光纤旋转连接器(FORJ)是一种利用自由空间互连技术的无源光器

光纤旋转连接器(FORJ)是一种利用自由空间互连技术的无源光器件，相比它的前身电滑动环，其更适合应用在高带宽的信号传输系统中。目前，光纤旋转连接器正被广泛应用于相关的邻域中，比如天线系统、医用 CT 、战车以及雷达等场合。但是对于多通道光纤旋转连接器，由于旁轴通道无法像位于旋转轴上的中心通道一样直接从旋转端耦合到固定端，造成多路光信号的传输比较难以实现，目前，用来解决这个问题的方法大致可分为以下几种：反射装置和磁铁结构 、对称的光学结构 、衍射光学元件以及解旋转棱镜等，其中解旋转棱镜是最常用的方法，也是目前研究较多的一种方法。

在利用解旋转棱镜的方式中，Dove棱镜结构的一体性避免了棱镜自身的调整和胶合带来的误差，因此Dove棱镜相对于其他的解旋转棱镜(如Pechan棱镜 )更受到人们的青睐。Dove棱镜的转像功能，即当Dove棱镜以角速度ω旋转时，经由Dove棱镜所成的像的角速度为 2ω，如图 1 所示。

依此原理，当物体以角速度ω旋转，Dove棱镜以角速度ω/2同向旋转时，便可实现物体所成像位置保持不变，从而达到信号的准确旋转耦合。然而由于Dove棱镜存在加工误差，使得成像位置会在一定范围内波动，从而增大了耦合损耗，以下列举了一些对于加工有误差的影响因素。

由于Dove棱镜的成像特性，在光纤旋转连接器中使用时传输光信号应为平行光束。而光纤准直器具有孔径大且准直性好的优点，因此在光纤旋转连接器中一般使用光纤准直器作为光信号的输入输出器件。研究由Dove棱镜输出的光信号与接收端准直器之间的耦合损耗对耦合效率的影响。对于Dove棱镜，一般存在两种加工误差：底角误差和锥体角误差。这两种加工误差均会导致出射光信号的角度倾斜和离轴偏差，如图2所示。而对于光纤准直器，其角度误差对耦合损耗的影响最大，且离轴偏差可通过调整机构进行一定的补偿，所以一般情况下忽略加工误差带来的离轴偏差的影响，而只考虑角度倾斜引起的耦合损耗。

1.1 底角误差

理想的Dove棱镜其底角应为45°，且对于平行光入射其不改变出射光的方向，然而由于底角误差的存在，出射光的方向将会发生一定的偏转，如图 3 所示。对于底角误差，可分为两种情况：a) 一个底角为理想角度45°，而另一个底角存在误差；b) 两个底角均存在误差。由于Dove棱镜属于反射棱镜，可以将其等效于一块平行平板，所以，对于第二种情况，可以等效为第一种情况进行分析。特殊地，当两个底角的加工误差相等时，出射光将不会发生角度偏差，而只引起离轴偏差。

1.2 锥体角误差

锥体角是指加工后Dove棱镜的第一个（或第二个）折射面与其理想位置之间呈楔状所形成的夹角。对于锥体角误差，也可将其分成两种情况： a) 仅一侧存在锥体角；b) 两侧均存在锥体角。同样由于Dove棱镜可等效于一块平行平板，故对于第二种情况进一步分析可将其等效于第一种情况。

4 结论

当Dove棱镜用于多通道光纤旋转连接器光信号传输时，其加工误差会引起光信号的耦合损耗。为了提高耦合效率，探求适合用于光纤旋转连接器的Dove棱镜的加工误差，分析了Dove棱镜加工误差的影响，得出了由加工误差带来的耦合损耗的影响。如果我们在生产中采取措施来减小加工误差，例如严格的检查、利用精密的机械进行加工，由加工误差带来的耦合损耗可以被忽略，由此加工制造的Dove棱镜完全可以应用在多通道光纤旋转连接器中。