光纤本征布里渊线宽测量装置及测量方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010530016.5

申请日:

2010.11.03

公开号:

CN101995222A

公开日:

2011.03.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01B 11/02申请日:20101103|||公开

IPC分类号:

G01B11/02

主分类号:

G01B11/02

申请人:

哈尔滨工业大学

发明人:

吕志伟; 巴德欣

地址:

150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号

优先权:

专利代理机构:

哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109

代理人:

张果瑞

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内容摘要

光纤本征布里渊线宽测量装置及测量方法,涉及一种光纤本征布里渊线宽的测量装置及测量方法,解决了现有技术中存在的需要频率扫描设备、对光纤激光偏振态敏感以及需要考虑增益的偏振相关性问题。光纤本征布里渊线宽的测量装置,它由超窄线宽激光器、第一耦合器、EDFA、布里渊环形腔、第一可调衰减器、第一偏振控制器、强度调制器、第二可调衰减器、第二耦合器、单向隔离器、第二偏振控制器、第一环形器及示波器组成。本征布里渊线宽的测量方法基于上述测量装置实现,通过获取信号光及放大光的波形,提取信号光增益与慢光延时信息,利用最小二乘拟合,最终获得待测光纤的本征布里渊线宽。本发明可用于测量光纤中的本征布里渊线宽。

权利要求书

1: 光纤本征布里渊线宽的测量装置, 其特征在于它由超窄线宽激光器 (1)、 第一耦合 器 (2)、 EDFA(3)、 布里渊环形腔 (4)、 第一可调衰减器 (5)、 第一偏振控制器 (6)、 强度调制器 (7)、 第二可调衰减器 (8)、 第二耦合器 (9)、 单向隔离器 (10)、 第二偏振控制器 (11)、 第一环 形器 (13) 及示波器 (14) 组成 ; 超窄线宽激光器 (1) 的光输出端通过光纤与第一耦合器 (2) 的光输入端相连, 第一耦 合器 (2) 的第一光输出端通过光纤连接 EDFA(3) 的光输入端, EDFA(3) 的光输出端通过光 纤连接第一可调衰减器 (5) 的光输入端, 第一可调衰减器 (5) 的光输出端通过光纤连接第 一环形器 (13) 的光输入端 (13-1), 第一环形器 (13) 的光输入 / 输出端 (13-2) 通过光纤与 待测光纤 (12) 的一端相连接, 第一环形器 (13) 的光输出端 (13-3) 通过光纤与光电探头的 光输入端相连接, 所述光电探头的电信号输出端连接示波器 (14) 第一信号输入端 ; 第一耦合器 (2) 的第二光输出端通过光纤连接布里渊环形腔 (4) 的光输入端, 布里渊 环形腔 (4) 的光输出端通过光纤连接第一偏振控制器 (6) 的光输入端, 第一偏振控制器 (6) 的光输出端通过光纤连接强度调制器 (7) 的光输入端, 强度调制器 (7) 的光输出端通过光 纤连接第二可调衰减器 (8) 的光输入端, 第二可调衰减器 (8) 的光输出端通过光纤连接第 二耦合器 (9) 的光输入端 ; 第二耦合器 (9) 的第一光输出端通过光纤与光电探头的光输入端相连接, 所述光电探 头的电信号输出端连接示波器 (14) 的第二信号输入端, 第二耦合器 (9) 的第二光输出端通 过光纤连接单向隔离器 (10) 的光输入端, 单向隔离器 (10) 的光输出端通过光纤连接第二 偏振控制器 (11) 的光输入端, 第二偏振控制器 (11) 的光输出端通过光纤与待测光纤 (12) 的另一端相连接。
2: 根据权利要求 1 所述的光纤本征布里渊线宽的测量装置, 其特征在于所述超窄线宽 激光器 (1) 的输出激光的波长为 1550.12nm、 线宽小于 100kHz。
3: 根据权利要求 1 所述的光纤本征布里渊线宽的测量装置, 其特征在于第一耦合器 (2) 的输出分光比为 50%∶ 50%, 第二耦合器 (9) 输出分光比为 90%∶ 10%, 且 90%的输 出端作为第二耦合器 (9) 的第二光输出端, 10%的输出端作为第二耦合器 (9) 的第一光输 出端。
4: 根据权利要求 1 所述的光纤本征布里渊线宽的测量装置, 其特征在于所述布里渊环 形腔 (4) 由第二环形器 (4-1)、 第三偏振控制器 (4-2)、 增益介质光纤 (4-3) 以及第三耦合 器 (4-4) 组成 ; 所述第二环形器 (4-1) 的光输入端 (4-1-1) 作为布里渊环形腔 (4) 的光输入端, 第二 环形器 (4-1) 的光输入 / 输出端 (4-1-2) 通过光纤与第三偏振控制器 (4-2) 的一个光输 入 / 输出端, 第三偏振控制器 (4-2) 的另一个光输入 / 输出端通过光纤连接增益介质光纤 (4-3) 的一端, 增益介质光纤 (4-3) 的另一端通过光纤连接第三耦合器 (4-4) 的第一光输出 端; 所述第二环形器 (4-1) 的光输出端 (4-1-3) 通过光纤连接第三耦合器 (4-4) 的光输 入端, 第三耦合器 (4-4) 的第二光输出端作为布里渊环形腔 (4) 的光输出端 ; 第三耦合器 (4-4) 的输出分光比为 95%∶ 5%, 且 5%的输出端作为第三耦合器 (4-4) 的第一输出端, 95%的输出端作为第三耦合器 (4-4) 的第二光输出端。
