一种光分路器耦合对准面平行的调整方法.pdf

本发明公开了一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，先将PLC芯片固定，然后让FA旋转一个角度并碰撞PLC芯片，然后再朝相反方向旋转一个角度并碰撞PLC芯片，然后根据两次碰撞导致的位移传感器位移来计算FA相对于PLC芯片的不平行度，最后根据计算结果分别在横竖方向上各给步进电机一个合理的偏转电压旋转FA从而使PLC芯片的8度通光面和FA的8度通光面平行。而且本发明可以完全采用自动控制的方式来实现相应设备的调节，可有效地杜绝认为或FA本身质量问题导致的无法准确调整面平行的问题。

1.  一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，包括如下步骤：
（S1）将固定支架和六维自动调节架并排地安装在校正平台上，将PLC芯片安装在固定支架上，将FA安装在六维自动调节架上，使PLC芯片和FA的8度通光面呈正向相对位置；
（S2）初步调整FA位置与PLC芯片大致持平，并且呈基本接触状态；
（S3）在竖方向上控制FA分别转动±α角度，使FA和PLC芯片的两端面碰撞，并使FA产生位移，获得对应正转角度α的位移值d11和对应反转角度-α的位移值d12；
（S4）通过两位移值d11和d12的差值判断FA和PLC芯片端面在竖方向上是否对齐，若否，则按差值正负调整相应转动方向和按差值数值调整相应转动角度，来使FA和PLC芯片端面在竖方向上对齐；
（S5）在横方向上控制FA分别转动±β角度，使FA和PLC芯片的两端面碰撞，并使FA产生位移，获得对应正转角度β的位移值d21和对应反转角度-β的位移值d22；
（S6）通过两位移值d21和d22的差值判断FA和PLC芯片端面在横方向上是否对齐，若否，则按差值正负调整相应转动方向和按差值数值调整相应转动角度，来使FA和PLC芯片端面在横方向上对齐；
（S7）通过分别对横竖两方向上对位调整，使FA和PLC芯片的两端面即两8度通光面平行。

2.   根据权利要求1所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述步骤（S1）中的六维自动调节架包括安装在校正平台上的底座，安装在底座上的X轴向调节机构，安装在X轴向调节机构上的Y轴向调节机构，安装在Y轴向调节机构上的Z轴向调节机构，安装在Z轴向调节机构上的横方向转动调节机构，安装在横方向转动调节机构上的竖方向转动调节机构，安装在竖方向转动调节机构上的低阻力滑轨，与低阻力滑轨连接的FA安装台，以及安装在FA安装台上的位移传感器。

3.   根据权利要求1所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述步骤（S2）中PLC芯片和FA的基本接触状态为PLC芯片和FA的两8度通光面相互靠近但不接触、且通过其一转动能使两8度通光面相互碰撞到的状态。

4.   根据权利要求1所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述调节FA转动的角度α或/和β不大于3.6°。

5.   根据权利要求1~4任一项所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述步骤（S4）和（S6）中，按差值数值调整相应转动角度时以预先制定的角度-位移曲线为标准。

6.   根据权利要求5所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述角度-位移曲线按如下步骤制定：
（a）设定PLC芯片和FA的两8度通光面完全平行且相互接触；
（b）调整FA使之偏转，并测录FA每偏转一特定细分度数ω时的位移值Δd；
（c）根据所测录的数据制定角度-位移曲线。

7.   根据权利要求6所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述特定细分度数ω大于FA的偏转精度。

8.   根据权利要求6所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述六维自动调节架由步进电机驱动偏转。

9.   根据权利要求8所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述步骤（b）中，同时测录FA每偏转一特定细分度数ω时驱动步进电机的偏转电压ΔV。

10.   根据权利要求9所述的一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，其特征在于，所述步骤（c）中制定角度-位移-偏转电压曲线，并在步骤（S4）和（S6）中由差值数值计算出的位移值通过该曲线获取对应的偏转电压，控制步进电机对FA进行调节。

