CN109827760A - 一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置 - Google Patents

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裴丽
郭智君
宁提纲
郑晶晶
王建帅
何倩
解宇恒
常彦彪
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Abstract

本发明公开了一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置，属于光纤通信、光电测量，信号处理领域。单纵模激光光源(1)发出的光束经过偏光显微镜(2)的反光镜照射到载物台上的光纤，透射光经过物镜输出到可变补偿器(3)，经过可变补偿器(3)的光束通过检偏器后被CCD相机(4)接收。调节可变补偿器(3)的相位延迟量，得到光纤引入延迟量的不同测量结果。对比不同的测量结果，得到同一像素点光强极小值取最小时的延迟量，实现光纤引入延迟量的准确测量。由光纤引入延迟量与内应力之间的函数关系，通过计算得到光纤的内应力分布，实现光纤内应力的测量。

Description

一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置
技术领域
本发明涉及一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置，属于光纤通信、光电测量，信号处理领域。
背景技术
随着通信与传感技术的发展，新型光纤的设计、制造与应用已成为目前国内外研究的热点，对新型光纤的性能指标的要求也越来越高。光纤内部残余应力是衡量光纤性能的一项重要参数，它不仅影响光纤的机械特性，还会导致折射率分布的变化。尽管光纤在制作时有可依据的设计参数，但实际产品的折射率分布往往与设计结果存在差异，误差严重时可能导致性能下降以致不能正常使用。因此，对光纤进行无损的内应力测量对优化光纤设计参数，提高光纤性能和改善其制造工艺具有重要意义。
光纤内应力测量原理是利用光弹效应通过测量光相位延迟的分布，利用延迟量与内应力之间的函数关系，计算得出光纤的内应力分布。现有的测量方法主要有：相位补偿法、数字全息法、相位调制法等。由于相位补偿法具有光路简单、测量精度高、测量时间短等优势，成为测量光纤内应力最常用的方法。相位补偿法利用补偿器测得光纤引入的延迟量，进而得到光纤内应力。测量步骤如下：补偿器的相位延迟量为γc，补偿器的慢轴与光纤的轴相垂直，旋转补偿器，找到最小光强时对应的补偿器的旋转角度θc，从而得出光纤引入的延迟量Rf，如公式(1)所示：
求得Rf之后，再根据相位延迟量与内应力的关系，得出光纤的内应力分布。但目前测量装置采用的是延迟量γc固定的补偿器，只能测得一组数据，使得测量的结果不够准确且无法对测量装置进行优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对目前光纤内应力测量装置中补偿器相位延迟量固定不可调导致测量结果不够准确提出的。
本发明所采用的技术方案：
一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置，包括：单纵模激光光源、偏光显微镜、可变补偿器和CCD相机，其中可变补偿器可以是一种液晶可变玻片，由玻璃基底、氧化铟锡电极、液晶配向膜、液晶盒层和液晶分子组成；也可以是索累补偿器，由两个光轴平行的石英劈，一个石英平行平面薄板和微调螺丝组成。所述单纵模激光光源发出的光束经过偏光显微镜的反光镜照射到载物台上的光纤，透射光经过物镜输出到可变补偿器，经过可变补偿器的光束通过检偏器后被CCD相机接收。
所述可变补偿器相位延迟量取一固定值，通过不断旋转可变补偿器，实现光纤引入延迟量的快速测量。调节可变补偿器的相位延迟量，通过不断旋转可变补偿器得到新的光纤引入延迟量测量结果。对比不同的测量结果，得到同一像素点光强极小值取最小时的延迟量，实现光纤引入延迟量的准确测量。对于液晶可变玻片，调节其氧化铟锡两电极间电压，玻璃基底间液晶分子重新排列，导致折射率分布变化，从而改变延迟量；对于索累补偿器，通过微调螺丝调节两劈的总厚度，从而改变延迟量。由光纤引入延迟量与内应力之间的函数关系，通过计算得到光纤的内应力分布，实现光纤内应力的测量。
