TWI271562B - An inspection instrument and method to observe the splicing plane of the cascaded-fiber - Google Patents

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TWI271562B
TWI271562B TW95100734A TW95100734A TWI271562B TW I271562 B TWI271562 B TW I271562B TW 95100734 A TW95100734 A TW 95100734A TW 95100734 A TW95100734 A TW 95100734A TW I271562 B TWI271562 B TW I271562B
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Jui-Hung Liu
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1271562 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種光通訊元件的檢測裝置及其方法 ,特別是指一種針對串聯式熔接光纖之熔接面精確位置進 行檢測的裝置及其方法。 【先前技術】 隨著數位時代的來臨,人們對於數位通訊的需求量與 , 日倶增,當今融入多媒體影音大量資料的串流,昔日的電 纜傳輸方式已漸感不敷需求,人們需要更大量的資料傳輸 方式,使用使用光纖作為訊息聯通的光通訊的時代已來臨 ’藉由光通訊的高頻寬優點克服今日的傳輸瓶頸。 如圖1所示,顯示出一般常見之光纖丨的基本構造, 該光纖1 &含一位於中心並且可以透光的核心部⑽冲卜 一包覆於該核心部n外周面上並可透光的包覆部 (Cladmg)12,及一包覆於該包覆部12外周面上用以保護該 瞻 包覆部12的表皮部(jacket)13。由於該包覆部12的折射率 大於該核心部11的折射率,使得光線可以一適當的入射角 照射該核心部U時,並得以全反射(T〇tal Imernal
Reflection)的型態在該核心部u内傳播,達到訊息傳遞的 目的。 一般而g,該核心部11與包覆部12大都是以高純度的 一氧化石夕(Si〇2)所製成,並藉由添加其他元素以達到所須的 折射率,例如添加鍺或磷可以增加折射率,添加硼可以減 少折射率。 6 1271562 另外,依照該光纖1之核心部11的尺寸來區分,可以 分為單模光纖(Single Mode Fiber, SMF)與多模光纖( Multi Mode Fiber,MMF )兩種類型。其中,單模光纖的核 心部直徑約為4〜10微米(μηι)。而多模光纖一般是指漸進折 射率光纖(Graded-Index Fiber,GIF),其核心部直徑大都是 大於50μηι。
由於SMF光纖的直徑較小,需要將光源精確地射入其 核心部中,因此,通常是選用雷射作其光源。SMF光纖的 特點是具有較佳的最小衰減值,意即其光訊在傳送一定距 離時,其訊號的衰減是較小的,例如使用波長為1310奈米 (nm)為光源時,其最小衰減值為0.45分貝/公里(dB/km)。而 GIF光纖因其核心部的直徑相對上是較大的,在光源的選用 上則較不受到限制並可將光訊予以集中,但是,伴隨而來 的是,GIF光纖在最小衰減值上較SMF光纖來得差,例如 使用波長為1300奈米(nm)為光源時,其最小衰減值為 ldB/km。換句話說,在長距離的傳送時,通常是以SMF光 纖來接續,以減少光訊的衰減。 隨著資訊流通量的大幅增加,提高光纖頻寬技術成為 目前研發的重點之一。在光通訊系統中,目前常用於增加 頻寬的方式之一為分波多工轉換技術(Dense Wavelength-Division Multiplexing , DWDM ), 當中用來放大訊號 的元件 其中之一即為摻铒光纖放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifiers,EDFA )。該摻斜光纖放大器是利用一可發出波 長為980nm的高功率雷射為其光源,進行光訊的放大。