大芯徑光纖端面檢測(cè)方法及設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種大芯徑光纖端面檢測(cè)方法和設(shè)備，方法包括以下步驟：將單色光通過分光器件分成參考光和用于檢測(cè)光纖的端面的檢測(cè)光；將參考光遮擋，調(diào)整線性位移機(jī)構(gòu)使光纖端面通過物鏡和數(shù)字成像系統(tǒng)成像，并使光纖端面的中心與數(shù)字成像系統(tǒng)的十字參考線的交點(diǎn)重合；打開參考光，通過微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的位置，使參考光與檢測(cè)光產(chǎn)生干涉圖像；通過曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整光纖的立體空間位置，使在數(shù)字成像系統(tǒng)中產(chǎn)生至少一個(gè)干涉環(huán)；數(shù)字成像系統(tǒng)采集干涉圖像并通過計(jì)算機(jī)計(jì)算得出曲率半徑。本發(fā)明測(cè)量出光纖端面的曲率半徑，能夠符合大芯徑光纖的端面測(cè)量的高精密度要求。
【專利說明】
大芯徑光纖端面檢測(cè)方法及設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光纖檢測(cè)儀器，尤其涉及一種大芯徑光纖端面檢測(cè)方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著人們對(duì)高精度機(jī)械加工行業(yè)的要求越來越高，對(duì)于激光加工工藝及光功率要求也越來越高，迫切需要由光纖輸出能量的方式，將原有的“硬光路”設(shè)備進(jìn)行替換，因此大芯徑光纖的運(yùn)用也適應(yīng)了這樣的需求。
[0003]大芯徑光纖的芯徑大于通信用光纖的標(biāo)稱值，與通信用光纖光纖相比，機(jī)械損傷值大。大芯徑光纖除了可以傳輸信號(hào)，還可以傳輸能量，因此能夠傳送較大的光功率，主要用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)和國防中的監(jiān)控、內(nèi)窺、潛望等。
[0004]在大芯徑光纖的物理光學(xué)參數(shù)和材質(zhì)情況已定的情況下，光纖端面的處理將直接影響能量的傳輸效率。尤其是光纖端面的曲率半徑對(duì)光的耦合效率的影響，是衡量能量光傳輸?shù)闹匾笜?biāo)。請(qǐng)參見圖1，光纖包括包層5和纖芯6。光纖端面的曲率半徑的光學(xué)模型類似于在光纖端面前置凸透鏡3。對(duì)于曲率半徑過小的情況下，凸透鏡3焦點(diǎn)更短更靠近凸透鏡3，折光效率更高，在光纖折射點(diǎn)的入射角度更接近法線4方向，在此折射點(diǎn)會(huì)發(fā)生透射I的現(xiàn)象。部分能量光將穿過包層5透射出光纖，進(jìn)而損失能量，降低了光纖耦合效率，同時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)影響光纖的使用壽命;在凸透鏡3焦點(diǎn)足夠短(即曲率半徑足夠小)和光能量足夠大的情況下，甚至?xí)龤Щ驌舸┕饫w包層5，直接導(dǎo)致光纖損壞報(bào)廢。如果表面曲率半徑足夠大，折射點(diǎn)處入射角度遠(yuǎn)離法線4方向，入射光將在折射點(diǎn)處發(fā)生全反射2的現(xiàn)象，提高了光纖的耦合效率，也是光能量的最佳使用狀態(tài)。
[0005]大芯徑光纖作為一種高精密的傳輸媒介，對(duì)其光耦合效率的要求非常高。目前市面上存在著一些用于檢測(cè)通信光纖的光纖端面檢測(cè)儀，比如公開號(hào)為101561260的中國專利文獻(xiàn)公開了一種光纖端面檢測(cè)儀。該光纖端面檢測(cè)儀是通過干涉光路產(chǎn)生干涉條紋后，對(duì)干涉條紋的圖像進(jìn)行處理后得到球面半徑、頂點(diǎn)偏移、光纖高度以及APC角度等。在通信光纖的端面檢測(cè)中，只需要通過定位夾具等配合，就能夠獲得相對(duì)準(zhǔn)確的干涉圖像，計(jì)算得到的參數(shù)也能夠符合行業(yè)要求，因此并不需要對(duì)光纖的端面精密地調(diào)整方位。但是對(duì)于大芯徑光纖而言，僅通過定位夾具等的調(diào)整，其精密度并不能滿足大芯徑光纖的端面的檢測(cè)要求，因此無法檢測(cè)端面的三維情況，因此該光纖端面檢測(cè)儀對(duì)大芯徑光纖的端面檢測(cè)并無指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種能夠檢測(cè)大芯徑光纖端面的曲率半徑的大芯徑光纖端面檢測(cè)方法及設(shè)備。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供一種大芯徑光纖端面檢測(cè)方法，包括以下步驟:
