[發明專利]一種保偏光纖包層直徑測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202110395743.3
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113251937B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 董永康;周登望;任玉麗;李逸佳;李天夫
• 申請（專利權）人: 董永康
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08
• 代理公司: 哈爾濱市航友知識產權代理事務所(普通合伙) 23216
• 代理人: 宋詩非;張贊

一種保偏光纖包層直徑測量方法及裝置，屬于分布式光纖傳感領域，目的是為了解決現有的保偏光纖直徑測量方法無法兼顧非破壞、高精度、以及分布式測量。本發明的方法包括：向保偏光纖的一端先后注若干組頻率間隔為f_m的線偏振激發脈沖光和頻率間隔為f_m的線偏振讀取脈沖光，且二者偏振方向垂直；向保偏光纖另一端先后注入頻率為或者以及頻率為或者的連續探測光，其中，ν_B為保偏光纖的后向布里淵頻移理論值；在包含保偏光纖前向布里淵頻移理論值的預設頻率范圍內對f_m進行掃描，并測量讀取脈沖光中的高頻分量和低頻分量的光功率，獲得與預設頻率范圍相對應的前向受激布里淵信號譜線；根據該譜線獲得保偏光纖的包層直徑。

技術領域

本發明涉及光纖基本參數的分布式測量技術，屬于分布式光纖傳感領域。

背景技術

光纖作為感知外界環境變化的傳感單元，通過光纖中的散射，獲取光纖每個位置的傳感信號，實現分布式傳感。近年來，隨著現代化工業和農業生產中對傳感器的巨大需求，分布式光纖傳感被大量應用于橋梁道路結構健康監測、管道安全監控以及氣體測量等領域。

實際上，光纖不僅是一種性能良好的光波導，也可以作為一種聲波導，利用聲波可以與外界直接接觸的特點完成對外界環境物質性質的感知。前向布里淵散射是指，沿光纖軸向同向傳輸的泵浦光和散射光相互作用產生橫向聲波，而橫向聲波場通過包層-涂覆層或者涂覆層-外界環境等界面反射回來形成穩定聲波模式，攜帶外界信息的橫向聲波場返回光纖纖芯同光波進行光聲耦合，從而影響散射光的傳輸。近年來，一種基于前向受激布里淵散射(Forward Stimulated Brillouin Scattering,FSBS)的分布式光纖傳感被研究人員提出，并成為了傳感領域的熱點。其基本原理是通過瑞利散射或者后向受激布里淵散射來探測前向受激布里淵散射譜，然后通過數據處理解調出分布式物質信息。利用這一原理，也可以進行光纖包層直徑的分布式測量。

光纖的直徑測量對于超高靈敏度傳感和高速光通信等領域至關重要。目前，光纖直徑的測量依賴于點式測量方案。例如，在工業上，掃描電子顯微鏡或光學顯微鏡由于其良好的空間分辨率被廣泛采用，即通過獲取截面圖像以測量光纖直徑。然而，測量過程中切割光纖會對其造成不可逆的損傷，并且顯微鏡測量法的分辨率和視場無法同時優化。自20世紀70年代以來，非破壞性的光纖直徑測量方法包括基于后向散射(Presby,H.M.“Refractive index and diameter measurements of unclad optical fibers”.OpticalSociety of America.64,280-284(1974))和前向散射(Smithgall,D.H.,Watkins,L.S.andFrazee,R.E.“High-speed noncontact fiber-diameter measurement using forwardlight scattering”.Applied Optics.16,2395-2402(1977))產生的相干邊緣圖案的分析，在50μm-150μm的光纖直徑范圍內，最佳精度為250nm，該技術已被用于商業制備的光纖直徑測量。然而，上述方法所達到的直徑分辨率不足以滿足更高要求的應用。而光譜干涉測量法(Jasapara,J.,Monberg,E.,DiMarcello,F.and Nicholson,J.W.“Accurate noncontactoptical fiber diameter measurement with spectral interferometry.”OpticsLetters.28,601-603(2003))等方法的引入可以實現高于10nm的精度。精度高于10nm的測量可以通過近場共振在后向散射光實現(Ashkin,A.,Dziedzic,J.M.and Stolen,R.H.“Outer diameter measurement of low birefringence optical fibers by a newresonant backscatter technique”.Applied Optics.20,2299-2303(1981))。另一個高精度的方案利用了由輔助微纖維產生的回音壁模式，以實現1/10⁴的分辨率(T.A.Birks,J.C.Knight,and T.E.Dimmick,“High-resolution measurement of the fiber diametervariations using whispering gallery modes and no optical alignment”IEEEPhotonics Technology Letters 12,182-183(2000))。