CN106596055A - 基于f‑p可调滤波器测量光纤色散的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于F‑P可调滤波器测量光纤色散的方法，通过改变压电陶瓷的电压实现可调谐激光器的波长扫描，选择中心波长不同的光纤光栅，实现光纤谐振腔中拍频频率的变化，在频谱分析仪上得到多组不同的数据，经过波长定标后首先测量各波长处无待测光纤时的时延，然后测得包括待测光纤的时延，得出在一系列不同波长情况下待测光纤色散量和波长之间的对应关系，进而实现对待测光纤色散的准确测量。本发明采用可调谐光纤激光器结构，将待测光纤置于光纤谐振腔中，利用多纵模拍频信号来测量光纤色散，将光信号测量转化为电信号测量，方便进行数据处理，故不受系统损耗和光源波动的影响，成功实现了对光纤色散的测量。

Description

基于F-P可调滤波器测量光纤色散的方法

技术领域

本发明属于光纤色散的测量技术领域，具体涉及一种基于F-P可调滤波器测量光纤色散的方法。

背景技术

光纤通信是一种以光波为信息载体，光纤作为传输介质的现代通信手段，它具有速度快、容量大、稳定性好和抗干扰等优点。光纤通信系统的色散问题一直是人们关注的热点，随着系统传输速率的不断提高，各种不同类型的色散所引起的码间串扰成为光纤通信系统容量的主要限制因素之一，为此人们采取了许多技术手段来补偿色散。而对于DWDM系统却需要一定量的色散，以降低色散效应所导致的四波混频。因此系统在投入使用前应当对各种色散进行测量，以确定所需采用的色散管理方案。光纤色散测量的实质就是测量不同频率的光脉冲在光纤中传输相同距离所用的时延或者测量不同频率的光脉冲对应频域上的相位。测量光纤色散的方法有很多，主要有时延法、相移法和干涉法，相移法由于光源的限制，无法准确测量整个电信波段(1310-1650nm)光纤的色散；干涉法一般是商用仪器采用的测量手段。光纤中的色散受光波信号传输速度的影响，不同的传输速度会产生不同的色散，它会导致光脉冲的波形展宽，并最终导致符号间干扰和比特误码率的增加。目前的安捷伦色散测量仪测量精度有所提高，但是价格较昂贵，体积较大。因此，从实用性角度来说，进一步提高测量精度，缩短测量时间，降低成本和减轻体积是目前研究的关键。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种测量结构简单、成本低廉且稳定性较高的基于F-P可调滤波器测量光纤色散的方法，该方法采用可调谐光纤激光器结构，将待测光纤置于光纤谐振腔中，利用多纵模拍频信号来测量光纤色散，将光信号测量转化为电信号测量，方便进行数据处理，故不受系统损耗和光源波动的影响，成功实现了对光纤色散的测量。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于F-P可调滤波器测量光纤色散的方法，其特征在于测量系统主要由环形器、F-P可调滤波器、掺铒光纤、980泵浦光源、波分复用器、饱和吸收体、待测光纤、耦合器、光电探测器、频谱分析仪和多组光纤光栅构成，其中采用环形器和F-P可调滤波器配合作为激光器窄带高反后腔镜与多组光纤光栅构成光纤谐振腔，980泵浦光源发出波长为980nm泵浦光，该980nm泵浦光经过波分复用器进入光纤谐振腔中，由于掺铒光纤非线性增益作用，光波在光纤谐振腔里振荡放大，最终形成激光输出，波分复用器的一端通过光纤依次与掺铒光纤和环形器相连，波分复用器的另一端通过光纤依次与饱和吸收体、待测光纤、耦合器和多组光纤光栅相连，耦合器的另一支路依次与光电探测器和频谱分析仪相连，该测量系统的具体测量过程为：980nm泵浦光经过波分复用器后，经掺铒光纤放大，进入环形器，经过F-P可调滤波器后从环形器输出的光继续在光路中依次通过饱和吸收体和待测光纤，经由光纤光栅反射后返回，通过改变压电陶瓷的电压实现可调谐激光器的波长扫描，选择中心波长不同的光纤光栅，实现光纤谐振腔中拍频频率的变化，在频谱分析仪上得到多组不同的数据，经过波长定标后首先测量各波长处无待测光纤时的时延，然后测得包括待测光纤的时延，得出在一系列不同波长情况下待测光纤色散量和波长之间的对应关系，进而实现对待测光纤色散的准确测量。