51、將單色光通過分光器件分成參考光和用于檢測(cè)光纖端面的檢測(cè)光；
52、插入大芯徑光纖，并使大芯徑光纖的待檢端面位于預(yù)定位置； 其特征在于，還包括:
53、通過曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整大芯徑光纖待檢端面的立體空間位置，從而使大芯徑光纖待檢端面在數(shù)字成像系統(tǒng)中產(chǎn)生至少一個(gè)干涉環(huán)；
54、所述數(shù)字成像系統(tǒng)采集干涉圖像。
[0008]進(jìn)一步的，在上述S2和S3之間還包括下述步驟:
521、將參考光遮擋，調(diào)整線性位移機(jī)構(gòu)使光纖端面通過物鏡和數(shù)字成像系統(tǒng)成像，并使光纖端面的中心與數(shù)字成像系統(tǒng)的十字參考線交叉點(diǎn)基本重合；
522、打開參考光，通過微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的位置，使參考光與檢測(cè)光產(chǎn)生干涉圖像。
[0009]進(jìn)一步的，通過曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整光纖位置，使光纖端面的最高點(diǎn)與參考線交叉點(diǎn)基本重合。
[0010]進(jìn)一步的在所述曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整光纖的立體空間位置的同時(shí)，還通過微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的位置。
[0011 ]進(jìn)一步的，通過肉眼觀察干涉環(huán)的數(shù)量，所述干涉環(huán)數(shù)量越少，光纖的端面質(zhì)量越好。
[0012]本發(fā)明還提供一種大芯徑光纖端面檢測(cè)設(shè)備，包括主體，所述主體包括光源， 干涉光路組件，用于調(diào)節(jié)所述干涉光路的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于使干涉圖像成像并采集干涉圖像的數(shù)字成像系統(tǒng)；
光纖與主體連接，通過所述位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)干涉光路的調(diào)整，所述光源的光束經(jīng)過干涉光路后分為的檢測(cè)光和參考光形成干涉圖像;所述位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括線性位移機(jī)構(gòu)、曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)和微位移機(jī)構(gòu)，所述線性位移機(jī)構(gòu)、曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)分別調(diào)整光纖的端面的平面位置和立體空間位置，所述微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整所述干涉光路組件上的反射鏡的平面位置。
[0013]進(jìn)一步地，還包括計(jì)算曲率半徑的計(jì)算機(jī)
進(jìn)一步地，所述干涉光路組件包括分光器件，所述分光器件是分光棱鏡或半透半反透鏡或介質(zhì)膜分光透鏡。
[0014]進(jìn)一步地，光纖通過定位夾具與所述主體連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述微位移機(jī)構(gòu)是壓電陶瓷。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了線性位移機(jī)構(gòu)、曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)分別調(diào)整光纖的端面的平面位置和立體空間位置，采用微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的平面位置，使檢測(cè)光和參考光產(chǎn)生干涉并且在數(shù)字?jǐn)z像顯示器中至少顯示一個(gè)干涉環(huán)，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算曲率半徑等相關(guān)參數(shù)，或者僅通過肉眼觀察，根據(jù)干涉環(huán)的數(shù)量來判斷大芯徑光纖端面的質(zhì)量好壞。該檢測(cè)方法更為精密，可靠能夠準(zhǔn)確檢測(cè)大芯徑光纖的曲率半徑等參數(shù)，進(jìn)而判斷被檢測(cè)的大芯徑光纖端面是否符合質(zhì)量要求。
【附圖說明】
