光纤几何参数测试实验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种光纤几何参数测试实验系统，包括近场测试光源、近场测试仪、光检测器和数据采集和处理装置。近场测试光源包括透射照明光源和同轴光光源，近场测试仪包括精密光学底座、目镜、平面反射镜、同轴光源插座、物镜、光纤夹具和精密调整装置及位移装置，目镜、平面反射镜和物镜从上至下设置在单目镜筒内，平面反射镜与单目镜筒内壁呈45°夹角。光检测器用于抓拍通过目镜观察到的光纤的近场光分布图，并将采集到的图像传送至数据采集和处理装置进行处理。本实用新型不仅可测量光纤多种参数，还能反应光纤的相对折射率分布，数据采集和处理方式更有效规避了因操作者的主观判断而产生的不确定性，具有快速、直观、可靠、自动化的特点。
【专利说明】光纤几何参数测试实验系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及物理学、光学、光电子学、精密仪器及检测技术专业教学实验仪器【技术领域】，具体是一种光纤几何参数测试实验系统。
【背景技术】
[0002]随着光纤应用场合的愈来愈多，对光纤质量的要求也越来越严格。光纤结构参数，尤其是其中的光纤几何参数的稳定性对于光纤品质显得十分重要，光纤的几何参数对于光纤器件的设计及应用领域的研究十分重要，因此一种准确、快速、可靠地测量光纤几何参数的方法必不可少。如图1所示为光纤的结构示意图，如图2所示为多模光纤的几何参数示意图。
[0003]光纤几何参数的测量目前国内外提出的方法很多，主要有:直接测量法，图像剪切法，白光干涉仪法，机械接触法，图像翻转显微镜法，旋转镜偏移法，荧光法，以及可以用于在线实时测量的前项散射法和后项散射法等等，这些方法各有其优势和弊端，只能够测量其中的几种参数，而且大多数还会因为实验者的主观判断而对实验结果造成很大影响，价格普片偏高，可靠性差，数据处理方式传统，误差较大。
【发明内容】
[0004]本实用新型提供一种光纤几何参数测试实验系统，不仅能准确测量多模光纤的纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯/包层同心度误差和单模光纤的模场直径，还能反应光纤的相对折射率分布，数据采集和处理方式更有效规避了因操作者的主观判断而产生的不确定性，具有快速、直观、可靠、自动化的特点。
[0005]一种光纤几何参数测试实验系统，包括近场测试光源、近场测试仪、光检测器和数据采集和处理装置，所述近场测试光源包括透射照明光源和同轴光光源，所述近场测试仪包括精密光学底座、目镜、平面反射镜、同轴光源插座、物镜、光纤夹具和精密调整装置及位移装置，目镜、平面反射镜和物镜从上至下设置在单目镜筒内，平面反射镜与单目镜筒内壁呈45°夹角，用于夹持和调整待测光纤的光纤夹具和精密调整装置同轴设置在单目镜筒底部，所述位移装置与光纤夹具和精密调整装置的侧面接触，用于改变和控制位移量，同轴光光源的光线经过平面反射镜反射会聚到光纤的端面以照明光纤的包层，透射照明光源的光线经过耦合系统将光耦合进入光纤中，所述光检测器用于抓拍通过目镜观察到的光纤的近场光分布图，并将采集到的图像传送至数据采集和处理装置进行处理。
[0006]如上所述的光纤几何参数测试实验系统，透射照明光源采用朗伯光源，同轴光光源采用LED照明。
[0007]如上所述的光纤几何参数测试实验系统，透射照明光源和同轴光光源上分别设置一个光强控制旋钮，用以调节透射光和同轴光照明亮度。
[0008]如上所述的光纤几何参数测试实验系统，所诉单目镜筒的侧壁设有用于固定同轴光光源的同轴光源插座。
[0009]如上所述的光纤几何参数测试实验系统，所述光纤夹具和精密调整装置由法兰盘和四维调整架组成，待测纤纤芯由所述法兰盘固定在所述四维调整架中心，调整架为Y、Z双方向精密角度调节，调整范围为:Y、Z方向单轴位移调整量±2mm，分辨率为10 μ m，单轴角度调整量±4°。
[0010]如上所述的光纤几何参数测试实验系统，所述位移装置是一个分辨率为I μ m，量程为Imm的千分表。
