一种测量混合光纤模式的装置的制作方法

本发明属于光通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种测量混合光纤模式的装置。

背景技术：

随着光纤通信技术的发展，单模光纤传输系统的容量越来越接近其容量极限，光纤空分复用被认为是进一步扩展传输容量的有效方式之一。空分复用技术包括少模光纤、多芯光纤和多芯少模光纤等类型。基于少模光纤的模分复用系统与传统单模光纤传输有着显著不同，它在同一根光纤中可以传输多个模式信息，所支持的模式数量决定了系统的传输容量。因此，需要了解光纤中的模式激励情况，能够传输哪些模式以及各个模式所占的比例等信息。

目前，常用的少模光纤分析方法有如下几种：一是解析法，主要通过建立并解析求解麦克斯韦积分或偏微分方程求出波导的传输模式，其缺点是只有某些特定的光纤结构和折射率分布相对简单的情况才有可能求得严格的解析解，对于复杂异形结构或者复杂的折射率分布理论解析及建模十分困难，甚至无法建模分析；二是数值计算方法，基于麦克斯韦方程组，利用离散数学模式代替连续型数学模型，通过仿真实际光纤器件电磁场问题，从而求出数值解，主要有有限差分法、有限元方法、时域有限差分方法、光束传播法等，仍需先设定光纤结构和折射率分布，并给定边界条件等；三是多模光纤光斑检测方法，将灰度共生矩阵算法与光斑图样相结合，计算多模光纤中激励出的模式耦合系数，进而得出光纤中每种模式的激励系数，其缺点是灵敏度低、误差大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量混合光纤模式的装置，用于测量混合光纤模式的光束中各个模式分量所占的比例。

为实现上述发明目的，本发明一种测量混合光纤模式的装置，其特征在于，包括：准直透镜、分光板、1/4波片、聚焦透镜、带有电磁加载单元的多模磁光光纤环，以及光输入端口、光输出端口、光监测端口和电源接口；

其中，在多模磁光光纤环上，密绕着多匝通电导线，作为电磁加载单元，通电导线的两端通过电源接口连接外部的可调直流电源；当可调直流电源为电磁加载单元通电后，为多模磁光光纤环提供沿光传播方向的外加磁场；

光输入端口连接待检测的混合多模光纤，将混合多模光纤中传输的光信号通过光输入端口输入至测量装置；

准直透镜将光信号进行准直处理，再经分光板分成两束平行光，一束光通过1/4波片变成多模磁光光纤环中的本征态圆偏振光，然后通过第一聚焦透镜将本征态圆偏振光聚焦到多模磁光光纤环的输入口，并耦合进入多模磁光光纤环，多模磁光光纤环在电磁加载单元的磁场作用下，使多模磁光光纤环中的光传播特性发生改变，再通过输出端口输出至第一光功率计，通过第一光功率计测量出经过测量装置后的光输出功率；

另外一束光通过第二聚焦透镜聚焦到光监测端口，并输入至光监测端口处连接的第二光功率计，通过第二光功率计测量出输入到测量装置的光输入功率；

测量装置测量混合光纤模式的具体过程为：

(1)、标定出混合光纤模式中每种模式单独输入到光纤模式测量装置时，通过第一光功率计测量出经过测量装置后的光输出功率，记为通过第二光功率计测量出输入到测量装置的光输入功率然后计算出每种模式下，多模磁光光纤环的透射率，最后绘制出透射率随施加在多模磁光光纤环上的磁场大小变化的透射率曲线；

(2)、测量装置工作时，通过第一光功率计测量出经过测量装置后的光输出功率，记为pout，通过第二光功率计测量出输入到测量装置的光输入功率pin，然后计算出多模磁光光纤环的透射率，或整个测量装置的插入损耗；

(3)、调节可调直流电源，改变电磁加载单元中的电流，使此时电磁加载单元中的电流与步骤(2)中电磁加载单元中的电流值不同，然后再重复步骤(2)的过程；

(4)、按照步骤(3)的方法，测量若干个可调直流电源输出电流状态下，待测混合模式光束输入到测量装置的透射率；

(5)、根据步骤(1)和(4)的测量数据，计算待测混合模式光束中各个模式分量所占的比例。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种测量混合光纤模式的装置，先标定出不同模式光束单独输入时光纤模式测量装置的透射率随可调直流电源电流变化的透射率曲线；再测量若干个可调直流电源电流状态下，待测混合模式光束输入到光纤模式测量装置的透射率；最后计算出混合模式光束中各个模式分量所占的比例；具有装置易于实现、检测方法简单，且低成本等特点。

