CN115668018A - 将光引导到光纤中 - Google Patents

Abstract

系统可以将光引导到光纤中。成像光学器件可以形成光纤的末端的图像。可致动光学元件可以被配置为限定延伸到可致动光学元件并进一步延伸到光纤的末端的光路。处理器可以确定图像中的指定特征在图像中的位置。基于图像中的指定特征的位置，处理器可以使可致动光学元件致动以将光路对准光纤的芯。光源可以沿着光路引导光束以耦合到光纤的芯中。

Description

将光引导到光纤中

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年6月3日提交的美国临时申请号63/034,277的权益，该临时申请全文通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种可以将光引导到光纤中的光学系统。

背景技术

光学系统可以使用光纤，诸如单模光纤。光束相对于单模光纤的芯的未对准可能降低光束进入芯的耦合效率，并且可能增加光学系统中的损耗。

发明内容

在一个示例中，一种系统可以将光引导到光纤中。该系统包括成像光学器件、可致动光学元件、处理器和光源。成像光学器件被配置为形成光纤的末端的图像。可致动光学元件被配置为限定延伸到可致动光学元件并进一步延伸到光纤的末端的光路。处理器被配置为确定图像中的指定特征在图像中的位置(location)。处理器进一步被配置为基于图像中的指定特征的位置，使可致动光学元件致动以将光路对准光纤的芯。光源被配置为沿着光路引导光束以耦合到光纤的芯中。

在另一个示例中，一种方法用于操作系统以将光引导到光纤中。该系统包括成像光学器件、处理器和可致动光学元件。可致动光学元件限定光路，该光路延伸到可致动光学元件并且进一步延伸到光纤的末端。该方法包括：利用成像光学器件生成光纤的末端的图像；利用处理器确定图像中的指定特征在图像中的位置；利用处理器基于图像中的指定特征的位置使可致动光学元件致动以将光路对准光纤的芯；以及沿着光路引导光束以耦合到光纤的芯中。

在另一个示例中，一种计算机可读介质存储指令，该指令在由用于将光引导到光纤中的系统的处理器执行时可以使处理器执行操作，诸如上文所述或本说明书其他地方所述的方法。

附图说明

图1示出了包括用于将光引导到光纤中的系统的装置的示例的示意图。

图2示出了被配置为光纤束的光源的示例的端视图，该光源适用于图1的系统。

图3示出了图1的系统的一部分的示例的俯视图，其中物镜元件被配置为物镜面镜。

图4示出了适用于图1的系统的纵向方位(position)传感器元件的示例的俯视图。

图5示出了适用于图1的系统的纵向方位传感器元件的另一个示例的俯视图。

图6示出了适用于图1的系统的纵向方位传感器元件的另一个示例的俯视图。

图7示出了图1的系统中的纵向方位调整器元件的俯视图。

图8示出了适用于图1的系统的纵向方位调整器元件的示例的俯视图。

图9示出了用于操作系统以将光引导到光纤中的方法的示例的流程图。

图10示出了用于操作系统以将光引导到光纤中的另一方法的示例的流程图。

在所有几个图中，对应的附图标记指示对应的部分。附图中的元件不一定按比例绘制。附图中所示的配置仅仅是示例，并且不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

在一个示例中，系统可以将光引导到光纤中。成像光学器件可以形成光纤的末端的图像。可致动光学元件可以限定延伸到可致动光学元件并进一步延伸到光纤的末端的光路。处理器可以确定图像中的指定特征在图像中的位置。基于图像中的指定特征的位置，处理器可以使可致动光学元件致动以将光路对准光纤的芯。光源可以沿着光路引导光束以耦合到光纤的芯中。

该系统可以识别光纤的末端的图像中的特征，然后使用特征的位置主动地将光路对准光纤的芯。通过主动对准，该系统可以改善光束与光纤的芯的对准的稳健性。改善的对准稳健性可以帮助补偿由于光纤的物理未对准(诸如由于制造公差、机械支架的安装中的非理想性等)引起的未对准。结果，与不使用该技术的其他相同系统相比，该系统可以实现光束到光纤的芯的更高耦合效率。

此外，在各种示例中，对于系统的每次使用，可以执行一次或多次主动对准。可以在使用系统之前和/或期间执行主动对准。作为具体示例，在操作期间执行一次或多次主动对准可以帮助在光学系统运行时改善或保持对准。例如，在操作期间，光学系统可能经历移动、温度变化、物理冲击或振动(诸如由气流引起的)和/或影响对准的其他环境或物理变化。下面描述的系统可以周期性地、响应于未对准的确定、或实时地，补偿环境或物理变化，并且可以在使用光学系统时帮助改善或保持足够高的耦合。术语“足够高”在这里用于指示足够的耦合，以使系统能够在设计系统所针对的性能水平(例如，关于分辨率、准确度、功耗等)下运行。

此外，该系统可以帮助实现足够高的耦合效率，而不直接接触光纤的末端。由于该系统使用光路到光纤的非接触对准，因此该系统可以帮助减少光纤的末端的污染、物理磨损等。

可以并入来自以下所示系统的一个或多个特征的光学系统的示例是基于光纤的应变、温度或形状感测系统。作为具体示例，光学系统将光耦合到多芯光纤中，以实时或接近实时地感测元件在空间中的三维方位。作为另一个具体示例，光学系统将光耦合到多芯光纤中，以实时或接近实时地感测光纤的三维形状。

此外，光学系统的示例可以包括医疗或非医疗系统。医疗系统的示例可以包括用于诊断或治疗的系统，包括手术系统。在医疗系统示例中，下面描述的系统可以位于一个或多个光源和感测光纤的一个或多个芯之间的光路中，以帮助建立和/或保持在一个或多个医疗过程中光进入感测光纤的足够高的耦合效率(或多个耦合效率)。这只是下面详细描述的系统的用途的示例。其他用途也是可能的。

图1示出了包括用于将光引导到光纤中的系统100的装置1的示例的示意图。因为系统100可以识别光纤的末端的图像中的特征，然后使用特征的位置主动地将光路对准光纤的芯，所以系统可以实现光束到光纤的芯的相对稳健的对准。

控制器10可以包括各种光学和电子部件。对于医疗应用，控制器10可以被配置为一件资本装备，其可以用于和重复用于多个程序(procedures)。对于针对形状感测的应用，诸如感测光纤的三维取向或形状，控制器10可以包括询问器12。询问器12可以将光引导到光纤中并分析从光纤返回的光。询问器12可以使用诸如光频域反射法(OFDR)的技术来确定光纤的三维方位。

在一些示例中，装备的一部分可以被配置为可更换元件，其可以用于一个程序或若干程序的一部分，或者用于一个或若干程序的全部，然后被丢弃。可更换元件可以包括导管14，导管14可以包括沿导管14的至少一部分长度延伸的感测光纤16。在医疗示例中，导管14和感测光纤16可以在使用前在清洁环境中或在无菌环境中(如果临床需要)进行维护或再处理。

下面详细描述的系统100可以使用主动对准以将光纤16光学连接到控制器10。当光学连接时，询问器12可以将光引导到感测光纤16中(通过系统100)，接收从沿感测光纤16的长度的位置反射的光(也通过系统100反射)，并分析反射光(诸如通过OFDR)以确定感测光纤16的应变、温度或其他物理信息。对于形状感测应用，询问器12被配置为确定感测光纤16的三维方位或形状。为了清楚起见，在下面的讨论中，感测光纤16将被称为光纤108。应当理解，光纤108可以包括感测光纤16，或者可以可选地包括耦合到感测光纤16的近端的光纤的单独部分。下面对光纤108的引用可以包括这些情况中的一种或两种。