為 7 Ϊ27Ϊ562 了增加摻铒光纖放大 率加以考慮。 '的效率,-般可以從提高雷射的功 當雷射的功率赫古 生過熱的問題,為改Z —對該推斜光纖放大器越容易產 而此將i & 一 、。此一問題,則必須增加散熱面積, 而此將造成鬲功率雷射 e 、長寬比會大於3,甚至是到40。 不幸的疋,對高長嘗μ 热办..e ^ 、的M射而言,其發射寬度會隨之而 k見,若是直接髂古且^ 、回、I比的雷射與SMF光纖作耦光 (Ccmplmg),因為其核 > 冲的大小通常只有4〜10 # m,反而 無法元王射入該核心立 中,而導致耦光效率(Coupling Efficiency)的大幅下降。h — QA/ίϋ ^ 一疋,右將一固定長度的GIF光纖 SMF光纖相互串聯並 ai ^ ^ PJL熔接在一起而成串聯式熔接光纖, 則咼長覓比的雷射盥串,4 _ ^ #式熔接光纖為作耦光時,就能夠 擁有70%以上的耦光效率。 如圖2所示,顧千 & + 丁 不一般在製作一串聯式熔接光纖2的 '/”(_私。首先,將一單模来總/), 早稹九義21及一多模光纖22端部的外 皮剝除一適當長度,佶媒枯@ 使件5亥早杈光纖21的核心部211與包 覆部212顯露出來,該多握本 夕权先纖22的核心部221與包覆部 222亦能顯露出來。豆中, 一 ,、甲该早模光纖21之核心部211的
外徑為4 // m,而其句麗部,〗0 L 八i復邛212外桉為125//m。該多模光纖 2 2之核心部2 21的外於在$ 〇 幻外仫為50 /z m,而其包覆部222的外徑 亦為 125 /z m。 接著,將違單椒光纖21之包覆部212與該多模光纖U 之包覆口P 222對齊串接,再使用_光纖溶接器25(Erics麵 製造),使該單、多模光纖21、22熔接固連在一起並形成一 1271562 炫接面23。該光纖溶接器25纽接損失上已可大幅縮小為 0.03dB 以下。 配合圖3 ’而後,將該串聯絲接光纖2移至—顯微鏡 26上,並在該串聯式熔接光纖2上滴入一匹配液η,以幫 助檢測出該熔接面23的位置。 最後’再將該串聯式炼接光纖2移至—光纖切割器28 上’以量測到的溶接面23位置作為基準,朝該多帛光纖22 方向起算-預歧離,而將該多模光纖22予以切斷,即完 成該串聯式熔接光纖2的製作。 由於光在光纖中是以全反射的型態進行傳遞,加上光 源的波長、光纖材質的特性……等諸多因素的影響,使得 溶接在該單模光纖21上之多模光纖22的長度,即該預定 距離變得相當的重要。只有在某些特定的長度下,才能得 到該串聯式熔接光纖2之最佳耦光效率。簡言之,該預定 距離之精度高低’大大地影響該串聯式溶接光纖2的搞光 效率。 另一方面,隨著該光纖熔接器25的熔接技術的改進, 因熔接所造成的熔接損失已大幅降低至0.03dB以下,然而 ’當溶接損失愈小,該單模錢21與多模域22的界面 也就愈平順,意即該熔接面23的位置愈難辨識,因此不可 能以肉眼來辨識。 習知檢測該熔接面23的方法是利用該顯微鏡26的放 大倍率來觀測該單模光纖21與多模光纖22㈣接區域, 以私測出该熔接面23的精確位置。不幸的是,隨著放大倍 9 1271562 率的增加,該顯微鏡26則必須與贿接區 可利用的工作笳圍涤1勒, 行 乍耗圍也就越小。以放大100 S的倍率為例子 公、可:用的工作範圍只剩下不到10公董(mm)的寬度,根 / 1可^在4顯微鏡26上直接進行㈣作業,也就是說, 欢測完該炫接面23的精確位置之後,還必須取下再移動 切割器28(見圖2)上進行切割,移動的過程中就容 曰有决差的產生,使得其在切割後的精度最小只能達到
