CN110455218A - 光纤端面干涉校准标样及校准方法 - Google Patents

光纤端面干涉校准标样及校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤端面干涉校准标样及校准方法，光纤端面干涉校准标样，包括基体、基座，所述基体安装在所述基座上，所述基体包括光纤套管、光纤，所述光纤套管包裹在所述光纤的外侧面上，所述基体的上端端面为测试端面，所述测试端面至少包括二级以上的光纤弧面，两相邻的光纤弧面形成光纤弧面台阶，所述光纤弧面台阶的高度为标准光纤高度，所述光纤弧面的弧面曲率半径为标准曲率半径。该光纤端面干涉校准标样能扩充标样范围和减少不同材料特性等引入测量不确定影响量，提高校准精度、有利于光纤端面干涉仪多量值测量校准及功能扩展，结构紧凑、体积小、多量值，便于归一存放。

Description

光纤端面干涉校准标样及校准方法
技术领域
本发明涉及光纤端面干涉仪校准检测领域，尤其涉及一种光纤端面干涉校准标样及校准方法。
背景技术
现有的光纤端面干涉仪用标准标样仅在同一个器具平面内的排列结构，不能覆盖宽量程校准要求，而且没有既满足单量校准的同时，又能满足多量值三维形状表征要求的校准标样。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光纤端面干涉校准标样及校准方法，该光纤端面干涉校准标样能扩充标样范围和减少不同材料特性等引入测量不确定影响量，提高校准精度、有利于光纤端面干涉仪多量值测量校准及功能扩展，结构紧凑、体积小、多量值，便于归一存放。
其技术方案如下：
需要说明的是：
一种光纤端面干涉校准标样，包括基体、基座，所述基体安装在所述基座上，所述基体包括光纤套管、光纤，所述光纤套管包裹在所述光纤的外侧面上，所述基体的上端端面为测试端面，所述测试端面至少包括二级以上的光纤弧面，两相邻的光纤弧面形成光纤弧面台阶，所述光纤弧面台阶的高度为标准光纤高度，所述光纤弧面的弧面曲率半径为标准曲率半径。
所述基座上设有刻线，所述刻线与所述光纤的方向相对应。
所述测试端面包括第一级光纤弧面、第二级光纤弧面，所述第一级光纤弧面、第二级光纤弧面分别为圆弧面。
所述第一级光纤弧面为光纤端面，所述第二级光纤弧面为套管端面，所述套管端面具有标准中心偏顶点。
两相邻的所述光纤弧面的标准光纤高度为10纳米至500纳米。
所述基体还包括粘合层，所述光纤套管通过所述粘合层包裹粘合在所述光纤的外侧面上，所述粘合层的上端端面为粘合端面。
所述光纤为二氧化硅制成。
所述光纤套管为二氧化锆陶瓷制成。
一种光纤端面干涉仪的校准方法，包括以下步骤：
放入光纤端面干涉校准标样，光束在测试端面上调整高精度位移台，形成光学干涉，干涉仪条纹通过探测传感器收集；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面高度差进行映射，处理后得到图像并重构测量进行对比校准；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面曲率半径差进行映射，处理后得到图像并重构测量曲率半径进行对比校准；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹环中心坐标与光纤中心坐标偏差进行映射，处理后得到图像并重构测量中心偏差进行对比校准。
前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图图上所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面对本发明的优点或原理进行说明：
1、本光纤端面干涉校准标样包括基体、基座，基体的上端端面为测试端面，测试端面至少包括二级以上的光纤弧面，使用时，先放入光纤端面干涉校准标样，光束在测试端面上的台阶面的表面，调整高精度位移台，形成光学干涉，干涉仪条纹通过探测传感器收集；通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面高度差进行映射，处理后得到图像并重构测量进行对比校准；通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面曲率半径差进行映射，处理后得到图像并重构测量曲率半径进行对比校准；通过条纹背景光强分布运算干涉条纹环中心坐标与光纤中心坐标偏差进行映射，处理后得到图像并重构测量中心偏差进行对比校准；该光纤端面干涉校准标样能扩充标样范围和减少不同材料特性等引入测量不确定影响量，提高校准精度、有利于光纤端面干涉仪多量值测量校准及功能扩展，结构紧凑、体积小、多量值，便于归一存放。
