阅读说明：本技术 一种快速光纤锥区形貌测量方法 (Rapid optical fiber taper region shape measurement method ) 是由 王少华 卫炀 陈琳 黄钊 王琳楠 谢良平 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于图像处理技术,具体涉及一种对熔融拉锥后光纤锥区形貌的快速测量方法,本发明基于拉锥光纤形貌的整体空间对称性,提出一种快速测量方法,只需对待测区域光纤两端各聚焦一次,获得2个聚焦点的三维空间坐标,以此建立最佳聚焦位置的空间直线方程,测量显微镜沿此直线进行连续运动,运动的同时进行测量,可大幅降低测量时间,以扫描点数300为例,普通测量方法,单次聚焦时间3秒,测量总时间约为15分钟,采用本发明方法,大约仅需要2分钟。(The invention belongs to the image processing technology, and particularly relates to a method for rapidly measuring the appearance of a tapered area of an optical fiber after fused tapering, which is based on the integral space symmetry of the appearance of the tapered optical fiber, and provides a rapid measuring method, wherein two ends of the optical fiber in a region to be measured are respectively focused once to obtain three-dimensional space coordinates of 2 focusing points, so that a space linear equation of an optimal focusing position is established, a measuring microscope continuously moves along the line, and the measurement is carried out while moving, so that the measuring time can be greatly reduced, for example, the number of scanning points is 300, in a common measuring method, the single focusing time is 3 seconds, and the total measuring time is about 15 minutes, and only about 2 minutes is needed by adopting the method.)

一种快速光纤锥区形貌测量方法

技术领域

本发明属于图像处理技术，具体涉及一种对熔融拉锥后光纤锥区形貌的快速测量方法。

背景技术

拉锥光纤的锥区形貌是影响光纤熔锥器件性能和可靠性的重要因素，也是评价光纤熔融拉锥工艺可控性和重复性的重要评价指标之一，如何快速获取光纤锥区形貌对熔锥器件的研制和生产都具有重要意义，锥区形貌的快速测量对于熔锥器件的生产更为重要，一方面，测量时间的增加会大幅增加工序时间和人力成本，另一方面，会增加拉锥光纤封装前即暴露在外界环境中的时间，增加灰尘等杂质附着在光纤锥区上的几率，不利于器件可靠性的提升。

常规锥区形貌的测量方法是逐点移位、逐点聚焦和逐点测量，研究重点在聚焦算法运算量的降低和运算效率的提升，但由于聚焦算法本身涉及运算复杂，仍是测量过程中最耗时的步骤，因此，常规测量方法的测量时间提升有限，本发明提出一种连续运动的快速测量方法，避免了逐点聚焦过程，可大幅提高测量效率，降低测量时间。

发明内容

本发明的目的是：降低熔融拉锥后光纤锥区形貌的测量时间。

本发明的技术方案：

一种快速光纤锥区形貌测量方法，包括以下步骤：

步骤1、拉锥光纤两侧施加张力，使拉锥光纤测量的起始端、锥区最细处和终止端处于一条空间直线上；

步骤2、对待测量拉锥光纤的起始端和终止端分别进行显微聚焦，并记录对应的最佳聚焦位置空间坐标(x_start,y_start,z_start)和(x_stop,y_stop,z_stop)，通过这两个点获得待测量拉锥光纤的最佳聚焦位置空间直线方程；

步骤3、设定测量显微镜沿步骤2确定的空间直线运动，同步进行光纤直径测量，实时记录显微镜的空间位置坐标(x,y,z)和同时刻测量的拉锥光纤直径d。

所述步骤1中张力的确定方法：施加张力小于待测拉锥光纤拉断力的10％，以免对拉锥光纤造成损伤。

所述步骤1和步骤2中的起始端和终止端为：起始端和终止端分别位于光纤拉锥区域的两侧，具体位置确定遵循尽量缩短与光纤拉锥区域起始和终止位置之间的距离，以减少不必要的测量时间。

