本發(fā)明涉及基于四象限探測(cè)器測(cè)光纖焦比退化的裝置。

背景技術(shù)：

光纖是利用光的全反射原理制成的，它具有很好的光傳輸特性，因此在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。天文中光纖主要的應(yīng)用范圍包括積分場(chǎng)光譜技術(shù)(integralfieldspectroscopy)和多目標(biāo)光譜技術(shù)(multi-objectspectroscopy)。光纖的透過率及光纖焦比退化是光學(xué)性能中兩個(gè)主要的研究方向?？茖W(xué)家對(duì)光纖焦比退化的研究已經(jīng)超過30年，自從第一個(gè)多光纖系統(tǒng)應(yīng)用在天文中，科學(xué)家就開始進(jìn)行研究，但一直以來都沒有統(tǒng)一的結(jié)果，即使所用光纖是同一公司生產(chǎn)的同一產(chǎn)品，這與科學(xué)家所用的測(cè)量方法以及測(cè)量環(huán)境等都有關(guān)系。光纖焦比退化與數(shù)值孔徑、入射焦比、波長、光纖長度、彎曲、應(yīng)力、使用環(huán)境、入射角度等有關(guān)系。焦比是焦距與光斑直徑的比值，理想狀態(tài)下入射焦比等于出射焦比，但由于光的彌散作用，使出射光斑的直徑增大，所以出射焦比會(huì)減小，這種現(xiàn)象稱為焦比退化(frd)。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)光纖焦比退化的裝置往往需要直接去測(cè)量并用肉眼讀出光斑大小，操作麻煩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的基于四象限探測(cè)器測(cè)光纖焦比退化的裝置。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于四象限探測(cè)器測(cè)光纖焦比退化的裝置，包括激光器、擴(kuò)束鏡、第一會(huì)聚透鏡、光闌、第二會(huì)聚透鏡、光纖、四象限探測(cè)器和電控偏轉(zhuǎn)鏡；激光器發(fā)出的光經(jīng)過擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束，之后打在第一會(huì)聚透鏡上，第一會(huì)聚透鏡將光束準(zhǔn)直，準(zhǔn)直光束經(jīng)過光闌打在第二會(huì)聚透鏡上，然后進(jìn)入光纖，經(jīng)過光纖傳播，出射光束照射到四象限探測(cè)器上，用電控偏轉(zhuǎn)鏡掃描四象限探測(cè)器的靶面，獲得四象限探測(cè)器的位置靈敏度，從而計(jì)算出射光斑實(shí)際尺寸。

進(jìn)一步，所述激光器為氦氖激光器，波長為632.8nm。

進(jìn)一步，所述擴(kuò)束鏡的放大倍率為5倍。

進(jìn)一步，所述第一會(huì)聚透鏡的焦距為15cm。

進(jìn)一步，所述第二會(huì)聚透鏡的焦距為8cm。

進(jìn)一步，所述光闌的孔徑可調(diào)范圍為1.5mm-26mm。

進(jìn)一步，所述光纖的長度為4m。

進(jìn)一步，所述四象限探測(cè)器的采樣頻率為2.5khz，采樣量程為±1v。

有益效果：本發(fā)明公開了一種基于四象限探測(cè)器測(cè)光纖焦比退化的裝置，與傳統(tǒng)測(cè)光纖焦比退化的裝置相比，一是不需要直接去測(cè)量并用肉眼讀出光斑大小，更簡單方便；二是四象限探測(cè)器得出的光斑尺寸比傳統(tǒng)肉眼讀的精度高，測(cè)得的焦比退化更準(zhǔn)確。本發(fā)明結(jié)合幾何光學(xué)的原理，將光束最大限度耦合進(jìn)光纖，提高了耦合效率，并且用電控偏轉(zhuǎn)鏡對(duì)打在四象限探測(cè)器上的光斑進(jìn)行掃描，得出四象限探測(cè)器的位置靈敏度，求出光斑尺寸。本發(fā)明具有操作方便、成本低的特點(diǎn)，因此有著廣泛的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中不同光斑半徑時(shí)sx(x)隨x的變化曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

