專利名稱：光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光子晶體光纖熔接技術(shù)，特別是涉及一種光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
PCF (Photonic Crystal Fiber，光子晶體光纖)又稱 HF (Holey Fiber，多孔光纖) 或MOF (Microstructure Optical Fibers，微結(jié)構(gòu)光纖)，自其問(wèn)世就引起各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。PCF具有很多普通光纖所沒(méi)有的奇異特性，如高非線性、色散可控特性、高雙折射率、 無(wú)限單模特性、大單模模場(chǎng)等，能廣泛的應(yīng)用于通信、成像、光譜學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。隨著對(duì)PCF特性及生產(chǎn)工藝的深入研究，人們開(kāi)始廣泛探索研究它的應(yīng)用，如開(kāi)發(fā)PCF傳感器、 PCF激光器、PCF非線性應(yīng)用和光子晶體保偏光纖應(yīng)用等。在這些應(yīng)用中都面臨著PCF的熔接技術(shù)問(wèn)題，這已經(jīng)引起了很多學(xué)者的極大關(guān)注。PCF復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)使熔接過(guò)程變得更加復(fù)雜，在熔接時(shí)，兩根光纖的精確對(duì)準(zhǔn)，熔接系統(tǒng)提供的功率、熔接的時(shí)間、低損耗的計(jì)算等等，都需要獲取PCF的端面信息。但是，采用傳統(tǒng)光纖熔接機(jī)的成像系統(tǒng)對(duì)光子晶體光纖成像時(shí)，圖像的清晰度較低，而且由于PCF包層空氣孔的存在，使成像系統(tǒng)很難找到光纖的纖芯，采用PCF外邊緣作為對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)又會(huì)增加對(duì)準(zhǔn)偏差，使熔接質(zhì)量降低，不能滿足熔接需求。所以，針對(duì)PCF，需要有特定的成像系統(tǒng)來(lái)滿足其熔接的需要。發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)在光子晶體光纖熔接過(guò)程中，圖像清晰度低，不能滿足熔接需求的缺陷。
(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其包括第一成像單元和第二成像單元，分別用于獲取正對(duì)放置的被熔接的兩根光子晶體光纖的端面圖像；所述第一成像單元包括光源模塊，設(shè)置在被熔接的第一光子晶體光纖端面一側(cè)，用于將發(fā)出的光線照射在所述端面上；顯微成像模塊，位于所述光源模塊所在的一側(cè)，用于接收所述端面反射的光線，并獲取所述端面圖像；所述第二成像單元的結(jié)構(gòu)與所述第一成像單元的結(jié)構(gòu)相同，其包括的各模塊相對(duì)于被熔接的第二光子晶體光纖端面的設(shè)置位置與第一成像單元各模塊相對(duì)于第一光子晶體光纖端面的設(shè)置位置相同。
其中，所述光源模塊包括 發(fā)光光源；準(zhǔn)直透鏡，設(shè)置在所述發(fā)光光源前方，用于對(duì)所述發(fā)光光源發(fā)出的光線進(jìn)行準(zhǔn)直處理；偏振分光棱鏡，設(shè)置在所述準(zhǔn)直透鏡前方，用于對(duì)經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直透鏡處理后的準(zhǔn)直光線進(jìn)行分光處理，分成P光和S光，P光透射，S光全反射；反射鏡，設(shè)置在所述第一光子晶體光纖端面前方，其反射面與P光光線和第一光子晶體光纖軸線均成45°夾角，用于將P光反射后照向第一光子晶體光纖端面；1/4波片，設(shè)置在所述第一光子晶體光纖端面和反射鏡之間，用于透過(guò)P光，并將兩次透過(guò)的P光轉(zhuǎn)換為S光。
其中，所述顯微成像模塊包括放大模塊，設(shè)置在所述偏振分光棱鏡一側(cè)，用于對(duì)所述第一光子晶體光纖端面反射后依次經(jīng)1/4波片、反射鏡和偏振分光棱鏡的帶有第一光子晶體光纖端面信息的S光進(jìn)行光學(xué)放大；成像模塊，與所述放大模塊相連，用于對(duì)所述第一光子晶體光纖端面進(jìn)行成像。