5: 本征布里渊线宽的光纤测量方法, 它基于权利要求 1 所述的光纤本征布里渊线宽的 2 测量装置实现, 其特征在于所述测量方法的具体过程为 : 步骤一、 调节第一可调衰减器 (5), 使透过第一可调衰减器 (5) 的光信号的光功率 IP 最 低; 令 S1 表示示波器 (14) 的第一信号输入端接收到的光信号, S2 表示示波器 (14) 的第二 信号输入端接收到的光信号, 然后利用示波器 (14), 获得光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波 形; 步骤二、 获得光信号 S1 的波形参数与光信号 S2 的波形参数, 进而获得此时光信号 S1 和光信号 S2 的衰减 G0 和延时 T0 ; 步骤三、 在光信号 S1 的波形不失真的条件下, 调整第一可调衰减器 (5), 使透过第一可 调衰减器 (5) 的光信号的光功率 IP 升高至 I1 ; 步骤四、 获得此时光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形, 进而获得光信号 S1 的波形参 数和光信号 S2 的波形参数 ; 然后经过计算, 获得光信号 S1 的增益 G1 及光信号 S1 与 S2 之 间的实测延时 T1, 定义该步骤获得的数据为第 1 实验点的数据 ; 步骤五、 调节第一可调衰减器 (5), 使透过第一可调衰减器 (5) 的光信号的光功率 IP 依 次下降至 I2、 I3、…、 IQ, 其中, Q 为大于等于 5 的正整数 ; 同时, 分别在所述光功率 IP 为 I2、 I3、…、 IQ 时, 获得每种光功率条件下的光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形 ; 根据所述每 种光功率条件下的光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形, 获得每种光功率条件下的波形参 数, 进而计算获得每种光功率条件下的光信号 S1 的实测增益 Gi 以及光信号 S1 与 S2 之间 的实测延时 Ti, i = 2, 3, 4… Q, 定义光功率分别为 I2、 I3、…、 IQ 条件下所获得的数据分别 为第 2 实验点的数据、 第 3 实验点的数据、…、 第 Q 实验点的数据 ; I2、 I3、 ...、 IQ 时对应的实测延时 Ti, 光信号 S1 的 步骤六、 根据光功率 IP 分别等于 I1、 实测增益 Gi, 以及 G0 和 T0 对布里渊线宽作最小二乘拟合, 最终获得待测光纤 12 的布里渊线 宽值。
6: 根据权利要求 5 所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法, 其特征在于步骤二、 步骤 四及步骤五中所述的波形参数是指波形的峰值、 峰值时间、 以及脉宽三个参数。
7: 根据权利要求 5 所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法, 其特征在于在步骤二中 : 所述的光信号 S1 和光信号 S2 的衰减 其中 PS1 为光信号 S1 波形的峰值, PS2 为光信号 S2 波形的峰值 ; 所述的延时 T0, 等于光信号 S1 波形的峰值时间减去光信号 S2 波形的峰值时间的差值。
8: 根据权利要求 5 所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法, 其特征在于步骤五中所述 的计算获得每种光功率条件下的光信号 S1 的实测增益 Gi 以及光信号 S1 与 S2 之间的实测 延时 Ti 的具体过程为 : 在所述每种光功率条件下, 获得光信号 S1 和光信号 S2 的峰峰比值 P(X), 其中 X = I1、 I2、 I3、…或 IQ, 则该种光功率条件下的光信号 S1 的增益 Gi = 10log(P(X))-G0 ; 同时, 在所述每种光功率条件下, 获得光信号 S1 与 S2 的波形的峰值时间差 T(X), 其中 X = I1、 I2、 I3、…或 IQ, 即 T(X) =光信号 S1 波形的峰值时间 - 光信号 S2 波形的峰值时间 ; 此时光信号 S1 与 S2 之间的实测延时 Ti = T(X)-T0, T(X) 为光功率为 X 时、 光信号 S1 波形的峰值时间减去光信号 S2 波形的峰值时间的差值。
9: 根据权利要求 5 所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法, 其特征在于步骤六所述内 3 容的具体过程为 : 步骤六一、 生成线宽值序列 {γ(J), J = 1, 2, ..}, 所述线宽值序列由多个等间隔的线宽 (J+1) (J) 值组成, 即 γ -γ = Δ, 其中 Δ 为固定值 ; 步骤六二、 根据所测得的光信号 S1 的脉宽, 利用快速傅里叶变换 (FFT), 生成幅值归一 化的输入信号光电场强度频谱 AS(ω, 0), 其中信号光脉宽由实验测量数据提供 ; 步骤六三、 对于线宽值序列中的每一个线宽值 γ(J), 计算理论延时与实验测量延时的 累计误差 : 其中 Ti 为实验测量得到的信号光慢光延时, Tdi 为理论计算得 到的慢光延时, 进而获得误差延时序列 {EJ, J = 1, 2, ...} ; J 步骤六四、 在所述误差延时序列 {E , J = 1, 2, ...} 中取最小的误差延时, 则令该误差 延时对应的线宽值为待测光纤的布里渊线宽值。
10: 根据权利要求 9 所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法, 其特征在于步骤六三所 述内容的具体过程为 : 步骤六三一、 对每一个线宽值 r(J), 执行步骤六三二至步骤六三六, 获得对应的累计误 差; 令 G = g0Ipz 作为 步聚六三二、 选取第 1 实验点数据中的增益值为目标增益, 设为 Gaim ; 未知变量, 选取 G 的取值作为试探解 Gtry ; 其中 g0 为光纤的增益系数, IP 为泵浦光强度, z 为待测光纤长度 ; 步骤六三三、 将 Gtry 代入下式 : 其中 AS(ω, z) 为输出信号光的频域电场振幅, ω 为信号光频率, r(J) 为布里渊线宽序 列的第 J 项 ; 对上式进行傅里叶逆变换, 得到经过布里渊放大后的信号光输出, 计算输出的放大后 的信号光的增益 ; 步骤六三四、 判断步骤六三三获得的增益与目标增益 Gaim 是否相等, 若不相等, 则利用 二分法生成新的 Gtry 值, 返回执行步聚六三三 ; 若相等, 则 Gtry 值为与该实验点数据相匹配 的增益参数 ; 令下一实验点数据中的增益值为目标增益 Gaim, 并重新选择 G 的初值作为试探 解 Gtry, 返回执行步骤六三三, 直到完成所有 Q 个实验点数据的匹配 ; 然后执行步骤六三五 ; 步骤六三五、 对每一个实验点数据, 将相匹配的增益参数 Gtry 代入步聚六三三中公式, 并对其作傅里叶变换, 计算信号光延时 Tdi, 并计算延时误差 Ei = (Ti-Tdi)2, 其中 Ti 为实验 测量得到的信号光慢光延时, Tdi 为理论计算得到的慢光延时 ; 步骤六三六、 计算获得线宽值 r(J) 对应的累计误差 :

