按照有關規定對光纖數學幾何參數：光纖折射率分布、最大理論數值孔徑及直徑、不圓度、同心度誤差等的測量。
基本介紹
- 中文名：光纖光學幾何參數測量
- 外文名：measurement of opticalfiber geometrical parameters
- 套用學科：光纖通信技術
折射率分布測量,折射近場法,傳輸近場法,
折射率分布測量
折射率分布測量有折射近場法和傳輸近場法兩種。
折射近場法
折射近場法：根據光纖折射光功率與折射率n（r）成正比的原理建立起來的測量方法。把光纖樣品（約lm）的輸入端浸入盛有折射率匹配液的盒子中（匹配液的折射率稍高於光纖包層的折射率），用一個數值孔徑比光纖數值孔徑大許多的透鏡，把雷射束聚焦成一個非常小的光斑，入射到光纖輸入端面上。入射光的一部分由纖芯傳導，超過光纖數值孔徑的大角度光則折射逸出光纖。把逸出光纖的折射光會聚到檢測器上，由於折射光功率與局部折射率n（r）成正比，於是光斑沿光纖端面直徑掃描，不同位置的局部折射率不同，檢測到的折射光功率也就不同。因此測得的折射光功率分布曲線就直接給出了折射率分布曲線，見圖1所示。
圖1 折射率分布曲線傳輸近場法
傳輸近場法：多模光纖在全激勵下，模功率達到穩態分布時，輸出端近場強度徑向的變化與徑向折射率的變化成正比。因此，對放大的近場像沿直徑掃描測量近場強度的變化曲線，就得到了光纖的相對摺射率分布曲線。這個方法是在完全消除漏模的條件下建立的，如果漏模存在必將帶來誤差。
光纖最大理論數值孔徑NAmax是一個表征光纖“捕捉”光射線能力的參量，其數學表達式為：
N
，
式中n1為纖芯的最大折射率；n2為最裡面均勻包層的折射率。
NAmax取決於光纖的折射率分布。測出光纖的折射率分布曲線如圖所示，也就可由定義式算出最大理論數值孔徑。
遠場法：多模光纖最大理論數值孔徑也可用測量光纖輻射遠場圖來確定。按理論分析，當遠端輻射強度P（θ）/P（0）=5%時，有效數值孔徑可認為等於最大理論數值孔徑，即NAmax=sinθ。P（θ）和P（0）分別為遠場輻射圖半徑角θ處和軸線上θ=0的輻射強度。
利用遠場法掃描測出遠場強度分布曲線，由曲線下降到最大值的5%處確定θ，其正弦值即為最大理論數值孔徑值。
幾何參數測量對標稱圓對稱光纖的幾何特性參數：纖芯、包層直徑、不圓度、同心度誤差的測量。可採用折射近場法、傳輸近場法、側視圖法。
折射近場法：光纖的幾何參數都是以折射率分布為根據來計算的。
測量時，應對整個光纖橫截面進行掃描，測出折射率分布的掃描場圖，如圖5所示。纖芯的邊界由折射率n3決定，n3=K（n1—n2）+n2，這裡K為常數，多模光纖取K=0.05，單模光纖取K=0.5，即以纖芯的最大折射率n1與最裡面均勻包層的折射率n2之差的5%（多模）或50%（單模）為邊界點。在光纖橫截面上n3各點連線圍成的區域即為芯區。芯區進行最佳圓擬合，其擬合圓的中心即為芯中心，擬合圓的直徑即為芯直徑；與芯直徑正、負偏差最大的芯區邊界所確定的兩同心圓的直徑之差除以芯直徑即為芯不圓度。同樣，包層外界由匹配液（由甘油、四氯化碳等構成用以消除反射）折射率與外包層折射率之差按K值決定，經最佳圓擬合，獲得包層中心、包層直徑、包層不圓度。芯中心與包層中心之間的距離除以芯直徑即為芯/包同心度誤差。
傳輸近場法：用此法測量光纖幾何參數是對近場（接近光源或光孔的區域）放大像面進行掃描。檢測可以用具有針孔的掃描光檢測器；或將針孔和光檢測器固定，用轉動反射鏡掃描；或者利用電視攝像機及其他圖形/光強識別器件。
測得的近場強度分布掃描場圖，經過最佳擬合計算，按定義求得相關幾何參數。對於單模光纖，模場中心即空間強度分布的中心，模場同心度誤差即模場中心和包層中心之間的距離。
側視圖法：用於單模光纖。將一短段樣品（在觀察段上的預塗覆應除掉）固定在一支架上並置於測量系統中，光纖軸應垂直於光軸。通過樣品光纖繞自身軸旋轉，對不同側視方向，測量光纖內折射光的強度分布來決定模場同心度誤差、包層直徑和包層不圓度。
