光纤连接器端面干涉测试系统-深圳大学
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5 激光杂志6 2000 年第 21 卷第 1 期
LA SER JO U RNAL ( Vol1 21, N o. 11 2000)
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光纤连接器端面干涉测试系统
林 敏 黄建军 李景镇
518060) ( 深圳大学光电子系 , 深圳
的测量原理、 关键技术和测量精度。 关键词 : 光纤连接器 , 相移术 , 相位检测 , CCD
122
, 将干 涉条 纹图 逐行 作傅 立叶
变换 , 经频域带 通滤 波 ,wenku.baidu.com并 取出 其中 一级 谱作 反变 换 , 从而求解出相位分布。该方法只 需一幅 干涉条 纹图即 可算出相位 , 但精 度不 高且 计算 量较 大。另 一类 方法 是相移技术
132
, 它是 通过 相移 器在 参考 光中 引进 已知
提要 : 用迈克尔逊显微干涉仪能实现光纤连接器端面的参数测量 , 给出光纤端面的二维截面图和三维形貌图。本文描述 了它
An interference testing system for optical fiber connector surface
L i n M in H uang Ji anj u n L i Ji ng Zhen 518060) ( S henzhen U niversity, Shenz hen Abstract: A usef ul surface interf eromet er of f iber - connectors, wh ich can give not only 2 -D prof ile and 3 -D topography of t est ing sur f ace, but also t he evaluat ion paramet ers of surf ace roughness, based on M ichelson int erf erometer, is present ed. T he principle of operat ion, k ey t echnique about syst em design and t est ing accuracy are described. Key words: f iber - connector, phase -shift ing method, phase det ect ion, CCD
X 1999 年 7 月 6 日收稿
其中 , rm 为第 m 条干涉条纹的半径 , rk 为第 k 条干涉条 纹的半径 , K为光波的波长 , R 为样品端面的曲率半径。 11 2 端面粗糙度的测量 为了获得 连接 器端 面的 形貌 , 我 们采 用光 学 干涉 显微术 , 目前普遍采用的求 解相位的 方法主 要有两 类 : 一类是傅立叶变 换法
。为了连 接直径 大约 10- 100Lm 的光 纤 , 需 要解
决的主要问 题是连 接精 度 , 连 接精 度直 接影 响光 纤连 接器连接损耗。两根光纤的轴心 偏离和 两根光 纤成一 折角是机械 装置不 标准 产生 连接 损 耗的 主要 因素 ; 光 纤端面不平整也会增大损耗。
1 测量原理
光纤连接 器的 端面 一般 是研 磨成 球形 , 但 在 研磨 过程中由于各种原因会造成缺 陷 , 如 光纤表 面划痕、 球 面顶点偏移、 表面 凹凸 不平 等等。 因此 要实 时测 试端 面的数据 , 包括球面顶点位 置偏移、 球面 半径及 表面粗 糙度等 , 以使端面的误差在允许范围内。 11 1 球面半径测量 可用牛顿环测量球形端面 的曲率 半径。光 纤端面 的曲率半径由下式给出 : R =
2 r2 m - rk ( m - k) K
一旦获得 h( x, y) 分布 , 就可进一步作数 据分析 , 给 出待测端面的 二维 截面 图和 三维 形貌 图 , 并提 供各 种 纵向、 横向评定参数值。
2
21 1
系统设计与相关技术
系统设计 测试系统原 理如 图 1 所示 , 从 光源 发出 的 单色 光
( 1)
