Способ контроля диаметра одножильных световодов Советский патент 1993 года по МПК G01B11/10 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для измерения диаметра прозрачных оптических волокон и одножильных световодов одно- и двухблочных структур как в стационарном режиме, так и в режиме вытяжки.

Цель изобретения - повышение точности контроля диаметра одножильных световодов.

Основная особенность способа заключается в том, что за счет введения новых операций: регистрации отраженного излучения в виде движущихся интерференцион- ных полос, сравнения разности фаз

фотоэлектрических сигналов прямого и отраженного излучения, получается дополнительная информация, позволяющая находить флуктуации показателя преломления стекла и корректировать после этого вычисленные значения погрешности диаметра световода. Это стало возможно потому, что период интерференционных полос. отраженных от контролируемого световода, находится только в функции диаметра, а период интерференционных полос, прошедших световод, как в функции диаметра, так и в функции показателя преломления. При сравнении периодов, если последние рав00

ю ел

4 О

мы, это означает, что показатель преломления постоянен и не изменяется, если же они не равны, то значит показатель преломления изменился, а разность пропорциональна приращению показателя преломления.

Для расчета периода интерференционной полосы в прямом излучения воспользуемся формулой для концентрической линзы, у которой оба радиуса п и Г2 равны гк

1 2(пг-1)

fГК Пк

где пк - показатель преломления стекла контролируемого световода;

f - фокусное расстояние. Учитывая, что f Sn//3 n, где Sn - расстояние от линзы до изображения, (f- коэффициент увеличения оптической системы, окончательно получаем

(%

23к(пк-1)

Гк Пк

Соответственно для цилиндрического зеркала коэффициент увеличения

$T 25VrK

В процессе-работы, как указывалось, вычисляется изменение фазы в интерференционном сигнале относительно эталонного объекта и отраженной составляющей

д ). ндУь-ЗбО°(й-/Я)1

где / -номинальный коэффициент увеличения цилиндрического зеркала;

/35 - коэффициент увеличения эталонного световода, который вычисляется по аналогичной (2) формуле, где все знаки имеют индекс Э (эталонный).

Соответствующая подстановка и несложные преобразования дают следующий результат:

(1+ Дрп(360°)при nK const ипк( Дрц-К360°)/(Л +3600/Пкн) при rK const и (гк-гн).

(6)

Определение текущих гк и пк осущестаяет-- ся следующим образом. Например, и следовательно, радиус п изменился далее, если Дутп- , следовательно

Пкгссогш, если Л узь - ±ЛЛуз то изменился также и пк, значение ± ДДуз подставляется в формулу (6), а для вычисления гк значение Л(рот подставляет5 ся в формулу (5).

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для осуществления способа контроля одножильных световодов, где 1 - лазер; 2 - коллиматор; 3 - радиальЮ ный растр; 4 - светоделитель; 5 - зеркало; б - клин; 7,8,9,10,11 и 12 - первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой фотоприемники; ОСэ и ОСк - соответственно эталон- ный и контролируемый оптические

15 световоды; -1-й, + 1-й, 0 и - порядки дифракции ИКэ, ПК- и ИК - , соответственно,

КК

интерференционные картины от эталонного световода и от контролируемого в прямом и

20 отраженном направлении; угол дифракции; а- угол сходимости пучков соответственно на контролируемом и эталонном световодах; угловая скорость вращения растра.

25 Способ осуществляют следующей совокупностью операций.

Когерентный коллимированный пучок расщепляют на дифракционные порядки 0- й, -1-й и -Н-й. Дополнительно 0-йпорядок

30 расщепляют еще на два пучка и и-й. После этого формируют две пары пучков: -1-й, и +1-й, CKi, использующихся для освещения контролируемого и эталонного световодов. Непрерывно и синхронно изме35 няют фазу дифрагированных волн в пучках каждой пары. За световодами в прямом направлении формируют две интерференционные картины, а от контролируемого дополнительно еще в отраженном напрэв40 лении. За счет изменения фазы в пучках интенференционные полосы во всех трех картинах перемещаются с частотой, пропорциональной частоте изменения фазы, и регистрируются в плоскости анализа. Пери45 од полос сформированных в прямом направлении функционально связан с диаметром световода и с его показателем преломления. Период отраженной от контролируемого световода интерференцион50 ной картины находится в функциональной зависимости только от внешнего диаметра. Путем сравнения этих периодов вычисляют погрешность показателя преломления стекла и с его учетом погрешность диаметра

55 световода. Если периоды равны, то это означает, что,показатель преломления либо постоянен, либо изменился при постоянном диаметре. Последнее определяется в сравнении с интерференционной

картиной от эталонного световода. Если периоды не равны, при неизменном диаметре, то, следовательно, показатель преломления имеет новое значение. После сравнения вычисляют погрешности изготовления световода и флуктуации показателя преломления стекла по относительной разности фаз фотоэлектрических сигналов.

