CN111273409A - 一种利用保偏光纤实现角度传递的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用保偏光纤实现角度传递的系统及方法，以解决现有技术中存在的空间角度传递系统结构复杂、光路灵活度低，应用范围受到很大限制的问题。该系统包括沿光路依次设置的准直光源、起偏器、磁光调制模块、无内应力透镜、保偏光纤、检偏器、光电探测器和示波器。准直光源发出的光通过起偏器变换为线偏振光，再通过磁光调制模块进行调制载波，经调制后的光信号经过无内应力透镜耦合进保偏光纤中，经过保偏光纤后输出至检偏器，光电探测器将检偏后的光信号转换为电信号并通过示波器显示；起偏器与检偏器方向垂直时达到消光位置，示波器显示为载波基频的二倍频；起偏器旋转一定角度，相应地旋转检偏器直至达到消光位置，角度传递完成。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间角度传递系统及方法，具体涉及一种利用保偏光纤实现角度传递的系统及方法。
背景技术
空间角度传递技术是已知当前设备的角度变化，经过传递解调，把角度变化信息传递给未知设备，从而使未知设备进行同样角度的变化，实现角度的空间传递。该技术广泛应用于传感探测、精密测量、自动控制等领域，可使不同位置的设备通过光学的方法实现空间角度变化的传递与同步。
空间角度传递技术目前可分为水平传递与垂直传递两大类。空间角度水平传递较为常用且已经成熟，主要是通过经纬仪的对瞄进行传递，该方法属大地测量学中的“导线测量法”，在工程施工、土地测量等领域有广泛的应用。空间角度垂直传递则是在重力垂线上，把方位角信息在高低方向上相互传递，其主要应用于航海、石油探测、工业设备定位，自动控制等领域中，对远洋航海，矿产资源开采，工业设备加工有较为深远的影响，因此该技术需不断进行技术创新与改进。
目前，国内外对于空间角度的垂直传递多采用空间光传递的方式，具体有以下几种实施方法：1.通过角度传感器、透镜组、光电定位器等设备来实现空间角度的传递。2.通过经纬仪、五棱镜、光发射接收组件等设备实现空间角度的传递。3.通过光源、聚光镜、柱面镜、位置传感器等设备完成空间角度的传递。以上各个实现方位角信息传递的方法，均是采用空间光传递光信号的技术手段来完成的，但该技术对空间环境、系统稳定性、结构整体性等因素均具有较高的要求，从而导致空间角度传递系统结构复杂、光路灵活度低，应用范围受到很大限制。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的空间角度传递系统结构复杂、光路灵活度低，应用范围受到很大限制的问题，而提供了一种利用保偏光纤实现角度传递的系统及方法。
本发明所依据的原理是：
因光是横波，其振动方向与传播方向垂直，在垂直于光传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向。由马吕斯定律可知，当光经过起偏器后会变为沿着起偏器起偏方向振动的线偏振光。而检偏器只能允许其自身偏振方向的光通过。由此可知，当起偏器与检偏器处于同一方向时，输出光通量最大，起偏器与检偏器方向相互垂直时达到消光位置，光通量最小。所以，设光依次通过起偏器和检偏器后光功率最强或最弱的状态为初始状态，则起偏器旋转一定角度后，通过的光功率即发生变化，为使光功率恢复到初始状态，检偏器也必须相应地旋转相同的角度，从而实现空间角度的传递。
本发明所采用的技术方案是：
一种利用保偏光纤实现角度传递的系统，其特殊之处在于：
包括沿光路依次设置的准直光源、起偏器、磁光调制模块、无内应力透镜、保偏光纤、检偏器、光电探测器，以及与光电探测器相连的示波器；所述准直光源发出的光通过起偏器变换为线偏振光，再通过磁光调制模块进行调制载波，经调制后的光信号经过无内应力透镜耦合进保偏光纤中，经过保偏光纤后输出至检偏器，光电探测器将检偏后的光信号转换为电信号并通过示波器显示。
进一步地，所述准直光源是波长为532nm的固体激光器。
进一步地，所述磁光调制模块包括电磁线圈和磁光玻璃，所述磁光玻璃固定在电磁线圈内部。
进一步地，所述无内应力透镜为无内应力显微物镜。
同时，本发明还提供了基于上述系统实现角度传递的方法，其特殊之处在于，按照以下步骤实施：
1)使准直光源发出的光通过起偏器，得到线偏振光；
2)使步骤1得到的线偏振光通过磁光调制模块，得到载波光信号；
3)使用无内应力透镜将步骤2得到的载波光信号耦合进保偏光纤中；
4)使步骤3中保偏光纤输出的载波光信号通过检偏器；
5)使用光电探测器将步骤4中通过检偏器检偏后的载波光信号转换为电信号，并通过示波器显示；
6)旋转检偏器，使示波器显示为载波基频的二倍频信号；