一种光分路器耦合对准面平行的调整方法
技术领域
本发明涉及光导通讯技术领域，具体地讲，涉及的是一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，主要用于快速判断光分路器耦合对准时PLC(Planar Lightwave Circuit Splitter，平面光波导分路器)芯片8度通光面和FA(Fiber Array，光纤阵列)8度通光面的平行状况，然后根据判断结果快速调整FA位置从而使PLC芯片的8度通光面和FA的8度通光面平行，最终保证耦合插损。
背景技术
近年来，随着IP业务的快速增长，对网络带宽需求越来越高，传统模拟电通信技术已经无法满足人们的需求。随之而来的光通信网络成为全球的通信网络发展的热点。要发展光网络，首先要建立覆盖范围广的光无源分配网。要建设光无源分配网，必须使用大量的光分路器。由于对光分路器的需求持续增长，中国已经成为全球最大的光分路器生产地。
对于分路器生产，现在基本上是采用手动调节6维调节架调节PLC芯片及FA的相对位置，然后通过观察屏幕上的PLC芯片及FA的成像判断是否平行，然后再做相应调节。最后，再通过调节架进行微调对准波导及FA的纤芯，其中FA和PLC芯片位置是通过后CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)和上CCD成像至显示屏上，如图1所示。
整个过程中，如果开始不能有效将PLC芯片及FA的8度面调节平行，最终将无法将耦合损耗调整至规格要求内。如图2所示，需要手动调节两个8度通光面（101面和102面）平行。要保证101面和102面平行，则须使横竖两个方向的角度都要平行，如图3所示为竖方向平行，如图4所示为横方向平行。如果未能将两个面调节平行，将会出现如图5所示的错位不平、图6所示的竖方向不平、图7所示的横方向不平等状况。
在实际操作中，由于FA研磨过程难以避免崩边和小幅度塌边，从而在监控器上显示为阴影，非常难以用肉眼判断PLC芯片的8度面和FA的8度面是否平行。同时，由于PLC芯片宽度和FA宽度不一致，后CCD观察时PLC芯片边缘（Lu线）和FA边缘（Ld线）没有在同一个焦面上，所以后CCD无法清晰同时观察到PLC芯片和FA边沿，具体如图8所示。
对于光分路器耦合对准时，如果要求耦合损耗小于0.1dB的话，最小角度误差可以表示为：
Min(θ) = (d / l) * (180 / π)   ……（1）
其中，d表示耦合间距，l表示截面长度。对于输入端单纤FA，宽度即截面长度l一般为2.5mm，耦合间距d一般为5um，故将值代入上式计算可得：Min(θ)≈ 0.1°；对于输出端，现在最宽芯片大约为9mm，其最小角度误差Min(θ) ≈ 0.03°。同时经过训练的人眼能够分辨的最小角度大约为0.023°，由此可以看出如果采用人工肉眼判断PLC芯片和FA间的平行度从理论上说就有一定难度。
因此，我们可以看出由于以下三个因素将会影响耦合时PLC芯片和FA间平行度的判断：①人眼分辨率极限导致判断面平行存在难度，观测精度低；②PLC芯片和FA宽度不一致导致两个边缘不在同一个焦面上，观测清晰度低；③PLC芯片或者FA表面崩边和塌边导致成像影阴，影响观测。
发明内容
为克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种构思新颖、调整便捷、观测准确、方便实用的光分路器耦合对准面平行的调整方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光分路器耦合对准面平行的调整方法，包括如下步骤：
（S1）将固定支架和六维自动调节架并排地安装在校正平台上，将PLC芯片安装在固定支架上，将FA安装在六维自动调节架上，使PLC芯片和FA的8度通光面呈正向相对位置；
（S2）初步调整FA位置与PLC芯片大致持平，并且呈基本接触状态；所谓大致持平是指通过肉眼直接观察到的FA和PLC芯片之间的位置没有明显错位、二者端面没有明显偏离的情况；
（S3）在竖方向上控制FA分别转动±α角度，使FA和PLC芯片的两端面碰撞，并使FA产生位移，获得对应正转角度α的位移值d11和对应反转角度-α的位移值d12；
（S4）通过两位移值d11和d12的差值判断FA和PLC芯片端面在竖方向上是否对齐，若否，则按差值正负调整相应转动方向和按差值数值调整相应转动角度，来使FA和PLC芯片端面在竖方向上对齐；
（S5）在横方向上控制FA分别转动±β角度，使FA和PLC芯片的两端面碰撞，并使FA产生位移，获得对应正转角度β的位移值d21和对应反转角度-β的位移值d22；
