CN107917732B - 一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统 - Google Patents

一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，该系统包括：卤钨光源，作为光纤衰减测试的光源，通过准直镜、聚焦镜，将光注入至光纤的输入端；光谱探测模块，用于测量光纤衰减测试中，光纤输出端的输出光谱；第一发光二极管，通过准直镜、聚焦镜，将光注入至待测光纤的输入端，用于在光纤几何参数测试中点亮纤芯；电荷耦合元件，用于在光纤几何参数测试中，测量光纤端面的几何参数；可升降反射镜组，用于在光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，进行当前测试所需功能的光路切换，使综合测试设备实现两种测试功能的集成。本发明能根据不同阶段的测试流程，自动切换光路，减少人力操作，一次性快速获得光纤的几何参数、衰减系数。

Description

一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统
技术领域
本发明属于光纤测试技术领域，更具体地，涉及一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统。
背景技术
光纤的几何参数和传输损耗是所有光纤生产商在光纤出厂前必须测量的两个最重要的指标。
光纤的几何参数包括纤芯直径、包层直径、芯包同心度、纤芯不圆度以及包层不圆度。几何参数不但对光纤的传输性能和机械性能有影响，而且对光纤的连接损耗影响很大。对于通信光纤的几何参数指标，ITU-T均有着明确规定：无论多模光纤或是单模光纤，通讯用光纤的外径均为(125±3)μm；多模光纤纤芯直径大小有(50.0±3)μm(欧洲规范)、(62.5±3)μm(美国规范)等几种；纤芯不圆度小于6％，包层不圆度小于2％；光纤同心度差错小于6％。
光纤的传输损耗也指光纤的衰减，是光纤传输特性的重要参量，光纤衰减是阻碍数字信号远距离传输的一个重要因素。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近。为了衡量一根光纤损耗特性的好坏，引入了损耗系数(或称为衰减系数)的概念，即传输单位长度(1km)光纤所引起的光功率减小的分贝数，一般用α表示损耗系数，单位是dB/km，以mW或μW为单位。
以上两个光纤参数指标一般需要两台测试设备分别测试，在流水线上需要安排两个操作人员分别操作，会耗费较多人力。若将两个测试功能集成在一台设备中，通过对集成设备结构的合理优化，还可以实现硬件上的复用，大大降低设备的成本。因此，测试设备的功能集成化、小型化及自动化是以后设备类开发的一个发展方向。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，提供一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，通过光路中反射镜的升降，实现在不同测试功能需求下系统对应光路的自动切换。
本发明的技术方案是：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，包括卤钨光源、光谱探测模块、第一发光二极管、电荷耦合元件、准直聚焦透镜组、可升降反射镜组、第二发光二极管，其中：
所述卤钨光源，用于测量所述光纤衰减系数测试中，产生超宽谱光，并通过所述准直聚焦透镜组，将所述卤钨光源输出的光耦合进入待测光纤的输入端；
所述光谱探测模块，用于在所述光纤衰减系数测试中，测量待测光纤输出端的光谱；
所述第一发光二极管，用于在所述光纤几何参数测试中，通过所述准直聚焦透镜组中的准直镜、聚焦镜，将光注入至待测光纤的输入端，用于在光纤几何测试中点亮纤芯，便于测试所述纤芯的模场直径；
所述电荷耦合元件，用于在所述光纤几何参数测试中，通过其前方显微镜目镜、物镜组对光纤端面进行放大后，测量待测光纤端面的几何参数。
所述准直聚焦透镜组中的准直镜，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，将光源发出的发散光束准直成平行光束，再通过所述准直聚焦透镜组中的聚焦镜，会聚光束进入到待测光纤的端面；
所述可升降反射镜组，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，按照测试流程，进行当前测试所需功能的光路切换，使综合测试设备实现光纤几何参数、衰减系数两种测试功能的集成；
所述第二发光二极管，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，照明所述待测光纤输入输出的端面背景，增强光纤包层几何参数测试的对比度。
本发明的一个实施例中，所述第一发光二极管为绿光发光二极管，其发出的光波长为510nm～550nm。
本发明的一个实施例中，所述卤钨光源发出的光谱范围为400nm～2000nm。
本发明的一个实施例中，所述光谱探测模块测量的波长范围为700nm～1700nm。
