CN111030750B - 一种多模光纤dmd测试设备的探针配准方法及系统 - Google Patents

一种多模光纤dmd测试设备的探针配准方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，包括以下步骤：分别测试待配准探针沿与待测多模光纤光轴垂直且彼此相互垂直的第一径向与第二径向任一偏移时的差分模式时延数据，并将该差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向的偏移及第二径向的偏移作为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标，并通过判断所述二维坐标偏离该接收模块的坐标原点的距离是否超过一预设阈值来确定所述探针是否配准，从而实现了远程实时监测，解决了现有技术中需要实时在现场通过人工手动调节探针以实现配准而造成的成本高、效率低、反馈不及时等问题。

Description

一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法及系统
技术领域
本发明属于光纤测试领域，更具体地，涉及一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法及系统。
背景技术
近年随着数据中心建设数量的不断增多，市场对数据传输的需求呈现爆炸性增长；而多模光纤，因其具有光纤芯径粗(纤芯直径一般为50μm至100μm)、数值孔径大、能从光源耦合更多的光功率等特点，被广泛应用在现有的网络通信中。
在实际应用中，由于多模光纤中传输的模式多达数百个，各个模式的传播常数和群速率不同，易造成多模光纤的带宽窄、色散大、损耗大，从而影响多模光纤性能；DMD，即Differential Mode Delay，意为差分模式时延，具体是指穿过光纤的最快和最慢的模式之间的脉冲延迟(ps/m)的差异的测量，通过测量差分模式时延即可得到多模光纤的多模带宽指标，从而可以衡量光纤通信质量；因此，DMD是现有技术中常用的用来衡量多模光纤性能和级别的重要指标。
实际生产中，一般采用多模光纤差分模式时延测试设备来测试多模光纤的有效模式带宽，测试方法及流程需满足IEC 60793-1-41光纤带宽测试标准，测试过程中，需要保证多模光纤差分模式时延测试设备的探针中心配准，以保证测试结果的准确性。但在实际测试中，受限于生产测试环节的时间效率，不会每次测试前都对探针进行校准，而需要相关人员定期维护；若在两次定期维护期间，发生单模探针偏移，则会造成大批量光纤的测试结果发生偏差，进而影响光纤通信质量。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法及系统，其目的在于通过远距离实时分析监测探针位置从而判定多模光纤差分模式时延测试设备的探针是否配准，由此解决现有技术中需要近距离判断探针中心是否位于成像系统的中心位置而导致的探针配准难度高、效率低下、易因人工操作失误而影响配准结果的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其特征在于，包括以下步骤：分别测试待配准探针沿与待测多模光纤光轴垂直且彼此相互垂直的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据以形成第一数据集和第二数据集；分别将所述第一数据集中的差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向的偏移及第二数据集中的差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第二径向的偏移作为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标：当所述二维坐标偏离该接收模块的坐标原点的距离超过一预设阈值时，停止测试并进行校准。
所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其差分模式时延数据重心最小值通过以下公式计算获取：
Figure BDA0002226343430000021
Figure BDA0002226343430000022
式中：x和y分别为该待测多模光纤的第一径向及第二径向；
Ux和Uy分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
rx和ry分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的任一偏移；
txi和tyi分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其每个偏移位置的具体采样点对应的采样时间；
n为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，在每个偏移位置处的具体采样点个数。
所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其差分模式时延数据通过以下步骤获取：
S1：将待配准探针与待测多模光纤的输入端空间耦合，以使得该待配准探针的光轴与该待测多模光纤的输入端光轴中心对准；记录此时该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向偏移为0；
S2：该待配准探针向该待测多模光纤发射光脉冲，所述光脉冲经该待测多模光纤传输以形成脉冲延迟；所述脉冲延迟即为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向当前偏移时的实时差分模式时延；
