CN2556659Y

CN2556659Y - 保偏光轴自动调节装置

Info

Publication number: CN2556659Y
Application number: CN 02217294
Authority: CN
Inventors: 李玉春; 陈华; 马正新; 薛健
Original assignee: HAILANGUANG COMMUNICATION TECHONLOGY CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: HAILANGUANG COMMUNICATION TECHONLOGY CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2012-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种保偏光轴自动调节装置，包括前端夹具部分，由左右对称的前端夹具体组成，在前端夹具体顶面设置大、小导柱，每组中的二个导柱对称分布于前端夹具体的中心线两侧，在前端夹具体上方分别设置压板，另在前端夹具体之间的设置两组夹紧块；光轴调整机构，由位于前端夹具体对角线方向、四组结构相同的回转夹具组成，回转夹具固定在电机的轴上，电机设置在直线导轨上，在电机的前方设置弹簧，在电机的后方设置调节螺钉，回转夹具回转轴线应与前端夹具体顶面中心线同轴；显微摄像部分，包括显微镜、CCD摄像机及光源组成。本实用新型的装置配合计算机图像处理来实现偏振轴的识别和调整。这样既保证精度又可以提高保偏耦合器的成品率和生产效率。

Description

保偏光轴自动调节装置

技术领域

本实用新型属于保偏光轴的调节装置，尤其涉及一种主要应用于光纤传感和光纤高精度测量中保偏光纤耦合器生产过程中光纤偏振轴的识别与调整的装置。

技术背景

作为熔锥型光纤无源器件——熔锥型保偏光纤耦合器是一种技术难度极高的纤维型光学无源器件，由于保偏光纤内部存在着一对相互正交的快慢轴，因而其制作工艺有别于普通熔锥型器件，其技术核心是偏振轴的精确调节。目前在熔锥型保偏光纤耦合器的制造过程中，对保偏光纤的偏振轴的调整过程通常采用观测干涉条纹变化或采用匹配油(丙三醇与乙醇2∶1的混合油)加光学放大来确定偏振轴的快慢轴，调整精度和重复性很难保证。

作为保偏光纤耦合器中的一个性能指标，偏振消光比是衡量保偏光纤耦合器性能高低的关键技术指标。保偏光纤的结构和性能与常规单模光纤有很大的差异，常规单模光纤为同心圆波导，保偏光纤为非圆对称波导，有快慢轴之分，如图1所示为保偏光纤的横截面，由纤芯11、包层12和应力区13三部分组成。其中，图1(a)为两根平行放置的保偏光纤，其中的一根光纤偏振轴有Δθ角度的偏差；图1(b)是两根光纤的偏振轴分别有θ₁和θ₂角偏差时的状态。

要制造保偏光纤耦合器首先要解决的问题就是对光轴。两根光纤的快轴与快轴、慢轴与慢轴之间要相互平行，两光轴之间的夹角偏差Δθ越小，器件的偏振消光比就越大；否则就会产生退偏，甚至消光。消光比与光轴偏差角之间的关系可以用下式来表示：

偏振消光比(PER)＝-20log(tgΔθ)

从该表达式我们不难得到，偏振消光比与两光轴之间的夹角Δθ之间关系的下表。

PER(dB)	30	25	22	20	18	15
PER(dB)	30	25	22	20	18	15	Δθ(度)	1.81	3.22	4.54	5.71	7.18	10.08

上表中可以看出，要获得高消光比的保偏光纤耦合器，必须使两光轴之间的夹角Δθ小于等于1.81度。这就要求光轴的调整和对准具有一定的准确性和重复性。

发明内容

本发明的目的是提供一种保偏光纤偏振轴的调整的装置，配合计算机图像处理来实现偏振轴的识别和调整。这样既保证精度又可以提高保偏耦合器的成品率和生产效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案，一种保偏光轴自动调节装置，其特征在于，包括：

前端夹具部分，由左右对称的前端夹具体组成，在前端夹具体顶面设置大、小导柱，其中大导柱位于前端夹具体的中心轴线上，小导柱是设置于前端夹具体两端的两组相同的导柱，每组中的二个导柱对称分布于前端夹具体的中心线两侧，在前端夹具体上方分别设置压板，另在前端夹具体之间的设置两组夹紧块；

光轴调整机构，由位于前端夹具体对角线方向、四组结构相同的回转夹具组成，回转夹具固定在电机的轴上，电机设置在直线导轨上，在电机的前方设置弹簧，在电机的后方设置调节螺钉，回转夹具回转轴线应与前端夹具体顶面中心线同轴；

显微摄像部分，包括显微镜、CCD摄像机及光源组成，显微镜与CCD摄像机结合为一体，显微镜设置于被观测光纤的上方，在被观测位置下方还设一光源。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的结构和组成进行说明，熟悉本领域的技术人员从描述中可以了解本实用新型的特征和优点。

图1是两根平行放置的保偏光纤横截面的示意图，

其中图1(a)为一根光纤无偏角，另一根光纤偏振轴有Δθ角度偏差时的状态；

图1(b)为两根光纤的偏振轴分别有θ₁和θ₂角偏差时的状态；

图2是本实用新型构成的原理框图；

图3是本实用新型的光轴调整装置结构示意图。

具体实施方式

本实用新型是通过高精度CCD摄像头将保偏光纤几何结构摄入下来，并将其传输到计算机，由计算机对采集到的数据根据保偏光纤应力区所占的面积与保偏轴之间的相互关系计算出保偏光轴的偏差角Δθ，从而控制保偏光轴的旋转角度，实现保偏光轴调整。采用高精度摄像头一方面可以提高数据采集精度，另一方面也是便于计算机的数据处理。

