專利名稱：聚合物光纖特性參數(shù)測試儀及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖參數(shù)的測量儀器及方法，特別是針對聚合物光纖進(jìn)行幾何及光學(xué)參數(shù)測量的儀器及方法。
背景技術(shù)：
隨著一些新型聚合物光纖(如摻氟聚合物光纖、漸變折射率光纖等)的出現(xiàn)，聚合物光纖在接入網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用將成為未來全光纖用戶網(wǎng)中最有競爭力的技術(shù)之一。聚合物光纖與石英光纖相比，兩者的芯徑、硬度、損耗、帶寬和通信波長都不同，亦即兩者的幾何及光學(xué)參數(shù)的特性均不相同，所以現(xiàn)有的石英光纖測量儀器不能直接用于聚合物光纖的測量。目前，關(guān)于聚合物光纖的標(biāo)準(zhǔn)和測試方法還未制定。而聚合物光纖的各項(xiàng)特性參數(shù)是聚合物光纖生產(chǎn)、檢驗(yàn)過程中監(jiān)測的關(guān)鍵項(xiàng)目之一，它對聚合物光纖的研究、生產(chǎn)、優(yōu)化、應(yīng)用都是十分重要的。因此，研制適合于聚合物光纖的測試方法和測試系統(tǒng)是極其重要的。
對于光纖而言，需要測試的幾何參數(shù)主要有芯徑、外徑、不圓度、偏心率等，而光學(xué)參數(shù)包括相對折射率分布、數(shù)值孔徑等。目前已有的一些光纖幾何及光學(xué)參數(shù)測試技術(shù)主要是針對芯徑較細(xì)的石英光纖，而且存在著測量參數(shù)單一、儀器分離、測量繁瑣或不便等缺陷，不利于測量的集中和節(jié)約化，也不能直接用于聚合物光纖的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種集多種功能于一體的高精度、靈活方便的聚合物光纖特性參數(shù)測試儀以及利用該測試儀對聚合物光纖進(jìn)行測試的方法。
本發(fā)明的目的是由以下方式來實(shí)現(xiàn)整個測試儀由圖象形成系統(tǒng)和圖象處理系統(tǒng)兩部分組成，其中圖象形成系統(tǒng)由光源、衰減器、載物臺、顯微物鏡、光闌、CCD攝象機(jī)依次放置在位于殼體內(nèi)的工作平臺上而構(gòu)成，整個測量光路的光軸準(zhǔn)直；光源為非相干光；聚合物光纖放置在載物臺上的夾具中，夾具由透光性材料制作，其上設(shè)置與聚合物光纖相適應(yīng)的夾槽，夾槽的軸向平行于測量光路的光軸方向；CCD攝象機(jī)的信號輸出口與圖象處理系統(tǒng)的信號輸入口相連。
利用上述儀器進(jìn)行聚合物光纖幾何參數(shù)測量的方法為光源均勻照射在光纖入射端面上，通過光纖均勻傳輸?shù)竭_(dá)光纖出射端面，經(jīng)過顯微物鏡和光闌使光纖出射端面放大成象在CCD攝象機(jī)的探測面上、并傳輸?shù)綀D象處理系統(tǒng)中，在其顯示器屏幕上實(shí)時給出光纖出射端面圖象并隨時定格采集；利用幾何參數(shù)處理軟件提取光纖出射端面的輪廓圖，計算得到芯徑、外徑、不圓度、偏心率等光纖出射端面幾何參數(shù)。
利用上述儀器進(jìn)行聚合物光纖相對折射率分布曲線測量的方法為光源均勻照射在光纖入射端面上，通過光纖均勻傳輸?shù)竭_(dá)光纖出射端面，經(jīng)過顯微物鏡和光闌使光纖出射端面放大成象在CCD攝象機(jī)的探測面上、并傳輸?shù)綀D象處理系統(tǒng)中，在其顯示器屏幕上實(shí)時給出光纖出射端面圖象并隨時定格采集；利用相對折射率分布處理軟件給出光纖出射端面的光強(qiáng)分布曲線，計算得到光纖出射端面相對折射率分布曲線。
