一種在線無損測量特種光纖折射率的數字全息系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種在線無損測量特種光纖折射率的數字全息系統，用于特種光纖三維折射率的檢測。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展，新型特種光纖的開發已成為目前國內外研宄的熱點，對特種光纖種類及性能指標的要求也越來越高。折射率分布是衡量光纖性能的一個重要指標，不僅可以反映色散、損耗、摻雜濃度、光傳輸等特性，還可以為研宄這些特性的內在成因提供有力的數據支撐。因此，研宄特種光纖三維折射率分布對研制高性能的特種光纖具有重要意義。
[0003]目前常用的光纖折射率分布測量方法主要是折射近場法和干涉法。折射近場法是一種破壞性檢測方法，需要對光纖取樣，并且對測試端面的處理要求很高，因此該方法測試效率不高。干涉法是一種非破壞性檢測方法，而利用該方法測量得到的是折射率的積分，只能獲取光纖的平均折射率。對于摻稀土光纖等折射率分布不均勻的特種光纖，通常希望測量某一連續區段的折射率分布，以研宄其損耗、色散等特性。因此，如何在不破壞光纖的前提下快速高精度地測量特種光纖三維折射率分布是研制新型特種光纖、對光纖性能進行分析所亟待研宄與解決的關鍵問題。
[0004]數字全息層析技術可以在不接觸、不破壞光纖的情況下，對特種光纖折射率分布進行測量。目前國內外已經使用該技術測量得到常規光纖和熊貓保偏光纖的三維折射率分布，但是測量系統主要以被測試光纖旋轉和不旋轉分為兩類，對于被測試光纖旋轉的測量系統，需要對測試光纖進行旋轉才能得到多方向的相位曲線，所以不能實現快速在線特種光纖的實時測量。而且在旋轉過程中，由于測試樣品的彎曲或傾斜，并不能實現每個方向的取樣都是在同一位置，也會導致測量精度的降低。目前國內外被測試光纖不旋轉的測量系統，只能實現3個方向測試數據的獲取，而且整個光學系統比較復雜，不易實現信號光束的增加，不能滿足折射率重建所需的數據方向數，導致重建精度偏低。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種在線無損測量特種光纖折射率的數字全息系統，并能實現特種光纖快速、無損的檢測。
[0006]為達到上述目的，本發明采用下述技術方案:
一種在線無損測量特種光纖折射率的數字全息系統，包括一個單縱模激光光源、光分束設備、光傳輸設備、光定向干涉設備和一個圖像采集模塊，所述單縱模激光光源通過單模光纖連接光分束設備的輸入端，所述光分束設備的N個輸出端子的輸出光分別通過光傳輸設備中的保偏光纖進行傳輸，并通過光定向干涉設備中的N個準直設備輸出構成N個全息干涉信號臂，其中N ^ 4 ;所述光分束設備的第N+1個輸出端子的輸出光通過光傳輸設備中的保偏光纖進行傳輸，并通過與其對應的第N+1個準直設備輸出構成全息干涉參考臂；所述N個全息干涉信號臂發出的信號與全息干涉參考臂發出的信號疊加構成離軸全息干涉區域，并被圖像采集模塊所接收。
[0007]所述光分束設備根據要求增減分光束的個數，光傳輸設備中的保偏光纖和偏振控制器控制光的偏振態，光定向干涉設備中的準直鏡和反光鏡控制信號光的傳輸方向，消偏振分光棱鏡和光傳輸設備中的保偏光纖保證信號光與參考光成最佳干涉。并且所測特種光纖的放置臺不需要轉動，就可同時測得多角度的全息干涉圖像，實現在線無損測量特種光纖。
[0008]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.采用保偏光纖作為傳輸載體，可以保證光的偏振態不變，而且因為需要超過4個方向的信號光，這樣也避免了多個方向空間光的角度復雜調整所帶來的繁瑣；
2.采用多方向的數據采集，提高了測試精度；
3.采用光分束設備可以根據重建要求隨意增減分光束的個數；
4.整個測試系統所占空間小；
5.被測試特種光纖可以實現不接觸，不旋轉，不損傷。
[0009]因此，本發明具有結構簡單，靈敏度高，制造容易，成本低，無需復雜的光學系統等特點，大大降低了成本，適用于特種光纖的研制過程的缺陷查找和特性研宄，例如在研制特種光纖的過程中，可以對拉制的光纖進行實時測試，并及時更改拉制過程和摻雜過程中出現的問題。
【附圖說明】
[0010]圖1是在線測量特種光纖折射率的數字全息系統框圖。
[0011]圖2是4束輸出信號光束離軸干涉時的結構示意圖。
[0012]圖3是6束輸出信號光束離軸干涉時的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]本發明的優選實施例結合【附圖說明】如下:
