一種在線無損測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在線無損測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)，用于特種光纖三維折射率的檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，新型特種光纖的開發(fā)已成為目前國內(nèi)外研宄的熱點，對特種光纖種類及性能指標(biāo)的要求也越來越高。折射率分布是衡量光纖性能的一個重要指標(biāo)，不僅可以反映色散、損耗、摻雜濃度、光傳輸?shù)忍匦?，還可以為研宄這些特性的內(nèi)在成因提供有力的數(shù)據(jù)支撐。因此，研宄特種光纖三維折射率分布對研制高性能的特種光纖具有重要意義。
[0003]目前常用的光纖折射率分布測量方法主要是折射近場法和干涉法。折射近場法是一種破壞性檢測方法，需要對光纖取樣，并且對測試端面的處理要求很高，因此該方法測試效率不高。干涉法是一種非破壞性檢測方法，而利用該方法測量得到的是折射率的積分，只能獲取光纖的平均折射率。對于摻稀土光纖等折射率分布不均勻的特種光纖，通常希望測量某一連續(xù)區(qū)段的折射率分布，以研宄其損耗、色散等特性。因此，如何在不破壞光纖的前提下快速高精度地測量特種光纖三維折射率分布是研制新型特種光纖、對光纖性能進(jìn)行分析所亟待研宄與解決的關(guān)鍵問題。
[0004]數(shù)字全息層析技術(shù)可以在不接觸、不破壞光纖的情況下，對特種光纖折射率分布進(jìn)行測量。目前國內(nèi)外已經(jīng)使用該技術(shù)測量得到常規(guī)光纖和熊貓保偏光纖的三維折射率分布，但是測量系統(tǒng)主要以被測試光纖旋轉(zhuǎn)和不旋轉(zhuǎn)分為兩類，對于被測試光纖旋轉(zhuǎn)的測量系統(tǒng)，需要對測試光纖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)才能得到多方向的相位曲線，所以不能實現(xiàn)快速在線特種光纖的實時測量。而且在旋轉(zhuǎn)過程中，由于測試樣品的彎曲或傾斜，并不能實現(xiàn)每個方向的取樣都是在同一位置，也會導(dǎo)致測量精度的降低。目前國內(nèi)外被測試光纖不旋轉(zhuǎn)的測量系統(tǒng)，只能實現(xiàn)3個方向測試數(shù)據(jù)的獲取，而且整個光學(xué)系統(tǒng)比較復(fù)雜，不易實現(xiàn)信號光束的增加，不能滿足折射率重建所需的數(shù)據(jù)方向數(shù)，導(dǎo)致重建精度偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種在線無損測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)，并能實現(xiàn)特種光纖快速、無損的檢測。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種在線無損測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)，包括一個單縱模激光光源、光分束設(shè)備、光傳輸設(shè)備、光定向干涉設(shè)備和一個圖像采集模塊，所述單縱模激光光源通過單模光纖連接光分束設(shè)備的輸入端，所述光分束設(shè)備的N個輸出端子的輸出光分別通過光傳輸設(shè)備中的保偏光纖進(jìn)行傳輸，并通過光定向干涉設(shè)備中的N個準(zhǔn)直設(shè)備輸出構(gòu)成N個全息干涉信號臂，其中N ^ 4 ;所述光分束設(shè)備的第N+1個輸出端子的輸出光通過光傳輸設(shè)備中的保偏光纖進(jìn)行傳輸，并通過與其對應(yīng)的第N+1個準(zhǔn)直設(shè)備輸出構(gòu)成全息干涉參考臂；所述N個全息干涉信號臂發(fā)出的信號與全息干涉參考臂發(fā)出的信號疊加構(gòu)成離軸全息干涉區(qū)域，并被圖像采集模塊所接收。
[0007]所述光分束設(shè)備根據(jù)要求增減分光束的個數(shù)，光傳輸設(shè)備中的保偏光纖和偏振控制器控制光的偏振態(tài)，光定向干涉設(shè)備中的準(zhǔn)直鏡和反光鏡控制信號光的傳輸方向，消偏振分光棱鏡和光傳輸設(shè)備中的保偏光纖保證信號光與參考光成最佳干涉。并且所測特種光纖的放置臺不需要轉(zhuǎn)動，就可同時測得多角度的全息干涉圖像，實現(xiàn)在線無損測量特種光纖。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:
1.采用保偏光纖作為傳輸載體，可以保證光的偏振態(tài)不變，而且因為需要超過4個方向的信號光，這樣也避免了多個方向空間光的角度復(fù)雜調(diào)整所帶來的繁瑣；
2.采用多方向的數(shù)據(jù)采集，提高了測試精度；
3.采用光分束設(shè)備可以根據(jù)重建要求隨意增減分光束的個數(shù)；
4.整個測試系統(tǒng)所占空間小；
5.被測試特種光纖可以實現(xiàn)不接觸，不旋轉(zhuǎn)，不損傷。
[0009]因此，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，制造容易，成本低，無需復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)等特點，大大降低了成本，適用于特種光纖的研制過程的缺陷查找和特性研宄，例如在研制特種光纖的過程中，可以對拉制的光纖進(jìn)行實時測試，并及時更改拉制過程和摻雜過程中出現(xiàn)的問題。
【附圖說明】
[0010]圖1是在線測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)框圖。
[0011]圖2是4束輸出信號光束離軸干涉時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3是6束輸出信號光束離軸干涉時的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合【附圖說明】如下:
