專利名稱：一種基于空間衍射光的保偏光纖定軸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保偏光纖的定軸方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的保偏光纖定軸方法，主要的做法是利用圖像處理技術(shù)獲取任意方位 角的特征量曲線和特征圖，然后將該曲線或特征圖與標準曲線庫或標準圖庫中 曲線或圖樣進行互相關(guān)，互相關(guān)的極大值所對應(yīng)的角度即為所求偏振軸的方位 角。
中國發(fā)明專利ZL200610122819.0公開了一種基于空間衍射光的保偏光纖定 軸方法，采集空間衍射光的背向衍射圖像來解決保偏光纖的定軸問題，并基于 衍射圖像的圖像特征量或中心圖像的特征量來進行定軸。該方法中，要建立標 準曲線，用測量的曲線與標準曲線做互相關(guān)運算從而定軸。實踐中，標準曲線 的建立難度較大，從而限制了該定軸方法的推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于空間衍射光的保偏光纖定軸方法，該方法 不需要建立標準曲線，定軸速度快。 實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下-
一種基于空間衍射光的保偏光纖定軸方法，包括如下步驟-
(1) 將激光束垂直照射到已除去保護層的保偏光纖上，在空間中垂直于光 纖的平面內(nèi)出現(xiàn)衍射圖像；
(2) 在光源與保偏光纖之間的位置上放置一成像屏，使激光束照射保偏光 纖在空間所成的背向衍射圖像在其上成像；
(3 )用帶鏡頭的CCD攝像機將衍射圖像中光強明顯較強的那部分衍射圖像 清晰地拍攝下來，并傳送到圖像處理器；
(4) 對衍射圖像進行對稱性分析，獲得衍射圖像的對稱系數(shù)；
(5) 旋轉(zhuǎn)保偏光纖，重復步驟(3)和步驟(4)，得到對應(yīng)保偏光纖不同 方位角的衍射圖像；并獲得保偏光纖方位角與對稱系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系曲線；
(6) 選取對稱系數(shù)大于0.96的相鄰90度方位角的曲線的兩個波峰，其中一 個波峰對應(yīng)快軸，另一個波峰對應(yīng)慢軸，依據(jù)保偏光纖快軸與慢軸衍射圖像的 差異性判斷出快軸和慢軸對應(yīng)的波峰及方位角，從而實現(xiàn)定軸。進一步的，步驟(5)中旋轉(zhuǎn)保偏光纖采用兩臺步進電機同步旋轉(zhuǎn)，從而得 到保偏光纖各個方位角的衍射圖像。
進一步的，步驟(4)分為以下子步驟
(4.1) 設(shè)置一個移動窗口；
(4.2) 移動窗口以衍射明條紋為中心；
(4.3) 移動窗口從衍射圖像的最上方一步步移動到最下方或者從衍射圖像 的最下方一步步移動到最上方，移動過程中，對移動窗口包含圖像的上半部與 下半部做互相關(guān)運算，得到一系列互相關(guān)值；
(4.4) 一系列互相關(guān)值中的最大值即為該衍射圖像的對稱系數(shù)。 進一步的，移動窗口的寬度為衍射明條紋的寬度的3 12倍，移動窗口的長
度為拍攝的衍射圖像的長度的5/8 4/5。
進一步的，步驟(4.3)中，移動窗口每移動一個像素點，就對移動窗口包 含圖像的上半部與下半部做一次互相關(guān)運算，并得到一個互相關(guān)值。
本發(fā)明的定軸方法的工作原理如下
根據(jù)激光束受光纖散射的原理，當激光束垂直光纖縱軸照射到光纖側(cè)面上 時，將在空間一平面內(nèi)形成360。的衍射圖像，而且相對激光束方向的前向衍射 圖像和背向衍射圖像的強度，較上、下這兩個方位的衍射圖像的強度要強得多。 對于理想圓截面和折射率均勻圓對稱分布的單模光纖，當光纖以中心為軸，被 逆時針方向或順時針方向轉(zhuǎn)動時，由于光束入射條件及內(nèi)反射光的光程沒有發(fā) 生變化，背向衍射圖像將不發(fā)生變化。對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)非圓對稱分布的保偏光纖， 光纖的轉(zhuǎn)動將引起內(nèi)反射光光程的變化，因此散射圖像會隨光纖的轉(zhuǎn)動而發(fā)生 變化。于是，通過采集背向的衍射圖像，并進行圖像處理和分析，就可以獲得 保偏光纖偏振軸方位角與衍射圖像的對應(yīng)關(guān)系，從而利用這種對應(yīng)關(guān)系來實現(xiàn) 保偏光纖偏振軸的定軸。
