CN115236867A - 光学链路的匹配调试装置及其调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学链路的匹配调试装置及其调试光学干涉断层成像系统的方法，所述的所述匹配调试装置包括偏振态调节单元、接口单元、光衰减调节单元、尾端光学设计单元、光纤缠绕柱和匹配调试装置盒；所述偏振态调节单元的输入端与所述接口单元的输出端连接；所述光衰减调节单元、尾端光学设计单元和光缠绕柱设置在所述匹配调试装置盒内；所述偏振态调节单元设置在所述匹配调试装置盒上，并且所述偏振态调节单元的输出端与所述光衰减调节单元的输入端连接，所述装置为回损可调、偏振态可调、光程可调的光路装置，可以灵活运用于光学干涉断层成像系统工作状态的实时监测和调试，特别是光灵敏度的测量和脉冲响应的相关研究。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种光学链路的匹配调试装置及其调试光学干涉断层成像系统的方法。
背景技术
在光学干涉断层成像系统(本文简称系统)中存在许多难以避免的噪声，如光源噪声、平衡探测器噪声、K clock取样噪声等，若不能有效正确地调试系统，则很难使系统处于在有效工作状态，获得实际图像，因此，有效便捷地调试系统，特别是光学链路相关部分的匹配调试，成为一个重要命题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种光学链路的匹配调试装置及其调试光学干涉断层成像系统的方法。
本发明具体技术方案如下：
1.一种光学链路的匹配调试装置，其中，所述匹配调试装置包括偏振态调节单元、接口单元、光衰减调节单元、尾端光学设计单元、光纤缠绕柱和匹配调试装置盒；
所述偏振态调节单元的输入端与所述接口单元的输出端连接；
所述光衰减调节单元、尾端光学设计单元和光缠绕柱设置在所述匹配调试装置盒内；
所述偏振态调节单元设置在所述匹配调试装置盒上，并且所述偏振态调节单元的输出端与所述光衰减调节单元的输入端连接。
2.根据项1所述的匹配调试装置，其中，所述偏振态调节单元包括三个等效波片，所述三个等效波片均沿着旋转轴旋转。
3.根据项2所述的匹配调试装置，其中，所述三个等效波片分别为λ/4波片、λ/2波片和λ/4波片，所述等效波片均沿着旋转轴旋转，其中λ为经过所述偏振态调节单元的光波的中心波长。
4.根据项1所述的匹配调试装置，其中，所述偏振态调节单元的输入端通过光纤连接器与所述接口单元的输出端连接，所述偏振态调节单元的输出端通过光纤连接器与所述光衰减调节单元的输入端连接。
5.根据项1-4任一项所述的匹配调试装置，其中，所述匹配调试装置盒包括盒体和盒盖，所述盒体侧面有预留孔；
所述偏振态调节单元设置在所述盒盖上，所述光衰减调节单元、尾端光学设计单元和光缠绕柱设置在所述盒体内；
所述偏振态调节单元的输出端穿入所述盒体与所述光衰减调节单元的输入端连接。
6.根据项5所述的匹配调试装置，其中，所述偏振态调节单元的输出端穿入所述盒体，并通过光纤连接器与所述光衰减调节单元的输入端连接。
7.根据项5所述的匹配调试装置，其中，所述尾端光学设计单元的输入端或输出端与所述光衰减调节单元的输出端连接，所述尾端光学设计单元的部分尾纤环绕在光纤缠绕柱上。
8.根据项7所述的匹配调试装置，其中，所述尾端光学设计单元的输入端或输出端通过光纤连接器与所述光衰减调节单元的输出端连接。
9.根据项5所述的匹配调试装置，其中，所述光衰减调节单元的旋钮穿过所述盒体的预留孔，通过所述旋钮调节所述光衰减调节单元的光衰减量。
10.根据项1所述的匹配调试装置，其中，所述接口单元为光纤跳线，所述光纤跳线的接口类型与光学干涉断层成像系统探测臂输出光口匹配。
11.根据项5所述的匹配调试装置，其中，所述尾端光学设计单元的光纤端面设置有反射膜。
12.一种使用项1-11中任一项所述的匹配调试装置调试光学干涉断层成像系统的方法，其包括下述步骤：
(1)预设光学干涉断层成像系统参考臂的衰减值为x＝0：通过光学干涉断层成像系统上位机软件观测N(x)＝N，
其中，N(x)是光学干涉断层成像系统探测器采样输出的RF OUTPUT输出数据经过快速傅立叶变换运算之后的系统噪声量化值；
