CN106918445A - 基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置 - Google Patents

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邹华
张美玲
刘金升
张开骁
王淋正
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/33—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face

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Abstract

本发明公开了一种基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，包括激光器、扩束镜、第一会聚透镜、光阑、第二会聚透镜、光纤、四象限探测器和电控偏转镜；激光器发出的光经过扩束镜进行扩束，之后打在第一会聚透镜上，第一会聚透镜将光束准直，准直光束经过光阑打在第二会聚透镜上，然后进入光纤，经过光纤传播，出射光束照射到四象限探测器上，用电控偏转镜扫描四象限探测器的靶面，获得四象限探测器的位置灵敏度，从而计算出射光斑实际尺寸。本发明具有操作方便、成本低的特点，有着广泛的应用前景和应用价值。

Description

基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置
技术领域
本发明涉及基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置。
背景技术
光纤是利用光的全反射原理制成的，它具有很好的光传输特性，因此在很多领域有着广泛的应用。天文中光纤主要的应用范围包括积分场光谱技术(Integral fieldspectroscopy)和多目标光谱技术(Multi-object spectroscopy)。光纤的透过率及光纤焦比退化是光学性能中两个主要的研究方向。科学家对光纤焦比退化的研究已经超过30年，自从第一个多光纤系统应用在天文中，科学家就开始进行研究，但一直以来都没有统一的结果，即使所用光纤是同一公司生产的同一产品，这与科学家所用的测量方法以及测量环境等都有关系。光纤焦比退化与数值孔径、入射焦比、波长、光纤长度、弯曲、应力、使用环境、入射角度等有关系。焦比是焦距与光斑直径的比值，理想状态下入射焦比等于出射焦比，但由于光的弥散作用，使出射光斑的直径增大，所以出射焦比会减小，这种现象称为焦比退化(FRD)。
然而，现有技术中的测光纤焦比退化的装置往往需要直接去测量并用肉眼读出光斑大小，操作麻烦。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置。
技术方案：本发明所述的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，包括激光器、扩束镜、第一会聚透镜、光阑、第二会聚透镜、光纤、四象限探测器和电控偏转镜；激光器发出的光经过扩束镜进行扩束，之后打在第一会聚透镜上，第一会聚透镜将光束准直，准直光束经过光阑打在第二会聚透镜上，然后进入光纤，经过光纤传播，出射光束照射到四象限探测器上，用电控偏转镜扫描四象限探测器的靶面，获得四象限探测器的位置灵敏度，从而计算出射光斑实际尺寸。
进一步，所述激光器为氦氖激光器，波长为632.8nm。
进一步，所述扩束镜的放大倍率为5倍。
进一步，所述第一会聚透镜的焦距为15cm。
进一步，所述第二会聚透镜的焦距为8cm。
进一步，所述光阑的孔径可调范围为1.5mm-26mm。
进一步，所述光纤的长度为4m。
进一步，所述四象限探测器的采样频率为2.5kHz，采样量程为±1V。
有益效果：本发明公开了一种基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，与传统测光纤焦比退化的装置相比，一是不需要直接去测量并用肉眼读出光斑大小，更简单方便；二是四象限探测器得出的光斑尺寸比传统肉眼读的精度高，测得的焦比退化更准确。本发明结合几何光学的原理，将光束最大限度耦合进光纤，提高了耦合效率，并且用电控偏转镜对打在四象限探测器上的光斑进行扫描，得出四象限探测器的位置灵敏度，求出光斑尺寸。本发明具有操作方便、成本低的特点，因此有着广泛的应用前景和应用价值。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中不同光斑半径时Sx(x)随x的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，如图1所示，包括激光器1、扩束镜2、第一会聚透镜3、光阑4、第二会聚透镜5、光纤6、四象限探测器7和电控偏转镜8；激光器1发出的光经过扩束镜2进行扩束，之后打在第一会聚透镜3上，第一会聚透镜3将光束准直，准直光束经过光阑4打在第二会聚透镜5上，然后进入光纤6，经过光纤6传播，出射光束照射到四象限探测器7上，调节光纤6与四象限探测器7之间的距离分别为1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm和3.0cm，观察并记录光斑中心的偏移量及光强的变化，同时用电控偏转镜8扫描四象限探测器7的靶面，获得四象限探测器的位置灵敏度，间接计算获得出射光斑实际尺寸D′1，D′2，D′3，D′4，D′5。对这5次测量的结果进行数据处理，求相对应的出射焦比，对5次出射焦比取平均值，即可获得这根光纤的焦比退化程度。
其中，激光器1为氦氖激光器，波长为632.8nm。扩束镜2的放大倍率为5倍。第一会聚透镜3的焦距为15cm。第二会聚透镜5的焦距为8cm。光阑4的孔径为16mm，光阑4与第一会聚透镜3之间的距离为5cm，光阑4与第二会聚透镜5之间的距离也为5cm。光纤6的长度为4m，第二会聚透镜5与光纤6之间的距离为8cm。四象限探测器7的采样频率为2.5kHz，采样量程为±1V。
数据处理过程：
入射焦比为
计算Di′(i＝1,2,3,4,5)
不考虑四象限探测器7的沟道宽度，x和y分别为横向与纵向偏移量，四象限探测器7的前端处理电路采用和差比电路形式，则输出表示偏移量的电压信号为Ex、Ey。根据公式横向电压信号Ex(x)为：
设Sx(x)为x坐标四象限探测器的位置灵敏度，则：
利用电控偏转镜8扫描四象限探测器7的靶面，获得四象限探测器的位置灵敏度。图2是不同半径时Sx(x)随x的变化曲线，其中从上到下依次取r为0.25，0.5，0.75，…，2，将相应的x、Sx(x)代入②式即可得到光斑半径r，则光斑直径就是2r，即可求出D′i(i＝1,2,3,4,5)。
设横向偏移x为0.25mm，则经测试当d＝1cm时，Sx(x)＝1.127；d＝1.5cm时，Sx(x)＝0.741；d＝2cm时，Sx(x)＝0.550；d＝2.5cm时，Sx(x)＝0.437；d＝3cm时，Sx(x)＝0.363。将Sx(x)带入上式求出相对应的光斑半径r，则相应直径D′i是2r。表1给出不同光斑直径下的出射焦比。
表1不同光斑直径下出射焦比
从表1可以算出，此光纤的焦比退化程度为12.4％，所以，基于四象限探测器7的焦比退化测量装置是可行的，是一种全新的测光纤焦比退化的装置，能很好的测出光纤的焦比退化大小。与传统的测量方式相比避免人为读取数据的误差，精度更高、操作更简单。

