CN105700123A - 光纤检查显微镜与功率测量系统、光纤检查尖端及其使用方法 - Google Patents

光纤检查显微镜与功率测量系统、光纤检查尖端及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于检查光纤在成角度抛光的连接器处的端面的光纤检查显微镜与功率测量系统，其通常具有：配合接口，该配合接口用于接纳该成角度抛光的连接器，该端面使在端面处离开该光纤的光的平均传播方向相对于该系统的成像路径倾斜；聚光元件，该聚光元件有待被光学耦合到该端面并且被配置成用于接收该倾斜光且将该倾斜光朝向该光纤检查显微镜系统的该成像路径重新定向；以及功率检测组件，该功率检测组件被光学耦合到该聚光元件，该功率检测组件被配置成用于检测与由该会聚元件重新定向的该倾斜光相关联的光学功率。

Description

光纤检查显微镜与功率测量系统、光纤检查尖端及其使用方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2014年12月15日提交的序列号为62/091,872的美国临时申请以及于2015年4月28日提交的序列号为62/154,018的美国临时申请的优先权，这些申请的内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明总体上涉及光纤连接器检查，并且更具体地涉及具有集成光学功率测量和成像能力的光纤连接器检查探针。
背景技术
光纤连接器的端面的质量及清洁表示实现光通信网络的充分的系统性能的重要因素。实际上，对光纤连接器的配合表面的任何污染或损坏都可能严重地降低信号完整性。通常在安装光通信网络时或在维护光通信网络期间采用光纤连接器检查显微镜来检查光纤连接器的端面，以便验证光纤连接的质量。
一些光纤检查显微镜探针还包含允许操作者测量离开光纤连接器的光的光学功率的单独功率检测端口。因此需要操作者将受检查的光纤连接器顺序地连接到检查显微镜端口和功率检测端口。当然，光纤连接器的额外处理增加了连接器端面遭受潜在污染的风险。
授予弗洛拉(Flora)等人的美国专利US8,908,167提出了一种包括集成光学功率测量组件的光纤检查显微镜配置，从而使得可以使用相同端口来进行目视检查和功率测量。然而，弗洛拉等人仅解决了对离开垂直抛光的光纤连接器的光进行光学功率测量，对于垂直抛光的光纤连接器，已知光是沿着连接器端面的法线离开的。
尽管现有的光纤检查显微镜探针在一定程度上是令人满意的，但仍然存在改进空间，尤其是在提供被配置成用于检查成角度抛光的光纤连接器的具有集成光学功率测量的光纤检查显微镜系统方面。
发明内容
因此，提供了一种有待连接至光纤检查显微镜与功率测量探针(称为“光纤检查探针”)的可释放光纤检查尖端、光纤检查显微镜与功率测量系统(称为“光纤检查系统”)以及用于对成角度抛光的连接器的光纤端面进行目视检查并且对在该光纤端面处离开该光纤连接器的光的光学功率进行测量的方法。
已知的是，离开成角度抛光的连接器的光的平均传播方向相对于光纤端面的法线倾斜。还已知的是，对于光纤连接器的合适的目视检查，该连接器应该被理想地定向，从而使得受检查的端面垂直于该光纤检查探针的成像路径。因此，离开成角度抛光的连接器的光的平均传播方向相对于该成像路径倾斜，并且如果不这样对检查探针的成像路径进行定向，那么大部分离开的光不可能到达光纤检查探针的物镜。所提供的光纤检查尖端具有被配置成用于接收离开光纤连接器的端面的光的聚光元件。要做到这一点，该聚光元件与该光纤的该端面间隔开以与该聚光元件的透镜直径进行协作来增加该检查显微镜的数值孔径，这允许接收至少大部分倾斜光以便将倾斜光朝向检查尖端所被安装于的该光纤检查探针的成像路径重新定向。这种重新定向使得该光纤检查系统既能够对成角度抛光的连接器的端面进行成像又能够检测与该倾斜光相关联的光学功率值。更具体来说，所述重新定向允许该倾斜光由包括功率检测组件和光纤端面成像组件的光纤检查探针的物镜接收。
根据另一个方面，提供了一种用于检查光纤在成角度抛光的连接器处的端面的光纤检查显微镜与功率测量系统，该光纤的该端面相对于该光纤的传播轴线以非直角抛光，该光纤检查显微镜与功率测量系统包括：壳体结构；配合接口，该配合接口被安装于该壳体结构上并且被配置成用于在检查位置中接纳该成角度抛光的连接器以便检查该端面，该端面使从其离开的光的平均传播方向相对于该光纤检查显微镜与功率测量系统的成像路径“倾斜”(即从光纤芯的中心穿过并且沿着离开的光分布的矩心的线是非共线的)；聚光元件，该聚光元件被封闭在该壳体结构中，该聚光元件的直径以及该聚光元件与该配合接口之间的距离被适配成用于从该光纤的该端面接收该倾斜光，当该成角度抛光的连接器处于该检查位置中时，该聚光元件将该倾斜光朝向该光纤检查显微镜与功率测量系统的该成像路径重新定向；以及功率检测组件，该功率检测组件被封闭在该壳体结构中并且被光学耦合到该聚光元件以在使用期间检测与由该聚光元件重新定向的该倾斜光相关联的光学功率值。