(2)预设匹配调试装置：通过预留孔3调节光衰减调节单元5的旋钮，预设所述光衰减调节单元5的衰减量y＝0.5*N-0.5*δ，其中δ为尾端光学设计单元8的回波损耗；
(3)使用匹配调试装置替代待调试的光学干涉断层成像系统探测臂远端的一段光路，搭建并运行调试平台，通过光学干涉断层成像系统上位机软件观测S(x)的变化情况；
其中，S(x)是某一调试状态对应的光学干涉断层成像系统探测器采样输出的RFOUTPUT输出数据经过快速傅立叶变换运算之后的目标信号量化值；
(4)通过光学干涉断层成像系统上位机软件，改变光学干涉断层成像系统的延迟线位置，旋转偏振态调节单元4的等效波片，来改变经过所述匹配调试装置的传输光的偏振态，从而获得S(x)最大值＝S；
(5)设置参考臂中的光衰减量x，以保证光学干涉断层成像系统探测器处于线性工作状态，直到S(x)＝S-m，此时x＝c，
其中，m是通过S(x)的变化来衡量探测器由饱和工作状态进入线性工作状态的拐点判决参考值，m为0.5-6；
(6)设置参考臂中的光衰减量x，直到S(x)＝N+n，此时x＝d，
其中，n是光学干涉断层成像系统成像深度处的信号S(x)的最大允许滚降跌落值，n为3-10；
从而确定了所述参考臂光衰减量的范围[c-m-3，d]。
13.根据项12所述的方法，所述方法还包括下述步骤：
选择光衰减值为c的光衰减器作为连接器件，用于所述系统参考臂中，则设定了光学干涉断层成像系统光灵敏度SEN(c)＝S(c)＝S-m，m为0.5-6。
发明的效果
本发明提供的光学链路的匹配调试装置，具有下述效果：
(1)尾端光学设计单元的光纤端面镀上反射膜,具有固定的回波损耗。
(2)光衰减调节单元可以实现匹配调试装置的端口视在回波损耗可调。
(3)调偏振态调节单元可以实现匹配调试装置传输光偏振态的调整。
(4)开放式接口单元可以实现光纤替换,进而可以使用本装置来调试不同参考臂光路长度的系统。
(5)设计中采用通用的标准光纤通信类光纤和接头设计,生产升本低廉且便于量产。
(6)高效科学地调试光学干涉断层成像系统，例如参考臂的光路衰减的调节，也可以用于优化系统和辅助选择系统参考臂之外的其他基础部件。
(7)可以进行光学干涉断层成像系统测试研究，如光灵敏度。
(8)可以进行光学干涉断层成像系统脉冲响应的相关研究。
(9)本发明所述的装置，其通过特殊的设计，提供一个回损可调、偏振态可调、光程可调的光路装置，可以灵活运用于光学干涉断层成像系统工作状态的实时监测和调试，特别是光灵敏度的测量和脉冲响应的相关研究。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的一种匹配调试装置三维示意图。
图2是本发明具体实施方式中的匹配调试装置盒内光衰减调节单元和尾端光学设计单元放置的示意图。
图3是本发明具体实施方式中尾端光学设计单元的光纤端面设置有一层反射膜的侧视图。
其中1-接口单元，2-光纤连接器，3-预留孔，4-偏振态调节单元，5-光衰减调节单元，6-光纤缠绕柱，7-匹配调试装置盒，8-尾端光学设计单元，9-光纤端面，10-反射膜，11-法线
具体实施方式
下面结合附图所描述的实施方式对本发明做以详细说明，其中所有附图中相同的数字表示相同的特征。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然而所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
如图1和图2所示，本发明提供了一种光学链路的匹配调试装置，其包括偏振态调节单元4、接口单元1、光衰减调节单元5、尾端光学设计单元8、光纤缠绕柱6、匹配调试装置盒7；
所述偏振态调节单元4的输入端与所述接口单元1的输出端连接；
如图1的箭头所示，接口单元1的输入端接入待调试的系统，输出端与偏振态调节单元4的输入端连接。
所述偏振态调节单元4设置在所述匹配调试装置盒7上，并且所述偏振态调节单元4的输出端与所述光衰减调节单元5的输入端相连接。
在一个实施方案中，所述偏振态调节单元包括三个等效波片，所述三个等效波片均可以沿着旋转轴旋转。
