CN102313594B - 不同衍射角光强分布的探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能实现自动检测光纤衍射场在不同衍射角光强分布的检测装置。装置由光源系统、振镜、光电探测系统、信号采样系统和信号检出处理系统构成，光源系统通过光束与振镜中的平面镜进行光连接；振镜通过平面镜将光束反射至光电探测系统；光电探测系统将接受的光信号转换成电信号，并通过数据线传输到信号采集系统；信号采集系统对信号进行逐点采样并送入信号检出处理系统，最后再由信号检出处理系统对信号检出，计算机计算出不同衍射角相对光强分布情况。本装置可根据不同光纤远场衍射条件调整光电探测器的位置，从而调整光纤到光电探测器的测量距离，实现光电探测系统不动，便可对待测光源在不同衍射角衍射光强的分布情况进行探测。

Description

不同衍射角光强分布的探测装置

技术领域

 本发明涉及一种探测光衍射场光强分布的装置，尤其是能实现自动探测光纤衍射场在不同衍射角光强分布的探测装置。

背景技术

光传输过程都具有衍射现象，因此研究光的衍射场分布特性具有重要意义。目前，传统的光纤端面衍射场光强分布探测装置是基于在圆弧线上同时移动光电探测器和狭缝位置，以实现探测不同衍射角位置的光强大小。但是，这种传统的实验测量装置，需要光电探测器所在测量圆弧中心与待测光源进行严格对心，实际测量时需要手动移动光电探测器的位置，操作复杂，具有测量距离不可根据实际情况进行调整的缺点。

因此，如何克服其操作复杂及不可根据实际情况进行调整测量距离的不足，提高探测衍射光强分布装置的实用性，一直是传统的探测光纤衍射场光强分布装置存在的问题。

发明内容

本发明的目标是可根据实际情况进行调节测量距离，并且不需要手动移动光电探测器，便可自动探测待测光纤在各个衍射角位置的光强分布情况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：装置由光源系统、振镜、光电探测系统、信号采样系统和信号检出处理系统构成，其中光源系统通过导光光纤射出的光束与振镜中的平面镜进行光连接；振镜通过设置于震镜摆动电机上方的平面镜将光束反射至光电探测系统；光电探测系统将接受的光信号转换成电信号，并通过数据线传输到信号采集系统；信号采集系统对信号进行逐点采样并送入信号检出处理系统，最后再由信号检出处理系统对信号检出，计算机计算出不同衍射角相对光强分布情况。

所述的光源系统是由导光的待测光纤和光纤固定夹构成，光纤固定夹呈倒挂状位于装置顶部，待测光纤位于夹子的开端内。光纤固定夹对光纤起定位作用，能确保光纤射出的光轴与镜片转轴中心在同一直线上。

所述的振镜由平面镜、摆动电机、驱动控制电路构成。平面镜位于摆动电机的上端，驱动控制电路位于摆动电机的下端。驱动控制电路提供的一个摆动电机偏转所需的周期性驱动电压，该电压能使摆动电机驱动镜片进行周期性反复偏转，一个周期的偏转便将各个衍射角光束光强信号依次扫描进光电探测器中。

所述的光电探测系统由光电倍增管、狭缝、系统处理电路组成。狭缝位于光电倍增管前端，光电倍增管直接与系统处理电路相连。光电倍增管前端的狭缝保证了进入光电倍增管的光束为小夹角光束。光电倍增管通过接收周期性光束光强信号，并将此光束光强信号通过系统处理电路转化为周期性电信号，并由数据线输入信号采集系统中。

所述的信号采样系统由电子开关和延迟电路组成。电子开关对光电探测系统输入的周期性电信号进行分时间段采样，每100个周期分为一时间段，每周期同一衍射角方向的点信号为采样点，每采样一次都通过数据线输入到锁相放大器中。每时间段采样完毕，启动一次延迟电路，由延迟电路控制电子开关，对下一时间段各周期另一衍射角方向的点信号再进行重复采样。由于设置了延迟电路，使的时间段与时间段之间采样点的衍射角方向的点信号位点不同，每段得到周期性的同一衍射角位置对应电信号数值的采样信号。

所述的信号检出处理系统由锁相放大器和计算机构成。锁相放大器分别通过信号线接受信号采集系统输入的采样信号和振镜的驱动控制电路提供的参考信号，锁相放大器和计算机之间通过总线连接。锁相放大器中所得到的周期性信号经检出并放大后转化为同一衍射角位置对应电信号数值并将检出的每一个衍射角对应电信号数值输入计算机中，最终由计算机中分析出不同衍射角光强分布的数值，由此分析出光强极大值的位置。

本发明设计出的装置，在实际情况下，可调整光电探测器的位置（不同光纤远场衍射条件不同），从而调整光纤到光电探测器的测量距离，基于镜片在连续偏转不同角度时，将对应衍射角方向的光线反射至光电探测器中，镜片在摆动电机的带动下随时间有规律的偏转，将各个衍射角光强依次反射进光电探测器中，因此以一个周期为时间间隔采样得到的点信号即为同一衍射角位置光强信号，对同一个点进行有限次采样，由锁相放大器探测出该点光强大小，由延迟电路的启动时间控制对一个点的采样次数，然后依次对下一个点完成采样工作，这样依次将整个周期的电信号进行逐点采样并检出，实现光电探测系统不动，便可对待测光源在不同衍射角衍射光强的分布情况进行探测。

