专利名称：测量光纤中残余应力的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量光纤中残余应力的装置，特别是一种利用光弹性法(photoelasticity)测量光纤中残余应力的装置。
背景技术：
一般而言，光纤生产处理在热拉拔的过程中会在光纤中产生应力。一些应力存在于已制成的光纤中，被称为残余应力。残余应力不仅会导致光纤中光损耗(即光散射)的增加，而且还会改变折射率以.至于产生光弹性效应。基于这样的原因，需要一种能精确地测量光纤中残余应力并能优化调整光纤中残余应力的分布和大小的技术。
典型地，基于光弹性效应，对光纤中残余应力进行测量，光弹性效应表示了折射率沿如光纤等透明固体介质中残余应力的方向发生改变的现象。光纤中的残余应力改变了入射到光纤中的光或者光束的相位。
图1所示为一个传统的测量光纤中残余应力的装置的框图。图2所示为图1中检测单元何测量单元的一些附加特征。参照图1和图2，传统的测量光纤中残余应力的装置包括用于发出光束101的光源110。光束101用于测量光纤162中的残余应力。传统的装置还包括用于对光束101进行准直的透镜单元130、偏振器(polarimeter)150、测量单元160、用于检测由于残余应力而引起的光束101的相移的检测单元170、置于光源110和透镜单元130之间的第一反射镜120以及置于透镜单元130和偏振器150之间的第二透镜140。
光源110向光纤162发出用于检测残余应力的光束101。光源可以包括一些具有较好相干性和偏振选择性的激光器。光源110通常为He-Ne激光器。
透镜单元130包括对光源110发出的光束101进行散射的漫射器131、用于将漫射器131散射的光转变为平行光的准直透镜132和置于准直透镜132前方的孔133。准直透镜132典型地采用凸透镜。
第二反射器140是以预定的倾角置于透镜单元130和偏振器150之间的装置，以便将由透镜单元130进行了准直的光束101引向偏振器150。
实际上，基于这种光弹性效应测量光纤和光纤预制棒中的残余应力的传统测量方法将具有预定偏振分量的光束引入要对其残余应力进行测量的材料中，以便检测光的变化。
下面是三篇依据光弹性效应测量光纤和光纤预制棒中残余应力和其他应力的代表文献。
1、第一篇文献是Appl.Opt.1982.21，第4241-4245页，P.L.Chu，T.Whotebread等人所著的“Measurement of Stress in Optical Fiberand Preform”，涉及了光纤和光纤预制棒中残余应力分布图的测量。2、第二篇文献是Sci.technol.4，第431-434页(1993)，Th.Rose，D.Spriedgel，J.R.Kropp等人所著的“Fast Photoelastic StressDetermination Application to Monomode Fibers and Splices”。
3、第三篇文献是1997年《第四届光纤测量会议(NPL TeddingtonUK)》，K.W.Raine所著的“A Microscope for Measuring Axial StressProfile in Optical Fibers with High Spatial Resolution and LowNoise”。偏振器150包括起偏器(polarizer)151，沿预定偏振方向对从反射器140入射的光束101进行线性偏振；λ/4波片152，通过移相将线偏振光束转换为圆偏振光束；以及透镜153，向置于载玻片161和盖玻片163之间的光纤162会聚来自λ/4波片152的圆偏振光，以测量光纤的残余应力。偏振器150通过移相对来自透镜单元151的光束进行圆偏振，然后将圆偏振光束引入要对其残余应力进行测量的光纤162。
测量单元160包括要对其残余应力进行测量的光纤162、用于支撑光纤162的载玻片161、关于光纤162于载玻片对称相对的盖玻片163。在载玻片161和盖玻片163之间涂有匹配油164，特别是在光纤162嵌入的区域。匹配油164具有类似于光纤162的折射率，以最小化由于光纤162与玻璃161和163之间折射率的不同而引起经过了测量单元160的光束的任何相移或测量误差。
盖玻片163仅用于固定光纤162。盖玻片163最好尽可能的薄，以便最小化盖玻片163与光纤之间折射率的不同以及最小化传播通过盖玻片163的光束的相移。
检测单元170检测来自测量单元160的光束的偏振变化，以确定光纤162中残余应力的存在及其强度。检测单元170包括高倍物镜171，用于放大从测量单元入射的光束；分析器172，用于分析从光纤162传过来的光束，有选择地通过光束101的预定偏振分量；以及CCD摄像机173，将来自分析器172的光束101转换为电信号，并发射所述电信号，作为视频信号。
然而，盖玻片163干扰了通过光纤162的圆偏振光束的相位和路径，从而充当了上述基于光弹性效应的针对光纤的残余应力测量过程中的误差因子。
