직접 정렬형 오프축 광섬유 회전 커넥터에서 자가 집속 렌즈 콜리메이터의 출사 광점이 작고, 광섬유 결합 손실이 크며, 유효 정렬 시간이 짧은 문제를 해결하기 위해, 본 논문에서는 이중 렌즈와 열 확장 섬유로 구성된 대광점 광섬유 콜리메이터를 제안하였다. 상대 회전 과정에서 출사 광점의 중첩 면적 주기적 변화 법칙에 기초하여 콜리메이터 간 반경 오차 및 각도 오차가 존재할 때의 결합 손실 변화를 분석하였다. 회전자 원환과 출사 광점 크기를 기준으로 결합 손실이 3 dB일 때 이론적 유효 정렬 시간을 도출하였다. 이를 위해 광섬유 결합 실험 플랫폼을 구축하여 결합 성능 및 유효 정렬 시간을 테스트하였다. 실험 결과, 콜리메이터에 사용된 단일 모드 광섬유의 모드장 직경이 클수록 결합 손실이 낮았으며, 모드장 직경 28 μm일 때 결합 손실은 0.22 dB까지 낮아졌다. 60 rpm 회전 속도에서 광전 변환과 함수 피팅을 통해 네 가지 모드장 직경 광섬유 콜리메이터의 유효 정렬 시간을 얻었다. 모드장 직경 17 μm일 때 최대 유효 정렬 시간은 7.05 ms로, 이론값 7.1672 ms와 거의 일치하였다. 마지막으로 광섬유 브래그 격자 센서를 적용하여 비접촉식 광 신호 전송을 실현하였다. 본 설계는 대광점 오프축 광섬유 회전 커넥터 연구 및 광섬유 센서 분야 적용에 이론적 및 기술적 지원을 제공한다.

오프축;광섬유 회전 커넥터;이중 렌즈;열 확장 섬유;광섬유 결합