一种折转光路组件中光轴一致性检测调试装置和方法

摘要

本发明公开了一种折转光路组件中光轴一致性检测调试装置和方法，主要解决了激光通信复杂折转光路组件中通信支路光轴平行性和重合性调试的问题。该装置包括：第一光学器件、光斑分析仪、第二光学器件、平行光管及探测器，三维调整台、第一剪切台、第二剪切台以及三维平移台。同时，本发明还提出了该装置的检测调试方法，具体包括以下步骤：1、探测器焦面与视场中心的标校；2、光轴平行性检测和调试；3、光轴重合性检测和调试；4、数据复检。本方法利用探测器和光斑分析仪精确判读激光光斑中心位置，根据检测结果调节通信支路光纤法兰或支路镜筒的位置，调节过程操作简便，精度高，可靠性好。

说明书

技术领域

本发明涉及光学仪器检测和调试领域，特别涉及一种折转光路组件中光轴一致性检测调试装置和方法。可用于激光通信终端光学组件光轴平行性和重合性的高精度调试和检测。

背景技术

在激光通信光机主体部件中，折转光路组件内具有复杂的多个折转光路，激光信号通过光纤传输进入通信支路，并在折转光路组件内部经折转光学元件多次反射、分光后，从出光口出射进行信息传递。激光信号交换对通信支路光轴的一致性要求非常高，是激光通信精度的关键性指标，既要保证两个通信支路出射光轴平行，又要保证光轴重合。在现有技术中，常规的调节方法只针对单个通信支路进行光纤耦合，仅能够保证激光出射光轴与单个支路光轴的一致性，但将通信支路集成在折转光路组件上之后，由于装配误差累积，无法有效保证两个支路光轴之间的一致性，进而不能满足激光通信终端之间的高精度发射和接收，无法实现星间激光通信的捕获、瞄准以及跟踪和信号传输。

发明内容

本发明为解决现有技术在激光通信光机主体中，无法有效保证折转光路中两个支路光轴之间的一致性的技术问题，提出了一种折转光路组件中光轴一致性检测调试装置和方法，通过激光通信复杂折转光路组件中通信支路光轴平行性和重合性调试，保证了两个支路光轴之间的一致性。

本发明所采用的技术方案是：

一种折转光路组件中光轴一致性检测调试装置，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的第一光学器件、光斑分析仪6、第二光学器件、平行光管8及探测器9，以及三维调整台31、第一剪切台61、第二剪切台72和三维平移台91；

所述三维调整台31上固定设置待调试折转光路组件3，第一光学器件设置在待调试折转光路组件出光口32位置，与出光口法兰321固定连接；光斑分析仪6放置在出光口法兰321激光出射口；

所述平行光管8的通光口径85处设置第二光学器件；平行光管8焦面位置83安装光管光纤法兰81，与光管激光器82相连接；

探测器9设置在光管焦面共轭位置84；

所述第一光学器件包括光阑5或基准分划板4；所述光阑5用于表征出光口法兰的圆心位置；所述基准分划板4用于表征出光口的中轴线方向；

所述第二光学器件包括角锥7或平面反射镜71；所述角锥7返回的光斑位置，或平面反射镜71反射回的光斑位置位于探测器9视场中心并与角锥7光斑重合；

所述基准分划板4包括分划板41、压圈42以及分划板座43；所述分划板41表面有镀膜面411，中心刻有十字型标记412。

进一步地，所述平行光管8为双光路平行光管，既能发射激光形成平行光出射，又能接收激光进行检测。

进一步地，所述出光口法兰321与光阑外圆51和光阑端面52固定连接；或者，所述出光口法兰321与分划板座外圆431和端面432固定连接。

进一步地，光斑分析仪6固定连接在第一剪切台61上；第二光学组件固定连接在第二剪切台72上；探测器9固定连接在三维平移台91上；所述三维调整台31能至少调节两个旋转方向和一个平移方向。

同时，本发明还提出一种折转光路组件中光轴一致性检测调试方法，其特殊之处在于：具体包括以下步骤：

步骤1、光管探测器焦面和视场中心标校

1.1)将角锥7放置在平行光管8通光口径85内，开启激光器82，使用探测器9判读激光从角锥7返回的光斑位置；

1.2)若所述光斑位置在探测器9视场中心，则记录光斑位置坐标；若上述光斑不在探测器9视场中心，调节探测器9直至光斑位于探测器9视场中心，并记录光斑位置坐标；

1.3)用平面反射镜71替换角锥7，调节平面反射镜71，使其反射回的光斑位于探测器9中心并与步骤1.2)所记录角锥7的光斑位置重合；

1.4)调节三维平移台91，直至平面反射镜71的光斑直径变化至最小，则探测器9标校完成，关闭光管激光器82；

步骤2、光轴平行性检测和调试

2.1)取下平面反射镜71，将待调试折转光路组件3安装在三维调整台31上，将基准分划板4放置在待调试折转光路组件3的出光口法兰321上，调节三维调整台31使基准分划板4的自准像返回到探测器9中，使基准分划板4的自准像与所记录角锥7的光斑位置重合；