Способ реализован следующим образом,

Луч от лазера 1 преобразуют в параллельный пучок посредством коллиматора 2 и направляют на вращающийся радиальный растр 3. Монопучок дифрагирует на растре с образованием ряда дифракционных максимумов, изменение световой волны в котв- рых пропорционально скорости вращения растра. От радиального растра формируются две пары пучков. Первая - , -1-й пучками прошедшими светоделитель 4 и клин 5. Вторая -(Рй, +1-й пучками, отраженными от светоделителя 4 и зеркала 6, Первая пара пересекается в районе контролируемого световода ОС с формированием первой интерференционной картины в прямом излучении, регистрируемой первым 7 и вторым 8 фотоприемниками. Эта же пара пучков в отраженном от боковой поверхности световода излучении формирует третью интерференционную картину. Вторая пара пучков пересекается в районе эталонного световода с формированием второй интерференционной картины, регистрируемой третьим 9 и четвертым 10 фотоприемниками. Отраженная (вторая) интерференционная картина регистрируется пятым 11 и шестым 12 фотоприемниками.

При вращении радиального растра 3 достигается абсолютная синхронность в оптических и электрических сигналах. Изменение размера ОС - или показателя преломления приводят к изменению периода интерференционных сигналов в пропорциональной зависимости, а возникающая разность фаз при сравнении с периодом

интерференционного сигнлла от ОС3 буде пропорциональна погрешности изготопле ния ОСк - и изменению показателя преломления стекла.

5Таким образом, за счет формирования и

регистрации отраженной от световода интерференционной картина получена дополнительная информация об геометрических и оптических параметрах контролируемого

0 световода, что позволило уменьшить погрешность измерения на 1,5...2,0 мкм и расширить функциональные возможности способа.

Способ контроля диаметра световодов

5 может найти широкое применение в производстве волоконно-оптических элементов, преимущественно в системах управлениях технологическими процессами вытяжки волокон и одножильных световодов,

0 Формула изобретения

Способ контроля диаметра одножильных световодов, заключающийся в том. что формируют ряд дифракционных максимумов, выделяют две пары максимумов одно5 именных порядков, освещают первой парой пучков контролируемый световод, второй парой - эталонный световод, непрерывно изменяют фазы дифрагированных волн в пучках, регистрируют распределение ин0 тенсивности излучения в виде движущихся интерференционных полос от обоих световодов и осуществляет контроль по относительной разности фаз фотоэлектрических сигналов, отличающийся тем, что, с

5 целью повышения точности контроля, дополнительно регистрируют распределение интенсивности отраженного от контролируемого световода излучения в виде движущейся интерференционной полосы,

0 сравнивают фазы фотоэлектрических сигналов прямого и отраженного излучений, вычисляют погрешность показателя преломления стекла, с учетом которой вычисляют относительную разность фаз фото5 электрических сигналов.

у г S t о ц f

-1 . /

Л

fl

rt

UK

or

в

№,

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к ин- терферометрическим способам измерения диаметра одножильных световодов с одно- и двухоболочечных структур как в стационарном режиме, так и режиме вытяжки. Цель изобретения - повышение точности контроля диаметра одножильных световодов. Расщепляют когерентный пучок на ряд дифракционных максимумов, выделяют две пары максимумов одноименных порядков, освещают соответственно первой парой пучков контролируемого световода, второй парой - эталонного световода, непрерывно изменяют фазы дифрагированных волн в пучках, регистрируют распределение интенсивности излучения в виде движущихся интерференционных полос от обоих световодов, дополнительно регистрируют распределение интенсивности отраженного от контролируемого световода излучения в виде движущихся интерференционных полос, сравнивают фазы фотоэлектрических сигналов прямого и отраженного излучения, после чего вычисляют погрешность показателя преломления стекла, с учетом которой вычисляют относительную разность фаз фотоэлектрических сигналов. 1 ил.