[發(fā)明專利]一種保偏光纖雙折射主軸內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度的測量裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810375974.6
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108444678A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張春熹;宋凝芳;王曉陽;高福宇;張智昊;蔡偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 冀學(xué)軍

本發(fā)明公開了一種保偏光纖雙折射主軸內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度的測量裝置及方法，屬于光纖特征參數(shù)測試技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括底座、肋板、兩個水平導(dǎo)軌、滑板、金屬片、重物和電磁鐵；基準面模塊，顯微鏡和計算機。肋板固定在底座上，將待測光纖一端固定在肋板頂端的水平導(dǎo)軌上，另一端掛在重物上，釋放外部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，電磁鐵通電將重物固定；兩個水平導(dǎo)軌之間卡有滑板，滑板上等間距設(shè)有金屬片，將釋放完外部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的待測光纖粘在金屬片上；將金屬片兩端的光纖截斷，并放置在基準面上，用顯微鏡觀察光纖端面并記錄，計算光纖扭轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明可以更準確的測量光纖雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度，裝置簡單且成本低，具有普適性，有利于工程化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖特征參數(shù)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種保偏光纖雙折射主軸內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度的測量裝置及方法。

背景技術(shù)

光纖是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)的工具，廣泛用于光纖傳感及通信領(lǐng)域，其傳輸原理是光的全反射。目前常用的光纖種類有單模光纖和保偏光纖等。

保偏光纖是通過在光纖結(jié)構(gòu)上引入強烈的不對稱，使得在光纖中傳輸?shù)木€偏振光保持偏振態(tài)不發(fā)生變化，目前保偏光纖的主要類型有傳統(tǒng)保偏光纖和新型微結(jié)構(gòu)光纖；傳統(tǒng)保偏光纖如熊貓型、領(lǐng)結(jié)型、橢圓芯子和橢圓包層等，新型微結(jié)構(gòu)光纖如光子晶體光纖等。

保偏光纖擁有較好的保偏能力以及較為成熟的加工制造工藝，且對外界環(huán)境(如溫度、磁場)變化產(chǎn)生的干擾有較好的抑制，因此，其在光纖器件及光纖傳感領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。如保偏光纖耦合器和光纖陀螺等，這些器件的性能直接取決于保偏光纖的保偏能力，保偏能力越強，出射光的消光比(即兩個雙折射主軸的出射光的能量之比)越小，而光纖雙折射主軸的扭轉(zhuǎn)是劣化保偏光纖的保偏性能的重要因素，光纖雙折射主軸的扭轉(zhuǎn)會導(dǎo)致兩個雙折射主軸之間的能量耦合，從而導(dǎo)致出射光的消光比變大。即使光纖的外部扭轉(zhuǎn)(如扭曲等)導(dǎo)致光纖雙折射主軸的扭轉(zhuǎn)可以通過技術(shù)手段去掉，但光纖在拉制過程中也會由于材料不均勻等因素而導(dǎo)致光纖雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)。因此，測量光纖雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度對于評估光纖保偏性能好壞，進而指導(dǎo)光纖拉制工藝具有非常重要的意義。

目前提出的測量光纖雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度的方法，主要分為截斷法和側(cè)面成像法。在截斷法中，首先光源發(fā)出的光經(jīng)過一個起偏器，然后進入自由狀態(tài)的待測保偏光纖，最后經(jīng)由檢偏器進入消光比測試儀，通過調(diào)節(jié)起偏器和檢偏器的角度，使得消光比測試儀的值最小，待測光纖雙折射主軸內(nèi)部的扭轉(zhuǎn)角度就是起偏器和檢偏器的角度差。然后將光纖截去一小段，重復(fù)上面的步驟，得到此時光纖的雙折射主軸內(nèi)部的扭轉(zhuǎn)角度，兩次測量的扭轉(zhuǎn)角度之差就是被截掉的那一小段光纖的雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度，從而得到雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)速度。

在側(cè)面成像法中，一束光從自由狀態(tài)放置的光纖的側(cè)面射入光纖，然后在光纖的另一側(cè)用探測器(CCD)觀察經(jīng)過光纖后的透射或散射圖樣。當(dāng)光束射入光纖的方向與光纖雙折射主軸方向所成的角度不同時候，透射或散射圖樣也會不同，以此來判斷光纖雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)。然后將光束沿光纖軸向移動，同時保證光束射入光纖的方向保持不變，根據(jù)透射或散射圖樣的變化就可以判斷光纖沿軸向的雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度。

但是以上方法均未完全去除光纖的外部扭轉(zhuǎn)(如扭曲等)對光纖雙折射主軸產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)，雖然以上方法在測量過程中光纖是自由狀態(tài)放置的，但是為了測量的需要，均需要夾具加持，夾具與被測光纖之間存在的摩擦力可能會引起光纖的外部扭轉(zhuǎn)，從而引入測量誤差。而且側(cè)面成像法主要用于光子晶體光纖，普適性不好。

因此，需要提出一種能完全去除光纖的外部扭轉(zhuǎn)的方法，以更準確的測量光纖雙折射主軸的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度，同時還需要具有普適性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種保偏光纖雙折射主軸內(nèi)部扭轉(zhuǎn)角度的測量裝置及方法。

所述的測量裝置，包括光纖外部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力釋放裝置以及顯微鏡觀察裝置。