[發明專利]基于一階激光彩虹區域光強分布的熊貓光纖定軸方法

有效

• 申請號: 201010132663.0
• 申請日: 2010-03-25
• 公開（公告）號: CN101833128A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 韓香娥;李碧岑
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G02B6/024
• 分類號: G02B6/024
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于激光技術領域，特別是涉及激光彩虹區域光強分布對熊貓光纖的定軸方法，可用于熊貓光纖偏振軸方位角的探測和對準。

背景技術

保偏光纖由于其對線偏振光較強的偏振保持能力和與一般單模光纖極好的兼容性，已廣泛應用于干涉傳感如光纖陀螺、分布式光纖傳感和相干光通信等新興領域。熊貓型單模保偏光纖是一種常用的高應力雙折射保偏光纖，在其橫截面上存在相互正交的、應力值分別為最大和最小的兩個方向，即兩個偏振軸的方向，應力值最大的方向稱為慢軸方向，應力值最小的方向稱為快軸方向。在熊貓光纖的應用中，如何精確地探測和對準偏振軸方位角是充分利用其保偏性能所需的一項關鍵技術。

現有的保偏光纖定軸方法主要為側視圖像定軸法，該方法具有較高精度，使用方便，得到廣泛應用。其中各種不同的側視圖像定軸方法則是選用了側視圖像中的不同特征量。多是利用圖像處理技術獲取任意方位角的特征量曲線或圖像，并與標準曲線或圖像進行互相關，互相關的極大值所對應的角度即為偏振軸的方位角。

中國專利CN1831572A公開的保偏光纖定軸方法，是根據五指型側視光強分布中央的五個波峰、四個波谷這九個特征點來確定特征量，通過分析光強特征量隨偏振軸方位角的變化進行定軸。該方法是對光纖前向光強分布的探測，須經顯微物鏡將圖像放大并成像到CCD攝像機，要求觀測平面的位置能保證記錄的側向光強分布為“五指型”，調節過程相對復雜、耗時。另外該方法要建立標準曲線，用測量曲線與標準曲線做互相關運算從而定軸，在無法獲得標準曲線的條件下具有一定局限性。

中國專利CN1949006A公開了一種基于空間衍射光的背向衍射圖像的保偏光纖定軸方法，其內容是利用中心圖像的長度、中心位置和形貌這三個特征量與保偏光纖方位角的對應關系實現定軸。該方法需要通過測量來建立多個特征量與方位角關系的標準曲線，或用包含特征量信息的二維矩陣作為標準矩陣，運算量較大，定軸過程相對復雜，限制了該定軸方法的推廣。

中國專利CN101533123A提出了一種不需要建立標準曲線的定軸方法。對背向衍射圖像中光強明顯較強部分進行圖像處理，得到對稱系數與保偏光纖方位角的對應關系曲線。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，分別對應快軸和慢軸，根據保偏光纖快軸與慢軸衍射圖像的差異性，判斷出兩者分別對應的方位角，從而實現定軸。該方法在圖像處理的過程中，需要設置一個移動窗口，每旋轉一次光纖，移動窗口要從衍射圖像一端移動到另一端，且每移動一個像素點就做一次互相關運算，處理過程耗時較長；另外該方法需用一個成像屏使背向衍射圖像在其上成像，再用CCD攝像機進行拍攝，裝置結構較為復雜。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺點，提出一種基于一階激光彩虹區域光強分布的熊貓光纖定軸方法，該方法在不需要建立標準曲線的條件下，縮短數據處理過程，提高定軸速度，簡化定軸裝置結構。

實現本發明的技術方案如下：

為實現上述目的，本發明基于一階激光彩虹區域光強分布的熊貓光纖定軸方法，包括如下步驟：

(1)將激光束垂直照射到已除去保護層的熊貓光纖上，使入射光方向的左右兩側的一階彩虹區域內出現光強明顯的光散射分布；

(2)用線陣CCD采集一階彩虹區域的光強分布，并對該采集數據進行濾波和歸一化處理；

(3)對均勻單模光纖的散射光強分布進行數值模擬，得到均勻單模光纖的一階彩虹光強角分布的數據；

(4)分別將濾波和歸一化處理后的熊貓光纖兩側光強分布數據與數值模擬的均勻單模光纖的一階彩虹光強分布數據進行互相關運算，得到互相關系數；

(5)旋轉熊貓光纖，重復步驟(2)和步驟(4)，分別得到左、右兩側的熊貓光纖方位角與互相關系數的對應關系曲線；

(6)選取兩條互相關曲線中互相關系數明顯較小的那部分曲線及其附近區域作為數據分析范圍，在數據分析范圍內找出兩條曲線的對稱軸，作為熊貓光纖慢軸所處的方位角，從而實現定軸。

所述的對采集數據的濾波采用快速傅里葉變換方法，濾除光強分布中的高頻噪聲。

所述的均勻單模光纖的一階彩虹光強分布數值模擬的參數設置為：入射光波長與測量用激光器的波長一致；光纖直徑與去除保護層的熊貓光纖直徑一致；光纖折射率與熊貓光纖包層折射率一致；計算的散射角范圍與線陣CCD采集的光強分布角范圍一致。

所述的在數據分析范圍內找出兩條曲線的對稱軸，是根據數據分析范圍內兩側的互相關系數較大的峰值所對應的角度得到兩條互相關曲線對稱軸的角度。

本發明與現有技術相比具有如下優點：