CN114593689A - 光纤端面检测方法及装置 - Google Patents
光纤端面检测方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114593689A CN114593689A CN202210227629.4A CN202210227629A CN114593689A CN 114593689 A CN114593689 A CN 114593689A CN 202210227629 A CN202210227629 A CN 202210227629A CN 114593689 A CN114593689 A CN 114593689A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- optical fiber
- image
- face
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 65
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 18
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000005308 flint glass Substances 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002063 nanoring Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 1
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/005—Diaphragms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本公开涉及一种光纤端面检测方法，通过至少一个透镜对来自光纤端面的入射光汇聚，使光纤端面在像面成像；基于所述像面的成像获取光纤端面的图像信息，基于所述图像信息测量光纤参数；其中，在所述至少一个透镜形成的像方焦面阻挡部分光线，使光路中物方主光线的交点位置趋于无限远。本公开同时涉及一种光纤端面测量装置。上述方法或装置，通过在焦平面对光线进行部分阻挡，具备物方远心光学系统的特性。对光纤端面的成像不随距离变化而受影响，可以准确地得到端面的形状和尺寸。还具有边缘清晰的优点，可以准确锁定边缘，得到纤芯的参数。其优选使用了超透镜，还具有体积小的优势，可实现方便快速的测量，同时具备低成本的优点。
Description
技术领域
本申请属于光纤的生产检测领域，具体涉及一种用于检测光纤端面的方法及其适用的装置。
背景技术
光纤的设计、拉制和端面检测是一个闭环的过程，尤其是对于特种光纤来说，设计好对应的结构后，进行光纤预制棒的制作和后续拉制，然后需要对拉制好的光纤进行检测，尤其是端面形状的检测。检测结果不仅可以光纤拉制的过程中，给予工程师实时的反馈，以便于调整拉制参数；更能为设计人员提供反馈，以便于其优化设计、误差分析等。特种光纤中的端面检测、包括形状和几何参数，更为重要。其直接决定着光纤的性能，例如多芯光纤纤芯直径的微米级的改变直接决定着其支持模式的数量。
目前对于光纤端面形状的检测，会使用光纤端面检测仪，这种的光纤端面检测设备内置一个普通的显微系统，且一般用于标准单模光纤端面的检测，检测结果包括表面形状、污渍等。这种设备或方法的缺陷在于，无法对于端面形貌和几何参数进行精确测量，尤其是在特种光纤端面不平的情况下。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本申请提供了一种用于检测光纤端面的方法及装置，以实现对光纤端面的精确测量。
本申请第一方面涉及一种光纤端面检测方法的技术方案，该方法包括如下步骤：
通过至少一个透镜对来自光纤端面的入射光汇聚，使光纤端面在像面成像；
基于所述像面的成像获取光纤端面的图像信息，基于所述图像信息测量光纤参数；
其中，在所述至少一个透镜形成的像方焦面阻挡部分光线，使光路中物方主光线的交点位置趋于无限远。
优选地，在所述至少一个透镜的像方焦面阻挡部分光线，使平行于光轴的入射光线能够辐射至像面。
优选地，通过设置于所述至少一个透镜的像方焦面的孔径光阑对光线进行选择性阻挡。
优选地，所述至少一个透镜中，包括一个或多个超透镜；
所述超透镜包括基底，以及
阵列排布于所述基底表面的结构单元，所述结构单元由周期性排布的纳米结构组成；
其中，所述超透镜基于纳米结构的相位分布配置为将入射光线汇聚于焦点。
优选地，所述至少一个透镜中，包括一个或多个凸透镜。
本申请第二方面涉及一种光纤端面检测装置的技术方案，其包括：
至少一个透镜，用于汇聚来自光纤端面的入射光线，使光纤端面能够在像面成像；
图像传感器，设置于所述至少一个透镜的像面，用于根据光纤端面的成像获取光纤端面的图像信息；
孔径光阑，设置于所述至少一个透镜的像方焦面，用于阻挡部分光线，使光路中所述透镜的物方主光线的交点位置趋于无限远。
优选地，所述至少一个透镜中，包括一个或多个超透镜；
所述超透镜包括基底，以及
阵列排布于所述基底表面的结构单元，所述结构单元由周期性排布的纳米结构组成；
其中，所述超透镜基于纳米结构的相位分布配置为将入射光线汇聚于焦点。
优选地，基于所述纳米结构的排布，所述超透镜的光相位满足：
其中，(x，y)为纳米结构的相对位置坐标，f为焦距，λ为工作波段波长。
优选地，所述结构单元为正六边形或正方形；
