专利名称：光纤剩余应力的测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤剩余应力测量系统，具体地说，涉及一种测量保持在光纤中并具有不对称圆形应力分布之剩余应力的测量系统。
背景技术：
一般地说，光纤内会保持有拉制光纤制作阶段所产生的剩余应力。这种剩余应力对光纤折射率方面会引起所不希望有的变化，并因此而增大光纤中因光弹性效应所引致的光损耗。同样地，必须精确地测量光纤中的剩余应力及其分布，然后对它们做相应的调节。
通常利用光弹性效应测量光纤中的剩余应力，所谓光弹性效应是光纤的折射率沿着透明的固态介质，如光纤中剩余应力的方向变化的现象。于是，光纤或预成型光纤的折射率沿偏振方向变化，观察这种变化，可以测量光纤中的剩余应力。
图1是常规测量光纤中剩余应力系统的示意图，图2表示沿光路的相移。
如图1所示，常规的剩余应力测量系统包括光源10，如激光器；用于准直所产生的光的透镜单元30；用于使准直光偏振的偏振计50；剩余应力测量部分60，以及光探测器70，用于测量由光纤中所保持的剩余应力引起的光弹性效应所产生的相移。
在运行过程中，由光源10，如氦氖激光器投射的光受到反射镜20的反射，穿过透镜单元30，转换成平面波，所述透镜单元30包括光束漫射体31、透镜32和可变光阑33。所述平面波再受另一反射镜40反射，进入偏振计50。所述偏振计50包括偏振镜51、波长板52和聚光器53。反射镜20和40的作用在于通过在给定的空间内改变光路给出一种紧密型的设计。偏振光入射到位于剩余应力测量部分60内的光纤62中。所述剩余应力测量部分60包括滑玻(slide glass)61和盖片(cover glass)63。光穿过光纤具有因光纤内部的应力分布所引起的相位差，进而穿过物镜71和偏振分析器72。传感器73把穿过偏振分析器72的光强转换成电信号，从而测量光纤中的剩余应力。
光纤剩余应力可由下式表示I(y)＝I0sin2(Φ(y)/2)其中I0表示背景的强度，Φ(y)表示因剩余应力引起的相移。
如图2所示，可以看出，入射在光纤上并且平行于x-轴的光可被分成两个分量。入射光的相移可被表示如下dΦ(y)=2πλdx(ny-nz)]]>因此，可由光弹性效应表示由剩余应力产生的相移，其数学表示如下ny-nz＝C(σy-σz)并且dΦ(y)=2πCλdx(σy-σz)]]>另外，总剩余应力和光弹性效应具有可由下式表示的分布σz(r)=-λ2π2Co∫rbdΦ/dyy2-r2dy]]>并且C(r)E(r)=-λ2π2∫rbdW/dyy2-r2dy]]>其中，C0表示熔融二氧化硅的光弹性系数。注意，这些公式都是在下面条件下适用的1.入射光必须按直线方向通过光纤的内部而不改变其路径；2.布儒斯特系数必须是沿入射方向，也即沿直径方向为恒定的(不发生因材料的不变组分特性所致的双折射，这使得能够由剩余应力产生相移)；
3.与轴向应力相比，对半径或角度所产生的剩余应力可以忽略不计(σz＞＞σè，σρ)。
如上所示，按照本领域的教导能够只沿单一方测量光纤的剩余应力。因此，难于精确地测量光纤中，特别是具有不对称圆形应力分布或沿光纤铠装具有规则空间间隔气孔之光纤(称为光子晶体光纤-photoniccrystal fiber)中的剩余应力及其分布。
发明内容
于是，本发明通过提供一种光纤的剩余应力测量系统用以解决现有技术中存在的上述问题，并给出附加的优点，它能够测量光纤内具有非对称圆形分布的剩余应力。
本发明的一种实施例涉及一种光纤的剩余应力测量系统。这种系统包括光源，用于产生测量所述剩余应力所用的光；透镜单元，用于将所产生的光转换成平面波；偏振计，用于将所转换的光变换成输入的偏振光，并使输入的偏振光入射到光纤中；旋转测量部分，用以旋转所述光纤，以便能使偏振光沿各种方向穿过所述光纤；以及探测器，用于从透射光的相移检测剩余应力，其中，所述旋转测量部分旋转所述光纤，并测量光纤内具有非对称圆形应力分布的剩余应力。
