大光斑离轴式光纤旋转连接器的耦合性能

针对直接对准型离轴式光纤旋转连接器中自聚焦透镜准直器出射光斑小、光纤耦合损耗大和有效对准时间短的问题,本文提出了一种由双合透镜和热扩芯光纤构成的大光斑光纤准直器.基于出射光斑在相对旋转过程中重叠面积的周期性变化规律,分析了准直器间存在径向误差和角向误差时的耦合损耗变化.根据转子圆环和出射光斑尺寸得到耦合损耗为3 dB时的理论有效对准时间.为此搭建了光纤耦合实验平台测试其耦合性能及有效对准时间.实验结果表明,光纤准直器采用的单模光纤模场直径越大耦合损耗越低,其中模场直径为28 μm时耦合损耗低至0.22 dB.在转速为60 r/min时,通过光电转化和函数拟合得到四种模场直径光纤准直器的有效对准时间.模场直径为17 μm时最大有效对准时间为7.05 ms,与理论值7.1672 ms基本一致.最后应用光纤布拉格光栅传感实现无接触式传输光信号.这种设计为大光斑离轴式光纤旋转连接器的研究及其在光纤传感领域的应用提供了理论和技术支撑.