專利名稱：保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)用空間調(diào)整機(jī)構(gòu)、裝置以及對準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通訊與光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種對保偏光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行對準(zhǔn)時(shí)使用的空間位置調(diào)整機(jī)構(gòu)及包括該機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)裝置，以及使用該對準(zhǔn)裝置進(jìn)行對準(zhǔn)的對準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
保偏光纖準(zhǔn)直器是組成光纖無源器件的基礎(chǔ)部件，由保偏光纖準(zhǔn)直器與微光學(xué)晶體組成的光纖無源器件在光纖通訊與光纖傳感系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。其功能是將入射至保偏光纖準(zhǔn)直器尾纖的光束經(jīng)由內(nèi)部準(zhǔn)直透鏡轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄廨敵?，或者將平行光?huì)聚至保偏光纖準(zhǔn)直器尾纖內(nèi)部傳輸。相對于單模光纖準(zhǔn)直器，保偏光纖準(zhǔn)直器內(nèi)部傳輸?shù)墓獠ㄆ駪B(tài)為線偏振，其電磁場振動(dòng)方向位于保偏光纖的慢軸(或快軸)。光纖無源器件中的兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器需要對準(zhǔn)，達(dá)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(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器內(nèi)傳輸?shù)墓獠ㄆ穹较蛳嗤?即線偏振光的振動(dòng)方向均為慢軸或快軸)的要求。因此，將兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)的對準(zhǔn)裝置一般兩部分構(gòu)成機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)與光學(xué)檢測裝置。如圖1所示，目前國內(nèi)多使用機(jī)械調(diào)整架與空間光檢測裝置進(jìn)行保偏光纖準(zhǔn)直器的空間方位對準(zhǔn)和光學(xué)參數(shù)的測量。在圖1中，光源1發(fā)射的空間光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐?，?jīng)起偏器3對光束進(jìn)行起偏使其轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，聚焦透鏡4將線偏振光耦合至保偏光纖準(zhǔn)直器6的保偏尾纖5中。為使線偏振光振動(dòng)方向位于保偏尾纖5的慢軸(或快軸)，暫時(shí)將機(jī)械調(diào)整架 8、保偏光纖準(zhǔn)直器9、準(zhǔn)直透鏡11移開，令保偏光纖準(zhǔn)直器5發(fā)射的光束直接入射至檢偏器12并經(jīng)會(huì)聚透鏡13耦合至光功率計(jì)14。首先繞光軸(圖中0-0’軸)方向偏轉(zhuǎn)起偏器 3至某一角度，然后圍繞光軸在0-180°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)檢偏器12，用光功率計(jì)14記錄光功率的變化。重復(fù)上述步驟，按照一定規(guī)律(如順時(shí)針或逆時(shí)針方向依次偏轉(zhuǎn)固定角度)依次改變起偏器3的偏轉(zhuǎn)角并在0-180°范圍旋轉(zhuǎn)檢偏器12，記錄光功率的變化，直至光功率計(jì) 14記錄的測量值在某一個(gè)方向出現(xiàn)最大值而在其正交方向上測量不到光功率，此時(shí)起偏器 3的偏振方向與保偏尾纖5的慢軸(或快軸)對準(zhǔn)，保偏光纖準(zhǔn)直器6的輸出光束為線偏振光。此時(shí)，將8、9、11插入空間光路中并暫時(shí)移開檢偏器12，沿乂、乂’、￥、￥’、2、2’軸方向調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整架7、8做線性位移運(yùn)動(dòng)，沿ωχ、ωχ’、coy、coy’軸調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整架做橫搖(coy 與《y’)、俯仰(ωχ與ωχ’)運(yùn)動(dòng)，記錄光功率14接收到的光功率，出現(xiàn)最大值時(shí)表明保偏光纖準(zhǔn)直器6與9光軸方向?qū)?zhǔn)。此時(shí)，將檢偏器12插入光路中，調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整架8繞光軸偏轉(zhuǎn)至某一角度，在0-180°范圍內(nèi)繞光軸旋轉(zhuǎn)檢偏器12，用光功率計(jì)14記錄光功率的變化。重復(fù)上述步驟，按照一定規(guī)律(如順時(shí)針或逆時(shí)針方向依次偏轉(zhuǎn)固定角度)依次改變機(jī)械調(diào)整架8的偏轉(zhuǎn)角并在0-180°范圍旋轉(zhuǎn)檢偏器12，記錄光功率的變化，直至光功率計(jì)14的輸出值在某一個(gè)角度取得最大值，而在其正交方向測量不到光功率，此時(shí)保偏光纖準(zhǔn)直器9內(nèi)傳輸?shù)木€偏振光位于保偏尾纖10的慢軸(或快軸)。