专利名称：异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法及其测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤熔接点纤芯损耗(简称熔接损耗)的测量方法，尤其涉及异种光纤熔接点纤芯损耗的测量。
背景技术：
我们知道，在光传感、光纤激光器等各种光纤系统中，光纤的熔接损耗是影响系统性能的一个重要的因素。准确测量熔接损耗对于评估和改进光纤系统性能有着重要的作用。目前，对熔接损耗的检测可通过光时域反射仪(0TDI )进行，光时域反射仪是通过在光纤中传输光脉冲，以观察反射光程度来判断。由于光在熔接头处不仅存在反射，还存在散射和吸收等，因此，仅通过测量反射光程度来确定熔接头损耗与真实的损耗是有较大差异的， 同时测量精度也不够高。对熔接损耗现有技术中还有通过损耗评估实现，其是通过从两个方向观察光纤，通过图像识别和分析来确定包层和纤芯的偏移、变形、尺寸的变化和其他参数，使用这些参数来计算估计接头的损耗，该种评估结果与真实熔接头损耗仍有相当大的差异。也可采用截断方式来测量，即先对一根完整光纤的光功率损耗进行测量，然后将该光纤在中间切成两段，并将两断点进行熔接，通过读取熔接前后光功率计数值，从而可计算出熔接损耗。其精度比上述两种方法更高，但其仅适用于同种类型光纤的熔接损耗计算。上述各种方法的缺点是或者仅能对同种光纤的相互熔接点进行损耗测量，或者测量估计精度不够。而在各种光纤系统包括光纤激光器的研制中，往往是不同种光纤之间的熔接并需要精确测量其熔接损耗。本申请中，我们将技术参数不完全相同的两种光纤熔接后的光纤定义为异种光纤，异种光纤的熔接损耗大小将影响光纤系统的性能，尤其是关键的熔接点，因此，如何准确地获得异种光纤的熔接损耗，对于光纤系统的实验和开发具有重要的作用和意义。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能够准确地测量得到异种光纤熔接点纤芯损耗的测量方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法，它包括如下步骤(a)、选取两根待测量的不同类型的光纤，在两根光纤的一端分别连接光源，在两根光纤的另一端分别连接光功率计，打开光源和光功率计，读取光功率计读数，得到上述两根光纤在直连情况下的光功率数值为Ra、Rb ；(b)、保持光纤端头与光源及光功率计的连接不变，将所述的两根光纤从中间部位分别截断，并相交叉熔接，形成两根混合的异种光纤；(C)、保持所述两台光源的光输出功率不变，再次读取光功率计读数，得到交叉熔接后的光功率数值为Ras、Rbs ；
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(d)、根据上述测量数据，计算得到异种光纤熔接点纤芯的平均损耗为 [(Ra+Rb)-(Ras+Rbs)]/20进一步地，步骤(a)中，所述的两根待熔接的光纤在芯折射率、包层折射率、芯半径、包层半径、包层结构、掺杂条件、制造商、和批次中的一种或多种方面不完全相同。所述光源的光信号由半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或气体激光器产生。对上述技术方案所进一步优化的实施中，步骤(a)中，当所述的光纤中有为一根或两根为双包层光纤时，在该双包层光纤的两侧靠近端点处还分别设置有用于增加测量精度的包层功率剥离器(Cladding Power Stripper)。本发明还提供了一种采用上述测量方法的异种光纤熔接点纤芯损耗测量系统，它包括光源，其具有两个，分别连接在两根待测光纤的一端，所述的光源用于产生一定强度的光信号；光功率计，其具有两个，分别连接在两根待测光纤的另一端，所述的光功率计用于测量光功率大小；所述的光源与光纤、光功率计与光纤在熔接前和熔接后保持固定连接，光源的输出功率保持恒定，通过分别读取熔接前和熔接后光功率计的读数，得到两根待测光纤在直连情况下的光功率和两根待测光纤熔接后形成异种光纤的光功率值，以获得光纤熔接点损耗的测量值。