精确测量光纤三阶色散的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了精确测量光纤三阶色散的系统及方法，其中，系统包括：宽谱光源、分光装置、电光调制器、可编程光处理器、合光装置、光电探测器、矢量网络分析仪、处理器。通过处理器根据矢量网络分析仪输出的系统响应数据计算通带展宽因子B，并分析通带展宽因子B是否超出预设阈值，若超出，处理器迭代计算色散补偿系数，并不断控制可编程光处理器产生新的补偿基带信号，直至通带展宽因子B不超出预设阈值。当计算得到的通带展宽因子B不超出预设阈值，说明光纤中的三阶色散值被精确补偿，根据补偿量与残余量的关系，根据最终的通带展宽因子B精确确定待测光纤中的三阶色散值。

【技术实现步骤摘要】
精确测量光纤三阶色散的系统及方法
本专利技术涉及测量
，尤其涉及一种精确测量光纤三阶色散的系统及方法。
技术介绍
三阶色散是光纤的基本特征之一。通常当光脉冲远离光纤的零色散波长传播时，三阶色散的影响较小，可以被看作微扰。然而，随着过去十年对光通信速度的需求不断增加，超短脉冲传输技术变得至关重要。对于超短脉冲技术，由于脉冲的频谱宽度足够大，此时由三阶色散引入的信号失真变得显著，已经不能被当作微扰处理。在传输速度可达1Tb/s的超快光时分复用系统中(光脉冲宽度小于1ps)，三阶色散引起的脉冲脉宽展宽，峰值强度降低，脉冲分裂，边缘振荡和形状不对称等问题不可忽视。此外，在超短光孤子通信系统中，三阶色散也会导致孤子峰偏移，高阶孤子分裂等问题。传统测量光纤中三阶色散的方法分为频域法与时域法两种。频域法又被称为调制相移法，其利用可调激光器不同光波长经过光纤传输所产生的相移来测量色散，该方法的测量精度受到可调激光器的波长精度和波长扫描步长的限制。虽然测量精度可以通过降低波长扫描步长来提高，但扫描步长的减小会导致测量时间的增加。为了在长时间的测量中减少环境温度对测量结果的影响，需要复杂的温控设备来降低温度不稳定性。色散测量的时域方法是利用不同波长脉冲在光纤中传输时间的差分获得色散。与频域测量相比，时域技术由于不需要波长扫描，所以测量速度更快，但由于采样点较少，测量精度较低。两种解决方案的共同缺点是，由于高阶色散项均与波长延时的差分有关，所以很难精确地确定光纤中高阶色散。因此，如何精确地测量光纤中的三阶色散成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出的精确测量光纤三阶色散的系统，包括：宽谱光源、分光装置、电光调制器、可编程光处理器、合光装置、光电探测器、矢量网络分析仪、处理器。通过处理器根据矢量网络分析仪输出的系统响应数据计算通带展宽因子B，并分析通带展宽因子是否B超出预设阈值，若超出，处理器迭代计算色散补偿系数，并不断控制可编程光处理器产生新的补偿基带信号，直至通带展宽因子B不超出预设阈值。当计算得到的通带展宽因子B不超出预设阈值，说明光纤中的三阶色散值被精确补偿，根据补偿量与残余量的关系，根据最终的通带展宽因子B精确确定待测光纤中的三阶色散值。此外，基于高精度光谱产生与迭代测量，本专利技术可以实现的三阶色散测量不确定度为0.2％，高于传统的时域测量法。与传统的频域色散测量方法相比，本专利技术在相同的色散测量精度条件下，可以将测量时间从几小时降低至几分钟，从而降低了色散对环境温度的敏感性。所提出的系统非常适合于补偿超短脉冲通信链路中的三阶色散失真以及构建基于高频段的高Q值微波光子滤波器。为此，本专利技术的第二个目的在于提出的精确测量光纤三阶色散的方法。为了实现上述目的，本专利技术第一方面实施例的精确测量光纤三阶色散的系统，包括：宽谱光源，用于产生宽谱光信号，所述宽谱光信号用于入射到分光装置中；所述分光装置，用于将所述宽谱光信号分成第一束宽谱光信号和第二束宽谱光信号，其中，第一束宽谱光信号用于入射到电光调制器中，第二束宽谱光信号用于入射到可编程光处理器中；电光调制器，用于接收矢量网络分析仪输出的第一射频信号，并将所述第一射频信号加载到第一束宽谱光信号上以形成调制光信号，所述调制光信号用于入射到合光装置中；可编程光处理器，用于对所述第二束宽谱光信号进行光谱处理以获取基带宽谱光信号，并在处理器的控制下，对所述基带宽谱光信号进行光谱处理以生成补偿基带信号，所述补偿基带信号用于入射到合光装置中；所述合光装置用于将所述调制光信号和所述补偿基带信号进行耦合，得到耦合后的宽谱光信号；所述耦合后的宽谱光信号经待测光纤入射到光电探测器中，所述光电探测器，用于将所述耦合后的宽谱光信号进行光电转换以输出第二射频信号，以及将所述第二射频信号输出给矢量网络分析仪；所述矢量网络分析仪，用于对所述第二射频信号进行分析处理并输出系统响应数据；所述处理器，分别与可编程光处理器、矢量网络分析仪连接，用于根据矢量网络分析仪输出的当前时刻的系统响应数据计算当前时刻系统对应的通带展宽因子B；所述处理器，还用于判断当前时刻系统对应的通带展宽因子B是否超出预设阈值，若判断结果为是，计算下一时刻的色散补偿系数θ1，根据下一时刻的色散补偿系数θ1控制可编程光处理器在下一时刻生成相应的补偿基带信号；以及根据矢量网络分析仪输出的下一时刻的系统响应数据计算下一时刻系统对应的通带展宽因子B1，若判断下一时刻系统对应的通带展宽因子B1仍然超出预设阈值，迭代计算下一时刻的色散补偿系数直至下一时刻系统的通带展宽因子B1不超出预设阈值；所述处理器，还用于若判断结果为否，则根据当前时刻系统对应的通带展宽因子B计算待测光纤的三阶色散值。