准直后经过光 阑及 分光 镜形 成两 束光 , 一 束光 经过 物 镜入射到被检 测的 试样 表面 反射 , 另 一束 光在 标准 平 面上反射。此二束反射光经 干涉后 通过物镜 进入摄 象 机 ( CCD) , 由它 对干 涉条 纹 作强 度测 量。计 算 机采 集 CCD 数据 , 并控制 PZT 移动 , 采 集 每一 帧图 象 数据 进 行数据处理 , 最后计算出光纤端面的参数 , 画出曲线。 21 2 PZT 微位移器与移相控制 影响测量精 度的 一个 重 要因 素是 移相 误差 , 克 服 移相误差可以有两种途径 : 一是 采用分 辨率高、 线性 极 好的 P ZT 系统 ; 二是施 加校正驱动电 压以补偿 PZT 系 统的移相误差 ( 非线性 ) 。我们研制的 PZT 微位移 器分
相移量 , 人为地改变两相干 波的相对 相位 , 从干 涉场中 某一点在不同相移量下的光强 值来求 解该点 相位。该
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5激光杂志6 2000 年第 21 卷第 1 期
LASER JOU RN AL ( Vo l1 21, No. 11 2000) 制 , 直到实现满意的移相为止。 图 2 为 4 幅移 相条纹 的形状 及相对 位置 , 曲线 1、 2、 3、 4 分别表示每次移相 P/ 2, 在 0~ 2P 范围 内作四 步 阶梯调制 时 的 4 幅 光 强分 布。 条纹 上 叠 加的 高 频 纹 波 , 一部分是粗糙度信息 , 另 外是由 外围的振 动和电 子 线路等引起的噪声。
1 引言
研制光 纤连接器是光纤通信 走向实 用化的 重要工 作
112
方法需要相移 器和 多幅 相移 图 , 根据 移相 次数 不同 目 前有二步、 三步和四步等不同移 相方法 142, 但 最关键 的 技术是相移 器的 设计。 为了 实现 相移 , 参 考光 路中 的 平面反射镜在 P ZT 微 位移器 的驱动 下 , 使样 品相对 于 参考面移动 , 本系统采用四步移相术152: tan <( x , y ) = ( I 4 - I 2) / ( I 1 - I 3 ) ( 2) 式中 : I1、 I 2、 I3 、 I4 为 每次移 相 P/ 2, 在 0~ 2P 范 围内 作 四步阶梯调制时 的 4 幅光 强分 布 , <( x , y ) 表示 端面 各 点的位相差 , 由此算出端面微观高差分布为 : K h( x , y ) = 4 P<( x , y ) ( 3)
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光纤连接器端面干涉测试系统
林 敏 黄建军 李景镇
518060) ( 深圳大学光电子系 , 深圳
的测量原理、 关键技术和测量精度。 关键词 : 光纤连接器 , 相移术 , 相位检测 , CCD
122
, 将干 涉条 纹图 逐行 作傅 立叶
变换 , 经频域带 通滤 波 ,wenku.baidu.com并 取出 其中 一级 谱作 反变 换 , 从而求解出相位分布。该方法只 需一幅 干涉条 纹图即 可算出相位 , 但精 度不 高且 计算 量较 大。另 一类 方法 是相移技术
132
, 它是 通过 相移 器在 参考 光中 引进 已知
提要 : 用迈克尔逊显微干涉仪能实现光纤连接器端面的参数测量 , 给出光纤端面的二维截面图和三维形貌图。本文描述 了它
An interference testing system for optical fiber connector surface
L i n M in H uang Ji anj u n L i Ji ng Zhen 518060) ( S henzhen U niversity, Shenz hen Abstract: A usef ul surface interf eromet er of f iber - connectors, wh ich can give not only 2 -D prof ile and 3 -D topography of t est ing sur f ace, but also t he evaluat ion paramet ers of surf ace roughness, based on M ichelson int erf erometer, is present ed. T he principle of operat ion, k ey t echnique about syst em design and t est ing accuracy are described. Key words: f iber - connector, phase -shift ing method, phase det ect ion, CCD
