CN111157467A - 有源光纤纤芯吸收系数测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有源光纤纤芯吸收系数测量装置及方法，该测量装置包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤以及光谱分析仪。通过光谱分析仪检测第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间接入待测有源光纤后测得的第一光谱强度，以及检测通过无源光纤连接包层模式滤除器的第二尾纤与光谱分析仪时测得的第二光谱强度，进而通过第一光谱强度、第二光谱强度以及待测有源光纤的长度，能够有效地得到待测有源光纤的纤芯吸收系数。

Description

有源光纤纤芯吸收系数测量装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，具体而言，涉及一种有源光纤纤芯吸收系数测量装置及方法。

背景技术

光纤是推动光纤通信、传感和激光技术的重要战略材料。近年来随着光纤激光器和放大器的发展，有源光纤材料在通信、医疗、探测和军事等领域的使用得到迅猛地发展。有源光纤的纤芯吸收系数是有源光纤的重要参数。例如，有源光纤可以作为光纤激光器中的有源增益介质，而有源光纤的纤芯吸收系数就决定了光纤激光器所需有源光纤的长度，也就在一定程度上决定了激光器的结构。因此，对有源光纤纤芯吸收系数的测试非常重要，准确测量有源光纤的纤芯吸收系数，不仅有利于光子暗化效应的实验研究，也有利于光纤激光器的制造。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种有源光纤纤芯吸收系数测量装置及方法，能够有效地测量有源光纤的纤芯吸收系数。

第一方面，本发明实施例提供了一种有源光纤纤芯吸收系数测量装置，包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤以及光谱分析仪。其中：所述宽带光源模块用于输出宽光谱信号光；所述离轴抛物镜用于将所述宽光谱信号光聚焦并耦合到所述包层模式滤除器的第一尾纤中；所述包层模式滤除器的第二尾纤与所述第一无源光纤的第一端连接，用于滤除在光纤包层中传输的宽光谱信号光；所述第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间用于熔接待测有源光纤，第二无源光纤的第二端与所述光谱分析仪连接；所述光谱分析仪用于检测第一光谱强度以及第二光谱强度，并根据所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度，得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数，其中，所述第一光谱强度为将所述第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间接入所述待测有源光纤后测得的光谱强度，所述第二光谱强度为通过无源光纤连接所述包层模式滤除器的第二尾纤与所述光谱分析仪时测得的光谱强度。

进一步地，上述有源光纤纤芯吸收系数测量装置还包括50/50分束器和第三无源光纤，所述包层模式滤除器包括第一包层模式滤除器和第二包层模式滤除器。所述50/50分束器包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述第一包层模式滤除器的第一尾纤连接，所述第二输出端与所述第二包层模式滤除器的第一尾纤连接。所述第一包层模式滤除器的第二尾纤与所述第一无源光纤的第一端连接，所述第二包层模式滤除器的第二尾纤与所述第三无源光纤的一端连接，所述第三无源光纤的另一端用于连接光谱分析仪。所述宽带光源模块输出的宽光谱信号光经所述离轴抛物镜耦合到所述50/50分束器的输入端，经所述50/50分束器分成两束，其中一束经所述第一输出端输出至所述第一包层模式滤除器，另一束经所述第二输出端输出至所述第二包层模式滤除器。

进一步地，上述有源光纤纤芯吸收系数测量装置还包括第一连接器和第二连接器，所述第二无源光纤的第二端用于通过所述第一连接器与所述光谱分析仪的输入端活动连接，所述第三无源光纤的另一端用于通过所述第二连接器与所述光谱分析仪的输入端活动连接。

