CN117968849A - 一种光纤布里渊光谱仪功率校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明本发明属于光谱检测技术领域，具体涉及一种光纤布里渊光谱仪功率校准方法。该方法包括如下步骤：光纤布里渊光谱仪切换至功率校准模式，并对光纤布里渊光谱仪获取的原始码值数据进行零点移除；采用最小二乘拟合方法，给出零点移除后的原始码值数据与光功率值的对应关系，完成光纤布里渊光谱仪内置功率计的校准；光纤布里渊光谱仪切换至正常的光谱测量模式，获取初始光谱数据；对初始光谱数据进行基底移除；基于光纤布里渊光谱仪内置光功率计得到的待测光功率值，对基底移除后的初始光谱数据进行光谱功率校准，从而完成光纤布里渊光谱仪的功率校准。本发明的方法，通过两次功率校准，有效解决了光纤布里渊光谱仪的功率校准问题。

Description

一种光纤布里渊光谱仪功率校准方法

技术领域

本发明属于光谱检测技术领域，具体涉及光纤布里渊光谱仪功率校准方法。

背景技术

光谱分析是诸如通信、传感、分子光谱学、微波生成等光学应用中的关键诊断工具，例如使用光学方法对光纤通信、传输系统中的超高速率光信号进行光谱参数测量，可以得到传输信号的信号质量、OSNR、比特误码率等信息，是诊断和监视传输信号的一种有效手段。随着三超光网络的发展，采用各种调制格式以提升频谱效率成为必然，这就要求实现pm量级光谱分辨率和波长精度的光纤信号精密光谱参数测量。

目前，常用的是基于光栅衍射的光谱分析仪，它具有宽光谱范围和高扫描速度等优点，通常其最好的仪器分辨率被限制在2GHz。需要更高分辨率时，通常采用基于均差或外差技术的光谱分析仪。均差技术需要一个频率很接近待测源的本地振荡器，通常难以实现，特别是对于超高分辨率(<10MHz)。外差技术可克服这一缺陷，但其缺点也很明显，它需要诸如声光调制器、射频驱动器或微波源等昂贵器件驱动；需要很长的光纤，例如5kHz分辨率时需要40Km光纤，此时光纤损耗和非线性效应不能忽略，实际应用时难以实现很高的分辨能力。

针对光谱分辨率不足的现状，基于光纤受激布里渊效应的精密光谱分析技术，是一种很有前途的技术路线。它采用光纤受激布里渊效应结合泵浦光推扫，实现了超高光谱分辨率和波长精度的光纤信号精密光谱参数测量与分析。

面向光通信等光电领域应用的光谱分析仪的主要功能是，获取待测光纤信号的包含波长和功率信息的光谱参数，但是光谱仪获取的原始数据是不包含任何物理信息的码值信息，因此需要进行功率校正，以给出获取光谱数据的功率信息。特别地，对于光纤布里渊光谱仪这类精密光谱分析仪，如何进行功率校准，是一个十分具备挑战性的工作。目前尚无公开的光纤布里渊光谱仪的高精度光谱功率校准信息。

发明内容

针对光纤布里渊光谱仪的功率校准问题，本发明提出了一种光纤布里渊光谱仪功率校准方法，通过采用基于最小二乘拟合结合参考功率计的功率校准方法，实现了光纤布里渊光谱仪的高精度功率校准。