根据另一个方面，提供了一种可供与其中封闭有功率检测组件和光纤端面成像组件的光纤检查显微镜与功率测量探针一起使用的光纤检查尖端，该光纤检查尖端包括：尖端壳体，该尖端壳体具有：纵向轴线；探针端，该探针端具有被配置成用于与该光纤检查显微镜与功率测量探针相配合的探针接口；检查端，该检查端具有被配置成用于接纳光纤在成角度抛光的连接器处的端面的配合接口；以及内腔，该内腔沿着该纵向轴线在该探针端与该检查端之间延伸，该光纤的该端面相对于该光纤的传播轴线形成非直角并且使在该端面处离开该光纤的光的平均传播方向相对于该光纤检查显微镜与功率测量探针的成像路径倾斜；以及聚光元件，该聚光元件安置于该尖端壳体的该内腔中，该聚光元件的直径以及该聚光元件与该配合接口之间的距离被适配成用于接收该倾斜光，当该光纤检查尖端被安装于该光纤检查显微镜与功率测量探针并且该成角度抛光的连接器被接纳于该光纤检查尖端的该配合接口中时，该聚光元件将该倾斜光朝向该光纤检查显微镜与功率测量探针的该成像路径重新定向。
根据另一个方面，提供了一种用于使用光纤检查显微镜与功率测量系统检查光纤在成角度抛光的连接器处的端面的方法，该方法包括以下步骤：使用聚光元件接收离开该光纤的该端面的光，所述光的平均传播方向相对于该光纤检查显微镜与功率测量系统的成像路径倾斜；使用该聚光元件，将所接收的该光朝向该光纤检查显微镜与功率测量系统的该成像路径重新定向；以及使用该光纤检查显微镜与功率测量系统的光学功率检测器测量与由该聚光元件重新定向的该倾斜光相关联的光学功率值。
有利地，光纤检查尖端的聚光元件可增强光纤检查系统的成像分辨率。实际上，聚光元件导致端面在该成像组件的图像传感器上的图像相比于不具有聚光元件的光纤检查尖端被放大。在某些情况下，光纤检查尖端的聚光元件可提供低于每像素0.2μm的成像分辨率，从而使得光纤检查系统可根据由国际电工委员会(IEC)公布的2.0版本的标准IEC-61300-3-35而被称为“高分辨率”。
应理解，术语“目视检查”意指包括例如采集光纤连接器的端面的图像的实施例。在这种情况下，检查被称为“目视”，因为对光纤的端面的目视表示可显示给最终用户和/或由采用例如对象识别的图像处理软件来处理。尽管这种目视检查在正被显示或处理的端面图像的意义上是间接的，但在本文中其仍被称为“目视”。
在阅读本披露之后，关于这些改进的许多进一步的特征及其组合将对本领域的技术人员明显。
附图说明
在附图中，
图1A是光纤检查探针的实例的示意性横截面视图，示出了从非成角度抛光的连接器传播的模拟光线；
图1B是光纤检查探针的实例的示意性横截面视图，示出了从成角度抛光的连接器传播的模拟光线；
图2A是根据实施例的光纤检查系统的实例的示意性横截面视图，示出了从成角度抛光的连接器传播的模拟光线；
图2B是根据实施例的光纤检查系统的实例的示意性横截面视图，示出了从非成角度抛光的连接器传播的模拟光线；
图3A是根据实施例的光纤检查系统的实例的斜视图；
图3B是图3A中所展示的光纤检查系统的实例的分段和分解斜视图；
图4是根据实施例的可供与光纤检查探针一起使用的光纤检查尖端的纵向横截面视图；
图5是根据实施例的图3A中所示出的光纤检查系统的实例的横截面斜视图；
图6A是光纤检查系统的光学安排的第一实例的示意性视图，该光纤检查系统包括具有照射源和第一分束器的照射路径、具有第二分束器和光学功率检测器的功率检测路径以及具有图像传感器的成像路径，其中，照射路径和功率检测路径在不同的平面内，并且其中，第一分束器比第二分束器更靠近于尖端壳体，第二分束器自身比图像传感器更靠近于尖端壳体；
图6B是光纤检查系统的光学安排的第二实例的示意性视图，该光纤检查系统包括具有第一分束器和光学功率检测器的功率检测路径、具有第二分束器和照射源的照射路径以及具有图像传感器的成像路径，其中，功率检测路径和照射路径在不同的平面内，并且其中，第一分束器比第二分束器更靠近于尖端壳体，第二分束器自身比图像传感器更靠近于尖端壳体；
图6C是光纤检查系统的光学安排的第三实例的示意性视图，该光纤检查系统包括具有第一分束器和图像传感器的成像路径、具有第二分束器和光学功率检测器的功率检测路径以及具有照射源的照射路径，其中，成像路径和功率检测路径在同一个平面内，并且其中，第一分束器比第二分束器更靠近于尖端壳体，第二分束器自身比照射源更靠近于尖端壳体；
图6D是光纤检查系统的光学安排的第四实例的示意性视图，该光纤检查系统包括具有第一分束器和图像传感器的成像路径、具有第二分束器和光学功率检测器的功率检测路径以及具有照射源的照射路径，其中，成像路径和功率检测路径在不同的平面内，并且其中，第一分束器比第二分束器更靠近于尖端壳体，第二分束器自身比照射源更靠近于尖端壳体；
