光纖端面自動檢測技術(shù)研究實現(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】光纖端面自動化測試；偏振相關(guān)損耗；插損測試回?fù)p測試

1引言

光纖端面拋光技術(shù)在光纖連接器、光分路器等光學(xué)器件加工和制作工程中是十分重要的，拋光后的光纖端面質(zhì)量是否滿足要求，還需要進行可靠的檢測來進行判定。目前對光纖端面檢測技術(shù)手段的需求非常迫切，傳統(tǒng)的光纖端面檢測需要人工從研磨盤挨個取下，再接入光纖端面檢測設(shè)備進行端面檢測，如還需要測試其他光學(xué)指標(biāo)，則再接入其他相應(yīng)設(shè)備或系統(tǒng)中，基本上全靠人工測試，測試效率非常低。本文實現(xiàn)的光纖端面自動檢測技術(shù)是一款集數(shù)據(jù)采集、圖像識別、軟件、光測試器件于一體的綜合測試技術(shù)，是專門為檢測光器件的光纖端面、插入損耗、回波損耗等指標(biāo)而設(shè)計的一項新技術(shù)。通過相應(yīng)的檢測手段和軟件控制，可實現(xiàn)自動化管理、一鍵式測試、數(shù)據(jù)可追溯等功能，本文提供的自動化檢測手段減少了人工干預(yù)，讓計算機代替人工操作，降低了人工成本和測試的硬件成本，使生產(chǎn)效率得到了極大的提高。

2光纖端面自動檢測技術(shù)設(shè)計方案

在本文實現(xiàn)的測試系統(tǒng)中，盡可能的讓計算機成為測試的主體，盡量減少人工操作，通過靈活的軟件及硬件組合，能快速地應(yīng)用于器件的插損、回?fù)p、光纖端面質(zhì)量等光學(xué)指標(biāo)的測試，計算機代替人工操作，能更好地實現(xiàn)測試的準(zhǔn)確性，提高測試效率，降低生產(chǎn)測試成本。本文實現(xiàn)的測試系統(tǒng)原理如圖1所示。整個系統(tǒng)采用計算機為處理控制中心，所有數(shù)據(jù)均通過計算機進行采集和處理，不同功能配備不同的硬件設(shè)備，整個系統(tǒng)硬件設(shè)備由三部分組成：圖像采集、插回?fù)p模塊、其他輔助設(shè)備，待測器件經(jīng)過端面檢測設(shè)備，數(shù)據(jù)由軟件中心進行記錄，自動分辨出端面合格產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品，合格則進行下一步測試，由插回?fù)p設(shè)備以及其他輔助設(shè)備，測試出器件的插回?fù)p、偏振等其他參數(shù)指標(biāo)，軟件處理中心將數(shù)據(jù)進行記錄，方便用戶進行數(shù)據(jù)查詢、打印以及其他管理工作。現(xiàn)在介紹各個模塊的工作原理及實現(xiàn)方法。

2.1光纖端面測試

將待測器件的端面放入端面檢測系統(tǒng)中，CCD將端面的圖片通過圖像采集卡傳輸?shù)杰浖幚碇行模幚碇行膶⒔邮盏降膱D像與標(biāo)準(zhǔn)端面的圖像進行對比，將采樣的圖像轉(zhuǎn)換為與標(biāo)準(zhǔn)圖片相同大小，把圖像進行灰度化和二值化，并將圖像進行區(qū)域劃分，根據(jù)相似度公式進行相似度比較，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果判定采樣的端面是否合格，合格產(chǎn)品進入下一環(huán)節(jié)測試，并將合格產(chǎn)品圖片進行存儲記錄。其工作流程如圖3所示。圖像采集獲取到光學(xué)放大系統(tǒng)傳來的圖像后，交給PC軟件對圖像進行處理和分析，最后將分析結(jié)果進行存儲記錄，以進行后續(xù)操作。

2.2插入損耗、回波損耗測試

在本系統(tǒng)中，插損和回?fù)p采用自動測試方式，插損、回?fù)p測試的實現(xiàn)原理如圖4所示。插入損耗和回波損耗測試的硬件框圖如圖4所示，由光源、光路選擇模塊、分光器以及功率采集單元構(gòu)成。走向可由光功率采集模塊采集到不同功率值，通過輔助參數(shù)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)計算即可測量出被測器件連接到功率模塊端的端面回?fù)p值?；夭〒p耗測試方法：本文采用功率計測量計算方法測量回?fù)p，控制中心通過光路選擇模塊改變光路路由，采集到經(jīng)過待測器件的入射光功率和反射光功率，進行計算即可測量出被測器件連接到功率模塊端的端面回?fù)p值，計算公式：RL(dB)=－10lg(反射光功率/入射光功率)*光路選擇模塊衰減系k+校準(zhǔn)參數(shù)具體測量步驟如下：控制光路選擇模塊，讓功率采集單元測量出光源進入待測器件之前的入射光功率值Pin，在控制光路選擇模塊讓光源經(jīng)過待測器件端面反射進入功率采集單元，測量出經(jīng)過待測器件的反射光功率Pr。控制光路選擇模塊經(jīng)過校準(zhǔn)件測出相應(yīng)的入射功率PCI，反射功率PCR，與定標(biāo)回?fù)p測量儀器值進行比較獲得校準(zhǔn)參數(shù)RLref，以及光路選擇模塊的衰減系數(shù)k。代入回?fù)p計算公式即可算出待測器件的回波損耗。插入損耗測試方法：控制光路選擇模塊讓光源直接進入功率采集單元，測量出進入待測器件之前的入射光功率PIN，接入待測器件后，控制光路選擇模塊讓光源經(jīng)過待測器件再進入功率采集單元，測量出經(jīng)過待測器件后的輸出光功率POUT，則插損為IL=10log(POUT/PIN)-ILreff。其中ILreff為插損修正值，可通過與定標(biāo)功率計進行比較獲得。通過控制光路選擇開關(guān)的切換，可以次方法逐個測試所有待測器件的插入損耗。