利用上述儀器進(jìn)行聚合物光纖數(shù)值孔徑測量的方法為光源均勻照射在光纖入射端面上，通過光纖均勻傳輸?shù)竭_(dá)光纖出射端面，經(jīng)過顯微物鏡和光闌使光纖出射端面放大成象在CCD攝象機(jī)的探測面上、并傳輸?shù)綀D象處理系統(tǒng)中，在其顯示器屏幕上實(shí)時給出光纖出射端面圖象；通過改變光纖出射端面的相對位置，由載物臺上的微調(diào)器給出移動的精確讀數(shù)，計算得到光纖出射端面數(shù)值孔徑。
也就是說，本發(fā)明基于顯微放大成象原理，利用CCD圖象技術(shù)，結(jié)合計算機(jī)圖象處理軟件，實(shí)現(xiàn)了聚合物光纖的幾何及光學(xué)參數(shù)測量。整個測試系統(tǒng)集各種特性參數(shù)的測量于一體，具有高精度、高自動化程度以及可調(diào)性好等特點(diǎn)。
整個測試儀分為圖象形成系統(tǒng)和圖象處理系統(tǒng)兩部分(參見圖1)。其中，光源1、衰減器2、載物臺3、顯微物鏡4、光闌5、CCD攝象機(jī)6等依次放在高精度的工作平臺7上，可各自調(diào)整它們的二維或三維位置，使它們的光軸準(zhǔn)直；上述部件均置于殼體8內(nèi)、構(gòu)成測試儀的圖象形成系統(tǒng)；殼體的蓋板應(yīng)便于打開、以方便放置光纖及調(diào)整載物臺等部件的位置，測試時則將蓋板蓋上使圖象形成系統(tǒng)成為一個準(zhǔn)封閉的系統(tǒng)、保證光纖圖象不受外界背景光線的影響。被測光纖的長度應(yīng)根據(jù)具體測量要求而定，如果是測量光纖幾何參數(shù)的情況則可較短(此時可與夾具長度相適應(yīng)，最好比夾具略長，例如取10cm左右，以便提高光纖圖象相對于夾具圖象的對比度，給出光纖外包層的邊界)，如果是測量光纖光學(xué)參數(shù)的情況則應(yīng)較長(例如取2米以上，以達(dá)到足夠形成穩(wěn)定的模功率分布的光纖長度)。圖象處理系統(tǒng)9可選用常規(guī)的帶有視頻信號采集卡的計算機(jī)(例如PC機(jī))，它的放置應(yīng)方便其本身操作以及與CCD攝象機(jī)之間的通訊連線。CCD攝象機(jī)的信號輸出口與圖象處理系統(tǒng)的信號輸入口(例如視頻信號采集卡的接口)相連，將光纖圖象的信號傳輸?shù)綀D象處理系統(tǒng)中。
光源發(fā)出的非相干光經(jīng)過衰減器調(diào)整光強(qiáng)后照射到置于載物臺上的夾具中的聚合物光纖入射端面，通過光纖的均勻傳輸、到達(dá)光纖出射端面，然后經(jīng)過放大倍率及孔徑可方便切換的顯微物鏡及光闌使光纖出射端面放大成象于高清晰度的CCD攝象機(jī)的探測面上，CCD攝象機(jī)再將所攝得的聚合物光纖出射端面圖象傳輸?shù)綀D象處理系統(tǒng)中進(jìn)行分析處理。
光學(xué)系統(tǒng)中的焦距及象距是成象清晰度的關(guān)鍵，因此，應(yīng)使一些部件(如載物臺)可進(jìn)行三維精確調(diào)整，以找到滿足物象關(guān)系的位置，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的精確調(diào)焦，使圖象成象最清晰。同時，光學(xué)系統(tǒng)中照明亮度、照明均勻性、視場光闌大小等也是影響成象清晰度的關(guān)鍵，在系統(tǒng)設(shè)置中亦應(yīng)采用適當(dāng)手段進(jìn)行調(diào)整。下面具體說明①機(jī)械系統(tǒng)(參見圖2和圖3)光源1、衰減器2、載物臺3、顯微物鏡4、光闌5、CCD攝象機(jī)6等都通過支架10放在工作平臺7的導(dǎo)軌11上。