光纤色散测量系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术属于光学测试设备及其使用方法领域，具体公开了一种光纤色散测量系统，其包括光源系统和干涉测量系统，光源系统包括沿光路依次布设的脉冲激光器、光隔离器、窄带滤波片、反射镜组和光源用光子晶体光纤；干涉测量系统包括分束器、接收分束器反射、透射光束的测量臂和参考臂，测量臂中布设有待测光纤组件；光源用光子晶体光纤的两端连接有三维光纤耦合平台；分束器另设有一输出端，该输出端后的光路上依次布设有偏振器、窄带滤波器、无截止单模光子晶体光纤组件和数据收集处理系统。通过选用一特定空气孔结构的高非线性光子晶体光纤作为光源用光子晶体光纤可以使该系统产生超连续谱白光，以进行色散系数的高精度、高效率、低成本测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学测试设备及其使用方法，尤其涉及一种对光学中的色散性质 进行测量的设备及其使用方法。
技术介绍
自1992年Russell等人提出光子晶体光纤的概念以来，光子晶 体光纤便以其奇异 的特性得到了各国科研人员的极大关注，相关的理论和实验研究论文每年以70%的速度递 增。光子晶体光纤表现出来的无截止单模、大模场面积、极强的非线性效应、高双折射效应、 色散可控且在可见光和近红外波段具有反常色散等优异特性，使得它在色散补偿性、超连 续谱的产生、光纤传感、大功率激光传输、大功率光纤激光器等方面拥有巨大的应用前景。色散是光子晶体光纤最为重要的特性参数之一，如超连续谱的产生等许多应用都 必须预先知道它的色散特性。虽然，光子晶体光纤色散特性的数值计算方法已经很多，但相 关的实验研究还很少。理论计算结果正确与否最终还需通过实验来验证，而且由于拉制的 光纤结构不可能完全对称，对光纤的色散特性也有较大的影响。因此，为了更好地获取光子 晶体光纤的色散特性，必须进行色散测量。目前，还没有专门针对光子晶体光纤设计的商用 色散测量系统。由于光子晶体光纤与普通光纤具有相同的色散概念，因此一般都是直接利 用普通光纤的色散测量方法进行测量。商用的光纤色散测量系统一般采用相移法，其测量原理是使不同波长的脉冲光 分别通过已知长度的被测光纤，分别测量它们对应的相对群延时，再由群延时差计算出 被测光纤的色散系数。使用该系统的测量方法非常昂贵，且工作波长范围一般为通信区 (1530 1625nm)，测量精度一般在20ps左右，需要较长的测量光纤(> IOm)，不适合光子 晶体光纤。为寻找一种在实验室就可实现的经济测量方法，国内外光子晶体光纤研究者采 用较多的是飞秒时延技术和白光干涉技术。飞秒延时测量方法需要一台可调的飞秒激光 器，其测量精度一般为50 lOOps，因此需要很长(几十米)的光纤，不适合目前光子晶体 光纤制造成本较高的现状。白光干涉测量方法由于采用了高精度的干涉测量技术，测量精 度可达lps，远远高于其它方法的测量精度，利用较短的光纤(< Im)就可实现色散测量，非 常适合光子晶体光纤。然而，传统的白光干涉法需要一台高精度、高稳定性的光谱分析仪， 同时其测量带宽受传统白光光源光谱的限制，无法实现宽光谱的色散测量。光子晶体光纤 的许多应用，如超连续谱产生、色散补偿等，需要知道在很宽光谱范围内的色散特性。因此， 传统白光干涉色散测量方法还是无法满足光子晶体光纤实际应用的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、成本小、精 度高、适用范围广的光纤色散测量系统，还提供一种操作简单方便、测量效率高的该光纤色 散测量系统的使用方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种光纤色散测量系统，所述光纤色散测量系统包括光源系统和干涉测量系统，所述光源系统包括沿光路依次布设的脉冲 激光器、光隔离器、窄带滤波片、反射镜组和光源用光子晶体光纤，所述干涉测量系统包括 分束器、接收分束器反射光束的测量臂和接收分束器透射光束的参考臂，所述测量臂中布 设有待测光纤组件；所述光源用光子晶体光纤的输入端连接有一接收反射镜组反射光束的 三维光纤耦合平台，所述光源用光子晶体光纤的输出端连接有一准直入射至所述分束器的 三维光纤耦合平台；所述分束器另设有一输出来自所述测量臂和参考臂的合并反射光束的 输出端，该输出端后的光路上依次布设有偏振器、窄带滤波器、无截止单模光子晶体光纤组 件和数据收集处理系统。上述的光纤色散测量系统克服了传统白光干涉测量技术的缺陷，其一大创新在于 利用了光子晶体光纤的高非线性和色散可控特性制作出新型的超宽光谱白光光源，以替代 传统的白光光源，这大大扩展了光纤色散测量的光谱范围 ，不仅适用于普通光纤的色散测 量，而且特别适用于光子晶体光纤的色散测量。