离轴旋转光纤传输系统：设计与实验验证

"离轴旋转光纤传输系统的设计与实现，刘飞等，中国激光，2015年9月，Vol.42,No.9" 本文主要探讨了如何设计并实现一种用于离轴旋转连接的光纤传输系统，以解决光信号在旋转部件之间的稳定传输问题。离轴旋转光纤传输系统在许多领域，如机器人、航空航天和医疗设备中有着广泛的应用需求，因为这些领域常常需要在旋转组件之间传递高速光信号。 文章基于高斯光束传播理论，深入分析了大口径光纤准直器对高斯光束的处理效果。高斯光束是一种常见的激光模式，其特点是能量分布集中，易于聚焦和传输。大口径光纤准直器能够将光纤末端的光束进行扩束和准直，使得光束能够在较远的距离上保持良好的传播特性。利用光学设计软件ZEMAX，作者对准直器的结构进行了优化，以获得最佳的光束输出特性。 实验结果显示，优化后的光纤准直器在50毫米的工作距离上，输出光束的能量分布符合高斯分布，束腰半径达到了18毫米，这意味着光束具有很好的聚焦能力。同时，远场发散角仅为5.48×10^-2毫弧度，这表明光束在传播过程中的扩散非常小，有利于保持信号的高质量传输。 在实际应用中，该系统在1.25 Gb/s的高速光信号传输速率下，以及80转/分钟的旋转速度下，最大连接损耗为23.28分贝。虽然这个损耗值相对较高，但仍然满足了系统稳定传输的基本要求，表明该离轴旋转光纤传输系统具有较高的实用价值。 关键词涉及了光通信技术、离轴光纤旋转连接器、光纤准直器、高斯光束以及计算机辅助光学设计，这些是该研究领域的核心概念。离轴光纤旋转连接器解决了传统连接方式在旋转运动中信号中断的问题，而光纤准直器和高斯光束则是保证高效传输的关键。计算机辅助光学设计（CAOD）则在系统优化过程中起到了重要作用，通过精确模拟和优化，提高了系统的光学性能。 这篇研究详细介绍了离轴旋转光纤传输系统的设计原理、优化方法和实验验证，为相关领域的工程实践提供了有价值的参考。