一種基于側視光強曲線相關峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及光電子技術中保偏光纖傳感技術領域，具體來說，是一種基于側視光 強曲線相關峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法。
【背景技術】
[0002] 保偏光纖是一類特殊的單模保偏光纖，該類保偏光纖具有較強的偏振保持特性， 一般運一特性通過在保偏光纖忍向引入應力塊或非對稱纖忍獲得。由于具有運一特性，保 偏光纖廣泛應用于保偏光纖巧螺、干設傳感W及相干光通訊等對偏振態具有較高要求的領 域。
[0003] 保偏光纖偏振軸的精確定位和對準是其應用中的關鍵技術之一。側視成像法由于 裝置簡單，定軸精度較高等優點，為目前主要的定軸方法。
[0004] 瑞典專利SE9401146中的WL法，W焦平面作為觀測平面，提取光強曲線中屯、值作 為特征值，將保偏光纖W-定角度間隔旋轉一周得到特征值曲線。根據特征值曲線的對稱 性與周期性得到0°起始方位角標準曲線，通過標準曲線的平移得到任意方位角的特征值 曲線，最后將待測方位角的特征值曲線與任意方位角的特征值曲線做相關運算，極大值所 對應的角度即為待測方位角。 陽005] 美國專利US5013345中的PAS法，要求光強曲線中屯、點兩側具有兩個極大峰值，并 W兩個峰值間的距離作為特征量。
[0006] 國防科技大學王金娥等人提出了基于五點特征值的側視定軸法，該方法要求光強 曲線的形貌特征具有=個峰值，并個波峰的光強值之和減去兩個波谷的光強值之差作 為特征值（參考："基于五點特征值的匹配型保偏光纖定軸新方法"，《光通信技術》，2005， 第一期，20~22)。
[0007] 上述專利及方法在一定程度及范圍上實現了保偏光纖偏振軸定軸，然而對觀測平 面位置與光強形貌特征具有很高的要求，通用性不高。采用WL法進行保偏光纖定軸時，要 求觀測平面位置在焦平面附近。PAS法要求光強曲線中屯、點兩側具有兩個極大峰值，五點特 征法要求光強形貌特征具有=個峰值。而實際應用中出現運兩種光強形貌特征的觀測平面 范圍很小，因此，運兩種側視定軸方法同樣對觀測平面位置具有很高的要求。除此之外，上 述幾種方法均要求提取光強圖像中特征點的光強值，而在實際工作中特征點的提取是件 比較困難的工作，特別對于五點法運類光強形貌特征比較復雜的方法。
【發明內容】
[0008] 為了解決現有定軸方法通用性不足，及特征點提取困難等問題，本發明的首要目 的在于提供一種基于側視光強曲線相關峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，該方法直接通過 某方位角的側視光強曲線與任意方位角側視光強曲線做互相關得到相關曲線，將該相關曲 線極大峰值尖銳程度作為特征值，從而實現保偏光纖的準確定軸。
[0009] 本發明基于側視光強曲線相關峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，通過下述步驟實 現：
[0010] 步驟一：通過光源發射平行光從保偏光纖一側垂直照射在保偏光纖表面上，使保 偏光纖另一側產生光纖側視光強分布圖像。
[0011] 步驟二：通過CCD相機采集光纖側視光強圖，并轉換為光強曲線傳送至計算機。
[0012] 步驟=:步驟=保偏光纖纖忍為軸，W固定角度間隔A0旋轉保偏光纖2 31 / A0次，得到每次保偏光纖后，保偏光纖方位角對應的光強曲線。
[0013] 步驟四：按照步驟=中保偏光纖旋轉順序，由第一次旋轉保偏光纖開始，依次將每 次旋轉保偏光纖后CCD相機所采集、轉換后的光強曲線，與旋轉保偏光纖2JI/A0次后CCD 相機所采集到的全部光強曲線做互相關運算，W相關峰尖銳程度作為特征量，得到特征值 曲線。
[0014] 步驟五：對步驟四得到特征值曲線進行平移變換，即可得到保偏光纖起始方位角 為0°的標準特征值曲線T(0);則保偏光纖起始方位角為時的特征值曲線與T(0)之間的相 位差即為保偏光纖起始方位角的值。
[0015] 本發明的優點在于：
[0016] 1、本發明基于側視光強曲線相關峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，不僅適用于各 類光強形貌特征，而且在成清晰側視保偏光纖圖像范圍內的各觀測平面均能實現保偏光纖 定軸，具有較強的通用性。
