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专利号: 2023107098616
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量装置,其特征在于,所述测量装置包括用于发射相干光源的飞秒激光器(1),与飞秒激光器(1)连接的光纤环形器(2),与光纤环形器(2)连接的光纤准直器(3),与光纤环形器(2)连的用于放大飞秒脉冲回光的脉冲信号的光纤放大器(5),与光纤放大器(5)连接的色散补偿光纤(6),与色散补偿光纤(6)连接的光电探测及数据采集装置(7);其中,飞秒激光器(1)、光纤环形器(2)和光纤准直器(3)的中线处于同一水平位置,飞秒激光器(1)发射的相干光源依次穿过光纤环形器(2)和光纤准直器(3)照射在待测玻璃管上,待测玻璃管的管壁上下表面反射形成两个具有一定时间间隔的飞秒脉冲回光,飞秒脉冲回光依次经过光纤准直器(3)、光纤环形器(2)、光纤放大器(5)和色散补偿光纤(6)后,由光电探测及数据采集装置(7)采集。

2.根据权利要求1所述的基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量装置,其特征在于,所述飞秒激光器(1)与光纤环形器(2)通过光纤环形器(2)的输入端尾纤接头相连;所述光纤环形器(2)的直通输出端尾纤与光纤准直器(3)尾纤熔接相连,所述光纤环形器(2)的另一端尾纤与光纤放大器(5)的输入端光纤熔接相连。

3.根据权利要求1所述的基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量装置,其特征在于,光纤放大器(5)的输出端光纤与色散补偿光纤(6)的输入端光纤熔接相连,色散补偿光纤(6)的另一端与光电探测及数据采集装置(7)的信号光输入接头相连。

4.根据权利要求1所述的基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量装置,其特征在于,所述测量装置还包括与光电探测及数据采集装置(7)连接的计算机(8),所述计算机(8)与光电探测及数据采集装置(7)通过数据线相连接。

5.根据权利要求1所述的基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量装置,其特征在于,所述飞秒激光器(1)满足以下条件:中心波长1560nm±20nm,光谱半高全宽>0.5nm,重复频率

10kHz~50MHz,单脉冲能量>1nJ。

6.根据权利要求1所述的基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量装置,其特征在于,所述测量装置适用的待测玻璃管的壁厚为0.1~50mm。

7.根据权利要求1所述的基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量装置,其特征在于,所述色散补偿光纤(6)的总色散量>500ps/nm。

8.一种基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

S1、飞秒激光器通过光纤环形器、光纤准直器入射至待测玻璃管的管壁上下表面,管壁发生两次反射,形成两个具有一定时间差的飞秒脉冲回光,飞秒脉冲回光回到光纤准直器形成回光脉冲信号;

S2、回光脉冲信号经过光纤环形器进入光纤放大器放大,而后进入色散补偿光纤进行时间拉伸,回光脉冲的光谱信息被映射至时域,再通过光电探测及数据采集装置时域信号;

S3、通过采集的时域信号计算玻璃管壁的厚度。

9.根据权利要求8所述的基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量方法,其特征在于,步骤S3中,通过与光电探测及数据采集装置连接的计算机(8)计算玻璃管壁的厚度。

10.根据权利要求8所述的基于时域光谱干涉的玻璃管壁的测量方法,其特征在于,步骤S3中,玻璃管壁的厚度的计算方法如下:通过光电探测及数据采集装置时域信号(t,U),其中t表示时间,U表示电压;对连续采集的回光脉冲按照脉冲周期长度T进行分帧(T,U);而后根据脉冲光谱的特征间隔确定时域光谱的映射系数K,K表征了1nm的谱宽可以被拉伸至多长时间间隔,则时域坐标T可以通过系数K转化为光谱,再进一步转化为频率坐标 其中c是光速,λ0是光源中心波长,对每一帧进行逆快速傅里叶变换(ifft),得到自相关迹曲线,曲线寻峰获得的频域干涉周期,即为时间间隔ΔT,玻璃壁厚 其中n为玻璃折射率。