说明书


光纤本征布里渊线宽测量装置及测量方法

    【技术领域】
     本发明涉及一种光纤本征布里渊线宽的测量装置及测量方法。背景技术 目前, 针对光纤中本征布里渊线宽的测量主要利用扫谱技术实现。其利用微波信 号发生器产生的高频信号驱动强度调制器, 使强度调制器的输出激光相对于输入激光产生 一定量的频移, 频移量等于调节调制信号的频率。 通过调节调制信号的频率, 从而获得不同 频移的光信号输出, 通过测量不同频移下的光信号在布里渊放大过程中的增益, 得到频移 与增益关系的曲线。从该曲线中即可测得布里渊线宽。由于偏振失配的影响, 此测量需要 在偏振失配最大情况和最小情况两种状态下进行测量, 才可测得布里渊线宽。而最大失配 和最小失配两种状态要依靠人为观察确定, 其准确性受激光器本身的漂动及人为因素影响 较大。而且, 这种方法需要测量的数据较多, 误差来源也较多。此外, 这种方法对设备条件 的要求比较高。 其中, 微波信号发生器价格昂贵, 使得一般的实验室不具备测量本征布里渊 线宽的条件。
     综上, 现有的用于测量本征布里渊线宽的方法和设备中, 不仅需要频率扫描设备, 而且对光纤激光偏振态敏感, 需要考虑增益的偏振相关性问题。
     发明内容
     本发明的目的是解决现有的用于测量本征布里渊线宽的方法和设备中, 存在的需 要频率扫描设备、 对光纤激光偏振态敏感以及需要考虑增益的偏振相关性问题, 提供了一 种光纤本征布里渊线宽的测量装置及测量方法。
     光纤本征布里渊线宽的测量装置, 它由超窄线宽激光器、 第一耦合器、 EDFA、 布里 渊环形腔、 第一可调衰减器、 第一偏振控制器、 强度调制器、 第二可调衰减器、 第二耦合器、 单向隔离器、 第二偏振控制器、 第一环形器及示波器组成 ;
     超窄线宽激光器的光输出端通过光纤与第一耦合器的光输入端相连, 第一耦合器 的第一光输出端通过光纤连接 EDFA 的光输入端, EDFA 的光输出端通过光纤连接第一可调 衰减器的光输入端, 第一可调衰减器的光输出端通过光纤连接第一环形器的光输入端, 第 一环形器的光输入 / 输出端通过光纤与待测光纤的一端相连接, 第一环形器的光输出端通 过光纤与光电探头的光输入端相连接, 所述光电探头的电信号输出端连接示波器第一信号 输入端 ;
     第一耦合器的第二光输出端通过光纤连接布里渊环形腔的光输入端, 布里渊环形 腔的光输出端通过光纤连接第一偏振控制器的光输入端, 第一偏振控制器的光输出端通过 光纤连接强度调制器的光输入端, 强度调制器的光输出端通过光纤连接第二可调衰减器的 光输入端, 第二可调衰减器的光输出端通过光纤连接第二耦合器的光输入端 ;
     第二耦合器的第一光输出端通过光纤与光电探头的光输入端相连接, 所述光电探 头的电信号输出端连接示波器的第二信号输入端, 第二耦合器的第二光输出端通过光纤连接单向隔离器的光输入端, 单向隔离器的光输出端通过光纤连接第二偏振控制器的光输入 端, 第二偏振控制器的光输出端通过光纤与待测光纤的另一端相连接。
     光纤本征布里渊线宽的测量方法, 它基于本征布里渊线宽的测量装置实现, 所述 测量方法的具体过程为 :
     步骤一、 调节第一可调衰减器, 使透过第一可调衰减器的光信号的光功率 IP 最低 ; 令 S1 表示示波器的第一信号输入端接收到的光信号, S2 表示示波器的第二信号输入端接 收到的光信号, 然后利用示波器, 获得光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形 ;
     步骤二、 获得光信号 S1 的波形参数与光信号 S2 的波形参数, 进而获得此时光信号 S1 和光信号 S2 的衰减 G0 和延时 T0 ;
     步骤三、 在光信号 S1 的波形不失真的条件下, 调整第一可调衰减器, 使透过第一 可调衰减器的光信号的光功率 IP 升高至 I1 ;
     步骤四、 获得此时光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形, 进而获得光信号 S1 的波 形参数和光信号 S2 的波形参数 ; 然后经过计算, 获得光信号 S1 的增益 G1 及光信号 S1 与 S2 之间的实测延时 T1, 定义该步骤获得的数据为第 1 实验点的数据 ;
     步骤五、 调节第一可调衰减器, 使透过第一可调衰减器的光信号的光功率 IP 依次 下降至 I2、 I3、…、 IQ, 其中, Q 为大于等于 5 的正整数 ; 同时, 分别在所述光功率 IP 为 I2、 I3、…、 IQ 时, 获得每种光功率条件下的光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形 ; 根据所述每 种光功率条件下的光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形, 获得每种光功率条件下的波形参 数, 进而计算获得每种光功率条件下的光信号 S1 的实测增益 Gi 以及光信号 S1 与 S2 之间 的实测延时 Ti, i = 2, 3, 4… Q, 定义光功率分别为 I2、 I3、…、 IQ 条件下所获得的数据分别 为第 2 实验点的数据、 第 3 实验点的数据、…、 第 Q 实验点的数据 ;
     步骤六、 根据光功率 IP 分别等于 I1、 I2、 I3、 ...、 IQ 时对应的实测延时 Ti, 光信号 S1 的实测增益 Gi, 以及 G0 和 T0 对布里渊线宽作最小二乘拟合, 最终获得待测光纤 12 的布里渊 线宽值。
     本发明的积极效果 : 本发明的光纤本征布里渊线宽的测量装置及测量方法, 不需 要频率扫描设备, 而且对光纤激光偏振态不敏感, 无需考虑增益的偏振相关性问题, 其仅测 量强度和时间两种物理量, 测量简单易行。 附图说明
     图 1 为本发明的光纤本征布里渊线宽的测量装置的结构示意图 ; 图 2 为本发明的 光纤本征布里渊线宽的测量方法的流程图。 具体实施方式
     具体实施方式一 : 本实施方式的光纤本征布里渊线宽的测量装置, 它由超窄线宽 激光器 1、 第一耦合器 2、 EDFA3、 布里渊环形腔 4、 第一可调衰减器 5、 第一偏振控制器 6、 强 度调制器 7、 第二可调衰减器 8、 第二耦合器 9、 单向隔离器 10、 第二偏振控制器 11、 第一环形 器 13 及示波器 14 组成 ;
     超窄线宽激光器 1 的光输出端通过光纤与第一耦合器 2 的光输入端相连, 第一耦 合器 2 的第一光输出端通过光纤连接 EDFA3 的光输入端, EDFA3 的光输出端通过光纤连接第一可调衰减器 5 的光输入端, 第一可调衰减器 5 的光输出端通过光纤连接第一环形器 13 的光输入端 13-1, 第一环形器 13 的光输入 / 输出端 13-2 通过光纤与待测光纤 12 的一端相 连接, 第一环形器 13 的光输出端 13-3 通过光纤与光电探头的光输入端相连接, 所述光电探 头的电信号输出端连接示波器 14 第一信号输入端 ;
     第一耦合器 2 的第二光输出端通过光纤连接布里渊环形腔 4 的光输入端, 布里渊 环形腔 4 的光输出端通过光纤连接第一偏振控制器 6 的光输入端, 第一偏振控制器 6 的光 输出端通过光纤连接强度调制器 7 的光输入端, 强度调制器 7 的光输出端通过光纤连接第 二可调衰减器 8 的光输入端, 第二可调衰减器 8 的光输出端通过光纤连接第二耦合器 9 的 光输入端 ;
     第二耦合器 9 的第一光输出端通过光纤与光电探头的光输入端相连接, 所述光电 探头的电信号输出端连接示波器 14 的第二信号输入端, 第二耦合器 9 的第二光输出端通过 光纤连接单向隔离器 10 的光输入端, 单向隔离器 10 的光输出端通过光纤连接第二偏振控 制器 11 的光输入端, 第二偏振控制器 11 的光输出端通过光纤与待测光纤 12 的另一端相连 接。
     该测量装置的工作原理如下 : 超窄线宽激光器 1 输出的激光束经第一耦合器 2 后分为两束, 其中一束注入到 EDFA3 中, 另一束注入到布里渊环形腔 4 中 ;
     EDFA3 将接收到的光束放大后输出放大后的光束, 放大后的光束再经第一可调衰 减器 5 衰减后入射至第一环形器 13 的光输入端 13-1, 再由第一环形器 13 的光输入 / 输出 端 13-2 输出后作为泵浦光入射至待测光纤 12 的右端 ;
     入射至布里渊环形腔 4 中的光束发生受激布里渊散射, 产生的 stokes 光束由布里 渊环形腔 4 输出至第一偏振控制器 6, 经第一偏振控制器 6 调节至与强度调制器 7 相匹配 的偏振态后, 从第一偏振控制器 6 中输出至强度调制器 7, 强度调制器 7 将接收到的 stokes 光束调制成脉冲式 stokes 光束后输出至第二可调衰减器 8, 第二可调衰减器 8 对接收到的 光进行衰减后输出至第二耦合器 9, 第二耦合器 9 将接收到的光分为两束, 其中一束输出作 为参考光由示波器 14 的一个信号端接收, 另一束作为信号光经过单向隔离器 10 后输出至 第二偏振控制器 11, 第二偏振控制器 11 对接收到的信号光进行偏振调节, 使所述信号光的 偏振态与泵浦光的偏振态相匹配, 然后将信号光输出至待测光纤 12 的左端, 使信号光与泵 浦光在待测光纤 12 内发生受激布里渊放大, 产生慢光延时, 放大后的信号光从待测光纤 12 的右端输出至第一环形器 13 的光输入 / 输出端 13-2, 并从第一环形器 13 的光输出端 13-3 输出, 由示波器 14 的另一个信号端接收。