S3：该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向自该多模光纤的纤芯向外层移动一预设纤芯偏移量，并返回步骤S2：，直至该待配准探针到达该待测多模光纤纤芯外层边界；以获取该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向及第二径向全部偏移的实时差分模式时延。
所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其预设纤芯偏移量为不超过3μm。
所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其还包括以下步骤：
(1)对于该待测多模光纤，任意选取其第一径向或第二径向作为指定径向；
(2)获取该待配准探针沿该待测多模光纤指定径向的任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
(3)将步骤(2)中获取的差分模式时延数据在同一个时域图上叠加以形成差分模式时延剖面演化图；其中，所述差分模式时延剖面演化图，其纵坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的偏移量，其横坐标为每个偏移量中具体采样点所对应的时间，其每个剖面为时域图中指定时刻对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的全部偏移量对应的实时差分模式时延数据的集合；
(4)计算步骤(3)中获取的差分模式时延剖面演化图中的每个剖面在该待测多模光纤的指定径向的任一偏移下的重心，直至该剖面在该待测多模光纤的指定径向的所有偏移下的重心均计算完毕；所述重心计算公式如下：
Figure BDA0002226343430000041
Figure BDA0002226343430000042
式中：x和y分别为该待测多模光纤的第一径向及第二径向；
Ux和Uy分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
rx和ry分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的任一偏移；
txi和tyi分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其每个偏移位置的具体采样点对应的采样时间；
n为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，在每个偏移位置处的具体采样点个数；
(5)根据步骤(4)获取的该剖面在该待测多模光纤的指定径向的全部偏移下的重心，绘制该剖面在指定径向的全部偏移下的重心曲线，并进入步骤(6)；其中，所述重心曲线，其横坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的偏移量，其纵坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向上的指定偏移量时对应的差分模式时延数据，所述重心曲线的每个点值代表该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的指定偏移量时的重心值；
(6)搜索该剖面在步骤(5)中获取的重心曲线以获取该剖面在指定径向的重心最小值，并记录此时横坐标为Gxmin或Gymin，并进入步骤(7)；
(7)对于该待测多模光纤，选取第一径向或第二径向中剩余一个作为指定径向，并返回步骤(2)，直至该待测多模光纤的第一径向和第二径向均搜索完毕；所述Gxmin和Gymin即为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标；其偏离坐标原点的距离为
Figure BDA0002226343430000051
所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其预设阈值为0～15μm。
按照本发明的另一个方面，提供了一种多模光纤DMD测试设备的探针配准系统，其特征在于，包括以下模块：数据处理模块：其用于分别测试待配准探针沿与待测多模光纤光轴垂直且彼此相互垂直的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据以形成第一数据集和第二数据集；定位模块：其用于分别将所述第一数据集中差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向的偏移及第二数据集中差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第二径向的偏移作为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标：当所述二维坐标偏离该接收模块的坐标原点的距离超过一预设阈值时，停止测试并进行校准。
所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准系统，其定位模块中的差分模式时延数据重心最小值通过以下公式计算获取：
Figure BDA0002226343430000061
Figure BDA0002226343430000062
式中：x和y分别为该待测多模光纤的第一径向及第二径向；
Ux和Uy分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
rx和ry分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的任一偏移；
txi和tyi分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其每个偏移位置的具体采样点对应的采样时间；
