基于双重傅里叶变换重建光纤模式的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种光纤模式测量技术，特别涉及一种基于双重傅里叶变换法来 重建光纤模式的测量装置，属于光纤模式测量领域。
【背景技术】
[0002] 在大模场光纤激光器中，通常通过拉大光纤的有效区域来降低非线性以获得高功 率输出；但由于光纤中承载的模式越来越多，这样降低了输出激光的稳定性。因而对光纤模 式的测量与分析成为对光纤激光器输出模式的控制与优化的重要手段之一。同时，光纤模 式的分析和表征在色散补偿器、光纤模式转换器、光通信系统等应用领域也发挥了重要作 用。
[0003] 目前测量光纤模式的方法有边发射技术、三镜环形腔法、低相干干涉法等。但边发 射技术对光纤暴露包层技术的精确度要求高，难度较大；三镜环形腔法需要精确的光纤对 准，并且对高阶模的含量也有要求；而低相干干涉法其实验装置复杂，且缺乏强的鲁棒性。 为克服这些矛盾，2008年，Nicholson等提出了基于空间和频谱分辨测量法及其测量装置， 该方法能够获得光纤模式的类型以及其相对功率水平，因此，这就能对光纤激光器的输出 特性进行全方位综合研宄，以促进光纤激光器的发展。但实现该方法的装置需要双透镜组 成的放大系统，由于所用透镜的俯仰角度会导致非平行光束引入的系统误差，这就需要严 格控制透镜耦合条件。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的正是为克服现有技术中所存在的缺陷和不足，提出一种测量稳 定可靠、结构更简单的、基于双重傅里叶变换来重建光纤模式的测量装置；该测量装置采用 放大自发辐射光源，入射光经过待测光纤后，只需要经过装置中的一个透镜和一个偏振片 就进入光谱测量系统中对光纤模式进行测量；本装置既不需要复杂光路调节过程，也不需 要依赖严格透镜偶合条件，其结构简单、且具有很强的鲁棒性。
[0005] 为实现本实用新型的上述目的，本实用新型采用以下技术措施构成的技术方案来 实现的。
[0006] 本实用新型基于双重傅里叶变换重建光纤模式的测量装置，包括放大自发辐射光 源、待测光纤、傅里叶透镜、偏振片、空间扫描光谱测量系统；其中，所述空间扫描光谱测量 系统由二维平移台、单模光纤、光谱分析仪以及计算机系统组成；所述单模光纤一端固定在 二维平移台上，其另一端连接光谱分析仪，二维平移台和光谱分析仪均连接计算机系统；按 照光路描述，来自放大自发辐射光源发出的光耦合进入待测光纤后，经过傅里叶透镜进行 准直，准直光通过偏振片以保证待测光纤模式偏振态的一致性，所述空间扫描光谱测量系 统对待测光纤输出光斑进行二维扫描，由光谱分析仪获得光斑上每个点的光谱，最后将测 量结果送入计算机系统进行分析。
[0007] 上述所述方案中，所述傅里叶透镜为消色差透镜。
[0008] 上述技术方案中，所述偏振片为格兰棱镜，或适用于放大自发辐射光源波长范围 的偏振片。
[0009] 上述技术方案中，所述二维平移台的分辨率至少为0. 00025mm
[0010] 上述技术方案中，所述对待测光纤输出光斑进行二维扫描的点数至少为30X30。
[0011] 上述技术方案中，为能快速测量，并适用于光纤输入，所述光谱分析仪的分辨率为 0. 02 ~0. 05nm。
[0012] 本实用新型与现有技术相比具有以下特点和有益技术效果：
[0013] 1、本实用新型所公开的基于双重傅里叶变换法的光纤模式测量装置，由于装置中 采用了单个傅里叶透镜，使得该装置结构简单、稳定、调节方便。
[0014] 2、本实用新型所公开的基于双重傅里叶变换法的光纤模式测量装置，由于采用了 计算机系统来控制光谱分析仪和二维平移台，实现了数据采集的自动化，无需人为进行控 制。
[0015] 3、本实用新型所公开的基于双重傅里叶变换法的光纤模式测量装置，既不需要复 杂光路调节过程，也不需要依赖严格透镜偶合条件，即可测量出光纤模式的类型以及其相 对功率水平。其结构简单、且具有很强的鲁棒性。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型基于双傅里叶变换法的光纤模式测量装置的结构示意图。
[0017] 图中，1-放大自发辐射光源、2-待测光纤、3-傅里叶透镜、4-偏振片、5-空间扫描 光谱测量系统、6-二维平移台、7-单模光纤、8-光谱分析仪、9-计算机系统。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图并用具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但它仅用于对 本实用新型的一些具体的实施方式的说明，而不应理解为是对本实用新型保护范围的任何 限定。
