本实用新型涉及应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组。
背景技术：
激光是继核能、电脑、半导体以来，20世纪人类的一项重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光即是原子受激辐射所发出的光，原理早在1916年已被著名的犹太裔物理学家爱因斯坦发现。原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出，被激发出来的光子束其光学特性高度一致，相比普通光源具有单色性好、方向性好、亮度更高等优点。正是因为激光的这种优点，它被应用到各种领域，如生产加工、生活、军事、医疗、通信、测量等等，相关的产业也已经十分成熟，按其系统还可分为连续波激光器和脉冲激光器。
光纤是光导纤维的简称，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，常被用作光的传输工具，其原理即为光的全反射。光纤作为载体传输光信号，是光纤通信中的关键材料。一般光纤主要有三层结构：中心是具有高折射率的玻璃芯，中间是低折射率的硅玻璃包层，最外是保护用的树脂涂层。光纤的两个主要特征是损耗和色散。损耗是光信号在单位长度上的衰减或损耗，关系到光信号的传输距离，损耗越大，传输距离越短。造成光纤衰减损耗的主要原因有：固有损耗、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接等。按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600mb/km的光纤在2km时则只有300mb的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，由于单模光纤良好的光学传输特性，而且大部分光器件都是基于单模光纤的，越来越多的场景使用于单模光纤。
光纤器件在自由空间光通信中有着重要的应用，将经过远距离传输的空间光耦合进入单模光纤是一项精密工程。在实际应用中，将激光器发出的自由空间光耦合到光纤中时最为关键的步骤之一，耦合效率的高低，决定了在光纤输出端能量的大小，由于单模光纤的芯径较窄，如何将激光器所发出的光尽可能多的耦合至光纤中成为一大难点。
在耦合时，要注意以下几点才能保证激光器所发出的激光完全进入光纤。第一，激光束通过透镜聚焦后，其束腰斑半径必须小于光纤纤芯的半径，其光束发散角必须小于光纤的数值孔径。重点是选择合理的透镜焦距。当然,对于单模光纤,因为纤芯半径太小,还应注意透镜的球差修正。另外，要让透镜的通光孔径至少要比光束直径大一倍左右以减少衍射损耗。第二，聚焦后的束腰斑应落在光纤端面上，且入射激光束、透镜和光纤三者要同轴。这个主要在调整架上完成,而且最好用一个参考光进行调节。第三，尽可能减少激光束在透镜上的反射、衍射和散射损耗、以及光纤端面上的反射、散射和吸收损耗。镀上增透膜并保持清洁可以减小透镜的反射和散射损耗；光纤端面要高度抛光，并清洗干净，这样可以减小光纤的端面损耗。
激光耦合到光纤中时，从工业相机拍摄的图像中观察，即使参考光斑和耦合光斑的位置完全重合，最终激光也可能因为入射光纤角度大于单模光纤的数值孔径（na）而导致耦合效率低或无法被耦合入光纤中。如图1所示，这是由于光纤端面的出射角度和耦合光的入射角度偏差较大。这时我们就要保证耦合光以平行于光纤轴心的角度入射进去，最终使耦合光进入到光线中，提高耦合效率。
目前常规的用于光线水平准直的方法主要是使用一个或两个光阑。
方法1-采用一个光阑：将光阑放在滑轨上，让光线通过光阑孔，光斑的中心与光阑孔中心在一条直线上，这时向后移动光阑的位置，如果光轴与移动轴不平行，光就不会通过光阑孔而被孔径光阑所阻拦，这时调节光源的角度使光斑通过光阑，继续向后移动光阑位置接着前一步骤直至无论怎样向后移动光阑，光线都会通过光阑的小孔，即此时完成光线水平调节。此种方法虽然简单便捷，但精度与距离成正比关系，距离越远精度越高，显然自动化机台的空间有限，精度无法保证，而且应用在自动化中也比较繁琐；方法2-采用两个光阑：两个光阑时，首先将两个光阑以一定的距离分开固定，光阑孔的中心要在同一高度同一直线上，光线通过第一个光阑孔时如果未水平必然不会通过第二个光阑孔，这时调节光源高度与角度直至光线同时通过两个光阑孔时光线即为水平。这种方法不必移动光阑同时也节省空间小带来的精度问题，但调节起来比较麻烦，需要同时调节三个维度，而且还要保证两个光阑孔的高度问题，同样不利于机台自动化。因此，目前需要研发出一种结构简单、耦合效率高及适合于多种发散角度的激光光源的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、耦合效率高及适合于多种发散角度的激光光源的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组。
