CN101886974A - 一种测量掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量掺稀土双包层光纤吸收系数的方法，该方法改变测试光纤长度，并利用光谱仪差值法获取测试光纤在泵浦光下的光谱差值，依据光谱差值计算得到吸收系数。本发明采取简单的操作方法，实现了对掺稀土双包层光纤吸收系数的准确和直接测量，解决了光路搭建复杂，操作步骤繁杂，测量结果准确性不高的问题。

Description

一种测量掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的方法

技术领域

本发明涉及光纤性能的测试方法，具体涉及一种测量掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的方法。

背景技术

掺稀土双包层光纤是实现大功率光纤激光器的关键器件，由于双包层光纤中光在内包层中传播，而内包层的直径及数值孔径都远远大于普通单模光纤的纤芯直径和数值孔径，因此利用双包层光纤就可以极大的提高入纤功率以及可承受功率，进而可以制造出高功率的光纤激光器。

长期以来制约国内高功率掺稀土双包层激光器发展的主要因素正是新型掺稀土双包层光纤。近年来，高性能掺稀土双包层光纤国产化的工作取得了突破。烽火通信科技股份有限公司采用MCVD和特殊的离子掺杂工艺，通过双层涂覆工艺，拉制出了具有良好机械性能和光学性能的掺镱双包层光纤，相关实验表明其可以取代进口光纤成为光纤激光器的核心器件，这大大推动了国内双包层光纤激光器的发展。

随着掺稀土双包层光纤的研制成功，使用范围越来越广泛，如何实现掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的精确测量成为光纤生产厂家面临的一个重要问题。常规的用于测量双包层泵浦吸收系数的方法如下：

依据国标GB/T15972.40-2008(衰减的剪断法测试程序)，所需测量的掺稀土双包层特种光纤长度L₁约在3.0m～10.0m范围内选择，绕在直径不大于32cm的标准光纤盘上，选择波长稳定性好(谱宽不大于2.0nm)LD做为泵浦光光源。如图1所示，泵浦光注入光纤可采用透镜耦合方式或光纤直接熔接的方式。采用透镜组空间耦合的方式时，在测试光纤的前端(即泵浦光注入端)紧贴着安装一块对泵浦光高透，对激光高反的双色片D，以保护泵浦光源；直接熔接的方式可在泵浦源尾纤上熔接一个对泵浦光高透，对激光高反的光纤光栅E，再与测试光纤熔接。光纤输出功率可采用功率计直接测量，该测量方法要求必须在光纤输出端增加一个对泵浦光高透，对其他光高反或者高损耗的滤波片F。

按照图1中所示透镜组耦合方式或者光纤光栅熔接的方式将泵浦光耦合进入测试光纤中，调节泵浦光功率，用光谱仪观察输出光谱，当出现波长范围在激光波长范围内的窄峰激光时，回调泵浦光功率，致使激光不出现。用功率计测量输出功率P_1t，功率计前必须放置滤波片F，通过切割输出端光纤端面(每次切割长度不大于30mm)或调整位置，共测5次，取平均功率P₁。在距离光纤输入端L₀(0.5～1.0m)处截断光纤，用功率计测量经滤波片F滤波后的输出功率P_0t，同样的方法测5次，取平均功率P₀。然后按照下式计算包层泵浦吸收系数，单位是dB/m

$\mathrm{\α}=\frac{10(\log P_0-\log P_1)}{L_1-L_0}$

在测量双包层光纤各种性能参数的时候，上述测量方法中光路搭建复杂，操作步骤繁杂，测量结果准确性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的方法，解决了光路搭建复杂，操作步骤繁杂，测量结果准确性不高的问题。

一种测量掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的方法，具体为：

(1)将长度为L₁的测试光纤连接到具有光谱差值计算功能的光谱仪；

(2)将测试光纤切断后再熔接；

(3)将泵浦光耦合输入测试光纤，利用光谱仪获取A光谱；

(4)在步骤(2)的熔接点两边分别选取一个截断点，将测试光纤截为三段，去除熔接点所在的一段，将其余两段熔接，熔接后的测试光纤长度为L₀；

(5)将与步骤(3)相同的泵浦光耦合输入测试光纤，利用光谱仪获取B光谱；

(6)计算测试光纤的吸收系数

光谱差值C＝B-A。

对比原始的测量方法，原始测量方法的测量步骤过多、操作过于复杂、测量数据较多且不准确，而本发明所述的用于测量掺稀土双包层光纤吸收系数的方法，极大的简化了操作步骤，并且利用光谱仪差值法直接测量，使得测量数据少且准确，通过测试光纤与普通单模光纤的熔接，解决了掺稀土双包层光纤直径过粗，难以安装合适的标准光纤连接头的难题，使得后面的普通单模光纤可直接使用FC/PC连接头，将输出光直接输入到光谱仪中去。然后又采用从测试光纤中间截取一段光纤的做法，避免了测试光纤与单模光纤的多次熔接引入的损耗X值会有巨大的不同这一问题，同时为了测出更加准确的数据，在测试光纤测试前，采用提前引入测试光纤之间的熔接损耗Y的方法，这样做的依据是，同种光纤之间的熔接，损耗较小，不同次的熔接损耗相差较小，而不同类型的光纤之间的熔接，损耗较大，且不同次的熔接损耗相差可能是巨大的。本发明实现了掺稀土双包层光纤吸收系数测量工作步骤的简化和固化，在实际生产的产品测试中具有重大意义。