进一步地，上述第一无源光纤和所述第二无源光纤的长度之和与所述第三无源光纤的长度相等，所述第一无源光纤、所述第二无源光纤以及所述第三无源光纤的型号相同。

进一步地，上述有源光纤纤芯吸收系数测量装置还包括单包层光纤，所述单包层光纤的一端与所述光谱分析仪连接，另一端与所述第二无源光纤的第二端连接。

进一步地，上述待测有源光纤的长度为1-10cm。

第二方面，本发明实施例提供了一种有源光纤纤芯吸收系数测量方法，应用于测量装置，所述测量装置包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤以及光谱分析仪。所述方法包括：将待测有源光纤熔接到所述测量装置中，所述第一无源光纤的第二端以及所述第二无源光纤的第一端之间；通过所述宽带光源模块输出宽光谱信号光，使得所述宽光谱信号光经所述离轴抛物镜聚焦并耦合到所述包层模式滤除器，且依次经所述包层模式滤除器、所述第一无源光纤、所述待测有源光纤以及所述第二无源光纤进入所述光谱分析仪，由所述光谱分析仪测得第一光谱强度，并记录所述待测有源光纤的长度；将所述测量装置中，所述第一无源光纤的第二端与所述第二无源光纤的第一端进行熔接；通过所述宽带光源模块输出所述宽光谱信号光，使得所述宽光谱信号光经离轴抛物镜聚焦并耦合到所述包层模式滤除器，依次经所述包层模式滤除器、所述第一无源光纤以及所述第二无源光纤进入所述光谱分析仪，由所述光谱分析仪测得第二光谱强度；根据所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度，得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数。

进一步地，上述根据所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度，得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数，包括：将所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度带入以下公式：

得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数，其中，α(λ)表示所述待测有源光纤对波长为λ的光的纤芯吸收系数，L表示所述待测有源光纤的长度，I₁(λ)表示所述第一光谱强度，I₀(λ)表示所述第二光谱强度。

第三方面，本发明实施例提供了一种有源光纤纤芯吸收系数测量方法，应用于测量装置。所述测量装置包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、50/50分束器、第一包层模式滤除器、第二包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤、第三无源光纤以及光谱分析仪。所述方法包括：将待测有源光纤熔接到所述测量装置中，所述第一无源光纤的第二端以及所述第二无源光纤的第一端之间；通过宽带光源模块输出宽光谱信号光，使得所述宽光谱信号光经离轴抛物镜聚焦并耦合到所述50/50分束器，经所述50/50分束器分成光谱强度相同的两束光，其中一束光经第一包层模式滤除器、第一无源光纤、待测有源光纤以及第二无源光纤进入光谱分析仪，由光谱分析仪测得第一光谱强度，另一束光经第二包层模式滤除器以及第三无源光纤进入光谱分析仪，由光谱分析仪测得第二光谱强度；根据所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度，得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数。

进一步地，上述由光谱分析仪测得第二光谱强度之前，还包括：断开所述光谱分析仪与所述第二无源光纤的连接，并将所述光谱分析仪与所述第三无源光纤进行连接。

本发明实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量装置及方法，通过检测第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间接入待测有源光纤后测得的第一光谱强度，以及检测通过无源光纤连接包层模式滤除器的第二尾纤与光谱分析仪时测得的第二光谱强度，进而通过第一光谱强度、第二光谱强度以及待测有源光纤的长度，能够有效地得到待测有源光纤的纤芯吸收系数。测量过程中，无需对待测有源光纤本身进行截断，也就降低了对待测有源光纤的长度限制，有利于降低测量成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量装置的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量装置的另一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量方法的一种方法流程图；

图4为本发明实施例提供的1.05cm 20/130大模场面积掺镱光纤在850-1100nm范围内的纤芯吸收系数谱图；

图5为本发明实施例提供的2.9cm 20/400双包层掺镱光纤在850-1100nm范围的纤芯吸收系数谱图；

图6为本发明实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量方法的另一种方法流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“耦合”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。两个器件之间耦合，表示由其中一个器件出射的光入射到另一个器件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量装置及方法可以用于测量有源光纤如掺镱光纤、掺铒光纤等的纤芯吸收系数。

