CN206788409U - 一种微结构光纤熔接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微结构光纤熔接系统。该熔接系统主要包括观测子系统、校正子系统、熔接子系统及操控子系统，其中，观测子系统中利用等腰直角观测镜将微结构光纤的熔接端面无失真成像在同一个端面观测摄像机的镜头内，再经过同比例放大后通过观测显示器加以显示，校正子系统可以对微结构光纤进行三维位置调整和周向旋转调整，对微结构光纤的校正过程和状态可以通过观测显示器实时观测。本实用新型有效解决了微结构光纤在熔接过程中对熔接端面不能同时观测、无失真观测、清楚观测等难题，并且具有实现成本低、对准校正准确、微结构光纤熔接后的损耗低等优势。

Description

一种微结构光纤熔接系统

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，尤其涉及一种微结构光纤熔接系统。

背景技术

微结构光纤(Micro-Structured Fibers,MSF)是一种新型光纤，也被称之为光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers,PCF)，其结构特征主要是该微结构光纤除了纤芯外还包含有气孔。如图1所示，从微结构光纤的横截面来看，设置在纤芯11外围的气孔12在形状、大小、间距、排列组合关系，以及数量多少等方面具有多种设计选择，因此决定了这种多孔微结构光纤的多样性。并且，由于这些气孔的大小与纤芯中传播的光波的波长处于同一个数量级，通常孔径范围是微米 (um)级，故可通过优化设计气孔大小、填充率以及排列等方式获得一系列“奇异”的光学性质。微结构光纤的这种结构设计灵活性可以实现传输带宽宽、宽带零色散值、传输损耗低、传输容量大等优势。

但是，在现有技术中，这种截面复杂的微结构光纤在熔接接续方面存在损耗大、耦合效率低等问题。

具体而言，当两根微结构光纤对接熔焊时，对这两根待熔接的微结构光纤的相对应的端面(称之为熔接端面)观测不清楚，包括：不能在一个视场里同时观测到这两根微结构光纤的熔接端面，或者对这两个熔接端面的观测存在失真现象(例如，圆形端面失真观测为椭圆形端面、不能对两根端面同比例放大进行观测等)。由此，两根微结构光纤的熔接端面上的这些气孔就难以看清楚，进而不能保证熔接时这些气孔一一对准。

另一方面，在两根待熔接的微结构光纤的熔接端面对准校正过程中，由于气孔的孔径较小、形状也不完全相同并且气孔的数量较多，对准过程的调节精度要求很高。例如，若轴向对准校正的精度不高，难以使得这两根微结构光纤的中心轴在一条直线上，若周向对准校正精度不高，难以使得这两根微结构光纤在周向旋转调整时，不能使纤芯和这些气孔都很好的对准。

