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1、(10)申请公布号 CN 102359757 A (43)申请公布日 2012.02.22 CN 102359757 A *CN102359757A* (21)申请号 201110289588.3 (22)申请日 2011.09.27 G01B 9/02(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工程大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通 大街 145 号哈尔滨工程大学科技处知 识产权办公室 (72)发明人 梁艺军 姜岩 张巧萍 (54) 发明名称 一种基于光纤扭转的偏振调试装置 (57) 摘要 本发明的目的在于提供一种基于光纤扭转的 偏振调试装置， 包括光纤固定平台、 支架、 旋。
2、转轴、 步进电机、 齿轮、 底座， 光纤固定平台和支架均固 定在底座上， 旋转轴和步进电机均安装在支架上， 旋转轴通过滚动轴承连接第一齿轮， 步进电机通 过联轴器连接第二齿轮， 第一齿轮与第二齿轮相 互啮合。本发明没有采用空间光路， 避免了复杂 的空间光路校准以及空间光路耦合到光纤系统过 程中的能量损耗问题 ； 利用步进电机带动光纤扭 转， 根据输出信号状态进行反馈， 控制光纤的扭转 状态， 可实现偏振态的自动调整。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 102359774 A1/1 页 2 。
3、1. 一种基于光纤扭转的偏振调试装置， 其特征是 ： 包括光纤固定平台、 支架、 旋转轴、 步进电机、 齿轮、 底座， 光纤固定平台和支架均固定在底座上， 旋转轴和步进电机均安装在 支架上， 旋转轴通过滚动轴承连接第一齿轮， 步进电机通过联轴器连接第二齿轮， 第一齿轮 与第二齿轮相互啮合。 2. 根据权利要求 1 所述的一种基于光纤扭转的偏振调试装置， 其特征是 ： 所述的旋转 轴中开一通孔， 所述的通孔用于光纤穿过。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种基于光纤扭转的偏振调试装置， 其特征是 ： 所述的 光纤固定平台和旋转轴上表面在同一水平面上。 权 利 要 求 书 CN 102359。
4、757 A CN 102359774 A1/3 页 3 一种基于光纤扭转的偏振调试装置 技术领域 0001 本发明涉及的是一种光纤技术领域的调试装置。 背景技术 0002 “偏振诱导信号衰落” 的问题很早就被提出来了， 国内外已做了大量研究， 并报道 了不少解决方案。目前的解决方法有偏振控制器法、 反馈控制法、 偏振态调制法、 分集检测 法、 保偏光纤法、 法拉第旋转镜法等等。偏振控制器现已有多种结构。波片型偏振控制器由 三波片组成， 基于自由空间传输。 该方法技术成熟， 应用面广， 但不利于光纤系统应用。 1980 年， H.C.Lefevre 基于三波片偏振控制器相同的原理， 首先提出全光。
5、纤偏振控制器。用三个 光纤线圈取代了自由空间的延迟波片， 在光纤传感器中应用广泛。 此外， 还有基于挤压技术 的偏振控制器以及由空心光纤制成的偏振控制器等。 2008年穆姝慧提出的反馈控制法是在 Mach-Zehnder 干涉仪的参考臂上接入一个具有调控功能的动态偏振控制器， 通过检测输出 端信号获得反馈， 进而控制偏振控制器的工作。利用一个可旋转的半波片通过步进电机控 制来消除偏振衰落。周效东等人于 1996 年提出的偏振态调制法是通过在干涉仪的任何一 臂加一高频调制， 然后在输出端进行低频滤波， 可消除光纤干涉仪两臂的偏振态随机变化 对干涉信号的影响。1984 年 N.J.Frigo 等人。
6、提出了分集检测技术， 利用 33 耦合器， 在其 输出端口连接 3 个偏振方向互为 60的检偏器， 三路信号中选择一路可视度较大的信号可 避免偏振引起的完全衰落。高双折射的保偏光纤具有很好的偏振保持作用， 该法对保偏光 纤及其他保偏光学器件的性能要求较高， 且保偏光纤器件的制造工艺复杂、 价格昂贵， 推广 使用受到了限制。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供结构简单、 成本低廉的一种基于光纤扭转的偏振调试装 置。 0004 本发明的目的是这样实现的 ： 0005 本发明一种基于光纤扭转的偏振调试装置， 其特征是 ： 包括光纤固定平台、 支架、 旋转轴、 步进电机、 齿轮、 底座， 光纤固。
7、定平台和支架均固定在底座上， 旋转轴和步进电机均 安装在支架上， 旋转轴通过滚动轴承连接第一齿轮， 步进电机通过联轴器连接第二齿轮， 第 一齿轮与第二齿轮相互啮合。 0006 本发明还可以包括 ： 0007 1、 所述的旋转轴中开一通孔， 所述的通孔用于光纤穿过。 0008 2、 所述的光纤固定平台和旋转轴上表面在同一水平面上。 0009 本发明的优势在于 ： 没有采用空间光路， 避免了复杂的空间光路校准以及空间光 路耦合到光纤系统过程中的能量损耗问题 ； 利用步进电机带动光纤扭转， 根据输出信号状 态进行反馈， 控制光纤的扭转状态， 可实现偏振态的自动调整。 说 明 书 CN 1023597。
