[發明專利]一種測量單模光纖幾何參數的方法

無效

• 申請號: 200910077589.4
• 申請日: 2009-01-23
• 公開（公告）號: CN101476978A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 劉豪;吳重慶;劉永椿
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01B11/08;G01N21/41
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及一種測量單模光纖幾何參數的方法，屬于信息技術領域。

背景技術

單模光纖幾何參數包括纖芯折射率n₁，包層折射率n₂，纖芯半徑a。它們是光纖最基本的參數，光纖的其他特性參數如光學特性參數、傳輸特性參數都取決于幾何參數。因此測量單模光纖的幾何參數具有重要意義。傳統測量光纖折射率的方法是近場掃描法，需要用到高度精致的光學設備，儀器設備昂貴，測量過程復雜，測量時間長。傳統測量纖芯半徑的方法是后向散射法，只適合于光纖制造過程中的測量。

發明內容

本發明提供了一種測量單模光纖的幾何參數(包括纖芯折射率n₁，包層折射率n₂，纖芯半徑a)的方法。該方法包括半導體激光器光源，以這樣一種方式射向光纖的無被覆輸入端面，最合適是平行于所述光纖縱軸入射，使輸出的光強分布圖像盡可能滿足實驗測量要求，然后根據測得的光纖輸出端的光強分布計算出單模光纖的幾何參數。

本發明的目的是這樣實現的：一種測量單模光纖幾何參數的方法，含有以下步驟；

用普通半導體激光器做光源，光源波長在可見光波段；

用CCD探測光纖輸出端的光強分布，進行全場測量；

用到一種高階模濾除裝置，使光纖中傳輸的高階模被濾除，僅基模到達光纖輸出端；

把得到的圖像用計算機進行處理，通過對光強分布進行擬合，計算出單模光纖的幾何參數，包括纖芯折射率n₁、包層折射率n₂和纖芯半徑a；

用非線性最小二乘法進行擬合，待擬合參數為纖芯折射率n₁、包層折射率n₂和纖芯半徑a；根據光波導理論，計算出光纖輸出端基模光強分布的公式I(n₁，n₂，a)，從被測圖像中提取光強分布數據點，用公式I(n1，n2，a)對數據點進行擬合，得到最佳的n₁，n₂，a值。

利用普通激光器作為光源，通過帶透鏡的精密五維調整架和光纖夾把光耦合進光纖，利用CCD或其他成像系統進行數據采集，把得到的數據用電腦進行分析，得到圖像的強度分布。用美國Wolfram公司的Mathematica數學軟件，對測量到的可見光下的光強分布圖進行處理和計算，

計算方法如下：

根據光波導理論，工作波長為1310nm的普通單模光纖，在可見光注入時將工作在多模狀態。光纖單模傳輸的條件是：

V＜2.405；

其中V為歸一化頻率，由光纖結構參數決定：

V=2πλn12-n22a;]]>

式中n₁為纖芯折射率，n₂為包層折射率，a為纖芯半徑。設注入波長為635nm的可見光，由以上兩式可計算出工作波長為1310nm的普通單模光纖在635nm波長下工作時V所滿足的條件：

V＜4.9615；

由于LP₃₁模的截止條件為V＝5.316，因此LP₃₁模及LP₃₁以后的模均截止，光纖中可能傳輸四個模：LP₀₁、LP₁₁、LP₀₂、LP₂₁，各模的截止頻率分別為0、2.405、3.832、3.832。

設n₁、n₂、a為已知，那么各模的場分布均可計算出來，光纖內總的場分布為各模光場的相干疊加。