[0011]如上所述的光纤几何参数测试实验系统，所述光检测器为350000像素的电子目镜。
[0012]本实用新型结构简单实用，利用近场法测量原理并配合近场测试仪、光检测器和数据采集和处理装置，可以测量光纤的多种参数，光纤夹具和精密调整装置可以调节被测光纤端面在视野中的位置和俯仰角度，从而减小因观察角度的偏差所导致的测量误差，整个装置实现简单，成本较低，而且测量的可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是光纤的结构示意图；
[0014]图2是多模光纤的几何参数示意图；
[0015]图3是本实用新型光纤几何参数测试实验系统的结构示意图；
[0016]图4是本实用新型中近场测试仪的结构示意图；
[0017]图5是本实用新型近场测试仪的成像光路图。
[0018]图中:1 一近场测试光源，2—近场测试仪，3—光检测器，4一数据采集和处理装置，5一光纤，11一透射照明光源，12一同轴光光源,21—目镜,22一平面反射镜,23一同轴光源插座，24—物镜，25—光纤夹具和精密调整装置，26—位移装置。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0020]图3是本实用新型光纤几何参数测试实验系统的结构示意图，所述光纤几何参数测试实验系统包括近场测试光源1、近场测试仪2、光检测器3和数据采集和处理装置4，所述近场测试光源I安装在近场测试仪2上，近场测试仪2、光检测器3和数据采集和处理装置4依次连接。
[0021]请参考图4，所述近场测试光源I包括透射照明光源11和同轴光光源12。透射照明光源11可采用空间上均匀的、非相干的点光源，例如朗伯光源。透射照明光源11的特点在于光源波长稳定，且能够在空间和角度上对光纤均勻满注入、全激励；同轴光光源12可采用LED照明技术。同轴光光源12的光线经过单目镜筒侧面的耦合系统，沿单目镜筒径向射入，再经过平面反射镜22反射，会聚到光纤5的端面，以照明光纤5的包层。透射照明光源11和同轴光光源12上可分别设置一个光强控制旋钮，用以调节透射光和同轴光照明亮度，以便使用不同数值孔径的物镜观察时获得清晰的物像。
[0022]所述近场测试仪2包括精密光学底座、目镜21、平面反射镜22、同轴光源插座23、物镜24、光纤夹具和精密调整装置25及位移装置26。
[0023]其中，目镜21和物镜24置于单目镜筒内，由单目镜筒、目镜21、物镜24构成显微镜系统，配备物镜1X —只和40X —只，配备目镜5X —只和1X —只，其放大倍数从50X?400X共6种。所述显微镜系统，具有一般显微镜的手动调焦等功能，其特点在于:目镜21和物镜24的焦距很小，视野中观察到的图像可以反映光纤端面光强的进场分布，各光学部件的数值孔径和分辨能力能够满足本实验的要求，且放大倍数可以测量。其优点在于:用不同放大倍数的两种物镜和两种目镜可以组成六种不同放大倍数的放大系统，以满足不同规格光纤的需求，打破了现有设计新型只能测量较少规格光纤的几何参数的技术瓶颈。
[0024]同轴光源插座23位于单目镜筒侧壁，用于固定同轴光光源12 ;平面反射镜22位于单目镜筒内，与内壁呈45°夹角，用来改变同轴光方向；光纤夹具和精密调整装置25位于单目镜筒外类似于载物台的位置，并与单目镜筒同轴。
[0025]所述光纤夹具和精密调整装置25由法兰盘和四维调整架组成，透射照明光源11的光线经过耦合系统，将光耦合进入光纤5中，被照明的光纤纤芯由法兰盘固定在四维调整架中心，光线对准光学放大系统的中心轴线，方向朝向斜上方，这样可在视野中看到被照明的光纤纤芯。调整架为Y、Z双方向精密角度调节，调整范围为:Y、Z方向单轴位移调整量±2mm，分辨率为10 μ m，单轴角度调整量±4°。其特点在于通过调整四维调整架可以调节被测光纤端面在视野中的位置和俯仰角度，从而减小因观察角度的偏差所导致的测量误差。
[0026]所述位移装置26是一个分辨率为I μ m，量程为1_的千分表，它与光纤夹具和精密调整装置25的侧面接触，接触位置适中，固定在支架上，其作用是改变和控制位移量，并与所拍摄图像的位移量共同计算光学放大系统的放大倍数。
