CN116592775A - 一种基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置及其测量方法。本发明采用基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置，将待测量的拉锥光纤作为非线性光纤，放置在FOPO腔内，先得到拉锥光纤的芯径的预估值，根据光纤光学参量振荡FOPO满足的相位条件，计算得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光波长的变化关系曲线计算数据，与测量得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光波长的变化关系曲线实验数据相比较，二者如果符合，拉锥光纤的芯径的预估值为拉锥光纤的实际芯径；本发明通过简单测量FOPO腔产生的信号光的波长，能够精确获得光纤芯径，即不破坏光纤，检测设备又简单便捷。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，具体涉及一种基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置及其测量方法。
背景技术
光纤是传输光的低损耗媒介，是人类的伟大发明之一。光纤制备是将较粗的预制棒拉细到常规直径光纤。而光纤的拉锥则是将常规的光纤进一步加热拉细，拉锥是一种重要的光纤后处理技术。拉锥技术可以改变普通光纤传输光线的直径，从而调节光纤的群速度色散、非线性系数等光学关键参数。由于光纤进一步的拉细，减小了光纤中传输光的横截面积，因此可以增大光纤中的光强，增强非线性效应，从而大大缩短了所需的光纤长度，这对非线性的研究具有重要意义。
拉锥技术产生的光纤称之为非线性光纤，非线性光纤的芯径大小是该光纤的重要参数，芯径不仅决定了光纤的非线性系数，而且还决定了光纤的色散。目前常用的方法是将制备好的非线性光纤放在显微镜下进行测试，由于非线性光纤是通过加热光纤芯径拉伸制备，该光纤是裸纤，没有任何的保护层，非常脆弱，放在显微镜下观察会直接损坏该光纤。因此目前测试方法是利用可控的拉锥方法制备好非线性光纤后，经过显微镜测量光纤芯径，然后再用相同的拉锥方法制备光纤，新制备好的光纤认为和之前制备光纤芯径相同。由于拉锥过程总会有些差异，因此不能保证每次拉锥出来的芯径是完全相同的，这种测量存在一定的误差。
发明内容
针对以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置。
光纤光学参量振荡FOPO需要满足的相位条件：
当泵浦光处于光纤的负色散区域时，相位匹配条件为：
β2(ω0-ω-0)2+2γP-0＝0
当泵浦光处于光纤的正色散区域时，相位匹配条件为：
其中，P-0为在泵浦光的中心角频率ω-0处的峰值功率，ω-0为泵浦光的中心角频率，ω0为FOPO腔产生的信号光的中心角频率，γ为非线性介质的非线性系数，β2为非线性介质在泵浦光的中心角频率ω-0处的二阶色散，β4为非线性介质在泵浦光的中心角频率ω-0处的四阶色散，γ忽略波长的影响，计算采用泵浦光的中心波长处的值。
本发明的一个目的在于提出一种基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置。
本发明的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置包括：泵浦源、泵浦腔镜、非线性光纤、延迟器和输出腔镜；其中，泵浦源为皮秒激光器，发出的泵浦光的中心波长为λ0；泵浦腔镜、非线性光纤、延迟器和输出腔镜构成FOPO腔，非线性光纤作为增益介质，泵浦光在非线性光纤中产生光纤光学参量振荡FOPO，FOPO为参量过程产生信号光和闲置光，经过延迟器至泵浦腔镜，泵浦腔镜对光原路返回后经过延迟器，经过非线性光纤到达输出腔镜，一部分光经过输出腔镜输出，另一部分光经过输出腔镜原路反射返回至非线性光纤，以上为光经过FOPO腔内一个往返的过程；