上述的光纤色散测量系统中，所述数据收集处理系统的优选结构包括有一接收无 截止单模光子晶体光纤组件发出的光信号的光电探测器，所述光电探测器后连接有一数据 采集卡，该数据采集卡后连有一计算机。正是由于本专利技术是利用光子晶体光纤产生的超连 续谱白光取代传统白光光源，因此后续的干涉测量系统中无需采用价格昂贵的光谱分析 仪，只需采用一个普通的光电探测器、一张数据采集卡和一台计算机即可完成后续的数据 采集和处理工作，且同样具有很高的精度和稳定性。上述的光纤色散测量系统中，所述参考臂的光路上优选布设有一接收所述分束器 透射光束的色散补偿平台组件，色散补偿平台组件后的光路上设有一与所述计算机相连的 移动平面反射镜系统。上述的光纤色散测量系统中，所述待测光纤组件优选布设于所述测量臂中的固定 平面反射镜与所述分束器之间的光路上，该待测光纤组件包括一段待测光子晶体光纤，所 述待测光子晶体光纤的一端连接有一接收所述分束器反射光束的三维光纤耦合平台，所述 待测光子晶体光纤的另一端连接有一接收所述固定平面反射镜反射光束的三维光纤耦合D O上述的光纤色散测量系统中，所述无截止单模光子晶体光纤组件的组成优选包括 一段无截止单模光子晶体光纤，所述无截止单模光子晶体光纤的一端连接有一接收所述窄 带滤波器输出光束的三维光纤耦合平台，所述无截止单模光子晶体光纤的另一端设有一与 所述数据收集处理系统相连接的裸纤适配器(简称FC头)。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种如上所述的光纤色散测量系统的使用 方法，该使用方法的一个重要操作步骤是使所述光源系统产生超连续谱白光，本专利技术提出 采用以下操作使所述光源系统产生超连续谱白光选用一高非线性光子晶体光纤作为所述 光源用光子晶体光纤，所述光源用光子晶体光纤内部沿纤芯向外包围有多层(一般为5 9层)空气孔结构，所述空气孔的孔径d—般为1 μ m 5μπι，所述空气孔的孔间距Λ —般 为Ιμπι 5μπι，所述光源用光子晶体光纤的占空比d/Λ —般大于0. 6，所述光源用光子晶 体光纤的纤芯直径一般为1 μ m 5 μ m。由于光子晶体光纤的物理特性在很大程度上是由 包层的空气孔结构决定，因此，通过合理设计光源用光子晶体光纤的包层空气孔的大小、形 状及排列方式便可实现色散控制和零色散点的选择，同时还可以获得很强的非线性，这非常有利于超连续谱白光的产生。作为对上述光纤色散测量系统的使用方法的进一步改进，使峰值功率足够大(对 于脉冲宽度为fs级则须大于lkW，对于脉冲宽度为ps级或ns级则须大于IOkW)、且中心波 长位于所述光源用光子晶体光纤零色散点附近的反常色散区的脉冲激光注入到长度适当 (对于fs激光器为Im左右，对于ps或ns激光器为10 20m)的所述光源用光子晶体光纤 中以获得超连续谱白光。在该优选的工艺控制中，通过选择适当波长、适当峰值功率及适当 脉宽的脉冲激光器，并将其产生的脉冲激光注入到上述的高非线性光子晶体光纤中，由于 各种非线性效应的作用便可产生出更具可靠性和稳定性的超连续谱白光。将上述操作产生 的超连续谱白光作为后续色散测量的光源，再结合窄带滤波器便可实现宽带光子晶体光纤 的色散测量。本专利技术的光纤色散测量系统及使用方法的工作原理为在采用本专利技术的光纤色散测量系统进行色散测量时，超连续谱白光光源输出的光 束经干涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤色散测量系统，该系统包括光源系统（１）和干涉测量系统（２），其特征在于：所述光源系统（１）包括沿光路依次布设的脉冲激光器（１１）、光隔离器（１２）、窄带滤波片（１３）、反射镜组（１４）和光源用光子晶体光纤（１５）；所述干涉测量系统（２）包括分束器（２１）、接收分束器（２１）反射光束的测量臂（２２）和接收分束器（２１）透射光束的参考臂（２３），所述测量臂（２２）中布设有待测光纤组件（２４）；所述光源用光子晶体光纤（１５）的输入端连接有一接收反射镜组（１４）反射光束的三维光纤耦合平台（３），所述光源用光子晶体光纤（１５）的输出端连接有一准直入射至所述分束器（２１）的三维光纤耦合平台（３）；所述分束器（２１）另设有一输出来自所述测量臂（２２）和参考臂（２３）的合并反射光束的输出端，该输出端后的光路上依次布设有偏振器（２５）、窄带滤波器（２６）、无截止单模光子晶体光纤组件（２７）和数据收集处理系统（２８）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯静，王泽锋，陈胜平，陈子伦，陈金宝，刘泽金，姜宗福，舒柏宏，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]