CN108152006A - 一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置及方法。2×2光纤耦合器一侧的两个端口分别连接待测宽带光源和第一探测器，第一探测器连接到数字信号处理芯片，2×2光纤耦合器另一侧的两个端口分别连接可调光纤衰减器和第二探测器，可调光纤衰减器连接到光纤后向反射镜，第二探测器连接到数字信号处理芯片；根据探测器的功率获得相对强度噪声和后向反射光比例；调节衰减值改变后向反射光的大小，绘制不同衰减值下相对强度噪声和后向反射光比例的特性曲线。本发明方法可对不同比例大小的后向反射光对宽带光源相对强度噪声的影响进行测试评估，方法简单可靠，测试时间短，为不同系统中宽带光源相对强度噪声的评估提供基础。

Description

一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及宽带光源相对强度噪声评测，尤其是涉及了一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置及方法。

技术背景

宽带光源具有较宽的频谱带宽、较高的功率，在通讯、光传感、生物医学和光谱分析等许多领域都有非常广泛而重要的应用。如宽带光源超辐射发光二极管(SLD)是出色的高功率、宽带光源，极其适合用于诸如光纤陀螺仪(FOG)和光学相干层析(OCT)成像系统等应用。

宽带光源的主要参数指标有中心波长、3db带宽、出光功率、相对强度噪声(RIN)等。其中相对强度噪声(RIN)是指光源输出能量的振荡，是宽带光源的各种傅里叶分量之间的拍频引起的附加噪声，反映光源幅值特性，是实际应用中非常重要的一个参数。而系统中返回宽带光源后向反射光的比例大小又会影响到宽带光源的相对强度噪声(RIN)的大小。因此评测后向反射光的比例大小对宽带光源相对强度噪声影响具有重要的意义。

传统测试宽带光源的相对强度噪声(RIN)是采用衰减器将光源输出功率调节到合适功率，然后利用光电转换器和低噪声放大器转换成电信号，接到频谱分析仪上来分析RIN，对测试仪器的要求高，测试过程繁琐。而且不能测量返回宽带光源中后向反射光的比例大小，无法测得返回宽带光源中后向反射光的比例大小与宽带光源相对强度噪声的特性曲线。因而本发明提出了一种测量返回宽带光源中后向反射光的比例大小与宽带光源相对强度噪声的特性曲线的方法与装置。

发明内容

针对目前宽带光源测试中，传统的测试方法对设备要求高，测试过程繁琐、测试时间长，且不能适应不同系统中宽带光源相对强度噪声评估，需要一种能够对宽带光源相对强度噪声快速评测的方法及简单的装置的现状。本发明的目的在于提供了一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置及方法。

本发明的技术方案是：

一、一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置：

装置包括待测宽带光源、可调光纤衰减器、光纤后向反射镜、2×2光纤耦合器、第一探测器、第二探测器、第一信号放大器、第二信号放大器、第一模数转换器、第二模数转换器和数字信号处理芯片；待测宽带光源输出端经连接到2×2光纤耦合器一侧的一个端口，2×2光纤耦合器一侧的另一个端口依次经第一探测器、第一信号放大器、第一模数转换器后连接到数字信号处理芯片，2×2光纤耦合器另一侧的一个端口经可调光纤衰减器后连接到光纤后向反射镜，2×2光纤耦合器另一侧的另一个端口第二探测器、第二信号放大器、第二模数转换器后连接到数字信号处理芯片。

待测宽带光源输出光，经2×2光纤耦合器分为两束，一束被第二探测器接收后输入到数字信号处理芯片中，另一束经可调光纤衰减器衰减处理后入射到光纤后向反射镜，经光纤后向反射镜将光反射，反射光按照原路逆反回到待测宽带光源并被第一探测器探测接收，回到待测宽带光源中的光作为后向反射光。

所述的反射光具体是经可调光纤衰减器再次衰减处理、2×2光纤耦合器后分为两束，一束被第一探测器探测接收，另一束返回待测宽带光源中。

本发明通过光纤后向反射镜将待测宽带光源的输出光反射回待测宽带光源中，通过调节光纤衰减器控制返回到待测宽带光源的后向反射光的大小，并通过第一探测器监视后向反射光的大小，通过第二探测器监视待测宽带光源的输出。利用数据处理算法，获得待测宽带光源的相对强度噪声与后向反射光比例之间的关系，获得后向反射光比例对宽带光源影响。

