[发明专利]一种保偏光纤侧视成像定轴方法及装置

权利要求书

1.一种保偏光纤侧视成像定轴装置，它由光路部分、旋转控制部分和定轴程序三部分构成；两路垂直安放的光路和旋转控制部分固定在同一机械平台上，然后通过RS232接口连接旋转控制部分和上位机、通过PCI总线连线光路和上位机；其特征在于：

所述光路部分实现定轴过程中光纤图像的实时采集和显示，采用垂直安放的双光路方案，核心器件是镜头和电荷耦合器件CCD；该镜头是大恒GCO2102；该电荷耦合器件CCD是大恒PNT 602H；该光源是绿色LED平行光源；为保证成像质量，光路中加装了镜头位置调整装置以便调整镜头位置得到最清晰的光纤成像；此外，电荷耦合器件CCD靶面应当与平行光方向垂直，电荷耦合器件CCD和镜头尺寸应该匹配；

所述旋转控制部分利用步进电机实现光纤的旋转，为保证光纤旋转时不发生明显离轴，采用V型槽加真空吸附的方式固定光纤，为防止步进电机因急停而产生振荡、失步现象，采取光纤旋转和图像采集并行而不是单步采集方案，即给步进电机发出旋转一周指令后同时开始图像采集，电机中间不停车直至旋转完一周；定轴程序控制图像采集、处理以及步进电机的运动；

所述定轴程序利用VS2010+QT编写，实现图像采集、处理，控制步进电机旋转，计算偏振轴角度；此外，该程序能实时显示定轴过程中的光纤图像，能控制光纤以不同的角度间隔正反转一周。

2.一种保偏光纤侧视成像定轴方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：设置好光源、镜头和电荷耦合器件CCD的位置，将光纤固定到夹具上后，调整透镜位置使光纤成像清晰，然后上位机发出定轴指令，步进电机开始驱动光纤旋转、两路光路开始采集图像，计算机对电荷耦合器件CCD采集到的图像进行处理得到光纤成像中心处的灰度值；

步骤二：当光纤旋转一周后利用灰度值绘制出特征曲线P(θ)，然后对特征曲线进行傅里叶拟合得到拟合后的特征曲线P₁(θ)；

步骤三：根据保偏光纤结构特点可知，光纤从偏振轴方位角为0°即应力区连线方向或者90°即应力区连线垂直方向时开始旋转，特征曲线前后两部分应严格对称，利用这两部分曲线的相关性衡量其对称程度，相关系数越大说明对称度越高；

步骤四：在±90°范围内以0.1°的步长改变拟合后特征曲线P₁(θ)的相位角θ，依次计算前后两部分相关系数，当相关系数最大时相位角θ＝θ_m则认为此时偏振方位角为-θ_m或者90-θ_m，为进一步确定偏振轴方位角为哪一个值需要提前仿真分析常见保偏光纤偏振轴在0°和90°时的光强大小关系，根据该大小关系即得到偏振轴位置；假设两套光路计算出的偏振轴方位角分别为θ₁和θ₂，则最终检测到的偏振轴方位角为(θ₁+θ₂)/2，利用该定轴方法理论上达到优于0.5°的定轴精度。

3.根据权利要求1所述的一种保偏光纤侧视成像定轴装置，其特征在于：图像处理、数据计算以及步进电机控制程序都是由计算机完成的，使用嵌入式微处理器代替计算机也能完成同样的功能。

4.根据权利要求1所述的一种保偏光纤侧视成像定轴装置，其特征在于：使用双光路成像系统以减少定轴误差，使用单光路系统也能完成同样的功能。

5.根据权利要求1所述的一种保偏光纤侧视成像定轴装置，其特征在于：使用V型槽加真空吸附方式固定光纤以保证光纤同轴旋转，使用压片式夹具也能固定光纤；驱动光纤旋转的步进电机也能是更精密的压电陶瓷马达驱动光纤。