一種基于側(cè)視光強(qiáng)曲線相關(guān)峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光電子技術(shù)中保偏光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種基于側(cè)視光 強(qiáng)曲線相關(guān)峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 保偏光纖是一類特殊的單模保偏光纖，該類保偏光纖具有較強(qiáng)的偏振保持特性， 一般運(yùn)一特性通過在保偏光纖忍向引入應(yīng)力塊或非對(duì)稱纖忍獲得。由于具有運(yùn)一特性，保 偏光纖廣泛應(yīng)用于保偏光纖巧螺、干設(shè)傳感W及相干光通訊等對(duì)偏振態(tài)具有較高要求的領(lǐng) 域。
[0003] 保偏光纖偏振軸的精確定位和對(duì)準(zhǔn)是其應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一。側(cè)視成像法由于 裝置簡(jiǎn)單，定軸精度較高等優(yōu)點(diǎn)，為目前主要的定軸方法。
[0004] 瑞典專利SE9401146中的WL法，W焦平面作為觀測(cè)平面，提取光強(qiáng)曲線中屯、值作 為特征值，將保偏光纖W-定角度間隔旋轉(zhuǎn)一周得到特征值曲線。根據(jù)特征值曲線的對(duì)稱 性與周期性得到0°起始方位角標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線的平移得到任意方位角的特征值 曲線，最后將待測(cè)方位角的特征值曲線與任意方位角的特征值曲線做相關(guān)運(yùn)算，極大值所 對(duì)應(yīng)的角度即為待測(cè)方位角。 陽(yáng)005] 美國(guó)專利US5013345中的PAS法，要求光強(qiáng)曲線中屯、點(diǎn)兩側(cè)具有兩個(gè)極大峰值，并 W兩個(gè)峰值間的距離作為特征量。
[0006] 國(guó)防科技大學(xué)王金娥等人提出了基于五點(diǎn)特征值的側(cè)視定軸法，該方法要求光強(qiáng) 曲線的形貌特征具有=個(gè)峰值，并個(gè)波峰的光強(qiáng)值之和減去兩個(gè)波谷的光強(qiáng)值之差作 為特征值（參考："基于五點(diǎn)特征值的匹配型保偏光纖定軸新方法"，《光通信技術(shù)》，2005， 第一期，20~22)。
[0007] 上述專利及方法在一定程度及范圍上實(shí)現(xiàn)了保偏光纖偏振軸定軸，然而對(duì)觀測(cè)平 面位置與光強(qiáng)形貌特征具有很高的要求，通用性不高。采用WL法進(jìn)行保偏光纖定軸時(shí)，要 求觀測(cè)平面位置在焦平面附近。PAS法要求光強(qiáng)曲線中屯、點(diǎn)兩側(cè)具有兩個(gè)極大峰值，五點(diǎn)特 征法要求光強(qiáng)形貌特征具有=個(gè)峰值。而實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)運(yùn)兩種光強(qiáng)形貌特征的觀測(cè)平面 范圍很小，因此，運(yùn)兩種側(cè)視定軸方法同樣對(duì)觀測(cè)平面位置具有很高的要求。除此之外，上 述幾種方法均要求提取光強(qiáng)圖像中特征點(diǎn)的光強(qiáng)值，而在實(shí)際工作中特征點(diǎn)的提取是件 比較困難的工作，特別對(duì)于五點(diǎn)法運(yùn)類光強(qiáng)形貌特征比較復(fù)雜的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決現(xiàn)有定軸方法通用性不足，及特征點(diǎn)提取困難等問題，本發(fā)明的首要目 的在于提供一種基于側(cè)視光強(qiáng)曲線相關(guān)峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，該方法直接通過 某方位角的側(cè)視光強(qiáng)曲線與任意方位角側(cè)視光強(qiáng)曲線做互相關(guān)得到相關(guān)曲線，將該相關(guān)曲 線極大峰值尖銳程度作為特征值，從而實(shí)現(xiàn)保偏光纖的準(zhǔn)確定軸。