n为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，在每个偏移位置处的具体采样点个数。
所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准系统，其数据处理模块包括以下子模块：
第一子模块：用于将待配准探针与待测多模光纤的输入端空间耦合，以使得该待配准探针的光轴与该待测多模光纤的输入端光轴中心对准；记录此时该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向偏移为0；
第二子模块：用于使该待配准探针向该待测多模光纤发射光脉冲，所述光脉冲经该待测多模光纤传输以形成脉冲延迟；所述脉冲延迟即为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向当前偏移时的实时差分模式时延；
第三子模块：用于将该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向自该多模光纤的纤芯向外层移动一预设纤芯偏移量，并再次使用第二子模块，直至该待配准探针到达该待测多模光纤纤芯外层边界；以获取该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向及第二径向全部偏移的实时差分模式时延。
所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准系统，其预设阈值为0～15μm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明通过在待配准状态下，分别测试待配准探针沿与待测多模光纤光轴垂直且彼此相互垂直的第一径向与第二径向任一偏移时的差分模式时延数据，并将该差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向的偏移及第二径向的偏移作为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标，通过计算差分模式时延数据的最小值即可获得待配准探针在接收模块的实时位置，实现了远程实时监控；通过判断所述二维坐标偏离该接收模块的坐标原点的距离是否超过一预设阈值来确定所述探针是否配准，从而实现了远距离实时监测，解决了现有技术中需要实时在现场通过人工手动调节探针以实现配准而造成的成本高、效率低、反馈不及时等问题。
(2)通过本发明提供的重心最小值计算方法，能够准确的离散的差分模式时延数据的重心，所述重心位置即为该待配准探针在接收模块中的实时位置，从而实现了远程实时监控。
(3)优选方案中，本发明通过将所述差分模式时延数据在同一个时域图中叠加为待测多模光纤的差分模式时延剖面演化图，从而清楚直观的显示待配准探针沿待测多模光纤的第一径向或第二径向的偏移时，该待测多模光纤的性能变化；在后续应用中，将所述待测多模光纤的差分模式时延剖面演化图作为基础数据，用于估算待测多模光纤的有效带宽，进而衡量该待测多模光纤的性能，以保障光纤通信的质量。
附图说明
图1是本发明提供的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法流程示意图；
图2是现有技术中多模光纤DMD测试设备对待测多模光纤的端面进行成像时，设备内部的光路图；
图3是现有技术中多模光纤DMD测试设备对探针的端面进行成像时，设备内部的光路图；
图4是本发明提供的实施例1多模光纤DMD测试设备的探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的所有偏移下差分模式时延剖面演化图；
图5是现有技术中多模光纤DMD测试设备的探针未配准状态时在成像系统中显示的端面；
图6是本发明提供的实施例1绘制的x方向重心曲线及重心最小值对应的横坐标Gxmin；
图7是本发明提供的实施例1绘制的y方向重心曲线及重心最小值对应的横坐标Gymin；
图8是本发明提供的实施例1计算获得的待配准探针中心位置。
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。
现有技术中采用多模光纤DMD测试设备测试多模光纤的有效模式带宽时，其步骤为：采用一根纤芯直径为5μm的单模探针与待测多模光纤空间耦合，测试过程中单模探针会不断向待测多模光纤发射超短光脉冲，并且沿着待测多模光纤的纤芯向外层移动，每次位移量为1μm；在待测多模光纤的接收端，用一台示波器记录每个不同纤芯偏移位置下输出的光脉冲，并叠加在同一个时域图上以形成差分模式时延的指标。在开始测试之前，如图2所示，操作人员需要将多模光纤DMD测试设备中的一个可升降反射镜1升起后，使得成像系统能够显示待测多模光纤端面的位置，通过调整待测多模光纤端面使其位于成像系统的中心位置，然后再开始测试。该操作的前提是要保证单模探针也位于成像系统的中心位置，如图3所示，这样单模探针位移的初始位置才能位于待测多模光纤纤芯的中心。但在实际测试中，受限于生产测试环节的时间效率，不会每次测试前都对其进行校准，需要相关人员定期维护。若在两次定期维护期间，发生单模探针偏移，如图5所示，则会造成大批量光纤的测试结果发生偏差。
为了解决上述问题，本发明提供了一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，包括以下步骤：分别测试待配准探针沿与待测多模光纤光轴垂直且彼此相互垂直的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据以形成第一数据集和第二数据集；分别将所述第一数据集中的差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向的偏移及第二数据集中的差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第二径向的偏移作为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标：当所述二维坐标偏离该接收模块的坐标原点的距离超过一预设阈值时，停止测试并进行校准。