:〇’而已。以最高的耦合效率來計算,此誤差將會產生最 少O.lldB _光損失。若有更多的串聯式炫接光纖2串接 使用時’各個切割長度誤差將會是累積起來,勢必造成更 大的耦光損失。 【發明内容】 匕本發明之目的,即在提供一種串聯式熔接光纖 之溶接面檢測裝置及其方法’能夠克服可利用的工作範圍 t的問題’讓切割光纖用的光纖切割器能夠直接在檢測 π…接面的精確位置後,立即施予切割作業,冑免因更換 設備而產生誤差’以有效地提昇其切割精度,》咸少該串聯 式熔接光纖的耦光損失。 。是本發明串聯式溶接光纖之溶接面檢測裝置,適 4溶接面的位置,該串聯式溶接光纖包含相互串 如念接且可透光的-第-光纖段與-第二光纖段,該第一 先纖段具有一第一核心部’及一包覆於該第一核心部外周 面的第-披覆部’該第二光纖段具有一直徑不等同於該第 核、。ρ的第二核心部,及—包覆於該第二核心部外周面 10 Ι27Ϊ562 的第二披覆部,該熔接面是位於該第一、二光纖段的熔接 區域中,該串聯式熔接光纖之熔接面檢測裝置包含一用於 固定該串聯式熔接光纖的光纖載具、一可產生平行光線以 照射該串聯式熔接光纖之熔接區域的平行光產生單元,及 一影像處理單元。 该平行光產生單元具有一可發出光線的光發射源、一 可被該光發射源照射且不可透光的遮蔽板,及一鄰近該遮 > 蔽板的凸透鏡,該遮蔽板具有一位於該凸透鏡焦點上並可 透光的透光點,利用該光發射源所發射的光線通過該遮蔽 板之透光點,再經過該凸透鏡折射光線,以產生平行的光 線。該影像處理單元具有一與該平行光產生單元對應並與 该光纖載具相間隔的擷取器,及一與該擷取器電接連的顯 不器,該擷取器能擷取並放大該平行光產生單元照射該串 聯式熔接光纖之熔接區域所形成之影像,並顯示於該顯示 器上。 _ 利用該平行光產生單元產生的平行光線照射該熔接區 域,使該影像處理單元之擷取器所擷取的影像是呈放大且 易於辨識並顯示於該顯示器上,藉此檢測出該串聯式熔接 光纖之熔接面的精確位置。 本發明串聯式溶接光纖之溶接面檢測方法,適於檢測 該串聯式溶接光纖之熔接面的位置,該檢測方法包含一固 定步驟、一平行光照射步驟,及一對焦步驟。 該固定步驟是將該串聯式熔接光纖固定在一光纖載具 上。該平行光照射步驟是利用一可發射平行光線的平行光 11 1271562 單元7平行光線照射該串聯式溶接光纖之第一、二 光纖段的炫接區域,其中,平行光線的照射方向是與該申 聯式熔接光纖之自身軸線是呈正交。 該對焦步驟是利用一可接收該平行光產生單元之平行 光線並予以顯示的影像處理單元,該影像處理單元具有一 可擷取衫像的擷取器,及—與該操取器電連接用以顯示該 影像的顯示器,使該操取器的對焦面與該串聯式炼接光纖 • t炼接區域的中心處相接近,直到該顯示器上的影像上顯 現一相間隔的第一暗繞,与Γ、校拉二4 + Α θ τ w亥熔接面的精確位置即位於該二 第一暗線的端點。 本發明的功效在於,利用該平行光產生單元所產生的 平行光線’照射該串聯式溶接光纖之炼接區域,並以該影 像處理單元之操取器擷取平行光線照射該溶接區域的影像 ,利用該影像上所顯現的二條第一暗線的端點,可以精確 判斷出該溶接面的精確位置。同時,由於該擷取器是與該 • 串聯式炫接光纖間隔一段距離,其可利用的工作範圍變大 了 ’因此’彳以直接將一光纖切割器設置在該工作範圍中 ’在檢測出該熔接面精確位置之後,即可馬上進行切割作 業,而不需將該串聯式熔接光纖搬移至該光纖切割器上, 避免更換設備所產生的誤差,進而使得切割精度可以有效 地提昇,以減少該串聯式熔接光纖的耦光損失。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他&術内纟、特,點與功效,在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中,將可 12 1271562 清楚的呈現。 如圖4、5所示,本發明串聯式熔接光纖之熔接面檢測 裝置之較佳實施例,適用於檢測其熔接面34的位置,該串 聯式熔接光纖3包含相互串聯熔接且可透光的一第一光纖 段31與一第二光纖段32,該第一光纖段η具有一第一核 心。P 3 11,及一包覆於該第一核心部3丨1外周面的第一彼覆 ap 3 12。该第二光纖段32具有一直徑小於該第一核心部3工工 的第二核心部321,及—包覆於該第二核心部321外周面的 第二披覆部322,該熔接面34是位於該第一、二光纖段31 、32相互熔接的熔接區域33中。 4μιη。該第一、二光纖段31、32之第 322的直徑則皆為125μιη。 值得一提的是,由㈣接技術的進步,該賴面34已 料從外觀上判斷出其確切的位置,僅能知道贿接面34 疋位在5亥熔接區域33之範圍内。 、一二式熔接光纖之熔接面檢測裝置包含-光纖載具4 7。