本发明通过光路的合理配置稳定拍频信号，测量系统的光纤光栅FBG采用窄线宽FBG，目的是减少激光谐振腔中激光纵模个数，以增加激光纵模的稳定性。此外，本装置以一段未泵浦的掺铒光纤作为饱和吸收体，大大减少谐振腔中激光模式的数量，致使拍频更加稳定。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、利用激光拍频与腔内时延的直接关系进行色散测量；

2、将可调光源与测量系统融为一体进行色散测量，充分简化测量结构，与商用的相移法相比，无需高精度的可调谐激光器、调制器以及网络分析仪，与干涉法相比无需稳定的宽带光源，具有更高的稳定性和灵活性；

3、测量光纤的长度不受限制，长至数十甚至数百公里的光纤，短至数米甚至几厘米长的均能进行测量。

附图说明

图1是本发明的光路连接图；

图2是拟合得到的待测光纤时延随波长的变化曲线。

图面说明：1、F-P可调滤波器，2、环形器，3、掺铒光纤，4、980泵浦光源，5、波分复用器，6、饱和吸收体，7、待测光纤，8、耦合器，9、光电探测器，10、频谱分析仪，11、光纤光栅。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，基于F-P可调滤波器测量光纤色散的方法，测量系统主要由环形器2、F-P可调滤波器1、掺铒光纤3、980泵浦光源4、波分复用器5、饱和吸收体6、待测光纤7、耦合器8、光电探测器9、频谱分析仪10和多组光纤光栅11构成，其中采用环形器2和F-P可调滤波器1配合作为激光器窄带高反后腔镜与多组光纤光栅11构成光纤谐振腔，980泵浦光源4发出波长为980nm泵浦光，该980nm泵浦光经过波分复用器5进入光纤谐振腔中，由于掺铒光纤3非线性增益作用，光波在光纤谐振腔里振荡放大，最终形成激光输出，波分复用器5的一端通过光纤依次与掺铒光纤3和环形器2相连，波分复用器5的另一端通过光纤依次与饱和吸收体6、待测光纤7、耦合器8和多组光纤光栅11相连，耦合器8的另一支路依次与光电探测器9和频谱分析仪10相连，该测量系统的具体测量过程为：980nm泵浦光经过波分复用器5后，经掺铒光纤3放大，进入环形器2，经过F-P可调滤波器1后从环形器2输出的光继续在光路中依次通过饱和吸收体6和待测光纤7，经由光纤光栅11反射后返回，通过改变压电陶瓷的电压实现可调谐激光器的波长扫描，选择中心波长不同的光纤光栅11，实现光纤谐振腔中拍频频率的变化，在频谱分析仪10上得到多组不同的数据，经过波长定标后首先测量各波长处无待测光纤7时的时延，然后测得包括待测光纤7的时延，得出在一系列不同波长情况下待测光纤7色散量和波长之间的对应关系，进而实现对待测光纤7色散的准确测量。

本发明的原理是环形器与可调光滤波器配合作为激光器窄带高反后腔镜和光纤光栅构成光纤谐振腔，泵浦光经过波分复用器后，进入谐振腔，经掺铒光纤放大，经环形器反射后依次通过饱和吸收体、待测光纤，光纤光栅反射后返回。当泵浦源达到阈值时，谐振腔内将会产生激光，在谐振腔中产生多纵模拍频，在频谱分析仪上可以看到稳定的激光拍频信号。激光谐振腔的谐振条件：

2·n·L＝q·λ(q＝1，2，3....) (1)

光波频率：

(q＝1，2，3....，整数q代表腔内纵模分布) (2)

