CN102164003B - 一种色散测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明的色散测量装置包括宽带光源模块、色散检测模块、频谱监测模块、处理模块。色散检测模块分别与宽带光源模块、频谱监测模块相连，频谱监测模块还与处理模块相连。宽带光源模块，用于产生色散测量所需的宽带光信号；色散检测模块，用于将宽带光信号分解为两路光信号，并使两路光信号发生干涉；频谱监测模块，用于获取两路光信号生成的干涉频谱；处理模块，用于处理频谱监测模块发送来的干涉频谱，提取待测光纤的色散信息，从而利用色散信息调整色散检测模块生成的干涉频谱。实现了基于非对称Sagnac环的宽谱光频域相干方法的色散测量，本发明的测量装置具有结构简单、成本低、测量速度快、测量精度高、超大色散可测范围等优点。

Description

一种色散测量装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种光纤色散的测量装置。

背景技术

在当今的高速光传输系统中，光纤色散是影响传输性能的重要参数之一。光纤中的色散是由于不同波长的光在光纤中的群速度不同而产生的，也就是说不同波长的光在光纤中是以不同的速率传输引起的。因此，由于光纤色散作用，当光信号在光纤中传输时，光脉冲的宽度会加宽，这样会引起相邻码型间的干扰，影响传输信号。因此在光传输系统中，需要采用色散补偿器件对传输光纤的色散进行补偿。而色散补偿的前提是需要对待补偿光纤以及补偿器件的色散进行准确的测量。随着光传输系统速率的提升，对色散测量的精度要求越来越高。

目前，用于色散测量的方法主要有：测量脉冲到达时间法、测量调制信号相位差法和频域相干法。针对现有方法的具体描述如下。

测量脉冲到达时间法是通过可调激光器，发射不同波长的光脉冲，通过具有色散的器件后，由于色散的作用在接收端不同波长的脉冲的到达时间是不一样的，通过测量不同波长光脉冲的到达时间差来算出器件的色散值。例如L.G.Cohen等人在文献“Pulse delay measurements in the zero materialdispersion wavelength region for optical fibers，”(Applied Optics,Vol.16,Issue12,pp.3136-3139(1977))中利用对波长范围在1120nm到1550nm的光进行扫描，通过测量不同波长到达待测光纤末端的时间差，推算出待测光纤的色散值。又比如美国专利,专利号为No：2004/0169848同样是采用了测量不同波长到达时间差的方法。这种方法需要皮秒(ps)量级的测量设备来获取时间差，同时由于光脉冲在传输过程中受到色散影响，光脉冲的宽度以及形状都会发生变化，因此在接收端难以准确的测出脉冲达到时间，从而造成色散的测量精度较低。

调制信号相位差法，是一种比较精确的色散测量方法，包括安捷伦（Agilent）、捷迪讯（JDSU）、埃科斯弗（EXFO）等多家色散测量设备制造商均采用此方法进行色散测量。例如授权Exfo的专利“Method and apparatusfor measuring phase differences between intensity-modulated opticalsignals,”专利号：US6,429,929。美国专利“Chromatic dispersionmeasurement in a fiber optic cable,”专利号：US5,969,806。又比如B.Costa等人在文献“Phase shift technique for the measurement ofchromatic dispersion in optical fibers using LED's,”(Journal ofQuantum Electronics,Vol.18,pp.1509-1515(1982))采用相移调制的方法实现了精度为1ps/nm的色散测量。虽然此方法可以提供比较精确的色散测量，但设备比较复杂，造价昂贵。同时，由于此方案是通过对不同波长的光进行调制，通过比较调制信号的相位而获得色散信息，因此也需要扫描波长，从而造成了色散测量时间较长（通常需要几十秒到几分钟时间）。而在长时间的测量过程中，待测器件的色散容易受环境影响而发生变化，造成色散测量的不准确。

