專利名稱：光纖剩余應(yīng)力的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及一種測(cè)量保持在光纖中并具有不對(duì)稱圓形應(yīng)力分布之剩余應(yīng)力的測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般地說(shuō)，光纖內(nèi)會(huì)保持有拉制光纖制作階段所產(chǎn)生的剩余應(yīng)力。這種剩余應(yīng)力對(duì)光纖折射率方面會(huì)引起所不希望有的變化，并因此而增大光纖中因光彈性效應(yīng)所引致的光損耗。同樣地，必須精確地測(cè)量光纖中的剩余應(yīng)力及其分布，然后對(duì)它們做相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
通常利用光彈性效應(yīng)測(cè)量光纖中的剩余應(yīng)力，所謂光彈性效應(yīng)是光纖的折射率沿著透明的固態(tài)介質(zhì)，如光纖中剩余應(yīng)力的方向變化的現(xiàn)象。于是，光纖或預(yù)成型光纖的折射率沿偏振方向變化，觀察這種變化，可以測(cè)量光纖中的剩余應(yīng)力。
圖1是常規(guī)測(cè)量光纖中剩余應(yīng)力系統(tǒng)的示意圖，圖2表示沿光路的相移。
如圖1所示，常規(guī)的剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)包括光源10，如激光器；用于準(zhǔn)直所產(chǎn)生的光的透鏡單元30；用于使準(zhǔn)直光偏振的偏振計(jì)50；剩余應(yīng)力測(cè)量部分60，以及光探測(cè)器70，用于測(cè)量由光纖中所保持的剩余應(yīng)力引起的光彈性效應(yīng)所產(chǎn)生的相移。
在運(yùn)行過(guò)程中，由光源10，如氦氖激光器投射的光受到反射鏡20的反射，穿過(guò)透鏡單元30，轉(zhuǎn)換成平面波，所述透鏡單元30包括光束漫射體31、透鏡32和可變光闌33。所述平面波再受另一反射鏡40反射，進(jìn)入偏振計(jì)50。所述偏振計(jì)50包括偏振鏡51、波長(zhǎng)板52和聚光器53。反射鏡20和40的作用在于通過(guò)在給定的空間內(nèi)改變光路給出一種緊密型的設(shè)計(jì)。偏振光入射到位于剩余應(yīng)力測(cè)量部分60內(nèi)的光纖62中。所述剩余應(yīng)力測(cè)量部分60包括滑玻(slide glass)61和蓋片(cover glass)63。光穿過(guò)光纖具有因光纖內(nèi)部的應(yīng)力分布所引起的相位差，進(jìn)而穿過(guò)物鏡71和偏振分析器72。傳感器73把穿過(guò)偏振分析器72的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而測(cè)量光纖中的剩余應(yīng)力。
光纖剩余應(yīng)力可由下式表示I(y)＝I0sin2(Φ(y)/2)其中I0表示背景的強(qiáng)度，Φ(y)表示因剩余應(yīng)力引起的相移。
如圖2所示，可以看出，入射在光纖上并且平行于x-軸的光可被分成兩個(gè)分量。入射光的相移可被表示如下dΦ(y)=2πλdx(ny-nz)]]>因此，可由光彈性效應(yīng)表示由剩余應(yīng)力產(chǎn)生的相移，其數(shù)學(xué)表示如下ny-nz＝C(σy-σz)并且dΦ(y)=2πCλdx(σy-σz)]]>另外，總剩余應(yīng)力和光彈性效應(yīng)具有可由下式表示的分布σz(r)=-λ2π2Co∫rbdΦ/dyy2-r2dy]]>并且C(r)E(r)=-λ2π2∫rbdW/dyy2-r2dy]]>其中，C0表示熔融二氧化硅的光彈性系數(shù)。注意，這些公式都是在下面條件下適用的1.入射光必須按直線方向通過(guò)光纖的內(nèi)部而不改變其路徑；2.布儒斯特系數(shù)必須是沿入射方向，也即沿直徑方向?yàn)楹愣ǖ?不發(fā)生因材料的不變組分特性所致的雙折射，這使得能夠由剩余應(yīng)力產(chǎn)生相移)；
3.與軸向應(yīng)力相比，對(duì)半徑或角度所產(chǎn)生的剩余應(yīng)力可以忽略不計(jì)(σz＞＞σè，σρ)。
如上所示，按照本領(lǐng)域的教導(dǎo)能夠只沿單一方測(cè)量光纖的剩余應(yīng)力。因此，難于精確地測(cè)量光纖中，特別是具有不對(duì)稱圓形應(yīng)力分布或沿光纖鎧裝具有規(guī)則空間間隔氣孔之光纖(稱為光子晶體光纖-photoniccrystal fiber)中的剩余應(yīng)力及其分布。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明通過(guò)提供一種光纖的剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，并給出附加的優(yōu)點(diǎn)，它能夠測(cè)量光纖內(nèi)具有非對(duì)稱圓形分布的剩余應(yīng)力。
本發(fā)明的一種實(shí)施例涉及一種光纖的剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括光源，用于產(chǎn)生測(cè)量所述剩余應(yīng)力所用的光；透鏡單元，用于將所產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)換成平面波；偏振計(jì)，用于將所轉(zhuǎn)換的光變換成輸入的偏振光，并使輸入的偏振光入射到光纖中；旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分，用以旋轉(zhuǎn)所述光纖，以便能使偏振光沿各種方向穿過(guò)所述光纖；以及探測(cè)器，用于從透射光的相移檢測(cè)剩余應(yīng)力，其中，所述旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分旋轉(zhuǎn)所述光纖，并測(cè)量光纖內(nèi)具有非對(duì)稱圓形應(yīng)力分布的剩余應(yīng)力。
按照本發(fā)明的一種方案，所述旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分包括光纖保持部分，它包含滑玻和蓋片，用以把光纖放在所述兩片玻璃之間，還包含第一夾具，用以保持光纖的一端，以及電機(jī)，用以旋轉(zhuǎn)保持光纖的所述第一夾具。
