CN108225732A - 一种光纤检测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光纤检测***及方法，所述方法包括：控制所述激光器的输出功率和所述加热器的加热温度，当所述待检测光纤中自发发生熔丝损伤时，获取所述光功率计的读数和所述温度传感器的读数。通过控制待检测光纤中的光纤内的光功率和光纤的温度，使得待检测光纤中自发发生熔丝损伤，并获取待检测光纤熔丝损伤自发发生时的光纤内的光功率和光纤的温度，即获取了待检测光纤中熔丝损伤自发发生的功率和温度条件，根据待检测光纤中熔丝损伤发生的具体条件可以进一步指导待检测光纤的使用，延长光纤的使用寿命。

Description

一种光纤检测***及方法

技术领域

本发明实施例涉及光学与激光光电子学技术领域，更具体地，涉及一种光纤检测***及方法。

背景技术

光纤的质量包含多种因素的影响，其评价指标也不一，相应地以这些评价指标为目标的检测方法也不一。以实用性为导向，在仅作为传光媒介的光纤选择时常以纤芯直径、数值孔径、光纤直径等外部指标来选择，对于有工作要求如工作波长、增益等要求时，则有吸收带宽、吸收系数等指标。在光纤***中，重要的威胁因素之一就是所谓的光纤熔丝损伤(Fiber Fuse)。这一损伤通常情况下表现为一个可见的亮点突然出现在工作中的光纤或者光纤器件中，并沿着激光传来的方向快速向着激光源传播，所到之处光纤内部被毁坏，在纤芯中甚至可能出现熔化迹象以及化学反应后留下的空洞。这种损伤现象宏观上很像鞭炮导火索被点燃后的样子，因而很容易被肉眼注意到。如果光功率较低，则熔丝损伤发生后也可能不会传播，因而不易被肉眼注意到，但是熔丝损伤初始发生处仍然遭受破坏，光纤或者光纤器件在此处的传光能力严重受损，表现为光纤或者光纤器件传输的光发生突变或者甚至不能传光。为了预防熔丝损伤出现在光纤***中，必须对***所使用的光纤或者光纤器件进行检测。

但是，当前研究对于这一损伤知之甚少，没有找到熔丝损伤自发发生的内在原因，只能通过对光纤***进行人为破坏(例如，用金属碰撞光纤端面，或者用光纤熔接机的电弧电击光纤)而主动触发这一现象，因而也就无法对其自发发生进行相应的检测，更无法获知熔丝损伤自发发生的具体条件。若无法获知熔丝损伤自发发生的具体条件，则没有规避熔丝损伤自发发生的科学依据，使得实践生产过程中熔丝损伤自发发生没有可预见性，使得光纤器件的使用寿命不具可控性。为了评判光纤器件质量好坏，预测并规避熔丝损伤，必须通过研究找到熔丝损伤的发生条件，至少是部分发生条件。

发明内容

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光纤检测***及方法。

一方面本发明实施例提供了一种光纤检测***，所述***包括：激光器、待检测光纤、加热单元以及光功率计，所述待检测光纤的一端与所述激光器连接，所述待检测光纤的另一端正对所述光功率计设置；其中，

所述激光器用于产生预设功率的激光并传输至所述待检测光纤中；

所述加热单元包括加热器和温度传感器，所述加热单元用于将所述光纤加热至预设温度，所述温度传感器用于获取所述光纤的温度；

所述光功率计用于测量经所述光纤的另一端出射的激光的功率。

进一步地，所述激光器的尾纤与所述待检测光纤的一端熔接。

进一步地，所述加热单元为管式加热炉，所述待检测光纤穿装于所述管式加热炉中，且所述管式加热炉加热温度范围为-273℃-1800℃。

进一步地，所述激光器的输出功率大于0.01W。

另一方面本发明实施例提供了一种利用上述***进行光纤检测的方法，所述方法包括：

控制所述激光器的输出功率和所述加热器的加热温度，当所述待检测光纤中自发发生熔丝损伤时，获取所述光功率计的读数和所述温度传感器的读数。

进一步地，所述控制所述激光器的输出功率及所述加热器的加热温度，具体包括：

保持所述激光器的输出功率不变，同时按第一预设间隔改变所述加热器的加热温度、保持所述加热器的加热温度不变，同时按第二预设间隔改变所述激光器的输出功率，或者按第三预设间隔改变所述激光器的输出功率，同时按第四预设间隔改变所述加热器的加热温度。

