CN115093113B - 一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控*** - Google Patents
一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控***，属于微纳光子学器件技术领域。所述直径在线监控***主要由激光光源模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块、PC终端以及微纳光纤拉制装置组成。所述激光光源模块包括温度控制器、激光器以及隔离器；所述模拟信号处理模块包括光电转换装置、信号滤波装置以及差分信号放大装置；所述数字信号处理模块包括A/D转换器、队列存储和逻辑运算装置。本发明所述直径在线监控***能够实现微纳光纤拉制全流程直径在线监控，可精确监测并控制微纳光纤直径范围500nm‑10μm，直径精度小于2％。
Description
技术领域
本发明涉及微纳光子学器件技术领域，特别是涉及一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控***。
背景技术
光纤作为新一代光传输介质，以其制造简单、价格便宜、连接快捷等特点，已广泛应用于光通信、光传感等应用领域。特别地，微纳光纤因其强倏逝场、高功率密度的优点，近年来已逐步成为光传感领域典型的光传输介质。影响微纳光纤性能的因素是多方面的，而精确控制微纳光纤的直径是其中很重要的因素，要保证拉制出的微纳光纤直径精度，就必须有完备的监测方法。
目前微纳光纤多采用CCD相机进行直径监测，其监测精度很大程度上取决于图像质量，并且易受到外界环境因素影响，因此该方法监测微纳光纤直径误差较大；并且该方法属于开环式控制，难以精确控制所需的微纳光纤直径。因此，本领域亟需一种能够用于微纳光纤拉制的闭环式直径在线监控装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控***，能够实现微纳光纤拉制全流程闭环式直径在线监控，提高微纳光纤直径拉制精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控***，包括：激光光源模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块、PC终端以及微纳光纤拉制装置；所述激光光源模块包括温度控制器、激光器以及隔离器；所述模拟信号处理模块包括顺次连接的光电转换装置、信号滤波装置以及差分信号放大装置；所述数字信号处理模块包括顺次连接的A/D转换器以及队列存储和逻辑运算装置；
所述温度控制器与所述激光器连接；所述隔离器设置在所述激光器的出射光路上；所述激光器发出的信号光经过所述隔离器后进入微纳光纤中；所述模拟信号处理模块和所述数字信号处理模块依次设置在所述微纳光纤的出射光路上；所述微纳光纤输出的光信号依次进入所述光电转换装置、所述滤波装置以及所述差分信号放大装置进行模拟信号处理；处理后的模拟信号依次经过所述A/D转换器以及所述队列存储和逻辑运算装置进行数字信号处理；处理后的数字信号输入至所述PC终端；
所述PC终端分别连接所述温度控制器、所述激光器以及所述微纳光纤拉制装置；所述微纳光纤拉制装置用于拉制所述微纳光纤。
可选地，所述激光器中心波长范围为700nm-1550nm，半波峰宽为5nm-15nm，输出功率为10mW-20mW。
可选地，所述光电转换装置包括硅光电二极管、锗光电二极管、铟镓砷光电二极管、光敏电阻中的一种或几种。
可选地，所述信号滤波装置包括带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、低通滤波器中的一种或几种。
可选地，所述差分信号放大装置包括跨阻放大器、跨导放大器、运算放大器、锁相放大器中的一种或几种。
可选地，所述A/D转换器包括积分型A/D转换器、逐次比较型A/D转换器、并行比较型A/D转换器、调制型A/D转换器、电容阵列逐次比较型A/D转换器中的一种或几种。
可选地，所述队列存储和逻辑运算装置包括FPGA芯片、ARM芯片、DSP芯片中的一种或几种。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控***，包括：激光光源模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块、PC终端以及微纳光纤拉制装置；所述激光光源模块包括温度控制器、激光器以及隔离器；所述模拟信号处理模块包括顺次连接的光电转换装置、信号滤波装置以及差分信号放大装置；所述数字信号处理模块包括顺次连接的A/D转换器以及队列存储和逻辑运算装置；所述温度控制器与所述激光器连接；所述隔离器设置在所述激光器的出射光路上；所述激光器发出的信号光经过所述隔离器后进入微纳光纤中；所述模拟信号处理模块和所述数字信号处理模块依次设置在所述微纳光纤的出射光路上；所述微纳光纤输出的光信号依次进入所述光电转换装置、所述滤波装置以及所述差分信号放大装置进行模拟信号处理；处理后的模拟信号依次经过所述A/D转换器以及所述队列存储和逻辑运算装置进行数字信号处理；处理后的数字信号输入至所述PC终端；所述PC终端分别连接所述温度控制器、所述激光器以及所述微纳光纤拉制装置；所述微纳光纤拉制装置用于拉制所述微纳光纤。