如上所述的系统，所述处理器，用于根据矢量网络分析仪输出的当前时刻的系统响应数据计算当前时刻系统对应的通带展宽因子B，包括：所述处理器，用于对当前时刻的系统响应数据进行取对数操作，分别获取实部数据和虚部数据；所述处理器，还用于对所述实部数据进行二次曲线拟合，并获取拟合得到实部二次系数Xreal，以及对所述虚部数据进行二次曲线拟合，并获取拟合得到虚部二次系数Xim；所述处理器，还用于根据公式B＝Xim/Xreal计算当前时刻系统对应的通带展宽因子B。如上所述的系统，所述处理器，还用于根据当前时刻系统对应的通带展宽因子B计算待测光纤的三阶色散值，包括：所述处理器，还用于根据公式计算待测光纤的三阶色散值β3L；其中，θ为当前时刻的色散补偿系数；Ωσ为高斯光谱的均方根带宽；ωf为系统工作的中心频率；L为待测光纤的总长度；β3为单位长度的三阶色散。如上所述的系统，所述处理器，还用于计算下一时刻的色散补偿系数θ1，包括：所述处理器，还用于根据公式θ1＝θ+B/Ωσ2计算下一时刻的色散补偿系数θ1。如上所述的系统，还包括：起偏器；所述宽谱光信号入射到所述起偏器中，所述起偏器用于从所述宽谱光信号中获取线偏振光；则所述分光装置，用于将所述宽谱光信号分成第一束宽谱光信号和第二束宽谱光信号，包括：所述线偏振光入射到所述分光装置中，所述分光装置用于将所述线偏振光分束成第一束宽谱光信号和第二束宽谱光信号。如上所述的系统，还包括：第一偏振控制器、可调光延迟线、和/或第二偏振控制器；所述第一束宽谱光信号经所述第一偏振控制器和所述可调光延迟线入射到所述电光调制器中，所述第一偏振控制器用于调整入射到所述电光调制器中的第一束宽谱光信号的偏振态，所述可调光延迟线用于调整入射到所述电光调制器中的第一束宽谱光信号的延迟量；和/或，所述第二束宽谱光信号经所述第二偏振控制器入射到所述可编程光处理器中，所述第二偏振控制器用于调整入射到所述可编程光处理器中的第二束宽谱光信号的偏振态。如上所述的系统，还包括：光纤放大器；其中，所述耦合后的宽谱光信号经待测光纤入射到光电探测器中，包括：所述耦合后的宽谱光信号经待测光纤和所述光纤放大器入射到光电探测器中，所述光纤放大器用于将耦合后的宽谱光信号进行功率放大。为了实现上述目的，本专利技术第二方面实施例的精确测量光纤三阶色散的方法，包括：宽谱光源产生宽谱光信号，所述宽谱光信号用于入射到分光装置中；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精确测量光纤三阶色散的系统，其特征在于，包括：宽谱光源，用于产生宽谱光信号，所述宽谱光信号用于入射到分光装置中；所述分光装置，用于将所述宽谱光信号分成第一束宽谱光信号和第二束宽谱光信号，其中，第一束宽谱光信号用于入射到电光调制器中，第二束宽谱光信号用于入射到可编程光处理器中；电光调制器，用于接收矢量网络分析仪输出的第一射频信号，并将所述第一射频信号加载到第一束宽谱光信号上以形成调制光信号，所述调制光信号用于入射到合光装置中；可编程光处理器，用于对所述第二束宽谱光信号进行光谱处理以获取基带宽谱光信号，并在处理器的控制下，对所述基带宽谱光信号进行光谱处理以生成补偿基带信号，所述补偿基带信号用于入射到合光装置中；所述合光装置用于将所述调制光信号和所述补偿基带信号进行耦合，得到耦合后的宽谱光信号；所述耦合后的宽谱光信号经待测光纤入射到光电探测器中，所述光电探测器，用于将所述耦合后的宽谱光信号进行光电转换以输出第二射频信号，以及将所述第二射频信号输出给矢量网络分析仪；所述矢量网络分析仪，用于对所述第二射频信号进行分析处理并输出系统响应数据；所述处理器，分别与可编程光处理器、矢量网络分析仪连接，用于根据矢量网络分析仪输出的当前时刻的系统响应数据计算当前时刻系统对应的通带展宽因子B；所述处理器，还用于判断当前时刻系统对应的通带展宽因子B是否超出预设阈值，若判断结果为是，计算下一时刻的色散补偿系数θ1，根据下一时刻的色散补偿系数θ1控制可编程光处理器在下一时刻生成相应的补偿基带信号；以及根据矢量网络分析仪输出的下一时刻的系统响应数据计算下一时刻系统对应的通带展宽因子B1，若判断下一时刻系统对应的通带展宽因子B1仍然超出预设阈值，迭代计算下一时刻的色散补偿系数直至下一时刻系统的通带展宽因子B1不超出预设阈值；所述处理器，还用于若判断结果为否，则根据当前时刻系统对应的通带展宽因子B计算待测光纤的三阶色散值。...