如圖1所示，設(shè)保偏光纖的慢軸方向為0。角，設(shè)任意時刻慢軸與激光入射 方向成夾角6，則圖1中所示是6=90°的情況，圖2 圖7所示分別為9角為 0° 、 40° 、 90° 、 120° 、 180° 、 270°的衍射圖像，可以看出，當激光束以 快軸方向入射時與以慢軸方向入射時所面對的光纖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有差異的，由 圖2、圖4對比可知，這二種情況下所產(chǎn)生的衍射圖樣的差異是非常顯著的，慢 軸方向入射時中央條紋的連續(xù)性好，條紋幾乎成一整體，而快軸方向入射時的 中央條紋的連續(xù)性較差，幾乎是由一些亮點構(gòu)成。
另外，當激光沿著光纖的快軸或慢軸方向入射時，由于光纖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相 對于入射激光束來說具有對稱性(如圖l所示)，實驗表明在空間所產(chǎn)生的衍射圖樣也同樣對入射激光束具有對稱性。利用差異性和對稱性這兩個特征就可以實現(xiàn)對光纖快軸或慢軸的確定。因為相對激光束方向的背向衍射圖樣的變化比前向和上、下兩個方向的衍射圖樣變化更為靈敏，更有利于定軸，所以本發(fā)明選取背向衍射圖樣對保偏光纖進行定軸。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
1、 由于不需要建立標準曲線就可以實現(xiàn)定軸，因此定軸速度快。
2、 應(yīng)用范圍廣，本發(fā)明可應(yīng)用于制作保偏光纖耦合器、保偏光纖偏振器、保偏光纖的熔接、光纖陀螺等。而且，在無法采用側(cè)視透鏡效應(yīng)法進行定軸時，本發(fā)明則可以滿足這種特殊的需求，如應(yīng)用于光纖側(cè)邊拋磨機上，可實現(xiàn)對保偏光纖偏振軸的拋磨方位角進行確定，以及可以實現(xiàn)對拋磨過程的實時監(jiān)控，從而可大大地提髙器件的生產(chǎn)效率和器件的質(zhì)量，也將大大地提高新型光纖傳感器的質(zhì)量。
3、 可以對非匹配型保偏光纖偏振軸進行定軸，這為保偏光纖的定軸又提供了一種新的方法。
4、 可保證實用精度，可以有效的對保偏光纖偏振軸進行定軸，從而使得基于保偏光纖器件的制作效率有所提高，同時提高產(chǎn)品質(zhì)量。


圖1是實現(xiàn)本發(fā)明定軸方法的裝置不意圖。圖2是0° (慢軸)的衍射圖像。圖3是40°的衍射圖像。圖4是卯。(快軸)的衍射圖像。圖5是120°的衍射圖像。圖6是180°的衍射圖像。圖7是270°的衍射圖像。
圖8是光纖各個方位角所對應(yīng)的衍射圖像的對稱系數(shù)曲線圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。實施例
本實施例的保偏光纖是熊貓型保偏光纖。
如圖1所示，激光器3發(fā)出的激光束垂直于保偏光纖1的縱軸垂直照射到保偏光纖1的側(cè)面上，從而形成背向散射光，這些背向散射光在空間相互干涉并在成像屏4上形成衍射條紋5，數(shù)碼攝像頭6拍攝衍射圖像并傳送到圖像處理器進行處理。2表示保偏光纖的慢軸。本實施例的數(shù)碼攝像頭6選用帶鏡頭的CCD攝像頭。
基于空間衍射光的保偏光纖定軸方法具體包括如下步驟
(1) 通過調(diào)節(jié)裝置，使LD激光器3發(fā)出的激光束和保偏光纖1處于同一平面上。
(2) 將激光束垂直照射到已除去保護層的保偏光纖上，在空間中垂直于光纖的平面內(nèi)出現(xiàn)衍射圖像。
(3) 在空間一位置上放置一成像屏4，使激光束照射保偏光纖在空間所成的背向衍射圖像在其上成像。
(4) 調(diào)整保偏光纖1與成像屏4之間的距離，使空間衍射光所形成的衍射圖像清晰的呈現(xiàn)在成像屏上；同時，調(diào)節(jié)帶鏡頭的CCD攝像頭6，使得衍射圖像中光強明顯較強的那部分衍射圖像能夠清晰的被拍攝下來，并傳送到圖像處理器；本實施例的圖像處理器為安裝了操作系統(tǒng)及相應(yīng)軟件的電腦。
(5) 在本實施例中，使用步進電機旋轉(zhuǎn)保偏光纖，從而得到保偏光纖各個方位角的衍射圖像。在數(shù)據(jù)處理時，以1。為間隔來采集和處理衍射圖像。將保偏光纖處于不同方位角時的一系列衍射圖像。
(6.1) 設(shè)置一個移動窗口；移動窗口的寬度為衍射明條紋的寬度的3 12倍，移動窗口的長度可為拍攝的衍射圖像的長度的5/8 4/5。本實施例中，如圖2 圖7所示，衍射圖像的大小為160X1280像素點，中央明條紋的寬度約為8個像素點，移動窗口的大小選為80 X 800像素點。
(6.2) 移動窗口從衍射圖像的最上方一步步移動到最下方或者從衍射圖像的最下方一步步移動到最上方，移動過程中，每移動一個像素點就對移動窗口包含圖像的上半部與下半部做一次互相關(guān)運算，得到一系列互相關(guān)值。
(6.3) —系列互相關(guān)值中的最大值即為該衍射圖像的對稱系數(shù)。
