一种无透镜的位移探测装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光定位技术领域，具体为一种无透镜的位移探测装置。


背景技术：

2.准确探测物体的位置的技术在很多领域广泛的应用，如激光定位，惯性导航等，通常的位置测量需要用到透镜结构对光路进行调制，而透镜结构需要占用比较大的体积，无法进行有效的集成实现小型化，而且透镜结构占有较大的体积意味着系统的机械稳定性更容易受到环境的影响，如温度漂移等，导致探测精度在低频下噪声较大。
3.典型的例子包括天文上的激光干涉仪等；基于微纳加工技术制作的集成光学腔的探测方法，如圆盘腔等，上述二者虽然可以不依赖于透镜结构，但是由于光学腔的制作困难，成本较高，且容易损坏，具有局限性的缺陷，以及采用这种方法的制作成功率并不高的问题，无法进行大规模量产，只能停留在实验室研究应用水平。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种无透镜的位移探测装置，以解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型通过利用标准的光学细丝作为光学调制单元，以及适当的光学结构，实现了不需要基于复杂的微纳结构制作纳米光学结构的技术问题，达到了在体积远小于1mm的尺度下实现位置的灵敏探测的方式，解决了现有技术中的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种无透镜的位移探测装置，包括激光发射器、光学调制单元、支撑组件、收集光纤以及测量装置，
6.激光发射器发出入射激光源，并经其出口处设置的光纤端面导入至光学调制单元内；
7.入射激光源在光学调制单元内的路径发生偏转后，进入收集光纤形成的收集光纤端面内，并经收集光纤传导至测量装置中，其中，
8.所述激光发射器、光学调制单元以及测量装置均处于同一水平线，且所述光学调制单元通过支撑组件固定安装于激光发射器发射激光源的光路上；
9.所述入射激光源进入光学调制单元前的路径与进入所述收集光纤端面前的路径以所述光学调制单元的几何中心对称。
10.作为对本实用新型中所述一种无透镜的位移探测装置的改进，所述光学调制单元由带有偏转光路的光纤或玻璃细丝组成。
11.作为对本实用新型中所述一种无透镜的位移探测装置的改进，所述带有偏转光路的光纤为标准光纤。
12.作为对本实用新型中所述一种无透镜的位移探测装置的改进，所述测量装置由光强探测器或固态量子系统或电容式位移传感器或超导干涉仪组成，用于对进入所述测量装置的激光源的位置变化进行测量。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
14.1、本实用新型通过利用标准的光学细丝作为光学调制单元，以及适当的光学结构，实现了不需要基于复杂的微纳结构制作纳米光学结构的技术问题，从而达到可以在体积远小于1mm的尺度下实现偏移位置的灵敏探测；
15.2、本实用新型相比于传统的光学测量方法或系统，也就是基于自由光-透镜的方式，极大的减小体积，而随着体积减小，热漂移也随之变得更小，由于热漂移是位移低频测量的主要噪声来源，因此本实用新型对于低频信号测量，比如重力测量，应变测量等应用领域会有很大的优势；
16.3、本实用新型为解决当前发展起来的集成光学技术，利用微纳加工手段制作光学微腔，这种技术可以将位移测量集成在1mm以下的芯片上，但是微纳加工成本高昂，且这种方法对于环境要求很高，容易受到冲击，灰尘等因素的影响，一旦损坏就要重新制作无法修复的问题，因此所用到的元件为标准光纤，在具体实施时通过粘合剂，光纤切割刀等常用技术手段就可以制作，且在受到损坏之后可以进行重新粘合，达到避免精密的集成光学技术，采用简单的光纤结构就能实现位置测量的目的以及具备低成本和高可靠性优点。
附图说明
17.参照附图来说明本实用新型的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制，在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
