[发明专利]特种光纤端面几何测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤测试技术领域，具体涉及一种适用于特种光纤端面几何参数测试系统及方法。

背景技术

随着光纤技术的发展，区别于常规通信光纤的特种光纤的应用越来越广泛。特种光纤由于其应用领域的特殊性，在光纤结构上需要做特殊的设计，因此，特种光纤往往不能用常见的通信光纤的测试手段去测试。比如，应用于激光器领域的有源光纤。为了提高能量的吸收，有的有源光纤的包层被设计成一种多边形的包层以提高能量的吸收，与此同时有源光纤的涂敷层的折射率被设计的低于包层折射率。这些特殊的设计为光纤几何参数的测试提出了新的挑战。

为了测试精度和测试效率，特种光纤几何测试系统往往对通信光纤的测试进行了优化，具体为，通信光纤的特点为涂敷层折射率高于包层折射率、包层形状为圆形。而特种光纤测试系统以及算法，应该更改相应的设计，能测试涂敷层折射率低于包层折射率、包层为多边形的光纤，并在扩大测试范围的同时，保证其测试精度。

与此同时，在光纤测试技术领域的另一个趋势就是集成化，能在同一个设备上测试多个光纤参数。因此，对于新设计的几何测试系统，需要在光路设计上进行针对性的优化，以达到易于集成的目的。

发明内容

本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，提供一种特种光纤端面几何测试系统及方法，将光纤端面几何测试系统的测试范围扩展到特种光纤领域，并不损失测试精度，并且具有可集成的特性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种特种光纤端面几何参数测试系统，包括位移平台、光纤夹具、显微系统、摄像头、工控机、注入光源，所述光纤夹具固定待测光纤一端，通过所述位移平台将待测光纤端面移入所述显微系统的视场内，通过所述显微系统观测光纤端面图像，调节所述位移平台位移旋钮，使得光纤端面处于摄像头焦点处，以便所述摄像头拍摄到对焦良好的图像，所述注入光源连接待测光纤另一端，使得所述摄像头观测到稳定且点亮的光纤纤芯，所述摄像头与工控机连接，用于将待测光纤端面的图像发送到工控机进行处理以计算出待测光纤几何参数。

其中，所述注入光源带有良好的耦合系统，使得光源能将能量注入所述待测光纤的纤芯，并在所述待测光纤内形成稳定的模场，且避免待测光纤纤芯亮度超过摄像头的饱和度。

其中，所述注入光源的输出光的光强稳定可调，通过调节给所述注入光源供电的电源的功率来避免待测光纤纤芯亮度超过摄像头的饱和度。

其中，所述注入光源通过在耦合光路上增加光学衰减器来避免待测光纤纤芯亮度超过摄像头的饱和度。

其中，所述摄像头像素点范围为100万~1000万。

其中，所述待测光纤涂敷层折射率与包层折射率不同。

其中，所述待测光纤包层的横截面形状为圆形、椭圆形或者多边形。

其中，所述显微系统物镜的焦距为15cm到50cm；

所述测试系统还包括数控电源和固定在显微系统前端的光圈，所述数控电源由工控机控制，用于给光圈和注入光源供电。

一种采用上述所述的特种光纤端面几何参数测试系统的方法，包括以下步骤：

步骤S1、判断摄像头获取的待测光纤端面的图像是否达到预设的清晰度值和亮度值；

步骤S2、如果未达到则报警，否则将待测光纤端面的图像压入待测队列，将图像分离出纤芯图像和包层图像；

步骤S3、若待测光纤的包层为圆形/椭圆形，通过灰度算法提取出包层的边界，得到边界点集，将所述边界点集做椭圆拟合计算出待测光纤几何尺寸；

步骤S4、若待测光纤的包层为多边形，获取步骤S2分离得到的包层灰度图像，通过灰度算法提取出包层的边界，得到边界点集，将所述边界点集滤波并排除该点集中不在边界上的噪点，排序出点集中点距最大的两点，搜索点集中与上述点距最大的两点连线为90°的点，取上述三个点和任意两个边界点为目标点集，对上述目标点集做椭圆拟合计算出待测光纤几何尺寸。

其中，通过拟合计算出待测光纤几何尺寸的方法为：

根据纤芯图像得到的椭圆的长轴和短轴长度的平均值为纤芯半径；

根据包层图像得到的椭圆的长轴和短轴长度的平均值为包层半径；

纤芯和包层椭圆的圆心之间的距离为同芯度；

纤芯椭圆长轴和短轴之差为纤芯不圆度；

包层椭圆长轴和短轴之差为包层不圆度；

纤芯不圆度除以纤芯半径得单位为百分比的纤芯不圆度；

包层不圆度除以包层半径得单位为百分比的包层不圆度。

本发明的有益效果是：