本发明专利技术公开一种基于双耦合器环行光路结构的微量光纤色散测量装置，可用于色散系数小或长度短的光纤及器件的高精度色散测量，属于光纤测量技术领域。装置包括宽谱光源、干涉仪、双耦合器环路结构、探测模块和色散计算模块，其特征是：宽谱光源为干涉仪提供光源，双耦合器环路结构接入干涉仪的测量臂，通过调整参考臂的光程，可以获得带有色散信息的干涉信号，最后利用色散计算模块提取干涉信号中的色散信息。双耦合器环路结构一方面额外提供一个可以调节的功率耦合比例参数，另一方面在相同系统动态范围的情况下，该结构能够支持光波列更多的环行次数，进而提高色散测量精度。本发明专利技术解决了现有技术难以高精度测量光纤及其器件微量色散的问题。微量色散的问题。微量色散的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于双耦合器环行光路结构的微量光纤色散测量装置
[0001]本专利技术属于光纤测量
，具体涉及到一种基于环行光路结构的光纤器件微量色度色散测量装置。
技术介绍
[0002]光纤通信以其传输容量大、抗干扰能力强的特点，已成为通信系统中的重要部分。随着社会的发展，各种信息量越来越大，这就要求更高速的通信系统，而在高速光纤通信系统中，色散的存在会造成码间串扰，因此需要对光纤通信系统进行色散补偿。进行色散补偿，须先知道光纤通信系统的色散值，因此，色散测量成为必不可少的环节。常用的色散测量方法有时延法、相移法和干涉法等。
[0003]对于时延法，基本原理是将不同波长的光脉冲分别注入到待测光纤及器件中，由于色散的存在，使得不同波长的光脉冲到达另一端的时间不同，通过测量不同波长光脉冲的到达时间差可以计算出色散值。例如美国专利(20040169848)，又比如文献“Comparison of single
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mode fiber dispersion measurement techniques”(Lightwave Technol，vol.3，no.5，pp.958
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966，1985)中提到时延法对色度色散的测量精度在1ps/nm左右，测量精度很低，原因在于难以准确地获得时延值。时延法测量色散要求待测光纤长度在km级别以累积足够的色散量，才能相对比较精确地分辨出不同脉冲间的到达时间差，因此不能用于测量短光纤的色散。
[0004]相移法是先对光进行正弦强度调制，再将此调制光信号注入到待测光纤及器件中，由于色散效应，出来的光信号会有延迟，不同频率成分的光调制信号具有不同的延迟，因此可以从不同频率光信号间的延迟量计算出色散值。相移法已经有相当充分的研究，例如，美国Francois Babin等人提出一种测量强度调制光信号相位差的装置及方法(US6429929)，又比如BRUNO COSTA等人在文献“Phase Shift Technique for the Measurement of Chromatic Dispersion in Optical Fibers Using LED
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s”(IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，vol.30，no.10，pp.1497
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1503，1982)中使用基于LED光源的相移法测量了光纤的色度色散，精度为1ps/nm。纵观各种相移法和改良的相移法，可知相移法的最小测量长度在几十米，仍然无法准确测量短光纤(小于1m)的色散。
[0005]时域干涉法的基本原理为固定光源波长，改变两臂间的光程差，从而获得关于时间的干涉信号，对该时域干涉信号进行傅里叶变换，获得相位信息，再对相位求导得到色散值，测量精度可达0.0015ps/nm。Carlos Palavicini等人在文献“Phase
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sensitive optical low
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coherence reflectometry technique applied to the characterization of photonic crystal fiber properties(Opt Lett，vol.30，no.4，p.361，2005)”中使用光学低相干干涉仪测量了81.4cm长的光子晶体光纤的色散。虽然一般的时域干涉法可以测量短光纤(小于1m)的色散，但对于一些色散系数极小的光纤，其测量精度会迅速下降。对于中国专利(202110827979.X)，提出一种基于环行光路结构的色散测量装置，可以对色散系
数小且长度短的光纤及器件进行色散测量，但其环路结构只使用一个耦合器，并且其直通臂直接与干涉仪相连，造成无用的光信号直接进入到探测器，降低干涉信号的信噪比，从而降低色散测量的精度。
[0006]谱域干涉法是固定干涉仪两臂的长度，改变光源的波长，从而获得干涉谱。由于色散的存在，不同波长的光通过干涉仪后的光程差不同(两臂长度固定，波长不同会有不同的折射率)，从而在干涉谱上显示为不同波长对应不同强度。MITSUHIRO TATEDA等人在文献“Interferometric Method for Chromatic Dispersion Measurement in a Single