因此，本领域中需要一种测量光纤和光纤预制棒中残余应力的改进方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种测量光纤中残余应力的装置，该装置在用于测量残余应力时能防止对光的相位和路径干扰，并能更精确地检测光纤内的各种情况。
根据本发明的一个方面，一种测量光纤中残余应力的装置，包括光源，发射用于测量光纤中残余应力的光束；偏振器，用于对光束进行偏振并将偏振光束会聚到所述光纤；载玻片，用于支撑要对其进行残余应力测量的光纤；分析器，置于与载玻片相对的位置上，用于覆盖和支撑光纤，并有选择地通过从光纤入射的光束中的预定偏振分量；以及检测单元，用于使来自分析器的光束可视化。
本发明的另一个实施例涉及一种用在确定光纤中残余应力中的测量单元。该测量单元包括载玻片，用于支撑光纤；以及和分析器，与置于与载玻片相对的位置，以盖住部分光纤并有选择地通过从光纤入射的光束中的预定偏振分量。该分析器阻断了由于光纤中残余应力的作用而在相位上发生了偏移的任何偏振分量。
本发明的上述特征及其优点将通过下面参照相关附图的详细描述而变得更易于理解，其中图1所示为测量光纤中残余应力的传统装置；图2所示为图1中检测单元和测量单元的附加细节；图3所示为根据本发明一个实施例的测量光纤中残余应力的装置；图4所示为图3中检测单元和测量单元的附加细节。
具体实施例方式
下面将根据相关附图详细描述实现本发明的优选实施例，其中由于可能会对本发明的理解造成不必要的�：辉俣怨墓δ芎徒峁菇邢晗傅拿枋觥�
图3所示为根据本发明优选实施例的测量光纤中残余应力的装置。图4所示为图3中检测单元和测量单元的附加细节。参照图3和图4，测量光纤中残余应力的装置包括光源210，用于发出光或光束201；透镜单元230；偏振器250，通过相移对光束201进行偏振；测量单元260，用于测量光束201的相移；光电检测器单元270；第一反射器220，置于光源210和透镜单元230之间；以及第二反射器240，置于透镜单元230和偏振器250之间。
光源210输出用于检测光纤262中残余应力的存在的光束201。光源210也可以包括具有本领域的普通技术人员所认为的良好或优异的相干性何偏振选择性的激光器。优选地，光源最好包括He-Ne激光器。第一反射器220将光束201引入透镜单元230中，而且其位置取决于光源210。
透镜单元包括漫射器231、准直透镜232和孔233。透镜单元230用于对来自光源210的光束201进行准直。
准直透镜232采用凸透镜，并与漫射器231并排设置，以准直来自光源210的入射光束。
第二反射器240垂直改变了由透镜单元230进行了准直的光束201的路径，并将光束导入偏振器250中。将第二反射器240以预定的倾角设置在透镜单元和偏振器250之间。
实际上，基于光弹性效应，对光纤262中的残余应力进行测量。在这种方法中，将偏振至预定偏振分量的光束201导入光纤262，由于光纤262中的残余应力，引起了偏振光的相移。检测由于相移所引起的偏振光的强度变化，以便测量光纤262中的残余应力。
当由偏振器进行了偏振的光传过光纤时，由于光纤中的残余应力，使光偏振分量中的一些在相位上发生不规则的偏移。分析器有选择地通过已经经过了光纤的预定偏振分量。通过分析器以后，将光强与引入分析器之前的光强进行比较，以找出变化。然后，测量偏振光的强度以检测光纤中残余应力的程度。
偏振器250包括起偏器251，用于沿预定的偏振方向对从第二反射器240入射的光束201进行线性偏振；λ/4波片252，通过移相，将线偏振光束转变为圆偏振光束；透镜253，将通过λ/4波片252的线偏振光会聚到要测量其残余应力的光纤262中。
因此，起偏器250通过移相将来自透镜单元230的准直光束转换为圆偏振光束，并将圆偏振光束导入光纤262。
起偏器251将来自透镜单元230的光束线性起偏为沿预定偏振方向的光束，然后，将线偏振光束以相对于λ/4波片252的预定角度导入。
等式1和等式2是时域函数。等式1表示光束中偏振分量的X轴分量Ex，而等式2表示光束中偏振分量的Y轴分量。
等式1Ex-Ex0sin(kz-ω+δ1)，其中Ex表示光束中偏振分量的X轴分量，Ex0表示Ex分量的振幅，sin(kz-ω+δ1)表示沿Z轴传播的Ex分量的波形，kz表示Ex分量沿Z轴以波数k传播，ω表示Ex分量的角频率，而δ1表示Ex分量的初始相位值。
等式2
Ey-Ey0sin(kz-ω+δ2)，其中Ey表示光束中偏振分量的Y轴分量，Ey0表示Ey分量的振幅，sin(kz-ω+δ2)表示沿Z轴传播的Ey分量的波形，kz表示Ey分量沿Z轴以波数k传播，ω表示Ey分量的角频率，而δ2表示Ey分量的初始相位值。
等式1表示Ex分量，即用于测量光纤中残余应力的光束的X轴分量，等式2表示Ey分量，即该光束的Y轴分量。
在这一点上，起偏器251沿预定偏振方向对从透镜230入射的光束的偏振分量进行线性偏振，并将线偏振光束以大约45度角导入λ/4波片252中。
