嵌入式多芯光纖瞄準器及定位裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明涉及的是一種集成光纖器件，具體地說是一種嵌入式多芯光纖瞄準器。本發(fā)明也涉及一種包含嵌入式多芯光纖瞄準器的定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖及光纖器件的應(yīng)用范圍已經(jīng)從傳統(tǒng)的光纖通信領(lǐng)域向光纖傳感、光譜測量、寬帶光源等眾多的新領(lǐng)域拓展。其中，自1979年美國Steward天文臺首次將光纖應(yīng)用在2.3米望遠鏡的MX光譜儀以來，光纖技術(shù)在天文望遠鏡中得到廣泛推廣。由于光纖具有長距離傳輸、一定口徑內(nèi)的集光、靈活的空間排布能力，其在天文中的應(yīng)用具有革命性的意義，主要用于多目標光纖光譜儀，二維光纖光譜儀，恒星光干涉等。在多目標光纖光譜儀中，在焦面上放置的多根光纖將星光傳輸?shù)蕉鄠€光譜儀中，可以同時獲得多個觀測目標的光譜，這極大地提高了儀器本身的光譜獲取效率，從而使得研宄需要大樣本光譜的一系列天文學(xué)前沿課題成為可能。在這些光纖光譜望遠鏡中，望遠鏡焦面板上的光纖端位置被設(shè)置在需要觀察的目標星像位置處。目前的技術(shù)有兩種，一種是固定式的孔狀位置版(York, D.et al., The Sloan Digital Sky Survey:Technical Summary, the AstronomicalJournal, 120 (3)，1579-1587，2000)，另外一種是以我國大科學(xué)工程——天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(LAMOST)為代表的位置可調(diào)的光纖端控制系統(tǒng)(胡紅專等，并行可控式光纖定位系統(tǒng)，天體物理學(xué)報，20，53-55,2000)。在位置可控的光纖端控制系統(tǒng)中，一般是利用電機將光纖端移動到星表提供的位置處，但由于多種原因，有時光纖端會偏離星像位置，造成能量損失和出現(xiàn)環(huán)形斑等，嚴重影響觀測效果。此外，由于地球的自轉(zhuǎn)、大氣視寧度等影響，在長時間的星像曝光的過程中，在天文望遠鏡焦面上形成的星像會發(fā)生位置偏移。
[0003]在天文觀測等領(lǐng)域，光纖需要將望遠鏡所成的星像光斑的光信號用光纖傳輸?shù)焦庾V儀或其它裝置，只有照射到光纖纖芯部分的光能量能有效的被光纖傳輸，光纖纖芯與光源信號的位置偏移會極大的降低光纖傳輸效率，不僅嚴重影響光能傳輸效率，而且入射光斑照射到主芯光纖的側(cè)壁，還會造成出射光斑變成環(huán)形斑等不希望的形狀。當前LAMOST通過安裝在焦面板上的四個CCD對整個焦面板的方向進行引導(dǎo)，從而實現(xiàn)導(dǎo)星功能。但其所使用的4000根單根光纖并不具有引導(dǎo)功能，無法獲取單根光纖是否對準目標源的信息的反饋，其不可避免出現(xiàn)單根光纖與星像的失準問題，從而最終影響大型天文望遠鏡的觀測能力和效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能實現(xiàn)對光源信號的實時跟蹤的嵌入式多芯光纖瞄準器。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于嵌入式多芯光纖瞄準器的定位裝置。
[0005]本發(fā)明的嵌入式多芯光纖瞄準器是由主芯光纖與一定數(shù)量的側(cè)芯光纖去掉一定長度涂覆層后排布嵌入石英毛細管中制作成預(yù)制棒，用尾纖保護套粘接毛細管與尾纖，對制成的預(yù)制棒進行熔融加熱，使石英毛細管中空氣孔塌陷，主芯光纖、側(cè)芯光纖與外層石英毛細管成為一體所形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中心為主芯光纖形成的主光纖芯，主光纖芯周圍排列著側(cè)芯光纖形成的側(cè)光纖芯，外層石英毛細管形成多芯光纖瞄準器的外包層；側(cè)光纖芯分布在主光纖芯外圍，當入射光斑偏離主光纖芯時，一部分光耦合進入一個或若干個側(cè)光纖芯，并通過對應(yīng)的側(cè)芯光纖傳到探測器，通過比較不同側(cè)芯光纖的輸出光信號，實現(xiàn)對光源光場位置信息的反饋，進而調(diào)整多芯光纖瞄準器位置，使入射光斑照射到主光纖芯，并對應(yīng)進入主芯光纖進行傳輸。
[0006]本發(fā)明的嵌入式多芯光纖瞄準器還可以包括:
[0007]1、還包括保護套部件，所述保護套部件包括法蘭盤、插針和套管，插針嵌入在法蘭盤中構(gòu)成插針部件，嵌入式多芯光纖瞄準器嵌入涂有粘接劑插針部件中，套管套裝在法蘭盤尾部。
[0008]2、所述石英毛細管為外圓內(nèi)圓的石英毛細管，在相鄰的側(cè)芯光纖之間設(shè)置與石英毛細管的材料相同的石英纖維棒。
