[发明专利]一种测量单模光纤几何参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量单模光纤几何参数的方法，属于信息技术领域。

背景技术

单模光纤几何参数包括纤芯折射率n₁，包层折射率n₂，纤芯半径a。它们是光纤最基本的参数，光纤的其他特性参数如光学特性参数、传输特性参数都取决于几何参数。因此测量单模光纤的几何参数具有重要意义。传统测量光纤折射率的方法是近场扫描法，需要用到高度精致的光学设备，仪器设备昂贵，测量过程复杂，测量时间长。传统测量纤芯半径的方法是后向散射法，只适合于光纤制造过程中的测量。

发明内容

本发明提供了一种测量单模光纤的几何参数(包括纤芯折射率n₁，包层折射率n₂，纤芯半径a)的方法。该方法包括半导体激光器光源，以这样一种方式射向光纤的无被覆输入端面，最合适是平行于所述光纤纵轴入射，使输出的光强分布图像尽可能满足实验测量要求，然后根据测得的光纤输出端的光强分布计算出单模光纤的几何参数。

本发明的目的是这样实现的：一种测量单模光纤几何参数的方法，含有以下步骤；

用普通半导体激光器做光源，光源波长在可见光波段；

用CCD探测光纤输出端的光强分布，进行全场测量；

用到一种高阶模滤除装置，使光纤中传输的高阶模被滤除，仅基模到达光纤输出端；

把得到的图像用计算机进行处理，通过对光强分布进行拟合，计算出单模光纤的几何参数，包括纤芯折射率n₁、包层折射率n₂和纤芯半径a；

用非线性最小二乘法进行拟合，待拟合参数为纤芯折射率n₁、包层折射率n₂和纤芯半径a；根据光波导理论，计算出光纤输出端基模光强分布的公式I(n₁，n₂，a)，从被测图像中提取光强分布数据点，用公式I(n1，n2，a)对数据点进行拟合，得到最佳的n₁，n₂，a值。

利用普通激光器作为光源，通过带透镜的精密五维调整架和光纤夹把光耦合进光纤，利用CCD或其他成像系统进行数据采集，把得到的数据用电脑进行分析，得到图像的强度分布。用美国Wolfram公司的Mathematica数学软件，对测量到的可见光下的光强分布图进行处理和计算，

计算方法如下：

根据光波导理论，工作波长为1310nm的普通单模光纤，在可见光注入时将工作在多模状态。光纤单模传输的条件是：

V＜2.405；

其中V为归一化频率，由光纤结构参数决定：

V=2πλn12-n22a;]]>

式中n₁为纤芯折射率，n₂为包层折射率，a为纤芯半径。设注入波长为635nm的可见光，由以上两式可计算出工作波长为1310nm的普通单模光纤在635nm波长下工作时V所满足的条件：

V＜4.9615；

由于LP₃₁模的截止条件为V＝5.316，因此LP₃₁模及LP₃₁以后的模均截止，光纤中可能传输四个模：LP₀₁、LP₁₁、LP₀₂、LP₂₁，各模的截止频率分别为0、2.405、3.832、3.832。

设n₁、n₂、a为已知，那么各模的场分布均可计算出来，光纤内总的场分布为各模光场的相干叠加。