本发明专利技术涉及一种迅速优化光子晶体光纤拉制工艺的方法。该方法在光子晶体光纤拉制过程中包括以下步骤：截断拉成且未涂覆的裸光纤，采集拉制得到的裸光纤的横截面图像；对裸光纤横截面图像进行边缘检测，并重构裸光纤横截面几何结构；根据所述重构的裸光纤横截面几何结构，对裸光纤横截面内区域进行网格划分；使用数值模拟方法分析裸光纤的光子晶体光纤特性；将裸光纤的分析特性与光子晶体光纤的设计特性进行比较，得到比较结果；根据比较结果，调整光子晶体光纤拉制工艺参数；重复上述步骤直至所拉制裸光纤的分析特性与其设计特性的差异可忽略不计，得到一组拉制该光子晶体光纤的优化工艺参数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤制作方法和系统，特别是优化光子晶体光纤拉制工艺方法和系 统。
技术介绍
光子晶体光纤，自1996年被报道研制成功以来，因其灵活的结构设计和新颖的特 性备受关注。通过设计不同的空气孔结构，光子晶体光纤可以获得无尽单模、高双折射、高 非线性、超大模场面积、超平坦色散等许多普通单模光纤无法比拟的特性，使其在光纤通 信、光纤陀螺、光纤传感、光纤激光器等领域具有很大的应用潜力。光子晶体光纤灵活多样的复杂结构带来各种新颖特性的同时也增加了拉制过程 的难度。在拉制过程中需要通过控制包括诸如送料速度、牵引速度、毛细管内充气压力、毛 细管缝隙间抽气压力、加热温度等拉制工艺参数来控制所拉制光子晶体光纤的特定结构。 光子晶体光纤的拉制过程远比传统光纤拉制过程复杂得多，对拉制工艺参数的优化也费时 得多。不同结构的光子晶体光纤，拉制工艺参数也不相同。每制作一种新型光子晶体光纤， 都需要对工艺参数进行优化。目前对光子晶体光纤拉制工艺参数优化的研究尚处于理论 分析阶段° Tieying Guo 的题为"Control of the fabrication parameters during the fabrication of Photonic Crystal Fibers", Chin. Phys. Soc, 58(9)， 412—419 (2009) 的文章中，公开了一种通过借助N-S方程建立温度场与流体力学的混合物理场模型，分析 送料速度、牵引速度、毛细管内压力、毛细管缝隙间压力、加热温度等拉制工艺参数对光纤 结构的影响的方法。由于物理场模型难以完全模拟实际光纤拉制环境，并且在对模型的分 析过程中为求解复杂的N-S方程而对该方程进行了很多简化，所以这种分析方法仅是一种 理论方法，不足以分析光子晶体光纤在复杂的拉制环境中经常出现的轻微变形。这种理论 分析方法尚不能指导实际拉制工艺参数的优化。因此，在光子晶体光纤制作领域中需要提供一种通过在光纤拉制过程中检测所得 到的光纤的结构来即时优化拉制工艺参数，快速得到满足设计性能的光子晶体光纤的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述光子晶体光纤拉制工艺优化过程中存在的问题。本发 明提出一种基于数字图像处理技术和数值模拟技术，对光子晶体光纤拉制工艺快速优化的 方法。根据本专利技术的方法，对光子晶体光纤横截面图像进行图像处理提取光纤几何结构，通 过数值模拟方法分析光纤性能，根据该分析得到的性能与设计性能之间的不同调整拉制光 子晶体光纤的工艺参数，并最终获得经优化的工艺参数，确定光子晶体光纤的拉制工艺。本专利技术提供一种迅速优化光子晶体光纤拉制工艺的方法，在光子晶体光纤拉制过 程中进一步包括以下步骤截断拉成且未涂覆的裸光纤，采集拉制得到的裸光纤的横截面图像；对裸光纤横截面图像进行边缘检测，并重构裸光纤横截面几何结构；根据所述重构的裸光纤横截面几何结构，对裸光纤横截面内区域进行网格划分；使用数值模拟方法分析裸光纤的光子晶体光纤特性；将裸光纤的分析特性与光子晶体光纤的设计特性进行比较，得到比较结果；根据比较结果，调整光子晶体光纤拉制工艺参数；重复上述步骤，直至所拉制裸光纤的分析特性与其设计特性的差异可忽略不计，得到 一组拉制该光子晶体光纤的优化工艺参数。优选地，本专利技术的光子晶体光纤拉制工艺方法是一种管束法拉制工艺方法。本专利技术进一步提供一种光子晶体光纤拉制系统，包括光纤拉制装置，包括送料装置、牵引装置、加热装置和压力调节装置，用于拉制光子晶 体光纤；图像采集装置，用于采集所拉制的光子光纤晶体的横截面图像； 图像边缘检测装置，用于对图像采集装置所采集的图像进行边缘检测以获得重构的光 纤横截面几何结构；光纤特性模拟装置，包括对重构的光纤横截面几何结构进行网格划分的网格划分装置 和使用数值模拟方法分析该拉制的光子晶体光纤特性的特性模拟装置；光纤特性比较装置，用于将裸光纤的分析特性与光子晶体光纤的设计特性进行比较， 并输出比较结果；工艺参数控制反馈装置，根据光纤特性比较装置的比较结果对光纤拉制装置的工艺参 数进行调节。