泵浦源产生的泵浦光注入到FOPO腔内，在非线性光纤中通过参量过程产生信号光和闲置光；经过FOPO腔内一个往返的过程后，当上一轮产生的信号光和/或闲置光来到非线性光纤，此时非线性光纤在泵浦光的作用下再次产生信号光和/或闲置光，新产生的信号光和/或闲置光以及上一轮产生的信号光和/或闲置光一起在FOPO腔内继续第二轮的传输；由此，FOPO腔的腔长应与泵浦源光腔的腔长匹配，使泵浦光与产生的信号光和/或闲置光在FOPO腔内传输后能同步到达非线性光纤，即FOPO腔的腔长与泵浦源光腔的腔长相同；FOPO腔中的延迟器完成腔长匹配；部分信号光和闲置光从输出腔镜输出，当FOPO腔长等于泵浦源光腔的腔长，且满足相位匹配条件时，FOPO腔的输出功率最高；FOPO腔的输出光谱为一系列分离的光谱，其中，波长小于泵浦光的中心波长的光为闲置光，波长大于泵浦光的中心波长的光为信号光；FOPO腔的输出光谱，在泵浦光两端均产生有新光谱成分，并且光谱成分并非单一的而是梳齿状的多波长成分，这是由于FOPO腔的参数能够满足多个波长的相位匹配，满足相位匹配条件下的多个光波长均能在FOPO腔内起振，由此产生多波长的输出光谱；
获得待测量的拉锥光纤的芯径的预估值；将待测量的拉锥光纤作为非线性光纤，与延迟器、输出腔镜、泵浦腔镜组成FOPO腔；利用FOPO腔，产生信号光和闲置光，调节FOPO腔中的延迟器，使FOPO腔的输出功率最高；通过改变泵浦光的中心波长，获得多组不同泵浦光的中心波长下产生的信号光和闲置光的中心波长，并获得泵浦光的中心波长与产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据；将待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，代入非线性系数的计算公式，计算非线性系数，并利用FOPO相位匹配条件，获得泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据；将计算得到的泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据，与测量得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据相比较，二者如果符合，拉锥光纤的芯径的预估值为拉锥光纤的实际芯径。
延迟器包括：平移台以及第一至第四反射镜，其中，第二和第三反射镜放置在平移台上；泵浦光通过第一透镜组耦合到非线性光纤中，在非线性光纤中通过参量过程产生信号光和闲置光，产生的信号光和信号光穿过非线性光纤，经过第二耦合透镜组传输，并以45°入射至第一反射镜，经第一反射镜反射的反射光以45°入射至第二反射镜，经第二反射镜反射的反射光以45°入射至第三反射镜，经第三反射镜反射的反射光以45°入射至第四反射镜，第一反射镜入射至第二反射镜的光方向与第三反射镜入射至第四反射镜的光方向反向平行；经第四反射镜反射的反射光入射至输出腔镜；输出腔镜对入射激光0°反射，使入射光原路返回，返回光依次通过第四反射镜、第三反射镜、第二反射镜和第一反射镜后，经过第二耦合透镜组进入非线性光纤后经过第一耦合透镜组出射后到达泵浦腔镜，泵浦腔镜对入射光0°反射，使入射光原路返回，返回光经过第一耦合透镜组进入非线性光纤，以上为光经过FOPO腔内一个往返的过程。
泵浦源为皮秒激光器，包括增益介质、激励源和光学谐振腔，泵浦源本身也是一个激光腔，泵浦源光腔的腔长定义为光学谐振腔的光程。泵浦源的中心波长为λ-0，由于FOPO腔为瞬态非线性效应，需要满足同步泵浦条件，即FOPO腔内起振的激光在FOPO腔内经过一次传输后再次来到非线性光纤中时，此时在时间上需要与泵浦源产生的泵浦光重叠。延时器用于调节FOPO腔的腔长，使FOPO重复频率等于泵浦源重复频率。泵浦腔镜为对泵浦光透过率高于90％，对FOPO腔产生的信号光和/或闲置光波长反射率大于99％，反射带宽为A1；输出腔镜为对FOPO腔产生的信号光和/或闲置光波长反射率70％～98％，反射带宽为A2，A1＝A2，反射带宽覆盖信号光和/或闲置光波长。
本发明的另一个目的在于提出一种采用色散测量拉锥光纤芯径的测量方法。
本发明的采用色散测量拉锥光纤芯径的测量方法，包括以下步骤：
