CN106767554B - 保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤技术领域，具体公开了一种保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，该方法利用光纤发光的角度与位置测量上述参数，可以一次性测量光纤轴向、光纤轴线(双纤光纤)和研磨角之间的相对角度关系，以及研磨角和光纤间距，可以清楚的得到上述角度与位置的相对关系，其采用光学成像的方法，用透镜将角度转化为位置并放大，最低可以保证测量精度在0.1°以内。
Description
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种测量保偏光纤轴向、光纤连线和研磨方向之间夹角的方法。
背景技术
Pigtail即是光纤固定座，由微细管(Ferrule)、光纤(Fiber)用353ND胶粘合在一起做成。光纤端面是很脆弱的部分，但是端面的平整与否对于未来整体规格能否达成，又扮演着相当重要的角色，所以必须作适当的保护，以避免端面受损。为此有人就在光纤外部套上一个玻璃头套(Glass Ferrule，简称Ferrule)，再籍由研磨的方式取得光纤端面所需要的平整度。
对于普通单纤Pigtail，只有光纤研磨角一个角度，所以只要研磨角满足指标要求，能够满足回损即可，对角度要求不高。对于多纤Pigtail，则要求保证纤芯连线和研磨斜面平行。对于保偏光纤，其轴线也要和纤芯连线及研磨平面平行。如果上述3个方向不平行，会影响最终成品性能。因此需要检测光纤的上述三个方向是否平行。
目前光纤的生产厂商普遍采用反射法测量光纤研磨角，用测量显微镜测量保偏光纤轴向、光纤轴线(双纤光纤)和研磨角之间的相对角度关系。用此方法的测量精度很大程度上取决于测量显微镜精度、取点精度、算法精度以及物料材质，精度不可控。再者，这种测量方法只能测量物理角度，和对光路的影响不能完全对应。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其可以一次性测量光纤轴向、光纤轴线(双纤光纤)和研磨角之间的相对角度关系，以及研磨角和光纤间距。
为实现上述目的，本发明提供了一种保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其包括如下步骤：
步骤S1，搭建一测试台，该测试台上包括依次设置的光源、透镜及Beam Scan，待测光纤阵列与Beam Scan均置于一可3维移动的马达上；
步骤S2，将待测光纤阵列装在测试台上，使光纤阵列的纤芯连线与水平面平行，且将待测光纤阵列连接到光源的光开关上；
步骤S3，以第一根光纤为基准，调节Beam Scan前后位置，将光纤放置在透镜焦点位置；
步骤S4，将光切换到第二根光纤，马达X方向移动距离为两根光纤的纤芯间距，记录光点在Beam Scan上的位置，旋转光纤并切换两根光纤，使它们的出射光在Beam Scan的Y方向上高度一致；
步骤S5，切换每一根光纤，将每根光纤调到透镜焦点，记录每根光纤对应的马达位置，根据所有光纤的位置优化旋转角度，使所有光纤在同一水平面上，将此时光纤角度马达坐标设为角度参考点，同时根据位置信息计算每根光纤之间的间距，分别记为d1,d2……dn；
步骤S6，将第一根光纤移动到透镜焦点，移动Beam Scan并调节光纤坐标，使出射光水平，记录此时Beam Scan坐标X1、Y1，则有θ1x＝(X1-X0)/2f，θ1Y＝(Y1-Y0)/2f；其中θ1x与θ1Y为第一根光纤的研磨角在X与Y方向上和标准光纤的角度差，f为透镜焦距，X0、Y0为标准坐标；
步骤S7，按照上述方法测量每一根光纤，得到θ2x……θnx,θ2y……θny，计算各个光纤的角度平均值θx＝(θ1x+θ2x+……θnx),θy＝(θ1y+θ2y+……θny)，θx与θy为此光纤阵列的研磨角在X与Y方向上和标准光纤的角度差；
步骤S8，将光开关切换到保偏光纤的通道，旋转光纤将Beam Scan上的光功率调节至最大，记录角度马达的读数并减去参考值，记为Ф1，按照此方法测量其他光纤，记为Ф2……Фm。
特别的，所述步骤S1还包括校正光纤、透镜及Beam Scan平行度，光轴定标的步骤：若平行则继续测量，若不平行则需微调光纤、透镜及Beam Scan的相对位置。
具体的，所述校正及光轴定标步骤包括：
步骤Sa1，选择一根研磨角已知的光纤作为标准光纤，通过观察Beam Scan近场与远场的变化，将标准光纤调节到透镜的焦点上，使出射光为准直光；
步骤Sa2，旋转标准光纤360°，记录Beam Scan上面光斑的最大高度Ymax和最小高度Ymin；
步骤Sa3，若研磨角θ＝(Ymax-Ymin)/2f等式成立，则说明光纤、透镜及Beam Scan平行，继续测量；若等式不成立，则说明光纤、透镜及Beam Scan不平行，则需微调光纤、透镜和Beam Scan的相对位置，使等式成立。