附图说明

图1为双包层光纤包层泵浦吸收系数的现有测试系统结构图；

图2为本发明涉及的耦合光路示意图；

图3为本发明测试光纤吸收系数测量装置搭建的结构示意图；

图4为引入熔接点II及初始损耗Y的操作示意图；

图5为本发明操作步骤示意图.

具体实施方式

一种测量掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的方法，包括以下步骤：

一.泵浦光注入测试光纤的耦合光路组建步骤：

图1所示现有测试系统的耦合方式采用透镜组耦合或者光纤光栅直接熔接的方式，因为采用直接熔接的方式时，要求泵浦源必须是尾纤输出，而且要求光纤光栅E与尾纤的芯径参数相同，而且当测量光纤与泵浦源尾纤和光纤光栅的芯径规格不同时，对光纤熔接工艺要求较高，所以本发明采用图2所示的空间耦合方式，即透镜组(2、3)+双色片4空间耦合的方式，使得泵浦光耦合进测试光纤。

二.测试光路组建步骤：如图3所示，将测试光纤5的尾端(输出端)与普通单模光纤6熔接，称此时的熔接点为熔接点I，因为测试光纤是掺稀土双包层光纤，与普通单模光纤的芯径规格不同，故此时熔接损耗将较大，假设损耗为X。在普通单模光纤6的尾端安装FC/PC连接头7，FC/PC连接头7可直接与光谱仪8连接，将输出光输入到光谱仪8中去。

三.光纤吸收系数的测量步骤：

(1)首先在L₁长度的测试光纤5中间位置的某一点切断光纤，然后用熔接机再将切断的两段光纤熔接起来，称此时的熔接点为熔接点II，如图4所示，因为是同种规格的光纤熔接，故损耗较小，假设损耗为Y，Y＜＜X，我们这么做的目的就是引入损耗Y。然后打开泵浦光光源，保持在较小的泵浦功率下，将单模光纤6后端的FC/PC连接头7接入光谱仪8，接着逐步增大泵浦功率，使得光谱仪8能够明显测出输出光的光谱，此时注意输出光不要超出光谱仪8所能承受的光功率上限，以免将光谱仪打坏，同时要保证不可出现激光波长范围内的窄峰激光光谱，如若出现，则回调泵浦光功率，使得没有窄峰激光出现为止，在光谱仪8中将此时的输出光定为A通道光并锁定，测得A光的光谱图，此时的输出光A为泵浦光经L₁长度测试光纤5吸收后，再经熔接点I、II引入的损耗X、Y后，所得到的光，设光谱图中泵浦光波长处对应的功率值为P₁′。

(2)在熔接点II的两边，分别选取一个截断点12、13，将光纤截断成三段9、10、11，其中熔接点II在中间一段光纤11上，去掉光纤11，然后熔接两边不含有熔接点II的光纤9、10，成为一段新的光纤14，新的熔接点称为熔接点III，熔接后的测试光纤的长度为L₀。因为是同种规格的光纤相熔接，故熔接的可重复性较强，熔接点III处的损耗与熔接点II处的损耗基本相同，也为Y。泵浦光始终功率不变，用光谱仪8测得此时输出光，定为B通道光，进行实时监测，此时B通道光同样经受了熔接点I、III带来的损耗X、Y，此时光谱图中泵浦光波长处对应的功率值为P₀′.

(3)计算得到测试光纤的吸收系数

C＝B-A。

所用的光谱仪8所测得的光谱图，纵坐标使用的功率单位是dBm，dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lg(功率值/1mw)，并且光谱仪8自带有差值法计算功能，即输入光A时，将A光锁定为基准光，记录下A光的光谱图，然后输入光B，光谱仪8可自动计算C＝B-A，C即为B光与A光差值所得，则C对应的单位是dB。

按照上述的原有测量光纤吸收系数的方法和计算吸收系数的公式：

单位为dB/m。在此种方法中所测得功率值P₀′和P₁′相比于原有方法测得的功率值P₀和P₁，多引入了两个熔接点带来的损耗X和Y，因此可得P₀′＝X×Y×P₀，P₁′＝X×Y×P₁，P₀′/P₁′＝P₀/P₁。故在公式中可用P₀′和P₁′分别代替P₀和P₁，不影响计算结果。根据光谱仪差值法计算的差值C＝A-B＝10[log(P₀′/1mW)-log(P₁′/1Mw)]，单位是dB，因此根据本发明实验原理，