2、刻线的设置，方便对其余形状拟合后刻线截面二维数据的提取，用以获取标准高度和标准曲率半径等指标。
3、呈圆弧形的第一级光纤弧面、第二级光纤弧面，方便干涉仪条纹的收集。
4、两相邻的光纤弧面的标准光纤高度为10纳米至500纳米，提高光纤高度的校准效果。
5、在二维校准时，可通过接触扫描光纤端面干涉校准标样表面形貌以获取标准光纤高度和标准曲率半径等指标；在三维模式下，通过同时扫描光纤端面和套管端面获得三维形貌后，再去除光纤端面及粘合端面形状，以获取标准光纤高度和标准曲率半径等指标。
6、本发明提供的一种光纤端面干涉仪的校准方法，通过调整高精度位移台，观察到光纤端面干涉校准标样的测试端面干涉图像，对测试端面的标准光纤高度和套管端面的标准曲率半径进行测量，测量值与光纤端面干涉校准标样的校准值进行比对；通过高精度位移台调整基体位置，避开粘合端面对套管端面的标准中心偏顶点进行扫描，得到足够的清晰扫描图像并进行重构后测量，测量值和光纤端面干涉校准标样的校准值进行对比，做好记录和分析，取出标样，完成光纤端面干涉仪校准；校准方法能够扩充标样范围和减少不同材料特性等引入测量不确定影响量，提高校准精度、有利于光纤端面干涉仪多量值测量校准及功能扩展，可进行光纤高度、曲率半径、顶点偏离等指标的校准，校准效果好。
附图说明
图1是本发明实施例光纤端面干涉校准标样的立体示意图。
图2是本发明实施例光纤端面干涉校准标样基体的剖视图。
附图标记说明：
10、基体，11、光纤套管，12、光纤，13、测试端面，131、光纤端面，132、套管端面，14、光纤弧面台阶，15、标准中心偏顶点，16、粘合层，161、粘合端面，20、基座，21、刻线。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细说明。
如图1至图2所示，一种光纤端面干涉校准标样，包括基体10、基座20，基体10安装在基座20上，基体10包括光纤套管11、光纤12，光纤套管11包裹在光纤12的外侧面上，基体10的上端端面为测试端面13，测试端面13至少包括二级以上的光纤弧面，两相邻的光纤弧面形成光纤弧面台阶14，光纤弧面台阶14的高度为标准光纤高度，光纤弧面的弧面曲率半径为标准曲率半径。
使用时，先放入光纤端面干涉校准标样，光束在测试端面13上的台阶面的表面，调整高精度位移台，形成光学干涉，干涉仪条纹通过探测传感器收集；通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面131高度差进行映射，处理后得到图像并重构测量进行对比校准；通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面131曲率半径差进行映射，处理后得到图像并重构测量曲率半径进行对比校准；通过条纹背景光强分布运算干涉条纹环中心坐标与光纤12中心坐标偏差进行映射，处理后得到图像并重构测量中心偏差进行对比校准；该光纤端面干涉校准标样能扩充标样范围和减少不同材料特性等引入测量不确定影响量，提高校准精度、有利于光纤端面干涉仪多量值测量校准及功能扩展，结构紧凑、体积小、多量值，便于归一存放。
其中，基座20上设有刻线21，刻线21与光纤12的方向相对应。刻线21的设置，方便对其余形状拟合后刻线21截面二维数据的提取，用以获取标准高度和标准曲率半径等指标。
测试端面13包括第一级光纤弧面、第二级光纤弧面，第一级光纤弧面、第二级光纤弧面分别为圆弧面。呈圆弧形的第一级光纤弧面、第二级光纤弧面，方便干涉仪条纹的收集。第一级光纤弧面为光纤端面131，第二级光纤弧面为套管端面132，套管端面132具有标准中心偏顶点。
优选的，两相邻的光纤弧面的标准光纤高度为10纳米至500纳米。提高光纤高度的校准效果。
基体10还包括粘合层16，光纤套管11通过粘合层16包裹粘合在光纤12的外侧面上，粘合层16的上端端面为粘合端面161。在二维校准时，可通过接触扫描光纤端面干涉校准标样表面形貌以获取标准光纤高度和标准曲率半径等指标；在三维模式下，通过同时扫描光纤端面131和套管端面132获得三维形貌后，再去除光纤端面131及粘合端面161形状，以获取标准光纤高度和标准曲率半径等指标。