频域相干法可以通过频域相干条纹迅速得到色散大小。例如MITSUHIROTATEDA等人在文献“Interferometric Method for Chromatic DispersionMeasurement in a Single-Mode Optical Fiber,”(Journal of QuantumElectronics,Vol.17,pp.404-407(1981))中提出用相干方法进行光纤色散测量。用于相干的两路相干臂中，其中一路接入待测光纤，通过调整另一路干涉臂的光程而获得相干条纹，通过对相干条纹的分析处理，对长度为1米的待测光纤进行了准确的色散测量。Ji Yong Lee等人在文献“Versatilechromatic dispersion measurement of a single mode fiber using spectralwhite light interferometry,”（Opt.Express14,11608-11615(2006)）以及“Spectrum-sliced Fourier-domain low-coherence interferometryfor measuring the chromatic dispersion of an optical fiber,”(Appl.Opt.46,7289-7296(2007))中，采用了宽带光源输入干涉仪，两条干涉臂分别接入待测光纤以及空气线，由于两条干涉臂在不同波长处的相位差是不一样的，这样在干涉仪的输出端会产生随着波长变化的干涉条纹，通过光谱仪对干涉条纹进行检测，最终提取出色散信息。该方法实验认证了对长度为55cm的光纤的色散测量。美国专利No：US2010/0134787则依照此方法提出了一种改进的方案，消除了背景噪声，提高了测试精度，实现了11.9cm长的光纤色散测量。虽然频域相干法能够提供足够的分辨率以及色散测试精度，但是传统的频域相干法由于难以获得稳定的相干臂，因此都只适用于测量短距离的光纤色散，上述文献及专利中待测光纤的长度均小于1米(m)。因此无法满足实际条件下的色散测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于非对称Sagnac环快速地进行色散测量的装置。

本发明技术方案如下：色散测量装置包括宽带光源模块、色散检测模块、频谱监测模块、处理模块，

所述色散检测模块分别与所述宽带光源模块、所述频谱监测模块相连，所述频谱监测模块还与所述处理模块相连，所述色散检测模块为第一sagnac环或包括第二sagnac环和反射单元；

所述宽带光源模块，用于产生色散测量所需的宽带光信号；

所述色散检测模块，用于将所述宽带光源模块产生的宽带光信号分解为两路光信号，并使所述两路光信号发生干涉；

所述频谱监测模块，用于获取所述两路光信号生成的干涉频谱；

所述处理模块，用于处理所述频谱监测模块发送来的干涉频谱，提取待测光纤的色散信息，从而利用所述色散信息调整所述色散检测模块生成的干涉频谱；

通过调整色散检测模块的移频参数，从而调整干涉频谱；或者处理模块直接向色散检测模块输出控制信号调整色散检测模块的移频参数，从而调整干涉频谱。

进一步地，所述色散测量装置还包括光隔离模块，所述宽带光源模块经所述光隔离模块与所述色散检测模块相连，

所述光隔离模块，用于隔离从所述色散检测模块返回的光，保护所述宽带光源模块。

进一步地，所述色散测量装置还包括偏振控制器，所述宽带光信号经所述偏振控制器传输至所述色散检测模块；所述偏振控制器，用于调整所述宽带光信号进入所述色散检测模块时的偏振态。

进一步地，所述色散测量装置还包括显示模块，所述显示模块与所述处理模块相连，所述显示模块，用于显示所述处理模块处理获得的色散信息。

进一步地，所述色散检测模块为第一sagnac环，

所述第一sagnac环包括第一单模光纤、第二单模光纤、第一移频控制器和第一光纤耦合器，

所述第一光纤耦合器的端口一接收所述宽带光信号，所述第一光纤耦合器的端口二与所述频谱监测模块相连，所述第一光纤耦合器的端口三与所述第一单模光纤相连，所述第一光纤耦合器的端口四与所述第二单模光纤相连；

待测光纤与所述第一移频控制器串接在所述第一单模光纤和所述第二单模光纤之间。

进一步地，所述色散检测模块包括第二sagnac环、反射单元，

所述第二sagnac环包括第三单模光纤、第四单模光纤、第二移频控制器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器，

所述第二光纤耦合器的端口一接收所述宽带光信号，所述第二光纤耦合器的端口二与所述频谱监测模块相连，所述第二光纤耦合器的端口三与所述第三单模光纤相连，所述第二光纤耦合器的端口四与所述第四单模光纤相连，