(7) 計算各個衍射圖像的對稱系數(shù)，獲得保偏光纖方位角與對稱系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系曲線；如圖8所示。如圖8所示，四個波峰的對稱性系數(shù)的極大值從左到右分別為0.975、 0.984、 0.973、 0.963，所對應(yīng)的方位角分別為O。 ， 90。 ， 180
° ， 270° ，因此可以根據(jù)這種衍射圖樣所具有的對稱性特征來較精確地定軸。而其它位置的極值均小于0.96，定軸時可以進行排除，極值小于0.96的方位角不是快軸或慢軸對應(yīng)的方位角。
(8) 選取對稱系數(shù)大于0.96的相鄰卯度方位角的曲線的兩個波峰，其中一個波峰對應(yīng)快軸，另一個波峰對應(yīng)慢軸，依據(jù)保偏光纖快軸與慢軸衍射圖像的差異性判斷出快軸和慢軸對應(yīng)的波峰及方位角，從而實現(xiàn)定軸。
本實施例中，移動窗口的寬度為衍射明條紋的寬度的10倍，移動窗口的長度可為拍攝的衍射圖像的長度的5/8。當移動窗口的寬度為衍射明條紋的寬度的
3 12倍，移動窗口的長度可為拍攝的衍射圖像的長度的5/8 4/5，均能獲得易于定軸的保偏光纖方位角與對稱系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系曲線。
權(quán)利要求
1、一種基于空間衍射光的保偏光纖定軸方法，其特征在于包括如下步驟(1)將激光束垂直照射到已除去保護層的保偏光纖上，在空間中垂直于光纖的平面內(nèi)出現(xiàn)衍射圖像；(2)在光源與保偏光纖之間的位置上放置一成像屏，使激光束照射保偏光纖在空間所成的背向衍射圖像在其上成像；(3)用帶鏡頭的CCD攝像機將衍射圖像中光強明顯較強的那部分衍射圖像清晰地拍攝下來，并傳送到圖像處理器；(4)對衍射圖像進行對稱性分析，獲得衍射圖像的對稱系數(shù)；(5)旋轉(zhuǎn)保偏光纖，重復步驟(3)和步驟(4)，得到對應(yīng)保偏光纖不同方位角的衍射圖像；并獲得保偏光纖方位角與對稱系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系曲線；(6)選取對稱系數(shù)大于0.96的相鄰90度方位角的曲線的兩個波峰，其中一個波峰對應(yīng)快軸，另一個波峰對應(yīng)慢軸，依據(jù)保偏光纖快軸與慢軸衍射圖像的差異性判斷出快軸和慢軸對應(yīng)的波峰及方位角，從而實現(xiàn)定軸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(5)中旋轉(zhuǎn)保偏光纖采用 兩臺步進電機同步旋轉(zhuǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟(4)分為以下子步驟(4.1) 設(shè)置一個移動窗口；(4.2) 移動窗口以衍射明條紋為中心；(4.3) 移動窗口從衍射圖像的最上方一步步移動到最下方或者從衍射圖像 的最下方一步步移動到最上方，移動過程中，對移動窗口包含圖像的上半部與 下半部做互相關(guān)運算，得到一系列互相關(guān)值；(4.4) 一系列互相關(guān)值中的最大值即為該衍射圖像的對稱系數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于移動窗口的寬度為衍射明條紋 的寬度的3 12倍，移動窗口的長度為拍攝的衍射圖像的長度的5/8 4/5。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟(4.3)中，移動窗口每移 動一個像素點，就對移動窗口包含圖像的上半部與下半部做一次互相關(guān)運算， 并得到一個互相關(guān)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于空間衍射光的保偏光纖定軸方法，包括如下步驟(1)將激光束垂直照射到保偏光纖上，形成背向衍射圖像；(2)用帶鏡頭的CCD攝像機將衍射圖像中光強明顯較強的那部分衍射圖像清晰地拍攝下來，并傳送到圖像處理器；(3)獲得衍射圖像的對稱系數(shù)；(4)旋轉(zhuǎn)保偏光纖，得到對應(yīng)保偏光纖不同方位角的衍射圖像；并獲得保偏光纖方位角與對稱系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系曲線；(5)選取對稱系數(shù)大于0.96的相鄰90度方位角的曲線的兩個波峰，其中一個波峰對應(yīng)快軸，另一個波峰對應(yīng)慢軸，依據(jù)保偏光纖快軸與慢軸衍射圖像的差異性判斷出快軸和慢軸對應(yīng)的波峰及方位角，從而實現(xiàn)定軸。本發(fā)明不需要建立標準曲線，定軸快。
文檔編號G02B6/024GK101533123SQ200910038858
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者振 鐘, 鐘金鋼, 哲 陳 申請人:暨南大學