[0017] 2、本發明基于側視光強曲線相關峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，不需要提取特 征點，在一定程度上增加了定軸的效率與可靠性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明保偏光纖定軸方法中保偏光纖安裝方式示意圖；
[0019] 圖2為本發明保偏光纖定軸方法中側視成像法定軸原理圖；
[0020] 圖3為焦平面處方位角為0 °時光強曲線圖；
[0021] 圖4為焦平面處方位角為45°時光強曲線圖；
[0022] 圖5為焦平面處方位角為90 °時光強曲線圖；
[0023] 圖6是焦平面處的特征值曲線；
[0024] 圖中：
[00巧]1-光源 2-步進電機 3-保偏光纖夾具
[0026] 4-保偏光纖 5-纖忍 6-保偏光纖夾持器 1^0027] 7-透鏡 8-CCD相機 9-計算機
[0028] 10-觀測平面
【具體實施方式】
[0029] 下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
[0030] 基于側視光強曲線相關峰尖銳程度的保偏光纖定軸方法，如圖1所示，具體步驟 如下：
[0031] 步驟一：將保偏光纖4安裝在自動定軸系統上，如圖1所示，使保偏光纖4的一端 安裝在自動定軸系統中保偏光纖夾持器6內，另一端通過自動定軸系統中保偏光纖夾具3夾持并固定在自動定軸系統中的步進電機2上。通過光源1發射非相干平行光，使平行光 從保偏光纖4側面（沿Y軸）垂直照射在保偏光纖4表面上，如圖2所示，此時保偏光纖4 相當于一個柱面透鏡，則保偏光纖4相對側面作為觀測平面10,可在觀測平面10上得到光 線側視光強分布圖像。
[0032] 步驟二：使保偏光纖4側視光強圖像經透鏡7放大后，由CCD相機8進行采集，調 節透鏡7與CCD的位置，使CCD可采集到清晰的保偏光纖側視光強圖像，并將所采集的保偏 光纖側視光強圖像實時轉換為光強曲線并傳送至計算機9。所述光強曲線在計算機9中W 離散數據形式存儲，將光強曲線用數組表示為： 陽03引 I= [ii，i2,…，i"…，iN]) (1)
[0034] 其中，ix表示第X個像素的光強值，1《x《N，N為光強分布曲線的像素個數，由CCD相機8的分辨率及圖像放大倍數決定。
[0035]步驟=:W保偏光纖4的纖忍5為軸，通過計算機9控制自動定軸系統中的步進電 機2W固定角度間隔A0旋轉保偏光纖4共2JI/A0次，得到每次保偏光纖4后，保偏光 纖4的方位角對應的光強曲線，表示為：
[0036]
(2) W37] 其中，0。表示保偏光纖4的起始方位角，0表示保偏光纖4旋轉的角度， 0《0《2 31，0=jA0，j為保偏光纖4旋轉的次數，j=1，2, 3,…，2 31/A0 ; /"U+知表 示在保偏光纖4的方位角為0。+0下，第X個像素的光強值。 陽03引本發明中，自動定軸系統中的采用步距角為1. 8° (64細分）的步進電機2,可使A白的最小值可達0.028。。
[0039]步驟四：按照步驟=中保偏光纖4旋轉順序，由第一次旋轉保偏光纖4開始，依次 將每次旋轉保偏光纖4后CCD相機8所采集、轉換后的光強曲線，與保偏光纖4旋轉231 / A0次后CCD相機8所采集到的全部光強曲線做互相關運算，W相關峰尖銳程度作為特征 量，得到特征值曲線，具體方式為： W40] 令當前保偏光纖4的方位角為0。，0qG[0。+0]，將保偏光纖4當前方位角對應 的光強曲線I( 0q)與全部光強曲線I( 0。+0 )做互相關：
(3)
[0041 ] 陽0創得到相關曲線：
[0043]
(4) W44] 其中表示保偏光纖4的方位角為0。時對應的光強曲線1(0q)與保偏光纖 4的起始方位角0。對應的光強曲線1(0。）的相關度；表示保偏光纖4的方位角 為0。時對應的光強曲線1(0q)與第一次旋轉保偏光纖4后的光線方位角對應的光強曲線 I( 0。+A0 )的相關度。"u+'M表不保偏光纖4的方位角為0q時對應的光強曲線I( 0q) 與保偏光纖4的方位角為0a+jA0對應的光強曲線I(0c+jA0)的相關度。嗦，表 示保偏光纖4的方位角為0