附图说明

图1是探测装置结构原理方框图。

图2是探测装置结构示意图。

图3是本发明的一个实施例光路图。

图4是实施例中预测光强效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。

图1中，光源系统通过导光光纤射出的光路与振镜进行光连接，振镜通过设置于系统中的镜片将光路反射至光电探测系统；光电探测系统将接受的光信号转换成电信号，并通过数据线将此信号传输到信号采样系统对电信号进行逐点采样，并送入信号检出处理系统；由信号检出处理系统中的计算机计算出待测光纤端面衍射在不同衍射角的相对光强分布情况。

图2中，1是导光光纤，光源通过该待测光纤输出射向振镜中的光束；2是光纤固定夹，对导光光纤起定位作用；3是振镜中的平面镜，可反射由导光光纤（1）发射出的待测光；4是振镜中的摆动电机，带动平面镜（3）按照一定频率偏转；5是振镜中的驱动控制电路，在专用电源供电作用下由其产生的驱动信号可控制摆动电机；6是振镜的专用电源线；7是锁相放大器，可接收振镜驱动控制电路（5）向其输入的参考信号，同时锁相放大器（7）对采样信号进行检出，并送入计算机进行计算分析；8是计算机；9是电子开关；10是延迟电路；用振镜驱动控制电路的周期信号通过延迟电路（10）控制电子开关进行逐点采样，输入锁相放大器（7）中，然后再启动延迟电路对下一个信号点进行采样；11是光电探测系统；12是外壳箱，该箱为一封闭式不透光的箱体，以避免外界的杂散光影响测量结果。

在图3中，1是通光光纤；3是振镜中的平面镜；11是光电探测系统。当平面镜（3）处于MN位置时，将中心位置光线反射进光电探测系统（11）中，此时光电探测系统（11）只能探测到中心位置光强大小；当平面镜（3）在摆动电机的控制下逆时针偏转a角时，即平面镜（3）位于M′N′将衍射角为b的光线反射进光电探测系统（11）中，其它方向衍射光束则不能进入光电探测系统（11）中，此时光电探测系统（11）探测到衍射角为b位置光强大小，b角与a角之间的关系可近似看作b=2L₁/ (L₁+ L₂) a，因此当平面镜在摆动电机的驱动下偏转在不同角度时，将光纤不同衍射角光强依次反射进光电探测器（11）中。

预测结果1

根据本发明所述的技术方案和附图1～3所述的结构，对单模光纤的光衍射相对光强分布进行自动探测，其探测的效果如附图4所示。图中横轴表示空间衍射角，纵轴表示相对光强I/I₀，图中可见随着平面镜（3）角度的变化，光纤的衍射光强随空间衍射角规律的变化，其中，衍射场中央为亮斑，衍射角为0度时，中央亮斑光强最大。

Claims (6)

1.一种不同衍射角光强分布的探测装置，其特征是装置由光源系统、振镜、光电探测系统、信号采样系统和信号检出处理系统构成，其中光源系统通过导光光纤射出的光束与振镜中的平面镜进行光连接；振镜通过设置于振镜摆动电机上方的平面镜将光束反射至光电探测系统；光电探测系统将接受的光信号转换成电信号，并通过数据线传输到信号采集系统；信号采集系统对信号进行逐点采样并送入信号检出处理系统，最后再由信号检出处理系统对信号检出，计算机计算出不同衍射角相对光强分布情况。

2.根据权利要求1所述的一种不同衍射角光强分布的探测装置，其特征是所述的光源系统是由导光的待测光纤和光纤固定夹构成，光纤固定夹呈倒挂状位于装置顶部，待测光纤位于夹子的开端内。

3.根据权利要求1所述的一种不同衍射角光强分布的探测装置，其特征是所述的振镜由平面镜、摆动电机、驱动控制电路构成，平面镜位于摆动电机的上端，驱动控制电路位于摆动电机的下端，驱动控制电路提供的一个摆动电机偏转所需的周期性驱动电压。

4.根据权利要求1所述的一种不同衍射角光强分布的探测装置，其特征是所述的光电探测系统由光电倍增管、狭缝、系统处理电路组成，狭缝位于光电倍增管前端，光电倍增管直接与系统处理电路相连。

5.根据权利要求1所述的一种不同衍射角光强分布的探测装置，其特征是所述的信号采样系统由电子开关和延迟电路组成，电子开关对光电探测系统输入的周期性电信号进行分时间段采样，每100个周期分为一时间段，每周期同一衍射角方向的点信号为采样点，每时间段采样完毕，启动一次延迟电路，由延迟电路控制电子开关，对下一时间段各周期另一衍射角方向的点信号再进行重复采样。

6.根据权利要求1所述的一种不同衍射角光强分布的探测装置，其特征是所述的信号检出处理系统由锁相放大器和计算机构成，锁相放大器分别通过信号线接受信号采集系统输入的采样信号和振镜的驱动控制电路提供的参考信号，锁相放大器和计算机之间通过总线连接。

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