在实际应用中，待测多模光纤的接收端通常连接至示波器，待配准探针发射的光脉冲经待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据经示波器实时记录，并形成直观的图形，以供测试者使用。
因此，优选地，本发明提供的一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)对于该待测多模光纤，任意选取其第一径向或第二径向作为指定径向；
(2)获取该待配准探针沿该待测多模光纤指定径向的任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
具体而言，所述差分模式时延数据通过以下步骤获取：
S1：将待配准探针与待测多模光纤的输入端空间耦合，以使得该待配准探针的光轴与该待测多模光纤的输入端光轴中心对准；记录此时该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向偏移为0；
S2：该待配准探针向该待测多模光纤发射光脉冲，所述光脉冲经该待测多模光纤传输以形成脉冲延迟；所述脉冲延迟即为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向当前偏移时的实时差分模式时延；
具体而言，对于多模光纤而言，其中传输的每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，从而造成了脉冲延迟；所述脉冲延迟即为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向当前偏移时的实时差分模式时延；通过将该待测多模光纤的接收端连接至示波器，该示波器即可实时记录所述待配准探针在沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向当前偏移时的实时差分模式时延(ps/m)；
S3：该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向自该多模光纤的纤芯向外层移动一预设纤芯偏移量，并返回步骤S2，直至该待配准探针到达该待测多模光纤纤芯外层边界；以获取该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向及第二径向全部偏移的实时差分模式时延。
优选地，所述预设纤芯偏移量为不超过3μm，以保证获取足够多的离散测试数据。
到目前为止，本领域中差分模式时延测量均是以单个波长来进行的，即测试中，要求测试待配准探针沿待测多模光纤指定径向的不同偏移量下单个模式的输出，因此，在本发明中，所述待配准探针优选为纤芯直径为5μm的单模探针；
所述待配准探针发射的光脉冲优选为超短光脉冲，以在传输中形成明显的差分模式时延；具体而言，超短光脉冲指延续时间在皮秒(优选为小于120皮秒)数量级或更短的电磁脉冲。
通过步骤S1～S3获取了所述探针沿与待测多模光纤光轴垂直的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；以此作为样本数据，并进入步骤(3)；
(3)将步骤(2)中获取的差分模式时延数据在同一个时域图上叠加以形成差分模式时延剖面演化图；其中，所述差分模式时延剖面演化图，其纵坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的偏移量，其横坐标为每个偏移量中具体采样点所对应的时间，具体而言，示波器在每个偏移量位置下，均需要采集n个采样点，以获取准确的数据；如图4所示，其每个剖面为时域图中指定时刻对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的全部偏移量对应的实时差分模式时延数据的集合；
本发明通过待测多模光纤的差分模式时延剖面演化图，能够清楚直观的显示待配准探针沿待测多模光纤的第一径向或第二径向的偏移时，该待测多模光纤的性能变化；在后续应用中，将所述待测多模光纤的差分模式时延剖面演化图作为基础数据，用于估算待测多模光纤的有效带宽，进而衡量该待测多模光纤的性能，以保障光纤通信的质量。
(4)计算步骤(3)中获取的差分模式时延剖面演化图中的每个剖面在该待测多模光纤的指定径向的任一偏移下的重心，直至该剖面在该待测多模光纤的指定径向的所有偏移下的重心均计算完毕；
具体而言，对于多模光纤而言，示波器测得的每个剖面为时域图中指定时刻对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的全部偏移量对应的实时差分模式时延数据的集合；所述集合中的数据为离散值，因此，为确定该剖面重心位置，具体计算如下：
Figure BDA0002226343430000111
Figure BDA0002226343430000121
式中：x和y分别为该待测多模光纤的第一径向及第二径向；
Ux和Uy分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；其具体通过步骤S1～S3获取；
rx和ry分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的任一偏移；具体而言，由于多模光纤纤芯直径一般为50μm，因此，所述rx∈[-25,25]μm；ry∈[-25,25]μm；以全面覆盖多模光纤全部纤芯偏移；
