一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法及檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法及檢測裝置，該檢測方法利用激光光束在光纖中傳播、被光纖本身吸收并引起光纖局部溫度升高，從而引起光纖局部物理特性發(fā)生變化這一效應(yīng)來檢測光纖內(nèi)部的吸收特性，可以獲得光纖內(nèi)部吸收特性的空間分布，進(jìn)而得到光纖內(nèi)部缺陷的空間分布。本發(fā)明還提供一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置。本發(fā)明具有高分辨率、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法及檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖特性檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法及檢測裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]光纖技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，從現(xiàn)代通訊、到各類傳感技術(shù)、再到新型光源等，光纖都是必不可少的關(guān)鍵材料。特別是近年來，隨著大功率激光技術(shù)及應(yīng)用的快速發(fā)展，對光纖本身的性能提出了新的要求。
[0004]光纖內(nèi)部的吸收是影響光束傳播的一個(gè)關(guān)鍵因素，吸收越小，光束傳播距離越長。此外，光纖內(nèi)部會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)制造、摻雜不均勻等各種原因產(chǎn)生局部缺陷，這些缺陷往往會(huì)對光纖中的光束傳播產(chǎn)生不良的影響，例如，大功率的激光束在光纖傳輸中經(jīng)常會(huì)因?yàn)檫@些缺陷對激光能量的吸收而在光纖內(nèi)部產(chǎn)生破壞，影響光束的正常傳播；再有，在光纖激光器里作為激光增益介質(zhì)的光纖，因?yàn)檫@些缺陷，在激光放大過程中也會(huì)產(chǎn)生破壞，從而導(dǎo)致激光器不能正常工作。因此，能夠?qū)饫w內(nèi)部的這些吸收缺陷進(jìn)行有效檢測，特別是能夠?qū)@些缺陷的空間分布進(jìn)行有效檢測是十分必要的。
[0005]現(xiàn)有的檢測基本都是測量輸入光纖的光束的能量和從光纖輸出的光束的能量來獲得光束經(jīng)過光纖的損耗。這樣測得的損耗是光纖整體的損耗，不僅包括光纖對光束能量的吸收引起的損耗，還包括光纖內(nèi)部的散射引起的損耗，無法獲得光纖內(nèi)部吸收特性和缺陷空間分布。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種具有高分辨率和高靈敏度并且能夠獲得光纖內(nèi)部吸收特性和缺陷空間分布的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法及檢測裝置。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法，包括以下步驟:
(1)對泵浦光源輸出的泵浦光束的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，并將經(jīng)過調(diào)制的泵浦光束耦合進(jìn)入被測光纖，泵浦光束在被測光纖中傳播；
(2)將探測光源輸出的探測光束聚焦到被測光纖上的某一區(qū)域；
(3)采用光電探測器對從被測光纖出射的探測光束進(jìn)行探測，光電探測器將探測的光信號轉(zhuǎn)化成電信號，輸入交流弱信號檢測裝置進(jìn)行檢測，獲得探測光束的傳播特性在經(jīng)過被測光纖某一區(qū)域時(shí)的變化量；
(4)根據(jù)探測光束的傳播特性在經(jīng)過被測光纖某一區(qū)域時(shí)的變化量，得到被測光纖該區(qū)域?qū)Ρ闷止馐奈仗匦裕?br> (5)改變探測光束在被測光纖上的聚焦區(qū)域，重復(fù)上述步驟(3)和步驟(4)，得到被測光纖各個(gè)區(qū)域?qū)Ρ闷止馐奈仗匦?，獲得被測光纖內(nèi)部吸收特性的空間分布。
