[發明專利]保偏光纖準直器對準用空間調整機構、裝置以及對準方法

有效

• 申請號: 201110239930.9
• 申請日: 2011-08-19
• 公開（公告）號: CN102338917A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 梁志軍;王憲東
• 申請（專利權）人: 天津峻烽科技有限公司
• 主分類號: G02B7/00
• 分類號: G02B7/00;G02B7/182;G02B6/27;G01J1/42
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 孫春玲

技術領域

本發明屬于光纖通訊與光纖傳感技術領域，尤其是涉及一種對保偏光纖準直器進行對準時使用的空間位置調整機構及包括該機構的對準裝置，以及使用該對準裝置進行對準的對準方法。

背景技術

保偏光纖準直器是組成光纖無源器件的基礎部件，由保偏光纖準直器與微光學晶體組成的光纖無源器件在光纖通訊與光纖傳感系統中有著非常廣泛的應用。其功能是將入射至保偏光纖準直器尾纖的光束經由內部準直透鏡轉變為平行光輸出，或者將平行光會聚至保偏光纖準直器尾纖內部傳輸。相對于單模光纖準直器，保偏光纖準直器內部傳輸的光波偏振態為線偏振，其電磁場振動方向位于保偏光纖的慢軸(或快軸)。光纖無源器件中的兩個保偏光纖準直器需要對準，達到一方面要使總的光功率插入損耗最小，另一方面要使在兩個保偏光纖準直器內傳輸的光波偏振方向相同(即線偏振光的振動方向均為慢軸或快軸)的要求。因此，將兩個保偏光纖準直器對準的對準裝置一般兩部分構成：機械調整機構與光學檢測裝置。如圖1所示，目前國內多使用機械調整架與空間光檢測裝置進行保偏光纖準直器的空間方位對準和光學參數的測量。

在圖1中，光源1發射的空間光束經準直透鏡2轉變為平行光束，經起偏器3對光束進行起偏使其轉變為線偏振光，聚焦透鏡4將線偏振光耦合至保偏光纖準直器6的保偏尾纖5中。為使線偏振光振動方向位于保偏尾纖5的慢軸(或快軸)，暫時將機械調整架8、保偏光纖準直器9、準直透鏡11移開，令保偏光纖準直器5發射的光束直接入射至檢偏器12并經會聚透鏡13耦合至光功率計14。首先繞光軸(圖中O-O’軸)方向偏轉起偏器3至某一角度，然后圍繞光軸在0-180°范圍內旋轉檢偏器12，用光功率計14記錄光功率的變化。重復上述步驟，按照一定規律(如順時針或逆時針方向依次偏轉固定角度)依次改變起偏器3的偏轉角并在0-180°范圍旋轉檢偏器12，記錄光功率的變化，直至光功率計14記錄的測量值在某一個方向出現最大值而在其正交方向上測量不到光功率，此時起偏器3的偏振方向與保偏尾纖5的慢軸(或快軸)對準，保偏光纖準直器6的輸出光束為線偏振光。此時，將8、9、11插入空間光路中并暫時移開檢偏器12，沿X、X’、Y、Y’、Z、Z’軸方向調節機械調整架7、8做線性位移運動，沿ωx、ωx’、ωy、ωy’軸調節機械調整架做橫搖(ωy與ωy’)、俯仰(ωx與ωx’)運動，記錄光功率14接收到的光功率，出現最大值時表明保偏光纖準直器6與9光軸方向對準。此時，將檢偏器12插入光路中，調節機械調整架8繞光軸偏轉至某一角度，在0-180°范圍內繞光軸旋轉檢偏器12，用光功率計14記錄光功率的變化。重復上述步驟，按照一定規律(如順時針或逆時針方向依次偏轉固定角度)依次改變機械調整架8的偏轉角并在0-180°范圍旋轉檢偏器12，記錄光功率的變化，直至光功率計14的輸出值在某一個角度取得最大值，而在其正交方向測量不到光功率，此時保偏光纖準直器9內傳輸的線偏振光位于保偏尾纖10的慢軸(或快軸)。當需要共快軸或共慢軸傳輸，需采用其它方式(通常利用測量顯微鏡對光纖端面進行標記)預先確定保偏尾纖7和10的慢軸(或快軸)方向，由于慢軸(或快軸)方向已預知，調節保偏光纖準直器準直時可參照標記位置進行調整，避免保偏尾纖5和10的慢軸與快軸交錯對準。

保偏光纖準直器6與9的空間對準可以抽象為機械調整架7的空間坐標系(XYZ)與機械調整架8的空間坐標系(X’Y’Z’)的六自由度對準，但由于兩組坐標系之間沒有可供參考的物理基準，它們之間的對準過程是一個多自由度、試探性、逐次逼近的過程，每一個自由度的調節都需要多次反復精細調節。特別是在第一次(初始)對準時，由于兩個機械調整架沒有統一的可供參考的物理基準，對準偏差是未知的(且往往較大)，這使得初始對準需要操作人員具有豐富的調試經驗。在對準過程中，檢偏器12需要多次重復裝夾，多次裝夾誤差使得空間光路需要進行二次調節，對準過程更加繁瑣。當起偏器3與檢偏器12的機械旋轉軸與光軸不同軸時，將導致光功率計14接收到的光功率波動，使判定光功率最大值與最小值存在困難，引起偏振對準誤差。空間光路結構存在較多的機械運動部件，各種機械運動誤差(如旋轉軸與光軸不同軸、機械運動之間的交叉耦合)導致光學測量誤差增大，不適合做定量測量。裝置本身不能分辨保偏尾纖5和10的快(慢)軸，故需要預先定軸(如采用顯微鏡標記的方法)，否則可能出現光偏振方向錯軸對準(如保偏光纖準直器6傳輸的光偏振方向位于保偏尾纖5的慢軸，而保偏光纖準直器9輸出的光偏振方向位于保偏尾纖10的快軸)。

發明內容