CN106802231B - 全光纤在线增益测量仪 - Google Patents

Abstract

一种全光纤在线增益测量仪，包括光纤激光器、光纤分束器、光发射器阵列、光接收器阵列、光纤合束器、数据采集系统和计算机、外同步时钟信号和触发开关；待测放大器放置在所述的光发射器阵列和光接收器阵列之间，外同步时钟信号，所述的触发开关的输入端与外同步时钟信号相连，该触发开关的输出端分别与所述的光纤激光器和待测放大器的控制端相连。本发明结构简单、稳定可靠、测量精度高，相对已报道的全口径测量仪，避免了使用大口径光束匹配望远镜以及结构复杂的滤波系统，并利用阵列发射、接收器以及时域复用技术避免了单点光探针测量系统测量时间过长的缺点。

Description

全光纤在线增益测量仪

技术领域

本发明涉及一种用于激光放大器增益分布及平均增益测量的全光纤在线增益测量仪。其目的是摒弃常见全口径测试系统的所采用的光束口径匹配系统，简化放大器增益测试系统中滤除杂散光的方法，实现放大器增益性能的在线测量。

背景技术

放大器的增益特性包括平均增益系数、增益均匀性以及储能效率。平均增益系数决定了放大器的放大能力。增益分布均匀性将影响放大输出近场的均匀性。储能效率则反映了放大器的性价比。储能效率可以由放大器的平均增益系数推算出来。

当前放大器增益性能的测试方法包括：(1)多点探针光束测量法以及(2)基于CCD的全口径测量方法。方法(1)存在的主要缺点是：1)采用体光栅以及空间滤波器进行杂散光的控制，体积庞大；2)全口径增益性能的测试需要进行多次扫描，不同发次之间不可避免地引入了能源模块波动等随机因素的影响。方法(2)虽然避免了多次扫描引入的波动，但是由于采用了大口径扩束系统进行口径匹配，采用空间滤波器结构进行杂散光控制，也具有体积庞大的缺点。上述两种方法的结构特征决定了其无法对在线状态的放大器进行增益性能评估，而必须将放大器从线上取下进行独立测量。

发明内容

本发明的目的是改变杂散光控制方法，缩小测量系统的几何尺寸、简化测量系统的调节方法的同时，实现放大器增益性能的在线测量。

本发明的技术解决方案如下：

一种全光纤在线增益测量仪，包括光纤激光器、光纤分束器、光发射器阵列、光接收器阵列、光纤合束器、数据采集系统和计算机、外同步时钟信号和触发开关；

待测放大器放置在所述的光发射器阵列和光接收器阵列之间，外同步时钟信号，所述的触发开关的输入端与外同步时钟信号相连，该触发开关的输出端分别与所述的光纤激光器和待测放大器的控制端相连；

所述的光纤激光器的输出脉冲激光通过分束器分成若干子光束，其中一束子光束作为参考光束作为触发信号被数据采集系统接收，其余子光束作为探测光束注入所述的光发射器阵列，经该光发射器阵列整形后入射到待测放大器，被放大后的探测光束入射到光接收器阵列后输出的探测光束经过光纤合束器时分复用为一个脉冲后被数据采集系统接收并传输至计算机。

所述的计算机进行数据处理得到脉冲信号，所述的待测放大器的工作模式是充电后单次触发放电，有匹配的外同步时钟信号和触发开关进行协同工作，外同步时钟信号和触发开关输出信号同时作为光纤激光器的触发信号。

所述的光发射器阵列和光接收器阵列均由光纤准直器构成。

所述的光纤激光器的输出波长范围从红外到紫外。

与现有技术相比本发明具有如下显著优点：

(1)光纤准直器能够将绝大部分的杂散光滤除，因而可以将杂散光控制到可忽略的水平，但没有采用体积庞大的空间滤波器和体光栅，因此使整个测试系统的体积非常小巧。只要将光发射器阵列和光接收器阵列置于待测放大器通光口径两侧，就可以实现放大器增益性能的在线测量，而无需将放大器从线上取下。

(2)由于发明中的光发射器阵列和光接收器阵列可以形成二维阵列，因此可以一次完成放大器全口径增益性能的测量，避免了传统多点测量方法中的多次扫描。因此显著提升了测试效率。

