CN110260805A - 一种单模双纤光纤模场的测试系统及方法 - Google Patents

一种单模双纤光纤模场的测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单模双纤光纤模场的测试系统及方法，包括：为待测光纤提供入射光的光源；用于控制光路的光开关；用于移动待测光纤到预设位置的测试平台，包括伺服电机、电机模组平台、透镜、光纤夹具组件及光学防震平台，伺服电机、透镜及光纤夹具组件均安装在电机模组平台上，电机模组平台安装在光学防震平台上；用于控制伺服电机运动及测试系统进程的控制模块；用于测试入射光的光学参数的光束分析仪；用于根据光学参数计算光纤模场直径的计算模块；光源连接光开关，光开关连接待测单模双纤，控制模块连接伺服电机，计算模块连接光束分析仪。该测试系统及方法成本低、效率高且稳定性好，广泛应用于光纤测试领域。

Description

一种单模双纤光纤模场的测试系统及方法
技术领域
本发明涉及光纤测试领域，尤其涉及一种单模双纤光纤模场的测试系统及方法。
背景技术
模场直径(MFD：Mode Field Diameter)是单模光纤的一个重要参数，主要用于表示在单模光纤的纤芯区域内基模的分布状态，通常基模在纤芯的轴心线处光强最大，光强随着偏离轴心线的距离变大而逐渐减少。一般将模场直径定义为光强降低到轴心线处最大光强的1/(e^2)处对应的光斑直径。模场直径影响光纤的连接损耗、折射率和抗弯特性分布等重要特性，在光纤拉制及光纤成缆等领域被广泛应用。
目前大多数光纤光缆生产厂家采用人工使用仪器测量光学参数并计算光纤模场直径，由于不同员工的操作熟练程度不同以及同一员工的操作误差，使得光纤模场直径的测量成本高、效率低及稳定性差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种单模光纤模场的测试系统及方法，成本低、效率高且稳定性好。
第一方面，本发明实施例提供了一种单模双纤光纤模场的测试系统，包括：
光源，用于为待测光纤提供入射光源；
光开关，用于控制光路的通断；
测试平台，用于移动待测光纤到预设位置，包括伺服电机、电机模组平台、透镜、光纤夹具组件及光学平台，所述伺服电机、所述透镜及所述光纤夹具组件均安装在所述电机模组平台上，所述透镜安装在所述光纤夹具组件与所述光束分析仪之间，所述电机模组平台安装在光学平台上；
控制模块，用于控制所述伺服电机运动；
光束分析仪，用于测试入射光的光学参数；
计算模块，用于根据所述光学参数计算光纤模场直径；
所述光源发出的光耦合进入所述光开关的一端，所述光开关的另一端连接待测光纤，所述控制模块连接所述伺服电机，所述计算模块连接所述光束分析仪，所述光束分析仪安装在所述光学平台上。
优选地，所述光束分析仪通过固定夹具安装在所述光学平台上。
优选地，所述固定夹具上安装有位移调节部件。
优选地，所述光纤夹具组件包括若干个光纤夹具单元。
优选地，测试系统还包括适配器，所述适配器用于连接光开关及待测光纤。
第二方面，本发明实施例提供了一种单模双纤光纤模场的测试方法，包括以下步骤：
控制模块通过控制伺服电机将若干个工位的待测光纤依次移动到指定位置，以使在对待测光纤执行测试步骤时，待测光纤对准光速分析仪；
所述测试步骤，包括：
通过光束分析仪及透镜测试待测工位待测光纤的第一通道光学参数，并通过计算模块计算第一通道光纤模场直径；
通过光开关将光源切换到第二通道，测试待测工位待测光纤的第二通道光学参数，并通过计算模块计算第二通道光纤模场直径。
优选地，测试完所有工位后，控制模块通过控制伺服电机将所有工位复位，等待下一次的测试。
优选地，所述光纤模场直径的计算公式如下：
其中，ω0为光纤模场直径，λ0为光波长，R为透镜的曲率半径，n为透镜的折射率，ωt为光斑值。