所述第二移频控制器串接在所述第三单模光纤与所述第三光纤耦合器的端口一之间；或者，所述第二移频控制器串接在所述第四单模光纤与所述第三光纤耦合器的端口二之间；

所述第三光纤耦合器的端口三或者端口四之任一端经待测光纤与所述反射单元相连；

所述反射单元，用于反射经所述待测光纤传输来的光信号，使所述光信号经由所述待测光纤再次返回到所述第二sagnac环。

进一步地，所述反射单元为端面反射镜、法拉第旋转镜、光纤自由端面反射中的一种。

进一步地，所述第一移频控制器和所述第二移频控制器为调制器或频移器。

本发明的有益效果是：提供一种基于非对称Sagnac环的宽谱光频域相干方法进行色散测量的装置。本发明的色散测量装置结构简单、成本低、测量速度快（<1秒），且与传统的频域相干法相比较，利用本发明装置进行色散测量具有超高精度以及超大的色散可测范围等优点。

附图说明

图1为本发明色散测量装置第一种实现方式的构成示意图；

图2为本发明色散测量装置第二种实现方式的构成示意图；

图3为本发明色散测量装置第三种实现方式的构成示意图；

图4为本发明色散测量装置第四种实现方式的构成示意图；

图5为本发明中的色散检测模块的第一种实现方式的构成示意图；

图6为利用色散检测模块的第一种实现方式进行色散测量时频谱监测模块显示的干涉频谱；

图7为利用色散检测模块的第一种实现方式进行色散测量获得的色散系数；

图8为本发明中的色散检测模块的第二种实现方式的构成示意图；

图9为利用色散检测模块的第二种实现方式进行色散测量时频谱监测模块显示的干涉频谱；

图10是利用色散检测模块的第二种实现方式进行色散测量获得的色散系数。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明的色散测量装置包括宽带光源模块100、色散检测模块200、频谱监测模块300、处理模块400。色散检测模块200分别与宽带光源模块100、频谱监测模块300相连，频谱监测模块300还与处理模块400相连。其中，宽带光源模块100，用于产生色散测量所需的宽带光信号，可以采用SLED(SLD)光源，宽带ASE光源等实现。色散检测模块200，用于将宽带光源模块100产生的宽带光信号分解为两路光信号，并使两路光信号发生干涉。频谱监测模块300，用于获取两路光信号生成的干涉频谱。处理模块400，用于处理频谱监测模块300发送来的干涉频谱，提取待测光纤的色散信息，从而利用色散信息调整色散检测模块200生成的干涉频谱。利用本发明装置进行色散测量时，操作人员可先根据预估的数值设定色散检测模块200的移频参数，然后再利用本发明装置完成色散测量，由处理模块400获得色散信息后，可以按照以下两种方法再调整色散检测模块200生成的干涉频谱：一是根据用户设定，调整色散检测模块200的移频参数，从而调整干涉频谱；另一个是处理模块400直接向色散检测模块200输出控制信号调整色散检测模块200的移频参数，从而调整干涉频谱。

如图2所示，色散测量装置还包括光隔离模块500，宽带光源模块100经光隔离模块500与色散检测模块200相连。光隔离模块500，用于隔离从色散检测模块200返回的光，保护宽带光源模块100，可以由光隔离器实现。

如图3所示，色散测量装置还包括偏振控制器600，宽带光信号经偏振控制器600传输至色散检测模块200；偏振控制器600，用于调整宽带光信号进入色散检测模块200时的偏振态。

如图4所示，色散测量装置还包括显示模块700，显示模块700与处理模块400相连，显示模块700，用于显示处理模块400处理获得的色散信息。

如图5所示，为本发明色散检测模块21的第一种实现方式示意图。将待测光纤5双端接入Sagnac干涉环进行色散测量。色散检测模块21为第一sagnac环。其中，第一sagnac环包括第一单模光纤12、第二单模光纤13、第一移频控制器6和第一光纤耦合器11。第一光纤耦合器11的端口1接收宽带光信号，第一光纤耦合器11的端口2与频谱监测模块300相连，第一光纤耦合器11的端口3与第一单模光纤12相连，第一光纤耦合器11的端口4与第二单模光纤13相连；待测光纤5与第一移频控制器6串接在第一单模光纤12和第二单模光纤13之间。