其中，所述正六边形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构，所述正方形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。
优选地，所述至少一个透镜中，包括一个或多个凸透镜。
优选地，所述孔径光阑直径为18μm至23μm。
优选地，所述至少一个透镜焦距为30μm至45μm。
上述技术方案中的方法或装置，通过在焦平面设置光阑，对光线进行部分阻挡，使方法或装置具备物方远心光学系统的特性。对光纤端面的成像不随距离变化而受影响，可以准确地得到光纤端面的形状和尺寸。还具有边缘清晰的优点，所以可以准确锁定边缘，得到纤芯的几何参数。进一步地使用了惠更斯超透镜，使此种方案还具有体积小的优势，可实现方便快速的测量，同时具备低成本的优点。
附图说明
图1为光纤端面倾斜程度与现有技术检测结果对比图；
图2为现有技术中进行非平整光纤端面检测的光路示意图；
图3为本申请技术方案的光路示意图；
图4为本申请中使用超透镜的技术方案的光路示意图；
图5为纳米结构示意图；
图6示出了纳米结构相位和透过率；
图7为正六边形和正方形结构单元示意图；
图8为实施例中涉及的待测七芯单模光纤端面尺寸图；
图9为本申请中的超透镜方案与现有技术的测量结果对比；
图10为本申请中的超透镜方案与现有技术的通过计算得到的模式图；
图11为本申请实施例中使用镜组的方案及其光路示意图。
图中标注：
1待测光纤，11待测光纤端面；
2透镜；21第一透镜；22第二透镜；
3孔径光阑；4像面。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的和解释性的，并不能限制本申请。
具体实施方式
将在下文中参照附图更全面地描述本公开，在附图中示出了各实施方式。然而，本公开可以以许多不同的方式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供使得本公开将是详尽的和完整的，并且将向本领域技术人员全面传达本公开的范围。通篇相同的附图标记表示相同的部件。再者，在附图中，为了清楚地说明，部件的厚度、比率和尺寸被放大。
本文使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而非旨在成为限制。除非上下文清楚地另有所指，否则如本文使用的“一”、“一个”、“该”和“至少之一”并非表示对数量的限制，而是旨在包括单数和复数二者。例如，除非上下文清楚地另有所指，否则“一个部件”的含义与“至少一个部件”相同。“至少之一”不应被解释为限制于数量“一”。“或”意指“和/或”。术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或更多个的任何和全部组合。
除非另有限定，否则本文使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本领域技术人员所通常理解的含义相同的含义。如共同使用的词典中限定的术语应被解释为具有与相关的技术上下文中的含义相同的含义，并且除非在说明书中明确限定，否者不在理想化的或者过于正式的意义上将这些术语解释为具有正式的含义。
“包括”或“包含”的含义指明了性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合，但是并未排除其他的性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合。
本文参照作为理想化的实施方式的截面图描述了实施方式。从而，预见到作为例如制造技术和/或公差的结果的、相对于图示的形状变化。因此，本文描述的实施方式不应被解释为限于如本文示出的区域的具体形状，而是应包括因例如制造导致的形状的偏差。例如，被示出或描述为平坦的区域可以典型地具有粗糙和/或非线性特征。而且，所示出的锐角可以被倒圆。因此，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状并非旨在示出区域的精确形状并且并非旨在限制权利要求的范围。
发明人发现，现有技术中无法对于端面形貌和几何参数进行精确测量，尤其是在特种光纤端面不平的情况下。其原因在于，一般情况下，光纤切割端面不可能是完美平行的，总会存在一定的倾斜角度。而这就导致在成像系统中的物距不同，这样成像大小就有所改变，与真实结果就存在偏差，如图1中，以多芯光纤为例，可见，如何在光纤端面存在一定倾斜角度(各种特种光纤的纤芯不在一个物面上)时，准确测量真实形状和尺寸变得尤为重要。
有鉴于上述，对于现有技术中对光纤端面成像的光路进行分析，如图2所示，将光纤端面分成三个等大的区域(物高相同，物距不同)，以中心物经过传统透镜后成像位置为像面，得到各区域的成像图。
在图2中，以下端的像为例，可以看到光线不聚焦而形成弥散斑，这样得到模糊的像。取弥散斑的中心，也可得到像高，上端的像类比。可以看出，传统透镜的方案成像模糊，并且得到的像高也各自不同，这是由于传统透镜的放大倍率会随着物距变化。
针对上述技术问题，在本申请的第一方面实施例中，提出了一种光纤端面检测方法，该方法包括如下步骤：
通过透镜或透镜组，对来自光纤端面的入射光汇聚，使光纤端面在像面成像；
基于所述光纤端面在像面的成像获取光纤端面的图像信息，基于所述图像信息测量光纤参数；
其中，在所述透镜的像方焦面阻挡部分光线，使光路中物方主光线的交点位置趋于无限远，或者说，尽可能多的使与光轴平行的入射光能够到达像面，其入射光瞳趋于无穷远的位置。
