CN104716559B - 一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法 - Google Patents

一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104716559B
CN104716559B CN201310675652.0A CN201310675652A CN104716559B CN 104716559 B CN104716559 B CN 104716559B CN 201310675652 A CN201310675652 A CN 201310675652A CN 104716559 B CN104716559 B CN 104716559B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wavelength
temperature
source
doped
superfluorescent fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310675652.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104716559A (zh
Inventor
张斌
谢良平
魏飞
李彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
No 618 Research Institute of China Aviation Industry
Original Assignee
No 618 Research Institute of China Aviation Industry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by No 618 Research Institute of China Aviation Industry filed Critical No 618 Research Institute of China Aviation Industry
Priority to CN201310675652.0A priority Critical patent/CN104716559B/zh
Publication of CN104716559A publication Critical patent/CN104716559A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104716559B publication Critical patent/CN104716559B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种温度范围在‑45℃～+70℃内平均波长温度稳定性更高的掺铒光纤光源。本发明掺铒光纤光源平均波长补偿方法通过测量掺铒光纤光源平均波长在‑45℃～+70℃内随各个组件透射波长温度漂移的情况，建立各个组件引起的光源平均波长随温度变化进行拟合，得到组件透射波长随温度的变化模型，对得到的变化模型进行数值补偿计算，选择补偿值最低的组件进行匹配，从而得到较高平均波长稳定性的掺铒光纤光源。本发明相比于采用光纤光栅等进行温度补偿的方法更简单、成本更低且更易于实现。

