一种基于孤子光谱边带测量光纤色散的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及全光纤激光器超短脉冲测量技术领域，具体是一种基于孤子光谱边带测量光纤色散的方法，适用于各种单模光纤色散的测量。
【背景技术】
[0002]被动锁模光纤激光器可直接产生超短脉冲，由于脉冲在传播过程中可以保持形状不变，故称之为孤子。工作在反常色散区的被动锁模光纤激光器，利用腔内反常色散和非线性克尔效应的平衡，即脉冲的压缩和展宽作用恰好抵消，可使得脉冲形状保持不变，输出稳定的传统反常色散孤子。孤子在光纤中传播时，有两个重要的参数需要考虑:光纤损耗和色散。光纤的损耗来源于制备工艺，目前光通信系统的传输光纤的损耗已经非常接近理想值，所以色散成为主要的影响因素。孤子脉冲在光纤中传播时，由于色散的存在，会导致脉冲展宽，对于光纤通信系统来说，脉冲的展宽会使得相邻脉冲相互交叠，最终发生误码，不利于高码速和长距离传输。为减小误码率的产生，精确的测量光纤色散值进而有效地进行色散补偿成为关键。精确的色散值测量同样更利于色散管理技术的实施。
[0003]测量光纤色散值的方法很多，主要有时延法、相移法、干涉法和模场直径法。这几类方法虽有各自的优点，但是也存在很多缺点，时延法所需待测光纤很长，且测量精度低；相移法所需光源要求具有高调节精度，从而使得整体的装置成本很高；干涉法在两束光的相干过程中容易引入误差，造成测量值的偏差；模场直径法测量过程过于繁琐。这些缺点使得光纤色散值准确的测量技术受到一定的限制。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本发明提出一种利用孤子边带测量光纤色散方法，操作方便，计算简单，装置成本低，更准确的测得光纤色散值。
[0005]本发明是以如下技术方案实现的:一种基于孤子光谱边带测量光纤色散的方法，包括由波分复用器、掺铒光纤、偏振控制器1、光纤隔离器、光纤起偏器、光纤耦合器、标准单模光纤、待测光纤和偏振控制器II连接成环形腔；其具体步骤如下:
[0006]a、泵浦源输出的泵浦光通过波分复用器耦合至掺铒光纤，产生的激光经过光纤起偏器、偏振无关的光纤隔离器、三桨式偏振控制器1、掺铒光纤、波分复用器、挤压式偏振控制器I1、待测光纤、标准单模光纤及光纤耦合器，最终从光纤耦合器的输出端输出；
[0007]b、激光脉冲从光纤耦合器的输出端输出后直接接到光谱仪进行光谱测量；
[0008]C、实验时设定泵浦功率不变，调节腔内的偏振控制器I和偏振控制器II，获得稳定的锁模脉冲输出，光谱仪直接探测锁模脉冲具有边带特征的光谱，从光谱图中测量出各阶边带对中心波长的偏移量Λ λΝ，利用最小二乘法线性拟合各阶边带对中心波长偏移量的平方(Λ λ Ν)2和对应阶数N，拟合出三条直线，分别为边带对中心波长偏移量的平方及其对应的全部边带阶数、边带对中心波长偏移量的平方及其对应的仅正数阶数和边带对中心波长偏移量的平方及其对应的仅负数阶数，从拟合图中即可知直线的斜率bx，其中X =O, +,-;
[0009]d、假定所得孤子脉冲的脉冲线形为双曲正割，利用忽略三阶和高阶色散的凯利边带计算公式可知:
[0010](Δ λΝ)2= (2 λ 02/ (cDL)).N-0.0787.λ 04/ (c τ )2
[0011]式中Δ λ Ν为各阶边带对中心波长的偏移量，λ 为孤子脉冲的中心波长，c为真空中的光速，D为光纤色散参数，L为腔长，N为孤子脉冲光谱边带阶数，τ为孤子脉冲宽度，从公式中可以看出(Λ λΝ)2和N成线性关系，通过线性拟合得到公式中的斜率，经计算得到光纤激光器的总色散参数值；
[0012]e、分别测量并计算光纤激光器加载待测光纤前后的总色散参数值，通过简单数值计算，可以得出待测光纤的色散值。
[0013]本发明的有益成效是:实验器件常用，实验装置普通，计算方法简单，且可精确测得光纤色散值。精确的色散值测量对于光纤通信系统中减小误码率的产生、色散管理技术的准确应用等都有很大的实用价值。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的实验装置图；
[0015]图2a为中心波长在1567.7nm处稳定锁模脉冲光谱图，插图为其对应脉冲序列；
