CN102183490B

CN102183490B - 光纤全息干涉测量装置

Info

Publication number: CN102183490B
Application number: CN2011100328830A
Authority: CN
Inventors: 黄素娟; 付兴虎; 王廷云
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: CN102183490A

Abstract

本发明述及一种光纤全息干涉测量装置。它包括一个可调谐激光光源、一个单模光纤耦合器、一个压电陶瓷筒、一个第一偏振控制器、一个第二偏振控制器和一个图像采集模块，其特征在于所述可调谐激光光源连接单模光纤耦合器的输入端，所述单模光纤耦合器的两个输出端子分别通过第一光纤依次连接压电陶瓷筒、第一偏振控制器和第二光纤构成全息干涉参考臂，通过第三光纤依次连接第二偏振控制器、第四光纤和特种光纤构成全息干涉信号臂，所述第二光纤和特种光纤的输出光波叠加构成同轴全息干涉区域或离轴全息干涉区域，并被图像采集模块所接收。本发明具有高可靠性、高精确性和易于操作的特点，不仅可用于测量特种光纤的折射率分布，还可用于测量不同类型的特种光纤、全息干涉条纹的相位差变化、特种光纤内外缺陷和损伤等。

Description

光纤全息干涉测量装置

技术领域

本发明涉及一种光纤全息干涉测量装置，属于光电检测领域。

背景技术

近年来，随着国内外光纤通信与传感系统技术研究的蓬勃发展，光纤性能成为关乎系统成败的关键问题。现有的光纤性能检测，主要包括破坏性检测（端面三维形貌测量和光纤出射能量分布检测等）和非破坏性检测（作为光学相位物体干涉检测），它们在光纤性能检测中发挥了重要的作用。而这些检测技术中，前者的最大特点是必须切断光纤，且对切断面的质量要求很高；后者的实验装置光路复杂，且对光路调整精度高。此外，如果对光纤性能测量不准确，导致测量误差较大，使用时会对光纤通信与传感系统的性能造成影响。

随着光纤掺杂和拉制技术的快速发展，用于特定领域的特种光纤逐渐成为国际的竞争焦点。在光纤性能中，光纤折射率是决定光纤带宽、损耗和光学特性的关键因素，常规光纤的折射率分布主要包括阶跃型和渐变型，具有特别广泛的应用。而造成光纤折射率分布不均匀的因素，主要包括：（1）纤芯和包层所用材料的纯度；（2）由于外部损伤造成的纤芯或包层的微缺陷；（3）拉制过程中造成的光纤内部气泡。因此，如何能够准确可靠检测光纤折射率分布，一直是光纤性能检测技术的研究热点。目前，对光纤折射率分布的检测方法主要有：（1）折射近场法，通过测量从光纤泄露出来的折射光强度来分析光纤折射率分布，虽然分辨率高，方法可靠，但是检测时必须切断光纤，并要求高质量的切断面，且所需扫描控制机构复杂，测量速度慢；（2）原子力蚀刻法，通过测量光纤端面的三维形貌还原各点的折射率，但由于采用原子力显微镜，导致设备昂贵，存在环境要求高、测量速度慢等问题；（3）聚焦法，通过测量纤芯聚焦后光线的功率分布来计算其折射率分布，但对光源照明均匀性和稳定性要求较高，严重限制了此方法的应用；（4）干涉法，主要包括切片干涉和横向干涉，前者将光纤端面切片作为相位物体放入干涉系统中，但切片制作繁琐，端面的不平整度将严重影响测量精度，而后者是直接将光纤垂直于检测光线放入干涉系统，但各种光学元件构成的光路调整复杂，费事费力，对平台稳定性要求较高。因此，如何高灵敏度、高精度的检测光纤性能，成为光纤通信与传感应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种光纤全息干涉测量装置。该装置具有高可靠性、高精确性和易于操作的特点，不仅可用于测量特种光纤的折射率分布，还可用于测量不同类型的特种光纤、全息干涉条纹的相位差变化、特种光纤内外缺陷和损伤等。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种光纤全息干涉测量装置，包括一个可调谐激光光源、一个单模光纤耦合器、一个压电陶瓷筒、一个第一偏振控制器、一个第二偏振控制器和一个图像采集模块，其特征在于所述可调谐激光光源连接单模光纤耦合器的输入端，所述单模光纤耦合器的两个输出端子分别通过第一光纤依次连接压电陶瓷筒、第一偏振控制器和第二光纤构成全息干涉参考臂，通过第三光纤依次连接第二偏振控制器、第四光纤和特种光纤构成全息干涉信号臂，所述第二光纤和特种光纤的输出光波叠加构成同轴全息干涉区域或离轴全息干涉区域，并被图像采集模块所接收。