[0009]所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法，所述步驟(3)中，從被測光纖出射的探測光束經(jīng)由探測光會(huì)聚裝置、探測光濾光裝置和空間濾波器后，再進(jìn)入光電探測器。
[0010]所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法，所述步驟(3)中，所述交流弱信號檢測裝置選用鎖相放大器。
[0011]所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法，所述步驟(5)中，改變探測光束在被測光纖上的聚焦區(qū)域，具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
(1)將被測光纖的其中一段固定放置在光纖裝夾位移裝置上，然后將探測光束聚焦到該段光纖的某一區(qū)域；
(2)將該段光纖隨同光纖裝夾位移裝置一起沿著光纖的軸向移動(dòng)，改變探測光束在該段光纖上聚焦區(qū)域的相對位置；
(3)改變光纖裝夾位移裝置在被測光纖上的裝夾位置，重復(fù)上述步驟。
[0012]一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，包括分別與被測光纖光路連接的泵浦光源、探測光源和光電探測器，所述泵浦光源與被測光纖之間依次設(shè)有光調(diào)制裝置和光耦合裝置，所述探測光源與被測光纖之間設(shè)有探測光第一會(huì)聚裝置，所述被測光纖與光電探測器之間依次設(shè)有探測光第二會(huì)聚裝置、探測光濾光裝置和空間濾波器；所述光電探測器的輸出端與交流弱信號檢測裝置的輸入端連接。
[0013]所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，還包括用于放置和移動(dòng)被測光纖的光纖裝夾位移裝置，所述光纖裝夾位移裝置與被測光纖固定連接。
[0014]所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，所述光調(diào)制裝置與光耦合裝置之間設(shè)有分光裝置，所述分光裝置的反射光路上設(shè)有光功率探測裝置。
[0015]所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，所述探測光源與探測光第一會(huì)聚裝置之間依次設(shè)有探測光整形處理裝置和探測光角度調(diào)整裝置。
[0016]所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，所述探測光濾光裝置與空間濾波器之間設(shè)有探測光分光裝置，所述探測光分光裝置的反射光路上設(shè)有探測光功率探測裝置。
[0017]本發(fā)明利用激光光束在光纖中傳播、被光纖本身吸收并引起光纖局部溫度升高，從而引起光纖局部物理特性發(fā)生變化這一效應(yīng)來檢測光纖內(nèi)部的吸收特性，可以獲得光纖內(nèi)部吸收特性的空間分布，進(jìn)而得到光纖內(nèi)部缺陷的空間分布，本發(fā)明具有高分辨率、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的原理示意圖；
圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，泵浦光源發(fā)出的泵浦激光光束100耦合進(jìn)入被測光纖6并在其中傳播，由于光纖本身對激光的吸收，在泵浦光束經(jīng)過的區(qū)域都會(huì)引起光纖的溫度升高，從而使得光纖的物理特性發(fā)生變化，如熱膨脹、折射率改變等。此時(shí)，用一束較弱的探測光束800經(jīng)由探測光第一會(huì)聚裝置11聚焦后照射到被測光纖6上并透過被測光纖6，對這束入射的探測光束800來說，被測光纖6就相當(dāng)于一個(gè)“柱透鏡”。由于上述的光吸收所引起的光纖物理特性的變化，透過被測光纖6的探測光束801的傳播特性也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，如會(huì)產(chǎn)生新增的會(huì)聚或發(fā)散效應(yīng)。這種變化的大小是由光纖本身對泵浦激光吸收的大小決定的。吸收越大，引起探測光束傳播特性的變化也越大，相應(yīng)地，光電探測器17探測到的信號也越大。在一定的泵浦激光功率范圍內(nèi)，吸收與測量信號呈線性關(guān)系。通過對這種探測光束傳播特性變化的檢測，就可以得到光纖在探測光束經(jīng)過區(qū)域?qū)Ρ闷旨す獾奈仗匦浴?br> [0021]對探測光束傳播特性的變化的檢測，可以采用由探測光第二會(huì)聚裝置12、探測光濾光裝置13、空間濾波器16和光電探測器17所組成的檢測單元。