1)利用拉锥方法制备好预估拉锥光纤后，经过显微镜测量预估拉锥光纤的芯径a，然后再用相同的拉锥方法制备得到待测量的拉锥光纤，以显微镜测量得到的预估拉锥光纤的芯径作为待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，待测量的拉锥光纤的0色散波长与泵浦波长相差200nm以上，泵浦光处于待测量的拉锥光纤的负色散区域；
2)将待测量的拉锥光纤作为非线性光纤，与延迟器、输出腔镜、泵浦腔镜组成FOPO腔；利用FOPO腔，产生信号光和闲置光，调节FOPO腔中的延迟器，使FOPO腔的输出功率最高，此时分别测量距离泵浦光的中心波长最近的信号光和闲置光波长，作为FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长；
3)改变泵浦光的中心波长，重复步骤2)，获得多组不同泵浦光的中心波长下产生的信号光和闲置光的中心波长，画图，获得泵浦光的中心波长与产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据，其中横坐标为泵浦光的中心波长，纵坐标为信号光和闲置光的中心波长，泵浦光的中心波长位于待测量的拉锥光纤的负色散区域；
4)将步骤1)得到的待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，代入非线性系数的计算公式，计算非线性系数γ：
其中，d为待测量的拉锥光纤的直径的预估值，d＝2a，n2为待测量的拉锥光纤的非线性折射率系数，n1为待测量的拉锥光纤的包层折射率，k0＝2π/λ为真空中的传播常数，V为非线性系数的中间参数，λ为波长；
拉锥方法制备的非线性的拉锥光纤的色散β满足以下方程：
其中，U为色散的第一中间参数，W为色散的第二中间参数，Jν为第ν阶第一类贝塞尔函数，Kν为第ν阶第二类修正贝塞尔函数，ν为激光模式，对于基膜ν＝1，k0为波矢，k0＝2π/λ，获得拉锥光纤的色散β后，根据色散的定义获得二阶色散β2：
ω＝2πc/λ
其中，ω为角频率，c为光速，根据二阶色散β2获得光纤色散系数D，D是实际工程应
用中常用的参数：
由此得到在泵浦光的中心波长处的非线性系数γ和二阶色散β2；
5)将步骤4)计算得到步骤3)中多组不同泵浦光的中心波长的处非线性系数γ和二阶色散β2，代入FOPO相位匹配公式：
β2(ω0-ω-0)2+2βP-0＝0
其中，P-0为在泵浦光的中心角频率ω-0处的峰值功率，ω-0为泵浦光的中心角频率，ω0有两个解，分别对应为FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心角频率，获得在这多组不同泵浦光的中心波长下的信号光和闲置光的中心波长，获得泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据；
6)将步骤5)计算得到的泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据，与步骤3)测量得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据相比较，二者如果不符合，进入步骤7)，如果符合，进入步骤8)；
7)改变拉锥光纤的芯径的预估值，返回步骤4)；
8)以步骤4)的拉锥光纤的芯径的预估值为拉锥光纤的实际芯径。
在步骤7)中，具体包括以下步骤：
将变拉锥光纤的芯径的预估值先往大改，每次增大设定的步长(0.05～0.2μm)，返回步骤4)，如此反复多次，如果第6)步骤不能获得符合的数据，则将变拉锥光纤的芯径的预估值往小改，每次减小设定的步长(0.05～0.2μm)，返回步骤4)，如此反复多次，如果第6)步骤不能获得符合的数据，则提示拉锥光纤有误，需重新制作拉锥光纤，返回步骤1)。
本发明的优点：
本发明采用基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置，将待测量的拉锥光纤作为非线性光纤，放置在FOPO腔内，先得到拉锥光纤的芯径的预估值，根据光纤光学参量振荡FOPO满足的相位条件，计算得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据，与测量得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据相比较，二者如果符合，拉锥光纤的芯径的预估值为拉锥光纤的实际芯径；本发明通过简单测量FOPO腔产生的信号光的波长，能够精确获得光纤芯径，即不破坏光纤，检测设备又简单便捷。
