一种新型棱镜型双通道光纤旋转连接器的设计

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1、一种新型棱镜型双通道光纤旋转连接器的设计张瑞珏1，徐峰1，汪光骐1，王璐2，赵克俊2，余雷2，张静1，俞本立11安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室，合肥（230039）2华东电子工程研究所第38研究所，合肥（230039）E-mail：摘要：现代信息控制与处理系统对信号的传输容量和带宽提出了更高的要求，同时在雷达、导航等中常需要将信号或能量从一个旋转平台传输到另一静止平台。所以以光信号传输为基础，综合电光转换及数据处理的光纤旋转连接传输技术逐渐成为研究热点。本文分析了棱镜型多通道光纤旋转连接器的解旋转机理及条件，提出了一种新型的方双

2、柱面解旋转棱镜结构的双通道光纤旋转连接器。通过对该结构的光纤旋转连接器的耦合特性分析，结果表明其损耗主要由机械误差及解旋转棱镜球差所产生。数值模拟结果表明该结构的光纤旋转连接器的插入损耗可低于2.0dB，这一性能完全满足雷达等相关军事装备对器件应用的要求，具有广泛的应用前景。关键词：旋转连接器；解旋转棱镜；自聚焦透镜；准直系统中图分类号：TN253文献标识码：A1前言光纤旋转连接器是实现旋转平台与静止平台之间数据传输的核心器件，广泛应用于雷达天线，导航等系统。常见的光纤旋转连接器分为单通道光纤旋转连接器和多通道光纤旋转连接器。单通道光旋转连

3、接器具有结构简单、体积小、直接光耦合等特点使其得到广泛应用，但可靠性低和传输容量小限制了它的某些应用。如：对可靠性和传输容量要求高的雷达等军事装备迫切需要多通道光纤旋转连接器来满足其应用要求。多通道光旋转连接器设计方案常见有两种：一种是将单通道旋转连接器与波分复用技术另一种是利用解旋转结构设计的多通道光纤旋相结合的WDM型多通道光纤旋转连接器[1]，转连接器。本文在分析多通道解旋转棱镜的工作原理基础上，提出了一种基于方双柱面解旋转棱镜双通道旋转连接器的设计方案。2解旋转棱镜原理解旋转棱镜是实现多通道旋转连接器的一种常用方案，其内部结构一般是

4、利用各种解旋转棱镜的解旋转原理来实现多路光信号的同时传输，其中典型的解旋转棱镜如：DOVE棱镜。2.1DOVE解旋转棱镜结构图1DOVE棱镜示意图Fig1.SketchmapofDOVEprism1本课题得到安徽省高等学校青年教师科研“资助计划”(05010209)的资助。-1-http://www.paper.edu.cn[2,3,4]DOVE棱镜结构见图1所示，入射平行光束X和Y，当入射到棱镜后，分别在棱镜中经过两次折射和一次反射从X1和Y1射出，在X1和Y1处的接收光纤即可接收从X和Y出射的光。当入射光束X和Y以DOVE棱镜的中心轴旋

5、转时，同时棱镜以入射光束一半的转速同轴同向转动时，即可实现在固定位置X1和Y1处不间断的接收到旋转入射光束X和Y发出的光，因而实现多路光信号的旋转传输。2.2棱镜解旋转证明棱镜解旋转结构的共同特点是让平行入射的光束经过几次折射和反射，出射点位于另一侧相对与中轴面（经过中轴线与底面平行的平面）对称的位置。当棱镜和旋转端转速满足1：2关系时，光束出射位置稳定。如图2所示PP1为未旋转的棱镜中轴面，位置A、A1分别表示入射光束未旋转时的旋同时解旋转棱镜旋转端和静止端的位置，当旋转端旋转了2θ角度时A旋转到了B的位置，转了θ角，中轴面也旋转了θ角，

6、此时中轴面用QQ1表示，这时设光线出射位置为B1，下面是证明出射位置A1和B1位置相同：已知∠POA1=∠POA，∠QOB=∠QOB1（棱镜性质决定），∠AOB=2θ，∠POQ=∠QOA1=∠POA1-θ,由解旋转性质可得：∠QOB1=∠QOB=∠QOP+∠POB=∠QOP+(∠POA-∠所以∠QOA1=∠QOB1A1点和B1点重合，说明在旋转端旋转的情况下，静止端仍能持续不断的接收光信号，由此证明了经过解旋转棱镜的解旋转仍然能够实现光的旋转传输。+图2解旋转证明示意图Fig2.SketchmapofDe-rotatingPrismprov

7、ingθ，θ(∠POA1-2θ)=∠POA1-θ=∠QOA13方双柱面棱镜光纤旋转连接器结构设计根据上述的解旋转原理，我们提出了一种采用方双柱面解旋转棱镜的双通道光纤旋转连接器结构。其结构如下图3(a)所示，图中1为转动部分，其其中装配了2根GRIN准直光纤；2为静止部分，同样装配了2根GRIN准直光纤；3为解旋转棱镜；4为转速比为2：1齿轮组，在旋转过程中保持转动部分与解旋转棱镜的转速比为2：1。(a)结构示意图-2-http://www.paper.edu.cn(b)光路图一(c)光路图二图3方双柱面解旋转双通道旋转连接器结构示意图Fi

8、g3.Sketchmapofopticalrotaryjointusingsquare-cylinderde-rotatingprism图3(b)和(c)是方双柱面棱镜解旋转过程