进一步地，所述校正步骤中，若Ymax和Ymin对应的X坐标不相等，则要旋转Beam Scan使其XY方向与光路的XY方向重合，再重新测量Ymax和Ymin，并记录两者对应的X坐标记为X0，Y0＝(Ymax+Ymin)/2。
选择性的，当需要测量偏振角度时，则在透镜和Beam Scan之间近Beam Scan处插入偏振片。
特别的，所述测量偏振角度时，采用保偏的光源、光开关及光纤。
本发明的保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其利用光纤发光的角度与位置测量上述参数，采用光学成像的方法，用透镜将角度转化为位置并放大，最低可以保证测量精度在0.1°以内；其测量结果为光学指标而非机械指标，与器件光路直接相关，避免了光学结构与机械结构之间的误差；再者，整个测量过程可以实现自动完成，无需人工干预，保证了测量的一致性和效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中光轴定标时的光路示意图；
图2为本发明测量过程中主光路X方向的示意图；
图3为本发明测量过程中主光路Y方向的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明提供一种保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其包括如下步骤：
步骤S1，搭建一测试台，该测试台上包括依次设置的光源10、透镜(Lens)20及光束扫描设备(Beam Scan)30，待测光纤阵列40与Beam Scan 30均置于一可3维移动的马达上(未图示)。特别的，本发明所述步骤S1还包括校正光纤、透镜20及Beam Scan 30平行度，光轴定标的步骤：若平行度很好则可以继续测量，若不平行则需微调光纤、透镜20及BeamScan 30的相对位置。
具体的，所述校正及光轴定标步骤包括：
步骤Sa1，选择一根研磨角已知的光纤作为标准光纤50，该标准光纤50的研磨角可以是0°或是与待测光纤相同。光路如图1所示，标准光纤50和Beam Scan 30放置在马达上，该马达可以3维移动，光纤除了可以3维移动还可以沿着光轴旋转。通过观察Beam Scan 30近场与远场的变化，将标准光纤50调节到透镜20的焦点上，使出射光为准直光。
步骤Sa2，旋转标准光纤360°，记录Beam Scan 30上面光斑的最大高度Ymax和最小高度Ymin。
步骤Sa3，已知透镜20焦距为f，研磨角为θ，若研磨角θ＝(Ymax-Ymin)/2f等式成立，则说明标准光纤50、透镜20及Beam Scan 30度很好，可以继续测量；若等式不成立，则说明标准光纤50、透镜20及Beam Scan 30不平行，则需微调标准光纤50、透镜20和Beam Scan 30的相对位置，使等式成立。
进一步地，所述校正步骤中，若Ymax和Ymin对应的X坐标不相等，说明Beam Scan 30的XY方向与光路的XY方向不重合，则要旋转Beam Scan 30使其XY方向与光路的XY方向重合，再重新测量Ymax和Ymin，并记录两者对应的X坐标记为X0，Y0＝(Ymax+Ymin)/2。
作为本发明可选择的实施例，当需要测量偏振角度时，则可以在透镜20和BeamScan 30之间近Beam Scan 30处插入偏振片60。如果不需要测量偏振角度，可以不插入偏振片且使用非保偏光源和光开关。特别的，如果要测量偏振角度，必须使用保偏的光源、光开关及光纤。本发明通过机械加工的精度可以保证偏振片的光轴与主光路在同一水平面上，误差在1度以内。
步骤S2，将待测光纤阵列40通过夹具装在测试台上，且将待测光纤阵列40连接到光源10的光开关12上，通过夹具使光纤阵列40的纤芯连线与水平面大致平行(如图2、3所示)。本发明通过夹具保证光纤初始位置的精度，整个过程可以实现自动完成，无需人工干预，保证了测量的一致性和效率。
步骤S3，以第一根光纤为基准，调节Beam Scan 30前后位置，将光纤放置在透镜20焦点位置。
步骤S4，将光切换到第二根光纤，马达X方向移动距离为两根光纤的纤芯间距(pitch)，记录光点在Beam Scan 30上的位置，旋转光纤并切换两根光纤，使它们的出射光在Beam Scan 30的Y方向上高度一致。
步骤S5，切换每一根光纤，将每根光纤调到透镜焦点，记录每根光纤对应的马达位置，根据所有光纤的位置优化旋转角度，尽量使所有光纤在同一水平面上，将此时光纤角度马达坐标设为角度参考点，同时根据位置信息计算每根光纤之间的间距，分别记为d1,d2……dn。