附图说明
图1为本发明的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置的一个实施例的示意图；
图2为本发明的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置的一个实施例的延迟器的示意图；
图3为根据本发明的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置的一个实施例得到的FOPO腔的输出光谱图；
图4为根据本发明的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置的一个实施例得到的泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本实施例的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置包括：泵浦源、泵浦腔镜、非线性光纤、延迟器和输出腔镜；其中，泵浦源为皮秒激光器，发出的泵浦光的中心波长为λ0；泵浦腔镜、非线性光纤、延迟器和输出腔镜构成FOPO腔，非线性光纤作为增益介质，泵浦光在非线性光纤中产生光纤光学参量振荡FOPO，FOPO为参量过程产生信号光和闲置光；
如图2所示，延迟器包括：平移台以及第一至第四反射镜，其中，第二和第三反射镜放置在平移台上；泵浦光经过泵浦腔镜入射到非线性光纤中，泵浦光通过第一透镜组耦合到非线性光纤中，在非线性光纤中通过参量过程产生信号光和闲置光，产生的信号光和信号光穿过非线性光纤，经过第二耦合透镜组传输，并以45°入射至第一反射镜，经第一反射镜反射的反射光以45°入射至第二反射镜，经第二反射镜反射的反射光以45°入射至第三反射镜，经第三反射镜反射的反射光以45°入射至第四反射镜，第一反射镜入射至第二反射镜的光方向与第三反射镜入射至第四反射镜的光方向反向平行；经第四反射镜反射的反射光入射至输出腔镜，一部分光经过输出腔镜输出；输出腔镜对另一部分入射激光0°反射，使入射光原路返回，返回光依次通过第四反射镜、第三反射镜、第二反射镜和第一反射镜后，经过第二耦合透镜组返回至非线性光纤后经过第一耦合透镜组出射后到达泵浦腔镜，泵浦腔镜对入射光0°反射，使入射光原路返回，返回光经过第一耦合透镜组进入非线性光纤，以上为光经过FOPO腔内一个往返的过程。
泵浦源产生的泵浦光注入到FOPO腔内，在非线性光纤中通过参量过程产生信号光和闲置光；经过FOPO腔内一个往返的过程后，当上一轮产生的信号光和/或闲置光来到非线性光纤，此时非线性光纤在泵浦光的作用下再次产生信号光和/或闲置光，新产生的信号光和/或闲置光以及上一轮产生的信号光和/或闲置光一起在FOPO腔内继续第二轮的传输；由此，FOPO腔的腔长应与泵浦源光腔的腔长匹配，使泵浦光与产生的信号光和/或闲置光在FOPO腔内传输后能同步到达非线性光纤，即FOPO腔的腔长与泵浦源光腔的腔长相同；FOPO腔中的延迟器完成腔长匹配；部分信号光和闲置光从输出腔镜输出，当FOPO腔长等于泵浦源光腔的腔长，且满足相位匹配条件时，FOPO腔的输出功率最高；FOPO腔的输出光谱为一系列分离的光谱，如图3所示，其中，波长小于泵浦光的中心波长的光为闲置光，波长大于泵浦光的中心波长的光为信号光；FOPO腔的输出光谱，在泵浦光两端均产生有新光谱成分，并且光谱成分并非单一的而是梳齿状的多波长成分，这是由于FOPO腔的参数能够满足多个波长的相位匹配，满足相位匹配条件下的多个光波长均能在FOPO腔内起振，由此产生多波长的输出光谱。
本实施例的采用色散测量拉锥光纤芯径的测量方法，包括以下步骤：
1)利用拉锥方法制备好预估拉锥光纤后，经过显微镜测量预估拉锥光纤的芯径a，然后再用相同的拉锥方法制备得到待测量的拉锥光纤，以显微镜测量得到的预估拉锥光纤的芯径作为待测量的拉锥光纤的芯径的预估值；