較佳地,該本、平订光產生早凡6,及-影像處理單元 元6可以置二纖載具4、平台單元5,及平行光產生單 ;一光學平台上,也可以置於一妙 坦度的平台,以減少彼此之間的高度誤差:、、、工4正-平 该光纖載具4是用於固定夹持該串聯式溶接光纖3。在 在該㈣實施例中,該第-光纖段31即屬多模光纖 ()«亥第核〜部311的直控約為5〇μιη,而該第二光纖 段32即屬單模光纖(SMF),該第二核心部321的直徑約為 二披覆部312 13 1271562 1較佳實_中’豸光纖mi 4㈤頂面上凹設有-供該串 耳外式溶接光纖3擺置固定的V型槽41,該V型槽41是以 蝕刻方式而形成的,但也可以是以精密切削加工方式製成 。在實際使用上,可以使用兩個或兩個以上彼此相接排列 的光纖載具4,每一個光纖載具4上的v型槽41必須是對 齊成一直線,避免該串聯式熔接光纖3產生角度偏移而影 響檢測精度。 该平台單元5是用於調整該光纖載具4的方位。該平 台單元5具有一固定該光纖載具4的平台51,及一可操控 忒平台51運動的控制器52,透過該控制器52的控制,可 凋整该平台51的方位。在該較佳實施例中,該平台單元5 是一個具有五個自由度的運動裝置,分別是空間中的三個 獨立軸,及二個繞其中兩獨立軸旋轉的旋轉軸。該三獨立 軸是分別控制該光纖載具4的前後、左右、上下方向的移 動。 在該較佳實施例中,該三獨立軸之動力源是利用線性 馬達執行之(型號VP-25XA,Newport公司製造),而該二旋 轉軸是利用步進馬達執行之(型號CMA-25CCCL,Newpcm 公司製造)。該控制器52為Newport公司所製造,型號為 MM4066,可同時作八軸的運動控制。 該平行光產生單元6可產生平行光線以照射該串聯式 熔接光纖3之熔接區域33。該平行光產生單元6具有一可 發出光線的光發射源61、一可被該光發射源Μ照射且不可 透光的遮蔽板62,及一鄰近該遮蔽板62的凸透鏡63。該 14 127 ί 562 遮蔽板62具有-位於該凸透鏡63焦點上並可透光的透光 點621 ’利用δ亥光發射源61所發射的光線通過該遮蔽板62 之透光點621,再經過該凸透鏡63折射光線,以產生平行 的光線。關於生產平行光線的方式,&為熟習該項技術人 士所習知,在此不予詳細說明。 值得注意的是,該平行光產生單元6所產生平行光線 ,是與該串聯式熔接光纖3的自身軸線呈正交,也就是說 該串聯式熔接光纖3與平行光線是相互垂直的。 在忒較佳實施例中,該光發射源6丨具有一可發光的打 光器611,及一可接受該打光器611光線並將光線投射出去 的投射件612。該打光器611是藉由一光纖將光線傳遞至該 投射件612中而發射至該凸透鏡63。該打光器611為 Moritex公司製造,型號為MHF_M1〇〇1。在實際操作時, 亦可直接以該打光器611作為光源,此部分為所屬技術領域 中具有通常知識者所熟習而能輕易完成的,不應以此侷限 本發明之申請專利範圍。 該影像處理單元7具有一與該平行光產生單元6之凸 透鏡63對應並與該光纖載具4相間隔的擷取器71,及一與 該掘取器71電接連的顯示器72。該擷取器71能擷取並放 大該平行光產生單元6照射該串聯式熔接光纖3之熔接區 域33所形成之影像,並顯示於該顯示器72上。 在該較佳實施例中,該擷取器71是電荷輕合裝置 (Charge-Coupled Device,CCD),可將影像放大並具有一固 定距離的對焦面711。較佳地,該擷取器71的放大倍率為8 15 1271562 倍,,與該對焦面711的焦距為亀m,實際上可放大之 I率疋=疋於外加鏡頭的倍率,可依需求選用適當的放大 倍當然’其與該對焦面711的距離亦會隨之改變。該擷 取裔71為日本JAI公司製造(型號為CV-M4),其最小解析 ,可達〇·8_,意即每一個像素(p㈣的寬度。該顯示器μ 疋用以顯4擷取器71所擷取的影像並與—主機連接。 ^ 操作上,首先,是該平行光產生單元ό所產生的平 /一光、本垂直地知射该熔接區域%。接著,將該平台單元5 之平台51擺設於距該擷取器71近11〇麵處,使該掘取器 71的對焦面711能接近該串聯式溶接光纖3之溶接區域33 的中心處,使該擷取器71所擷取的影像是呈放大且易於辨 識«示於該顯示H 72上。