本发明提供的一种光纤布里渊光谱仪功率校准方法，包括以下步骤：

首先，在功率校准模式下，采用移除零点值的方法，对光纤布里渊光谱仪内置光功率计进行功率校准；

其次，在光谱测量模式下，利用校准后的光纤布里渊光谱仪内置光功率计，结合移除基底的方法，进行光纤布里渊光谱仪的功率校准。

优选地，光纤布里渊光谱仪内置光功率计的功率校准包括：

步骤1：选取光纤布里渊光谱仪波长测量范围内任意波长点；在光纤布里渊光谱仪功率测量范围内，光功率从高到低按照固定衰减量降低，并依次获取相应的原始码值数据；

步骤2：获取该波长点处无待测光输入时，光纤布里渊光谱仪的原始码值数据，并将其作为零点值；将步骤1获取的系列原始码值数据，逐一减去该零点值；

步骤3：采用最小二乘拟合方法，获得零点移除后的系列原始码值数据与光功率的对应关系式，即为功率校准系数；

步骤4：重复步骤1到步骤3，直至遍历光纤布里渊光谱仪的测量波长范围内的所有波长点，获得所有波长点下的功率校准系数，完成对光纤布里渊光谱仪内置光功率计的功率校准。

优选地，光纤布里渊光谱仪的功率校准包括：

步骤1：将光纤布里渊光谱仪切换至正常的光谱测量模式，获取可调谐光源的初始光谱数据，同时通过校准后的光纤布里渊光谱仪内置光功率计获取相应的光功率值；

步骤2：计算初始光谱数据的平均值，并将初始光谱数据减去该平均值，完成初始光谱数据的基底移除；

步骤3：计算基底移除后的初始光谱数据的积分光功率，它与光纤布里渊光谱仪内置光功率计获取的光功率值的差值，即为光谱功率校准系数；

步骤4：将获取的光谱功率校准系数与基底移除后的初始光谱数据相乘，得到包含准确功率信息的测量光谱数据，从而完成光纤布里渊光谱仪的功率校准。

优选地，所述光纤布里渊光谱仪的波长测量范围是1525nm～1565nm，波长点的间隔为1nm。

优选地，所述光纤布里渊光谱仪的功率测量范围是+10dBm～-50dBm，固定衰减量为1dB。

优选地，选取1550nm作为光纤布里渊光谱仪光功率校准的波长点，进行单一波长点的光功率校准。

本发明的方法具有如下有益效果：

本发明提出了一种基于最小二乘拟合结合参考功率计的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，能够满足光纤布里渊光谱仪的光谱功率校准需求，解决光纤布里渊光谱仪这类精密光谱分析仪的高精度功率校准难题；

本发明提出的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，可保证光纤布里渊光谱仪实现优于±0.2dB以上的功率测量精度；

本发明提出的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，通过采用两次功率校准，首先对光纤布里渊光谱仪探测与采集模块的探测器进行功率校准，并利用光纤布里渊光谱仪内置光功率计实时获取待测光的总功率值，然后进行光谱功率校准，有效解决了光纤布里渊光谱仪测量精密光谱数据的功率校准问题；

本发明提出的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，采用标准光功率计获取窄线宽可调谐光源输出的校准参考光的准确功率值，从而使得光纤布里渊光谱仪的功率校准结果具备可溯源性；

本发明提出的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，给出了一种光纤精密光谱分析仪的功率校准方法，可用作其他原理的精密光谱分析仪进行光功率校准时的参考。

附图说明

图1为本发明实施例所公开的光纤布里渊光谱仪功率校准方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。

本发明提供的一种光纤布里渊光谱仪功率校准方法，该方法中使用窄线宽可调谐光源提供波长和功率值可变的校准参考光，标准光功率计用于给出进行功率校准时进入光纤布里渊光谱仪的待测光的准确功率值，标准光纤跳线用于可调谐光源、标准光功率计以及光纤布里渊光谱仪间的光信号传输，计算机用于处理校准数据并计算给出校准系数。

本发明给出的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，主要包括两部分：光纤布里渊光谱仪内置光功率计的校准、光纤布里渊光谱仪的功率校准。其中步骤1-5为光纤布里渊光谱仪内置光功率计的校准，步骤6-8为光纤布里渊光谱仪的功率校准。流程如图1所示，具体步骤如下：

步骤1：需要进行功率校准的光纤布里渊光谱仪的波长测量范围是1525nm～1565nm，功率测量范围是+10dBm～-50dBm。首先将光纤布里渊光谱仪切换至功率校准模式，将可调谐光源的输出波长设置为1525nm、输出光功率设置为+10dBm、输出光信号的线宽为100kHz。可调谐光源输出光通过标准光纤跳线连接至光纤布里渊光谱仪。使用标准光功率计测量经标准光纤跳线输出端，进入光纤布里渊光谱仪的准确光功率值，对于标准光纤跳线的传输损耗可忽略，标准光功率计的读数应为10dBm。光纤布里渊光谱仪获取此时输入光功率对应的原始码值数据。

步骤2：在光纤布里渊光谱仪的功率测量范围+10dBm～-50dBm内，按照1dB的固定衰减量从高到低依次调低可调谐光源的输出功率，获取+10dBm～-50dBm范围、1dB功率间隔的61个不同输入光功率时的光纤布里渊光谱仪的系列原始码值数据。

步骤3：获取1525nm波长点处无待测光输入时，光纤布里渊光谱仪的原始码值数据，并将其作为零点值；并将步骤2获取的取+10dBm～-50dBm范围、1dB功率间隔的61个不同光功率时的系列原始码值数据，都减去该零点值。

步骤4：使用计算机采用最小二乘拟合方法，拟合出零点移除后的系列原始码值数据与光功率的对应关系式，即功率校准系数，然后将该功率校准系数作为光纤布里渊光谱仪获取原始码值与光功率间的功率校准系数。