2)将待测量的拉锥光纤作为非线性光纤，与延迟器、输出腔镜、泵浦腔镜组成FOPO腔；利用FOPO腔，产生信号光和闲置光，调节FOPO腔中的延迟器，使FOPO腔的输出功率最高，此时测量距离泵浦光的中心波长最近的信号光和闲置光的中心波长，作为FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长；
3)改变泵浦光的中心波长，重复步骤2)，获得多组不同泵浦光的中心波长下产生的信号光和闲置光的中心波长，画图，获得泵浦光的中心波长与产生的信号光和闲置光的变化关系曲线实验数据，其中横坐标为泵浦光的中心波长，纵坐标为信号光和闲置光的中心波长，泵浦光的中心波长位于待测量的拉锥光纤的负色散区域；
4)将步骤1)得到的待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，代入非线性系数的计算公式，计算非线性系数β：
其中，d为待测量的拉锥光纤的直径的预估值，d＝2a，n2为待测量的拉锥光纤的非线性折射率系数，n1为待测量的拉锥光纤的包层折射率，k0＝2π/λ为真空中的传播常数，V为非线性系数的中间参数，λ为波长；
拉锥方法制备的非线性的拉锥光纤的色散β满足以下方程：
其中，U为色散的第一中间参数，W为色散的第二中间参数，Jν为第ν阶第一类贝塞尔函数，Kν为第ν阶第二类修正贝塞尔函数，ν为激光模式，对于基膜ν＝1，k0＝2π/λ，k0为波矢，获得拉锥光纤的色散β后，根据色散的定义获得二阶色散β2：
ω＝2πc/λ
其中，ω为角频率，c为光速，根据二阶色散β2获得光纤色散系数D，D是实际工程应用中常用的参数：
由此得到在泵浦光的中心波长处的非线性系数γ和二阶色散β2；
5)将步骤4)计算得到步骤3)中多组不同泵浦光的中心波长的处非线性系数γ和二阶色散β2，代入FOPO相位匹配公式：
β2(ω0-ω-0)2+2γP-0＝0
获得在这多组不同泵浦光的中心波长下的信号光和闲置光的中心波长，获得泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据；
6)如图4所示，将步骤5)计算得到的泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据，与步骤3)测量得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据相比较，二者如果不符合，进入步骤7)，如果符合，进入步骤8)；
7)改变拉锥光纤的芯径的预估值，返回步骤4)：
将变拉锥光纤的芯径的预估值先往大改，每次增大0.1μm，返回步骤4)，如此反复5次，如果第6)步骤不能获得符合的数据，则将变拉锥光纤的芯径的预估值往小改，每次减小0.1μm，返回步骤4)，如此反复5次，如果第6)步骤不能获得符合的数据，则提示拉锥光纤有误，需重新制作拉锥光纤，返回步骤1)；
8)以步骤4)的拉锥光纤的芯径的预估值为拉锥光纤的实际芯径。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置，其特征在于，所述基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置包括：泵浦源、泵浦腔镜、非线性光纤、延迟器和输出腔镜；其中，泵浦源为发出泵浦光；泵浦腔镜、非线性光纤、延迟器和输出腔镜构成FOPO腔，非线性光纤作为增益介质，泵浦光在非线性光纤中产生光纤光学参量振荡FOPO，FOPO为参量过程产生信号光和闲置光，经过延迟器至泵浦腔镜，泵浦腔镜对光原路返回后经过延迟器，经过非线性光纤到达输出腔镜，一部分光经过输出腔镜输出，另一部分光经过输出腔镜原路反射返回至非线性光纤，以上为光经过FOPO腔内一个往返的过程；