所述步骤2中空间直线方程为

所述步骤3中显微镜运动方法为连续运动，显微镜直径测量与运动同步进行。

所述连续运动为：为准确描绘光纤锥区形貌，光纤直径测量总点数应大于100，需根据待测量的拉锥光纤实际长度来设置显微镜连续运动速度，同时为保证光纤锥区测量的准确性，显微镜连续运动速度不能大于500um/s。

所述步骤3中测量显微镜为，测量显微镜最大放大倍数应满足：可测量未拉锥区域的最大光纤直径，即显微镜的视场可覆盖未拉锥光纤直径；最小放大倍数应满足：光纤直径测量分辨率小于等于光纤锥区最细处直径的1/10。

所述步骤3中控制显微镜的运动机构为步进电机滑台，位置分辨率小于等于100nm。

本发明的有益效果：

本发明基于拉锥光纤形貌的整体空间对称性，提出一种快速测量方法，只需对待测区域光纤两端各聚焦一次，获得2个聚焦点的三维空间坐标，以此建立最佳聚焦位置的空间直线方程，测量显微镜沿此直线进行连续运动，运动的同时进行测量，大幅降低测量时间，以扫描点数300为例，普通测量方法，单次聚焦时间3秒，测量总时间约为15分钟，采用本发明方法，大约仅需要2分钟。

附图说明

图1为锥区形貌测量装置示意图

其中：1-测量显微镜、2-三维运动滑台、3-拉锥光纤、4-光纤夹具

图2为实测拉锥光纤锥区直径曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

测量装置见图1，图2为实测曲线。

一种快速光纤锥区形貌测量方法，包括以下步骤：

步骤1、如图1所示，拉锥光纤两侧施加张力，使拉锥光纤测量的起始端、锥区最细处和终止端处于一条空间直线上；张力的确定方法：施加张力小于待测拉锥光纤拉断力的10％，以免对拉锥光纤造成损伤。

步骤2、对待测量拉锥光纤的起始端和终止端分别进行显微聚焦，并记录空间坐标位置(x_start,y_start,z_start)和(x_stop,y_stop,z_stop)，通过这两个点获得待测量拉锥光纤的最佳聚焦位置空间直线方程；空间直线方程为

所述起始端和终止端为：起始端和终止端分别位于光纤拉锥区域的两侧，具体位置确定遵循尽量缩短与光纤拉锥区域起始和终止位置之间的距离，以减少不必要的测量时间。

步骤3、设定测量显微镜沿步骤2确定的空间直线运动，同步进行光纤直径测量，实时记录显微镜的空间位置坐标(x,y,z)和同时刻测量的拉锥光纤直径d。

所述显微镜运动方法为连续运动，显微镜直径测量与运动同步进行。

测量显微镜为，测量显微镜最大放大倍数应满足：可测量未拉锥区域的最大光纤直径，即显微镜的视场可覆盖未拉锥光纤直径；最小放大倍数应满足：光纤直径测量分辨率小于等于光纤锥区最细处直径的1/10。

控制显微镜的运动机构为步进电机滑台，位置分辨率小于等于100nm。

所述连续运动为，为准确描绘光纤锥区形貌，光纤直径测量总点数应大于100，需根据待测量的拉锥光纤实际长度来设置显微镜连续运动速度，同时为保证光纤锥区测量的准确性，显微镜连续运动速度不能大于500um/s。

光纤测量时，施加张力首要满足张力不能大于拉锥光纤拉断力的10％，在满足该要求的条件下，张力越小越好，只要能保证在此张力下，拉锥光纤绷紧处于一条空间直线上即可。

实施例1为，当光纤未拉锥区直径40um，光纤拉锥区最细处直径5um，拉断力约15g，两侧施加1g张力，显微镜总放大倍数为2400倍，控制显微镜运动的步进电机运动滑台位置分辨率为50nm，沿光纤运动速度为100um/s，图2所示为实测直径曲线。

实施例2为，当光纤未拉伸区直径80um，光纤拉伸区最细处直径10um，拉断力约60g，两侧施加4g张力，显微镜总放大倍数为1000倍，控制显微镜运动的步进电机运动滑台位置分辨率为50nm，沿光纤运动速度为100um/s，测量方法同样适用。

本方法为通用测量方法，对于不同拉锥形貌的光纤，设置相应的测量参数，均可实施测量。