按照本发明的一种方案，所述旋转测量部分包括光纤保持部分，它包含滑玻和盖片，用以把光纤放在所述两片玻璃之间，还包含第一夹具，用以保持光纤的一端，以及电机，用以旋转保持光纤的所述第一夹具。
按照本发明的另一种方案，所述光纤保持部分还包含第二夹具，用以保持光纤的另一端，还包含驱动部分，用以将来自电机的旋转力均一地传送到第一和第二夹具，从而以受控的方式旋转所述光纤。
从以下参照附图的详细描述，将使本发明的上述特点和优点愈为清晰，其中图1是现有技术光纤剩余应力测量系统的示意图；图2表示按照光路的相移；
图3是本发明光纤剩余应力测量系统的示意图；图4是表示本发明第一实施例光纤剩余应力测量系统的旋转测量部分；图5是表示本发明第二实施例光纤剩余应力测量系统的旋转测量部分；图6是表示本发明第三实施例光纤剩余应力测量系统的旋转测量部分。
具体实施例方式
首先，本发明是基于下述技术原理的。
为了测量具有非对称应力分布之光纤的应力，按照本发明的技术，沿从0°到180°范围内各个方向的应力。在一定角度á下测量应力时，可如下式1那样给出由剩余应力所引起的各轴相移之间的差公式1δα(t)＝2π/λ∫[nz(t，s)-nt(t，s)]ds其中，ё表示入射光束的波长，nz和nt表示相对于光纤参考轴的折射率，而s表示光束传播的距离。公式1表示沿两个方向，即沿z轴和x轴方向的相移差。公式1所给出的相移之间的差使得通过下述公式2给出的雷登反转换原理(inverse Radon transformation)能够得到二维轴向剩余应力分布ózz。
公式2σzz(x，y)＝λ/2πC·iradon{δt(t，α)}其中，σzz(x，y)表示光纤的z-z方向或纵长方向的剩余应力，C表示光弹性常数，而“iradon”表示雷登反转换函数。按照公式2，利用旋转测量装置，可以算出沿光纤纵长方向的应力。
此后将参照图3-6详细描述本发明的一些优选实施例。为清楚和简明计，将省略本文所引述的那些已知功能和结构的详细描述，免致本发明主题的不清楚。
图3是本发明一种实施例光纤剩余应力测量系统的示意图。
如图3所示，本发明一种实施例的光纤剩余应力测量系统包括光源10；透镜单元30。用以准直光源10产生的光；用于使输出的准直光偏振的偏振计50；旋转测量部分100，用以在光纤旋转的同时测量光纤的剩余应力；以及光探测器70，用于把剩余应力引起的相移转换成电信号。
按照本实施例，设置所述旋转测量部分100，用以在光纤旋转的同时测量具有非对称圆形应力分布的光纤中的应力。于是，下面的描述将集中在所述旋转测量部分100上。
图4是表示本发明第一实施例光纤剩余应力测量系统之旋转测量部分的示意图。有如所示者，所述旋转测量部分包括光纤保持部分105和电机106。特别是所述光纤保持部分105包括滑玻101和盖片103，光纤102被插入在它们之间，还包括夹具104，用以保持光纤的一端。在所述滑玻101与盖片103之间加给与光纤折射率适配的油。这是为了防止在光纤剩余应力测量期间从外部加给一定的应力以及防止入射光束受到衍射。电机106起旋转夹具104的作用，所述夹具104保持光纤，并使使光纤受到测量。
图5是本发明第二实施例旋转测量部分的示意图。有如所示者，所述旋转测量部分包括光纤保持部分205和电机207。第二实施例的旋转测量部分与第一实施例的不同，在于它是在一个竖直的位置旋转光纤的同时进行光纤测量的。为此，把待测量的光纤吊挂浸入到一个容器内，其中充有油202，以与光纤的折射率适配。所述容器208包括一个由石英构成的管子203以及一个帽盖204。由所述帽盖204保持所述光纤201，并将其定位在所述管子203内。另外，光纤夹紧部分206包括能够保持光纤一端的夹具205。电机207转动保持光纤201的夹具205。要说明的是，所述容器208是固定的，与光纤的旋转无关。
