微型光纤准直器的自动对准系统

摘要

光电子技术是现代通信赖以生存和发展的基础，以光纤为传输媒介的光纤通信正得到广泛应用。光纤准直器作为自由空间型的光无源器件基本元件之一，广泛应用于光隔离器，光环型器，光开关等之中。这些光无源器件生产过程中最重要的一道工序就是准直器的对准，其耦合效率直接影响到产品的光学性能及其合格率。目前国内外在这一生产过程中大多采用手动对准。本文针对光纤准直器的光学特性及结构特点，建立了一套应用于光纤准直器自动对准的系统，并提出了一种快速的多自由度搜索算法，完成光纤准直器的自动对准。在粗对准过程中采用了基于机器视觉定位的方法，使其能够快速找到第一束光。精对准过程结合了多种搜索算法使其具有多自由度同时搜索的优点，因此对准速度快，可以克服多自由度交叉耦合的影响，受噪声影响小。本文主要内容如下：
　　对光电子产业、光电子器件封装和对准算法的发展和现状进行了综述，提出和分析了光纤准直器的光传输公式，着重论述了国内外一些对准算法的基本原理及各自的优缺点。
　　对系统的体系结构进行了说明，论述了自动对准系统的特点，并围绕运动机构和测量系统的精度问题对自动对准系统的各硬件环节的配置进行了详细的讨论。另外还对光纤准直器的几种耦合失配情况进行了讨论，并结合实际的测量数据对光纤准直器端面光场分布特点进行了理论上的分析。
　　论述了基于视觉定位的粗对准算法，并与传统的盲目搜索法进行了比较。此外还介绍了相关的系统标定方法。
　　论述了光纤准直器自动对准过程中精对准部分的算法及对算法的改进，着重说明了角度轴对准过程中对线性轴造成偏差的补偿问题，并介绍了自动对准系统的软件架构。
　　对论文工作中的实验过程和各项实验数据进行了比较分析。
　　本文研发的光纤准直器自动对准系统解决了手动对准效率低下（约二十分钟）的问题，避免了由于操作不当等人为因素对产品造成的不良影响。实验结果表明，本系统对准速度快（约为两分钟），稳定性高，操作简单易学，适合应用于实际的生产中。

目录

微型光纤准直器的自动对准系统

AUTOMATIC ALIGNMENT SYSTEM OF OPTICAL FIBER MINI-COLLIMATOR

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 光纤准直器

1.3 国内外在该方向的研究现状及分析

1.4 论文结构概要

第2章 自动对准系统及准直器特性分析

2.1 引言

2.2 系统结构

2.3 准直器光场分布

2.4 本章小结

第3章 粗对准算法研究

3.1 引言

3.2 盲目搜索法

3.3 基于视觉的粗对准

3.4 系统标定

3.5 本章小结

第4章 精对准算法研究

4.1 引言

4.2 线性轴快速对准法

4.3 角度轴的对准

4.4 NanoTrak搜索算法

4.5 程序流程

4.6 本章小结

第5章 实验结果和分析

5.1 引言

5.2 实验结果分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