     本发明的本征布里渊线宽的测量装置, 不需要频率扫描设备, 即可对本征布里渊 线宽进行测量, 而且对光纤激光偏振态不敏感, 无需考虑增益的偏振相关性问题, 其仅测量 强度和时间两种物理量, 测量简单易行。
     具体实施方式二 : 本实施方式是对实施方式一的光纤本征布里渊线宽的测量装置 的进一步限定, 所述超窄线宽激光器 1 的输出激光的波长为 1550.12nm、 线宽小于 100kHz。
     具体实施方式三 : 本实施方式是对实施方式一或二的光纤本征布里渊线宽的测量 装置的进一步限定, 第一耦合器 2 的输出分光比为 50%∶ 50%, 第二耦合器 9 输出分光比 为 90%∶ 10%, 且 90%的输出端作为第二耦合器 9 的第二光输出端, 10%的输出端作为第
     二耦合器 9 的第一光输出端。
     具体实施方式四 : 本实施方式是对实施方式一、 二或三的光纤本征布里渊线宽的 测量装置的进一步限定, 所述布里渊环形腔 4 由第二环形器 4-1、 第三偏振控制器 4-2、 增益 介质光纤 4-3 以及第三耦合器 4-4 组成 ;
     所述第二环形器 4-1 的光输入端 4-1-1 作为布里渊环形腔 4 的光输入端, 第二环 形器 4-1 的光输入 / 输出端 4-1-2 通过光纤与第三偏振控制器 4-2 的一个光输入 / 输出端, 第三偏振控制器 4-2 的另一个光输入 / 输出端通过光纤连接增益介质光纤 4-3 的一端, 增 益介质光纤 4-3 的另一端通过光纤连接第三耦合器 4-4 的第一光输出端 ;
     所述第二环形器 4-1 的光输出端 4-1-3 通过光纤连接第三耦合器 4-4 的光输入 端, 第三耦合器 4-4 的第二光输出端作为布里渊环形腔 4 的光输出端 ; 第三耦合器 4-4 的输 出分光比为 95%∶ 5%, 且 5%的输出端作为第三耦合器 4-4 的第一输出端, 95%的输出端 作为第三耦合器 4-4 的第二光输出端。
     具体实施方式五 : 本实施方式的光纤本征布里渊线宽的测量方法, 它基于光纤本 征布里渊线宽的测量装置实现, 所述测量方法的具体过程为 :
     步骤一、 调节第一可调衰减器 5, 使透过第一可调衰减器 5 的光信号的光功率 IP 最 低; 令 S1 表示示波器 14 的第一信号输入端接收到的光信号, S2 表示示波器 14 的第二信号 输入端接收到的光信号, 然后利用示波器 14, 获得光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形 ; 步骤二、 获得光信号 S1 的波形参数与光信号 S2 的波形参数, 进而获得此时光信号 S1 和光信号 S2 的衰减 G0 和延时 T0 ;
     步骤三、 在光信号 S1 的波形不失真的条件下, 调整第一可调衰减器 5, 使透过第一 可调衰减器 5 的光信号的光功率 IP 升高至 I1 ;
     步骤四、 获得此时光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形, 进而获得光信号 S1 的波 形参数和光信号 S2 的波形参数 ; 然后经过计算, 获得光信号 S1 的增益 G1 及光信号 S1 与 S2 之间的实测延时 T1, 定义该步骤获得的数据为第 1 实验点的数据 ;
     步骤五、 调节第一可调衰减器 5, 使透过第一可调衰减器 5 的光信号的光功率 IP 依 次下降至 I2、 I3、…、 IQ, 其中, Q 为大于等于 5 的正整数 ; 同时, 分别在所述光功率 IP 为 I2、 I3、…、 IQ 时, 获得每种光功率条件下的光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形 ; 根据所述每 种光功率条件下的光信号 S1 的波形与光信号 S2 的波形, 获得每种光功率条件下的波形参 数, 进而计算获得每种光功率条件下的光信号 S1 的实测增益 Gi 以及光信号 S1 与 S2 之间 的实测延时 Ti, i = 2, 3, 4… Q, 定义光功率分别为 I2、 I3、…、 IQ 条件下所获得的数据分别 为第 2 实验点的数据、 第 3 实验点的数据、…、 第 Q 实验点的数据 ;
     步骤六、 根据光功率 IP 分别等于 I1、 I2、 I3、 ...、 IQ 时对应的实测延时 Ti, 光信号 S1 的实测增益 Gi, 以及 G0 和 T0 对布里渊线宽作最小二乘拟合, 最终获得待测光纤 12 的布里渊 线宽值。
     本发明的本征布里渊线宽的测量方法, 不需要频率扫描设备, 而且对光纤激光偏 振态不敏感, 无需考虑增益的偏振相关性问题, 其仅测量强度和时间两种物理量, 测量简单 易行。
     具体实施方式六 : 本实施方式是对实施方式五的光纤本征布里渊线宽的测量方法 的进一步说明, 步骤二、 步骤四及步骤五中所述的波形参数是指波形的峰值、 峰值时间、 以
     及脉宽三个参数。
     具体实施方式七 : 本实施方式是对实施方式五或六的光纤本征布里渊线宽的测量 方法的进一步说明, 在步骤二中 :
     所述的光信号 S1 和光信号 S2 的衰减其中 RS1 为光信号 S1 波形的峰值, PS2 为光信号 S2 波形的峰值 ;
     所述的延时 T0, 等于光信号 S1 波形的峰值时间减去光信号 S2 波形的峰值时间的差值。 具体实施方式八 : 本实施方式是对实施方式五、 六或七的光纤本征布里渊线宽的 测量方法的进一步说明, 步骤五中所述的计算获得每种光功率条件下的光信号 S1 的实测 增益 Gi 以及光信号 S1 与 S2 之间的实测延时 Ti 的具体过程为 :
     在所述每种光功率条件下, 获得光信号 S1 和光信号 S2 的峰峰比值 P(X), 其中 X = I1、 I2、 I3、…或 IQ, 则该种光功率条件下的光信号 S1 的增益 Gi = 10log(P(X))-G0 ;
     同时, 在所述每种光功率条件下, 获得光信号 S1 与 S2 的波形的峰值时间差 T(X), 其中 X = I1、 I 2、 I3、…或 IQ, 即 T(X) =光信号 S1 波形的峰值时间 - 光信号 S2 波形的峰值 时间 ;
     此时光信号 S1 与 S2 之间的实测延时 Ti = T(X)-T0, T(X) 为光功率为 X 时、 光信号 S1 波形的峰值时间减去光信号 S2 波形的峰值时间的差值。
     具体实施方式九 : 本实施方式是对实施方式五至八中的光纤任意一种本征布里渊 线宽的测量方法的进一步说明, 步骤六所述内容的具体过程为 :
     步骤六一、 生成线宽值序列 {γ(J), J = 1, 2, ...}, 所述线宽值序列由多个等间隔 (J+1) (J) 的线宽值组成, 即 γ -γ = Δ, 其中 Δ 为固定值 ;
     步骤六二、 根据所测得的光信号 S1 的脉宽, 利用快速傅里叶变换 (FFT), 生成幅值 归一化的输入信号光电场强度频谱 AS(ω, 0), 其中信号光脉宽由实验测量数据提供 ;
     步骤六三、 对于线宽值序列中的每一个线宽值 γ(J), 计算理论延时与实验测量延
     时的累计误差 :其中 Ti 为实验测量得到的信号光慢光延时, Tdi 为理论计算得到的慢光延时, 进而获得误差延时序列 {EJ, J = 1, 2, ...} ; J
     步骤六四、 在所述误差延时序列 {E , J = 1, 2, ...} 中取最小的误差延时, 则令该 误差延时对应的线宽值为待测光纤的布里渊线宽值。
     具体实施方式十 : 本实施方式是对实施方式九的光纤本征布里渊线宽的测量方法 的进一步说明, 步骤六三所述内容的具体过程为 :
     步骤六三一、 对每一个线宽值 r(J), 执行步骤六三二至步骤六三六, 获得对应的累 计误差 ;
     步聚六三二、 选取第 1 实验点数据中的增益值为目标增益, 设为 Gaim ; 令 G = g0Ipz 作为未知变量, 选取 G 的取值作为试探解 Gtry ;
     其中 g0 为光纤的增益系数, IP 为泵浦光强度, z 为待测光纤长度 ;
     步骤六三三、 将 Gtry 代入下式 :其中 AS(ω, z) 为输出信号光的频域电场振幅, ω 为信号光频率, r(J) 为布里渊线 宽序列的第 J 项 ;
     对上式进行傅里叶逆变换, 得到经过布里渊放大后的信号光输出, 计算输出的放 大后的信号光的增益 ;
     步骤六三四、 判断步骤六三三获得的增益与目标增益 Gaim 是否相等, 若不相等, 则 利用二分法生成新的 Gtry 值, 返回执行步聚六三三 ; 若相等, 则 Gtry 值为与该实验点数据相 匹配的增益参数 ; 令下一实验点数据中的增益值为目标增益 Gaim, 并重新选择 G 的初值作 为试探解 Gtry, 返回执行步骤六三三, 直到完成所有 Q 个实验点数据的匹配 ; 然后执行步骤 六三五 ;
     步骤六三五、 对每一个实验点数据, 将相匹配的增益参数 Gtry 代入步聚六三三中公 式, 并对其作傅里叶变换, 计算信号光延时 Tdi, 并计算延时误差 Ei = (Ti-Tdi)2, 其中 Ti 为实 验测量得到的信号光慢光延时, Tdi 为理论计算得到的慢光延时 ;
     步骤六三六、 计算获得线宽值 r(J) 对应的累计误差 :