控制器10可以包括光纤连接件18，诸如多芯光纤或多个单模光纤，其可以将光作为输入提供给系统100。在本文件中，多个单模光纤也可以被称为单模光纤束或光纤束，尽管多个单模光纤可以绑成束，以线性阵列布置，等等。系统100可以引导光纤连接件18提供的光穿过系统100中的各个元件，以耦合到感测光纤16中。从沿着感测光纤16的长度的位置反射的光可以返回到系统100中，可以穿过系统100中各个元件传播，可以穿过光纤连接件18传播，并且可以由控制器10中的询问器12处理。系统100可以将一部分光引导穿过各种元件到达一个或多个检测器上。一个或多个检测器可以生成一个或多个控制信号。系统100可以使用一个或多个控制信号来控制系统中的一个或多个可致动元件，以改善光进入光纤108的耦合效率。

控制器10可以包括电连接件20，其可向系统100提供电力。可位于控制器10中或系统100中的处理器114可以从系统100中的一个或多个检测器接收控制信号，并且可以驱动系统100中一个或多个可致动元件以改善耦合效率。

在操作期间，系统100中的成像光学器件可以形成光纤108的末端106的图像104。可致动光学元件110(诸如可枢转面镜)可以限定光路112，光路112延伸到可致动光学元件110并且当光纤108存在时，进一步延伸到光纤108的末端106。处理器114可以确定图像104中的指定特征(诸如光纤108的末端106的周向边缘)在图像104中的位置。虽然处理器114被示出为与系统100一起定位，但是将理解，处理器114可以替代地与控制器10一起定位。基于图像104中的指定特征的位置，处理器114可以使可致动光学元件110致动以将光路112对准光纤108的芯116。

光路112是在光纤连接件18和光纤108之间从光学元件延伸到光学元件的几何构造。具体地，光路的一端位于光纤连接件18处，并且当光纤108存在时，另一端位于光纤108处。在系统100的操作期间，光学部件可以弯曲、平移、旋转和以其他方式对准光路112。在系统100操作期间，光束120被引导沿着光路112从光学元件传播到光学元件，使得光束120跟随光路112。无论是当光束120存在时还是当光束120不存在时，阐明光路112可以被重定向是有益的。对于光纤108包括多个芯的配置，系统100可以包括朝光纤108的相应芯传播的多个光路112。

光源118可以沿着光路112引导光束120以耦合到光纤108的芯116中。在一些示例中，控制器10可以包括一个或多个发光元件(诸如发光二极管或激光二极管)以及一个或多个光耦合元件(诸如透镜)，它们可以将来自发光元件的光引导到光纤连接件18中的一个或多个光纤的一个或多个芯中。在图1的配置中，光源118可以包括光纤连接件18的远端或耦合到光纤连接件18的远端的一长度的光纤。为清楚起见，在下面的讨论中，光纤连接件18中的光纤将被称为源光纤138。将理解，源光纤138可以与光纤连接件18相同，或者可以可选地包括耦合到光纤连接件18的远端的光纤的单独部分。

对于光纤108包括单个芯116的示例，源光纤138可以包括单个芯140。对于光纤108包含多个芯116的示例，源光纤138也可以包括多个芯140。多个芯140可以以类似于光纤108的多个芯的图案的图案布置。作为具体示例，源光纤138和光纤108可以各自包括以六边形图案定位的六个芯，该六边形围绕光纤的周向边缘的中心。在操作期间，系统100可以同时将来自源光纤138的多个芯140的光引导到光纤108的多个芯中。

对于光纤108包括多个芯116的示例，从光纤连接件18中的多芯光纤的多个芯接收光的替代方案是从多个单芯光纤(诸如光纤束或光纤线性阵列中的光纤)的芯接收光。在一些示例中，光纤108可以是多芯光纤。光纤108的芯116可以是多芯光纤的多个芯中的第一芯。光路112可以是由可致动光学元件110限定的多个光路中的第一光路。多个光路中的每个光路可以延伸到可致动光学元件110，并且可以进一步延伸到多芯光纤的末端106。处理器114可以通过以下方式使可致动光学元件110致动以将光路112对准芯116：使可致动光学元件110致动以同时将多个光路对准多芯光纤的多个芯。光源118可以是多个光源中的第一光源。多个光源中的每个光源可以沿着多个光路中的对应的光路引导对应的光束，以耦合到多芯光纤的多个芯中的对应的芯中。

图2示出了被配置为光纤束200的光源118的示例的端视图，该光纤束200适用于图1的系统100。光纤束200包括多个单模光纤202、204、206、208、210和212。这些多个单模光纤分别包括对应的芯216、218、220、222、224和226。多个单模光纤围绕具有芯228的中心光纤214。在该示例中，多个单模式光纤202、204、206、208、210和212以围绕中心光纤214的正六边形的图案布置。光纤束200适合用作光纤108的光源118，光纤108具有以类似形状的六边形图案布置的多个芯。图2的光纤束200只是光纤束的一个示例；光纤的其它布置也是可能的。系统100可以进一步包括放大光学器件，该放大光学器件可以向多个光路提供放大倍数。放大倍数可以等于或(在公差范围内，诸如1％、5％、10％或20％)基本上等于多芯光纤的多个芯的相邻芯之间的间距与多个单芯光纤的相邻芯之间的间距之比。放大光学器件可以包括源物镜元件148(在下面详细描述)和物镜元件122(也在下面详细描述)，源物镜元件148可以准直从光源118射出的光以形成光束120，物镜元件122可以聚焦光束120以耦合到光纤108中。源物镜元件148和物镜元件122的焦距之比可以选择为等于或基本等于光纤108的多芯光纤的多个芯的相邻芯之间的间距与光源118的多个单芯光纤的相邻芯之间的间距之比。

回到图1，在一些示例中，处理器114可以通过至少使用以下两个操作，使可致动光学元件110致动以将光路112对准芯116。第一，处理器114可以确定图像104中的指定特征的位置与图像104中的预定目标位置之间的偏移。第二，处理器114可以使可致动光学元件110致动以减小偏移。处理器114可以可选地在系统100的操作期间重复这两个操作，以帮助在操作期间保持到芯116的足够高的耦合效率。例如，处理器114可以确定指定特征(诸如光纤108的周界的中心)在图像104中的像素位置(例如一组正交位置坐标，诸如x和y)，可以将所确定的像素位置与对应于良好对准的光纤108的指定像素位置(例如，诸如保存在查找表或其他适当存储器中的一组值)进行比较，并使可致动光学元件110致动以移动所确定的像素位置以与指定像素位置一致。

在一些示例中，指定特征可以包括光纤108的末端106的部分或全部周向边缘。芯116可以位于相对于光纤108的周向边缘的预定芯位置。处理器114可以通过以下方式使可致动光学元件110致动以将光路112对准芯116：使光路112与预定芯位置对准。例如，对于光纤108是单芯光纤的配置，芯116可以位于光纤108的周向边缘的中心。对于光纤108是多芯光纤的配置(例如，单个包层围绕彼此间隔开的多个芯的光纤)，芯116可以位于相对于光纤108的周向边缘的指定位置。例如，光纤108可以包括四个芯，其中中心芯位于周向边缘的中心，并且三个芯位于以中心芯为中心的等边三角形的拐角。作为另一示例，光纤108可以包括以六边形图案定位的六个芯，六边形图案围绕光纤108的周向边缘的中心(例如，这些芯可以通过在方位角上间隔开六十度、大约六十度或在一度、两度、五度或另一个合适值的公差内的六十度，而位于正六边形的拐角处)。作为又一示例，光纤108可以包括七个芯，其中中心芯位于周向边缘的中心，并且六个芯位于以中心芯为中心的正六边形的拐角。也可以使用其他合适的多芯配置。