所述三个等效波片分别为λ/4波片、λ/2波片和λ/4波片，其中，λ为经过所述偏振态调节单元的光波的中心波长。
光波经过λ/4波片转换为线偏振光，再由λ/2波片调整偏振方向，最后经由λ/4波片将线偏振光的偏振状态变成任意的偏振态。
本发明所述的偏振态调节单元4，其是用于微调偏振光的偏振态，是基于感生双折射原理，采用三环型偏振控制器实现，其三个等效波片(λ/4、λ/2、λ/4波片，其中λ为通过本单元光的中心波长)均可以沿着旋转轴自由旋转180°，光传输通过本单元实现线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光之间的调整。
所述偏振态调节单元4的输入端与所述接口单元1的输出端连接，优选通过光纤连接器2与所述接口单元1的输出端连接。
对于偏振态调节单元4，设置其光路长度为L3，光纤类型为corning SMF-28e+，core/cladding 9/125微米。
所述匹配调试装置盒7包括盒体和盒盖，所述偏振态调节单元4设置在所述盒盖上，所述光衰减调节单元5、尾端光学设计单元8和光缠绕柱6设置在所述盒体内；
所述偏振态调节单元4的输出端穿入所述盒体预留的V形槽，并与所述光衰减调节单元5的输入端相连接，优选通过光纤连接器2与所述光衰减调节单元5的输入端相连接。
所述光衰减调节单元5的旋钮穿过所述盒体的预留孔3，通过旋转所述旋钮来调节所述光衰减调节单元5的光衰减量，从而调节传输光的大小，实现所述匹配调试装置的端口视在回波损耗可调。
对于光衰减调节单元5，其是光衰减量在1dB～60dB范围内可调的在线式可调衰减器，设置其光路长度为L2。
所述尾端光学设计单元8的光路长度为L1，其输入端或输出端与所述光衰减调节单元5的输出端连接，优选通过光纤连接器2与所述光衰减调节单元5的输出端连接，例如通过FC/APC光纤连接器与所述光衰减调节单元5的输出端连接。
所述尾端光学设计8的部分尾纤环绕在光纤缠绕柱6上。
所述尾端光学设计单元8的光纤端面9设置有反射膜10，所述反射膜10(图2尾端光学设计单元尾端的黑色部分)的材质和形状是本领域技术人员公知的，本发明对其不作任何限制，例如，反射膜10可以是镀金膜镀和银膜；反射膜10的截面形状为圆形或椭圆形，其局部放大的侧视图如图3所示，光纤端面9与法线11的夹角为0°，允差+2°，当θ固定时，则尾端光学设计单元8的回波损耗为δ,单位dB,并且设置其光路设计长度记为L1。
此处所述的光纤端面9是沿着与光纤轴垂直的方向切割光纤获得。
通过在所述尾端光学设计单元8的光纤端面9设置有一层反射膜10，能够极大地减少尾端光学设计单元8的回波损耗δ。
所述接口单元1为光纤，其接口类型为FC/APC。
所述接口单元1采用便于替代的光纤通讯标准FC/APC型光纤跳线，便于根据待调试系统参考臂光路长度调整包含所述匹配调试装置的探测臂光路长度，以实现所述调试平台中参考臂和探测臂的光路长度相等。
对于接口单元1，设置其光路长度为L4，
在使用该匹配调试装置时，
选择所述待调试的光学干涉断层成像系统探测臂远端的一段光路(光路长度为L)，使满足L＞L1+L2+L3，选择L4＝L-(L1+L2+L3)，使用该匹配调试装置替代所述待调试的光学干涉断层成像系统探测臂远端的一段光路，即可完成调试平台的搭建，例如，L＝3.5m时，L1+L2+L3＝3.0m，则L4＝0.5m。
此时，实现所述调试平台中参考臂和探测臂的光路长度相等。
本发明提供了一种使用上述所述的匹配调试装置调试光学干涉断层成像系统的方法，其包括下述步骤：
(1)预设光学干涉断层成像系统参考臂的衰减值为x＝0：通过光学干涉断层成像系统上位机软件观测N(x)＝N，
其中，N(x)是光学干涉断层成像系统探测器采样输出的RF OUTPUT输出数据经过快速傅立叶变换运算之后的系统噪声量化值；
(2)预设匹配调试装置：通过预留孔3调节光衰减调节单元5的旋钮，预设所述光衰减调节单元5的衰减量y＝0.5*N-0.5*δ，其中δ为尾端光学设计单元8的回波损耗；
(3)使用匹配调试装置替代待调试的光学干涉断层成像系统探测臂远端的一段光路，搭建并运行调试平台，通过光学干涉断层成像系统上位机软件观测S(x)的变化情况；