[0009] 本發(fā)明基于側(cè)視光強(qiáng)曲線相關(guān)峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，通過下述步驟實(shí) 現(xiàn)：
[0010] 步驟一：通過光源發(fā)射平行光從保偏光纖一側(cè)垂直照射在保偏光纖表面上，使保 偏光纖另一側(cè)產(chǎn)生光纖側(cè)視光強(qiáng)分布圖像。
[0011] 步驟二：通過CCD相機(jī)采集光纖側(cè)視光強(qiáng)圖，并轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)曲線傳送至計(jì)算機(jī)。
[0012] 步驟=:步驟=保偏光纖纖忍為軸，W固定角度間隔A0旋轉(zhuǎn)保偏光纖2 31 / A0次，得到每次保偏光纖后，保偏光纖方位角對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)曲線。
[0013] 步驟四：按照步驟=中保偏光纖旋轉(zhuǎn)順序，由第一次旋轉(zhuǎn)保偏光纖開始，依次將每 次旋轉(zhuǎn)保偏光纖后CCD相機(jī)所采集、轉(zhuǎn)換后的光強(qiáng)曲線，與旋轉(zhuǎn)保偏光纖2JI/A0次后CCD 相機(jī)所采集到的全部光強(qiáng)曲線做互相關(guān)運(yùn)算，W相關(guān)峰尖銳程度作為特征量，得到特征值 曲線。
[0014] 步驟五：對(duì)步驟四得到特征值曲線進(jìn)行平移變換，即可得到保偏光纖起始方位角 為0°的標(biāo)準(zhǔn)特征值曲線T(0);則保偏光纖起始方位角為時(shí)的特征值曲線與T(0)之間的相 位差即為保偏光纖起始方位角的值。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] 1、本發(fā)明基于側(cè)視光強(qiáng)曲線相關(guān)峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，不僅適用于各 類光強(qiáng)形貌特征，而且在成清晰側(cè)視保偏光纖圖像范圍內(nèi)的各觀測(cè)平面均能實(shí)現(xiàn)保偏光纖 定軸，具有較強(qiáng)的通用性。
[0017] 2、本發(fā)明基于側(cè)視光強(qiáng)曲線相關(guān)峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，不需要提取特 征點(diǎn)，在一定程度上增加了定軸的效率與可靠性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明保偏光纖定軸方法中保偏光纖安裝方式示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明保偏光纖定軸方法中側(cè)視成像法定軸原理圖；
[0020] 圖3為焦平面處方位角為0 °時(shí)光強(qiáng)曲線圖；
[0021] 圖4為焦平面處方位角為45°時(shí)光強(qiáng)曲線圖；
[0022] 圖5為焦平面處方位角為90 °時(shí)光強(qiáng)曲線圖；
[0023] 圖6是焦平面處的特征值曲線；
[0024] 圖中：
[00巧]1-光源 2-步進(jìn)電機(jī) 3-保偏光纖夾具
[0026] 4-保偏光纖 5-纖忍 6-保偏光纖夾持器 1^0027] 7-透鏡 8-CCD相機(jī) 9-計(jì)算機(jī)
[0028] 10-觀測(cè)平面
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030] 基于側(cè)視光強(qiáng)曲線相關(guān)峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，如圖1所示，具體步驟 如下：
[0031] 步驟一：將保偏光纖4安裝在自動(dòng)定軸系統(tǒng)上，如圖1所示，使保偏光纖4的一端 安裝在自動(dòng)定軸系統(tǒng)中保偏光纖夾持器6內(nèi)，另一端通過自動(dòng)定軸系統(tǒng)中保偏光纖夾具3夾持并固定在自動(dòng)定軸系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)2上。通過光源1發(fā)射非相干平行光，使平行光 從保偏光纖4側(cè)面（沿Y軸）垂直照射在保偏光纖4表面上，如圖2所示，此時(shí)保偏光纖4 相當(dāng)于一個(gè)柱面透鏡，則保偏光纖4相對(duì)側(cè)面作為觀測(cè)平面10,可在觀測(cè)平面10上得到光 線側(cè)視光強(qiáng)分布圖像。