对于光纤108包括多个芯的配置，光纤108的周界可以包括可选的方位角定位特征，诸如部分平坦的边缘、凹口、突起或可以机械或光学指示芯的方位角位置的其他特征。例如，光纤108可以包括沿着光纤108的长度延伸的杆(不是芯)。此类杆可以在光纤108的末端106的图像104中表现为亮点(例如，比点周围的区域亮)或暗点(例如，比点周围的区域暗)。在一些示例中，方位角定位特征可以是连接元件的机械特征。例如，光纤108可以保持在套圈和标准光学连接器中。当制造连接器时，可以照射光纤108的特定芯，以将特定芯对准标准光纤连接器的键。

还可以使用其他指定特征，以附加于或替代光纤108的末端106的周向边缘。例如，该特征可以包括光纤108的芯116在图像104中的外观。在一些照明配置中，芯116可以在图像104上表现为暗点，其可以表现得比芯116周围的区域更暗(例如具有更低的强度或亮度)。在其他照明配置中，芯116可以在图像104中表现为亮点，其可以表现得比芯116周围的区域更亮(例如，具有更高的强度或亮度)。直接从图像中的亮点和/或暗点识别芯116也可以与具有多个芯的多芯光纤一起使用。

系统100可以可选地进一步包括照明光源130。照明光源130可以用照明132照射光纤108。照明132可以具有与光束120的波长不同的波长。作为具体示例，光的波长可以是1550nm，并且照明132的波长可以在可见光谱中，诸如在400nm和700nm之间。也可以使用其他波长值。

对于包括照明光源130的配置，照明132中的至少一些可以从光纤108反射或散射以形成第一光。在一些示例中，从光纤108的末端106反射的照明132可以产生第一光。在一些示例中，进入光纤108的一侧并离开光纤108的末端106的照明可以形成第一光。

物镜元件122可以准直第一光中的至少一些以形成第二光。在一些示例中，诸如图1的配置，物镜元件122可以包括物镜透镜(objective lens)。光路112可以延伸穿过物镜透镜。作为替代，物镜元件122可以包括物镜面镜(objective mirror)。图3示出了图1的系统100的一部分的示例的俯视图，其中物镜元件122被配置为物镜面镜302。物镜面镜302可以具有包括抛物线的节段的横截面。物镜元件122的其他配置也是可能的，包括多个面镜、多个透镜或至少一个面镜和至少一个透镜的组合。类似地，聚焦元件126可以包括聚焦透镜或聚焦面镜中的至少一个。

回到图1，分色镜124可以引导第二光中的至少一些离开光路112以形成第三光。例如，分色镜124可以透射包括1550nm的透射带中的光。分色镜124可以反射包括照明132的波长的反射带中的光，诸如可见光谱中的光。这只是一个数值示例；也可以使用其他波长和波长范围。

在图1的配置中，分色镜124是长通分色镜，它可以透射相对长的波长(诸如用于执行形状感测的波长，可选地在电磁光谱的红外部分，诸如1550nm)，并且反射相对短的波长(诸如用于执行成像功能的波长，可选地在电磁光谱的可见部分中，诸如在400nm和700nm之间)。可替代地，分色镜124可以是短通分色镜，其可以透射相对短的波长(诸如用于执行成像功能的波长)并反射相对长的波长(诸如用于执行形状感测的波长)。用短通分色镜替换长通滤光器将涉及交换透射臂和反射臂，使得光路112将在分色镜124处反射，而不是如图1当前所示透射穿过分色镜124。

聚焦元件126可以将第三光聚焦，以在聚焦元件126的焦平面处形成图像104。成像阵列128可以位于聚焦元件126的焦平面处，并且可以感测图像104。在一些示例中，成像光学器件可以包括物镜元件122、分色镜124、聚焦元件126和成像阵列128。处理器114可以从成像阵列128接收对应于图像104的模拟和/或数字信号。也可以使用其他合适的配置。

在图1的示例中，可致动光学元件110被配置为可枢转面镜。可枢转面镜可以包括可以在两个维度中枢转的单个面镜、可以各自在单个维度中枢转的两个分离的面镜、可以各自在单个维度或两个维度中枢转的多个面镜以及其他合适的配置。在图1的配置中，可枢转面镜可以包括可以绕枢转点枢转的反射镜，以及可以绕枢转点枢转反射镜的线性致动器136。尽管图1所示的可枢转面镜仅在一个维度上枢转，但将理解，可枢转面镜可以使用一对线性致动器136在两个正交维度上枢转。处理器114可以控制线性致动器136。处理器114可以通过以下方式致动可致动光学元件110以将光路112对准光纤108的芯116：基于图像104中的指定特征的位置来枢转可枢转面镜以操纵光路112。

光路112可以包括在光源118和可致动光学元件110之间延伸的固定部分。光路112可以包括在可致动光学元件110和光纤108的末端106之间延伸的可移动部分。在系统100的操作期间，光路112的可移动部分可以在空间中移动，而光路112的固定部分可以保持静止。在图1的配置中，分色镜124、聚焦元件126和成像阵列128位于光路112的固定部分中。也可以使用其他配置。

在一些示例中，可致动光学元件110可以位于光路112中以作为远心(telecentric)。对于远心配置，枢转可枢转面镜可以在光纤108的末端106处产生光路112的横向平移，而不会在光纤108的末端106处产生光路122的角度变化。在一些示例中，将可枢转面镜定位在物镜元件122的后焦平面(或背焦平面)处可以产生远心条件。

图1的可枢转面镜只是合适的可致动光学元件110的一个示例。其他合适的配置可以包括可平移光学元件，诸如可平移透镜或可平移面镜。在一些示例中，可平移光学元件可以包括物镜元件122、全系统100和/或光纤108。

在一些示例中，系统100可以包括允许系统100在单独环境(诸如工业示例中的洁净室环境，或涉及无菌的医疗示例中的无菌环境)中操作的特征。例如，在执行医疗程序的一些应用中，诸如当系统100可以是可重复使用的(例如，可以是资本装备)，并且光纤108可以是可更换的(例如，可以在一次使用后处理，或者在多次使用后再处理和处置，或者在不确定的使用次数后再处理)时，系统100可以可选地包括屏障，诸如窗口或光学表面。在医疗示例中，屏障可以满足清洁要求，以帮助为不需要无菌的特定医疗程序提供清洁环境，或者可以满足无菌要求，以帮助确保需要无菌的医疗程序的无菌性。

窗口或光学表面可以将光束120传递到光纤108，并且可以在不接触光纤108的情况下接收来自光纤108的光。在一些示例中，可以在系统100的使用之间容易地清洁窗口或光学表面，以避免污染后续程序中使用的光纤。在一些示例中，物镜元件122(诸如物镜透镜)可以形成系统100的屏障的一部分。例如，物镜透镜可以是平-凸的，其中平面侧可选地形成无菌屏障的一部分。也可以使用其他配置。如上所述，在一些示例中，由系统100形成的屏障可以不是无菌屏障，因为它不满足无菌要求。

