CN102879093A - 测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置 - Google Patents

Abstract

一种测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置，其构成包括连续光纤激光器、光纤隔离器、1×2光纤分束器、双包层光纤放大器、光纤环行器、温度控制系统、单模光纤、2×2端口3dB分束器、带通滤波器、光电探测器、电谱分析仪。本发明利用液氮对光纤进行温度可控的制冷，并采取光外差探测技术测量光纤中受激布里渊散射增益谱，可提高测量精度。本发明具有可实现全光纤化，温度可控，结构紧凑，测量精度高的特点。

Description

测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置

技术领域

本发明涉及光纤测量，特别是一种用于测量低温条件下光纤受激布里渊散射增益谱的装置，该装置的优点是温度可控，调节简单，结构紧凑，测量精度高。

背景技术

近些年来，随着光纤传输容量及输出功率日益增大，光纤激光器、光纤放大器、光纤滤波器、光纤传感器等器件设计中，更多地考虑到非线性效应的作用。受激布里渊散射是一种光纤内发生的非常重要的非线性效应，由于其阈值较低，在光纤中极易产生，造成光纤系统中作为信号载体的入射光的能量损耗，并且其后向散射光有可能对光源造成损害，从而限制进入光纤功率及系统的传输距离。目前虽然常温情况下光纤的受激布里渊散射已经得到了广泛的关注, 并且其理论得到了很快的发展，但是光纤随温度场变化的受激布里渊散射的研究比较少；另外由于受激布里渊散射的增益谱很窄，用普通的光谱仪难以精确测量。

光外差探测技术最初用于外差探测,外差体现在:两束波长相近的光波入射到光电探测器中,拍频产生射频信号,产生的射频信号幅度由两束光波的场矢量内积决定,频率由两束光之间的频率差决定。光外差探测技术可用于测量高速光探测器频率响应，激光器光谱线宽的精确测试，可调谐激光器调谐特性测量等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置，该装置最大的优点是光纤的温度可精确控制，同时利用外差探测技术，提高增益谱测量精度，可以实现全光纤化，结构紧凑，调节简单。 

本发明的技术解决方案如下：

一种测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置，特点在于：该装置包括连续光纤激光器、光纤隔离器、1×2光纤分束器、双包层光纤放大器、光纤环行器、温度控制系统、单模光纤、2×2端口3dB分束器、带通滤波器、光电探测器、电谱分析仪，上述元部件的连接关系如下：

所述的连续光纤激光器的输出端经光纤隔离器与所述1×2光纤分束器的输入端相连，该1×2光纤分束器将注入的连续光分为两个光束分别经第一输出端和第二输出端输出：第一输出端依次经所述的双包层光纤放大器、光纤环行器与所述的单模光纤的一端相连，该单模光纤置于所述的温度控制系统的真空盒体内，单模光纤的另一端经所述的光纤输出端口再与所述的光纤环行器的另一端口相连；

所述的1×2光纤分束器第二输出端接所述的2×2端口3dB分束器的第二输入端，所述的2×2端口3dB分束器的第一输入端与所述的光纤环行器的反向输出端相连，所述的2×2端口3dB分束器的第二输出端接所述的带通滤波器的输入端，所述的带通滤波器的输出端经所述的光电探测器接所述的电谱分析仪；

所述的温度控制系统包括真空盒体、热沉铜块、温度控制器、光纤输入端口、光纤输出端口、液氮杜瓦瓶以及液氮传输管道，所述的热沉铜块通过多个螺旋支杆悬挂在所述的真空盒体内，所述的单模光纤通过所述的光纤输入端口进入真空盒体内并盘绕在所述的热沉铜块上，经所述的光纤输出端口再与所述的光纤环行器的另一端口相连，所述的液氮杜瓦瓶通过液氮传输管道与所述的真空盒体相通。

所述的螺旋支杆的材质是聚四氟乙烯，用于支撑所述热沉铜块，隔绝所述热沉铜块与所述的真空盒体(61)的热接触。

所述的1×2光纤分束器的分束比是95:5。

所述的光纤隔离器是为了隔离反射光进入光纤激光器从而避免打坏光纤激光器。

所述的光纤环形器对反向传输光进行引导，将其与正向传输光从空间上分离开来，并从与另一端口输出。

所述的带通滤波器是消除所述的双包层光纤放大器的自发辐射噪声。

所述的电谱分析仪用于测量受激布里渊散射增益谱。

本发明的优点在于：

1、本发明可实现全光纤化，结构紧凑，易于调整；

2、本发明利用光外差探测技术，提高了光谱测量的分辨率，可使得分辨率<5MHz,只需使用普通的电谱分析仪就能满足测量受激布里渊散射增益谱的需求；

3、本发明可以精确控制光纤的温度，控制精度达到±1℃。

附图说明

图1是本发明测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置的结构示意图。

图中：

1－连续光纤激光器；2－光纤隔离器；3－1×2光纤分束器；4－双包层光纤放大器；5－光纤环形器；6－温度控制系统；7－单模光纤；8－2×2端口3db分束器；9－带通滤波器；10－光电探测器；11－电谱分析仪。

图2是低温真空盒结构的正视剖面图。

图中：

61-真空盒体；62-热沉铜块；63-螺旋支杆；64；液氮输入管道；65-液氮输出管道；66-散热管道。

图3是低温真空盒结构的左视剖面图。

图中：

67-光纤输入端口；68-光纤输出端口。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置的整体结构示意图。由图可见本发明测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置，包括连续光纤激光器1、光纤隔离器2、1×2光纤分束器3、双包层光纤放大器4、光纤环行器5、温度控制系统6、单模光纤7、2×2端口3dB分束器8、带通滤波器9、光电探测器10、电谱分析仪11，上述元部件的连接关系如下：

