一种光纤内部吸收特性的检测方法及检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种光纤内部吸收特性的检测方法及检测装置，该检测方法利用激光光束在光纤中传播、被光纤本身吸收并引起光纤局部温度升高，从而引起光纤局部物理特性发生变化这一效应来检测光纤内部的吸收特性，可以获得光纤内部吸收特性的空间分布，进而得到光纤内部缺陷的空间分布。本发明还提供一种光纤内部吸收特性的检测装置。本发明具有高分辨率、高灵敏度等优点。
【专利说明】一种光纤内部吸收特性的检测方法及检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤特性检测【技术领域】，具体是一种光纤内部吸收特性的检测方法及检测装置。
[0002]
【背景技术】
[0003]光纤技术应用十分广泛，从现代通讯、到各类传感技术、再到新型光源等，光纤都是必不可少的关键材料。特别是近年来，随着大功率激光技术及应用的快速发展，对光纤本身的性能提出了新的要求。
[0004]光纤内部的吸收是影响光束传播的一个关键因素，吸收越小，光束传播距离越长。此外，光纤内部会因为生产制造、掺杂不均匀等各种原因产生局部缺陷，这些缺陷往往会对光纤中的光束传播产生不良的影响，例如，大功率的激光束在光纤传输中经常会因为这些缺陷对激光能量的吸收而在光纤内部产生破坏，影响光束的正常传播；再有，在光纤激光器里作为激光增益介质的光纤，因为这些缺陷，在激光放大过程中也会产生破坏，从而导致激光器不能正常工作。因此，能够对光纤内部的这些吸收缺陷进行有效检测，特别是能够对这些缺陷的空间分布进行有效检测是十分必要的。
[0005]现有的检测基本都是测量输入光纤的光束的能量和从光纤输出的光束的能量来获得光束经过光纤的损耗。这样测得的损耗是光纤整体的损耗，不仅包括光纤对光束能量的吸收引起的损耗，还包括光纤内部的散射引起的损耗，无法获得光纤内部吸收特性和缺陷空间分布。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种具有高分辨率和高灵敏度并且能够获得光纤内部吸收特性和缺陷空间分布的光纤内部吸收特性的检测方法及检测装置。
[0008]本发明的技术方案为:
一种光纤内部吸收特性的检测方法，包括以下步骤:
(1)对泵浦光源输出的泵浦光束的光强进行调制，并将经过调制的泵浦光束耦合进入被测光纤，泵浦光束在被测光纤中传播；
(2)将探测光源输出的探测光束聚焦到被测光纤上的某一区域；
(3)采用光电探测器对从被测光纤出射的探测光束进行探测，光电探测器将探测的光信号转化成电信号，输入交流弱信号检测装置进行检测，获得探测光束的传播特性在经过被测光纤某一区域时的变化量；
(4)根据探测光束的传播特性在经过被测光纤某一区域时的变化量，得到被测光纤该区域对泵浦光束的吸收特性；
(5)改变探测光束在被测光纤上的聚焦区域，重复上述步骤(3)和步骤(4)，得到被测光纤各个区域对泵浦光束的吸收特性，获得被测光纤内部吸收特性的空间分布。
[0009]所述的光纤内部吸收特性的检测方法，所述步骤(3)中，从被测光纤出射的探测光束经由探测光会聚装置、探测光滤光装置和空间滤波器后，再进入光电探测器。
[0010]所述的光纤内部吸收特性的检测方法，所述步骤(3)中，所述交流弱信号检测装置选用锁相放大器。
[0011]所述的光纤内部吸收特性的检测方法，所述步骤(5)中，改变探测光束在被测光纤上的聚焦区域，具体通过以下步骤实现:
(1)将被测光纤的其中一段固定放置在光纤装夹位移装置上，然后将探测光束聚焦到该段光纤的某一区域；
(2)将该段光纤随同光纤装夹位移装置一起沿着光纤的轴向移动，改变探测光束在该段光纤上聚焦区域的相对位置；
(3)改变光纤装夹位移装置在被测光纤上的装夹位置，重复上述步骤。
[0012]一种光纤内部吸收特性的检测装置，包括分别与被测光纤光路连接的泵浦光源、探测光源和光电探测器，所述泵浦光源与被测光纤之间依次设有光调制装置和光耦合装置，所述探测光源与被测光纤之间设有探测光第一会聚装置，所述被测光纤与光电探测器之间依次设有探测光第二会聚装置、探测光滤光装置和空间滤波器；所述光电探测器的输出端与交流弱信号检测装置的输入端连接。
[0013]所述的光纤内部吸收特性的检测装置，还包括用于放置和移动被测光纤的光纤装夹位移装置，所述光纤装夹位移装置与被测光纤固定连接。
[0014]所述的光纤内部吸收特性的检测装置，所述光调制装置与光耦合装置之间设有分光装置，所述分光装置的反射光路上设有光功率探测装置。