系统100还可以可选地包括场对准透镜134，该场对准透镜134位于光纤108的末端106附近的光路112中。对于当光纤108远离系统100的光学元件的中心轴线定位(例如，离轴性能)时的情况，此类场对准透镜可以改善耦合效率。场对准透镜134可以可选地具有与物镜元件122相同的焦距。场对准透镜134可以可选地具有比物镜元件122的直径小的直径(例如，通光孔径)。场对准透镜134可以可选地具有比物镜元件122的数值孔径小的数值孔径(例如，直径的一半，除以焦距)。场对准透镜134可以可选地形成为平-凸透镜。场对准透镜134可以可选地具有形成系统100的无菌屏障的一部分的平面侧。因为场对准透镜134可以是相对便宜的物品，所以场对准透镜134可以可选地被配置为可以被移除、再处理、再使用和/或处置的可更换(例如，一次性或多次使用)元件。此类可更换元件可以可选地与光纤108封装在一起或与光纤108分开封装。

在一些示例中，系统100可以可选地监测从光纤108的一个或多个芯反射的光量。例如，在方位感测应用中，系统100可以将光耦合到光纤108的一个或多个芯中，光可以从沿着光纤108长度的位置以不同的量反射，并且系统100可以分析反射光，诸如通过由询问器12执行的光频域反射法(OFDR)，以确定光纤108的三维方位。在一些示例中，对反射光的分析可以包括感测反射光的幅度或振幅。此类感测的幅度或振幅可以对应于光进入光纤108的耦合效率。系统100可以致动可致动光学元件110以提高、最大化和/或优化来自光纤108的反射光的感测的幅度或振幅。在一些示例中，系统100可以使用与上述成像技术一致的感测的幅度或振幅。例如，系统100可以使用成像技术以在芯116附近或芯116处执行光路112的初始定位(例如，作为粗对准程序)，并且可以使用感测的幅度或振幅来相对于芯116更精确地定位光路112(例如，作为精细对准程序)。在一些示例中，系统100可以使用感测的幅度或振幅来相对于芯116定位光路112，而不使用上述成像技术。

如上所述，系统100可以照射光纤108以捕获光纤108的末端106的图像104。对于光源118包括源光纤138的配置，系统100可以可选地照射源光纤138的末端，并且包括附加光学元件，以将源光纤138的末端142的视图叠加到图像104中的光纤108的末端106的视图上。(作为照射源光纤138的末端142的替代方案，或者除了执行此类照射之外，控制器10可以将照明注入源光纤138的相对端，该照明可以沿着源光纤138传播以从源光纤138的末端142射出。因为用于成像的照明可以使用与用于形状感测的光不同的波长，所以照明的注入可以通过控制器10处的波分复用来执行。)允许同时观察两个光纤的末端可以在系统100的组装和对准阶段期间提供附加信息。

如上所述，第一照明光源(诸如130)可以用第一照明(诸如132)照射光纤108。第一照明132可以具有与光束120的波长不同的第一波长。第一照明132中的至少一些可以从光纤108反射或散射以形成第一光。物镜元件122(诸如物镜透镜或物镜面镜)可以准直第一光中的至少一些以形成第二光。第二照明光源144可以用第二照明146照射源光纤138。第二照明148可以具有与第一波长不同并且与光束120的波长不同的第二波长。第二照明146中的至少一些可以从源光纤138反射或散射以形成第三光。源物镜元件148(诸如源物镜透镜或源物镜面镜)可以准直第三光中的至少一些以形成第四光。分色镜(诸如124)和反射器150(诸如后向反射器或后向反射棱镜)可以叠加第二光和第四光以形成第五光。在图1所示的配置中，分色镜124可以朝向反射器150反射第四光中的至少一些。可替代地，可以将分色镜124定向为朝向反射器150反射第二光中的至少一些。聚焦元件(诸如126)可以聚焦第五光以在聚焦元件126的焦平面处形成图像104。位于聚焦元件126的焦平面处的成像阵列(诸如128)可以感测图像104。因为光纤的末端106、142可以用不同波长的光成像，所以处理器114可以可选地根据需要从两个叠加视图中分离信息。形成光纤的末端106、142的叠加视图可以在系统100的组装和/或对准阶段期间和/或系统100的使用期间提供附加信息。例如，由于光纤的末端可以在图像104中可见，因此图像104可以用于检查光纤末端的污染或损坏。

光路112可以包括可选的第一可枢转元件152，第一可枢转元件152可以在一个维度或两个维度延伸的角度范围内重定向光路112。第一可枢转元件152可以包括可调整安装件上的面镜，该可调整安装件可以围绕一个、两个、三个或更多个轴线可控地枢转。在可枢转元件绕多个轴线枢转的情况下，这些轴线可以相交或不相交，或者彼此正交，或者旋转偏移一些其他角度。短语“可枢转元件”意在包括各种“倾斜/倾侧元件”，例如，其可以包括安装在倾斜/倾侧台上的元件(诸如面镜)。尽管也可以使用其他配置，但倾斜/倾侧台通常可以围绕两个正交和相交轴线中的每一个枢转。在图1的配置中，第一可枢转元件152可以具有45度或约45度的标称入射角，使得光路112可以标称重定向90度或约90度。45度的入射角只是入射角的一个示例；也可以使用其他合适的入射角。第一可枢转元件152可以在系统100的组装和对准阶段期间提供附加自由度。例如，将第一可枢转元件152定位在光路112中可以帮助放松源光纤138上的一些放置公差，并且可以帮助补偿光路112中的其他光学元件的旋转和/或位移。第一可枢转元件152可以位于光路112中在光源118和分色镜124之间、在分色镜124和可致动光学元件110之间、在可致动光学元件110和光纤108之间，或者在沿着光路112的任何其他适当的位置。

光路112可以包括可选的第二可枢转元件154，第二可枢转元件154可以在一个维度或两个维度延伸的角度范围内重定向光路112。第二可枢转元件154可以在结构和功能上类似于第一可枢转元件152。第二可枢转元件154可以位于光路112中在光源118和分色镜124之间、在分色镜124和可致动光学元件110之间、在可致动光学元件110和光纤108之间，或者在沿着光路112的任何其他适当位置。第一可枢转元件152和第二可枢转元件154可以位于沿着光路112的不同位置(例如，可以沿着光路12纵向分开)。尽管第二可枢转元件154在图1中显示为与第一可枢转元件152相邻，其间没有中间光学元件，但是第二可枢转元件154可以位于沿着光路112的任何适当位置，包括分束器之间，或者在分束器和可致动光学元件110之间。使用沿着光路112分开的两个可枢转元件可以在系统100中的光学部件的组装和对准期间有帮助。例如，使用两个纵向分离的可枢转元件可以允许光路112横向平移(例如，不旋转地移动)到期望的位置，或者在保持固定的空间位置的同时在两个维度上旋转。作为具体示例，使用两个可枢转元件可以允许光路112穿过透镜的中心，而不是透镜的边缘，以改善透镜的光学性能。

在一些示例中，使用一个或多个可枢转元件来操纵光路112使得光纤108和源光纤138可以近似彼此平行(至少在几度范围内)可能是有益的。将光纤定向成近似平行通常与使用典型的物理接触连接器一致，这通常需要从相对侧插入光纤。通过移除可枢转元件152或154中的一个、添加附加可枢转元件、将分色镜124修改为短通滤光器而不是长通滤光器以及其他几何修改，可以修改图1的配置以实现这种类似条件。

