CN103105282A - 一种对光纤阵列或芯片进行角度测量的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种对光纤阵列或芯片进行角度测量的装置及方法，该装置包括：三维反光镜调准系统，反光镜通过三维反光镜调准系统的三个方向调准后，载物平台及其上的光纤阵列FA或芯片被测物的位置即可确定；四维LED光源调整系统，LED光源系统通过四维LED光源调整系统进行四个方向调准以使得当从光源系统发出的光通过与水平面垂直的反光镜反射后的光点能够进入光源孔内；屏幕表格，预先计算并且在屏幕表格上标记了各光点位置所对应的光纤阵列或芯片的角度值，当LED光源系统为点光源时屏幕表格所显示的光点位置与预先标记的光点位置重合即可计算对应的角度值。
Description
技术领域
本发明涉及光纤阵列或芯片测量技术领域，尤其是涉及一种对光纤阵列或芯片进行角度测量的装置及方法。
背景技术
平面光波导PLC光分路器是FTTX网络的关键元器件，FTTX网络是通信运营商应对激烈的市场竞争，摆脱铜缆接入技术的带宽瓶颈，在城市化地区实现商务楼光纤到楼层、住宅小区光纤进门洞，满足多业务高宽带承载要求的“三网融合”的宽带光网络。
在平面光波导PLC生产的具体过程中，对光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）的研磨情况，直接决定了光分路器的性能，目前由于光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）大规模生产，要对所生产的每个器件进行角度测试存在资源不足的困境，虽然经过多年的摸索，但光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）角度测试问题一直是光分路器性能的瓶颈。基于此，本发明申请通过结合光信息技术提供了一种进行角度测量的技术方案。
发明内容
本发明提供了一种对光纤阵列或芯片进行角度测量的装置，该装置包括：三维反光镜调准系统，与载物平台固定，反光镜通过三维反光镜调准系统的三个方向调准后，载物平台及其上的光纤阵列FA或芯片被测物的位置即可确定；四维LED光源调整系统，与LED光源系统固定，LED光源系统通过四维LED光源调整系统进行四个方向调准以使得当从光源系统发出的光通过与水平面垂直的反光镜反射后的光点能够进入光源孔内；其中LED光源系统的光源为点光源或线光源；屏幕表格，预先计算并且在屏幕表格上标记了各光点位置所对应的光纤阵列或芯片的角度值，当LED光源系统为点光源时屏幕表格所显示的光点位置与预先标记的光点位置重合即可计算对应的角度值。
进一步，所述光纤阵列FA或芯片具有微小角度端面的光器件。
进一步，当LED光源系统光源为线光源时，预先在屏幕表格上设置标准角度光纤阵列FA或芯片的投影光线作为中间标准线，斜度第一阈值角度的光纤阵列FA或芯片的投影光线作为上公差标准线，斜度第二阈值角度的光纤阵列FA或芯片的投影光线作为下公差标准线；通过判断投影光线是否在上下公差标准线内来进行检测。
进一步，所述第一阈值为斜度8.3，第二阈值为斜度7.7。
进一步，所述预先计算是指屏幕光点与反射光角度对应，反射光角度又与被测物角度有1/2的对应关系。
本发明还提供了一种对光纤阵列或芯片进行角度测量的方法，该方法包括：
步骤（1）反光镜通过三维反光镜调准系统的三个方向调准后，确定载物平台及其上的光纤阵列FA或芯片被测物的位置；
步骤（2）LED光源系统通过四维LED光源调整系统进行四个方向调准以使得当从光源系统发出的光通过与水平面垂直的反光镜反射后的光点能够进入光源孔内；其中LED光源系统的光源为点光源或线光源；
步骤（3）预先计算并且在屏幕表格上标记了各光点位置所对应的光纤阵列或芯片的角度值；
步骤（4）当LED光源系统为点光源时屏幕表格所显示的光点位置与预先标记的光点位置重合即可计算对应的角度值。
进一步，所述光纤阵列FA或芯片具有微小角度端面的光器件。
进一步，当LED光源系统光源为线光源时，预先在屏幕表格上设置标准角度光纤阵列FA或芯片的投影光线作为中间标准线，斜度第一阈值角度的光纤阵列FA或芯片的投影光线作为上公差标准线，斜度第二阈值角度的光纤阵列FA或芯片的投影光线作为下公差标准线；通过判断投影光线是否在上下公差标准线内来进行检测。
进一步，所述第一阈值为斜度8.3，第二阈值为斜度7.7。
进一步，所述预先计算是指屏幕光点与反射光角度对应，反射光角度又与被测物角度有1/2的对应关系。