按照本發(fā)明的另一種方案，所述光纖保持部分還包含第二夾具，用以保持光纖的另一端，還包含驅(qū)動(dòng)部分，用以將來(lái)自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力均一地傳送到第一和第二夾具，從而以受控的方式旋轉(zhuǎn)所述光纖。


從以下參照附圖的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的上述特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)愈為清晰，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)的示意圖；圖2表示按照光路的相移；
圖3是本發(fā)明光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)的示意圖；圖4是表示本發(fā)明第一實(shí)施例光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分；圖5是表示本發(fā)明第二實(shí)施例光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分；圖6是表示本發(fā)明第三實(shí)施例光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分。
具體實(shí)施例方式
首先，本發(fā)明是基于下述技術(shù)原理的。
為了測(cè)量具有非對(duì)稱應(yīng)力分布之光纖的應(yīng)力，按照本發(fā)明的技術(shù)，沿從0°到180°范圍內(nèi)各個(gè)方向的應(yīng)力。在一定角度á下測(cè)量應(yīng)力時(shí)，可如下式1那樣給出由剩余應(yīng)力所引起的各軸相移之間的差公式1δα(t)＝2π/λ∫[nz(t，s)-nt(t，s)]ds其中，ё表示入射光束的波長(zhǎng)，nz和nt表示相對(duì)于光纖參考軸的折射率，而s表示光束傳播的距離。公式1表示沿兩個(gè)方向，即沿z軸和x軸方向的相移差。公式1所給出的相移之間的差使得通過(guò)下述公式2給出的雷登反轉(zhuǎn)換原理(inverse Radon transformation)能夠得到二維軸向剩余應(yīng)力分布ózz。
公式2σzz(x，y)＝λ/2πC·iradon{δt(t，α)}其中，σzz(x，y)表示光纖的z-z方向或縱長(zhǎng)方向的剩余應(yīng)力，C表示光彈性常數(shù)，而“iradon”表示雷登反轉(zhuǎn)換函數(shù)。按照公式2，利用旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，可以算出沿光纖縱長(zhǎng)方向的應(yīng)力。
此后將參照?qǐng)D3-6詳細(xì)描述本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例。為清楚和簡(jiǎn)明計(jì)，將省略本文所引述的那些已知功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述，免致本發(fā)明主題的不清楚。
圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
如圖3所示，本發(fā)明一種實(shí)施例的光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)包括光源10；透鏡單元30。用以準(zhǔn)直光源10產(chǎn)生的光；用于使輸出的準(zhǔn)直光偏振的偏振計(jì)50；旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分100，用以在光纖旋轉(zhuǎn)的同時(shí)測(cè)量光纖的剩余應(yīng)力；以及光探測(cè)器70，用于把剩余應(yīng)力引起的相移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
按照本實(shí)施例，設(shè)置所述旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分100，用以在光纖旋轉(zhuǎn)的同時(shí)測(cè)量具有非對(duì)稱圓形應(yīng)力分布的光纖中的應(yīng)力。于是，下面的描述將集中在所述旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分100上。
圖4是表示本發(fā)明第一實(shí)施例光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)之旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分的示意圖。有如所示者，所述旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分包括光纖保持部分105和電機(jī)106。特別是所述光纖保持部分105包括滑玻101和蓋片103，光纖102被插入在它們之間，還包括夾具104，用以保持光纖的一端。在所述滑玻101與蓋片103之間加給與光纖折射率適配的油。這是為了防止在光纖剩余應(yīng)力測(cè)量期間從外部加給一定的應(yīng)力以及防止入射光束受到衍射。電機(jī)106起旋轉(zhuǎn)夾具104的作用，所述夾具104保持光纖，并使使光纖受到測(cè)量。
圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分的示意圖。有如所示者，所述旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分包括光纖保持部分205和電機(jī)207。第二實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分與第一實(shí)施例的不同，在于它是在一個(gè)豎直的位置旋轉(zhuǎn)光纖的同時(shí)進(jìn)行光纖測(cè)量的。為此，把待測(cè)量的光纖吊掛浸入到一個(gè)容器內(nèi)，其中充有油202，以與光纖的折射率適配。所述容器208包括一個(gè)由石英構(gòu)成的管子203以及一個(gè)帽蓋204。由所述帽蓋204保持所述光纖201，并將其定位在所述管子203內(nèi)。另外，光纖夾緊部分206包括能夠保持光纖一端的夾具205。電機(jī)207轉(zhuǎn)動(dòng)保持光纖201的夾具205。要說(shuō)明的是，所述容器208是固定的，與光纖的旋轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)。
圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)之旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分的示意圖。有如所示者，所述旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分包括光纖保持部分310和電機(jī)320。與第一實(shí)施例不同，那里是在保持光纖的一端以便旋轉(zhuǎn)的同時(shí)測(cè)量光纖的剩余應(yīng)力，第三實(shí)施例被設(shè)計(jì)成保持光纖的兩端，用以旋轉(zhuǎn)，從而防止可能發(fā)生的偏心或聚焦誤差。此外，這種布置有助于控制光纖的轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖6所示，旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分310包括滑玻301和蓋片303，光纖被插入在它們之間，還包括一對(duì)夾具304，用以保持光纖的兩端。電機(jī)320還包括驅(qū)動(dòng)部分，用以在相等的旋轉(zhuǎn)速度下把電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力傳送給兩個(gè)夾具304。按照這種配置，所述驅(qū)動(dòng)部分包括一對(duì)拔出器305與皮帶306，用以同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)夾具，還包括至少一個(gè)齒輪307，以及轉(zhuǎn)軸308。另外，將用以與光纖折射率適配的油加于所述滑玻301和蓋片303之間。各實(shí)施例中用以與光纖折射率適配的油是粘的，足以轉(zhuǎn)動(dòng)光纖，而不會(huì)加給光纖任何應(yīng)力。
有如從上述說(shuō)明所見(jiàn)者，本發(fā)明各優(yōu)選實(shí)施例的光纖剩余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)能夠在光纖轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中測(cè)量光纖內(nèi)具有非對(duì)稱圓形應(yīng)力分布的剩余應(yīng)力，以及作為光纖內(nèi)應(yīng)力的剩余應(yīng)力分布。
雖然參照一些優(yōu)選實(shí)施例表示并描述了本發(fā)明，但對(duì)于那些熟悉本領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)應(yīng)能理解，可在其中作出各種改型，而不致脫離有如所附各權(quán)利要求限定之本發(fā)明的精髓和范圍。
權(quán)利要求
1.一種光纖剩余應(yīng)力的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，它包括光源，用于產(chǎn)生光；透鏡單元，用于將所產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)換成平面波；偏振計(jì)，用于將所轉(zhuǎn)換的光變換成輸入的偏振光；旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分，用以旋轉(zhuǎn)所述光纖，以便能使偏振光沿各種方向穿過(guò)所述光纖；以及探測(cè)器，用于根據(jù)透過(guò)光纖的光的相移檢測(cè)具有非對(duì)稱圓形應(yīng)力分布的剩余應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè)反射鏡，用以改變從所述光源產(chǎn)生的光的路徑。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分包括光纖保持部分，它包含滑玻和蓋片，用以把光纖放在其間；第一夾具，用以保持光纖的一端，以及電機(jī)，用以旋轉(zhuǎn)保持光纖的所述第一夾具。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖保持部分還包含第二夾具，用以保持光纖的另一端；以及驅(qū)動(dòng)部分，用以將來(lái)自電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力均一地傳送到第一和第二夾具，以旋轉(zhuǎn)所述光纖。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述滑玻與蓋片之間加給實(shí)際上具有與光纖的折射率相同的油。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖保持部分包括夾具，用以保持光纖的一個(gè)上端，以便沿著豎直方向旋轉(zhuǎn)所述光纖；容器，充有實(shí)際上與光纖相同折射率的油，用以使光纖沿豎直方向定位在其中。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述油有足夠的粘性，以旋轉(zhuǎn)光纖而不給光纖加以任何應(yīng)力。
全文摘要
一種光纖剩余應(yīng)力的測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光源，用于產(chǎn)生測(cè)量剩余應(yīng)力的光；透鏡單元，用于將所產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)換成平面波；偏振計(jì)，用于將所轉(zhuǎn)換的光變換成輸入的偏振光，入射在光纖上；旋轉(zhuǎn)測(cè)量部分，用以旋轉(zhuǎn)所述光纖，以便能使偏振光沿各種方向穿過(guò)所述光纖；以及探測(cè)器，用于從透過(guò)的光的相移檢測(cè)剩余應(yīng)力。
文檔編號(hào)G01M11/00GK1497249SQ20031010137
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者盧成仁, 金現(xiàn)哲, 樸用雨 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社