优选的，光纤12为二氧化硅制成。光纤套管11为二氧化锆陶瓷制成。
一种光纤端面干涉仪的校准方法，包括以下步骤：
放入光纤端面干涉校准标样，光束在测试端面13上调整高精度位移台，形成光学干涉，干涉仪条纹通过探测传感器收集；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面131高度差进行映射，处理后得到图像并重构测量进行对比校准；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面131曲率半径差进行映射，处理后得到图像并重构测量曲率半径进行对比校准；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹环中心坐标与光纤12中心坐标偏差进行映射，处理后得到图像并重构测量中心偏差进行对比校准。
本发明提供的一种光纤端面干涉仪的校准方法，通过调整高精度位移台，观察到光纤端面干涉校准标样的测试端面13干涉图像，对测试端面13的标准光纤高度和套管端面132的标准曲率半径进行测量，测量值与光纤端面干涉校准标样的校准值进行比对；通过高精度位移台调整基体10位置，避开粘合端面161对套管端面132的标准中心偏顶点15进行扫描，得到足够的清晰扫描图像并进行重构后测量，测量值和光纤端面干涉校准标样的校准值进行对比，做好记录和分析，取出标样，完成光纤端面干涉仪校准；校准方法能够扩充标样范围和减少不同材料特性等引入测量不确定影响量，提高校准精度、有利于光纤端面干涉仪多量值测量校准及功能扩展，可进行光纤高度、曲率半径、顶点偏离等指标的校准，校准效果好。
以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光纤端面干涉校准标样，其特征在于，包括基体、基座，所述基体安装在所述基座上，所述基体包括光纤套管、光纤，所述光纤套管包裹在所述光纤的外侧面上，所述基体的上端端面为测试端面，所述测试端面至少包括二级以上的光纤弧面，两相邻的光纤弧面形成光纤弧面台阶，所述光纤弧面台阶的高度为标准光纤高度，所述光纤弧面的弧面曲率半径为标准曲率半径。
2.如权利要求1所述的光纤端面干涉校准标样，其特征在于，所述基座上设有刻线，所述刻线与所述光纤的方向相对应。
3.如权利要求1所述的光纤端面干涉校准标样，其特征在于，所述测试端面包括第一级光纤弧面、第二级光纤弧面，所述第一级光纤弧面、第二级光纤弧面分别为圆弧面。
4.如权利要求3所述的光纤端面干涉校准标样，其特征在于，所述第一级光纤弧面为光纤端面，所述第二级光纤弧面为套管端面，所述套管端面具有标准中心偏顶点。
5.如权利要求1所述的光纤端面干涉校准标样，其特征在于，两相邻的所述光纤弧面的标准光纤高度为10纳米至500纳米。
6.如权利要求1至5任一项所述的光纤端面干涉校准标样，其特征在于，所述基体还包括粘合层，所述光纤套管通过所述粘合层包裹粘合在所述光纤的外侧面上，所述粘合层的上端端面为粘合端面。
7.如权利要求6所述的光纤端面干涉校准标样，其特征在于，所述光纤为二氧化硅制成。
8.如权利要求6所述的光纤端面干涉校准标样，其特征在于，所述光纤套管为二氧化锆陶瓷制成。
9.一种光纤端面干涉仪的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
放入光纤端面干涉校准标样，光束在测试端面上调整高精度位移台，形成光学干涉，干涉仪条纹通过探测传感器收集；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面高度差进行映射，处理后得到图像并重构测量进行对比校准；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹相位差与光纤端面曲率半径差进行映射，处理后得到图像并重构测量曲率半径进行对比校准；
通过条纹背景光强分布运算干涉条纹环中心坐标与光纤中心坐标偏差进行映射，处理后得到图像并重构测量中心偏差进行对比校准。
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