txi和tyi分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其每个偏移位置的具体采样点对应的采样时间；具体而言，测试时，示波器在每个偏移位置，均需要采集n个采样点，每个采样点对应的时间即为txi或tyi，所述txi，tyi的取值分别为dtxi,2dtxi,...ndtxi，dtyi,2dtyi,...ndtyi，其中dtxi和dtyi分别为示波器在x和y方向上的采样速率，其范围均为0.001ps/m～0.02ps/m。
n为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，在每个偏移位置处的具体采样点个数；其值优选为256～2048，以同时兼顾示波器的采样速率和采样窗口；
举例而言，当该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向偏移为10μm时，在偏移量为10μm处，当采样点n个数为512个，采样速率为0.002ps，txi为：0，0.002ps，0.004ps，0.006ps，0.008ps.....递增的512个点；以获取该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向偏移为10μm时的全部差分模式时延数据；
在本步骤中，所述重心位置即为该待配准探针在接收模块中的实时位置；本步骤通过采用加权平均算法计算获取了每个剖面对应的重心位置，从而获取了待配准探针在接收模块的实时位置，实现了远程实时监控。
(5)根据步骤(4)获取的该剖面在该待测多模光纤的指定径向的全部偏移下的重心，绘制该剖面在指定径向的全部偏移下的重心曲线，并进入步骤(6)；其中，所述重心曲线，其横坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的偏移量，其纵坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向上的指定偏移量时对应的差分模式时延数据，所述重心曲线的每个点值代表该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的指定偏移量时的重心值；
(6)搜索该剖面在步骤(5)中获取的重心曲线以获取该剖面在指定径向的重心最小值，并记录此时横坐标为Gxmin或Gymin，并进入步骤(7)；
本发明通过步骤(6)获取重心最小值对应的横坐标，所述横坐标即为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向的偏移Gxmin或Gymin，所述Gxmin或Gymin为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标的横坐标或纵坐标，通过计算获取了该待配准探针的中心在接收模块中的位置，从而快速、远程、实时监测待检测设备探针的位置。
(7)对于该待测多模光纤，选取第一径向或第二径向中剩余一个作为指定径向，并返回步骤(2)，直至该待测多模光纤的第一径向和第二径向均搜索完毕；所述Gxmin和Gymin即为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标；其偏离坐标原点的距离为
Figure BDA0002226343430000131
当所述
Figure BDA0002226343430000132
超过一预设阈值时，停止测试并进行校准。
优选地，所述阈值为0～15μm。
具体而言，当所述计算结果没有超过一预设阈值时，则说明所述待配准探针中心位置偏移在可接受范围内，该多模光纤DMD测试设备可以继续使用，不需要调节，直接进行下一次的实时监测；当所述计算结果超过一预设阈值时，则停止该多模光纤DMD测试设备的工作，设备维护人员需要去到测试现场进行调校；具体调试过程如下：设备维护人员将可升降反射镜2升起，将单模探针调节到镜头中间，手动调节使得所述多模光纤DMD测试设备探针实现配准；
本发明通过步骤(4)计算每个剖面在不同纤芯偏移下的重心，通过步骤(5)获取该剖面在全部纤芯偏移下的重心曲线，通过步骤(6)分别搜索计算出x轴和y轴方向重心曲线的最小值所对应的纤芯偏移，从而获取该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向的偏移Gxmin或Gymin，所述Gxmin或Gymin为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标的横坐标或纵坐标，从而快速、远程、实时监测待检测设备探针的位置；通过步骤(7)计算该待配准探针的中心偏移量，并将计算结果与预设阈值比较，以确定所述待配准探针中心是否配准，从而实现远距离监测多模光纤DMD测试设备的探针中心是否配准。
工作时：设备维护人员通过示波器实时监测待检测多模光纤DMD测试设备探针在不同纤芯偏移下的实时差分模式时延，并通过示波器将所有纤芯偏移下的实时差分模式时延在同一个时域图上叠加以形成待测多模光纤的差分模式时延剖面演化图；并通过计算获取该多模光纤差分模式时延剖面在不同纤芯偏移下的重心Gx,、Gy,并画出相应曲线,分别计算出x轴和y轴方向重心曲线的最小值所对应的横坐标(Gxmin,Gymin),最后计算探针偏移量
Figure BDA0002226343430000141
并通过判断探针偏移量是否超过偏移极限值来确定所述探针是否配准，从而实现远距离监测多模光纤DMD测试设备的探针是否配准配准，当发生偏移时能够及时发现、校准，从而降低由于单模探针位置偏移所带来的测试误差；同时也避免了现有技术中需要实时在现场通过人工手动调节探针以实现配准，大大地降低生产人力成本，具有实时反馈，快速响应等优点。