18.图1为本实用新型一实施例中所提出无透镜的位移探测装置的整体结构安装及原理示意图。
19.附图标记说明：
20.1-激光发射器、2-激光发射器出口处的光纤端面、3-光学调制单元、4-收集光纤、5-光强探测器、6-支撑组件、7-固定组件。
具体实施方式
21.容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。
22.如图1所示，作为本实用新型的一个实施例，本实用新型提供技术方案：一种无透镜的位移探测装置，需要说明的是采用光学细丝作为光学调制单元3，通过利用标准的光学细丝作为光学调制单元3，以及适当的光学结构，实现了不需要基于复杂的微纳结构制作纳米光学结构的技术问题，从而达到可以在体积远小于1mm的尺度下实现偏移位置的灵敏探测，不但产生很强的位置敏感度，且具有方向性，相比现有技术不仅能够测量的大小，还能给出位置的方向信息，具备位置的矢量探测能力，基于此，其进行位置灵敏探测的原理为：
23.光在通过介质的时候路径发生偏转，当介质的位置发生移动，对应的位移为δx，相应的光路也发生偏转，而对于位置确定的光强探测器，接收到的光强也随之发生改变δi，因此对于微小的移动，二者可以由表达式进行计算：
24.式中，ξ为位置敏感度。
25.因此，技术上述原理构思，在本实用新型的一实施例中，无透镜的位移探测装置包括：激光发射器1、光学调制单元3、支撑组件6、收集光纤4以及测量装置，可以理解的是，
26.激光发射器1发出入射激光源，并经其出口处设置的光纤端面2导入至光学调制单元3内，入射激光源在光学调制单元内的路径发生偏转后，进入收集光纤4形成的收集光纤端面内，并经收集光纤4传导至测量装置中，此时，激光发射器1产生的激光源不需要经过透镜，直接通过如图1所示的横置光纤或一个玻璃(光学)细丝(敏感元件)，由玻璃细丝对光产生偏转并进行汇聚，偏转光纤沿着x轴位置发生改变，将会对光线产生偏转，而沿着轴向y和光转播方向z不敏感，因此会形成了有效的方向依赖性，汇聚的光线被与入射激光源进入光学调制单元3前的路径相对称的另一个光纤收集，直接进入光强探测器5并加以探测。
27.在本实用新型的一实施例中，激光发射器1、光学调制单元3以及测量装置均处于同一水平线，入射激光源进入光学调制单元3前的路径与进入收集光纤4端面前的路径以光学调制单元3的几何中心对称，且光学调制单元3通过支撑组件6固定安装于激光发射器发射激光源的光路上，其中，光学调制单元3与支撑组件6的连接处设有固定组件7，此处的固定组件7可为卡扣，实现光学调制单元3相对于支撑组件6的调节，直至光学调制单元3与激光发射器1以及测量装置同处一条直线。
28.作为本实用新型的一实施例，为解决当前发展起来的集成光学技术，利用微纳加工手段制作光学微腔，可以将位移测量集成在1mm以下的芯片上，但是微纳加工成本高昂，且这种方法对于环境要求很高，容易受到冲击，灰尘等因素的影响，一旦损坏就要重新制作无法修复的问题，因此，本实用新型所用到的敏感元件为标准光纤，在具体实施时通过粘合剂，光纤切割刀等常用技术手段就可以制作，且在受到损坏之后可以进行重新粘合，达到避免精密的集成光学技术，采用简单的光纤结构就能实现位置测量的目的以及具备低成本和高可靠性优点，故而，光学调制单元3由带有偏转光路的光纤或玻璃细丝组成，其中，带有偏转光路的光纤为标准光纤。
29.作为本实用新型的一实施例，测量装置由光强探测器5或固态量子系统或电容式位移传感器或超导干涉仪组成，测量装置优选为光强探测器5，用于对进入测量装置的激光源的位置变化进行测量，以达到对激光的位置测量的最高探测效率。
30.可以理解的是，本实用新型相比于传统的光学测量方法或测量装置，即，基于自由光-透镜的方式，可以极大的减小体积，在具体实施时，无透镜的位移探测装置占用的体积可以远远小于1mm，是自由光-透镜探测的十分之一，同时更小的体积意味着更下的热漂移，而热漂移是位移低频测量的主要噪声来源，因此本装置极大的适应于低频信号测量，比如重力测量，应变测量等应用领域。
31.本实用新型的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本实用新型的保护范围内。