一种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预制棒折射率分布剖面测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学技术领域，具体涉及一种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预 制棒折射率分布剖面测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002] 折射率是晶体的一个基本参数，是研宄晶体其它光学性质的基础。对于同一晶体， 不同波长对应不同的折射率，其测量值对器件设计至关重要。
[0003] 光纤作为新型的光波传输介质，由于具有优良的物理、化学、机械等性能，在现代 光通信和光传感发展中具有举足轻重的地位，并在工农业生产、科学研宄、国防安全、空间 技术等领域得到了广泛应用。
[0004] 在制造光纤时，先要制作出光纤预制棒，光纤预制棒的直径一般从几毫米到几十 毫米（俗称光棒）。光纤的内部结构就是在预制棒中形成的，因而，预制棒的性能是光纤工 艺中最重要的部分。很多时候，我们要在拉制光纤之前初步了解光纤预制棒的折射率，进而 了解其它的光学性质。因此，对光纤预制棒折射率测量装置的研宄有重要意义。
[0005] 早在1982年，曾有人指出可以采用光束偏折法测光纤预制棒的折射率分布（光学 技术，1982,01期11-15)，其测量方法共分二部分。第一部分是测定预制棒包皮的折射率 值，第二部分是对没有包皮的预制棒（将预制棒放入与包皮折射率匹配的浸油中）进行测 量，在该步骤中，首先同样需要测量光强，根据光强的峰值计算得出偏折角，进而计算折射 率。由此可见，该方法测量过程繁琐。首先，要配置与折射率匹配的浸油，但是浸油易挥发， 以致会改变其折射率。而且，能够对测量结果产生影响的因素也很多，比如，在测量光强值 时对光束的要求很高，要求光束极细否则会带来误差等等。公开号为CN1776411A的专利文 件中提出一种采用细光束扫描聚合物光纤预制棒折射率的测量方法及装置。其测量方法是 光源照射在光纤预制棒的侧面上，沿着预制棒的直径方向传输后到达CCD摄像机的探测面 上，并将相关数据传输到计算机，利用折射率分布测试程序进行模拟和处理后，最终在计算 机上显示出光纤预制棒的折射率分布曲线。在测量过程中，将光纤预制棒看成由很多折射 率不同的薄圆筒层组成，因此会有问题出现，若分层数太少，由于涉及的理论计算比较多， 误差就会比较大；若分层数太多，可能又会超出计算范围。因此该种方法精确度不是很高， 误差控制也比较复杂。综合考虑，本发明提供了一种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤 预制棒折射率剖面测量装置，并给出了其具体的测量方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种简便、稳定、可靠的基于白光干涉绝对光程比较法的 光纤预制棒折射率分布剖面测量装置。本发明的目的还在于提供一种一种基于白光干涉绝 对光程比较法的光纤预制棒折射率分布剖面测量方法。
[0007] 本发明的目的是这样实现的：
[0008] -种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预制棒折射率分布剖面测量装置，包括 光纤Michelson干涉仪、精密三维位移平台和信号处理单元，由宽带白光光源及其驱动器、 3dB光纤耦合器、光纤准直器、反射扫描镜、带有准直器的探测光纤、光探测器、信号处理单 元、待测光纤预制棒、精密三维位移平台组成，3dB光纤耦合器的a端和宽带白光光源相连， b端和光纤准直器相连，在光纤准直器的出射端放置反射扫描镜，光纤耦合器的c端和探测 光纤相连，光纤耦合器的d端和光探测器的接收端相连，光探测器的输出端和信号处理单 元相连，探测光纤的右端正对着待测光纤预制棒，待测光纤预制棒被固定在精密三维位移 平台上，白光光源发出的宽谱光经由3dB光纤親合器分束后，一束光经由端親合到光纤准 直器，照射到反射式扫描镜，表面发生反射，反射光回到3dB光纤耦合器，另一束光经由端 耦合到探测光纤，照射到待测光纤预制棒的第一个反射端面发生反射，反射光同样回到3dB 光纤耦合器，两束反射光合束后，经由d端被光探测器接收，信号处理单元对信号进行处理 后即可获得参考干涉信号Pi(x，y)，将反射扫描镜向远端移动直到反射光程与预制棒的后 端反射信号所对应的光程完全相等时，获得测量干涉信号峰值的位置P2 (x，y)。
[0009] 基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预制棒折射率分布剖面测量方法，白光光源 发出的宽谱光经由3dB光纤耦合器分束后，一束光经由b端耦合到光纤准直器，照射到反射 式扫描镜，在表面发生反射，反射光回到3dB光纤親合器，另一束光经由c端親合到探测光 纤，照射到待测光纤预制棒的第一个反射端面发生反射，反射光同样回到3dB光纤耦合器， 两束反射光合束后，经由d端被光探测器接收，信号处理单元对信号进行处理后即可获得 参考干涉信号Pi(x，y)，将反射扫描镜向远端移动直到反射光程与预制棒的后端反射信号 所对应的光程完全相等时，获得测量干涉信号峰值的位置P2 (x，y)，在测量过程中，任意空 间位置点的反射信号所对应的扫描镜位置都相同为Pi(〇)，光纤预制棒置于三维位移平台 上，通过三维位移平台在x-y平面内移动完成光纤预制棒剖面的二维逐点扫描测量；通过 测量反射式扫描镜前后两次干涉峰值信号对应的扫描镜的空间位置移动的差值AP(x，y) =P2 (x，y)-Pi(0)，获得在光纤预制棒中穿过该点传输长度为U的光程设在光纤预制棒横 断面上该点的折射率值为n(X，y)，光程为n(X，y)k，通过光程差P2(X，y) (0) =n(X，y)L。 的测量来实现折射率的测量
