CN102359757A

CN102359757A - 一种基于光纤扭转的偏振调试装置

Info

Publication number: CN102359757A
Application number: CN2011102895883A
Authority: CN
Inventors: 梁艺军; 姜岩; 张巧萍
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-02-22

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于光纤扭转的偏振调试装置，包括光纤固定平台、支架、旋转轴、步进电机、齿轮、底座，光纤固定平台和支架均固定在底座上，旋转轴和步进电机均安装在支架上，旋转轴通过滚动轴承连接第一齿轮，步进电机通过联轴器连接第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相互啮合。本发明没有采用空间光路，避免了复杂的空间光路校准以及空间光路耦合到光纤系统过程中的能量损耗问题；利用步进电机带动光纤扭转，根据输出信号状态进行反馈，控制光纤的扭转状态，可实现偏振态的自动调整。

Description

一种基于光纤扭转的偏振调试装置

技术领域

本发明涉及的是一种光纤技术领域的调试装置。

背景技术

“偏振诱导信号衰落”的问题很早就被提出来了，国内外已做了大量研究，并报道了不少解决方案。目前的解决方法有偏振控制器法、反馈控制法、偏振态调制法、分集检测法、保偏光纤法、法拉第旋转镜法等等。偏振控制器现已有多种结构。波片型偏振控制器由三波片组成，基于自由空间传输。该方法技术成熟，应用面广，但不利于光纤系统应用。1980年，H.C.Lefevre基于三波片偏振控制器相同的原理，首先提出全光纤偏振控制器。用三个光纤线圈取代了自由空间的延迟波片，在光纤传感器中应用广泛。此外，还有基于挤压技术的偏振控制器以及由空心光纤制成的偏振控制器等。2008年穆姝慧提出的反馈控制法是在Mach-Zehnder干涉仪的参考臂上接入一个具有调控功能的动态偏振控制器，通过检测输出端信号获得反馈，进而控制偏振控制器的工作。利用一个可旋转的半波片通过步进电机控制来消除偏振衰落。周效东等人于1996年提出的偏振态调制法是通过在干涉仪的任何一臂加一高频调制，然后在输出端进行低频滤波，可消除光纤干涉仪两臂的偏振态随机变化对干涉信号的影响。1984年N.J.Frigo等人提出了分集检测技术，利用3×3耦合器，在其输出端口连接3个偏振方向互为60°的检偏器，三路信号中选择一路可视度较大的信号可避免偏振引起的完全衰落。高双折射的保偏光纤具有很好的偏振保持作用，该法对保偏光纤及其他保偏光学器件的性能要求较高，且保偏光纤器件的制造工艺复杂、价格昂贵，推广使用受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供结构简单、成本低廉的一种基于光纤扭转的偏振调试装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于光纤扭转的偏振调试装置，其特征是：包括光纤固定平台、支架、旋转轴、步进电机、齿轮、底座，光纤固定平台和支架均固定在底座上，旋转轴和步进电机均安装在支架上，旋转轴通过滚动轴承连接第一齿轮，步进电机通过联轴器连接第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相互啮合。

本发明还可以包括：

1、所述的旋转轴中开一通孔，所述的通孔用于光纤穿过。

2、所述的光纤固定平台和旋转轴上表面在同一水平面上。

本发明的优势在于：没有采用空间光路，避免了复杂的空间光路校准以及空间光路耦合到光纤系统过程中的能量损耗问题；利用步进电机带动光纤扭转，根据输出信号状态进行反馈，控制光纤的扭转状态，可实现偏振态的自动调整。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是本发明的旋转轴的前视图；

图3为本发明的光纤扭转示意图；

图4是本发明电路反馈控制系统工作流程图；

图5是本发明信号处理模块示意图；

图6是本发明步进电机驱动模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～6，光纤扭转机械装置12是由光纤固定平台1、旋转轴3、步进电机4、步进电机旋转轴5、支架2、轴承座6、滚动轴承7、齿轮8、9、联轴器10和底座11组成。

