CN105890872A - 大芯径光纤端面检测方法及设备 - Google Patents
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Abstract
一种大芯径光纤端面检测方法和设备，方法包括以下步骤：将单色光通过分光器件分成参考光和用于检测光纤的端面的检测光；将参考光遮挡，调整线性位移机构使光纤端面通过物镜和数字成像系统成像，并使光纤端面的中心与数字成像系统的十字参考线的交点重合；打开参考光，通过微位移机构调整反射镜的位置，使参考光与检测光产生干涉图像；通过曲面调整机构调整光纤的立体空间位置，使在数字成像系统中产生至少一个干涉环；数字成像系统采集干涉图像并通过计算机计算得出曲率半径。本发明测量出光纤端面的曲率半径，能够符合大芯径光纤的端面测量的高精密度要求。
Description
技术领域
本发明涉及光纤检测仪器，尤其涉及一种大芯径光纤端面检测方法及设备。
背景技术
目前随着人们对高精度机械加工行业的要求越来越高，对于激光加工工艺及光功率要求也越来越高，迫切需要由光纤输出能量的方式，将原有的“硬光路”设备进行替换，因此大芯径光纤的运用也适应了这样的需求。
大芯径光纤的芯径大于通信用光纤的标称值，与通信用光纤光纤相比，机械损伤值大。大芯径光纤除了可以传输信号，还可以传输能量，因此能够传送较大的光功率，主要用于工业、医学和国防中的监控、内窥、潜望等。
在大芯径光纤的物理光学参数和材质情况已定的情况下，光纤端面的处理将直接影响能量的传输效率。尤其是光纤端面的曲率半径对光的耦合效率的影响，是衡量能量光传输的重要指标。请参见图1，光纤包括包层5和纤芯6。光纤端面的曲率半径的光学模型类似于在光纤端面前置凸透镜3。对于曲率半径过小的情况下，凸透镜3焦点更短更靠近凸透镜3，折光效率更高，在光纤折射点的入射角度更接近法线4方向，在此折射点会发生透射1的现象。部分能量光将穿过包层5透射出光纤，进而损失能量，降低了光纤耦合效率，同时产生的热量会影响光纤的使用寿命；在凸透镜3焦点足够短（即曲率半径足够小）和光能量足够大的情况下，甚至会烧毁或击穿光纤包层5，直接导致光纤损坏报废。如果表面曲率半径足够大，折射点处入射角度远离法线4方向，入射光将在折射点处发生全反射2的现象，提高了光纤的耦合效率，也是光能量的最佳使用状态。
大芯径光纤作为一种高精密的传输媒介，对其光耦合效率的要求非常高。目前市面上存在着一些用于检测通信光纤的光纤端面检测仪，比如公开号为101561260的中国专利文献公开了一种光纤端面检测仪。该光纤端面检测仪是通过干涉光路产生干涉条纹后，对干涉条纹的图像进行处理后得到球面半径、顶点偏移、光纤高度以及APC角度等。在通信光纤的端面检测中，只需要通过定位夹具等配合，就能够获得相对准确的干涉图像，计算得到的参数也能够符合行业要求，因此并不需要对光纤的端面精密地调整方位。但是对于大芯径光纤而言，仅通过定位夹具等的调整，其精密度并不能满足大芯径光纤的端面的检测要求，因此无法检测端面的三维情况，因此该光纤端面检测仪对大芯径光纤的端面检测并无指导意义。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种能够检测大芯径光纤端面的曲率半径的大芯径光纤端面检测方法及设备。
本发明的技术方案是：提供一种大芯径光纤端面检测方法，包括以下步骤：
S1、将单色光通过分光器件分成参考光和用于检测光纤端面的检测光；
S2、插入大芯径光纤，并使大芯径光纤的待检端面位于预定位置；
其特征在于，还包括：
S3、通过曲面调整机构调整大芯径光纤待检端面的立体空间位置，从而使大芯径光纤待检端面在数字成像系统中产生至少一个干涉环；
S4、所述数字成像系统采集干涉图像。
进一步的，在上述S2和S3之间还包括下述步骤：
S21、将参考光遮挡，调整线性位移机构使光纤端面通过物镜和数字成像系统成像，并使光纤端面的中心与数字成像系统的十字参考线交叉点基本重合；
S22、打开参考光，通过微位移机构调整反射镜的位置，使参考光与检测光产生干涉图像。
进一步的，通过曲面调整机构调整光纤位置，使光纤端面的最高点与参考线交叉点基本重合。
进一步的在所述曲面调整机构调整光纤的立体空间位置的同时，还通过微位移机构调整反射镜的位置。
进一步的，通过肉眼观察干涉环的数量，所述干涉环数量越少，光纤的端面质量越好。
本发明还提供一种大芯径光纤端面检测设备，包括主体，所述主体包括光源，
干涉光路组件，用于调节所述干涉光路的位置调节系统，用于使干涉图像成像并采集干涉图像的数字成像系统；