2.2)在探测器9中分别观察激光经第一支路2A的激光光斑位置以及激光经第二支路2B的激光光斑位置，使用探测器9判读光斑位置坐标，判断该光斑是否与所记录角锥7光斑位置重合；

2.3)若光斑位置不重合，相应调节第一支路光纤法兰11A和/或第二支路光纤法兰11B，直至相应光斑与角锥7光斑位置重合；

2.4)比较第一支路2A和第二支路2B出射光斑的坐标中心距是否满足设计要求，如不满足，则按照2.3)步骤调节第二支路光纤法兰11B，直至满足设计要求，调试完毕；

步骤3、光轴重合性检测和调试

3.1)将待调试折转光路组件3出光口法兰321处的基准分划板4取下，替换为光阑5；

3.2)使用光斑分析仪6判读光斑坐标值，第一支路2A激光通过光阑5出射的光斑位置；

3.3)拆除光阑5，使用光斑分析仪6分别判读第一支路2A和第二支路2B从出光口32出射的光斑中心位置，判断是否与所记录光阑5的光斑位置重合；

3.4)若光斑位置重合，则调试完毕；若光斑位置不重合，调节相应的镜筒安装法兰22A或22B，直至与光阑5的光斑位置重合；

3.5)比较第一支路2A和第二支路2B出射光斑的坐标中心距是否满足设计要求，如不满足，则调节第二支路的镜筒安装法兰22B，直至满足设计要求，调试完毕。

进一步地，该调试方法还包括复检步骤：

若步骤3中未对第一支路镜筒安装法兰22A或第二支路镜筒安装法兰22B进行调节，则不进行复检；

若步骤3中对第一支路镜筒安装法兰22A或第二支路镜筒安装法兰22B进行了调节，则按步骤2.4)复检第一支路2A和第二支路2B光斑中心距是否满足设计要求；

若满足设计要求，则完成复检；

若不满足设计要求，则调节第二支路光纤法兰11B，直至该光斑与角锥7光斑重合；然后按照步骤3，再次进行光轴重合性检测和调试。

进一步地，步骤1.2)中，所述探测器9通过三维平移台91在X、Z方向平移进行调节；

步骤1.3)中，所述平面反射镜71通过其在X、Z方向旋转进行调节；

步骤1.4)中，所述探测器9通过三维平移台91在Y方向平移进行调节。

进一步地，步骤2.1)中，所述基准分划板4的自准像通过三维调整台31在X、Z方向旋转进行调节；

步骤2.3)中，所述第一支路光纤法兰11A和第二支路光纤法兰11B在X、Y方向平移进行调节；

所述步骤2.1)-2.4)中，避免光斑误判，只开启一个激光器。

进一步地，步骤3.4)中，所述第一支路镜筒安装法兰22A和第二支路镜筒安装法兰22B在X、Y方向平移进行调节。

进一步地，所述光管光纤法兰81位于平行光管8的焦面位置83；

所述探测器9位于光管焦面共轭位置84处；

所述角锥7或平面反射镜71设置在平行光管8前的通光口径85处；

所述基准分划板4或光阑5位于出光口法兰321处。

本发明与现有技术相比，其有益效果如下：

1)、本发明一种折转光路组件中光轴一致性检测调试装置和方法，有效保证激光通信复杂折转光路组件中两个通信支路光轴之间的一致性，提升了激光通信关键表征指标的精度。

2)本发明采用双光路平行光管进行光管探测器焦面和视场中心标校，双光路平行光管，既能发射激光形成平行光出射，又能接收激光进行检测，具有调节过程操作简便，可靠性和一致性好的技术优势。

3)本发明折转光路组件光轴一致性检测和调试时，待测折转光路组件采用出光口法兰与光阑或基准分划板配做的固定安装方式，保证光轴重合性的调试精度。

4)本发明调试过程中，在光轴平行性及光轴重合性检测调试完成后，还增加了复检的步骤，进一步保证了折转光路组件光轴一致性调试精度。

5)本发明采用三维调整台和三维平移台进行平移和旋转，调节过程操作简便，提高了调试效率。

附图说明

图1为本发明一种折转光路组件中光轴一致性检测调试装置实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中平行光管后探测器焦面和视场中心标校方法结构示意图。

