(46-1) 09 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Методика первичной юстировки канального оптического волновода и волоконной линзы с помощью системы технического зрения
П.В. Карнаушкин 1,2, М.С. Скляренко 1

1 Пермский государственный национальный исследовательский университет,
614990, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15;

2 Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН,
614990, Россия, г. Пермь, ул. Ленина, д. 13а

 PDF, 2024 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-919

Страницы: 71-82.

Аннотация:
Работа посвящена разработке методики первичной юстировки волоконной линзы и канального волновода фотонной интегральной схемы с использованием методов компьютерного зрения. Описана конструкция и основные узлы системы технического зрения с освещением юстируемых объектов в отраженном свете. Методика включает поиск пространственного положения торца фотонной интегральной схемы, зафиксированной под углом 90 ± 1° к горизонтальной оси кадра, поиск координат кончика и угла волоконной линзы и последующую корректировку положения волоконной линзы с помощью системы манипуляторов. Представлены метод поиска и отбора единственной линии, соответствующей торцу фотонной интегральной схемы, с помощью преобразования Хафа; способы группировки разрывных контуров волоконной линзы и поиска истинного контура на основе априорной информации о геометрии линзы; варианты подавления шумов и учета различных дефектов на изображениях. Экспериментально показано, что погрешность определения угла волоконной линзы зависит от расстояния между линзой и торцом фотонной интегральной схемы. Установлено, что представленная методика позволяет определять продольное и угловое смещения между волоконной линзой и торцом фотонной интегральной схемы с абсолютными значениями погрешностей < 4 мкм и < 0,05° соответственно.

Ключевые слова:
фотонная интегральная схема, волновод, волоконная линза, техническое зрение, юстировка.

Благодарности
Работа выполнена в ходе реализации проекта «Разработка и создание технологии и производства миниатюрного резонансного оптического гироскопа широкого назначения» (Договор № 2/549/2020 от 23.07.2020 г.) в рамках Программы государственной поддержки компаний-лидеров, разрабатывающих и обеспечивающих внедрение продуктов, сервисов и платформенных решений преимущественно на основе технологий и решений для цифровой трансформации приоритетных отраслей экономики и социальной сферы.

Цитирование:
Карнаушкин, П.В. Методика первичной юстировки канального оптического волновода и волоконной линзы с помощью системы технического зрения / П.В. Карнаушкин, М.С. Скляренко // Компьютерная оптика. – 2022. – Т. 46, № 1. – С. 71-82. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-919.

Citation:
Karnaushkin PV, Sklyarenko MS. Computer vision-based method of pre-alignment of a channel optical waveguide and a lensed fiber. Computer Optics 2022; 46(1): 71-82. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-919.

References:
  1. Urino Y, Usuki T, Fujikata J, Ishizaka M, Yamada K, Horikawa T, Nakamura T, Arakawa Y. High-density and wide-bandwidth optical interconnects with silicon optical interposers. Photon Res 2014; 2(3): A1-A7.
  2. Suzuki K, Takiguchi K, Hotate K. Monolithically integrated resonator microoptic gyro on silica planar lightwave circuit. J Lightw Technol 2000; 18(1): 66-72.
  3. Kim H-T, Yu M. Cascaded ring resonator-based temperature sensor with simultaneously enhanced sensitivity and range. Opt Express 2016; 24(9): 9501-9510.
  4. Lefèvre H. The fiber-optic gyroscopes. Artech House; 1993.
  5. O’Brien P, Carrol L, Eason C, Lee JS. Packaging of silicon photonic devices. Top Appl Phys 2016; 122: 217-236.
  6. Tang Z, Zhang R, Shi FG. Effects of angular misalignments on fiber-optic alignment automation. Opt Commun 2001; 196(1-6): 173-180.
  7. Mizukami M, Hirano M, Shinjo K. Simultaneous alignment of multiple optical axes in a multistage optical system using Hamiltonian algorithm. Opt Eng 2001; 40(3): 448-454.
  8. Fuh CC, Hsu YC, Li RH, Tsai HH. Simplex method applied in the fiber-optic alignment. Proceedings of Research for an International Conference 2017: 7-8.
  9. Zheng Y, Kai XC, Duan JA, Li BB. Automated visual position detection and adjustment for optical waveguide chips and optical fiber arrays. J Cent South Univ 2015; 22: 3868-3875.
  10. Zheng Y, Xia B. High precision fast line detection of alignment and coupling for planar optical waveguide device. Optik 2017; 145: 519-528.
  11. Canny J. A computational approach to edge detection.  IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell 1986; PAMI-8(6): 679-698.
  12. Lucas M. Splicer alignment technologies – White Paper. Fujikura: 1-9.
  13. Inada K, Watanabe O, Taya H. Splicing of fibers by the fusion method. IEEE J Sel Areas Commun 1986; SAC-4(5): 706-713. DOI: 10.1109/JSAC.1986.1146381.
  14. Wang S, Zhang Y. A robust alignment algorithm for microprocessor based fiber fusion splicer. 2009 2nd Int Congress on Image and Signal Processing 2009: 1-4. DOI: 10.1109/CISP.2009.5305160.
  15. Otsu N. A threshold selection method from gray-level histograms. IEEE Trans on System, Man and Cybernetics 1979; 9(1): 62-66.
  16. Feng Y, Zhang J, Wan S. A new edge detection algorithm based on Canny idea. AIP Conf Proc 2017; 1890(1): 040011.
  17. Fang M, Yue GX, Yu OC. The Study on an application of Otsu method in Canny operator. Proc 2009 Int Symposium on Information Processing (ISIP’09) 2009: 109-112.
  18. Buades A, Coll B, Morel JM. Non-local means denoising. Image Process Line 2011; 1: 208-212. DOI: 10.5201/ipol.2011.bcm_nlm.
  19. Duda R, Hart P. Use of the Hough transformation to detect lines and curves in pictures. Commun ACM 1972; 15(1): 11-15.
  20. Sklyarenko MS. Accuracy estimation of object tracking methods for identification of 2D-coordinates and velocities of mechanical systems based on digital photography data. Computer Optics 2015; 39(1): 125-135. DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-1-125-135.
  21. Suzuki S, Abe K. Topological structural analysis of digitized binary images by border following. Computer Vision, Graphics, and Image Processing 1985; 30(1): 32-46.
  22. Toussaint GT. Solving geometric problems with the rotating calipers. Proceedings of IEEE MELECON'83 1983. Source: <https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.155.5671&rep=rep1&type=pdf>. DOI: 10.1.1.155.5671.
  23. Sklansky J. Finding the convex hull of a simple polygon. Pattern Recognit Lett 1982; 1(2): 79-83. DOI: 10.1016/0167-8655(82)90016-2.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20