CN104819961B - 一种在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统 - Google Patents

Abstract

本发明述及一种在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统，它由单纵模激光光源、光分束设备、准直设备、光传输设备和图像采集模块组成。光分束设备可以将输出光分成多束，并通过光传输设备进行传输，能够实现光的任意多角度输出。本发明能通过光传输设备，在有限的空间实现光的任意多角度的同时刻的全息干涉并采集。与传统的数字全息测量光纤折射率系统相比，本发明结构简单，抗干扰能力强，灵敏度高，制造容易，成本低，无需复杂的被测量物体的转动装置，适用于在线特种光纤的实时测量。

Description

一种在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统

技术领域

本发明涉及一种在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统，用于特种光纤三维折射率的检测。

背景技术

随着科技的发展，新型特种光纤的开发已成为目前国内外研究的热点，对特种光纤种类及性能指标的要求也越来越高。折射率分布是衡量光纤性能的一个重要指标，不仅可以反映色散、损耗、掺杂浓度、光传输等特性，还可以为研究这些特性的内在成因提供有力的数据支撑。因此，研究特种光纤三维折射率分布对研制高性能的特种光纤具有重要意义。

目前常用的光纤折射率分布测量方法主要是折射近场法和干涉法。折射近场法是一种破坏性检测方法，需要对光纤取样，并且对测试端面的处理要求很高，因此该方法测试效率不高。干涉法是一种非破坏性检测方法，而利用该方法测量得到的是折射率的积分，只能获取光纤的平均折射率。对于掺稀土光纤等折射率分布不均匀的特种光纤，通常希望测量某一连续区段的折射率分布，以研究其损耗、色散等特性。因此，如何在不破坏光纤的前提下快速高精度地测量特种光纤三维折射率分布是研制新型特种光纤、对光纤性能进行分析所亟待研究与解决的关键问题。

数字全息层析技术可以在不接触、不破坏光纤的情况下，对特种光纤折射率分布进行测量。目前国内外已经使用该技术测量得到常规光纤和熊猫保偏光纤的三维折射率分布，但是测量系统主要以被测试光纤旋转和不旋转分为两类，对于被测试光纤旋转的测量系统，需要对测试光纤进行旋转才能得到多方向的相位曲线，所以不能实现快速在线特种光纤的实时测量。而且在旋转过程中，由于测试样品的弯曲或倾斜，并不能实现每个方向的取样都是在同一位置，也会导致测量精度的降低。目前国内外被测试光纤不旋转的测量系统，只能实现3个方向测试数据的获取，而且整个光学系统比较复杂，不易实现信号光束的增加，不能满足折射率重建所需的数据方向数，导致重建精度偏低。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统，并能实现特种光纤快速、无损的检测。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统，包括一个单纵模激光光源、光分束设备、光传输设备、光定向干涉设备和一个图像采集模块，所述单纵模激光光源通过单模光纤连接光分束设备的输入端，所述光分束设备的N个输出端子的输出光分别通过光传输设备中的保偏光纤进行传输，并通过光定向干涉设备中的N个准直设备输出构成N个全息干涉信号臂，其中N≥4；所述光分束设备的第N+1个输出端子的输出光通过光传输设备中的保偏光纤进行传输，并通过与其对应的第N+1个准直设备输出构成全息干涉参考臂；所述N个全息干涉信号臂发出的信号与全息干涉参考臂发出的信号叠加构成离轴全息干涉区域，并被图像采集模块所接收。

所述光分束设备根据要求增减分光束的个数，光传输设备中的保偏光纤和偏振控制器控制光的偏振态，光定向干涉设备中的准直镜和反光镜控制信号光的传输方向，消偏振分光棱镜和光传输设备中的保偏光纤保证信号光与参考光成最佳干涉。并且所测特种光纤的放置台不需要转动，就可同时测得多角度的全息干涉图像，实现在线无损测量特种光纤。

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．采用保偏光纤作为传输载体，可以保证光的偏振态不变，而且因为需要超过4个方向的信号光，这样也避免了多个方向空间光的角度复杂调整所带来的繁琐；