本发明提供的一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，可适用于对OM2，OM3，OM4，OM5光纤的DMD测试设备中的单模探针位置进行远距离实时监测。
以下结合实施例做进一步说明：
实施例1：
本发明提供的一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)对于该待测多模光纤，任意选取其第一径向或第二径向作为指定径向；
(2)获取该待配准探针沿该待测多模光纤指定径向的任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
具体而言，所述差分模式时延数据通过以下步骤获取：
S1：将待配准探针与待测多模光纤的输入端空间耦合，以使得该待配准探针的光轴与该待测多模光纤的输入端光轴中心对准；记录此时该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向偏移为0；
S2：该待配准探针向该待测多模光纤发射光脉冲，所述光脉冲经该待测多模光纤传输以形成脉冲延迟；所述脉冲延迟即为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向当前偏移时的实时差分模式时延；
S3：该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向自该多模光纤的纤芯向外层移动一预设纤芯偏移量，并返回步骤S2，直至该待配准探针到达该待测多模光纤纤芯外层边界；以获取该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向及第二径向全部偏移的实时差分模式时延。
所述预设纤芯偏移量为1μm；
所述待配准探针为纤芯直径为5μm的单模探针；其发射的光脉冲为超短光脉冲；
(3)将步骤(2)中获取的差分模式时延数据在同一个时域图上叠加以形成差分模式时延剖面演化图；其中，所述差分模式时延剖面演化图，其纵坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的偏移量，其横坐标为每个偏移量中具体采样点所对应的时间，具体而言，示波器在每个偏移量位置下，均需要采集n个采样点，以获取准确的数据；如图4所示，其每个剖面为时域图中指定时刻对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的全部偏移量对应的实时差分模式时延数据的集合；
(4)计算步骤(3)中获取的差分模式时延剖面演化图中的每个剖面在该待测多模光纤的指定径向的任一偏移下的重心，直至该剖面在该待测多模光纤的指定径向的所有偏移下的重心均计算完毕；所述重心计算公式如下：
Figure BDA0002226343430000161
Figure BDA0002226343430000162
式中：x和y分别为该待测多模光纤的第一径向及第二径向；
Ux和Uy分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；其具体通过步骤S1～S3获取；
rx和ry分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的任一偏移；所述rx∈[-25,25]μm；ry∈[-25,25]μm；
txi和tyi分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其每个偏移位置的具体采样点对应的采样时间；具体而言，测试时，示波器在每个偏移位置，均需要采集n个采样点，每个采样点对应的时间即为txi或tyi，所述txi，tyi的取值分别为dtxi,2dtxi,...ndtxi，dtyi,2dtyi,...ndtyi，其中dtxi和dtyi分别为示波器在x和y方向上的采样速率，其值均为0.002ps/m。
n为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，示波器在每个偏移位置处的具体采样点个数；其值均为1024；
(5)根据步骤(4)获取的该剖面在该待测多模光纤的指定径向的全部偏移下的重心，绘制该剖面在指定径向的全部偏移下的重心曲线，并进入步骤(6)；其中，所述重心曲线，其横坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的偏移量，其纵坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向上的指定偏移量时对应的差分模式时延数据，所述重心曲线的每个点值代表该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的指定偏移量时的重心值，如图6和图7所示，；
(6)搜索该剖面在步骤(5)中获取的重心曲线以获取该剖面在指定径向的重心最小值，并记录此时横坐标为Gxmin或Gymin，并进入步骤(7)；
(7)对于该待测多模光纤，选取第一径向或第二径向中剩余一个作为指定径向，并返回步骤(2)，直至该待测多模光纤的第一径向和第二径向均搜索完毕；所述Gxmin和Gymin即为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标；其偏离坐标原点的距离为
Figure BDA0002226343430000171
如图8所示，当所述
Figure BDA0002226343430000172
超过一预设阈值时，停止测试并进行校准，所述阈值为10μm。