图6E是光纤检查系统的光学布置的第五实例的示意性视图，该光纤检查系统包括具有第一分束器和图像传感器的成像路径、具有第二分束器和照射源的照射路径以及具有光学功率检测器的功率检测路径，其中，成像路径和照射路径在不同的平面内，并且其中，第一分束器比第二分束器更靠近于尖端壳体，第二分束器自身比光学功率检测器更靠近于尖端壳体；
图6F是光纤检查系统的光学安排的第六实例的示意性视图，该光纤检查系统包括具有第一分束器和照射源的照射路径、具有第二分束器和图像传感器的成像路径以及具有光学功率检测器的功率检测路径，其中，照射路径和成像路径在不同平面内，并且其中，第一分束器比第二分束器更靠近于尖端壳体，第二分束器自身比光学功率检测器更靠近于尖端壳体；
图6G是光纤检查系统的光学安排的第七实例的示意性视图，该光纤检查系统包括具有第一分束器和光学功率检测器的功率检测路径、具有第二分束器和图像传感器的成像路径以及具有照射源的照射路径，其中，功率检测路径和成像路径在不同平面内，并且其中，第一分束器比第二分束器更靠近于尖端壳体，第二分束器自身比照射源更靠近于尖端壳体；并且
图6H是光纤检查系统的光学安排的第八实例的示意性视图，该光纤检查系统包括具有第一分束器和光学功率检测器的功率检测路径、具有第二分束器和图像传感器的成像路径以及具有照射源的照射路径，其中，功率检测路径和成像路径在同一个平面内，并且其中，第一分束器比第二分束器更靠近于尖端壳体，第二分束器自身比照射源更靠近于尖端壳体。
具体实施方式
通常需要在将光连接器彼此连接和断开连接时对光连接器进行检查。通常，程序涉及使用光学功率检测器测量光学功率值的第一步骤以及使用光纤检查显微镜目视检查光纤连接器端面的第二步骤。然而，例如，在从光纤检查探针到光学功率检测器操纵光纤时，不希望的微粒可能会沉积在光纤的端面上。为了避免这个缺点，有人已经提出了将结合有光纤端面成像组件和光学功率检测组件两者的被适配成用于检查垂直抛光的连接器的端面的光纤检查探针。这种检查探针将允许在单个步骤中执行上文所提及的两个步骤，从而减小污染风险。然而，这种光纤检查探针并非被配置成用于检查成角度抛光的连接器的端面。以下披露内容描述了一种检查尖端，该检查尖端在被耦合到光纤检查显微镜与功率测量探针上时允许对具有成角度抛光的端面的连接器进行检查以及进行功率测量。
图1A示出了根据现有技术检查显微镜探针的具有光纤适配器尖端12的检查显微镜探针10的示意性侧视图。在所描述的情形中，采用光纤适配器尖端12来检查非成角度抛光的光纤连接器16(如物理接触套管连接器(FC/PC))。如本技术领域中已知，光纤适配器尖端12通常可与其他适配器尖端互换以便检查光纤连接器(如例如本技术领域中已知的LC/PC、LC/APC、SC/PC、SC/APC或FC/APC连接器)的不同配置。非成角度抛光的连接器16通常具有垂直于光纤14的传播轴线22的套管端(未示出)。非成角度抛光的光纤连接器16的端面与套管端相重合，从而使得光纤14的端面使在光纤14中传播的光以平均传播方向垂直于连接器端面(即，与光纤14的传播轴线22相连续)的发散光束离开连接器端面。
如图1A中所描绘的，非成角度抛光的连接器16配合到光纤适配器尖端12，该光纤适配器尖端进而配合到光纤检查探针10。当非成角度抛光的连接器16配合到光纤检查探针10时，常规的间隔距离26将平坦端面与物镜28分开。从光纤14的非成角度抛光的端面发散的光束朝向光纤检查探针10的物镜28传播。
图1B示出了光纤检查探针10的示意性侧视图，在该光纤检查探针上已经将光纤适配器尖端与光纤适配器尖端12’互换，该光纤适配器尖端12’被使得接纳成角度抛光的连接器30(如例如成角度抛光的物理接触套管连接器(FC/APC连接器))。如插图32和34中最佳展示的，成角度抛光的连接器30通常具有不垂直于光纤14的传播轴线22的成角度的套管端36。光纤连接器的成角度抛光的端面38与成角度的套管端36相重合。光纤适配器尖端12’具有配合接口，该配合接口被配置成使得成角度抛光的端面38垂直于光纤检查探针10的成像路径以便以合适的方式对成角度抛光的端面38进行成像。在所示出的实施例中，成像路径对应于探针的纵向轴线40，该纵向轴线将被称为探针轴线40。同样，应理解，例如，取决于光纤检查探针的设计，探针轴线40可以不与成像路径相重合。如图1B中所示出的，光纤14的成角度抛光的端面38(其在下文中将被简称为“端面38”)使离开端面38的光42的平均传播方向相对于光纤14的传播轴线22以及更重要的光纤检查探针10的探针轴线40两者倾斜。因此，端面38阻止大部分倾斜光42到达光纤检查探针10的物镜28，并且因此被光纤检查探针10的光学系统所捕捉。因此将理解，在图1B的实施例中用光纤检查探针10测量离开光纤端面38的光的光学功率是不可能的。