本发明的利用了光的反射原理，实现角度测量仪模式，实现了操作简单，精确度高的使用规范，很大程度上提升了角度测量的使用效率。
附图说明
图1A是本发明角度测量仪整体图。
图1B是图1A的局部放大图。
图2A是本发明三维反光镜调准系统原理图之一。
图2B是本发明三维反光镜调准系统原理图之二。
图3是本发明角度测量仪原理图。
图4是本发明其中一种使用仪器测量FA角度的示意图。
图5是根据本发明在载物台上放置光纤阵列或芯片的具体实施方式的示意图。
图6是表示本发明载物平台、光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）被测物、反光镜之间的位置关系的示意图。
图7是本发明屏幕投影的数据表格示意图。
其中，附图标记的含义是：1——三维反光镜调准系统；2——载物平台；3—— 四维LED光源调整系统；4——LED光源；5——大屏幕数据表格；6——导轨滑道；7——调校平台；8——光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）被测物；9——反光镜；10——标准FA反射光线；11——斜度8.3角度反射光线；12——斜度7.7角度反射光线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行具体说明。
本发明能够提供一种将原来用于菲尼尔衍射、波分复用等实验的光学器件-迈克尔逊干涉仪的部分原理，应用到精密仪器的角度测量中，从而改变了以前需要抽查测量光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）角度的方式，仅需储备该便携式红光表面角度测量仪，即可快速响应大规模的进行角度测量的生产模式。所述光纤阵列FA或芯片为具有微小角度端面的光器件。
在一个具体实施例中，当一束LED光源发出的红光以与水平方向相平行的方向射入具有一定倾斜角度的光纤阵列FA或者芯片表面后，除一部分光被光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）所吸收，另一部分被反射和散射，从几何光学的观点来讲，散射光对应于漫反射，反射光与散射光的强弱与被测粗糙度的大小有关。对大多数表面来说，散射光强度角分布为正态型，如图3所示，而且其形状特征与表面材料和入射光强度无关，因此表面散射光强度角分布与表面粗糙度之间有一定的对应关系。“光强度角分布”表示近似点光源或线光源在相同半径处光强按角度的分布，以及不同半径处按径向的分布。为简单起见，用正态分布的特征值来表征散射光强度角分布，称之为光学散射特征值Sn：
式中，
，Pi为第i单元的归一化光强值，
为第i单元的光强值。第i单元为通过光纤阵列研磨端面散射后在屏幕上显示的第i个单元的光电二极管阵列，并且通过实验研究利用光电二极管阵列接收经通过研磨表面散射的光，以及经由电信号放大器，模数A／D转换器，由计算机CPU处理，从而得出散射光带光能的光学散射特征值Sn与光器件研磨后表面粗糙度Ra对应的关系，通过模拟计算后，得到：
Ra=(1.29+0.95Sn)×10-3
通过上式可以发现Sn与Ra是线性关系。所以研磨的越光滑，散射的光就越少，从而使得我们监测到的光点就越清晰，效果越好，这也是判断研磨效果的方法。
通过研磨后的光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip），其大多数表面第单元的归一化光强值Pi 是一个定值，对一个研磨后合格的光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）通常可认为
。也就是说每一个单元的光强值都接近于平均值，每一个单元的光强值越接近于平均值，说明研磨后光器件越好。
调节对于具有一定角度的光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）的位置可把散射光尽可能多的沿着反射光方向传播，使得反射光强度最大。光学散射特征值Sn归为零，事先通过计算并且在屏幕上标记了各位置所对应的角度值，最后通过测定反射光在屏幕上的光点位置，即可判定研磨后光器件的角度大小。
通过测量光源到屏幕之间的距离、光器件到屏幕的距离以及使用标准的8度角测量来在屏幕上固定8度角位置。光器件通过研磨抛光后其表面光滑，具有反射光的特性。本发明使用的LED激光光源为点或线光源，当为点光源时如果反射后在屏幕上的光点位置不与标记的任何一个重合，说明研磨端面不好，需重新抛光。