附图说明

图1是本发明一种测量混合光纤模式的装置一种具体实施方式架构图；

图2是不同模式单独输入时标定的透射率曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种测量混合光纤模式的装置一种具体实施方式架构图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种测量混合光纤模式的装置，包括：准直透镜、分光板、1/4波片、聚焦透镜、带有电磁加载单元的多模磁光光纤环，以及光输入端口、光输出端口、光监测端口和电源接口；

其中，在多模磁光光纤环上，密绕着多匝通电导线，作为电磁加载单元，通电导线的两端通过电源接口连接外部的可调直流电源；当可调直流电源为电磁加载单元通电后，为多模磁光光纤环提供沿光传播方向的外加磁场；另外，分光板采用50:50的分光板；

光输入端口连接待检测的混合多模光纤，将混合多模光纤中传输的光信号通过光输入端口输入至测量装置；

准直透镜将光信号进行准直处理，再经分光板分成两束平行光，一束光通过1/4波片变成多模磁光光纤环中的本征态圆偏振光，然后通过聚焦透镜1将本征态圆偏振光聚焦到多模磁光光纤环的输入口，并耦合进入多模磁光光纤环，多模磁光光纤环在电磁加载单元的磁场作用下，使多模磁光光纤环中的光传播特性发生改变，再通过输出端口输出至光功率计1，通过光功率计1测量出经过测量装置后的光输出功率；

另外一束光通过聚焦透镜2聚焦到光监测端口，并输入至光监测端口处连接的光功率计2，通过光功率计2测量出输入到测量装置的光输入功率；

在本实施例中，通过测量装置对lp01、lp11、lp21、lp31四种混合光纤模式的光束检测为例加以说明。该测量装置中所用的多模磁光光纤环长度为30㎝，多模磁光光纤的纤芯半径为10μm、折射率为1.482，包层半径为20μm、折射率为1.477。输入光束与多模磁光光纤环的耦合效率ρ0＝0.1，光纤传输损耗系数α＝0.3db/m。

下面对测量装置测量四种混合光纤模式的具体过程为：

(1)、标定出混合光纤模式中每种模式单独输入到光纤模式测量装置时，通过光功率计1测量出经过测量装置后的光输出功率，记为通过光功率计2测量出输入到测量装置的光输入功率然后计算出每种模式下，多模磁光光纤环的透射率，最后绘制出透射率随施加在多模磁光光纤环上的磁场大小变化的透射率曲线；其中，输出光功率与输入光功率的比值即为透射率根据透射率还可以计算出整个测量装置的插入损耗10lg(pin/pout)；

在本实施例中，多模磁光光纤环和电磁加载单元是光纤模式检测装置的核心，所选多模磁光光纤环能够支持4种模式，分别是lp01、lp11、lp21、lp31。使用该测量装置对该多模磁光光纤环中的四种混合模式光束进行测量前，必须先对该装置进行标定。如图2所示，标定出四种模式下的透射曲线。显然，四种模式单独输入到光纤模式检测装置时，相应透射率随电磁加载单元在多模磁光光纤环中所产生的磁化强度改变，即透射率具有模式相关性。其中，测量装置的工作范围对应于磁化强度350～360oe。

(2)、测量装置工作时，通过光功率计1测量出经过测量装置后的光输出功率，记为pout，通过光功率计2测量出输入到测量装置的光输入功率pin，然后计算出多模磁光光纤环的透射率，或整个测量装置的插入损耗；

(3)、调节可调直流电源，改变电磁加载单元中的电流，使此时电磁加载单元中的电流与步骤(2)中电磁加载单元中的电流值不同，然后再重复步骤(2)的过程；

(4)、按照步骤(3)的方法，测量若干个可调直流电源输出电流状态下，待测混合模式光束输入到测量装置的透射率；

在本实施例中，改变可调直流电源的输出电流，以便电磁加载单元提供的磁化强度在350～360oe范围内，并从中任意选取一组磁化强度值，如350oe、352oe、355oe、359oe。根据步骤(2)-(4)，分别通过光功率计1和2测量出该组磁场下混合光束通过光纤模式检测装置的透射率，可用如下矢量表示：

(5)、根据步骤(1)和(4)的测量数据，计算待测混合模式光束中各个模式分量所占的比例。

针对采用的一组磁化强度值350oe、352oe、355oe、359oe，根据透射率曲线获取该组磁化强度值下各个模式的透射率，用如下矢量表示为：

其中，每一行对应不同的模式，每一列对应不同的磁化强度值。

最后，可计算出四种混合模式光束中各个模式分量所占的比例为：

也就是说，在待测的四种混合模式光束中，lp01、lp11、lp21、lp31模式所占的比例分别为10％、60％、10％、20％。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。