图2A示出了根据实施例的光纤检查显微镜与功率测量系统46(被称为“光纤检查系统46”)的示意性侧视图。光纤检查系统46被配置成用于用于测量离开成角度抛光的连接器30的成角度抛光的端面38(参见图1B的插图)的光的光学功率。光纤检查系统46包括光纤检查尖端44和光纤检查探针10。在检查期间，成角度抛光的连接器30配合到光纤检查尖端44，该光纤检查尖端进而配合到光纤显微镜探针10。如在本实施例中所描绘的，光纤检查尖端44具有尖端壳体48，该尖端壳体封闭一般地示出在50处的聚光元件(CE)。当光纤检查尖端44处于检查位置中时(即当光纤14经由成角度抛光的连接器30配合到光纤检查尖端44以及当光纤检查尖端44配合到光纤检查探针10时)，CE50被配置成用于接收倾斜光42并且将倾斜光42朝向光纤检查探针10的探针轴线40重新定向。更具体地，CE50被配置成用于将倾斜光42重新定向到光纤检查探针10的物镜28中。
在检查位置中，CE50由给定透镜直径以及沿着探针轴线40分离CE50与光纤14的端面38的间隔距离52来表征。实际上，通过间隔距离52以及CE50的透镜直径来允许对倾斜光42的接收。相应地，CE50的所需透镜直径随着间隔距离52而成比例地减小。换言之，CE50相对于光纤14的端面38越靠近地定位，CE50的所需直径越小。因此，对间隔距离52连同CE50的直径一起进行具体选择，以确保接收大部分的倾斜光42并且将该大部分的倾斜光朝向光纤检查探针10的探针轴线40重新定向。在一些实施例中，间隔距离52可介于5mm与8mm之间并且优选地介于6mm与7mm之间，而CE50的直径大于2mm并且优选地大于5mm。使用CE50，光纤检查系统的数值孔径增加到大约0.31或以上。
图2B示出了根据实施例的具有光纤检查尖端44’的光纤检查系统46的示意性侧视图。如所展示的，CE50还被配置成用于接收在非成角度抛光的连接器16处离开光纤14的光。相应地，光纤检查尖端44’和光纤检查系统46可与非成角度抛光的连接器(如连接器16)一起使用。有利地，据发现，由于光纤检查尖端44、44’的CE50的一般地放大的性质，其使用可增强光纤检查系统46的成像分辨率。实际上，聚光元件使端面在成像组件的图像传感器上的图像相比于不具有CE的光纤适配器尖端(如适配器尖端12及12’)被放大。可以获得低于每像素0.2μm的成像分辨率，该成像分辨率可根据由国际电工委员会(IEC)公布的2.0版本的标准IEC-61300-3-35而被称为“高分辨率”。据发现，CE的使用可减小图像传感器的视场。然而，通过提供具有令人满意的机械容差的光纤检查系统46和/或通过提供具有令人满意的检测表面的图像传感器，可以以高分辨率成像对非成角度抛光的连接器16或成角度抛光的连接器30进行成像。
有利地，在使用中，光纤检查系统46的操作者可容易地互换常规尖端(如尖端12或12’)与高分辨率尖端(如尖端44或44’)以便在需要时获得较高分辨率，并且这对光纤检查系统46的视场减小仅有较小的负面影响。将理解，针对将借助光纤检查系统46测量成角度抛光的连接器的光学功率的应用，应采用包括CE的APC适应的功率测量尖端(如尖端44)。
图3A示出了根据实施例的光纤检查系统46的斜视图。光纤检查系统46具有壳体结构54，壳体结构54包括允许光纤检查尖端44可释放地连接到光纤检查探针10的尖端壳体48及探针壳体56。相应地，使用光纤检查探针10的操作者可选择光纤检查尖端中对应于有待被检查的连接器的适当光纤检查尖端(例如44或44’)。在所示出的实施例中，壳体结构54具有大体狭窄且伸长的前部部分，该前部部分在检查包括紧密间隔的成角度抛光的连接器30的矩阵的接插面板时可以是有用的。
应理解，例如，尖端壳体48封闭CE50，而探针壳体56封闭用于在成角度抛光的连接器30处于检查位置中时对光纤14的端面38进行成像的光纤端面成像组件58(被称为“成像组件58”)以及用于测量与至少一部分倾斜光42相关联的光学功率值的功率检测组件60。如下文中将描述的，图5至图6H示出了成像组件58和功率检测组件60的不同示例性配置。
如图3B中所描绘的光纤检查系统46的一部分的分解视图中所示出的，尖端壳体48具有限定纵向轴线的大体上圆柱体的本体、检查端64和探针连接端66。更具体地，例如，尖端壳体48具有具备第一外径的第一圆柱体部分68、从第一外径延伸到第二较大外径的第二截头圆锥体部分70以及具备第二外径的第三圆柱体部分72。在其他实施例中，尖端壳体48可具有被认为合适的其他形状。
此外，检查端64具有用于接纳成角度抛光的连接器30的配合接口74。在本实施例中，配合接口74由具有与成角度抛光的连接器30的套管36的外部尺寸互补的第一内部尺寸以便紧密地接纳到套管36的管状本体来实现。可以设想，可如本技术领域中已知的那样对配合接口74进行修改以经由隔板适配器(未示出)等来检查成角度抛光的连接器30。