光纤与主体连接，通过所述位置调节系统对干涉光路的调整，所述光源的光束经过干涉光路后分为的检测光和参考光形成干涉图像；所述位置调节系统包括线性位移机构、曲面调整机构和微位移机构，所述线性位移机构、曲面调整机构分别调整光纤的端面的平面位置和立体空间位置，所述微位移机构调整所述干涉光路组件上的反射镜的平面位置。
进一步地，还包括计算曲率半径的计算机
进一步地，所述干涉光路组件包括分光器件，所述分光器件是分光棱镜或半透半反透镜或介质膜分光透镜。
进一步地，光纤通过定位夹具与所述主体连接。
进一步地，所述微位移机构是压电陶瓷。
与现有技术相比，本发明采用了线性位移机构、曲面调整机构分别调整光纤的端面的平面位置和立体空间位置，采用微位移机构调整反射镜的平面位置，使检测光和参考光产生干涉并且在数字摄像显示器中至少显示一个干涉环，通过计算机计算曲率半径等相关参数，或者仅通过肉眼观察，根据干涉环的数量来判断大芯径光纤端面的质量好坏。该检测方法更为精密，可靠能够准确检测大芯径光纤的曲率半径等参数，进而判断被检测的大芯径光纤端面是否符合质量要求。
附图说明
图1为光纤端面的光学模型示意图。
图2为本发明的方法原理示意图。
图3为本发明的方法步骤示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
请参见图2和图3，图2和图3揭示的是一种大芯径光纤端面检测方法。原理是：分光器件10将单色光分为相干的两束光，分别为参考光与检测光，其中参考光经过反射镜30反射回分光器件10，检测光经过光纤端面反射，同样反射回分光器件10并在分光器件10处产生干涉图像，在物镜20中由数字成像系统40成像，经计算机90分析后得出准确的曲率半径数值。具体包括以下步骤：
S1、将单色光通过分光器件10分成参考光和用于检测光纤的端面的检测光。所述分光器件10是半透半反透镜、介质膜分光透镜或分光棱镜。优选地，采用分光棱镜。因为半透半反透镜或介质膜分光透镜会产生像差，在成像的时候会出现重影的现象，影响成像质量，而使用分光棱镜能够控制像差，消除影响。
S21、将参考光遮挡，调整线性位移机构60使光纤端面通过物镜20和数字成像系统40清晰成像，并使光纤端面的中心与数字成像系统40的十字参考线交叉点基本重合。所述线性位移机构60可以通过调节旋钮进行人工调节，也可以通过计算机90控制的方式进行电控，使所述光纤端面做平面位移运动。成像后由数字成像系统40采集光纤端面图像存至计算机90备用。
在本发明中，所述物镜20是长工作距离的物镜20，便于放置所述分光器件10等光学器件。
S22、打开参考光，通过微位移机构70调整反射镜30的位置，使参考光与检测光产生干涉图像。此时产生的干涉图像至少是干涉条纹。所述微位移机构70可以是压电陶瓷，通过控制器控制所述压电陶瓷，当电压作用于所述压电陶瓷时，压电陶瓷就会随电压和频率的变化产生机械变形，从而实现精确的位移控制。
S2、通过曲面调整机构80调整光纤的立体空间位置，为了调整到最佳状态，还可以通过微位移机构70辅助调整反射镜30和分光器件10的相对平面位置，使反射镜30的平面和分光器件10的平面与光轴保持正交，共同调节后在数字成像系统40的显示器（未示出）中产生至少一个干涉环。为了得到准确的计算结果，通过曲面调整机构80调整光纤位置，使大芯径光纤端面的最高点与数字摄像显示器（未示出）的十字参考线交叉点基本重合；当然，所述十字参考线也可以叉形参考线代替。即使干涉环的中心与光纤端面的中心基本重合，使光纤端面的中心成为光轴子午面最高点。在此点产生的干涉环的中心，也就是以光纤中心为最高点的球面干涉图像。
本发明通过曲面调整机构80对光纤端面进行三维空间调整，能够弥补线性位移机构60只能平面调整的缺陷，进而更加精密地调整光纤端面的位置，在显示器（未示出）中产生至少一个干涉环。
S3、数字成像系统40采集干涉图像并通过计算机90计算得出曲率半径。具体是：根据干涉环暗环的直径及相互间隔取样并测量，通过预设的算法，计算出光纤端面的曲率半径。
本发明的具体实施方式中，虽然是以5步操作来说明的，实际上，本发明中的S21步和S22步是可以省去的，也就是说，只需S1、S2和S3三步，本发明也是可以实现的，只是效果略差而已。
进一步地，在S3中通过肉眼观察干涉环的数量来判断光纤端面的几何状况，所述干涉环数量越少，光纤的端面质量越好。
本发明涉及一种大芯径光纤端面检测设备，包括主体，所述主体上包括光源，所述光源是设于主体上的光源发生器产生的单色光。所述主体上设有定位夹具，光纤通过定位夹具与所述主体连接。
