用于测量相元件参数和光纤色散的设备及用于测量相元件参数和光纤色散的方法技术

一用于测量相元件参数和光纤色散的设备，其特征在于，包括：至少一光源，串联连接至至少一光纤耦合器，光纤耦合器的一端构成了参考端的一部分，其第二端构成了设备测量端的一部分；以及至少一电动直线平台安装于所述设备的至少一端上；且该设备的至少一端直接连接一检测器，或者通过一额外光纤耦合器与至少一检测器连接；且至少一准直器至少放置在该设备的端上，至少在相元件之前。一用于测量相元件参数和光纤色散的方法，采用上述设备，该方法为两阶段的，其中第一阶段假定依据本发明专利技术设备校准，且第二阶段为合适测量阶段；其特征在于，在依据本发明专利技术设备的校准期间，来自低相干光源（1.1）的光线指向光纤耦合器（2.1），光纤耦合器（2.1）内被分隔为两端：测量端和参考端；之后电动直线平台（6）移动，电动直线平台记录其位置信息，直到获得位置信息与光纤耦合器端之间的光路径两者零差异，干涉图由光电检测器，尤其是光电二极管，在时间延迟中收集形成；之后设备被校准，系统继续执行合适测量，在合适测量内，相元件尤其是用于测量的透镜，被插入依据本发明专利技术设备的测量端内的准直器（3.1）和（3.2）之间；之后滑动电动直线平台，确定与光路径之间零差异的电动直线平台位置；相元件的厚度在基于校准和合适测量中等效光学路径的不同位置而被确定，并依赖于制成透镜的玻璃的折射率知识。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量相元件参数和光纤色散的设备及用于测量相元件参数和光纤色散的方法本专利技术主题为用于测量相位元件参数和光纤色散的装置，以及测量相位元件参数和光纤色散的方法。相位元件包括但不限于透镜，相位元件参数特别是折射率和厚度。所述装置和方法采用白光干涉（低相干干涉）。所述装置和方法还采用色散测量，尤其是色散补偿光纤的色散测量，即将具有相当高（绝对）色散值的光纤与用于无线通讯中的标准光纤比较。技术实践定义了几种测量相位元件参数的方法，相位元件参数包括折射率和厚度，方法应用了多种物理现象和效果。下述为已知的接触技术（contacttechnique）：采用指示器测量；采用坐标测量机（CMM）测量，其通过采集大量点产生相元件轮廓信息，包括相元件的厚度；以及最简单的卡尺测量。已知的接触方法包括干涉测量、椭圆测量的和基于AT（衰减全反射和内反射）测量的方法（衰减全反射红外光谱法）。相元件参数的测量挑战之一是在不接触测量装备的机械部分的表面下，实现最大精度的相元件参数测量。接触方法可导致测试元件及其表面，尤其是机械元件的损坏，并且需要相元件和测量单元两者精确装配，而精确装配在工业条件下非常困难。而且，常见的接触方法并不致力于实验测量用的且具有大曲率半径的凹透镜的测量，且精密仪器购买的可能花销常超过整个生产线的价值。由王允、邱丽荣、杨佳苗和赵维谦（光学仪器-光和电子光学国际杂志，2013）撰写的题为“利用共焦技术对透镜折射率和厚度的测量”，描述了一种在共焦系统中测量相元件折射率或厚度的方法。该技术采用光线追踪方法。光线通过透镜后，聚焦在待测相元件表面的中心点，之后重定向回镜面。该透镜参照相元件的待测表面移动。聚焦曲线峰值根据相元件的变化位置进行检测，相元件是参照透镜焦距发生位置变化。发送给检测器后，信号由计算算法处理。在完成测量之前，系统是对齐的，且对齐准确度决定了测量精度。信号通过分光器立方体进入到测量系统。由于除尘或移动元件的可能性，大量光学仪器（在此示例中，分光器立方体）的应用增大了系统不对准的风险。光线追踪方法也已经由王允、邱丽荣、宋燕星、赵维谦公开的文章题为“激光差动公交透镜厚度测量”（测量科学和技术，2012）中所描述，其中作者采用了共焦系统。相较于前述文章，此方法假定系统改进在于差分测量的应用，需要使用第二检测器。一方面该测量方法较准确些，而另一方面该测量方法需要延长测量持续时间和计算能力。