支架和導(dǎo)軌的加工精度(尤其是導(dǎo)軌的直線度)應(yīng)達(dá)到0.5mm以上、兩者為滑動配合；支架與導(dǎo)軌之間可作前后方向(即平行于導(dǎo)軌軸向)的水平相對移動，可由機(jī)械卡件(如安裝在 形槽12中的螺栓螺母)將其固定在特定位置，導(dǎo)軌上有刻度，可顯示支架在導(dǎo)軌上的位置及其沿導(dǎo)軌的水平位移量；支架上還應(yīng)設(shè)置垂直移動機(jī)構(gòu)13(如常用的絲桿機(jī)構(gòu)或滑套機(jī)構(gòu)，可采用緊定螺釘作為機(jī)械卡件)，可使支架與導(dǎo)軌之間作上下方向(即縱向垂直于導(dǎo)軌軸向)的相對移動。由此，各部件在支架帶動下可實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)軌之間的二維移動。如果還需要作三維移動，支架上可再設(shè)置相應(yīng)的水平移動機(jī)構(gòu)，使支架與導(dǎo)軌之間可作左右方向(即橫向垂直于導(dǎo)軌軸向)的水平相對移動。個別部件(如載物臺)若需作精確調(diào)整，還可在支架上設(shè)置常用的螺紋微調(diào)器14，微調(diào)器可以是一維、二維或三維，微調(diào)器上有精確刻度(達(dá)到0.01mm以上)、以顯示其相對位移量。支架及其移動機(jī)構(gòu)、微調(diào)器等的具體結(jié)構(gòu)可根據(jù)所支持部件的具體需要而定。載物臺上用以固定光纖的夾具15應(yīng)采用透光性材料制作、端面與軸向垂直并經(jīng)過仔細(xì)拋光，使夾具的通光性極好，以與透光性差的光纖包層形成明顯對比。夾具可由兩個半體部分合攏為一整體，最好有固定構(gòu)件(例如相對面上設(shè)置凹槽凸塊或以鉸鏈相連)，每一部分的相對面上有至少一條貫通的夾槽16，夾槽的截面與聚合物光纖的半截面相同(例如半圓形)、兩者合攏即形成與聚合物光纖相適應(yīng)的通孔，其軸向平行于光源光軸，夾槽內(nèi)經(jīng)過仔細(xì)拋光，這樣夾槽與光纖就能精確吻合，使光纖端面圖象的對比度及清晰度好、包層的輪廓清晰。每個夾具上可以是同樣截面形狀及尺寸的一條或兩條夾槽(這時應(yīng)加工一系列的光纖夾具以適合不同芯徑的光纖)，也可以是不同截面形狀及尺寸的一組夾槽、單個或成對設(shè)置(這時用一個光纖夾具就可以適合不同芯徑的光纖)。其中，兩條或成對夾槽是為了測量長光纖而用，即被測光纖長度較短時只要置于夾具的一條夾槽內(nèi)，其兩端可直接分別面向衰減器和顯微物鏡；較長時則要將入射端置于夾具的一條夾槽內(nèi)、面向衰減器，出射端置于夾具的另一條夾槽內(nèi)、面向顯微物鏡，并與顯微物鏡、光闌、CCD攝象機(jī)位于一條軸線上。光纖夾具的端面上光刻有精確的刻度線，這樣與光纖端面圖象形成相對測量，使測量精度進(jìn)一步提高。夾具外形應(yīng)與載物臺支架相適應(yīng)，以便夾持或擱置。
②光學(xué)系統(tǒng)及照明系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的好壞將直接影響成象的質(zhì)量，進(jìn)而也影響到測量的結(jié)果，因此在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)盡量減小每一部分對成象質(zhì)量的影響。當(dāng)使用CCD攝象機(jī)時，其視場中照明的均勻性會直接影響到圖象邊緣的檢測結(jié)果，所以應(yīng)保持視場照明的均勻性，并且照明強(qiáng)度也應(yīng)連續(xù)可調(diào)以使光纖端面獲得均勻的最佳照明。為此，應(yīng)采用非相干光源照明；照明強(qiáng)度的調(diào)節(jié)可由光源出射方向所加的連續(xù)可調(diào)衰減器來實(shí)現(xiàn)。此外，還應(yīng)選用高質(zhì)量的顯微物鏡以使其有較好的光學(xué)效果，盡量減小象差等因素對成象質(zhì)量的影響；物鏡的放大倍數(shù)應(yīng)根據(jù)光纖尺寸進(jìn)行選擇(例如，對于外徑為1mm、數(shù)值孔徑為0.45的光纖而言，3-10倍的顯微物鏡比較合適)。