[0019] 本实用新型基于双重傅里叶变换法重建光纤模式的测量装置，其结构如图1所 示，包括放大自发辐射光源1、待测光纤2、傅里叶透镜3、偏振片4、空间扫描光谱测量系统 5 ;所述空间扫描光谱测量系统5由二维平移台6、单模光纤7、光谱分析仪8以及计算机系 统9组成；按照光路描述，自放大自发辐射光源1发出的光耦合进入待测光纤2后，再通过 傅里叶透镜3进行准直，准直光通过偏振片4以保证每个光纤模式偏振态的一致性；由于光 纤模式间的不同群时延，待测光纤2中任意两光纤模式在单模光纤7端点位置（x，y)形成 空间叠加并产生光谱干涉；而该干涉信号经由单模光纤7耦合后被光谱分析仪8记录下来； 通过二维平移台6的移动，使用空间扫描测量系统5对待测光纤输出光斑进行二维扫描，获 得光斑上每个点的光谱；然后通过计算机系统9对每个点的光谱干涉信号进行傅里叶变换 频谱分析，在不同相对群时延位置处即可得到不同的光纤模式。
[0020] 本实用新型重建待测光纤高阶模的强度分布和相对功率的推导如下：
[0021] 根据光的相干理论，在光纤中传输的高阶模和基模之间要产生模间干涉，其干涉 光场分布可以由下式表不：
[0022]
[0023] 其中E"和E w分别为高阶模和基模的场分布；At_为高阶模和基模之间的相对 群时延。所述干涉光场分布经过傅里叶透镜进行空间傅里叶变换后可以得到空间频谱分 布：
[0024]
【主权项】
1. 一种基于双重傅里叶变换重建光纤模式的测量装置，其特征在于包括放大自发辐射 光源（1)、待测光纤（2)、傅里叶透镜（3)、偏振片（4)、空间扫描光谱测量系统（5);所述空 间扫描光谱测量系统（5)由二维平移台（6)、单模光纤（7)、光谱分析仪（8)以及计算机系 统（9)组成；单模光纤（7) -端固定在二维平移台（6)上，另一端连接光谱分析仪（8)，二 维平移台（6)和光谱分析仪（8)均连接计算机系统（9);按光路描述，来自放大自发辐射光 源（1)发出的光耦合进入待测光纤（2)后，经傅里叶透镜（3)进行准直，准直光通过偏振片 (4)以保证待测光纤（2)的模式偏振态的一致性，所述空间扫描光谱测量系统（5)对待测光 纤（2)输出光斑进行二维扫描，由光谱分析仪（8)获得光斑上每个点的光谱，最后将测量结 果送入计算机系统（9)进行分析。
2. 根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述傅里叶透镜（3)为消色差透镜。
3. 根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于所述偏振片（4)为格兰棱镜，或适 用于所述放大自发辐射光源（1)波长范围的偏振片。
4. 根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述二维平移台（6)的分辨率至少为 0. 00025mm。
5. 根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述对待测光纤（2)输出光斑进行二 维扫描的点数至少为30X30。
6. 根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述光谱分析仪（8)的分辨率为 0. 02 ~0. 05nm。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于双重傅里叶变换重建光纤模式的测量装置。该测量装置包括放大自发辐射光源、待测光纤、傅里叶透镜、偏振片以及由单模光纤、二维平移台、光谱分析仪和计算机系统等构成的空间扫描光谱测量系统。入射光耦合进入待测光纤后，只需再经一个傅里叶透镜的二维空间傅里叶变换和偏振片就进入空间扫描光谱测量系统中，对待测光纤输出光斑进行扫描，获得待测光纤光斑上每个点的光谱，即可对光纤模式进行重建。本测量装置不需要依赖严格透镜耦合条件，不需要复杂光路调节过程，其结构简单、且具有很强的鲁棒性。
【IPC分类】G01M11-02
【公开号】CN204479273
【申请号】CN201520146409
【发明人】冯国英, 胡丽荔, 董哲良, 周寿桓
【申请人】四川大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月13日