2．采用多方向的数据采集，提高了测试精度；

3．采用光分束设备可以根据重建要求随意增减分光束的个数；

4．整个测试系统所占空间小；

5．被测试特种光纤可以实现不接触，不旋转，不损伤。

因此，本发明具有结构简单，灵敏度高，制造容易，成本低，无需复杂的光学系统等特点，大大降低了成本，适用于特种光纤的研制过程的缺陷查找和特性研究，例如在研制特种光纤的过程中，可以对拉制的光纤进行实时测试，并及时更改拉制过程和掺杂过程中出现的问题。

附图说明

图1是在线测量特种光纤折射率的数字全息系统框图。

图2是4束输出信号光束离轴干涉时的结构示意图。

图3是6束输出信号光束离轴干涉时的结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1和图2，一种在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统，包括一个单纵模激光光源1、光分束设备2、光传输设备3、光定向干涉设备4和一个图像采集模块5，所述单纵模激光光源1通过单模光纤6连接光分束设备2的输入端，所述光分束设备2的N个输出端子的输出光分别通过光传输设备3中的保偏光纤7进行传输，并通过光定向干涉设备4中的N个准直设备8输出构成N个全息干涉信号臂，其中N≥4；所述光分束设备2的第N+1个输出端子的输出光通过光传输设备3中的保偏光纤7进行传输，并通过与其对应的第N+1个准直设备8输出构成全息干涉参考臂；所述N个全息干涉信号臂发出的信号与全息干涉参考臂发出的信号叠加构成离轴全息干涉区域，并被图像采集模块5所接收。

所述单纵模激光光源1的波长为532nm，光分束设备2为PLC单模光纤分路器，分路数为7，保偏光纤7为熊猫保偏光纤。

参见图2，单纵模激光光源1发出的光通过光分束设备2分为5束，4束信号光和一束参考光。前4束信号光通过光传输设备3中的保偏光纤7和偏振控制器9控制光的偏振态，通过偏振分光棱镜11将全息干涉信号臂的信号光改变路径与第5束信号光，即参考臂的参考光发生空间干涉，形成全息干涉图，并由图像采集模块5所收集。

由于4个方向的4束信号光是同时与参考光发生空间干涉，形成一幅全息干涉图，所以被测特种光纤不需要旋转，实现了在线测量的实时性和可操作性。

实施例二：

参见图1和图3，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

单纵模激光光源1发出的光通过光分束设备2分为7束，6束信号光和一束参考光。前6束信号光通过光传输设备3中的保偏光纤7和偏振控制器9控制光的偏振态，通过偏振分光棱镜11将全息干涉信号臂的信号光改变路径与第7束信号光，即参考臂的参考光发生空间干涉，形成全息干涉图，并由图像采集模块5所收集。

在后期进行折射率重建时，通常情况下，至少需要4个方向的全息图，所以通常N≥4，当N越大，即投影方向越多，折射率重建精度越高，本系统可以根据需要，在不旋转被测特种光纤的情况下，通过光路设计，实现光纤的多方向测量，从而保证光纤在线测量的实时性和可操作性。

Claims (2)

1.一种在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统，包括一个单纵模激光光源(1)、光分束设备(2)、光传输设备(3)、光定向干涉设备(4)和一个图像采集模块(5)，其特征在于所述单纵模激光光源(1)通过单模光纤(6)连接光分束设备(2)的输入端，所述光分束设备(2)的N个输出端子分别通过光传输设备(3)中的保偏光纤(7)进行传输，其中N>＝4，并通过光定向干涉设备(4)中的N个准直设备(8)输出构成N个全息干涉信号臂，所述光分束设备(2)的第N+1个输出端子的输出光通过光传输设备(3)中的保偏光纤(7)进行传输，并通过与其对应的第N+1个准直设备(8)输出构成全息干涉参考臂，所述N个全息干涉信号臂发出的信号与全息干涉参考臂发出的信号叠加构成离轴全息干涉区域，并被图像采集模块(5)所接收，在不旋转光纤的情况下，通过一次信息采集即可重建光纤的折射率。

2.根据权利要求1所述的在线无损测量特种光纤折射率的数字全息系统，其特征在于所述的数字全息系统的光分束设备(2)可以根据光纤折射率重建要求增减分光束的个数，光传输设备(3)中的保偏光纤(7)和偏振控制器(9)将会控制光的偏振态，光定向干涉设备(4)中的反光镜(10)可以控制物光的传输方向，消偏振分光棱镜(11)和光传输设备(3)中的保偏光纤(7)可以保证物光与参考光成最佳干涉。