X 1999 年 7 月 6 日收稿
其中 , rm 为第 m 条干涉条纹的半径 , rk 为第 k 条干涉条 纹的半径 , K为光波的波长 , R 为样品端面的曲率半径。 11 2 端面粗糙度的测量 为了获得 连接 器端 面的 形貌 , 我 们采 用光 学 干涉 显微术 , 目前普遍采用的求 解相位的 方法主 要有两 类 : 一类是傅立叶变 换法
。为了连 接直径 大约 10- 100Lm 的光 纤 , 需 要解
决的主要问 题是连 接精 度 , 连 接精 度直 接影 响光 纤连 接器连接损耗。两根光纤的轴心 偏离和 两根光 纤成一 折角是机械 装置不 标准 产生 连接 损 耗的 主要 因素 ; 光 纤端面不平整也会增大损耗。
1 测量原理
光纤连接 器的 端面 一般 是研 磨成 球形 , 但 在 研磨 过程中由于各种原因会造成缺 陷 , 如 光纤表 面划痕、 球 面顶点偏移、 表面 凹凸 不平 等等。 因此 要实 时测 试端 面的数据 , 包括球面顶点位 置偏移、 球面 半径及 表面粗 糙度等 , 以使端面的误差在允许范围内。 11 1 球面半径测量 可用牛顿环测量球形端面 的曲率 半径。光 纤端面 的曲率半径由下式给出 : R =
2 r2 m - rk ( m - k) K
一旦获得 h( x, y) 分布 , 就可进一步作数 据分析 , 给 出待测端面的 二维 截面 图和 三维 形貌 图 , 并提 供各 种 纵向、 横向评定参数值。
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系统设计与相关技术
系统设计 测试系统原 理如 图 1 所示 , 从 光源 发出 的 单色 光
( 1)
准直后经过光 阑及 分光 镜形 成两 束光 , 一 束光 经过 物 镜入射到被检 测的 试样 表面 反射 , 另 一束 光在 标准 平 面上反射。此二束反射光经 干涉后 通过物镜 进入摄 象 机 ( CCD) , 由它 对干 涉条 纹 作强 度测 量。计 算 机采 集 CCD 数据 , 并控制 PZT 移动 , 采 集 每一 帧图 象 数据 进 行数据处理 , 最后计算出光纤端面的参数 , 画出曲线。 21 2 PZT 微位移器与移相控制 影响测量精 度的 一个 重 要因 素是 移相 误差 , 克 服 移相误差可以有两种途径 : 一是 采用分 辨率高、 线性 极 好的 P ZT 系统 ; 二是施 加校正驱动电 压以补偿 PZT 系 统的移相误差 ( 非线性 ) 。我们研制的 PZT 微位移 器分
相移量 , 人为地改变两相干 波的相对 相位 , 从干 涉场中 某一点在不同相移量下的光强 值来求 解该点 相位。该
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5激光杂志6 2000 年第 21 卷第 1 期
LASER JOU RN AL ( Vo l1 21, No. 11 2000) 制 , 直到实现满意的移相为止。 图 2 为 4 幅移 相条纹 的形状 及相对 位置 , 曲线 1、 2、 3、 4 分别表示每次移相 P/ 2, 在 0~ 2P 范围 内作四 步 阶梯调制 时 的 4 幅 光 强分 布。 条纹 上 叠 加的 高 频 纹 波 , 一部分是粗糙度信息 , 另 外是由 外围的振 动和电 子 线路等引起的噪声。
1 引言
研制光 纤连接器是光纤通信 走向实 用化的 重要工 作
112
方法需要相移 器和 多幅 相移 图 , 根据 移相 次数 不同 目 前有二步、 三步和四步等不同移 相方法 142, 但 最关键 的 技术是相移 器的 设计。 为了 实现 相移 , 参 考光 路中 的 平面反射镜在 P ZT 微 位移器 的驱动 下 , 使样 品相对 于 参考面移动 , 本系统采用四步移相术152: tan <( x , y ) = ( I 4 - I 2) / ( I 1 - I 3 ) ( 2) 式中 : I1、 I 2、 I3 、 I4 为 每次移 相 P/ 2, 在 0~ 2P 范 围内 作 四步阶梯调制时 的 4 幅光 强分 布 , <( x , y ) 表示 端面 各 点的位相差 , 由此算出端面微观高差分布为 : K h( x , y ) = 4 P<( x , y ) ( 3)