到目前为止，讨论集中于将光路112与光纤108的芯116横向对准。具体地，对于光纤108的末端106处的坐标系(x，y，z)，其中z对应于光路112的中心轴线，上述讨论的是针对在x维度和y维度上对准光路112。例如，捕获光纤108的末端106的图像104可以提供光纤108上的一个或多个特征的x坐标和y坐标，并且系统100可以相对于图像104中的一个或多个特征在x维度和y维度上主动对准光路112。

在一些应用中，在x维度和y维度上的主动对准可能足以实现到光纤108中的足够高的耦合。这些应用可以依赖于光纤108的末端106的机械放置，因为其足够准确以实现足够高的耦合。例如，光纤108可以装配到夹具中，该夹具可以将光纤108的末端106在指定公差内定位在指定平面(在z方向上)中，使得对于公差内的任何z方位，耦合效率都足够高。

在其他应用中，z方向上的机械放置可能不够准确，无法实现足够高的耦合。对于这些应用，系统100可以进一步包括一个或多个纵向方位传感器元件。纵向方位传感器元件可以检测光束120的焦点和光纤108的末端106之间的纵向间隔(例如，沿着光路112测量的距离)。纵向方位传感器元件可以位于光路112的固定部分中的任何适当位置。

类似地，系统100可以进一步包括一个或多个纵向方位调整器元件。一个或多个纵向方位调整器元件可以纵向定位光束120的焦点，以减小焦点和光纤108的106之间的纵向间隔。一个或多个纵向方位调整器元件可以位于光路112的固定部分中的任何适当位置。在一些示例中，一个或多个纵向方位调整器元件可以位于光路112中在纵向方位传感器元件和光纤108之间。

在图1的配置中，纵向方位传感器元件可以包括分束器156，诸如二向色分束器、50-50分束器或其他合适的分束元件。在图1的配置中，分束器156可以沿着光路112位于分色镜124和光纤108之间。可替代地，分色镜124可以沿着光路112位于分束器156和光纤108之间。也可以使用其他配置，包括可以交换通过分束器156的透射和反射路径的功能的配置。

分束器156可以接收已经从光纤108的末端106反射和/或散射的光。分束器156可以将一部分反射光朝向双棱镜158、透镜160和传感器162引导。透镜160可以聚焦从双棱镜158射出的光以在传感器162处形成图像164。传感器162可以耦合到处理器114。

双棱镜158可以在反射光的相对两半之间赋予楔形角(wedge angle)，使得图像164中的指定特征(诸如光纤108的周向边缘)在图像164上具有对应的复制特征。处理器114还可以至少部分地基于指定特征和对应的复制特征之间的间距，来确定焦点和光纤108的末端106之间的纵向间隔。对于这些配置，该间距可以被认为是焦点误差信号。该间距可以与指定距离进行比较，该指定距离可以在系统100的初始配置中确定，诸如在系统100初始组装和对准期间在工厂中确定。如果间距小于指定距离，则焦点可以在光纤108的末端106的一侧，诸如光纤108的外侧。如果间距大于指定距离，则焦点可以在光纤108的末端106的另一侧，诸如光纤108内。

图1的双棱镜配置只是纵向方位传感器元件的配置的一个示例。其他合适的配置如图4-图6所示，并在下文进行描述。

图4示出了适用于图1的系统100的纵向方位传感器元件的示例的俯视图。光路112中的分束器156将已经从光纤108(图1)的末端106(图1)反射和/或散射的光束120的光部分402朝向分裂场二向色滤光器404、透镜406和传感器410引导。分裂场二向色滤光器404的第一半404A可以具有第一光谱轮廓(例如，可以通过第一波长或第一波段)。分裂场二向色滤光器404的第二半404B可以具有与第一光谱轮廓不同的第二光谱轮廓(例如，可以通过与第一波长不同的第二波长或与第一波段不同的第二波段)。光部分402可以在传感器410处形成图像408。传感器410可以耦合到处理器114。

光部分402可以具有多个波长。分裂场二向色滤光器404可以被配置为使得图像408中的指定特征在不同波长下在图像408中具有对应的复制特征。处理器114还可以至少部分地基于指定特征和对应的复制特征之间的间距来确定焦点和光纤108的末端106之间的纵向间隔。如上所述，可以将该间距与指定距离进行比较。

图5示出了适用于图1的系统100的纵向方位传感器元件的另一个示例的俯视图。光路112中的分束器156将已经从光纤108(图1)的末端106(图1)反射和/或散射的光束120的光部分502朝向具有可编程孔径的硅上液晶(LCOS)器件504、透镜506和传感器510引导。光部分502可以在传感器510处形成图像508。传感器510可以耦合到处理器114。

LCOS器件504可以使用时间复用来实现图1和图4所示元件所实现的类似分裂效果。在第一时间，LCOS器件514孔径的第一半504A可以是反射的，而LCOS器件524的孔径的第二半506B可以是非反射的。在第一时间期间，处理器114可以从传感器510获取第一图像。在第一时间之后的第二时间，LCOS器件504的孔径的第一半504A可以是非反射的，而LCOS器件504的孔径的第二半504B可以是反射的。在第二时间期间，处理器114可以从传感器510获取第二图像。LCOS器件504可以被配置为使得第一图像中的指定特征在第二图像中具有对应的复制特征。处理器114还可以至少部分地基于指定特征和对应的复制特征之间的间距来确定焦点和光纤108的末端106之间的纵向间隔。如上所解释的，可以将该间距与指定距离进行比较。

图6示出了适用于图1系统100的纵向方位传感器元件的另一示例的俯视图。光路112中的分束器156将已经从光纤108(图1)的末端106(图1)反射和/或散射的光束120的光部分602朝向色差透镜606和传感器610引导。光部分602可以在传感器610处形成图像608。传感器610可以耦合到处理器114。

光部分602可以具有多个波长。因为色差透镜606包括色差，所以色差透镜606可以在第一焦平面处将一个波长下的光带到第一焦点，并且可以在与第一焦平面分离的第二焦平面处将第二波长(第二波长与第一波长不同)下的光带到第二焦点。注意，在没有色差的情况下，这通常是在一个以上波长下操作的大多数设计良好的透镜的情况，第一和第二焦平面通常重合或几乎重合。

可以配置色差透镜606，使得图像608中的指定特征在不同波长下在图像608中具有对应的复制特征。处理器114可以进一步至少部分地根据图像608中的指定特征的大小和图像608中的对应的复制特征的大小来确定焦点和光纤108的末端106之间的纵向间隔。此外，或者作为替代，处理器114可以处理图像608，诸如通过对图像608执行二维快速傅里叶变换，来评估图像608在不同波长下的清晰度。不同波长下的清晰度可以帮助确定焦点和光纤108的末端106之间的纵向间隔，和/或可以帮助至少确定纵向间隔的符号(例如正或负)。

图1的配置使用了不同的分束器(诸如分色镜124和分束器156)、不同的聚焦元件(诸如聚焦元件126和透镜160)以及不同的传感器(诸如成像阵列128和传感器162)，以执行成像(诸如使用分色镜124、聚焦元件126、成像阵列128)和焦点感测(诸如使用分束器156、透镜160和传感器162)的任务。作为替代方案，诸如通过使用单个分束器(诸如分色镜124)并移动纵向方位传感元件(诸如，图1的双棱镜、图4的分裂场二向色滤光器、图5的LCOS器件或图6的色差透镜)以定位在聚焦元件126和成像阵列128之间，可以组合任务和元件。如果光纤108的末端106利用多个波长照射，诸如，都可以位于分色镜124的反射带中(或者如果图1的长通滤光器被替换为短通滤光器，则为透射带)的三个波长，则此类替代方案可以尤其有效。