在物鏡后使用光闌則可有效調(diào)節(jié)光通量和視場大小，以使成象更加清楚、完整。顯微物鏡和光闌都最好設(shè)計為可變式(例如常見的旋轉(zhuǎn)式，即一組不同倍數(shù)的顯微物鏡或不同孔徑的光闌安裝在同一圓周面上，轉(zhuǎn)動該圓周面就可得到所需的顯微物鏡或光闌)，以便根據(jù)不同的場合或要求很方便地進(jìn)行調(diào)整。同時，CCD攝象機(jī)的光譜響應(yīng)范圍應(yīng)與光源相匹配。
通過上述圖象形成系統(tǒng)，可在圖象處理系統(tǒng)中的計算機(jī)顯示器屏幕上形成清晰的光纖出射端面圖象，在黑白8比特(bit)顯示模式下，光纖各部分非常容易分辨。由此，就可在圖象處理系統(tǒng)中采用不同的圖象識別算法對CCD攝象機(jī)所攝得的聚合物光纖出射端面圖象進(jìn)行分析、優(yōu)化處理，從而可以得到其幾何及光學(xué)參數(shù)。
對于幾何參數(shù)(包括芯徑、外徑、不圓度、偏心率等)的計算步驟如下提取光纖出射端面圖象的邊界并予以適當(dāng)?shù)钠交幚?，就可得到光纖出射端面圖象的輪廓圖，由該輪廓圖再經(jīng)幾何運(yùn)算，最終得到芯徑、外徑、不圓度、偏心率等幾何參數(shù)的數(shù)值。整個計算過程由相應(yīng)的處理軟件完成。
對于相對折射率分布的計算步驟如下提取光纖出射端面圖象的纖芯部分灰度值并予以適當(dāng)?shù)娜ピ胩幚?，就可得到光纖出射端面圖象的光強(qiáng)分布灰度曲線，由該灰度曲線再經(jīng)換算，最終得到光纖出射端面的纖芯部分相對折射率分布曲線。整個計算過程由相應(yīng)的處理軟件完成。
對于數(shù)值孔徑的計算步驟如下通過微調(diào)器讀出光纖出射端面圖象進(jìn)行橫向及縱向移動的精確讀數(shù)，再經(jīng)幾何運(yùn)算，最終得到光纖出射端面的纖芯部分?jǐn)?shù)值孔徑。計算過程為簡單的數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算過程，可通過普通計算器完成。
綜上所述，本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于將顯微成象與CCD圖象技術(shù)、計算機(jī)圖象處理、相對測量方法(利用標(biāo)準(zhǔn)光刻尺度參比)等結(jié)合在一起，提出了一種可對聚合物光纖各個特性參數(shù)進(jìn)行測量的集成化儀器及方法，可完成光纖芯徑、外徑、不圓度、偏心率、相對折射率分布及數(shù)值孔徑等參數(shù)的集中測試。整個測量系統(tǒng)具有很高的測量精度及自動化程度，可調(diào)性好。因此，本發(fā)明不僅使用靈活方便、還可對包括石英光纖在內(nèi)的各種尺寸光纖進(jìn)行測量。
本系統(tǒng)特點(diǎn)①該系統(tǒng)集多種功能于一體，不僅可實(shí)現(xiàn)聚合物光纖的幾何參數(shù)、相對折射率分布及數(shù)值孔徑的測量，還可對不同類型及尺寸的光纖進(jìn)行測量。
②系統(tǒng)各部分(包括機(jī)械系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng))均可靈活方便地進(jìn)行調(diào)整且精確度高，通光均勻，使成象效果好，系統(tǒng)可靠性高。
③幾何參數(shù)和相對折射率分布的測量及計算過程自動化程度高，界面操作方便，數(shù)值孔徑的測量及計算過程簡便易行，使測量結(jié)果準(zhǔn)確度高。
④可形成圖象相對測量，避免成象系統(tǒng)等造成的誤差。