图6是本发明第三实施例光纤剩余应力测量系统之旋转测量部分的示意图。有如所示者，所述旋转测量部分包括光纤保持部分310和电机320。与第一实施例不同，那里是在保持光纤的一端以便旋转的同时测量光纤的剩余应力，第三实施例被设计成保持光纤的两端，用以旋转，从而防止可能发生的偏心或聚焦误差。此外，这种布置有助于控制光纤的转动。
如图6所示，旋转测量部分310包括滑玻301和盖片303，光纤被插入在它们之间，还包括一对夹具304，用以保持光纤的两端。电机320还包括驱动部分，用以在相等的旋转速度下把电机的驱动力传送给两个夹具304。按照这种配置，所述驱动部分包括一对拔出器305与皮带306，用以同时转动两个夹具，还包括至少一个齿轮307，以及转轴308。另外，将用以与光纤折射率适配的油加于所述滑玻301和盖片303之间。各实施例中用以与光纤折射率适配的油是粘的，足以转动光纤，而不会加给光纤任何应力。
有如从上述说明所见者，本发明各优选实施例的光纤剩余应力测量系统能够在光纤转动过程中测量光纤内具有非对称圆形应力分布的剩余应力，以及作为光纤内应力的剩余应力分布。
虽然参照一些优选实施例表示并描述了本发明，但对于那些熟悉本领域的人来说应能理解，可在其中作出各种改型，而不致脱离有如所附各权利要求限定之本发明的精髓和范围。
权利要求
1.一种光纤剩余应力的测量系统，其特征在于，它包括光源，用于产生光；透镜单元，用于将所产生的光转换成平面波；偏振计，用于将所转换的光变换成输入的偏振光；旋转测量部分，用以旋转所述光纤，以便能使偏振光沿各种方向穿过所述光纤；以及探测器，用于根据透过光纤的光的相移检测具有非对称圆形应力分布的剩余应力。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括至少一个反射镜，用以改变从所述光源产生的光的路径。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旋转测量部分包括光纤保持部分，它包含滑玻和盖片，用以把光纤放在其间；第一夹具，用以保持光纤的一端，以及电机，用以旋转保持光纤的所述第一夹具。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光纤保持部分还包含第二夹具，用以保持光纤的另一端；以及驱动部分，用以将来自电机的旋转力均一地传送到第一和第二夹具，以旋转所述光纤。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述滑玻与盖片之间加给实际上具有与光纤的折射率相同的油。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤保持部分包括夹具，用以保持光纤的一个上端，以便沿着竖直方向旋转所述光纤；容器，充有实际上与光纤相同折射率的油，用以使光纤沿竖直方向定位在其中。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述油有足够的粘性，以旋转光纤而不给光纤加以任何应力。
全文摘要
一种光纤剩余应力的测量系统，所述系统包括光源，用于产生测量剩余应力的光；透镜单元，用于将所产生的光转换成平面波；偏振计，用于将所转换的光变换成输入的偏振光，入射在光纤上；旋转测量部分，用以旋转所述光纤，以便能使偏振光沿各种方向穿过所述光纤；以及探测器，用于从透过的光的相移检测剩余应力。
文档编号G01M11/00GK1497249SQ20031010137
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月16日 优先权日2002年10月18日
发明者卢成仁, 金现哲, 朴用雨 申请人:三星电子株式会社