[0017]圖1為光纖端面的光學(xué)模型示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的方法原理示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的方法步驟示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0021]請(qǐng)參見圖2和圖3，圖2和圖3揭示的是一種大芯徑光纖端面檢測(cè)方法。原理是:分光器件1將單色光分為相干的兩束光，分別為參考光與檢測(cè)光，其中參考光經(jīng)過反射鏡30反射回分光器件10，檢測(cè)光經(jīng)過光纖端面反射，同樣反射回分光器件10并在分光器件10處產(chǎn)生干涉圖像，在物鏡20中由數(shù)字成像系統(tǒng)40成像，經(jīng)計(jì)算機(jī)90分析后得出準(zhǔn)確的曲率半徑數(shù)值。具體包括以下步驟:
S1、將單色光通過分光器件10分成參考光和用于檢測(cè)光纖的端面的檢測(cè)光。所述分光器件10是半透半反透鏡、介質(zhì)膜分光透鏡或分光棱鏡。優(yōu)選地，采用分光棱鏡。因?yàn)榘胪赴敕赐哥R或介質(zhì)膜分光透鏡會(huì)產(chǎn)生像差，在成像的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)重影的現(xiàn)象，影響成像質(zhì)量，而使用分光棱鏡能夠控制像差，消除影響。
[0022]S21、將參考光遮擋，調(diào)整線性位移機(jī)構(gòu)60使光纖端面通過物鏡20和數(shù)字成像系統(tǒng)40清晰成像，并使光纖端面的中心與數(shù)字成像系統(tǒng)40的十字參考線交叉點(diǎn)基本重合。所述線性位移機(jī)構(gòu)60可以通過調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，也可以通過計(jì)算機(jī)90控制的方式進(jìn)行電控，使所述光纖端面做平面位移運(yùn)動(dòng)。成像后由數(shù)字成像系統(tǒng)40采集光纖端面圖像存至計(jì)算機(jī)90備用。
[0023]在本發(fā)明中，所述物鏡20是長(zhǎng)工作距離的物鏡20，便于放置所述分光器件10等光學(xué)器件。
[0024]S22、打開參考光，通過微位移機(jī)構(gòu)70調(diào)整反射鏡30的位置，使參考光與檢測(cè)光產(chǎn)生干涉圖像。此時(shí)產(chǎn)生的干涉圖像至少是干涉條紋。所述微位移機(jī)構(gòu)70可以是壓電陶瓷，通過控制器控制所述壓電陶瓷，當(dāng)電壓作用于所述壓電陶瓷時(shí)，壓電陶瓷就會(huì)隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形，從而實(shí)現(xiàn)精確的位移控制。
[0025]S2、通過曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)80調(diào)整光纖的立體空間位置，為了調(diào)整到最佳狀態(tài)，還可以通過微位移機(jī)構(gòu)70輔助調(diào)整反射鏡30和分光器件10的相對(duì)平面位置，使反射鏡30的平面和分光器件10的平面與光軸保持正交，共同調(diào)節(jié)后在數(shù)字成像系統(tǒng)40的顯示器(未示出)中產(chǎn)生至少一個(gè)干涉環(huán)。為了得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，通過曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)80調(diào)整光纖位置，使大芯徑光纖端面的最高點(diǎn)與數(shù)字?jǐn)z像顯示器(未示出)的十字參考線交叉點(diǎn)基本重合；當(dāng)然，所述十字參考線也可以叉形參考線代替。即使干涉環(huán)的中心與光纖端面的中心基本重合，使光纖端面的中心成為光軸子午面最高點(diǎn)。在此點(diǎn)產(chǎn)生的干涉環(huán)的中心，也就是以光纖中心為最高點(diǎn)的球面干涉圖像。
[0026]本發(fā)明通過曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)80對(duì)光纖端面進(jìn)行三維空間調(diào)整，能夠彌補(bǔ)線性位移機(jī)構(gòu)60只能平面調(diào)整的缺陷，進(jìn)而更加精密地調(diào)整光纖端面的位置，在顯示器(未示出)中產(chǎn)生至少一個(gè)干涉環(huán)。
[0027]S3、數(shù)字成像系統(tǒng)40采集干涉圖像并通過計(jì)算機(jī)90計(jì)算得出曲率半徑。具體是:根據(jù)干涉環(huán)暗環(huán)的直徑及相互間隔取樣并測(cè)量，通過預(yù)設(shè)的算法，計(jì)算出光纖端面的曲率半徑。