仍然参照图3B，例如，光纤检查尖端44的探针连接端66具有探针接口78，该探针接口包括由尖端壳体48的第三圆柱体部分72的外表面上的螺纹(螺纹未出现在图3B中)实现的螺纹式机构，以便固定到光纤检查探针10上的内螺纹式旋转环80。在图3B的实施例中，探针连接端66具有从探针连接端66轴向凹陷的第一对准通道86(凹口)。第一对准通道86被配置成用于接纳光纤检查探针10的检查尖端对准键(未示出)以便使光纤检查尖端44相对于光纤检查探针10适当地对准。在实施例中，光纤检查尖端44在尖端壳体48的第三圆柱体部分72上具有的目视对准指示器85。在使用中，操作者将成角度抛光的连接器30定位在检查尖端44中，从而使得成角度抛光的连接器30的连接器对准键84(如图4中所示出的)与目视对准指示器85以合适的方式相对准。在所示出的实施例中，目视对准指示器85是沿着尖端壳体48的第三圆柱体部分72轴向凹陷的通道。在所示出的实施例中，如下文进一步描述的，尖端壳体48具有限定封闭CE50的内腔88(在图4中示出)的内表面以及用于将CE50维持在内腔88中的期望位置处的扣环90。
图4是连同成角度抛光的连接器30(示出于示意性侧视图中)一起展示的光纤检查尖端44的横截面图。如所描绘的，尖端壳体48封闭在本示例性实施例中由聚光复合透镜92所实现的CE50。在本特定实施例中，聚光复合透镜92包括彼此紧挨地连续安置的正弯月透镜94和双凸透镜96，其中，例如双凸面透镜96邻近于光纤检查尖端44的探针连接端66。当然，可使用其他聚光透镜系统92。举例来说，在另一实施例中，CE50是简单聚光透镜。CE50可经由内腔88的开口端98朝向探针连接端66插入到内腔88中。内腔88具有与CE50的内部径向尺寸紧密配合的内部径向尺寸，以便在光纤检查尖端44内适当地对准CE50。CE50由扣环90抵靠止挡器87轴向固持于检查尖端44的第三圆柱体部分72的内表面上。扣环90在其外表面上具有固定于第三圆柱体部分72的内表面的相应螺纹95中的螺纹93。
应注意，配合接口74的管状本体限定了套管接纳通道100，该套管接纳通道相对于光纤检查探针10的探针轴线40倾斜，从而使得在成角度抛光的连接器30处于检查位置中时光纤14的成角度抛光的端面38垂直于光纤检查探针10的成像路径。在所示出的实施例中，第一圆柱体部分68相对于第三圆柱体部分72倾斜。
如上文所提及的，图5至图6H示出了可分别用于对光纤14的端面38进行成像并且对与在端面38处离开光纤14的倾斜光42相关联的光学功率值进行测量的成像组件58和功率检测组件60的示例性配置。成像组件58和功率检测组件60的配置不限于本文中所呈现的那些配置，而是可包括任何合适的配置。在下文中，为了易于阅读而未重复地描述图5至图6H中所存在的类似元件。
如所属领域的技术人员所理解的，成像组件58包括照射源102和成像光学器件，该照射源用于照射光纤14的端面38，该成像光学器件包括用于在与图像传感器106相重合的图像平面104上对受照端面38进行成像的物镜28(及任选地其他透镜或镜子)。此外，功率检测组件60包括用于测量在端面38处离开光纤14的光的光学功率值的光学功率检测器108。
分离光学器件(如有涂层光学板或无涂层光学板)沿着光纤检查探针10的探针轴线40定位，以便将光重新定向到检查显微镜探针10内的任何期望方位。在所示出的实施例中，由分束器110’、110”实现分离光学器件。分束器110’、110”优选为将光分离成两个类似光束的50/50功率分束器。实际上，分离光学器件可用于沿着探针轴线40且朝向光纤14的端面38反射从照射源102传输的照射光。同样，分离光学器件可用于从信号光束中分配成像光束并且将成像光束和信号光束分别定向到图像传感器106及光学功率检测器108。如本文中所定义的，成像光束是通过照射光在光纤14的端面38上的反射而产生的并且在图像传感器106的视场内的光束，并且信号光束对应于在端面38处离开光纤14的光。
通常，照射光束具有短波长以便增强成像分辨率(因为衍射限制与波长成正比)同时保持可使用既是成本可获得也是大小可获得的可商购的图像传感器106(例如，如互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或电荷耦合器件(CCD))来测量的波长。可在蓝色区域(例如，处于大约470nm)中发射的发光二极管(LED)中实现照射源102。实际上，这种蓝光允许可接受的成像分辨率同时容易使用常规的CMOS传感器或CCD进行测量。然而，取决于环境，可以发现其他照射源102是合适的。