本发明实施例提供的一种光纤检测***及方法，通过控制待检测光纤中的光纤内的光功率和光纤的温度，使得待检测光纤中自发发生熔丝损伤，并获取待检测光纤熔丝损伤自发发生时的光纤内的光功率和光纤的温度，即获取了待检测光纤中熔丝损伤自发发生的功率和温度条件，根据待检测光纤中熔丝损伤发生的具体条件可以进一步指导待检测光纤的使用，延长光纤的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种光纤检测***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光纤检测方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种光纤检测方法的流程图；

图4为本发明实施例中通过所述检测***检测得到的待检测光纤熔丝损伤自发发生对应的多组功率和温度数据；

图5为本发明实施例中利用公式(1)预测得到的待检测光纤熔丝损伤自发发生对应的多组功率和温度数据。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为了对光纤熔丝损伤自发发生进行检测，得出待检测光纤在熔丝自发发生时待检测光纤内的功率和待检测光纤的温度，本发明实施例提供了一种光纤检测***，如图1所示，所述***包括：激光器、待检测光纤、加热单元以及光功率计，所述待检测光纤的一端与所述激光器连接，所述待检测光纤的另一端正对所述光功率计设置；其中：

所述激光器用于产生预设功率的激光并传输至所述待检测光纤中。所述加热单元包括加热器和温度传感器，所述加热单元用于将所述光纤加热至预设温度，所述温度传感器用于获取所述光纤的温度。所述光功率计用于测量经所述光纤的另一端出射的激光的功率。

进一步地，所述激光器的尾纤与所述待检测光纤的一端熔接。

进一步地，所述加热单元为管式加热炉，所述待检测光纤穿装于所述管式加热炉中，且所述管式加热炉加热温度范围为-273℃-1800℃。

进一步地，根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述激光器的输出功率大于0.01W。

其中，所述管式加热炉的加热温度范围为-273℃-1800℃，可以基本覆盖检测中所需的所有温度。所述激光器的输出功率大于0.01W，基本可以覆盖检测中所需的所有功率，避免因需要不同的功率和温度条件而产生更换设备的问题。

具体地，所述***在工作时，通过调节激光器产生预设功率的激光并通过待检测光纤的一端传输至待检测光纤中，同时通过加热单元中的加热器将待检测光纤加热至预设温度，并通过光功率计测量从待检测光纤另一端出射的激光的功率。其中，预设功率和预设温度可以根据实际需求进行设定。

本发明实施例提供的一种光纤检测***，通过激光器和加热器分别控制待检测光纤中的功率和温度，并通过功率计和温度传感器分别获取待检测光纤的温度和其中的激光的功率，可以实现对待检测光纤中与光纤温度和光功率相关性质的检测。

图2为本发明实施例提供的一种光纤检测方法，如图2所示，所述方法包括：S1，控制所述激光器的输出功率和所述加热器的加热温度，当所述待检测光纤中自发发生熔丝损伤时，获取所述光功率计的读数和所述温度传感器的读数。

进一步地，所述控制所述激光器的输出功率及所述加热器的加热温度，具体包括：

保持所述激光器的输出功率不变，同时按第一预设间隔改变所述加热器的加热温度、保持所述加热器的加热温度不变，同时按第二预设间隔改变所述激光器的输出功率，或者按第三预设间隔改变所述激光器的输出功率，同时按第四预设间隔改变所述加热器的加热温度。