进一步的，两根微结构光纤在熔接完成后不能直接对熔接的效果进行检测，还需要从熔接系统上取下，然后再利用其他检测仪器对熔接效果进行检测，费时费力，熔接效率不高。

为此，需要提供一种微结构光纤熔接系统，能够提高微结构光纤在熔接过程中的观测准确度和校正精准度，以及为微结构在熔接后的性能检测提供及时有效的反馈，保证熔接精准高效，提高一次性熔接的成功率。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种微结构光纤熔接系统，解决现有技术中对待熔接的微结构光纤的熔接端面不能同时观测、观测不清楚和观测失真的问题，在微结构光纤熔接对准校正过程中不能精细调整实现高精度对准的问题，以及对微结构光纤熔接后不能有效检测熔接效果的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种微结构光纤熔接系统，包括对待熔接的微结构光纤的相对应的熔接端面进行对准观测的观测子系统，对该待熔接的微结构光纤的该熔接端面进行对准调整的校正子系统，该熔接端面对准后，对该待熔接的微结构光纤进行熔接的熔接子系统，以及对该观测子系统、校正子系统和熔接子系统进行运行控制的操控子系统，该观测子系统包括端面观测镜、端面观测摄像机和观测显示器，该端面观测镜设置在该待熔接的微结构光纤的该熔接端面之间，该端面观测镜将该熔接端面无失真成像并投射到该端面观测摄像机的同一个镜头上，该端面观测摄像机同比例放大该熔接端面的光学成像并通过该观测显示器加以同步显示。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该端面观测镜为等腰直角观测镜，该待熔接的微结构光纤平行于该等腰直角观测镜的底面，并且均与该等腰直角观测镜顶角的直角棱垂直，该直角棱超出该熔接端面的上顶点，以使该熔接端面沿该待熔接的微结构光纤的轴线方向上能够完整投影到该等腰直角观测镜的直角面上，该端面观测摄像机的镜头所在的平面平行于该等腰直角观测镜的底面，且该镜头临近该等腰直角观测镜的直角棱，以使该熔接端面经该直角面成像投射到该端面观测摄像机的镜头上。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该待熔接的微结构光纤水平设置，该等腰直角观测镜竖直可调节的设置在该待熔接的微结构光纤的该熔接端面之间，该镜头设置在该等腰直角观测镜的上方。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该观测子系统还包括设置在该待熔接的微结构光纤的一侧的照射光源。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该观测显示器上显示有用于该熔接端面对准校正的校正坐标。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该观测子系统还包括设置在该待熔接微结构光纤一侧用于观测该待熔接的微结构光纤的侧面的侧面观测摄像机。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该等腰直角观测镜的两个等腰直角边的长度大于200um，该等腰直角观测镜的直角棱的长度大于200um。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该校正子系统包括夹持该待熔接的微结构光纤中的一根微结构光纤的夹持架，以及夹持并调整另一根微结构光纤的调节架；或者，该校正子系统包括分别夹持并调整该两根待熔接的微结构光纤的调节架，该调节架包括对该待熔接的微结构光纤进行对准调整的轴向调整组件、周向调整组件、竖直调整组件和/或水平调整组件。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该调节架的轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件组成一个三维调节平台，该周向调整组件固定设置在该三维调节平台上并受该三维调节平台的位置调整；该轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件均包括调整滚珠丝杠和调整步进电机，该调整步进电机受控于该操控子系统，由该调整步进电机带动该调整滚珠丝杆运行，进而带动该轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件独立进行位移调整；该周向调整组件包括夹持该微结构光纤的夹持部，在该夹持部的后端设置有周向转轴，该周向转轴受控于周向步进电机，使该夹持部夹持的该微结构光纤绕其中心轴进行周向旋转，该周向步进电机也由该操控子系统控制调整。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该调整滚珠丝杠和调整步进电机对该轴向调整组件、竖直调整组件和/或水平调整组件位移调整的步进精度是0.1um，该周向步进电机对周向调整组件的周向旋转调整的步进精度是0.1度。

在本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中，该的微结构光纤熔接系统还包括对熔接后的微结构光纤进行性能检测的测试子系统。

本实用新型的有益效果是：本实用新型微结构光纤熔接系统主要包括观测子系统、校正子系统、熔接子系统及操控子系统，其中，观测子系统中利用等腰直角观测镜将微结构光纤的熔接端面无失真成像在同一个端面观测摄像机的镜头内，再经过同比例放大后通过观测显示器加以显示，校正子系统可以对微结构光纤进行三维位置调整和周向旋转调整，对微结构光纤的校正过程和状态可以通过观测显示器实时观测。本实用新型有效解决了微结构光纤在熔接过程中对熔接端面不能同时观测、无失真观测、清楚观测等难题，并且具有实现成本低、对准校正准确、微结构光纤熔接后的损耗低等优势。

附图说明

图1是微结构光纤的截面示意图；

图2是根据本实用新型微结构光纤熔接系统一实施例的组成示意图；

图3是根据本实用新型微结构光纤熔接系统另一实施例中观测子系统的组成示意图；

图4是图3所示等腰直角观测镜对微结构光纤的熔接端面成像观测的原理图；

图5是根据本实用新型微结构光纤熔接系统一实施例中侧面观测显示器的显示示意图；

图6a至图6c是根据本实用新型微结构光纤熔接系统一实施例中端面观测显示器的显示示意图；

图7是笛卡尔直角坐标系示意图；

图8是采用本实用新型微结构光纤熔接系统熔接微结构光纤的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和 /或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

另外，除了微结构光纤外，本实用新型也适用于有多个纤芯的多纤芯光纤和保偏光纤的熔接。因此，本实用新型所涉及的微结构光纤应做广义的理解，涵盖了包括多个纤芯和/或气孔组合的光纤结构，包括多纤芯光纤和保偏光纤。

如图2所示，在本实用新型微结构光纤熔接系统一实施例中，该系统包括对待熔接的微结构光纤201(图2示意为两根，即一对微结构光纤进行熔接，也适用于多对微结构光纤的熔接)的相对应的熔接端面202进行对准观测的观测子系统21，对待熔接的微结构光纤201 的熔接端面202进行对准调整的校正子系统22，以及熔接端面202 对准后，对待熔接的微结构光纤201进行熔接的熔接子系统(图2中未示出)，还包括对观测子系统21、校正子系统22和熔接子系统进行运行控制的操控子系统(图2中未示出)。这里，观测子系统21主要是对待熔接的微结构光纤201的相对应的熔接端面202进行观测。其中，相对应的熔接端面202是指微结构光纤201进行熔接的端面是相对放置的，即熔接端面202面朝面放置。另外，对熔接端面202观测的目的是为了同时能够看清两个熔接端面202的结构特征，并对这两个熔接端面202是否对准进行观测判断，是进一步对准校正调整的基础。