图1示出了本说明书实施例提供的一种示例性有源光纤纤芯吸收系数测量装置的结构示意图。如图1所示，本说明书实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量装置10可以包括：宽带光源模块101、离轴抛物镜(图1中示出的102、103)、包层模式滤除器104、第一无源光纤105、第二无源光纤107以及光谱分析仪108。需要说明的是，图1中的“×”表示光纤熔接点。

其中，宽带光源模块101用于输出宽光谱信号光。可以理解的是，宽带光源波长范围一般涵盖紫外-可见-红外波段。例如，宽带光源模块101可以采用波长范围为170nm-2100nm的宽带白光光源。

离轴抛物镜用于将宽光谱信号光聚焦并耦合到包层模式滤除器104的第一尾纤中。具体来讲，如图1所示，可以通过两个离轴抛物镜(图1中示出的101和102)，将宽带光源模块101输出的宽光谱信号光聚焦并耦合到包层模式滤除器104中。

包层模式滤除器104的第二尾纤与第一无源光纤105的第一端连接，用于滤除在光纤包层中传输的宽光谱信号光。可以理解的是，光纤中传输的光会有一部分泄漏到包层中传输，因此，为了准确测得有源光纤纤芯的吸收系数，需要将包层中传输的光进行滤除，尽量使得光谱分析仪测得的光谱强度为纤芯中传输的信号光的光谱强度。

第一无源光纤105的第二端以及第二无源光纤107的第一端之间用于熔接待测有源光纤106，第二无源光纤107的第二端与光谱分析仪108连接。可以理解的是，无源光纤仅用于信号光传输，其本身对信号光的吸收过小，可以忽略不计。当然，为了确保熔点兼容性和低熔接损耗特性，第一无源光纤和第二无源光纤应为待测有源光纤的匹配型无源光纤。由于器件的尾纤长度是有限的，熔接一段无源光纤用于切割和熔接，可避免因切割和熔接次数过多造成器件尾纤过短而无法使用。

光谱分析仪108用于检测第一光谱强度以及第二光谱强度，并根据第一光谱强度、第二光谱强度以及待测有源光纤106的长度，得到待测有源光纤106的纤芯吸收系数。其中，第一光谱强度为将第一无源光纤105的第二端以及第二无源光纤107的第一端之间接入待测有源光纤106后测得的光谱强度，第二光谱强度为通过无源光纤连接包层模式滤除器的第二尾纤与光谱分析仪108时测得的光谱强度。本说明书实施例采用的光谱分析仪108可以根据待测有源光纤的吸收光谱选择，例如，若待测有源光纤为掺镱光纤，可以采用可探测波长范围为350nm-1150nm光谱分析仪。

具体实施过程中，可以将待测有源光纤106的两端分别与第一无源光纤105的第二端以及第二无源光纤107的第一端熔接，从而将待测有源光纤106接入图1所示的光路中，打开宽带光源模块101，使得宽带光源模块101输出的宽光谱信号光经离轴抛物镜耦合到包层模式滤除器104。由包层模式滤除器104输出的宽光谱信号光依次经过第一无源光纤105、待测有源光纤106以及第二无源光纤107，进入光谱分析仪108的输入端，光谱分析仪108测得经过待测有源光纤106的纤芯吸收后剩余的宽光谱信号光的第一光谱强度I₁(λ)，并记录接入的待测有源光纤106的长度L。然后，取下第一无源光纤105与第二无源光纤107之间熔接的待测有源光纤106，将第一无源光纤105的第二端与第二无源光纤107的第一端直接熔接，使得宽带光源模块101输出的宽光谱信号光经离轴抛物镜耦合到包层模式滤除器104，由包层模式滤除器104输出的宽光谱信号光依次经过第一无源光纤105、以及第二无源光纤107，进入光谱分析仪108的输入端，光谱分析仪108测得输入的宽光谱信号光的第二光谱强度I₀(λ)，进而就可以通过公式：