式中q为纵模的阶次，c为光在真空中的传播速度，n为介质的折射率，L为激光谐振腔腔长。由(2)式可得相邻纵模的频率间隔为：

已知拍频频率，利用公式：

可求时间，进而可得待测光纤的时延。对(2)式进行微分得：

拍频的稳定性是由激光系统纵模的稳定性决定的，时延数据是根据拍频频率测量结果换算得到的，其精度取决于拍频的稳定性和测量精度。频率的测量精度在电路系统中是通过能够测量的最小时延体现的，频率计的分辨率在10ps附近，对于激光拍频系统的频率测量，最小时延在微秒量级，因此频率测量精度可以保证。

实验结果：

根据本发明所述方法进行实验测量，所用光纤光栅的反射率为60％，3dB带宽小于0.08nm，光纤谐振腔中设有增益的掺铒光纤，长度6m，整个光纤谐振腔长度约15m。所用的待测光纤是色散补偿光纤，长度是500m，其在1545nm处色散率为：-131.507ps/nm/km。频谱分析仪是安泰信AT6030DM，分辨率是2.5KHz。所得数据如表1所示：

表1

波长(nm)	千倍频(MHZ)
		1540	200.0675
1545	200.093
		1550	200.1185
1555	200.1455
		1560	200.171
1565	200.1995
		1570	200.226
1575	200.2545

表1数据是在系统中加入色散补偿光纤作为待测光纤后测量的系统中的拍频频率。通过对表1中的实验数据进行换算后拟合得到时延随波长的变化曲线，得到结果后去掉未加待测光纤时的原始时延即可。如图2所示，通过上图的实际测量我们可以看到，测量得到的时延拟合度好，一致性高，证实了本方法的可行，也验证了该系统的可行性和合理性。如果频谱分析仪分辨率更高，能使测量精度进一步提高。

本发明采用环形器与可调光滤波器配合作为激光器窄带高反后腔镜，可调滤波器通常采用压电陶瓷调节光纤F-P腔滤波器，将其改为可调谐光纤激光器，同步测量随激光输出波长和相应的拍频频率。由于激光器的拍频频率的倒数为激光器中光波循环一周的时间，它与波长的函数即为时延曲线。利用激光拍频测量色散是一种全新的技术，其特点是将可调光源与待测样品融为一体，使测量光路充分简化；检测光拍频信号的频率变化使探测系统更为简单。若将这一技术应用于色散测量，将大大降低测量成本。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (1)

1.基于F-P可调滤波器测量光纤色散的方法，其特征在于测量系统主要由环形器、F-P可调滤波器、掺铒光纤、980泵浦光源、波分复用器、饱和吸收体、待测光纤、耦合器、光电探测器、频谱分析仪和多组光纤光栅构成，其中采用环形器和F-P可调滤波器配合作为激光器窄带高反后腔镜与多组光纤光栅构成光纤谐振腔，980泵浦光源发出波长为980nm泵浦光，该980nm泵浦光经过波分复用器进入光纤谐振腔中，由于掺铒光纤非线性增益作用，光波在光纤谐振腔里振荡放大，最终形成激光输出，波分复用器的一端通过光纤依次与掺铒光纤和环形器相连，波分复用器的另一端通过光纤依次与饱和吸收体、待测光纤、耦合器和多组光纤光栅相连，耦合器的另一支路依次与光电探测器和频谱分析仪相连，该测量系统的具体测量过程为：980nm泵浦光经过波分复用器后，经掺铒光纤放大，进入环形器，经过F-P可调滤波器后从环形器输出的光继续在光路中依次通过饱和吸收体和待测光纤，经由光纤光栅反射后返回，通过改变压电陶瓷的电压实现可调谐激光器的波长扫描，选择中心波长不同的光纤光栅，实现光纤谐振腔中拍频频率的变化，在频谱分析仪上得到多组不同的数据，经过波长定标后首先测量各波长处无待测光纤时的时延，然后测得包括待测光纤的时延，得出在一系列不同波长情况下待测光纤色散量和波长之间的对应关系，进而实现对待测光纤色散的准确测量。