CN102706884A - 一种检测光纤的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤检测装置和检测方法的技术领域，具体的说是一种检测光纤的装置及方法，等待检测的光纤与等待收卷光纤的卷筒之间设有两个光纤导轮，光纤一端穿过光纤导轮、连接卷筒，光纤另一端连接光源，两个光纤导轮、内部一侧设有若干遮光板，若干个遮光板构成一个与外界光源隔离的空腔，空腔内设有探测装置和着色枪。点亮光源，在远离界面的包层中的瑕疵会散射在光纤中传播的光，探测装置探测到后着色枪在光纤上相应位置做好含有瑕疵的标记，本发明能非常精确地确定诸如起气泡或尘粒等瑕疵的位置。位置精度可确认到+/-20厘米或更高，气泡或杂质颗粒等瑕疵的有效直径不小于～10微米。本发明能同时检测到在纤芯包层界面上或远离界面的瑕疵。

Description

一种检测光纤的装置及方法

[技术领域]

本发明涉及光纤检测装置和检测方法的技术领域，具体的说是一种检测光纤的装置及方法。

[背景技术]

光纤是一种连续生产的线性产品Linear Product光纤的一般构造含有纤芯，包层和涂覆层。光纤一般由超高纯气体合成的纯石英组成。包层一般是掺杂的纯石英，也由高纯度的光学高分子材料组成，涂覆层一般是高分子材料，具有机械保护等物化性能，有时外部还裹有塑胶或金属组成的保护材料也称“护套”。包层的光学折射率必须低于光芯的折射率，否则，光不能在纤芯与包层的界面通过全反射在光纤中有效传播，或者说光纤的损耗会太大而失去使用价值。除了折射率之外，还有其他影响光纤传输率透射率的因素。一般来说每卷光纤长度有几百米到几千米不等。光纤芯径截面一般很小，多根光纤挨个横排才有1毫米。

硬树脂包层石英光纤是一种大芯径石英光纤，它的结构为：石英纤芯；光学硬树脂包层。光纤纤芯直径一般不小于200微米，光纤包层的厚度为10微米左右。由于包层材料不是石英而是高分子材料，在纤芯拉丝中高分子材料通过涂覆工艺形成包层，包层的光学质量及其和石英纤芯的结合度受许多因素影响，例如：高分子材料的粘度，涂覆工艺及涂覆温度等。包层的质量影响着光纤的性能，由于生产工艺往往不总是非常理想，在高分子材料准备中难免引入气泡，导致包层中带有气泡；有时光纤涂覆工艺中，生产环境中飘浮在空气里的尘粒等颗粒杂质进入包层，这些瑕疵气泡或杂质颗粒可以出现在包层和纤芯接合面（界面）上，但大多远离界面。在许多情况下，这种瑕疵气泡和尘粒杂质不是球形而是扁平细长形状的，长度或在几个微米到几百微米不等，当此种瑕疵气泡和颗粒数量和尺寸越大、越靠近纤芯和包层界面时，光纤的传输率下降就越大，产品质量下降就越厉害，导致不合格产品出现。光纤之所以成为光纤就是依靠纤芯和包层形成的全反射条件。显而易见，当瑕疵在纤芯和包层界面时，光纤的全反射条件遭到破坏，光纤传输率急剧下降；当瑕疵在包层中但离纤芯/包层界面有一定距离时，光纤的全反射条件仍旧成立，按照几何光学，光纤传输率不会受到影响，但事实并非如此，传输率下降，损耗增加，甚至在离界面几十个波长之外的瑕疵都对传输率有负面影响，这是因为几何光学不再准确，代之的是量子力学和波动光学。依据波动光学，并非所有光的能量在纤芯中，一部分会在包层中传播，因而在远离界面的包层中的瑕疵会散射在光纤中传播的光，部分散射光离开光纤，被探测到。导致局部能量密度增加，引起材料温度升高。带有这种瑕疵的不合格光纤在传能应用中有较大的使用隐患，瑕疵会散射光纤中传播的光学能量，如传播能量较大时或者光纤连续使用时，瑕疵点或附近会积累能量发热，导致包层或涂覆层烧焦最终光纤失效。在激光微创手术等应用中，就有可能出现医疗事故。因此有必要找到带有此类瑕疵的光纤，并确定瑕疵的位置，去除瑕疵，避免事故。

在实际中，一般通过测量光纤的传输率来寻找带有这种瑕疵的光纤，测量大芯径光纤的传输率一般需要至少～100米长度的光纤，传输率方法对在纤芯包层界面上的瑕疵有效，但是在包层中瑕疵远离界面的情况效果很差。这种方法有如下缺点：1.传输率方法只能确认可能有导致传输率下降的瑕疵，不能确定带有瑕疵的确切位置，结果整卷光纤或近百米的光纤报废；2.一般标准硬树脂单包层石英光纤有2000米，为了确定瑕疵的确切位置，减少报废长度，必须多次把光纤切成几段，结果增加了测量时间，最后的光纤长度变得过短，企业只能减价处理，降低了企业效益；3.虽然能检测到纤芯包层界面上的瑕疵，但对远离纤芯和包层界面的瑕疵不灵敏，不能检测到离开纤芯包层界面的在包层中的瑕疵，对光纤的应用造成隐患。

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有技术中存在检测精度不理想、检测造成间接成本高的缺陷，提供一种精确检测光纤的装置和方法。