上述可调谐激光光源的波长为1550 nm。

上述第一光纤、第二光纤、第三光纤和第四光纤均为单模光纤。

上述特种光纤为双包层结构光纤，或者为三包层结构光纤。

上所述同轴全息干涉区域、离轴全息干涉区域的干涉条纹相位差和可见度分别由所述压电陶瓷筒的形变量和第一偏振控制器或第二偏振控制器控制。

上述离轴全息干涉区域的范围由第二光纤和特种光纤之间的夹角控制。

本发明的工作原理：

可调谐激光光源发出的光通过单模光纤耦合器分为两束，一束参考光和一束信号光。待测特种光纤与单模光纤通过光纤熔接机熔接在一起。信号臂中的信号光照射待测特种光纤后，携带特种光纤内部结构信息的出射信号光与参考光发生空间干涉，形成全息干涉图。通过压电陶瓷筒控制干涉相位差变化，提高全息图的检测灵敏度和准确度。根据全息干涉检测原理，待测物体的内部结构发生变化必然导致检测光路中的相位发生变化，进而造成全息图中的干涉条纹发生变化。光纤主要是由透明石英材料构成的，信号光能够透过光纤后与参考光发生干涉，其全息图成像于图像采集模块接收面上。光纤的纤芯和包层尺寸或折射率分布不同时，会导致透过后的信号光的光程缩短或增长，进而使得参考光和信号光的光程差发生变化，干涉条纹的相位差也随之变化；同理，当光纤受到内外损伤，造成光纤纤芯和包层的微缺陷时，干涉条纹的相位也会发生变化。此外，调整参考臂中的单模光纤和信号臂中的特种光纤的夹角，分别得到输出光束同轴干涉和离轴干涉时的全息干涉图。全息图中干涉条纹移动与相位变化有关，当光纤结构信息不同或发生微小变化时，都会引起全息干涉条纹的变化，通过检测条纹的变化，就能获得待测光纤性能信息。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

（1）可靠性好，精度高；

（2）其整体结构设计简单，易于操作；

（3）无复杂的光学系统，大大降低了成本。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构框图；

图2是第二光纤和特种光纤的输出光束同轴干涉时的结构框图；

图3是第二光纤和特种光纤的输出光束离轴干涉时的结构框图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例并结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1，一种光纤全息干涉测量装置，包括一个可调谐激光光源（1）、一个单模光纤耦合器（2）、一个压电陶瓷筒（7）、一个第一偏振控制器（8）、一个第二偏振控制器（9）和一个图像采集模块（11），所述可调谐激光光源（1）连接单模光纤耦合器（2）的输入端，所述单模光纤耦合器（2）的两个输出端子（A、B）分别通过第一光纤（3）依次连接压电陶瓷筒（7）、第一偏振控制器（8）和第二光纤（4）构成全息干涉参考臂，第三光纤（5）依次连接第二偏振控制器（9）、第四光纤（6）和特种光纤（10）构成全息干涉信号臂，所述第二光纤（4）和特种光纤（10）的输出光波叠加构成同轴全息干涉区域（12）或离轴全息干涉区域（13），并被图像采集模块（11）所接收。