优选地，所述光学参数包括光斑在二维直角坐标系的X轴和Y轴上的光强分布。
优选地，所述光斑值取X轴或Y轴光强最大的点，且X轴与Y轴光强最大点之差的绝对值在预设范围内。
实施本发明专利具有如下有益效果：测试系统及方法通过控制模块控制伺服电动机移动待测单模双纤到预设位置，通过透镜及光束分析仪测试光学参数，并根据测试的光学参数通过计算模块计算单模双纤的模场直径，相比传统的人工测量，待测单模双纤的定位准确，实现了自动化测试及计算，减少了人工的不确定因素影响，从而实现高效率、低成本的测试，同时稳定性好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种单模双纤光纤模场的测试系统的一种系统结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种测试平台的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种料盘夹具俯视图；
图4是本发明实施例提供的单模双纤光纤模场的测试方法的一种步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
参阅图1，本实施例提供了一种单模双纤光纤模场的测试系统，包括：光源，用于为待测光纤提供入射光源；光开关，用于控制光路的通断；测试平台，用于移动待测光纤到预设位置，包括伺服电机、电机模组平台、透镜、光纤夹具组件及光学平台，所述伺服电机、所述透镜及所述光纤夹具组件均安装在所述电机模组平台上，所述透镜安装在所述光纤夹具组件与所述光束分析仪之间，所述电机模组平台安装在光学平台上；控制模块，用于控制所述伺服电机运动；光束分析仪，用于测试入射光的光学参数；计算模块，用于根据所述光学参数计算光纤模场直径；所述光源发出的光耦合进入所述光开关的一端，所述光开关的另一端连接待测光纤，所述控制模块连接所述伺服电机，所述计算模块连接所述光束分析仪，所述光束分析仪安装在所述光学平台上。
具体地，光纤夹具组件用于固定待测单模双纤，光开关连接待测单模双纤，光源发出的光经过光开关后从待测单模双纤的其中一根光纤中射出，射出的光经过透镜后，到达光束分析仪，光束分析仪对入射光进行光学参数的测量，并将测试的数据发送给计算模块计算光纤的模场直径。其中，光开关控制通过待测单模双纤光路的通或断，光纤夹具组件、透镜及伺服电机都安装在电机模组平台上，控制模块控制伺服电机带动电机模组按预设的路径运动。同时，控制模块也可以控制测试系统的进程，例如测试开始、暂停、终止等过程。电机模组和光束分析仪都安装在光学平台上，其中，光学平台是防震平台，以尽量减少外部震动对光路的干扰。测试工程中，待测单模双纤通过透镜后射出的光与光束分析仪在同一轴线上，目的是使光纤射出的发散光通过透镜准直后到达光束分析仪，使测试结果跟接近实际。实际使用中，透镜可以安装在模具内，再将安装有透镜的模具安装在电机模组平台上，待测光纤不同，选用的透镜规格也不相同。
具体地，光束分析仪的具体型号可以采用PH00433(NS2-Ge/9/5-PRO)，测量参数具体包括：束腰大小、质心和峰的位置、椭圆率、偏心率、2D和3D光强分布等指标。
实施本发明专利具有如下有益效果，测试系统通过控制模块控制伺服电动机移动待测单模双纤到预设位置，通过透镜及光束分析仪测试光学参数，并根据测试的光学参数通过计算模块计算单模双纤的模场直径，相比传统的人工测量，待测单模双纤的定位准确，实现了自动化测试及计算，减少了人工的不确定因素影响，从而实现高效率、低成本的测试，同时稳定性好。
优选地，所述光束分析仪通过固定夹具安装在所述光学防震平台上。
优选地，所述固定夹具上安装有位移调节部件。