其中，所述放大模塊包括同軸設(shè)置的物鏡和目鏡。
其中，所述成像模塊為CCD (Charge-coupled Device，電荷耦合元件)顯微成像模塊。
其中，所述系統(tǒng)還包括控制單元，與所述反射鏡和1/4波片相連，用于在顯微成像模塊獲取第一光子晶體光纖端面圖像后將反射鏡和1/4波片移走。
其中，所述反射鏡和1/4波片封裝在一個(gè)平臺(tái)上。
其中，所述反射鏡為雙面反射鏡，其兩個(gè)反射面分別與被熔接的兩根光子晶體光纖的軸線成45°夾角。
其中，所述發(fā)光光源為L(zhǎng)ED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)光源。
其中，所述偏振分光棱鏡為格蘭-泰勒偏振分光棱鏡。
(三)有益效果本發(fā)明的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，充分考慮了雜散光、反射光、相干光等因素的影響，利用偏振光的選擇通過(guò)性，一方面可以減少光能損失，同時(shí)也可以避免干涉現(xiàn)象的發(fā)生，提高成像質(zhì)量；控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)反射鏡和1/4波片的控制，當(dāng)獲取到待熔光纖的端面圖像后，將其移走，為接下來(lái)的對(duì)準(zhǔn)和熔接工作做準(zhǔn)備；CCD顯微成像模塊經(jīng)過(guò)光學(xué)物鏡和目鏡放大之后，又采用數(shù)字放大，整體可以達(dá)到1500倍以上的放大倍數(shù)，能夠滿足光纖端面圖像后續(xù)識(shí)別的需要。本發(fā)明的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)能實(shí)時(shí)獲得被熔光纖的端面信息，為光子晶體光纖熔接提供充分的參數(shù)依據(jù)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)的原理圖。
其中，1 第一 PCF ；2 第二 PCF ；3 第一準(zhǔn)直透鏡；4 第一偏振分光棱鏡；5 雙面反射鏡；6 第一 1/4波片；7 第一物鏡；8 第一目鏡；9 第二準(zhǔn)直透鏡；10 第二偏振分光棱鏡；11 第二 1/4波片；12 第二物鏡；13 第二目鏡。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明實(shí)施例的一種光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)的原理圖如圖1所示，所述系統(tǒng)包括第一成像單元和第二成像單元，分別用于獲取正對(duì)放置的被熔接的兩根光子晶體光纖的端面圖像。本實(shí)施例中，兩根被熔的光子晶體光纖分別記為第一 PCFl和第二 PCF2，成像系統(tǒng)同時(shí)獲取第一 PCFl和第二 PCF2的端面圖像。用于獲取兩根光纖的端面圖像的成像單元的結(jié)構(gòu)完全相同，第一成像單元中各模塊相對(duì)于第一 PCFl的設(shè)置位置與第二成像單元中各模塊相對(duì)于第二 PCF2的設(shè)置位置相同。下面以第一成像單元為例，來(lái)詳細(xì)介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理。
第一成像單元主要包括光源模塊和顯微成像模塊，光源模塊用于將其發(fā)出的光線照射到第一 PCFl的被熔端面上，顯微成像模塊用于接收被熔光纖端面反射的光線，獲取被熔光纖端面圖像。本實(shí)施例中，光源模塊具體包括作為發(fā)光光源的LED光源；設(shè)置在LED光源前方、且與LED光源發(fā)出的光線同軸的第一準(zhǔn)直透鏡3，第一準(zhǔn)直透鏡3用于對(duì)LED光源發(fā)出的光線進(jìn)行準(zhǔn)直處理；第一準(zhǔn)直透鏡3前方設(shè)置有第一偏振分光棱鏡4，用于對(duì)第一準(zhǔn)直透鏡3處理后的準(zhǔn)直光線進(jìn)行分光處理，分成相對(duì)于第一偏振分光棱鏡4透射的P1光和全反射的S1光；在第一偏振分光棱鏡4前方，還設(shè)置有雙面反射鏡5，雙面反射鏡5同時(shí)位于第一 PCFl被熔端面的前方，且其反射面分別與經(jīng)第一偏振分光棱鏡4透射的P1光光線和第一PCFl軸線成45°夾角，使得照射到第一 PCFl被熔端面上的光線能夠按照原路返回； 雙面反射鏡5與第一 PCFl被熔端面之間還設(shè)置有第一 1/4波片6，第一 1/4波片6能夠透過(guò)P1光，并且能夠?qū)⑦B續(xù)兩次透過(guò)的P1光轉(zhuǎn)換為&光，使&光經(jīng)雙面反射鏡5反射，再經(jīng)第一偏振分光棱鏡4全反射，在第一偏振分光棱鏡4的一側(cè)射出。