接著,藉由該平台單元5之控 制-52 ’调整该平台51的位置,直到該顯示器μ上的影 像上可顯現二相間隔的第一暗線Μ(見圖7,下文中有其形 成坪細呪明)’該熔接面34的精確位置即位於該二第一暗線 81(見圖7)端點的連線上。 而左思的是,由於該第一、二光纖段31、32均可透光 、^是採用一般光線為其光源,例如呈發散狀的光線,照 射該串聯絲接光纖3時,㈣擷取器71所擷取到的影像 =的第一暗線81(見圖7)會變得較亮,這是因為被部分光線 ’、、射而形成所謂的半影(Penumbra)效果,如此,該二第一暗 線81、將會變得難以清晰地辨識。因此,本發明是採用平行 一次為其光源,以避免被半影所影響其辨識的精確度。 另外,由於該擷取器71的對焦面711是與該串聯式熔 16 1271562 接光纖3的自身轴線平行’配合平行光線亦為垂直地照射 該串聯式熔接光纖3,因此,該對焦面711在影像上是以直 線的型態呈現出來。 本發明之功效在於,由於該影像處理單元7之擷取器 71與該串聯式熔接光纖3是相間隔ll〇mm(在8倍的放大倍 率下),也就是說,可利用的工作範圍有UOmni,遠遠大於 習知以顯微鏡為觀測工具之可利用的工作範圍(不到1〇mm) ,因此,在足夠空間的狀況下,可以將一光纖切割器(參閱 > 圖1)直接設置在此工作範圍中。在檢測完該熔接面34的精 確位置後,可立即進行切割作業,而無須搬移至不同的作 業設備,以避免因更換設備所產生的誤差,進而使得切割 精度可以有效地提昇,以減少該串聯式熔接光纖3的耦光 損失。 筝閱圖6,並配合圖4、5,本發明串聯式熔接光纖之 溶接面檢測方法,適於檢測該串聯式熔接光纖3之炼接面 _ 的位置、’關於料聯絲接域3的構造請詳見於前述 /串聯式k接光纖之炼接面檢測方法包含—固定步驟W '-平行光照射步驟92,及一對焦步驟%。 、/ 口疋v驟91是將該串聯絲接光纖3固定在一光纖 ^ 4 i 4光纖載具4是固設在-平台單it 5上,該平 ::二具軍有:固定該光纖载具4的平台51,及-可操控 、可,整兮;的控制器52,透過該控制器52的控制該平 〇 了凋整该平台51的方位。 該平行光照射步驟 鲰92疋利用一平行光產生單元6發射 17 1271562 平行光線,並令平行光線照射該串聯式熔接光纖3之第一 、二光纖段31、32的熔接區域33。其中,平行光線是以垂 直該串聯式溶接光纖3之自身軸線的方向照射。該平行光 產生單元6具有一可發出光線的光發射源61、一可被該光 發射源61照射且不可透光的遮蔽板62,及一鄰近該遮蔽板 62的凸透鏡63。該遮蔽板62具有一位於該凸透鏡63焦點 上並可透光的透光點621。關於產生平行光線的方式,已見 於前述,在此不詳加說明。 該對焦步驟93是利用一可接收該平行光產生單元6所 發射的平行光線並予以顯示的影像處理單元7,該影像處理 單元7具有-與該平行光產生單元6之凸透鏡⑽目對應並 可操取影像的擷取n 71,及—與該擷取器71電連接以顯示 所擷取之影像的顯示器72。 如圖4〜7所示’在執行該對焦步驟%時,是先將該光 纖載具4設置在該操取器71之對焦面7ιι的附近(即該光纖 載具4距該擷取器71約Λ 1lnrv_ 士、 、]馬110mm處),使該對焦面711介 於該串聯式熔接光纖3與擷取哭丄 一和貝取為71之間且鄰近於該串聯式 熔接光纖3。接著,透過該孚A s 一 ❿茨十台早兀5之控制器52,控制 調整該平台5 1的位置,使兮电_ 4 使巧串聯式熔接光纖3之熔接區域 33的中心處逐漸接近該對隹 丁居、面711 ’直到該顯示器72上的 影像上顯現二相間隔的第一 0曰線81,該熔接面34的精確位 置即位於該二第一暗線81的矬科 ^ ^ 的柒點。該二第一暗線81是經 邊弟一光纖段31透光所成像的。 以下說明該二第一暗線81 θ Κ ^ 1疋如何形成的。由司乃耳定 18 1271562 律(Snell s law)’當光由一介質進入折射率不同的另一介 貝枯會產生折射改變光行進的方向。其角度的轉換是與物 質的折射率有關,可以下式(1)計算求得: ηχχ^ιηθ 1 = n2xsiin〇 2 (1) 其中: 〜:原物質的折射率 h :欲進入之物質的折射率 Θ 1 :入射角 0 2 :折射角 平行光線可用無窮多條光束寬度極微小且彼此互相平 行的光束描述,在上述光束通過空氣與該第一光纖段31之 第一彼覆部312的介面、該第一披覆部312與第一核心部 311的介面時,都會發生折射現象,經過折射率公式的計算 ,即能求出光束偏折的角度而推出其移動執跡,藉此得到 光的分佈情形。 