Description

一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法
技术领域
本发明属于光纤陀螺及光纤传感领域，特别涉及一种在较宽温度范围内对掺铒光纤光源平均波长稳定的方法。
背景技术
宽谱光源在干涉型光纤陀螺中具有抑制背向反射、背向散射、偏振耦合、法拉第效应、克尔效应等作用。常用的宽谱光源有LED光源、SLD光源以及掺杂稀土元素的光纤光源。LED光源有较宽的光谱，但其与输出光纤的耦合效率较低，难以满足实际光纤陀螺的功率需求；SLD光源虽具有输出功率大、耦合效率高等优点，但其平均波长稳定性通常为400ppm/℃，远远不能达到全温范围内标度稳定性小于30ppm的惯导级光纤陀螺的要求。因此，从上世纪九十年代起，人们开始转向另一种宽谱光源——超荧光掺铒光纤光源的研究。
宽带掺铒光纤光源是一种在SiO2基质中掺杂稀土元素饵，通过抽运掺杂光纤获得放大自发辐射的一种宽带光源。基于稀土元素原子能级结构特点，使得利用掺杂稀土元素获得的超荧光的宽带光纤光源相对于传统的SLD光源拥有宽带宽，输出功率高以及平均波长稳定性好等优越的性能。目前掺铒光纤光源在-45℃～+70℃温度范围内平均波长稳定性已达到3～4ppm/℃，因此其在平均波长稳定性要求较高的领域中（如高精度光纤陀螺）得到广泛应用。
惯导级光纤陀螺对于光源的平均波长稳定性要求小于1ppm/℃，这对掺铒光纤光源提出更为严苛的要求。要达到此目标，必须对光源进行优化设计，使平均波长稳定性进一步得到提高。
掺铒光纤光源平均波长稳定性受掺铒光纤所处环境温度TS、泵浦功率P、泵浦波长λP、泵浦光偏振态SOPP以及光源后端光路反馈IFE等因素影响。平均波长的影响因素可表示为：
针对如何提高掺铒光纤光源平均波长稳定性，很多方案见诸于文献报道中。提高掺铒光纤平均波长稳定性的方法通常是通过采用优化光源结构或者使用光纤滤波器（一般为光纤光栅）补偿方法来提高平均波长稳定性。例如Patrick等利用长周期光纤光栅的透射谱具有负温度系数的特点来抑制平均波长随温度增大的情况；Zatta等采用双极结构，通过选择合适的两级掺铒光纤长度和抽运光比例，以消除中心波长随温度变化的本征热系数项；Falquier等在双程结构光源上采用法拉第旋转镜，及输在泵源出端和光源输出端分别添加Lyot消偏器来抑制抽运光偏振态变化对平均波长稳定性的影响；王秀琳等提出一种双向双程结构，通过调节前、向抽运光功率比来抑制抽运光功率波动对平均波长稳定性影响。
以上设计方案均基于窄工作温度范围，且国内对于掺铒光纤光源平均波长稳定性的研究均处于实验室环境，并未真正开展工作温度范围在-45℃～+70℃内光源平均波长变化的广泛研究，因而很难满足实际工程化应用。
发明内容
本发明的目的：为了解决掺铒光纤光源平均波长随温度漂移稳定性变差的问题，本发明提供一种实施简单、成本低、补偿效果好的掺铒光纤光源平均波长补偿方法。
本发明的技术方案：一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法，其通过测量掺铒光纤光源平均波长在-45℃～+70℃内随各个组件透射波长温度漂移的情况，建立各个组件引起的光源平均波长随温度变化进行拟合，得到组件透射波长随温度的变化模型，对得到的变化模型进行数值补偿计算，选择补偿值最低的组件进行匹配，从而得到较高平均波长稳定性的掺铒光纤光源。
所述的掺铒光纤光源平均波长补偿方法，其包括如下步骤：
步骤1：搭建掺铒光纤光源的光路
该掺铒光纤光源光路包括抽运源、波分复用器、掺铒光纤、反射镜、滤波器、隔离器，其中，抽运源、波分复用器、掺铒光纤、反射镜顺次连接，且滤波器和隔离器则顺次连接在波分复用器上，且抽运源放入温箱里，其余部分放在温箱外；
步骤2：在全温范围内改变抽运源驱动电流值，记录光源平均波长随驱动电流的变化情况，确定最佳驱动电流；
步骤3：利用步骤2确定的驱动电流，在相同的条件下测试各组件在全温度范围内平均波长随温度的变化，对全温范围内光源平均波长随温度的变化情况进行数值计算，建立组件透射波长随温度的变化模型；
步骤4：对各组件透射波长随温度变化模型的拟合数据进行补偿计算；
步骤5：利用步骤4得到的光源波长补偿结果，选取最小的变化结果对各组件进行组合匹配，作为掺铒光纤光源最终选定的组件，从而实现光源平均波长全温范围内的补偿，提高平均波长温度稳定性。
本发明的优点和有益效果是：经过计算，在-45℃～+70℃工作温度范围内，得到的光源平均波长温度稳定性内从4ppm/℃减至0.5ppm/℃，从而满足高精度光纤陀螺对平均波长温度稳定性小于1ppm/℃要求，有效提高光纤陀螺全温标度因数稳定性。
附图说明
图1是本发明的实验装置示意图；
图2是掺铒光纤透射波长随温度的变化模型图；
图3是本发明数值补偿计算后的全温波长变化图；
图4是根据数值补偿计算进行组件匹配后的掺铒光纤光源全温波长变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
本发明提出了一种采用掺铒光纤光源组件透射波长随温度漂移进行相互补偿方式来提高光纤光源平均波长温度稳定性的方法。本发明的技术方案具体如下：
请参阅图1，其为本发明的光源系统原理图。该光源系统包括抽运源1、波分复用器2、掺铒光纤3、反射镜4、滤波器5、隔离器6，箭头表示光信息流。其中，抽运源、波分复用器、掺铒光纤、反射镜顺次连接，且滤波器和隔离器则顺次连接在波分复用器上。
本发明掺铒光纤光源平均波长补偿方法实际工作时，其具体过程如下：
1、将抽运源1放入温箱里，将光源其余部分放在温箱外，从而确保其它部分不会随温度发生变化，同时光源波长变化仅与抽运源随温度的变化相关，在全温范围内测量光源平均波长随温度的变化情况。
2、按第1步中的放置关系，改变抽运源驱动电流值，得到在全温范围内光源平均波长变化随驱动电流的变化关系，选取光源波长变化最小时的驱动电流作为最佳驱动电流，从而将光源波长变化受驱动电流自身漂移的影响降至最低。
3、按第2步的测试方法，利用第3步确定的驱动电流，在相同的条件下分别测试波分复用器2、掺铒光纤3、反射镜4、滤波器5、隔离器6，从而得到由光源组件引起平均波长随温度变化的关系，建立光源组件透射波长随温度的变化模型，以掺铒光纤3为例，如图2所示，掺铒光纤透射波长随温度呈单调递增变化，类似的，可以得到其他光源组件透射波长随温度的变化模型。
4、基于（1）式，对第3步得到各光源组件透射波长随温度变化模型进行累加，对累加结果拟合计算，从而得到光源波长补偿计算结果
Δλ＝Δλ1+Δλ2+Δλ3+Δλ4+Δλ5+Δλ6 （1）
其中Δλ为光源平均波长随温度变化量，Δλ1～Δλ6为光源各组件透射波长变化量，各光源组件透射波长随温度变化的累加拟合结果如图3所示，
光源在-45度至-30度范围内，波长随温度基本呈单调上升，在-30度到70度，波长随温度近似单调下降，且在工作温度范围内，光源的波长随温度的变化小于1ppm/℃。
5、利用第4步得到的结果，选取波长随温度最小变化量的器件作为光源的最终组件，通过组件匹配后可以实现光源平均波长全温范围内的补偿，如图4所示，所得到的结果与图3的计算结果较为接近，同时波长随温度的变化满足小于1ppm/℃的要求，有效提高了平均波长温度稳定性。
本发明采用的掺铒光纤光源平均波长补偿方法通过对掺铒光纤光源的组件进行温度建模和匹配的方式来提高掺铒光纤光源的平均波长温度稳定性。具体地讲，通过研究掺铒光纤光源的平均波长与各个组件随温度的漂移并建模，将组件按模型匹配组合，最终实现对光源输出平均波长的温度补偿，使光源平均波长稳定性降低至0.5ppm/℃，优于1ppm/℃的要求。本发明相比于采用光纤光栅等进行温度补偿的方法更简单、成本更低且更易于实现。