所述的2×2光纤耦合器的分光比为50:50。

第一探测器、第二探测器探测到的信号分别经第一信号放大器、第二信号放大器后输入到第一模数转换器、第二模数转换器，数字处理信号处理芯片采集两个模数转换器的信号，并通过串口传输到上位机。

二、一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试方法：

使用2×2光纤耦合器将待测宽带光源的输出光分为50:50的两束光，一束光进入第二探测器中，第二探测器监视光源输出的相对强度噪声，另一束光依次经过可调节光纤衰减器、光纤后向发射镜逆反返回，逆反返回依次经可调节光纤衰减器后进入2×2光纤耦合器，经2×2光纤耦合器在分成50:50的两束光，一束返回到待测宽带光源中，另一束进入第一探测器，第一探测器监视后向反射光的大小。

根据第一探测器、第二探测器采集到的功率数据获得待测宽带光源的相对强度噪声和后向反射光比例；调节可调节光纤衰减器的衰减值，改变返回待测宽带光源中的后向反射光的大小，绘制不同可调节光纤衰减器的衰减值下待测宽带光源的相对强度噪声和后向反射光比例的特性曲线。

所述的后向反射光比例x用第一探测器测得功率的平均值除以第二探测器测得功率的平均值的两倍来计算：

其中，P1_mean表示第一探测器测得功率的平均值，P2_mean表示第二探测器测得功率的平均值。具体实施中，后向反射光比例x的取值范围为0到0.25。

所述的待测宽带光源的相对强度噪声Q(x)用第二探测器测得功率的标准差除以第二探测器测得功率的平均值来计算：

其中，P2_std表示第二探测器测得功率的标准差。

在同一可调节光纤衰减器的衰减值下，第一探测器和第二探测器均采样多次测得一系列的功率值，进而计算标准差和平均值。

本发明用第一探测器测得功率的平均值来表征返回待测宽带光源中后向反射光的大小，用第二探测器测得的功率的标准差来表征待测宽带光源的波动。

调节所述可调节衰减器的衰减值由0db均匀变化到30db，可调节步长为0.1db。

本发明中，第一探测器测得的功率与后向反射光的大小相同，第二探测器测得的功率为待测宽带光源输出功率的一半。

本发明具有的有益效果是：

本发明能测得宽带光源相对强度噪声随后向反射光比例大小变化的特性，在已知某系统返回宽带光源中后向反射光比例大小的情况下，可以评估系统中宽带光源的相对强度噪声。

本发明方法可对不同比例的后向反射光对宽带光源相对强度噪声的影响进行测试，方法简单可靠，测试时间短，测试装置简单，为不同系统中宽带光源相对强度噪声的评估提供基础。

附图说明

图1是本发明中测试装置的结构框图。

图2是宽带光源的相对强度噪声Q与后向反射光比例x的关系曲线图。

图中：1、待测宽带光源，2、可调节光纤衰减器，3、光纤后向反射镜，4、2×2耦合器；5、第一探测器，6、第二探测器，7、第一信号放大器，8、第二信号放大器，9、第一模数转换器，10、第二模数转换器，11、数字信号处理芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，包括待测宽带光源1、可调光纤衰减器2、光纤后向反射镜3、2×2光纤耦合器4、第一探测器5、第二探测器6、第一信号放大器7、第二信号放大器8、第一模数转换器9、第二模数转换器10和数字信号处理芯片11；待测宽带光源1输出端经连接到2×2光纤耦合器4一侧的一个端口，2×2光纤耦合器4一侧的另一个端口依次经第一探测器5、第一信号放大器7、第一模数转换器9后连接到数字信号处理芯片11，2×2光纤耦合器4另一侧的一个端口经可调光纤衰减器2后连接到光纤后向反射镜3，2×2光纤耦合器4另一侧的另一个端口第二探测器6、第二信号放大器8、第二模数转换器10后连接到数字信号处理芯片11。