该方法形成如图3所示出的光路，整体组成物方远心光学系统。可见，其放大倍率基本不随物距变化，并且成像边缘较为清晰。从图中可以看出，在像面上，三个区域在像空间中成像，不仅边缘较为清晰，并且等大。这就解决了传统透镜的问题。
对上述实施例的补充说明是，所述的透镜表示为可以使光线会聚，并在像面成像的各种光学器件，包括且不限于传统透镜，超表面透镜，惠更斯原理超透镜等单片镜或其中一种或多种组成的镜组、系统等。在像面获取光纤端面的图像信息，可以采用设置图像传感器的方式，如CMOS、CCD等，其中的图像传感器与数据储存装置、显示装置、或者检测分析装置相连接，用于基于图像信号对待测光纤截面进行分析和测量。
在优选实施例中，在所述透镜的焦点处阻挡部分光线，使平行于光轴的入射光线可以辐射至像面。应理解的是，上述“平行于光轴的入射光线”包括近乎、接近平行于光轴的入射光线，并不表示排除相关技术领域中不可避免的、不可排除的制造公差、测量公差等等。
在优选实施例中，通过设置于所述透镜的焦点的光阑对光线进行部分阻挡。所述光阑需设置于透镜的焦平面上。可以通过调节光阑的孔径，对成像的效果进行调节。根据多数光纤端面的尺寸，光阑的孔径可以为18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm及其之间的任一值等。
在优选实施例中，透镜的焦距选取范围可以为30μm至45μm。示例性的，可以是30μm、32μm、35μm、40μm、44μm、45μm及其之间的任一值等。
在优选实施例中，如图4，选用惠更斯超透镜作为所述透镜，或者说，作为透镜组中的一个或者多个镜片，这种超透镜包括基底，以及
阵列排布于所述基底表面的结构单元，所述结构单元由周期性排布的纳米结构组成；
其中，所述超透镜基于纳米结构的相位分布配置为将入射光线汇聚于焦点。
对上述优选实施例的补充说明是：纳米结构在基底上构成超表面。超表面是一层亚波长的人工纳米结构膜，可根据其上的超表面结构单元来调制入射光。其中超表面结构单元包含全介质或等离子的纳米天线，可直接调控光的相位、幅度和偏振等特性。本例中，纳米结构是全介质结构单元，在目标波段具有高透过率，示例性的，当工作波段是可见光时，基底材料可选用熔融石英、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石等可见光透明材料，纳米结构可选氮化硅、氧化钛、氮化镓、磷化镓、氢化非晶硅、蓝宝石和氧化硅等材料；当工作波段是远红外(8μm-12μm)时，基底材料可选用硫系玻璃、硫化锌、硒化锌、晶体锗和晶体硅等材料，纳米结构可选用晶体硅、晶体锗等材料。当工作波段为近红外时，基底材料可选用熔融石英、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石等近红外透明材料，纳米结构可选晶体硅、非晶硅、氢化非晶硅等材料。
纳米结构之间可是空气填充或者其他工作波段透明或半透明的材料，需要注意的是，此材料的折射率与纳米结构的折射率差值的绝对值需大于等于0.5。
对上述优选实施例的补充说明是：纳米结构包括纳米圆柱、纳米环柱、纳米圆孔、纳米环孔等。纳米结构单元包括基底和基底上的纳米结构，纳米结构之间可以以空气为间隔，也可填充其他材料，起到保护微纳结构的目的。在设计过程中，可以基于已构建的纳米结构数据库，对纳米结构的形制进行选择。所选纳米结构不仅在工作波段需要高透过率，并且满足0～2pi的相位全覆盖，如图6所示。
在优选实施例中，基于所述纳米结构的排布，所述透镜的光相位满足：
其中，(x，y)为纳米结构的相对位置坐标，f为焦距，λ为工作波段波长。进一步地，基于上述光相位的要求，可以对纳米结构进行更进一步的设计优化，根据纳米结构在不同波长下所需的相位，在纳米结构数据库中查找相位最接近的纳米结构，寻找纳米结构可选用最小化加权误差的优化算法，可用如下的公式表示其原理：
其中，Δ(x,y)为超表面坐标(x,y)处的总误差，φ(x,y,λ)为波长λ下的理论相位，
为数据库中第j个结构的在波长λ下的实际相位，和ci为此波长的权重系数，一般情况下，权重为1。通过在整个数据库的搜索，寻找使得总误差Δ最小的结构放置在超表面(x,y)位置。
在优选实施例中，所述透镜为凸透镜，也即传统透镜加上孔径光阑的技术方案。
应理解的是，使用传统透镜或者超透镜，均能实现本申请的主要技术效果。而选用超透镜的方案，同时具备“轻薄简廉”的优点、同时能根据其超表面结构的相位设计，实现较为复杂的功能。因其兼容半导体的生产工艺，其具备与图像传感器进行晶圆级封装的可能。
本公开中第二方面的实施例为一种光纤端面检测装置，用于以上述测试方法对光纤端面进行检测，如图3或图4所示，其包括：
透镜2或透镜组，用于汇聚来自光纤端面11的入射光线，使光纤端面11能够在像面4成像；
图像传感器，设置于所述透镜的像面4，用于根据光纤端面11的成像获取光纤端面的图像信息；
孔径光阑3，设置于所述透镜的像方焦面，用于阻挡部分光线，使光路中所述透镜的物方主光线的交点位置趋于无限远。
在优选实施例中，所述透镜为超透镜，或透镜组中包括超透镜，所述超透镜包括基底，以及
阵列排布于所述基底表面的结构单元，所述结构单元由周期性排布的纳米结构组成；
其中，所述超透镜基于纳米结构的相位分布配置为将入射光线汇聚于焦点。
在优选实施例中，基于所述纳米结构的排布，所述超透镜的光相位满足：
其中，(x，y)为纳米结构的相对位置坐标，f为焦距，λ为工作波段波长。
在优选实施例中，所述结构单元为正六边形或正方形；
其中，所述正六边形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构，所述正方形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。