图3为本发明实施例中折转光路组件固定和基准分划板自准过程示意图。

图4为本发明实施例中基准分划板结构示意图。

图5为本发明实施例中两个通信支路平行性检测和调试示意图。

图6为本发明实施例中通信支路安装关系和调整位置示意图。

图7为本发明实施例中两个通信支路重合性检测和调试示意图。

图8为本发明实施例中光阑结构示意图。

图9为本发明一种折转光路组件中光轴一致性检测调试方法实施例的工艺流程图。

附图标记说明：

1-光纤，1A-第一支路光纤，11A-第一支路光纤法兰，12A-第一支路激光器，1B-第二支路光纤，11B-第二支路光纤法兰，12B-第二支路激光器，2-通信支路，2A-第一支路，21A-第一支路镜筒端部法兰，22A-第一支路镜筒安装法兰，2B-第二支路，21B-第二支路镜筒端部法兰，22B-第二支路镜筒安装法兰，3-待调试折转光路组件，31-三维调整台，32-出光口，321-出光口法兰，322-出光口中轴线，33-内部折转光学元件，34-组件壳体，4-基准分划板，41-分划板，411-镀膜面，412-十字型标记，42-压圈，43-分划板座，431-分划板座外圆，432-端面，44-分划板螺钉，5-光阑，51-光阑外圆，52-光阑端面，53-光阑小孔，6-光斑分析仪，61-第一剪切台，7-角锥，71-平面反射镜，72-第二剪切台，8-平行光管，81-光管光纤法兰，82-光管激光器，83-光管焦面，84-光管焦面共轭位置，85-通光口径，9-探测器，91-三维平移台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本实施例提供的一种折转光路组件中光轴一致性检测调试装置，包括沿光路依次设置的第一光学器件、光斑分析仪6、第二光学器件、平行光管8及探测器9，以及三维调整台31、第一剪切台61、第二剪切台72和三维平移台91；第一光学器件包括光阑5或基准分划板4，第二光学器件包括角锥7或平面反射镜71。

该待调试折转光路组件3包括通信支路2、内部折转光学元件33、组件壳体34等主要部件。如图6所示，所述光纤1包括第一支路光纤1A和第二支路光纤1B；通信支路2还包括第一支路2A和第二支路2B；光纤法兰包括第一支路光纤法兰11A和第二支路光纤法兰11B；镜筒端部法兰包括第一支路镜筒端部法兰21A和第二支路镜筒端部法兰21B；镜筒安装法兰包括第一支路镜筒安装法兰22A和第二支路镜筒安装法兰22B。

以第一支路为例，第一支路2A由第一支路光纤1A连接对应第一支路激光器12A，第一支路光纤1A通过第一支路光纤法兰11A连接在第一支路镜筒端部法兰21A上。第一支路2A通过第一支路镜筒安装法兰22A连接在组件壳体34上，组件壳体34另一侧开有出光口32，激光通过第一支路2A后经内部折转光学元件33多次反射、分光后，从出光口32出射。内部折转光学元件33较多且复杂，图中仅以简化形式表示。待调试折转光路组件3固定在三维调整台31上。

基准分划板4安装在待调试折转光路组件出光口32位置，通过分划板座外圆431和端面432与待调试折转光路组件出光口法兰321尺寸配做的方式固定，表征出光口中轴线322方向。如图4所示，基准分划板4由分划板41，压圈42，分划板座43组成，由分划板螺钉44连接在出光口法兰321上。基准分划板4表面有镀膜面411，中心刻十字型标记412。光阑5安装在待调试折转光路组件出光口32位置，如图8所示，通过光阑外圆51和光阑端面52与待调试折转光路组件出光口法兰321尺寸配做的方式固定，表征出光口法兰321的圆心位置。

光斑分析仪6固定在第一剪切台61上，光斑分析仪6放置在待调试折转光路组件在出光口法兰321激光出射口；平行光管8光管焦面83安装光管光纤法兰81，与光管激光器82相连接，平行光管8为双向平行光管，既能发射激光形成平行光出射，又能接收激光进行检测。探测器9固定在三维平移台91上，放置在光管焦面共轭位置84。

该折转光路组件中光轴一致性检测调试方法，如图9所示，包括以下步骤：

步骤1、探测器焦面和视场中心标校

1.1)如图2所示，将光管光纤法兰81和光管激光器82安装在平行光管8的光管焦面83，在与光管焦面共轭位置84放置探测器9，探测器9固定在三维平移台91上，在平行光管8前的通光口径85处放置角锥7，角锥7固定在第二剪切台72上；