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Mode Optical Fiber，”(Journal of Quantum Electronics，Vol.17，pp.404
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4071981)中测量了小于1m的单模光纤的色散。又比如美国专利(US20100134787)利用谱域干涉法测量了11.9cm长的光纤的色散。这种方法可以测量小于1m的光纤，对于非平衡式谱域干涉法，其色度色散的测量精度达0.0001ps/nm，而对于平衡式谱域干涉法，可达0.00007ps/nm。但对于微量色散系数光纤(例如空心光纤)，由于色散量太小，谱域干涉法的测量精度就会大幅降低，仍然无法准确测量色散系数小且长度短的光纤及器件的色散。
[0007]时延法、相移法均不能对短长度的光纤进行高精度色散测量，一般的时域干涉法与谱域干涉法虽然可以测量短光纤，但对于一些色散系数很小的光纤，其测量精度会大幅降低，因此提出一种可对微量色散的光纤及器件进行色散测量的装置显得极为重要。基于光纤谐振腔型的单耦合器环路结构由于耦合器直通臂的无用光信号直接进入到探测器，会在采集到的干涉信号中引入较大的噪声，降低信噪比，从而劣化色散测量精度，因此需要一种可消除耦合器直通臂无用光信号影响的环路结构。针对以上问题，本专利技术提到的基于双耦合器的环路结构，一方面可以通过光环行来放大色散量以提高测量精度，另一方面又可以消除耦合器直通臂的噪声影响以提高信噪比，从而进一步提高色散测量的精度。所以，带有基于双耦合器环路结构的色散测量装置可以完美地解决上述方法所不能测量色散系数小且长度短的光纤及器件的问题，同时也能在相同系统动态范围的情况下，支持光波列更多的环行次数，进一步提高色散测量精度。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于一种基于双耦合器环行光路结构的微量光纤色散测量装置，解决了
技术介绍
中难以精确测量色散系数小且长度短的光纤及器件色散的问题，同时，基于双耦合器环行光路结构能够在相同系统动态范围的情况下，支持更多环行次数的光波列，进而进一步提高色散测量精度。
[0009]一种基于双耦合器环行光路结构的微量光纤色散测量装置，其特征在于：宽谱光源10、干涉仪20、双耦合器环路结构30、探测模块60和色散计算模块80组成本装置，其中：
[0010]1)宽谱光源10发出的光注入到干涉仪20中，双耦合器环路结构30接入到干涉仪20，干涉仪20的输出光由探测模块60来探测，探测模块60探测到的干涉信号送到色散计算模块80中；
[0011]2)在双耦合器环路结构30中，光从第二耦合器第一输入端311注入到第二耦本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于双耦合器环行光路结构的微量光纤色散测量装置，其特征在于：宽谱光源(10)、干涉仪(20)、双耦合器环路结构(30)、探测模块(60)和色散计算模块(80)组成本装置，其中：1)宽谱光源(10)发出的光注入到干涉仪(20)中，双耦合器环路结构(30)接入到干涉仪(20)，干涉仪(20)的输出光由探测模块(60)来探测，探测模块(60)探测到的干涉信号送到色散计算模块(80)中；2)在双耦合器环路结构(30)中，光从第二耦合器第一输入端(311)注入到第二耦合器(31)中，分光后，一路从第二耦合器第二输出端(314)输出，另一路从第二耦合器第一输出端(313)输出，经待测光纤及器件(33)、第三耦合器第一输入端(321)注入到第三耦合器(32)，分光后一路从第三耦合器第二输出端(324)输出，另一路从第三耦合器第一输出端(323)输出并经第二耦合器第二输入端(312)注入到第二耦合器(31)，完成一次环行，再次环行按前述路径进行；3)在色散计算模块(80)中，数据采集卡(81)采集来自探测模块(60)中的干涉信号，采集到的干涉信号经干涉峰截取单元(82)截取两个干涉峰，其中，第一干涉峰(885)输入到第一色散系数提取单元(83)进行色散系数提取，第二干涉峰(884)输入到第二色散系数提取单元(84)进行色散系数提取，两个干涉峰的色散系数输入到色散差分单元(85)进行差分运算，得到待测光纤及器件(33)的色散系数。2.由权利要求1中所述的干涉仪(20)，其特征在于：光从第一耦合器第一输入端(211)注入到第一耦合器(21)，分成两路，一路经第一耦合器第二输出端(214)、双耦合器环路结构(30)和第四耦合器第二输入端(262)进入到第四耦合器(26)，其中，在双耦合器环路结构(30)中环行m次输出第m波包(251)，环行m+1次输出第m+1波包(252)，环行m+2次输出第m+2波包(253)；另一路经第一耦合器第一输出端(213)、参考光纤(22)、光程相关器(23)和第四耦合器第一输入端(261)进入到第四耦合器(26)；两路光在第四耦合器(26)合束。3.由权利要求1所述的干涉仪(20)，其特征是：第一耦合器第二输出端(214)的长度为L
214
、折射率为n，第四耦合器第二输入端(262)的长度为L
262
、折射率为n，第一耦合器第一输出端(213)的长度为L
213
，折射率为n，第四耦合器第一输入端(261)的长度为L
261
、折射率为n，参考光纤(22)的长度为L
22
、折射率为n，光程相关器(23)的最大延迟长度为ΔL
23(max)
。4.由权利要求1所述的双耦合器环路结构(30...
【专利技术属性】
技术研发人员：喻张俊，薛志锋，汪燚，杨军，徐鹏柏，温坤华，王云才，秦玉文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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