引用本文:

庞云龙,刘佳,王林. BCF-92 POF端面不圆度测量及应用[J]. 光通信技术,2020,44(7):59-62.

BCF-92 POF端面不圆度测量及应用

庞云龙1,刘 佳2*,王 林1

(1.内蒙古工业大学 电力学院,呼和浩特 010080;2.中国科学院 高能物理研究所,北京 100049)

【下载PDF全文】 【下载Word】

摘要:塑料光纤(POF)在高能物理宇宙线探测中应用广泛,光纤的端面质量在很大程度上决定了探测器的性能,从而影响宇宙线能谱和成分测量的精度。以高海拔宇宙线项目中电磁粒子探测器采用的BCF-92 POF作为研究对象,通过Matlab图像处理的方式对光纤端面图像进行了预处理,应用迭代最小二乘椭圆拟合法确定了纤芯和包层的端面几何参数并计算了端面不圆度。实验结果表明:95.4%的样本光纤为合格光纤,端面不圆度平均在0.75%左右,该方法能满足高海拔宇宙线项目的探测需求。

关键词:BCF-92塑料光纤;图像处理;迭代最小二乘法;椭圆拟合;包层不圆度

中图分类号:TN929.11;TN206  文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)07-0059-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.07.014

0 引言
       与石英光纤相比,塑料光纤(POF)作为一种优良的大容量信息传输介质在短距离传输上(100 m左右)具有绝对的优势[1]。在高海拔宇宙射线探测器(LHAASO)项目中,大气中簇射产生的电磁粒子,穿过探测器中的塑料闪烁体,激发闪烁体内的发光介质产生光子,光子通过POF收集到一端,被光电倍增管接收并转换为电荷量。在此过程中,若POF端面因机械抛光造成端面倾斜或本身质量缺陷,使得端面不圆度增大,便会引起除光纤本征特性以外的传输损耗,致使电磁粒子探测器整体性能降低。因此,为了避免端面不圆度较大的光纤装入探测器中,计算抛光后POF端面的不圆度及相关几何参数尤为重要。在前人关于光纤端面不圆度及相关几何参数测量中,祖鹏用LabVIEW开发了一套基于图像处理技术的近场法测量光纤几何参数软件,但文中仅对边界轮廓进行了单次拟合,实际拟合曲线与边界像素点之间存在误差,计算的不圆度及相关几何参数也具有一定的误差[2]。肖韶荣等人通过光学棱镜将光纤端面出射的光斑投影到显示屏上,通过电荷耦合器件(CCD)摄像机获取光纤端面的光斑图像,并对其进行处理。此方法对于多模光纤计算端面不圆度及相关几何参数精度较高,光纤的纤芯和包层边界清晰,效果良好,但对于单模光纤,得到的纤芯和包层图像界限模糊,因此该方法计算得到的不圆度及相关几何参数值也存在一定的误差[3-5]。本文提出一种基于图像处理计算端面不圆度及相关几何参数的方法。

4 结束语
        本文以BCF-92 POF作为研究对象,通过Matlab图像处理的方法对光纤端面图像进行边缘检测,将纤芯和包层的边界轮廓分别应用最小二乘法拟合椭圆曲线。根据首次拟合的椭圆曲线筛选了边界误差较大的像素点,利用误差较小的有效像素点进行了迭代曲线拟合,得到了精度较高的光纤端面几何参数,计算了纤芯和包层的不圆度。实验结果表明:光纤端面不圆度的测量精度较高,满足性能要求且操作简单,易于实现,对环境测量要求不高,可用于批量测量光纤端面不圆度。