得到待测有源光纤106的纤芯吸收系数α(λ)，单位可以为：dB/m。

当然，在上述具体实施过程中，也可以先将第一无源光纤105的第二端与第二无源光纤107的第一端熔接，检测第二光谱强度I₀(λ)，再将待测有源光纤106的两端分别与第一无源光纤105的第二端以及第二无源光纤107的第一端熔接，检测第一光谱强度I₁(λ)，此处不作限制。

在图1所示实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，有源光纤纤芯吸收系数测量装置10还可以包括单包层光纤109(涂覆层折射率大于包层折射率)。如图1所示，单包层光纤109的一端与光谱分析仪108连接，另一端与第二无源光纤107的第二端连接。这样有利于进一步去除包层中传输的信号光，提高所测得的纤芯吸收系数的准确性。具体实施过程中，为了方便连接，单包层光纤109可以通过活动连接器110与光谱分析仪108连接。例如，活动连接器110可以采用FC-SMA型光纤活动连接器。当然，在本说明书其他实施例中，还可以根据需要采用空间耦合的方式连接。

本说明书实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量装置，通过检测第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间接入待测有源光纤后测得的第一光谱强度，以及检测通过无源光纤连接包层模式滤除器的第二尾纤与光谱分析仪时测得的第二光谱强度，进而通过第一光谱强度、第二光谱强度以及待测有源光纤的长度，能够有效地得到待测有源光纤的纤芯吸收系数。该测量装置结构简单，具有稳定、可靠和重复性高等优点；能够获得宽波长范围内的纤芯吸收系数谱。

另外，由于无需对待测有源光纤本身进行截断，待测有源光纤的长度可以在厘米量级，例如可以为1-10cm。在具体应用场景中，所使用的待测有源光纤的长度根据有源光纤直径确定，若待测有源光纤为20/400掺镱双包层光纤，长度可以为3-5cm，所得到的测量结果可以明显分辨出915nm和976nm处波峰，以及915nm与976nm处峰值比例；若待测有源光纤为20/130大模场面积光纤，长度可以短到1cm，依然可以获得较为准确的结果。相比于通过截断待测有源光纤的方式来检测纤芯吸收系数需要使用数米长的有源光纤，有利于减少非线性效应的产生，且降低了测量成本。

而且，由于无需先获得包层吸收系数，再根据包层吸收系数、包层截面积以及纤芯截面积来计算纤芯吸收系数，也就无需限定待测有源光纤为双包层光纤时必须为非圆形(D形、八边形等)结构，也无需限定纤芯和包层的大小。因此，可以有效地降低对待测有源光纤的类型和规格要求，适用于多种类型和规格的有源光纤的测量，例如，可用于测试包层结构为圆形的有源光纤，相应地，在制备光纤预制棒时就无需打磨成八边形或其他形状，进一步降低了实验研究成本和时间。

在图1所示实施例的基础上，图2示出了本说明书实施例提供的另一种示例性有源光纤纤芯吸收系数测量装置的结构示意图。如图2所示，本说明书实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量装置20可以包括宽带光源模块201、离轴抛物镜(图2中示出的202和203)、50/50分束器204、第一包层模式滤除器205、第二包层模式滤除器211、第一无源光纤206、第二无源光纤208、第三无源光纤212以及光谱分析仪(图2中示出的209、213)。需要说明的是，图2中的“×”表示光纤熔接点。

50/50分束器204用于将入射的宽光谱信号光分成光谱强度相同的两束光。50/50分束器204包括输入端、第一输出端和第二输出端。

其中，第一输出端与第一包层模式滤除器205的第一尾纤连接，第一包层模式滤除器205的第二尾纤与第一无源光纤206的第一端连接。第一无源光纤206的第二端以及第二无源光纤208的第一端作为待测有源光纤207的接入端，用于在测量时熔接待测有源光纤207。第二无源光纤208的第二端用于连接光谱分析仪209，以检测第一光路21输出的信号光的光谱强度。