在图2中，观测子系统21包括端面观测镜211、端面观测摄像机212和观测显示器213，端面观测镜211临近设置在待熔接的微结构光纤201的熔接端面202之间，端面观测镜211将熔接端面202同时无失真成像投射到同一个端面观测摄像机212的镜头2121上，端面观测摄机212对两个熔接端面202的光学成像同比例放大并通过观测显示器213加以同步显示。图2中，端面观测摄机212与观测显示器213通过线缆2122连接。优选的，端面观测摄机212的放大比例是300倍至500倍放大。

对于端面观测镜211而言，其主要作用就是利用其对光线的反射和折射作用，将两个熔接端面202进行无失真光学成像，同时还能够将这两个熔接端面202的光学成像同时反射到同一个方向并投射到同一个镜头里。这里，端面观测镜211对两个熔接端面202的成像不失真，主要指是成像的形状不能改变，例如不能把圆形的熔接端面 202成像为椭圆形的熔接端面。另外，端面观测镜211对两个熔接端面202的成像既不放大或也不缩小，或者是对两个熔接端面202同比例放大或同比例缩小，这样保证两个熔接端面202的成像在进入到端面观测摄像机212的镜头2121时是不失真的、并且是无缩放的或同比例缩放的。

优选的，端面观测镜211优选为等腰直角观测镜。该等腰直角观测镜包括等腰直角三棱镜或等腰直角平面镜。如图3所示，该等腰直角观测镜303包括顶端的直角棱3032，以及两个等腰的直角面3033 和一个底面3031，直角面3033与横截面3034相交的边是直角边3035。对于等腰直角三棱镜而言，直角面3033对应的就是等腰直角三棱镜的两个直角棱镜面；对于等腰直角平面镜而言，是指两个等边长的平面镜以直角拼接而成，直角面3033对应的就是等腰直角平面镜的这两个等边长的平面镜。实际应用中，通常是把等腰直角观测镜303的直角面3033分别朝向微结构光纤的熔接端面，达到对熔接端面成像的目的。

进一步的，如图3所示，该图是观测子系统的组成示意图。其中，待熔接的微结构光纤301平行于等腰直角观测镜303的底面3031，并且均与等腰直角观测镜303顶端的直角棱3032垂直。这样，使得来自微结构光纤301的熔接端面302的光线在沿自微结构光纤301的轴线方向(即微结构光纤的中轴线，也是其延伸方向)投射时，这些光线均与等腰直角观测镜303的两个直角面3033以45度的夹角入射。进一步，直角棱3032超出熔接端面302的上顶点3021，以使熔接端面302沿待熔接的微结构光纤301的轴线方向上能够完整的投影到等腰直角观测镜303的直角面3033上。这里，熔接端面302的上顶点3021就是指熔接端面302上最靠上方的顶点，例如熔接端面 302为圆形时，该上顶点就是指在竖直方向上经过该圆形熔接端面的圆心的直径的最上方的点。端面观测摄像机312的镜头3121所在的平面平行于等腰直角观测镜303的底面3031，且镜头3121临近等腰直角观测镜303的直角棱3032。这样，等腰直角观测镜303的两个直角面3033对来自熔接端面302的光线均以45度的夹角入射后，经过90度反射正好成像投射到镜头3121上，即这两个直角面3033分别对两个熔接端面302同时成像到镜头3121上。

图4是等腰直角观测镜与两根待熔接的微结构光纤成像的原理图，借助该图可以进一步分析等腰直角观测镜对两根待熔接的微结构光纤的成像原理。由图4可以看出，来源于微结构光纤401的两个熔接端面402的光线4034投射到该等腰直角观测镜403的两个直角面 4033上，由于两根微结构光纤401的轴线平行于该等腰直角观测镜的底面4031且均与该等腰直角棱镜顶端的直角棱垂直，来自两个熔接端面的光线将被等腰直角观测镜403的两个直角面4033以90度角反射，正好垂直向上将这两个熔接端面402成像投射到端面观测摄像机的镜头4121上。显然，采用这种方式使得熔接端面402上每一点的光线都是经过90度反射进入镜头4121，这样，熔接端面上的每一点在镜头4121上的成像都不会因为光路距离的长短不同而发生形状的改变和大小改变，这样就保证了对两个熔接端面的成像是不失真并且不缩放的。进一步的，利用这种方式，微结构光纤的熔接端面即使剪割的不平整，也不会导致熔接端面的成像失真。

这里，微结构光纤、等腰直角观测镜和端面观测摄机的镜头在物理空间上有多种设置方式，只要满足上述条件即可。作为一种优选实施方式，实际应用中通常把待熔接的微结构光纤水平设置，等腰直角观测镜竖直可调节的设置在待熔接的微结构光纤的熔接端面之间，端面观测摄像机的镜头设置在等腰直角观测镜的上方。

