[發明專利]一種側視成像保偏光纖定軸方法

在審

• 申請號: 201410508687.X
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104238002A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 馮迪;翁曉泉;黃懷波;劉振華;宋凝芳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/024
• 分類號: G02B6/024
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

技術領域

本發明涉及一種側視成像保偏光纖定軸方法，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

保偏光纖由于具有對線偏振光較強的偏振保持能力和對一般單模光纖極好的兼容性，在光纖通信和傳感技術中得到了越來越廣泛的研究和應用。然而保偏光纖在這些領域應用的關鍵前提是如何精確檢測和定位保偏光纖的偏振軸。

目前，針對保偏光纖定軸的主要方法有兩種：縱向觀測法和橫向觀測法?？v向觀測法是指將光從光纖一端直接耦合入光纖，在光纖的另一端接收光，利用保偏光纖的偏振保持特性和偏振色散特性來檢測偏振軸。這種方法檢測設備復雜，對環境的要求高，操作難度大；橫向觀測法，將光從光纖側面垂直射向光纖表面，利用光纖的透鏡效應來檢測偏振軸，主要方法是側視成像法，這種方法裝置簡單，測量精度較高，適用于各種保偏光纖，是一種極具發展潛力的方法。

瑞典專利SE9401146中公開了一種基于POL法的側視成像法，將一束光垂直照射在處于同一直線的兩條光纖上，提取中心點光強值作為特征值，分別將兩條光纖旋轉一周，得到兩條特征曲線，對這兩條特征曲線做互相關，極大值所對應的角度就是兩條光纖起始方位角的差值。

中國專利CN1831572A公開了一種基于五指型側視光強分布的對軸方法，選取9個點作為特征點，利用這9個點的光強值計算特征值，將光纖旋轉一周得到特征曲線，對特征曲線和基準曲線的進行互相關運算，得到光纖的起始角。

中國專利CN1131279中，也屬于側視成像法，將一束光垂直照射在處于同一直線的兩條光纖上，兩幅光強圖像都有三個亮度峰值，左右峰值與中心峰值的距離分別為a、b，以a/b為特征值，將其中一條光纖旋轉一周，比較兩條光纖a/b值，當兩條光纖的a/b值最接近時兩條光纖方位角重合。

中國專利CN101419311A公開了一種側視圖像匹配對軸法，將兩束相互垂直的光照射在處于同一直線上的兩條光纖上，記錄兩條光纖的光強I₁₁、I₁₂、I₂₁、I₂₂(I₁₁表示第一束光照射下，第一條光纖的光強，其中下標中第一個1表示第一束光束，第二個1表示第一條光纖)，分別計算I₁₁和I₁₂，以及I₂₁和I₂₂的互相關系數R1、R2，旋轉其中一條光纖，當R1+R2最大時，兩條光纖的方位角重合。

上述這些專利在諸多領域取得了較好的對軸精度，然而也存在一些不足的地方，這些專利在測量過程中無不例外都需要將其中一條或兩條光纖旋轉一周。旋轉過程中，光纖容易發生振動，使得光纖在旋轉過程中的成像平面發生一定程度的漂移和振動，從而無法得到穩定可靠的偏振軸角度。此外，將光纖旋轉一周勢必需要花費很長的時間，因此定軸效率不高。上述多數發明只能求出方位角的相對值，不能求出其絕對值。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有的定軸方法在定軸過程中都需要將光纖轉動一周的問題，提供一種基于側視成像法且在測量過程中不需要旋轉光纖即可測量出方位角的高精度定軸方法?；诖郎y方位角的光強圖像和模板庫中的基準光強圖像做互相關運算得到互相關中心點曲線的方法，實現光纖的精確定軸。

一種側視成像保偏光纖定軸方法，包括以下幾個步驟：

步驟一、將光纖安裝在自動定軸系統上，光源為非相干平行光源，平行光從側向垂直照射在光纖表面上，在光纖另一側用CCD相機接收光強圖像；

步驟二、待測方位角的光強分布曲線經過透鏡放大被CCD相機采集，以離散數據形式存儲在計算機中；

步驟三、對步驟二所得的光強分布曲線采用內插處理方法進行處理，得到新的光強分布序列；

步驟四、獲取基準光強分布序列；

步驟五、將步驟二得到的光強分布序列和步驟四得到的基準光強分布序列做歸一化互相關運算，得到互相關曲線，按順序提取互相關曲線的中心點值，得到中心點值隨角度變化曲線，該曲線極大值的橫坐標值即所求方位角。

本發明的優點在于：

(1)本發明在光纖的測量過程中，一步定軸，不需要旋轉光纖就能得到光纖的方位角，避免了在旋轉過程中由于振動所導致的成像平面的漂移和振動，提高了定軸可靠性及效率；

(2)本發明經過光強內插后再進行相關處理，定軸精度較高；

(3)本發明適用于各類保偏光纖，具有很強的通用性。

附圖說明

圖1是基于側視成像法自動定軸系統的結構示意圖；

圖2是側視成像法的原理圖；