CN107238485A - 一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法 - Google Patents

一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法 Download PDF

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Abstract

一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，包括：S1、采用百瓦量级待测波长的LD泵浦光源，将LD泵浦光源尾纤与光纤合束器泵浦尾纤熔接，泵浦光通过光纤合束器耦合到高反光栅中，从高反光栅尾纤输出，记该输出功率值为泵浦耦合功率；S2、选取初始长度L0≤40m的待测双包层增益光纤，搭建百瓦量级的振荡结构光纤激光器；S3、通过截断法，记录待测光纤长度分别为L0、L1 ... ... LN时光纤输出端的功率值以及在输出端插入一面45°双色镜后的功率值，得到各光纤长度下对应的剩余泵浦光功率；S4、计算统计得出待测双包层增益光纤对待测波长的泵浦吸收系数。本发明可以忽略ASE对测试结果的影响，测试平台稳定安全，实现了双包层增益光纤吸收系数的准确测量。

Description

一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法。
背景技术
现有测试方法多是采用小功率泵浦光源直接耦合注入双包层增益光纤中，利用"增益光纤吸收泵浦光后会产生自发辐射，未被吸收完全的泵浦光输出"的物理机制，获得剩余泵浦光，计算吸收系数，并通过多次截短、重复测试的方式选择一个比较合理的值作为待测光纤的有效泵浦吸收系数。
现有技术1(CN105222998B.国防科技大学2015)该方法通过空间耦合将宽带光源满数值孔径地注入至待测光纤，多次截短待测光纤，实时获取不同长度下对应的光谱，最后通过线性拟合法做曲线，将斜率记为待测光纤的泵浦吸收系数。该方法存在的缺点是：调满数值孔径注入的步骤过于繁琐，且空间光路使得测试结构不够稳定。
现有技术2([2]傅永军等."稀土掺杂双包层光纤的抽运吸收的测试."中国激光37.1(2010):166-170.)该方法取10m长待测光纤，采用截断法，每次截短1m，用PK NET TEST2210谱损耗分析仪进行测试，它的光源为白光源，通过单色仪后输出。双包层增益光纤的吸收系数为：
该方案通过PK NET TEST 2210直接测得吸收系数谱图，读图得数据。这种方法简单快捷，无需考虑ASE影响，但测试仪器昂贵且不常见，因此方法不通用。
现有技术3是目前使用最多的方法。如图3所示，该方法要求先选取一段10－20米长的双包层增益光纤，将小功率泵浦光通过泵浦合束器耦合到待测双包层增益光纤中，在待测光纤的末端放置双色镜和小量程精密激光功率计，其中双色镜镀有对泵浦光高反对激光高透的膜层。分别测试双色镜前后的光功率值P2和P3，将差值作为未吸收的泵浦光功率。采用截断法对不同长度的增益光纤进行测试，分别测试不同泵浦功率的P2和P3值。P1为耦合进掺杂光纤中的泵浦光功率，约在掺杂光纤熔点后1厘米处测量。根据光纤长度计算出掺杂光纤的吸收系数。该方法的缺点是：1，ASE光谱很宽并且有一定强度，双色片并不能保证对ASE光100％高透，因此测得的吸收系数很有可能偏小。2，将掺杂光纤后1厘米处的输出作为耦合入光纤的总泵浦光有失偏颇，因为在泵浦端面很短的距离内光纤吸收很大，此举将可能导致吸收系数测量值偏大。3，在不断截短的过程中，有产生自激的可能性，该方案利用双色片排出了自激振荡光对剩余泵浦光测量数值的影响，但为平台带来了安全隐患。
总的来说，现有技术或多或少都存在一些设计上的缺陷，首先，小功率泵浦本身就对功率计或光谱仪提出了极高的要求；再者，由于无法完全滤除ASE光的影响，很有可能造成吸收系数测试值偏大；又例如，当光纤长度选取过短，光纤内模式未稳定可能导致吸收系数测试值偏大；而若光纤长度选取过长时，测试值可能偏小，光纤内极易产生自激振荡，对测试平台造成威胁。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种能够克服现有技术的不足，消除ASE对测试结果的影响，提供一种结构稳定、无自激振荡隐患、测试结果精度高的用于测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法。
一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其包括如下步骤：
S1、采用百瓦量级待测波长的LD泵浦光源，将LD泵浦光源尾纤与光纤合束器泵浦尾纤熔接，泵浦光通过光纤合束器耦合到高反光栅中，从高反光栅尾纤输出；将光功率计置于高反光栅输出尾纤端，调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P1；
S2、选取长度为L0的待测双包层增益光纤，一端与高反光栅输出尾纤相熔接，另一端切平角，构成光学谐振腔；
S3、调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P2-0；
S4、在待测光纤末端放置一块对泵浦光高透对激光高反的45°双色镜，将功率计置于与光纤垂直方向，调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P3-0；