由于本实用新型微结构光纤熔接系统实施例是在基于对熔接端面观测基础上再进行校准和熔接，因此通过观测子系统进行观测时，位于等腰直角观测镜两个直角面两侧的这两根待熔接的微结构光纤，要先使得它们平行于等腰直角观测镜的底面，并且均与等腰直角观测镜顶端的直角棱垂直，等腰直角观测镜的顶端的直角棱还要高出这两根待熔接的微结构光纤的熔接端面的上顶点。这样，即使这两根待熔接微结构光纤在竖直方向的高度可能不同，以及在水平方向也会有位置前后的偏差，但是微结构光纤在空间位置上的这种差别也不会影响这两根待熔接微结构光纤的熔接端面通过该等腰直角观测镜在镜头中的完整无失真成像，只是成像的位置不同而已。因此，利用观测子系统把两个熔接端面无失真的位置偏差观测到，就可以进一步利用校正子系统在竖直方向、水平方向调整这两根待熔接微结构光纤的位置。

另外，等腰直角观测镜竖直可调节设置在待熔接的微结构光纤的熔接端面之间。由以上可知，当通过等腰直角观测镜对待熔接的微结构光纤的熔接端面进行观测时，等腰直角观测镜的顶端的直角棱要高出这两根待熔接微结构光纤的熔接端面的上顶点。因此，为了保证等腰直角观测镜与待熔接微结构光纤的空间位置具有可调节性，可以使得等腰直角观测镜具有竖直升降可调节能力。这样，当等腰直角观测镜的顶端的直角棱低于这两根待熔接微结构光纤的熔接端面的上顶点时，可以升高该等腰直角观测镜。具体采用的手段可以是将该等腰直角观测镜固定设置在一个升降可调节的升降台上。当然，当通过等腰直角观测镜对待熔接的微结构光纤的熔接端面观测完后，既可以将该等腰直角观测镜直接拿开，也可以通过这种优选的竖直升降调节方式把该等腰直角观测镜降下来。因此，这种对等腰直角观测镜采用竖直升降可调节的方式，使得等腰直角观测镜具有自动可调节性，减少人工操作，也有利于将等腰直角观测镜调整到最佳观测位置。当然，除了对该等腰直角观测镜进行竖直升降调节外，也可以在水平方向进行前后调节，进一步增强对等腰直角观测镜的调节能力。

另外，由于端面观测摄机的镜头设置在微结构光纤的上方，当还没有利用等腰直角观测镜对微结构光纤的熔接端面观测时，可以对微结构光纤进行俯视观测，这样可以观测微结构光纤在水平方向上的前后位置偏差。

一般的，微结构光纤的截面都是圆形截面，直径为125um或者大于125um，为了能够在等腰直角观测镜的两个等腰直角镜面完整对熔接端面成像，等腰直角观测镜的两个等腰直角面对应的直角边的长度通常大于200um，等腰直角观测镜的直角棱的长度通常也大于200um。优选的，在实际应用中，等腰直角观测镜的两个等腰直角镜面对应的直角边的长度为10mm，等腰直角观测镜的直角棱的长度为 10mm。因此，等腰直角镜面是一个边长为10mm的正方面。

进一步优选的，观测子系统还包括设置在微结构光纤一侧且临近待熔接的微结构光纤的熔接端面的照射光源。通过设置照射光源，该照射光源发出的光照射到微结构光纤的熔接端面上，有利于增强熔接端面在等腰直角观测镜上成像的清晰度，以便于更为清楚的在观测显示器上显示出来。

优选的，观测子系统还包括设置在待熔接微结构光纤一侧用于观测待熔接的微结构光纤的侧面的侧面观测摄像机。这是对熔接端面观测的一种观测补充，从侧面观测可以观测到待熔接微结构光纤的抵近情况，以及待熔接微结构光纤的高低情况。实际应用中，可以将侧面观测摄像机也连接到同一个观测显示器上，然后通过切换观测的方式在该观测显示器上分别显示待熔接微结构光纤的熔接端面观测情况和侧面观测情况。也可以将侧面观测摄像机单独连接到另一个观测显示器上，单独对待熔接微结构光纤的侧面进行实时观测。

图5显示了对微结构光纤的侧面观测示意图，从图5中可以看出等腰直角观测镜5503，以及等腰直角观测镜5503两侧的微结构光纤 5501，并且可以观测到这两个微结构光纤5501在竖直方向上高度不同。