我们以熊猫型保偏光纤为对象，假定125μm光纤所占摄像头光敏面1/2的面积，则每个像束所代表的长度可以表示为：

\frac{125 \times 2}{600} = \frac{5}{12 μ}

其中，摄像头为600线。光学放大倍率为200倍。

假设有两根光纤A和光纤B的相对位置如图1(b)所示，我们可以根据保偏光纤两个应力区所占的面积与保偏轴之间的相互关系，从理论上推导出两根光纤的光轴之间的偏差角Δθ的最小误差范围，理论计算如下式：

其中：d＝80μm

则应力区面积可表示为：

\frac{d}{2} ({\sin θ}_{1} - {\sin θ}_{2}) \times 2 > \frac{5}{12} μ

sinθ₁-sinθ₂＞0.0052

2 \sin \frac{θ_{1} - θ_{2}}{2} \cos \frac{θ_{1} + θ_{2}}{2} > 0.0052

当(θ₁+θ₂)＜90°

\cos \frac{θ_{1} + θ_{2}}{2} < 1

\sin \frac{θ_{1} - θ_{2}}{2} > 0.0026

∴.θ＝0.2°

理论分析计算可以得出一个结论，我们所采用的这种计算机图像处理的技术方法其对保偏轴的控制精度完全达到熔锥型保偏耦合器性能的技术要求。这就是说，用图象处理的方式配合一套合理的光轴调整装置就可实现保偏光轴的自动调整。

图2是本实用新型的原理框图，由光源21、光学组件22、图象采集部分23、数据处理部分24以及机械结构25组成，光学组件22可以采用显微镜，图象采集部分23是高精度CCD摄像头，数据处理部分24是PC机，详细的结构情况结合图3进行说明。

图3给出本实用新型的光轴自动调整装置具体结构的示意图。从图中了解到，本实用新型主要由前端夹具、光轴调整机构及显微摄像三部分组成。

前端夹具部分由左右对称的前端夹具体631、632组成，在前端夹具体631、632顶面设置大、小导柱，其中大导柱531、532位于前端夹具体631和632的中心轴线上；小导柱541位于前端夹具体631的右边，由两个分布于前端夹具体中心线两侧相同的导柱组成，它们之间间隙为0.6mm，小导柱542位于前端夹具体632的左边，由两个分布于前端夹具体中心线两侧相同的导柱组成，它们之间间隙为0.6mm。在前端夹具体631和632上方分别设置压板551、552，用来限制光纤的上浮；另在前端夹具体631、632之间的设置两组夹紧块62，用于光纤在调整完之后的夹紧。

光轴调整机构由四组结构相同的夹具组成，以其中一组为例来描述其结构：回转夹具521固定在电机511的轴上，电机511设置在直线导轨591上，这样回转夹具既可由电机511控制作回转运动，又可沿直线导轨591作直线运动。在电机511的前方(即近前端夹具侧)设置弹簧601，在电机511的后方(即与前端夹具相对侧)设置调节螺钉581，用来调节光纤的张紧。其余三组夹具的结构与上述相同。回转夹具521、523之间呈30°夹角，位于前端夹具体631的左侧；回转夹具522、524之间呈30°夹角，位于前端夹具体632的右侧。回转夹具521、522、523、524的回转轴线应与前端夹具体顶面中心线同轴。回转夹具521、522联动可实现第一根光纤的转动，回转夹具523、524联动可实现第二根光纤的转动。

此外，配合上述两部分使用的还有显微摄像部分，具体包括显微镜57、CCD摄像机56及光源61组成。显微镜57与CCD摄像机56结合为一体，显微镜57设置于被观测光纤的上方，在观测光纤的下方设置一光源61。

假设回转夹具521、522所夹持的光纤为光纤I，回转夹具523、524所夹持的光纤为光纤II，当该装置进行工作时，首先由CCD摄像机56通过显微镜57进行图象采集，将相关数据送入PC机，进行图象分析与处理，此时在显示屏上得到光纤I应力区的面积，通过前述的计算可得出光纤I偏振轴与垂线夹角θ1，若此时θ1大于一设定角度θ0，PC机将发出指令控制电机511、512同步旋转一个角度，即光纤I亦随之旋转了一个角度，再次进行图象采集与处理，判断θ1的大小以决定是否再次旋转光纤I，如此循环直至θ1在范围之内。接下来采集处理光纤II的图象，计算出θ2，判断Δθ＝θ2-θ1是否小于设定角度Δθ0，若超出范围则控制控制电机513、513同步旋转，带动光纤II旋转直至Δθ满足要求为止。最后锁紧夹紧块62，将光纤I、II靠紧保持相对静止，至此保偏光轴调整完毕。

以上仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。

Claims

1、一种保偏光轴自动调节装置，其特征在于，包括：

2、根据权利要求1所述的一种保偏光轴自动调节装置，其特征在于，位于前端夹具体左侧的第一、第二回转夹具间呈30°夹角，位于前端夹具体右侧的第三、第四回转夹具之间呈30°夹角。

3、根据权利要求1或2所述的一种保偏光轴自动调节装置，其特征在于，两个分布于前端夹具体中心线两侧的小导柱之间间隙为0.6mm。