具体地，光束分析仪通过光斑机固定夹具安装在光学防震平台上，光束分析仪安装在光斑机固定夹具上，光斑机固定夹具固定在光学防震平台上。光斑机固定夹具包括一个三维调节架和若干个固定夹具组件，可以实现上下、前后、左右六个方向不同位移的调节，调节完成后再固定。因此，光束分析仪通过光斑机固定夹具既可以起固定作用，又可以实现微调，以满足测试要求。
优选地，所述光纤夹具组件包括若干个光纤夹具单元。
具体地，所述光纤夹具组件包括若干个光纤夹具单元，光纤夹具单元用来固定单模双纤尾纤，若干个光纤夹具单元以一定的间隔均匀分布在料盘夹具上，料盘夹具上同时配置有与光纤夹具单元相同数量的透镜，每个光纤夹具单元与对应的透镜的轴线距离相同，并且在透镜的焦距范围内。料盘夹具固定在电机模组平台上，随电机模组平台的移动而移动。若干个光纤夹具单元可以实现一组测试多个单模双纤，进一步提高测试效率。
优选地，测试系统还包括适配器，所述适配器用于连接光开关及待测光纤。待测单模双纤与光开关通过适配器连接，方便、快捷，同时可以减少光损耗。实际应用中，适配器可以放在适配器放置板中，适配器放置板可以安装在电机模组平台上，整洁，易区分，更换待测单模双纤时方便，进一步提高效率。
参阅图2，测试平台包括伺服电动机100，电机模组平台200，料盘夹具300，光学平台400，光束分析仪500安装在光斑机固定夹具600上，光斑机固定夹具600固定在光学平台400上，光学适配器挡板900也安装在电机模组平台200上。参阅图3的料盘夹具俯视图，透镜700安装在光纤夹具单元800的前面，位于光束分析仪500及光纤夹具单元800的中间范围内。
具体更换过程包括：将单模双纤的尾纤通过压块固定住，其中，尾纤8°端面与透镜8°端面平行且同心，且间隔一定距离。
采用上述测试系统对单模双纤光纤模场进行测量，测试系统采用10个光纤夹具单元，即1组可以测试10只单模双纤光纤，一组的测试效率可以达到2秒/只，整个流程的效率可以达到30秒/只，比传统的测试方式提高50％以上。
参阅图4，本发明第二方面提供了一种单模双纤光纤模场的测试方法，包括以下步骤：
S1、控制模块通过控制伺服电机将第一工位的单模双纤移动到指定位置以对准光束分析仪，执行测试步骤；
S2、第一工位测试完成后，控制模块通过控制伺服电机将下一工位的单模双纤移动到指定位置以对准光束分析仪，执行测试步骤，直至测试完所有工位成；
所述测试步骤，包括：
通过光束分析仪及透镜测试待测工位待测单模双纤的第一通道光学参数，并通过计算模块计算第一通道光纤模场直径；
通过光开关将光源切换到第二通道，测试待测工位待测单模双纤的第二通道光学参数，并通过计算模块计算第二通道光纤模场直径。
具体地，测试开始前，搭建好上述测试系统，将待测单模双纤安装在光纤夹具组件上，测试开始后，控制模块通过控制伺服电机的运动而控制电机模组平台的运动，从而控制电机模组平台上的单模双纤运动，光束分析仪的位置固定，因此，只需控制光纤夹具组件上固定的单模双纤位置即可对准光束分析仪。单模双纤通过光开关控制其中一根光纤通光，并通过光束分析仪测试光纤参数，以及通过计算模块计算光纤模场直径。单模双纤中的两根光纤在毛细管内紧邻，因此，测试完其中一根光纤后，测试另外一根光纤时不需要移动单模双纤的位置。测试完一只单模双纤后，按照待测试单模双纤间的距离，通过控制模块控制伺服电机将下一个工位的待测光纤移动到指定位置以对准光束分析仪，测试光学参数及计算模场直径，直至测试完一组待测光纤。
测试方法达到的有益效果与上述测试系统的效果相同。
优先地，测试完所有工位后，控制模块通过控制伺服电机将所有工位复位，等待下一次的测试。
安装上述方法测试完一组待测光纤的所用工位后，控制模块通过控制伺服电机将所有工位回复到测试前的位置，取下已测试完的光纤，重新安装待测光纤，等待测量。
优先地，所述光纤模场直径的计算公式如下：
其中，ω0为光纤模场直径，λ0为光波长，R为透镜的曲率半径，n为透镜的折射率，ωt为光斑值。