當(dāng)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(jìn)行標(biāo)記)預(yù)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(yù)知，調(diào)節(jié)保偏光纖準(zhǔn)直器準(zhǔn)直時(shí)可參照標(biāo)記位置進(jìn)行調(diào)整，避免保偏尾纖5和10的慢軸與快軸交錯(cuò)對準(zhǔn)。保偏光纖準(zhǔn)直器6與9的空間對準(zhǔn)可以抽象為機(jī)械調(diào)整架7的空間坐標(biāo)系(XYZ) 與機(jī)械調(diào)整架8的空間坐標(biāo)系(χ’ Y’ r )的六自由度對準(zhǔn)，但由于兩組坐標(biāo)系之間沒有可供參考的物理基準(zhǔn)，它們之間的對準(zhǔn)過程是一個(gè)多自由度、試探性、逐次逼近的過程，每一個(gè)自由度的調(diào)節(jié)都需要多次反復(fù)精細(xì)調(diào)節(jié)。特別是在第一次(初始)對準(zhǔn)時(shí)，由于兩個(gè)機(jī)械調(diào)整架沒有統(tǒng)一的可供參考的物理基準(zhǔn)，對準(zhǔn)偏差是未知的(且往往較大)，這使得初始對準(zhǔn)需要操作人員具有豐富的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。在對準(zhǔn)過程中，檢偏器12需要多次重復(fù)裝夾，多次裝夾誤差使得空間光路需要進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，對準(zhǔn)過程更加繁瑣。當(dāng)起偏器3與檢偏器12 的機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸與光軸不同軸時(shí)，將導(dǎo)致光功率計(jì)14接收到的光功率波動(dòng)，使判定光功率最大值與最小值存在困難，引起偏振對準(zhǔn)誤差。空間光路結(jié)構(gòu)存在較多的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)誤差(如旋轉(zhuǎn)軸與光軸不同軸、機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間的交叉耦合)導(dǎo)致光學(xué)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(yù)先定軸(如采用顯微鏡標(biāo)記的方法)，否則可能出現(xiàn)光偏振方向錯(cuò)軸對準(zhǔn)(如保偏光纖準(zhǔn)直器6 傳輸?shù)墓馄穹较蛭挥诒Ｆ怖w5的慢軸，而保偏光纖準(zhǔn)直器9輸出的光偏振方向位于保偏尾纖10的快軸)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，首先為了克服現(xiàn)有的保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)裝置存在的機(jī)械運(yùn)動(dòng)零部件數(shù)量多，缺少參考物理基準(zhǔn)，需要預(yù)先定軸，對操作者經(jīng)驗(yàn)依賴程度高， 調(diào)節(jié)效率低，光學(xué)測量誤差大的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)空間調(diào)整機(jī)構(gòu)， 由其提供輔助參考物理基準(zhǔn)，無需預(yù)先定軸；另外，本發(fā)明為了能解決實(shí)現(xiàn)定量測量光功率與偏振消光比，提高調(diào)節(jié)效率，降低對操作者經(jīng)驗(yàn)的依賴程度的問題，還提供了一種采用該空間調(diào)整機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)裝置，以及使用該套裝置對兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行對準(zhǔn)的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案分別是一種保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)用空間調(diào)整機(jī)構(gòu)，包括滑動(dòng)基座41、兩套結(jié)構(gòu)相同的機(jī)械調(diào)整部分(38、40)和一套參考物理基準(zhǔn)部分39，參考物理基準(zhǔn)部分39位于兩套機(jī)械調(diào)整部分(38、40)之間并且三個(gè)部分都滑動(dòng)連接于滑動(dòng)基座41上；所述一機(jī)械調(diào)整部分包括三軸位移臺(tái)和三維萬向調(diào)整架；所述三軸位移臺(tái)包括，一在滑動(dòng)基座41之上并與之滑動(dòng)連接的Z軸平移滑塊43、 一在Z軸平移滑塊43之上并與之滑動(dòng)連接的Y軸平移滑塊44、一在Y軸平移滑塊44之上并與之固定連接的X軸固定基板46、一在X軸固定基板46之一側(cè)并與之滑動(dòng)連接的X軸平移滑塊48、一在X軸平移滑塊48之上并與之固定連接的X軸連接板49 ；所述三維萬向調(diào)整架包括，一固定連接于X軸連接板49之上的萬向調(diào)整架基座 