如图7所示，LED光源系统4是线光源，反光镜9用于调试LED光源系统4的水平线，通过载物平台2的上下精确调整，LED光源系统4对准光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）被测物8，光线投影到屏幕表格5；屏幕投影的数据表格5显示，标准角度（8度角）的光纤阵列FA（Fiber Array）或芯片（Chip）的投影光线作为中间标准线10，斜度8.3角度的光纤阵列FA（Fiber Array）或芯片（Chip）的投影光线作为上公差标准线11，斜度7.7角度的光纤阵列FA（Fiber Array）或芯片（Chip）的投影光线作为下公差标准线12；在测试过程中，任何光纤阵列FA（Fiber Array）或芯片（Chip）的投影光线，只要超过此公差标准线，都视作为不合格品。
测量之前，通过载物台上的平面镜调节LED光源发出的光延水平方向，载物台上有反光镜，通过计算可得出被测物角度每变化θ度，反射光角度即会变化2θ，一束光通过平面镜反射后当平面镜转动θ角，反射光会转动2θ。也就是在大屏幕上角度变化θ时，屏幕光点与反射光角度对应，反射光角度又与被测物角度有1/2这样的对应关系，从而得出被测物角度。
实际所测的FA或者晶圆条的角度仅仅变化了θ/2。本发明LED光源的位置固定不变，通过计算还可以得到当被测物体在载物台上向前或者向后移动ΔS时，大屏幕上光点经仅仅会移动0.2867 ΔS，相对误差较小。
假设我们所测量的是标准的8度角，且光器件移动的距离为ΔS，根据三角形相似定理，可计算出大屏幕上光点经仅仅会移动（tg16°）× （sin16°）ΔS，即为0.2867 ΔS。这是为了说明，即便光器件在夹具上放置位置前后有一点的偏差，但不影响最终角度的测量结果。
如图1A和1B所示，是本发明角度测量仪整体图和局部放大图。图2A、2B是本发明三维反光镜调准系统原理图。三维反光镜调准系统1和精确调整载物平台2是固定在一起的，反光镜9通过三维反光镜调准系统1的三个方向调准后，载物平台2及光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）被测物8的位置即可确定。四维LED光源调整系统3和LED光源系统4是固定在一起的，LED光源系统4通过调整系统3四个方向调准后，当从光源发出的光通过与水平面垂直的反光镜反射后的光点能够进入光源孔内，说明光是水平入射的。屏幕表格在导轨滑道6上移动来调整其与LED光源的水平距离。
图4所示的是本发明一种具体实施例。参见图4，图4所示的是使用便携式红光表面角度测量仪来测量FA角度的示意图。该产品可直接放置FA或者芯片，一般可用于无源光器件研磨房以及具有PLC单元的实验室或者机房。该设备可实现各种大小形状的光器件的测试。在对该设备进行固定安装时，利用现有工作台面即可进行。
如图5所示是本发明在载物台上放置物体的具体方式的示意图，该物体为光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）。FA的具体放置方式，一般可用于客户机房等不具备电源的机房使用，该设备可实现利用小型干电池使得LED光源发光。通过放置光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）一端端面的反射，反射光光斑点便会打在具有角度刻线的大屏幕上，直接可以读出所测量角度的大小。
图6是本发明载物平台、光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）被测物、反光镜之间的位置关系。
本发明可使承载业务运行稳定，PLC光器件合格率明显上升。本发明在光器件研发业务、PLC光器件研磨生产业务以及AWG，DWDM-PON光器件的测试业务等方面具有广阔的应用前景，可有效提升了业务开通效率，节省的人力成本，实现大规模对光分路器的生产，解决光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）研磨角度问题。
将研磨好的光纤阵列FA（fiber array）或芯片（chip）放于该设备内，该角度仪可直接进行使用，操作简单方便。该设备可实现不同类型的精密仪器角度测量。在对所测量的物体在载物台上进行固定时，让其与载物台上的刻线相平行，实现了“一台多用”的功能，即避免夹具所带来的麻烦，又提高了生产效率。