S5、保持熔点状态不变，自待测光纤另一端向高反光栅方向进行切割，每次切断长度1m，切割总次数为N，N≥6次，每次截短后的光纤长度分别为L1、L2......LN，每次截短后重复步骤S3、S4，分别记为输出功率组P2-1、P2-2......P2-N，和P3-1、P3-2……P3-N；
S6、计算统计P-0＝P3-0-P2-0，P-1＝P3-1-P2-1……P-N＝P3-N-P2-N分别对应光纤长度为L0、L1......LN时的剩余泵浦光功率；
S7、计算统计泵浦吸收系数α(L0)、α(L1)......α(LN)与对应待测双包层增益光纤长度L0、L1......LN的变化规律，选择在长度范围内波动小的吸收系数值作为最终该待测光纤的泵浦吸收系数。
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，
L0≤40m。
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，更优选
10m≤L0≤30m。
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，
泵浦吸收系数由下式计算获得：
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，
所述泵浦光源为半导体激光器，所述半导体激光器的中心波长为所述待测双包层增益光纤的待测吸收波长。
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，
高反光栅尾纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层外径、内包层数值孔径与所述待测双包层增益光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层外径、内包层数值孔径对应相等。
实施本发明提供的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法与现有技术相比具有以下有益效果：与现有技术不同，本方案基于振荡结构的百瓦量级光纤激光器，ASE光可以忽略不计；而输出的激光谱窄，可以被双色镜有效滤除，因此本方案的剩余泵浦光值受影响较小，即吸收系数测试值与吸收系数实际值接近，测试结果可信度高。
现有方案当泵浦功率与光纤长度的匹配不合适时，将会产生自激振荡危及泵浦光源和其他器件，而本方案中几乎所有的激光被高反光栅反射，因此对器件威胁小。
激光平台为百瓦量级，采用同样百瓦量程的光功率计，与现有技术的几瓦甚至更低泵浦功率相比，读数误差对结果的影响更小。
在长度的选择上，很客观的由长光纤开始截短，统计吸收系数与对应长度之间的关系，趋势明显，更有利于分析增益光纤的吸收特性，其次本方案选取与长度不相关的吸收系数测试值作为光纤实际吸收系数，该做法进一步提高了测试结果的准确度。
全光纤结构受外界环境影响小，更稳定可靠。
附图说明
图1是现有技术1中测试方法图；
图2是现有技术2中测试方法图；
图3是现有技术3中测试方法图；
图4是本发明实施例的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法示意图。
具体实施方式
如图4所示，本发明实施例提供种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其包括如下步骤：
S1、采用百瓦量级待测波长的LD泵浦光源，将LD泵浦光源尾纤与光纤合束器泵浦尾纤熔接，泵浦光通过光纤合束器耦合到高反光栅中，从高反光栅尾纤输出；将光功率计置于高反光栅输出尾纤端，调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P1；
S2、选取长度为L0的待测双包层增益光纤，一端与高反光栅输出尾纤相熔接，另一端切平角，构成光学谐振腔；
S3、调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P2-0；
S4、在待测光纤末端放置一块对泵浦光高透对激光高反的45°双色镜，将功率计置于与光纤垂直方向，调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P3-0；
S5、保持熔点状态不变，自待测光纤另一端向高反光栅方向进行切割，每次切断长度1m，切割总次数为N，N≥6次，每次截短后的光纤长度分别为L1、L2......LN，每次截短后重复步骤S3、S4，分别记为输出功率组P2-1、P2-2......P2-N，和P3-1、P3-2......p3-N；
S6、计算统计P-0＝P3-0-P2-0，P-1＝P3-1-P2-1......p-N＝p3-N-P2-N分别对应光纤长度为L0、L1......LN时的剩余泵浦光功率；
S7、统计泵浦吸收系数α(L0)、α(L1)......α(LN)与对应待测双包层增益光纤长度L0、L1......LN的变化规律，选择在长度范围内波动小的吸收系数值作为最终该待测光纤的泵浦吸收系数。
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，L0≤40m。
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，更优选10m≤L0≤30m。
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，