所述主体上设有干涉光路组件，所述干涉光路组件包括分光器件10、凸透镜和发射镜。所述分光器件10是分光棱镜或半透半反透镜或介质膜分光透镜。
所述主体上设有用于调节所述干涉光路的位置调节系统。所述位置调节系统包括线性位移机构60、曲面调整机构80和微位移机构70，所述线性位移机构60用于调整光纤的端面的平面位置，所述曲面调整机构80用于调整光纤的端面的立体空间位置，优先的，所述曲面调整机构80可以是θ轴位移机构，或球面磁吸机构，或球面位移机构等来实现；所述微位移机构70用于调整反射镜30的平面位置。所述微位移机构70是压电陶瓷，通过控制器控制压电陶瓷工作，从而使反射镜30产生位移。所述微位移机构可以是压电陶瓷，也可以是其他精密的位移机构如：精密螺杆等。为了得到更精密的控制和调节精度，本发明采用了压电陶瓷控制位移量的方式。
所述主体上设有用于干涉图像成像的物镜20和数字成像系统40。所述数字成像系统40还用于采集干涉图像。所述数字成像系统40是自带中心十字线的数字成像系统40。所述数字成像系统40将干涉图像采集后传输至计算机90，由计算机90对干涉图像进行测量计算，最后得到该光纤端面的曲率半径等参数。
所述主体上设有显示器（未示出），所述显示器（未示出）中显示干涉图像。
光纤固定在主体上，通过所述位置调节系统对干涉光路的调整，所述光源的光束经过干涉光路后分为的检测光和参考光形成干涉图像；数字成像系统40采集干涉图像并传输至计算机90进行处理。
与现有技术相比，本发明采用了线性位移机构60、曲面调整机构80分别调整光纤的端面的平面位置和立体空间位置，采用微位移机构调整反射镜的平面位置，使检测光和参考光产生干涉图像并且在数字摄像显示器（未示出）中至少显示一个干涉环，通过计算机计算曲率半径等相关参数，或者仅通过肉眼观察，根据干涉环的数量来判断大芯径光纤的质量好坏。该检测方法更为精密，能够准确检测大芯径光纤的曲率半径等参数，进而判断被检测的大芯径光纤是否符合质量要求。
显然，本领域内技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种大芯径光纤端面检测方法，包括以下步骤：
S1、将单色光通过分光器件分成参考光和用于检测光纤端面的检测光；
S2、插入大芯径光纤，并使大芯径光纤的待检端面位于预定位置；
其特征在于，还包括：
S3、通过曲面调整机构调整大芯径光纤待检端面的立体空间位置，从而使大芯径光纤待检端面在数字成像系统中产生至少一个干涉环；
S4、所述数字成像系统采集干涉图像。
2.根据权利要求1所述的大芯径光纤端面检测方法，其特征在于，在上述S2和S3之间还包括下述步骤：
S21、将参考光遮挡，调整线性位移机构使光纤端面通过物镜和数字成像系统成像，并使光纤端面的中心与数字成像系统的十字参考线交叉点基本重合；
S22、打开参考光，通过微位移机构调整反射镜的位置，使参考光与检测光产生干涉图像。
3.根据权利要求1或2所述的大芯径光纤端面检测方法，其特征在于，通过曲面调整机构调整光纤位置，使光纤端面的最高点与参考线交叉点基本重合。
4.根据权利要求1或2所述的大芯径光纤端面检测方法，其特征在于，在所述曲面调整机构调整光纤的立体空间位置的同时，还通过微位移机构调整反射镜的位置。
5.根据权利要求1或2所述的大芯径光纤端面检测方法，其特征在于，通过肉眼观察干涉环的数量，所述干涉环数量越少，光纤的端面质量越好。
6.一种大芯径光纤端面检测设备，包括主体，所述主体包括：
光源，
干涉光路组件，
用于调节所述干涉光路的位置调节系统，
用于使干涉图像成像并采集干涉图像的数字成像系统，
光纤与主体连接，通过所述位置调节系统对干涉光路的调整，所述光源的光束经过干涉光路后分为的检测光和参考光形成干涉图像，其特征在于，所述位置调节系统包括线性位移机构、曲面调整机构和微位移机构，所述线性位移机构、曲面调整机构分别调整光纤的端面的平面位置和立体空间位置，所述微位移机构调整所述干涉光路组件上的反射镜的平面位置。
7.根据权利要求6所述的大芯径光纤端面检测设备，其特征在于，还包括计算曲率半径的计算机。
8.根据权利要求6或7所述的大芯径光纤端面检测设备，其特征在于，所述干涉光路组件包括分光器件，所述分光器件是分光棱镜或半透半反透镜或介质膜分光透镜。
9.根据权利要求6或7所述的大芯径光纤端面检测设备，其特征在于，光纤通过定位夹具与所述主体连接。
10.根据权利要求6或7所述的大芯径光纤端面检测设备，其特征在于，所述微位移机构是压电陶瓷。
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