具体而言，当所述计算结果没有超过一预设阈值时，则说明所述待配准探针中心位置偏移在可接受范围内，该多模光纤DMD测试设备可以继续使用，不需要调节，直接进行下一次的实时监测；当所述计算结果超过一预设阈值时，则停止该多模光纤DMD测试设备的工作，设备维护人员需要去到测试现场进行调校；具体调试过程如下：设备维护人员将可升降反射镜2升起，将单模探针调节到镜头中间，手动调节使得所述多模光纤DMD测试设备探针实现配准；
工作时：设备维护人员通过示波器实时监测待检测多模光纤DMD测试设备探针在不同纤芯偏移下的实时差分模式时延，并通过示波器将所有纤芯偏移下的实时差分模式时延在同一个时域图上叠加以形成待测多模光纤的差分模式时延剖面演化图；并通过计算获取该多模光纤差分模式时延剖面在不同纤芯偏移下的重心Gx,、Gy,并画出相应曲线,分别计算出x轴和y轴方向重心曲线的最小值所对应的横坐标(Gxmin,Gymin),最后计算探针偏移量
Figure BDA0002226343430000181
并通过判断探针偏移量是否超过偏移极限值来确定所述探针是否配准，从而实现远距离监测多模光纤DMD测试设备的探针是否配准配准，当发生偏移时能够及时发现、校准，从而降低由于单模探针位置偏移所带来的测试误差；同时也避免了现有技术中需要实时在现场通过人工手动调节探针以实现配准，大大地降低生产人力成本，具有实时反馈，快速响应等优点。
本发明提供的一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，可适用于对OM2，OM3，OM4，OM5光纤的DMD测试设备中的单模探针位置进行远距离实时监测。
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 (8)

1.一种多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其特征在于，包括以下步骤：分别测试待配准探针沿与待测多模光纤光轴垂直且彼此相互垂直的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据以形成第一数据集和第二数据集；分别将所述第一数据集中的差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向的偏移及第二数据集中的差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第二径向的偏移作为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标：当所述二维坐标偏离该接收模块的坐标原点的距离超过一预设阈值时，停止测试并进行校准；
所述差分模式时延数据重心最小值通过以下公式计算获取：
Figure FDA0002955830290000011
Figure FDA0002955830290000012
式中：x和y分别为该待测多模光纤的第一径向及第二径向；
Ux和Uy分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
rx和ry分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的任一偏移；
txi和tyi分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其每个偏移位置的具体采样点对应的采样时间；
n为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，在每个偏移位置处的具体采样点个数。
2.如权利要求1所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其特征在于，所述差分模式时延数据通过以下步骤获取：
S1：将待配准探针与待测多模光纤的输入端空间耦合，以使得该待配准探针的光轴与该待测多模光纤的输入端光轴中心对准；记录此时该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向偏移为0；
S2：该待配准探针向该待测多模光纤发射光脉冲，所述光脉冲经该待测多模光纤传输以形成脉冲延迟；所述脉冲延迟即为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向当前偏移时的实时差分模式时延；
S3：该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向自该多模光纤的纤芯向外层移动一预设纤芯偏移量，并返回步骤S2，直至该待配准探针到达该待测多模光纤纤芯外层边界；以获取该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向及第二径向全部偏移的实时差分模式时延。
3.如权利要求2所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其特征在于，所述预设纤芯偏移量优选为不超过3μm。
4.如权利要求1所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(1)对于该待测多模光纤，任意选取其第一径向或第二径向作为指定径向；
(2)获取该待配准探针沿该待测多模光纤指定径向的任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
(3)将步骤(2)中获取的差分模式时延数据在同一个时域图上叠加以形成差分模式时延剖面演化图；其中，所述差分模式时延剖面演化图，其纵坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的偏移量，其横坐标为每个偏移量中具体采样点所对应的时间，其每个剖面为时域图中指定时刻对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的全部偏移量对应的实时差分模式时延数据的集合；
