CN101887202A - 光纤传感用m-z型光谱整形器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤传感用M-Z型光谱整形器。第一输入臂与第一耦合器的第一输入臂相连，第二输入臂与第一耦合器的第二输入臂相连，第一耦合器的第一输出臂与第一干涉臂的一端相连，第一耦合器的第二输出臂与第二干涉臂的一端相连；第一干涉臂的另一端与第二耦合器的第一输入臂相连，第二干涉臂的另一端与第二耦合器的第二输入臂相连，第二耦合器的第一输出臂与第一输出臂相连，第二耦合器的第二输出臂与第二输出臂相连；相位调制器位于第一干涉臂一侧；入射光由第一输入臂输入至第一耦合器的第一输入臂，出射光由第一输出臂和第二输出臂分别输出。本发明得到的光谱3dB带宽近100nm，有效实现了ASE光源类矩形谱到类高斯谱的整形。

Description

光纤传感用M-Z型光谱整形器

技术领域

本发明涉及光谱整形和传感技术，特别是涉及一种光纤传感用M-Z型光谱整形器。

背景技术

具有全固态、小型化、抗冲击、抗干扰、精度高、寿命长等优点而发展迅速的光纤陀螺向更高精度发展的重要手段之一是使用功率更高光谱稳定性更好的ASE光源，但是ASE光源在谱型上不能满足光纤陀螺应用的要求，因为光纤陀螺是利用宽谱光波即白光的干涉来进行角速率探测的，需要高斯或类高斯谱型以达到光谱相干函数值迅速降低并维持低值采能减少相干噪声。目前通信用ASE光源通过掺饵光纤的自发辐射放大发出的光谱经过平坦滤波谱型近于矩形，这样的ASE光源要用到陀螺中来就必须进行类矩形谱到类高斯型谱的变换，即为光谱整形。目前已有的光谱整形方法实施起来比较复杂、成本较高或大大增加光源体积，无法应用于光纤陀螺的高精度传感领域中，所以需要一种简单而有效的器件来完成ASE光源谱型的整形，以达到高精度光纤陀螺应用的要求。

发明内容

针对目前通信用ASE光源光谱为类矩形谱，不满足光纤陀螺要求的类高斯谱以及现有光谱整形方法结构复杂、体积大、成本高等缺点，本发明的目的在于提供一种光纤传感用M-Z型光谱整形器，有效实现了ASE光源类矩形谱到类高斯谱的整形，适应了高精度光纤陀螺发展的需要。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括第一耦合器、相位调制器和第二耦合器；第一输入臂与第一耦合器的第一输入臂相连，第二输入臂与第一耦合器的第二输入臂相连，第一耦合器的第一输出臂与第一干涉臂的一端相连，第一耦合器的第二输出臂与第二干涉臂的一端相连；第一干涉臂的另一端与第二耦合器的第一输入臂相连，第二干涉臂的另一端与第二耦合器的第二输入臂相连，第二耦合器的第一输出臂与第一输出臂相连，第二耦合器的第二输出臂与第二输出臂相连；相位调制器位于第一干涉臂一侧，相位调制器为电光调制器或热光调制器或声光调制器或其它能调节第一干涉臂相位的光波导调制器；入射光由第一输入臂输入至第一耦合器的第一输入臂，出射光由第一输出臂和第二输出臂分别输出。

所述的第一耦合器和第二耦合器结构相同，采用康宁SMF-28光纤熔融拉锥而成，单根熔锥光纤的几何结构为：在锥形区域横截面上呈抛物线形，在耦合区域呈直线，耦合区域包层直径为40μm，耦合区域长度为2000μm；所述的第一耦合器和第二耦合器由上述两根熔锥光纤融合而成，耦合区域由两平行熔锥光纤相互重叠而成，两熔锥光纤纤芯的中心距为22μm。

光在传输过程中在所述第一干涉臂中的光程比在第二干涉臂中的光程大9μm，光程差由相位调制器产生，相位调制器调制产生的第一干涉臂与第二干涉臂的相位差Δφ和第一干涉臂与第二干涉臂的光程差ΔL的关系为：Δφ＝2πnΔL/λ，式中n为纤芯折射率，λ为入射光波长。