（S6）通过两位移值d21和d22的差值判断FA和PLC芯片端面在横方向上是否对齐，若否，则按差值正负调整相应转动方向和按差值数值调整相应转动角度，来使FA和PLC芯片端面在横方向上对齐；
（S7）通过分别对横竖两方向上对位调整，使FA和PLC芯片的两端面即两8度通光面平行。
具体地，所述步骤（S1）中的六维自动调节架包括安装在校正平台上的底座，安装在底座上的X轴向调节机构，安装在X轴向调节机构上的Y轴向调节机构，安装在Y轴向调节机构上的Z轴向调节机构，安装在Z轴向调节机构上的横方向转动调节机构，安装在横方向转动调节机构上的竖方向转动调节机构，安装在竖方向转动调节机构上的低阻力滑轨，与低阻力滑轨连接的FA安装台，以及安装在FA安装台上的位移传感器。其中，X、Y、Z轴向调节机构可以采用手动调节，也可以采用电动调节，横、竖方向转动调节机构都采用步进电机驱动调节的方式，为了便于实现全自动化调节，还可设置控制器与步进电机相连。
所述步骤（S2）中PLC芯片和FA的基本接触状态为PLC芯片和FA的两8度通光面相互靠近但不接触、且通过其一转动能使两8度通光面相互碰撞到的状态。从表观操作上来讲，则当PLC芯片和FA大致持平后，控制FA位置逐渐向PLC芯片位置靠近，肉眼之间观察二者像是接触到了，但又没有触动FA使位移传感器有读数。
为了提高检测精度，所述调节FA转动的角度α或/和β不大于3.6°，目的在于使FA前端的圆弧型的运动轨迹长度远小于转动的周长，从而能够将该圆弧型的运动轨迹等效为直线位移，即可两次碰撞产生的位移差值的一半，便于测量和计算，即可建立FA和PLC芯片的两8度通光面之间的偏差θ与两次碰撞产生的位移差值的函数关系，如θ = f[(dx1-dx2)/2]，dx1和dx2中的x为横、竖方向的表示代号。
为了方便调节，所述步骤（S4）和（S6）中，按差值数值调整相应转动角度时以预先制定的角度-位移曲线为标准。相当于是预先通过实测数据算出上述函数f的关系。
具体地，所述角度-位移曲线按如下步骤制定：
（a）设定PLC芯片和FA的两8度通光面完全平行且相互接触；
（b）调整FA使之偏转，并测录FA每偏转一特定细分度数ω时的位移值Δd；
（c）根据所测录的数据制定角度-位移曲线。
其中，所述特定细分度数ω大于FA的偏转精度。由于所述六维自动调节架由步进电机驱动偏转，因此该特定细分度数ω是大于步进电机的旋转精度。
为了更好地实现步进电机驱动，所述步骤（b）中，同时测录FA每偏转一特定细分度数ω时驱动步进电机的偏转电压ΔV。
并且，所述步骤（c）中制定角度-位移-偏转电压曲线，并在步骤（S4）和（S6）中由差值数值计算出的位移值通过该曲线获取对应的偏转电压，控制步进电机对FA进行调节。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用固定PLC芯片，让FA旋转一个角度碰撞PLC芯片获得一个位移值，再反向旋转相同角度再次碰撞PLC芯片获得另一个位移值，通过两个位移值的差值来计算FA相对于PLC芯片的不平行度，最后根据计算结果控制步进电机旋转FA从而使FA和PLC芯片的两8度通光面实现平行，而且本发明可以完全采用自动控制的方式来实现相应设备的调节，可有效地杜绝人为或FA本身质量问题导致的无法准确调整面平行的问题，其构思新颖，视角独特，设计巧妙，操作简单方便快捷，具有广泛的应用前景，适合推广应用。
附图说明
图1为现有技术中检测FA和PLC平行的示意图。
图2为FA和PLC及其8度通光面的示意图。
图3为FA和PLC的两8度通光面在竖方向平行的示意图。
图4为FA和PLC的两8度通光面在横方向平行的示意图。
图5为FA和PLC的两8度通光面错位不平的示意图。
图6为FA和PLC的两8度通光面竖方向不平的示意图。
图7为FA和PLC的两8度通光面横方向不平的示意图。
图8为FA和PLC的边缘不一致情况的示意图。
图9为本发明中校正平台上使用的相关设备的结构示意图。
图10为本发明中校正平台上使用的相关设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
该光分路器耦合对准面平行的调整方法，包括如下步骤：
（S1）将固定支架10和六维自动调节架并排地安装在校正平台上，将PLC芯片安装在固定支架上，将FA安装在六维自动调节架上，使PLC芯片和FA的8度通光面呈正向相对位置。