第二输出端与第二包层模式滤除器211的第一尾纤连接，第二包层模式滤除器211的第二尾纤与第三无源光纤212的一端连接，第三无源光纤212的另一端用于连接光谱分析仪213，以检测第二光路22输出的信号光的光谱强度。

使用时，将待测有源光纤207的两端分别与第一无源光纤206的第二端以及第二无源光纤208的第一端熔接，打开宽带光源模块201，使得宽带光源模块201输出的宽光谱信号光经离轴抛物镜(202、203)聚焦并耦合到50/50分束器204，经50/50分束器204分成两束，其中一束由第一输出端输出至第一包层模式滤除器205，依次经过第一包层模式滤除器205、第一无源光纤206、待测有源光纤207以及第二无源光纤208，进入光谱分析仪209的输入端，光谱分析仪209测得第一光路21即经过待测有源光纤207的纤芯吸收后剩余的宽光谱信号光的第一光谱强度I₁(λ)，并记录接入的待测有源光纤207的长度L。另一束经第二输出端输出至第二包层模式滤除器211，依次经过第二包层模式滤除器211以及第三无源光纤212，进入光谱分析仪213的输入端，光谱分析仪213测得第二光路22即经过第三无源光纤直接输入的宽光谱信号光的第二光谱强度I₀(λ)，进而就可以通过公式：

得到待测有源光纤207的纤芯吸收系数α(λ)。

可以理解的是，若第一光路21中未接入待测有源光纤207，而是将第一无源光纤206的第二端和第二无源光纤208的第一端直接熔接，则使用光谱分析仪获得的第一光路和第二光路的光谱强度值是一样的，即1：1。

本实施例通过在图1所示的实施例的基础上，增加一条光路，能够进一步有效地减小测量过程的工作量，使得测量更加方便，且测量装置结构简单，易于搭建。

在图2所示的实施例中，作为一种可选的实施方式，第一光路21和第二光路22中的光谱分析仪(图2中示出的209、213)可以是同一个，即将光谱分析仪按照图2所示接入第一光路21，获得第一光路21输出的信号光的第一光谱强度之后，再将该光谱分析仪接到第二光路22中即可获得第二光路22输出的信号光的第二光谱强度。此时，如图2所示，本说明书实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量装置20还包括第一连接器210和第二连接器214。第二无源光纤208的第二端用于通过第一连接器210与光谱分析仪的输入端活动连接，第三无源光纤212的另一端用于通过第二连接器214与光谱分析仪的输入端活动连接。举例来讲，第一连接器210和第二连接器214均可以采用FC-SMA型光纤活动连接器。即左端光纤跳线为FC型连接头，右端连接光谱分析仪的光纤跳线为SMA型连接头。当然，在本说明书其他实施例中，还可以根据需要采用空间耦合的方式连接。

在图2所示实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，第一无源光纤206和第二无源光纤208的长度之和与第三无源光纤212的长度相等，第一无源光纤206、第二无源光纤208以及第三无源光纤212的型号相同。这样有利于使得第二光路22测得的第二光谱强度，与在第一光路21中接入待测有源光纤207之前且直接熔接第一无源光纤206与第二无源光纤208时测得的光谱强度的差异达到最小，从而使得上述第一光谱强度与第二光谱强度之间的差异能够更准确地表征第一光路21中接入的待测有源光纤的纤芯吸收，有利于提高测得的纤芯吸收系数的准确性。

在图2所示实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，第二无源光纤208与光谱分析仪209之间、以及第三无源光纤212与光谱分析仪213之间均可以设置单包层光纤(图中未示出)。通过在测试光路中设置单包层光纤，有利于进一步去除包层中传输的信号光，提高所测得的纤芯吸收系数的准确性。