實施例一:
參見圖1和圖2，一種在線無損測量特種光纖折射率的數字全息系統，包括一個單縱模激光光源1、光分束設備2、光傳輸設備3、光定向干涉設備4和一個圖像采集模塊5，所述單縱模激光光源I通過單模光纖6連接光分束設備2的輸入端，所述光分束設備2的N個輸出端子的輸出光分別通過光傳輸設備3中的保偏光纖7進行傳輸，并通過光定向干涉設備4中的N個準直設備8輸出構成N個全息干涉信號臂，其中N多4 ;所述光分束設備2的第N+1個輸出端子的輸出光通過光傳輸設備3中的保偏光纖7進行傳輸，并通過與其對應的第N+1個準直設備8輸出構成全息干涉參考臂；所述N個全息干涉信號臂發出的信號與全息干涉參考臂發出的信號疊加構成離軸全息干涉區域，并被圖像采集模塊5所接收。
[0014]所述單縱模激光光源I的波長為532nm，光分束設備2為PLC單模光纖分路器，分路數為7，保偏光纖7為熊貓保偏光纖。
[0015]參見圖2，單縱模激光光源I發出的光通過光分束設備2分為5束，4束信號光和一束參考光。前4束信號光通過光傳輸設備3中的保偏光纖7和偏振控制器9控制光的偏振態，通過偏振分光棱鏡11將全息干涉信號臂的信號光改變路徑與第5束信號光，即參考臂的參考光發生空間干涉，形成全息干涉圖，并由圖像采集模塊5所收集。
[0016]由于4個方向的4束信號光是同時與參考光發生空間干涉，形成一幅全息干涉圖，所以被測特種光纖不需要旋轉，實現了在線測量的實時性和可操作性。
[0017]實施例二:
參見圖1和圖3，本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:
單縱模激光光源I發出的光通過光分束設備2分為7束，6束信號光和一束參考光。前6束信號光通過光傳輸設備3中的保偏光纖7和偏振控制器9控制光的偏振態，通過偏振分光棱鏡11將全息干涉信號臂的信號光改變路徑與第7束信號光，即參考臂的參考光發生空間干涉，形成全息干涉圖，并由圖像采集模塊5所收集。
[0018]在后期進行折射率重建時，通常情況下，至少需要4個方向的全息圖，所以通常N多4，當N越大，即投影方向越多，折射率重建精度越高，本系統可以根據需要，在不旋轉被測特種光纖的情況下，通過光路設計，實現光纖的多方向測量，從而保證光纖在線測量的實時性和可操作性。
【主權項】
1.一種在線無損測量特種光纖折射率的數字全息系統，包括一個單縱模激光光源(I)、光分束設備(2 )、光傳輸設備(3 )、光定向干涉設備(4)和一個圖像采集模塊(5 )，其特征在于，所述單縱模激光光源(I)通過單模光纖(6)連接光分束設備(2)的輸入端，所述光分束設備(2)的N個輸出端子的輸出光分別通過光傳輸設備(3)中的保偏光纖(7)進行傳輸，并通過光定向干涉設備(4)中的N個準直設備(8)輸出構成N個全息干涉信號臂，其中N ^ 4 ;所述光分束設備(2)的第N+1個輸出端子的輸出光通過光傳輸設備(3)中的保偏光纖(7)進行傳輸，并通過與其對應的第N+1個準直設備(8)輸出構成全息干涉參考臂；所述N個全息干涉信號臂發出的信號與全息干涉參考臂發出的信號疊加構成離軸全息干涉區域，并被圖像采集模塊(5)所接收。
2.根據權利要求1所述的在線無損測量特種光纖折射率的數字全息系統，其特征在于，所述光分束設備(2)根據要求增減分光束的個數，光傳輸設備(3)中的保偏光纖(7)和偏振控制器(9)控制光的偏振態，光定向干涉設備(4)中的反光鏡(10)控制信號光的傳輸方向，消偏振分光棱鏡(11)和光傳輸設備(3)中的保偏光纖(7)保證信號光與參考光成最佳干涉。
【專利摘要】本發明涉及一種在線無損測量特種光纖折射率的數字全息系統，它由單縱模激光光源、光分束設備、準直設備、光傳輸設備和圖像采集模塊組成。光分束設備可以將輸出光分成多束，并通過光傳輸設備進行傳輸，能夠實現光的任意多角度輸出。本發明能通過光傳輸設備，在有限的空間實現光的任意多角度的同時刻的全息干涉并采集。與傳統的數字全息測量光纖折射率系統相比，本發明結構簡單，抗干擾能力強，靈敏度高，制造容易，成本低，無需復雜的被測量物體的轉動裝置，適用于在線特種光纖的實時測量。
【IPC分類】G02B27-28, G01N21-45, G01M11-02
【公開號】CN104819961
【申請號】CN201510195930
【發明人】常征, 黃素娟, 王廷云
【申請人】上海大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月23日