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1、(10)申请公布号 CN 101995222 A(43)申请公布日 2011.03.30CN101995222A*CN101995222A*(21)申请号 201010530016.5(22)申请日 2010.11.03G01B 11/02(2006.01)(71)申请人哈尔滨工业大学地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人吕志伟 巴德欣(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109代理人张果瑞(54) 发明名称光纤本征布里渊线宽测量装置及测量方法(57) 摘要光纤本征布里渊线宽测量装置及测量方法,涉及一种光纤本征布里渊线宽的测量装置及测量方法,解决。

2、了现有技术中存在的需要频率扫描设备、对光纤激光偏振态敏感以及需要考虑增益的偏振相关性问题。光纤本征布里渊线宽的测量装置,它由超窄线宽激光器、第一耦合器、EDFA、布里渊环形腔、第一可调衰减器、第一偏振控制器、强度调制器、第二可调衰减器、第二耦合器、单向隔离器、第二偏振控制器、第一环形器及示波器组成。本征布里渊线宽的测量方法基于上述测量装置实现,通过获取信号光及放大光的波形,提取信号光增益与慢光延时信息,利用最小二乘拟合,最终获得待测光纤的本征布里渊线宽。本发明可用于测量光纤中的本征布里渊线宽。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 3 页 说明。

3、书 6 页 附图 2 页CN 101995227 A 1/3页21.光纤本征布里渊线宽的测量装置,其特征在于它由超窄线宽激光器(1)、第一耦合器(2)、EDFA(3)、布里渊环形腔(4)、第一可调衰减器(5)、第一偏振控制器(6)、强度调制器(7)、第二可调衰减器(8)、第二耦合器(9)、单向隔离器(10)、第二偏振控制器(11)、第一环形器(13)及示波器(14)组成;超窄线宽激光器(1)的光输出端通过光纤与第一耦合器(2)的光输入端相连,第一耦合器(2)的第一光输出端通过光纤连接EDFA(3)的光输入端,EDFA(3)的光输出端通过光纤连接第一可调衰减器(5)的光输入端,第一可调衰减器(5。

4、)的光输出端通过光纤连接第一环形器(13)的光输入端(13-1),第一环形器(13)的光输入/输出端(13-2)通过光纤与待测光纤(12)的一端相连接,第一环形器(13)的光输出端(13-3)通过光纤与光电探头的光输入端相连接,所述光电探头的电信号输出端连接示波器(14)第一信号输入端;第一耦合器(2)的第二光输出端通过光纤连接布里渊环形腔(4)的光输入端,布里渊环形腔(4)的光输出端通过光纤连接第一偏振控制器(6)的光输入端,第一偏振控制器(6)的光输出端通过光纤连接强度调制器(7)的光输入端,强度调制器(7)的光输出端通过光纤连接第二可调衰减器(8)的光输入端,第二可调衰减器(8)的光输出。

5、端通过光纤连接第二耦合器(9)的光输入端;第二耦合器(9)的第一光输出端通过光纤与光电探头的光输入端相连接,所述光电探头的电信号输出端连接示波器(14)的第二信号输入端,第二耦合器(9)的第二光输出端通过光纤连接单向隔离器(10)的光输入端,单向隔离器(10)的光输出端通过光纤连接第二偏振控制器(11)的光输入端,第二偏振控制器(11)的光输出端通过光纤与待测光纤(12)的另一端相连接。2.根据权利要求1所述的光纤本征布里渊线宽的测量装置,其特征在于所述超窄线宽激光器(1)的输出激光的波长为1550.12nm、线宽小于100kHz。3.根据权利要求1所述的光纤本征布里渊线宽的测量装置,其特征在。

6、于第一耦合器(2)的输出分光比为5050,第二耦合器(9)输出分光比为9010,且90的输出端作为第二耦合器(9)的第二光输出端,10的输出端作为第二耦合器(9)的第一光输出端。4.根据权利要求1所述的光纤本征布里渊线宽的测量装置,其特征在于所述布里渊环形腔(4)由第二环形器(4-1)、第三偏振控制器(4-2)、增益介质光纤(4-3)以及第三耦合器(4-4)组成;所述第二环形器(4-1)的光输入端(4-1-1)作为布里渊环形腔(4)的光输入端,第二环形器(4-1)的光输入/输出端(4-1-2)通过光纤与第三偏振控制器(4-2)的一个光输入/输出端,第三偏振控制器(4-2)的另一个光输入/输出端。

7、通过光纤连接增益介质光纤(4-3)的一端,增益介质光纤(4-3)的另一端通过光纤连接第三耦合器(4-4)的第一光输出端;所述第二环形器(4-1)的光输出端(4-1-3)通过光纤连接第三耦合器(4-4)的光输入端,第三耦合器(4-4)的第二光输出端作为布里渊环形腔(4)的光输出端;第三耦合器(4-4)的输出分光比为955,且5的输出端作为第三耦合器(4-4)的第一输出端,95的输出端作为第三耦合器(4-4)的第二光输出端。5.本征布里渊线宽的光纤测量方法,它基于权利要求1所述的光纤本征布里渊线宽的权 利 要 求 书CN 101995222 ACN 101995227 A 2/3页3测量装置实现,。

8、其特征在于所述测量方法的具体过程为:步骤一、调节第一可调衰减器(5),使透过第一可调衰减器(5)的光信号的光功率IP最低;令S1表示示波器(14)的第一信号输入端接收到的光信号,S2表示示波器(14)的第二信号输入端接收到的光信号,然后利用示波器(14),获得光信号S1的波形与光信号S2的波形;步骤二、获得光信号S1的波形参数与光信号S2的波形参数,进而获得此时光信号S1和光信号S2的衰减G0和延时T0;步骤三、在光信号S1的波形不失真的条件下,调整第一可调衰减器(5),使透过第一可调衰减器(5)的光信号的光功率IP升高至I1;步骤四、获得此时光信号S1的波形与光信号S2的波形,进而获得光信号。

