CN109738985A - 基于端面成像的保偏光纤定轴系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于端面成像的保偏光纤定轴系统，属于精密光学设备制造领域；本发明包括：用于夹持光纤的所述位移夹具、套设于所述光纤外侧的侧面定轴器，以及位于所述光纤端部的端面检测光路。本发明通过侧面定轴器上的两个光纤检测器，利用反射光在图像传感器上成像，通过图像读取和识别算法，找到光纤的包层和端面边界，并确定光纤的位置；然后控制位移夹具将光纤沿预定轴推进到确定位置；再通过端面检测光路的CCD传感器找到光纤包层和应力区的边界，并确定慢轴和快轴的方向，最终通过旋转位移夹具，将慢轴和快轴旋转到水平和垂直方位；实现保偏光纤或保偏光纤透镜与为光器件的光学耦合。
Description
技术领域
本发明涉及光纤设备制造技术，尤其涉及一种基于端面成像的保偏光纤定轴系统，属于精密仪器制造技术领域。
背景技术
保偏光纤分为应力双折射型保偏光纤和形状双折射型保偏光纤。应力双折射型保偏光纤的包层中有两个对称的应力区，由于应力区的存在使其具有两个偏振主轴(慢轴和快轴)，沿着两个偏振主轴传输的线偏振光能够在较长的传输距离上保持偏振态。保偏光纤和保偏光纤透镜在与其他微光器件配合使用时需要旋转定轴(找到快慢轴)。
专利CN103308978A明公开了一种保偏光纤自动定轴系统，该系统包括图像处理和角度控制模块、控制器、执行机构和角度检测装置。执行机构包括光纤转轴精密调节台和驱动电路，角度检测装置包括成像透镜和高精度CCD相机，保偏光纤被固定在光纤转轴精密调节台上。角度检测装置实时获取保偏光纤的截面图像，图像经图像处理和角度控制模块处理得到偏差角，偏差角和预设角比较，经控制器获得通获取脉冲信号、方向信号和使能信号输入驱动电路，驱动电路根据信号控制光纤转轴精密调节台的步进电机的各项输入。虽然该方案能够具有亚像素级的定位精度，但定位的效率和精度仍然有待提高。
因此，现有技术中的保偏光纤定轴装置大多结构复杂，操作繁琐，且需要工作人员手动调整保偏光纤的偏振轴，整个过程精度不高且效率低下。
发明内容
本发明提供一种基于端面成像的保偏光纤定轴系统，以解决现有技术中保偏光纤定轴系统架构复杂、操作繁琐，整个定轴过程精度不高且效率低下的技术问题。
本发明的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，包括：用于夹持光纤的位移夹具、套设于所述光纤外侧的侧面定轴器，以及位于所述光纤端部的端面检测光路；
所述侧面定轴器包括：可旋转的环形支架，以及两组光纤检测器；所述环形支架所在的平面垂直于所述光纤，两组所述光纤检测器相互交叉的安装在所述环形支架上；所述光纤检测器包括：背景光源和用于检测该背景光源反射光的图像传感器；
所述端面检测光路包括：环形光源、反射镜和CCD传感器；所述环形光源靠近所述光纤的端面设置，且所述环形光源所在的平面垂直于所述光纤；所述环形光源位于所述反射镜和所述光纤端面之间；所述CCD传感器与所述反射镜相对应，且用于获取所述环形光源在所述光纤端面的反射光。
如上所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述位移夹具包括：用于夹持所述光纤的旋转机构，以及用于移动所述旋转机构的位移机构；所述旋转机构安装在所述位移机构的顶端。
如上所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述定轴系统还包括：驱动电机和控制器；两个所述图像传感器和所述CCD传感器均与所述控制器电连接；所述控制器通过所述驱动电机与所述位移夹具相连，以控制所述位移夹具的旋转和移动。
如上所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述定轴系统还包括：基座，以及用于固定保偏光纤的基准夹具；所述基准夹具和所述位移夹具均安装在所述基座上；
所述基准夹具固定的保偏光纤所在直线为基准线；所述环形支架所在平面和所述环形光源所在平面，均垂直于所述基准线；且，所述环形支架和所述环形光源的中心点均位于所述基准线上。
如上所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述基准夹具可沿所述基准线在所述基座上滑动；
所述环形光源和所述反射镜均位于所述基准夹具和所述位移夹具之间。
如上所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述背景光源的前端设置有可调节的镜头组；所述图像传感器的接收端上设置有光学透镜。
如上所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，两组所述光纤检测器之间的夹角为120-165度。
如上所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述环形支架可旋转的安装在所述基座上。