其中，S(x)是某一调试状态对应的光学干涉断层成像系统探测器采样输出的RFOUTPUT输出数据经过快速傅立叶变换运算之后的目标信号量化值；
(4)通过光学干涉断层成像系统上位机软件，改变光学干涉断层成像系统的延迟线位置，旋转偏振态调节单元4的等效波片，来改变经过所述匹配调试装置的传输光的偏振态，从而获得S(x)最大值＝S；
(5)设置参考臂中的光衰减量x，以保证光学干涉断层成像系统探测器处于线性工作状态，直到S(x)＝S-m，此时x＝c，
其中，m是通过S(x)的变化来衡量探测器由饱和工作状态进入线性工作状态的拐点判决参考值，m为0.5-6；
(6)设置参考臂中的光衰减量x，直到S(x)＝N+n，此时x＝d，
其中，n是光学干涉断层成像系统成像深度处的信号S(x)的最大允许滚降跌落值，n为3-10；
从而确定了所述参考臂光衰减量的范围[c-m-3，d]。
例如，m可以为0.5、1、2、3、4、5、6等，n可以为3、4、5、6、7、8、9、10等。
由于测定的光衰减量是指与S(x)成线性关系的光衰减量，因此，需要减去衡量探测器由饱和工作状态进行线性工作状态的拐点判决参考值m，此外，由于光放大器的输入光功率范围有一定的要求，当输入光功率大于某一阈值时，就会出现增益饱和；增益饱和是指输出功率不再随输入功率增加而增加或增加很小，根据ITU-T的建议，当增益比正常情况低3dB时的输出光功率称为饱和输出功率，其单位通常用dB表示，因此，c-m-3指的是参考臂的光衰减量与S(x)成线性关系的最低下限。
所述参考臂光衰减量c-m-3对应探测器饱和功率。
在步骤(1)中，所述系统噪声量化值包括均值和标准偏差。
所述参考臂的衰减值不包含耦合器分光损耗、环形器、延迟线的固有光损耗。
在一个实施方案中，n为6。
在一个实施方案中，所述方法还包括下述步骤：
选择光衰减值为c的光衰减器作为连接器件，用于所述系统参考臂中，则设定了光学干涉断层成像系统光灵敏度SEN(c)＝S(c)＝S-m，m为0.5-6。
m是通过S(x)的变化来衡量探测器由饱和工作状态进入线性工作状态的拐点判决参考值，其是根据OCT行标或厂家要求来确定的。
例如，在使用本发明所述的匹配调试装置进行调试时，例如，令m＝3dB，n＝6dB，选择光衰减值x＝c-3的光衰减器作为连接器件，用于所述系统参考臂中，则所述待调试的光学干涉断层成像系统在应用时，探测器处于饱和工作状态，扫描成像会出现较亮饱和线。
当令m＝3dB，n＝6dB，选择光衰减值为x＝d+6的光衰减器作为连接器件，用于所述系统参考臂中，则所述待调试的光学干涉断层成像系统在应用时，有效信号完全被噪声湮没，无法成像。
当令m＝3dB，n＝6dB，此时S(x)＝S-3对应的光衰减值为x＝c，选择光衰减值为c的光衰减器作为连接器件，用于所述系统参考臂中，则设定了光学干涉断层成像系统光灵敏度SEN(c)＝S(c)＝S-3。
可以看出，只有当参考臂的光衰减的范围选择在[c-m-3，d]时才能高效科学地调试光学干涉断层成像系统。
本发明所述的匹配调试装置，尾端光学设计单元的光纤端面设置有反射膜，使其具有固定的回波损耗，所述的光衰减调节单元能够实现所述匹配调试装置的端口视在回波损耗可调，偏振态调节单元能够实现所述匹配调试装置中传输光偏振态的调整，接口单元是开放式，从而使本发明所述的匹配调试装置能够调试不同参考臂光路长度的系统。并且本发明所述的匹配调试系统能够高效科学地调试光学干涉断层成像系统和进行相关测试。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (13)
1.一种光学链路的匹配调试装置，其特征在于，所述匹配调试装置包括偏振态调节单元、接口单元、光衰减调节单元、尾端光学设计单元、光纤缠绕柱和匹配调试装置盒；
所述偏振态调节单元的输入端与所述接口单元的输出端连接；
所述光衰减调节单元、尾端光学设计单元和光缠绕柱设置在所述匹配调试装置盒内；
所述偏振态调节单元设置在所述匹配调试装置盒上，并且所述偏振态调节单元的输出端与所述光衰减调节单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的匹配调试装置，其特征在于，所述偏振态调节单元包括三个等效波片，所述三个等效波片均沿着旋转轴旋转。