本专利技术的技术方案，在于它在光子晶体光纤拉制过程中采取以下步骤步骤一截断拉成的且未涂覆的裸光纤，进行光纤横截面图像采集。所述图像采集是例 如使用胶片照相机或数字照相机或数字显微镜对未涂覆的裸光子晶体光纤横截面进行图 像采集。胶片照相机所采集的图像可例如经扫描仪转换为每个像素诸如以8位存储的256 色或以更高位存储的更高色的RGB模式数字图像进行存储，数字照相机或数字显微镜采集 的图像存储为以8位存储的256色或以更高位存储的更高色的RGB模式彩色图像。步骤二 对裸光纤横截面图像进行边缘检测，识别光子晶体光纤中空气和背景材 料间的边界，并重构裸光纤横截面几何结构。所述边缘检测例如是采用诸如Sobel算法、 Roberts算法、Laplacian算法、或Carmy算法的常规算法获取边缘信息，或先将彩色横截面 图像根据灰度阈值转换为1位存储的二值图像再采用二值数学形态学方法获取边缘信息， 或采用灰度数学形态学方法获取边缘信息。彩色图像转换为二值图像所需的灰度阈值可 根据横截面图像灰度直方图人工选择手动赋值，或根据裸光纤横截面图像灰度使用迭代算 法计算获得。在王耀明的题为“图象阈值分割的统计迭代算法”的文章中公开了迭代算法 的计算过程是首先统计以《位存储的裸光纤横截面图像中每个灰度值i的像素点数九.，其 中i=0，l，2，…，2"-1。根据前次迭代计算获取的临时灰度阈值T^计算W，和两个灰度区间的加权平均灰度值，两灰度区间的加权平均灰度值的平均值即为下次 迭代的临时灰度阈值7；，其核心表达式为权利要求1.一种迅速优化光子晶体光纤拉制工艺的方法，其特征在于，在光子晶体光纤拉制过 程中包括以下步骤步骤一截断拉成且未涂覆的裸光纤，采集拉制得到的裸光纤的横截面图像；步骤二 对裸光纤横截面图像进行边缘检测，并重构裸光纤横截面几何结构；步骤三根据所述重构的裸光纤横截面几何结构，对裸光纤横截面内区域进行网格划分；步骤四使用数值模拟方法分析裸光纤的光子晶体光纤特性；步骤五将裸光纤的分析特性与光子晶体光纤的设计特性进行比较，得到比较结果；步骤六根据比较结果，调整光子晶体光纤拉制工艺参数；重复上述步骤一至步骤六，直至所拉制裸光纤的分析特性与其设计特性的差异可忽略 不计，得到一组拉制该光子晶体光纤的优化工艺参数。2.根据权利要求1所述的迅速优化光子晶体光纤拉制工艺的方法，其中所述图像采 集，包括使用胶片照相机或数字照相机或数字显微镜对未涂覆的裸光纤横截面图像进行采 集，并存储为以η位存储的RGB模式彩色图像，n=8,16，24，32，64。3.根据权利要求1所述的迅速优化光子晶体光纤拉制工艺的方法，其中所述边缘检 测，是采用Sobel算法，或Roberts算法，或Laplacian算法，或Carmy算法获取边缘信息， 或将彩色横截面图像根据灰度阈值转换为二值图像后采用二值数学形态学方法获取边缘 信息，或采用灰度数学形态学方法获取边缘信息。4.根据权利要求1所述的迅速优化光子晶体光纤拉制工艺的方法，其中所述网格划 分，是进行三角单元或矩形单元网格划分，三角单元或矩形单元网格的大小与取向由所处 区域空气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种迅速优化光子晶体光纤拉制工艺的方法，其特征在于，在光子晶体光纤拉制过程中包括以下步骤： 步骤一：截断拉成且未涂覆的裸光纤，采集拉制得到的裸光纤的横截面图像； 步骤二：对裸光纤横截面图像进行边缘检测，并重构裸光纤横截面几何结构； 步骤三：根据所述重构的裸光纤横截面几何结构，对裸光纤横截面内区域进行网格划分； 步骤四：使用数值模拟方法分析裸光纤的光子晶体光纤特性； 步骤五：将裸光纤的分析特性与光子晶体光纤的设计特性进行比较，得到比较结果； 步骤六：根据比较结果，调整光子晶体光纤拉制工艺参数； 重复上述步骤一至步骤六，直至所拉制裸光纤的分析特性与其设计特性的差异可忽略不计，得到一组拉制该光子晶体光纤的优化工艺参数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王立文，娄淑琴，陈卫国，李宏雷，苏伟，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。