本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括相机模组、第一支撑架及光源位置调节平台，所述光源位置调节平台上设置有激光光源，所述第一支撑架上设置有毛玻璃，所述毛玻璃位于所述相机模组及所述激光光源之间，所述相机模组、所述毛玻璃及所述激光光源同轴设置。
进一步，所述相机模组包括第二支撑架，所述第二支撑架上设置有相机，所述相机上配合设置有镜头，所述镜头与所述激光光源相配合。
进一步，所述毛玻璃靠近所述激光光源的一面为光面，靠近所述相机模组的一面为磨砂面。
进一步，所述激光光源的波长为850nm。
进一步，所述镜头为工业镜头。
进一步，所述镜头的焦距为75mm。
进一步，所述相机为工业相机。
进一步，所述光源位置调节平台为五轴调节平台。
本实用新型的有益效果是：相对于传统技术的不足，在本实用新型实施例中，使用所述毛玻璃代替光阑，利用光的折射原理，只要确保加入所述毛玻璃前后的光斑中心在一起即可，此种设置无需考虑光源的高度问题，只要保证光线打在所述毛玻璃上能被所述相机模组观察到即可，并且距离对精度几乎没有影响，只需要很小的空间就可以完成，完全符合自动化机台的要求，由于所述相机模组对焦在毛玻璃上观察到的是扩大的光斑，也有利于定位，本实用新型操作简便，结构简单，体积小，耦合效率高，适合于多种发散角度的激光光源，可用于辅助激光耦合的水平自准直仪设备，所以，本实用新型具有结构简单、耦合效率高及适合于多种发散角度的激光光源的优点。
附图说明
图1是现有技术的激光耦合示意图；
图2是本实用新型的平面结构示意图；
图3是本实用新型在理想状态下且移开毛玻璃时的示意图；
图4是本实用新型在理想状态下且移开毛玻璃时另一视角的示意图；
图5是本实用新型在理想状态下且移开毛玻璃时的光斑示意图；
图6是本实用新型在理想状态且未移开毛玻璃时的示意图；
图7是本实用新型在理想状态且未移开毛玻璃时另一视角的示意图；
图8是本实用新型在理想状态且未移开毛玻璃时的光斑示意图；
图9是本实用新型在一般情况下且移开毛玻璃时的示意图；
图10是本实用新型在一般情况下且移开毛玻璃时另一视角的示意图；
图11是本实用新型在一般情况下且移开毛玻璃时的光斑示意图；
图12是本实用新型调整时且未移开毛玻璃时的示意图；
图13是本实用新型调整时且未移开毛玻璃时另一视角的示意图；
图14是本实用新型调整时且未移开毛玻璃时的光斑示意图；
图15是本实用新型调整激光光源的俯仰角度时的示意图；
图16是本实用新型调整激光光源的俯仰角度时的光斑图；
图17是本实用新型调整激光光源的俯仰角度时另一视角的光斑图；
图18是本实用新型调整激光光源的偏摆角度时的示意图；
图19是本实用新型调整激光光源的偏摆角度时的光斑图；
图20是本实用新型调整激光光源的偏摆角度时另一视角的光斑图。
具体实施方式
如图2所示，在本实施例中，本实用新型包括相机模组1、第一支撑架2及光源位置调节平台3，所述光源位置调节平台3上设置有激光光源4，所述第一支撑架2上设置有毛玻璃5，所述毛玻璃5位于所述相机模组1及所述激光光源4之间，所述相机模组1、所述毛玻璃5及所述激光光源4同轴设置。相对于传统技术的不足，在本实用新型实施例中，水平准直时，在理想状态下，所述激光光源4的激光会水平入射到所述相机模组1中，在此过程中，所述激光射入所述毛玻璃5，使得激光被匀化散射，根据折射定律可知激光通过毛玻璃前后光斑中心位置不变，属于同轴光，应用这个原理即可判断激光是否与工作面水平，由于在一般情况下所述激光光源4会以一个微小的倾斜角度射出，使得激光的光斑不在所述相机模组1的中心位置，进一步通过所述光源位置调节平台3对所述激光光源4的俯仰角度进行调节，使光线通过毛玻璃前后的光斑中心都在同一水平线上，进一步光源位置调节平台3对所述激光光源4的偏摆角度进行调整，使光线通过毛玻璃前后的光斑中心都在同一垂直线上，从而使得光线通过毛玻璃前后的光斑的中心重合在一起，即光线达成水平效果，本实用新型利用光线垂直入射毛玻璃产生同轴光进行光线水平准直校正，可以方便快捷的将激光水平耦合入光纤中，使得本实用新型具有结构简单、耦合效率高及适合于多种发散角度的激光光源的优点。