如上所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述基准夹具绕所述基准线在所述基座上旋转。
本发明通过侧面定轴器上的两个光纤检测器，利用反射光在图像传感器上成像，通过图像读取和识别算法，找到光纤的包层和端面边界，并确定光纤的位置；然后控制位移夹具将光纤沿预定轴推进到确定位置；再通过端面检测光路的CCD传感器找到光纤包层和应力区的边界，并确定慢轴和快轴的方向，最终通过旋转位移夹具，将慢轴和快轴旋转到水平和垂直方位；实现保偏光纤或保偏光纤透镜与为光器件的光学耦合。
附图说明
图1为本发明实施例的基于端面成像的保偏光纤定轴系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的基于端面成像的保偏光纤定轴系统的侧面定轴器的结构示意图。
具体实施方式
如图1，并参照图2；本实施例的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，包括：用于夹持光纤52的位移夹具2、套设于所述光纤52外侧的侧面定轴器，以及位于所述光纤端部的端面检测光路。光纤52实际应用中为保偏光纤或保偏光纤透镜。
所述侧面定轴器包括：可旋转的环形支架6，以及两组光纤检测器；所述环形支架6所在的平面垂直于所述光纤52，两组所述光纤检测器相互交叉的安装在所述环形支架6上；所述光纤检测器包括：背景光源和用于检测该背景光源反射光的图像传感器。
具体如图2所示；第一图像传感器74用于检测第一背景光源71在光纤52侧面上的反射光，第二图像传感器73用于检测第二背景光源72在光纤52侧面上的反射光。
一般情况下，所述背景光源的前端设置有可调节的镜头组；所述图像传感器的接收端上设置有光学透镜。第一背景光源71具有第一镜头组710，第二背景光源72具有第二镜头组720；第一图像传感器74和第二图像传感器73上也都设置有用于接受反射光的光学透镜。
侧面定轴器通过背景光源对保偏光纤或保偏光纤透镜的侧面打光，调节镜头组，使反射光在图像传感器上成清晰的像；再通过图像读取和识别算法，找到光纤的包层和端面边界，并确定光纤的位置。由于采用两组光纤检测器，所以能够迅速的确定光纤的位置。然后通过控制器调整位移夹具，使光纤在X/Y方向(X/Y方向为光纤的垂直平面上的两个位移量，Z轴为光纤方向上的位移量)上与设备的Z轴方向对准。最终通过控制器控制位移夹具，将光纤沿Z轴推进到确定位置(即到达基准线位置)。
所述端面检测光路包括：环形光源3、反射镜4和CCD传感器40；所述环形光源3靠近所述光纤52的端面设置，且所述环形光源3所在的平面垂直于所述光纤52；所述环形光源3位于所述反射镜4和所述光纤52端面之间；所述CCD传感器40与所述反射镜4相对应，且用于获取所述环形光源3在所述光纤52端面的反射光。
很显然的，CCD传感器40的前端也设置有光学透镜，环形光源与反射镜之间也是具有镜头组的。
实际使用过程中，端面检测光路还包括可以移动的移动架。反射镜和环形光源可以设置在移动架上，移动架可以自由切入光纤端面。控制移动架，推入反射镜，使环形光源对光纤52的端面打光，调节镜头组，使反射光在CCD传感器上成清晰的像；再通过图像读取和识别算法，找到光纤包层和应力区的边界，并确定慢轴和快轴的方向；最终通过控制器计算后，控制位移夹具旋转，将慢轴和快轴旋转到水平和垂直方位。
一般情况下，本实施例的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述位移夹具2包括：用于夹持所述光纤的旋转机构，以及用于移动所述旋转机构的位移机构20；所述旋转机构安装在所述位移机构20的顶端。位移夹具具有位移和旋转的双重功能。
另外，很显然的；本实施例的定轴系统，还包括：驱动电机和控制器；两个所述图像传感器和所述CCD传感器均与所述控制器电连接；所述控制器通过所述驱动电机与所述位移夹具2相连，以控制所述位移夹具的旋转和移动。
本发明通过侧面定轴器上的两个光纤检测器，利用反射光在图像传感器上成像，通过图像读取和识别算法，找到光纤的包层和端面边界，并确定光纤的位置；然后控制位移夹具将光纤沿预定轴推进到确定位置；再通过端面检测光路的CCD传感器找到光纤包层和应力区的边界，并确定慢轴和快轴的方向，最终通过旋转位移夹具，将慢轴和快轴旋转到水平和垂直方位；实现保偏光纤或保偏光纤透镜与为光器件的光学耦合。
本实施例的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，所述定轴系统还包括：基座，以及用于固定保偏光纤51的基准夹具1；所述基准夹具1和所述位移夹具2均安装在所述基座上。基座即整个定轴系统的主体结构。
所述基准夹具1固定的保偏光纤51所在直线为基准线；所述环形支架6所在平面和所述环形光源3所在平面，均垂直于所述基准线；且，所述环形支架6和所述环形光源3的中心点均位于所述基准线上。
这样就能保证通过位移夹具的移动和旋转使光纤52与保偏光纤51在一条直线上，最终实现耦合。
