CN109827927A - 一种光纤掺杂浓度的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤掺杂浓度的测量装置，属于光纤通信、图像处理领域。该装置由多波长光纤激光光源(1)、准直设备(2)和定量显微折射率测量设备(3)构成。本发明提出了利用光纤折射率分布，测量光纤掺杂浓度的方法。目前，光纤折射率测量装置基于单波长测量，测量结果只能反映光纤掺杂单一材料时的掺杂浓度。本发明采用多波长测量的方法，实现了多种掺杂光纤的掺杂浓度的测量。通过调节多波长光纤激光光源(1)，得到不同波长下光纤折射率分布。将实际测量的光纤折射率分布值与根据Sellmeier掺杂公式得到的理论值进行对比，得出所测光纤的实际掺杂材料和浓度。

Description

一种光纤掺杂浓度的测量装置
技术领域
本发明涉及一种光纤掺杂浓度的测量装置，属于光纤通信、图像处理领域。
背景技术
随着互联网的崛起，对于通信带宽的需求急剧增加。光纤具有大容量、高速率的优点被广泛地应用于通信系统中。折射率分布是衡量光纤性能的一个重要参数，能反映出光纤的损耗、色散特性。常用制作光纤的材料为SiO2，通过向纯SiO2材料中掺杂实现不同的光纤折射率分布。因此，掺杂材料及掺杂浓度决定了光纤的折射率分布。光纤的制作方法中包括了光纤预制棒的制作和拉丝两个过程。在预制棒制作过程中原料没有完全反应和拉丝过程中低熔点的物质逐步向纤芯中心渗透，都将会造成实际生产的光纤折射率分布和厂商提供的参数值不同。因此，检测光纤的实际掺杂浓度对指导和改善光纤制造工艺具有重要意义。
现有技术中，通过测量反应原料中掺杂材料的浓度表示光纤中掺杂材料的浓度。但是，由于制作工艺、外界干扰等因素光纤的掺杂浓度往往与理论值有所偏差，因此通过测量原料浓度来实现光纤掺杂浓度测量的方法不可避免地存在一定的误差。为克服以上方法带来的不可估误差，研究者提出利用光纤折射率分布测量光纤的掺杂浓度。当光纤的掺杂浓度发生变化时，光纤的折射率随之改变，光纤的掺杂浓度可利用光纤折射率分布获得。光纤折射率的测量方法众多，包括：定量显微法、全息法、端面反射法、折射近场法等。定量显微法由于具有测量精度高、测量光路简单、无需对光纤切割等优势，成为测量光纤折射率最常用的方法之一。但目前测量装置为单波长测量，测量值的大小只能反映光纤掺杂单一材料时的掺杂浓度。当光纤掺杂材料为两种或多种时，无法实现掺杂浓度的测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前的折射率测量装置无法实现光纤掺杂浓度的精确测量问题。
本发明所采用的技术方案：
一种光纤掺杂浓度的测量装置，该装置包括：多波长光纤激光光源、准直设备和定量显微折射率测量设备；所述多波长光纤激光光源通过单模光纤连接准直设备的输入端，所述准直设备的输出光经过空气传输到定量显微折射率测量设备。在定量显微折射率测量设备中，准直设备的输出光经过反射镜到达光传输设备进行衰减、扩束。再沿着横向透过待测光纤，经过物镜放大被CCD图像采集设备捕获。对于轴对称光纤，通过调节高精度线性移动设备，获得在物镜聚焦、正负弱离焦情况下的3幅图像，对3幅图像进行图像处理，得到轴对称光纤的折射率分布。对于非轴对称光纤，通过旋转设备旋转光纤，旋转间隔为2度，共旋转180度。获取不同旋转角度下，在物镜的聚焦、正负弱离焦情况下，光纤横截面投影图像。对所有图像进行数据处理，获得非轴对称光纤的折射率分布。
得到不同波长下光纤折射率分布后，对光纤的折射率分布进行拟合，分析折射率变化情况。将实际测量值与根据Sellmeier掺杂公式得到的不同掺杂材料和浓度下折射率的理论值进行对比，得出所测量光纤的实际掺杂材料和浓度。
本发明的有益效果具体如下
1.测量实际光纤的掺杂浓度，推动和改善光纤制作工艺；