其中，本发明实施例提供的光纤检测方法，其目的是直接或者间接地获知两种数据，一种是熔丝损伤自发发生时光纤中传输的光功率P₀，另一种是该功率P₀附近对应的熔丝损伤自发发生的光纤临界温度T₀。第一步，准备能够同时获得光纤温度T与通过该光纤的光功率P的光纤检测***，也即上述实施例中的光纤检测***；第二步，在光纤检测***中提供受控的光纤温度和传输的光功率，使得熔丝损伤自发发生；第三步，获得熔丝损伤触发时的一组光纤温度T₀与光纤中的光功率P₀。所谓受控，是指相应参数的数值能够被直接或间接知晓，并不要求该参数在检测过程中被人为地主动改变，也就是说，固定光纤温度T₀也是T₀受控的一种情形。

首先，需要说明的是，本发明实施例中所述熔丝损伤是指光纤或者光纤器件内正在传输的光造成的对于该光纤以及光纤器件的损伤。真正对光纤***产生威胁的熔丝损伤就属于自发发生的熔丝损伤。所述光纤器件是指以光纤为材料改造、制造而成的各种器件，或者以光纤为材料之一，加以其他材料改造、制造而成的各种器件。限于表达的简洁，本发明实施例中有时对于“光纤及光纤器件”仅使用“光纤”加以描述。在存在光纤器件时，本发明实施例所称的“光纤”也自然地包括了光纤器件。

第二，需要说明的是，以上所说的熔丝损伤的“自发发生”，指的是通过控制光纤或光纤器件中传输的光功率和光纤温度而导致的熔丝损伤的发生，但不包括对正在传输光的光纤或光纤器件进行了当场造成光纤机械结构损伤的操作而导致的熔丝损伤的当场发生。

其中，所谓“控制光纤或光纤器件中传输的光功率和光纤温度”，实际上是在语义上表达“熔丝损伤的自发发生与光功率和光纤温度有关”这一客观事实，仅要求光纤***中具有光功率和光纤温度，并非要求用户在调整改变***的光功率和光纤温度时对于这两个参数的具体数值有准确的了解或者估计。例如，用户仅能打开激光器和关闭激光器，不能改变传输的功率的数值，依然属于“控制光功率”。用户仅能用打火机加热光纤，不能通过自己的动作来直接让光纤达到某个准确、固定的光纤温度数值，也依然属于“控制光纤温度”。

“当场造成光纤机械结构损伤的操作”，指得是即使光纤中没有传输光，单纯由这种操作也能当场造成光纤机械结构损伤的操作。工程中典型地，是在熔丝损伤发生之前，折断、剪断、用固体触碰光纤端面、用电弧电击光纤，以致光纤发生了熔化或者形变，同时就发生了熔丝损伤。如果仅对光纤进行了加热操作，例如用打火机灼烧光纤，在光纤中没有传输光的时候单纯这一操作不会对光纤造成机械结构损伤，但是在熔丝损伤发生时光纤同时受到了损伤，那么这种加热操作就属于导致熔丝损伤“自发发生”的操作。

“而导致的熔丝损伤的当场发生”，是指当场造成光纤机械结构损伤与熔丝损伤的发生具有同时性。在光纤中没有传输激光的时候，根据需要事先对光纤进行一定的机械结构破坏，然后再给光纤通入传输光，控制其传输的光功率和光纤温度，进而导致的熔丝损伤，不属于所述当场造成光纤机械结构损伤与熔丝损伤的发生，而是属于熔丝损伤的自发发生。

第三，需要说明地，本发明实施例所说的“同时获得光纤温度T与通过该光纤的光功率P”，是指的所获得的T与P在逻辑上是属于一个共同状态下的，而并非要求在实际操作中于同一时间点在仪器仪表上看到这两种参数。例如，如果光功率取值是用户事先测量或通过其他手段了解，并可以根据某种规律估计或者预测其后续状态的，假设用户知道在P＝10W左右，那么，忽略或者去除功率传感器，直接测量获得光纤温度T＝50℃，这样，虽然功率10W和温度50℃对于用户来说并非在同一时间点从仪表上看到的，但仍然是本发明实施例所说的“同时获得”。

