[发明专利]一种光子晶体光纤方位角的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体光纤领域，具体涉及一种光子晶体光纤方位角的确定方法。

背景技术

自1991年Russell第一次提出了光子晶体光纤，光子晶体光纤引起广泛关注，已应用于光子晶体光纤激光器、模间干涉传感器、折射率传感器、光学集成电路、温度传感器等方面。当加工制作基于光子晶体光纤的光学器件时，其制作过程都要求对光子晶体光纤的特殊方位角进行确定。例如，在光子晶体光纤光栅的刻写时，刻写激光以不同角度进入光子晶体光纤内部的效率不同，因此需要在刻写过程中确定激光的进入方向与光子晶体光纤端面微结构之间的相对位置关系。在侧边抛磨光子晶体光纤的加工时,由于不同角度的抛磨会导致光子晶体光纤抛磨区模场的不同分布；在光子晶体光纤耦合器的制作时，需要根据设计要求调整两根光子晶体光纤的相对位置。虽然端面成像的方法可以确定光子晶体光纤的方位角，但只适用于光纤端面可供观察的情况，例如光子晶体光纤熔接。但对于光子晶体光纤器件加工时其端面无法直接观察，难以使用端面成像方法观察光纤端面进而确定方位角。因此，发展一种无损、无破坏性的光子晶体光纤轴向方位角的定位方法，对加工制作光子晶体光纤器件有着十分重要的意义。

目前，对光子晶体光纤内部结构方位角的研究多数为数值模拟研究；也有采用实验方法确定光子晶体光纤内部结构方位角的研究。在已有的文献中，有研究小组采用氦氖激光垂直光纤轴向方向照射光子晶体光纤，分析前向散射光接近中心处的散射光强度变化实现光子晶体光纤内部结构的检测。为了降低激光在光子晶体光纤内部多重散射效应的影响，需要在光子晶体光纤的空气孔中填充折射率接近光纤包层的匹配液，匹配液的加入将污染光子晶体光纤，影响光子晶体光纤的性质，另外不同种类的光子晶体光纤对于前向散射光的接收器的位置各不相同，且对位置的精确度要求很高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种无损、无破坏性的光子晶体光纤方位角的确定方法。

本发明的技术方案如下：

一种光子晶体光纤方位角的确定方法，其属于激光前向散射图案分析法，用激光垂直照射在光子晶体光纤的侧面并在前方的成像屏上成像，该成像为前向散射条纹图案，用数码相机拍摄该散射条纹图案，由与数码相机相连的处理器对散射条纹图案进行处理，其特征在于：处理器对散射条纹图案的处理方式为：以经过中心亮纹的中心且与光子晶体光纤轴向相平行的线为分界线，将散射条纹图案分割成两个区域，两个区域光强度之和分别为第一特征值和第二特征值，逐步旋转光子晶体光纤，得到与旋转角度一一对应的第一特征值组和第二特征值组，根据第一特征值组及其对应的旋转角度求得第一旋转角度极值组，根据第二特征值组及其对应的旋转角度求得第二旋转角度极值组，从第一旋转角度极值组中任意选取一个值为第一角度θ₁，从第二旋转角度极值组中选取与第一角度的差值的绝对值小于角度阈值的值为第二角度θ₂，该角度阈值小于20°，光子晶体光纤ГК方位角θ_ГК由公式θ_ГК=（θ₁+θ₂）/2确定，实现了光子晶体光纤方位角的确定。

进一步的，激光为可见光波长范围的激光。

进一步的，角度阈值为10°。

进一步的，旋转角度极值的获取方法包括以下3个步骤：

（1）从特征值组中求得最大值M；

（2）从该特征值组中筛选出大于M×n%的极大值，90≤n<100；

（3）对筛选出的每一个极大值作以下处理：该极大值对应的旋转角度为θ，在旋转角度在θ±x°的范围内的特征值中，如果该极大值为最大值，则该极大值对应的旋转角度为旋转角度极值；

从第一特征值组中筛选出的所有旋转角度极值构成第一旋转角度极值组，从第二特征值中筛选出的所有旋转角度极值构成第二旋转角度极值组。

进一步的，步骤（3）中x值的确定方法如下：

（3.1）在已知光子晶体光纤内部结构的条件下，x的大小视光子晶体光纤的内部轴向结构而定，当光子晶体光纤内部结构为六重旋转对称结构时，则35≤x≤55；当光子晶体光纤内部结构为八重旋转对称结构时，则25≤x≤40；当光子晶体光纤内部结构为二重旋转对称结构时，95≤x≤175；

（3.2）在未知光子晶体光纤内部结构的条件下，35≤x≤40。