对上述优选实施例的补充说明：所述结构单元为正六边形，所述正六边形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。或者，所述结构单元为正方形，所述正方形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。理想状态下，结构单元应为六边形定点及中心排布的纳米结构，或者为正方形定点及中心排布的纳米结构，应当理解，实际产品可能因超透镜形状的限制，在超透镜边缘有纳米结构的缺失，使其不满足完整的六边形/正方形。具体的，如图7所示，所述结构单元由纳米结构按照规律排布而成，若干个结构单元成阵列排布形成超表面结构。
如图7左侧示出的一个实施例，包括一个中枢纳米结构，其周围环绕着6个与其距离相等的周边纳米结构，各周边纳米结构圆周均布，组成正六边形，也可理解为多个纳米结构组成的正三角形互相组合。
如图7右侧示出的一个实施例，为一个中枢纳米结构，其周围环绕着4个与其距离相等的周边纳米结构，组成正方形。
在优选实施例中，所述透镜为凸透镜，或透镜组中包括至少一个凸透镜。
在优选实施例中，光阑的孔径可以为18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm及其之间的任一值等。透镜的焦距选取范围可以为30μm至45μm。示例性的，可以是30μm、32μm、35μm、40μm、44μm、45μm及其之间的任一值等。
在本申请第三方面的实施例中，涉及对如图8所示的七芯单模光纤的测量。如图所示，待测光纤包层直径为125μm，每个纤芯等大，直径为12μm，芯间距为40μm，可通过计算得到每个芯只可支持单个模式。这种光纤用于高容量光纤通信系统中。
本实施例中，使用惠更斯超透镜的方案。其中超透镜设计波长为1550nm，直径为150μm，需略大于包层直径，焦距为50μm。超透镜为一般汇聚超透镜，基底材料为熔融石英，微纳结构材料为硅，微纳结构的类型为圆柱，圆柱高度为1000nm，周期为800nm。定义系统中的物距l1为中间纤芯到超透镜的距离，设置为500μm，孔径光阑的直径为20μm。七芯光纤端面斜切角度为60度(斜面与光纤方向的夹角)，像面距离为650μm。通过惠更斯超透镜成像，最终得到光纤端面的参数如图9所示。各纤芯几乎等大，且边缘清晰，直径为12.4μm。
而从图9中的下半部分也可以看出，通过传统透镜成像，物距像距参数相同，其测量得到光纤参数如图9所示。可看出成像边缘不清晰，且不等大，得到下方纤芯的直径为14.5μm。对于两种方案测量得到的光纤纤芯直径，结合材料折射率参数，可以得到光纤可支持的模式。由计算结果可以看出，由惠更斯超透镜方法得到的纤芯可支持模式为LP01模式，其与设计方案相同，只支持单模传输。而通过传统透镜得到的纤芯参数，其可支持模式除LP01模式外，还支持LP11模式，与设计方案相悖。所以，可以得到，使用惠更斯超透镜方案可以更准确的得到光纤端面的形状和尺寸。
如图11还示出了一种采用多透镜组成的镜组的实施例。示例性的，包括第一透镜21和第二透镜22，分别位于孔径光阑3的两侧。优选地，第一透镜21和/或第二透镜22为超透镜构成的光学器件。本实施例的优点在于，远心效果相比单透镜更好，成像边缘更清晰，相同放大倍率下的物距允许范围大。
在上述实施例中，利用物方远心光学系统具有的特性：垂直放大倍率与物距无关。所以，就可以在非平面光纤端面的情况下，准确测量纤芯的几何参数，不会出现误差的问题。同时，物方远心光学系统还具有边缘清晰的优点，所以可以准确锁定边缘，得到纤芯的几何参数。此种方案还具有体积小的优势，可实现方便快速的测量，同时具备低成本的优点。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种光纤端面检测方法，其特征在于，包括：
通过至少一个透镜对来自光纤端面的入射光汇聚，使光纤端面在像面成像；
基于所述像面的成像获取光纤端面的图像信息，基于所述图像信息测量光纤参数；
其中，在所述至少一个透镜的像方焦面处阻挡部分光线，使光路中主光线在物方的交点趋于无限远。
2.根据权利要求1所述的光纤端面检测方法，其特征在于，在所述至少一个透镜的像方焦面阻挡部分光线，使平行于光轴的入射光线能够辐射至像面。
3.根据权利要求1或2所述的光纤端面检测方法，其特征在于，在所述至少一个透镜的像方焦面处阻挡部分光线借助于孔径光阑来进行。
4.根据权利要求1所述的光纤端面检测方法，其特征在于，所述至少一个透镜中，包括一个或多个超透镜；
所述超透镜包括基底，以及
阵列排布于所述基底表面的结构单元，所述结构单元由周期性排布的纳米结构组成；
其中，所述超透镜基于纳米结构的相位分布配置为将入射光线汇聚于焦点。
5.根据权利要求1所述的光纤端面检测方法，其特征在于，所述至少一个透镜中，包括一个或多个凸透镜。
6.一种光纤端面检测装置，其特征在于，包括：
至少一个透镜，用于汇聚来自光纤端面的入射光线，使光纤端面能够在像面成像；
图像传感器，设置于所述至少一个透镜的像面，用于根据光纤端面的成像获取光纤端面的图像信息；
孔径光阑，设置于所述至少一个透镜的像方焦面，用于阻挡部分光线，使光路中所述透镜的物方主光线的交点位置趋于无限远。
7.根据权利要求6所述的光纤端面检测装置，其特征在于，所述至少一个透镜中，包括一个或多个超透镜；
所述超透镜包括基底，以及
阵列排布于所述基底表面的结构单元，所述结构单元由周期性排布的纳米结构组成；
其中，所述超透镜基于纳米结构的相位分布配置为将入射光线汇聚于焦点。