图7示出了图1的系统100中的纵向方位调整器元件的俯视图。在图1和图7中，纵向方位调整器元件可以包括变焦透镜166。变焦透镜166可以设置在光路112中，诸如设置在光路112的固定部分中。处理器114可以进一步使变焦透镜166基于焦点和光纤108的末端106之间的纵向间隔(由纵向方位传感器元件确定)来调整光束120的准直，以将焦点定位在光纤108的末端106处。

图8示出了适用于图1的系统100的纵向方位调整器元件的示例的俯视图。作为使用图1和图7的变焦透镜166的替代方案，系统100可以包括线性致动器802，以相对于光纤108的末端106纵向定位物镜元件122，以相对于光纤108的末端106纵向定位整个系统100，以相对于系统100纵向定位光纤108，或以其他方式可控地改变系统100和光纤108的末端106之间的间隔。处理器114可以基于由纵向方位传感器元件确定的纵向间隔来控制线性致动器802。线性致动器802可以调整焦点和光纤108的末端106之间的间距。也可以使用其他合适的致动器和致动器类型。

任何或所有纵向方位传感器技术(诸如使用图1的双棱镜、图4的分裂场二向色滤光器、图5的LCOS器件、图6的色差透镜或其他技术的那些)都可以与任何或所有纵向方位调整器技术(诸如使用图1和图7的变焦透镜、图8的线性致动器或其他)一起使用。此外，任何或所有纵向方位传感器技术和任何或所有纵向方位调整器技术都可以与物镜元件的任何或所有配置(诸如物镜透镜或物镜面镜)、光纤的任何或所有配置(诸如单芯或多芯)、光源的任何或所有配置(诸如单芯光纤、多芯光纤、多个单芯光纤等)，以及可枢转元件的任何或所有配置(诸如包括两个、省略一个而仅包括一个、省略两个而不包括任何，或包括多于两个)一起使用。

图9示出了用于操作系统以将光引导到光纤中的方法900的示例的流程图。该系统可以包括成像光学器件、处理器和可致动光学元件。可致动光学元件可以限定光路。光路可以延伸到可致动光学元件并且可以进一步延伸到光纤的末端。方法900可以在图1的系统100或任何其他合适的系统上执行。

在操作902处，系统可以利用成像光学器件生成光纤的末端的图像。

在操作904处，系统可以利用处理器确定图像中的指定特征在图像中的位置。

在操作906处，系统可利用处理器基于图像中的指定特征的位置使可致动光学元件致动以将光路对准光纤的芯。

在操作908处，系统可以沿着光路引导光束以耦合到光纤的芯中。

在一些示例中，方法900可以可选地进一步包括利用处理器确定图像中的指定特征的位置与图像中的预定目标位置之间的偏移。方法900可以可选地进一步包括利用处理器使可致动光学元件致动以减小偏移。

在一些示例中，指定特征可以是光纤的末端的周向边缘。芯可以位于相对于光纤的周向边缘的预定芯位置。方法900可以可任选地进一步包括利用处理器通过以下方式使可致动光学元件致动以将光路对准芯：使光路与预定芯位置对准。

在一些示例中，方法900可以可选地进一步包括利用照明来照射光纤，该照明具有与光束的波长不同的波长。

在一些示例中，方法900可以可选地进一步包括从光纤反射或散射照明中的至少一些以形成第一光。方法900可以可选地进一步包括利用成像光学器件的物镜元件准直第一光中的至少一些以形成第二光。方法900可以可选地进一步包括利用成像光学器件的分色镜将第二光中的至少一些引导离开光路以形成第三光。方法900可以可选地进一步包括利用成像光学器件的聚焦元件聚焦第三光以在聚焦元件的焦平面处形成图像。方法900可以可选地进一步包括利用位于聚焦元件的焦平面处的成像阵列感测图像。

在一些示例中，方法900可以可选地进一步包括通过纵向方位传感器检测焦点和光纤的末端之间的纵向间隔。方法900可以可选地进一步包括利用纵向方位调整器定位焦点以减小纵向间隔。

在一些示例中，纵向方位调整器可以进一步在图像中创建复制特征。方法900可以可选地进一步包括，通过处理器并且至少部分地基于指定特征和对应的复制特征之间的间距或大小差，确定焦点和光纤的末端之间的纵向间隔。

在一些示例中，纵向方位调整器可以包括设置在光路中的变焦透镜。方法900可以可选地进一步包括，通过处理器并且基于焦点和光纤的末端之间的纵向间隔，使变焦透镜调整光束的准直以将焦点定位在光纤的末端。

在一些示例中，纵向方位调整器可以包括可致动物镜透镜，其可以将光路引导到光纤的末端上。方法900可以可选地进一步包括，通过处理器并且基于焦点和光纤的末端之间的纵向间隔，使可致动物镜透镜移动以将焦点定位在光纤的末端。

图10示出了用于操作系统以将光引导到光纤中的另一种方法1000的示例的流程图。光纤可以包括芯。该系统可以包括成像光学器件、第一可致动光学元件和第二可致动光学元件。方法1000可以在图1的系统100或任何其他合适的系统上执行。

在操作1002处，系统可以利用成像光学器件生成光纤的末端的第一图像。

在操作1004处，系统可以根据第一图像确定光纤的末端上的芯的二维横向位置。

在操作1006处，系统可以基于二维横向位置使第一可致动光学元件致动，以将光路横向对准芯。方法1000可以根据需要重复操作1002至1006，直到系统可以确定光路充分对准芯。当系统完成操作1006时，光路被认为横向对准芯(例如，在与光纤的末端处的光路正交的x-y平面中对准)。

在操作1008处，系统可以利用成像光学器件生成光纤的末端的第二图像。

在操作1010处，系统可以根据第二图像确定光纤的末端上的芯的纵向位置。

在操作1012处，系统可以基于纵向位置使第二可致动光学元件致动，以在光纤的末端处将光路带到焦点。方法1000可以根据需要重复操作1008至1006，直到系统可以确定焦点足够接近光纤的末端。当系统完成操作1012时，光路的焦点被认为纵向对准光纤的末端(例如，在平行于光纤的末端处的光路的z方向上对准)。

在一些示例中，第一可致动光学元件可以包括可枢转面镜。方法1000可以可选地进一步包括沿着光路引导光束以耦合到光纤的芯中。方法1000可以可选地进一步包括重复执行至少以下三个操作。第一，该系统可以使可枢转面镜的角方位在二维上抖动。第二，该系统可以感测从芯反射的光量。在一些示例中，第二操作可以由耦合到系统的控制器的询问器执行。第三，该系统可以调整可枢转面镜的角方位，以增加从芯反射的光量。

在一些示例中，系统中包括的控制器或处理器中的至少一个可以在可枢转面镜的多个角方位(x，y)和/或多个焦点方位(z)处进行测量，在每个角方位和/或焦点方位处测量从芯反射的光量，将一个或多个曲线拟合到测量的光量，并且调整可枢转面镜的角方位和/或焦点调整以对应于一个或多个曲线的局部最大值。

在一些示例中，控制器10可以使用OFDR在镜像搜索模式的每个位置测量反射信号。可以使用各种数据处理技术来评估在哪里实现最佳光纤耦合(例如，光束120的焦点和光纤108的末端106之间的哪一个间隔提供了从光纤108返回的最高光量，并且因此提供了进入光纤108的最高耦合效率)。