經(jīng)過被測光纖6的探測光束801由探測光第二會(huì)聚裝置12收集，并通過探測光濾光裝置13濾掉除探測光以外的雜散光，再經(jīng)過空間濾波器16后由光電探測器17進(jìn)行探測，空間濾波器16只讓部分探測光束801通過。探測光束801中產(chǎn)生新增的會(huì)聚或發(fā)散效應(yīng)，會(huì)相應(yīng)地弓I起通過空間濾波器16的探測光能量的改變。由于探測光束傳播特性的變化量往往比較小，甚至小于探測光束本身的噪聲波動(dòng)，因此一般需要利用交流弱信號檢測裝置來進(jìn)行檢測，常用的交流弱信號檢測裝置有鎖相放大器等，采用鎖相放大器對激光誘導(dǎo)探測光熱信號進(jìn)行檢測時(shí)，將對泵浦激光光束進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制的調(diào)制信號頻率作為鎖相放大器的參考信號頻率，這樣可以大大抑制探測光束本身的噪聲以及外部環(huán)境噪聲等對測量結(jié)果的影響，達(dá)到很高的檢測靈敏度；調(diào)制信號的頻率不宜過高，這樣可以消除被測光纖本身熱物理特性對檢測結(jié)果的影響。
[0022]當(dāng)探測點(diǎn)相對于光纖方向進(jìn)行移動(dòng)，對經(jīng)過的光纖上每一點(diǎn)都進(jìn)行檢測，就可以獲得光纖內(nèi)部吸收特性的空間分布。因?yàn)楣饫w本身的芯徑比較小，大多數(shù)在幾微米到幾百微米之間，而一般聚焦后的光斑尺寸也在這個(gè)范圍，因此，采用本發(fā)明測量得到的吸收特性的空間分布只有在沿光纖的方向上有分辨率，分辨率的大小取決于激光光斑的大小。在光纖的橫向截面上沒有分辨率。
[0023]如圖2所示，一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，包括有泵浦光源1、光調(diào)制裝置
2、分光裝置3、光功率探測裝置4、光耦合裝置5、被測光纖6、光纖裝夾位移裝置7、探測光源8、探測光整形處理裝置9、探測光角度調(diào)整裝置10、探測光第一會(huì)聚裝置11、探測光第二會(huì)聚裝置12、探測光濾光裝置13、探測光分光裝置14、探測光功率探測裝置15、空間濾波器
16、光電探測器17和交流弱信號檢測裝置18。
[0024]光調(diào)制裝置2可采用光調(diào)制器或者斬波器，分光裝置3和探測光分光裝置14可采用分光片或者分光棱鏡，光功率探測裝置4和探測光功率探測裝置15可采用功率計(jì)或者功率探測器，光耦合裝置5可采用顯微物鏡，探測光整形處理裝置9可采用擴(kuò)束鏡，探測光角度調(diào)整裝置10可采用高反射鏡，探測光第一會(huì)聚裝置11和探測光第二會(huì)聚裝置12可采用聚焦透鏡，探測光濾光裝置13可采用濾光片，交流弱信號檢測裝置18可采用鎖相放大器。
[0025]由泵浦光源I發(fā)出的泵浦光束經(jīng)過光調(diào)制裝置2后光強(qiáng)受到調(diào)制，再經(jīng)過分光裝置3被分為兩束，其中一束進(jìn)入到光功率探測裝置4，用于對入射到被測光纖6里的泵浦光的功率進(jìn)行監(jiān)測，另一束經(jīng)過光耦合裝置5耦合到被測光纖6里面，并在被測光纖6里傳播，由于被測光纖6對泵浦光能量的吸收，會(huì)引起被測光纖6的溫度的升高，從而使得被測光纖6的物理特性發(fā)生變化。
[0026]由探測光源8發(fā)出的探測光束依次經(jīng)過探測光整形處理裝置9、探測光角度調(diào)整裝置10后，由探測光第一會(huì)聚裝置11聚焦到被測光纖6上，經(jīng)過被測光纖6的探測光束經(jīng)由探測光第二會(huì)聚裝置12收集，再經(jīng)過探測光濾光裝置13濾掉除探測光以外的其它波段的雜散光，經(jīng)過探測光濾光裝置13的探測光束由探測光分光裝置14分為兩束，其中一束進(jìn)入探測光功率探測裝置15，用于對探測光的功率進(jìn)行監(jiān)測，另一束則經(jīng)過空間濾波器17后由光電探測器進(jìn)行探測，光電探測器17將探測光熱信號轉(zhuǎn)化成電信號，輸入交流弱信號檢測裝置18進(jìn)行檢測，再經(jīng)過后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理，得到光纖內(nèi)部吸收特性和缺陷空間分布。