附圖1為聚合物光纖參數(shù)測試儀總體結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為測試儀載物臺與工作平臺之間聯(lián)接結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為聚合物光纖夾具結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為聚合物光纖幾何參數(shù)處理軟件流程圖；陽圖5為聚合物光纖相對折射率分布處理軟件流程圖；附圖6為聚合物光纖數(shù)值孔徑的測量原理示意圖；附圖7為聚合物光纖出射端面圖象的屏幕顯示效果圖。
附圖8為聚合物光纖出射端面圖象的幾何參數(shù)處理效果示意圖。
附圖9為聚合物光纖出射端面圖象的相對折射率分布處理效果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。
照明光源采用的是普通普通朗伯光源，連續(xù)可調(diào)的衰減器采用的是兩片偏正濾色鏡(marumi P.L 55mm)構(gòu)成，采用的顯微物鏡分別是3倍、4倍、10倍以適合不同尺寸的光纖，光闌的孔徑分別為0.5mm、0.8mm、1.5mm、2.0mm、3.0mm，為旋轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)。光源、衰減器、顯微物鏡、光闌、CCD攝象機(jī)的支架與導(dǎo)軌之間為二維移動，載物臺的支架與導(dǎo)軌之間為三維移動、載物臺支架上設(shè)置的螺紋微調(diào)器亦為三維、其調(diào)節(jié)范圍為各±3mm。光纖夾具的材料為K9玻璃，長度為8cm，夾具通過鉸鏈17連接成整體，其上設(shè)置一對直徑為1mm的夾槽，端面和夾槽經(jīng)過嚴(yán)格拋光，整個夾具的通光性較好。夾具擱置在載物臺的支架平臺上，通過夾具上所設(shè)置的磁鐵18與金屬支架相吸而定位。選用分辨率較高的WAT-902H(CCIR)型1/2英寸面陣CCD攝象機(jī)，其象素間距約為8μm，可分辨的最低照度0.002LUXF1.4，信噪比優(yōu)于46dB，且光譜響應(yīng)范圍與光源相匹配。圖象處理系統(tǒng)選用帶有Windows操作系統(tǒng)的計算機(jī)，其處理軟件采用Delphi語言編寫、Windows操作界面，使用方便。
具體操作過程對于幾何參數(shù)的測量，選用HP公司生產(chǎn)的多模階躍通信聚合物光纖，其長度12cm，芯徑為0.98mm，外徑為1mm；對于光學(xué)參數(shù)的測量，選用北京理化所生產(chǎn)的梯度折射率分布聚合物光纖，其長度2m，芯徑為0.80mm，外徑為1mm。將其入射端面及出射端面按照常規(guī)的聚合物光纖端面處理方法進(jìn)行研磨拋光、使端面垂直于軸向，然后置入夾具的夾槽中(兩端各自伸出約2cm)并固定在載物臺上；根據(jù)被測聚合物光纖的尺寸選定物鏡倍數(shù)為3、光闌孔徑約為1mm，并通過手動調(diào)整光源、衰減器、載物臺、顯微物鏡、光闌、CCD攝象機(jī)的支架在導(dǎo)軌上的位置(調(diào)整到位時可用機(jī)械卡件鎖緊)，使之基本滿足光學(xué)系統(tǒng)成象的要求(此即粗調(diào)過程)；打開光源、連續(xù)旋轉(zhuǎn)衰減器來調(diào)節(jié)所需的合適光強(qiáng)，再利用載物臺支架上的螺紋微調(diào)器進(jìn)行精調(diào)，使圖象處理系統(tǒng)中的顯示器屏幕上所給出的光纖出射端面圖象達(dá)到所需要的清晰度(參見圖7)；最后通過圖象處理系統(tǒng)中的相應(yīng)處理軟件測量及計算光纖的幾何參數(shù)和相對折射率分布，而光纖的數(shù)值孔徑則基于微移成像法原理由人工進(jìn)行測量及計算。