在本实施例中，所述相机模组1包括第二支撑架6，所述第二支撑架6上设置有相机7，所述相机7上配合设置有镜头8，所述镜头8与所述激光光源4相配合。
在本实施例中，所述毛玻璃5靠近所述激光光源4的一面为光面，靠近所述相机模组1的一面为磨砂面。
在本实施例中，所述激光光源4的波长为850nm。
在本实施例中，所述镜头8为工业镜头。
在本实施例中，所述镜头8的焦距为75mm。
在本实施例中，所述相机7为工业相机。
在本实施例中，所述光源位置调节平台3为五轴调节平台。
本实用新型的使用原理如下：
在理想状态下，所述激光光源4的激光会水平入射到所述相机模组1中，如图3至图5所示，移开所述毛玻璃5，初始状态激光水平时刚好入射到所述相机模组1的中心；
将所述毛玻璃5放置在所述第一支撑架2上，如图6至图8所示，激光光斑被匀化散射，此时光路与所述相机模组1中的光斑根据折射定律可知激光通过所述毛玻璃5前后光斑中心位置不变，属于同轴光，应用这个原理即可判断激光是否与工作面水平；
如图9至图11所示，先移开所述毛玻璃5，由于在一般情况下所述激光光源4会以一个微小的倾斜角度射出，使得激光的光斑不在所述相机模组1的中心位置，考虑到光纤的损耗问题我们需要让光线与光纤保持同轴入射，因此可使用上述设置调节并判断光线是否水平；
调整时，如图12至图14所示，先将所述毛玻璃5放置在所述第一支撑架2上；如图15至图17所示，通过所述光源位置调节平台3对所述激光光源4的俯仰角度进行调节，使光线通过毛玻璃前后的光斑中心都在同一水平线上；如图18至图20所示，进一步光源位置调节平台3对所述激光光源4的偏摆角度进行调整，使光线通过毛玻璃前后的光斑中心都在同一垂直线上，从而使得光线通过毛玻璃前后的光斑的中心重合在一起，即光线达成水平效果。
虽然本实用新型的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本实用新型含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
1.一种应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组，其特征在于：其包括相机模组（1）、第一支撑架（2）及光源位置调节平台（3），所述光源位置调节平台（3）上设置有激光光源（4），所述第一支撑架（2）上设置有毛玻璃（5），所述毛玻璃（5）位于所述相机模组（1）及所述激光光源（4）之间，所述相机模组（1）、所述毛玻璃（5）及所述激光光源（4）同轴设置。
2.根据权利要求1所述的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组，其特征在于：所述相机模组（1）包括第二支撑架（6），所述第二支撑架（6）上设置有相机（7），所述相机（7）上配合设置有镜头（8），所述镜头（8）与所述激光光源（4）相配合。
3.根据权利要求1所述的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组，其特征在于：所述毛玻璃（5）靠近所述激光光源（4）的一面为光面，靠近所述相机模组（1）的一面为磨砂面。
4.根据权利要求1所述的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组，其特征在于：所述激光光源（4）的波长为850nm。
5.根据权利要求2所述的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组，其特征在于：所述镜头（8）为工业镜头。
6.根据权利要求2所述的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组，其特征在于：所述镜头（8）的焦距为75mm。
7.根据权利要求2所述的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组，其特征在于：所述相机（7）为工业相机。
8.根据权利要求1所述的应用于自动化机台的激光耦合至单模光纤角偏差调整模组，其特征在于：所述光源位置调节平台（3）为五轴调节平台。
技术总结