进一步优选的，观测显示器上显示有用于微结构光纤的熔接端面对准校正的校正坐标。图6a至图6c是根据本实用新型微结构光纤熔接系统一实施例中观测显示器的显示示意图。图6a至图6c中示意显示了在观测显示器的显示屏幕中有两根微结构光纤的两个熔接端面的示意图5021、5022，并且还显示有两个相同的校正坐标513，该校正坐标中包括两个校正圆环5131、5132，经过这两个校正圆环的圆心是两个“十”字纵横坐标轴5133、5134。由图6a可以看出两个熔接端面示意图5021、5022的圆形边缘与校正坐标513的两个校正圆环5131、5132没有重合。因此，需要对这两根待熔接的微结构光纤进行校正调整。该过程主要有：先调整端面观测摄像机的放大比例，使得两个熔接端面5021、5022的圆形边缘与校正坐标513的两个校正圆环5131、5132的大小相同；然后，再从竖直方向和/或水平方向调整这两根待熔接的微结构光纤，使得两个熔接端面5021、5022的圆心正好分别与两个校正圆环5131、5132的圆心重合，这样就可以完成对两根微结构光纤的轴向校正，使得这两根微结构光纤的轴线在一条直线上，轴向校正准确后的效果示意图如图6b所示；接着，再对两根微结构光纤再进行周向校正，控制两根微结构光纤绕其圆心进行周向旋转，直至两个熔接端面5021、5022完全相同，如图6c所示，表明这两根微结构光纤的熔接端面上的气孔和纤芯正好一一对准。

需要说明的是，对这两根待熔接的微结构光纤进行对准校正观测时，该校正坐标513既可以是刻在端面观测摄像机的镜头上的“实”坐标线，也可以是在观测显示器上通过软件设计加以显示的“软”坐标线。这种刻在镜头上的“实”坐标线实现方式简单，只需要在镜头上刻好相应的校正圆环、“十”字坐标轴即可，但不足之处在于这种坐标在观测显示器上是固定不变显示的。而通过软件设计在观测显示器显示的“软”坐标线可以根据熔接端面的光学成像在观测显示器上的显示位置不同而动态调整，具有自适应调节的能力，并且还可以结合图像识别技术，对微结构光纤的对准校正情况进行实时数据显示，还可以进一步结合校正子系统来实现对微结构光纤的自动校正对准调整。

上述是对本实用新型微结构光纤熔接系统中观测子系统实施例的介绍，通过上述观测子系统实施例，可以有效解决微结构光纤在熔接过程中对相对应的熔接端面不能同时观测、观测失真、观测不清楚、观测偏差显示不直观等问题，并且具有设计巧妙、实现成本低的优势。

以下对本实用新型微结构光纤熔接系统实施例中的校正子系统进一步说明。

对于校正子系统而言，其主要作用就是校正调整待熔接的微结构光纤的位置，使得待熔接的微结构光纤的熔接端面对准，满足熔接条件。我们以两根待熔接的微结构光纤为例，在对准校正时，可以采取的方法有：第一种方法是使一根微结构光纤事先调整固定好，并在校正过程中始终保持不动，然后使另一根微结构光纤处于可调整状态，这种调整包括对微结构光纤在三维方向上的位置调整以及对该微结构光纤进行周向旋转调整。第二种方式是两根微结构光纤都可以进行动态调整。针对第一种方法，校正子系统包括夹持待熔接的微结构光纤中的一根微结构光纤的夹持架，以及夹持并调整另一根微结构光纤的调节架。针对第二种方法，校正子系统包括分别夹持并调整两根待熔接的微结构光纤的调节架。针对这两种方法所采用的调节架是相同的，该调节架包括对待熔接的微结构光纤进行对准调整的轴向调整组件、周向调整组件、竖直调整组件和/或水平调整组件。

这里，需要对轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件进行说明。这三个调整组件实际上代表了在三维空间上调整的三个方向，我们以笛卡尔直角坐标系为例，如图7所示，在笛卡尔直角坐标系中有相互垂直的x坐标轴、y坐标轴和z坐标轴，那么轴向调整组件的作用就是调整微结构光纤在x坐标轴方向抵近或远离移动，水平调整组件就是调整微结构光纤在y坐标轴方向前后移动，竖直调整组件就是调整微结构光纤在z坐标轴方向上下移动。通过这三个调整组件对微结构光纤进行位置调整，最终调整的结果是要使得两根待熔接的微结构光纤的几何中心对准、上下前后均对准。在这之后，再进一步通过周向调整组件对微结构光纤进行周向旋转调整，其目的是使得两根待熔接的微结构光纤的熔接端面完全一致，保证端面上的纤芯和气孔一一对应对准。

优选的，调节架的轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件是一个三维调节平台，周向调整组件固定设置在该三维调节平台上并受该三维调节平台的三维位移调控。对于轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件而言，均采用了相同的结构设计，即均包括滚珠丝杠和步进电机，步进电机受控于操控子系统，由步进电机带动滚珠丝杆运行，进而带动这些组件的位移调整。因此，轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件均可以独立进行位移调整。对于周向调整组件，则包括夹持微结构光纤的夹持部，在夹持部的后端设置有转轴，该转轴受控于周向步进电机，可使夹持部所夹持的微结构光纤绕其中心轴进行周向旋转，周向步进电机也受控于操控子系统。