具体地，如图9，所述六维自动调节架包括安装在校正平台上的底座11，安装在底座上的X轴向调节机构12，安装在X轴向调节机构上的Y轴向调节机构13，安装在Y轴向调节机构上的Z轴向调节机构14，安装在Z轴向调节机构上的横方向转动调节机构15，安装在横方向转动调节机构上的竖方向转动调节机构16，安装在竖方向转动调节机构上的低阻力滑轨17，与低阻力滑轨连接的FA安装台18，以及安装在FA安装台上的位移传感器19。其中，X、Y、Z轴向调节机构可以采用手动调节，也可以采用电动调节，横、竖方向转动调节机构都采用步进电机20驱动调节的方式，为了便于实现全自动化调节，还可设置控制器与步进电机相连。本实施例中所用的机构是X、Y、Z轴向调节机构采用手动调节，横、竖方向转动调节机构都采用步进电机驱动调节；步进电机的旋转角度分辨率即旋转精度为整步0.00153°/半步0.000765°；低阻力滑轨采用NB公司SYT直线滑轨，该滑轨具有超低阻力，并且其启动阻力和运动阻力一致；位移传感器从成本和精度方面考虑，选用精度为0.4um的普通商用位移探测器，该精度对于FA宽度l为9mm来说，旋转偏移0.4um对应的角度可以计算为θ = tan^-1 (0.4/9000) = 0.0025°，满足最小分辨率0.03°的要求。
（S2）初步调整FA位置与PLC芯片大致持平，并且呈基本接触状态。所谓大致持平是指通过肉眼直接观察到的FA和PLC芯片之间的位置没有明显错位、二者端面没有明显偏离的情况。所述基本接触状态为PLC芯片和FA的两8度通光面相互靠近但不接触、且通过其一转动能使两8度通光面相互碰撞到的状态。从表观操作上来讲，则当PLC芯片和FA大致持平后，控制FA位置逐渐向PLC芯片位置靠近，肉眼之间观察二者像是接触到了，但又没有触动FA使位移传感器有读数。
上述初步调整好后，便可进行微调，本实施例中初步调整采用手动调节的方式，微调采用电动调节的方式。并且本质上讲，下述横竖方向上的调整顺序对结果并无明显影响，即是步骤（S3）和（S4）可以与步骤（S5）和（S6）调换顺序。
（S3）在竖方向上控制FA分别转动±α角度，使FA和PLC芯片的两端面碰撞，并使FA产生位移，获得对应正转角度α的位移值d11和对应反转角度-α的位移值d12；
（S4）通过两位移值d11和d12的差值判断FA和PLC芯片端面在竖方向上是否对齐，若否，则按差值正负调整相应转动方向和按差值数值调整相应转动角度，来使FA和PLC芯片端面在竖方向上对齐。
在竖方向上，本实施例中α取值为2°，步进电机控制FA正向转动2°后，由于FA和PLC芯片端面碰撞导致低阻力滑轨后移，触动位移传感器记录到位移数据d11，然后反向转向FA回复初始位置，之后再继续旋转2°即由初始位置旋转-2°，则是由反向旋转使FA再次碰撞PLC芯片，再导致低阻力滑轨后移，触动位移传感器记录到位移数据d12。如果两8度通光面不平行，则必然d11 ≠ d12。尽管转动2°运动轨迹是圆弧，但由于转动角度很小，远小于圆周角，如图10所示，那么运动轨迹圆弧s相对于截面宽度l是一个小量，于是可将圆弧等效为直线位移。假设d11＞d12，那么(d11 – d12) / 2和两8度通光面之间的偏差角θ存在函数关系，可表示为θ = f[(d11-d12)/2]，此处表示在竖方向上的分量，那么相应调整FA位置即可使两8度通光面在竖方向上对齐。
在实践中，为了方便调节，节省计算难度，可将函数θ = f[(d11-d12)/2]预先测定，制定相应对应关系的角度-位移曲线，这样在实际检测调整时只需将上述位移差值求得即可通过角度-位移曲线获得FA应该调整的角度，以便于自动控制。该角度-位移曲线的制定步骤如下：
（a）设定PLC芯片和FA的两8度通光面完全平行且相互接触；
（b）通过步进电机调整FA使之偏转，并测录FA每偏转一特定细分度数ω（例如本实施例中选用ω=0.002°）时的位移值Δd，其中ω大于FA的偏转精度，即步进电机的转动精度；为了更好地实现步进电机驱动，该步骤中，还同时测录FA每偏转一特定细分度数ω时驱动步进电机的偏转电压ΔV；
（c）根据所测录的数据制定角度-位移曲线，在测录有ΔV的情况下可制定出角度-位移-偏转电压曲线，则可根据位移差值直接获得驱动步进电机的偏转电压值，从而起到简单计算、精确调整的目的。
在竖方向调整后，按同样的方式在横方向上调整，即下述步骤（S5）和（S6）：
（S5）在横方向上控制FA分别转动±β角度，使FA和PLC芯片的两端面碰撞，并使FA产生位移，获得对应正转角度β的位移值d21和对应反转角度-β的位移值d22；
（S6）通过两位移值d21和d22的差值判断FA和PLC芯片端面在横方向上是否对齐，若否，则按差值正负调整相应转动方向和按差值数值调整相应转动角度，来使FA和PLC芯片端面在横方向上对齐。
（S7）最后通过上述分别对横竖两方向上对位调整，使FA和PLC芯片的两端面即两8度通光面平行。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。