本發(fā)明涉及光纖集束器相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種光纖集束器光纖芯間平行度的測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
：在激光慣性約束聚變、高能激光系統(tǒng)等領(lǐng)域，需要實(shí)現(xiàn)高能量輸出的激光，同時(shí)要求電-光、光-光轉(zhuǎn)換效率高。光纖放大網(wǎng)絡(luò)(FAN)可實(shí)現(xiàn)激光聚變點(diǎn)火裝置兆焦耳以上的單脈沖能量輸出，具有墻插效率高、光路柔性化等特點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)如此高的單脈沖能量輸出，需要采用上千萬(wàn)根大模場(chǎng)增益光纖，故需要光纖集束器以實(shí)現(xiàn)成百上千根光纖輸出光束的組束。目前光纖集束器是通過(guò)光纖熔融拉錐(FBT-FusedBiconicalTaper)工藝?yán)贫?，主要用于激光輸出光纖的組束。對(duì)熔融拉錐光纖集束器的技術(shù)要求除了插入損耗、插損均勻性指標(biāo)等以外，拉錐后光纖集束器中各個(gè)光纖的芯間平行度也是一個(gè)十分重要的技術(shù)指標(biāo)，芯間平行度的好壞直接關(guān)系到光纖輸出激光組束的光束質(zhì)量。因此，需要對(duì)每個(gè)光纖集束器的芯間平行度進(jìn)行測(cè)試。芯間平行度以毫弧度(mrad)表示，其定義為：從平行緊密排列的兩根光纖端面發(fā)出的兩束光，在距離其端面1公里處，若兩束光的光斑中心間距為1米，此二光纖的平行度為1mrad。目前檢測(cè)光纖集束器中各個(gè)光纖的芯間平行度時(shí)用透鏡將光束準(zhǔn)直，需在1～3米遠(yuǎn)處對(duì)光斑中心間距進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試設(shè)備所需空間較大，而且測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)果準(zhǔn)確度也不高。故目前急需一種測(cè)試光纖集束器中各光纖的芯間平行度的結(jié)構(gòu)緊湊、便于實(shí)施的系統(tǒng)和方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種光纖集束器光纖芯間平行度的測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法，采用共軛透鏡測(cè)試光纖集束器各光纖輸出光束的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑中心重合度來(lái)判斷光纖集束器的芯間平行度。結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)便易行。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種光纖集束器光纖芯間平行度的測(cè)試系統(tǒng)，包括CCD光電探頭，還包括共軛透鏡組，在光學(xué)平臺(tái)的水平臺(tái)面上待測(cè)光纖集束器，共軛透鏡組的輸入透鏡、輸出透鏡及CCD光電探頭分別安裝于4個(gè)相互獨(dú)立的微調(diào)架上，各微調(diào)架均具有五維可調(diào)機(jī)械機(jī)構(gòu)，所述五維包括x、y、z三向和俯仰角、水平角，即可手動(dòng)調(diào)節(jié)其上安裝的部件的五維位置；所述光纖集束器，共軛透鏡組及CCD光電探頭同軸；可見激光源與待測(cè)光纖集束器的某根輸入光纖耦合，CCD光電探頭的圖像輸出數(shù)據(jù)線接入計(jì)算機(jī)。