CN106568581A - 一种光纤数值孔径的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤技术领域，公开了一种光纤数值孔径的测量方法，其特征在于包括如下步骤：选取待测光纤，将待测光纤两端的端面切割平整后水平放置；调节待测光纤的输出端，使得待测光纤的输出端的垂直投影位于旋转盘的圆心处；光源通过激光注入装置由待测光纤的输入端注入，并经待测光纤的输出端输出投射于白屏上形成光斑；转动旋转盘，使白屏上的刻线与光斑的两侧分别相切，并记录旋转盘上的指针读数θ1和θ2，代入公示中，计算得到包层数值孔径NA方。本发明测试快速、结果准确客观，可以对常规单模光纤、多模光纤、双包层光纤、传能光纤等进行测量，该方法可以解决现有技术难以测量光纤尺寸较大的数值孔径的问题。
Description
技术领域
本发明属于光纤技术领域，涉及一种测量方法，具体涉及一种光纤数值孔径的测量方法。
背景技术
光纤激光器近些年来发展迅猛，由于光纤激光器具有转换效率高、光束质量好以及结构紧凑等优点而被军事、光通信、科研、工业加工及医疗等领域广泛应用。在光纤激光器中的核心光器件就是掺杂光纤以及与之配套的无源光纤及传能光纤。
数值孔径是光纤的一个重要的光学参数，数值孔径的物理含义为光学器件传输光能力的大小，而对于光纤来说，表示光纤接收光辐射的能力。它决定了光纤对光接收角度及输出时的发散角度，而数值孔径是由于不同材料的相对折射率差值所决定。
在光纤通用规范GB1427b-2013中，规定了测量光纤数值孔径的两种基本方法：一是折射近场法，由于光从光密介质向光疏介质的传播过程中会发生全反射现象，根据菲涅尔方程，可以测量包层的折射率n1和纤芯的折射率n2，通过公式计算得到数值孔径NA的值,但该种方法所需要的设备成本非常高；二是远场光强分布法，远场数值孔径NA的定义为光纤远场辐射图上光强下降到最大值5％的半角的正弦值，但是该测试方法是针对单模光纤或多模光纤，光束能量分布为高斯分布或近高斯分布。而市场上高功率光纤激光器主要采用大模场双包层光纤，为了得到较高的转换效率和光束质量，这种光纤普遍纤芯数值孔径较低，包层数值孔径较高。这类双包层光纤的光斑能量分布与传统的单模光纤以及多模光纤的光斑能量分布不同，能量并不是高斯型分布，难以用远场光强分布法对双包层光纤进行测量。
因此，针对现有技术中的不足，有必要提供一种适用于双包层光纤的数值孔径测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、测试快速、结果准确客观的光纤数值孔径的测量方法，可以对常规单模光纤、多模光纤、双包层光纤、传能光纤以及其他光纤尺寸较大的数值孔径进行测量。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种光纤数值孔径的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选取待测光纤，将待测光纤两端的端面切割平整后水平放置，所述待测光纤两端的端面与水平面垂直；
(2)调节待测光纤的输出端，使得待测光纤的输出端的垂直投影位于旋转盘的圆心处；
(3)光源通过激光注入装置由待测光纤的输入端注入，并经待测光纤的输出端输出投射于白屏上形成光斑；
(4)转动旋转盘，使白屏上的刻线与光斑的一侧相切，记录此时旋转盘上的指针读数θ1；
(5)再转动旋转盘，使白屏上的刻线与光斑的另一侧相切，记录此时旋转盘上的指针读数θ2；
(6)将指针读数θ1和θ2代入公示中，计算得到包层数值孔径NA。
进一步的，所述步骤(1)和步骤(2)之间还包括如下步骤：剥除待测光纤的光纤涂层直至露出裸纤，所述裸纤的长度≥10cm，在所述裸纤上包覆高折射率介质以滤除包层光。
进一步的，所述光源为红光激光、绿光激光和近红外激光，功率为1毫瓦～1瓦。
进一步的，所述旋转盘的旋转角度为360°，精度≥0.5度。
进一步的，所述待测光纤的输出端与所述白屏之间的距离≥10cm。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：
1、本发明可以快速准确的对双包层光纤的包层数值孔径及纤芯数值孔径进行测量，测量结果客观的反映了双包层光纤的纤芯与包层、包层与涂层的折射率差值，将光纤的材料性能与光学性能参数联系在一起，通过角度测量的方法，降低了一个维度的不确定度，从而提高了测量精度。
2、本发明操作简易、测试快速、结果准确客观、成本低廉，可以对常规单模光纤、多模光纤、无源/有源双包层光纤、传能光纤等进行测量，该方法可以解决现有技术难以测量光纤尺寸较大的数值孔径的问题。
附图说明
图1为本发明优选实施例1的结构示意图；
图2为本发明优选实施例2的结构示意图；
图3为本发明待测光纤发散角示意图；
图4为发明测量光斑发散角示意图。
图中：
1：光源 10:光斑 2：激光注入装置 20：耦合透镜
21：五维调整架 22：光纤夹具 3：待测光纤
4：调节装置 5：白屏 6：旋转盘
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例一
本发明提供的一种光纤数值孔径的测量装置，具体包括如下步骤：
