[发明专利]光纤测头中光纤的布置方法

摘要

本发明提供了一种光纤测头中光纤的布置方法，所述方法包括反射式光纤测头球面或球内模型的构建及理论计算。本发明通过反射式光纤测头球面或球内模型的构建及理论的计算，不仅能够提高光纤测头对光的灵敏度，还能增加光纤测头的受光面积，且从数值仿真分析可以看出，在所选参数条件下，反射球的位移与接收光纤的受光面积在X,Y,Z方向上都呈现单调变化规律，具备触发条件。

主权项

1.一种光纤测头中光纤的布置方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建反射式光纤测头球面或球内模型，以三维模型中的坐标原点(0,0,0)为起始位置，构建球心坐标点C(x₀,y₀,z₀)及半径为R的测端球，其中测端球也为反射球；(2)假设发射光纤的半径为r，数值孔径为α，点A(x_A,y_A,0)为发射光纤最外层的坐标；点B(x_B,y_B,z_B)为入射光与测端球的接触点，也是入射光的反射点；在测量过程中，测端球的球心位置会发生变化，若点D(x_D,y_D,z_D)是点A关于法线BE的对称点，点E(x_E,y_E,z_E)为法线BE与AD连线的交点，则入射光纤的截面是直径为r的圆，所以A点满足方程：反射球半径为R，其方程为：(x‑x₀)²+(y‑y₀)²+(z‑z₀)²＝R²入射光纤发出的光，经过数值孔径的放大，形成一个入射光锥，其方程为：入射光锥与反射球的交线确定了球面上的反射边界，其由方程可推导为：入射光AB的方程为：法线BC的方程为：过A点与法线BC垂直的平面方程为：(x₀‑x_B)(x‑x_A)+(y₀‑y_B)(y‑y_A)+(z₀‑z_B)(z‑z_A)＝0法线BC的参数方程为：x＝(x₀‑x_B)t+x_By＝(y₀‑y_B)t+y_Bz＝(z₀‑z_B)t+z_B由此求得参数t，进而求得点E的坐标；D点是A点关于E点的对称点，所以：x_D＝2x_E+x_Ay_D＝2y_E+y_Az_D＝2z_E+z_A反射光BD的方程为：反射光BD的方向为：(x_D‑x_B,y_D‑y_B,z_D‑z_B)XOY平面的法向量为：(0,0,k)，此两向量之间的夹角为：其中，夹角θ∈[0°,90°]则反射光与XOY平面的交点坐标方程为：