本发明实施例所说的“获得”，同理也是指逻辑上的获得，而不是必须由仪器直接读数获得。例如，使用积分球对光纤传输光进行积分，得到光的能量E，虽然它没有直接得到本发明实施例所说的P，但是显然可以通过数学和物理关系进一步得到P，因此，使用积分球获得光能量E这一操作依然属于本发明实施例所说的“获得传输的光功率P”。因此，本发明实施例所说的“获得光纤或者光纤器件在熔丝损伤自发发生时传输的光功率P₀以及光纤温度T₀”，就是测得任何在逻辑上与P₀和T₀具有关系的P和T。这里只要求事实上存在的某种逻辑关系，并不要求用户详细了解该逻辑的数学物理表达式或者本质原理。也就是说，不以“用户故意地或者无意地用其他数值替代真实的P₀和T₀”作为规避本发明实施例保护的理由。例如，熔丝损伤自发发生时，使用温度传感器测得了光纤周围的空气温度T，这一操作显然就是在逻辑上获得了T₀，而不需要用户知晓空气温度T和真实的光纤温度T₀究竟有多少误差。

具体地，本发明实施例的实施方案如图3所示。这种实施方案可以但不限于针对对于温度敏感但是功率不敏感(工作功率最大值已经确定)的光纤进行检测。

第一步，准备光纤实验***。

优选地，使用一台以光纤输出的激光器，将待检测的光纤熔接在该激光器的输出尾纤上，并固定在一加热器中。优选地加热器可以产生高达1800℃的高温(这样，检测范围显然包含了一切低于1800℃的加热器能够达到的检测范围，节省了万一温度不足需要更换加热器的困境。当然，事实上针对某些光纤也可能使用远低于这一温度的加热器，例如仅有100℃的加热器甚至更低)；加热器中内置了温度传感器，可以用于测量光纤所处的环境温度，也即光纤温度。待检测的光纤末端连接到光功率计，光功率计可以测量光纤内传输的光功率。

第二步，使得熔丝损伤自发发生。

优选地，打开激光器，固定输出一定功率的激光，例如固定50W。打开加热器并设定目标温度，例如从室温加热到1000℃，使得待检测的光纤的温度上升。或者，可以将加热器固定到某一温度，例如固定800℃，然后逐渐增加输出激光功率，例如从零上升到100W。在这些过程中，等待熔丝损伤自发发生。

第三步，获得T₀和P₀。

优选地，当熔丝损伤自发发生时，温度传感器的读数即是要获得的T₀，例如T＝400℃光功率计的读数即是P₀，例如P₀＝48W。根据用户的容忍范围或者喜好范围，也可以选取任何在这种范围内接近T₀的T都可以用于替代T₀，例如使用熔丝损伤自发发生前后一段时间内的温度传感器读数T＝450℃作为T₀；同理，任何接近P₀的P都可以用于替代P₀，例如使用第二步打开激光器之后的光功率计读数P＝50W作为P₀。任何符合上述精神的数字选取过程都属于本发明实施例的保护范围。

以上步骤结束后，获得了待检测光纤熔丝损伤自发发生对应的光功率和温度，即获得了待检测光纤熔丝损伤自发发生的条件。

本发明实施例提供的一种光纤检测方法，通过控制待检测光纤中的光纤内的光功率和光纤的温度，使得待检测光纤中自发发生熔丝损伤，并获取待检测光纤熔丝损伤自发发生时的光纤内的光功率和光纤的温度，即获取了待检测光纤中熔丝损伤自发发生的功率和温度条件，根据待检测光纤中熔丝损伤发生的具体条件可以进一步指导待检测光纤的使用，延长光纤的使用寿命。