為便於說明,先將其中8條光束予以編號,如圖7中 所顯示的,由上而下依序排列分別編為光束L1〜L8,其中, 該光束LI、L8是位於該第一披覆部312之最外側的光束, 該光束L3、L6則是位於該第一核心部311的最外側的光束 。該光束L3與L4是兩相鄰的光束,該光束L7與L8亦是 兩相鄰的光束。由於該光束L1〜L4是與L5〜L8為對稱的, 在此僅以該光束L1〜L4來說明其分佈的情況,同理可以推 得該光束L5〜L8的分佈情況。 當該光束L1〜L8自空氣進入該第一披覆部312時,會 19 1271562 先向内彎折射一次再繼續行進。在行進的過程中,該光束 4 L5尚會遇到遠弟一披覆部3 12與第一核心部3 11的介 面,所以會再向内彎折射一次。當該擷取器7丨之對焦面 711疋鄰近於该串聯式溶接光纖3的中心處時,即可發現在 對應忒光束L3、L4,以及光束L5、L6之間的區域上並不 每有光束射入,也就是說,此二區域會是呈現黑暗無光, 而形成所謂的第一暗線81。 如圖4、8、9,在實際操作時,調整該平台單元5之平 台51的位置時,更可使該影像上顯現出另二相間隔且位於 弟日曰線81旁的第二暗線82。該二第二暗線82是經 該第二光纖段32透光而成像的。 關於。亥_弟一暗線82的形成狀況,是與該二第一暗線 81的形成方式大致相同,在此不予詳述,其中不同之處在 於:因為該第二光纖段32之第二核心部321的直徑是小於 忒第一光纖段31之第一核心部311(見於圖7)的直徑,而使 得該二第二暗線82的間距小於該二第一暗線81的間距。 在貫際操作上,由於該二第二暗線82是比該二第一暗 線81來的窄小(見下說明),再加上不容易將該串聯式熔接 光、戴3调扠至與平行光線呈完全垂直,而且該擷取器71中 :存著部分雜訊,因此,該二第二暗線82相較於該二第一 日曰線Μ是比較不容易觀察得到,但這並不影響該熔接面34 :置的檢测。值得一提的是,可檢測出該二第一暗線81的 耗圍(即該對焦面711的位置),是從該第-光纖段31的中 ^處,朝該擷取器71的方向,延伸至該第一披覆部3 12的 20 I271562 外周面。 、上Y過司乃耳疋律的運用,並配合光纖的相關尺寸,可 、广十异分析出該二第―、第二暗線81、82的寬度,以作為 仙該擷取器71(特別是其最小解析度)的依據。當所產生之 暗線的寬度小於4 TS7 , Α 於CCD之取小解析度時,基本上, 找得到暗線的。 此 戈口圆 4
、9所示,該第一光纖段31之第一核心部 ”第披覆部312分別以5〇μιη及125μιη計算,該第二 光纖段32之第二核心部321與第二披覆部322分別以咖 ^ 125μηι來叶彳,該二第一、二核心部3ιι、321的折射率 皆為1·47 ’該二第一、二披覆部312、322的折射率皆為 145。將上述數值代人式⑴中進行計算,可以算出光線的 彎折角度並加讀製,再進_步算出該二第_、第二暗線 81、82的寬度。 曰、 、經計算之後,可得該二第一、第二暗線81、82的寬度 分別為4μηι與1μιη,關於計算内容為一般之數學計算,是 熟習該項技藝人士所習知的,容此部分不再詳加論述。由 上述之結論可知,該擷取器71的最小解析度必須是小於 Ιμιη才可行滿足需求。而此狀況,也使得該熔接面μ的位 置精度可提昇至小於1μηι,相較於習知的方法,僅可達到 10 μιη已提南許多。 歸納上述,本發明串聯式熔接光纖之熔接面檢測裝置 及其方法,是利用平行光線照射該串聯式熔接光纖3之熔 接區域33,可避免半影現象的產生,使擷取的影像為清晰 21 1271562 可辨。藉由使用咼解析度的擷取器7丨,並配合平行光線的 使用,能使該熔接面34的位置精度由習知的1〇μιη提昇至 小於Ιμηι。藉由使用具有較長焦距(n〇mm)的擷取器71,使 可利用的工作範圍由習知的1〇mm大幅地提高至 讓該光纖切割器可直接設置在此工作範圍中,在完成檢測 後立即進行切割作業,而無須搬動該串聯式熔接光纖3,減 少切割誤差的產生,以降低該串聯式熔接光纖3的耦光損 失,藉此克服了狹小空間要進行切割該串聯式熔接光纖3 的困難,故確實能達到本發明之目的。 惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不 能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一剖面圖,說明一光纖之基本構造; 圖2是一製造流程示意圖,說明一串聯式熔接光纖的 製造過程; ' 圖3是一示意圖,說明習知用於檢測該串聯式熔接光 纖的熔接面是藉由一顯微鏡進行檢測; 圖4是一示意圖,說明本發明串聯式熔接光纖之熔接 面才欢測I置之較佳實施例; 圖5是一局部剖面示意圖,說明一擷取器之對焦面曰 鄰近於該串聯式熔接光纖的中心處; 圖6是一流程示意圖,說明本發明串聯式熔接光纖之 22 1271562 溶接面檢測裝置之較佳實施例; 圖7是一光束傳遞示意圖’說明平行光線通過一第一 光纖段的光線分佈狀況; 圖8是一光束傳遞示咅阊,%卩口 丁 ^ μ圖呪明平行光線通過一第二 光纖段的光線分佈狀況;及 圖9疋一影像示意圖 光纖段時,可成二第一、-精確位置。 ,說明平行光線通過該第一、二 二暗線,可依此推斷該熔接面的 23 1271562 【主要元件符號說明】 3… 串聯式熔接光纖 611 · 打光器 31… 第一光纖段 612 · 投射件 311 * 第一核心部 62… 遮蔽板 312 · 第一彼覆部 621 * 透光點 32… 第二光纖段 63… 凸透鏡 32卜 弟一核心部 7 … 影像處理單元 322 * 第二披覆部 71… 擷取器 33 — 熔接區域 711 * 對焦面 34* * 溶接面 72… 顯示器 4… 光纖載具 8卜· 第一暗線 41… V型槽 82 * * 第二暗線 5… 平台單元 9卜· 固定步驟 51… 平台 92… 平行光照射步驟 52… 控制器 93… 對焦步驟 6… 平行光產生單元 L1 〜L8 光束 61… 光發射源 24

Claims (1)

1271562 十、申請專利範圍: 1 · 一種串聯式熔接光纖之熔接面檢測裝置,適用於檢測該 熔接面的位置,該串聯式熔接光纖包含相互串聯熔接且 可透光的一第一光纖段與一第二光纖段,該第一光纖段 具有一第一核心部,及一包覆於該第一核心部外周面的 第一彼覆部,該第二光纖段具有一直徑不等同於該第一 核心部的第二核心部,及一包覆於該第二核心部外周面 的第二披覆部’該溶接面是位於該第一、二光纖段的溶 接區域中,該串聯式熔接光纖之熔接面檢測裝置包含: 一光纖載具,用於固定該串聯式熔接光纖; 一平行光產生單元,可產生平行光線以照射該串聯 式熔接光纖之熔接區域,該平行光產生單元具有一可發 出光線的光發射源、一可被該光發射源照射且不可透光 的遮蔽板,及一鄰近該遮蔽板的凸透鏡,該遮蔽板具有 一位於该凸透鏡焦點上並可透光的透光點,該光發射源 所發射的光線通過該遮蔽板之透光點,再經過該凸透鏡 折射光線’以產生平行的光線;及 一影像處理單元,具有一與該平行光產生單元相對 Μ並/、該光纖載具相間隔的擷取器,及一與該擷取器電 接連的顯示器,該擷取器能擷取並放大該平行光產生單 兀照射該串聯式熔接光纖之熔接區域所形成之影像,並 顯示於該顯示器上; 。利用該平行光產生單元產生的平行光線照射該熔接 區域,使該影像處理單元之擷取器所擷取的影像是呈放 25 1271562 大且易於辨識並顯示於該顯示器上,以檢測出該串聯式 丈谷接光纖之炼接面的精確位置。 2·依射請專利範圍第丨項所述串聯纽接光纖之炼接面 檢測裝置,更包含-可調整該光纖載具方位的平台單元 ,該平台單元具有一用以固定該光纖載具的平台,及一 可操控該平台運動的控制器,透過該控制器的控制,可 調整該平台的方位,使得該串聯式熔接光纖的自身轴線 與平行光線的照射方向是呈正交。 3.依據巾請專利範圍第2項所述串聯絲接光纖之溶接面 檢測裝置,藉由調整該平台單元之平台位置,可使該串 聯式溶接光纖之,熔接區域的中心、處逐漸接近該影像處理 單元之揭取器的對焦面’直到該顯示器上的影像上可顯 現二相間隔的第-暗線,該溶接面的精確位置即位於該 二第一暗線的端點。 