專利名稱：基于側(cè)視光強五指型分布的保偏光纖偏振軸的定軸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保偏光纖偏振軸的定軸方法，具體是一種基于側(cè)視光強五指型分布的 保偏光纖偏振軸的定軸方法。
背景技術(shù)：
在制作保偏光纖耦合器時，需要將兩根保偏光纖精確定軸，如圖1所示，然后將兩 根保偏光纖進行熔融拉錐。兩根保偏光纖的定軸精度越高，耦合器的性能越好。申請?zhí)枮?00610035056.6的中國發(fā)明專利申請，公開了一種基于五指型側(cè)視光 強分布的保偏光纖偏振軸的高精度定軸方法。調(diào)整保偏光纖與顯微物鏡之間的距離，使光 強分布的形貌曲線呈現(xiàn)出“五指型”的分布，中央有五個波峰、四個波谷，共有九個特征點； 旋轉(zhuǎn)保偏光纖，得到一系列隨著保偏光纖位于不同方位角的光強特征量，并得出光強特征 量隨偏振軸方位角變化的測量曲線，處理得到標準曲線，將測量曲線與標準曲線做互相關(guān)， 互相關(guān)的極大值所對應(yīng)的角度即為保偏光纖所處的方位角。但是，在該方法中，標準曲線不通用，甚至同一廠家不同批次的光纖都需要重新建 立標準曲線，這在實際應(yīng)用中相當不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于側(cè)視光強五指型分布的保偏光纖偏振 軸的定軸方法，該方法不需要建立標準曲線，從而在實際應(yīng)用中非常方便。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)基于側(cè)視光強五指型分布的保偏光纖偏振軸的定軸方法，包括如下步驟(1)將非相干平行光側(cè)向照射待定軸保偏光纖，使顯微物鏡的觀測平面上形成一 個可測量的光強分布，所述光強分布經(jīng)顯微物鏡成像于攝像機上，攝像機攝取的圖像傳入 計算機進行后續(xù)處理；(2)在計算機中，將攝像機攝取的圖像轉(zhuǎn)換成光強分布曲線；(3)調(diào)整保偏光纖與顯微物鏡之間的距離，使光強分布曲線呈現(xiàn)出“五指型”的分 布；“五指型”的分布中，包括九個特征點，從左往右，分別為第一波峰、第一波谷、第二波 峰、第二波谷、第三波峰、第三波谷、第四波峰、第四波谷、第五波峰；其值分別為\、\、V3、
v4、v5、v6、v7、v8、v9;定義第一判別量A1 A1 = V1-VV3-VV5-VVVV9 ；定義第二判別量Δ2:A2 = V5-V7 或A2 = V5-V3 或A2 = V5-(V3+V7)/2 ；(4)旋轉(zhuǎn)保偏光纖，保偏光纖的偏振軸隨之旋轉(zhuǎn)，這樣得到一系列對應(yīng)保偏光纖的不同偏振軸方位角的光強分布曲線及第一判別量和第二判別量；由此得出第一判別量隨偏振軸方位角變化的測量曲線，相鄰的第一判別量的變化 量趨于零時，表明偏振軸方位角處于0°附近或90°附近；(5)計算上述處于0°附近或90°附近的各偏振軸方位角對應(yīng)的光強分布曲線的 自相關(guān)系數(shù)，得到自相關(guān)系數(shù)與偏振軸方位角的對應(yīng)曲線；當自相關(guān)系數(shù)處于極大值并接 近于1時，表明此時偏振軸方位角為0°或90° ；應(yīng)用第二判別量進行判斷，第二判別量為 正則說明偏振軸方位角為0°，第二判別量為負則說明偏振軸方位角為90°。進一步的，步驟(5)所述的自相關(guān)系數(shù)的計算方法如下在光強分布曲線中，以特 征點第三波峰為中心點，向左依次取η個像素點，其光強值分別記為χι，χ2，. . . χη ；向右依次 取η個像素點，其光強值分別記為y2，... yn ；按照下式計算自相關(guān)系數(shù)
η_一
Σ“,-力(兄-y)R= ‘=1 …式中，R是自相關(guān)系數(shù)；I是Xl，x2，... Xn的平均值；I是yi，y2，...yn的平均值。進一步的，為了使計算得到的自相關(guān)系數(shù)能很好地反映光強分布曲線的對稱性， 若特征點第一波峰對應(yīng)為xm，η的取值由下式確定m彡η彡3m。進一步的，步驟(3)中，調(diào)整保偏光纖與顯微物鏡之間的距離，使觀測平面與保偏 光纖纖芯的距離L為150 μ m 152 μ m，這樣即可獲得較理想的“五指型”的光強分布曲線。進一步的，步驟(4)中，旋轉(zhuǎn)保偏光纖時采用兩臺步進電機同步旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果(1)在0°或90° (定義保偏光纖慢軸跟平行光的逆時針方向旋轉(zhuǎn)夾角為正)附 近(在士 10°范圍內(nèi))，本發(fā)明的側(cè)視圖像的光強分布曲線呈現(xiàn)出“五指型”的分布。