由韦里耶I，伟勒斯C，和莱皮内T（光学快报，2009）著作的题为“用于软性和硬性接触透镜中心厚度测量的低相干干涉法”，描述了具有低相干干涉源的接触透镜厚度的测量方法。在此方法中，光束指向由两个干涉仪组成的系统：马赫-曾德耳干涉仪，和SISAM相关器系统，两个单词的首字母缩略词：“波幅调制选择的干涉分光仪”，其包括2个衍射光栅、一个分束器、透镜和信号检测用的CCD相机。此方法的本质优势是无需接触，但需要采用复杂的数学算法来消除分散效应。系统以采用一组元件和镜子为特点，其中较多元件需要采用较高的输出功率源。实质上，增加系统中的部件数量会提高成本和移动风险，风险包括在确保光束处于默认踪迹上有负面影响。系统的准确性还由采用相机的分辨率决定。其他常见测量技术结合具有共焦测量技术的白光干涉（低相干干涉），被详细得在由金姆孙熙汗，娜金户，科金姆杨和李哈比昂（光学快报，2008）著作的题为“结合低相干干涉和共焦光学器件同步测量折射率和厚度”中描述。在此方法中，用于干涉的光束分离在分束器立方体中进行。透镜的折射率和厚度测量需要采用两个系统。美国专利文献US7433027描述了采用立体光学测量透镜（尤其是玻璃矫正透镜）厚度的设备和非接触方法。该系统的工作原理基于由包括CCD矩阵相机的成像系统进行的数据采集。在完成测量后，相元件必须通过专用手柄转动。使用成像处理方法，可能获得测量相元件的3D成像。专利申请文献20070002331A1描述了一种生产期间的测量模具/透镜。此方法基于采用立体光学的干涉仪测量使用。美国专利申请文献US20130278756A1提出了一通过移动近光焦距测量透明部件厚度的设备和方法，之后厚度根据斯涅耳定律确定。设备包括汇聚光线于测量对象表面上的相机。此方法可被用于获得高准确性。该方法并不致力于透镜测量，其中光学功率产生，自其产生引起斑点移动，因而可导致测量畸变。专利申请文献US20140253907A1包含了一相元件中心厚度的测量描述，采用白光干涉和相关光干涉。光学距离的变化通过使用压电元件实现。另外，该方法采用了利用夏克-哈特曼传感器的通过光光波面的测量。相元件的其他参数测量是基于光波面计算，如焦距。该测量方法的实施需要采用三种光源。设备采用光线，将其绕于用于改变位于干涉仪臂之间光路的压电元件上。技术实践定义了相速度的色散测量问题（后文称为色散），尤其是光纤色散的测量问题。参数测量是对无线通信线中峰扩展进行补偿技术发展的关键。光纤补偿越多（按绝对值计算色散越高），光纤长度越小，其被建立在无线通信线中以重建输入信号。光纤色散测量用的系统示例在由霍地思科·Z等人（光学快报2013）著作的题为“用于定制连续区生产的一系列微结构光纤的色散特征实验性研究”中被描述。在此方法中，由于白光测量干涉方法应用于迈克尔森干涉仪结构中，有可能获得高准确性，但是，测量范围因测量光纤和参考光纤之间的色散值的较小差异的存在而受限（此方法示例中，为如标准的单模式光纤，如康宁SMF-28）。实施意味着色散大于负几十ps/(nm-km)不能够被测量。由于色散补偿光纤中的负色散，无论短语“较高色散”出现在专利中的何处，这都表示一个绝对高的数值。例如，(-100)ps/(nm-km)色散比(-18)ps/(nm-km)色散大。测量光纤色散的其他方法基于色散定义的直接应用，这是具有指定距离的脉冲展宽的测量方法，或者是波长函数的时间延迟的测量方法。使用该测量方法，具有小色散的光纤加强光纤的大部分。相应地，具有大色散的光纤示例中，峰展宽一旦在很小的距离内被发现，这些光纤会产生衰减特性的问题。此光纤通常由软玻璃制造，因为软玻璃具有几个dB/m的损耗。最终，信号通过光纤的小部分就能被测量，当几个成打cm的部分被采用时，测量系统中光纤部分的装配很困难，或者甚至变得不可能。缩短太多的待测光纤则会对观察峰展宽的性能有负面影响。美国专利文献US4799789A描述了一测量集合速度色散。该测量方法采用下述内容：每个波长在给定的色散介质中具有不同传播时间，以及测量主要为通过待测和参考光纤的光传播时间的测量。