[发明专利]基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片直接耦合装置

说明书

本发明是一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，属于光纤传感技术领域。本装置主要包括光路单元、图像采集单元、运动执行单元和图像处理与控制单元。图像采集单元包括直角棱镜、三个相机和三个LED；运动执行单元包括Y波导固定机构、架设相机的电动台、控制输入端、前输出端和后输出端姿态的六维电动台，以及运动控制器。图像处理与控制单元先根据相机采集的图像调整输入端、前输出端和后输出端的位姿，再根据光功率计测量的环形器返回的光功率值精调耦合点。本发明避免了光纤陀螺内部两个熔接点，简化了光纤陀螺制作工艺，减小了光纤熔接引入的背向反射和偏振串音，提高了光纤陀螺测量精度、寿命和质量。

技术领域

本发明涉及一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，属于光纤传感技术领域。

背景技术

集成光学技术起源于二十世纪八十年代初，受启发于集成电路，把多个光学分离器件集成在同一芯片上，减小系统的体积和重量，提高系统可靠性。经过近三十年的研发，集成光学器件在国外已进入产业化阶段，代表产品有光强度调制器和用于光纤陀螺的Y波导集成光学器件。

光纤陀螺仪是基于萨格纳克效应的角速率传感器，是光纤传感领域最重要的成就之一。由于其体积小、精度覆盖范围大、可靠性高等优点，已成为惯性技术中的重要器件，并且广泛应用于各种飞行器、舰船、定位定向以及地质、石油勘探等领域。

目前，光纤陀螺普遍采用宽谱光源、Y波导芯片和保偏光纤环方案。其目前成熟的制作技术为：首先将Y波导芯片的入光点、前出光点、后出光点分别与辅助输入端尾纤、前输出端、后输出端进行耦合。在耦合过程中通过向输入端注入光照，监测输出端光功率实现耦合质量监测，当耦合质量达到光纤陀螺制作要求后，固化耦合点；然后使用保偏光纤熔接机熔接辅助尾纤与光纤环。

前述的现有技术存在的问题有：首先，光纤环与辅助尾纤熔接时，由于光路闭合，无法对熔接质量进行监测，导致辅助尾纤与光纤环之间的熔接点极易由于端面反射及偏振交叉耦合引入背向反射和偏振串音，同时引入熔接损耗，造成信噪比下降，最终导致光纤陀螺的精度降低；其次，由于上述熔接点连接处无硬件结构为其提供保护和支撑，连接处容易发生断裂，导致光纤陀螺的寿命和质量大幅降低；另外，前述的光纤陀螺制作过程中还存在需要对光纤进行多次连接操作的问题，导致光纤陀螺生产过程复杂，增加了制作成本。

公开号为CN 102927979A的中国专利申请在2013年2月13日公开了一种光纤陀螺及其制作过程中在线检测光纤耦合质量的方法。其中，为了实现Y波导与光纤环直接对接耦合，还在Y波导芯片内、位于Y波导两侧各设置有一条直波导作为辅助波导，可借由检测尾纤和直波导之间的耦合质量来反应Y波导和光纤环之间的耦合质量。但是此方案存在以下问题：光纤耦合质量严重依赖于直波导的加工技术，若直波导存在加工偏差，直波导的耦合质量不能精确反映光纤环和Y波导的耦合质量；该方案未涉及自动耦合技术，耦合精度受限于人力操作水平，可靠性差。

发明内容

为了解决现有制作光纤陀螺时存在生产过程复杂的问题，并进一步提高光纤陀螺测量精度和光路可靠性，本发明提出一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，采用图像识别方法可以快速准确实现Y波导芯片、保偏光纤六维姿态实时测量，采用光功率计反馈方法可以在线获取耦合器返回光功率大小，根据姿态信息和光功率信息调整输入端、前输出端、后输出端位置，实现与Y波导芯片入光点、前出光点、后出光点的精密耦合。

本发明提供的一种基于图像识别与光功率反馈的Y波导芯片自动直接耦合装置，包括光路单元、图像采集单元、运动执行单元和图像处理与控制单元。

所述的光路单元中包括待耦合的Y波导芯片、输入端、前输出端、后输出端和光纤环，并设置光功率计测量输入端返回的光功率大小。