【技术特征摘要】
1.一种精确测量光纤三阶色散的系统，其特征在于，包括：宽谱光源，用于产生宽谱光信号，所述宽谱光信号用于入射到分光装置中；所述分光装置，用于将所述宽谱光信号分成第一束宽谱光信号和第二束宽谱光信号，其中，第一束宽谱光信号用于入射到电光调制器中，第二束宽谱光信号用于入射到可编程光处理器中；电光调制器，用于接收矢量网络分析仪输出的第一射频信号，并将所述第一射频信号加载到第一束宽谱光信号上以形成调制光信号，所述调制光信号用于入射到合光装置中；可编程光处理器，用于对所述第二束宽谱光信号进行光谱处理以获取基带宽谱光信号，并在处理器的控制下，对所述基带宽谱光信号进行光谱处理以生成补偿基带信号，所述补偿基带信号用于入射到合光装置中；所述合光装置用于将所述调制光信号和所述补偿基带信号进行耦合，得到耦合后的宽谱光信号；所述耦合后的宽谱光信号经待测光纤入射到光电探测器中，所述光电探测器，用于将所述耦合后的宽谱光信号进行光电转换以输出第二射频信号，以及将所述第二射频信号输出给矢量网络分析仪；所述矢量网络分析仪，用于对所述第二射频信号进行分析处理并输出系统响应数据；所述处理器，分别与可编程光处理器、矢量网络分析仪连接，用于根据矢量网络分析仪输出的当前时刻的系统响应数据计算当前时刻系统对应的通带展宽因子B；所述处理器，还用于判断当前时刻系统对应的通带展宽因子B是否超出预设阈值，若判断结果为是，计算下一时刻的色散补偿系数θ1，根据下一时刻的色散补偿系数θ1控制可编程光处理器在下一时刻生成相应的补偿基带信号；以及根据矢量网络分析仪输出的下一时刻的系统响应数据计算下一时刻系统对应的通带展宽因子B1，若判断下一时刻系统对应的通带展宽因子B1仍然超出预设阈值，迭代计算下一时刻的色散补偿系数直至下一时刻系统的通带展宽因子B1不超出预设阈值；所述处理器，还用于若判断结果为否，则根据当前时刻系统对应的通带展宽因子B计算待测光纤的三阶色散值。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器，用于根据矢量网络分析仪输出的当前时刻的系统响应数据计算当前时刻系统对应的通带展宽因子B，包括：所述处理器，用于对当前时刻的系统响应数据进行取对数操作，分别获取实部数据和虚部数据；所述处理器，还用于对所述实部数据进行二次曲线拟合，并获取拟合得到实部二次系数Xreal，以及对所述虚部数据进行二次曲线拟合，并获取拟合得到虚部二次系数Xim；所述处理器，还用于根据公式B＝Xim/Xreal计算当前时刻系统对应的通带展宽因子B。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器，还用于根据当前时刻系统对应的通带展宽因子B计算待测光纤的三阶色散值，包括：所述处理器，还用于根据公式计算待测光纤的三阶色散值β3L；其中，θ为当前时刻的色散补偿系数；Ωσ为高斯光谱的均方根带宽；ωf为系统工作的中心频率；L为待测光纤的总长度；β3为单位长度的三阶色散。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述处理器，还用于计算下一时刻的色散补偿系数θ1，包括：所述处理器，还用于根据公式θ1＝θ+B/Ωσ2计算下一时刻的色散补偿系数θ1。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：起偏器；所述宽谱光信号入射到所述起偏器中，所述起偏器用于从所述宽谱光信号中获取线偏振光；则所述分光装置，用于将所述宽谱光信号分成第一束宽谱光信号和第二束宽谱光信号，包括：所述线偏振光入射到所述分光装置中，所述分光装置用于将所述线偏振光分束成第一束宽谱光信号和第二束宽谱光信号。6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：第一偏振控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑小平，高玉荣，李尚远，薛晓晓，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11