9、S1的波形参数和光信号S2的波形参数;然后经过计算,获得光信号S1的增益G1及光信号S1与S2之间的实测延时T1,定义该步骤获得的数据为第1实验点的数据;步骤五、调节第一可调衰减器(5),使透过第一可调衰减器(5)的光信号的光功率IP依次下降至I2、I3、IQ,其中,Q为大于等于5的正整数;同时,分别在所述光功率IP为I2、I3、IQ时,获得每种光功率条件下的光信号S1的波形与光信号S2的波形;根据所述每种光功率条件下的光信号S1的波形与光信号S2的波形,获得每种光功率条件下的波形参数,进而计算获得每种光功率条件下的光信号S1的实测增益Gi以及光信号S1与S2之间的实测延时Ti,i2,3,4Q。

10、,定义光功率分别为I2、I3、IQ条件下所获得的数据分别为第2实验点的数据、第3实验点的数据、第Q实验点的数据;步骤六、根据光功率IP分别等于I1、I2、I3、.、IQ时对应的实测延时Ti,光信号S1的实测增益Gi,以及G0和T0对布里渊线宽作最小二乘拟合,最终获得待测光纤12的布里渊线宽值。6.根据权利要求5所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法,其特征在于步骤二、步骤四及步骤五中所述的波形参数是指波形的峰值、峰值时间、以及脉宽三个参数。7.根据权利要求5所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法,其特征在于在步骤二中:所述的光信号S1和光信号S2的衰减其中PS1为光信号S1波形的峰值,PS2为光信号S。

11、2波形的峰值;所述的延时T0,等于光信号S1波形的峰值时间减去光信号S2波形的峰值时间的差值。8.根据权利要求5所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法,其特征在于步骤五中所述的计算获得每种光功率条件下的光信号S1的实测增益Gi以及光信号S1与S2之间的实测延时Ti的具体过程为:在所述每种光功率条件下,获得光信号S1和光信号S2的峰峰比值P(X),其中XI1、I2、I3、或IQ,则该种光功率条件下的光信号S1的增益Gi10log(P(X)-G0;同时,在所述每种光功率条件下,获得光信号S1与S2的波形的峰值时间差T(X),其中XI1、I2、I3、或IQ,即T(X)光信号S1波形的峰值时间-光信号S2。

12、波形的峰值时间;此时光信号S1与S2之间的实测延时TiT(X)-T0,T(X)为光功率为X时、光信号S1波形的峰值时间减去光信号S2波形的峰值时间的差值。9.根据权利要求5所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法,其特征在于步骤六所述内权 利 要 求 书CN 101995222 ACN 101995227 A 3/3页4容的具体过程为:步骤六一、生成线宽值序列(J),J1,2,.,所述线宽值序列由多个等间隔的线宽值组成,即(J+1)-(J),其中为固定值;步骤六二、根据所测得的光信号S1的脉宽,利用快速傅里叶变换(FFT),生成幅值归一化的输入信号光电场强度频谱AS(,0),其中信号光脉宽由实验测量。

13、数据提供;步骤六三、对于线宽值序列中的每一个线宽值(J),计算理论延时与实验测量延时的累计误差:其中Ti为实验测量得到的信号光慢光延时,Tdi为理论计算得到的慢光延时,进而获得误差延时序列EJ,J1,2,.;步骤六四、在所述误差延时序列EJ,J1,2,.中取最小的误差延时,则令该误差延时对应的线宽值为待测光纤的布里渊线宽值。10.根据权利要求9所述的光纤本征布里渊线宽的测量方法,其特征在于步骤六三所述内容的具体过程为:步骤六三一、对每一个线宽值r(J),执行步骤六三二至步骤六三六,获得对应的累计误差;步聚六三二、选取第1实验点数据中的增益值为目标增益,设为Gaim;令Gg0Ipz作为未知变量,。

14、选取G的取值作为试探解Gtry;其中g0为光纤的增益系数,IP为泵浦光强度,z为待测光纤长度;步骤六三三、将Gtry代入下式:其中AS(,z)为输出信号光的频域电场振幅,为信号光频率,r(J)为布里渊线宽序列的第J项;对上式进行傅里叶逆变换,得到经过布里渊放大后的信号光输出,计算输出的放大后的信号光的增益;步骤六三四、判断步骤六三三获得的增益与目标增益Gaim是否相等,若不相等,则利用二分法生成新的Gtry值,返回执行步聚六三三;若相等,则Gtry值为与该实验点数据相匹配的增益参数;令下一实验点数据中的增益值为目标增益Gaim,并重新选择G的初值作为试探解Gtry,返回执行步骤六三三,直到完成。

15、所有Q个实验点数据的匹配;然后执行步骤六三五;步骤六三五、对每一个实验点数据,将相匹配的增益参数Gtry代入步聚六三三中公式,并对其作傅里叶变换,计算信号光延时Tdi,并计算延时误差Ei(Ti-Tdi)2,其中Ti为实验测量得到的信号光慢光延时,Tdi为理论计算得到的慢光延时;步骤六三六、计算获得线宽值r(J)对应的累计误差:权 利 要 求 书CN 101995222 ACN 101995227 A 1/6页5光纤本征布里渊线宽测量装置及测量方法技术领域0001 本发明涉及一种光纤本征布里渊线宽的测量装置及测量方法。背景技术0002 目前,针对光纤中本征布里渊线宽的测量主要利用扫谱技术实现。其。

16、利用微波信号发生器产生的高频信号驱动强度调制器,使强度调制器的输出激光相对于输入激光产生一定量的频移,频移量等于调节调制信号的频率。通过调节调制信号的频率,从而获得不同频移的光信号输出,通过测量不同频移下的光信号在布里渊放大过程中的增益,得到频移与增益关系的曲线。从该曲线中即可测得布里渊线宽。由于偏振失配的影响,此测量需要在偏振失配最大情况和最小情况两种状态下进行测量,才可测得布里渊线宽。而最大失配和最小失配两种状态要依靠人为观察确定,其准确性受激光器本身的漂动及人为因素影响较大。而且,这种方法需要测量的数据较多,误差来源也较多。此外,这种方法对设备条件的要求比较高。其中,微波信号发生器价格昂。

17、贵,使得一般的实验室不具备测量本征布里渊线宽的条件。0003 综上,现有的用于测量本征布里渊线宽的方法和设备中,不仅需要频率扫描设备,而且对光纤激光偏振态敏感,需要考虑增益的偏振相关性问题。发明内容0004 本发明的目的是解决现有的用于测量本征布里渊线宽的方法和设备中,存在的需要频率扫描设备、对光纤激光偏振态敏感以及需要考虑增益的偏振相关性问题,提供了一种光纤本征布里渊线宽的测量装置及测量方法。0005 光纤本征布里渊线宽的测量装置,它由超窄线宽激光器、第一耦合器、EDFA、布里渊环形腔、第一可调衰减器、第一偏振控制器、强度调制器、第二可调衰减器、第二耦合器、单向隔离器、第二偏振控制器、第一环。

18、形器及示波器组成;0006 超窄线宽激光器的光输出端通过光纤与第一耦合器的光输入端相连,第一耦合器的第一光输出端通过光纤连接EDFA的光输入端,EDFA的光输出端通过光纤连接第一可调衰减器的光输入端,第一可调衰减器的光输出端通过光纤连接第一环形器的光输入端,第一环形器的光输入/输出端通过光纤与待测光纤的一端相连接,第一环形器的光输出端通过光纤与光电探头的光输入端相连接,所述光电探头的电信号输出端连接示波器第一信号输入端;0007 第一耦合器的第二光输出端通过光纤连接布里渊环形腔的光输入端,布里渊环形腔的光输出端通过光纤连接第一偏振控制器的光输入端,第一偏振控制器的光输出端通过光纤连接强度调制器。