待测宽带光源1输出光，经2×2光纤耦合器4分为两束，一束被第二探测器6接收后输入到数字信号处理芯片11中，另一束经可调光纤衰减器2衰减处理后入射到光纤后向反射镜3，经光纤后向反射镜3将光反射，反射光按照原路逆反回到待测宽带光源1并被第一探测器5探测接收，回到待测宽带光源1中的光作为后向反射光；反射光具体是经可调光纤衰减器2再次衰减处理、2×2光纤耦合器4后分为两束，一束被第一探测器5探测接收，另一束返回待测宽带光源1中。

本发明方法的测试原理过程是：

使用分光比为50:50的2×2光纤耦合器4将待测宽带光源1的输出光分为50:50的两束光，一束光进入第二探测器6中，监视光源输出的相对强度噪声，另一束光依次经过可调节光纤衰减器2、光纤后向发射镜3、可调节光纤衰减器2后又返回2×2光纤耦合器4，经2×2光纤耦合器4分成50:50的两束光，一束返回待测宽带光源1中，一束进入第一探测器5，监视后向反射光的大小。调节可调节光纤衰减器2的衰减值，改变返回待测宽带光源1中后向反射光的大小，采集第一探测器5、第二探测器6的数据。第一探测器5测得功率与返回待测宽带光源1中后向反射光大小相同，第二探测器6测得的功率为待测宽带光源1输出功率的一半。用第一探测器5测得功率的平均值来表征返回待测宽带光源1中后向反射光的大小，用第二探测器6测得的功率的标准差来表征待测宽带光源的相对强度噪声。

第一探测器5、第二探测器6探测到的信号分别经第一信号放大器7、第二信号放大器8后输入到第一模数转换器9、第二模数转换器10，数字处理信号处理芯片采集模数转换器信号。

假设采样频率为f赫兹，采样时间为t秒，则第一探测器5测得功率的平均值表示为第一模数转换器9采样值的平均值，如公式3所示：

P1_mean＝[P1(1)+P1(2)+…P1(f×t)]/(f×t) (3)

其中，P1_mean表示第一探测器5测得功率的平均值，P1(1)、P1(2)…P1(f×t)为第一模数转换器9对第一探测器5的采样值，f×t表示采样个数。

第二探测器6测得功率的平均值表示为第二模数转换器10采样值的平均值，如公式4所示：

P2_mean＝[P2(1)+P2(2)+…P2(f×t)]/(f×t) (4)

其中，P2_mean表示第二探测器6测得功率的平均值，P2(1)、P3(2)…P4(f×t)为第二模数转换器10对第二探测器6的采样值。

第二探测器6测得功率的标准差表示为采样值的标准差除以采样带宽，如公式5所示

其中，P2_std第二探测器6测得功率的标准差，n为采样个数，f为采样频率。

返回待测宽带光源1中后向反射光的比例x用第一探测器5测得功率的平均值除以第二探测器6测得功率的平均值的两倍来表示，如公式6所示。

其中，x为返回待测宽带光源1中后向反射光的占光源输出功率的比。

待测宽带光源相对强度噪声用第二探测器6测得功率的标准差除以第二探测器6测得功率的平均值来表征，如公式7所示。

其中Q表示宽带光源的相对强度噪声。

调节可调节衰减器2的衰减值由0db均匀变化到30db，可调节步长为0.1db，重复以上步骤，就可以得到宽带光源的相对强度噪声Q与后向反射光比例x的特性曲线。

本发明的实施例如下：

待测试的宽带光源1选择某型号SLED光源，3dB带宽为40nm，输出功率为800μW。某型号可调光纤衰减器2的衰减值的调节范围为0db到30db，可调节步长为0.1db。某型号的光纤后向反射镜3反射率为97.5％，某型号的2×2光纤耦合器4分光比为50:50，数字处理信号处理芯片采集模数转换器信号，采样频率为f赫兹，采样时间为t秒。调节光纤衰减器4控制返回待测宽带光源1中后向反射光的比例x，测量计算得到宽带光源的相对强度噪声Q与后向反射光的比例x的的关系如表1所示，特性曲线如图2所示。