【主权项】
1. 一种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预制棒折射率分布剖面测量装置，包括 光纤Michelson干涉仪、精密三维位移平台和信号处理单元，由宽带白光光源及其驱动器 (l)、3dB光纤耦合器（2)、光纤准直器（3)、反射扫描镜（4)、带有准直器的探测光纤（5)、光 探测器（6)、信号处理单元（7)、待测光纤预制棒（8)、精密三维位移平台（9)组成，其特征 在于：3dB光纤耦合器（2)的a端和宽带白光光源（1)相连，b端和光纤准直器（3)相连， 在光纤准直器（3)的出射端放置反射扫描镜（4)，光纤耦合器的c端和探测光纤（5)相连， 光纤耦合器的d端和光探测器（6)的接收端相连，光探测器（6)的输出端和信号处理单元 (7)相连，探测光纤（5)的右端正对着待测光纤预制棒（8)，待测光纤预制棒（8)被固定在 精密三维位移平台（9)上，白光光源发出的宽谱光经由3dB光纤耦合器（2)分束后，一束光 经由（b)端耦合到光纤准直器（3)，照射到反射式扫描镜（4)，表面发生反射，反射光回到 3dB光纤耦合器（2)，另一束光经由（c)端耦合到探测光纤（5)，照射到待测光纤预制棒（8) 的第一个反射端面发生反射，反射光同样回到3dB光纤耦合器（2)，两束反射光合束后，经 由d端被光探测器（6)接收，信号处理单元（7)对信号进行处理后即可获得参考干涉信号 P1 (x，y)，将反射扫描镜（4)向远端移动直到反射光程与预制棒（8)的后端反射信号所对应 的光程完全相等时，获得测量干涉信号峰值的位置P 2 (X，y)。
2. -种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预制棒折射率分布剖面测量方法，其特征 是：白光光源发出的宽谱光经由3dB光纤親合器（2)分束后，一束光经由b端親合到光纤 准直器（3)，照射到反射式扫描镜（4)，在表面发生反射，反射光回到3dB光纤耦合器（2)， 另一束光经由c端耦合到探测光纤（5)，照射到待测光纤预制棒（8)的第一个反射端面发 生反射，反射光同样回到3dB光纤耦合器（2)，两束反射光合束后，经由d端被光探测器（6) 接收，信号处理单元（7)对信号进行处理后即可获得参考干涉信号P 1(Xj),将反射扫描镜 (4)向远端移动直到反射光程与预制棒（8)的后端反射信号所对应的光程完全相等时，获 得测量干涉信号峰值的位置P2(x，y)，在测量过程中，任意空间位置点的反射信号所对应的 扫描镜位置都相同为P 1 (〇)，光纤预制棒置于三维位移平台上，通过三维位移平台在x-y平 面内移动完成光纤预制棒剖面的二维逐点扫描测量；通过测量反射式扫描镜（4的）前后两 次干涉峰值信号对应的扫描镜的空间位置移动的差值Δ P (X，y) = P2 (X，y) -P1 (〇)，获得在 光纤预制棒中穿过该点传输长度为Ltl的光程设在光纤预制棒横断面上该点的折射率值为 η (X，y)，光程为η (X，y) Lci,通过光程差P2 (X，y) -P1 (0) = η (X，y) Ltl的测量来实现折射率的测 量，既
，折射率nd，对应的光程为IicdL ci,测得光纤预制棒的折射 率分布n(x, y) = nel+[P2(x，y)-P2(xQ, yJVl^Pjx。，yQ)代表已知折射率的包层处预制棒远 端反射信号干涉峰值所对应的反射扫描镜的位置，光纤预制棒长度为U，光纤预制棒包层 的折射率为ηε1。
3. 根据权利要求1所述的一种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预制棒折射率分 布剖面测量装置，其特征是：所述的宽谱光源是ASE光源或者SLD光源或者LED光源。
【专利摘要】本发明属于光学技术领域，具体涉及一种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预制棒折射率分布剖面测量装置及测量方法。一种基于白光干涉绝对光程比较法的光纤预制棒折射率分布剖面测量装置，由光纤Michelson干涉仪、精密三维位移平台和信号处理单元，由宽带白光光源及其驱动器、3dB光纤耦合器、光纤准直器、反射扫描镜、带有准直器的探测光纤、光探测器、信号处理单元、待测光纤预制棒、精密三维位移平台组成。本发明提出的光纤预制棒折射率剖面测量装置具有结构简单、测量方便、操作调节简单等优点。
【IPC分类】G01N21-45
【公开号】CN104535534
【申请号】CN201410777264
【发明人】苑立波, 张晓彤, 郭晓宇, 苑勇贵, 杨军
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月15日