所述共軛透鏡組包括兩個(gè)參數(shù)完全相同的平凸棒透鏡為輸入透鏡和輸出透鏡，所述平凸棒透鏡的空間口徑大于光纖集束器的空間口徑，平凸棒透鏡的數(shù)值口徑大于待測(cè)光纖集束器中單根光纖的數(shù)值孔徑。所述共軛透鏡組的2個(gè)平凸棒透鏡的球面端相對(duì)，相互對(duì)稱，2個(gè)平凸棒透鏡的中心線為同一水平直線。所述共軛透鏡組的2個(gè)平凸棒透鏡球面端中心的距離為5～10mm。所述CCD光電探頭的探測(cè)面大于或等于光纖集束器輸出端經(jīng)共軛透鏡組聚焦在CCD光電探頭的探測(cè)面的光班面積，且像素大于等于20萬(wàn)。本發(fā)明一種光纖集束器光纖芯間平行度測(cè)試方法，采用本發(fā)明的光纖集束器光纖芯間平行度測(cè)試系統(tǒng)，包括如下工作步驟：Ⅰ、光纖集束器輸出端面處理處理光纖集束器輸出端面使之平整且端面與光纖集束器中心線垂直；光纖集束器輸出端面與光纖集束器中心線的垂直度小于等于1度；對(duì)光纖集束器輸出端面進(jìn)行研磨與光學(xué)拋光處理，使輸出端面的表面平整度達(dá)到光學(xué)9級(jí)或以上，表面粗糙度小于1μm；Ⅱ、測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)節(jié)Ⅱ-1、調(diào)節(jié)光纖集束器光學(xué)分劃板安裝于光學(xué)平臺(tái)上的微調(diào)架上，調(diào)節(jié)其微調(diào)架使光學(xué)分劃板與光學(xué)平臺(tái)臺(tái)面垂直，與光纖集束器輸出端面的距離為500～1000mm，可見激光源的輸出端與光纖集束器的任一輸入光纖耦合，在光纖集束器端面輸出的可見光束投射到光學(xué)分劃板上，調(diào)節(jié)光纖集束器的微調(diào)架，使可見光束的光斑中心與光學(xué)分劃板中心重合；Ⅱ-2、調(diào)節(jié)共軛透鏡組將共軛透鏡組的輸入透鏡引入光纖集束器和光學(xué)分劃板之間的光路，輸入透鏡的平面端朝向光纖集束器，調(diào)節(jié)該輸入透鏡的微調(diào)架使準(zhǔn)直后的光束中心與光學(xué)分劃板中心重合；將共軛透鏡組的輸出透鏡引入輸入透鏡和光學(xué)分劃板之間的光路，輸出透鏡的球面端朝向輸入透鏡的球端面，調(diào)節(jié)該輸出透鏡的微調(diào)架使聚焦后的光束中心與光學(xué)分劃板中心重合；輸入透鏡與輸出透鏡球面端中心的距離為5～10mm；光纖集束器的輸出端面處于共軛透鏡組的輸入透鏡的焦平面上；Ⅱ-3、調(diào)節(jié)CCD光電探頭去掉光學(xué)分劃板，將CCD光電探頭置于光學(xué)分劃板的位置上，手動(dòng)調(diào)節(jié)CCD光電探頭的微調(diào)架，使可見光束聚焦于CCD光電探頭的探測(cè)面中心；本步驟Ⅱ完成光纖集束器與共軛透鏡組的同軸調(diào)節(jié)后，光纖集束器與共軛透鏡組的同軸度達(dá)到0.1mrad或以上。Ⅲ、可見激光測(cè)試光纖集束器各光纖芯間平行度Ⅲ-1、測(cè)試第一根任意光纖將可見激光源耦合到光纖集束器任意一根輸入光纖中，該光纖在光纖集束器輸出端輸出的光束經(jīng)共軛透鏡組聚焦在CCD光電探頭的探測(cè)面上，光斑信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示的CCD光電探頭探測(cè)面上的光斑位置，微調(diào)CCD光電探頭的左右和上下位置，使光斑中心與計(jì)算機(jī)顯示的CCD光電探頭探測(cè)面的十字交叉點(diǎn)重合。Ⅲ-2、依次測(cè)試其它光纖將光纖集束器的其余光纖依次與可見激光源耦合，記錄計(jì)算機(jī)顯示的各光纖的光束聚焦于CCD光電探頭探測(cè)面上的光斑中心與十字交叉點(diǎn)的距離。