專利名稱：不同應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)保偏光纖的拍長(zhǎng)測(cè)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)算偏振保持光纖拍長(zhǎng)的方法。
背景技術(shù)：
偏振保持光纖(即保偏光纖)一般用于相干光通信和干涉型光纖傳感器等場(chǎng)合。偏振保持光纖由于對(duì)線偏振光具有較強(qiáng)的偏振保持能力和對(duì)一般單模光纖極好的兼容性，在光纖通信和傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用極其廣泛。目前最常用的三種偏振保持光纖是領(lǐng)結(jié)型、熊貓型和橢圓包層型。這三種類型的偏振保持光纖都有相應(yīng)的拍長(zhǎng)數(shù)值理論計(jì)算公式。但是，隨著我國(guó)光通信水平的發(fā)展，對(duì)自主研制的偏振保持光纖的性能提出了新的要求，各種新型的偏振保持光纖相繼問世，例如類矩形偏振保持光纖、一字型偏振保持光纖等。這些偏振保持光纖由于其應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)摻雜形狀各異，其拍長(zhǎng)很難用通用的理論公式計(jì)算。同時(shí)，拍長(zhǎng)是偏振保持光纖的重要性能指標(biāo)，直接對(duì)應(yīng)偏振保持光纖的應(yīng)力雙折射和消光比，對(duì)拍長(zhǎng)的計(jì)算可以指導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化生產(chǎn)工藝。因此，提供一種偏振保持光纖拍長(zhǎng)的測(cè)算方法，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)新型偏振保持光纖具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不同應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)保偏光纖的拍長(zhǎng)測(cè)算方法，以解決因應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)摻雜形狀各異，偏振保持光纖的拍長(zhǎng)很難用通用理論公式計(jì)算的問題。本發(fā)明通過下述步驟實(shí)現(xiàn)一、獲取含有偏振保持光纖的包層區(qū)、應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)的光纖橫截面圖片；二、在計(jì)算機(jī)中建立該圖片的平面坐標(biāo)系，確定圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)值同時(shí)確定芯區(qū)中心位置的坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)依次讀取該圖片每個(gè)像素點(diǎn)的像素值，利用包層區(qū)與應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)像素點(diǎn)的像素值差異，棄掉包層區(qū)的像素點(diǎn)，把應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)的每個(gè)像素點(diǎn)代入下列公式計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)坐標(biāo)的微分值dB=cEϵ(1-υ)·(x-x′)2-(y-y′)2[(x-x′)2+(y-y′)2]2dx′dy′]]>
其中x、y對(duì)應(yīng)該點(diǎn)坐標(biāo)，x′、y′對(duì)應(yīng)光纖芯區(qū)中心位置的坐標(biāo)，c代表應(yīng)力光彈系數(shù)；E代表?xiàng)钍夏Ａ?；v代表泊松比。
ε＝(α1-α2)Tα1——為摻雜區(qū)的熱膨脹系數(shù) α1＝mSd+(1-m)Soα2——為包層的熱膨脹系數(shù)α2＝S0So——SiO2的熱膨脹系數(shù) 0.5×10-6/℃Sd——摻雜成份的熱膨脹系數(shù)其中摻雜成份為B2O3時(shí) Sd＝10×10-6/℃摻雜成份為Ge2O3時(shí)Sd＝7×10-6/℃m——摻雜區(qū)摻雜成份的摩爾百分?jǐn)?shù)T——650℃三、對(duì)應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)所有像素點(diǎn)坐標(biāo)的微分值進(jìn)行累加從而得到偏振保持光纖的應(yīng)力雙折射B，進(jìn)而根據(jù)下述公式計(jì)算其拍長(zhǎng)Lp，Lp=λB]]>其中λ為光波長(zhǎng)，使用1.55μm或1.31μm。
本發(fā)明的方法先獲取偏振保持光纖橫截面圖像，再分析圖像中的像素?cái)?shù)據(jù)，利用微元算法來計(jì)算偏振保持光纖拍長(zhǎng)。由于偏振保持光纖包層區(qū)、應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)的摻雜元素不同，根據(jù)襯度原理，會(huì)表現(xiàn)顏色及對(duì)比度上的差異，這樣根據(jù)像素值即可判斷出該點(diǎn)在偏振保持光纖中的位置(包層區(qū)、應(yīng)力區(qū)或芯區(qū))。本發(fā)明采用累加的方法計(jì)算微元算法積分，避免了復(fù)雜摻雜區(qū)形狀在數(shù)學(xué)上“不可積”的問題，因此，不受偏振保持光纖摻雜區(qū)形狀的限制，即可計(jì)算任意偏振保持光纖的拍長(zhǎng)。同時(shí)，本方法完全由計(jì)算機(jī)完成計(jì)算，避免了理論公式計(jì)算的繁瑣性。該方法不受偏振保持光纖的應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)的形狀的限制，可用來測(cè)算任何應(yīng)力區(qū)與芯區(qū)結(jié)構(gòu)的偏振保持光纖的拍長(zhǎng)，并指導(dǎo)新型偏振保持光纖的設(shè)計(jì)。本發(fā)明圖片的獲取可以選用掃描電鏡的方法得到，但不僅僅局限于掃描電鏡方法，對(duì)于偏振保持光纖橫截面中包層區(qū)、應(yīng)力區(qū)與芯區(qū)具有明顯顏色襯度的圖片均可分析計(jì)算。