另外，对于轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件和/或周向调整组件的调整操作既可以是手动操作模式也可以是自动操作模式。在手动操作模式下，这些调整组件的步进电机受控于操控子系统，而操控子系统接收人工手动操作鼠标、按键和/或控制手柄的操作指令。在自动操作模式下，这些调整组件的步进电机也受控于操控子系统，而操控子系统则根据观测显示器上显示的熔接端面与校正坐标之间的偏差自动向步进电机发出调整指令。

优选的，对于轴向调整组件、垂直调整组件和水平调整组件，其中的滚珠丝杠优选1605滚珠丝杠和1204滚珠丝杠，步进电机是57 步进电机和42步进电机。还可以进一步增加256的步进电机细分器，调节步进电机驱动器的细分档位，可调整到50000步，配合1605滚珠丝杆使得一个步进的精度可以达到0.01um，优选为0.1um，使得调整精度得到大幅度提升。

优选的，对于周向调整组件，其中的周向步进电机也是选用上述 57步进电机和42步进电机，以及256的步进电机细分器，可以达到对周向调整组件的周向旋转调整的步进精度是0.1度。

以上是对校正子系统实施例的说明，可见通过该校正子系统实施例可以保证对微结构光纤进行三维位置调整和周向旋转调整，并且调整的位移精度可以达到0.1um，这样精准的校正调整保证了微结构光纤的熔接端面精密对准，熔接后可以实现的插入损耗达到0.1dBd。

对于本实用新型实施例中涉及的熔接子系统可以采用机械臂的方式，当微结构光纤完成对准观测和对准校正后，两根微结构光纤的熔接端面的距离也处于熔接距离范围之内，此时可以将熔接微结构光纤的放电电极设置在机械臂上，由该机械臂将放电电极置于两根微结构光纤的熔接端面处，然后对两根微结构光纤进行熔接即可。

优选的，本实用新型微结构光纤熔接系统的实施例中还包括对熔接后的微结构光纤进行性能检测的测试子系统。

具体而言，对于该测试子系统主要包括测试信号输入端和测试信号输出端以及对测试结果的数据显示。因此，在两根微结构光纤熔接为一根光纤后，在经过熔接后的微结构光纤的一端与测试信号输入端相连接，另一端与测试信号输出端相连接，由输入端输入测试的光信号，然后在接收端接收该测试光信号，通过测量该测试光信号的功率等参数的变化情况，来检测微结构光纤的熔接效果。

通过该测试子系统可以直接对熔接后的微结构光纤两端进行通光测试并给出结论，有利于提高熔接效果监测的效率。

对于本实用新型实施例中涉及的操控子系统主要是基于嵌入式的操作控制系统或计算机操作控制系统，包括硬件电路、与上述其他各子系统的互联接口及连接线路、操作控制软件和人机交互控件(键盘、鼠标等)。该操控子系统可以实现对上述观测子系统、校正子系统、熔接子系统和测试子系统的统一控制操作，以实现对上述各子系统的人工操作控制或者自动控制操作。

基于与上述本实用新型微结构光纤熔接系统实施例的同一构思，还提供了微结构光纤熔接方法的实施例。

图8是采用本实用新型微结构光纤熔接系统熔接微结构光纤的流程图。其中，包括步骤S1，夹持光纤，将两根待熔接的微结构光纤分别由夹持架和调节架夹持，或者分别由两个调节架夹持。这里，调节架优选采用了前述调节架的结构，能够调整待熔接的微结构光纤在三维空间上进行位移调整，以及还能够对该微结构光纤进行周向旋转调整。

步骤S2，抵近光纤，调整该调节架产生轴向移动，使得两根待熔接的微结构光纤的熔接端面抵近。这里，轴向是指待熔接的微结构光纤中心轴的延伸方向，该微结构光纤被加持在调节架上，随调节架的调整而移动。

步骤S3，观测端面，将该两根待熔接的微结构光纤的熔接端面由前述的端面观测镜无失真成像并投射到同一个端面观测摄机的镜头上，该端面观测摄像机对两个熔接端面的光学成像进行同比例放大，然后在观测显示器上同步显现。

根据前述内容，优选的，该端面观测镜是等腰直角观测镜，待熔接的微结构光纤平行于该等腰直角观测镜的底面，并且均与该等腰直角观测镜的直角棱垂直，该直角棱超出熔接端面的上顶点，以使熔接端面沿待熔接的微结构光纤的轴线方向上能够完整投影到等腰直角观测镜的直角面上，该端面观测摄像机的镜头所在的平面平行于等腰直角观测镜的底面，且该镜头临近等腰直角观测镜的顶角的的直角棱，以使熔接端面经直角面成像投射到观测摄像机的镜头上。