Ⅲ-3、計(jì)算光纖芯間平行度步驟Ⅲ-2所得的某根光纖距離數(shù)據(jù)除以共軛透鏡組單個(gè)透鏡的焦距即得到該光纖與第一根光纖的芯間平行度，按此計(jì)算得到待測(cè)光纖集束器各光纖的芯間平行度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種光纖集束器光纖芯間平行度測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)為：1、采用共軛透鏡組測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易；2、采用可見激光檢測(cè)，使各部件的同軸調(diào)節(jié)可視且簡(jiǎn)化；3、計(jì)算機(jī)可自動(dòng)處理測(cè)試結(jié)果，方便快捷；4、適用于多芯光纖集束器的芯間平行度測(cè)試，可測(cè)芯數(shù)上百、甚至上千的光纖集束器。附圖說(shuō)明圖1為本光纖集束器光纖芯間平行度的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)為：1-光纖集束器，2-輸入透鏡，3-輸出透鏡，4-CCD光電探頭，5-數(shù)據(jù)線，6-計(jì)算機(jī)，7-微調(diào)架，8-可見激光源，9-輸入光纖。具體實(shí)施方式光纖集束器光纖芯間平行度的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例本光纖集束器光纖芯間平行度的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在光學(xué)平臺(tái)的水平臺(tái)面上待測(cè)光纖集束器1，共軛透鏡組的輸入透鏡2、輸出透鏡3及CCD光電探頭4分別安裝于4個(gè)相互獨(dú)立的微調(diào)架7上，各微調(diào)架7均具有五維可調(diào)機(jī)械機(jī)構(gòu)，即可手動(dòng)調(diào)節(jié)其上安裝的部件的五維位置。本例光纖集束器1，共軛透鏡組及CCD光電探頭4同軸；可見激光源8與待測(cè)光纖集束器1的某根輸入光纖9耦合，CCD光電探頭4的圖像輸出數(shù)據(jù)線接入計(jì)算機(jī)6。本例共軛透鏡組的輸入透鏡2和輸出透鏡3為2個(gè)對(duì)稱的平凸棒透鏡，2個(gè)平凸棒透鏡的球面端相對(duì)，球面端中心的距離為8mm。2個(gè)平凸棒透鏡的中心線為同一水平直線。輸入透鏡2和輸出透鏡3的參數(shù)完全相同，透鏡的口徑為Φ6mm，焦距為7.75mm，空間口徑大于光纖集束器的空間口徑，透鏡的數(shù)值口徑大于待測(cè)光纖集束器1中單根光纖的數(shù)值孔徑。本例的可見激光源8為氦-氖(He-Ne)激光器的紅色激光源。本例CCD光電探頭4的探測(cè)面大于光纖集束器1輸出端經(jīng)共軛透鏡組聚焦在CCD光電探頭4的探測(cè)面的光班面積，為6mm×6mm，像素為25萬(wàn)，可滿足上百芯的光纖集束器平行度測(cè)試。光纖集束器光纖芯間平行度測(cè)試方法實(shí)施例本光纖集束器光纖芯間平行度測(cè)試方法實(shí)施例，采用上述的光纖集束器光纖芯間平行度測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例，本例測(cè)試7芯光纖集束器的芯間平行度，包括如下工作步驟：Ⅰ、光纖集束器1輸出端面處理7芯光纖集束器輸出端面直徑較大，用寶石刀切割難以得到平整的輸出端面，故采用專用研磨拋光夾具對(duì)光纖集束器1輸出端面依次進(jìn)行粗磨、細(xì)磨和拋光處理，使光纖集束器1輸出端面與光纖集束器1中心線垂直，垂直度小于等于1度；且輸出端面的表面平整度達(dá)到光學(xué)9級(jí)或以上，表面粗糙度小于1μm。