8.根据权利要求7所述的光纤端面检测装置，其特征在于，基于所述纳米结构的排布，所述超透镜的光相位满足：
其中，(x，y)为纳米结构的相对位置坐标，f为焦距，λ为工作波段波长。
9.根据权利要求7所述的光纤端面检测装置，其特征在于，所述结构单元为正六边形或正方形；
其中，所述正六边形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构，所述正方形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。
10.根据权利要求6所述的光纤端面检测装置，其特征在于，所述至少一个透镜中，包括一个或多个凸透镜。
11.根据权利要求6所述的光纤端面检测装置，其特征在于，所述孔径光阑直径为18μm至23μm。
12.根据权利要求6所述的光纤端面检测装置，其特征在于，所述至少一个透镜焦距为30μm至45μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210227629.4A CN114593689B (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 光纤端面检测方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210227629.4A CN114593689B (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 光纤端面检测方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114593689A true CN114593689A (zh) | 2022-06-07 |
| CN114593689B CN114593689B (zh) | 2024-04-09 |
Family
ID=81817456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210227629.4A Active CN114593689B (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 光纤端面检测方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114593689B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115825103A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-03-21 | 中山市美速光电技术有限公司 | 一种基于图像技术的用于带角度端口光纤阵列的检端系统 |
| US11927769B2 (en) | 2022-03-31 | 2024-03-12 | Metalenz, Inc. | Polarization sorting metasurface microlens array device |
| US11978752B2 (en) | 2019-07-26 | 2024-05-07 | Metalenz, Inc. | Aperture-metasurface and hybrid refractive-metasurface imaging systems |
| US11988844B2 (en) | 2017-08-31 | 2024-05-21 | Metalenz, Inc. | Transmissive metasurface lens integration |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10160412A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Olympus Optical Co Ltd | 位置検出装置 |
| EP0896202A2 (en) * | 1997-08-08 | 1999-02-10 | Hoya Corporation | Array element examination method and array element examination device |
| US20040159780A1 (en) * | 2003-02-14 | 2004-08-19 | Jorg-Achim Fischer | Device and method for detecting the edge of a recording material |
| CN102297655A (zh) * | 2010-06-24 | 2011-12-28 | 上海电缆研究所 | 光纤端面双向定位和同步测试的测试方法 |
| CN202582487U (zh) * | 2012-05-11 | 2012-12-05 | 一诺仪器（威海）有限公司 | 一种光纤端面检测仪 |
| WO2013093905A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Fiber optical superconducting nanowire single photon detector |
| CN104930988A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-23 | 西南科技大学 | 一种光纤阵列端面倾斜角测量仪及测量方法 |