进一步优选的，待熔接的微结构光纤水平设置，等腰直角观测镜竖直可调节的设置在待熔接的微结构光纤的熔接端面之间，端面观测摄像机的镜头设置在等腰直角观测镜的上方。

步骤S4，对准校正，根据观测显示器显示的两个所述熔接端面的光学成像，利用调节架对至少一根待熔接的微结构光纤进行位移调整和周向旋转调整，使得待熔接的微结构光纤的熔接端面抵近且对准。

这里，利用调节架对至少一根待熔接的微结构光纤进行调整主要是因为在实际使用中可以保持其中一根待熔接的微结构光纤不动，而只需要调整另一根待熔接的微结构光纤；或者，两根微结构光纤均可以通过调节架进行调整。这两种方式都可以使得待熔接的微结构光纤的熔接端面抵近和对准。

优选的，在对准校正步骤中，位移调整包括对微结构光纤进行轴向调整、竖直调整和/或水平调整。这里可以结合图6a至图6c所示的坐标轴加以理解，轴向调整就是沿着x轴调整，使得微结构光纤能够相互抵近，竖直调整就是沿着z轴调整，使得微结构光纤彼此高低相同，水平调整就是沿着y轴调整，使得微结构光纤能够在方位上前后对齐。位移调整既可以是在这三维方向上均有调整能力，也可以是在其中的二维方向或者一维方向上调整，根据实际需要设定位移调整的方向。例如，可以事先把调整架在x轴和y轴方向校正准，微结构光纤夹持到调整架后只需要在z轴方向调整即可，这样大大简化了调整的复杂度。当然，能够在三维方向上对微结构光纤进行位移调整，则有利于增强位移调整的灵活性。

优选的，在上述对准校正中，在观测显示器上显示有用于所述熔接端面对准校正的校正坐标，其中至少有一个熔接端面的显示位置是动态可调的。如前所述，这里的校正坐标既可以是刻在端面观测摄像机镜头上的“实”坐标，也可以是在观测显示器上显示的“软”坐标。另外，由于微结构光纤至少有一根是可调整的，因此，至少有一个熔接端面在观测显示器上的显示位置是动态可调的。

优选的，在上述对准校正中，该轴向调整、竖直调整、水平调整和/或周向旋转调整是由手动操作进行，或者是根据熔接端面与观测显示器上显示的校正坐标的偏差，由操控子系统自动进行校正操作，观测显示器显示校正状态信息。这里手动操作，包括使用鼠标、键盘、遥控器和/或控制手柄对微结构光纤实施对准校正操作，这些输入控制设备均是接入到控制子系统中，然后再进一步通过调节架作用到微结构光纤。显示器显示的校正状态信息主要是熔接端面与校正坐标的偏差数据，以及提示需要调整的方向、距离、最佳校正位置等信息。

对两根微结构光纤的校正调整可以有多种方式：一种方式是固定一根微结构光纤调整另一根，就是使其中一根微结构光纤固定好并保持不变，其熔接端面与校正坐标的校正圆环大小适配、熔接端面的圆心也与对应的校正圆环的圆心重合，然后动态调节另一根微结构光纤，使得该微结构光纤的熔接端面与已经事先校正好的微结构光纤对准；另外一种方式就是两根微结构光纤都具有调节校正能力，不过调节的方式可以有多种，比如只能进行高低调节，或者只能进行水平方向的前后调节，或者这些调节能力都具备。

进一步的，在完成上述对准校正后，可以竖直向下降低等腰直角观测镜，然后进一步轴向调整微结构光纤，使得微结构光纤的熔接端面抵近到熔接距离内。优选的，熔接距离小于或等于20um。可以看出，由于在对准校正过程中，等腰直角观测镜位于待熔接的微结构光纤之间，这样才能保证微结构光纤的熔接端面通过等腰直角观测镜的直角面成像到观测摄像机的镜头内。完成对准校正后，若要对微结构光纤进行焊接，则要把等腰直角观测镜移开，否则在熔接端面之间有阻挡物，并且还要保证微结构光纤的熔接端面之间的距离要足够近，以至于两个熔接端面能够熔接在一起。因此，在竖直向下降低等腰直角观测镜后，根据需要进一步轴向调整微结构光纤的间距，使得两个熔接端面更加接近。当然，该轴向调整不会造成微结构光纤在其他方向上出现新的偏差。

步骤S5，熔接光纤，利用熔接子系统将待熔接的微结构光纤的熔接端面熔接在一起，形成一根熔接完好的微结构光纤。

优选的，在上述微结构光纤熔接方法实施例中还可以包括在步骤 S3观测端面的同时或者之后，对待熔接的微结构光纤的侧面进行观测。增加对微结构光纤的侧面观测，还有助于在完成对准校正后，当进一步沿轴向抵近微结构光纤时，更为细致的判断微结构光纤的抵近情况，例如判断是否在熔接的距离范围内，以便于及时进行熔接处理。

