基于端面成像的保偏光纖主軸對準(zhǔn)方法

何春 房樂楠 孫智慧

摘要：為實現(xiàn)保偏光纖快速準(zhǔn)確的主軸對準(zhǔn)，本文介紹了一種基于光纖端面成像系統(tǒng)的保偏光纖主軸對準(zhǔn)方法。首先通過光纖端面成像系統(tǒng)采集熊貓型保偏光纖端面圖像。然后采用一種基于分?jǐn)?shù)階次微積分模板的邊緣檢測方法提取應(yīng)力圓，并確定圓心。最后根據(jù)兩個應(yīng)力圓的圓心確定保偏光纖應(yīng)力區(qū)相對于水平方向的角度，通過驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動兩個方向的光纖，實現(xiàn)保偏光纖主軸快速對準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：保偏光纖;主軸對準(zhǔn);分?jǐn)?shù)階次微積分;圓檢測

1 引言

偏振保持光纖（簡稱保偏光纖）就是指能夠使在其中傳輸?shù)墓獗３制淦駪B(tài)特性的光纖。保偏光纖是在單模光纖纖芯的兩側(cè)加上足夠的應(yīng)力，使光纖在截面上兩互相垂直方向上產(chǎn)生大的傳播常數(shù)差，即高的雙折射。該類光纖已廣泛應(yīng)用于航空、航天和高速光通信系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。

應(yīng)力型保偏光纖在包層結(jié)構(gòu)中加有應(yīng)力區(qū)，兩柱狀應(yīng)力區(qū)中心連線方向為保偏光纖的主軸。在熔接保偏光纖時，連接點主軸對準(zhǔn)角偏差是影響保偏光纖連接點消光比性能的最主要因素。因此，保偏光纖熔接必須進(jìn)行主軸對準(zhǔn)消除角偏差，以使熔接后的光纖仍保持良好的偏振特性。

常用的主軸對準(zhǔn)方式是以光纖側(cè)面成像為基礎(chǔ)的對準(zhǔn)方法。該類對準(zhǔn)方法以愛立信公司的透鏡效應(yīng)側(cè)視法（POL）和藤倉公司的側(cè)面投影對軸系統(tǒng)（PAS）為主要代表。本文介紹了一種基于光纖端面成像系統(tǒng)的保偏光纖主軸對準(zhǔn)方法，可實現(xiàn)熊貓型保偏光纖主軸快速對準(zhǔn)。

2 基于端面成像的保偏光纖主軸對準(zhǔn)方法

2.1 基于分?jǐn)?shù)階次微積分模板的邊緣檢測方法

邊緣檢測作為圖像預(yù)處理中的關(guān)鍵一步，常用的邊緣檢測方法大多是使用整數(shù)階次微分。通常一階導(dǎo)數(shù)利用梯度算法而二階導(dǎo)數(shù)利用拉普拉斯算子來檢測邊緣。文獻(xiàn)提供了一種基于分?jǐn)?shù)階次微積分模板的邊緣檢測方法，文中提出了全新的復(fù)數(shù)模板。用于計算分?jǐn)?shù)階次導(dǎo)數(shù)的X方向卷積模板是：

邊緣檢測結(jié)果如圖1所示為邊緣檢測結(jié)果。

2.2 基于Hough變換的圓檢測算法

Hough變換是圖像處理中常用的一種檢測幾何直線和曲線的方法。Hough變換的原理就是利用圖像全局特征將邊緣像素連接起來組成區(qū)域封閉邊界，它將圖像空間轉(zhuǎn)換到參數(shù)空間，在參數(shù)空間對點進(jìn)行描述，達(dá)到檢測圖像邊緣的目的。

假設(shè)所檢測圓的滿足以下公式：

其中（a，b）表示圓心坐標(biāo)，r表示圓半徑。

變換至（a，b，r）三維參數(shù)空間后圓上所有的點 相應(yīng)地轉(zhuǎn)換為在三維參數(shù)空間中的所有圓錐面 并相交于一點（a，b，r），而此點在參數(shù)坐標(biāo)空間中的坐標(biāo)即為輪廓圓的三個參數(shù)。

圖2所示為熊貓型保偏光纖應(yīng)力區(qū)檢測結(jié)果，圖中數(shù)據(jù)為圓心所在坐標(biāo)。

2.3 基本方法

首先通過光纖端面成像系統(tǒng)采集熊貓型保偏光纖端面圖像。對獲取的圖像進(jìn)行平滑處理來抑制噪聲，再利用邊緣檢測算子進(jìn)行邊緣檢測，最后利用Hough變換進(jìn)行熊貓型保偏光纖應(yīng)力區(qū)的檢測以及應(yīng)力區(qū)中心坐標(biāo)的檢測。確定兩個應(yīng)力區(qū)中心坐標(biāo)后可以計算出保偏光纖應(yīng)力區(qū)相對于水平方向的角度，依次驅(qū)動左右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，將保偏光纖應(yīng)力區(qū)旋轉(zhuǎn)到水平位置，實現(xiàn)保偏光纖主軸對準(zhǔn)。

2.4 實驗數(shù)據(jù)

依次檢測兩向保偏光纖應(yīng)力區(qū)的圓心位置，即可判斷保偏光纖應(yīng)力區(qū)相對于水平方向的角度，表1所示為兩向保偏光纖應(yīng)力區(qū)的圓心坐標(biāo)。

3 結(jié)論

本文介紹了一種基于光纖端面成像系統(tǒng)的保偏光纖主軸對準(zhǔn)方法。從實驗結(jié)果可以看出，本文方法可以精確實現(xiàn)保偏光纖主軸對準(zhǔn)，精度要求完全滿足生產(chǎn)研究需求。

參考文獻(xiàn)

[1]任廣軍，姚建銓，王鵬，等.保偏光纖激光器的實驗研究[J].中國激光，2007，34（9）：1208-1211.

[2]朱桂英，張瑞林.基于Hough變換的圓檢測方法[J].計算機工程與設(shè)計，2008，29（6）：1462-1464.