揭秘單路光纖滑環技術路徑

光纖滑環是在上世紀80年代發明出來的，用于解決旋轉面與靜止面之間的光路傳輸問題，通?？煞譃閱瓮ǖ拦饫w滑環和多通道光纖滑環兩種，其中單通道光纖滑環體積小，結構相對簡單，成本較低，因而得到大量使用。單通道光纖滑環和多通道光纖滑環在原理上有本質的區別，單通道是通過將光路放在旋轉軸心上消除離軸旋轉來實現解旋轉的，多通道則是通過棱鏡、透鏡和傳動機構，通過反射折射等光學手段實現解旋轉的。

最初的方式是講兩個處理過的光纖端面直接對準來實現的，如下圖所示：

圖1 單路光纖滑環示意

由于光纖芯徑很細，特別是單模光纖纖芯只有9μm，對結構件的加工精度提出了極高的要求，且由于轉動過程中需要保持對準狀態，對軸承的精度也是很大考驗。光纖連接器之所以能對準是因為兩端的陶瓷插芯由同一個過盈配合的陶瓷套筒進行限位來保證的，而光纖滑環由于需要高速旋轉，無法使用陶瓷套筒來進行限位。由于光纖直接對準對機械結構的精度和穩定性要求太高，實現起來太過困難，這個方式逐漸被放棄，通過透鏡進行擴束后再耦合的方式成為單路光纖滑環的主流方式。

擴束式光纖滑環是采用在光纖末端添加透鏡，使光纖輸出的發散光轉換為能夠在空間長距離傳輸的近似平行光束，再在接收端的光纖前添加同樣的透鏡，把空間光再重新耦合入光纖中。擴束后的光束直徑通?？梢赃_到0.3mm左右，比單模光纖的芯徑擴大了三十多倍，大大降低了對機械結構精度的要求，使得光纖滑環有了量產的可能。

圖2 透鏡擴束示意圖

光纖準直器使用的透鏡有兩種，一種是通過漸變折射率來實現輸出光準直的，即G-lens；另一種則是通過透鏡端面形狀來實現輸出光準直的，即C-lens。由于調整端面形比改變折射率更加容易，C-len自問世以來用途越來越廣，G-lens只在需要端面貼片的情況下才會被使用。

單路光纖滑環的技術難點主要在于如何將光纖準直器出射光束精確的放置在與旋轉軸心重合的位置，并且在使用過程中保持高度穩定。由于光纖準直器的出射光束與其物理外圓并不同軸，因此無以準直器的外圓作為基準進行定位，通常是需要借助光學手段進行調試實現的，調試的方法、封裝工藝則是各廠家的技術秘密。