[0016]图2b为中心波长在1574.4nm处稳定锁模脉冲光谱图，插图为其对应脉冲序列；
[0017]图3a为对应图2a的光谱边带对中心波长偏移量的平方与边带阶数最小二乘法线性拟合图；
[0018]图3b为对应图2b的光谱边带对中心波长偏移量的平方与边带阶数最小二乘法线性拟合图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，光纤激光器有一波分复用器2、波分复用器的公共端2b依次连接掺铒光纤3、偏振控制器I 4、光纤隔离器5、光纤起偏器6以及光纤耦合器7的腔内连接端7b，波分复用器的反射端2c依次连接偏振控制器II 10、待测光纤9、标准单模光纤8以及光纤耦合器7的10%输出端口 7c，上述装置连接构成环形腔，泵浦源I输出的泵浦光通过波分复用器的入射端2a进入波分复用器，耦合至掺铒光纤3，产生的激光经过光纤起偏器6、光纤隔离器5、偏振控制器I 4、掺铒光纤3、波分复用器2、偏振控制器II 10、待测光纤9、标准单模光纤8及光纤親合器7，最终从光纤親合器的10%输出端口 7c输出。
[0020]所述的泵浦源I为单模光纤耦合的拉曼光纤激光器，其中心波长为1480nm。
[0021]所述的波分复用器2的工作波长是1480/1550nm，波分复用器2的尾纤类型为康宁SMF-28e 光纤
[0022]所述的掺铒光纤3采用长度为6m、色散值为-48 (ps/nm) /kmil550nm的正色散的增益光纤EDF80。
[0023]所述的偏振控制器I 4和偏振控制器II 10为三桨式偏振控制器或挤压式偏振控制器，偏振控制器I 4和偏振控制器II 10的尾纤类型为康宁SMF-28e光纤。
[0024]所述的光纤隔离器5采用中心波长为1550nm的与偏振无关的隔离器。
[0025]所述的光纤起偏器6采用中心波长为1550nm的同轴起偏器，光纤起偏器6的尾纤类型为康宁SMF-28e光纤。
[0026]所述的光纤耦合器7采用10:90光纤耦合器，其尾纤类型为康宁SMF_28e光纤。
[0027]所述的标准单模光纤8为康宁SMF_28e光纤，其长度为100米；待测光纤9为单模光纤。
[0028]每次光谱测量，可以同时得到三条拟合直线，光纤激光器的色散参数可以用经这三条拟合曲线求出的三个色散参数值的平均值为最终确认值。
[0029]一种基于孤子光谱边带测量光纤色散的方法，其具体步骤如下:
[0030]1、使用最大输出功率为1W的拉曼光纤激光器作为泵浦源，其工作波长为1480nmo
[0031]2、拉曼激光器输出的泵浦光通过反射式的1480/1550nm的波分复用器耦合至长度为6m、在1550nm处色散值为-48 (ps/nm) /km的掺铒光纤，激光通过1550nm光纤起偏器、1550nm偏振无关的光纤隔离器、三桨式偏振控制器、掺铒光纤、挤压式偏振控制器、标准单模光纤、待测光纤及10:90的光纤耦合器，最终从光纤耦合器输出端口输出。
[0032]3、激光脉冲从耦合器输出端口输出后直接接到光谱仪(YOKOGAWA AQ6370C)。
[0033]4、实验时设定泵浦功率为156.1mW不变，调节腔内的两个偏振控制器，获得稳定的锁模脉冲输出，光谱仪可以探测锁模脉冲的具有边带特征的光谱。
[0034]5、从光谱图中可测量出各阶边带对中心波长的偏移量Δ λΝ和孤子脉冲的中心波长λ ^，利用最小二乘法线性拟合各阶边带对中心波长偏移量的平方(Λ λΝ)2和对应阶数N，拟合出三条直线，分别为光谱边带对中心波长偏移量的平方及其对应的全部边带阶数、光谱边带对中心波长偏移量的平方及其对应的仅正阶数边带和光谱边带对中心波长偏移量的平方及其对应的仅负阶数边带，从拟合图中即可知直线的斜率bx(x = 0，+，_)，三条拟合直线斜率和相关系数都是不同的，且正阶数曲线的相关系数R+和负阶数曲线的相关系数R-都大于全部阶数曲线的相关系数Rtl，这种情况证实了光纤的色散值是与波长相关的。
[0035]6、利用忽略三阶和高阶色散的Kelly边带计算公式的转换式
[0036](Δ λ N)2 = (2 λ o2/ (cDL)).N-0.0787.λ 04/ (c τ )2
[0037]式中Λ λΝ为各阶边带对中心波长的偏移量，λ C1为中心波长，c为真空中的光速，D为光纤色散参数，L为腔长，N为孤子光谱边带阶数，τ为孤子脉冲宽度，