8、57 A CN 102359774 A2/3 页 4 附图说明 0010 图 1 是本发明的示意图 ； 0011 图 2 是本发明的旋转轴的前视图 ； 0012 图 3 为本发明的光纤扭转示意图 ； 0013 图 4 是本发明电路反馈控制系统工作流程图 ； 0014 图 5 是本发明信号处理模块示意图 ； 0015 图 6 是本发明步进电机驱动模块示意图。 具体实施方式 0016 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述 ： 0017 结合图 1 6， 光纤扭转机械装置 12 是由光纤固定平台 1、 旋转轴 3、 步进电机 4、 步进电机旋转轴 5、 支架 2、 轴承座 6、 滚动轴承 7、 齿。
9、轮 8、 9、 联轴器 10 和底座 11 组成。 0018 1、 为避免引入除了光纤扭转以外的其他应力影响， 光纤用丙烯酸酯反应胶固定在 光纤固定平台 1 和旋转轴 3 上， 且保证光纤固定平台 1 和旋转轴 3 的上表面在同一水平面 上。 0019 2、 滚动轴承 7 由轴承座 6 固定， 可带动旋转轴 3 旋转， 旋转角度不受机械结构的限 制。 0020 3、 旋转轴 3 中设计了一通孔， 便于光纤穿过， 其左端为一平面。为避免轴在旋转过 程偏离轴心， 因此将光纤放置于旋转轴 3 的轴心位置， 如图 2 所示。 0021 4、 旋转轴 3 右端固定一齿轮 8， 步进电机 4 的旋转轴 5。
10、 通过联轴器 10 与齿轮 9 连接， 齿轮 9 与齿轮 8 相互啮合。步进电机轴 5 的转动带动齿轮 8、 9 转动， 进而使旋转轴 3 转动。于此， 固定于旋转轴 3 上的光纤发生扭转。本发明采用的步进电机的步距角为 0.9 /1.8， 可以对光纤实现较小角度的扭转。 0022 光纤的扭转由光弹效应和几何旋转两部分组成。 光纤内部的残余应力和扭转应力 产生的光弹效应使光纤具有各向异性， 产生双折射效应。因此可将光纤看成由无穷多个延 迟器组成。几何旋转作用使光的偏振方向发生旋转。如图 3 所示为多个线延迟器组成的光 纤及其旋转特点。 0023 电路反馈控制系统是由信号处理13、 单片机核心M。
11、CU14和步进电机驱动模块15组 成。 其中光信号是从需要偏振调制装置的光路中由22耦合器分出来的光信号。 光信号由 光电探测器采集， 经过信号处理13后反馈给单片机核心MCU14， 利用MCU的高速信息处理将 控制信号实时反馈给步进电机驱动模块 15 以控制步进电机的运动， 进而控制光纤的扭转。 0024 该装置的电路反馈控制系统是由信号处理、 单片机核心 MCU 和步进电机驱动模块 组成。 0025 该偏振调整装置的特征是 ： 通过实时监测在传感臂加载一正弦信号的光纤干涉仪 的光信号， 根据电路反馈控制系统采集的光信号来控制步进电机的扭转与停止。 0026 该装置的光信号采集所获得的信号方。
12、法是 ： 从需要偏振调制装置的光路中由 22 耦合器分出来的光信号。 0027 信号处理13包括光电转换16， I/U转换17， 滤波电路18， 放大电路19和比较器20 这五部分。 说 明 书 CN 102359757 A CN 102359774 A3/3 页 5 0028 步进电机驱动模块15是由21PIC16F874A单片机， 光耦隔离器22， L29723及L298N 24 驱动器组成， 用于驱动光纤扭转机械装置 12 的步进电机。 0029 首先外部构建 Mach-Zehnder 光纤干涉仪， 将干涉仪中的参考臂置入如图 1 所示 的光纤扭转机械装置中， 并将光纤用丙烯酸酯反应胶固。
13、定于 (1) 和 (3) 平面上， 输出端使 用 22 耦合器分出部分光连接至电路控制反馈系统中的信号处理的光电探测器上。利用 压电陶瓷 (PZT) 对光纤干涉仪的信号臂加载一正弦信号， 然后启动步进电机工作。从光源 发出的相干光经 Mach-Zehnder 光纤干涉仪， 其信号臂光束加载了正弦信号， 与参考臂光束 在输出端将发生干涉， 若两束光没有相同方向的偏振分量， 则两束光不发生干涉， 步进电机 继续带动光纤扭转 ； 若两束光出现了相同方向较小的偏振分量， 则两束光发生干涉， 因光强 信号幅值较小， 光纤仍需扭转 ； 若两束光出现较大的相同方向的偏振分量， 干涉信号强度较 强。光电探测器采集到光强度信息， 经过信号处理 (13) 后反馈给单片机核心 MCU(14)， 利 用 MCU 的高速信息处理将控制信号实时反馈给步进电机驱动模块 (15) 以控制步进电机的 运动， 进而控制光纤的扭转， 如此多次反馈控制， 直至输出光强达到预设阈值。 说 明 书 CN 102359757 A CN 102359774 A1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102359757 A CN 102359774 A2/2 页 7 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102359757 A 。