图3示出了本说明书一实施例提供的一种有源光纤纤芯吸收系数测量方法的流程图。该测量方法可以应用于一种有源光纤纤芯吸收系数测量装置，该测量装置包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤以及光谱分析仪。测量装置的具体结构可以参见图1所示实施例，此处不再赘述。如图3所示，所述方法包括：

步骤S301，将待测有源光纤熔接到测量装置中，第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间；

步骤S302，通过宽带光源模块输出宽光谱信号光，且使得宽光谱信号光经离轴抛物镜聚焦并耦合到包层模式滤除器，依次经包层模式滤除器、第一无源光纤、待测有源光纤以及第二无源光纤进入光谱分析仪，由光谱分析仪测得第一光谱强度，并记录待测有源光纤的长度；

步骤S303，将测量装置中，第一无源光纤的第二端与第二无源光纤的第一端进行熔接；

步骤S304，通过宽带光源模块输出宽光谱信号光，且使得宽光谱信号光经离轴抛物镜聚焦并耦合到包层模式滤除器，依次经包层模式滤除器、第一无源光纤以及第二无源光纤进入光谱分析仪，由光谱分析仪测得第二光谱强度；

步骤S305，根据第一光谱强度、第二光谱强度以及待测有源光纤的长度，得到待测有源光纤的纤芯吸收系数。

需要说明的是，具体实施过程中，可以按照图3所示的顺序执行，也可以先执行步骤S303以及步骤S304，再执行步骤S301和步骤S302，本说明书不作限制。

具体来讲，上述根据第一光谱强度、第二光谱强度以及待测有源光纤的长度，得到待测有源光纤的纤芯吸收系数的实施过程可以包括：

将上述步骤S302测得的第一光谱强度、上述步骤S304测得的第二光谱强度以及待测有源光纤的长度带入以下公式：

就可以得到待测有源光纤的纤芯吸收系数。其中，α(λ)表示所述待测有源光纤对波长为λ的光的纤芯吸收系数，L表示所述待测有源光纤的长度，I₁(λ)表示所述第一光谱强度，I₀(λ)表示所述第二光谱强度。

本说明书实施例提供了一种新的有源光纤纤芯吸收系数测量方法，通过本方法能够有效地得到待测有源光纤的纤芯吸收系数，无需先获得包层吸收系数作为中间量，降低了对待测有源光纤的类型和规格要求，简化了测量过程。另外，由于也无需对待测有源光纤本身进行截断，因此待测有源光纤的长度可以在厘米量级，例如可以为1-10cm。相比于通过截断待测有源光纤的方式来检测纤芯吸收系数需要使用数米长的有源光纤，有利于减少非线性效应的产生，且降低了测量成本。

下面主要以两种规格的待测有源光纤为例，对本说明书实施例提供的有源光纤纤芯吸收系数测量方法的具体测量过程以及测量结果进行说明。

第一种，对20/130掺镱光纤纤芯吸收系数的测量，其中，20/130是指纤芯直径为20μm，包层直径为130μm。首先，打开宽带光源模块，预热20min以上；其次，将待测有源光纤即20/130大模场面积掺镱光纤熔接在第一无源光纤与第二无源光纤之间，并记录待测有源光纤的长度L，本次实验使用的掺镱光纤长度为1.05cm(带入公式计算时单位换算成m)，并记录光谱分析仪检测到的第一光谱强度I₁(λ)。然后，取下待测有源光纤，将第一无源光纤的第二端与第二无源光纤的第一端直接熔接，并记录光谱分析仪检测到的第二光谱强度I₀(λ)；最后，使用上述公式计算获得1.05cm长待测有源光纤的纤芯吸收系数。图4示出了通过上述过程测量得到的1.05cm 20/130大模场面积掺镱光纤在850-1100nm范围内的纤芯吸收系数谱图。其中，1.05cm 20/130掺镱光纤在915nm处的纤芯吸收系数为130.04dB/m，在976nm处的纤芯吸收系数为365.07dB/m。