本发明具有的有益效果是：

本发明体积小，3dB带宽近100nm，有效实现了ASE光源类矩形谱到类高斯谱的整形，适应了高精度光纤陀螺发展的需要。

附图说明

图1是所述M-Z型ASE光源光谱整形器示意图。

图2是单根熔锥光纤几何结构图。

图3是第一耦合器、第二耦合器结构图。

图4是第一输出臂的输出光谱图。

图中：1-1、第一输入臂，1-2、第二输入臂，2、第一耦合器，2-1、第一耦合器的第一输入臂，2-2、第一耦合器的第二输入臂，2-3、第一耦合器的第一输出臂，2-4、第一耦合器的第二输出臂，3-1、第一干涉臂，3-2、第二干涉臂，4、相位调制器，5、第二耦合器，5-1、第二耦合器的第一输入臂，5-2、第二耦合器的第二输入臂，5-3、第二耦合器的第一输出臂，5-4、第二耦合器的第二输出臂，6-1、第一输出臂，6-2，第二输出臂；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括第一耦合器2、调制器4和第二耦合器5；第一输入臂1-1与第一耦合器2的第一输入臂2-1相连，第二输入臂1-2与第一耦合器2的第二输入臂2-2相连，第一耦合器2的第一输出臂2-3与第一干涉臂3-1的一端相连，第一耦合器2的第二输出臂2-4与第二干涉臂3-2的一端相连；第一干涉臂3-1的另一端与第二耦合器5的第一输入臂5-1相连，第二干涉臂3-2的另一端与第二耦合器5的第二输入臂5-2相连，第二耦合器5的第一输出臂5-3与第一输出臂6-1相连，第二耦合器5的第二输出臂5-4与第二输出臂6-2相连；产生光程差的相位调制器4位于第一干涉臂3-1一侧，相位调制器4为电光调制器或热光调制器或声光调制器或其它能调节第一干涉臂3-1相位的光波导调制器；入射光由第一输入臂1-1输入至第一耦合器2的第一输入臂2-1，出射光由第一输出臂6-1和第二输出臂6-2分别输出。

如图2、图3所示，所述的第一耦合器2和第二耦合器5结构相同，采用康宁SMF-28光纤熔融拉锥而成，单根熔锥光纤的几何结构为：在锥形区域横截面上呈抛物线形，在耦合区域呈直线，耦合区域包层直径为40μm，耦合区域长度为2000μm；所述的第一耦合器2和第二耦合器5由上述两根熔锥光纤融合而成，耦合区域由两平行熔锥光纤相互重叠而成，两熔锥光纤纤芯的中心距为22μm。

光在传输过程中在所述第一干涉臂3-1中的光程比在第二干涉臂3-2中的光程大9μm，光程差由相位调制器4产生，相位调制器调4制产生的第一干涉臂3-1与第二干涉臂3-2的相位差Δφ和第一干涉臂3-1与第二干涉臂3-2的光程差ΔL的关系为：Δφ＝2πnΔL/λ，式中n为纤芯折射率，λ为入射光波长。

本发明可采用琼斯矩阵来描述各器件对光波场的响应，所述第一耦合器2、第二耦合器5的琼斯矩阵为：

$C_i=\left[\begin{array}{cc}{k}_i/\sqrt{1+k_i^2}& -j/\sqrt{1+k_i^2}\\ -j/\sqrt{1+k_i^2}& k_i/\sqrt{1+k_i^2}\end{array}\right](i=\mathrm{1,2})---\left(1\right)$

上式中，k_i(i＝1、2)为第一耦合器2、第二耦合器5的振幅耦合比，k_i(i＝1、2)随入射光波长变化而变化。所述第一干涉臂3-1和第二干涉臂3-2的琼斯矩阵为：

$T=\left[\begin{array}{cc}{e}^{j\frac{2\mathrm{\πn\ΔL}}{\mathrm{\λ}}}& 0\\ 0& 1\end{array}\right]---\left(2\right)$

上式中n为纤芯折射率，λ为入射光波长，ΔL为第一干涉臂3-1与第二干涉臂3-2的光程差。所述光纤传感用M-Z型光谱整形器的琼斯矩阵为：

J＝C₂*T*C₁    (3)

入射光由第一输入臂1-1输入至第一耦合器的第一输入臂2-1，入射光为宽谱光，第一耦合器2的振幅耦合比和第二耦合器5的振幅耦合比随入射光波长的变化而变化，出射光由第一输出臂6-1和第二输出臂6-2分别输出，第一输出臂6-1的输出光谱如图4所示：所得类高斯谱中心波长为1.55μm，3dB带宽近100nm。

Claims (3)

1.一种光纤传感用M-Z型光谱整形器，其特征在于：包括第一耦合器(2)、相位调制器(4)和第二耦合器(5)；第一输入臂(1-1)与第一耦合器(2)的第一输入臂(2-1)相连，第二输入臂(1-2)与第一耦合器(2)的第二输入臂(2-2)相连，第一耦合器(2)的第一输出臂(2-3)与第一干涉臂(3-1)的一端相连，第一耦合器(2)的第二输出臂(2-4)与第二干涉臂(3-2)的一端相连；第一干涉臂(3-1)的另一端与第二耦合器(5)的第一输入臂(5-1)相连，第二干涉臂(3-2)的另一端与第二耦合器(5)的第二输入臂(5-2)相连，第二耦合器(5)的第一输出臂(5-3)与第一输出臂(6-1)相连，第二耦合器(5)的第二输出臂(5-4)与第二输出臂(6-2)相连；相位调制器(4)位于第一干涉臂(3-1)一侧；入射光由第一输入臂(1-1)输入至第一耦合器(2)的第一输入臂(2-1)，出射光由第一输出臂(6-1)和第二输出臂(6-2)分别输出。

2.根据权利要求1所述的一种光纤传感用M-Z型光谱整形器，其特征在于：所述的第一耦合器(2)和第二耦合器(5)结构相同，采用康宁SMF-28光纤熔融拉锥而成，单根熔锥光纤的几何结构为：在锥形区域横截面上呈抛物线形，在耦合区域呈平行线，耦合区域包层直径为40μm，耦合区域长度为2000μm；所述的第一耦合器(2)和第二耦合器(5)由上述两根熔锥光纤融合而成，耦合区域由两平行熔锥光纤相互重叠而成，两熔锥光纤纤芯的中心距为22μm。

3.根据权利要求1所述的一种光纤传感用M-Z型光谱整形器，其特征在于：光在传输过程中在所述第一干涉臂(3-1)中的光程比在第二干涉臂(3-2)中的光程大9μm。

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