1.2)启动光管激光器82，使用探测器9判读从角锥7返回的光斑位置；

1.3)如果该光斑不在探测器9视场中心，则通过三维平移台91调节探测器9的X、Z方向平移，至光斑位于探测器9视场中心，并记录光斑位置坐标；

1.4)将角锥7取下，并替换为平面反射镜71，调节平面反射镜X、Z方向的旋转，使平面反射镜71反射回的光斑位于探测器9中心并与角锥7光斑重合；

1.5)调节三维平移台Y方向平移，至平面反射镜71光斑变化至最小，则探测器9标校完成，关闭光管激光器82，进入光轴平行性调试步骤；

步骤2、光轴平行性检测和调试

2.1)如图5所示，将所述待调试折转光路组件3固定在三维调整台31上，在组件壳体34的出光口法兰321上安装配做的基准分划板4；

2.2)如图3所示，调节三维调整台31使基准分划板4的自准像返回到探测器9中，微调三维调整台31在X、Z方向旋转使自准像与角锥7光斑重合；

2.3)将第一支路2A对应的第一支路光纤1A和第一支路激光器12A相连接，第一支路光纤法兰11A安装在第一支路镜筒端部法兰21A；

2.4)在探测器9中观察激光经第一支路2A从待调试折转光路组件出光口32出射的激光光斑，使用探测器9判读光斑位置坐标，判断该光斑是否与角锥7光斑重合；

2.5)若光斑不重合，则调节第一支路2A对应第一支路光纤法兰11A的X、Y方向平移直至重合；

2.6)第二支路2B的调节过程同第一支路2A，将第二支路2B对应的第二支路光纤1B和第二支路激光器12B相连接，第二支路光纤法兰11B安装在第二支路镜筒端部法兰21B；在探测器9中观察激光经第二支路2B从待调试折转光路组件出光口32出射的激光光斑，使用探测器9判读光斑位置坐标，判断该光斑是否与角锥7光斑重合；若光斑不重合，调节第二支路2B对应第二支路光纤法兰11B的X、Y方向平移直至重合；

调试过程中应当仅开启一个激光器，避免造成光斑误判；

2.7)记录第一支路2A和第二支路2B出射光斑的坐标位置，比较两个光斑之间的中心距是否满足设计要求，如不满足，则按照2.5)步骤调节第二支路光纤法兰11B，直至满足设计要求；

2.8)此时，第一支路光轴、第二支路光轴、出光口中轴线322三者之间的平行性均满足设计要求，然后检测光轴重合性数据；

步骤3、光轴重合性检测和调试

3.1)如图7所示，将所述待调试折转光路组件3出光口法兰321处的基准分划板4取下，替换为配做的光阑5；

3.2)将光斑分析仪6固定在第一剪切台61上，放置在出光口法兰321处，使用光斑分析仪判读第一支路2A激光通过光阑5中光阑小孔53出射的光斑位置；

3.3)拆除光阑5，使用光斑分析仪6判读第一支路2A从出光口出射的光斑中心位置，判断是否与光阑5光斑位置重合；

3.4)若光斑不重合，则调节第一支路镜筒安装法兰22A的X、Y方向平移至重合；

3.5)第二支路2B的调节过程同第一支路2A:拆除光阑5，使用光斑分析仪6判读第二支路2B从出光口出射的光斑中心位置，判断是否与光阑5光斑位置重合；若光斑不重合，调节第二支路镜筒安装法兰22B的X、Y方向平移至重合；

调试过程中应当仅开启一个激光器，避免造成光斑误判；

3.6)比较第一支路2A和第二支路2B出射光斑的坐标位置，两者中心距是否满足设计要求，如不满足，则按照3.4)步骤调节第二镜筒安装法兰22B，直至满足设计要求；

3.7)此时，第一支路光轴、第二支路光轴、出光口中轴线322在出光口法兰处的重合性均满足设计要求；

步骤4、数据复检

4.1)若步骤3.1)-步骤3.6)过程中未调节第一支路镜筒安装法兰22A或第二支路镜筒安装法兰22B，则完成调试；

4.2)若步骤3.1)-步骤3.6)过程中调节了第一支路镜筒安装法兰22A或第二支路镜筒安装法兰22B，则由于支路固定状态发生改变，需要返回2.7)步骤，复检第一支路2A和第二支路2B光斑中心距是否满足设计要求；

4.2.1)若满足设计要求，则证明平行性与重合性均满足，完成调试；

4.2.2)若不满足设计要求，则按照步骤2.5)微量平移第二支路光纤法兰11B，直至满足；由于此时支路光纤状态发生改变，需要重新进入步骤3，进行光轴重合性检测，若重合性满足设计要求，则完成调试。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。