为实现上述目的设计一种检测光纤的装置，包括等待检测的光纤1、等待收卷光纤的卷筒2、光纤导轮3、4、探测装置5、着色枪6和光源9，其特征在于等待检测的光纤1与等待收卷光纤的卷筒2之间设有两个光纤导轮3、4，光纤1一端穿过光纤导轮3、4连接卷筒2，光纤1另一端连接光源9，两个光纤导轮3、4内部一侧设有若干遮光板，若干个遮光板构成一个与外界光源隔离的空腔，空腔内设有探测装置5和着色枪6。

所述的探测装置5采用人眼或光探测器。

所述的光源9采用红色半导体激光器。

本发明还包括一种检测光纤的方法，光纤包括纤芯、包层和涂覆层，其特征在于点亮光源9，依据波动光学，并非所有光的能量在纤芯中，一部分光会在包层中传播，因而在远离界面的包层中的瑕疵会散射在光纤中传播的光，部分散射光离开光纤，被探测装置5探测到，着色枪在光纤上相应位置做好含有瑕疵的标记。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明设计的方法配合装置能非常精确地确定诸如起气泡或尘粒等瑕疵的位置。位置精度可确认到+/-20厘米或更高，气泡或杂质颗粒等瑕疵的有效直径不小于～10微米。本发明能同时检测到在纤芯包层界面上或远离界面的瑕疵。

本发明适用范围广，不仅适合硬树脂包层石英光纤，也合适包层较厚的软树脂包层石英光纤和其它光纤。

[附图说明]

图1是本发明的装置结构示意图；

图中1.被测光纤卷盘  2.光纤收卷盘  3和4为光纤导轮组合  5.光探测器或人眼  6.着色枪或笔  7和8为卷盘固定轴  9.激光器光源  10.光纤  11.散射点

[具体实施方式]

结合附图对本发明做进一步说明，本发明所用装置的结构和对本专业的人来说是非常清楚的。本发明的装置和结构包括但不限于下述实施例。

实施例：

按照附图在实验室搭建装置，光纤导轮半径为10毫米，光纤线卷1和2是标准的直径为6英寸的塑料线卷，线卷盘1松松地套在线卷固定轴8上，线卷2固定在轴7，轴7通过齿轮调速器由人工转动，转速可以调节100-5000rpm。所用光源为～3毫瓦的普通红色660nm二极管激光器9，激光器从Amazon.Com网站采购的最普通的红色半导体激光器并带有带有钥匙圈价格5美元。激光对准被测光纤线卷的光纤内端头并射入光纤纤芯中，激光器9通过连接头固定到光纤上并粘在线卷卷盘上。

检测时，右边是等待检测的一卷光纤1，左边是等待收卷光纤的空卷筒2，手动或马达转动空卷筒2牵引着光纤，中间有两组光纤导轮3和4，两组光纤导轮之间有探测装置5和着色枪6，探测装置和着色枪安放在与外界其它光源隔离的环境中，探测装置可以是人眼也可以是光探测器如光伏二极管，采用了Thorlabs’DET36光探测器，一卷待检光纤1有两端，外面一端手工卷入空卷筒以备光纤牵引，另外一端连接上光源9，光源为价格极其低廉的体积极小的红色半导体激光器。点亮激光光源，人工转动轴7，牵引光纤，检测在卷1上的所有光纤，光纤包层中的瑕疵遇上光会闪射少量光，当探测装置记录到闪光时，操作员按动着色枪在光纤上相应地做好含有瑕疵位置的标记。

我们检测了3卷2000米长的200微米芯径的硬树脂包层光纤，观察到5个瑕疵。在放大50X的实验室通用显微镜下观察含有瑕疵的光纤，瑕疵都比较靠近光纤纤芯和包层的界面，最小的瑕疵为扁平状尺寸为～10微米（长）、10微米（宽）、小于5微米（厚）。光纤上的着色标记离开瑕疵的距离都在10厘米左右。

我们检测了2卷500米长的200微米芯径的硅树脂包层光纤，观察到4个瑕疵。在放大40X的实验室通用显微镜下观察含有瑕疵的光纤，2个瑕疵比较靠近光纤纤芯和包层的界面，其中有2个瑕疵离开纤芯包层界面～30微米，瑕疵尺寸约为20微米。光纤上的着色标记离开瑕疵的距离都在10厘米左右。

可见，本发明设计的方法配合装置能非常精确地确定瑕疵位置。

Claims (4)

1.一种检测光纤的装置，包括等待检测的光纤（1）、等待收卷光纤的卷筒（2）、光纤导轮（3、4）、探测装置（5）、着色枪（6）和光源（9），其特征在于等待检测的光纤（1）与等待收卷光纤的卷筒（2）之间设有两个光纤导轮（3、4），光纤（1）一端穿过光纤导轮（3、4）连接卷筒（2），光纤（1）另一端连接光源（9），两个光纤导轮（3、4）内部一侧设有若干遮光板，若干个遮光板构成一个与外界光源隔离的空腔，空腔内设有探测装置（5）和着色枪（6）。

2.如权利要求1所述的一种检测光纤的装置，其特征在于所述的探测装置（5）采用人眼或光探测器。

3.如权利要求1所述的一种检测光纤的装置，其特征在于所述的光源（9）采用红色半导体激光器。

4.一种检测光纤的方法，光纤包括纤芯、包层和涂覆层，其特征在于点亮光源（9），依据波动光学，并非所有光的能量在纤芯中，一部分光会在包层中传播，因而在远离界面的包层中的瑕疵会散射在光纤中传播的光，部分散射光离开光纤，被探测装置（5）探测到，着色枪在光纤上相应位置做好含有瑕疵的标记。

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