Claims (8)

1.基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，其特征在于：包括激光器(1)、扩束镜(2)、第一会聚透镜(3)、光阑(4)、第二会聚透镜(5)、光纤(6)、四象限探测器(7)和电控偏转镜(8)；激光器(1)发出的光经过扩束镜(2)进行扩束，之后打在第一会聚透镜(3)上，第一会聚透镜(3)将光束准直，准直光束经过光阑(4)打在第二会聚透镜(5)上，然后进入光纤(6)，经过光纤(6)传播，出射光束照射到四象限探测器(7)上，用电控偏转镜(8)扫描四象限探测器(7)的靶面，获得四象限探测器的位置灵敏度，从而计算出射光斑实际尺寸。
2.根据权利要求1所述的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，其特征在于：所述激光器(1)为氦氖激光器，波长为632.8nm。
3.根据权利要求1所述的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，其特征在于：所述扩束镜(2)的放大倍率为5倍。
4.根据权利要求1所述的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，其特征在于：所述第一会聚透镜(3)的焦距为15cm。
5.根据权利要求1所述的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，其特征在于：所述第二会聚透镜(5)的焦距为8cm。
6.根据权利要求1所述的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，其特征在于：所述光阑(4)的孔径可调范围为1.5mm-26mm。
7.根据权利要求1所述的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，其特征在于：所述光纤(6)的长度为4m。
8.根据权利要求1所述的基于四象限探测器测光纤焦比退化的装置，其特征在于：所述四象限探测器(7)的采样频率为2.5kHz，采样量程为±1V。
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