50，一位于萬向調(diào)整架基座50之上且與之之間設(shè)有包括X軸調(diào)節(jié)旋鈕63在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的X軸轉(zhuǎn)動(dòng)架51，一位于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)架51之中并與之之間設(shè)有包括Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕52在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)架M，一位于Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)架M 之上并與之之間設(shè)有包括Z軸調(diào)節(jié)旋鈕53在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞Z軸旋轉(zhuǎn)的Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55上對稱安裝有用來夾持與固定保偏光纖準(zhǔn)直器17的三個(gè)卡爪56，卡爪56與Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55之間設(shè)有螺紋副；所述參考物理基準(zhǔn)部分39包括，一在滑動(dòng)基座41之上并與之滑動(dòng)連接的光學(xué)調(diào)整鏡架基座58，一安裝于光學(xué)調(diào)整鏡架基座58之上可調(diào)長短并可繞自身轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的伸縮旋轉(zhuǎn)桿59，伸縮旋轉(zhuǎn)桿59的頂端安裝有一雙面光反射鏡60。一種保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)裝置，包括上述的空間調(diào)整機(jī)構(gòu)，還包括線偏振光發(fā)生器15、光纖連接網(wǎng)絡(luò)17及光學(xué)參數(shù)測量單元18 ；線偏振光發(fā)生器15產(chǎn)生沿保偏光纖19的慢軸方向振動(dòng)的線偏振光，經(jīng)保偏光纖 19發(fā)送至光纖連接網(wǎng)絡(luò)的第一保偏光選擇開關(guān)23的總路端，第一保偏光選擇開關(guān)23的兩個(gè)分路端(A、B)分別各通過保偏光纖連接一保偏光環(huán)行器04、25)的信號輸入端(a、a’)， 各保偏光環(huán)行器04、25)的收發(fā)復(fù)用端(b、b’ )各通過保偏光纖O0、21)連接空間調(diào)整機(jī)構(gòu)的一被夾持固定的保偏光纖準(zhǔn)直器，各保偏光環(huán)行器04、25)的輸出端(c、c’ )各通過保偏光纖連接一第二保偏光選擇開關(guān)26的分路端(Α’、B’ )之一，第二保偏光選擇開關(guān)沈的總路端通過保偏光纖22連接光學(xué)參數(shù)測量單元18。進(jìn)一步，所述線偏振光發(fā)生器包括一放大自發(fā)輻射光源23和將該光源產(chǎn)生的光波起偏成線偏振光并沿所述保偏光纖19慢軸傳輸?shù)谋Ｆ饫w起偏器Μ。進(jìn)一步，所述光學(xué)參數(shù)測量單元包括將保偏光纖傳送來的入射光波分解為兩個(gè)正交偏振分量的偏振分束器27，兩個(gè)偏振分量分別經(jīng)兩光電探測器(觀、29)轉(zhuǎn)換為兩光生電流，兩光生電流分別經(jīng)兩I-V變換器(30、31)轉(zhuǎn)換為電壓信號，每個(gè)I-V變換器輸出的電壓信號各經(jīng)一線性放大器(32、3；3)放大后匯總至一個(gè)加法器36對電壓求和，每個(gè)I-V變換器輸出的電壓信號還各經(jīng)一對數(shù)放大器(34、3幻放大后匯總至一個(gè)減法器37進(jìn)行對數(shù)相減。本發(fā)明還結(jié)合上述對準(zhǔn)裝置提出一整套保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)方法，包括以下步驟7)設(shè)定參考物理基準(zhǔn)將雙面光反射鏡60豎直插入機(jī)械調(diào)整架38與39之間，使兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器 (64,65)的OZ軸與0，V軸垂直于雙面光反射鏡60 ；8)設(shè)定一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器自準(zhǔn)直用一可見光源替代線偏振光發(fā)生器15連接至保偏光纖19，將第一保偏光選擇開關(guān)23切換至A通道，使可見光被引入保偏光纖準(zhǔn)直器64，可見光由雙面光反射鏡60反射， 調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整部分38使反射光斑落入保偏光纖準(zhǔn)直器64自身的接收孔徑內(nèi)；移除可見光源，將線偏振光發(fā)生器15連接至保偏光纖19，將第二保偏光選擇開關(guān)沈切換至Α’通道，此時(shí)雙面光反射鏡的反射光經(jīng)由Α’通道發(fā)送至光學(xué)參數(shù)測量單元18，調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整部分38 使光功率取得最大值，此時(shí)保偏光纖準(zhǔn)直器64的光軸(00’軸)與雙面光反射鏡60垂直， 反射光被保偏光纖準(zhǔn)直器64完全接收；9)設(shè)定另一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的自準(zhǔn)直采用步驟2、的方法設(shè)定另一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的自準(zhǔn)直；10)移除參考物理基準(zhǔn)將雙面光反射鏡60移走，使第一保偏光纖準(zhǔn)直器64發(fā)射的光波可以被第二保偏光纖準(zhǔn)直器65接收；11)設(shè)定兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的互準(zhǔn)直