参见图8，为本发明色散检测模块22的第二种实现方式示意图。将待测光纤5单端接入Sagnac干涉环进行色散测量。色散检测模块22包括第二sagnac环、反射单元8。其中，第二sagnac环包括第三单模光纤16、第四单模光纤17、第二移频控制器7、第二光纤耦合器14、第三光纤耦合器15。第二光纤耦合器14的端口1接收宽带光信号，第二光纤耦合器14的端口2与频谱监测模块300相连，第二光纤耦合器14的端口3与第三单模光纤16相连，第二光纤耦合器14的端口4与第四单模光纤17相连。第二移频控制器7串接在第三单模光纤16与第三光纤耦合器15的端口1之间，如图8所示；或者，第二移频控制器7串接在第四单模光纤17与第三光纤耦合器15的端口2之间。第三光纤耦合器15的端口3或者端口4之任一端经待测光纤5与反射单元8相连。反射单元8，用于反射经待测光纤5传输来的光信号，使光信号经由待测光纤5再次返回到第二sagnac环。其中，反射单元可以为端面反射镜、法拉第旋转镜、光纤自由端面反射中的一种。

宽带光源模块100产生色散测量所需的宽带光信号，通过2×2光纤耦合器进入第一Sagnac环/第二Sagnac环，被分解成正反两路光信号传输：一路先经过移频控制器进行频移后，再经待测光纤5传输回到2×2光纤耦合器；另外一路先经过待测光纤5，再经过移频控制器后回到2×2光纤耦合器。上述两路光的传输路径是完全相同的，但是由于两路光经过移频控制器的时间不相同，故在待测光纤色散的作用下，两路光在不同波长处的相对相位是不一样的，即两路光针对宽带光谱中的某一波长的光的相位不相同，所以从频谱监测模块300，例如光谱分析仪（OSA）中反应出的就是这两路光干涉后的光谱图。

进一步地，上述第一移频控制器6和第二移频控制器7为调制器或者移频器。调制器可以是声光调制器、电光调制器或其他任何类型的强度、相位调制器等。

如图5所示的将待测光纤5双端接入Sagnac干涉环进行色散测量的实现方式中。

带宽范围覆盖通信波段的宽带连续半导体激光器发出的光通过光隔离器500以及偏振控制器600后，其电场用E_in(t)表示，频域用F_in(ω)表示，则光经过第一光纤耦合器11的的端口1，进入第一Sagnac环后，经第一光纤耦合器11的的端口3和4变换成两路光，两路光的频域可以表示为：

F_out3(ω)＝IL_fF_in(ω)C₁₁       (1)

F_out4(ω)＝jIL_fF_in(ω)C₁₂       (2)

其中C₁₁,C₁₂为第一光纤耦合器11的耦合系数，IL_f为插入损耗，两路光的时域表示为E_out3,E_out4。

场强为E_out3的光载波，通过一段长度L₁和色散D'L₁已知的第一单模光纤12，然后经过长度L和色散DL未知的待测光纤5。从待测光纤5出来的光载波进入第一频移控制器6(例如调制器)被调制，假设调制器的时域表示为E_M(t)，从调制器出来的光信号经过一段长度L₂和色散D'L₂已知的第二单模光纤13，然后返回第一光纤耦合器11，返回到第一光纤耦合器11的端口4的光信号的频域表达式为：

F_in4(ω)＝F(F^-1(F_out3(ω)H'(ω,L₁)H(ω,L))E_M(t))H'(ω,L₂)       (3)

其中:

H(ω,L)＝e^-jβ(ω)L            (4)

$H^{\text{'}}\left(\mathrm{\&omega;}{,L}_{1\left(2\right)}\right)=e^{-j{\mathrm{\&beta;}}^{\text{'}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)L_{1\left(2\right)}}---\left(5\right)$

β(ω)为待测光纤5的传播常数，β'(ω)为环中长度为L₁的第一单模光纤12和长度为L₂的第二单模光纤13的传播常数。

同样的，场强为E_out4的光载波，通过一段长度L₂和色散D'L₂已知的第二单模光纤13，然后进入调制器，调制出来的光信号经过长度L和色散DL未知的待测光纤5以及一段长度L₁和色散D'L₁已知的第一单模光纤12后，返回第一光纤耦合器11，返回到第一光纤耦合器11的端口3的光信号的频率表达式为：

F_in3(ω)＝F(F^-1(F_out4(ω)H'(ω,L₂))E_M(t))H'(ω,L₁)H(ω,L)       (6)

从第一Sagnac环返回的两路光信号通过第一光纤耦合器11，耦合输出到端口1和端口2，其中端口1与宽带光源模块100的输出端为同一端，端口2与频谱监测模块300相连，端口2输出光信号的频域表达式为：

