[發明專利]光纖彎曲消模裝置、方法

有效

• 申請號: 201710075206.4
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106772550B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 李儀;滕海云;孫志嘉;唐斌;楊雷;陳平平;王艷鳳;許虹
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: G01T7/00
• 分類號: G01T7/00;G01T3/06
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;龍莉蘋

本發明公開了一種光纖彎曲消模裝置和方法，通過內盤繞模具和外盤饒模具使用雙曲率盤繞的方法盤繞多模光纖，使得多模光纖形成纏繞于內盤繞模具上的小半徑盤繞部分和纏繞于外盤繞模具的大半徑盤繞部分，本發明以多模光纖作為傳輸介質，按照兩種不同的半徑對其進行預先盤繞，先使用小半徑盤繞部分將耦合進入光纖的高次模成分進行有效衰減，再使用大半徑盤繞部分消除上一環節可能激發的彎曲傳輸模，實現多模光纖對高次模的抑制，輸出的光強趨于穩定，并使得消模后的光信號在光纖移動過程中輸出的光功率始終保持一致，使得在測量閃爍體位敏核探測器時不需要額外的其他探測器輔助測量位置等參照信息。

技術領域

本發明屬于核物理探測領域。本發明為中子閃爍體位敏探測器標定系統中光學傳輸的光纖消模裝置，特別是涉及對輸出強度要求穩定的場景，可以讓激光光源在多模光纖傳輸過程中，其大部分高次模的成分得到足夠的衰減，確保光纖在移動過程中輸出的光功率穩定。

背景技術

大面積成像型閃爍體中子探測器盡管種類繁多，但基本原理均為類似，通過熒光激發和光電轉換實現對粒子的探測。中子閃爍體位敏探測器主要有閃爍屏、波移光纖、光電倍增管等組成，參雜物質的閃爍體吸收波長接近405，中子與閃爍體產生核反應，反應產生的和粒子在ZnS閃爍體中激發光電效應，產生的光子會在閃爍體介質層中部分出射并進入夾層中的波移光纖，隨后轉換為較長波長的光子，由光纖傳輸到多陽極光電倍增管的某個通道，光子經光電轉換后產生電脈沖信號并獲得放大增益，各個讀出通道上的響應信號最終由數據獲取系統記錄，給出中子事例的位置和時間等信息，完成中子的探測。

針對閃爍體探測器的原理，標定平臺采用光電檢測的方式，實現熒光的激發替換。具體則以激光或LED等可調制器件作為光源，經過一系列調節后，由光纖饋送到準直器件，最終投射到待測的光纖陣列或光電倍增管入射窗。標定過程中需要對輸出的信號幅度進行歸一化對比，要求輸入的光強必須是經過量化監測并且穩定的。

該裝置用于模擬光源的恒定輸出，進而測試閃爍體探測器的光纖陣列和光電倍增管增益。按照光纖傳輸理論，每種傳輸模式對應一個衰減半徑，小于此半徑的曲率下衰減系數將迅速增大。鑒于多模光纖中各個傳輸模式的映射比例難以確定，多模光纖在各種彎曲半徑下的整體衰減往往是非線性的。對于穩定性要求較高的場合，通常會應用單模光纖，并給出最小彎轉半徑的限制來保障模擬信號的傳輸。

單模光纖的內徑限制在傳輸波長的范圍，不但制造困難成本高，而且不利于傳輸功率，并且對光源也有匹配的限制。一旦為了傳輸更高功率擴大內芯徑，或者在不同的測量場合下更換傳輸光源，波長發生變化，就會導致高次模的引入，破壞原有的穩定保障。另外，在某些特別的彎曲半徑上，還存在獨特的傳輸模，對應模式的衰減系數會急劇減小。上述兩種來源導致了單模光纖傳輸模擬信號的局限，也是多模光纖無法保證恒量模擬信號穩定長距離傳輸的緣由。

再者，為了對光電倍增管各個通道進行標定，需將輸出光纖固定在機械平臺上，對整個波移光纖平面進行掃描，這樣在掃描運動過程中，造成光纖彎曲，導致不同位置光輸出功率不一致，失去標定的意義。故在測量閃爍體位敏核探測器時往往需要額外的其他探測器輔助測量位置等參照信息。

故急需一種可解決上述問題的光纖消模方法及裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種光纖彎曲消模裝置及方法，以多模光纖作為傳輸介質，按照兩種不同的半徑對其進行預先盤繞，使用小半徑盤繞部分將耦合進入光纖的高次模成分進行有效的衰減，過濾出對大半徑彎曲不敏感的低次模，使用另一個較大半徑的大半徑盤繞部分消除上一環節可能激發的彎曲傳輸模。兩者配合下，最終實現多模光纖對高次模的抑制和穩定輸出，并使得在不同位置光輸出功率始終保持一致。