[发明专利]一种侧视成像保偏光纤定轴方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种侧视成像保偏光纤定轴方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

保偏光纤由于具有对线偏振光较强的偏振保持能力和对一般单模光纤极好的兼容性，在光纤通信和传感技术中得到了越来越广泛的研究和应用。然而保偏光纤在这些领域应用的关键前提是如何精确检测和定位保偏光纤的偏振轴。

目前，针对保偏光纤定轴的主要方法有两种：纵向观测法和横向观测法。纵向观测法是指将光从光纤一端直接耦合入光纤，在光纤的另一端接收光，利用保偏光纤的偏振保持特性和偏振色散特性来检测偏振轴。这种方法检测设备复杂，对环境的要求高，操作难度大；横向观测法，将光从光纤侧面垂直射向光纤表面，利用光纤的透镜效应来检测偏振轴，主要方法是侧视成像法，这种方法装置简单，测量精度较高，适用于各种保偏光纤，是一种极具发展潜力的方法。

瑞典专利SE9401146中公开了一种基于POL法的侧视成像法，将一束光垂直照射在处于同一直线的两条光纤上，提取中心点光强值作为特征值，分别将两条光纤旋转一周，得到两条特征曲线，对这两条特征曲线做互相关，极大值所对应的角度就是两条光纤起始方位角的差值。

中国专利CN1831572A公开了一种基于五指型侧视光强分布的对轴方法，选取9个点作为特征点，利用这9个点的光强值计算特征值，将光纤旋转一周得到特征曲线，对特征曲线和基准曲线的进行互相关运算，得到光纤的起始角。

中国专利CN1131279中，也属于侧视成像法，将一束光垂直照射在处于同一直线的两条光纤上，两幅光强图像都有三个亮度峰值，左右峰值与中心峰值的距离分别为a、b，以a/b为特征值，将其中一条光纤旋转一周，比较两条光纤a/b值，当两条光纤的a/b值最接近时两条光纤方位角重合。

中国专利CN101419311A公开了一种侧视图像匹配对轴法，将两束相互垂直的光照射在处于同一直线上的两条光纤上，记录两条光纤的光强I₁₁、I₁₂、I₂₁、I₂₂(I₁₁表示第一束光照射下，第一条光纤的光强，其中下标中第一个1表示第一束光束，第二个1表示第一条光纤)，分别计算I₁₁和I₁₂，以及I₂₁和I₂₂的互相关系数R1、R2，旋转其中一条光纤，当R1+R2最大时，两条光纤的方位角重合。

上述这些专利在诸多领域取得了较好的对轴精度，然而也存在一些不足的地方，这些专利在测量过程中无不例外都需要将其中一条或两条光纤旋转一周。旋转过程中，光纤容易发生振动，使得光纤在旋转过程中的成像平面发生一定程度的漂移和振动，从而无法得到稳定可靠的偏振轴角度。此外，将光纤旋转一周势必需要花费很长的时间，因此定轴效率不高。上述多数发明只能求出方位角的相对值，不能求出其绝对值。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有的定轴方法在定轴过程中都需要将光纤转动一周的问题，提供一种基于侧视成像法且在测量过程中不需要旋转光纤即可测量出方位角的高精度定轴方法。基于待测方位角的光强图像和模板库中的基准光强图像做互相关运算得到互相关中心点曲线的方法，实现光纤的精确定轴。

一种侧视成像保偏光纤定轴方法，包括以下几个步骤：

步骤一、将光纤安装在自动定轴系统上，光源为非相干平行光源，平行光从侧向垂直照射在光纤表面上，在光纤另一侧用CCD相机接收光强图像；

步骤二、待测方位角的光强分布曲线经过透镜放大被CCD相机采集，以离散数据形式存储在计算机中；

步骤三、对步骤二所得的光强分布曲线采用内插处理方法进行处理，得到新的光强分布序列；

步骤四、获取基准光强分布序列；

步骤五、将步骤二得到的光强分布序列和步骤四得到的基准光强分布序列做归一化互相关运算，得到互相关曲线，按顺序提取互相关曲线的中心点值，得到中心点值随角度变化曲线，该曲线极大值的横坐标值即所求方位角。

本发明的优点在于：

(1)本发明在光纤的测量过程中，一步定轴，不需要旋转光纤就能得到光纤的方位角，避免了在旋转过程中由于振动所导致的成像平面的漂移和振动，提高了定轴可靠性及效率；

(2)本发明经过光强内插后再进行相关处理，定轴精度较高；

(3)本发明适用于各类保偏光纤，具有很强的通用性。

附图说明

图1是基于侧视成像法自动定轴系统的结构示意图；

图2是侧视成像法的原理图；