將兩個(gè)保偏光選擇開關(guān)切換至使光波按線偏振光發(fā)生器、第一保偏光纖準(zhǔn)直器、 第二保偏光纖準(zhǔn)直器、光學(xué)參數(shù)測量單元18的方向傳送連接的狀態(tài)，沿XYZ與V Y’ V方向分別調(diào)節(jié)兩個(gè)機(jī)械調(diào)整部分(38、40)，使第一保偏光纖準(zhǔn)直器64發(fā)射的光波被第二保偏光纖準(zhǔn)直器65最大化接收；12)偏振對準(zhǔn)在0-180°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55，此時(shí)兩個(gè)光電探測器Q8J9)接收的s分量與P分量可以表示為Vs= nPsin2 θVp = nPcos2 θ(0° 彡 θ 彡 180° )此處，η是考慮到Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55在做回轉(zhuǎn)時(shí)，由于保偏光纖準(zhǔn)直器的光軸與回轉(zhuǎn)軸存在偏角，引起到達(dá)偏振分束器的光功率波動(dòng)，而引入的誤差因子，θ為橢圓光偏振態(tài)主軸相對保偏光纖22慢軸的夾角，將兩個(gè)對數(shù)放大器(34、35)的輸出相減，則有ER = Log (Vs) -Log (Vp) = Log (Vs/Vp) = Log(tan2 θ ) (0 ° 彡 θ 彡 180 ° )在 0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)θ = π Λ時(shí)，ER取得最大值，即偏振消光比最大值。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1)提供一個(gè)物理參考基準(zhǔn)，使初始空間方位對準(zhǔn)簡單易行；2)采用光纖光路使機(jī)械運(yùn)動(dòng)零部件數(shù)量減少；3)實(shí)現(xiàn)光功率與偏振消光比的在線測量；4)提出一種三維萬向調(diào)整架，其三個(gè)擺動(dòng)軸線相交，避免偏心調(diào)整引入的位移偏差力)提出一種自定心夾持器，使保偏光纖準(zhǔn)直器回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引入的光功率波動(dòng)減??；6) 設(shè)計(jì)一種對準(zhǔn)方法，使調(diào)整效率提高，降低對操作者技能的依賴。7)采用保偏光纖光路并通過測量偏振消光比的方法避免偏振對準(zhǔn)時(shí)錯(cuò)軸現(xiàn)象的發(fā)生。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中使用機(jī)械調(diào)整架與空間光檢測裝置的保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)用空間調(diào)整機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意3是三維萬向調(diào)整架的結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明的坐標(biāo)系示意5是本發(fā)明的對準(zhǔn)裝置連接結(jié)構(gòu)原理6是本發(fā)明的光纖連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理7是本發(fā)明的光學(xué)參數(shù)測量單元結(jié)構(gòu)原理8是自準(zhǔn)直設(shè)定時(shí)保偏光纖準(zhǔn)直器與參考物理基準(zhǔn)空間位置關(guān)系示意9是保偏光纖準(zhǔn)直器互準(zhǔn)直與偏振對準(zhǔn)裝置等效圖
具體實(shí)施例方式如圖2所示，本發(fā)明的一種保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)用空間調(diào)整機(jī)構(gòu)，包括滑動(dòng)基座 41、兩套結(jié)構(gòu)相同的機(jī)械調(diào)整部分(38、40)和一套參考物理基準(zhǔn)部分39，參考物理基準(zhǔn)部分39位于兩套機(jī)械調(diào)整部分(38、40)之間并且三個(gè)部分都滑動(dòng)連接于帶有V型滑動(dòng)槽的滑動(dòng)基座41上；