具体地，透镜采用c-lens的透镜，R/(n-1)为待测光纤端面到c-lens的焦距，当透镜确定后，R及n均为已知量，λ0为入射光的光波长，及只需测试光斑值ωt即可计算出光纤模场直径ω0，测试参数简单，无需测试其它复杂参数，计算简单。
优先地，所述光学参数包括光斑在二维直角坐标系的X轴和Y轴上的光强分布。
优先地，所述光斑值取X轴或Y轴光强最大的点，且X轴与Y轴光强最大点之差的绝对值在预设范围内。
具体地，光斑直径通过光斑在二位直角坐标系中X轴和Y轴上的光强分布来计算，在光斑的X轴和Y轴方向上分别找到光强最大的点，并比较X轴和Y轴的光强最大点的坐标轴绝对值之差，一般情况下X轴和Y轴的光强最大点的坐标轴绝对值之差在50um以内。如果在预设范围内，则取光斑最大直径作为计算光纤模场直径的光斑值ωt；如果不在预设范围内，重新对准尾纤8°端面与透镜8°端面，以使其平行，并检查尾纤端面及透镜端面的清洁度，一般情况下，通过上述操作可以使X轴与Y轴光强最大点之差的绝对值在预设范围内。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种单模双纤光纤模场的测试系统，其特征在于，包括：
光源，用于为待测光纤提供入射光源；
光开关，用于控制光路的通断；
测试平台，用于移动待测光纤到预设位置，包括伺服电机、电机模组平台、透镜、光纤夹具组件及光学平台，所述伺服电机、所述透镜及所述光纤夹具组件均安装在所述电机模组平台上，所述透镜安装在所述光纤夹具组件与所述光束分析仪之间，所述电机模组平台安装在光学平台上；
控制模块，用于控制所述伺服电机运动；
光束分析仪，用于测试入射光的光学参数；
计算模块，用于根据所述光学参数计算光纤模场直径；
所述光源发出的光耦合进入所述光开关的一端，所述光开关的另一端连接待测光纤，所述控制模块连接所述伺服电机，所述计算模块连接所述光束分析仪，所述光束分析仪安装在所述光学平台上。
2.根据权利要求1所述的单模双纤光纤模场的测试系统，其特征在于，所述光束分析仪通过固定夹具安装在所述光学平台上。
3.根据权利要求2所述的单模双纤光纤模场的测试系统，其特征在于，所述固定夹具上安装有位移调节部件。
4.根据权利要求1所述的单模双纤光纤模场的测试系统，其特征在于，所述光纤夹具组件包括若干个光纤夹具单元。
5.根据权利要求1所述的单模双纤光纤模场的测试系统，其特征在于，还包括适配器，所述适配器用于连接光开关及待测光纤。
6.一种单模双纤光纤模场的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制模块通过控制伺服电机将若干个工位的待测光纤依次移动到指定位置，以使在对待测光纤执行测试步骤时，待测光纤对准光速分析仪；
所述测试步骤，包括：
通过光束分析仪及透镜测试待测工位待测光纤的第一通道光学参数，并通过计算模块计算第一通道光纤模场直径；
通过光开关将光源切换到第二通道，测试待测工位待测光纤的第二通道光学参数，并通过计算模块计算第二通道光纤模场直径。
7.根据权利要求6所述的单模双纤光纤模场的测试方法，其特征在于，测试完所有工位后，控制模块通过控制伺服电机将所有工位复位，等待下一次的测试。
8.根据权利要求6所述的单模双纤光纤模场的测试方法，其特征在于，所述光纤模场直径的计算公式如下：
其中，ω0为光纤模场直径，λ0为光波长，R为透镜的曲率半径，n为透镜的折射率，ωt为光斑值。
9.根据权利要求8所述的单模双纤光纤模场的测试方法，其特征在于，所述光学参数包括光斑在二维直角坐标系的X轴和Y轴上的光强分布。
10.根据权利要求9所述的单模双纤光纤模场的测试方法，其特征在于，所述光斑值取X轴或Y轴光强最大的点，且X轴与Y轴光强最大点之差的绝对值在预设范围内。
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