[0027]所述光检测器3可采用电子目镜(350000像素)。所述数据采集和处理装置4由计算机和上位机组成。所述光检测器3用来抓拍光纤的近场光分布图，并将采集到的图像传送至计算机进行处理。如图5所示为近场测试仪的成像光路图，目镜观察到的图像是一个倒立放大的虚像。电子目镜与计算机相连，数据经USB 口送入计算机，在LABVIEW软件系统中进行图像采集，并自动完成一系列图像处理后在对应的窗口中输出结果。其特点在于:测量过程中，无需移动电子目镜等其他光路中的部件，大大改善了现有技术中因实验者主观操作对测量结果影响严重的缺陷。上位机通过抓拍按钮获取光纤端面的近场光分布图像，依次经过灰度化处理、去除噪声、边缘提取、图像定位、曲线拟合、计算内外径所占像素等一系列图像处理操作后输出结果到相应的显示窗格内，能够得到光纤的拟合折射率曲线，光纤的纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯/包层同心度误差等几何参数。
[0028]本实用新型采用近场法测量原理，近场法是测量光纤出射端面上导模功率的空间分布(即近场分布)来确定光纤的折射率分布。测量原理是，当用空间上分布均匀、非相干的点光源激励光纤时，假若所有的导模都均匀激励，在传输过程中各模有等量的衰减，而且无模耦合，则光纤出射端面上导模的功率分布与光纤的折射率分布相似。
[0029]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种光纤几何参数测试实验系统，其特征在于:包括近场测试光源(I)、近场测试仪(2)、光检测器(3)和数据采集和处理装置(4)，所述近场测试光源(I)包括透射照明光源(11)和同轴光光源(12)，所述近场测试仪(2)包括精密光学底座、目镜(21)、平面反射镜(22)、同轴光源插座(23)、物镜(24)、光纤夹具和精密调整装置(25)及位移装置(26)，目镜(21)、平面反射镜(22)和物镜(24)从上至下设置在单目镜筒内，平面反射镜(22)与单目镜筒内壁呈45°夹角，用于夹持和调整待测光纤的光纤夹具和精密调整装置(25)同轴设置在单目镜筒底部，所述位移装置(26)与光纤夹具和精密调整装置(25)的侧面接触，用于改变和控制位移量，同轴光光源(12)的光线经过平面反射镜(22)反射会聚到光纤(5)的端面以照明光纤(5)的包层，透射照明光源(11)的光线经过耦合系统将光耦合进入光纤(5)中，所述光检测器(3)用于抓拍通过目镜(21)观察到的光纤的近场光分布图，并将采集到的图像传送至数据采集和处理装置(4)进行处理。
2.如权利要求1所述的光纤几何参数测试实验系统，其特征在于:透射照明光源(11)采用朗伯光源，同轴光光源(12)采用LED照明。
3.如权利要求1或2所述的光纤几何参数测试实验系统，其特征在于:透射照明光源(11)和同轴光光源(12)上分别设置一个光强控制旋钮，用以调节透射光和同轴光照明亮度。
4.如权利要求1所述的光纤几何参数测试实验系统，其特征在于:所诉单目镜筒的侧壁设有用于固定同轴光光源(12)的同轴光源插座(23)。
5.如权利要求1所述的光纤几何参数测试实验系统，其特征在于:所述光纤夹具和精密调整装置(25)由法兰盘和四维调整架组成，待测纤纤芯由所述法兰盘固定在所述四维调整架中心，调整架为Y、Z双方向精密角度调节，调整范围为:Y、Z方向单轴位移调整量±2mm，分辨率为10 μ m，单轴角度调整量±4°。
6.如权利要求1所述的光纤几何参数测试实验系统，其特征在于:所述位移装置(26)是一个分辨率为Iym,量程为Imm的千分表。
7.如权利要求1所述的光纤几何参数测试实验系统，其特征在于:所述光检测器(3)为350000像素的电子目镜。
【文档编号】G01B11/08GK204007526SQ201420470468
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】张倩, 程勇, 朱彬彬 申请人:武汉光驰科技有限公司