圖1是自行設(shè)計(jì)的偏振保持光纖的橫截面圖片，圖2是計(jì)算機(jī)程序流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式可對(duì)自行設(shè)計(jì)的新型應(yīng)力元結(jié)構(gòu)的保偏光纖的拍長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，通過下述步驟實(shí)現(xiàn)一、設(shè)計(jì)含有偏振保持光纖的包層區(qū)1、應(yīng)力區(qū)3和芯區(qū)2的光纖橫截面圖片。圖片文件通常分為文件頭信息和數(shù)據(jù)兩部分。不同的圖片格式有不同的文件頭形式和編碼方式，利用圖像處理軟件讀取光纖橫截面圖片中芯區(qū)中心的坐標(biāo)，如果芯區(qū)的形狀不規(guī)則，則利用實(shí)驗(yàn)的方法取得光纖橫截面的光波導(dǎo)中心作為芯區(qū)中心的坐標(biāo)。利用相應(yīng)圖像處理軟件，例如Matlab讀取圖片的文件頭信息，從中獲得光纖圖片的實(shí)際尺寸m×n，然后建立m×n的矩陣data[m][n]來存儲(chǔ)圖片數(shù)據(jù)，在這個(gè)矩陣中，下標(biāo)表示數(shù)據(jù)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)，數(shù)值代表該點(diǎn)的像素值，例如data[1][1]數(shù)據(jù)表示(2，2)點(diǎn)的像素值(計(jì)算機(jī)中計(jì)數(shù)是從0開始的)。通過這種方法便可以讀取任何一點(diǎn)的像素值，并判斷該點(diǎn)是否處在偏振保持光纖的應(yīng)力區(qū)或芯區(qū)，然后對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。二、在計(jì)算機(jī)中建立該圖片的平面坐標(biāo)系，確定圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)值，通過計(jì)算機(jī)依次讀取該圖片每個(gè)像素點(diǎn)的像素值，利用包層區(qū)與應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)像素點(diǎn)的像素值差異，棄掉包層區(qū)的像素點(diǎn)，把應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)的每個(gè)像素點(diǎn)代入下列公式計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)坐標(biāo)的微分值dB=cEϵ(1-υ)·(x-x′)2(y-y′)2[(x-x′)2+(y-y′)2]2dx′dy′]]>其中x、y對(duì)應(yīng)該點(diǎn)坐標(biāo)，x′y′對(duì)應(yīng)光纖芯區(qū)中心位置的坐標(biāo)，c代表應(yīng)力光彈系數(shù)；E代表?xiàng)钍夏Ａ?；v代表泊松比。
ε＝(α1-α2)Tα1——為摻雜區(qū)的熱膨脹系數(shù) α1＝mSd+(1-m)Soα2——為包層的熱膨脹系數(shù)α2＝S0So——SiO2的熱膨脹系數(shù) 0.5×10-6/℃Sd——摻雜成份的熱膨脹系數(shù)其中摻雜成份為B2O3時(shí) Sd＝10×10-6/℃
摻雜成份為Ge2O3時(shí) Sd＝7×10-6/℃m——摻雜區(qū)摻雜成份的摩爾百分?jǐn)?shù)T——溫度650℃如圖2所示，計(jì)算程序從圖片像素矩陣中逐點(diǎn)讀取數(shù)值，根據(jù)像素值判斷該點(diǎn)位置，并將處于應(yīng)力區(qū)與芯區(qū)的像素點(diǎn)坐標(biāo)帶入微元算法積分公式累加計(jì)算偏振保持光纖的應(yīng)力雙折射B。
三、進(jìn)而根據(jù)下述公式計(jì)算其拍長(zhǎng)Lp，Lp=λB]]>其中λ為光波長(zhǎng)，一般使用1.55μm或1.31μm。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式可對(duì)任何應(yīng)力元結(jié)構(gòu)的實(shí)際保偏光纖的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)算，獲取其拍長(zhǎng)數(shù)值。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是在步驟一中，獲取含有偏振保持光纖的包層區(qū)1、應(yīng)力區(qū)3和芯區(qū)2的光纖橫截面背散射圖片。具體獲取方法是對(duì)光纖的橫截面進(jìn)行噴碳或噴金處理，然后利用掃描電鏡獲取含有偏振保持光纖的包層區(qū)、應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)的光纖橫截面背散射圖片；由于偏振保持光纖應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)的摻雜元素不同，根據(jù)襯度原理，由掃描電鏡獲取的背散射圖片上會(huì)表現(xiàn)顏色及對(duì)比度上的差異，這樣根據(jù)像素值即可判斷出該點(diǎn)在偏振保持光纖中的位置。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一不同的點(diǎn)還在于，在步驟一中不采用圖像處理軟件，而是利用自行編制的程序，確定光纖芯區(qū)中心的坐標(biāo)，如圖2中所示。其它的步驟與實(shí)施方式一相同。