优化地，所述的光源类型为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或气体激光器中的一种。所述的光功率计为光电探头和热光探头类型的光功率计中的一种。进一步地，当待测光纤中有一根或两根为双包层光纤时，在相应的双包层光纤的两侧靠近端点处还分别设置有用于增加测量精度的包层功率剥离器。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点当需要检测某一种熔接方式下两种异种光纤的熔接损耗时，只需选取两根相应种类的光纤，按照本方法连接搭建测试系统，分别读取该两根光纤的直连光功率数值，然后再将两光纤截断并进行交叉熔接，按照同样的方式读取熔接后的光功率数值，那么该熔接点损耗就可由直连光功率和交叉熔接后光功率的数值通过简单计算获得。该方法简单有效，精度高，适用范围广，对广泛应用的不同种类的光纤熔接损耗都可以进行有效的测量和估计，对科学实验、工程开发、和产品制造都有着积极的作用。
附图1为本发明中对两根直连光纤损耗测量示意图；附图2为本发明中将两根直连光纤截断示意图；附图3为本发明中对熔接后的两根异种光纤损耗测量示意图；附图4为本发明异种光纤熔接损耗测量系统使用状态图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明
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本发明异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法，其首先取两根不同类型的光纤，在两根光纤的一端分别连接光源，在两根光纤的另一端分别连接光功率计，即完成测试系统的搭建。在整个测试过程中，保持光纤与光源的连接以及光纤与光功率计的连接不变，同时保持两光源的光输出功率不变首先读取两根光纤直连时的光功率值；然后将两根直连光纤截断，在断点处进行交叉熔接从而形成两根异种光纤，此时再次读取光功率数值。这样即可计算获得异种光纤熔接点损耗大小。下面将结合图1至图3详细介绍如下如图1，选取两根光纤A和B，这两根光纤A、B在芯折射率、包层折射率、芯半径、包层半径、掺杂、制造商、或批次中的一方面或多方面上略有不同，即光纤A、B为两根不同类型的光纤。如光纤A为芯径5um的单模光纤，光纤B为芯径6. 2um单模光纤；或者光纤A为单包层光纤，光纤B为双包层光纤。本实施例中，选择光纤A、B位于同一侧的端部分别与光源A和B连接，保持该连接，直到测试结束。光源A与光源B分别向光纤A、B输入功率稳定的光信号，光信号在相应的光纤中传输。光纤A、B的另一端分别与功率计A、B相连接，保持该连接，同样直到测试结束。从而可得到经光纤及路径损耗之后的光功率大小，本申请中称为直连光功率值，分别为Ra、Rb。测量得到光纤A、B的直连光功率后，保持光纤A、B两端与光源及功率计的连接不变，关断光源(目的是防止切断光纤时激光外漏，以及熔接时光源的激光干扰熔接机的观察图像)，将光纤A、B分别从中间截断，如图2所示，从而光纤A分成A1、A2两段，光纤B分成B1、B2两段。分别将光纤A的Al段与光纤B的B2段相熔接，光纤B的Bl段与光纤A的A2段相熔接，如图3所示，熔接后形成两根异种光纤，熔接前的两根光纤光信号输入端是熔接后的异种光纤的信号输入端，熔接前的两根光纤的光信号输出端是熔接后的异种光纤信号输出端。开启光源，此时光源A、B向两种异种光纤输入光信号，经功率计A、B的读数可测得熔接后的输出光功率，该输出光功率在本申请中定义为熔接光功率，分别为Ras、Rbs。对于光纤A、B熔接后的熔接点损耗即可由如下公式算得[(Ra+Rb)-(Ras+Rbs)]/2。具体分析原理如下首先设定光源A的光输出功率为Pa，光源B的光输出功率为1 ；光纤A的前半段Al纤芯损耗为Lossl，包含光源A与光纤Al的连接损耗、光纤A 前半段Al的传输损耗；后半段A2纤芯损耗为Loss2，包含光纤A后半段A2的传输损耗、光纤A2和功率计 A的连接损耗；光纤B的前半段Bl纤芯损耗为Loss3，包含光源B与光纤Bl的连接损耗、光纤B 前半段Bl的传输损耗；后半段B2纤芯损耗为Loss4，包含光纤B后半段B2的传输损耗、光纤B2和功率计 B的连接损耗；光纤A的前半段Al与光纤B的后半B2的熔接损耗为Lossl2 ；光纤B的前半段Bl与光纤A的后半段A2的熔接损耗为Loss21 ；两根光纤直连的时候，两个功率计的读数分别为Ra，Rb ；