7)当起偏器旋转一定角度后，相应地旋转检偏器，直至示波器显示为载波基频的二倍频信号，角度传递完成。
本发明相比现有技术的有益效果是：
(1)本发明提供的利用保偏光纤实现角度传递的系统采用保偏光纤进行远距离光信号传输，保偏光纤对外界环境有较高的耐受力，能应对复杂的空间环境和自然环境，抗干扰性强，且光信号可随着保偏光纤的铺设传递，极大增强了系统的稳定性和灵活性；
(2)本发明提供的利用保偏光纤实现角度传递的系统结构较为简单，系统中仅有一个透镜和光源，结构稳定性好，且成本较低；
(3)本发明提供的利用保偏光纤实现角度传递的方法利用磁光调制模块对线偏振光进行调制载波，能够提高后续检测精度；
(4)使用无内应力透镜将载波光信号耦合进保偏光纤中，能够保证耦合的过程中没有退偏振现象发生，使偏振态保持不变。
附图说明
图1是本发明一种利用保偏光纤实现角度传递的系统结构示意图；
图中，1-准直光源，2-起偏器，3-磁光调制模块，4-无内应力透镜，5-保偏光纤，6-检偏器，7-光电探测器，8-示波器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的利用保偏光纤实现角度传递的系统包括沿光路依次设置的准直光源1、起偏器2、磁光调制模块3、无内应力透镜4、保偏光纤5、检偏器6、光电探测器7，以及与光电探测器7相连的示波器8。
本实施例中，准直光源1选取波长为532nm的固体激光器，选取激光器时对波长无过高要求，只要激光器波段在光纤中无过高损耗即可。磁光调制模块3由电磁线圈和磁光玻璃组成，磁光玻璃固定在电磁线圈内部。根据该系统设计原理，若只通过光功率计探测光信号的强弱来判断旋转角度的变化，测试精度较低；而电信号与示波器具有较高的频率响应度，所以设置磁光调制模块3进行调制载波，改测量光信号为电信号，以提高测试精度。无内应力透镜4为无内应力显微物镜。
使用上述系统实现角度传递的方法包括以下步骤：
1)使准直光源1发出的光通过起偏器2，得到线偏振光；
2)使步骤1得到的线偏振光通过磁光调制模块3，得到载波光信号；
3)使用无内应力透镜4将步骤2得到的载波光信号耦合进保偏光纤5中，以进行远距离传输；
4)使步骤3中保偏光纤5输出的载波光信号通过检偏器6；
5)使用光电探测器7将步骤4中通过检偏器6检偏后的载波光信号转换为电信号，并通过示波器8显示，当光通量不是最小时，示波器8显示为载波基频信号；
6)旋转检偏器6，使检偏器6与起偏器2方向垂直达到消光位置，光通量最小，此时示波器8显示为载波基频的二倍频信号；
7)当起偏器2旋转一定角度后，相应地旋转检偏器6，直至达到消光位置，示波器8显示为载波基频的二倍频信号，角度传递完成。
Claims (5)
1.一种利用保偏光纤实现角度传递的系统，其特征在于：
包括沿光路依次设置的准直光源(1)、起偏器(2)、磁光调制模块(3)、无内应力透镜(4)、保偏光纤(5)、检偏器(6)、光电探测器(7)，以及与光电探测器(7)相连的示波器(8)；所述准直光源(1)发出的光通过起偏器(2)变换为线偏振光，再通过磁光调制模块(3)进行调制载波，经调制后的光信号经过无内应力透镜(4)耦合进保偏光纤(5)中，经过保偏光纤(5)后输出至检偏器(6)，光电探测器(7)将检偏后的光信号转换为电信号并通过示波器(8)显示。
2.根据权利要求1所述的利用保偏光纤实现角度传递的系统，其特征在于：
所述准直光源(1)是波长为532nm的固体激光器。
3.根据权利要求1所述的利用保偏光纤实现角度传递的系统，其特征在于：
所述磁光调制模块(3)包括电磁线圈和磁光玻璃，所述磁光玻璃固定在电磁线圈内部。
4.根据权利要求1所述的利用保偏光纤实现角度传递的系统，其特征在于：
所述无内应力透镜(4)为无内应力显微物镜。
5.一种利用保偏光纤实现角度传递的方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
1)使准直光源(1)发出的光通过起偏器(2)，得到线偏振光；
2)使步骤1得到的线偏振光通过磁光调制模块(3)，得到载波光信号；
3)使用无内应力透镜(4)将步骤2得到的载波光信号耦合进保偏光纤(5)中；
4)使步骤3中保偏光纤(5)输出的载波光信号通过检偏器(6)；
5)使用光电探测器(7)将步骤4中通过检偏器(6)检偏后的载波光信号转换为电信号，并通过示波器(8)显示；
6)旋转检偏器(6)，使示波器(8)显示为载波基频的二倍频信号；
7)当起偏器(2)旋转一定角度后，相应地旋转检偏器(6)，直至示波器(8)显示为载波基频的二倍频信号，角度传递完成。
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