本具體實(shí)施方式公開了一種基于四象限探測(cè)器測(cè)光纖焦比退化的裝置，如圖1所示，包括激光器1、擴(kuò)束鏡2、第一會(huì)聚透鏡3、光闌4、第二會(huì)聚透鏡5、光纖6、四象限探測(cè)器7和電控偏轉(zhuǎn)鏡8；激光器1發(fā)出的光經(jīng)過擴(kuò)束鏡2進(jìn)行擴(kuò)束，之后打在第一會(huì)聚透鏡3上，第一會(huì)聚透鏡3將光束準(zhǔn)直，準(zhǔn)直光束經(jīng)過光闌4打在第二會(huì)聚透鏡5上，然后進(jìn)入光纖6，經(jīng)過光纖6傳播，出射光束照射到四象限探測(cè)器7上，調(diào)節(jié)光纖6與四象限探測(cè)器7之間的距離分別為1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm和3.0cm，觀察并記錄光斑中心的偏移量及光強(qiáng)的變化，同時(shí)用電控偏轉(zhuǎn)鏡8掃描四象限探測(cè)器7的靶面，獲得四象限探測(cè)器的位置靈敏度，間接計(jì)算獲得出射光斑實(shí)際尺寸d′1，d′2，d′3，d′4，d′5。對(duì)這5次測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求相對(duì)應(yīng)的出射焦比，對(duì)5次出射焦比取平均值，即可獲得這根光纖的焦比退化程度。

其中，激光器1為氦氖激光器，波長為632.8nm。擴(kuò)束鏡2的放大倍率為5倍。第一會(huì)聚透鏡3的焦距為15cm。第二會(huì)聚透鏡5的焦距為8cm。光闌4的孔徑為16mm，光闌4與第一會(huì)聚透鏡3之間的距離為5cm，光闌4與第二會(huì)聚透鏡5之間的距離也為5cm。光纖6的長度為4m，第二會(huì)聚透鏡5與光纖6之間的距離為8cm。四象限探測(cè)器7的采樣頻率為2.5khz，采樣量程為±1v。

數(shù)據(jù)處理過程：

入射焦比為

計(jì)算di′(i＝1,2,3,4,5)

不考慮四象限探測(cè)器7的溝道寬度，x和y分別為橫向與縱向偏移量，四象限探測(cè)器7的前端處理電路采用和差比電路形式，則輸出表示偏移量的電壓信號(hào)為ex、ey。根據(jù)公式橫向電壓信號(hào)ex(x)為：

設(shè)sx(x)為x坐標(biāo)四象限探測(cè)器的位置靈敏度，則：

利用電控偏轉(zhuǎn)鏡8掃描四象限探測(cè)器7的靶面，獲得四象限探測(cè)器的位置靈敏度。圖2是不同半徑時(shí)sx(x)隨x的變化曲線，其中從上到下依次取r為0.25，0.5，0.75，…，2，將相應(yīng)的x、sx(x)代入②式即可得到光斑半徑r，則光斑直徑就是2r，即可求出d′i(i＝1,2,3,4,5)。

設(shè)橫向偏移x為0.25mm，則經(jīng)測(cè)試當(dāng)d＝1cm時(shí)，sx(x)＝1.127；d＝1.5cm時(shí)，sx(x)＝0.741；d＝2cm時(shí)，sx(x)＝0.550；d＝2.5cm時(shí)，sx(x)＝0.437；d＝3cm時(shí)，sx(x)＝0.363。將sx(x)帶入上式求出相對(duì)應(yīng)的光斑半徑r，則相應(yīng)直徑d′i是2r。表1給出不同光斑直徑下的出射焦比。

表1不同光斑直徑下出射焦比

從表1可以算出，此光纖的焦比退化程度為12.4％，所以，基于四象限探測(cè)器7的焦比退化測(cè)量裝置是可行的，是一種全新的測(cè)光纖焦比退化的裝置，能很好的測(cè)出光纖的焦比退化大小。與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比避免人為讀取數(shù)據(jù)的誤差，精度更高、操作更簡單。