19、的光输入端,强度调制器的光输出端通过光纤连接第二可调衰减器的光输入端,第二可调衰减器的光输出端通过光纤连接第二耦合器的光输入端;0008 第二耦合器的第一光输出端通过光纤与光电探头的光输入端相连接,所述光电探头的电信号输出端连接示波器的第二信号输入端,第二耦合器的第二光输出端通过光纤连说 明 书CN 101995222 ACN 101995227 A 2/6页6接单向隔离器的光输入端,单向隔离器的光输出端通过光纤连接第二偏振控制器的光输入端,第二偏振控制器的光输出端通过光纤与待测光纤的另一端相连接。0009 光纤本征布里渊线宽的测量方法,它基于本征布里渊线宽的测量装置实现,所述测量方法的具体过。

20、程为:0010 步骤一、调节第一可调衰减器,使透过第一可调衰减器的光信号的光功率IP最低;令S1表示示波器的第一信号输入端接收到的光信号,S2表示示波器的第二信号输入端接收到的光信号,然后利用示波器,获得光信号S1的波形与光信号S2的波形;0011 步骤二、获得光信号S1的波形参数与光信号S2的波形参数,进而获得此时光信号S1和光信号S2的衰减G0和延时T0;0012 步骤三、在光信号S1的波形不失真的条件下,调整第一可调衰减器,使透过第一可调衰减器的光信号的光功率IP升高至I1;0013 步骤四、获得此时光信号S1的波形与光信号S2的波形,进而获得光信号S1的波形参数和光信号S2的波形参数;。

21、然后经过计算,获得光信号S1的增益G1及光信号S1与S2之间的实测延时T1,定义该步骤获得的数据为第1实验点的数据;0014 步骤五、调节第一可调衰减器,使透过第一可调衰减器的光信号的光功率IP依次下降至I2、I3、IQ,其中,Q为大于等于5的正整数;同时,分别在所述光功率IP为I2、I3、IQ时,获得每种光功率条件下的光信号S1的波形与光信号S2的波形;根据所述每种光功率条件下的光信号S1的波形与光信号S2的波形,获得每种光功率条件下的波形参数,进而计算获得每种光功率条件下的光信号S1的实测增益Gi以及光信号S1与S2之间的实测延时Ti,i2,3,4Q,定义光功率分别为I2、I3、IQ条件下。

22、所获得的数据分别为第2实验点的数据、第3实验点的数据、第Q实验点的数据;0015 步骤六、根据光功率IP分别等于I1、I2、I3、.、IQ时对应的实测延时Ti,光信号S1的实测增益Gi,以及G0和T0对布里渊线宽作最小二乘拟合,最终获得待测光纤12的布里渊线宽值。0016 本发明的积极效果:本发明的光纤本征布里渊线宽的测量装置及测量方法,不需要频率扫描设备,而且对光纤激光偏振态不敏感,无需考虑增益的偏振相关性问题,其仅测量强度和时间两种物理量,测量简单易行。附图说明0017 图1为本发明的光纤本征布里渊线宽的测量装置的结构示意图;图2为本发明的光纤本征布里渊线宽的测量方法的流程图。具体实施方式。

23、0018 具体实施方式一:本实施方式的光纤本征布里渊线宽的测量装置,它由超窄线宽激光器1、第一耦合器2、EDFA3、布里渊环形腔4、第一可调衰减器5、第一偏振控制器6、强度调制器7、第二可调衰减器8、第二耦合器9、单向隔离器10、第二偏振控制器11、第一环形器13及示波器14组成;0019 超窄线宽激光器1的光输出端通过光纤与第一耦合器2的光输入端相连,第一耦合器2的第一光输出端通过光纤连接EDFA3的光输入端,EDFA3的光输出端通过光纤连接说 明 书CN 101995222 ACN 101995227 A 3/6页7第一可调衰减器5的光输入端,第一可调衰减器5的光输出端通过光纤连接第一环形。

24、器13的光输入端13-1,第一环形器13的光输入/输出端13-2通过光纤与待测光纤12的一端相连接,第一环形器13的光输出端13-3通过光纤与光电探头的光输入端相连接,所述光电探头的电信号输出端连接示波器14第一信号输入端;0020 第一耦合器2的第二光输出端通过光纤连接布里渊环形腔4的光输入端,布里渊环形腔4的光输出端通过光纤连接第一偏振控制器6的光输入端,第一偏振控制器6的光输出端通过光纤连接强度调制器7的光输入端,强度调制器7的光输出端通过光纤连接第二可调衰减器8的光输入端,第二可调衰减器8的光输出端通过光纤连接第二耦合器9的光输入端;0021 第二耦合器9的第一光输出端通过光纤与光电探。

25、头的光输入端相连接,所述光电探头的电信号输出端连接示波器14的第二信号输入端,第二耦合器9的第二光输出端通过光纤连接单向隔离器10的光输入端,单向隔离器10的光输出端通过光纤连接第二偏振控制器11的光输入端,第二偏振控制器11的光输出端通过光纤与待测光纤12的另一端相连接。0022 该测量装置的工作原理如下:0023 超窄线宽激光器1输出的激光束经第一耦合器2后分为两束,其中一束注入到EDFA3中,另一束注入到布里渊环形腔4中;0024 EDFA3将接收到的光束放大后输出放大后的光束,放大后的光束再经第一可调衰减器5衰减后入射至第一环形器13的光输入端13-1,再由第一环形器13的光输入/输出。

26、端13-2输出后作为泵浦光入射至待测光纤12的右端;0025 入射至布里渊环形腔4中的光束发生受激布里渊散射,产生的stokes光束由布里渊环形腔4输出至第一偏振控制器6,经第一偏振控制器6调节至与强度调制器7相匹配的偏振态后,从第一偏振控制器6中输出至强度调制器7,强度调制器7将接收到的stokes光束调制成脉冲式stokes光束后输出至第二可调衰减器8,第二可调衰减器8对接收到的光进行衰减后输出至第二耦合器9,第二耦合器9将接收到的光分为两束,其中一束输出作为参考光由示波器14的一个信号端接收,另一束作为信号光经过单向隔离器10后输出至第二偏振控制器11,第二偏振控制器11对接收到的信号光。

27、进行偏振调节,使所述信号光的偏振态与泵浦光的偏振态相匹配,然后将信号光输出至待测光纤12的左端,使信号光与泵浦光在待测光纤12内发生受激布里渊放大,产生慢光延时,放大后的信号光从待测光纤12的右端输出至第一环形器13的光输入/输出端13-2,并从第一环形器13的光输出端13-3输出,由示波器14的另一个信号端接收。0026 本发明的本征布里渊线宽的测量装置,不需要频率扫描设备,即可对本征布里渊线宽进行测量,而且对光纤激光偏振态不敏感,无需考虑增益的偏振相关性问题,其仅测量强度和时间两种物理量,测量简单易行。0027 具体实施方式二:本实施方式是对实施方式一的光纤本征布里渊线宽的测量装置的进一步。

28、限定,所述超窄线宽激光器1的输出激光的波长为1550.12nm、线宽小于100kHz。0028 具体实施方式三:本实施方式是对实施方式一或二的光纤本征布里渊线宽的测量装置的进一步限定,第一耦合器2的输出分光比为5050,第二耦合器9输出分光比为9010,且90的输出端作为第二耦合器9的第二光输出端,10的输出端作为第说 明 书CN 101995222 ACN 101995227 A 4/6页8二耦合器9的第一光输出端。0029 具体实施方式四:本实施方式是对实施方式一、二或三的光纤本征布里渊线宽的测量装置的进一步限定,所述布里渊环形腔4由第二环形器4-1、第三偏振控制器4-2、增益介质光纤4-。