故而在光谱仪上读出C通道谱线在泵浦光波长下对应的纵坐标的值，即可很简单的算得测试光纤的吸收系数。

实施例：

如图2所示，实例采用一个泵浦用半导体激光器(LD)，一套空间耦合用透镜组(一个准直镜和一个聚焦镜)，一个对泵浦光高透、对激光高反的双色片，一对光纤调整架，一个可通过手动操作用于熔接不同规格光纤的光纤熔接机以及一个可实现差值法的光谱仪。

实例用于测量掺Yb双包层光纤在915nm泵浦光下的包层泵浦吸收系数，测试光纤是由烽火公司生产的，双包层结构，内包层直径是130um，纤芯直径是10um，内包层的形状是六角形，内包层的数值孔径是0.46±0.01，测试光纤长度L₁在3.0m～10.0m范围内，绕在直径不大于32cm的标准光纤盘上。泵浦用半导体激光器采用的型号是LC96J74P-20FXR的LD，LD中心波长是915nm，最大输出功率是7W，尾纤输出，尾纤的模场直径是105um，包层直径是125um，数值孔径是0.22按照耦合系统设计的原则，一套适用的空间耦合用透镜组，可在理论上将泵浦光全部耦合进测试双包层光纤的内包层中，一个对泵浦光915nm高透，对1060nm～1115nm的激光高反的双色片，一个可通过手动操作用于熔接不同规格光纤的光纤熔接机是有腾仓(FUJIKURA)生产的FSM30，一段带有FC/PC连接头的普通单模光纤，一个带有差值法计算功能的光谱仪，型号为横河(YOKOGAWA)生产的AQ6370B。

具体步骤如下：

一.泵浦光注入测试光纤的耦合光路组建步骤：按照光路搭建的基本步骤，首先设定HeNe光做为标准光路，然后以标准光路为准，搭建耦合系统，如图2所示，包括LD尾纤1的摆放，透镜组中准直镜2，聚焦镜3，双色片4的安装与调整，以及测试光纤5的摆放，按照搭建光路的基本步骤，将耦合光路搭建起来。

二.测试光路组建步骤：如图3所示，将测试光纤5的尾端(输出端)与普通单模光纤6熔接，称此时的熔接点为熔接点I，令此时的熔接损耗为X。在普通单模光纤6的尾端安装FC/PC连接头7，FC/PC连接头7可直接与光谱仪8连接，将输出光输入到光谱仪8中去。

三.光纤吸收系数的测量步骤：

(1)如图7所示，首先在L₁长度的测试光纤5中间点左右切断光纤中，然后用熔接机再将切断的两段光纤熔接起来，称此时的熔接点为熔接点II。然后打开泵浦光光源，保持在较小的泵浦功率下，将单模光纤6后端的FC/PC头7接入光谱仪，接着逐步增大泵浦功率，使得光谱仪8能够明显测出输出光的光谱(注意输出光不要超出光谱仪8所能承受的光功率上限100mW)，泵浦光始终功率不变，在光谱仪中将此时的输出光定为A通道光并锁定，测得A光谱图。

(2)如图5所示，在熔接点II的两边，选取两个截断点12、13，将测试光纤5截断成三段光纤9、10、11，其中熔接点II在中间一段11上，去掉11，然后熔接两边的光纤9、10，成为一段新的光纤14新的熔接点称为熔接点III，熔接后的长度为L₀，L₀的长度范围在0.5m～1.0m的范围内选择。泵浦光始终功率不变，用光谱仪8测得此时输出光定为B通道光，测得B光谱图。

(3)计算测试光纤的泵浦吸收系数

光谱差值C＝B-A。

Claims (2)

1.一种测量掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的方法，具体为：

(1)将长度为L₁的测试光纤连接到具有光谱差值计算功能的光谱仪；

(2)将测试光纤切断后再熔接；

(3)将泵浦光耦合输入测试光纤，利用光谱仪获取A光谱；

(4)在步骤(2)的熔接点两边分别选取一个截断点，将测试光纤截为三段，去除熔接点所在的一段，将其余两段熔接，熔接后的测试光纤长度为L₀；

(5)将与步骤(3)相同的泵浦光耦合输入测试光纤，利用光谱仪获取B光谱；

(6)计算测试光纤的吸收系数

光谱差值C＝B-A。

2.根据权利要求1所述的测量掺稀土双包层光纤包层泵浦吸收系数的方法，其特征在于，所述测试光纤通过普通单模光纤连接到光谱仪。

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