级联的二极管激光器被用作为光源（或LED二极管，取决于其构造），该光源具有产生波长的可变长度，多亏了这个可使光纤间波长发生变化。通过扫描作为光谱函数的光束传播时间，我们获得集合速度色散。专利申请文献WO2006118911描述了纵向色散（按照距离函数）的测量，其通过使用如波长函数的色散测量方法实现。所述方法用于传统的电信光纤，其中光纤长度由于损耗并不是有限的。因此，本专利技术工作的目的是形成一系统，能确保能够实现相元件参数工业测量（例如，折射率和厚度）。作为制造相元件质量控制部分的工业要求之一是对相元件厚度的控制。大部分相似系统在此方面达到非常好的参数，就有可能实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一用于测量相元件参数和光纤色散的设备，其特征在于，包括：至少一光源，串联连接至至少一光纤耦合器，光纤耦合器的一端构成了参考端的一部分，其第二端构成了设备测量端的一部分；以及至少一电动直线平台安装于所述设备的至少一端上；且该设备的至少一端直接连接一检测器，或者设备通过一额外光纤耦合器与至少一检测器连接；且至少一准直器至少放置在该设备的端上，至少在相元件之前。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 PL P.4140641.一用于测量相元件参数和光纤色散的设备，其特征在于，包括：至少一光源，串联连接至至少一光纤耦合器，光纤耦合器的一端构成了参考端的一部分，其第二端构成了设备测量端的一部分；以及至少一电动直线平台安装于所述设备的至少一端上；且该设备的至少一端直接连接一检测器，或者设备通过一额外光纤耦合器与至少一检测器连接；且至少一准直器至少放置在该设备的端上，至少在相元件之前。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光源为低相干光源。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，选自于透镜、平面平行板、光纤或其他中的一模型相元件，安装在参考端中。4.根据权利要求1或2或3所述的设备，其特征在于，光电二极管为检测器。5.根据权利要求1或2或3或4所述的设备，其特征在于，依据本发明设备的测量端包括：具有一输入光纤耦合器的光纤，一位于具有输入光纤耦合器的光纤末端的准直器，自由空间，在自由空间内的相元件安装在测量持续时间的手柄中，一位于具有一输出光纤耦合器的光纤起始处的准直器，以及具有一输出光纤耦合器的光纤；以及依据本发明设备的参考端包括：具有一输入光纤耦合器的光纤，一位于具有输入光纤耦合器的光纤末端的准直器，自由空间，一位于具有一输出光纤耦合器的光纤起始处的准直器，所述输出光纤耦合器安装在一电动直线平台上，以及具有一输出光纤耦合器的光纤，然而准直器中的一个安装在电动直线平台上。6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的设备，其特征在于，至少一光源与输入光纤耦合器连接，包括测量和参考端一部分的光纤终止于准直器，其中一个准直器被连接至一电动直线平台，连接至检测器的一光纤耦合器与测量、参考端的另一侧连接，且在测量阶段，一待测相元件安装在测量端区域内。7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的设备，其特征在于，待测相元件，尤其是一待测透镜，被放置在测量端的自由空间中，在准直器之后；所述准直器放置在具有输入光纤耦合器的光纤末端，且在支承电动直线平台的准直器之前；以及具有输入光纤耦合器的光纤，光纤不终止于一准直器，直接与具有输出光纤耦合器的光纤连接，或者通过另一光纤与具有输出光纤耦合器的光纤连接，光纤不终止于一准直器。