泵浦源产生的泵浦光注入到FOPO腔内，在非线性光纤中通过参量过程产生信号光和闲置光；经过FOPO腔内一个往返的过程后，当上一轮产生的信号光和/或闲置光来到非线性光纤，此时非线性光纤在泵浦光的作用下再次产生信号光和/或闲置光，新产生的信号光和/或闲置光以及上一轮产生的信号光和/或闲置光一起在FOPO腔内继续第二轮的传输；由此，FOPO腔的腔长应与泵浦源光腔的腔长匹配，使泵浦光与产生的信号光和/或闲置光在FOPO腔内传输后能同步到达非线性光纤，即FOPO腔的腔长与泵浦源光腔的腔长相同；FOPO腔中的延迟器完成腔长匹配；部分信号光和闲置光从输出腔镜输出，当FOPO腔长等于泵浦源光腔的腔长，且满足相位匹配条件时，FOPO腔的输出功率最高；FOPO腔的输出光谱为一系列分离的光谱，其中，波长小于泵浦光的中心波长的光为闲置光，波长大于泵浦光的中心波长的光为信号光；FOPO腔的输出光谱，在泵浦光两端均产生有新光谱成分，并且光谱成分并非单一的而是梳齿状的多波长成分，这是由于FOPO腔的参数能够满足多个波长的相位匹配，满足相位匹配条件下的多个光波长均能在FOPO腔内起振，由此产生多波长的输出光谱；
获得待测量的拉锥光纤的芯径的预估值；将待测量的拉锥光纤作为非线性光纤，与延迟器、输出腔镜、泵浦腔镜组成FOPO腔；利用FOPO腔，产生信号光和闲置光，调节FOPO腔中的延迟器，使FOPO腔的输出功率最高；通过改变泵浦光的中心波长，获得多组不同泵浦光的中心波长下产生的信号光和闲置光的中心波长，并获得泵浦光的中心波长与产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据；将待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，代入非线性系数的计算公式，计算非线性系数，并利用FOPO相位匹配条件，获得泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据；将计算得到的泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据，与测量得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据相比较，二者如果符合，拉锥光纤的芯径的预估值为拉锥光纤的实际芯径。
2.如权利要求1所述的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置，其特征在于，所述延迟器包括：平移台以及第一至第四反射镜，其中，第二和第三反射镜放置在平移台上；泵浦光通过第一透镜组耦合到非线性光纤中，在非线性光纤中通过参量过程产生信号光和闲置光，产生的信号光和信号光穿过非线性光纤，经过第二耦合透镜组传输，并以45°入射至第一反射镜，经第一反射镜反射的反射光以45°入射至第二反射镜，经第二反射镜反射的反射光以45°入射至第三反射镜，经第三反射镜反射的反射光以45°入射至第四反射镜，第一反射镜入射至第二反射镜的光方向与第三反射镜入射至第四反射镜的光方向反向平行；经第四反射镜反射的反射光入射至输出腔镜；输出腔镜对入射激光0°反射，使入射光原路返回，返回光依次通过第四反射镜、第三反射镜、第二反射镜和第一反射镜后，经过第二耦合透镜组进入非线性光纤后经过第一耦合透镜组出射后到达泵浦腔镜，泵浦腔镜对入射光0°反射，使入射光原路返回，返回光经过第一耦合透镜组进入非线性光纤，以上为光经过FOPO腔内一个往返的过程。
3.如权利要求1所述的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置，其特征在于，所述泵浦源为皮秒激光器。
4.如权利要求1所述的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置，其特征在于，所述泵浦腔镜为对泵浦光透过率高于90％，对FOPO腔产生的信号光和/或闲置光波长反射率大于99％。
5.如权利要求1所述的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置，其特征在于，所述输出腔镜为对FOPO腔产生的信号光和/或闲置光波长反射率70％～98％。
6.如权利要求1所述的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置，其特征在于，所述泵浦腔镜的反射带宽与输出腔镜的反射带宽相同。
7.一种如权利要求1所述的基于色散测量拉锥光纤芯径的测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：