采用本发明提供的直径在线监控***能够实现微纳光纤拉制全流程闭环式直径在线监控，提高了微纳光纤直径拉制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的用于微纳光纤拉制的直径在线监控***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的利用本发明直径在线监控***进行在线监控微纳光纤直径的测试图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控***，能够实现微纳光纤拉制全流程闭环式直径在线监控，提高微纳光纤直径拉制精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的用于微纳光纤拉制的直径在线监控***的结构示意图。参见图1，本发明所述直径在线监控***包括：激光光源模块1、模拟信号处理模块2、数字信号处理模块3、PC终端4以及微纳光纤拉制装置5。具体地，所述激光光源模块1包括温度控制器101、激光器102以及隔离器103构成的混合器件。所述模拟信号处理模块2包括顺次连接的光电转换装置201、信号滤波装置202以及差分信号放大装置203。所述数字信号处理模块3包括顺次连接的A/D转换器301以及队列存储和逻辑运算装置302。
其中，所述温度控制器101与所述激光器102连接。温度控制器101主要用于抵消激光器102运行时的温度漂移，保证激光器输出功率的稳定性。所述隔离器103设置在所述激光器102的出射光路上。隔离器103主要是为了防止后续光路中的散射光返回激光器102，造成信号的扰动。所述激光器102发出的信号光经过所述隔离器103后进入微纳光纤6中。所述模拟信号处理模块2和所述数字信号处理模块3依次设置在所述微纳光纤6的出射光路上。所述模拟信号处理模块2主要实现光电转换、信号滤波以及差分信号放大功能。所述数字信号处理模块3主要实现A/D转换、队列存储和逻辑运算功能。所述微纳光纤6输出的光信号依次进入所述光电转换装置201、所述滤波装置202以及所述差分信号放大装置203进行模拟信号处理。处理后的模拟信号依次经过所述A/D转换器301以及所述队列存储和逻辑运算装置302进行数字信号处理。处理后的数字信号输入至所述PC终端4。所述PC终端4分别连接所述温度控制器101、所述激光器102以及所述微纳光纤拉制装置5。所述微纳光纤拉制装置5用于在所述PC终端4的控制下拉制所述微纳光纤6。
本发明提供的用于微纳光纤拉制的直径在线监控***，其整体的工作原理为由激光光源模块1发出信号光，通过耦合进入微纳光纤6中；光信号经过微纳光纤6后进入模拟信号处理模块2，首先作用于光电转换装置201(通常采用光电二极管实现)进行光电信号的转换，然后再经过信号滤波装置202滤除噪声信号，最后再通过差分信号放大装置203(通常采用差分信号放大器实现)将模拟信号放大；被放大的模拟信号进入数字信号处理模块3，首先经由A/D转换器301将模拟信号转换为数字信号，随后数字信号以队列存储的形式存储于队列存储和逻辑运算装置302的寄存器中，最后通过队列存储和逻辑运算装置302中的逻辑运算电路进行相应的运算处理；经过运算处理的数字信号进入PC终端4进行数据整合，通过PC端4整合的数据可以反映出微纳光纤6的实时直径信息，根据直径信息的反馈可以进一步调整激光光源模块1及微纳光纤拉制装置5中相关工艺参数，形成全流程闭环的直径在线监控。
其中，所述激光器102中心波长范围为700nm-1550nm，半波峰宽为5nm-15nm，输出功率为10mW-20mW。所述光电转换装置201包括硅光电二极管、锗光电二极管、铟镓砷光电二极管、光敏电阻中的一种或几种。所述信号滤波装置202包括带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、低通滤波器中的一种或几种。所述差分信号放大装置203包括跨阻放大器、跨导放大器、运算放大器、锁相放大器中的一种或几种。所述A/D转换器301包括积分型A/D转换器、逐次比较型A/D转换器、并行比较型A/D转换器、调制型A/D转换器、电容阵列逐次比较型A/D转换器中的一种或几种。所述队列存储和逻辑运算装置302包括FPGA芯片、ARM芯片、DSP芯片中的一种或几种。
本发明所述直径在线监控***可精确监测并控制微纳光纤的直径，直径范围可达到500nm-10μm，直径精度小于2％。本发明所述直径在线监控***采用全流程闭环式控制微纳光纤直径，其直径具有高精度、高一致性和高置信度。本发明所述直径在线监控***具备高度自动化功能，有望实现微纳光纤的批量化制备，具有广泛的应用前景。