泵浦吸收系数由下式计算获得：
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，
所述泵浦光源为半导体激光器，所述半导体激光器的中心波长为所述待测双包层增益光纤的待测吸收波长。
在本发明所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法中，
高反光栅尾纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层外径、内包层数值孔径与所述待测双包层增益光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层外径、内包层数值孔径对应相等。
实施本发明提供的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法及装置与现有技术相比具有以下有益效果：与现有技术不同，本方案基于振荡结构的光纤激光器，ASE光可以忽略不计；而输出的激光谱窄，可以被双色镜有效滤除，因此本方案的剩余泵浦光值受影响较小，即吸收系数测试值与吸收系数实际值接近，测试结果可信度高。
现有方案当泵浦功率与光纤长度的匹配不合适时，将会产生自激振荡危及泵浦光源和其他器件，而本方案中几乎所有的激光被高反光栅反射，因此对器件威胁小。
激光平台为百瓦量级，采用同样百瓦量程的光功率计，与现有技术的几瓦甚至更低泵浦功率相比，读数误差对结果的影响更小。
在长度的选择上，很客观的由长光纤开始截短，统计吸收系数与对应长度之间的关系，趋势明显，更有利于分析增益光纤的吸收特性，其次本方案选取与长度不相关的吸收系数测试值作为光纤实际吸收系数，该做法进一步提高了测试结果的准确度。
全光纤结构受外界环境影响小，更稳定可靠。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、采用百瓦量级待测波长的LD泵浦光源，将LD泵浦光源尾纤与光纤合束器泵浦尾纤熔接，泵浦光通过光纤合束器耦合到高反光栅中，从高反光栅尾纤输出；将光功率计置于高反光栅输出尾纤端，调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P1；
S2、选取长度为L0的待测双包层增益光纤，一端与高反光栅输出尾纤相熔接，另一端切平角，构成光学谐振腔；
S3、调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P2-0；
S4、在待测光纤末端放置一块对泵浦光高透对激光高反的45°双色镜，将功率计置于与光纤垂直方向，调节泵浦光源输出功率逐渐增加，读取功率计示数并记录一组功率值，记为P3-0；
S5、保持熔点状态不变，自待测光纤另一端向高反光栅方向进行切割，每次切断长度1m，切割总次数为N，N≥6次，每次截短后的光纤长度分别为L1、L2......LN，每次截短后重复步骤S3、S4，分别记为输出功率组P2-1、P2-2......P2-N，和P3-1、P3-2......P3-N；
S6、计算统计P-0＝P3-0-P2-0，P-1＝P3-1-P2-1......P-N＝P3-N-P2-N分别对应光纤长度为L0、L1......LN时的剩余泵浦光功率；
S7、计算统计泵浦吸收系数α(L0)、α(L1)......α(LN)与对应待测双包层增益光纤长度L0、L1......LN的变化规律，选择在长度范围内波动小的吸收系数值作为最终该待测光纤的泵浦吸收系数。
2.如权利要求1所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其特征在于，
L0≤40m。
3.如权利要求2所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其特征在于，
10m≤L0≤30m。
4.如权利要求1所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其特征在于，
泵浦吸收系数由下式计算获得：
<mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>10</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>N</mi> </msub> </mfrac> <mi>log</mi> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
5.如权利要求1所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其特征在于，
所述泵浦光源为半导体激光器，所述半导体激光器的中心波长为所述待测双包层增益光纤的待测吸收波长。
6.如权利要求1所述的测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，其特征在于，
高反光栅尾纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层外径、内包层数值孔径与所述待测双包层增益光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层外径、内包层数值孔径对应相等。
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