所述一個(gè)機(jī)械調(diào)整部分包括三軸位移臺(tái)和三維萬向調(diào)整架；所述三軸位移臺(tái)用于機(jī)械調(diào)整部分(38、40)沿正交坐標(biāo)系的平移調(diào)整，包括，一在滑動(dòng)基座41之上并與之滑動(dòng)連接的Z軸平移滑塊43、一在Z軸平移滑塊43之上并與之滑動(dòng)連接的Y軸平移滑塊44、一在Y軸平移滑塊44之上并與之固定連接的X軸固定基板 46、一在X軸固定基板46之一側(cè)并與之滑動(dòng)連接的X軸平移滑塊48、一在X軸平移滑塊48 之上并與之固定連接的X軸連接板49 ；三軸位移臺(tái)的三個(gè)軸向移動(dòng)是依靠安裝在滑動(dòng)基座 41上的各軸平移滑塊03、44、48)和調(diào)節(jié)旋鈕02、45、47)通過齒輪齒條傳動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。如圖2、圖3和圖4所示，所述三維萬向調(diào)整架用于機(jī)械調(diào)整部分(38、40)圍繞正交坐標(biāo)系的軸線的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)調(diào)整，包括，一固定連接于X軸連接板49之上的萬向調(diào)整架基座50，一位于萬向調(diào)整架基座50之上且與之之間設(shè)有包括X軸調(diào)節(jié)旋鈕63在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的X軸轉(zhuǎn)動(dòng)架51，一位于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)架51之中并與之之間設(shè)有包括Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕52在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)架54，一位于Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)架 54之上并與之之間設(shè)有包括Z軸調(diào)節(jié)旋鈕53在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞Z軸旋轉(zhuǎn)的Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55上對稱安裝有用來夾持與固定保偏光纖準(zhǔn)直器17的三個(gè)卡爪56， 卡爪56與Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55之間設(shè)有螺紋副；Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55 (即自定心夾持器基座)與自定心夾持器的卡爪56安裝在三維萬向調(diào)整架上用于保偏光纖準(zhǔn)直器(64、6幻的夾持與定軸。如圖2所示，所述參考物理基準(zhǔn)部分39包括，一在滑動(dòng)基座41之上并與之滑動(dòng)連接的光學(xué)調(diào)整鏡架基座58，一安裝于光學(xué)調(diào)整鏡架基座58之上可調(diào)長短并可繞自身轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的伸縮旋轉(zhuǎn)桿59，伸縮旋轉(zhuǎn)桿59的頂端安裝有一雙面光反射鏡60。雙面光反射鏡60 在自準(zhǔn)直調(diào)節(jié)過程中處于圖中60標(biāo)示位置，在互準(zhǔn)直調(diào)節(jié)過程中，雙面光反射鏡60繞伸縮桿59連接轉(zhuǎn)軸處轉(zhuǎn)動(dòng)到圖中61所標(biāo)示位置。如圖5所示，本發(fā)明提出的保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)裝置，包括上述的空間調(diào)整機(jī)構(gòu)， 還包括線偏振光發(fā)生器15、光纖連接網(wǎng)絡(luò)17及光學(xué)參數(shù)測量單元18 ；光纖連接網(wǎng)絡(luò)17與空間調(diào)整結(jié)構(gòu)16通過保偏光纖20與21連接，將光波發(fā)送至空間調(diào)整機(jī)構(gòu)16或接收來自空間調(diào)整機(jī)構(gòu)16的光波。如圖6所示，光纖連接網(wǎng)絡(luò)17由2個(gè)保偏光選擇開關(guān)(23、26)、2個(gè)保偏光環(huán)行器 (24,25)通過保偏光纖連接而成。具體如下線偏振光發(fā)生器15產(chǎn)生沿保偏光纖19的慢軸方向振動(dòng)的線偏振光，該光波經(jīng)保偏光纖19發(fā)送至光纖連接網(wǎng)絡(luò)17的第一保偏光選擇開關(guān)23的總路端，第一保偏光選擇開關(guān)23的兩個(gè)分路端(A、B)分別各通過保偏光纖連接一保偏光環(huán)行器04、25)的信號輸入端(a、a’)，各保偏光環(huán)行器04、25)的收發(fā)復(fù)用端(b、b’ )各通過保偏光纖(20、21)連接空間調(diào)整機(jī)構(gòu)的一被夾持固定的保偏光纖準(zhǔn)直器，各保偏光環(huán)行器04、25)的輸出端(C、 c’ )各通過保偏光纖連接一第二保偏光選擇開關(guān)沈的分路端(A’、B’ )之一，第二保偏光選擇開關(guān)26的總路端通過保偏光纖22連接光學(xué)參數(shù)測量單元18。保偏光選擇開關(guān)通過外加電壓控制信號可選擇一路光纖連通，因此控制保偏光選擇開關(guān)(23、26)的選通邏輯即可控制光波在光纖連接網(wǎng)絡(luò)中的保偏光纖(19、20、21、22)中的傳輸路徑。本實(shí)施例中所述的線偏振光發(fā)生器(如圖5所示)包括一放大自發(fā)輻射光源 23 (ASE光源)和將該光源產(chǎn)生的光波起偏成線偏振光并沿所述保偏光纖19慢軸傳輸?shù)谋Ｆ饫w起偏器24。