一般情况下，所述基准夹具1可沿所述基准线在所述基座上滑动；以便于光纤52与保偏光纤51之间距离的调解；更进一步的，为了提高耦合效率，基准夹具1可绕所述基准线在所述基座上旋转，以降低位移夹具的复杂度，实现快速耦合。
本实施例中，环形光源2和所述反射镜4均位于所述基准夹具1和所述位移夹具2之间。从而方便的撤出或者插入两者之间，以实现环形光源2和反射镜4快速检测和移动。
本实施例的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其中，两组所述光纤检测器之间的夹角可调，优选的夹角为120-165度。
同时，所述环形支架6可旋转的安装在所述基座上，以便于转动所述环形支架，从而便于适应不同类型的保偏光纤或保偏光纤透镜。
另外，本发明的基于端面成像的保偏光纤定轴系统生产成本不高，结构紧凑，牢固稳定，检测效率高，装拆简单，调整方便，适用于保偏光纤的快速定轴，实现了保偏光纤或保偏光纤透镜与为光器件的快速精准耦合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，包括：用于夹持光纤的位移夹具、套设于所述光纤外侧的侧面定轴器，以及位于所述光纤端部的端面检测光路；
所述侧面定轴器包括：可旋转的环形支架，以及两组光纤检测器；所述环形支架所在的平面垂直于所述光纤，两组所述光纤检测器相互交叉的安装在所述环形支架上；所述光纤检测器包括：背景光源和用于检测该背景光源反射光的图像传感器；
所述端面检测光路包括：环形光源、反射镜和CCD传感器；所述环形光源靠近所述光纤的端面设置，且所述环形光源所在的平面垂直于所述光纤；所述环形光源位于所述反射镜和所述光纤端面之间；所述CCD传感器与所述反射镜相对应，且用于获取所述环形光源在所述光纤端面的反射光。
2.根据权利要求1所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，所述位移夹具包括：用于夹持所述光纤的旋转机构，以及用于移动所述旋转机构的位移机构；所述旋转机构安装在所述位移机构的顶端。
3.根据权利要求1所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，所述定轴系统还包括：驱动电机和控制器；两个所述图像传感器和所述CCD传感器均与所述控制器电连接；所述控制器通过所述驱动电机与所述位移夹具相连，以控制所述位移夹具的旋转和移动。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，所述定轴系统还包括：基座，以及用于固定保偏光纤的基准夹具；所述基准夹具和所述位移夹具均安装在所述基座上；
所述基准夹具固定的保偏光纤所在直线为基准线；所述环形支架所在平面和所述环形光源所在平面，均垂直于所述基准线；且，所述环形支架和所述环形光源的中心点均位于所述基准线上。
5.根据权利要求4所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，所述基准夹具可沿所述基准线在所述基座上滑动；
所述环形光源和所述反射镜均位于所述基准夹具和所述位移夹具之间。
6.根据权利要求1-3任一所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，所述背景光源的前端设置有可调节的镜头组；所述图像传感器的接收端上设置有光学透镜。
7.根据权利要求1-3任一所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，两组所述光纤检测器之间的夹角为120-165度。
8.根据权利要求5所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，所述环形支架可旋转的安装在所述基座上。
9.根据权利要求5所述的基于端面成像的保偏光纤定轴系统，其特征在于，所述基准夹具绕所述基准线在所述基座上旋转。
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| CN113608307A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-11-05 | 武汉驿路通科技股份有限公司 | 一种保偏光纤与光隔离器耦合装置及耦合方法 |
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| CN105068180A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-11-18 | 北京航空航天大学 | 一种保偏光纤侧视成像定轴方法及装置 |
| CN109471223A (zh) * | 2018-12-30 | 2019-03-15 | 安徽相和通信有限公司 | 光纤端面光学成像结构及光纤熔接机 |
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