1 昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南昆明650500
2 云南省绿色能源与数字电力量测及控保重点实验室，云南昆明650500
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。
离轴 光纤旋转连接器 双合透镜 热扩芯光纤 光纤耦合 off-axis fiber optic rotary joint double lens thermal expansion core fiber optical fiber coupling 光学 精密工程
2023, 31(10): 1443
针对高速旋转设备分布式测量需求, 设计了一种单通道光纤旋转连接器(FROJ), 并进行了性能测试。以此单通道FROJ为基础, 采用磁光开关通过时分复用方式设计了四通道FROJ, 在静态和动态条件下分别测试了其插入损耗。实验结果表明: 该四通道FROJ的插入损耗小于4.5 dB,旋转变化量小于2 dB, 在转速不超过600 r/min时可以实现光信号的可靠传输。
光纤旋转连接器 磁光开关 时分复用 多通道光信号传输 分布式测量 fiber optic rotary joint magneto-optic switch time-division multiplexing multi-channel optical signal transmission distributed measurement
针对光纤旋转连接器(FORJ)普遍存在着结构复杂、损耗过大和转速低等问题，提出了一种高速单通道单模FORJ结构，并对其性能进行了相关的实验测试，对FORJ中光信号传输时的损耗进行了分析研究。实验结果表明：所设计的单通道单模FORJ能够在8000 r/min的高转速下传输光信号，损耗量为19.6 dB，且能承受的最大冲击载荷为20 m/s2，旋转输入轴的最大径向振幅为0.63 mm，能够适应较为恶劣的工作环境。
光纤旋转连接器 光纤准直器 高速 非接触光信号传输 fiber optic rotary joint optical fiber collimator high-speed non contactoptical signal transmission
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
3 上海电力学院, 上海 200090
为了实现光信号的离轴旋转连接，设计了一种新型的离轴旋转光纤传输系统。基于高斯光束传播理论，分析了大口径光纤准直器对高斯光束的扩束准直作用，利用ZEMAX 对准直器的结构和输出光束特性进行了优化。对离轴旋转光纤传输系统进行了实验测量，结果表明大口径光纤准直器输出光束在50 mm 的工作距离处能量分布满足高斯型，其束腰半径达到18 mm，远场发散角仅为5.48×10-2 mrad，在1.25 Gb/s 的信号传输速率及80 r/min 的转速下，系统的最大连接损耗为23.28 dB，整体性能满足了旋转部件之间稳定传输高速光信号的要求。
光通信 离轴光纤旋转连接器 光纤准直器 高斯光束 计算机辅助光学设计
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种基于虚拟样机的光纤旋转连接器损耗的分析方法. 建立了道威棱镜系统中的光线输入-输出方程, 采用光线追迹和解析模型的混合架构建立了齐次坐标系下的光线分析模型.模型中的输入误差包括输入、输出准直透镜和道威棱镜的角度和位移误差、轴承游隙和齿轮准确度;对30 000个角度准确度±100″、位移准确度±0.01 mm的随机误差样本的损耗特性进行计算, 结果表明: 若要使公差引起的最大损耗小于4 dB、损耗分布P(X>3 dB)小于0.5%,则光纤旋转连接器中准直透镜和道威棱镜角度误差必须控制在±1′以内.
光通信 光纤网络 光纤旋转连接器 几何光学 虚拟样机 光线追迹 解析模型 损耗分析 Optical communication Fiber optic networks Fiber optic rotary joint Geometric optics Virtual prototype Ray tracing Analytical model Loss analysis 光子学报
2014, 43(12): 1222001
设计了一种基于道威棱镜的光传输特性的四通道单模光纤旋转连接器，采用锥齿轮行星轮结构实现光信号的旋转耦合，并设计了耦合调整方案；分析道威棱镜光轴与旋转轴不重合带来的耦合损耗，确定道威棱镜的装调精度。最终使四通道单模光纤旋转连接器的技术指标达到了国外同类产品水平，且道威棱镜的通光孔径大，可在结构尺寸不变的情况下直接扩展为八通道单模光纤旋转连接器。
光纤旋转连接器 道威棱镜 光纤准直器 插入损耗 fiber optic rotary joint Dove prism fiber collimator insert loss
中国科学院西安光学精密机械研究所信息光子学室， 陕西 西安 710119
光纤旋转连接器经过近30年的发展，技术上已经取得了很大的进步，并趋于成熟。对光纤旋转连接器的主要功能及其最新进展进行了综述，介绍了道威棱镜式、波分复用式和反射镜式3类多通道光纤连接器的原理、技术和特点，对3类系统进行了比较，列出各类连接器的优缺点。最后对光纤旋转连接器适用场合进行了简要介绍。
光学器件 光纤旋转连接器 道威棱镜 波分复用器 消旋 K 镜 激光与光电子学进展
2013, 50(1): 010007
安徽省信息材料与器件重点实验室，安徽大学物理与材料科学学院，安徽 合肥 230039
光纤旋转连接器因其具有传输带宽大、电磁兼容良好、体积小、寿命长等优点，有逐渐取代传统电滑环进行相对旋转平台间信息传输的趋势。提出一种利用大模场光子晶体光纤直接耦合的新型光纤旋转连接器的设计方案，耦合理论分析表明其不仅满足低插入损耗，而且具有结构简单、体积小、加工和装配精度要求相对较低等优点。大模场光子晶体光纤的无截止波长单模传输和低非线性传输特性使它能更有效地与WDM技术相结合提高传输容量，具有更广阔的应用。
光通信 光纤旋转连接器 直接耦合 光子晶体光纤 optical communication fiber optic rotary joint direct coupling photonic crystal fiber
天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300072
在设计的双层光互连网络中，上层网络是星型连接，依靠数字路由结点进行通信．单通道最大传输速率为1．4Gbps，数字路由结点吞吐率大于10Gbps，底层为网络接口卡和结点机连成的环形网，峰值传输速率为1．056Gbps．在底层网络中个别结点机与传感器之间配置有光纤旋转连接器，可传输动态数据．经计算，环网内最大通信延迟时间小于5．292μs，互连网络的平均通信延迟时间为11．03μs，环形网络的最大数据传输带宽为50Mbit／s．
光互连 动态连接 光纤旋转连接器 时间延迟 传输带宽 Optical interconnection Dynamic connection Fiber optic rotary joint Communication latency Transmitting bandwidth