[0009]3、所述石英毛細管為外圓內(nèi)方的石英毛細管。
[0010]4、所述石英毛細管為具有5個孔結(jié)構(gòu)的多孔石英毛細管，中間為用于嵌入主芯光纖的大孔，在所述大孔周圍均勻分布4個小孔。
[0011]基于本發(fā)明的嵌入式多芯光纖瞄準器的定位裝置包括嵌入式多芯光纖瞄準器、光譜儀、光功率計、計算機和二維電控位移平臺，嵌入式多芯光纖瞄準器安裝在二維電控位移平臺，嵌入式多芯光纖瞄準器的主芯光纖連接光譜儀，嵌入式多芯光纖瞄準器的側(cè)芯光纖連接光功率計，光功率計接入計算機，二維電控位移平臺由計算機控制；側(cè)芯光纖將接收到的光源信號傳入進入光功率計，光功率計將光強信息傳遞給計算機，計算機通過分析不同位置的側(cè)芯光纖的出射光場強度，計算出光源偏離主芯光纖的位置信息，提供控制參數(shù)控制二維電控位移平臺完成對嵌入式多芯光纖瞄準器的位置調(diào)節(jié)。
[0012]本發(fā)明提出了一種集成光纖器件一一嵌入式多芯光纖瞄準器，其具有對入射光斑位置進行監(jiān)視、反饋的功能，從而為主芯光纖對準入射光斑提供位置參數(shù)。其中，主芯光纖用于傳輸光信號，側(cè)芯光纖具有引導(dǎo)功能，實現(xiàn)光纖對光源信號的實時跟蹤。
[0013]本發(fā)明設(shè)計了一種嵌入式多芯光纖瞄準器，在石英毛細管中嵌入主芯光纖和側(cè)芯光纖，經(jīng)過熔融加熱，使其成為具有對光源位置信息具有反饋功能的集成光纖器件。當入射光斑偏離主芯光纖纖芯時，由于光斑照射到不同側(cè)芯光纖的面積不同，這些側(cè)芯光纖收到的光強各不相同，通過分析各個側(cè)芯光纖收到的光強信號，就可以判斷入射光斑偏離主芯光纖的方位和程度，從而可以給出反饋信號，調(diào)整多芯光纖瞄準器的位置。主芯和側(cè)芯由于是完整的光纖結(jié)構(gòu)，無需其他器件可以將光直接導(dǎo)出到探測器，利于提高器件的光效率。
[0014]本發(fā)明能使接收光纖具有入射光斑位置信息反饋功能，可以將收集信號用的主芯光纖準確的對準入射光斑，提高光能收集效率，改善出射光斑形狀。
[0015]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:使傳光光纖具有位置引導(dǎo)功能，可以獲取到傳光光纖是否對準入射光斑的信息反饋，并依據(jù)反饋信息調(diào)整傳光光纖位置，提高光纖接收效率，并改善出射光斑的形狀。
[0016]本發(fā)明的主要技術(shù)特征是:多芯光纖瞄準器由主芯光纖、側(cè)芯光纖、外層石英毛細管、尾纖保護套等部分組成。將主芯光纖與一定數(shù)量的側(cè)芯光纖去掉一定長度涂覆層后按設(shè)計位置排布嵌入石英毛細管中制作成預(yù)制棒，保持主芯光纖和側(cè)芯光纖的完整結(jié)構(gòu)，用尾纖保護套粘接毛細管與尾纖，用以保護毛細管與尾纖之間沒有涂覆層的光纖。對制成的預(yù)制棒進行熔融加熱，使石英毛細管中空氣孔塌陷，從而主芯光纖，側(cè)芯光纖與外層石英毛細管成為一體，形成新的波導(dǎo)結(jié)構(gòu):中心為主芯光纖形成的主光纖芯，周圍按設(shè)計排列著多個側(cè)芯光纖形成的側(cè)光纖芯，石英毛細管形成多芯光纖瞄準器的外包層。側(cè)光纖芯分布在主光纖芯外圍，當入射光斑偏離主光纖芯時，有一部分光會耦合進入一個或若干側(cè)光纖芯，并通過對應(yīng)的側(cè)芯光纖傳到探測器，通過比較不同側(cè)芯光纖的輸出光信號，可以實現(xiàn)對光源光場位置信息的反饋，進而可以調(diào)整多芯光纖瞄準器位置，使入射光斑主要照射到主光纖芯，并對應(yīng)進入主芯光纖進行傳輸。器件的主芯和側(cè)芯具有完整的光纖波導(dǎo)特性，不需要加載其他光學(xué)器件就能將光導(dǎo)入到探測器，提高了器件的光效率。
[0017]主芯光纖的選擇需要依據(jù)接收光場的特性，如信號光源的波長、照射面積、系統(tǒng)焦比要求等選擇不同傳輸特性的光纖。
[0018]側(cè)芯光纖特性和數(shù)量依據(jù)主芯光纖和入射光斑特性，使用薄包層大孔徑光纖或其他可去除包層的光纖，以使側(cè)芯光纖的纖芯能盡量的貼近主芯光纖。另一方面，側(cè)芯光纖和主芯光纖采用不同材質(zhì)、不同幾何參數(shù)等，盡量減小主芯光纖與側(cè)芯光纖之間的能量耦合。
[0019]石英毛細管依據(jù)主芯光纖幾何結(jié)構(gòu)和側(cè)芯光纖的幾何結(jié)構(gòu)和數(shù)量來進行設(shè)計，毛細管既可以采用簡單的圓對稱結(jié)構(gòu)，也可以根據(jù)需要采用特殊對稱結(jié)構(gòu)，例如外圓內(nèi)方結(jié)構(gòu)、內(nèi)部梅花結(jié)構(gòu)、多圓孔結(jié)構(gòu)等等。
[0020]保護套部件采用可以提高光纖瞄準器機械性能材料，用以保護光纖瞄準器。保護套部件由插針，法蘭盤，套管組成。先將插針嵌入法蘭盤，做成插針部件，將粘接劑放入插針部件的孔中，然后