两根光纤截断交叉熔接以后，两个功率计的读数分别为Ras，Rbs ；根据光路的结构我们可以知道，在两根光纤直连的时候，功率计测得的光功率就是光源的功率减去光路中的光纤损耗，也就是Ra = Pa-Lossl-Loss2 (1)Rb = Pb-Loss3-Loss4 (2)当两个光纤截断并交叉熔接以后，两个功率计测得的功率就是新的光路上的光纤损耗加上熔接头损耗，也就是Ras = Pb-Loss3-Loss2_Loss21 ； (3)Rbs = Pa-Loss1-Loss4_Loss12 ； (4)通过将式⑴、⑵、(3)、(4)进行简单的加减合并计算，可得到(Ra+Rb)-(Ras+Rbs) = Lossl2+Loss21 ；由于两根异种光纤的接头的不对称性，一般地说Lossl2 Φ Loss21。因此我们将 Lossl2和Loss21的平均值作为该点的损耗估计值，即熔接损耗=[(R1+R2) - (Rls+R2s) ] /2，即对于异种光纤熔接，其熔接头损耗大小为两根直连光纤光功率之和减去两根异种光纤交叉熔接光功率之和后差值的平均。因此，对异种光纤的熔接损耗测量，我们通过上述步骤，只需读取熔接前的直连光功率计读数和熔接后光功率计读数即可获得。该方法的巧妙之处在于将光源与光纤、光纤传输、光纤与光功率计等多个损耗因素都进行了归并，不需要测量它们的实际数值，而是通过一定的测量方法把这些损耗进行了扣除。将这些损耗扣除后，提高了熔点损耗测量结果的精度。本发明方法简洁易于实现，而且在测量的过程中，不改变两根光纤与光源及功率计的连接，不改变光源的输出功率，进一步确保了测量结果的稳定性和可靠性。当上述两根光纤中有其一或两根都为双包层光纤时，相应的双包层光纤两端侧还分别连接有包层功率剥离器(Cladding Power Mripper)，所述的包层功率隔离器工作原理是先将双包层光纤的聚合物外包层去除，然后再用高折射率聚合物对暴露内包层的光纤区间进行涂覆或包裹。包层功率剥离器的设置可保证纤芯的光信号仍然在纤芯传输，同时， 光纤包层中的光信号在通过包层功率剥离器的时候，会发散到高折射率涂覆层中区，从而很大程度地衰减掉。本发明通过设置包层功率剥离器，可去除光纤包层中的残留光功率，保证测试的是光纤芯径中的光功率，这样就提高了双包层光纤纤芯熔接损耗的测试精度。除上述包层功率剥离器外，其它方面和上述的单包层光纤的熔接损耗测试方法相同。本发明还提供了一种应用上述方法进行异种光纤熔接点纤芯损耗的测量系统，如图4所示，其包括两个光源1、两个光功率计2，每一个光源1与一个光功率计2为一组相结合使用。光源1用于产生并向光纤输入光信号，光功率计2用于接收测量经光纤传输后的光功率大小。本发明测量系统还可选择地设置双包层剥离器3，双包层剥离器3的数量也取决于待测光纤。如待测光纤中有一根是双包层光纤，那么需要2个包层功率剥离器；如果两根光纤都是双包层光纤，则总共需要4个包层功率剥离器。如果两根光纤都是单包层光纤， 则不需要包层功率剥离器。双包层剥离器3主要用于在待测光纤为双包层情况下去除光纤中的包层残留光功率，其设置在待测双包层光纤的两侧，分别在靠近每个光源发生器1输出侧及光功率计2 输入侧的位置。