| CN105157625A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-12-16 | 北京航空航天大学 | 一种基于变焦成像透镜的光纤端面显微干涉测量系统 |
| CN106840008A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-06-13 | 上海汇珏网络通信设备有限公司 | 一种光纤间距测量系统及测量方法 |
| CN110793450A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-02-14 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于光纤光镊的高精度粒径测量装置及测量方法 |
| CN111174717A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-19 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种光纤几何参数测试系统及方法 |
| CN111397464A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-10 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 基于光纤结构的卡尺 |
-
2022
- 2022-03-08 CN CN202210227629.4A patent/CN114593689B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10160412A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Olympus Optical Co Ltd | 位置検出装置 |
| EP0896202A2 (en) * | 1997-08-08 | 1999-02-10 | Hoya Corporation | Array element examination method and array element examination device |
| US20040159780A1 (en) * | 2003-02-14 | 2004-08-19 | Jorg-Achim Fischer | Device and method for detecting the edge of a recording material |
| CN102297655A (zh) * | 2010-06-24 | 2011-12-28 | 上海电缆研究所 | 光纤端面双向定位和同步测试的测试方法 |
| WO2013093905A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Fiber optical superconducting nanowire single photon detector |
| CN202582487U (zh) * | 2012-05-11 | 2012-12-05 | 一诺仪器（威海）有限公司 | 一种光纤端面检测仪 |
| CN105157625A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-12-16 | 北京航空航天大学 | 一种基于变焦成像透镜的光纤端面显微干涉测量系统 |
| CN104930988A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-23 | 西南科技大学 | 一种光纤阵列端面倾斜角测量仪及测量方法 |
| CN106840008A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-06-13 | 上海汇珏网络通信设备有限公司 | 一种光纤间距测量系统及测量方法 |
| CN110793450A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-02-14 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于光纤光镊的高精度粒径测量装置及测量方法 |
| CN111174717A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-19 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种光纤几何参数测试系统及方法 |
| CN111397464A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-10 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 基于光纤结构的卡尺 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 苏兆国;龚勇清;裴扬;李豪伟;肖孟超;: "光纤端面光学检测非球面物镜系统设计", 江西科学, no. 02, 15 April 2013 (2013-04-15), pages 133 - 136 * |