幾何參數(shù)的測量及計算通過圖象處理系統(tǒng)中的幾何參數(shù)處理軟件進(jìn)行處理(參見圖4和圖8)。首先，讀入采集到的光纖出射端面圖象，相應(yīng)給出圖上各點(diǎn)灰度值的大??；然后，取灰度值在光纖中心灰度值附近一定范圍(可定義此范圍的最大偏差值，超過此偏差時的點(diǎn)便予以濾除)且灰度值徑向變化處于極大值的兩圈點(diǎn)，這兩圈點(diǎn)確定了光纖纖芯和包層的邊界位置；再將這兩圈點(diǎn)依次連起來并采用局部多點(diǎn)平均的方法予以適當(dāng)?shù)钠交幚?，從而得到光纖出射端面圖象的輪廓圖(即圖8中的兩個封閉圓，內(nèi)圓為纖芯，外圓為包層)并由此得到其圓心；最后，根據(jù)光纖幾何尺寸各參數(shù)的定義(此為幾何基本概念，不再具體描述)，得到光纖幾何尺寸經(jīng)過放大后的各項(xiàng)值(芯徑、外徑、不圓度、偏心率等)，再根據(jù)光纖夾具上的標(biāo)準(zhǔn)刻度的放大圖象得到整個成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)、換算出光纖的各項(xiàng)真實(shí)的幾何參數(shù)。
相對折射率分布的測量及計算通過圖象處理系統(tǒng)中的相對折射率分布處理軟件進(jìn)行處理(參見圖5和圖9)。首先，讀入采集到的光纖出射端面圖象，相應(yīng)給出圖上各點(diǎn)灰度值的大?。蝗缓?，取灰度值在光纖中心灰度值附近一定范圍(可定義此范圍的最大偏差值，超過此偏差時的點(diǎn)便予以濾除)，且灰度值徑向變化處于極大值的內(nèi)圈點(diǎn)，該圈點(diǎn)確定了光纖纖芯的邊界位置(即光纖纖芯輪廓)及其圓心；然后，確定與圓心相距一定位置R的灰度平均值，并用這個平均值對端面圖象進(jìn)行去噪處理，即去除灰度值偏離平均值超過最大允許值的點(diǎn)(消除圖上的斑點(diǎn)和缺陷)，這樣就得到了光纖出射端面圖象中的纖芯部分光強(qiáng)分布灰度值相對于到圓心距離R的關(guān)系曲線(即圖9中的曲線)；再對曲線予以適當(dāng)?shù)钠骄幚?；最后，根?jù)均勻穩(wěn)模光纖傳輸條件下相對光強(qiáng)分布與其相對折射率分布之間存在的相應(yīng)關(guān)系(此為物理或光學(xué)基本概念，不再具體描述)、通過該光強(qiáng)分布灰度曲線換算出光纖出射端面纖芯部分的相對折射率分布曲線。
數(shù)值孔徑的測量及計算通過人為改變光纖出射端面的相對位置而產(chǎn)生的位移量進(jìn)行計算(參見圖6)。首先，通過載物臺支架上的螺紋微調(diào)器將光纖出射端面圖象進(jìn)行橫向移動(相對于光軸所作的右移或左移、即附圖6中的下移或上移)，同時調(diào)整CCD探測面的位置以便滿足成像，直到使光纖出射端面圖象的纖芯部分正好無法在CCD探測面中成像為止(這里指無論如何調(diào)整CCD探測面位置也無法獲得光纖出射端面圖象)。該過程可以從圖象處理系統(tǒng)中的顯示器屏幕上進(jìn)行觀察。然后，通過螺紋微調(diào)器將光纖出射端面圖象進(jìn)行適當(dāng)量的縱向移動(相對于光軸所作的前移、即附圖6中的右移，這時顯示器屏幕上仍看不到光纖出射端面圖象的纖芯部分)，觀察螺紋微調(diào)器上所標(biāo)示刻度的讀數(shù)變化、記錄此時微調(diào)器顯示的縱向位移量ΔL，再將光纖出射端面圖象進(jìn)行與前述第一步驟反向的橫向移動、使光纖出射端面圖象的纖芯部分正好要移入CCD探測面(剛好見到其邊緣露出)，記錄此時微調(diào)器顯示的橫向位移量ΔX；最后，根據(jù)光纖數(shù)值孔徑的定義(此為光學(xué)及幾何基本概念，不再具體描述)，利用公式NA=ΔX(ΔX)2+(ΔL)2]]>計算得到光纖出射端面的纖芯部分?jǐn)?shù)值孔徑NA。
權(quán)利要求