在一种技术中，控制器10可以对原始频域数据中的反射振幅求和，并报告总反射振幅。此类技术将起作用，但可以另外排除一些相对大的背景信号。下面描述的技术可以排除这些相对大的背景信号，并且因此可以增加耦合效率测量的信噪比。

在另一种技术中，控制器10可以在时域或光延迟域中选择反射振幅的一节段，该节段表示光纤108中的在芯中有光栅的节段，并在所选节段上求和。例如，在时域中，因为水平轴对应于往返传播时间，所以由光学界面(诸如玻璃和空气之间的界面，诸如透镜或窗口的面)产生的反射沿水平轴显示为峰值。这样，控制器10可以有效地忽略从这些光学界面产生的峰值，并分析从沿着光纤108的长度的位置反射的光产生的数据。控制器10可以对由沿着光纤108的长度的(一个或多个)反射引起的数据的反射振幅求和，并且排除由来自光纤108的末端106或其他光学表面的(一个或多个)反射引起的数据。与使用返回到控制器10的所有光相比，以这种方式选择使用哪些数据可以增加灵敏度。例如，以这种方式选择使用哪些数据可以仅在光耦合到光纤108中并且从沿着光纤108的长度的光栅结构反射时才示出较高的信号(例如，高于噪声水平)。

在另一种技术中，控制器10可以在时域中选择存在光栅的整个光纤108区域，诸如通过快速傅里叶变换将数据变换到频域，并仅在光栅反射的光谱区域上对振幅求和。以这种方式处理振幅数据可以帮助减少或消除可能由连接器反射和其他光学界面引起的低水平宽带反射振幅。

计算机可读介质可以存储指令，这些指令在由用于将光引导到光纤中的系统的处理器执行时使处理器执行操作。该系统可以包括限定光路的可致动光学元件。光路可以延伸到可致动光学元件并且可以进一步延伸到光纤的末端。这些操作可以至少包括以下四个操作。第一，该系统可以利用成像光学器件生成光纤的末端的图像。第二，该系统可以根据图像确定图像中的指定特征在图像中的位置。第三，该系统可以基于图像中的指定特征的位置使可致动光学元件致动以将光路对准光纤的芯。第四，该系统可以沿着光路引导光束以耦合到光纤的芯中。

尽管已经针对优选实施例描述了本发明的各个方面，但将理解，本发明有权在所附权利要求的全部范围内受到全面保护。

Claims (34)

1.一种用于将光引导到光纤中的系统，所述系统包括：

成像光学器件，其被配置为形成光纤的末端的图像；

可致动光学元件，其被配置为限定光路，其中所述光路延伸到所述可致动光学元件并进一步延伸到所述光纤的所述末端；

处理器，其被配置为：

确定所述图像中的指定特征在所述图像中的位置，并且

基于所述图像中的所述指定特征的所述位置，使所述可致动光学元件致动以将所述光路对准所述光纤的芯；以及

光源，其被配置为沿着所述光路引导光束以耦合到所述光纤的所述芯中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式使所述可致动光学元件致动以将所述光路对准所述芯：

确定所述图像中的所述指定特征的所述位置与所述图像中的预定目标位置之间的偏移；以及

使所述可致动光学元件致动以减小所述偏移。

3.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述指定特征是所述光纤的所述末端的周向边缘；

所述芯位于相对于所述光纤的所述周向边缘的预定芯位置；并且

所述处理器被配置为通过以下方式使所述可致动光学元件致动以将所述光路对准所述芯：

使所述光路与所述预定芯位置对准。

4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括照明光源，所述照明光源被配置为用照明来照射所述光纤，所述照明具有与所述光束的波长不同的波长。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述照明中的至少一些被配置为从所述光纤反射或散射以形成第一光，并且其中所述成像光学器件包括：

物镜元件，其被配置为准直所述第一光中的至少一些以形成第二光；

分色镜，其被配置为将所述第二光中的至少一些引导离开所述光路以形成第三光；

聚焦元件，其用于聚焦所述第三光以在所述聚焦元件的焦平面处形成所述图像；以及

成像阵列，其位于所述聚焦元件的所述焦平面处并被配置为感测所述图像。

6.根据权利要求5所述的系统，其中：

所述物镜元件包括物镜透镜；并且

所述光路延伸穿过所述物镜透镜。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述物镜元件包括具有包含抛物线的节段的横截面的物镜面镜。

8.根据权利要求6所述的系统，其中：

所述可致动光学元件包括可枢转面镜；并且

所述处理器被配置为通过以下方式致动所述可致动光学元件以将所述光路对准所述光纤的所述芯：

基于所述图像中的所述指定特征的所述位置来枢转所述可枢转面镜以操纵所述光路；并且

所述光路包括固定部分和可移动部分，所述固定部分在所述光源和所述可枢转面镜之间延伸，所述可移动部分在所述可枢转面镜和所述光纤的所述末端之间延伸。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述可枢转面镜位于所述光路中以作为远心，使得枢转所述可枢转面镜在所述光纤的所述末端产生所述光路的横向平移，而不会在所述光纤的所述末端处产生所述光路的角度变化。

10.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述光源包括源光纤；并且

所述光路通过从所述源光纤的芯延伸到所述可致动光学元件来延伸到所述可致动光学元件，使得来自所述光束的至少一些光被配置为从一长度的所述光纤反射并沿着所述光路传播以耦合到所述源光纤的所述芯中。

11.根据权利要求10所述的系统，进一步包括：

第一照明光源，其被配置为用第一照明来照射所述光纤，所述第一照明具有与所述光束的波长不同的第一波长，所述第一照明中的至少一些被配置为从所述光纤反射或散射以形成第一光；

物镜元件，其被配置为准直所述第一光中的至少一些以形成第二光；

第二照明光源，其被配置为用第二照明来照射所述源光纤，所述第二照明具有与所述第一波长不同且与所述光束的所述波长不同的第二波长，所述第二照明中的至少一些被配置为从所述源光纤反射或散射以形成第三光；

源物镜元件，其被配置为准直所述第三光中的至少一些以形成第四光；

分色镜和反射器，其被配置为叠加所述第二光和所述第四光以形成第五光；

聚焦元件，其用于聚焦所述第五光以在所述聚焦元件的焦平面处形成所述图像；以及

成像阵列，其位于所述聚焦元件的所述焦平面处并被配置为感测所述图像。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，进一步包括：

聚焦元件，其被配置为聚焦所述光束以形成靠近所述光纤的所述末端的焦点；

纵向方位传感器，其被配置为检测所述焦点和所述光纤的所述末端之间的纵向间隔；以及

纵向方位调整器，其被配置为纵向定位所述焦点以减小所述纵向间隔。

13.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述纵向方位传感器包括被配置为接收反射光的双棱镜，所述反射光从所述光纤的所述末端反射；

所述双棱镜进一步被配置为在所述反射光的相对两半之间赋予楔形角，使得所述图像中的所述指定特征在所述图像中具有对应的复制特征；并且

所述处理器进一步被配置为至少部分地基于所述指定特征和所述对应的复制特征之间的间距来确定所述焦点和所述光纤的所述末端之间的所述纵向间隔。

14.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述纵向方位传感器包括被配置为接收反射光的分裂场二向色滤光器，所述反射光从所述光纤的所述末端反射并且具有多个波长，所述分裂场二向色滤光器被配置为使得所述图像中的所述指定特征在不同波长下在所述图像中具有对应的复制特征；并且

