[發明專利]一種保偏光纖側視成像定軸方法及裝置

有效

• 申請號: 201510418773.6
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105068180B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 徐宏杰;胡永康;李慧鵬;宋凝芳;羅惠剛
• 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: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

1.一種保偏光纖側視成像定軸裝置，它由光路部分、旋轉控制部分和定軸程序三部分構成；兩路垂直安放的光路和旋轉控制部分固定在同一機械平臺上，然后通過RS232接口連接旋轉控制部分和上位機、通過PCI總線連線光路和上位機；其特征在于：

所述光路部分實現定軸過程中光纖圖像的實時采集和顯示，采用垂直安放的雙光路方案，核心器件是鏡頭和電荷耦合器件CCD；該鏡頭是大恒GCO2102；該電荷耦合器件CCD是大恒PNT 602H；該光源是綠色LED平行光源；為保證成像質量，光路中加裝了鏡頭位置調整裝置以便調整鏡頭位置得到最清晰的光纖成像；此外，電荷耦合器件CCD靶面應當與平行光方向垂直，電荷耦合器件CCD和鏡頭尺寸應該匹配；

所述旋轉控制部分利用步進電機實現光纖的旋轉，為保證光纖旋轉時不發生明顯離軸，采用V型槽加真空吸附的方式固定光纖，為防止步進電機因急停而產生振蕩、失步現象，采取光纖旋轉和圖像采集并行而不是單步采集方案，即給步進電機發出旋轉一周指令后同時開始圖像采集，電機中間不停車直至旋轉完一周；定軸程序控制圖像采集、處理以及步進電機的運動；

所述定軸程序利用VS2010+QT編寫，實現圖像采集、處理，控制步進電機旋轉，計算偏振軸角度；此外，該程序能實時顯示定軸過程中的光纖圖像，能控制光纖以不同的角度間隔正反轉一周。

2.一種保偏光纖側視成像定軸方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：設置好光源、鏡頭和電荷耦合器件CCD的位置，將光纖固定到夾具上后，調整透鏡位置使光纖成像清晰，然后上位機發出定軸指令，步進電機開始驅動光纖旋轉、兩路光路開始采集圖像，計算機對電荷耦合器件CCD采集到的圖像進行處理得到光纖成像中心處的灰度值；

步驟二：當光纖旋轉一周后利用灰度值繪制出特征曲線P(θ)，然后對特征曲線進行傅里葉擬合得到擬合后的特征曲線P₁(θ)；

步驟三：根據保偏光纖結構特點可知，光纖從偏振軸方位角為0°即應力區連線方向或者90°即應力區連線垂直方向時開始旋轉，特征曲線前后兩部分應嚴格對稱，利用這兩部分曲線的相關性衡量其對稱程度，相關系數越大說明對稱度越高；

步驟四：在±90°范圍內以0.1°的步長改變擬合后特征曲線P₁(θ)的相位角θ，依次計算前后兩部分相關系數，當相關系數最大時相位角θ＝θ_m則認為此時偏振方位角為-θ_m或者90-θ_m，為進一步確定偏振軸方位角為哪一個值需要提前仿真分析常見保偏光纖偏振軸在0°和90°時的光強大小關系，根據該大小關系即得到偏振軸位置；假設兩套光路計算出的偏振軸方位角分別為θ₁和θ₂，則最終檢測到的偏振軸方位角為(θ₁+θ₂)/2，利用該定軸方法理論上達到優于0.5°的定軸精度。

3.根據權利要求1所述的一種保偏光纖側視成像定軸裝置，其特征在于：圖像處理、數據計算以及步進電機控制程序都是由計算機完成的，使用嵌入式微處理器代替計算機也能完成同樣的功能。

4.根據權利要求1所述的一種保偏光纖側視成像定軸裝置，其特征在于：使用雙光路成像系統以減少定軸誤差，使用單光路系統也能完成同樣的功能。

5.根據權利要求1所述的一種保偏光纖側視成像定軸裝置，其特征在于：使用V型槽加真空吸附方式固定光纖以保證光纖同軸旋轉，使用壓片式夾具也能固定光纖；驅動光纖旋轉的步進電機也能是更精密的壓電陶瓷馬達驅動光纖。