[发明专利]一种光纤熔接机的光纤对准机构的光纤自动对准算法

摘要

本发明公开一种光纤熔接机的光纤对准机构及光纤自动对准算法，光纤对准机构包括五维调节台、激光源、耦合器、第一光功率探测器、第二光功率探测器和控制器，五维调节台可以提供X、Y、Z三个方向平移，以及X、Y轴旋转，因此，采用该五维调节台能够解决光纤对准过程中轴向倾斜的问题；另外，光纤自动对准算法通过包括1）轴向调节；2）横向和倾角调节。该方法能够解决光纤的倾斜、横向错位和轴向的间隙造成的连接损耗问题，提高光纤对准精度。

主权项

一种光纤熔接机的光纤对准机构的光纤自动对准算法，其特征在于：所述光纤对准机构包括五维调节台、激光源、耦合器、第一光功率探测器、第二光功率探测器和控制器；所述五维调节台包括X轴旋转机构，X轴旋转机构的输出端固定有第一台座，第一台座由X轴旋转电机驱动绕X轴旋转；所述第一台座上设有Z轴导轨,Z轴导轨上滑动连接有第二台座，第二台座由Z轴滑动电机驱动沿Z轴导轨移动；所述第二台座上设有Y轴导轨，Y轴导轨上滑动连接有第三台座，第三台座由Y轴滑动电机驱动沿Y轴导轨移动；所述第三台座上设有X轴导轨, X轴导轨上滑动连接有Y轴旋转机构，Y轴旋转机构由X轴滑动电机驱动沿X轴导轨移动；所述Y轴旋转机构的输出端固定有工作台，所述工作台由Y轴旋转电机驱动绕Y轴旋转；所述激光源设在工作台沿Z轴导轨方向的一侧，所述耦合器设在激光源光射出的光路上；所述耦合器的输出端设有参考光路输出口和耦合光路输出口，所述第一光功率探测器连接至耦合器的参考光路输出口，第一光功率探测器依序通过第一放大电路和第一A/D转换器连接至控制器；所述耦合器的耦合光路输出口通过夹具固定有第一待熔接光纤，所述工作台上通过夹具固定有第二待熔接光纤，第二待熔接光纤沿Z轴方向设置；所述第二待熔接光纤连接至第二光功率探测器，所述第二光功率探测器依序通过第二放大电路和第二A/D转换器连接至控制器；所述X轴滑动电机、Y轴滑动电机、Z轴滑动电机、X轴旋转电机、Y轴旋转电机分别连接至控制器，由控制器控制运动，进而控制工作台的运动，所述工作台在不同位置时，控制器可分别记录工作台的位置信息，进而记录第二待熔接光纤的位置信息；所述光纤自动对准算法通过测定光功率比来调节对准第一待熔接光纤和第二待熔接光纤；所述光功率比σ= P出/ P入，所述P入为从第一待熔接光纤射出激光的光功率，P出为第一待熔接光纤射出的激光进入第二待熔接光纤的光功率，其中P出由第二光功率探测器测得；所述耦合器的参考光路输出口与耦合光路输出口射出激光的光功率比值为1：1，所述耦合光路输出口射出激光的光功率等同于从第一待熔接光纤射出激光的光功率，则从第一待熔接光纤射出激光的光功率等于参考光路输出口射出激光的光功率，二者比值为1：1；其中，参考光路输出口射出激光的光功率由第一光功率探测器测得；所述第一光功率探测器和第二光功率探测器分别测得的数据经放大、A/D转化后输入至控制器中，控制器进行进一步运算分析即可得到光功率比；初始时，所述第一待熔接光纤与第二待熔接光纤相对的端面距离大于2000μm；所述光纤自动对准算法包括以下步骤：1）轴向调节：a、控制器控制Z轴滑动电机驱动第二待熔接光纤沿Z轴平移，并以靠近第一待熔接光纤方向推进1930 ‑1950μm，控制器得到第二待熔接光纤在此位置上的光功率比σ10和Z轴坐标Z10，并将（σ10，Z10）存储；b、控制器控制控制Z轴滑动电机继续驱动第二待熔接光纤沿Z轴平移，以靠近第一待熔接光纤方向推进，以2‑4μm为单位，每推进一次，得到第二待熔接光纤在此位置上的光功率比σ1i和Z轴坐标Z1i，并将（σ1i，Z1i）存储，其中i=1、2、3……；c、控制器对σ10、σ1i进行对比监控，若σ1i出现减小，则第二待熔接光纤与第一待熔接光纤出现对顶，此时Z轴滑动电机驱动第二待熔接光纤沿Z轴平移，以远离第一待熔接光纤方向移动，回拉3‑6μm；2）横向和倾角调节：a、以第二待熔接光纤的轴心为第一个取样点，在第二待熔接光纤周围围绕设置至少8个其余取样点，其余取样点以第二待熔接光纤的轴心为中心呈正多边形分布；控制器控制Y轴滑动电机和/或X轴滑动电机驱动第二待熔接光纤在Y‑X平面内运动，第二待熔接光纤从第一个取样点开始，然后按顺时针或逆时针方向依序到达设置在第二待熔接光纤周围的取样点；所述第二待熔接光纤在每个取样点时，控制器先得到对应所在位置初始时的光功率比σ2n0、倾角θ2n0和位置坐标（x2n ，y2n），并存储，其中n=0、1、2、3……；然后控制器控制X轴旋转电机和Y轴旋转电机驱动第二待熔接光纤做倾角调节，所述倾角调节包括以下步骤：a1、控制器控制X轴旋转电机驱动第二待熔接光纤在Y‑Z平面内绕X轴逆时针旋转 N°, 控制器得到第二待熔接光纤在此位置上的光功率比σ2n1和倾角θ2n1，同时将（σ2n1，θ2n1）存储； a2、控制器控制Y轴旋转电机驱动第二待熔接光纤在Z‑X平面内绕Y轴逆时针旋转 N°，控制器得到第二待熔接光纤在此位置上的光功率比σ2n2和倾角θ2n2，同时将（σ2n2，θ2n2）存储；a3、控制器控制Y轴旋转电机驱动第二待熔接光纤在Z‑X平面内绕Y轴顺时针旋转 N°回位，再顺时针旋转N°，控制器得到第二待熔接光纤在此位置上的光功率比σ2n3和倾角θ2n3，同时将（σ2n3，θ2n3）存储；a4、控制器控制Y轴旋转电机驱动第二待熔接光纤在Z‑X平面内绕Y轴逆时针旋转 N°回位；a5、控制器控制X轴旋转电机驱动第二待熔接光纤在Y‑Z平面内绕X轴顺时针旋转 N°回到初始位置；其中，N=0.05‑0.15；a6、控制器比较功率比σ2n0、σ2n1、σ2n2、σ2n3的大小，得到所在取样点处最大功率比所对应的倾角，并存储；b、控制器对第二光纤在每个取样点初始时的光功率比进行监控对比，得到最大的初始的光功率比所对应取样点的位置坐标，然后控制器控制Y轴滑动电机和/或X轴滑动电机，将第二待熔接光纤重新定位到初始时的光功率比最大的取样点的位置；然后，控制器控制Y轴旋转电机和/或X轴旋转电机，将第二待熔接光纤重新旋转定位到所在取样点最大光功率比所对应倾角的位置。