优选的，在上述微结构光纤熔接方法实施例中还可以包括在步骤 S5熔接光纤之后，直接对微结构光纤进行性能测试。

需要说明的是，由于上述微结构光纤熔接方法实施例中各步骤的执行内容，与前文本实用新型上述微结构光纤熔接系统中各子系统的组成及工作原理基于同一构思，具体内容可参见本实用新型微结构光纤熔接系统实施例中的叙述，此处不再赘述。

由此可见，本实用新型微结构光纤熔接系统主要解决了微结构光纤在熔接过程中对熔接端面不能同时观测、无失真观测、清楚观测等难题，具有实现成本低、对准校正准确、微结构光纤熔接后的损耗低等优势。另外，本实用新型同样适用于多芯光纤、保偏光纤的熔接。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种微结构光纤熔接系统，包括对待熔接的微结构光纤的相对应的熔接端面进行对准观测的观测子系统，对所述待熔接的微结构光纤的所述熔接端面进行对准调整的校正子系统，所述熔接端面对准后，对所述待熔接的微结构光纤进行熔接的熔接子系统，以及对所述观测子系统、校正子系统和熔接子系统进行运行控制的操控子系统，其特征在于，

所述观测子系统包括端面观测镜、端面观测摄像机和观测显示器，所述端面观测镜设置在所述待熔接的微结构光纤的所述熔接端面之间，所述端面观测镜将所述熔接端面无失真成像并投射到所述端面观测摄像机的同一个镜头上，所述端面观测摄像机同比例放大所述熔接端面的光学成像并通过所述观测显示器加以同步显示。

2.根据权利要求1所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述端面观测镜为等腰直角观测镜，所述待熔接的微结构光纤平行于所述等腰直角观测镜的底面，并且均与所述等腰直角观测镜顶角的直角棱垂直，所述直角棱超出所述熔接端面的上顶点，以使所述熔接端面沿所述待熔接的微结构光纤的轴线方向上能够完整投影到所述等腰直角观测镜的直角面上，所述端面观测摄像机的镜头所在的平面平行于所述等腰直角观测镜的底面，且所述镜头临近所述等腰直角观测镜的直角棱，以使所述熔接端面经所述直角面成像投射到所述端面观测摄像机的镜头上。

3.根据权利要求2所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述待熔接的微结构光纤水平设置，所述等腰直角观测镜竖直可调节的设置在所述待熔接的微结构光纤的所述熔接端面之间，所述镜头设置在所述等腰直角观测镜的上方。

4.根据权利要求3所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述观测子系统还包括设置在所述待熔接的微结构光纤的一侧的照射光源。

5.根据权利要求4所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述观测显示器上显示有用于所述熔接端面对准校正的校正坐标。

6.根据权利要求5所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述观测子系统还包括设置在所述待熔接微结构光纤一侧用于观测所述待熔接的微结构光纤的侧面的侧面观测摄像机。

7.根据权利要求6所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述等腰直角观测镜的两个等腰直角边的长度大于200um，所述等腰直角观测镜的直角棱的长度大于200um。

8.根据权利要求1至7任一所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述校正子系统包括夹持所述待熔接的微结构光纤中的一根微结构光纤的夹持架，以及夹持并调整另一根微结构光纤的调节架；或者，所述校正子系统包括分别夹持并调整两根所述待熔接的微结构光纤的调节架，所述调节架包括对所述待熔接的微结构光纤进行对准调整的轴向调整组件、周向调整组件、竖直调整组件和/或水平调整组件。

9.根据权利要求8所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述调节架的轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件组成一个三维调节平台，所述周向调整组件固定设置在所述三维调节平台上并受所述三维调节平台的位置调整；所述轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件均包括调整滚珠丝杠和调整步进电机，所述调整步进电机受控于所述操控子系统，由所述调整步进电机带动所述调整滚珠丝杆运行，进而带动所述轴向调整组件、竖直调整组件和水平调整组件独立进行位移调整；所述周向调整组件包括夹持所述微结构光纤的夹持部，在所述夹持部的后端设置有周向转轴，所述周向转轴受控于周向步进电机，使所述夹持部夹持的所述微结构光纤绕其中心轴进行周向旋转，所述周向步进电机也由所述操控子系统控制调整。

10.根据权利要求9所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述调整滚珠丝杠和调整步进电机对所述轴向调整组件、竖直调整组件和/或水平调整组件位移调整的步进精度是0.1um，所述周向步进电机对周向调整组件的周向旋转调整的步进精度是0.1度。

11.根据权利要求9所述的微结构光纤熔接系统，其特征在于，所述的微结构光纤熔接系统还包括对熔接后的微结构光纤进行性能检测的测试子系统。