本发明的有益效果具体如下
发明通过单纵模激光光源、偏光显微镜、可变补偿器和CCD相机，可实现光纤内应力的无损、准确测量，装置简单、灵活、构建成本低、适用性强，可广泛应用于光纤及光栅的设计、制造等领域。
附图说明
图1为相位延迟量可调的光纤内应力测量装置示意图。
图2为索累补偿器结构示意图。
图3为实施例一中熊猫保偏光纤内应力横截面分布图。
图4为实施例二中标准单模光纤内应力横截面分布图。
具体实施方式
实施例一
参见图1，一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置，包括：单纵模激光光源1、偏光显微镜2、可变补偿器3和CCD相机4。所述单纵模激光光源1发出的光束经过偏光显微镜2的反光镜照射到载物台上的熊猫保偏光纤，透射光经过物镜输出到可变补偿器3，经过可变补偿器3的光束通过检偏器后被CCD相机4接收。
所述单纵模激光光源1的波长为532nm，可变补偿器3为液晶可变玻片。
可变补偿器3的相位延迟量取π/2，不断旋转可变补偿器3得到CCD相机4中各像素点光强分别取极小值时对应的延迟量。调节可变补偿器3玻璃基底5内的氧化铟锡电极6两端电压，使液晶配向膜7下液晶盒层8内的液晶分子9重新排列，导致折射率分布变化，从而改变相位延迟量为π/4，不断旋转可变延迟器3得到CCD相机4中各像素点光强分别取新的极小值时对应的延迟量。比较两次测量结果中同一像素点光强极小值的大小，取较小者对应的延迟量；光纤每旋转2°，重复上述测量过程，直至光纤旋转一周。利用光纤旋转一周的所有延迟量与内应力的函数关系，通过滤波反投影算法得到光纤内应力分布，如图3所示。
由于补偿器的相位延迟量可调，利用不同的补偿器延迟量作为已知参量对光纤引入延迟量进行多次测量，其中同一像素点光强极小值最小时对应的光纤引入延迟量最准确，取该延迟量作为中间参量计算得到内应力，实现了光纤内应力的准确测量。
实施例二
参见图1和图2，一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置，包括：单纵模激光光源1、偏光显微镜2、可变补偿器3和CCD相机4。所述单纵模激光光源1发出的光束经过偏光显微镜2的反光镜照射到载物台上的标准单模光纤，透射光经过物镜输出到可变补偿器3，经过可变补偿器3的光束通过检偏器后被CCD相机4接收。
所述单纵模激光光源1的波长为532nm，可变补偿器3为索累补偿器。
可变补偿器3的相位延迟量取π/4，不断旋转可变补偿器3得到CCD相机4中所有像素点光强分别取极小值时对应的延迟量。通过可变补偿器3的微调螺丝12调节石英平行平面薄板10上的两个石英劈11的总厚度使可变补偿器3的相位延迟量为π/8，不断旋转可变补偿器3得到CCD相机4中各像素点光强分别取新的极小值时对应的延迟量。比较两次测量结果中同一像素点光强极小值的大小，取较小者对应的延迟量作为已知参量，利用其与内应力的函数关系，通过计算得到光纤的内应力分布，如图4所示。
由于光纤结构具有轴对称的特点，只需一副图像中所有像素点的延迟量信息即可得出内应力分布，大大减少测量时间。通过调节补偿器延迟量，使补偿后的光强更接近零，从而得到更准确的光纤引入延迟量，保证内应力计算结果的准确性。

Claims (2)

1.一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置，包括：单纵模激光光源(1)、偏光显微镜(2)、可变补偿器(3)和CCD相机(4)，其特征在于：所述单纵模激光光源(1)发出的光束经过偏光显微镜(2)的反光镜照射到载物台上的光纤，透射光经过物镜输出到可变补偿器(3)，经过可变补偿器(3)的光束通过检偏器后被CCD相机(4)接收。
2.根据权利要求1所述的一种相位延迟量可调的光纤内应力测量装置，其特征在于：调节可变补偿器(3)的相位延迟量对光纤内应力的准确测量。
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