λ/4波片252最好是由诸如方解石和云母等双折射晶体制成。这种双折射材料具有两个不同的折射率，这样可以把光或光束分解成两个以不同速度传播的偏振分量。这样，方解石将入射光分解为遵循折射定律的寻常光和不遵循折射定律的非寻常光。这种现象被称为双折射，这是由介质内的不同折射率所引起的。因此，传播通过双折射介质的光具有由于不同的折射率而引起的不同传播路径和速度。例如，在如石英等正晶体中，寻常光以高于非寻常光的速度传播，而另一方面，在如方解石等负晶体中，寻常光以低于非寻常光的速度传播。因此，传播通过双折射介质的光在偏振分量之间具有不同的相位和速度，这是由于双折射介质的不同折射率所引起的。
测量单元260包括载玻片261和置于载玻片261的相对位置并用于盖住光纤262的分析器263。将光纤262插入在载玻片261和分析器263之间。可以将具有与光纤262类似折射率的匹配油264涂覆在光纤262周围，以便最小化由于测量单元260的各元件的不同折射率而产生圆偏振光束的相移和测量误差。
将光纤262放置在载玻片261上。载玻片261具有与光纤262类似的折射率，并形成其以尽可能地�。员阕钚』财窆庠谄浯ネü夭Ｆ�261期间的任何相移和路径变化。
分析器263阻断了那些由于光纤262中的残余应力而引起其相位偏移的偏振分量。分析器263在与载玻片261相对的位置上覆盖光纤262，同时用作支撑光纤262的盖玻片。
检测单元270使从分析器263入射的光束可视化，并包括物镜271，用于将来自分析器263的光束聚焦成图像；以及CCD摄像机272，用于使物镜271所聚焦的图像可视化。
控制单元280依据来自检测单元270的可见光束或图像，对光纤262的状态进行监控。
如上述实施例所述，依据本发明的测量装置使用分析器作为传统的盖玻片以最小化用于测量光纤中的残余应力的光束的偏振分量的相移和路径变化。这提供了最小化残余应力的测量中所产生的误差因素的优点。此外，可以将物镜放置在要测量的光纤附近，并具有较高的放大倍数。在这一点上，由于分析器靠近光纤放置，在由于减小了相位差，以及可以提高物镜的放大倍数，可以最小化残余应力测量中的误差的方面存在一些优点。结果，很容易放大由检测单元可视化的图像。
权利要求
1.一种测量光纤中残余应力的装置，该装置包括光源，发射用于测量光纤中残余应力的光束；偏振器，对光束进行偏振，并将偏振光束会聚到光纤；载玻片，设置用于支撑光纤；分析器，设置在与载玻片相对的位置上，用于覆盖和支撑光纤，并用于有选择地通过从光纤入射的光束的预定偏振分量；以及检测单元，用于对从分析器传过来的光束进行可视化。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括控制单元，设置用于依据由检测单元可视化的光束，监视光纤的状态；以及反射器，以预定的角度倾斜于透镜单元和偏振器之间，设置用于改变由透镜单元进行了准直的光束的路径。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括匹配油，涂覆在彼此关于光纤相对的分析器和载玻片之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述检测单元包括物镜，用于聚焦通过了分析器的光束；以及CCD摄像机，对所述物镜聚焦的光束进行可视化。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述偏振器包括波片，将线偏振光束转换为圆偏振光束，并且所述波片包括双折射晶体。
6.一种用于测量光纤中残余应力的测量单元，该测量单元包括载玻片，设置用于支撑光纤；以及分析器，设置在与载玻片相对的位置上，以覆盖和支撑部分光纤，并用于有选择性地通过从光纤入射的光束的预定偏振分量。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述分析器阻断了由于光纤中残余应力而引起其相位偏移的任何偏振分量。
全文摘要
本申请公开了一种测量光纤中残余应力的装置。该装置包括光源，发射用于测量光纤中残余应力的光束；偏振器，对光束进行偏振，并将偏振光束会聚到光纤；以及载玻片，设置用于支撑要对其残余应力进行测量的光纤。所述装置也包括分析器，设置在与载玻片相对的位置上，用于覆盖和支撑光纤，并用于有选择地通过从光纤入射的光束的预定偏振分量；以及检测单元，用于对从分析器传过来的光束进行可视化。
文档编号G01M11/00GK1517688SQ20041000240
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月19日 优先权日2003年1月23日
发明者金现哲, 李永燮, 卢成仁 申请人:三星电子株式会社
专业数控铣床产品供应商
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