ASE光源發(fā)送的光波具有類似熒光的特性，且具有極低的偏振度，可近似認(rèn)為是一種白光源進(jìn)一步，所述光學(xué)參數(shù)測量單元包括將保偏光纖傳送來的入射光波分解為兩個(gè)正交偏振分量(S分量與P分量)的偏振分束器27，兩個(gè)偏振分量分別經(jīng)兩光電探測器08、 29)轉(zhuǎn)換為兩光生電流，兩光生電流分別經(jīng)兩I_V(電流-電壓)變換器(30、31)轉(zhuǎn)換為電壓信號，每個(gè)I-V變換器輸出的電壓信號各經(jīng)一線性放大器(32、3；3)放大后匯總至一個(gè)加法器36對電壓求和，該電壓值正比于保偏光纖22接收到的光功率；同時(shí)，每個(gè)I-V變換器輸出的電壓信號還各經(jīng)一對數(shù)放大器(34、3幻放大后匯總至一個(gè)減法器37進(jìn)行對數(shù)相減，等同于線性除法運(yùn)算，輸出電壓值正比于保偏光纖22接收到光波的偏振消光比。結(jié)合上述對準(zhǔn)裝置，本發(fā)明提出一整套保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)方法，具體步驟如下1)設(shè)定參考物理基準(zhǔn)將雙面光反射鏡60豎直插入機(jī)械調(diào)整架38與39之間，如圖8所示，使兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器(64、65)的OZ軸與0’ τ,軸垂直于雙面光反射鏡60 ；2)設(shè)定一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器自準(zhǔn)直用一可見光源(比如紅光筆)替代線偏振光發(fā)生器15連接至保偏光纖19，如圖6 所示，將第一保偏光選擇開關(guān)23切換至A通道，使可見光被引入保偏光纖準(zhǔn)直器64，可見光由雙面光反射鏡60反射，調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整部分38使反射光斑落入保偏光纖準(zhǔn)直器64自身的接收孔徑內(nèi)；移除可見光源，將線偏振光發(fā)生器15連接至保偏光纖19，將第二保偏光選擇開關(guān)26切換至A’通道，此時(shí)雙面光反射鏡的反射光經(jīng)由A’通道發(fā)送至光學(xué)參數(shù)測量單元 18，調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整部分38使光功率取得最大值，此時(shí)保偏光纖準(zhǔn)直器64的光軸(00’軸) 與雙面光反射鏡60垂直，反射光被保偏光纖準(zhǔn)直器64完全接收；3)設(shè)定另一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的自準(zhǔn)直采用步驟2、的方法設(shè)定另一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的自準(zhǔn)直，此時(shí)保偏光選擇開關(guān) 23與沈應(yīng)切換至B與B’通道)，使保偏光纖準(zhǔn)直器65的光軸(00’軸)與雙面光反射鏡 60垂直，反射光被保偏光纖準(zhǔn)直器65完全接收；4)移除參考物理基準(zhǔn)將雙面光反射鏡60移走，如圖2所示，轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮旋轉(zhuǎn)桿59，將雙面光反射鏡60放置于互準(zhǔn)直光學(xué)調(diào)整鏡架位置61，使第一保偏光纖準(zhǔn)直器64發(fā)射的光波可以被第二保偏光纖準(zhǔn)直器65接收；5)設(shè)定兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的互準(zhǔn)直將兩個(gè)保偏光選擇開關(guān)切換至使光波按線偏振光發(fā)生器、第一保偏光纖準(zhǔn)直器、 第二保偏光纖準(zhǔn)直器、光學(xué)參數(shù)測量單元18的方向傳送連接的狀態(tài)，即將保偏光選擇開關(guān) 23切換至A通道，保偏光選擇開關(guān)沈切換至B’通道，此時(shí)裝置可以等效為圖9所示，沿XYZ 與X’ Y’ r方向分別調(diào)節(jié)兩個(gè)機(jī)械調(diào)整部分(38、40)，使第一保偏光纖準(zhǔn)直器64發(fā)射的光波被第二保偏光纖準(zhǔn)直器65最大化接收，即光學(xué)參數(shù)測量單元18接收到的光功率取得最大值，此時(shí)保偏光纖準(zhǔn)直器64與65的共光軸(00’軸)；6)偏振對準(zhǔn)
在0-180°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55，此時(shí)兩個(gè)光電探測器08、29)接收的s分量與P分量可以表示為Vs= nPsin2 θVp = nPcos2 θ(0° 彡 θ 彡 180° )此處，η是考慮到Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架55在做回轉(zhuǎn)時(shí)，由于保偏光纖準(zhǔn)直器的光軸與回轉(zhuǎn)軸存在偏角，引起到達(dá)偏振分束器的光功率波動(dòng)，而引入的誤差因子，θ為橢圓光偏振態(tài)主軸相對保偏光纖22慢軸的夾角，將兩個(gè)對數(shù)放大器(34、35)的輸出相減，則有ER = Log (Vs) -Log (Vp) = Log (Vs/Vp) = Log (tan2 θ ) (0° 彡 θ 彡 180° )在0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)θ = π/2時(shí)，ER取得最大值，即偏振消光比最大值。 此時(shí)，偏振分束器接收到的光為線偏振光，且其振動(dòng)方向沿保偏光纖慢軸。至此，兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器(64、6幻傳輸?shù)木€偏振光均為沿慢軸傳輸，實(shí)現(xiàn)偏振準(zhǔn)直。