[发明专利]保偏光纤准直器对准用空间调整机构、装置以及对准方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤通讯与光纤传感技术领域，尤其是涉及一种对保偏光纤准直器进行对准时使用的空间位置调整机构及包括该机构的对准装置，以及使用该对准装置进行对准的对准方法。

背景技术

保偏光纤准直器是组成光纤无源器件的基础部件，由保偏光纤准直器与微光学晶体组成的光纤无源器件在光纤通讯与光纤传感系统中有着非常广泛的应用。其功能是将入射至保偏光纤准直器尾纤的光束经由内部准直透镜转变为平行光输出，或者将平行光会聚至保偏光纤准直器尾纤内部传输。相对于单模光纤准直器，保偏光纤准直器内部传输的光波偏振态为线偏振，其电磁场振动方向位于保偏光纤的慢轴(或快轴)。光纤无源器件中的两个保偏光纤准直器需要对准，达到一方面要使总的光功率插入损耗最小，另一方面要使在两个保偏光纤准直器内传输的光波偏振方向相同(即线偏振光的振动方向均为慢轴或快轴)的要求。因此，将两个保偏光纤准直器对准的对准装置一般两部分构成：机械调整机构与光学检测装置。如图1所示，目前国内多使用机械调整架与空间光检测装置进行保偏光纤准直器的空间方位对准和光学参数的测量。

在图1中，光源1发射的空间光束经准直透镜2转变为平行光束，经起偏器3对光束进行起偏使其转变为线偏振光，聚焦透镜4将线偏振光耦合至保偏光纤准直器6的保偏尾纤5中。为使线偏振光振动方向位于保偏尾纤5的慢轴(或快轴)，暂时将机械调整架8、保偏光纤准直器9、准直透镜11移开，令保偏光纤准直器5发射的光束直接入射至检偏器12并经会聚透镜13耦合至光功率计14。首先绕光轴(图中O-O’轴)方向偏转起偏器3至某一角度，然后围绕光轴在0-180°范围内旋转检偏器12，用光功率计14记录光功率的变化。重复上述步骤，按照一定规律(如顺时针或逆时针方向依次偏转固定角度)依次改变起偏器3的偏转角并在0-180°范围旋转检偏器12，记录光功率的变化，直至光功率计14记录的测量值在某一个方向出现最大值而在其正交方向上测量不到光功率，此时起偏器3的偏振方向与保偏尾纤5的慢轴(或快轴)对准，保偏光纤准直器6的输出光束为线偏振光。此时，将8、9、11插入空间光路中并暂时移开检偏器12，沿X、X’、Y、Y’、Z、Z’轴方向调节机械调整架7、8做线性位移运动，沿ωx、ωx’、ωy、ωy’轴调节机械调整架做横摇(ωy与ωy’)、俯仰(ωx与ωx’)运动，记录光功率14接收到的光功率，出现最大值时表明保偏光纤准直器6与9光轴方向对准。此时，将检偏器12插入光路中，调节机械调整架8绕光轴偏转至某一角度，在0-180°范围内绕光轴旋转检偏器12，用光功率计14记录光功率的变化。重复上述步骤，按照一定规律(如顺时针或逆时针方向依次偏转固定角度)依次改变机械调整架8的偏转角并在0-180°范围旋转检偏器12，记录光功率的变化，直至光功率计14的输出值在某一个角度取得最大值，而在其正交方向测量不到光功率，此时保偏光纤准直器9内传输的线偏振光位于保偏尾纤10的慢轴(或快轴)。当需要共快轴或共慢轴传输，需采用其它方式(通常利用测量显微镜对光纤端面进行标记)预先确定保偏尾纤7和10的慢轴(或快轴)方向，由于慢轴(或快轴)方向已预知，调节保偏光纤准直器准直时可参照标记位置进行调整，避免保偏尾纤5和10的慢轴与快轴交错对准。

保偏光纤准直器6与9的空间对准可以抽象为机械调整架7的空间坐标系(XYZ)与机械调整架8的空间坐标系(X’Y’Z’)的六自由度对准，但由于两组坐标系之间没有可供参考的物理基准，它们之间的对准过程是一个多自由度、试探性、逐次逼近的过程，每一个自由度的调节都需要多次反复精细调节。特别是在第一次(初始)对准时，由于两个机械调整架没有统一的可供参考的物理基准，对准偏差是未知的(且往往较大)，这使得初始对准需要操作人员具有丰富的调试经验。在对准过程中，检偏器12需要多次重复装夹，多次装夹误差使得空间光路需要进行二次调节，对准过程更加繁琐。当起偏器3与检偏器12的机械旋转轴与光轴不同轴时，将导致光功率计14接收到的光功率波动，使判定光功率最大值与最小值存在困难，引起偏振对准误差。空间光路结构存在较多的机械运动部件，各种机械运动误差(如旋转轴与光轴不同轴、机械运动之间的交叉耦合)导致光学测量误差增大，不适合做定量测量。装置本身不能分辨保偏尾纤5和10的快(慢)轴，故需要预先定轴(如采用显微镜标记的方法)，否则可能出现光偏振方向错轴对准(如保偏光纤准直器6传输的光偏振方向位于保偏尾纤5的慢轴，而保偏光纤准直器9输出的光偏振方向位于保偏尾纤10的快轴)。

发明内容