所述处理器进一步被配置为至少部分地基于所述指定特征和所述对应的复制特征之间的间距来确定所述焦点和所述光纤的所述末端之间的所述纵向间隔。

15.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述纵向方位传感器包括被配置为接收反射光的色差透镜，所述反射光从所述光纤的所述末端反射并且具有多个波长，所述色差透镜被配置为使得所述图像中的所述指定特征在不同波长下在所述图像中具有对应的复制特征；并且

所述处理器进一步被配置为至少部分地根据所述图像中的所述指定特征的大小和所述图像中的所述对应的复制特征的大小来确定所述焦点和所述光纤的所述末端之间的所述纵向间隔。

16.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述纵向方位调整器包括设置在所述光路中的变焦透镜；并且

所述处理器进一步被配置为使得所述变焦透镜基于所述焦点和所述光纤的所述末端之间的所述纵向间隔来调整所述光束的准直，以将所述焦点定位在所述光纤的所述末端。

17.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述纵向方位调整器包括可致动物镜透镜，所述可致动物镜透镜被配置为将所述光路引导到所述光纤的所述末端上；并且

所述处理器进一步被配置为基于所述焦点和所述光纤的所述末端之间的所述纵向间隔，使所述可致动物镜透镜移动以将所述焦点定位在所述光纤的所述末端。

18.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，其中：

所述光纤是多芯光纤；

所述光纤的所述芯是所述多芯光纤的多个芯中的第一芯；

所述光路是由所述可致动光学元件限定的多个光路中的第一光路，所述多个光路中的每个光路延伸到所述可致动光学元件并且进一步延伸到所述多芯光纤的所述末端；

所述处理器被配置为通过以下方式使所述可致动光学元件致动以将所述光路对准所述芯：

使所述可致动光学元件致动以同时将所述多个光路对准所述多芯光纤的所述多个芯；并且

所述光源是多个光源中的第一光源，所述多个光源中的每个光源被配置为沿着所述多个光路中的对应的光路引导对应的光束，以耦合到所述多芯光纤的所述多个芯中的对应的芯中。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述多个光源中的每个光源包括源多芯光纤的源芯。

20.根据权利要求19所述的系统，其中：

所述成像光学器件包括成像阵列；

所述成像光学器件被配置为在所述成像阵列上形成所述光纤的所述末端的所述图像；并且

所述成像光学器件进一步被配置为在所述成像阵列上形成所述源多芯光纤的末端的图像。

21.根据权利要求18所述的系统，其中：

所述多个光源中的每个光源包括多个单芯光纤中的单芯光纤；并且

所述系统进一步包括放大光学器件，所述放大光学器件被配置为向所述多个光路提供放大倍数，所述放大倍数等于所述多芯光纤的所述多个芯的相邻芯之间的间距与所述多个单芯光纤的相邻芯之间的间距之比。

22.一种用于操作系统以将光引导到光纤中的方法，所述系统包括成像光学器件、处理器和可致动光学元件，所述可致动光学元件限定光路，所述光路延伸到所述可致动光学元件并且进一步延伸到所述光纤的末端，所述方法包括：

利用所述成像光学器件生成所述光纤的末端的图像；

利用所述处理器确定所述图像中的指定特征在所述图像中的位置；

利用所述处理器，基于所述图像中的所述指定特征的所述位置，使所述可致动光学元件致动以将所述光路对准所述光纤的芯；以及

沿着所述光路引导光束以耦合到所述光纤的所述芯中。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：

利用所述处理器确定所述图像中的所述指定特征的所述位置与所述图像中的预定目标位置之间的偏移；以及

利用所述处理器使所述可致动光学元件致动以减小所述偏移。

24.根据权利要求22所述的方法，其中：

所述指定特征是所述光纤的所述末端的周向边缘；

所述芯位于相对于所述光纤的所述周向边缘的预定芯位置；并且

所述方法进一步包括利用所述处理器通过以下方式使所述可致动光学元件致动以将所述光路对准所述芯：使所述光路与所述预定芯位置对准。

25.根据权利要求22所述的方法，进一步包括用照明来照射所述光纤，所述照明具有与所述光束的波长不同的波长。

26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：

从所述光纤反射或散射所述照明中的至少一些以形成第一光；

利用所述成像光学器件的物镜元件准直所述第一光中的至少一些以形成第二光；

利用所述成像光学器件的分色镜将所述第二光中的至少一些引导离开所述光路以形成第三光；

利用所述成像光学器件的聚焦元件聚焦所述第三光以在所述聚焦元件的焦平面处形成所述图像；以及

利用位于所述聚焦元件的所述焦平面处的成像阵列感测所述图像。

27.根据权利要求22-26中任一项所述的方法，进一步包括：

通过纵向方位传感器检测焦点和所述光纤的所述末端之间的纵向间隔；以及

利用纵向方位调整器定位所述焦点，以减小所述纵向间隔。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述纵向方位调整器进一步被配置为在所述图像中创建复制特征，并且其中所述方法进一步包括：

通过所述处理器并且至少部分地基于所述指定特征和所述复制特征之间的间距或大小差来确定所述焦点和所述光纤的所述末端之间的所述纵向间隔。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述纵向方位调整器包括设置在所述光路中的变焦透镜，并且其中所述方法进一步包括：

通过所述处理器并且基于所述焦点和所述光纤的所述末端之间的所述纵向间隔，使所述变焦透镜调整所述光束的准直以将所述焦点定位在所述光纤的所述末端。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述纵向方位调整器包括可致动物镜透镜，所述可致动物镜透镜被配置为将所述光路引导到所述光纤的所述末端上，并且其中所述方法进一步包括：

通过所述处理器并且基于所述焦点和所述光纤的所述末端之间的所述纵向间隔，使所述可致动物镜透镜移动以将所述焦点定位在所述光纤的所述末端。

31.一种用于操作系统以用于将光引导到包括芯的光纤中的方法，所述系统包括成像光学器件、第一可致动光学元件和第二可致动光学元件，所述方法包括：

利用所述成像光学器件生成所述光纤的末端的第一图像；

根据所述第一图像确定所述光纤的所述末端上的所述芯的二维横向位置；

基于所述二维横向位置，使所述第一可致动光学元件致动以将光路横向对准所述芯；

利用所述成像光学器件生成所述光纤的所述末端的第二图像；

根据所述第二图像确定所述光纤的所述末端上的所述芯的纵向位置；以及

基于所述纵向位置，使所述第二可致动光学元件致动以在所述光纤的所述末端处将所述光路带到焦点。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一可致动光学元件包括可枢转面镜；并且所述方法进一步包括：

沿着所述光路引导光束以耦合到所述光纤的所述芯中；以及

重复：

使所述可枢转面镜的角方位在二维上抖动，

感测从所述芯反射的光量，以及

调整所述可枢转面镜的所述角方位以增加从所述芯反射的所述光量。

33.一种存储指令的计算机可读介质，所述指令在由用于将光引导到光纤中的系统的处理器执行时，使所述处理器执行操作，所述系统包括可致动光学元件，所述可致动光学元件限定延伸到所述可致动光学元件并进一步延伸到所述光纤的末端的光路，所述操作包括：

利用成像光学器件生成所述光纤的末端的图像；

根据所述图像确定所述图像中的指定特征在所述图像中的位置；

基于所述图像中的所述指定特征的所述位置，使所述可致动光学元件致动以将所述光路对准所述光纤的芯；以及

沿着所述光路引导光束以耦合到所述光纤的所述芯中。

34.一种存储指令的计算机可读介质，所述指令在由用于将光引导到光纤中的系统的处理器执行时，使所述处理器执行根据权利要求22至32中任一项所述的方法。

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