[0032] 步驟二：使保偏光纖4側(cè)視光強(qiáng)圖像經(jīng)透鏡7放大后，由CCD相機(jī)8進(jìn)行采集，調(diào) 節(jié)透鏡7與CCD的位置，使CCD可采集到清晰的保偏光纖側(cè)視光強(qiáng)圖像，并將所采集的保偏 光纖側(cè)視光強(qiáng)圖像實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)曲線并傳送至計(jì)算機(jī)9。所述光強(qiáng)曲線在計(jì)算機(jī)9中W 離散數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)，將光強(qiáng)曲線用數(shù)組表示為： 陽(yáng)03引 I= [ii，i2,…，i"…，iN]) (1)
[0034] 其中，ix表示第X個(gè)像素的光強(qiáng)值，1《x《N，N為光強(qiáng)分布曲線的像素個(gè)數(shù)，由CCD相機(jī)8的分辨率及圖像放大倍數(shù)決定。
[0035]步驟=:W保偏光纖4的纖忍5為軸，通過計(jì)算機(jī)9控制自動(dòng)定軸系統(tǒng)中的步進(jìn)電 機(jī)2W固定角度間隔A0旋轉(zhuǎn)保偏光纖4共2JI/A0次，得到每次保偏光纖4后，保偏光 纖4的方位角對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)曲線，表示為：
[0036]
(2) W37] 其中，0。表示保偏光纖4的起始方位角，0表示保偏光纖4旋轉(zhuǎn)的角度， 0《0《2 31，0=jA0，j為保偏光纖4旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，j=1，2, 3,…，2 31/A0 ; /"U+知表 示在保偏光纖4的方位角為0。+0下，第X個(gè)像素的光強(qiáng)值。 陽(yáng)03引本發(fā)明中，自動(dòng)定軸系統(tǒng)中的采用步距角為1. 8° (64細(xì)分）的步進(jìn)電機(jī)2,可使A白的最小值可達(dá)0.028。。
[0039]步驟四：按照步驟=中保偏光纖4旋轉(zhuǎn)順序，由第一次旋轉(zhuǎn)保偏光纖4開始，依次 將每次旋轉(zhuǎn)保偏光纖4后CCD相機(jī)8所采集、轉(zhuǎn)換后的光強(qiáng)曲線，與保偏光纖4旋轉(zhuǎn)231 / A0次后CCD相機(jī)8所采集到的全部光強(qiáng)曲線做互相關(guān)運(yùn)算，W相關(guān)峰尖銳程度作為特征 量，得到特征值曲線，具體方式為： W40] 令當(dāng)前保偏光纖4的方位角為0。，0qG[0。+0]，將保偏光纖4當(dāng)前方位角對(duì)應(yīng) 的光強(qiáng)曲線I( 0q)與全部光強(qiáng)曲線I( 0。+0 )做互相關(guān)：
(3)
[0041 ] 陽(yáng)0創(chuàng)得到相關(guān)曲線：
[0043]
(4) W44] 其中表示保偏光纖4的方位角為0。時(shí)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)曲線1(0q)與保偏光纖 4的起始方位角0。對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)曲線1(0。）的相關(guān)度；表示保偏光纖4的方位角 為0。時(shí)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)曲線1(0q)與第一次旋轉(zhuǎn)保偏光纖4后的光線方位角對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)曲線 I( 0。+A0 )的相關(guān)度。"u+'M表不保偏光纖4的方位角為0q時(shí)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)曲線I( 0q) 與保偏光纖4的方位角為0a+jA0對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)曲線I(0c+jA0)的相關(guān)度。嗦，表 示保偏光纖4的方位角為0