| 苏兆国;龚勇清;裴扬;李豪伟;肖孟超;: "光纤端面光学检测非球面物镜系统设计", 江西科学, no. 02, pages 133 - 136 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11988844B2 (en) | 2017-08-31 | 2024-05-21 | Metalenz, Inc. | Transmissive metasurface lens integration |
| US11978752B2 (en) | 2019-07-26 | 2024-05-07 | Metalenz, Inc. | Aperture-metasurface and hybrid refractive-metasurface imaging systems |
| US11927769B2 (en) | 2022-03-31 | 2024-03-12 | Metalenz, Inc. | Polarization sorting metasurface microlens array device |
| CN115825103A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-03-21 | 中山市美速光电技术有限公司 | 一种基于图像技术的用于带角度端口光纤阵列的检端系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114593689B (zh) | 2024-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114593689A (zh) | 光纤端面检测方法及装置 | |
| CN113466974B (zh) | 一种超透镜及具有其的光学系统 | |
| CN108139519B (zh) | 低对比度的基于氮化硅的超颖表面 | |
| CN113703080B (zh) | 一种超透镜和具有其的光学系统 | |
| US7054077B2 (en) | Method for constructing a catadioptric lens system | |
| KR20230018525A (ko) | 대구경 색수차 보정 메타렌즈, 메타렌즈 시스템, 및 광학 시스템 | |
| Stevens et al. | Review of standards for microlenses and microlens arrays | |
| US8947676B2 (en) | Aspheric surface measuring method, aspheric surface measuring apparatus, optical element producing apparatus and optical element | |
| CN107110739A (zh) | 透镜和透镜模具的光学评估 | |
| CN101769821A (zh) | 基于差动共焦技术的透镜折射率与厚度的测量方法及装置 | |
| CN101545760A (zh) | 光学透射球面检测装置 | |
| US20130235472A1 (en) | Aspheric surface measuring method, aspheric surface measuring apparatus, optical element producing apparatus and optical element | |
| US8947675B2 (en) | Aspheric surface measuring method, aspheric surface measuring apparatus, optical element producing apparatus and optical element | |
| CN109945800B (zh) | 一种用于三维面型测量的线形光谱共焦系统 | |
| CN102798353B (zh) | 轴锥镜透射波面的测量方法 | |
| JPH05100160A (ja) | 屈折率分布平板・球・半球複合レンズ | |
| US20130003186A1 (en) | Achromatic Gradient Index Singlet Lens | |
| US5309214A (en) | Method for measuring distributed dispersion of gradient-index optical elements and optical system to be used for carrying out the method | |
| CN112556991A (zh) | 一种镜片折射率测量装置及其测量方法 | |
| US5838453A (en) | Apparatus and method for measuring optical anisotropy | |
| CN1431477A (zh) | 检测表面形状的点衍射干涉仪 | |
| CN107203051B (zh) | 一种定焦平行光管的光学系统 | |
| CN2599524Y (zh) | 检测表面形状的点衍射干涉仪 | |
| TW202122740A (zh) | 用於波前測量之共同路徑模式光纖尖端繞射干涉儀 | |
| TWI596325B (zh) | 決定物體或透明光學元件的資訊的方法與系統以及形成光學組件方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |