CN208953253U - 一种光波导模场直径的检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光波导模场直径的检测系统，包括光源、待测光纤、光电探测器、锁定放大器和PC机，待测光纤用于接收光线并传输至光电探测器，光源通过方波调制器将光线转换为电调制信号，锁定放大器输入端接收电调制信号，并将该电调制信号传送至PC机进行数据读取和分析处理，得到待测光纤的模场直径的数值，光源输出端与待测光纤输入端连通，待测光纤输出端与光电探测器输入端电性连接，光电探测器输出端与锁定放大器输入端电性连接，锁定放大器输出端与PC机的输入端电性连接，光源和待测光纤之间还设有光纤耦合器，光电探测器可转动连接有回转台。本实用新型光线模场直径测量复杂、数值精度不高的问题。

Description

一种光波导模场直径的检测系统

技术领域

本实用新型涉及光波导技术领域，具体为一种光波导模场直径的检测系统。

背景技术

模场直径(MFD)是单模光纤重要的特征参数之一，它直接影响着光纤的接头损耗，抗弯曲性能等重要特性，是光纤光缆生产，应用中的必测参数。单模光纤中只有基模(LP0l)传输，基模场强在光纤横截面的存在与光纤的结构有关，而模场直径就是衡量光纤模截面上一定场强范围的物理量。对于均匀单模光纤，基模场强在光纤横截面上近似为高斯分布，通常将纤芯中场强分布曲线最大值1/e处所对应的宽度定义为模场直径。简单说来它是描述光纤中光功率沿光纤半径的分布状态，即描述光纤所传输的光能的集中程度的参量。

目前较为常见的是横向位移法、远场扫描法和近场扫描法等，由于远场扫描法的结构相对简单，具有较高精度且技术较为成熟，是一种比较好的测试手段，但需要将光电探测器转动一定角度以探测光纤的输出光功率数值，测量复杂，不利于操作。世界范围内的单模光纤产量已达数亿芯公里，其测量工作量较为巨大，更加迅速、精确地测量模场直径的方法为行业内的技术人员提出了更高的要求。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种光波导模场直径的检测系统，解决了现存的光线模场直径测量复杂、数值精度不高的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种光波导模场直径的检测系统，包括光源、待测光纤、光电探测器、锁定放大器和PC机，所述光源用于发出光线，所述待测光纤用于接收光线并传输至所述光电探测器，光线经由所述光电探测器接收并传输至所述锁定放大器中，所述光源通过方波调制器将光线转换为电调制信号，所述锁定放大器输入端接收所述电调制信号，并将该电调制信号传送至所述PC机进行数据读取和分析处理，得到所述待测光纤的模场直径的数值，所述光源输出端与所述待测光纤的输入端连通，所述待测光纤的输出端与所述光电探测器的输入端电性连接，所述光电探测器输出端与所述锁定放大器输入端电性连接，所述锁定放大器输出端与所述PC机的输入端电性连接，所述光源和所述待测光纤之间还设置有光纤耦合器，所述光纤耦合器起到减弱光纤传输损耗的作用，所述光电探测器可转动连接有回转台。

优选地，所述回转台包括基座和固定于所述基座上的转台，所述转台可转动连接有滑块，所述滑块的顶部与所述光电探测器的底部固定连接，所述滑块外侧固定连接有第一连杆，所述第一连杆可转动连接有第二连杆，所述第二连杆可转动连接有滑动气缸，所述滑动气缸固定连接有驱动电机，所述驱动电机与所述基座固定安装在一起。

优选地，所述转台设置有凸缘圆环，所述滑块底部开设有滑槽，所述滑槽的尺寸与所述凸缘圆环的尺寸相适配。

优选地，所述待测光纤弯折成直径60mm的圆圈。

优选地，所述转台外周设置有角度刻度线。

优选地，所述光源和所述待测光纤、所述光电探测器、所述光纤耦合器共轴设置。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种光波导模场直径的检测系统，具备以下有益效果：

1.通过设置方波调制器能够使得光源发射的信号采用调制光源，保证了调制光源信号具有足够的功率输出和良好的功率稳定性，同时还可以避免光纤非线性失真带来的影响，且光源与待测光纤之间连通有光纤耦合器，通过设置光纤耦合器能够进行精密对中调整并保持稳定，待测光纤的端面平整光洁，与光纤轴垂直，耦合时还需要在光纤对接面加注匹配油用于防止干涉带来的影响。

2.通过驱动气缸带动滑动气缸滑动，由于滑动气缸可转动连接有第二连杆，第二连杆可转动连接有第一连杆，第一连杆一端与滑块固定连接，第二连杆通过第一连杆带动滑块在转台上进行圆弧运动，转台上固定连接有光电探测器，光电探测器以一定的角度间隔转动测量各个角度对应的光功率，送入锁定放大器中，锁定放大器同时接收由光源输出的作为参考信号的电调制信号，将两路信号通过PC机进行相关检测，以便消除外界背景光信号、探测器暗电流、电源干扰等的影响，得到待测光纤出射场一维光强分布函数，PC机读取测量数据并进行数据分析处理，计算得到待测光纤的模场直径，大大提高了测量的动态范围，提高了测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的一种光波导模场直径的检测系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型的一种光波导模场直径的检测系统的回转台的结构示意图。

图中：1-光源；2-待测光纤；3-光电探测器；4-锁定放大器；5-PC机；6-方波调制器；7-光纤耦合器；8-回转台；9-基座；10-转台；11-滑块；12-第一连杆；13-第二连杆；14-滑动气缸；15-驱动电机；16-凸缘圆环；17-滑槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种光波导模场直径的检测系统，包括光源1、待测光纤2、光电探测器3、锁定放大器4和PC机5，所述光源1用于发出光线，所述待测光纤2用于接收光线并传输至所述光电探测器3，光线经由所述光电探测器3接收并传输至所述锁定放大器4中，所述光源1通过方波调制器6将光线转换为电调制信号，所述锁定放大器4输入端接收所述电调制信号，并将该电调制信号传送至所述PC机5进行数据读取和分析处理，得到所述待测光纤2的模场直径的数值，所述光源1输出端与所述待测光纤2的输入端连通，所述待测光纤2的输出端与所述光电探测器3的输入端电性连接，所述光电探测器3输出端与所述锁定放大器4输入端电性连接，所述锁定放大器4输出端与所述PC机5的输入端电性连接，所述光源1和所述待测光纤2之间还设置有光纤耦合器7，所述光纤耦合器7起到减弱光纤传输损耗的作用，所述光电探测器3可转动连接有回转台8，通过设置方波调制器6能够使得光源1发射的信号为调制光源，保证了调制光源信号具有足够的功率输出和良好的功率稳定性，同时还可以避免光纤非线性失真带来的影响，且光源1与待测光纤2之间连通有光纤耦合器7，通过设置光纤耦合器7能够进行精密对中调整并保持稳定，待测光纤2的端面平整光洁，与光纤轴垂直，耦合时还需要在光纤对接面加注匹配油用于防止干涉带来的影响。

进一步地，所述回转台8包括基座9和固定于所述基座上的转台10，所述转台10可转动连接有滑块11，所述滑块11的顶部与所述光电探测器3的底部固定连接，所述滑块11外侧固定连接有第一连杆12，所述第一连杆12可转动连接有第二连杆13，所述第二连杆13可转动连接有滑动气缸14，所述滑动气缸14固定连接有驱动电机15，所述驱动电机15与所述基座9固定安装在一起，驱动电机15采用B35xY160M型号的电机，滑动气缸14的型号为LG轻型系列气缸，滑块11在转台10上可进行圆弧运动，光电探测器3本身灵敏度以及其线性误差会造成测量精度，经过锁定放大器处理后的功率探测灵敏度决定了测量下限，其数值与待测光纤2输出光场中可测量到的最大光功率密度决定了测量的动态范围，测量的动态范围越大，测量的准确程度越高，这是因为光场分布不是由中心向两边单调减少的，而是存在有多个模瓣。

进一步地，所述转台10设置有凸缘圆环16，所述滑块11底部开设有滑槽17，所述滑槽17的尺寸与所述凸缘圆环16的尺寸相适配。转台10的回转半径与光电探测器3的半径相比足够大，保证了测量的光功率看作是点光功率密度。

进一步地，所述待测光纤2弯折成直径60mm的圆圈，通过将待测光纤2弯折成直径60mm的圆圈能够保证只测主模(LP01)而没有高次模，无需设置滤模器的结构，结构更加简单。

进一步地，所述转台10外周设置有角度刻度线，滑块11在转台10上滑动的角度可进行人工读数。

进一步地，所述光源1和所述待测光纤2、所述光电探测器3、所述光纤耦合器7共轴设置，通过共轴设置能够有效避免减小光纤输出损耗。

本实用新型提供的一种光波导模场直径的检测系统的工作原理和工作过程如下：测量时，首先光源1通过方波调制器6发出调制光信号，再经过光纤耦合器7对准进入待测光纤2中，通过待测光纤的另一端面出射，PC机5控制驱动电机15开启工作，驱动气缸15带动滑动气缸14滑动，由于滑动气缸14可转动连接有第二连杆13，第二连杆13可转动连接有第一连杆12，第一连杆12一端与滑块11固定连接，第二连杆13通过第一连杆12带动滑块11在转台10上进行圆弧运动，转台10上固定连接有光电探测器3，光电探测器3以一定的角度间隔转动测量各个角度对应的光功率，送入锁定放大器中，锁定放大器同时接收由光源输出的作为参考信号的电调制信号，将两路信号进行相关检测，以便消除外界背景光信号、探测器暗电流、电源干扰等的影响，得到待测光纤2出射场一维光强分布函数，PC机5读取测量数据并进行数据分析处理，计算得到最终待测光纤2的模场直径。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种光波导模场直径的检测系统，其特征在于：包括光源(1)、待测光纤(2)、光电探测器(3)、锁定放大器(4)和PC机(5)，所述光源(1)用于发出光线，所述待测光纤(2)用于接收光线并传输至所述光电探测器(3)，光线经由所述光电探测器(3)接收并传输至所述锁定放大器(4)中，所述光源(1)通过方波调制器(6)将光线转换为电调制信号，所述锁定放大器(4)输入端接收所述电调制信号，并将该电调制信号传送至所述PC机(5)进行数据读取和分析处理，得到所述待测光纤的模场直径的数值，所述光源(1)输出端与所述待测光纤(2)的输入端连通，所述待测光纤(2)的输出端与所述光电探测器(3)的输入端电性连接，所述光电探测器(3)输出端与所述锁定放大器(4)输入端电性连接，所述锁定放大器(4)输出端与所述PC机(5)的输入端电性连接，所述光源(1)和所述待测光纤(2)之间还设置有光纤耦合器(7)，所述光纤耦合器(7)起到减弱光纤传输损耗的作用，所述光电探测器(3)可转动连接有回转台(8)。

2.根据权利要求1所述的一种光波导模场直径的检测系统，其特征在于：所述回转台(8)包括基座(9)和固定于所述基座上的转台(10)，所述转台(10)可转动连接有滑块(11)，所述滑块(11)的顶部与所述光电探测器(3)的底部固定连接，所述滑块(11)外侧固定连接有第一连杆(12)，所述第一连杆(12)可转动连接有第二连杆(13)，所述第二连杆(13)可转动连接有滑动气缸(14)，所述滑动气缸(14)固定连接有驱动电机(15)，所述驱动电机(15)与所述基座(9)固定安装在一起。

3.根据权利要求2所述的一种光波导模场直径的检测系统，其特征在于：所述转台(10)设置有凸缘圆环(16)，所述滑块(11)底部开设有滑槽(17)，所述滑槽(17)的尺寸与所述凸缘圆环(16)的尺寸相适配。

4.根据权利要求1所述的一种光波导模场直径的检测系统，其特征在于：所述待测光纤(2)弯折成直径60mm的圆圈。

5.根据权利要求2或3所述的一种光波导模场直径的检测系统，其特征在于：所述转台(10)外周设置有角度刻度线。

6.根据权利要求1所述的一种光波导模场直径的检测系统，其特征在于：所述光源(1)和所述待测光纤(2)、所述光电探测器(3)、所述光纤耦合器(7)共轴设置。