F_out2(ω)＝IL_f(jF_in3(ω)C₁₂+F_in4(ω)C₁₁)        (7)

综合公式得(1),(2),(3),(6),(7)得到：

$F_{\mathrm{out}2}\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\mathrm{IL}}_f^2{C}_{11}^2(F_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)*\left(F_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_1)H(\mathrm{\&omega;},L)\right))H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_2)-$

${\mathrm{IL}}_f^2{C}_{12}^2(F_M\left(\mathrm{\&omega;}\right)*\left(F_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_2)\right))H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_1)H(\mathrm{\&omega;},L)---\left(8\right)$

下面讨论频谱监测模块300获取的频谱与色散之间的关系，以强度调制器为例说明，假设射频信号的角频率为ω_RF，并且有：

$E_M\left(t\right)=\sqrt{1+m_a\cos {\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}}t}---\left(9\right)$

忽略高阶边带影响，则第一Sagnac环返回的光信号的频谱为：

$F_{\mathrm{out}2}\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\mathrm{IL}}_{\mathrm{fC}}^2{F}_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\&omega;}\right)H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_1+L_2)H(\mathrm{\&omega;},L)(C_{11}^2-C_{12}^2)$

$+\frac{m_a}{4}{\mathrm{IL}}_f^2{F}_{\mathrm{in}}(\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}})H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L_2)H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_2)$

$[C_{11}^2{H}^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L_1-L_2)H(\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L)-C_{12}^2{H}^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_1-L_2)H(\mathrm{\&omega;},L)]---\left(10\right)$

$+\frac{m_a}{4}{\mathrm{IL}}_f^2{F}_{\mathrm{in}}(\mathrm{\&omega;}+-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}})H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L_2)H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_2)$

$[C_{11}^2{H}^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L_1-L_2)H(\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L)-C_{12}^2{H}^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_1-L_2)H(\mathrm{\&omega;},L)]$

由于本色散测量装置中采用了2×2的3dB耦合器，因此

并且调整L₁,L₂为等长，即L₁-L₂＝0，则有：

H'(ω-ω_RF,L₁-L₂)＝H'(ω,L₁-L₂)＝H'(ω+ω_RF,L₁-L₂)＝1       (11)

则公式（10）可简化为：

$F_{\mathrm{out}2}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{m_a}{8}{\mathrm{IL}}_f^2{F}_{\mathrm{in}}(\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}})H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L_2)H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_2)[H(\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L)-H(\mathrm{\&omega;},L)]---\left(12\right)$

$+\frac{m_a}{4}{\mathrm{IL}}_f^2{F}_{\mathrm{in}}(\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}})H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L_2)H^{\text{'}}(\mathrm{\&omega;},L_2)[H(\mathrm{\&omega;}+{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{RF}},L)-H(\mathrm{\&omega;},L)]$

由于输入采用的是宽带白光源，输入频谱F_in(ω-ω_RF)与F_in(ω+ω_RF)在相位上是随机变化的，因此，在计算谱能量时，公式（12）中的F_in(ω-ω_RF)与F_in(ω+ω_RF)的频谱能量无关。从公式（12）看出，从第一光纤耦合器11的端口2输出的光场可以理解为两个光场的叠加，第一个光场由相位差为Δφ₁＝β(ω)L-β(ω-ω_RF)L的两束光干涉形成，第二个光场由相位差为Δφ₂＝β(ω+ω_RF)L-β(ω)L的两束光干涉形成。在宽带光谱范围内，对调制频率而言，ω_RF很小，通常因此，可以有以下近似：Δφ₁≈Δφ₂。则由频谱监测模块300观测到的干涉条纹是由相位差Δφ(f)＝β(f+Δf)L-β(f)L引起的，其中f＝ω/2π。在不考虑色散曲率的条件下，传播常数β(f)可以展开成一个3阶多项式，即：

β(f)＝Af³+Bf²+Cf+D                 （13）

则相位差Δφ(f)可以表示为：

Δφ(f)＝(3AΔf)f²+(3AΔf²+2BΔf)f+常数项          （14）

从公式（14）中看出，相位差Δφ(f)即为影响相干条纹的相位参数，而由频谱监测模块300观察到的光谱中，两个相邻谱峰对应的相位差是相差2π的。因此，从观察到的相干光谱中，可以假设每个峰对应的频率处的相位差Δφ(f)依次为0、2π、4π、6π……2nπ，其中n为正整数。将上述方法得到的Δφ(f)离散值用一个二次多项式进行拟合，即可得到A和B的值。