Ⅱ、測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)節(jié)Ⅱ-1、調(diào)節(jié)光纖集束器光學(xué)分劃板安裝于光學(xué)平臺(tái)上的微調(diào)架上，調(diào)節(jié)其微調(diào)架使光學(xué)分劃板與光學(xué)平臺(tái)臺(tái)面垂直，與光纖集束器1輸出端面的距離為800mm，氦-氖(He-Ne)激光器的輸出端與光纖集束器1的任一輸入光纖9耦合，在光纖集束器1端面輸出的可見紅色光束投射到光學(xué)分劃板上，調(diào)節(jié)光纖集束器1的微調(diào)架7，使紅色光束的光斑中心與光學(xué)分劃板中心重合；Ⅱ-2、調(diào)節(jié)共軛透鏡組將共軛透鏡組的輸入透鏡2引入光纖集束器1和光學(xué)分劃板之間的光路，輸入透鏡2的平面端朝向光纖集束器，光纖集束器1的輸出端面處于共軛透鏡組的輸入透鏡2的焦平面上；調(diào)節(jié)該輸入透鏡2的微調(diào)架7使準(zhǔn)直后的光束中心與光學(xué)分劃板中心重合；將共軛透鏡組的輸出透鏡3引入輸入透鏡2和光學(xué)分劃板之間的光路，輸出透鏡3的球面端朝向輸入透鏡2球端面，輸入透鏡2與輸出透鏡3球面端中心的距離為8mm；調(diào)節(jié)該輸出透鏡3的微調(diào)架7使聚焦后的光束中心與光學(xué)分劃板中心重合；本步驟Ⅱ-2完成光纖集束器1與共軛透鏡組的同軸調(diào)節(jié)后，光纖集束器1與共軛透鏡組輸入透鏡2與輸出透鏡3的同軸度達(dá)到0.1mrad或以上。Ⅱ-3、調(diào)節(jié)CCD光電探頭去掉光學(xué)分劃板，將CCD光電探頭4置于光學(xué)分劃板的位置上，手動(dòng)調(diào)節(jié)CCD光電探頭4的微調(diào)架7，使紅色光束聚焦于CCD光電探頭4的探測(cè)面中心；Ⅲ、可見激光測(cè)試光纖集束器各光纖芯間平行度Ⅲ-1、測(cè)試第一根任意光纖將氦-氖激光器的輸出耦合到光纖集束器1任意一根輸入光纖9中，該光纖在光纖集束器1輸出端輸出的光束經(jīng)共軛透鏡組聚焦在CCD光電探頭4的探測(cè)面上，光斑信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)6，根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示的CCD光電探頭4探測(cè)面上的光斑位置，微調(diào)CCD光電探頭4的左右和上下位置，使光斑中心與計(jì)算機(jī)顯示的CCD光電探頭4探測(cè)面的十字交叉點(diǎn)重合。Ⅲ-2、依次測(cè)試其它光纖將光纖集束器1的其余6根光纖依次與可見激光源8耦合，記錄計(jì)算機(jī)6顯示的各光纖的光束聚焦于CCD光電探頭4探測(cè)面上的光斑中心與十字交叉點(diǎn)的距離。Ⅲ-3、計(jì)算光纖芯間平行度步驟Ⅲ-2所得的某根光纖距離數(shù)據(jù)除以共軛透鏡組單個(gè)透鏡的焦距即得到該光纖與第一根光纖的芯間平行度，按此計(jì)算得到待測(cè)光纖集束器1各光纖的芯間平行度。本例所測(cè)7芯光纖集束器的各光纖光斑中心與CCD光電探頭4探測(cè)面上十字交叉點(diǎn)的距離及計(jì)算所得各光纖的芯間平行度如表1所示。由表1可見本例測(cè)得該7芯光纖集束器的光纖芯間平行度≤0.52mrad。表1七芯光纖集束器的各光纖芯間平行度測(cè)試結(jié)果一覽表光纖編號(hào)1234567光斑與十字交叉點(diǎn)的距離μm0233342平行度mrad00.260.390.390.390.520.26本方法實(shí)施例適合于N芯光纖集束器光纖芯間平行度測(cè)試，N為7、19、37、61、91、127、169及以上，可大于1000。上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3