[发明专利]一种基于蜗轮蜗杆的光纤远场扫描仪

说明书

本发明公开了一种基于蜗轮蜗杆的光纤远场扫描仪，属于光纤测试仪器领域，包括光纤远场扫描转台和微弱电流信号采集系统；其中，光纤远场扫描转台包括机械传动机构、光纤调节系统、测角单元和聚焦显微镜系统；微弱电流信号采集系统，包括光电探测器和光电探测器支架，光电探测器安装在光电探测器支架上，光电探测器支架安装在测角单元的正上方。本发明扫描角度范围大，扫描步距角小，远场角定位精度高，可以有效的消除可变孔径法测量模场直径存在的测量精度低、测量重复性较差的问题，而且远场扫描法可以通过沿轴向旋转光纤角度，对保偏光纤等非圆对称性光纤的模场直径进行测试，具有较强的扩展性。

技术领域

本发明属于光纤参数测试仪器领域，具体涉及一种基于蜗轮蜗杆的光纤远场扫描仪。

背景技术

光在光纤传输过程中，光的能量并不完全集中于纤芯内，有一部分光是通过包层传输。所以人们用模场直径而不是芯径作为描述单模光纤中光能集中程度的物理量。模场直径表征基模光在单模光纤纤芯内的分布状态，模场直径的大小及其允差范围与光纤的连接损耗、抗弯特性等有着密切的关系。此外根据模场直径随波长的变化曲线，可以用来确定单模光纤的截止波长，并能估算出光纤的色散系数。因此在光纤的研制、光纤的拉伸、光纤成缆、敷设光缆和施工接续等实际应用中，都需要对模场直径进行精确测量。

目前用于模场直径参数的测量仪器主要是光纤综合参数测试仪，其原理是基于可变孔径法，通过对带孔转盘下不同孔径下光功率的测试，数值积分得到光纤的模场直径数值。具体测量原理如图2所示：

装置的光学系统由微调架、透镜系统和光电探测器组成，其主要特征是在微调架和透镜系统之间，安装了一个与光轴垂直的转盘，转盘上开有i＝0，1，…，n个大小不同的孔径光阑，半径为x_i，被测光纤端面离圆盘的距离为D，对应于每个孔的远场半角为θ_i，数值孔径为sinθ_i。转盘的旋转可以使这些圆孔的中心落在光轴上。测量时，按顺序转动转盘，测量通过相应孔径x的光功率P(x)，然后根据公式(1)计算模场直径。

式中：x＝Dtanθ；

D——光纤出射端面到孔径中心的距离(mm)；

x——孔径半径(mm)；

θ——光纤出射端面到圆孔边缘连线与光轴的夹角(o)；

P(x)——透过半径为x的孔的光功率(mW)；

P_max——透过最大孔径时的光功率(mW)。

可变孔径法要求自身光学系统要有足够大的数值孔径，能满足被测光纤的“满注入”条件。转盘上的圆孔数量要求至少有12个，并且直径各不相同，这些圆孔半径对被测光纤出射端面张角的数值孔径要能覆盖0.02～0.4。

可变孔径法的优点是装置组成相对简单，测量速度快。但该方案存在两个方面的缺点：1)仪器测量精度和转盘上的孔径个数密切相关，带孔转盘的孔径个数在19～23个之间，采样点过少，造成采样精度不够；2)转盘在旋转过程中定位精度偏低，根据可变孔径法测量原理，转动转盘过程中要求孔径的圆心要和光轴平行。但实际转动过程中会存在孔径圆心和光轴偏离的现象，造成仪器测试重复性不高，仪器的允差甚至高达0.5μm。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于蜗轮蜗杆的光纤远场扫描仪，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：