(4)计算步骤(3)中获取的差分模式时延剖面演化图中的每个剖面在该待测多模光纤的指定径向的任一偏移下的重心，直至该剖面在该待测多模光纤的指定径向的所有偏移下的重心均计算完毕；所述重心计算公式如下：
Figure FDA0002955830290000031
Figure FDA0002955830290000032
式中：x和y分别为该待测多模光纤的第一径向及第二径向；
Ux和Uy分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
rx和ry分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的任一偏移；
txi和tyi分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其每个偏移位置的具体采样点对应的采样时间；
n为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，在每个偏移位置处的具体采样点个数；
(5)根据步骤(4)获取的该剖面在该待测多模光纤的指定径向的全部偏移下的重心，绘制该剖面在指定径向的全部偏移下的重心曲线，并进入步骤(6)；其中，所述重心曲线，其横坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的偏移量，其纵坐标为该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向上的指定偏移量时对应的差分模式时延数据，所述重心曲线的每个点值代表该待配准探针沿该待测多模光纤的指定径向的指定偏移量时的重心值；
(6)搜索该剖面在步骤(5)中获取的重心曲线以获取该剖面在指定径向的重心最小值，并记录此时横坐标为Gxmin或Gymin，并进入步骤(7)；
(7)对于该待测多模光纤，选取第一径向或第二径向中剩余一个作为指定径向，并返回步骤(2)，直至该待测多模光纤的第一径向和第二径向均搜索完毕；所述Gxmin和Gymin即为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标；其偏离坐标原点的距离为
Figure FDA0002955830290000041
5.如权利要求1所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准方法，其特征在于，所述预设阈值为0～15μm。
6.一种多模光纤DMD测试设备的探针配准系统，其特征在于，包括以下模块：数据处理模块：其用于分别测试待配准探针沿与待测多模光纤光轴垂直且彼此相互垂直的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据以形成第一数据集和第二数据集；定位模块：其用于分别将所述第一数据集中差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向的偏移及第二数据集中差分模式时延数据重心最小值对应的该待配准探针沿该待测多模光纤的第二径向的偏移作为该待配准探针的中心在接收模块中的二维坐标：当所述二维坐标偏离该接收模块的坐标原点的距离超过一预设阈值时，停止测试并进行校准；
所述定位模块中的差分模式时延数据重心最小值通过以下公式计算获取：
Figure FDA0002955830290000042
Figure FDA0002955830290000043
式中：x和y分别为该待测多模光纤的第一径向及第二径向；
Ux和Uy分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其发射的光脉冲经该待测多模光纤传输后输出的差分模式时延数据；
rx和ry分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向的任一偏移；
txi和tyi分别为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，其每个偏移位置的具体采样点对应的采样时间；
n为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向任一偏移时，在每个偏移位置处的具体采样点个数。
7.如权利要求6所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准系统，其特征在于，所述数据处理模块包括以下子模块：
第一子模块：用于将待配准探针与待测多模光纤的输入端空间耦合，以使得该待配准探针的光轴与该待测多模光纤的输入端光轴中心对准；记录此时该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向与第二径向偏移为0；
第二子模块：用于使该待配准探针向该待测多模光纤发射光脉冲，所述光脉冲经该待测多模光纤传输以形成脉冲延迟；所述脉冲延迟即为该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向当前偏移时的实时差分模式时延；
第三子模块：用于将该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向或第二径向自该多模光纤的纤芯向外层移动一预设纤芯偏移量，并再次使用第二子模块，直至该待配准探针到达该待测多模光纤纤芯外层边界；以获取该待配准探针沿该待测多模光纤的第一径向及第二径向全部偏移的实时差分模式时延。
8.如权利要求6所述的多模光纤DMD测试设备的探针配准系统，其特征在于，所述预设阈值为0～15μm。
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