根据色散与传播常数β(f)的关系，待测色散量D(λ)L可表示为：

$D\left(\mathrm{\&lambda;}\right)L=\frac{c}{2\mathrm{\&pi;}}[\frac{6\mathrm{Ac}}{{\mathrm{\&lambda;}}^3}+\frac{2B}{{\mathrm{\&lambda;}}^2}]---\left(15\right)$

其中c代表光速。

如图8所示的将待测光纤5单端接入Sagnac干涉环进行色散测量的实现方式中。与光纤双端接入Sagnac干涉环的装置类似，宽带光信号首先通过光隔离模块500以及偏振控制器600进入第二光纤耦合器14的端口1，通过第二光纤耦合器14后分成两路：

一路由第二光纤耦合器14的端口3输出，通过长度为L₁的已知第三单模光纤16后进入第三光纤耦合器15的端口1，然后由第三光纤耦合器15的端口4输出，输出后的光信号通过待测光纤5由反射单元8反射后再次通过待测光纤5返回到第三光纤耦合器15的端口4，返回的光信号再次通过第三光纤耦合器15后被分为两路，分别由第三光纤耦合器15的端口1和端口2输出进入到第二Sagnac环；

另外一路则由第二光纤耦合器14的端口4输出，光信号通过长度为L2的已知第四单模光纤17以及调制器后同样经过第三光纤耦合器15，然后再经由待测光纤5并由反射单元8反射回到待测光纤5，并再次经第三光纤耦合器15后分为两路信号，分别由第三光纤耦合器15的端口1和端口2输出进入第二Sagnac环。

定义由第二光纤耦合器14的端口3输出并由第三光纤耦合器15的端口1返回进入第二Sagnac环的光为E31，由第二光纤耦合器14的端口3输出并由第三光纤耦合器15的端口2返回进入第二Sagnac环的光为E₃₂；同样，由第二光纤耦合器14的端口4输出并由第三光纤耦合器15的端口1返回进入第二Sagnac环的光为E₄₁，由第二光纤耦合器14的端口4输出并由第三光纤耦合器15的端口2返回进入第二Sagnac环的光为E₄₂。通过对四路光信号的分析发现：E₃₁对应的光信号两次经过长度为L₁的已知第三单模光纤16，E₄₂对应的光信号两次经过调制器以及长度为L₂的已知第四单模光纤17，E₃₂对应的光信号顺时针绕第二Sagnac环一周，E₄₁对应的光信号逆时针绕第二Sagnac环一周。因此，E₃₁对应的光信号与E₄₂对应的光信号由于经过不同的路径，因此在第二光纤耦合器14的端口2处无法形成稳定的相干条纹。而E₃₂对应的光信号与E₄₁对应的光信号则经过相同的路径，此时的情形可以等效于待测光纤5双端接入Sagnac环的情况，实现过程及理论分析同上所述。只是由于通过反射单元8反射的信号光两次通过待测光纤5，因此测得的光纤色散值为待测光纤5色散值的两倍。装置中的反射单元8采用法拉第旋转镜实现时，还可以实现对待测光纤PMD（Polarization Mode Dispersion，单模光纤中偏振模色散）的补偿，因此采用法拉第旋转镜构成的测量装置可以实现与待测光纤PMD无关的色散测量。

图6显示的为采用图5所示的待测光纤双端接入Sagnac环的色散测量装置，对长度L=20.62km的G652光纤进行色散测量时，在第一光纤耦合器11的端口2利用频谱监测模块300（例如安立(Anritsu)有限公司的MS9710B光谱仪）所观察到的干涉条纹。图中显示了波长在1500nm～1600nm范围内的光谱图。图7为L=20.62km的G652光纤在1500nm～1600nm波长范围内的色散系数。根据图6所测得的干涉条纹，通过数据处理，即可得到待测光纤5的色散曲线。实验测得，L=20.62km的G652待测光纤5在波长为1550nm处的色散系数为16.86ps/(nm.km)。