步骤S6，将第一根光纤移动到透镜焦点，移动Beam Scan 30并调节光纤坐标，使出射光水平，记录此时Beam Scan 30坐标X1、Y1，则有θ1x＝(X1-X0)/2f，θ1Y＝(Y1-Y0)/2f；其中θ1x与θ1Y为第一根光纤的研磨角在X与Y方向上和标准光纤的角度差，f为透镜焦距，X0、Y0为标准坐标。
步骤S7，按照上述方法测量每一根光纤，得到θ2x……θnx,θ2y……θny，计算各个光纤的角度平均值θx＝(θ1x+θ2x+……θnx),θy＝(θ1y+θ2y+……θny)，θx与θy为此光纤阵列40的研磨角在X与Y方向上和标准光纤50的角度差。
步骤S8，将光开关12切换到保偏光纤的通道，旋转光纤将Beam Scan 30上的光功率调节至最大，记录角度马达的读数并减去参考值，记为Ф1，按照此方法测量其他光纤，记为Ф2……Фm。现有技术中对上述角度与间距的测量都是独立测量，缺乏彼此之间的联系，不能完全反应光纤的误差。本发明可以一次性测量3个角度和光纤间距，可以清楚的得到上述角度与位置的相对关系。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，搭建一测试台，该测试台上包括依次设置的光源、透镜及Beam Scan，待测光纤阵列与Beam Scan均置于一可3维移动的马达上；
步骤S2，将待测光纤阵列装在测试台上，使光纤阵列的纤芯连线与水平面平行，且将待测光纤阵列连接到光源的光开关上；
步骤S3，以第一根光纤为基准，调节Beam Scan前后位置，将光纤放置在透镜焦点位置；
步骤S4，将光切换到第二根光纤，马达X方向移动距离为两根光纤的纤芯间距，记录光点在Beam Scan上的位置，旋转光纤并切换两根光纤，使它们的出射光在Beam Scan的Y方向上一致；
步骤S5，切换每一根光纤，将每根光纤调到透镜焦点，记录每根光纤对应的马达位置，根据所有光纤的位置优化旋转角度，使所有光纤在同一水平面上，将此时光纤角度马达坐标设为角度参考点，同时根据位置信息计算每根光纤之间的间距，分别记为d1,d2……dn；
步骤S6，将第一根光纤移动到透镜焦点，移动Beam Scan并调节光纤坐标，使出射光水平，记录此时Beam Scan坐标X1、Y1，则有θ1x＝(X1-X0)/2f，θ1Y＝(Y1-Y0)/2f；其中θ1x与θ1Y为第一根光纤的研磨角在X与Y方向上和标准光纤的角度差，f为透镜焦距，X0、Y0为标准坐标；
步骤S7，按照上述方法测量每一根光纤，得到θ2x……θnx,θ2y……θny，计算各个光纤的角度平均值θx＝(θ1x+θ2x+……θnx),θy＝(θ1y+θ2y+……θny)，θx与θy为此光纤阵列的研磨角在X与Y方向上和标准光纤的角度差；
步骤S8，将光开关切换到保偏光纤的通道，旋转光纤将Beam Scan上的光功率调节至最大，记录角度马达的读数并减去参考值，记为Ф1，按照此方法测量其他光纤，记为Ф2……Фm。
2.如权利要求1所述的保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其特征在于，所述步骤S1还包括校正光纤、透镜及Beam Scan平行度，光轴定标的步骤：若平行则继续测量，若不平行则需微调光纤、透镜及Beam Scan的相对位置。
3.如权利要求2所述的保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其特征在于，所述校正及光轴定标步骤包括：
步骤Sa1，选择一根研磨角已知的光纤作为标准光纤，通过观察Beam Scan近场与远场的变化，将标准光纤调节到透镜的焦点上，使出射光为准直光；
步骤Sa2，旋转标准光纤360°，记录Beam Scan上面光斑的最大高度Ymax和最小高度Ymin；
步骤Sa3，若研磨角θ＝(Ymax-Ymin)/2f等式成立，则说明光纤、透镜及Beam Scan平行，继续测量；若等式不成立，则说明光纤、透镜及Beam Scan不平行，则需微调光纤、透镜和BeamScan的相对位置，使等式成立。
4.如权利要求3所述的保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其特征在于，所述校正步骤中，若Ymax和Ymin对应的X坐标不相等，则要旋转Beam Scan使其XY方向与光路的XY方向重合，再重新测量Ymax和Ymin，并记录两者对应的X坐标记为X0，Y0＝(Ymax+Ymin)/2。
5.如权利要求1-4任一项所述的保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其特征在于，当需要测量偏振角度时，则在透镜和Beam Scan之间近Beam Scan处插入偏振片。
6.如权利要求5所述的保偏光纤轴向、光纤轴线与研磨方向之间夹角的测量方法，其特征在于，所述测量偏振角度时，采用保偏的光源、光开关及光纤。
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