與上述光源模塊結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，顯微成像模塊具體包括由第一物鏡7和第一目鏡8 組成的放大模塊和成像模塊；放大模塊設(shè)置在第一偏振分光棱鏡4透射出帶有第一 PCFl被熔端面信息的&光的一側(cè)，用于對(duì)&光進(jìn)行光學(xué)放大；成像模塊與放大模塊相連，以對(duì)第一 PCFl被熔端面進(jìn)行成像，實(shí)施例中成像模塊為CCD顯微成像模塊。
本實(shí)施例中，選擇LED光源作為發(fā)光光源，是因?yàn)長(zhǎng)ED光源具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，更重要的是，LED光源對(duì)圖像處理來(lái)說(shuō)有著相當(dāng)重要的特性，即它是直流驅(qū)動(dòng)，光亮度能夠長(zhǎng)時(shí)間保持恒定，而普通的商族和熒光燈都是交流驅(qū)動(dòng)，光亮度也會(huì)相應(yīng)成正弦曲線變化，特別是當(dāng)高速相機(jī)采集的頻率高于了光源的頻率時(shí)，采集圖像時(shí)就很難獲得一致的照度，甚至?xí)霈F(xiàn)“黑場(chǎng)”。LED光源的照明方式選用同軸前光源照明方式，此種照明方式，光源與鏡頭同方向出去，乍看之下，仿佛鏡頭本身是一個(gè)光源，使用一個(gè)半透鏡以45°角置于攝影機(jī)前方，從鏡子的旁邊打擴(kuò)散光，一半的光線會(huì)經(jīng)由鏡子反射到物體上， 另一半則穿過(guò)鏡子而消失掉，至于從物體反射回來(lái)的光線，一半傳回來(lái)穿過(guò)鏡子，而在攝影機(jī)上成像，另一半則穿過(guò)鏡子而消失掉，該原理所述就如同上述的光源模塊結(jié)構(gòu)一樣，采用偏振分光棱鏡和反射鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)同軸前光源照明方式。
本實(shí)施例中，第一偏振分光棱鏡4選用格蘭-泰勒偏振分光棱鏡，因?yàn)楦裉m-泰勒偏振分光棱鏡在能夠?qū)ED光源發(fā)出的光分成透射的P光和全反射的S光的同時(shí)，具有更寬的透過(guò)波段及更高的光束透過(guò)率。其透過(guò)波長(zhǎng)可延伸至紫外波段，由于其入射光線在空氣界面上的入射角接近布儒斯特角，使得反射損失降到最低。在進(jìn)行光線反射，使光線按照原路返回的設(shè)計(jì)中，本實(shí)施例選用雙面反射鏡5，其作用是利用一個(gè)光學(xué)元件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)第一成像單元和第二成像單元中光線的反射功能，減少兩根被熔光纖端面之間所設(shè)置的光學(xué)元件的數(shù)量，使兩根被熔光纖端面在盡可能接近的情況下獲取其端面圖像，實(shí)現(xiàn)其對(duì)準(zhǔn)和熔接；當(dāng)然采用兩個(gè)單面反射鏡分別作為第一成像單元和第二成像單元的反射鏡也是可以的。
本實(shí)施例中，第一 1/4波片6的選擇，是基于如下原理當(dāng)線偏振光以與1/4波片快軸夾角為45°角垂直入射到波片后，當(dāng)此左旋圓偏振光經(jīng)過(guò)反射，再次垂直通過(guò)1/4 波片后，出射光線為線偏振光，此出射線偏振光相對(duì)于原入射線偏振光，振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò) π 2?；诖?，由第一偏振分光棱鏡4分出的P光兩次垂直通過(guò)第一 1/4波片6之后，轉(zhuǎn)換為了 S光，S光原路返回至第一偏振分光棱鏡4時(shí)，實(shí)現(xiàn)全反射，與最初由LED光源射向第一偏振分光棱鏡4的光線成90°夾角偏離，為顯微成像模塊的設(shè)置提供充足的空間。