實施例一:
參見圖1和圖2，一種在線無損測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)，包括一個單縱模激光光源1、光分束設(shè)備2、光傳輸設(shè)備3、光定向干涉設(shè)備4和一個圖像采集模塊5，所述單縱模激光光源I通過單模光纖6連接光分束設(shè)備2的輸入端，所述光分束設(shè)備2的N個輸出端子的輸出光分別通過光傳輸設(shè)備3中的保偏光纖7進(jìn)行傳輸，并通過光定向干涉設(shè)備4中的N個準(zhǔn)直設(shè)備8輸出構(gòu)成N個全息干涉信號臂，其中N多4 ;所述光分束設(shè)備2的第N+1個輸出端子的輸出光通過光傳輸設(shè)備3中的保偏光纖7進(jìn)行傳輸，并通過與其對應(yīng)的第N+1個準(zhǔn)直設(shè)備8輸出構(gòu)成全息干涉參考臂；所述N個全息干涉信號臂發(fā)出的信號與全息干涉參考臂發(fā)出的信號疊加構(gòu)成離軸全息干涉區(qū)域，并被圖像采集模塊5所接收。
[0014]所述單縱模激光光源I的波長為532nm，光分束設(shè)備2為PLC單模光纖分路器，分路數(shù)為7，保偏光纖7為熊貓保偏光纖。
[0015]參見圖2，單縱模激光光源I發(fā)出的光通過光分束設(shè)備2分為5束，4束信號光和一束參考光。前4束信號光通過光傳輸設(shè)備3中的保偏光纖7和偏振控制器9控制光的偏振態(tài)，通過偏振分光棱鏡11將全息干涉信號臂的信號光改變路徑與第5束信號光，即參考臂的參考光發(fā)生空間干涉，形成全息干涉圖，并由圖像采集模塊5所收集。
[0016]由于4個方向的4束信號光是同時與參考光發(fā)生空間干涉，形成一幅全息干涉圖，所以被測特種光纖不需要旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了在線測量的實時性和可操作性。
[0017]實施例二:
參見圖1和圖3，本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:
單縱模激光光源I發(fā)出的光通過光分束設(shè)備2分為7束，6束信號光和一束參考光。前6束信號光通過光傳輸設(shè)備3中的保偏光纖7和偏振控制器9控制光的偏振態(tài)，通過偏振分光棱鏡11將全息干涉信號臂的信號光改變路徑與第7束信號光，即參考臂的參考光發(fā)生空間干涉，形成全息干涉圖，并由圖像采集模塊5所收集。
[0018]在后期進(jìn)行折射率重建時，通常情況下，至少需要4個方向的全息圖，所以通常N多4，當(dāng)N越大，即投影方向越多，折射率重建精度越高，本系統(tǒng)可以根據(jù)需要，在不旋轉(zhuǎn)被測特種光纖的情況下，通過光路設(shè)計，實現(xiàn)光纖的多方向測量，從而保證光纖在線測量的實時性和可操作性。
【主權(quán)項】
1.一種在線無損測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)，包括一個單縱模激光光源(I)、光分束設(shè)備(2 )、光傳輸設(shè)備(3 )、光定向干涉設(shè)備(4)和一個圖像采集模塊(5 )，其特征在于，所述單縱模激光光源(I)通過單模光纖(6)連接光分束設(shè)備(2)的輸入端，所述光分束設(shè)備(2)的N個輸出端子的輸出光分別通過光傳輸設(shè)備(3)中的保偏光纖(7)進(jìn)行傳輸，并通過光定向干涉設(shè)備(4)中的N個準(zhǔn)直設(shè)備(8)輸出構(gòu)成N個全息干涉信號臂，其中N ^ 4 ;所述光分束設(shè)備(2)的第N+1個輸出端子的輸出光通過光傳輸設(shè)備(3)中的保偏光纖(7)進(jìn)行傳輸，并通過與其對應(yīng)的第N+1個準(zhǔn)直設(shè)備(8)輸出構(gòu)成全息干涉參考臂；所述N個全息干涉信號臂發(fā)出的信號與全息干涉參考臂發(fā)出的信號疊加構(gòu)成離軸全息干涉區(qū)域，并被圖像采集模塊(5)所接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線無損測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)，其特征在于，所述光分束設(shè)備(2)根據(jù)要求增減分光束的個數(shù)，光傳輸設(shè)備(3)中的保偏光纖(7)和偏振控制器(9)控制光的偏振態(tài)，光定向干涉設(shè)備(4)中的反光鏡(10)控制信號光的傳輸方向，消偏振分光棱鏡(11)和光傳輸設(shè)備(3)中的保偏光纖(7)保證信號光與參考光成最佳干涉。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在線無損測量特種光纖折射率的數(shù)字全息系統(tǒng)，它由單縱模激光光源、光分束設(shè)備、準(zhǔn)直設(shè)備、光傳輸設(shè)備和圖像采集模塊組成。光分束設(shè)備可以將輸出光分成多束，并通過光傳輸設(shè)備進(jìn)行傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)光的任意多角度輸出。本發(fā)明能通過光傳輸設(shè)備，在有限的空間實現(xiàn)光的任意多角度的同時刻的全息干涉并采集。與傳統(tǒng)的數(shù)字全息測量光纖折射率系統(tǒng)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，制造容易，成本低，無需復(fù)雜的被測量物體的轉(zhuǎn)動裝置，適用于在線特種光纖的實時測量。
【IPC分類】G02B27-28, G01N21-45, G01M11-02
【公開號】CN104819961
【申請?zhí)枴緾N201510195930
【發(fā)明人】常征, 黃素娟, 王廷云
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月23日