權(quán)利要求
1.不同應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)保偏光纖的拍長(zhǎng)測(cè)算方法，其特征在于該方法通過下述步驟實(shí)現(xiàn)一、獲取含有偏振保持光纖的包層區(qū)、應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)的光纖橫截面圖片；二、在計(jì)算機(jī)中建立該圖片的平面坐標(biāo)系，確定圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)值同時(shí)確定芯區(qū)中心位置的坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)依次讀取該圖片每個(gè)像素點(diǎn)的像素值，利用包層區(qū)與應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)像素點(diǎn)的像素值差異，棄掉包層區(qū)的像素點(diǎn)，把應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)的每個(gè)像素點(diǎn)代入下列公式計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)坐標(biāo)的微分值dB=cEϵ(1-v)·(x-x′)2-(y-y′)2[(x-x′)2+(y-y′)2]2dx′dy′]]>其中x、y對(duì)應(yīng)該點(diǎn)坐標(biāo)，x′、y′對(duì)應(yīng)光纖芯區(qū)中心位置的坐標(biāo)，c代表應(yīng)力光彈系數(shù)；E代表?xiàng)钍夏Ａ浚籿代表泊松比。ε＝(α1-α2)Tα1——為摻雜區(qū)的熱膨脹系數(shù)α1＝mSd+(1-m)Soα2——為包層的熱膨脹系數(shù) α2＝SoSo——SiO2的熱膨脹系數(shù) 0.5×10-6/℃Sd——摻雜成份的熱膨脹系數(shù)其中摻雜成份為B2O3時(shí)Sd＝10×10-6/℃摻雜成份為Ge2O3時(shí)Sd＝7×10-6/℃m——摻雜區(qū)摻雜成份的摩爾百分?jǐn)?shù)T——溫度650℃三、對(duì)應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)所有像素點(diǎn)坐標(biāo)的微分值進(jìn)行累加從而得到偏振保持光纖的應(yīng)力雙折射B，進(jìn)而根據(jù)下述公式計(jì)算其拍長(zhǎng)Lp，Lp=λB]]>其中λ為光波長(zhǎng)，為1.55μm或1.31μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)保偏光纖的拍長(zhǎng)測(cè)算方法，其特征在于在步驟一中，對(duì)光纖的橫截面進(jìn)行噴碳或噴金處理，然后利用掃描電鏡獲取含有偏振保持光纖的包層區(qū)、應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)的光纖橫截面背散射圖片。
全文摘要
不同應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)保偏光纖的拍長(zhǎng)測(cè)算方法，本發(fā)明涉及一種測(cè)算偏振保持光纖拍長(zhǎng)的方法。它解決了因應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)摻雜形狀各異，偏振保持光纖的拍長(zhǎng)很難用通用理論公式計(jì)算的問題。本發(fā)明通過下述步驟實(shí)現(xiàn)一、獲取含有偏振保持光纖的包層區(qū)、應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)的光纖橫截面圖片；二、在計(jì)算機(jī)中建立該圖片的平面坐標(biāo)系，確定圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)值同時(shí)確定芯區(qū)中心位置的坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)依次讀取該圖片每個(gè)像素點(diǎn)的像素值，利用包層區(qū)與應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)像素點(diǎn)的像素值差異，棄掉包層區(qū)的像素點(diǎn)，把應(yīng)力區(qū)和芯區(qū)內(nèi)的每個(gè)像素點(diǎn)代入公式計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)坐標(biāo)的微分值。本發(fā)明中測(cè)算方法不受應(yīng)力區(qū)和光纖芯部摻雜區(qū)形狀的影響。
文檔編號(hào)G02B6/10GK1963431SQ200610151069
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者李美成, 王洪磊, 熊敏, 劉禮華, 肖天鵬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)