4·依據申請專利範圍第3項所诚击 貝所迷串聯式熔接光纖之熔接面 檢測裝置’其中,該第一朵總以> 罘九纖段的核心部大於該第二光 纖段之核心部,在該顯示器所顧 只I -所顯不的影像更可顯現出二 相間隔的第二暗線,該二第娩 暗線的間距’該二第一、二暗線是分別經該第 乐暗線的間距離大於該二第 光纖段透光而成像的 5. —種串聯式熔接光纖之熔接 、 安曲松測方法,適於檢測該串 聯式熔接光纖之熔接面的位置, 巧串式溶接光纖包含 相互串聯熔接且可透光的一第一 弟先纖段與一第二光纖段 ,該第一光纖段具有一第一核d 口丨 及一包覆於該第一 26 1271562 核心部外周面的第一披覆部,該第二光纖段具有一直徑 不等同於該第一核心部的第二核心部,及一包覆於該第 二核心部外周面的第二披覆部,該熔接面是位於該第一 一光纖#又的溶接區域中’該串聯式溶接光纖之溶接面 檢測方法包含下列步驟: 一固定步驟,將該串聯式熔接光纖固定在一光纖載 具上;
平行光照射步驟,利用一平行光產生單元發射平 行光線,令平行光線照射該串聯式熔接光纖之第一、二 光纖段的溶接區域,i φ,亚—& μ h ^ L ^具中,平仃光線的照射方向是與該 串聯式熔接光纖之自身軸線是呈正交;及 ,疋利用一可接收該平行光產生單元之 平行光線並^以顯示的影像處理單元,該影像處理單元 /、有肖該平仃光產生單元相對應以擷取影像的摘取器 ,及一與該擷取器雷土拿技,、;姑_ α ^ 兔運接以顯不所擷取之影像的顯示器 ’使該掘取器的對隹而虛# + …、面〃該串聯式熔接光纖之熔接區域 的中心處相接近,直到該顯示器上的影像上顯現二相間 隔的第-㈣’絲接㈣精確位置即位於該 線的端點。 9 6·依據申請專利範圍第5涵μ ^ ^ .. 、所述串聯式熔接光纖之熔接面 檢測方法,在該固定步驟 "豕九纖載具是固設在一承 台單元上,該平台單元I古 又隹十 及一可操控該平台運動的 的十口 該平台,可調整該平台的^的技制 使付σ亥串聯式炫接光纖 27 1271562 的自身軸線與平行光線的照射方向是呈正交。 7·=據U專利範圍第6項所述串聯纽接光纖之溶接面 榀測方去,在該對焦步驟中,是先將該光纖載具設置在 忒擷取裔之對焦面的附近,使該對焦面介於該串聯式熔 妾光、戴與擷取裔之間且鄰近於該串聯式熔接光纖,接著 透過該平台單元之控制器控制調整該平台的位置,當 忒串恥式熔接光纖的中心處逐漸接近該對焦面時,該影 像上即可顯現該二第一暗線,該二第一暗線是經該第一 光纖段透光而成像的。 8·依據巾請專利範圍第7項所述串聯式熔接光纖之熔接面 檢測方法,在該對焦步驟中,藉由調整該平台單元之平 台的位置時,更可使該影像上顯現出另二相間隔的第二 日曰線,该二第二暗線是經該第二光纖段透光而成像的。 9·依據申睛專利範圍第5項所述串聯式熔接光纖之熔接面 檢測方法,在該對焦步驟中,是先將該光纖載具設置在 。亥擷取杰之對焦面的附近,使該對焦面介於該串聯式溶 接光纖與擷取器之間且鄰近於該串聯式熔接光纖,接著 ,凋整遠擷取器之對焦面位置,當該對焦面逐漸接近該 串聯式熔接光纖的中心處時,該影像上即可顯現該二第 暗線,该二第一暗線是經該第一光纖段透光而成像的 〇 10.依據申請專利範圍第9項所述串聯式熔接光纖之熔接面 檢測方法,在該對焦步驟中,藉由調整該擷取器之對焦 面位置日守,更可使該影像上顯現出另二相間隔的第二暗 28 1271562 線’該二第二暗線是經該第二光纖段透光而成像的。 11 ·依據申請專利範圍第7或9項所述串聯式熔接光纖之熔 接面檢測方法,當該第一光纖段的核心部大於該二第二 纖段的核心部時,該二第一暗線的間距會大於該二第二 暗線的間距’該熔接面即是位於該二第一、第二暗線相 鄰端點的連線上。 12.依據申請專利範圍第5項所述串聯式溶接光纖之炼接面 檢測方法,在該平行光照射步驟中,該平行光產生單元 具有一可發出光線的光發射源、一可被該光發射源照射 且不可透光的遮蔽板’及一鄰近該遮蔽板的凸透鏡,該 遮蔽板具有一位於該凸透鏡焦點上並可透光的透光點, 該光發射源所發射的光線通過該遮蔽板之透光點,再經 過該凸透鏡折射光線,以產生平行的光線。 29
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