基于上述实施例，本发明实施例中获得的这两种数据在判断光纤质量上具有极高的应用价值。对于工作条件固定的光纤，例如固定在100W功率下工作的光纤，假设获得了T₀＝1000℃，则可以指导实际应用，使得让光纤的任何部位的工作温度不要超过1000℃，从而尽量避免熔丝损伤。类似地，如果有两根不同型号的备选光纤，都在P₀＝15W进行测试，一根获得了T₀＝1000℃，另一根获得了T₀＝500℃，则一般可以认为前者的质量优于后者。如果固定光纤温度T₀＝300℃，两根不同型号的备选光纤一根获得了P₀＝30W，另一根获得了P₀＝100W，则一般可以认为后者的质量优于前者。如果光纤温度和光功率同时上升，一根光纤获得了T₀＝500℃，P₀＝60W，另一根获得了T₀＝600℃，P₀＝200W，那么在对于温度性能不敏感但对于功率性能敏感的应用条件下，一般可以认为后者的质量优于前者，在对于温度非常敏感，但实际功率低于60W的***，则也可以认为前者的质量优于后者。

另外，本发明实施例中获得的这两种数据，还可以用来预测熔丝损伤的发生初条件，具体预测使用如下公式：

在公式(1)中，e是自然对数的底数，C是与T₀相同单位的参数，β也近似地是一个常数，此处不再赘述其复杂物理原理。根据公式(1)仅需确定C和β，即可得到(T₀,P₀)应当具有的一一对应关系。如要根据实验测得的(T₀,P₀)确定C和β，在数学上相当于求解超越方程组，只需实验测得若干组(理论上，至少两组)的(T₀,P₀)，可以通过数学手段求得C和β的数值解，然后就可以反过来得到(T₀,P₀)的关系，也即实现了对熔丝损伤自发发生条件的预测。

具体地，如图4所示，图中每个圆点对应的纵坐标和横坐标分别对应光纤熔丝损伤自发发生时的功率P₀和温度T₀。首先获得如图4中所示的多个点对应的T₀和P₀，然后利用这些检测数据和公式(1)，计算参数C和β。得到这些参数后，再利用优选公式(1)，计算出被检测的光纤中熔丝损伤自发发生的条件(T₀,P₀)，如图5所示，可见一条曲线，该曲线上的点对应着被检测光纤熔丝损伤自发发生时对应的功率和温度，换言之，光纤工作在各种功率下可能有熔丝损伤自发发生的温度条件就被一一确定。这些条件对于特殊的光纤***有极高的价值，可以用于指导光纤***的设计，如果光纤***工作在这条曲线右侧范围的参数下，则该***就非常危险，反之如果工作在这条曲线左侧范围的参数下，则该***就是安全的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光纤检测***，其特征在于，所述***包括：激光器、待检测光纤、加热单元以及光功率计，所述待检测光纤的一端与所述激光器连接，所述待检测光纤的另一端正对所述光功率计设置；其中，

所述激光器用于产生预设功率的激光并传输至所述待检测光纤中；

所述加热单元包括加热器和温度传感器，所述加热单元用于将所述光纤加热至预设温度，所述温度传感器用于获取所述光纤的温度；

所述光功率计用于测量经所述光纤的另一端出射的激光的功率。

2.根据权利要求1所述***，其特征在于，所述激光器的尾纤与所述待检测光纤的一端熔接。

3.根据权利要求1所述***，其特征在于，所述加热单元为管式加热炉，所述待检测光纤穿装于所述管式加热炉中，且所述管式加热炉加热温度范围为-273℃-1800℃。

4.根据权利要求1所述***，其特征在于，所述激光器的输出功率大于0.01W。

5.一种利用如权利要求1-4任一项所述***进行光纤检测的方法，其特征在于，所述方法包括：

控制所述激光器的输出功率和所述加热器的加热温度，当所述待检测光纤中自发发生熔丝损伤时，获取所述光功率计的读数和所述温度传感器的读数。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述控制所述激光器的输出功率及所述加热器的加热温度，具体包括：

保持所述激光器的输出功率不变，同时按第一预设间隔改变所述加热器的加热温度、保持所述加热器的加热温度不变，同时按第二预设间隔改变所述激光器的输出功率，或者按第三预设间隔改变所述激光器的输出功率，同时按第四预设间隔改变所述加热器的加热温度。