29、3以及第三耦合器4-4组成;0030 所述第二环形器4-1的光输入端4-1-1作为布里渊环形腔4的光输入端,第二环形器4-1的光输入/输出端4-1-2通过光纤与第三偏振控制器4-2的一个光输入/输出端,第三偏振控制器4-2的另一个光输入/输出端通过光纤连接增益介质光纤4-3的一端,增益介质光纤4-3的另一端通过光纤连接第三耦合器4-4的第一光输出端;0031 所述第二环形器4-1的光输出端4-1-3通过光纤连接第三耦合器4-4的光输入端,第三耦合器4-4的第二光输出端作为布里渊环形腔4的光输出端;第三耦合器4-4的输出分光比为955,且5的输出端作为第三耦合器4-4的第一输出端,95的输出端作。

30、为第三耦合器4-4的第二光输出端。0032 具体实施方式五:本实施方式的光纤本征布里渊线宽的测量方法,它基于光纤本征布里渊线宽的测量装置实现,所述测量方法的具体过程为:0033 步骤一、调节第一可调衰减器5,使透过第一可调衰减器5的光信号的光功率IP最低;令S1表示示波器14的第一信号输入端接收到的光信号,S2表示示波器14的第二信号输入端接收到的光信号,然后利用示波器14,获得光信号S1的波形与光信号S2的波形;0034 步骤二、获得光信号S1的波形参数与光信号S2的波形参数,进而获得此时光信号S1和光信号S2的衰减G0和延时T0;0035 步骤三、在光信号S1的波形不失真的条件下,调整第一。

31、可调衰减器5,使透过第一可调衰减器5的光信号的光功率IP升高至I1;0036 步骤四、获得此时光信号S1的波形与光信号S2的波形,进而获得光信号S1的波形参数和光信号S2的波形参数;然后经过计算,获得光信号S1的增益G1及光信号S1与S2之间的实测延时T1,定义该步骤获得的数据为第1实验点的数据;0037 步骤五、调节第一可调衰减器5,使透过第一可调衰减器5的光信号的光功率IP依次下降至I2、I3、IQ,其中,Q为大于等于5的正整数;同时,分别在所述光功率IP为I2、I3、IQ时,获得每种光功率条件下的光信号S1的波形与光信号S2的波形;根据所述每种光功率条件下的光信号S1的波形与光信号S2的。

32、波形,获得每种光功率条件下的波形参数,进而计算获得每种光功率条件下的光信号S1的实测增益Gi以及光信号S1与S2之间的实测延时Ti,i2,3,4Q,定义光功率分别为I2、I3、IQ条件下所获得的数据分别为第2实验点的数据、第3实验点的数据、第Q实验点的数据;0038 步骤六、根据光功率IP分别等于I1、I2、I3、.、IQ时对应的实测延时Ti,光信号S1的实测增益Gi,以及G0和T0对布里渊线宽作最小二乘拟合,最终获得待测光纤12的布里渊线宽值。0039 本发明的本征布里渊线宽的测量方法,不需要频率扫描设备,而且对光纤激光偏振态不敏感,无需考虑增益的偏振相关性问题,其仅测量强度和时间两种物理量。

33、,测量简单易行。0040 具体实施方式六:本实施方式是对实施方式五的光纤本征布里渊线宽的测量方法的进一步说明,步骤二、步骤四及步骤五中所述的波形参数是指波形的峰值、峰值时间、以说 明 书CN 101995222 ACN 101995227 A 5/6页9及脉宽三个参数。0041 具体实施方式七:本实施方式是对实施方式五或六的光纤本征布里渊线宽的测量方法的进一步说明,在步骤二中:0042 所述的光信号S1和光信号S2的衰减其中RS1为光信号S1波形的峰值,PS2为光信号S2波形的峰值;0043 所述的延时T0,等于光信号S1波形的峰值时间减去光信号S2波形的峰值时间的差值。0044 具体实施方式。

34、八:本实施方式是对实施方式五、六或七的光纤本征布里渊线宽的测量方法的进一步说明,步骤五中所述的计算获得每种光功率条件下的光信号S1的实测增益Gi以及光信号S1与S2之间的实测延时Ti的具体过程为:0045 在所述每种光功率条件下,获得光信号S1和光信号S2的峰峰比值P(X),其中XI1、I2、I3、或IQ,则该种光功率条件下的光信号S1的增益Gi10log(P(X)-G0;0046 同时,在所述每种光功率条件下,获得光信号S1与S2的波形的峰值时间差T(X),其中XI1、I2、I3、或IQ,即T(X)光信号S1波形的峰值时间-光信号S2波形的峰值时间;0047 此时光信号S1与S2之间的实测延。

35、时TiT(X)-T0,T(X)为光功率为X时、光信号S1波形的峰值时间减去光信号S2波形的峰值时间的差值。0048 具体实施方式九:本实施方式是对实施方式五至八中的光纤任意一种本征布里渊线宽的测量方法的进一步说明,步骤六所述内容的具体过程为:0049 步骤六一、生成线宽值序列(J),J1,2,.,所述线宽值序列由多个等间隔的线宽值组成,即(J+1)-(J),其中为固定值;0050 步骤六二、根据所测得的光信号S1的脉宽,利用快速傅里叶变换(FFT),生成幅值归一化的输入信号光电场强度频谱AS(,0),其中信号光脉宽由实验测量数据提供;0051 步骤六三、对于线宽值序列中的每一个线宽值(J),计。

36、算理论延时与实验测量延时的累计误差:其中Ti为实验测量得到的信号光慢光延时,Tdi为理论计算得到的慢光延时,进而获得误差延时序列EJ,J1,2,.;0052 步骤六四、在所述误差延时序列EJ,J1,2,.中取最小的误差延时,则令该误差延时对应的线宽值为待测光纤的布里渊线宽值。0053 具体实施方式十:本实施方式是对实施方式九的光纤本征布里渊线宽的测量方法的进一步说明,步骤六三所述内容的具体过程为:0054 步骤六三一、对每一个线宽值r(J),执行步骤六三二至步骤六三六,获得对应的累计误差;0055 步聚六三二、选取第1实验点数据中的增益值为目标增益,设为Gaim;令Gg0Ipz作为未知变量,选。

37、取G的取值作为试探解Gtry;0056 其中g0为光纤的增益系数,IP为泵浦光强度,z为待测光纤长度;0057 步骤六三三、将Gtry代入下式:说 明 书CN 101995222 ACN 101995227 A 6/6页100058 0059 其中AS(,z)为输出信号光的频域电场振幅,为信号光频率,r(J)为布里渊线宽序列的第J项;0060 对上式进行傅里叶逆变换,得到经过布里渊放大后的信号光输出,计算输出的放大后的信号光的增益;0061 步骤六三四、判断步骤六三三获得的增益与目标增益Gaim是否相等,若不相等,则利用二分法生成新的Gtry值,返回执行步聚六三三;若相等,则Gtry值为与该实验点数据相匹配的增益参数;令下一实验点数据中的增益值为目标增益Gaim,并重新选择G的初值作为试探解Gtry,返回执行步骤六三三,直到完成所有Q个实验点数据的匹配;然后执行步骤六三五;0062 步骤六三五、对每一个实验点数据,将相匹配的增益参数Gtry代入步聚六三三中公式,并对其作傅里叶变换,计算信号光延时Tdi,并计算延时误差Ei(Ti-Tdi)2,其中Ti为实验测量得到的信号光慢光延时,Tdi为理论计算得到的慢光延时;0063 步骤六三六、计算获得线宽值r(J)对应的累计误差:说 明 书CN 101995222 A。

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