[0028]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中，雖然是以5步操作來說明的，實(shí)際上，本發(fā)明中的S21步和S22步是可以省去的，也就是說，只需S1、S2和S3二步，本發(fā)明也是可以實(shí)現(xiàn)的，只是效果略差而已。
[0029]進(jìn)一步地，在S3中通過肉眼觀察干涉環(huán)的數(shù)量來判斷光纖端面的幾何狀況，所述干涉環(huán)數(shù)量越少，光纖的端面質(zhì)量越好。
[0030]本發(fā)明涉及一種大芯徑光纖端面檢測(cè)設(shè)備，包括主體，所述主體上包括光源，所述光源是設(shè)于主體上的光源發(fā)生器產(chǎn)生的單色光。所述主體上設(shè)有定位夾具，光纖通過定位夾具與所述主體連接。
[0031]所述主體上設(shè)有干涉光路組件，所述干涉光路組件包括分光器件10、凸透鏡和發(fā)射鏡。所述分光器件10是分光棱鏡或半透半反透鏡或介質(zhì)膜分光透鏡。
[0032]所述主體上設(shè)有用于調(diào)節(jié)所述干涉光路的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括線性位移機(jī)構(gòu)60、曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)80和微位移機(jī)構(gòu)70，所述線性位移機(jī)構(gòu)60用于調(diào)整光纖的端面的平面位置，所述曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)80用于調(diào)整光纖的端面的立體空間位置，優(yōu)先的，所述曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)80可以是Θ軸位移機(jī)構(gòu)，或球面磁吸機(jī)構(gòu)，或球面位移機(jī)構(gòu)等來實(shí)現(xiàn);所述微位移機(jī)構(gòu)70用于調(diào)整反射鏡30的平面位置。所述微位移機(jī)構(gòu)70是壓電陶瓷，通過控制器控制壓電陶瓷工作，從而使反射鏡30產(chǎn)生位移。所述微位移機(jī)構(gòu)可以是壓電陶瓷，也可以是其他精密的位移機(jī)構(gòu)如:精密螺桿等。為了得到更精密的控制和調(diào)節(jié)精度，本發(fā)明采用了壓電陶瓷控制位移量的方式。
[0033]所述主體上設(shè)有用于干涉圖像成像的物鏡20和數(shù)字成像系統(tǒng)40。所述數(shù)字成像系統(tǒng)40還用于采集干涉圖像。所述數(shù)字成像系統(tǒng)40是自帶中心十字線的數(shù)字成像系統(tǒng)40。所述數(shù)字成像系統(tǒng)40將干涉圖像采集后傳輸至計(jì)算機(jī)90，由計(jì)算機(jī)90對(duì)干涉圖像進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，最后得到該光纖端面的曲率半徑等參數(shù)。
[0034]所述主體上設(shè)有顯示器(未示出)，所述顯示器(未示出)中顯示干涉圖像。
[0035]光纖固定在主體上，通過所述位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)干涉光路的調(diào)整，所述光源的光束經(jīng)過干涉光路后分為的檢測(cè)光和參考光形成干涉圖像;數(shù)字成像系統(tǒng)40采集干涉圖像并傳輸至計(jì)算機(jī)90進(jìn)行處理。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了線性位移機(jī)構(gòu)60、曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)80分別調(diào)整光纖的端面的平面位置和立體空間位置，采用微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的平面位置，使檢測(cè)光和參考光產(chǎn)生干涉圖像并且在數(shù)字?jǐn)z像顯示器(未示出)中至少顯示一個(gè)干涉環(huán)，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算曲率半徑等相關(guān)參數(shù)，或者僅通過肉眼觀察，根據(jù)干涉環(huán)的數(shù)量來判斷大芯徑光纖的質(zhì)量好壞。該檢測(cè)方法更為精密，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)大芯徑光纖的曲率半徑等參數(shù)，進(jìn)而判斷被檢測(cè)的大芯徑光纖是否符合質(zhì)量要求。