本发明的一个实施例中，所述第二发光二极管为红光发光二极管灯圈，其发出的光波长为620nm～680nm。
本发明的一个实施例中，所述准直聚焦透镜组中的准直镜包括用于准直所述卤钨光源输出光的第一准直镜，准直所述第一发光二极管输出光的第二准直镜，准直所述待测光纤输出端的第三准直镜。
本发明的一个实施例中，所述准直镜的数值孔径NA值范围为0.1～0.5。
本发明的一个实施例中，所述准直聚焦透镜组中的聚焦镜包括用于会聚所述卤钨光源输出光或者所述第一发光二极管输出光进入所述待测光纤输入端的第一聚焦镜，会聚所述待测光纤输出端的输出光进入所述光谱探测模块的第二聚焦镜。
本发明的一个实施例中，所述聚焦镜的数值孔径NA值范围为0.1～0.5。
本发明的一个实施例中，从所述第一准直镜和所述第二准直镜输出的准直光束，其光斑大小小于所述第一聚焦镜的透镜大小，以保证所有的准直光束能够透过所述第一聚焦镜。
本发明的一个实施例中，从所述第三准直镜输出的准直光束，其光斑大小小于所述第二聚焦镜的透镜大小，以保证所有的准直光束能够透过所述第二聚焦镜。
本发明的一个实施例中，所述可升降反射镜组，包括用于将所述第一发光二极管输出光反射进入所述待测光纤输入端的第一反射镜，将所述待测光纤输入端反射进所述电荷耦合元件进行端面成像的第二反射镜，将所述待测光纤输出端的输出光束反射进入所述光谱探测模块的第三反射镜。
本发明的一个实施例中，所述红光发光二极管灯圈，包括用于照明所述待测光纤输出端背景的第一红光发光二极管灯圈，和用于照明所述待测光纤输入端背景的第二红光发光二极管灯圈。
本发明的一个实施例中，所述待测光纤为单模光纤，单模光纤包括G652、G655或G657；或者为多模光纤，多模光纤包括GI50或GI62.5。
本发明的一个实施例中，所述光谱探测模块通过测量所述待测光纤输出端的光谱，采用截断法对所述待测光纤的输出端光谱和输入端光谱进行对比，分析得到所述待测光纤的衰减谱。
本发明的一个实施例中，所述电荷耦合元件通过对所述待测光纤的端面进行成像，采用近场法光分布法(灰度法)，通过图像处理后得到所述待测光纤的几何参数。
本发明的一个实施例中，还包括用于调整夹持待测光纤输入端的第一三维控制平台，使得所述待测光纤的输入端放在成像系统的焦面上；
还包括用于调整夹持待测光纤输出端的第二三维控制平台，使得所述待测光纤的输出端放在成像系统的焦面上。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，该系统包括三个受可升降平台控制的反射镜，能够通过不同反射镜的升降组合，根据当前测试流程，自动切换对应光路。这种自动控制的综合集成测试系统能够一次性测试光纤的几何参数和衰减系数，易于操作，减少生产线上人力成本，大大提高了测试效率。并且，通过对集成设备结构的合理优化，可以在功能上实现硬件的复用，大大降低了设备的成本。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统的光路设计图；
图2是本发明实施方式提供的待测光纤输入端聚焦光路图；
图3是本发明实施方式提供的待测光纤输出端聚焦光路图，也是获取几何参数测试数据时的光路图；
图4是本发明实施方式提供的待测光纤截断前，获取光谱测试数据时的光路图；
图5是本发明实施方式提供的待测光纤截断后，重新聚焦待测光纤输出端的光路图；
图6是本发明实施方式提供的待测光纤截断后，获取光谱测试数据时的光路图；
图7是利用本发明测试几种光纤几何参数的重复性结果；
图8是利用本发明测试25公里G652光纤的衰减谱结果。
图中：
101-第一准直镜；102-第二准直镜；103-第三准直镜；201-第一聚焦镜；202-第二聚焦镜；301-第一反射镜；302-第二反射镜；303-第三反射镜；401-第一红光发光二极管灯圈；402-第二红光发光二极管灯圈；501-第一三维控制平台；502-第二三维控制平台；
1-截断前待测光纤；2-截断后的待测光纤。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明实施方式提供的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统的光路设计图，包括：卤钨光源、光谱探测模块、绿光发光二极管、电荷耦合元件、准直聚焦透镜组、可升降反射镜组、红光发光二极管灯圈，其中：
所述卤钨光源，发出的光谱范围为400nm～2000nm，用于测量所述光纤衰减系数测试中，产生超宽谱光，并通过所述准直聚焦透镜组，将所述卤钨光源输出的光耦合进入待测光纤的输入端；
所述光谱探测模块，能够测量的波长范围为700nm～1700nm，用于在所述光纤衰减系数测试中，测量待测光纤输出端的光谱；
所述绿光发光二极管，发出的光波长为510nm～550nm，用于在所述光纤几何参数测试中，通过所述准直聚焦透镜组中的准直镜、聚焦镜，将光注入至待测光纤的输入端，用于在光纤几何参数测试中点亮纤芯，便于测试所述纤芯的模场直径；
所述电荷耦合元件(CCD)，用于在所述光纤几何参数测试中，通过其前方显微镜目镜、物镜组对光纤端面进行放大后，测量待测光纤端面的几何参数。
