[发明专利]保偏光纤环和Y波导直接耦合偏振轴对准在线检测装置及其在线测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感领域，涉及一种保偏光纤环和Y波导直接耦合偏振轴对准在线检测装置及其在线测量方法。

背景技术

光纤陀螺是一种全固态纯光学惯性器件，基本原理是萨格纳克(Sagnac)效应和光学互易性。光纤陀螺的光路部分主要由光学器件、保偏光纤环和探测器组成。其中，光学器件包括宽带光源、光纤耦合器和Y波导；Y波导芯片集成了分束器、偏振器和宽带相位调制器，起到了分光/合光、起偏/检偏和光相位调制的功能，是光路部分的重要部件。

目前，光纤陀螺光路通常采用Y波导尾纤与保偏光纤环光纤熔接方式连接，首先Y波导与保偏光纤耦合，其次带保偏尾纤的Y波导与保偏光纤环光纤熔接。耦合技术的关键是Y波导的偏振轴和保偏光纤的偏振轴对准，耦合过程中采用消光比测试仪监控尾纤输出端消光比的变化，指示精密六维调节台的调整，完成Y波导偏振轴和保偏光纤偏振轴的对准。这种Y波导尾纤与保偏光纤环光纤连接方式存在的问题是在Y波导与保偏光纤环之间引入了两个熔接点，降低了系统的可靠性；同时熔接点的存在增大了波导输出通道的偏振交叉耦合，降低了系统的检测精度；而且熔接需要一定的光纤长度，不但使得光路的装配工艺一致性降低，而且容易破坏光纤环的四极对称。

为了解决Y波导尾纤与保偏光纤环光纤熔接存在的上述问题，进一步提高光纤陀螺系统的性能，通常采用直接耦合的方式进行Y波导和保偏光纤环的连接。

直接耦合光路结构如附图1所示，保偏光纤环借助两个尾纤组件直接与Y波导相连接，这种连接方式省去了Y波导与保偏光纤环之间的两个熔接点。两个尾纤组件通过将保偏光纤环光纤固定在光纤培片上制作而成，用于辅助保偏光纤环与Y波导的耦合。

保偏光纤环光纤与Y波导直接耦合包含输入光纤组件和光纤环两尾纤组件制作两部分，输入光纤组件和光纤环两尾纤组件与Y波导输出端面对准和用胶粘接固定。通常设定制作完成后的光纤环尾纤组件中，光纤培片表面上边线与保偏光纤环光纤偏振轴平行。

保偏光纤环两尾纤组件制作完成后，将其安装在参考夹具上，并转移至研磨机研磨出一定角度，以匹配保偏光纤环光纤和Y波导的斜端面耦合。

现有直接耦合技术依靠机械夹具传递平行关系完成保偏光纤环光纤与Y波导的偏振轴对准。即研磨完成后，将带有保偏光纤环两尾纤组件的夹具安装在耦合台的指定位置。安装完成后，光纤培片的上表面与Y波导上表面处于同一水平面内，进而使得Y波导的偏振轴与保偏光纤环光纤的偏振轴处于对准状态。上述过程全部完成后，通过监控输出端光功率的变化，完成最小附加损耗的耦合。然后进行胶合、紫外固化。

但是，将Y波导和保偏光纤的偏振轴对准方法应用于直接耦合时，存在以下问题：

1、光纤环第一个尾纤组件与Y波导耦合时，如果采用直接测消光比法进行偏振轴对准，光纤环尾纤组件与Y波导耦合过程中需要将消光比测试仪连接至保偏光纤环另一端，由于保偏光纤环自身具有较高的偏振串音，使得观测结果的分辨率较低，进而影响偏振轴的对轴精度。

2、光纤环第二个尾纤组件与Y波导耦合时，Y波导与保偏光纤环所形成的光路处于闭合状态，无法通过检测输出端消光比的方式完成偏振轴对准操作。

同时，现有直接耦合技术中偏振轴对准的完成依赖于夹具的机械加工精度和机械件之间的几何尺寸关系，导致无法实时监测Y波导与保偏光纤环光纤偏振轴的相对位置，从而无法对偏振轴对准的最终状态做出定量的评价。

发明内容

本发明为了解决保偏光纤环与Y波导直接耦合时偏振轴的实时检测和对准问题，提出了一种保偏光纤环和Y波导直接耦合偏振轴对准在线检测装置及其在线测量方法，旨在提高光纤陀螺的装配一致性和可靠性。

保偏光纤环和Y波导直接耦合偏振轴对准在线检测装置，包括偏振轴检测装置以及图像处理模块；

图像处理模块存储在计算机上；

偏振轴检测装置包括照明系统、成像系统和CCD相机；用于获取正对放置的Y波导和尾纤组件的端面图像。

照明系统采用同轴光照明方式，对Y波导和保偏光纤环的尾纤组件进行照明；

成像系统包括反射光学元件和物镜；反射光学元件、物镜和CCD相机同轴设置；所述反射光学元件工作面上镀有高反射膜，放置于Y波导与保偏光纤环的尾纤组件之间，将Y波导端面和保偏光纤环尾纤组件端面图像反射到物镜，通过物镜到达CCD的敏感面；

CCD相机实时接收Y波导端面和保偏光纤环的尾纤组件的端面图像，并将其传送图像处理模块进行处理；

图像处理模块分为图像采集模块和偏振轴检测模块；

图像采集模块实时采集CCD相机收集的两个端面图像；