[0037]顯然，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大芯徑光纖端面檢測(cè)方法，包括以下步驟: 51、將單色光通過分光器件分成參考光和用于檢測(cè)光纖端面的檢測(cè)光； 52、插入大芯徑光纖，并使大芯徑光纖的待檢端面位于預(yù)定位置； 其特征在于，還包括: 53、通過曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整大芯徑光纖待檢端面的立體空間位置，從而使大芯徑光纖待檢端面在數(shù)字成像系統(tǒng)中產(chǎn)生至少一個(gè)干涉環(huán)； 54、所述數(shù)字成像系統(tǒng)采集干涉圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大芯徑光纖端面檢測(cè)方法，其特征在于，在上述S2和S3之間還包括下述步驟: 521、將參考光遮擋，調(diào)整線性位移機(jī)構(gòu)使光纖端面通過物鏡和數(shù)字成像系統(tǒng)成像，并使光纖端面的中心與數(shù)字成像系統(tǒng)的十字參考線交叉點(diǎn)基本重合； 522、打開參考光，通過微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的位置，使參考光與檢測(cè)光產(chǎn)生干涉圖像。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大芯徑光纖端面檢測(cè)方法，其特征在于，通過曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整光纖位置，使光纖端面的最高點(diǎn)與參考線交叉點(diǎn)基本重合。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大芯徑光纖端面檢測(cè)方法，其特征在于，在所述曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整光纖的立體空間位置的同時(shí)，還通過微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整反射鏡的位置。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大芯徑光纖端面檢測(cè)方法，其特征在于，通過肉眼觀察干涉環(huán)的數(shù)量，所述干涉環(huán)數(shù)量越少，光纖的端面質(zhì)量越好。6.一種大芯徑光纖端面檢測(cè)設(shè)備，包括主體，所述主體包括: 光源， 干涉光路組件， 用于調(diào)節(jié)所述干涉光路的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 用于使干涉圖像成像并采集干涉圖像的數(shù)字成像系統(tǒng)， 光纖與主體連接，通過所述位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)干涉光路的調(diào)整，所述光源的光束經(jīng)過干涉光路后分為的檢測(cè)光和參考光形成干涉圖像，其特征在于，所述位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括線性位移機(jī)構(gòu)、曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)和微位移機(jī)構(gòu)，所述線性位移機(jī)構(gòu)、曲面調(diào)整機(jī)構(gòu)分別調(diào)整光纖的端面的平面位置和立體空間位置，所述微位移機(jī)構(gòu)調(diào)整所述干涉光路組件上的反射鏡的平面位置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大芯徑光纖端面檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，還包括計(jì)算曲率半徑的計(jì)算機(jī)。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的大芯徑光纖端面檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述干涉光路組件包括分光器件，所述分光器件是分光棱鏡或半透半反透鏡或介質(zhì)膜分光透鏡。9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的大芯徑光纖端面檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，光纖通過定位夾具與所述主體連接。10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的大芯徑光纖端面檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述微位移機(jī)構(gòu)是壓電陶瓷。
【文檔編號(hào)】G01N21/45GK105890872SQ201610197735
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】羅煒
【申請(qǐng)人】羅煒