所述准直聚焦透镜组中的准直镜，数值孔径NA值范围为0.1～0.5，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，将光源发出的发散光束准直成平行光束，再通过所述准直聚焦透镜组中的聚焦镜会聚光束进入到待测光纤的端面，其聚焦镜的数值孔径NA值范围为0.1～0.5；
所述可升降反射镜组，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，按照测试流程，进行当前测试所需功能的光路切换，使综合设备实现光纤几何参数、衰减系数两种测试功能的集成。
所述红光发光二极管灯圈，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，照明所述待测光纤输入输出的端面背景，增强光纤包层几何测试的对比度。
图2是本发明实施方式提供的待测光纤输入端聚焦光路图，此时：
所述可升降反射镜组中的第一反射镜301、第三反射镜303下降，第二反射镜302上升。通过所述第二反射镜302对所述待测光纤输入端的像反射，使所述待测光纤的输入端在所述电荷耦合元件中成像，所述第二红光发光二极管灯圈402，用于点亮所述待测光纤输入端的背景。
进一步地，通过调整夹持待测光纤输入端的第一三维控制平台501，使得所述待测光纤的输入端放在成像系统的焦面上。
因为系统调试好后，卤钨光源和光纤输入端面分别需要在准直聚焦透镜组的焦面上，这段操作的主要目的是保证光纤输入端放置在聚焦镜的焦点处(也正好是成像系统最清晰的那个位置)。
图3是本发明实施方式提供的待测光纤输出端聚焦光路图，也是获取几何参数测试数据时的光路图，此时：
所述可升降反射镜组中的第二反射镜302、第三反射镜303下降，第一反射镜301上升。所述绿光发光二极管发出的光通过第二准直镜102准直，再经过所述第一反射镜301改变光路后，进入所述第一聚焦镜201会聚到所述待测光纤的输入端，所述第一红光发光二极管灯圈401，用于点亮所述待测光纤输出端的背景。
进一步地，通过调整夹持待测光纤输出端的第二三维控制平台502，使得所述待测光纤的输出端放在成像系统的焦面上，通过对此时所述电荷耦合元件获取图像的灰度分析，得到所述待测光纤的几何参数。
本发明实施例中利用截断法对所述待测光纤的衰减谱进行测量。首先测量所述待测光纤输出端的光谱；然后保持注入条件不变，在离注入处(光衰减模块的输出端)约2m处切断光纤，再测量所述待测光纤输入端的光谱，通过如下公式即可计算所述待测光纤的衰减谱，假设所述待测光纤长度为L。
图4是本发明实施方式提供的待测光纤截断前，获取光谱测试数据时的光路图，此时：
所述可升降反射镜组中的第一反射镜301、第二反射镜302均下降，所述卤钨光源发出的光通过所述第一准直镜101准直后，再通过所述第一聚焦镜201会聚进入所述待测光纤的输入端。
图5是本发明实施方式提供的待测光纤截断后，重新聚焦待测光纤输出端的光路图，此时：
所述可升降反射镜组中的第二反射镜302、第三反射镜303下降，第一反射镜301上升。所述绿光发光二极管发出的光通过第二准直镜102准直，再经过所述第一反射镜301改变光路后，进入所述第一聚焦镜201会聚到所述待测光纤的输入端，所述第一红光发光二极管灯圈401，用于点亮所述待测光纤输出端的背景。
进一步地，通过调整夹持待测光纤输出端的第二三维控制平台502，使得所述待测光纤的输出端放在成像系统的焦面上，这样可以确保截断前后，所述待测光纤输出端和所述光谱探测模块的相对距离相同，减少因为两次放置造成的位置不同而导致衰减测试的误差。
这部分重新聚焦的目的是通过聚焦这一操作，保证截断前后，两次光纤的输出端放置在同一个位置，使得图6中，测量截断后的光谱和截断前的光谱具有可比性(因为图6中光纤输出端距离光谱探测模块的远近不同，会导致测得的光谱强弱大小不同，所以必须保证每次光纤输出端距离光谱探测模块的距离是相同的，测出的衰减值才是准确的)。
图6是本发明实施方式提供的待测光纤截断后，获取光谱测试数据时的光路图，此时：
所述可升降反射镜组中的第一反射镜301、第二反射镜302均下降，所述卤钨光源发出的光通过所述第一准直镜101准直后，再通过所述第一聚焦镜201会聚进入所述截断前待测光纤1的输入端。光从截断后的待测光纤2输出后，通过所述第三反射镜303将光反射到所述第三准直镜103准直后，再通过所述第二聚焦镜202会聚进入所述光谱探测模块。
本发明实施方式提供的光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，能够准确测量G652，G655，G657，GI50，GI62.5等光纤的光衰减谱及其几何参数。
图7是利用本发明测试几种光纤几何参数的重复性结果。图8是利用本发明测试25公里G652光纤的衰减谱结果。实验证明，本测试系统测试结果可靠性强、真实性高。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，包括卤钨光源、光谱探测模块、第一发光二极管、电荷耦合元件、光纤输入输出端的准直聚焦透镜组、用于切换综合测试系统光路的可升降反射镜组、用于照明光纤输入输出端面背景的第二发光二极管，其中：