Claims (2)

1.一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法，其特征在于：通过测量掺铒光纤光源平均波长在-45℃～+70℃内随掺铒光纤光源光路各个组件透射波长温度漂移的情况，建立各个组件引起的光源平均波长随温度变化并拟合，得到各组件透射波长随温度的变化模型，对得到的变化模型进行数值补偿计算，选择补偿值最低的各组件进行组合匹配，从而得到较高平均波长稳定性的掺铒光纤光源，其中，该掺铒光纤光源光路包括抽运源、波分复用器、掺铒光纤、反射镜、滤波器、隔离器，其中，抽运源、波分复用器、掺铒光纤、反射镜顺次连接，且滤波器和隔离器则顺次连接在波分复用器上，且抽运源放入温箱里，其余部分放在温箱外。
2.根据权利要求1所述的掺铒光纤光源平均波长补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：搭建掺铒光纤光源的光路；
步骤2：在全温范围内改变抽运源驱动电流值，记录光源平均波长随驱动电流的变化情况，确定最佳驱动电流；
步骤3：利用步骤2确定的驱动电流，在相同的条件下测试各组件在-45℃～+70℃范围内平均波长随温度的变化，对-45℃～+70℃范围内光源平均波长随温度的变化情况进行数值计算，建立组件透射波长随温度的变化模型；
步骤4：对各组件透射波长随温度变化模型的拟合数据进行补偿计算；
步骤5：利用步骤4得到的光源波长补偿结果，选取最小的变化结果对各组件进行组合匹配，作为掺铒光纤光源最终选定的组件，从而实现光源平均波长-45℃～+70℃范围内的补偿，提高平均波长温度稳定性。
CN201310675652.0A 2013-12-11 2013-12-11 一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法 Active CN104716559B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310675652.0A CN104716559B (zh) 2013-12-11 2013-12-11 一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310675652.0A CN104716559B (zh) 2013-12-11 2013-12-11 一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104716559A CN104716559A (zh) 2015-06-17
CN104716559B true CN104716559B (zh) 2019-03-19