[0015]所述的光纤内部吸收特性的检测装置，所述探测光源与探测光第一会聚装置之间依次设有探测光整形处理装置和探测光角度调整装置。
[0016]所述的光纤内部吸收特性的检测装置，所述探测光滤光装置与空间滤波器之间设有探测光分光装置，所述探测光分光装置的反射光路上设有探测光功率探测装置。
[0017]本发明利用激光光束在光纤中传播、被光纤本身吸收并引起光纤局部温度升高，从而引起光纤局部物理特性发生变化这一效应来检测光纤内部的吸收特性，可以获得光纤内部吸收特性的空间分布，进而得到光纤内部缺陷的空间分布，本发明具有高分辨率、高灵敏度等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明的装置结构示意图。
[0019]【具体实施方式】
[0020]如图1所示，泵浦光源发出的泵浦激光光束100耦合进入被测光纤6并在其中传播，由于光纤本身对激光的吸收，在泵浦光束经过的区域都会引起光纤的温度升高，从而使得光纤的物理特性发生变化，如热膨胀、折射率改变等。此时，用一束较弱的探测光束800经由探测光第一会聚装置11聚焦后照射到被测光纤6上并透过被测光纤6，对这束入射的探测光束800来说，被测光纤6就相当于一个“柱透镜”。由于上述的光吸收所引起的光纤物理特性的变化，透过被测光纤6的探测光束801的传播特性也会相应地发生变化，如会产生新增的会聚或发散效应。这种变化的大小是由光纤本身对泵浦激光吸收的大小决定的。吸收越大，引起探测光束传播特性的变化也越大，相应地，光电探测器17探测到的信号也越大。在一定的泵浦激光功率范围内，吸收与测量信号呈线性关系。通过对这种探测光束传播特性变化的检测，就可以得到光纤在探测光束经过区域对泵浦激光的吸收特性。
[0021]对探测光束传播特性的变化的检测，可以采用由探测光第二会聚装置12、探测光滤光装置13、空间滤波器16和光电探测器17所组成的检测单元。经过被测光纤6的探测光束801由探测光第二会聚装置12收集，并通过探测光滤光装置13滤掉除探测光以外的杂散光，再经过空间滤波器16后由光电探测器17进行探测，空间滤波器16只让部分探测光束801通过。探测光束801中产生新增的会聚或发散效应，会相应地弓I起通过空间滤波器16的探测光能量的改变。由于探测光束传播特性的变化量往往比较小，甚至小于探测光束本身的噪声波动，因此一般需要利用交流弱信号检测装置来进行检测，常用的交流弱信号检测装置有锁相放大器等，采用锁相放大器对激光诱导探测光热信号进行检测时，将对泵浦激光光束进行光强调制的调制信号频率作为锁相放大器的参考信号频率，这样可以大大抑制探测光束本身的噪声以及外部环境噪声等对测量结果的影响，达到很高的检测灵敏度；调制信号的频率不宜过高，这样可以消除被测光纤本身热物理特性对检测结果的影响。
[0022]当探测点相对于光纤方向进行移动，对经过的光纤上每一点都进行检测，就可以获得光纤内部吸收特性的空间分布。因为光纤本身的芯径比较小，大多数在几微米到几百微米之间，而一般聚焦后的光斑尺寸也在这个范围，因此，采用本发明测量得到的吸收特性的空间分布只有在沿光纤的方向上有分辨率，分辨率的大小取决于激光光斑的大小。在光纤的横向截面上没有分辨率。
[0023]如图2所示，一种光纤内部吸收特性的检测装置，包括有泵浦光源1、光调制装置
2、分光装置3、光功率探测装置4、光耦合装置5、被测光纤6、光纤装夹位移装置7、探测光源8、探测光整形处理装置9、探测光角度调整装置10、探测光第一会聚装置11、探测光第二会聚装置12、探测光滤光装置13、探测光分光装置14、探测光功率探测装置15、空间滤波器
16、光电探测器17和交流弱信号检测装置18。
[0024]光调制装置2可采用光调制器或者斩波器，分光装置3和探测光分光装置14可采用分光片或者分光棱镜，光功率探测装置4和探测光功率探测装置15可采用功率计或者功率探测器，光耦合装置5可采用显微物镜，探测光整形处理装置9可采用扩束镜，探测光角度调整装置10可采用高反射镜，探测光第一会聚装置11和探测光第二会聚装置12可采用聚焦透镜，探测光滤光装置13可采用滤光片，交流弱信号检测装置18可采用锁相放大器。
[0025]由泵浦光源I发出的泵浦光束经过光调制装置2后光强受到调制，再经过分光装置3被分为两束，其中一束进入到光功率探测装置4，用于对入射到被测光纤6里的泵浦光的功率进行监测，另一束经过光耦合装置5耦合到被测光纤6里面，并在被测光纤6里传播，由于被测光纤6对泵浦光能量的吸收，会引起被测光纤6的温度的升高，从而使得被测光纤6的物理特性发生变化。