2.测量光纤的掺杂材料和浓度，结合Sellmeier公式，代入掺杂公式，获得任意波长下光纤折射率分布；
3.采用定量显微折射率测量系统，装置结构简单，易于实现。
附图说明
图1一种光纤掺杂浓度的测量装置示意图。
图2为已知光纤掺杂材料时，光纤折射率的分布。
图3为光纤掺杂材料未知时，光纤折射率的分布。
具体实施方式
下面结合附图1至3对一种光纤掺杂浓度的测量装置作进一步描述。
实施例一
一种光纤掺杂浓度的测量装置，该装置包括：多波长光纤激光光源1、准直设备2和定量显微折射率测量设备3；所述多波长光纤激光光源1通过单模光纤4连接准直设备2的输入端，所述准直设备2的输出光经过空气传输到定量显微折射率测量设备3。在定量显微折射率测量设备3中，准直设备2的输出光经过反射镜301到达光传输设备302进行衰减、扩束。再沿着横向透过待测光纤5，经过物镜303放大被CCD图像采集设备305捕获。对于轴对称光纤，通过调节高精度线性移动设备304，获得在物镜聚焦、正负弱离焦情况下的3幅图像，对3幅图像进行图像处理，得到轴对称光纤的折射率分布。对于非轴对称光纤，通过旋转设备306旋转光纤，旋转间隔为2度，共旋转180度。获取不同旋转角度下，在物镜的聚焦、正负弱离焦情况下，光纤横截面投影图像。对所有图像进行数据处理，获得非轴对称光纤的折射率分布。
本实施例中，待测光纤为已知掺杂材料的普通单模光纤，纤芯掺Ge，包层为纯SiO2。光纤芯子在不同波长下的折射率分布如图2所示。根据Sellmeier掺杂公式，测得光纤掺Ge浓度为1.2％。
实施例二
一种光纤掺杂浓度的测量装置，该装置包括：多波长光纤激光光源1、准直设备2和定量显微折射率测量设备3；所述多波长光纤激光光源1通过单模光纤4连接准直设备2的输入端，所述准直设备2的输出光经过空气传输到定量显微折射率测量设备3。在定量显微折射率测量设备3中，准直设备2的输出光经过反射镜301到达光传输设备302进行衰减、扩束。再沿着横向透过待测光纤5，经过物镜303放大被CCD图像采集设备305捕获。对于轴对称光纤，通过调节高精度线性移动设备304，获得在物镜聚焦、正负弱离焦情况下的3幅图像，对3幅图像进行图像处理，得到轴对称光纤的折射率分布。对于非轴对称光纤，通过旋转设备306旋转光纤，旋转间隔为2度，共旋转180度。获取不同旋转角度下，在物镜的聚焦、正负弱离焦情况下，光纤横截面投影图像。对所有图像进行数据处理，获得非轴对称光纤的折射率分布。
本实施例中，光纤掺杂材料和浓度未知，测得光纤芯子不同波长下的折射率分布如图3所示。根据Sellmeier掺杂公式，测得光纤掺Ge浓度为0.6％，掺B浓度为0.7％。

Claims (3)

1.一种光纤掺杂浓度的测量装置，该装置包括：多波长光纤激光光源(1)、准直设备(2)、和定量显微折射率测量设备(3)；具体连接方式为：
多波长光纤激光光源(1)通过单模光纤连接准直设备(2)的输入端，准直设备(2)的输出光经过空气传输到定量显微折射率测量设备(3)，通过调节高精度线性移动设备，获得在物镜聚焦、正负弱离焦情况下的3幅图像，对所有图像进行数据处理，得到光纤的折射率分布，分析光纤在不同波长下的折射率分布，结合Sellmeier掺杂公式，实现光纤掺杂材料和浓度的测量。
2.根据权利要求1所述的一种光纤掺杂浓度的测量装置，其特征在于：测量装置可以测量已知掺杂材料时光纤的掺杂浓度，还可以测量未知掺杂材料时，光纤的掺杂材料与浓度。
3.根据权利要求1所述的一种光纤掺杂浓度的测量装置，其特征在于：光纤的折射率测量使用定量显微法，定量显微测量装置包括光传输设备、显微放大设备、高精度线性移动设备、CCD图像采集设备、旋转设备。
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