图9显示的为采用图8所示的待测光纤单端接入Sagnac环的色散测量装置，对同一段长度L=20.62km的G652光纤进行色散测量时，在第二光纤耦合器14的端口2利用频谱监测模块300所观察到的干涉条纹。图中显示了波长在1525nm～1600nm范围内的光谱图。图10为L=20.62km的G652光纤在1500nm到1600nm波长范围内的色散系数。根据图9所测得的干涉条纹，通过数据处理，即可得到待测光纤5的色散曲线。实验测得，L=20.62km的G652待测光纤5在波长为1550nm处的色散系数为16.9ps/(nm.km)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种色散测量装置，其特征在于，包括宽带光源模块、色散检测模块、频谱监测模块、处理模块，

所述色散检测模块分别与所述宽带光源模块、所述频谱监测模块相连，所述频谱监测模块还与所述处理模块相连，所述色散检测模块为第一sagnac环或包括第二sagnac环和反射单元；

所述宽带光源模块，用于产生色散测量所需的宽带光信号；

所述色散检测模块，用于将所述宽带光源模块产生的宽带光信号分解为两路光信号，并使所述两路光信号发生干涉；

所述频谱监测模块，用于获取所述两路光信号生成的干涉频谱；

所述处理模块，用于处理所述频谱监测模块发送来的干涉频谱，提取待测光纤的色散信息，从而利用所述色散信息调整所述色散检测模块生成的干涉频谱；

通过调整色散检测模块的移频参数，从而调整干涉频谱；或者处理模块直接向色散检测模块输出控制信号调整色散检测模块的移频参数，从而调整干涉频谱。

2.按照权利要求1所述的色散测量装置，其特征在于，还包括光隔离模块，所述宽带光源模块经所述光隔离模块与所述色散检测模块相连，所述光隔离模块，用于隔离从所述色散检测模块返回的光，保护所述宽带光源模块。

3.按照权利要求1或2所述的色散测量装置，其特征在于，还包括偏振控制器，所述宽带光信号经所述偏振控制器传输至所述色散检测模块；所述偏振控制器，用于调整所述宽带光信号进入所述色散检测模块时的偏振态。

4.按照权利要求1或2所述的色散测量装置，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述处理模块相连，所述显示模块，用于显示所述处理模块处理获得的色散信息。

5.按照权利要求3所述的色散测量装置，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述处理模块相连，所述显示模块，用于显示所述处理模块处理获得的色散信息。

6.按照权利要求1所述的色散测量装置，其特征在于，所述色散检测模块为第一sagnac环，

所述第一sagnac环包括第一单模光纤、第二单模光纤、第一移频控制器和第一光纤耦合器，

所述第一光纤耦合器的端口一接收所述宽带光信号，所述第一光纤耦合器的端口二与所述频谱监测模块相连，所述第一光纤耦合器的端口三与所述第一单模光纤相连，所述第一光纤耦合器的端口四与所述第二单模光纤相连；

待测光纤与所述第一移频控制器串接在所述第一单模光纤和所述第二单模光纤之间。

7.按照权利要求1所述的色散测量装置，其特征在于，所述色散检测模块包括第二sagnac环、反射单元，

所述第二sagnac环包括第三单模光纤、第四单模光纤、第二移频控制器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器，

所述第二光纤耦合器的端口一接收所述宽带光信号，所述第二光纤耦合器的端口二与所述频谱监测模块相连，所述第二光纤耦合器的端口三与所述第三单模光纤相连，所述第二光纤耦合器的端口四与所述第四单模光纤相连，

所述第二移频控制器串接在所述第三单模光纤与所述第三光纤耦合器的端口一之间；或者，所述第二移频控制器串接在所述第四单模光纤与所述第三光纤耦合器的端口二之间；

所述第三光纤耦合器的端口三或者端口四之任一端经待测光纤与所述反射单元相连；

所述反射单元，用于反射经所述待测光纤传输来的光信号，使所述光信号经由所述待测光纤再次返回到所述第二sagnac环。

8.按照权利要求7所述的色散测量装置，其特征在于，所述反射单元为端面反射镜、法拉第旋转镜、光纤自由端面反射中的一种。

9.按照权利要求6、7或8所述的色散测量装置，其特征在于，所述第一移频控制器和所述第二移频控制器为调制器或频移器。

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