光纤检查系统46可被设计为用于以同步方式或以顺序方式进行操作。如果以同步方式进行操作，那么同时执行对受照端面38的成像以及光学功率测量。如对所属领域的技术人员而言显而易见的，同步测量需要分离光学器件为二色性的(通过使用二色性涂层)。实际上，在这种情况下，二色性分束器可以始终对与光电信范围(例如，700nm到1675nm)相关联的光以及与照射范围(例如，380nm到700nm)相关联的光进行分离，以便避免例如成像光束的杂散部分导致在对信号光束的光学功率测量中的偏置。如果以顺序方式操作，那么以不必使分离光学器件在其上沉积有二色性涂层的方式在光学功率测量之前或之后执行对受照端面38的成像。换言之，切断照射源，从而使得在测量与倾斜光42相关联的光学功率值时不存在照射。应注意，不论操作方式如何(即，同步还是顺序)，都会需要抗反射涂层。
应理解，成像光束和信号光束的光谱成分可取决于商业应用而变化。
取决于成像组件58和功率检测组件60的配置，照射源102、图像传感器106、光学功率检测器108和分离光学器件沿着光纤检查探针10的探针轴线40的配置可能发生变化，如下文在图5至图6D中所描述的。
图5示出了图3A中所示出的光纤检查系统46的纵向横截面的斜视图，其中照射源102(以框图示出)和光学功率检测器108经被示出为从探针壳体56分解出来。如所展示的，成像组件具有在探针壳体56的一端处所提供的物镜28。物镜28对光纤14(未示出)的受照端面38在图像传感器106上进行成像，图像传感器106安置在探针壳体56的相对部分处。成像光束在到达图像传感器106之前跨越第一分束器110’和第二分束器110”。在此实施例中，照射源102经由第一分束器110’照射端面38，而第二分束器110”用来重新定向在端面38处离开光纤14的光以便用光学功率检测器108来测量光学功率值。
图6A示出了图3A和图5中所示出的光纤检查系统46的示意性视图。如所描绘的，倾斜光42离开成角度抛光的连接器30的端面38并且经由CE50、物镜28以及第一分束器110’和第二分束器110”朝向光学功率检测器108而定向。在本实施例中，成像组件的成像路径116与探针轴线40相重合。相应地，在本实施例中，照射源102沿着照射路径投射照射光，该照射路径具有在照射源102与第一分束器110’之间的一部分114’以及在第一分束器110’与物镜28之间的另一部分114”。此外，第一分束器110’相对于第二分束器110”处于在方位上正交的朝向(即，第一分束器110’的朝向为第二分束器110”的朝向围绕探针轴线40旋转90度)，以便补偿由成像光束跨越分离光学器件(即在本实施例中的第一分束器110’和第二分束器110”)的传播所导致的可能像差。
图6B示出了根据另一实施例的光纤检查系统46的示意性视图。如所描绘的，倾斜光42离开成角度抛光的连接器30的端面38并且经由CE50、物镜28和第一分束器110’被朝向光学功率检测器108定向。在本实施例中，成像组件的成像路径116与探针轴线40相重合。照射源102经由第二分束器110”上的反射以及穿过第一分束器110’、物镜28和CE50的通路而照射端面38。同样，在本实施例中，第一分束器110’相对于第二分束器110”处于在方位上正交的朝向，以便补偿由成像光束跨越第一分束器110’和第二分束器110”的传播导致的可能像差。
图6C示出了根据另一实施例的光纤检查系统46的示意性视图。如所描绘的，成角度抛光的端面38垂直于光纤检查探针10的成像路径的第一部分116’。在本实施例中，倾斜光42离开成角度抛光的连接器30的端面38并且经由CE50、物镜28、第一分束器110’以及在第二分束器110”上的反射被朝向光学功率检测器108定向，以便测量与对应光束相关联的光学功率值。在本特定实施例中，照射源102沿着在本实施例中是完全线性的照射路径114对准。实际上，照射路径114在到达成角度抛光的端面38之前跨越第二分束器110”和第一分束器110’。成像光束沿着成像路径传播以便在图像传感器106上成像，该成像路径具有沿着探针轴线40的第一部分116’以及由第一分束器110’分叉的第二部分116”。相应地，成像光束传播通过物镜28并且然后由第一分束器110’垂直地反射到图像传感器106上。应注意，在本实施例中，受照端面38的图像没有可由跨越分束器的传播导致的像差，因为图像仅由第一分束器110’反射。
图6D示出了根据又一实施例的光纤检查系统46的示意性视图。如所描绘的，本实施例类似于图6C中所示出的实施例，但是相对于第一分束器110’处于在方位上正交的朝向的第二分束器110”除外。
图6E示出了根据又一实施例的光纤检查系统46的示意性视图。如所描绘的，物镜28、第一分束器110’和图像传感器106以类似于图6C中所呈现的实施例的方式而被配置，这消除了可由成像光束跨越第二分束器110”的传播所导致的像差。然而，在这种情况下，对光学功率检测器108与照射源102进行互换，从而使得光学功率检测器108与在壳体结构54的相对部分处的物镜28相对准。类似于图5的实施例，第二分束器110”还相对于第一分束器110’处于在方位上正交的朝向。