3.根据权利要求2所述的匹配调试装置，其特征在于，所述三个等效波片分别为λ/4波片、λ/2波片和λ/4波片，所述等效波片均沿着旋转轴旋转，其中λ为经过所述偏振态调节单元的光波的中心波长。
4.根据权利要求1所述的匹配调试装置，其特征在于，所述偏振态调节单元的输入端通过光纤连接器与所述接口单元的输出端连接，所述偏振态调节单元的输出端通过光纤连接器与所述光衰减调节单元的输入端连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的匹配调试装置，其特征在于，所述匹配调试装置盒包括盒体和盒盖，所述盒体侧面有预留孔；
所述偏振态调节单元设置在所述盒盖上，所述光衰减调节单元、尾端光学设计单元和光缠绕柱设置在所述盒体内；
所述偏振态调节单元的输出端穿入所述盒体与所述光衰减调节单元的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的匹配调试装置，其特征在于，所述偏振态调节单元的输出端穿入所述盒体，并通过光纤连接器与所述光衰减调节单元的输入端连接。
7.根据权利要求5所述的匹配调试装置，其特征在于，所述尾端光学设计单元的输入端或输出端与所述光衰减调节单元的输出端连接，所述尾端光学设计单元的部分尾纤环绕在光纤缠绕柱上。
8.根据权利要求7所述的匹配调试装置，其特征在于，所述尾端光学设计单元的输入端或输出端通过光纤连接器与所述光衰减调节单元的输出端连接。
9.根据权利要求5所述的匹配调试装置，其特征在于，所述光衰减调节单元的旋钮穿过所述盒体的预留孔，通过所述旋钮调节所述光衰减调节单元的光衰减量。
10.根据权利要求1所述的匹配调试装置，其特征在于，所述接口单元为光纤跳线，所述光纤跳线的接口类型与光学干涉断层成像系统探测臂输出光口匹配。
11.根据权利要求5所述的匹配调试装置，其特征在于，所述尾端光学设计单元的光纤端面设置有反射膜。
12.一种使用权利要求1-11中任一项所述的匹配调试装置调试光学干涉断层成像系统的方法，其包括下述步骤：
(1)预设光学干涉断层成像系统参考臂的衰减值为x＝0：通过光学干涉断层成像系统上位机软件观测N(x)＝N，
其中，N(x)是光学干涉断层成像系统探测器采样输出的RF OUTPUT输出数据经过快速傅立叶变换运算之后的系统噪声量化值；
(2)预设匹配调试装置：通过预留孔3调节光衰减调节单元5的旋钮，预设所述光衰减调节单元5的衰减量y＝0.5*N-0.5*δ，其中δ为尾端光学设计单元8的回波损耗；
(3)使用匹配调试装置替代待调试的光学干涉断层成像系统探测臂远端的一段光路，搭建并运行调试平台，通过光学干涉断层成像系统上位机软件观测S(x)的变化情况；
其中，S(x)是某一调试状态对应的光学干涉断层成像系统探测器采样输出的RFOUTPUT输出数据经过快速傅立叶变换运算之后的目标信号量化值；
(4)通过光学干涉断层成像系统上位机软件，改变光学干涉断层成像系统的延迟线位置，旋转偏振态调节单元4的等效波片，来改变经过所述匹配调试装置的传输光的偏振态，从而获得S(x)最大值＝S；
(5)设置参考臂中的光衰减量x，以保证光学干涉断层成像系统探测器处于线性工作状态，直到S(x)＝S-m，此时x＝c，
其中，m是通过S(x)的变化来衡量探测器由饱和工作状态进入线性工作状态的拐点判决参考值，m为0.5-6；
(6)设置参考臂中的光衰减量x，直到S(x)＝N+n，此时x＝d，
其中，n是光学干涉断层成像系统成像深度处的信号S(x)的最大允许滚降跌落值，n为3-10；
从而确定了所述参考臂光衰减量的范围[c-m-3，d]。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括下述步骤：
选择光衰减值为c的光衰减器作为连接器件，用于所述系统参考臂中，则设定了光学干涉断层成像系统光灵敏度SEN(c)＝S(c)＝S-m，m为0.5-6。
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