嵌入式多芯光纤瞄准器的位置调-K-■P。
【专利摘要】本发明提供的是一种嵌入式多芯光纤瞄准器及定位装置。中心为主芯光纤形成的主光纤芯，主光纤芯周围排列着侧芯光纤形成的侧光纤芯，外层石英毛细管形成多芯光纤瞄准器的外包层；侧光纤芯分布在主光纤芯外围，当入射光斑偏离主光纤芯时，一部分光耦合进入一个或若干个侧光纤芯，并通过对应的侧芯光纤传到探测器，通过比较不同侧芯光纤的输出光信号，实现对光源光场位置信息的反馈，进而调整多芯光纤瞄准器位置，使入射光斑照射到主光纤芯，并对应进入主芯光纤进行传输。在接收光信号时，侧芯用于监控是否入射光斑对准了主芯。这种多芯光纤瞄准器可以用于天文光谱观测中光纤端位置的反馈调整，也可以用于实时跟踪监测位置随机变化的光源信号。
【IPC分类】G02B6/42
【公开号】CN104898214
【申请号】CN201510312469
【发明人】孙伟民, 闫奇, 耿涛, 黄宗军, 付洋, 胡琪浩, 田赫, 刘永军, 关春颖
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
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