图6F示出了根据再一实施例的光纤检查系统46的示意性视图。如所描绘的，在成角度抛光的端面38处离开光纤14的光在到达光学功率检测器108之前沿着探针轴线40并且跨越第一分束器110’和第二分束器110”投射，在该光学功率检测器处执行光学功率值的测量。在本实施例中，第一分束器110’被配置成用于在成角度抛光的端面38的方向上反射来自照射源102的照射光，并且第二分束器110”被配置成用于朝向图像传感器106对成像光束进行垂直反射。
图6G示出了根据再一实施例的光纤检查系统46的示意性视图。如所描绘的，本实施例类似于图6F中所示出的实施例，但其中照射源102的位置与光学功率检测器108的位置互换。
图6H示出了根据再一实施例的光纤检查系统46的示意性视图。如所示出的，类似于图6C的实施例，照射源102相对于成角度抛光的端面38在壳体结构54的相对部分处。第一分束器110’被配置成用于将在端面38处离开光纤14的光朝向光学功率检测器108反射。第二分束器110”被配置成用于将从受照端面38传播的成像光束朝向图像传感器106反射。如鉴于上文可理解的，第二分束器110”可能对受照端面38的图像造成不由上文所详述的在方位上正交的配置补偿的像差。
注意，尽管本文中所展示的所有实施例包括分离的光学功率检测器和图像传感器，但是光学功率检测器可以很好地直接实现于图像传感器中。在这种情况下，被配置成用于在电磁光谱的可见区和近红外区两者中进行操作的图像传感器可用于执行光学功率检测及成像测量两者。本实施例光纤用于传播具有在大约850nm处的光谱成分的信号光束的情况下会是合适的。相应地，避免使用单独的光学功率检测器。
据发现，将CE50放在光纤检查尖端44中提供放大端面38在图像传感器106上的图像的额外益处，这增大了成像分辨率。实际上，定位于光纤检查尖端44中的CE50改变了成像组件58的放大率。相应地，使用光纤检查尖端44的副作用是改进了检查探针10的成像分辨率。光纤检查尖端44的CE50还充当增大端面38在图像传感器106处的图像的放大透镜，并且由此将光纤检查系统46的分辨率从如在IEC公布的版本2.0的标准IEC-61300-3-35中所定义低分辨率显微镜增大到高分辨率显微镜。实际上，据发现，通过提供光纤检查尖端44的CE50，可获得与标准兼容的低于每像素0.2μm的分辨率。
如可被理解的，以上描述的和展示的这些示例仅旨在为示例性的。例如，本文中所披露的光纤检查尖端、光纤检查系统和方法都可与单模光纤以及多模光纤或者多光纤(单模或多模)连接器一起使用。此外，注意，CE的光学轴线不旨在与探针轴线严格地同心对准，CE的光学轴线可相对于探针轴线稍微偏移和/或倾斜。例如，在实施例中，CE的透镜直径基本上对应于沿着成像路径在CE的位置处所测量的倾斜光42的横截面面积。在本实施例中，CE的光学轴线被定位为相对于探针轴线偏移和/或倾斜，以便以合适的方式捕捉从光纤离开的倾斜光42。本发明的范围旨在仅由所附权利要求书限制。

Claims (20)

1.一种用于检查光纤在成角度抛光的连接器处的端面的光纤检查显微镜与功率测量系统，该光纤的该端面相对于该光纤的一条传播轴线以一个非直角抛光，该光纤检查显微镜与功率测量系统包括：
一个壳体结构；
一个配合接口，该配合接口被安装于该壳体结构上并且被配置成用于在一个检查位置中接纳该成角度抛光的连接器以便检查该端面，该端面使从其离开的光的平均传播方向相对于该光纤检查显微镜与功率测量系统的一个成像路径倾斜；
一个聚光元件，该聚光元件被封闭在该壳体结构中，该聚光元件的直径以及该聚光元件与该配合接口之间的距离被适配成用于从该光纤的该端面接收该倾斜光，当该成角度抛光的连接器处于该检查位置中时，该聚光元件将该倾斜光朝向该光纤检查显微镜与功率测量系统的该成像路径重新定向；以及
一个功率检测组件，该功率检测组件被封闭在该壳体结构中并且被光学耦合到该聚光元件以在使用期间检测与由该聚光元件重新定向的该倾斜光相关联的一个光学功率值。
2.如权利要求1所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，该光纤检查显微镜与功率测量系统包括一个光纤检查尖端，该光纤检查尖端具有一个尖端壳体并且包括被封闭在该尖端壳体内的该配合接口和该聚光元件；并且其中，该壳体结构包括该尖端壳体和一个探针壳体，该探针壳体封闭该功率检测组件和一个光纤端面成像组件。
3.如权利要求2所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，该成像组件被光学耦合到该聚光元件，该成像组件被配置成用于照射该光纤的该端面并且对该受照端面进行成像以便对其进行检查，该聚光元件被配置成用于将该倾斜光重新定向到位于该探针壳体内的该成像组件的一个物镜中。
