这套光学端口模组的结构开发,最初是围绕实验室拉曼检测平台与自建光谱采集装置的光路对接需求展开的,核心要解决的是外部入射光纤到内部色散光路之间的耦合、限位与狭缝定位问题。现场调试时最常遇到的痛点,是光纤端面和狭缝的相对位置一旦出现微米级偏移,就会直接导致入射光通量下降、谱线边缘杂散光抬升,反复拆装校准要耗费大量光路调整时间,因此整套结构在方案阶段就把刚性、同轴度和重复装夹精度放在了首位。
模组采用上下叠合的方块式刚性基体,整体外形方正,没有外伸的薄弱悬臂结构,既可以直接固定在光学平板的安装位上,也能嵌入光谱仪壳体的预留腔体内,周边预留的安装空间不需要额外避让复杂管线。基体顶面布置四组带内六角锁紧结构的紧固座,锁紧后可以把上下两层基体的贴合面完全压合,消除装配间隙,避免光路调试完成后受台面振动、温度形变影响出现狭缝错位。下层基体底部伸出的对接段用于和后续光路腔体衔接,装配时可以直接沿腔体导向位推入,不需要额外找正。
功能层面,模组后部预留的光纤接入端口通径设定为18mm,能够适配常规实验室大芯径传导光纤的接头外径,光纤装入后端口端面的位置由基体内部的台阶面硬限位,保证端面和狭缝基面的设计距离固定。光路路径上,光纤出射的发散光先经过内置的双合聚焦透镜组,透镜的镜框在基体腔室内由径向止顶结构固定,不会出现径向晃动;透镜组会把光纤端面上的出射光斑重新会聚,精准投射到第一反射镜的镜面中心,而100um宽度的狭缝就设置在会聚光路的焦面位置,狭缝刃口做了黑化消光处理,能够过滤掉视场外的杂散光,只允许目标谱段的有效光进入后续色散单元。
设计过程中没有采用薄壁冲压或者塑料拼接的方案,全部基体结构选用整块材料铣削成型,各个安装孔位、透镜腔、狭缝槽的位置在一次装夹中完成加工,从工艺端保证各孔系的同轴度和端面垂直度。顶面的四个锁紧螺钉选用标准内六角规格,现场装配时用常规扭力扳手即可完成锁紧,不需要特殊工装;狭缝作为核心易耗调整件,在上下基体拆开后就可以直接更换不同宽度的规格,不需要拆解整个透镜和光纤对接结构,维护效率很高。
从安装边界来看,模组的四个角位都预留了足够的扳手操作空间,顶面锁紧件的最高点到基体底面的总高度控制在常规光学组件的安装尺寸范围内,侧面没有突出的接头或调节手柄,多个模组并排布置在光学平台上时也不会出现干涉。光纤接入端的接口朝向可以根据整机布局旋转调整,对接后的光纤线缆从模组侧后方引出,不会遮挡上方的调节操作空间。实际工况下,这套组件既可以用在台式拉曼光谱仪的入射光耦合位,也能适配便携式光谱检测设备、探针式拉曼检测系统的光路输入端,在需要严格限制入射狭缝宽度、保证光纤到反射镜耦合效率的光学检测场景中,能够省去大量自定义光路固定件的设计加工工作,结构刚性和长期稳定性都能满足实验室连续检测的使用要求。
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