所述可调谐激光光源（1）的波长为1550 nm。

所述第一光纤（3）、第二光纤（4）、第三光纤（5）和第四光纤（6）均为单模光纤。

所述特种光纤（10）为双包层结构光纤，或者为三包层结构光纤。

实施例二：

本实施例与实施例一相同，特别之处如下：

参见图2和图3，

所述同轴全息干涉区域（12）、离轴全息干涉区域（13）的干涉条纹相位差和可见度分别由所述压电陶瓷筒（7）的形变量和第一偏振控制器（8）或第二偏振控制器（9）控制。

所述离轴全息干涉区域（13）的范围由第二光纤（4）和特种光纤（10）之间的夹角控制。

本测试装置操作方法如下：

参见图1、图2和图3。

可调谐激光光源（1）发出的光通过单模光纤耦合器（2）分为两束，一束参考光和一束信号光，其输出波长为1550 nm。两个输出端子（A、B）分别通过第一光纤（3）依次连接压电陶瓷筒（7）、第一偏振控制器（8）和第二光纤（4）构成全息干涉参考臂，第三光纤（5）依次连接第二偏振控制器（9）、第四光纤（6）和特种光纤（10）构成全息干涉信号臂。待测特种光纤（10）与第四光纤（6）通过光纤熔接机熔接在一起。信号臂中的信号光照射待测特种光纤（10）后，携带特种光纤（10）内部结构信息的出射信号光与参考光发生空间干涉，形成全息干涉图。通过压电陶瓷筒（7）控制干涉相位差变化，提高全息图的检测灵敏度和准确度。信号光能够透过特种光纤（10）后与参考光发生干涉，其全息图成像于图像采集模块（11）接收面上。调整参考臂中的第二光纤（4）和信号臂中的特种光纤（10）的夹角，分别得到输出光束同轴干涉区域和离轴干涉区域时的全息干涉图。全息图中干涉条纹移动与相位变化有关，当特种光纤（10）结构信息不同或发生微小变化时，都会引起全息干涉条纹的变化，通过检测条纹的变化，就能获得待测特种光纤（10）性能信息。

Claims

1.一种光纤全息干涉测量装置，包括一个可调谐激光光源（1）、一个单模光纤耦合器（2）、一个压电陶瓷筒（7）、一个第一偏振控制器（8）、一个第二偏振控制器（9）和一个图像采集模块（11），其特征在于所述可调谐激光光源（1）连接单模光纤耦合器（2）的输入端，所述单模光纤耦合器（2）的两个输出端子（A、B）分别通过第一光纤（3）依次连接压电陶瓷筒（7）、第一偏振控制器（8）和第二光纤（4）构成全息干涉参考臂，通过第三光纤（5）依次连接第二偏振控制器（9）、第四光纤（6）和特种光纤（10）构成全息干涉信号臂，所述第二光纤（4）和特种光纤（10）的输出光波叠加构成同轴全息干涉区域（12）或离轴全息干涉区域（13），并被图像采集模块（11）所接收。

2.根据权利要求1所述的光纤全息干涉测量装置，其特征在于所述可调谐激光光源（1）的波长为1550 nm。

3.根据权利要求1所述的光纤全息干涉测量装置，其特征在于所述第一光纤（3）、第二光纤（4）、第三光纤（5）和第四光纤（6）均为单模光纤。

4.根据权利要求1所述的光纤全息干涉测量装置，其特征在于所述特种光纤（10）为双包层结构光纤，或者为三包层结构光纤。

5.根据权利要求1所述的光纤全息干涉测量装置，其特征在于所述同轴全息干涉区域（12）、离轴全息干涉区域（13）的干涉条纹相位差由所述压电陶瓷筒（7）的形变量控制，干涉条纹可见度由第一偏振控制器（8）或第二偏振控制器（9）控制。

6.根据权利要求1或5所述的光纤全息干涉测量装置，其特征在于所述离轴全息干涉区域（13）的范围由第二光纤（4）和特种光纤（10）之间的夹角控制。