4.如权利要求2或3所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，该尖端壳体具有用于接纳该成角度抛光的连接器的一个套管接纳通道，该套管接纳通道相对于该成像路径倾斜，从而使得该光纤的该端面垂直于该光纤检查显微镜与功率测量系统的该成像路径而定位。
5.如权利要求2或3所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，该尖端壳体可释放地连接到该探针壳体。
6.如权利要求5所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，该光纤检查尖端可与不具有聚光元件的多个光纤检查尖端互换。
7.如权利要求6所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，该聚光元件使该端面在该成像组件的一个图像传感器上的一个图像相比于不具有聚光元件的这些光纤检查尖端被放大，以获得低于每像素0.2μm的分辨率。
8.如权利要求1、2或3所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，该聚光元件是一个聚光透镜系统。
9.如权利要求1、2或3所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，该成像组件的数值孔径大于0.31。
10.如权利要求1、2或3所述的光纤检查显微镜与功率测量系统，其中，沿着该成像路径在该聚光元件与该配合接口之间的距离值介于5mm与8mm之间并且优选地介于6mm与7mm之间。
11.一种可供与其中封闭有功率检测组件和光纤端面成像组件的光纤检查显微镜与功率测量探针一起使用的光纤检查尖端，该光纤检查尖端包括：
一个尖端壳体，该尖端壳体具有：一条纵向轴线；一个探针端，该探针端具有被配置成用于与该光纤检查显微镜与功率测量探针相配合的一个探针接口；一个检查端，该检查端具有被配置成用于接纳一个光纤在一个成角度抛光的连接器处的一个端面的一个配合接口；以及一个内腔，该内腔沿着该纵向轴线在该探针端与该检查端之间延伸，该光纤的该端面相对于该光纤的一个传播轴线形成一个非直角并且使在该端面处离开该光纤的光的平均传播方向相对于该光纤检查显微镜与功率测量探针的一个成像路径倾斜；以及
一个聚光元件，该聚光元件安置于该尖端壳体的该内腔中，该聚光元件的直径以及该聚光元件与该配合接口之间的距离被适配成用于接收该倾斜光，当该光纤检查尖端被安装于该光纤检查显微镜与功率测量探针上并且该成角度抛光的连接器被接纳于该光纤检查尖端的该配合接口中时，该聚光元件将该倾斜光朝向该光纤检查显微镜与功率测量探针的该成像路径重新定向。
12.如权利要求11所述的光纤检查尖端，其中，该光纤检查尖端可释放地连接到该光纤检查显微镜与功率测量探针。
13.如权利要求12所述的光纤检查尖端，其中，该光纤检查尖端可与不具有聚光元件的多个光纤检查尖端互换。
14.如权利要求11、12或13所述的光纤检查尖端，其中，该内腔在用于接纳该聚光元件的该探针端处是开口的。
15.如权利要求11、12或13所述的光纤检查尖端，其中，该尖端壳体具有用于接纳该成角度抛光的连接器的一个套管接纳通道，该套管接纳通道相对于该成像路径倾斜，从而使得该光纤的该端面垂直于该光纤检查显微镜与功率测量探针的该成像路径而定位。
16.如权利要求11、12或13所述的光纤检查尖端，其中，该聚光元件具有大于2mm的透镜直径。
17.如权利要求11、12或13所述的光纤检查尖端，其中，沿着该成像路径在该聚光元件与该配合接口之间的距离的值介于5mm与8mm之间并且优选地介于6mm与7mm之间。
18.如权利要求11、12或13所述的光纤检查尖端，其中，该聚光元件是一个聚光透镜系统。
19.一种用于使用光纤检查显微镜与功率测量系统检查光纤在成角度抛光的连接器处的端面的方法，该方法包括以下步骤：
使用一个聚光元件接收离开该光纤的该端面的光，所述光的平均传播方向相对于该光纤检查显微镜与功率测量系统的一个成像路径倾斜；
使用该聚光元件将所接收的该光朝向该光纤检查显微镜与功率测量系统的该成像路径重新定向；以及
使用该光纤检查显微镜与功率测量系统的一个光学功率检测器测量与由该聚光元件重新定向的该倾斜光相关联的一个光学功率值。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述重新定向进一步包括将该倾斜光重新定向到该光纤检查显微镜与功率测量系统的一个光纤端面成像组件的一个物镜中，该方法进一步包括以下步骤：
沿着该成像路径照射该光纤的该端面；以及
使用该光纤端面成像组件沿着该成像路径对该受照端面进行成像。
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