所述卤钨光源，用于测量所述光纤衰减系数测试中，产生超宽谱光，并通过所述准直聚焦透镜组，将所述卤钨光源输出的光耦合进入待测光纤的输入端；
所述光谱探测模块，用于在所述光纤衰减系数测试中，测量待测光纤输出端的光谱；
所述第一发光二极管，用于在所述光纤几何参数测试中，通过所述准直聚焦透镜组中的准直镜、聚焦镜，将光注入至待测光纤的输入端，用于在光纤几何参数测试中点亮纤芯，测试所述纤芯的模场直径；
所述电荷耦合元件，用于在所述光纤几何参数测试中，通过其前方显微镜目镜、物镜组对光纤端面进行放大后，测量待测光纤端面的几何参数；
所述准直聚焦透镜组中的准直镜，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，将光源发出的发散光束准直成平行光束，再通过所述准直聚焦透镜组中的聚焦镜，会聚光束进入到待测光纤的端面；
所述可升降反射镜组，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，按照测试流程，进行当前测试所需功能的光路切换，使综合测试设备实现光纤几何参数、衰减系数两种测试功能的集成；
所述第二发光二极管，用于在所述光纤几何参数、衰减系数综合测试系统中，照明所述待测光纤输入输出的端面背景，增强光纤包层几何参数测试的对比度。
2.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述卤钨光源发出的光谱范围为400nm～2000nm；
所述第一发光二极管为绿光发光二极管，其发出的光波长为510nm～550nm；
所述第二发光二极管为红光发光二极管灯圈，其发出的光波长为620nm～680nm。
3.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述光谱探测模块测量的波长范围为700nm～1700nm。
4.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述准直聚焦透镜组中的准直镜包括用于准直所述卤钨光源输出光的第一准直镜，准直所述第一发光二极管输出光的第二准直镜，准直所述待测光纤输出端的第三准直镜；
所述准直聚焦透镜组中的聚焦镜包括用于会聚所述卤钨光源输出光或者所述第一发光二极管输出光进入所述待测光纤输入端的第一聚焦镜，会聚所述待测光纤输出端的输出光进入所述光谱探测模块的第二聚焦镜。
5.根据权利要求1或4所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述准直镜的数值孔径NA值范围为0.1～0.5，所述聚焦镜的数值孔径NA值范围为0.1～0.5。
6.根据权利要求4所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，从所述第一准直镜和所述第二准直镜输出的准直光束，其光斑大小小于所述第一聚焦镜的透镜大小，以保证所有的准直光束能够透过所述第一聚焦镜；
从所述第三准直镜输出的准直光束，其光斑大小小于所述第二聚焦镜的透镜大小，以保证所有的准直光束能够透过所述第二聚焦镜。
7.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述可升降反射镜组，包括用于将所述第一发光二极管输出光反射进入所述待测光纤输入端的第一反射镜，将所述待测光纤输入端反射进所述电荷耦合元件进行端面成像的第二反射镜，将所述待测光纤输出端的输出光束反射进入所述光谱探测模块的第三反射镜。
8.根据权利要求2所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述红光发光二极管灯圈，包括用于照明所述待测光纤输出端背景的第一红光发光二极管灯圈，和用于照明所述待测光纤输入端背景的第二红光发光二极管灯圈。
9.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述待测光纤为单模光纤或多模光纤，单模光纤包括G652、G655或G657；多模光纤包括GI50或GI62.5。
10.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述光谱探测模块通过测量所述待测光纤输出端的光谱，采用截断法对所述待测光纤的输出端光谱和输入端光谱进行对比，分析得到所述待测光纤的衰减谱。
11.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，所述电荷耦合元件通过对所述待测光纤的端面进行成像，采用近场法光分布法，通过图像处理后得到所述待测光纤的几何参数。
12.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数、衰减系数综合测试系统，其特征在于，还包括：
用于调整夹持待测光纤输入端的第一三维控制平台，使得所述待测光纤的输入端放在成像系统的焦面上；用于调整夹持待测光纤输出端的第二三维控制平台，使得所述待测光纤的输出端放在成像系统的焦面上。
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