2.3偏振相關(guān)損耗測試

偏振相關(guān)損耗是衡量無源光器件性能的一個重要參數(shù)，系統(tǒng)及器件的偏振特性是影響傳輸質(zhì)量的重要因素，目前很多無源器件生產(chǎn)廠家及使用無源器件的系統(tǒng)商都將偏振相關(guān)損耗定為一個必不可少的測試參數(shù)。我們一般情況下定義的偏振相關(guān)損耗是指，當(dāng)輸入偏振狀態(tài)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)時，引起的插入損耗的變化，將在偏振狀態(tài)改變時引起的插入損耗最大值與最小值的差作為器件的偏振相關(guān)損耗。國內(nèi)偏振相關(guān)損耗測試主要使用了機械式和電動式兩種偏振控制器來實現(xiàn)。本文實現(xiàn)的系統(tǒng)采用的式電動式偏振控制器來改變輸入偏振態(tài)，從而實現(xiàn)偏振相關(guān)損耗的測試，本系統(tǒng)采用的電動偏振控制器內(nèi)含四個獨立的光纖擠壓器，可通過改變每個擠壓器的輸入電壓讓擠壓器快速變化擠壓控制器內(nèi)部的光纖，當(dāng)光纖在某一方向受壓時，被擠壓段產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，通過彈光效應(yīng)來產(chǎn)生相位延遲從而改變偏振態(tài)。

2.4其他輔助設(shè)備

上述測試方法是針對單通道的測試，如果針對多通道測試，可由控制中心外加輔助設(shè)備完成，輔助設(shè)備控制研磨盤上的光纖端面進行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動一次測試一個通道的值，最后將所有測試結(jié)果進行匯總得出整個器件的測試數(shù)據(jù)。如圖5所示，以圓中心為軸，由步進電機帶動整個圓盤的轉(zhuǎn)動完成整個測試。

2.5系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件為本系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件采用的是目前最流行的windows平臺開發(fā)程序VisualStudio軟件，它包括了整個軟件生命周期中所需要的大部分工具。它將控制各功能模塊按照測試案例的流程進行操作，并將采集的數(shù)據(jù)按照參數(shù)的數(shù)學(xué)模型進行計算并將結(jié)果按照數(shù)字或者圖形的方式進行顯示和儲存。并向提供管理功能，系統(tǒng)軟件的測量界面如圖6所示。整個測試系統(tǒng)主要包括以下功能：系統(tǒng)設(shè)置、圖像采集、圖像處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理等。

2.5.1系統(tǒng)設(shè)置（1）合格門限設(shè)置設(shè)置IL、RL、端面潔凈度判定門限，超過門限進行報警。（2）測試類型設(shè)置設(shè)置需進行的數(shù)據(jù)測試類型，可以選擇僅光纖端面檢測、插損檢測、回?fù)p檢測，也可以進行組合測試。

2.5.2數(shù)據(jù)管理（1）數(shù)據(jù)查找功能。通過查找條件進行數(shù)據(jù)查找。（2）數(shù)據(jù)判定功能。自動篩選數(shù)據(jù)列表中不合格器件數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)刪除功能。根據(jù)需要刪除或者清空存儲數(shù)據(jù)。（4）導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能。將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel格式。（5）打印數(shù)據(jù)功能。根據(jù)報表模板打印當(dāng)前數(shù)據(jù)

3結(jié)束語

本文實現(xiàn)的光纖端面自動檢測技術(shù)，軟件使用VisualStudio為軟件開發(fā)平臺，根據(jù)測試需求，將系統(tǒng)實現(xiàn)的功能模塊化，盡可能地讓計算機代替人工操作，減少人工干預(yù)，讓計算機和軟件成為測試的主體，數(shù)據(jù)采集后由軟件實現(xiàn)分析、總結(jié)、顯示及存儲等功能。本方案的實現(xiàn)，不但提高了生產(chǎn)測試的效率，也降低了測試成本，還提高了測試的準(zhǔn)確性。隨著應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對光器件的測試要求也日新月異。今后在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將增加對一些特殊要求的器件的測試，將測試系統(tǒng)進行測試與管理分離，讓其能更快速地應(yīng)用于各種光器件的測試場合

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作者：高洪明  李云燕 單位：中國電子科技集團公司第三十四研究所