以上對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)用空間調(diào)整機(jī)構(gòu)，其特征在于包括滑動(dòng)基座(41)、兩套結(jié)構(gòu)相同的機(jī)械調(diào)整部分(38、40)和一套參考物理基準(zhǔn)部分(39)，參考物理基準(zhǔn)部分(39) 位于兩套機(jī)械調(diào)整部分(38、40)之間并且三個(gè)部分都滑動(dòng)連接于滑動(dòng)基座Gl)上；所述一機(jī)械調(diào)整部分包括三軸位移臺(tái)和三維萬向調(diào)整架；所述三軸位移臺(tái)包括，一在滑動(dòng)基座Gl)之上并與之滑動(dòng)連接的Z軸平移滑塊(43)、 一在Z軸平移滑塊之上并與之滑動(dòng)連接的Y軸平移滑塊(44)、一在Y軸平移滑塊04) 之上并與之固定連接的X軸固定基板(46)、一在X軸固定基板06)之一側(cè)并與之滑動(dòng)連接的X軸平移滑塊(48)、一在X軸平移滑塊08)之上并與之固定連接的X軸連接板G9)；所述三維萬向調(diào)整架包括，一固定連接于X軸連接板G9)之上的萬向調(diào)整架基座 (50)，一位于萬向調(diào)整架基座(50)之上且與之之間設(shè)有包括X軸調(diào)節(jié)旋鈕(6 在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的X軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(51)，一位于X軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(51)之中并與之之間設(shè)有包括Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕(5 在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(M)，一位于Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(54)之上并與之之間設(shè)有包括Z軸調(diào)節(jié)旋鈕(5 在內(nèi)的渦輪蝸桿副的可繞 Z軸旋轉(zhuǎn)的Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(5 ，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(5 上對稱安裝有用來夾持與固定保偏光纖準(zhǔn)直器的三個(gè)卡爪(56)，卡爪(56)與Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(5 之間設(shè)有螺紋副；所述參考物理基準(zhǔn)部分(39)包括，一在滑動(dòng)基座Gl)之上并與之滑動(dòng)連接的光學(xué)調(diào)整鏡架基座(58)，一安裝于光學(xué)調(diào)整鏡架基座(58)之上可調(diào)長短并可繞自身轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的伸縮旋轉(zhuǎn)桿(59)，伸縮旋轉(zhuǎn)桿(59)的頂端安裝有一雙面光反射鏡(60)。
2.一種保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)裝置，其特征在于包括權(quán)利要求1所述的空間調(diào)整機(jī)構(gòu)， 還包括線偏振光發(fā)生器(15)、光纖連接網(wǎng)絡(luò)(17)及光學(xué)參數(shù)測量單元(18)；線偏振光發(fā)生器(1 產(chǎn)生沿保偏光纖(19)的慢軸方向振動(dòng)的線偏振光，經(jīng)保偏光纖(19)發(fā)送至光纖連接網(wǎng)絡(luò)的第一保偏光選擇開關(guān)的總路端，第一保偏光選擇開關(guān) (23)的兩個(gè)分路端(A、B)分別各通過保偏光纖連接一保偏光環(huán)行器(對、2幻的信號輸入端 (a、a’)，各保偏光環(huán)行器04、25)的收發(fā)復(fù)用端(b、b’ )各通過保偏光纖Οθ、21)連接空間調(diào)整機(jī)構(gòu)的一被夾持固定的保偏光纖準(zhǔn)直器，各保偏光環(huán)行器04、25)的輸出端(c、c’) 各通過保偏光纖連接一第二保偏光選擇開關(guān)沈的分路端(A’、B’ )之一，第二保偏光選擇開關(guān)06)的總路端通過保偏光纖0 連接光學(xué)參數(shù)測量單元(18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)裝置，其特征在于所述線偏振光發(fā)生器包括一放大自發(fā)輻射光源和將該光源產(chǎn)生的光波起偏成線偏振光并沿所述保偏光纖(19)慢軸傳輸?shù)谋Ｆ饫w起偏器04)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)裝置，其特征在于所述光學(xué)參數(shù)測量單元包括將保偏光纖傳送來的入射光波分解為兩個(gè)正交偏振分量的偏振分束器(27)，兩個(gè)偏振分量分別經(jīng)兩光電探測器(觀、29)轉(zhuǎn)換為兩光生電流，兩光生電流分別經(jīng)兩I-V變換器(30、31)轉(zhuǎn)換為電壓信號，每個(gè)I-V變換器輸出的電壓信號各經(jīng)一線性放大器(32、33) 放大后匯總至一個(gè)加法器(36)對電壓求和，每個(gè)I-V變換器輸出的電壓信號還各經(jīng)一對數(shù)放大器(34、3幻放大后匯總至一個(gè)減法器(37)進(jìn)行對數(shù)相減。