[0026]由探测光源8发出的探测光束依次经过探测光整形处理装置9、探测光角度调整装置10后，由探测光第一会聚装置11聚焦到被测光纤6上，经过被测光纤6的探测光束经由探测光第二会聚装置12收集，再经过探测光滤光装置13滤掉除探测光以外的其它波段的杂散光，经过探测光滤光装置13的探测光束由探测光分光装置14分为两束，其中一束进入探测光功率探测装置15，用于对探测光的功率进行监测，另一束则经过空间滤波器17后由光电探测器进行探测，光电探测器17将探测光热信号转化成电信号，输入交流弱信号检测装置18进行检测，再经过后续的数据分析处理，得到光纤内部吸收特性和缺陷空间分布。
[0027]被测光纤6其中的一段固定放置在光纤装夹位移装置7上，可以相对于探测光点进行扫描测量，从而获得光纤内部吸收特性的空间分布。由于光纤本身的特征，放置在光纤装夹位移装置7上的这一段光纤随该光纤装夹位移装置7 —起位移时，不会对传播光路产生影响，因此不影响扫描测量的过程。
[0028]以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种光纤内部吸收特性的检测方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)对泵浦光源输出的泵浦光束的光强进行调制，并将经过调制的泵浦光束耦合进入被测光纤，泵浦光束在被测光纤中传播； (2)将探测光源输出的探测光束聚焦到被测光纤上的某一区域； (3)采用光电探测器对从被测光纤出射的探测光束进行探测，光电探测器将探测的光信号转化成电信号，输入交流弱信号检测装置进行检测，获得探测光束的传播特性在经过被测光纤某一区域时的变化量； (4)根据探测光束的传播特性在经过被测光纤某一区域时的变化量，得到被测光纤该区域对泵浦光束的吸收特性； (5)改变探测光束在被测光纤上的聚焦区域，重复上述步骤(3)和步骤(4)，得到被测光纤各个区域对泵浦光束的吸收特性，获得被测光纤内部吸收特性的空间分布。
2.根据权利要求1所述的光纤内部吸收特性的检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，从被测光纤出射的探测光束经由探测光会聚装置、探测光滤光装置和空间滤波器后，再进入光电探测器。
3.根据权利要求1所述的光纤内部吸收特性的检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述交流弱信号检测装置选用锁相放大器。
4.根据权利要求1所述的光纤内部吸收特性的检测方法，其特征在于，所述步骤(5)中，改变探测光束在被测光纤上的聚焦区域，具体通过以下步骤实现: (1)将被测光纤的其中一段固定放置在光纤装夹位移装置上，然后将探测光束聚焦到该段光纤的某一区域； (2)将该段光纤随同光纤装夹位移装置一起沿着光纤的轴向移动，改变探测光束在该段光纤上聚焦区域的相对位置； (3)改变光纤装夹位移装置在被测光纤上的装夹位置，重复上述步骤。
5.一种光纤内部吸收特性的检测装置，其特征在于:包括分别与被测光纤光路连接的泵浦光源、探测光源和光电探测器，所述泵浦光源与被测光纤之间依次设有光调制装置和光耦合装置，所述探测光源与被测光纤之间设有探测光第一会聚装置，所述被测光纤与光电探测器之间依次设有探测光第二会聚装置、探测光滤光装置和空间滤波器；所述光电探测器的输出端与交流弱信号检测装置的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的光纤内部吸收特性的检测装置，其特征在于:还包括用于放置和移动被测光纤的光纤装夹位移装置，所述光纤装夹位移装置与被测光纤固定连接。
7.根据权利要求5所述的光纤内部吸收特性的检测装置，其特征在于:所述光调制装置与光耦合装置之间设有分光装置，所述分光装置的反射光路上设有光功率探测装置。
8.根据权利要求5所述的光纤内部吸收特性的检测装置，其特征在于:所述探测光源与探测光第一会聚装置之间依次设有探测光整形处理装置和探测光角度调整装置。
9.根据权利要求5所述的光纤内部吸收特性的检测装置，其特征在于:所述探测光滤光装置与空间滤波器之间设有探测光分光装置，所述探测光分光装置的反射光路上设有探测光功率探测装置。
【文档编号】G01M11/02GK103712780SQ201310730491
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】吴周令, 陈坚 申请人:合肥知常光电科技有限公司