表1

后向反射光的比例x	宽带光源的相对强度噪声Q
		15.2％	0.3076％
14.4％	0.3044％
		13.5％	0.3026％
12.7％	0.3004％
		11.8％	0.2966％
11.0％	0.2956％
		10.1％	0.2930％
9.3％	0.2900％
		8.4％	0.2868％
7.6％	0.2850％
		6.8％	0.2848％
5.9％	0.2822％
		5.1％	0.2800％
4.2％	0.2810％
		3.4％	0.2788％
2.5％	0.2780％
		1.7％	0.2764％
1.1％	0.2770％

若采用90:10分光比的2×2光纤耦合器4可以使后向反射光的比例x的范围从0到0.25扩到0到0.81。进一步提高2×2光纤耦合器4的分光比，还能进一步提高装置后向反射光x的取值范围，但x的最大值只能接近1。

测试装置采用可调光纤衰减器2精确控制后向返回光比例的大小，测得不同比例的后向反射光对宽带光源相对强度噪声的影响，方法简单可靠，测试时间短，测试装置简单，为不同系统中宽带光源相对强度噪声的评估提供基础。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置，其特征在于：包括待测宽带光源(1)、可调光纤衰减器(2)、光纤后向反射镜(3)、2×2光纤耦合器(4)、第一探测器(5)、第二探测器(6)、第一信号放大器(7)、第二信号放大器(8)、第一模数转换器(9)、第二模数转换器(10)和数字信号处理芯片(11)；待测宽带光源(1)输出端经连接到2×2光纤耦合器(4)一侧的一个端口，2×2光纤耦合器(4)一侧的另一个端口依次经第一探测器(5)、第一信号放大器(7)、第一模数转换器(9)后连接到数字信号处理芯片(11)，2×2光纤耦合器(4)另一侧的一个端口经可调光纤衰减器(2)后连接到光纤后向反射镜(3)，2×2光纤耦合器(4)另一侧的另一个端口第二探测器(6)、第二信号放大器(8)、第二模数转换器(10)后连接到数字信号处理芯片(11)。

2.根据权利要求1所述的一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置，其特征在于：待测宽带光源(1)输出光，经2×2光纤耦合器(4)分为两束，一束被第二探测器(6)接收后输入到数字信号处理芯片(11)中，另一束经可调光纤衰减器(2)衰减处理后入射到光纤后向反射镜(3)，经光纤后向反射镜(3)将光反射，反射光按照原路逆反回到待测宽带光源(1)并被第一探测器(5)探测接收，回到待测宽带光源(1)中的光作为后向反射光。

3.根据权利要求2所述的一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置，其特征在于：所述的反射光具体是经可调光纤衰减器(2)再次衰减处理、2×2光纤耦合器(4)后分为两束，一束被第一探测器(5)探测接收，另一束返回待测宽带光源(1)中。

4.根据权利要求1所述的一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试装置，其特征在于：所述的2×2光纤耦合器(4)的分光比为50:50。

5.应用于权利要求1所述装置的一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试方法，其特征在于方法步骤如下：根据第一探测器(5)、第二探测器(6)采集到的功率数据获得待测宽带光源的相对强度噪声和后向反射光比例；调节可调节光纤衰减器(2)的衰减值，改变返回待测宽带光源(1)中的后向反射光的大小，绘制不同可调节光纤衰减器(2)的衰减值下待测宽带光源的相对强度噪声和后向反射光比例的特性曲线。

6.根据权利要求5所述的一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试方法，其特征在于：所述的后向反射光比例x用第一探测器(5)测得功率的平均值除以第二探测器(6)测得功率的平均值的两倍来计算：

其中，P1_mean表示第一探测器(5)测得功率的平均值，P2_mean表示第二探测器(6)测得功率的平均值；

所述的待测宽带光源的相对强度噪声Q(x)用第二探测器(6)测得功率的标准差除以第二探测器(6)测得功率的平均值来计算：

其中，P2_std表示第二探测器(6)测得功率的标准差。

7.根据权利要求5所述的一种后向反射光比例对宽带光源影响的测试方法，其特征在于：调节所述可调节衰减器(2)的衰减值由0db均匀变化到30db，可调节步长为0.1db。