本發(fā)明 與五點特征值法和POL法相比，光強對稱分布判斷法的特征值變化量比五點特征值法、POL 法的特征值變化量都要大，特征值曲線隨角度的變化更明顯，更陡峭。此外，在0°或90° 附近，光強對稱分布判斷法將使方位角的測量靈敏度獲得極大的提高，在制作保偏光纖耦 合器或保偏光纖偏振器時，對0°或90°附近的定軸有著較高的要求，本方法在0°或90° 附近的理論定軸精度可達0. 1°，實際定軸精度取決于顯微鏡和CXD的分辨率。本發(fā)明的可 應(yīng)用于制作保偏光纖耦合器時對保偏光纖精確定軸。(2)與200610035056.6的中國發(fā)明專利申請相比，本發(fā)明不再需要建立標準曲
線，從而可顯著提高定軸效率。(3)本發(fā)明的基于側(cè)視光強五指型分布的保偏光纖偏振軸定軸方法，主要適用于 在0°或90° (定義保偏光纖慢軸(0° )跟平行光的逆時針方向旋轉(zhuǎn)夾角為正)附近(在 士 10°范圍內(nèi))對定軸精度有很高要求的情況，通常在制作保偏光纖耦合器和保偏光纖偏 振器時有此要求，本發(fā)明可應(yīng)用于制作保偏光纖耦合器、保偏光纖偏振器、保偏光纖的熔 接、保偏光纖拉錐、光纖陀螺等。


圖1為保偏光纖耦合器在制作之前定軸時的擺放示意圖。
圖2為實現(xiàn)本發(fā)明的定軸方法的裝置示意圖。圖3為保偏光纖處于90°方位角時的光強分布曲線。圖4為在90°附近(86° 94° )各對應(yīng)角度的第一判別量的折線圖。圖5為在90°附近(87° 93° )各對應(yīng)角度的自相關(guān)系數(shù)的折線圖。圖6為保偏光纖處于0°方位角時的光強分布曲線。圖中，1 第一波峰；2 第一波谷；3 第二波峰；4 第二波谷；5 第三波峰；6 第 三波谷；7 第四波峰；8 第四波谷；9 第五波峰；11 保偏光纖；12 顯微物鏡；13 非相干 平行光源；14 非相干平行光；15 觀測平面；16 :CCD攝像機；17 保偏光纖的偏振軸方位 角；18 保偏光纖偏振主軸(慢軸)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。實施例一種基于側(cè)視光強五指型分布的保偏光纖偏振軸定軸方法(1)如圖2所示，將非相干平行光源13發(fā)出的非相干平行光14側(cè)向照射到待定軸 保偏光纖(熊貓型保偏光纖)11時，保偏光纖由于兩應(yīng)力區(qū)、纖芯、包層的折射率不同，使保 偏光纖對入射平行光產(chǎn)生類似一個柱面透鏡的作用，使得在距光纖中心為L的觀測平面15 上形成了一個可測量的光強分布。此光強分布包含了保偏光纖偏振軸的空間位置信息，并 且可被帶有A/D轉(zhuǎn)換功能的CXD攝像機16所記錄下來。調(diào)整顯微物鏡12與保偏光纖11 的距離，則CCD攝像機16記錄的光強分布的形貌會有所變化。一般情況下的調(diào)整，記錄的 光強分布曲線的形貌呈“山”型分布。在光強分布圖中與光纖垂直的方向上取一列數(shù)據(jù)，由 這一列數(shù)據(jù)即可構(gòu)成保偏光纖的光強分布曲線。(2)保偏光纖的兩端由分別由夾具固定夾緊，夾具的后側(cè)都連有步進電機，兩臺步 進電機固定在一平移臺上。通過調(diào)整平移臺，以達到細致調(diào)整待定軸保偏光纖11與顯微物 鏡12之間的距離，從而實現(xiàn)細致調(diào)節(jié)顯微物鏡12的觀測平面15的位置，調(diào)節(jié)圖2中觀測 平面與保偏光纖纖芯的距離L為150 μ m 152 μ m時，在CXD攝像機16上記錄的光強分布 曲線會出現(xiàn)與一般情況下不同的形貌，如圖3所示，該記錄的保偏光纖的側(cè)向光強分布曲 線的形貌曲線呈現(xiàn)出“五指型”的分布。(3)如圖3所示，“五指型”的光強分布曲線的中央有五個波峰、四個波谷，共有九 個特征點，從左往右，分別定義為第一波峰1、第一波谷2、第二波峰3、第二波谷4、第三波峰 5、第三波谷6、第四波峰7、第四波谷8、第五波峰9。保偏光纖的慢軸與平行光的夾角θ就 是此時保偏光纖的偏振軸方位角17 (保偏光纖慢軸跟平行光的逆時針夾角為正)。(4)根據(jù)記錄下來的光強分布曲線，將第一波峰1的值、第二波峰3的值、第三波 峰5的值、第四波峰7的值、第五波峰9的值之和減去第一波谷2的值、第二波谷4的值、 第三波谷6的值、第四波谷8的值之和，所得到的差值作為第一判別量。(5)用兩臺步進電機同步旋轉(zhuǎn)保偏光纖11，可以得到隨著保偏光纖位于不同方位 角時的判別量，由此得出第一判別量隨偏振軸方位角變化的測量曲線，如圖4所示，隨著保 偏光纖的偏振軸方位角在90°附近時，第一判別量的變化量趨于零。保偏光纖的偏振軸方位角在0°附近時，第一判別量的變化量也趨于零。(6)計算0°或90°附近的偏振軸方位角對應(yīng)的光強分布曲線的自相關(guān)系數(shù)在光強分布曲線中，以特征點第三波峰5為中心點，向左依次取η個像素點，其光 強值分別記為Xl，χ2, · · · Xn ；向右依次取η個像素點，其光強值分別記為y2，... yn ；按照 下式計算自相關(guān)系數(shù)