首先选取待测光纤，本实施例中测量对象为尺寸为20/400的双包层无源光纤的包层数值孔径与纤芯数值孔径，准备好待测光纤样品，截取长度为2米以上的待测光纤，使用大芯径切割刀将待测光纤的两端端面切割平整。本发明采用的光源的波段为红光激光、绿光激光或者红外激光光源，功率在1毫瓦到1瓦之间，光源1通过激光注入装置2由待测光纤3的输入端注入并在待测光纤3内传播。本实施例中注入方式采用耦合透镜与五维调整架相组合作为激光注入装置，如图1所示，激光注入装置包括耦合透镜20、五维调整架21和光纤夹具22，待测光纤3的输入端面切割平整，水平放置于光纤夹具22上，切割端面垂直于水平面，为了使光源发出的激光更充分的注入待测光纤，耦合透镜20设置于五维调整架21上方，通过五维调整架21调节输出光斑的位置和方向，使激光的焦点落在注入光纤端面附近，从而提高注入激光的能量，当光源投射于白屏上的光斑明亮且边缘清晰即可停止调整输入端位置。
继而调节待测光纤输出端的位置，在待测光纤3的输出端可以设置有调节装置4，调节装置4可优选为光纤夹具，光纤夹具水平放置在旋转盘6上，手动调整位置，使待测光纤3输出端端面的垂直投影位置落于旋转盘6的圆心处，并使待测光纤3的输出端平行于旋转盘6上方。白屏5垂直设置于旋转盘6上，在旋转盘6圆心的上方可放置显微镜，以便观察光纤端面是否与圆心重合。并且待测光纤3的输出端与白屏5的距离不小于10cm。白屏5上有一垂直于旋转盘的刻线，旋转盘6的旋转角度为360°，旋转精度不低于0.5度。
如图3和图4所示，光源1注入待测光纤3后由输出端输出投射于白屏5上形成光斑10，最后转动旋转盘，使白屏上的刻线与白屏上形成的光斑的一侧相切，记录下此时旋转盘上指针读数θ1＝2.1°，再次转动旋转盘使白屏上刻线与白屏上形成的光斑的另一侧相切并记录下指针读数θ2＝60.7°，代入公式中，得到包层数值孔径NA＝0.489。
在待测光纤的输出端前10cm处，用刀片剥除光纤涂层，露出石英包层部分长度约12cm，将该段被剥除光纤涂层后的待测光纤水平放置，将高折射率胶水涂抹在这段裸露的石英光纤上，使包层光滤除出去。观察光斑接收白屏处可以发现，光斑尺寸随着高折射率胶水的涂抹不断减小，直至继续涂抹胶水光斑尺寸不再变化，即已将包层光剥离干净。然后转动旋转盘，使白屏上刻线分别于形成光斑左右两侧相切，记录下指针读数分别为θ1＝27.8°和θ2＝35.0°。带入公式中，得到纤芯数值孔径NA＝0.063。
实施例二
首先选取待测光纤，本实施例中测量对象为尺寸为200/220的传能光纤的数值孔径，准备好待测光纤样品，截取长度为2米以上的待测光纤，使用大芯径切割刀将待测光纤的两端端面切割平整。本发明采用的光源的波段为红光激光、绿光激光或者红外激光光源，功率在1毫瓦到1瓦之间，光源1通过激光注入装置2由待测光纤3的输入端注入并在待测光纤3内传播。本实施例中注入方式采用光纤适配器作为激光注入装置，如图2所示，将待测光纤3的输入端插入插针，使待测光纤的一端变为FC连接器头，然后将它插入手持式激光笔，使激光注入到光纤内。
继而调节待测光纤3输出端的位置，使输出端端面的投影位置落于旋转盘6的圆心处，并使待测光纤3的输出端平行于旋转盘6上方。
最后转动旋转盘，使白屏上的刻线与白屏上形成的光斑的一侧相切，记录下此时旋转盘上指针读数θ1＝17.3°，再次转动旋转盘使白屏上刻线与白屏上形成的光斑的另一侧相切并记录下指针读数θ2＝42.3°，代入公式中，得到包层数值孔径NA＝0.216。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (5)
1.一种光纤数值孔径的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选取待测光纤，将待测光纤两端的端面切割平整后水平放置，所述待测光纤两端的端面与水平面垂直；
(2)调节待测光纤的输出端，使得待测光纤的输出端的垂直投影位于旋转盘的圆心处；
(3)光源通过激光注入装置由待测光纤的输入端注入，并经待测光纤的输出端输出投射于白屏上形成光斑；
(4)转动旋转盘，使白屏上的刻线与光斑的一侧相切，记录此时旋转盘上的指针读数θ1；
(5)再转动旋转盘，使白屏上的刻线与光斑的另一侧相切，记录此时旋转盘上的指针读数θ2；
(6)将指针读数θ1和θ2代入公示中，计算得到包层数值孔径NA。
2.根据权利要求1所述的一种光纤数值孔径的测量方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)之间还包括如下步骤：剥除待测光纤的光纤涂层直至露出裸纤，所述裸纤的长度≥10cm，在所述裸纤上包覆高折射率介质以滤除包层光。
3.根据权利要求1所述的一种光纤数值孔径的测量方法，其特征在于，所述光源为红光激光、绿光激光和近红外激光，功率为1毫瓦～1瓦。
4.根据权利要求1所述的一种光纤数值孔径的测量方法，其特征在于，所述旋转盘的旋转角度为360°，精度≥0.5度。
5.根据权利要求1所述的一种光纤数值孔径的测量方法，其特征在于，所述待测光纤的输出端与所述白屏之间的距离≥10cm。
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