本发明提供了一种对于大量生产光器件并需全部检测它们角度的方式。传统的检测角度的方案具有以下不足：一是资本投资方面：一台普通的JT12A-B投影仪需要投资约5万元，而本实验仪器可以大大减小这种投资；二是测量效率方面：对测量物体装夹+转动+归零+对准角度+ ...，最短测试一个需要2min左右；三是资源管理方面：不能使用于客户实验室或车间等不具备电源的地方；四是厂房现场方面：JT12A-B投影仪占地面积大，造成厂房混乱，资源紧张。另外，如果建设波分角度测试系统同样会产生厂房空间紧张、测试周期长、投资增加的问题。而本发明利用红光的反射方式，能完美的无需改变原有光器件的形状大小，能更好的快速的完成测试，缩短了加工周期，提高生产效率，节约成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实例，本发明所主张的权利范围并不局限于此。本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种对光纤阵列或芯片进行角度测量的装置，其特征在于该装置包括：
三维反光镜调准系统，与载物平台固定，反光镜通过三维反光镜调准系统的三个方向调准后，载物平台及其上的光纤阵列FA或芯片被测物的位置即可确定；
四维LED光源调整系统，与LED光源系统固定，LED光源系统通过四维LED光源调整系统进行四个方向调准以使得当从光源系统发出的光通过与水平面垂直的反光镜反射后的光点能够进入光源孔内；其中LED光源系统的光源为点光源或线光源；
屏幕表格，预先计算并且在屏幕表格上标记了各光点位置所对应的光纤阵列或芯片的角度值，当LED光源系统为点光源时屏幕表格所显示的光点位置与预先标记的光点位置重合即可计算对应的角度值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光纤阵列FA或芯片具有微小角度端面的光器件。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：当LED光源系统光源为线光源时，预先在屏幕表格上设置标准角度光纤阵列FA或芯片的投影光线作为中间标准线，斜度第一阈值角度的光纤阵列FA或芯片的投影光线作为上公差标准线，斜度第二阈值角度的光纤阵列FA或芯片的投影光线作为下公差标准线；通过判断投影光线是否在上下公差标准线内来进行检测。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述第一阈值为斜度8.3，第二阈值为斜度7.7。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述预先计算是指屏幕光点与反射光角度对应，反射光角度又与被测物角度有1/2的对应关系。
6.一种对光纤阵列或芯片进行角度测量的方法，其特征在于该方法包括：
步骤（1）反光镜通过三维反光镜调准系统的三个方向调准后，确定载物平台及其上的光纤阵列FA或芯片被测物的位置；
步骤（2）LED光源系统通过四维LED光源调整系统进行四个方向调准以使得当从光源系统发出的光通过与水平面垂直的反光镜反射后的光点能够进入光源孔内；其中LED光源系统的光源为点光源或线光源；
步骤（3）预先计算并且在屏幕表格上标记了各光点位置所对应的光纤阵列或芯片的角度值；
步骤（4）当LED光源系统为点光源时屏幕表格所显示的光点位置与预先标记的光点位置重合即可计算对应的角度值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述光纤阵列FA或芯片具有微小角度端面的光器件。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：当LED光源系统光源为线光源时，预先在屏幕表格上设置标准角度光纤阵列FA或芯片的投影光线作为中间标准线，斜度第一阈值角度的光纤阵列FA或芯片的投影光线作为上公差标准线，斜度第二阈值角度的光纤阵列FA或芯片的投影光线作为下公差标准线；通过判断投影光线是否在上下公差标准线内来进行检测。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述第一阈值为斜度8.3，第二阈值为斜度7.7。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述预先计算是指屏幕光点与反射光角度对应，反射光角度又与被测物角度有1/2的对应关系。
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