本實(shí)施例中，為了滿足兩被熔光纖在盡可能接近的情形下獲取其端面圖像，以減少后續(xù)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程的誤差，降低熔接損耗，需要將全反射鏡5、兩個(gè)1/4波片6和11封裝在一個(gè)小平臺(tái)上，通過(guò)控制單元控制小平臺(tái)在待熔光纖處的位置，當(dāng)獲取到待熔光纖的端面圖像后，將其移走，為接下來(lái)的對(duì)準(zhǔn)和熔接工作做準(zhǔn)備。
將成像系統(tǒng)按照上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建之后，即可用于光子晶體光纖熔接過(guò)程中被熔光纖端面圖像的獲取，其工作過(guò)程為第一成像單元和第二成像單元的LED光源分別發(fā)光， 第一成像單元的LED光源發(fā)出的光線經(jīng)第一準(zhǔn)直透鏡3將光束準(zhǔn)直成一束平行光，然后通過(guò)第一偏振分光棱鏡4分成P1光和S1光，此處分光棱鏡的作用是對(duì)P1光實(shí)現(xiàn)透射，S1光全反射；分束后的P1光通過(guò)雙面反射鏡5反射后經(jīng)第一 1/4波片6后照射到第一 PCFl端面上，帶有第一 PCFl被熔端面信息的P1光再次通過(guò)第一 1/4波片6后照射到雙面反射鏡5上 (P光經(jīng)過(guò)兩次1/4波片后變?yōu)镾光)；返回的&光經(jīng)雙面反射鏡5和第一偏振分光棱鏡4 反射后進(jìn)入CXD顯微成像系統(tǒng)成像。
同樣，第二成像單元的LED光源發(fā)出的光線經(jīng)第二準(zhǔn)直透鏡9將光束準(zhǔn)直成一束平行光，然后通過(guò)第二偏振分光棱鏡10分成P1光和S1光，此處分光棱鏡的作用是對(duì)P1光實(shí)現(xiàn)透射，S1光全反射；分束后的P1光通過(guò)雙面反射鏡5反射后經(jīng)第二 1/4波片11后照射到第二 PCF2端面上，帶有第二 PCF2被熔端面信息的P1*再次通過(guò)第二 1/4波片11后照射到雙面反射鏡5上，返回的&光經(jīng)雙面反射鏡5和第二偏振分光棱鏡10反射后進(jìn)入CCD 顯微成像系統(tǒng)成像。兩個(gè)顯微成像系統(tǒng)同時(shí)對(duì)被熔光子晶體光纖端面圖像進(jìn)行成像，再進(jìn)一步通過(guò)圖像處理識(shí)別系統(tǒng)獲取端面圖像信息，為光子晶體光纖的對(duì)準(zhǔn)和熔接提供參考依據(jù)。
由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例充分考慮了雜散光、反射光、相干光等因素的影響，利用偏振光的選擇通過(guò)性，一方面可以減少光能損失，同時(shí)也可以避免干涉現(xiàn)象的發(fā)生，提高成像質(zhì)量；控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)反射鏡和1/4波片的控制，當(dāng)獲取到待熔光纖的端面圖像后，將其移走，為接下來(lái)的對(duì)準(zhǔn)和熔接工作做準(zhǔn)備；CCD顯微成像模塊經(jīng)過(guò)光學(xué)物鏡和目鏡放大之后，又采用數(shù)字放大，整體可以達(dá)到1500倍以上的放大倍數(shù)，能夠滿足光纖端面圖像后續(xù)識(shí)別的需要。本發(fā)明的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)能實(shí)時(shí)獲得被熔光纖的端面信息，為光子晶體光纖熔接提供充分的參數(shù)依據(jù)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括第一成像單元和第二成像單元，分別用于獲取正對(duì)放置的被熔接的兩根光子晶體光纖的端面圖像；所述第一成像單元包括光源模塊，設(shè)置在被熔接的第一光子晶體光纖端面一側(cè)，用于將發(fā)出的光線照射在所述端面上；顯微成像模塊，位于所述光源模塊所在的一側(cè)，用于接收所述端面反射的光線，并獲取所述端面圖像；所述第二成像單元的結(jié)構(gòu)與所述第一成像單元的結(jié)構(gòu)相同，其包括的各模塊相對(duì)于被熔接的第二光子晶體光纖端面的設(shè)置位置與第一成像單元各模塊相對(duì)于第一光子晶體光纖端面的設(shè)置位置相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