權(quán)利要求
基于側(cè)視光強五指型分布的保偏光纖偏振軸的定軸方法，其特征在于包括如下步驟(1)將非相干平行光側(cè)向照射待定軸保偏光纖，使顯微物鏡的觀測平面上形成一個可測量的光強分布，所述光強分布經(jīng)顯微物鏡成像于攝像機上，攝像機攝取的圖像傳入計算機進行后續(xù)處理；(2)在計算機中，將攝像機攝取的圖像轉(zhuǎn)換成光強分布曲線；(3)調(diào)整保偏光纖與顯微物鏡之間的距離，使光強分布曲線呈現(xiàn)出“五指型”的分布；“五指型”的分布中，包括九個特征點，從左往右，分別為第一波峰、第一波谷、第二波峰、第二波谷、第三波峰、第三波谷、第四波峰、第四波谷、第五波峰；其值分別為V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9；定義第一判別量Δ1Δ1＝V1 V2+V3 V4+V5 V6+V7 V8+V9；定義第二判別量Δ2Δ2＝V5 V7或Δ2＝V5 V3或Δ2＝V5 (V3+V7)/2；(4)旋轉(zhuǎn)保偏光纖，保偏光纖的偏振軸隨之旋轉(zhuǎn)，這樣得到一系列對應(yīng)保偏光纖的不同偏振軸方位角的光強分布曲線及第一判別量和第二判別量；由此得出第一判別量隨偏振軸方位角變化的測量曲線，相鄰的第一判別量的變化量趨于零時，表明偏振軸方位角處于0°附近或90°附近；(5)計算上述處于0°附近或90°附近的各偏振軸方位角對應(yīng)的光強分布曲線的自相關(guān)系數(shù)，得到自相關(guān)系數(shù)與偏振軸方位角的對應(yīng)曲線；當自相關(guān)系數(shù)處于極大值并接近于1時，表明此時偏振軸方位角為0°或90°；應(yīng)用第二判別量進行判斷，第二判別量為正則說明偏振軸方位角為0°，第二判別量為負則說明偏振軸方位角為90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定軸方法，其特征在于步驟(5)所述的自相關(guān)系數(shù)的計算 方法如下在光強分布曲線中，以特征點第三波峰為中心點，向左依次取η個像素點，其光 強值分別記為Xl，χ2, · · · Xn ；向右依次取η個像素點，其光強值分別記為y2，... yn ；按照 下式計算自相關(guān)系數(shù)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定軸方法，其特征在于特征點第一波峰對應(yīng)為xm，η的取值 由下式確定m彡η彡3m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的定軸方法，其特征在于步驟(3)中，調(diào)整保偏光纖 與顯微物鏡之間的距離，使觀測平面與保偏光纖纖芯的距離L為150μπι 152μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定軸方法，其特征在于步驟(4)中，旋轉(zhuǎn)保偏光纖時采用兩 臺步進電機同步旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于側(cè)視光強五指型分布的保偏光纖偏振軸的定軸方法，將非相干平行光側(cè)向照射待定軸保偏光纖，使顯微物鏡的觀測平面上形成一個可測量的光強分布，所述光強分布經(jīng)顯微物鏡成像于攝像機上，形成“五指型”的光強分布曲線；計算光強分布曲線的自相關(guān)系數(shù)，并根據(jù)“五指型”的波峰、波谷的特征值即可對保偏光纖精確定軸。本發(fā)明不再需要建立標準曲線，從而可顯著提高定軸效率。本發(fā)明主要適用于偏振軸在0°或90°附近對定軸精度有很高要求的情況，通常在制作保偏光纖耦合器和保偏光纖偏振器時有此要求，本發(fā)明可應(yīng)用于制作保偏光纖耦合器、保偏光纖偏振器、保偏光纖的熔接、保偏光纖拉錐、光纖陀螺等。
文檔編號G02B6/024GK101980060SQ201010284088
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者張軍, 陳哲, 黃林盛 申請人:暨南大學