检测光波导毛坯的纤芯/包层分界面的方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种检测用于生产光纤的毛坯（１３）的空气／包层和纤芯／包层分界面的方法和设备。相干光束（３０）扫描越过毛坯（１３），检测因此产生的空间光强图案，并进行分析。当光束朝毛坯中心移动时，空气／包层界面相应于单峰的空间光强图案的宽度的减小。当光束朝毛坯中心移动时，纤芯／包层分界面相应于至少双身的空间光强图案的开始。通过转动毛坯和在两个或更多的角位置处重复测量过程，可以确定毛坯的同心度和椭圆度值。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤，本专利技术尤其涉及检测用于生产这些光纤的毛坯的纤芯/包层分界面的方法和设备。这里纤芯/包层分界面也称为纤芯的边缘。如该领域中熟知的，光纤具有由包层围绕的中心纤芯，其纤芯具有比包层更高的折射率。通过加热“毛坯”(亦称为“预制棒”)的端部和将光纤从毛坯中拉丝而制成这些光纤，通过拉丝速率控制光纤的直径。如在光纤中那样，毛坯具有由较低折射率的包层围绕的较高折射率的中心纤芯，毛坯纤芯和包层的截面尺寸当然要比光纤的纤芯和包层的尺寸大许多，例如，大十倍到一百倍。由于光纤的各种几何特性(例如，纤芯/包层直径比和纤芯/包层同心度)由毛坯(光纤由其拉制)相应的几何特性确定，该领域中的工作者已经开发了各种用于测量毛坯的几何形状的装置。一种被广泛使用的测量毛坯直径的装置以LASERMIC为商标由Laser Mike，Inc.(Dayton，Ohio)出售。这种装置通过横向照射毛坯和用电子摄像机检测毛坯阴影的外部边缘而工作。授予Shimada等人的第5,408,309号美国专利描述了使用横向照射来测量纤芯/包层同心度和毛坯椭圆度。该专利讨论了通过转动毛坯和用电子摄像机检测纤芯和作为旋转角度的函数检测包层的位置来确定同心度和椭圆度。给出了各种用于依赖毛坯是否表现出椭圆度以及偏心的纤芯或者只有这些缺点中的一个而分析摄像机的记录。还描述了一个使用激光光源的实施例，其中在纤芯和包层之间的分界面处的剩余应力据认为提供了这些层的清晰的图像。由于上述原因，本专利技术的一个目的是提供改进的技术，用于检测于生产光纤的毛坯的纤芯/包层分界面的位置。本专利技术的另一个目的是提供改善的技术，用于检测纤芯/包层的界面和包层的外部边缘的位置。本专利技术的还有一个目的是使用如此检测到的纤芯/包层的界面和包层的外部边缘的位置，以确定纤芯/包层同心度、纤芯椭圆度和毛坯(包层)椭圆度。根据由这种测量给出纤芯直径和包层直径以及已知的光纤参数和它预定的用处(具体而言是拉伸比、纤芯和包层的折射率、和工作波长)，也可以预知模场直径(MFD)和截止波长。为了达到这些和其它的目的，本专利技术提供了一种用于检测毛坯的纤芯/包层分界面的方法，包括(a)提供相干光束，例如，激光束；(b)横向地将光束扫描(scanning)通过毛坯的至少一部分；(c)当扫描光束时检测通过毛坯的光；及(d)通过识别在测得的光中的空间强度图案(该图案至少是双峰的)的开始出现，检测纤芯/包层分界面。根据本专利技术，发现当扫掠的激光束从毛坯包层进入毛坯纤芯时，产生带有波瓣的折射/干涉型空间强度图案(即，至少是双峰的)。当光束移动入纤芯时，图案强度(以及可测的波瓣的数量)增加。相应地，通过建立这种图案开始出现的阈值，可以容易地检测到纤芯/毛坯界面。在某些较佳实施例中，相干光束会聚到相应于毛坯纵向轴的标称位置之处，即，光束聚焦在毛坯中心的标称位置处。已经发现这种会聚增加了由纤芯/包层分界面产生的带有波瓣的图案的强度。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于检测毛坯的方法，包括(a)在毛坯的两个相对侧提供光源和检测器，光源产生相干光束，而检测器可以检测空间光强图案；(b)横向移动光束跨过毛坯，同时在检测器处检测空间光强图案；(c)当光束朝纵轴移动时发生单峰空间光强图案宽度的减小时，作为横向位置识别包层的边缘，最好参照预定的阈值确定所述的发生；及(d)当光束朝纵轴移动时，出现至少一个双峰的空间光图案时，作为横向位置识别纤芯边缘，最好参照预定的阈值确定所述出现。如果有需要，检测方法还可以包括识别毛坯的中心为这样的横向位置，对于光束的横向移动，在该处至少一个双峰空间光强图案的两侧围绕双峰空间光强图案。使用这种检测方法，纤芯/包层同心度、包层椭圆度、和/或纤芯椭圆度可以通过在第一角位上识别(放置)包层和纤芯的边缘，然后旋转毛坯通过预定的角度，例如90°，并且再次确定(定位)包层和纤芯的边缘。在这种方法中得到的数据可以对进行测量的轴线位置导出同心度和/或椭圆度的值。或者，不是只用两个测量而是在一组角度，进行多个测量。最好沿毛坯长度的多个轴线位置处重复检测方法，在每一个位置处确定同心度和/或椭圆度的值。本专利技术还提供了一种用于检测毛坯的设备，包括(a)用于支承毛坯的装置，例如，一种由支承滚轮和皮带构成的系统，它从毛坯下面接触毛坯的端部，并且最好可以用于绕毛坯的纵轴旋转毛坯通过预定的角度；(b)用于产生相干光束的装置，例如，激光器；(c)用于使光束会聚在毛坯的纵轴的标称位置附近的装置，例如，可移动的聚焦透镜，这里，纵轴的标称位置可以例如使用上述LASERMIC装置确定；(d)用于横向扫描光束越过毛坯的装置，例如，自动机系统(它使用例如DC伺服电机)，用于移动激光器和聚焦透镜；(e)用于检测空间光强图案的装置，例如，直线性CCD摄像机；和(f)当横向扫描的装置扫描光束越过毛坯的装置时用于将光线引导至用于检测的装置。例如，将指示空气/包层分界面的空间光强图案和指示纤芯/包层分界面的光强图案引导至CCD摄像机的透镜系统。自动机系统可以沿毛坯的长度移动激光器、聚焦透镜、CCD摄像机和透镜系统，从而可以确定沿其长度的毛坯的几何形状的变化。附图说明图1是可以用于本专利技术实践的设备的程式化的示意图。图2-4是可以用于本专利技术实践的透镜系统的示意图。图5A-5G是当相干光束扫描越过毛坯时产生的空间光强图案的曲线图。上述合并入说明书并且构成说明书一部分的附图解释了本专利技术的较佳实施例，并且附图与说明一起用于解释本专利技术的原理。当然，应该知道，附图和描述都只是解释性的，而并不是限制性的。如上所述，本专利技术涉及以空间光强图案的变化识别空气/包层和纤芯/包层的界面(当把相干光引向(瞄向)毛坯的不同区域时，由相干光束这种光强图案产生。图1示意地描绘了可用于完成这种识别的设备。如该图所示，毛坯13在其端部处被支承，从而它可以绕其纵轴15旋转。虽然如有需要可以使用垂直取向，但最好图1所示沿水平取向支承毛坯。测量设备10包括(1)光源17，例如1.0mW激光二极管(在650nm处工作，并配备有产生准直的相干光束的4X光束扩展器)；(2)将光束聚焦在毛坯的标称中心处的可移动的透镜19；(3)检测由光束对毛坯照射导致的空间光强图案的检测器21；及(4)当光束扫描越过毛坯时保证有关的图案到达检测器21的透镜系统23。设备10最好还包括合适编程的计算机系统(图中未示出)，用于处理(例如，滤波和分析)检测器21的输出，以识别空气/包层和纤芯/包层分界面，以及计算毛坯的同心度和椭圆度的值。例如，用可以买到的(诸如以LABVIEW作为商标由National Instruments of Austin，Texas出售的)软件来滤波和分析测得的空间光强图案。计算机系统应该还接受来自自动机系统的关于激光束位置的输入，从而来自检测器的经过分析的数据可以和毛坯中的特定位置相关联。在图1中示出，元件17、19、21和23由平台25和27支承，打算用它们来示意地描绘自动机系统。两个平台都可沿Y方向移动，以便沿毛坯13的长度在不同位置处进行测量。为了横向扫描光束越过毛坯平台25还可沿X方向移动。在本专利技术的实践中，可以使用从各个卖主处买到的自动机系统。如上所指出的，毛坯13的标称中心可通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测用于生产光纤的毛坯中的纤芯／包层分界面的方法，所述毛坯具有纵轴，其特征在于所述方法包括：（ａ）提供相干光束；（ｂ）将光束横向扫描越过所述毛坯的至少一部分；（ｃ）当扫描所述光束时检测通过所述毛坯的光；及（ｄ）通过在测得 的至少是双峰的光中识别光强图案的开始，检测纤芯／包层的界面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德李赫伯恩，弗兰兹L洛里，戴维，安德鲁，帕斯塔尔，罗伯特S万格，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]