述光源模塊包括發(fā)光光源；準(zhǔn)直透鏡，設(shè)置在所述發(fā)光光源前方，用于對(duì)所述發(fā)光光源發(fā)出的光線進(jìn)行準(zhǔn)直處理；偏振分光棱鏡，設(shè)置在所述準(zhǔn)直透鏡前方，用于對(duì)經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直透鏡處理后的準(zhǔn)直光線進(jìn)行分光處理，分成P光和S光，P光透射，S光全反射；反射鏡，設(shè)置在所述第一光子晶體光纖端面前方，其反射面與P光光線和第一光子晶體光纖軸線均成45°夾角，用于將P光反射后照向第一光子晶體光纖端面；1/4波片，設(shè)置在所述第一光子晶體光纖端面和反射鏡之間，用于透過(guò)P光，并將兩次透過(guò)的P光轉(zhuǎn)換為S光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述顯微成像模塊包括放大模塊，設(shè)置在所述偏振分光棱鏡一側(cè)，用于對(duì)所述第一光子晶體光纖端面反射后依次經(jīng)1/4波片、反射鏡和偏振分光棱鏡的帶有第一光子晶體光纖端面信息的S光進(jìn)行光學(xué)放大；成像模塊，與所述放大模塊相連，用于對(duì)所述第一光子晶體光纖端面進(jìn)行成像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述放大模塊包括同軸設(shè)置的物鏡和目鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述成像模塊為 CXD顯微成像模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 控制單元，與所述反射鏡和1/4波片相連，用于在顯微成像模塊獲取第一光子晶體光纖端面圖像后將反射鏡和1/4波片移走。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述反射鏡和1/4 波片封裝在一個(gè)平臺(tái)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述反射鏡為雙面反射鏡，其兩個(gè)反射面分別與被熔接的兩根光子晶體光纖的軸線成45°夾角。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8任一項(xiàng)所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)光光源為L(zhǎng)ED光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至8任一項(xiàng)所述的光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振分光棱鏡為格蘭-泰勒偏振分光棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光子晶體光纖熔接成像系統(tǒng)，包括第一成像單元和第二成像單元，分別用于獲取正對(duì)放置的被熔接的兩根光子晶體光纖的端面圖像；第一成像單元包括光源模塊，設(shè)置在被熔接的第一光子晶體光纖端面一側(cè)，將發(fā)出的光線照射在端面上；顯微成像模塊，位于光源模塊所在的一側(cè)，用于接收端面反射的光線，并獲取端面圖像；第二成像單元的結(jié)構(gòu)與第一成像單元的結(jié)構(gòu)相同，其包括的各模塊相對(duì)于被熔接的第二光子晶體光纖端面的設(shè)置位置與第一成像單元各模塊相對(duì)于第一光子晶體光纖端面的設(shè)置位置相同。本發(fā)明充分考慮了雜散光、反射光、相干光等因素的影響，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)折光路，同時(shí)獲取兩被熔光纖的端面圖像，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，圖像清晰，滿足熔接需求。
文檔編號(hào)G02B6/255GK102520509SQ20111040268
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者付興虎, 付廣偉, 張燕君, 畢衛(wèi)紅, 金娃 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)