[0027]被測光纖6其中的一段固定放置在光纖裝夾位移裝置7上，可以相對于探測光點(diǎn)進(jìn)行掃描測量，從而獲得光纖內(nèi)部吸收特性的空間分布。由于光纖本身的特征，放置在光纖裝夾位移裝置7上的這一段光纖隨該光纖裝夾位移裝置7 —起位移時(shí)，不會(huì)對傳播光路產(chǎn)生影響，因此不影響掃描測量的過程。
[0028]以上所述實(shí)施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對泵浦光源輸出的泵浦光束的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，并將經(jīng)過調(diào)制的泵浦光束耦合進(jìn)入被測光纖，泵浦光束在被測光纖中傳播； (2)將探測光源輸出的探測光束聚焦到被測光纖上的某一區(qū)域； (3)采用光電探測器對從被測光纖出射的探測光束進(jìn)行探測，光電探測器將探測的光信號轉(zhuǎn)化成電信號，輸入交流弱信號檢測裝置進(jìn)行檢測，獲得探測光束的傳播特性在經(jīng)過被測光纖某一區(qū)域時(shí)的變化量； (4)根據(jù)探測光束的傳播特性在經(jīng)過被測光纖某一區(qū)域時(shí)的變化量，得到被測光纖該區(qū)域?qū)Ρ闷止馐奈仗匦裕? (5)改變探測光束在被測光纖上的聚焦區(qū)域，重復(fù)上述步驟(3)和步驟(4)，得到被測光纖各個(gè)區(qū)域?qū)Ρ闷止馐奈仗匦?，獲得被測光纖內(nèi)部吸收特性的空間分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法，其特征在于，所述步驟(3)中，從被測光纖出射的探測光束經(jīng)由探測光會(huì)聚裝置、探測光濾光裝置和空間濾波器后，再進(jìn)入光電探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述交流弱信號檢測裝置選用鎖相放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測方法，其特征在于，所述步驟(5)中，改變探測光束在被測光纖上的聚焦區(qū)域，具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn): (1)將被測光纖的其中一段固定放置在光纖裝夾位移裝置上，然后將探測光束聚焦到該段光纖的某一區(qū)域； (2)將該段光纖隨同光纖裝夾位移裝置一起沿著光纖的軸向移動(dòng)，改變探測光束在該段光纖上聚焦區(qū)域的相對位置； (3)改變光纖裝夾位移裝置在被測光纖上的裝夾位置，重復(fù)上述步驟。
5.一種光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，其特征在于:包括分別與被測光纖光路連接的泵浦光源、探測光源和光電探測器，所述泵浦光源與被測光纖之間依次設(shè)有光調(diào)制裝置和光耦合裝置，所述探測光源與被測光纖之間設(shè)有探測光第一會(huì)聚裝置，所述被測光纖與光電探測器之間依次設(shè)有探測光第二會(huì)聚裝置、探測光濾光裝置和空間濾波器；所述光電探測器的輸出端與交流弱信號檢測裝置的輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，其特征在于:還包括用于放置和移動(dòng)被測光纖的光纖裝夾位移裝置，所述光纖裝夾位移裝置與被測光纖固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，其特征在于:所述光調(diào)制裝置與光耦合裝置之間設(shè)有分光裝置，所述分光裝置的反射光路上設(shè)有光功率探測裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，其特征在于:所述探測光源與探測光第一會(huì)聚裝置之間依次設(shè)有探測光整形處理裝置和探測光角度調(diào)整裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖內(nèi)部吸收特性的檢測裝置，其特征在于:所述探測光濾光裝置與空間濾波器之間設(shè)有探測光分光裝置，所述探測光分光裝置的反射光路上設(shè)有探測光功率探測裝置。
【文檔編號】G01M11/02GK103712780SQ201310730491
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】吳周令, 陳堅(jiān) 申請人:合肥知常光電科技有限公司