下面提供本发明用于微纳光纤拉制的直径在线监控***的一个具体实施例。
在该实施例中，所述激光光源模块1采用中心波长为785nm带光纤尾纤输出的激光器102，半波峰宽为5nm，输出功率15mW。所述模拟信号处理模块2中选用与激光器102中心波长匹配的硅光电二极管作为光电转换介质，采用高通滤波器用于噪声信号的滤除，选用跨阻放大器用作模拟信号的放大。所述数字信号处理模块3中采用商用数据采集卡进行A/D转换、队列存储以及逻辑运算。
工作时，首先通过PC终端4控制开启激光器102和温度控制器101，使输出激光信号稳定、无温漂；然后通过设置相关拉制参数控制微纳光纤拉制装置5，拉制过程中光信号的变化分别通过模拟信号处理和数字信号处理，最终信号反馈给PC终端4；PC终端4根据反馈的信息可实时显示微纳光纤直径的相关信息，当微纳光纤直径达到预设值时，PC终端4控制微纳光纤拉制装置5停止，整个微纳光纤直径监控过程的光信号测试如图2所示。可以看出，本发明所述直径在线监控***能够实现微纳光纤拉制全流程闭环式直径在线监控，可精确监测并控制微纳光纤直径范围500nm-10μm，直径精度小于2％。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的控制方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种用于微纳光纤拉制的直径在线监控***，其特征在于，包括：激光光源模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块、PC终端以及微纳光纤拉制装置；所述激光光源模块包括温度控制器、激光器以及隔离器；所述模拟信号处理模块包括顺次连接的光电转换装置、信号滤波装置以及差分信号放大装置；所述数字信号处理模块包括顺次连接的A/D转换器以及队列存储和逻辑运算装置；
所述温度控制器与所述激光器连接；所述隔离器设置在所述激光器的出射光路上；所述激光器发出的信号光经过所述隔离器后进入微纳光纤中；所述模拟信号处理模块和所述数字信号处理模块依次设置在所述微纳光纤的出射光路上；所述微纳光纤输出的光信号依次进入所述光电转换装置、所述滤波装置以及所述差分信号放大装置进行模拟信号处理；处理后的模拟信号依次经过所述A/D转换器以及所述队列存储和逻辑运算装置进行数字信号处理；处理后的数字信号输入至所述PC终端；
所述PC终端分别连接所述温度控制器、所述激光器以及所述微纳光纤拉制装置；所述微纳光纤拉制装置用于拉制所述微纳光纤；
所述用于微纳光纤拉制的直径在线监控***，其整体的工作原理为由激光光源模块发出信号光，通过耦合进入微纳光纤中；光信号经过微纳光纤后进入模拟信号处理模块，首先作用于光电转换装置进行光电信号的转换，然后再经过信号滤波装置滤除噪声信号，最后再通过差分信号放大装置将模拟信号放大；被放大的模拟信号进入数字信号处理模块，首先经由A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，随后数字信号以队列存储的形式存储于队列存储和逻辑运算装置的寄存器中，最后通过队列存储和逻辑运算装置中的逻辑运算电路进行相应的运算处理；经过运算处理的数字信号进入PC终端进行数据整合，通过PC端整合的数据可以反映出微纳光纤的实时直径信息，根据直径信息的反馈进一步调整激光光源模块及微纳光纤拉制装置中相关工艺参数，形成全流程闭环的直径在线监控；
工作时，首先通过PC终端控制开启激光器和温度控制器，使输出激光信号稳定、无温漂；然后通过设置相关拉制参数控制微纳光纤拉制装置，拉制过程中光信号的变化分别通过模拟信号处理和数字信号处理，最终信号反馈给PC终端；PC终端根据反馈的信息实时显示微纳光纤直径的相关信息，当微纳光纤直径达到预设值时，PC终端控制微纳光纤拉制装置停止；所述直径在线监控***能够实现微纳光纤拉制全流程闭环式直径在线监控，可精确监测并控制微纳光纤直径范围500nm-10μm，直径精度小于2％；
所述激光器中心波长范围为700nm-1550nm，半波峰宽为5nm-15nm，输出功率为10mW-20mW；
所述差分信号放大装置包括跨阻放大器、跨导放大器、运算放大器、锁相放大器中的一种或几种；
所述A/D转换器包括积分型A/D转换器、逐次比较型A/D转换器、并行比较型A/D转换器、调制型A/D转换器、电容阵列逐次比较型A/D转换器中的一种或几种；
所述队列存储和逻辑运算装置包括FPGA芯片、ARM芯片、DSP芯片中的一种或几种；
所述光电转换装置包括硅光电二极管、锗光电二极管、铟镓砷光电二极管、光敏电阻中的一种或几种；
所述信号滤波装置包括带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、低通滤波器中的一种或几种。
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