1、为避免引入除了光纤扭转以外的其他应力影响，光纤用丙烯酸酯反应胶固定在光纤固定平台1和旋转轴3上，且保证光纤固定平台1和旋转轴3的上表面在同一水平面上。

2、滚动轴承7由轴承座6固定，可带动旋转轴3旋转，旋转角度不受机械结构的限制。

3、旋转轴3中设计了一通孔，便于光纤穿过，其左端为一平面。为避免轴在旋转过程偏离轴心，因此将光纤放置于旋转轴3的轴心位置，如图2所示。

4、旋转轴3右端固定一齿轮8，步进电机4的旋转轴5通过联轴器10与齿轮9连接，齿轮9与齿轮8相互啮合。步进电机轴5的转动带动齿轮8、9转动，进而使旋转轴3转动。于此，固定于旋转轴3上的光纤发生扭转。本发明采用的步进电机的步距角为0.9°/1.8°，可以对光纤实现较小角度的扭转。

光纤的扭转由光弹效应和几何旋转两部分组成。光纤内部的残余应力和扭转应力产生的光弹效应使光纤具有各向异性，产生双折射效应。因此可将光纤看成由无穷多个延迟器组成。几何旋转作用使光的偏振方向发生旋转。如图3所示为多个线延迟器组成的光纤及其旋转特点。

电路反馈控制系统是由信号处理13、单片机核心MCU14和步进电机驱动模块15组成。其中光信号是从需要偏振调制装置的光路中由2×2耦合器分出来的光信号。光信号由光电探测器采集，经过信号处理13后反馈给单片机核心MCU14，利用MCU的高速信息处理将控制信号实时反馈给步进电机驱动模块15以控制步进电机的运动，进而控制光纤的扭转。

该装置的电路反馈控制系统是由信号处理、单片机核心MCU和步进电机驱动模块组成。

该偏振调整装置的特征是：通过实时监测在传感臂加载一正弦信号的光纤干涉仪的光信号，根据电路反馈控制系统采集的光信号来控制步进电机的扭转与停止。

该装置的光信号采集所获得的信号方法是：从需要偏振调制装置的光路中由2×2耦合器分出来的光信号。

信号处理13包括光电转换16，I/U转换17，滤波电路18，放大电路19和比较器20这五部分。

步进电机驱动模块15是由21PIC16F874A单片机，光耦隔离器22，L29723及L298N 24驱动器组成，用于驱动光纤扭转机械装置12的步进电机。

首先外部构建Mach-Zehnder光纤干涉仪，将干涉仪中的参考臂置入如图1所示的光纤扭转机械装置中，并将光纤用丙烯酸酯反应胶固定于(1)和(3)平面上，输出端使用2×2耦合器分出部分光连接至电路控制反馈系统中的信号处理的光电探测器上。利用压电陶瓷(PZT)对光纤干涉仪的信号臂加载一正弦信号，然后启动步进电机工作。从光源发出的相干光经Mach-Zehnder光纤干涉仪，其信号臂光束加载了正弦信号，与参考臂光束在输出端将发生干涉，若两束光没有相同方向的偏振分量，则两束光不发生干涉，步进电机继续带动光纤扭转；若两束光出现了相同方向较小的偏振分量，则两束光发生干涉，因光强信号幅值较小，光纤仍需扭转；若两束光出现较大的相同方向的偏振分量，干涉信号强度较强。光电探测器采集到光强度信息，经过信号处理(13)后反馈给单片机核心MCU(14)，利用MCU的高速信息处理将控制信号实时反馈给步进电机驱动模块(15)以控制步进电机的运动，进而控制光纤的扭转，如此多次反馈控制，直至输出光强达到预设阈值。

Claims

1.一种基于光纤扭转的偏振调试装置，其特征是：包括光纤固定平台、支架、旋转轴、步进电机、齿轮、底座，光纤固定平台和支架均固定在底座上，旋转轴和步进电机均安装在支架上，旋转轴通过滚动轴承连接第一齿轮，步进电机通过联轴器连接第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相互啮合。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤扭转的偏振调试装置，其特征是：所述的旋转轴中开一通孔，所述的通孔用于光纤穿过。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤扭转的偏振调试装置，其特征是：所述的光纤固定平台和旋转轴上表面在同一水平面上。