1.一種聚合物光纖特性參數(shù)測試儀，其特征在于整個測試儀由圖象形成系統(tǒng)和圖象處理系統(tǒng)兩部分組成，其中圖象形成系統(tǒng)由光源(1)、衰減器(2)、載物臺(3)、顯微物鏡(4)、光闌(5)、CCD攝象機(jī)(6)依次放置在位于殼體(8)內(nèi)的工作平臺(7)上而構(gòu)成，整個測量光路的光軸準(zhǔn)直；光源為非相干光；聚合物光纖放置在載物臺上的夾具(15)中，夾具由透光性材料制作，其上設(shè)置與聚合物光纖相適應(yīng)的夾槽(16)，夾槽的軸向平行于測量光路的光軸方向；CCD攝象機(jī)的信號輸出口與圖象處理系統(tǒng)的信號輸入口相連。
2.一種利用如權(quán)利要求1所述的測試儀對聚合物光纖進(jìn)行幾何參數(shù)測量的方法，其特征在于光源均勻照射在光纖入射端面上，通過光纖均勻傳輸?shù)竭_(dá)光纖出射端面，經(jīng)過顯微物鏡和光闌使光纖出射端面放大成象在CCD攝象機(jī)的探測面上、并傳輸?shù)綀D象處理系統(tǒng)中，在其顯示器屏幕上實(shí)時給出光纖出射端面圖象并隨時定格采集；利用幾何參數(shù)處理軟件提取光纖出射端面的輪廓圖，計算得到芯徑、外徑、不圓度、偏心率等光纖出射端面幾何參數(shù)。
3.一種利用如權(quán)利要求1所述的測試儀對聚合物光纖進(jìn)行相對折射率分布曲線測量的方法，其特征在于光源均勻照射在光纖入射端面上，通過光纖均勻傳輸?shù)竭_(dá)光纖出射端面，經(jīng)過顯微物鏡和光闌使光纖出射端面放大成象在CCD攝象機(jī)的探測面上、并傳輸?shù)綀D象處理系統(tǒng)中，在其顯示器屏幕上實(shí)時給出光纖出射端面圖象并隨時定格采集；利用相對折射率分布處理軟件給出光纖出射端面的光強(qiáng)分布曲線，計算得到光纖出射端面相對折射率分布曲線。
4.一種利用如權(quán)利要求1所述的測試儀對聚合物光纖進(jìn)行數(shù)值孔徑測量的方法，其特征在于光源均勻照射在光纖入射端面上，通過光纖均勻傳輸?shù)竭_(dá)光纖出射端面，經(jīng)過顯微物鏡和光闌使光纖出射端面放大成象在CCD攝象機(jī)的探測面上、并傳輸?shù)綀D象處理系統(tǒng)中，在其顯示器屏幕上實(shí)時給出光纖出射端面圖象；通過改變光纖出射端面的相對位置，由載物臺上的微調(diào)器給出移動的精確讀數(shù)，計算得到光纖出射端面數(shù)值孔徑。
全文摘要
本發(fā)明是一種聚合物光纖特性參數(shù)測試儀及其測試方法，它涉及光纖參數(shù)的測量儀器及方法，特別是針對聚合物光纖進(jìn)行幾何及光學(xué)參數(shù)測量的儀器及方法。整個測試儀由圖象形成系統(tǒng)和圖象處理系統(tǒng)兩部分組成，其中圖象形成系統(tǒng)由光源、衰減器、載物臺、顯微物鏡、光闌、CCD攝象機(jī)依次放置在位于殼體內(nèi)的工作平臺上而構(gòu)成，聚合物光纖放置在載物臺上的透光夾具中，CCD攝象機(jī)的信號輸出口與圖象處理系統(tǒng)的信號輸入口相連。它利用CCD圖象技術(shù)，結(jié)合計算機(jī)圖象處理軟件及圖象相對測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了聚合物光纖的幾何及光學(xué)參數(shù)測量。整個測試系統(tǒng)集各種參數(shù)測量于一體，具有高精度、高自動化程度以及可調(diào)性好等特點(diǎn)。
文檔編號G01B21/00GK1493846SQ0213853
公開日2004年5月5日 申請日期2002年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月1日
發(fā)明者馬輝, 王沛, 明海, 周大程, 金西, 謝建平, 馬 輝 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)