[發明專利]一種基于空間衍射光的保偏光纖定軸方法

無效

• 申請號: 200910038858.6
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101533123A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 陳哲;鐘振;鐘金鋼
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G02B6/024
• 分類號: G02B6/024
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍;廖繼海

技術領域

本發明涉及保偏光纖的定軸方法。

背景技術

現有的保偏光纖定軸方法，主要的做法是利用圖像處理技術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，互相關的極大值所對應的角度即為所求偏振軸的方位角。

中國發明專利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。

發明內容

本發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。

實現本發明的技術方案如下：

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出現衍射圖像；

(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；

(5)旋轉保偏光纖，重復步驟(3)和步驟(4)，得到對應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的對應關系曲線；

(6)選取對稱系數大于0.96的相鄰90度方位角的曲線的兩個波峰，其中一個波峰對應快軸，另一個波峰對應慢軸，依據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的波峰及方位角，從而實現定軸。

進一步的，步驟(5)中旋轉保偏光纖采用兩臺步進電機同步旋轉，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運算，得到一系列互相關值；

(4.4)一系列互相關值中的最大值即為該衍射圖像的對稱系數。

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運算，并得到一個互相關值。

本發明的定軸方法的工作原理如下：

根據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面上時，將在空間一平面內形成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動時，由于光束入射條件及內反射光的光程沒有發生變化，背向衍射圖像將不發生變化。對于內部結構非圓對稱分布的保偏光纖，光纖的轉動將引起內反射光光程的變化，因此散射圖像會隨光纖的轉動而發生變化。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關系，從而利用這種對應關系來實現保偏光纖偏振軸的定軸。

如圖1所示，設保偏光纖的慢軸方向為0°角，設任意時刻慢軸與激光入射方向成夾角θ，則圖1中所示是θ＝90°的情況，圖2～圖7所示分別為θ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部結構是有差異的，由圖2、圖4對比可知，這二種情況下所產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性較差，幾乎是由一些亮點構成。