5.一種保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)設(shè)定參考物理基準(zhǔn)將雙面光反射鏡(60)立于兩個(gè)機(jī)械調(diào)整部分(38、39)之間，使兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器(64,65)的OZ軸與0，V軸垂直于雙面光反射鏡(60)；2)設(shè)定一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器自準(zhǔn)直用一可見光源替代線偏振光發(fā)生器(1 連接至保偏光纖(19)，將第一保偏光選擇開關(guān)切換至A通道，使可見光被引入保偏光纖準(zhǔn)直器(64)，可見光由雙面光反射鏡(60) 反射，調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整部分(38)使反射光斑落入保偏光纖準(zhǔn)直器(64)自身的接收孔徑內(nèi)；移除可見光源，將線偏振光發(fā)生器(1 連接至保偏光纖(19)，將第二保偏光選擇開關(guān)06)切換至A’通道，此時(shí)雙面光反射鏡的反射光經(jīng)由A’通道發(fā)送至光學(xué)參數(shù)測量單元(18)，調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)整部分(38)使光功率取得最大值，此時(shí)保偏光纖準(zhǔn)直器(64)的光軸(00’軸)與雙面光反射鏡(60)垂直，反射光被保偏光纖準(zhǔn)直器(64)完全接收；3)設(shè)定另一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的自準(zhǔn)直采用步驟幻的方法設(shè)定另一個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的自準(zhǔn)直；4)移除參考物理基準(zhǔn)將雙面光反射鏡(60)移走，使第一保偏光纖準(zhǔn)直器(64)發(fā)射的光波可以被第二保偏光纖準(zhǔn)直器(6 接收；5)設(shè)定兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器的互準(zhǔn)直將兩個(gè)保偏光選擇開關(guān)切換至使光波按線偏振光發(fā)生器、第一保偏光纖準(zhǔn)直器、第二保偏光纖準(zhǔn)直器、光學(xué)參數(shù)測量單元(18)的方向傳送連接的狀態(tài)，沿CTZ與X’ Y’ V方向分別調(diào)節(jié)兩個(gè)機(jī)械調(diào)整部分(38、40)，使第一保偏光纖準(zhǔn)直器(64)發(fā)射的光波被第二保偏光纖準(zhǔn)直器(6 最大化接收；6)偏振對準(zhǔn)在0-180°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(55)，此時(shí)兩個(gè)光電探測器(觀、29)接收的s分量與P分量可以表示為Vs = nPsin2 θVp = nPcos2 θ(0° 彡 θ 彡 180° )此處，η是考慮到ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)架(5 在做回轉(zhuǎn)時(shí)，由于保偏光纖準(zhǔn)直器的光軸與回轉(zhuǎn)軸存在偏角，引起到達(dá)偏振分束器的光功率波動(dòng)，而引入的誤差因子，θ為橢圓光偏振態(tài)主軸相對保偏光纖0 慢軸的夾角，將兩個(gè)對數(shù)放大器(34、35)的輸出相減，則有ER = Log (Vs) -Log (Vp) = Log (Vs/Vp) = Log(tan2 θ ) (0° 彡 θ 彡 180° )在0-180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)θ = π Λ時(shí)，ER取得最大值，即偏振消光比最大值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種保偏光纖準(zhǔn)直器對準(zhǔn)空間調(diào)整機(jī)構(gòu)，包括滑動(dòng)基座、兩套結(jié)構(gòu)相同的機(jī)械調(diào)整部分和一套參考物理基準(zhǔn)部分；還提供了一種采用該空間調(diào)整機(jī)構(gòu)的對準(zhǔn)裝置，還包括線偏振光發(fā)生器、光纖連接網(wǎng)絡(luò)及光學(xué)參數(shù)測量單元；以及使用該套裝置對兩個(gè)保偏光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行對準(zhǔn)的方法。采用本發(fā)明內(nèi)容的有益效果為提供一個(gè)物理參考基準(zhǔn)，使初始空間方位對準(zhǔn)簡單易行；采用光纖光路使機(jī)械運(yùn)動(dòng)零部件數(shù)量減少；實(shí)現(xiàn)光功率與偏振消光比的在線測量；避免偏心調(diào)整引入的位移偏差；保偏光纖準(zhǔn)直器回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引入的光功率波動(dòng)減??；對準(zhǔn)方法使調(diào)整效率提高，降低對操作者技能的依賴；采用保偏光纖光路并通過測量偏振消光比的方法避免偏振對準(zhǔn)時(shí)錯(cuò)軸現(xiàn)象的發(fā)生。
文檔編號G02B7/00GK102338917SQ201110239930
公開日2012年2月1日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者梁志軍, 王憲東 申請人:天津峻烽科技有限公司