Family

ID=53415638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310675652.0A Active CN104716559B (zh) 2013-12-11 2013-12-11 一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104716559B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109510058A (zh) * 2018-12-21 2019-03-22 哈尔滨工程大学 平均波长随温度呈正相关的掺铒超荧光光纤光源及电路
CN113015298A (zh) * 2021-02-26 2021-06-22 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种适用于宽温度范围的分布式光纤光源控制系统
CN116026301B (zh) * 2023-03-24 2023-06-16 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 光纤陀螺的波长自补偿方法、装置、电子设备和存储介质

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4036489B2 (ja) * 1995-08-23 2008-01-23 富士通株式会社 波長多重信号を光増幅する光増幅器を制御するための方法と装置
US5875203A (en) * 1996-12-13 1999-02-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Stable fiber ASE sources incorporating spectral filtering
US7269190B2 (en) * 2002-10-02 2007-09-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Er-doped superfluorescent fiber source with enhanced mean wavelength stability
CN102299470B (zh) * 2011-07-15 2013-06-05 武汉光迅科技股份有限公司 一种掺铒光纤超荧光光源泵浦激光器的温度补偿方法及其装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104716559A (zh) 2015-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6146590B2 (ja) Ｅｒドープト増幅器のためのフューモード光ファイバ、およびそれを使用した増幅器
CN104716559B (zh) 一种掺铒光纤光源平均波长补偿方法
US8107783B2 (en) Stretcher fiber and module
CN102299470B (zh) 一种掺铒光纤超荧光光源泵浦激光器的温度补偿方法及其装置
CN109560447B (zh) 可调谐布里渊频移间隔的多波长光纤激光系统
CN103872569B (zh) 稳定掺铒光纤光源波长和功率的方法、装置及相应的光源
CN105241482B (zh) 一种有源光纤光栅传感器波长解调系统及方法
CN103515835A (zh) 一种光纤陀螺用宽谱光源及其制作方法
CN107887786A (zh) 一种基于宽谱信号光注入的超荧光光纤光源
CN104659646B (zh) 一种实现掺铒光纤光源平均波长全温稳定的方法
TWI493157B (zh) 無溫控光纖光源設備應用於光通訊及光纖感測器
CN116026301B (zh) 光纤陀螺的波长自补偿方法、装置、电子设备和存储介质
CN109510058A (zh) 平均波长随温度呈正相关的掺铒超荧光光纤光源及电路
US20100315700A1 (en) Broadband neodymium-ytterbium-silica doped amplified spontaneous emission optical fiber source by spectral filtered reinjected signals
CN102185246B (zh) 一种单频光纤激光谐振腔
Thyagarajan et al. Fiber design for broad-band gain-flattened Raman fiber amplifier
CN103235463A (zh) 高稳定、大频率间隔、频率间隔可调光学频率梳
Wan et al. Stabilization of a superfluorescent fiber source with high performance erbium doped fibers
Huang et al. A pump power insensitive high stability L-band erbium-doped superfluorescent fibre source
CN101374025A (zh) 光放大器增益平坦滤波器的谱形确定方法
Melkumov et al. Bismuth-doped optical fiber amplifier for 1430 nm band pumped by 1310 nm laser diode
Yang et al. Active radiation hardening technology for fiber-optic source
CN106654827B (zh) 一种基于双泵浦的可实现c+l波段ase光源的实现方法
CN203787759U (zh) 一种掺铒光纤光源波长和功率稳定装置
CN100368925C (zh) 专用于光学相干层析术的受激辐射光放大宽带光纤光源

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant