反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统及测量方法技术方案

本公开描述了一种反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统及测量方法，该测量系统包括依次连接的入射光源、光源处理模块、待测光纤、数据采集模块、以及数据处理模块，数据处理模块对多条散射光束相干叠加形成的光谱经滤波处理、傅里叶变换得到群延时谱，并对群延时谱进行峰值检索得到群延时谱中各光束相干叠加引起的群延时差，数据处理模块基于多光束干涉几何光学模型并由各光束间的群延时差得到反谐振空芯光纤的多种尺寸参数。由此，能够实现反谐振空芯光纤的多参数的同时在线测量，进一步能够提高反谐振空芯光纤的拉制效率和产出效率，降低光纤制造成本。光纤制造成本。光纤制造成本。

【技术实现步骤摘要】
反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统及测量方法


[0001]本公开大体涉及光纤
，具体涉及一种反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]随着反谐振空芯光纤性能不断提高，其应用领域迅速扩大，为了促进其产业化发展，提高反谐振空芯光纤的产量，降低成本，需要以更加智能的方式实现反谐振空芯光纤的拉制。在反谐振空芯光纤的拉制过程中，需要不断监测光纤的微结构尺寸参数，再根据监测到的微尺寸参数调节光纤的拉制参数，包括加热炉温度、气压、光纤进给速度等。
[0003]然而当前已有的商业设备只能监测光纤外径这单一尺寸参数，无法满足拉制参数调节所需。为此，研究人员和工程师们不得不在拉制过程中人为切断光纤，通过显微镜观察光纤断面，以获得所需的光纤内部微结构尺寸参数。这一方法不仅耗时长，效率低，且造成了巨大的材料浪费，严重限制了光纤的产量。
[0004]现有技术中，基于反谐振空芯光纤的微结构特征，MICHAEL H.FROSZ提出了一种基于回音廊模式(Whispering Gallery Mode，WGM)谱学方法的在线监测技术(文献1：M.H.Frosz,et al.,"Non
‑
invasive real
‑
time characterization of hollow
‑
core photonic crystal fibers using whispering gallery mode spectroscopy,"Opt.Express,2019.27(21),30842.)。该技术通过白光傅里叶变换法和WGM模型的相结合，可以无接触地在线监测反谐振空芯光纤的内部微结构尺寸。但是WGM模型只能推算出包层管直径这单一尺寸参数，无法满足拉制参数调节所需。

技术实现思路

[0005]本公开是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能够实现多参数的同时在线测量，进一步能够提高反谐振空芯光纤的拉制效率和产出效率，降低光纤制造成本的基于几何光学模型的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统及测量方法。
[0006]为此，本公开第一方面提供一种基于几何光学模型的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，包括依次连接的入射光源、光源处理模块、待测光纤、数据采集模块、以及数据处理模块，所述入射光源发出的光束经所述光源处理模块处理后照射至所述待测光纤，并以不同路径经过所述待测光纤后形成多条散射光，进而再经所述数据采集模块采集后输入至所述数据处理模块，所述数据处理模块对多条所述散射光束相干叠加形成的光谱经滤波处理、傅里叶变换得到群延时谱，并对所述群延时谱进行峰值检索得到所述群延时谱中各光束相干叠加引起的群延时差，所述数据处理模块基于多光束干涉几何光学模型并由各光束间的所述群延时差得到所述待测光纤的多种尺寸参数。
[0007]在本公开第一方面中，所述数据处理模块对采集来自待测光纤的多条散射光束相干叠加形成的光谱依次经滤波处理、傅里叶变换后、峰值检索后能够得到各光束相干叠加引起的群延时差，所述数据处理模块能够基于多光束干涉几何光学模型并由各光束间的所
述群延时差得到反谐振空芯光纤的多种尺寸参数，由此，能够实现反谐振空芯光纤的多参数的同时在线测量，进一步能够提高反谐振空芯光纤的拉制效率和产出效率，降低光纤制造成本。
[0008]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述光源处理模块包括准直模块和与所述准直模块连接的偏振模块。
[0009]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述准直模块为离轴抛物镜或单透镜，所述偏振模块为偏振控制器。
[0010]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述数据采集模块包括信号采集光纤和与所述信号采集光纤连接的光谱仪。
[0011]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述待测光纤包括空心套管和设置在所述空心套管内的多个包层管。
[0012]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述入射光源发出的光束经所述光源处理模块处理后照射至所述待测光纤的不同位置，并以至少4条不同路径经过所述待测光纤的所述空心套管和所述包层管后形成多条散射光束，进而再经所述数据采集模块采集后输入至所述数据处理模块。
[0013]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述数据处理模块基于4光束干涉几何光学模型并由所述群延时差得到所述待测光纤的3种尺寸参数，包括所述待测光纤的内径r、所述待测光纤的外径R、以及所述包层管的直径d。
[0014]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述待测光纤的内径r、所述待测光纤的外径R、所述包层管的直径d的计算公式如下：
[0015][0016][0017]ΔD
14
＝2R[
‑
cos(α4)+n
silica
sin(α4+α1)+cos(α1)]+λ/2，
[0018]ΔD
24
＝
‑
2R(cos(α4)
‑
cos(α2))+2n
silica
[Rsin(α4+α1)
‑
U]，
[0019][0020]ΔD
23
＝
‑
R
·
[cos(α3)+cos(α
′3)
‑
2cos(α2)]+n
silica
(U
′
+U
″‑
2U)+L
tube
，
[0021]其中，τ
jk
为光束j和光束k之间的群延时差，ΔD
jk
为光束j和光束k之间的光程差，j＝1,2,3,或4，k＝1,2,3,或4，n
silica
为所述待测光纤的折射率，n
eff
为所述第三光束在所述包层管中传播时的有效折射率，ν为光学频率，α
i
(i＝1,2,3,4)为第i光束的入射角，α
′3为第三光束的出射角，γ为所述待测光纤中的所述包层管与所述空心套管的内壁相交所形成的圆周角，θ为所述包层管的圆心和所述待测光纤圆心的连线与所述第一光束的法线之间的夹角，λ为光波波长。
[0022]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述数据处理模块通过窗函数滤波器对所述散射光进行滤波处理。
[0023]另外，在本公开第一方面所涉及的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统中，可选地，所述数据处理模块为计算机。
[0024]本公开第二方面提供了一种基于几何光学模型的反谐振空芯光纤尺寸参数测量方法，包括如下步骤：
[0025]准备工序，准备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，其特征在于，包括依次连接的入射光源、光源处理模块、待测光纤、数据采集模块、以及数据处理模块，所述入射光源发出的光束经所述光源处理模块处理后照射至所述待测光纤的不同位置，并以不同路径经过所述待测光纤后形成多条散射光束，进而再经所述数据采集模块采集后输入至所述数据处理模块，所述数据处理模块对多条所述散射光束相干叠加形成的光谱经滤波处理、傅里叶变换得到群延时谱，并对所述群延时谱进行峰值检索得到所述群延时谱中各光束相干叠加引起的群延时差，所述数据处理模块基于多光束干涉几何光学模型并由各光束间的所述群延时差得到所述待测光纤的多种尺寸参数。2.如权利要求1所述的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，其特征在于，所述光源处理模块包括准直模块和与所述准直模块连接的偏振模块。3.如权利要求2所述的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，其特征在于，所述准直模块为离轴抛物镜或单透镜，所述偏振模块为偏振控制器。4.如权利要求1所述的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，其特征在于，所述数据采集模块包括信号采集光纤和与所述信号采集光纤连接的光谱仪。5.如权利要求1所述的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，其特征在于，所述待测光纤包括空心套管和设置在所述空心套管内的多个包层管。6.如权利要求5所述的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，其特征在于，所述入射光源发出的光束经所述光源处理模块处理后照射至所述待测光纤的不同位置，并以至少4条不同路径经过所述待测光纤的所述空心套管和所述包层管后形成多条散射光束，进而再经所述数据采集模块采集后输入至所述数据处理模块。7.如权利要求1所述的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，其特征在于，所述数据处理模块基于4光束干涉几何光学模型并由所述群延时差得到所述待测光纤的3种尺寸参数，包括所述待测光纤的内径r、所述待测光纤的外径R、以及所述包层管的直径d。8.如权利要求7所述的反谐振空芯光纤尺寸参数测量系统，其特征在于，所述待测光纤的内径r、所述待测光纤的外径R、所述包层管的直径d的计算公式如下：所述包层管的直径d的计算公式如下：ΔD
14
＝2R[
‑
cos(α4)+n
silica
sin(α4+α1)+cos(α1)]+λ/2，ΔD
24
＝
‑
2R(cos(α4)
‑
cos(α2))+2n
silica
[Rsin(α4+α1)
‑
U]，
ΔD
23
＝
‑
R
·
[cos(α3)+cos(α
′3)
‑
2cos(α2)]+n
silica
(U
′
+U
″‑
2U)+L
tube
，其中，τ
jk
为光束j和光束k之间的群延时差，ΔD
jk
为光束j和光束k之间的光程差，j＝1,2,3,或4，k＝1,2,3,或4，n
sil...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊一帆，丁伟，汪滢莹，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：