第二种，对20/400双包层掺镱光纤(nLight-Yb800)纤芯吸收系数的测量，其中，20/400是指纤芯直径为20μm，包层直径为400μm。具体测量过程与上述对第一种的测量过程相同，测试长度为2.9cm。图5示出了通过上述过程测量得到的2.9cm 20/400双包层掺镱光纤在850-1100nm范围的纤芯吸收系数谱图。其中，2.9cm 20/400双包层掺镱光纤在915nm处的纤芯吸收系数为187.92dB/m，在976nm处的纤芯吸收系数为419.96dB/m。

本说明书实施例所提供的有源光纤纤芯吸收系数测量方法，其实现原理及产生的技术效果和前述图1示出的装置实施例相同，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述图1所示的装置实施例中的相应内容。

图6示出了本说明书一实施例提供的一种有源光纤纤芯吸收系数测量方法的流程图。该测量方法可以应用于一种有源光纤纤芯吸收系数测量装置。该测量装置包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、50/50分束器、第一包层模式滤除器、第二包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤、第三无源光纤以及光谱分析仪。测量装置的具体结构可以参见图2所示实施例，此处不再赘述。所述方法包括：

步骤S601，将待测有源光纤熔接到测量装置中，第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间；

步骤S602，通过宽带光源模块输出宽光谱信号光，且使得该宽光谱信号光经离轴抛物镜聚焦并耦合到50/50分束器，经50/50分束器分成光谱强度相同的两束光，其中一束光经第一包层模式滤除器、第一无源光纤、待测有源光纤以及第二无源光纤进入光谱分析仪，由光谱分析仪测得第一光谱强度，另一束光经第二包层模式滤除器以及第三无源光纤进入光谱分析仪，由光谱分析仪测得第二光谱强度；

步骤S603，根据第一光谱强度、第二光谱强度以及待测有源光纤的长度，得到待测有源光纤的纤芯吸收系数。

在一种可选的实施例中，可以通过同一个光谱分析仪检测上述第一光谱强度和第二光谱强度。此时，在上述步骤S602中，由光谱分析仪测得第二光谱强度之前，还包括：断开光谱分析仪与第二无源光纤的连接，并将该光谱分析仪与第三无源光纤进行连接。

当然，在本说明书其他实施例中，在上述测量过程中，也可以先将光谱分析仪与第三无源光纤连接，测得第二光谱强度后，再将该光谱分析仪与第二无源光纤的第二端连接，测得第一光谱强度，此处不作限制。

本说明书实施例所提供的有源光纤纤芯吸收系数测量方法，其实现原理及产生的技术效果和前述图2示出的装置实施例相同，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述图2所示的装置实施例中的相应内容。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种有源光纤纤芯吸收系数测量装置，其特征在于，包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤以及光谱分析仪，其中：

所述宽带光源模块用于输出宽光谱信号光；

所述离轴抛物镜用于将所述宽光谱信号光聚焦并耦合到所述包层模式滤除器的第一尾纤中；

所述包层模式滤除器的第二尾纤与所述第一无源光纤的第一端连接，用于滤除在光纤包层中传输的宽光谱信号光；

所述第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间用于熔接待测有源光纤，第二无源光纤的第二端与所述光谱分析仪连接；

所述光谱分析仪用于检测第一光谱强度以及第二光谱强度，并根据所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度，得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数，其中，所述第一光谱强度为将所述第一无源光纤的第二端以及第二无源光纤的第一端之间接入所述待测有源光纤后测得的光谱强度，所述第二光谱强度为通过无源光纤连接所述包层模式滤除器的第二尾纤与所述光谱分析仪时测得的光谱强度。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括50/50分束器和第三无源光纤，所述包层模式滤除器包括第一包层模式滤除器和第二包层模式滤除器，

所述50/50分束器包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述第一包层模式滤除器的第一尾纤连接，所述第二输出端与所述第二包层模式滤除器的第一尾纤连接；

所述第一包层模式滤除器的第二尾纤与所述第一无源光纤的第一端连接，所述第二包层模式滤除器的第二尾纤与所述第三无源光纤的一端连接，所述第三无源光纤的另一端用于连接光谱分析仪；

所述宽带光源模块输出的宽光谱信号光经所述离轴抛物镜耦合到所述50/50分束器的输入端，经所述50/50分束器分成两束，其中一束经所述第一输出端输出至所述第一包层模式滤除器，另一束经所述第二输出端输出至所述第二包层模式滤除器。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，还包括第一连接器和第二连接器，所述第二无源光纤的第二端用于通过所述第一连接器与所述光谱分析仪的输入端活动连接，所述第三无源光纤的另一端用于通过所述第二连接器与所述光谱分析仪的输入端活动连接。

4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第一无源光纤和所述第二无源光纤的长度之和与所述第三无源光纤的长度相等，所述第一无源光纤、所述第二无源光纤以及所述第三无源光纤的型号相同。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括单包层光纤，所述单包层光纤的一端与所述光谱分析仪连接，另一端与所述第二无源光纤的第二端连接。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述待测有源光纤的长度为1-10cm。

7.一种有源光纤纤芯吸收系数测量方法，其特征在于，应用于测量装置，所述测量装置包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤以及光谱分析仪，所述方法包括：

将待测有源光纤熔接到所述测量装置中，所述第一无源光纤的第二端以及所述第二无源光纤的第一端之间；

通过所述宽带光源模块输出宽光谱信号光，使得所述宽光谱信号光经所述离轴抛物镜聚焦并耦合到所述包层模式滤除器，且依次经所述包层模式滤除器、所述第一无源光纤、所述待测有源光纤以及所述第二无源光纤进入所述光谱分析仪，由所述光谱分析仪测得第一光谱强度，并记录所述待测有源光纤的长度；

将所述测量装置中，所述第一无源光纤的第二端与所述第二无源光纤的第一端进行熔接；

通过所述宽带光源模块输出所述宽光谱信号光，使得所述宽光谱信号光经离轴抛物镜聚焦并耦合到所述包层模式滤除器，依次经所述包层模式滤除器、所述第一无源光纤以及所述第二无源光纤进入所述光谱分析仪，由所述光谱分析仪测得第二光谱强度；

根据所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度，得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度，得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数，包括：

将所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度带入以下公式：

得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数，其中，α(λ)表示所述待测有源光纤对波长为λ的光的纤芯吸收系数，L表示所述待测有源光纤的长度，I₁(λ)表示所述第一光谱强度，I₀(λ)表示所述第二光谱强度。

9.一种有源光纤纤芯吸收系数测量方法，其特征在于，应用于测量装置，所述测量装置包括：宽带光源模块、离轴抛物镜、50/50分束器、第一包层模式滤除器、第二包层模式滤除器、第一无源光纤、第二无源光纤、第三无源光纤以及光谱分析仪，所述方法包括：

将待测有源光纤熔接到所述测量装置中，所述第一无源光纤的第二端以及所述第二无源光纤的第一端之间；

通过宽带光源模块输出宽光谱信号光，使得所述宽光谱信号光经离轴抛物镜聚焦并耦合到所述50/50分束器，经所述50/50分束器分成光谱强度相同的两束光，其中一束光经第一包层模式滤除器、第一无源光纤、待测有源光纤以及第二无源光纤进入光谱分析仪，由光谱分析仪测得第一光谱强度，另一束光经第二包层模式滤除器以及第三无源光纤进入光谱分析仪，由光谱分析仪测得第二光谱强度；

根据所述第一光谱强度、所述第二光谱强度以及所述待测有源光纤的长度，得到所述待测有源光纤的纤芯吸收系数。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述由光谱分析仪测得第二光谱强度之前，还包括：

断开所述光谱分析仪与所述第二无源光纤的连接，并将所述光谱分析仪与所述第三无源光纤进行连接。

Images