其中，光源1主要部件可由半导体激光器、光纤激光器、固体激光器、气体激光器实现。光功率计2可选择半导体探头、热光探头等形式的光功率计。通过采用本发明测量方法和测量系统，可实现对广泛的光学系统所涉及的异种光纤熔点的纤芯损耗进行测量，通过熔接点损耗的测量计算值，可对熔接设备及熔接工艺提供参考评估信息，有利于熔接工艺的优化、光纤选择的优化、和切割熔接设备的优化。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法，其特征在于它包括如下步骤(a)、选取两根待测量的不同类型的光纤，在两根光纤的一端分别连接光源，在两根光纤的另一端分别连接光功率计，打开光源和光功率计，读取光功率计读数，得到上述两根光纤在直连情况下的光功率数值为Ra、Rb ；(b)、保持光纤端头与光源及光功率计的连接不变，将所述的两根光纤从中间部位分别截断，并相交叉熔接，形成两根混合的异种光纤；(C)、保持所述两台光源的光输出功率不变，再次读取光功率计读数，得到交叉熔接后的光功率数值为Ras、Rbs ；(d)、根据上述测量数据，计算得到异种光纤熔接点纤芯的平均损耗为 [(Ra+Rb)-(Ras+Rbs)]/20
2.根据权利要求1所述的异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法，其特征在于步骤(a) 中，所述的两根待测量的光纤在芯折射率、包层折射率、芯半径、包层半径、包层结构、掺杂条件、制造商、批次中的一种或多种方面不完全相同。
3.根据权利要求1或2所述的异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法，其特征在于所述光源的光信号由半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或气体激光器产生。
4.根据权利要求1或2所述的异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法，其特征在于步骤 (a)中，当所述的光纤中有一根或两根为双包层光纤时，在该双包层光纤的两侧靠近端点处还分别设置有用于增加测量精度的包层功率剥离器。
5.一种采用权利要求1所述的异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法的测量系统，其特征在于它包括光源，其具有两个，分别连接在两根待测光纤的一端，所述的光源用于产生一定强度的光信号；光功率计，其具有两个，分别连接在两根待测光纤的另一端，所述的光功率计用于测量光功率大小；所述的光源与光纤、光功率计与光纤在熔接前和熔接后保持固定连接，通过分别读取熔接前和熔接后光功率计的读数，得到两根待测光纤在直连情况下的光功率和交叉熔接形成异种光纤后的光功率值，以获得光纤熔接点纤芯损耗的测量值。
6.根据权利要求5所述的异种光纤熔接点纤芯损耗测量系统，其特征在于所述的光源类型为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或气体激光器中的一种。
7.根据权利要求5所述的异种光纤熔接点纤芯损耗测量系统，其特征在于所述的光功率计为光电探头或热光探头类型的光功率计中的一种。
8.根据权利要求5所述的异种光纤熔接点纤芯损耗测量系统，其特征在于当待测光纤中有一根或两根为双包层光纤时，在相应的双包层光纤的两侧靠近端点处还分别设置有用于增加测量精度的包层功率剥离器。
全文摘要
本发明涉及一种异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法及测量系统，所述测量系统主要由两光源和两光功率计组成，测量方法是将两根不同类型光纤一端分别连接光源，另一端分别连接光功率计，首先得到两根光纤直连光功率数值为Ra、Rb；保持光纤端头与光源及光功率计的连接不变，光源输出功率不变，将两根光纤从中间部位分别截断并相交叉熔接，再次读取光功率计读数，得到交叉熔接后的光功率数值为Ras、Rbs；根据上述测量数据，计算得到异种光纤熔接点处的平均损耗为[(Ra+Rb)-(Ras+Rbs)]/2。本测量方法简单有效，精度高，对广泛应用的不同种类的光纤熔接损耗可以进行有效的测量和估计，有着积极的作用。
文档编号G01M11/02GK102507149SQ20111031791
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者周胜 申请人:苏州华必大激光有限公司