步骤5：在光纤布里渊光谱仪的测量波长范围1525nm～1565nm内，将可调谐光源的输出波长设置为1526nm，重复步骤2-4，获取1526nm波长点对应的光纤布里渊光谱仪获取原始码值与光功率间的功率校准系数；依次类推，获取1525nm～1565nm测量波长范围内、1nm波长间隔的61个不同波长点处的功率校准系数，从而完成光纤布里渊光谱仪探测与采集模块的探测器功率校准。

在本发明的其他实施例中，考虑到光纤布里渊光谱仪的波长测量范围仅为数十纳米，常用的InGaAs、PIN等光电探测在这一波长范围的光谱响应平坦性较好，可近似认为是常数值，因此，对于工作在1525nm～1565nm波段的光纤布里渊光谱仪，常采用1550nm作为光功率校准的波长点，进行单一波长点的校准。

经过步骤1-5，完成对光纤布里渊光谱仪内置光功率计进行功率校准。

步骤6：将光纤布里渊光谱仪切换至正常的光谱测量模式。将可调谐激光器的输出波长设置为1550nm、输出光功率设置为0dBm(也可设置为其他功率值)，获取可调谐光源在1525nm～1565nm波段的初始光谱数据；同时，对应地，光纤布里渊光谱仪内置光功率计获取此时可调谐光源的输出光功率值0dBm。

步骤7：计算1525nm～1565nm波段初始光谱数据的平均值，并将初始光谱数据减去该平均值，完成初始光谱数据的基底移除。

步骤8：计算基底移除后的初始光谱数据的积分光功率，它与光纤布里渊光谱仪内置光功率计获取的光功率值的差值，即为光谱功率校准系数。然后将基底移除后的初始光谱数据与得到的光谱功率校准系数相乘，得到包含准确功率信息的测量光谱数据，从而完成光纤布里渊光谱仪的功率校准。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种光纤布里渊光谱仪功率校准方法，其特征在于：包括以下步骤：

首先，在功率校准模式下，采用移除零点值的方法，对光纤布里渊光谱仪内置光功率计进行功率校准；

其次，在光谱测量模式下，利用校准后的光纤布里渊光谱仪内置光功率计，结合移除基底的方法，进行光纤布里渊光谱仪的功率校准。

2.根据权利要求1所述的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，其特征在于：光纤布里渊光谱仪内置光功率计的功率校准包括：

步骤1：选取光纤布里渊光谱仪波长测量范围内任意波长点；在光纤布里渊光谱仪功率测量范围内，光功率从高到低按照固定衰减量降低，并依次获取相应的原始码值数据；

步骤2：获取无待测光输入时，光纤布里渊光谱仪的原始码值数据，并将其作为零点值；将步骤1获取的系列原始码值数据，逐一减去该零点值；

步骤3：采用最小二乘拟合方法，获得零点移除后的系列原始码值数据与光功率的对应关系式，即为光纤布里渊光谱仪获取原始码值与光功率间的功率校准系数；

步骤4：重复步骤1到步骤3，直至遍历光纤布里渊光谱仪的测量波长范围内的所有波长点，获得所有波长点下的功率校准系数，完成对光纤布里渊光谱仪内置光功率计的功率校准。

3.根据权利要求2所述的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，其特征在于：所述光纤布里渊光谱仪的波长测量范围是1525nm～1565nm，波长点的间隔为1nm。

4.根据权利要求2所述的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，其特征在于：选取1550nm作为光纤布里渊光谱仪光功率校准的波长点，进行单一波长点的光功率校准。

5.根据权利要求2所述的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，其特征在于：所述光纤布里渊光谱仪的功率测量范围是+10dBm～-50dBm，固定衰减量为1dB。

6.根据权利要求1所述的光纤布里渊光谱仪功率校准方法，其特征在于：光纤布里渊光谱仪的功率校准包括：

步骤1：将光纤布里渊光谱仪切换至正常的光谱测量模式，获取可调谐光源的初始光谱数据，同时通过校准后的光纤布里渊光谱仪内置光功率计获取相应的光功率值；

步骤2：计算初始光谱数据的平均值，并将初始光谱数据减去该平均值，完成初始光谱数据的基底移除；

步骤3：计算基底移除后的初始光谱数据的积分光功率值，它与光纤布里渊光谱仪内置光功率计获取的光功率值的差值，即为光谱功率校准系数；

步骤4：将获取的光谱功率校准系数与基底移除后的初始光谱数据相乘，得到包含准确功率信息的测量光谱数据，从而完成光纤布里渊光谱仪的功率校准。