应用道威棱镜的光纤旋转连接器的理论与实验研究

论文摘要

作为在两个相对旋转装置间传输信号的装置,光纤旋转连接器在信息技术传输领域的作用越来越重要。本文分析了道威棱镜的光学特性,推导了出射光轴的位移误差和角度误差关系式,讨论了道威棱镜的装调方法和各种误差对对出射光轴位置和损耗的影响,并进行实验验证。试验结果与理论推导一致。在此基础上,探讨了光纤旋转连接器的设计方案。本论文主要完成几项工作:1.基于矩阵和向量的相关理论,推导了道威棱镜的成像和转像规律;在棱镜旋转的情况下,针对棱镜轴、机械旋转轴和光轴之间的位移和角度误差,导出了出射光线的误差公式;分析了棱镜的微量转动带来的位移误差和角度误差,讨论了棱镜的制造误差对成像的影响。2.在棱镜旋转的情况下,指出了三轴间的位移和角度误差造成的出射光线的轨迹变化就是数学上为人所知的Pascal蚶线。利用Pascal蚶线所描绘的特殊形状辨别和测量各种失调误差,对旋转连接器进行装配和校正。对造成两个准直器组成的耦合系统的损耗的因素进行了分析;在两个准直器中间加入转动的道威棱镜系统,分析各种误差对系统损耗的影响。3.构建了旋转的道威棱镜实验系统,对棱镜轴、机械旋转轴和入射光轴之间的位移误差和角度误差进行了模拟,得到出射光线的轨迹变化曲线和损耗变化曲线。4.利用道威棱镜和光纤准直器对多通道光纤连接器方案进行设计。估算旋转连接器中的各种误差造成的损耗,对棱镜和准直器安装的位移和角度误差、棱镜的制造误差等提出具体标准。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 旋转连接器的发展背景
• 1.2 光纤旋转连接器的工作原理及种类
• 1.2.1 光纤旋转连接器的工作原理
• 1.2.2 光纤旋转连接器的种类
• 1.3 光纤旋转连接器的发展现状
• 1.3.1 国外光纤旋转连接器的发展
• 1.3.2 国内光纤旋转连接器的发展
• 1.4 本论文的研究目的和主要工作
• 1.4.1 本论文的研究目的
• 1.4.2 本论文的主要工作
• 第二章 道威棱镜旋转理论分析
• 2.1 道威棱镜的几何特性
• 2.1.1 道威棱镜在旋转连接器中的主要作用
• 2.1.2 道威棱镜的几何参数
• 2.2 利用向量和矩阵理论分析道威棱镜的成像和转像特性
• 2.2.1 几个重要概念
• 2.2.2 棱镜坐标转换矩阵
• 2.3 道威棱镜位移误差和角度误差的分析
• 2.3.1 道威棱镜的角度误差分析
• 2.3.2 道威棱镜的位移误差分析
• 2.4 道威棱镜的微量转动带来的位移误差和角度误差
• 2.4.1 棱镜的微量转动带来的角度误差
• 2.4.2 棱镜的微量转动带来的位移误差
• 2.5 道威棱镜的制造误差所带来的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 旋转的道威棱镜损耗特性以及准直特性分析
• 3.1 光纤准直器及其耦合损耗分析
• 3.2 Pascal蚶线的性质以及与准直误差的关系
• 3.3 旋转的道威棱镜的误差以及损耗分析
• 3.4 旋转棱镜准直方法的讨论
• 3.4.1 准直系统装置的选择和搭建
• 3.4.2 准直过程的讨论
• 3.4.3 多通道准直器的装调
• 3.5 本章小结
• 第四章 道威棱镜的实验研究和旋转连接器的方案设计
• 4.1 旋转道威棱镜的实验研究
• 4.1.1 实验方案
• 4.1.2 旋转的道威棱镜对出射光线轨迹的影响
• 4.1.3 旋转的道威棱镜对系统损耗的影响
• 4.2 多通道旋转连接器的方案设计
• 4.2.1 系统的需求及损耗估算
• 4.2.2 多通道光纤旋转连接器设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