所述的连续光纤激光器1的输出端经光纤隔离器2与所述1×2光纤分束器3输入端相连，该1×2光纤分束器3将注入的连续光分为两个光束分别经第一输出端和第二输出端输出：第一输出端依次经所述的双包层光纤放大器4、光纤环行器5与所述的单模光纤7的一端相连，该单模光纤7置于所述的温度控制系统6的真空盒体61内，单模光纤7的另一端经所述的光纤输出端口68再与所述的光纤环行器5的另一端口相连；

所述的1×2光纤分束器3第二输出端接所述的2×2端口3dB分束器8的第二输入端，所述的2×2端口3dB分束器8的第一输入端与所述的光纤环行器5的反向输出端相连，所述的2×2端口3dB分束器8的第二输出端接所述的带通滤波器9的输入端，所述的带通滤波器9的输出端经所述的光电探测器10接所述的电谱分析仪11；

所述的螺旋支杆63的材质是聚四氟乙烯，用于支撑所述热沉铜块62，隔绝所述热沉铜块62与所述的真空盒体61的热接触。

所述的1×2光纤分束器3的分束比是95:5。

参见图2，图2是本发明中的放置光纤的低温真空盒结构示意图。所述的低温真空盒的构成包括真空盒体61，热沉铜块62，螺旋支杆63，光纤输入端口67，光纤输出端口68，散热管道66以及液氮输入管道64和输出管道65。液氮通过输入管道进入热沉铜块内部的散热管道，在铜块内吸收热量，再由输出管道排出盒体外部。通过外部的温度控制器控制流入真空盒内液氮的流量，从而使热沉铜块的温度恒定在设定值。单模光纤盘绕在热沉铜块上。热沉铜块被上下各4根螺旋支杆，以及两侧各4根螺旋支杆固定悬于真空盒内部，减少在测量中由于盒体振动带来的不良影响，另外螺旋支杆的材质是聚四氟乙烯，可以隔绝其与盒壁的热接触。

本发明的工作过程如下：

连续光纤激光器1输出的连续光经过光纤隔离器2和1×2光纤分束器3后分为两束，一束经过双包层光纤放大器4，光纤环行器5正向输入端和低温真空盒61内的输入单模光纤7。所述的双包层光纤放大器4提供约20倍的能量放大增益。由于受激布里渊散射产生的斯托克斯波仅存在后向传输，因此单模光纤7中产生的受激布里渊散射则经过光纤环行器5的反向输出端输出，并与所述的1×2光纤分束器3的另一束光同时输入2×2端口3dB分束器8，然后经过带通滤波器9和光电探测器10，由光外差探测法的原理可知,光电探测器10能探测到的光频率是泵浦光波和斯托克斯光波的频率差,所以显示在电谱分析仪11上谱的频率即是受激布里渊散射频移的大小，所以此实验装置同时测量了受激布里渊散射频移和增益谱。

Claims (3)

1.一种测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置，特征在于：该装置包括连续光纤激光器（1）、光纤隔离器（2）、1×2光纤分束器（3）、双包层光纤放大器（4）、光纤环行器（5）、温度控制系统（6）、单模光纤（7）、2×2端口3dB分束器（8）、带通滤波器（9）、光电探测器（10）、电谱分析仪（11），上述元部件的连接关系如下：

所述的连续光纤激光器（1）的输出端经光纤隔离器（2）与所述1×2光纤分束（3）输入端相连，该1×2光纤分束器（3）将注入的连续光分为两个光束分别经第一输出端和第二输出端输出：第一输出端依次经所述的双包层光纤放大器（4）、光纤环行器（5）与所述的单模光纤（7）的一端相连，该单模光纤（7）置于所述的温度控制系统（6）的真空盒体(61)内，单模光纤（7）的另一端经所述的光纤输出端口(68)再与所述的光纤环行器（5）的另一端口相连；

所述的1×2光纤分束器（3）第二输出端接所述的2×2端口3dB分束器（8）的第二输入端，所述的2×2端口3dB分束器（8）的第一输入端与所述的光纤环行器（5）的反向输出端相连，所述的2×2端口3dB分束器（8）的第二输出端接所述的带通滤波器（9）的输入端，所述的带通滤波器（9）的输出端经所述的光电探测器（10）接所述的电谱分析仪（11）；

所述的温度控制系统（6）包括真空盒体(61)、热沉铜块(62)、温度控制器、光纤输入端口(67)、光纤输出端口(68)、液氮杜瓦瓶以及液氮传输管道，所述的热沉铜块(62)通过多个螺旋支杆(63)悬挂在所述的真空盒体(61)内，所述的单模光纤(7)通过所述的光纤输入端口(67)进入真空盒体(61)内并盘绕在所述的热沉铜块(62)上，经所述的光纤输出端口(68)再与所述的光纤环行器（5）的一端相连，所述的液氮杜瓦瓶通过液氮传输管道与所述的真空盒体(61)相通。

2.根据权利要求1所述的测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置，其特征在于所述的螺旋支杆（63）的材质是聚四氟乙烯，用于支撑所述热沉铜块（62），隔绝所述热沉铜块（62）与所述的真空盒体(61)的热接触。

3.根据权利要求1所述的测量低温光纤受激布里渊散射增益谱的装置，其特征在于所述的1×2光纤分束器（3）的分束比是95:5。

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