8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的设备，其特征在于，大色散光纤（11）与具有光纤耦合器（2.1）和（2.2）的光纤连接，且所述连接通过光纤熔接或连接耦合或其他方式实现；依据本发明设备的第二端包括所述准直器（3.1）和准直器（3.2），交互串联连接，放置在电动直线平台（6）上，准直器与高色散光纤（11）平行，以及高色散光纤（11）和准直器系统（3.1）和（3.2）与连接至检测器（7.1）的光纤耦合器（2.2）连接。9.依据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，支承电动直线平台的准直器位于与待测相元件的不同端，相元件尤其为待测透镜。10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9，其特征在于，除了低相干光源外还采用第二相干光源，第二相干光源参照第一光源交叉连接至设备；来自低相干光源的输出信号通过输入光纤耦合器指向参考、测量端，之后通过连接的输出光纤耦合器到达检测器，第二相干光源连接至具有输出光纤耦合器的第二光纤，输出信号从第二光纤通过；以及测量端信号指向输入光纤耦合器和第二检测器。11.根据权利要求1或2或3或4或5所述的设备，其特征在于，一光源连接至输入光纤耦合器，包括测量、参考端一部分的光纤终止于准直器，其中一个准直器连接于与一镜子连接的电动直线平台，一相元件被安装在进行合适测量阶段的测量端区域中。12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，一镜子被放置在待测相元件的后方。13.根据前述权利要求中的任一所述设备，其特征在于，低相干光源为从SLED、LED、超宽谱光源、低相干激光和其他具有至少几纳米光谱宽度的光源中选择的一种光源。14.根据前述权利要求中的任一所述设备，其特征在于，电动直线平台沿着一轴移动，且相元件的手柄沿着三轴移动并能够绕三轴中的任意轴转动。15.一用于测量相元件参数和光纤色散的方法，采用权利要求1-14所述设备，其特征在于，该方法为两阶段的，其中第一阶段假定依据本发明设备校准，且第二阶段为合适测量阶段；其特征在于，在依据本发明设备的校准期间，来自低相干光源（1.1）的光线指向光纤耦合器（2.1），光纤耦合器（2.1）内被分隔为两端：测量端和参考端；之后电动直线平台（6）移动，电动直线平台记录其位置信息，直到获得位置信息与光纤耦合器端之间的光路径两者零差异，干涉图由光电检测器，尤其是光电二极管，在时间延迟中收集形成；之后设备被校准，系统继续执行合适测量，在合适测量内，相元件尤其是用于测量的透镜，被插入依据本发明设备的测量端内的；之后滑动电动直线平台，确定与光路径之间零差异的电动直线平台位置；相元件的所选参数在基于校准和合适测量中等效光学路径的不同位置而被确定。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述校准和合适测量在依据本发明设备的反射结构中扫描时完成。17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，来自低相干光源（1.1）的测量信号指向光纤耦合器（2.1），之后信号从具有光纤耦合器的光纤传至准直器（3.1）和（4.1）；在离开测量端的准直器（3.1）后，光线指向一相元件-透镜（5.1），之后指向一准直器（3.2）；在离开准直器（4.1）后，光线射入第二端的一准直器（4.2），其位置取决于电动直线平台（6）的移动，来自准直器（3.2）和（4.2）的信号指向一光纤耦合器（2.2），在该耦合器（2.2）内信号干涉，来自光纤耦合器的信号指向一检测器（7.1）。18.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡罗尔·施特平，米茶琳娜·久维克，马雷克·那皮尔瑞拉，安娜·泽楼薇姿，卢克斯·斯特克薇姿，米歇尔·穆拉夫斯基，斯坦斯罗·利平斯基，兹比格纽·侯迪斯基，托马斯·斯坦科斯，托马斯·娜斯楼斯基，
申请(专利权)人：波兰光子学和纤维中心，
类型：发明
国别省市：波兰,PL