[发明专利]光子晶体光纤熔接三维对准装置及其方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种光子晶体光纤熔接技术领域，特别是涉及一种光子晶体光纤熔接三维对准装置及其方法。

背景技术

光子晶体光纤于1996年在英国问世，该种光纤具有很多普通光纤所没有的奇异特性，如高非线性、色散可控性、高双折射性、无限单模特性等等，能广泛地用于通信、成像、光谱学和生物医学等领域，它的性能研究和应用开发一直是国际光电子行业的热点。而光子晶体光纤熔接技术还不成熟，尚处于探索性研究阶段，已经成为光子晶体光纤应用开发中必须解决的实际问题。在光子晶体光纤的熔接过程中首先必须解决的问题就是对被熔光纤的三维对准问题，这是实现光子晶体光纤高质量熔接的前提之一。

现有的普通光纤熔接机和保偏光纤熔接机均不能高质量自动完成光子晶体光纤的三维对准，原因是：常规光纤熔接机的对准是利用光纤外径对准，保偏光纤熔接机是利用保偏光纤纤芯缺陷在不同方位消光比的不同，通过POL(Polarization Observation by Lens-effect-tracing)曲线的最大重合度实现对准，而光子晶体光纤若只有外径对准，是无法保证微孔对准的，若微孔错开就无法完成较低损耗的熔接。存在的主要问题有：1、无法实现被熔光纤纤芯的完全对准；2、无法光纤包层空气孔的完全对准；3、在特殊要求下无法对不同规格的光子晶体光纤的模场实现准确的对准。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种光子晶体光纤熔接三维对准装置及其方法，该发明以纤芯中心轴为对准基准，利用获取光子晶体光纤截面信息方案中获取的光子晶体光纤截面图形确定纤芯中心轴的坐标，进而完成纤芯对准；然后通过测定最大光强的方式完成包层空气孔的对准，从而实现光纤的对准。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种光子晶体光纤熔接三维对准装置及其方法，包括光子晶体光纤熔接三维对准装置及其光子晶体光纤熔接三维对准方法两部分：

所述光子晶体光纤熔接三维对准装置，包括上、下三维运动V型槽装置(5，14)、应力传感器解调单元13、三维对准控制器及夹具控制单元10、双面全反射镜12、显微成像单元4、耦合式光强测定单元(1，7，8，15)和处理控制单元9。该装置的处理控制单元9和耦合式光强测定单元(1，7，8，15)的光电接收电路8及光源驱动电路15、应力传感器解调单元13、三维对准控制器及夹具控制单元10相连接，以实现对上述单元的控制和应力信息的获取；显微成像单元4通过双面全反射镜12对光子晶体光纤端面成像；上、下三维V型槽装置(5，14)的机械传动机构和三维对准控制器及夹具控制单元10的对准控制器相连接，处理控制单元9可以通过对准控制器对其进行控制，实现光纤的对准；处理控制单元9通过三维对准控制器及夹具控制单元10的夹具控制单元控制光纤夹具22，对光纤进行夹持，下、上应力传感器(3，11)实时感应夹持力的大小，下、上应力传感器(3，11)和应力传感器解调单元13相连，将力的大小反馈给处理控制单元9进行进一步夹持力的调整，以此闭环完成夹持力大小的控制；光注入单元1、光电探测单元7分别和光源驱动电路15、光电接收电路8相连接，实现发光和光接收。通过三维显微成像获取光子晶体光纤端面几何结构，利用Hough变换对光子晶体光纤端面上的纤芯的中心和芯径及包层各空气孔进行定位和识别。

所述光子晶体光纤熔接三维对准方法是：对于光子晶体光纤与普通光纤的对准，通过观测获取的光子晶体光纤截面图形确定纤芯中心轴坐标，计算出两被熔光纤的相对位移，在保证一端被熔光纤固定不动的前提下，使另一端被熔光纤在X、Y方向上按相对位移量进行相对移动实现中心完全对准。

对于两个光子晶体光纤的对准，首先以纤芯中心轴为对准基准，使被熔光纤的纤芯中心能够完全对准，在此基础上观测获得的光纤端面图像，以一端光纤为目标固定不动，并以其为对准基准使另一端光纤绕Z轴进行旋转，通过寻找包层空气孔最大重合度的方式完成被熔光子晶体光纤空气孔的初步对准；初步对准后再使两个对准的光子晶体光纤在Z方向上相对移动，移动至可以熔接的位置，使用测定光强的方法实现三维对准的精调，在两个被熔光子晶体光纤一端通过光学器件实现光与光子晶体光纤的耦合，在另一端通过光电接收，利用软件算法寻找到接收光强最大处，从而实现光子晶体光纤空气孔的精确对准。

所述显微成像单元4用于熔接前光子晶体光纤端面结构信息的获取，以此结构信息利用Hough变换对光子晶体光纤端面上的纤芯的中心和芯径及包层各空气孔进行定位和识别。