(3)放大器工作时处于强电环境中，对于位于附近的测试系统具有较强的电磁干扰。本发明为全光纤结构，对于电磁干扰具有天然免疫能力。

附图说明

图1为本发明全光纤在线增益测量仪的结构框图

图2为本发明的数据处理的流程图

图中：

1——光纤激光器 2——光纤分束器

3——光发射器阵列 4——光接收器阵列

5——光纤合束器 6——数据采集系统

7——计算机 8——待测放大器

9——同步时钟信号 10——触发开关

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请先参阅图1，图1为本发明全光纤在线增益测量仪的结构框图，如图1所示，一种全光纤在线增益测量仪，包括光纤激光器1，光纤分束器2，光发射器阵列3，光接收器阵列4，光纤合束器5，数据采集系统6以及计算机7。来自于光纤激光器1的脉冲激光，经光纤分束器2分为若干子束。其中的一束I_r作为参考光，经光纤直接传输到数据采集系统6中。其它子束作为探测光束，经光纤传输到光发射器阵列3中。经过光发射器阵列3中光纤准直器的准直变为平行光，入射到待测放大器8中。放大后的探测信号被光接收器阵列中的光纤准直器接收，并耦合到传输光纤中。利用时分复用的方法，多个探测子光束被光纤合束器5合成为一个脉冲序列I_p，经光纤传输到数据采集系统6被采集，后传输至计算机7被储存。计算机7计算得到探测光束和参考光束的能量比值即为放大器的增益倍数，再除以放大器中增益介质的长度就可以计算出每个位置的增益系数。

数据采集系统6由PIN与PIN匹配的采集卡组成。当测量用的光纤激光器为脉冲信号工作模式时，采集卡和计算机一直处于等待外同步信号的状态。收到外同步信号后，PIN探测到时域上存在一定延迟的光脉冲信号序列，并被采集卡采集，然后转移到计算机。至此完成一个周期的数据采集。具体步骤如下：

1)设置待测放大器8处于未充电状态(不受触发信号影响)；

2)按下触发开关10释放外同步时钟信号，触发光纤激光器1输出单脉冲激光信号；

3)经分束后，参考激光触发数据采集系统6中的采集卡工作，探测激光则由光纤接收阵列4接收，传输至数据采集系统6中的采集卡采集后，各束激光数据传输至计算机7被读取储存，得到静态信号数据；

4)设置待测放大器8处于已充电待触发放电状态(受触发信号影响)；

5)按下触发开关10释放外同步时钟信号，触发光纤激光器1，同时触发待测放大器8使之放电工作；

6)经分束后的参考激光，作为采集卡的触发信号；经分束后的探测激光由光纤接收阵列4接收，传输至数据采集系统6中的采集卡采集后，各束激光数据传输至计算机7被读取储存，得到动态信号数据；

7)利用计算机7对步骤3)和步骤5)采集到的数据进行分析，得到需要的增益系数。

如图2所示为计算机(7)处理数据的流程。具体步骤如下：

1)读取采集卡传送的信号数据；

2)对信号中的脉冲序列进行分割，区分各脉冲所对应的信号来源；

3)对分割后的各脉冲进行积分，得到各脉冲的能量；

4)将其中各探测脉冲能量与参考脉冲能量进行比值，得到归一化能量并储存；

5)判断静态数据和动态数据是否都已储存，若未储存完备，则回到步骤1)，若均已储存，则进入下一步；

6)调取动态数据和静态数据做比值，得到放大倍数；

7)输入放大器介质的有效长度；

8)将步骤6)得到的放大倍数取自然对数并除以步骤7)得到的有效长度，得到放大器的增益系数。

放大器的放大倍率G定义为探测光束动态归一化脉冲能量E_D(定义为为动态探测脉冲信号E_Dp与动态参考光信号E_Dr比值；)与静态归一化脉冲能量Es(定义为静态探测脉冲信号E_Sp与静态参考光信号E_Sr的比值)的比值，即

增益系数β定义为放大倍数与放大器中增益介质的有效长度L之比:

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种全光纤在线增益测量仪，其特征是：包括光纤激光器(1)、光纤分束器(2)、光发射器阵列(3)、光接收器阵列(4)、光纤合束器(5)、数据采集系统(6)和计算机(7)、外同步时钟信号(9)和触发开关(10)；

待测放大器(8)放置在所述的光发射器阵列(3)和光接收器阵列(4)之间，外同步时钟信号，所述的触发开关(10)的输入端与外同步时钟信号(9)相连，该触发开关(10)的输出端分别与所述的光纤激光器(1)和待测放大器(8)的控制端相连；

所述的光纤激光器(1)的输出脉冲激光通过光纤分束器(2)分成若干子光束，其中一束子光束作为参考光束作为触发信号被数据采集系统(6)接收，其余子光束作为探测光束注入所述的光发射器阵列(3)，经该光发射器阵列(3)整形后入射到待测放大器(8)，被放大后的探测光束入射到光接收器阵列(4)后输出的探测光束经过光纤合束器(5)时分复用为一个脉冲后被数据采集系统(6)接收并传输至计算机(7)。

2.根据权利要求1所述的全光纤在线增益测量仪，其特征是：所述的光发射器阵列(3)由光纤准直器阵列构成，该光纤准直器阵列是一维或两维。

3.根据权利要求1所述的全光纤在线增益测量仪，其特征是：所述的光接收器阵列(4)由光纤准直器阵列构成，该光纤准直器阵列是一维或两维。

4.根据权利要求1所述的全光纤在线增益测量仪，其特征是：所述的光纤激光器(1)的输出波长范围从红外到紫外。