1)利用拉锥方法制备好预估拉锥光纤后，经过显微镜测量预估拉锥光纤的芯径a，然后再用相同的拉锥方法制备得到待测量的拉锥光纤，以显微镜测量得到的预估拉锥光纤的芯径作为待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，待测量的拉锥光纤的0色散波长与泵浦波长相差200nm以上，泵浦光处于待测量的拉锥光纤的负色散区域；
2)将待测量的拉锥光纤作为非线性光纤，与延迟器、输出腔镜、泵浦腔镜组成FOPO腔；利用FOPO腔，产生信号光和闲置光，调节FOPO腔中的延迟器，使FOPO腔的输出功率最高，此时分别测量距离泵浦光的中心波长最近的信号光和闲置光波长，
作为FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长；
3)改变泵浦光的中心波长，重复步骤2)，获得多组不同泵浦光的中心波长下产生的信号光和闲置光的中心波长，画图，获得泵浦光的中心波长与产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据，其中横坐标为泵浦光的中心波长，纵坐标为信号光和闲置光的中心波长，泵浦光的中心波长位于待测量的拉锥光纤的负色散区域；
4)将步骤1)得到的待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，代入非线性系数的计算公式，计算非线性系数β：
其中，d为待测量的拉锥光纤的直径的预估值，d＝2a，n2为待测量的拉锥光纤的非线性折射率系数，n1为待测量的拉锥光纤的包层折射率，k0＝2π/λ为真空中的传播常数，V为非线性系数的中间参数，λ为波长；
拉锥方法制备的非线性的拉锥光纤的色散β满足以下方程：
其中，U为色散的第一中间参数，W为色散的第二中间参数，Jv为第ν阶第一类贝塞尔函数，Kv为第ν阶第二类修正贝塞尔函数，ν为激光模式，对于基膜ν＝1，k0为波矢，k0＝2π/λ，获得拉锥光纤的色散β后，根据色散的定义获得二阶色散β2：
ω＝2πc/λ
其中，ω为角频率，c为光速，根据二阶色散β2获得光纤色散系数D，D是实际工程应用中常用的参数：
由此得到在泵浦光的中心波长处的非线性系数γ和二阶色散β2；
5)将步骤4)计算得到步骤3)中多组不同泵浦光的中心波长的处非线性系数γ和二阶色散β2，代入FOPO相位匹配公式：
β2(ω0-ω-0)2+2γP-0＝0
其中，P-0为在泵浦光的中心角频率ω-0处的峰值功率，ω-0为泵浦光的中心角频率，ω0有两个解，分别对应为FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心角频率，获得在这多组不同泵浦光的中心波长下的信号光和闲置光的中心波长，获得泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据；
6)将步骤5)计算得到的泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线计算数据，与步骤3)测量得到泵浦光的中心波长与FOPO腔产生的信号光和闲置光的中心波长的变化关系曲线实验数据相比较，二者如果不符合，进入步骤7)，如果符合，进入步骤8)；
7)改变拉锥光纤的芯径的预估值，返回步骤4)；
8)以步骤4)的拉锥光纤的芯径的预估值为拉锥光纤的实际芯径。
8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，在步骤7)中，具体包括以下步骤：将变拉锥光纤的芯径的预估值先往大改，每次增大设定的步长，返回步骤4)，如此反复多次，如果第6)步骤不能获得符合的数据，则将变拉锥光纤的芯径的预估值往小改，每次减小设定的步长，返回步骤4)，如此反复多次，如果第6)步骤不能获得符合的数据，则提示拉锥光纤有误，需重新制作拉锥光纤，返回步骤1)。
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|---|
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